Projeto e desenvolvimento de células robotizadas para soldadura e cladding

A utilização de equipamentos robóticos para o processo de soldadura por arco elétrico teve um forte crescimento nas décadas de 80 e 90, altura em que o custo e fiabilidade da tecnologia passou a permitir a integração de robôs em linhas de produção ou em células de fabrico. Depressa cresceram as exigências de uma produção com qualidade repetitiva e facilmente ajustável, e as restrições ao uso de processos manuais ou de tecnologias com pouca flexibilidade. Desde o início do século XXI que a renovação de uma estação de fabrico de peças soldadas para produção em série, especialmente no setor automóvel, parece forçada à integração de robôs industriais, que assim se tornaram símbolos de produtividade. A KAMAZ encontra-se atualmente a renovar alguns dos seus processos de fabrico, incluindo as áreas de soldadura por arco ou cladding. Esta Dissertação aborda o trabalho elaborado, depois de contratualizada com a ABB Rússia a instalação de novas células de fabrico robotizado nesta empresa. Este projeto tem início com o levantamento das necessidades, a verificação do processo existente, e a procura da solução tecnológica que se adapte a essas condições e cumpra os requisitos acordados. São realizadas modelações e simulações off-line em 3D, usando o software RobotStudio da ABB, que permitiram testar cada solução e analisar a sua adequação e viabilidade. Para maior garantia de se obter a qualidade esperada na fusão e deposição do material por processo com arco elétrico revestido a gás, foram realizados testes reais utilizando equipamento robótico em condições baseadas nos testes feitos no ambiente virtual. Por último, são ajustadas as localizações dos postos de trabalho ao layout existente e é feito o balanceamento do tempo de operação manual com o tempo do processo robotizado. Este projeto de Tese termina com a aceitação do cliente para a solução encontrada e para os resultados dos testes reais de ambos os processos.

Melhoria e automação de linhas de montagem

Hoje em dia, e com os avanços tecnológicos a surgirem de forma constante, existem novas áreas que têm de ser consideradas com um foco importante por parte de todas as organizações, sendo uma delas a robótica industrial. Motivada em aumentar o seu output, as condições de trabalho para os seus colaboradores, bem como todas as condições de organização da logística interna, a Grohe Portugal, mais especificamente o departamento da montagem, achou relevante fazer um estudo de métodos e tempos, calculando os ganhos potenciais de aumento de output com introdução de robótica nas linhas dos cartuchos. Os objetivos principais seriam então, fazer uma restruturação de todo o layout dessas linhas, tendo como foco automatizar alguma(s) operação(ões), conseguindo assim uma melhoria significativa do output dessas linhas com o menor payback possível. Posto isto, esta dissertação pretende apresentar o trabalho desenvolvido junto da Grohe Portugal, que teve como objetivo fazer os estudos e a automatização de linhas de montagem de cartuchos, bem como melhorar algumas linhas de montagem tendo em conta fatores ergonómicos. Relativamente à automatização da linha dos cartuchos, foi importante estudar todos os seguintes aspetos:  utilização de unidades robóticas;  ergonomia;  ganhos de produtividade;  automatizar ou semi-automatizar operações;  simplificar processos de montagem;  simplificar setups;  solicitar orçamentos;  elaborar caderno de encargos. Para a realização deste projeto, o trabalho desenvolvido foi decomposto em várias etapas, entre as quais se destacam:  análise e estudo dos métodos e sequências de montagem;  levantamento de todos os componentes e operações de montagem até à obtenção do cartucho final;  estudo de tempos de todas essas operações de montagem;  caraterização de um novo layout para as linhas com a introdução de unidades robóticas, tanto quanto possível, mais adequadas;  elaboração de caderno de encargos para ser enviado a empresas, para estas poderem apresentar uma orçamentação, bem como indicar as unidades robóticas mais adequadas para as tarefas pretendidas;  automatização da linha dos cartuchos. Relativamente ao projeto de novas linhas de montagem tendo em conta fatores ergonómicos, de forma a melhorar os sistemas de abastecimento e as condições de trabalho por parte dos operadores, foram postos em prática diferentes passos, nomeadamente:  identificação de todos os processos de montagem realizados pelos operadores na linha a melhorar;  estudo e definição da disposição dos componentes na nova linha, bem como a sua forma de abastecimento;  projeto da nova linha de montagem em 3D com recurso ao software SolidWorks;  realização prática da linha, acompanhando e ajudando a equipa da ferramentaria. O balanço final do trabalho foi bastante positivo, tanto na automatização das linhas de montagem dos cartuchos, em que todo o seu estudo foi alcançado com sucesso, como no melhoramento ergonómico das linhas de montagem, tendo-se alcançado melhorias em alguns índices de qualidade, tempos de abastecimento, organização das linhas, e nas condições de iluminação, resultando essas melhorias numa avaliação positiva por parte dos colaboradores que nelas trabalham todos os dias.

Desenvolvimento de sistemas automáticos de alimentação e descarga de injectora de plásticos

A indústria de componentes para automóveis necessita de constante inovação, no sentido de manter a elevada competitividade, imprescindível à sobrevivência de qualquer empresa neste sector. A automação e robótica são vias incontornáveis para a prossecução dos objetivos de produtividade desejados. Mesmo dentro da automação, a evolução é constante. Para além disso, a crescente inovação nos produtos fabricados, exige também novas soluções em termos de processos de fabrico. Isto leva a que, soluções válidas até uma determinada altura, passem facilmente a obsoletas, com necessidade premente de se implementarem novos sistemas que correspondam às necessidades atuais. Este trabalho teve por base uma necessidade detetada numa empresa fabricante de acessórios para a indústria automóvel: estruturas para estofo de assento automóvel, entre muitos outros. Atualmente, a estrutura do estofo automóvel assenta numa grelha constituída por um conjunto de arames, que é agregado por uma série de tiras de plástico injetadas em seu redor. As máquinas de injeção responsáveis por este processo têm superfície de apartação horizontal, e necessitam de mão-de-obra adjacente para a colocação dos arames no molde e descarga do conjunto, na razão de uma pessoa para duas máquinas, dependendo do tempo de ciclo da injeção. O trabalho consistiu no desenvolvimento de um sistema automático de alimentação e descarga da máquina de injeção, que tivesse por base um sistema já existente, mas que passasse a comportar outras funções até agora não desempenhadas pelos sistemas antigos, ou seja, que fossem capazes de ultrapassar os problemas colocados pela complexidade atual dos produtos em fabricação. O projeto foi concluído com sucesso, tendo sido validado pela empresa FicoCables, através da construção, teste e colocação em funcionamento de vários protótipos.

A flexible navigation system for autonomous robots operating in heterogeneous environments

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Robots and humans as co-workers? The human-centred perspective of work with autonomous systems

The design of work organisation systems with automated equipment is facing new challenges and the emergence of new concepts. The social aspects that are related with new concepts on the complex work environments (CWE) are becoming more relevant for that design. The work with autonomous systems implies options in the design of workplaces. Especially that happens in such complex environments. The concepts of “agents”, “co-working” or “human-centred technical systems” reveal new dimensions related to human-computer interaction (HCI). With an increase in the number and complexity of those human-technology interfaces, the capacities of human intervention can become limited, originating further problems. The case of robotics is used to exemplify the issues related with automation in working environments and the emergence of new HCI approaches that would include social implications. We conclude that studies on technology assessment of industrial robotics and autonomous agents on manufacturing environment should also focus on the human involvement strategies in organisations. A needed participatory strategy implies a new approach to workplaces design. This means that the research focus must be on the relation between technology and social dimensions not as separate entities, but integrated in the design of an interaction system.

Child programming: an adequate domain specific language for programming specific robots

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Study on the development of an autonomous mobile robot

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Wearable monitoring system for assistance dogs

Despite the recent progresses in robotics, autonomous robots still have too many limitations to reliably help people with disabilities. On the other hand, animals, and especially dogs, have already demonstrated great skills in assisting people in many daily situations. However, dogs also have their own set of limitations. For example, they need to rest periodically, to be healthy (physically and psychologically), and it is difficult to control them remotely. This project aims to “augment” the Assistance dog, by developing a system that compensates some of the dog weaknesses through a robotic device mounted on the dog harness. This specific study, involved in the COCHISE project, focuses on the development of a system for the monitoring of dogs activity and physiological parameters.

Probabilistic constraint reasoning with Monte Carlo integration to robot localization

This work studies the combination of safe and probabilistic reasoning through the hybridization of Monte Carlo integration techniques with continuous constraint programming. In continuous constraint programming there are variables ranging over continuous domains (represented as intervals) together with constraints over them (relations between variables) and the goal is to find values for those variables that satisfy all the constraints (consistent scenarios). Constraint programming “branch-and-prune” algorithms produce safe enclosures of all consistent scenarios. Special proposed algorithms for probabilistic constraint reasoning compute the probability of sets of consistent scenarios which imply the calculation of an integral over these sets (quadrature). In this work we propose to extend the “branch-and-prune” algorithms with Monte Carlo integration techniques to compute such probabilities. This approach can be useful in robotics for localization problems. Traditional approaches are based on probabilistic techniques that search the most likely scenario, which may not satisfy the model constraints. We show how to apply our approach in order to cope with this problem and provide functionality in real time.

AGNI: an API for the control of automomous service robots

With the continuum growth of Internet connected devices, the scalability of the protocols used for communication between them is facing a new set of challenges. In robotics these communications protocols are an essential element, and must be able to accomplish with the desired communication. In a context of a multi-­‐‑agent platform, the main types of Internet communication protocols used in robotics, mission planning and task allocation problems will be revised. It will be defined how to represent a message and how to cope with their transport between devices in a distributed environment, reviewing all the layers of the messaging process. A review of the ROS platform is also presented with the intent of integrating the already existing communication protocols with the ServRobot, a mobile autonomous robot, and the DVA, a distributed autonomous surveillance system. This is done with the objective of assigning missions to ServRobot in a security context.

The human eye as human-machine interface

Eye tracking as an interface to operate a computer is under research for a while and new systems are still being developed nowadays that provide some encouragement to those bound to illnesses that incapacitates them to use any other form of interaction with a computer. Although using computer vision processing and a camera, these systems are usually based on head mount technology being considered a contact type system. This paper describes the implementation of a human-computer interface based on a fully non-contact eye tracking vision system in order to allow people with tetraplegia to interface with a computer. As an assistive technology, a graphical user interface with special features was developed including a virtual keyboard to allow user communication, fast access to pre-stored phrases and multimedia and even internet browsing. This system was developed with the focus on low cost, user friendly functionality and user independency and autonomy.

RoboCup Soccer Leagues

RoboCup was created in 1996 by a group of Japanese, American, and European Artificial Intelligence and Robotics researchers with a formidable, visionary long-term challenge: “By 2050 a team of robot soccer players will beat the human World Cup champion team.” At that time, in the mid 90s, when there were very few effective mobile robots and the Honda P2 humanoid robot was presented to a stunning public for the first time also in 1996, the RoboCup challenge, set as an adversarial game between teams of autonomous robots, was fascinating and exciting. RoboCup enthusiastically and concretely introduced three robot soccer leagues, namely “Simulation,” “Small-Size,” and “Middle-Size,” as we explain below, and organized its first competitions at IJCAI’97 in Nagoya with a surprising number of 100 participants [RC97]. It was the beginning of what became a continously growing research community. RoboCup established itself as a structured organization (the RoboCup Federation www.RoboCup.org). RoboCup fosters annual competition events, where the scientific challenges faced by the researchers are addressed in a setting that is attractive also to the general public. and the RoboCup events are the ones most popular and attended in the research fields of AI and Robotics.RoboCup further includes a technical symposium with contributions relevant to the RoboCup competitions and beyond to the general AI and robotics.

[Preface to] RoboCup 2007: Robot Soccer World Cup XI

[Excerpt] The 11th RoboCup International Symposium was held during July 9–10, 2007 at the Fox Theatre in Atlanta, GA, immediately after the 2007 Soccer, Rescue and Junior Competitions. The RoboCup community has observed an increasing interest from other communities over the past few years, e.g., the robotics community.RoboCupisseenasasignificantapproachtotheevaluationofnewlydeveloped methods to many difficult problems in robotics. Atlanta was also the location of a RoboCup@Space demonstration, which reflected the role of AI and robotics in space exploration. Prior to the symposium, space agencies had expressed an interest in cooperating with RoboCup. A first step in this direction was a successful demonstration at RoboCup 2007, which was accompanied with aninvitedtalkgivenbyaleadingscientistfromtheJapanAerospaceExploration Agency JAXA. [...]

Learning joint representations for order and timing of perceptual-motor sequences: a dynamic neural field approach

Many of our everyday tasks require the control of the serial order and the timing of component actions. Using the dynamic neural field (DNF) framework, we address the learning of representations that support the performance of precisely time action sequences. In continuation of previous modeling work and robotics implementations, we ask specifically the question how feedback about executed actions might be used by the learning system to fine tune a joint memory representation of the ordinal and the temporal structure which has been initially acquired by observation. The perceptual memory is represented by a self-stabilized, multi-bump activity pattern of neurons encoding instances of a sensory event (e.g., color, position or pitch) which guides sequence learning. The strength of the population representation of each event is a function of elapsed time since sequence onset. We propose and test in simulations a simple learning rule that detects a mismatch between the expected and realized timing of events and adapts the activation strengths in order to compensate for the movement time needed to achieve the desired effect. The simulation results show that the effector-specific memory representation can be robustly recalled. We discuss the impact of the fast, activation-based learning that the DNF framework provides for robotics applications.

Off-line simulation inspires insight: a neurodynamics approach to efficient robot task learning

There is currently an increasing demand for robots able to acquire the sequential organization of tasks from social learning interactions with ordinary people. Interactive learning-by-demonstration and communication is a promising research topic in current robotics research. However, the efficient acquisition of generalized task representations that allow the robot to adapt to different users and contexts is a major challenge. In this paper, we present a dynamic neural field (DNF) model that is inspired by the hypothesis that the nervous system uses the off-line re-activation of initial memory traces to incrementally incorporate new information into structured knowledge. To achieve this, the model combines fast activation-based learning to robustly represent sequential information from single task demonstrations with slower, weight-based learning during internal simulations to establish longer-term associations between neural populations representing individual subtasks. The efficiency of the learning process is tested in an assembly paradigm in which the humanoid robot ARoS learns to construct a toy vehicle from its parts. User demonstrations with different serial orders together with the correction of initial prediction errors allow the robot to acquire generalized task knowledge about possible serial orders and the longer term dependencies between subgoals in very few social learning interactions. This success is shown in a joint action scenario in which ARoS uses the newly acquired assembly plan to construct the toy together with a human partner.