Feedback aptico on-demand tramite robot collaborativi per la simulazione in realtà virtuale di operazioni manuali nei processi industriali = On-demand haptic feedback using collaborative robots for VR simulation of manual tasks in industrial processes

La realtà virtuale (VR) sta conoscendo una rapida diffusione, favorita dal calo dei costi hardware e dal costante miglioramento della qualità delle simulazioni. Mentre la generazione di stimoli visivi e uditivi ha raggiunto un buon livello di maturità, la riproduzione realistica del senso del tatto rappresenta ancora una sfida aperta. Il feedback aptico è fondamentale nell’interazione uomo-macchina, in particolare nei contesti in cui la precisione e il realismo delle sensazioni tattili influenzano direttamente l’efficacia delle operazioni manuali. In questo scenario si inseriscono i robot collaborativi (cobot), che stanno trasformando l’industria grazie alla loro capacità di lavorare a stretto contatto con l’essere umano. L’integrazione dei cobot con ambienti VR apre nuove opportunità applicative, in particolare per la simulazione di task industriali manuali che prevedono l’uso di strumenti, come pennelli ed erogatori per operazioni di verniciatura o sigillatura, eseguibili in ambienti virtuali sicuri e controllati. Le interfacce aptiche più comuni si basano esclusivamente su feedback vibrotattile, risultando inadeguate per simulare in modo credibile l’uso di strumenti industriali a contatto con superfici fisiche. Alcune soluzioni cinestetiche esistono, ma sono poco diffuse e presentano limiti: spesso sono indossabili, impedendo il contatto diretto con l’ambiente esterno, oppure basate su catene cinematiche che forniscono forze in modo continuo, rendendo difficile interrompere il feedback durante il distacco. Le interfacce aptiche intermittenti offrono invece un’interazione più realistica, attivando il feedback solo quando necessario grazie all’integrazione di tracciamento avanzato e controllo robotico. Questa tesi, sviluppata nell’ambito del progetto MANAGE 5.0 (MANufacturing Automotive Green Evolution 5.0), presenta un’interfaccia aptica intermittente basata su un robot collaborativo KUKA LBR iiwa MED 7, equipaggiato con una flangia progettata appositamente per l’erogazione del feedback aptico, e integrato in un ambiente VR controllato tramite ROS e Unity. L’utente interagisce con oggetti virtuali utilizzando i guanti Manus Prime 3 Haptic XR, che forniscono tracciamento e feedback vibrotattile, oppure tramite la penna Logitech Ink VR Pilot Edition, utilizzata per simulare strumenti manuali industriali. Il tracciamento oculare viene inoltre effettuato mediante il visore HTC Vive Pro Eye, per analizzare l’attenzione visiva durante l’interazione. Il sistema proietta la posizione dell’utente sulla superficie voxelizzata dell’oggetto, garantendo elevata precisione e generalizzabilità rispetto a geometrie diverse. La ricerca affronta tre limiti principali delle interfacce aptiche intermittenti: gestisce l’intera fase di avvicinamento e contatto senza presupporre l'interazione già avvenuta; impiega una pianificazione del movimento online per garantire reattività e adattabilità; e infine, estende l’interazione oltre la mano libera, introducendo l’uso di strumenti per esplorare scenari di interazione strumentale nelle ETHD (Encountered-Type Haptic Display). Uno studio utente è stato svolto per confrontare il sistema proposto con una condizione di controllo priva del feedback cinestetico fornito dal cobot. L’analisi ha considerato fattori chiave quali usabilità, esperienza utente, fedeltà della simulazione, immersività e presenza, e carico mentale, con particolare attenzione all’esecuzione efficace di compiti manuali con strumenti in contesti produttivi simulati.