Sistema de visão e manipulação robotica para marcação a laser

Abstract

Nos últimos anos tem-se verificado um crescimento populacional que é acompanhado pela indústria através da automatização dos processos industriais. A robótica industrial e a visão computacional surgem como uma solução viável para dar resposta às exigências da produção massiva que nos dias de hoje se fazem sentir. Assim, conscientes dos progressos destas tecnologias, a JPM Industry e a Universidade de Aveiro lançaram o projeto Adaptmark, que tem como objetivo investigar e desenvolver um sistema robótico de marcação a laser de peças metálicas. Assim, esta dissertação propõe um sistema dedicado à marcação a laser de peças planares de diversos formatos. Dividiu-se o sistema geral em dois subsistemas, um responsável pelo reconhecimento das peças e outro pela manipulação das mesmas, de forma a que estas sejam facultadas ao marcador a laser. O desenvolvimento deste sistema é baseado na biblioteca Open Source Com- puter Vision Library (OpenCV) juntamente com o Robot Operating System (ROS), tirando partido das bibliotecas e pacotes já desenvolvidos nestas áreas de investigação como, por exemplo, o MoveIt!, dedicado ao planeamento de trajetórias, entre outras funcionalidades. Além disso, usou-se o Gazebo como simulador responsável por criar um mundo virtual semelhante ao caso real, onde se realizaram algumas validações. Relativamente ao subsistema de visão, a solução foi apresentada, testada e validada. Este subsistema faz o reconhecimento de peças junto de uma base de dados, assim como estima a sua posição, orientação, dimensões e coordenadas de marcação a laser, onde apesar de existirem ainda erros associados este cumprem os requisitos definidos. Além disso, desenvolveram-se, testaram-se e validaram-se mecanismos que permitem o incremento da eficiência computacional deste subsistema. Em relação ao subsistema de manipulação, testou-se e validou-se, tanto em ambiente real como simulado, um conjunto de planeadores de trajetórias assim como a manipulação das peças. Quanto à marcação a laser propriamente dita, obtiveram-se resultados ajustados com os requisitos definidos tendo-se obtido um sistema final funcional. Todos os testes e resultados experimentais realizados são apresentados de forma detalhada nesta dissertação.

In recent years there has been a population growth that is accompanied by the industry through the automation of industrial processes. Industrial robotics and computer vision emerge as a viable solution to respond to the demands of mass production that are felt nowadays. Thus, aware of the progress of these technologies, JPM Industry and University of Aveiro started the Adaptmark project, which aims to investigate and develop a robotic laser marking system for metal pieces. This dissertation proposes a system dedicated to laser marking planar metal pieces of different shapes. The general system was divided into two subsystems, one responsible for recognizing the metal pices and the other for manipulating them, in order to make them available to the laser marker. The development of the system is based on the Open Source Computer Vision Library (OpenCV) together with Robot Operating System (ROS), taking advantage of the libraries and packages already developed with research areas, such as MoveIt!, dedicated to the trajectories planning, among other features. Furthermore, the Gazebo simulator was used to create a virtual world similar to the real world, where some validations were performed. Regarding the vision subsystem, the solution was presented, tested and validated, where it recognizes metal pieces in a database, as well as estimating their position, orientation, dimensions and laser marking coordinates, where despite the existence of associated errors, it accomplish the requirements defined. Furthermore, the mechanisms that allow the increment of the computacional efficiency of this subsystem were discovered, tested and validated. Regarding the test of the manipulation subsystem, a set of trajectory planners was validated, as well as the manipulation of the metal pieces. As for laser marking itself, results adjusted to the defined requirements were obtained, resulting in a functional final system. All tests and experimental results performed are presented in detail in this dissertation.