Design of a framework for assessing the quality of human-robot collaborative operations

Human-robot collaboration and Interaction (HRC/I) for industrial applications is considered as a challenging topic which involves not only technological aspects but also extends to social sciences and humanities (SSH) research. One of the main difficulties in human-robot collaborative assembly lines...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Κοκοτίνης, Γεώργιος
Άλλοι συγγραφείς: Kokotinis, Georgios
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://nemertes.library.upatras.gr/handle/10889/23298
id nemertes-10889-23298
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Human-robot operation planning
Decision-making logic
Quality index
Behavior trees
Προγραμματισμός συνεργασίας ανθρώπων-ρομπότ
Λογικής λήψης αποφάσεων
Δείκτης αξιόλογης ποιότητας
spellingShingle Human-robot operation planning
Decision-making logic
Quality index
Behavior trees
Προγραμματισμός συνεργασίας ανθρώπων-ρομπότ
Λογικής λήψης αποφάσεων
Δείκτης αξιόλογης ποιότητας
Κοκοτίνης, Γεώργιος
Design of a framework for assessing the quality of human-robot collaborative operations
description Human-robot collaboration and Interaction (HRC/I) for industrial applications is considered as a challenging topic which involves not only technological aspects but also extends to social sciences and humanities (SSH) research. One of the main difficulties in human-robot collaborative assembly lines is to achieve an efficient process scheduling. However, a proper and efficient human-machine cooperation can increase productivity rates and quality of the overall process. This study proposes an approach focusing on the task planning of Human-Robot Collaborative (HRC) layouts for the assembly of large-scale parts. The implementation of a Human-Robot Operation Planning (HROP) module is presented, analyzing its architecture and the respective functionalities, which aim at the allocation of multiple operations between multiple and different types of resources. This development main pilar is a dynamic decision-making logic that combines both constraints, that exclude resources from the detailed evaluation, as well as multiple mathematical criteria, that provide the most valuable solution. The particularity of HROP is that it is developed under the Behavior Trees (BT) architecture. In addition, a novel and simple Human-Robot Collaboration - Quality Index (HRC – QI) is proposed, aiming to assess the flexibility, performance, cost, and quality aspects of applications involving the co-existence and collaboration of such production entities. The definition of this index considers several metrics for capturing the contributions and drawbacks introduced by the involvement of either humans or robots depending on their attributes and roles within the production operation. Four distinct case studies involving different HRC schemes in different production sectors are used to verify the effectiveness and ease of application of the suggested index, while one under a real industrial environment of the automotive industry, which is based on the assembly of large-scale parts, such as buses, in a hybrid cell of both human operators and multi-type robots is used for the validation of the decision-making logic proposed.
author2 Kokotinis, Georgios
author_facet Kokotinis, Georgios
Κοκοτίνης, Γεώργιος
author Κοκοτίνης, Γεώργιος
author_sort Κοκοτίνης, Γεώργιος
title Design of a framework for assessing the quality of human-robot collaborative operations
title_short Design of a framework for assessing the quality of human-robot collaborative operations
title_full Design of a framework for assessing the quality of human-robot collaborative operations
title_fullStr Design of a framework for assessing the quality of human-robot collaborative operations
title_full_unstemmed Design of a framework for assessing the quality of human-robot collaborative operations
title_sort design of a framework for assessing the quality of human-robot collaborative operations
publishDate 2022
url https://nemertes.library.upatras.gr/handle/10889/23298
work_keys_str_mv AT kokotinēsgeōrgios designofaframeworkforassessingthequalityofhumanrobotcollaborativeoperations
AT kokotinēsgeōrgios schediasmosdomēsgiatēnaxiologēsētēspoiotētasergasiōnsynergasiasanthrōpourompot
_version_ 1771297137761452032
spelling nemertes-10889-232982022-09-28T07:56:46Z Design of a framework for assessing the quality of human-robot collaborative operations Σχεδιασμός δομής για την αξιολόγηση της ποιότητας εργασιών συνεργασίας ανθρώπου-ρομπότ Κοκοτίνης, Γεώργιος Kokotinis, Georgios Human-robot operation planning Decision-making logic Quality index Behavior trees Προγραμματισμός συνεργασίας ανθρώπων-ρομπότ Λογικής λήψης αποφάσεων Δείκτης αξιόλογης ποιότητας Human-robot collaboration and Interaction (HRC/I) for industrial applications is considered as a challenging topic which involves not only technological aspects but also extends to social sciences and humanities (SSH) research. One of the main difficulties in human-robot collaborative assembly lines is to achieve an efficient process scheduling. However, a proper and efficient human-machine cooperation can increase productivity rates and quality of the overall process. This study proposes an approach focusing on the task planning of Human-Robot Collaborative (HRC) layouts for the assembly of large-scale parts. The implementation of a Human-Robot Operation Planning (HROP) module is presented, analyzing its architecture and the respective functionalities, which aim at the allocation of multiple operations between multiple and different types of resources. This development main pilar is a dynamic decision-making logic that combines both constraints, that exclude resources from the detailed evaluation, as well as multiple mathematical criteria, that provide the most valuable solution. The particularity of HROP is that it is developed under the Behavior Trees (BT) architecture. In addition, a novel and simple Human-Robot Collaboration - Quality Index (HRC – QI) is proposed, aiming to assess the flexibility, performance, cost, and quality aspects of applications involving the co-existence and collaboration of such production entities. The definition of this index considers several metrics for capturing the contributions and drawbacks introduced by the involvement of either humans or robots depending on their attributes and roles within the production operation. Four distinct case studies involving different HRC schemes in different production sectors are used to verify the effectiveness and ease of application of the suggested index, while one under a real industrial environment of the automotive industry, which is based on the assembly of large-scale parts, such as buses, in a hybrid cell of both human operators and multi-type robots is used for the validation of the decision-making logic proposed. Η συνεργασία και η αλληλεπίδραση ανθρώπου-ρομπότ για βιομηχανικές εφαρμογές θεωρείται ως ένα δύσκολο θέμα που περιλαμβάνει όχι μόνο τεχνολογικές πτυχές, αλλά επεκτείνεται και στην έρευνα κοινωνικών και ανθρωπιστικών επιστημών. Μία από τις κύριες δυσκολίες στις γραμμές συναρμολόγησης συνεργασίας ανθρώπου-ρομπότ είναι να επιτευχθεί ένας αποτελεσματικός προγραμματισμός διεργασιών. Ωστόσο, μια σωστή και αποτελεσματική συνεργασία ανθρώπου-μηχανής μπορεί να αυξήσει τα ποσοστά παραγωγικότητας και την ποιότητα της συνολικής διαδικασίας. Αυτή η μελέτη προτείνει μια προσέγγιση που εστιάζει στον προγραμματισμό δράσης της συνεργασίας ανθρώπου και ρομπότ για τη συναρμολόγηση εξαρτημάτων μεγάλων διαστάσεων. Παρουσιάζεται η δημιουργία μιας τεχνολογικής ενότητας κάτω από το όνομα Human-Robot Operation Planning (HROP), που αναλύει την αρχιτεκτονική της και τις αντίστοιχες λειτουργικότητες, οι οποίες στοχεύουν στην κατανομή λειτουργιών μεταξύ πολλαπλών και διαφορετικών τύπων πόρων. Αυτός ο κύριος πυλώνας ανάπτυξης είναι μια δυναμική λογική λήψης αποφάσεων που συνδυάζει τόσο περιορισμούς, που αποκλείουν πόρους από τη λεπτομερή αξιολόγηση, όσο και πολλαπλά μαθηματικά κριτήρια, που παρέχουν την πιο πολύτιμη λύση. Η ιδιαιτερότητα του HROP είναι ότι αναπτύσσεται κάτω την αρχιτεκτονική των Behavior Trees (BT). Επιπλέον, προτείνεται ένας νέος και απλός δείκτης αξιόλογης της Ποιότητας Συνεργασίας Ανθρώπου-Ρομπότ (HRC – QI), με στόχο την αξιολόγηση της ευελιξίας, της απόδοσης, του κόστους και της ποιότητας των εφαρμογών που αφορούν τη συνύπαρξη και τη συνεργασία τέτοιων παραγωγικών φορέων. Ο ορισμός αυτού του δείκτη λαμβάνει υπόψη διάφορες μετρήσεις για την καταγραφή των συνεισφορών και των μειονεκτημάτων που εισάγονται από τη συμμετοχή είτε ανθρώπων είτε ρομπότ ανάλογα με τα χαρακτηριστικά και τους ρόλους τους στη λειτουργία παραγωγής. Τέσσερις ξεχωριστές μελέτες που αφορούν διατάξεις συνεργασίας ανθρώπων-ρομπότ σε διαφορετικούς τομείς παραγωγής χρησιμοποιούνται για την επαλήθευση της αποτελεσματικότητας και της ευκολίας εφαρμογής του προτεινόμενου δείκτη, ενώ μία σε ένα πραγματικό βιομηχανικό περιβάλλον της αυτοκινητοβιομηχανίας, το οποίο βασίζεται στη συναρμολόγηση ανταλλακτικών μεγάλης κλίμακας , όπως τα λεωφορεία, τόσο από ανθρώπινους χειριστές όσο και από ρομπότ πολλαπλών τύπων χρησιμοποιείται για την επικύρωση της προτεινόμενης λογικής λήψης αποφάσεων. 2022-09-26T11:24:30Z 2022-09-26T11:24:30Z 2022-09-23 https://nemertes.library.upatras.gr/handle/10889/23298 en CC0 1.0 Universal http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ application/pdf