Industrial Human-Robot Collaboration

Thumbnail Image

Files

Hakkarainen_Verneri_2025.pdf (809.89 KB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-05-30

Department

Major/Subject

Automaatio- ja systeemitekniikka

Mcode

ELEC3014

Degree programme

Sähkötekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

20+5

Series

Abstract

Human-robot collaboration can be a powerful tool when applied in industrial settings, such as manufacturing. The robot co-operates with the human on the same task and uses intention prediction and communication methods to make the collaboration effective. The robot can benefit from the same social cues that humans use when collaborating with other people. The robot predicts human actions by using human movement modeling, gaze, gestures and surroundings as a guide. Using human intention prediction techniques increases fluency and makes collaboration seem more natural. Additionally, effective human-robot collaboration requires communication between participants. The robot can use speech or visual communication like augmented reality, or many communication methods simultaneously. Effective communication enables the human and the robot to discuss crucial task information like a task completion plan that the robot can generate. The robot can create human centered task plans that reduce human physical effort and emphasize human skills. This thesis is a literature review that examines human modeling and intention prediction methods and communication methods. This thesis also reviews human-robot collaboration applied in industrial settings. The review found that human-robot collaboration offers many benefits in industrial applications by combining human creativity and flexibility with robot efficiency. The robot can increase the throughput of manufacturing by decreasing work task completion times and reducing human fatigue. A major difficulty in human-robot collaboration is implementing a safe collaboration robot to use near humans. The study of this field is gaining interest, and many studies indicate that human-robot collaboration offers benefits in industrial applications, making the potential look promising.

Ihmisen ja robotin yhteistyöllä (human-robot collaboration, HRC) tarkoitetaan tilannetta, jossa robotti suorittaa työtä samanaikaisesti ihmisen kanssa. Robottikäsivarsia voisi käyttää erilaisten kokoonpanotöiden avustajana. Jotta tämänkaltainen yhteistyö olisi mahdollinen, täytyy robotin pystyä tulkitsemaan ja mallintamaan ihmisen käytöstä. Sopivilla mallinnusmenetelmillä robotti kykenee havaitsemaan ihmisen käytöstä ja eleitä ja tulkitsemaan niiden perusteella ihmisen aikeita sekä tulevia liikkeitä. Ihmisen seuraavia eleitä voidaan arvioida havaitsemalla ympäristöä. Esimerkiksi katsomalla mitä ihminen pitää kädessään. Ihmisten käsiä seuraamalla voidaan määrittää mihin pisteeseen käsi on kurottamassa ja ennakoiden ojentaa siihen pisteeseen työkalu. Ihmisen katsetta seuraamalla voidaan päätellä, minkä kokoonpanon osan hän seuraavaksi tarvitsee. Robotin ja ihmisen sujuva yhteistyö edellyttää myös sujuvaa kommunikointia ja työn suunnittelua. Kommunikointi voi tapahtua ihmiselle luontaisesti verbaalisti tai muilla tavoin kuten käsieleillä tai visuaalisesti lisätyn todellisuuden laseilla. Robotin on tärkeä osata työn vaiheet ja suunnitella suunnitelma työnsuoritusta varten ottaen mukaan ihmistyöntekijän rajoitteet, vahvuudet sekä mieltymykset. Robotti kykenee mukautumaan ja muuttamaan suunnitelmaa työn edetessä. Tämä työ on kirjallisuuskatsaus ihmisen ja robotin yhteistyöstä. Työssä tarkastellaan ihmisen mallinnuksen menetelmiä sekä ihmisen aikeiden ennakoimista. Työn aihealueeseen kuuluu myös kommunikointi ihmisen ja robotin välillä, joka mahdollistaa ohjeiden antamisen robotille sekä työvaiheista keskustelemisen. Tässä työssä tarkastellaan tutkimuksia, joissa ihmisen mallinnusmenetelmiä sekä ihmisen ja robotin kommunikaatiota on tutkittu. Työn tavoitteena on tutkia, millä menetelmillä ihmisen ja robotin yhteistyö on mahdollista ja miten sitä voi soveltaa teollisuudessa. Työssä selvitetään, mitä etuja ja haasteita ihmisen ja robotin yhteistyöllä on teollisuuden sovelluksissa. Työn lopussa esitellään kuvitteellinen esimerkkitapausta ihmisen ja robotin yhteistyön hyödyntämismahdollisuudesta. Kirjallisuusselvityksen perusteella ihmisen ja robotin yhteistyö tarjoaa monia etuja. Kokoonpanotöiden tuotantoa voidaan lisätä samalla vähentäen ihmisen fyysistä taakkaa, edistäen ihmisen jaksamista ja hyvinvointia. Ihmisen ja robotin yhteistyö mahdollistaa sellaisen työn automatisoinnin, joka vaatii ihmisen luovuutta ja sopeutuvuutta. Kuitenkin haasteena ihmisen ja robotin yhteistyössä on sen vaatima suuri laskentatehon määrä. Robotin on laskettava ihmisen liikerata tarpeeksi nopeasti, jotta se voi välttää törmäyksen. Suurin haaste on kehittää tarpeeksi turvallinen ja luotettava yhteistyörobottijärjestelmä. Ihmisen ja robotin yhteistyön lisääntyvä tutkimuksen määrä sekä nykyisistä tutkimuksista löydetyt teollisen käytön hyödyt osoittavat ihmisen ja robotin yhteistyön olevan lupaava ratkaisu moneen teolliseen työhön.

Description

Supervisor

Forsman, Pekka

Thesis advisor

Mihaylova, Tsvetomila

Keywords

human-robot collaboration, industrial robotics, human modeling, intention prediction, collaborative robot, human-robot communication

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506174784

Collections

[kand] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC