Dense robot-based object packing via minimization of signed distance field

Magistrsko delo obravnava problem avtomatiziranega gostega zlaganja objektov nepravilnih oblik v omejenem prostoru, ki predstavlja pomemben izziv v sodobnih industrijskih procesih. Zlaganje in razporejanje predmetov je pogosto monotono, fizično zahtevno in nagnjeno k napakam, hkrati pa ima neposreden vpliv na izkoristek prostora, količino odpadnega materiala in splošno učinkovitost proizvodnje. Poseben izziv predstavljajo situacije, v katerih objekti prihajajo zaporedno, njihove oblike pa niso znane vnaprej, kar onemogoča uporabo klasičnih globalnih optimizacijskih metod. Osrednji prispevek magistrske naloge je razvoj algoritma za sprotno (angl. online) zlaganje objektov, ki temelji na uporabi polj predznačenih razdalj (Signed Distance Field – SDF). Algoritem v vsakem koraku izdela združeno SDF-predstavitev delovnega prostora, ki upošteva robove odlagalne površine, že zložene objekte ter dodatne omejitve ali preference. Na tej osnovi se poiščejo potencialno ustrezni položaji, nato pa se z natančno oceno in upoštevanjem različnih orientacij določi lokalno optimalno lego novega objekta. Predlagan pristop omogoča delovanje na poljubno oblikovanih odlagalnih površinah ter obravnavo kompleksnih in nesimetričnih objektov. Poleg algoritma zlaganja delo vključuje tudi razvoj sistema robotskega vida, ki omogoča uporabo algoritma v realnem okolju. Za detekcijo objektov je uporabljen model Florence-2, za natančno segmentacijo pa model Segment Anything (SAM). Iz pridobljenih mask se izračunajo geometrijske lastnosti objektov, kot sta središče in orientacija, ter izdela oblak točk, ki služi nadaljnji obdelavi. Celoten sistem je integriran v robotsko aplikacijo, ki vključuje robotski manipulator, globinsko kamero in prijemalo. Učinkovitost razvitega algoritma je ovrednotena s časovnimi meritvami in primerjavo zapolnjenosti površine z obstoječimi pristopi. Rezultati kažejo, da algoritem dosega primerljivo ali boljšo zapolnjenost pri nepravilnih oblikah v primerjavi z sorodnimi metodami, ob tem pa ohranja razumno računsko zahtevnost, ki omogoča delovanje v realnem času. Delo tako dokazuje, da je SDF-pristop primerna osnova za fleksibilne in robustne sisteme avtomatiziranega zlaganja v industrijskih aplikacijah.