Desenvolvimento de uma garra robótica para
operações de bin-picking
Eduardo Santos
Orientação: Vítor Santos e Abílio Borges
Linhas gerais
 Introdução
 Objectivos
 Idealização do protótipo
 Projecto mecânico
 Automação do sistema
 Resultados e conclusões
 Trabalhos futuros
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Enquadramento
 Aplicações de soldadura e
montagem
 Mercado em crescimento
 Ambientes estruturados
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Enquadramento
 Trabalho manual
- Elevados custos em mão-de-obra
- Trabalhos repetitivos e perigosos
- Possíveis erros humanos na produção
 Automação fixa
- Elevados custos em sistemas de
posicionamento e orientação de peças
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O que é o bin-picking?
 Recolha autónoma de peças aleatoriamente distribuídas no interior de um
recipiente, recorrendo a robôs guiados por visão.
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A problemática do bin-picking
 Determinação da posição e orientação num ambiente 3D e não-estruturado;
 Alterações nas condições de luminosidade e criação de sombras;
 Possibilidade de colisão com peças, ferramentas e recipientes;
 Velocidade para a realização das tarefas;
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Objectivos
 Projecto e concepção de um protótipo de garra capaz de abordar aplicações de
bin-picking.
- Antecipação e resolução de problemas do bin-picking;
- Criação de uma ferramenta de trabalho versátil que permita a sua aplicação a
diferentes aplicações;
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Importância da garra
A garra é a interface entre o ambiente de trabalho e o sistema.
 Uma garra para operações de bin-picking:
- permite a recolha da peça;
- é constituída por diferentes sistemas que permitem a percepção do ambiente
de trabalho;
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Importância da garra
Percepção
Sistema de visão
 Configuração de câmara móvel
 Permite a determinação da
posição e orientação das peças
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Sistema de feedback
sensorial não-visual
 Dispositivos sensoriais nãovisuais
 Permite a determinação de
variáveis como força, pressão e
binários.
Estado da arte
JMP
Auto/Con Corp.
 Aplicações de semi-random bin-picking
 Garras auto-compensativas
 Sistemas de visão robustos
 Escassez de feedback sensorial não-visual
 Software complexo
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Scape Technologies
Idealização do protótipo
Versatilidade
Unidade de visão
Sistema de bin-picking
Visão + Actuação
Unidade Geral de Interface
(UGI)
Interface remota
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Adaptabilidade
Unidade de actuação
Funcionalidades do sistema
Dispositivos sensoriais
extrínsecos
Dispositivos de
segurança
Dispositivos sensoriais
intrínsecos
Sistema de visão
UGI
Autoreconhecimento
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Segurança e
diagnóstico
Controlo de
dispositivos
Unidade de visão
 Câmara monocular móvel
 Projecção de luz estruturada
 Controlo da orientação de projecção da luz estruturada
 Iluminação localizada
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Unidade Geral de Interface
 Universalidade nos acoplamentos
 Serve de interface a todas as unidades do sistema
 Permite a transferência de dados
 Distribui a alimentação e o ar comprimido ao sistema
 Electrónica no seu interior
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Unidade de actuação
 Garra existente no laboratório e sujeita a algumas alterações
 Garra pneumática de actuação linear paralela
 Comutação por electro-válvula
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Projecto mecânico
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Plataforma de interface modular
 Placas de interface amovíveis
 Configuração híbrida de poliamida + liga de alumínio
 Ligações aparafusadas
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Distribuição dos componente na UGI
 Estrutura longitudinal
 Componentes existentes no laboratório
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Unidade de visão
 Ajuste da posição longitudinal da câmara
 Suporte do anel de LEDs amovível
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Unidade de visão
 Controlo angular da projecção do feixe laser
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Automação do sistema
Interface remota
Gbit ethernet
Câmara
Monitorização:
Comando:
- Estado do sistema;
- Informação sensorial;
- Presença de garra;
- Imagem da câmara
- Servomotor;
- Iluminação localizada;
- Ponteiro laser;
- LEDs de diagnóstico;
- Refrigeração;
- Unidade de actuação;
MAX233
Unidade Geral de Interface
EUSART1
Microcontrolador
Válvulas de
actuação
EUSART2
MAX233
I/O
PWM
Servomotor
Ponteiro
laser
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A/D
Sensores
ultrasonicos
LEDs de
diagnóstico
Iluminação
localizada
Unidade de actuação
I/O
EUSART
Microcontrolador
A/D
Sensores
ópticos
Sensores
de pressão
Placas de circuito impresso
 Unidade Geral de Interface
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Placas de circuito impresso
 Unidade de actuação
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Software
 Protocolo de comunicação
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Software
 Protocolo de comunicação
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Software
 Interface remota
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Software
 Interface remota
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Software
 Interface remota
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Resultados
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Resultados
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Conclusões
 Sistema flexível
 Independência funcional
 Controlo e monitorização do sistema
 Ferramenta de trabalho versátil e promissora
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Trabalho futuro
 Realização de testes e ensaios
 Aplicação de outras unidades de actuação
 Inclusão de carapaças protectoras e dispositivos sensoriais
 Sistema de acoplamento rápido
 Controlo de força
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FIM
Obrigado!
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