Desarrollo de un modelo de exoesqueleto de hombro mediante OpenSim

[ES] La cuarta revolución industrial se enfrenta al reto tecnológico de la cooperación entre el hombre y el robot en los procesos de fabricación. Los exoesqueletos son un ejemplo de esta colaboración humano-robot, en la que el dispositivo es vestido por el humano y el simple contacto físico entre el operador y la estructura mecánica permite el aumento de las capacidades físicas del individuo. Actualmente, se están llevando a cabo las primeras valoraciones de la eficiencia de este tipo de ayudas, si bien éstas son fundamentalmente comparativas en cuanto al esfuerzo muscular medido con el uso y sin el uso del exoesqueleto. Este Trabajo de Fin de Máster presenta un modelo de exoesqueleto pasivo de miembro superior desarrollado mediante SolidWorks® y el software libre OpenSim®, el cual permite estimar los esfuerzos musculares para distintas tareas y en distintas condiciones. El modelo se ha validado con trabajadores registrados en condiciones reales, de los que se disponen registros de su actividad muscular realizando las mismas tareas con exoesqueleto y sin él. Los resultados muestran un buen acuerdo en la actividad muscular con y sin el dispositivo en los músculos registrados, lo que permite validar el modelo para el análisis de puestos de trabajo genéricos en los que se pretenda implantar este tipo de ayudas.[EN] The fourth industrial revolution faces the technological challenge of human-robot cooperation in manufacturing process. Exoskeletons are an example of human-robot collaboration in which the device is worn by the human and the physical contact between the operator and the mechanical structure enhances individual¿s physical abilities. Currently, the first evaluations of the efficiency of this type of aid are being carried out, although these are fundamentally comparative in terms of muscular effort measured with the use and without the use of the exoskeleton. This end-of-master project presents a passive upper limb exoskeleton model developed using SolidWorks® and OpenSim® free software, which allows estimating muscle and joint efforts for different tasks, under different conditions. The model has been validated with workers registered in real conditions, about who there are records of their muscular activity perfoming the same tasks with and without exoskeleton. The results show an agreement on muscle activity with and without the device in the recorded muscles, which allows the model to be validated for the analysis of generic workplaces in which this type of aid is intended to be implemented.Elguea Aguinaco, Í. (2019). Desarrollo de un modelo de exoesqueleto de hombro mediante OpenSim. http://hdl.handle.net/10251/124900TFG

Goal-Conditioned Reinforcement Learning within a Human-Robot Disassembly Environment

The introduction of collaborative robots in industrial environments reinforces the need to provide these robots with better cognition to accomplish their tasks while fostering worker safety without entering into safety shutdowns that reduce workflow and production times. This paper presents a novel strategy that combines the execution of contact-rich tasks, namely disassembly, with real-time collision avoidance through machine learning for safe human-robot interaction. Specifically, a goal-conditioned reinforcement learning approach is proposed, in which the removal direction of a peg, of varying friction, tolerance, and orientation, is subject to the location of a human collaborator with respect to a 7-degree-of-freedom manipulator at each time step. For this purpose, the suitability of three state-of-the-art actor-critic algorithms is evaluated, and results from simulation and real-world experiments are presented. In reality, the policy’s deployment is achieved through a new scalable multi-control framework that allows a direct transfer of the control policy to the robot and reduces response times. The results show the effectiveness, generalization, and transferability of the proposed approach with two collaborative robots against static and dynamic obstacles, leveraging the set of available solutions in non-monotonic tasks to avoid a potential collision with the human worker

Elaboración de un Modelo de Exoesqueleto de Hombro mediante OpenSim

[ES] La cuarta revolución industrial se enfrenta al reto tecnológico de la cooperación entre el hombre y el robot en los procesos de fabricación. Los exoesqueletos son un ejemplo de esta colaboración humano-robot, en la que el dispositivo es vestido por el humano y el simple contacto físico entre el operador y la estructura mecánica permite el aumento de las capacidades físicas del individuo. [1] Actualmente, se están llevando a cabo las primeras valoraciones de la eficiencia de este tipo de ayudas, si bien éstas son fundamentalmente comparativas en cuanto al esfuerzo muscular medido con el uso y sin el uso del exoesqueleto. Este Trabajo de Fin de Máster presenta un modelo de exoesqueleto pasivo de miembro superior desarrollado mediante el software libre OpenSim, el cual permite estimar los esfuerzos musculares y articulares para distintas tareas y en distintas condiciones. El modelo se ha validado con trabajadores registrados en condiciones reales, de los que se disponen registros de su actividad muscular realizando las mismas tareas con exoesqueleto y sin él. Los resultados muestran un buen acuerdo en la actividad muscular con y sin el dispositivo en los músculos registrados, lo que permite validar el modelo para el análisis de puestos de trabajo genéricos en los que se pretenda implantar este tipo de ayudas.[EN] The fourth industrial revolution faces the technological challenge of humanrobot cooperation in manufacturing processes. Exoskeletons are an example of human-robot collaboration in which the device is worn by the human and the physical contact between the operator and the mechanical structure enhances individual´s physical abilities. Currently, the first evaluations of the efficiency of this type of aid are being carried out, although these are fundamentally comparative in terms of muscular effort measured with the use and without the use of the exoskeleton. This project presents a passive upper limb exoskeleton model developed using OpenSim® free software, which allows estimating muscle and joint efforts for different tasks, under different conditions. The model has been validated with workers registered in real conditions, about who have records of their muscular activity perfoming the same tasks with and without exoskeleton. The results show an agreement on muscle activity with and without the device in the recorded muscles, which allows the model to be validated for the analysis of generic workplaces in which this type of aid is intended to be implemented.Elguea Aguinaco, Í.; Belda Lois, JM. (2019). Elaboración de un Modelo de Exoesqueleto de Hombro mediante OpenSim. En 11º Simposio CEA de Bioingeniería. Editorial Universitat Politècnica de València. 205-220. https://doi.org/10.4995/CEABioIng.2019.10064OCS20522