CLASSIFICATORE ROBOTIZZATO PER IL TRACCIAMENTO DEL GRUPPO SANGUIGNO UTILIZZANDO TAG RFID

The thesis work presents the control of a collaborative robot of RV-Series with 6-DOF developed by Mitsubishi in order to execute a given task. Usually, manipulators are mostly diffused in the industrial field, and they perform typical pick and place applications, however the goal of this thesis work is to involve manipulators in clinical applications, a field in which robots are still not so spread. In the developed application the manipulator, following linear trajectories in the operational space, has to take the test tubes from a rack to classify them into the right plastic box according to the blood type (0, A, B). The test tubes, ideally containing various blood samples of different blood types and having a custom 3D printed screw cap, are catching one by one thanks to a pneumatic actuated gripper and are approached to the RFID MFRC522 sensor. The sensor is connected to an Arduino UNO R3 board using the Serial Peripheral Interface (SPI). In addition, a Printed Circuit Board (PCB) has been designed using Altium 2019, creating a custom Arduino Shield to have a more compact system. For the development of the thesis work, to classify the sample according to the blood type, have been used some writable/readable NFC tags which are applied on the test tube. Each NFC tag has a unique UID which identifies the test tube and the algorithm for the classification has been developed using the Arduino IDE. When the test tube is nearby the RFID sensor, it reads the NFC tag and gives a different output action to the manipulator depending on the blood type of the sample, to place the corresponding test tube in the right box. In order to accomplish the execution of this task, two different level controllers have been developed, in particular a low-level controller which actuates the motors of the robot joints and a high-level controller which is used to make possible the communication between the robot, the sensor output and the PC. The low-level controller is developed using CIROS Programming which allows to define simple basic tasks that the manipulator has to execute as for instance close the gripper, open the gripper and move to a particular cartesian position with given orientation. The high-level controller has been developed in LabVIEW, the VI scheme is composed of some custom elementary blocks which implement the basic tasks described by the low-level controller. The data are sent by the RFID sensor to LabVIEW using a serial communication. The integration of the RFID technology with the use of an industrial manipulator makes this work thesis a pilot study in the field of the use of manipulators in clinical applications.

Il lavoro di tesi presenta il controllo di un robot collaborativo della serie RV con 6-DOF sviluppato da Mitsubishi per eseguire un determinato task. Solitamente i manipolatori sono maggiormente diffusi in ambito industriale, e svolgono tipiche applicazioni pick and place, tuttavia l'obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di utilizzare i manipolatori in applicazioni cliniche, campo in cui i robot non sono ancora così diffusi. Nell'applicazione sviluppata il manipolatore, seguendo traiettorie lineari nello spazio operativo, deve prelevare le provette da un porta provette per classificarle nella giusta box di plastica in base al gruppo sanguigno (0, A, B). Le provette, contenenti idealmente vari campioni di sangue di diversi gruppi sanguigni e dotate di un tappo a vite stampato in 3D personalizzato, vengono prelevate una per volta grazie a una pinza ad azionamento pneumatico e vengono avvicinate al sensore RFID MFRC522. Il sensore invia i dati ad una scheda Arduino UNO R3 utilizzando la Serial Peripheral Interface (SPI). Inoltre, è stato progettato un circuito stampato (PCB) utilizzando Altium 2019, creando una shield per Arduino personalizzato in modo da avere un sistema più compatto. Per lo sviluppo del lavoro di tesi, per classificare il campione in base al gruppo sanguigno, sono stati utilizzati dei tag NFC scrivibili e leggibili che vengono applicati sulla provetta. Ogni tag NFC ha un UID univoco che identifica la provetta e l'algoritmo per la classificazione del campione è stato sviluppato utilizzando l'IDE Arduino. Quando la provetta si trova nelle vicinanze del sensore RFID, legge il tag NFC e fornisce al manipolatore una diversa azione in output a seconda del gruppo sanguigno del campione, per posizionare la provetta corrispondente nella casella di destra. Per assolvere a questo compito sono stati sviluppati due diversi controller di livello, in particolare un controller di basso livello che aziona i motori dei giunti del robot e un controller di alto livello che viene utilizzato per rendere possibile la comunicazione tra il robot , l'uscita del sensore e il PC. Il controller di basso livello è sviluppato utilizzando la programmazione CIROS che consente di definire semplici compiti di base che il manipolatore deve eseguire come ad esempio chiudere la pinza, aprire la pinza e spostarsi in una particolare posizione cartesiana con un determinato orientamento. Il controller di alto livello è stato sviluppato in LabVIEW, lo schema VI è composto da alcuni blocchi elementari personalizzati che implementano le attività di base descritte dal controller di basso livello. I dati vengono inviati dal sensore RFID a LabVIEW utilizzando una comunicazione seriale. L'integrazione della tecnologia RFID con l'utilizzo di un manipolatore industriale rende questa tesi di lavoro uno studio pilota nel campo dell'utilizzo dei manipolatori in applicazioni cliniche.