Development of an active force control system to the industry – simulation, remote control software and testing

Abstract

Polishing as an industrial process is increasingly getting out of date. The existence of few specialized operators, the dependence on their ability, and the various efficiency limitations are some of its problems. These are more accentuated by the constant technological and scientific developments, such as the concept of Industry 4.0, which is gaining ground in a future where companies will look for solutions in the area of automation and robotics, whether they are new technologies or adaptations of old technologies. In this follow-up of ideas, a group of MIEM students proposed to develop an active force control system from the ground up, consisting of a pneumatic device coupled to a robot and capable of applying a constant force across a surface. This thesis aims to deepen the issues related to the application of this system. A robotic cell was developed in RobotStudio to simulate as accurately as possible the real-life conditions and to show the true potential of the system, by digitally replicating the projected tests, and with the possibility of sending this information directly to the robot controller. It was also created a GUI with a direct connection to the simulation software and to the force control component, the Arduino, via TCP/IP to allow the remote control of the entire operation both in a virtual or real environment. The development of this dissertation was also based on a theoretical contextualization of the industry where this tool could be useful and on a complete study of the works and investigations which once tried to create a solution like this one. The robot was capable of coursing through the path using the active force control components in the simulation, the communication protocols and the software proved to be adequate, and the entire system was feasible from an experimental point of view, with enormous potential for success. Everything was suitably ready to work according to the intended objectives.

O polimento enquanto processo industrial está cada vez mais desatualizado. A existência de poucos operadores especializados, a grande dependência pela aptidão dos mesmos e as várias limitações do ponto de vista da eficiência são alguns dos seus problemas. Estes são ainda mais acentuados pelas constantes evoluções tecnológicas e científicas, como o conceito da Indústria 4.0 que vai ganhando cada vez mais peso num futuro onde as empresas irão procurar mais soluções na área da automação e robótica, sejam elas novas tecnologias ou adaptações de tecnologias antigas. Neste seguimento de ideias, um grupo de alunos do MIEM propôs-se a desenvolver de raiz um sistema de controlo ativo de força, constituído por um dispositivo pneumático acoplado num robot e capaz de exercer uma força constante ao longo de uma superfície. Esta tese tem como objetivo aprofundar as questões relacionadas com a aplicação desse sistema. Foi desenvolvida uma célula robótica em RobotStudio que permitisse simular com a maior exatidão as condições reais e replicar digitalmente os testes projetados, com a possibilidade de enviar essa informação diretamente para o controlador do robot. Foi também criado um GUI com conexão direta ao RobotStudio e à componente de controlo da força, o Arduino, com ligação Wi-Fi de modo a que o controlo remoto de toda a operação fosse possível tanto em ambiente virtual ou ambiente real. O desenvolvimento desta dissertação foi assente numa contextualização teórica das necessidades da indústria onde esta ferramenta poderia vir a ser útil, e também num estudo completo dos trabalhos e investigações que outrora tentaram construir uma solução semelhante a esta. O robot foi capaz de seguir a trajetória corretamente com o dispositivo, os protocolos de comunicação e o software utilizados revelaram-se adequados e todo o sistema demonstrou-se exequível do ponto de vista experimental. Estavam reunidas todas as condições para o sistema funcionar com enorme potencial para vir a ser bem-sucedido.