title: Vision-Based autonomous robotic arm for Pick-and-Stack applications in the Gazebo-ROS environment
title: Αυτόνομος ρομποτικός βραχίονας βασισμένος σε όραση για εφαρμογές Pick-and-Stack στο περιβάλλον Gazebo-ROS
Creators: name: Θεοδωρακης Χαραλαμπος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2022

description: In recent years, the use of robots as a part of the automation process is a rapidly expanding field. The most prevalent type of robot in industrial environments is robotic arms. This type of robots is capable of performing a variety of operations, including transportation, assembly, packing and welding. The complexity of the tasks assumed for these growing disciplines is also rising. Thus, the ability of the robot to comprehend the surrounding environment is a required feature to carry out new tasks. Interacting with the environment and being aware of the changing conditions enables the robot to make autonomous decisions in more complex situations. This thesis describes the implementation of an autonomous 6-DOF (Degrees Of Freedom) robotic manipulator with visual guidance, where the objective for the robot arm is to stack cylinder blocks, recreating a gradually-presented structured tower pattern. The available blocks, initially placed randomly in the robot workspace, have unique ArUco markers displayed on them, so they can be identified. The manipulator is equipped with vacuum grippers and a 2D camera attached to its end effector. The robot acquires information about the desired tower pattern from a remote stationary camera, responsible to track the spawning of building blocks. Since the robotic arm is equipped with its own camera, it employs computer vision techniques to locate the desired cylinder and, consequently, constructs a trajectory to pick and stack that cylinder to its correct position using motion planning algorithms. The entire project has been implemented within the Robot Operating System (ROS) and Gazebo open-source 3D robotics simulator. The proposed robotic system has been tested extensively in simulations to ensure its reliability and investigate its efficiency.
description: Τα τελευταία χρόνια, η χρήση ρομποτικών συστημάτων ως μέρος της διαδικασίας αυτοματισμού είναι ένας ταχέως αναπτυσσόμενος τομέας. Ο πιο διαδεδομένος τύπος ρομπότ σε βιομηχανικά περιβάλλοντα είναι οι ρομποτικοί βραχίονες. Αυτός ο τύπος ρομπότ είναι ικανός να εκτελεί μια ποικιλία λειτουργιών, όπως μεταφορά, συναρμολόγηση, συσκευασία και συγκόλληση. Η πολυπλοκότητα των εργασιών που αναλαμβάνονται για αυτούς τους αναπτυσσόμενους κλάδους αυξάνεται επίσης, επομένως η ικανότητα του ρομπότ να κατανοεί το περιβάλλον του είναι απαραίτητο χαρακτηριστικό για την εκτέλεση νέων εργασιών. Η αλληλεπίδραση με το περιβάλλον και η επίγνωση των μεταβαλλόμενων συνθηκών επιτρέπει στο ρομπότ να παίρνει αυτόνομες αποφάσεις σε πιο περίπλοκες καταστάσεις. Η παρούσα διπλωματική εργασία περιγράφει την υλοποίηση ενός αυτόνομου ρομποτικού χειριστηρίου 6-DOF (Degrees Of Freedom – Βαθμών Ελευθερίας) με οπτική καθοδήγηση, όπου ο στόχος είναι ο ρομποτικός βραχίονας να στοιβάζει κυλίνδρους, ανακατασκευάζοντας ένα πρότυπο δομημένου πύργου που παρουσιάζεται σταδιακά. Τα δομικά στοιχεία, αρχικά τοποθετημένα τυχαία στον χώρο εργασίας του ρομπότ, έχουν μοναδικούς δείκτες ArUco που εμφανίζονται σε αυτά, ώστε να μπορούν να αναγνωριστούν. Ο βραχίονας είναι εξοπλισμένος με άρπαγες κενού αέρος και μια κάμερα 2D συνδεδεμένη στην απόληξη του. Το ρομπότ αποκτά πληροφορίες σχετικά με το επιθυμητό πρότυπο πύργου από μια απομακρυσμένη σταθερή κάμερα, υπεύθυνη για την παρακολούθηση της διαδοχής των δομικών στοιχείων. Δεδομένου ότι ο ρομποτικός βραχίονας είναι εξοπλισμένος με δική του κάμερα, χρησιμοποιεί τεχνικές μηχανικής όρασης για να εντοπίσει τον επιθυμητό κύλινδρο και, στη συνέχεια, σχεδιάζει μια τροχιά για να σηκώσει και να στοιβάξει τον συγκεκριμένο κύλινδρο στη σωστή του θέση χρησιμοποιώντας αλγόριθμους σχεδιασμού κίνησης. Η εργασία στο σύνολό της έχει υλοποιηθεί χρησιμοποιώντας το Robot Operating System (ROS) και το περιβάλλον ρομποτικής προσομοίωσης Gazebo. Το προτεινόμενο ρομποτικό σύστημα έχει δοκιμαστεί εκτενώς σε προσομοιώσεις, για να διασφαλιστεί η αξιοπιστία του και να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητά του.