Controlo da navegação e manobras de acostagem de manipuladores móveis autónomos em ambientes de logística interna

Abstract

A automatização de processos industriais é já uma realidade consolidada, contudo, por vezes estes mecanismos revelam-se insuficientes para suprimir as atuais exigências do meio industrial, entre as quais a otimização e gestão de recursos. Este trabalho de dissertação pretendeu mitigar a problemática recorrendo a soluções mais recentes do âmbito da robótica, isto é, à robótica colaborativa. Estes tipos de sistemas têm a vantagem de poder partilhar o espaço de trabalho com operadores humanos. O presente trabalho apresenta uma solução inteligente e flexível que permite a partilha de mecanismos operacionais entre os diferentes tipos de processos industriais distribuídos numa indústria. Para o efeito, foi proposto um sistema autónomo capaz de realizar as operações de navegação e de acostagem em ambiente industrial complexo. Esta dissertação está inserida no projeto de investigação MIAR (Mobile Intelligent Autonomous Robots), realizado no âmbito da parceria Bosch, UMinho e CCG (Centro Computação Gráfica), no qual é pretendido a conceção de uma solução que facilite o transporte e manipulação de peças em chão de fábrica de forma autónoma, recorrendo a robôs colaborativos. Para tal, recorreu-se a um manipulador móvel, composto por um braço manipulador e por uma plataforma omnidirecional, cujo controlo faz parte dos objetivos da presente dissertação. Dada a partilha do espaço com operadores humanos, o veículo deve estabelecer movimentos caracterizados como legíveis. Contudo, as operações de acostagem e de navegação em espaços exíguos devem ser estabelecidas por movimentos holonómicos. Por forma a incorporar as operações previstas, o sistema foi estruturado segundo uma arquitetura lógica, composta por módulos gerais que incorporam e auxiliam a execução dos diversos tipos de comportamentos considerados (de navegação e de acostagem). A integração e gestão da ativação dos comportamentos encontra-se incorporada por um algoritmo dedicado. Para efeito de teste e de validação, foi desenvolvido um cenário de simulação, similar a um ambiente industrial, composto pelo modelo dinâmico da plataforma móvel e por locais estrategicamente desenvolvidos para a validação dos comportamentos, conforme os requisitos de projeto. Os objetivos propostos na dissertação foram atingidos, tendo sido realizados testes em simulação em que o veículo se mostrou capaz de deslocar-se entre os diversos locais da fábrica, em ambiente partilhado com operadores e outros veículos, sendo também capaz de acostar junto a linhas de montagem e a máquinas-ferramentas. A acostagem ao local de park e de carregamento também foi contemplada.

The automation of industrial processes is already a consolidated reality, nevertheless, sometimes these mechanisms seem insufficient to overcome the actual demands of the industrial sector, including the optimization and management of resources. This dissertation intends to mitigate the problem by resorting to robotics’ state of the art solutions, namely, collaborative robotics. These types of systems have the advantage of being able to share the workspace with human operators. This work presents an intelligent and flexible solution that allows the sharing of operational mechanisms among different industrial processes. For this purpose, it is presented an autonomous system capable of performing navigation and docking operations in a complex industrial environment. This dissertation is integrated in the MIAR’s (Mobile Intelligent Autonomous Robots) research project, carried out in the scope of the partnership between Bosch, UMinho and CCG (Centro Computação Gráfica), in which is pretended to design a solution that facilitates the transport and manipulation of components in factory floor autonomously, by using collaboratives robots. For such, a mobile manipulator was used, composed of a manipulator arm and an omnidirectional platform, whose control is part of this dissertation objectives. Since the vehicle shares space with human operators, it must establish movements characterized as readable, by this means, easily understandable by a human being. However, the docking and navigation operations in confined spaces should be performed by holonomic movements. In order to incorporate the planned operations, the system was structured based on a logical architecture, composed of general modules that incorporate and assist the execution of the considered behaviours (navigation and docking). The integration and behavioural activation management is incorporated in a dedicated algorithm. For testing and validation purposes, a simulation scenario was developed, similar to an industrial environment, composed of the dynamic model of the mobile platform and by strategically developed locations for the behaviour validation, according to the design requirements. The proposed objectives of the dissertation were achieved, as simulation tests were carried out in which the vehicle proved capable of moving between the various plant sites, in an environment shared with operators and other vehicles, and also capable of docking beside assembly lines and machine tools. Docking to the park and charging points has also been contemplated.