ESTG - Mestrado em Engenharia Eletrotécnica - Energia e Automação
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Browsing ESTG - Mestrado em Engenharia Eletrotécnica - Energia e Automação by advisor "Castro, Hugo Filipe Costelha de"
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- AGV para ambiente interiorPublication . Justino, Cristiano da Silva; Neves, Carlos Fernando Couceiro de Sousa; Castro, Hugo Filipe Costelha deO Nomad200 foi um dos robôs mais populares usados para a investigação em robótica móvel. Face à antiguidade destes robôs, a maioria da utilização dos mesmos hoje em dia implicou uma renovação do seu hardware. Este projeto de mestrado teve como motivação a reabilitação de um robô NOMAD200 obsoleto, tendo como objetivo a implementação de um robô capaz de navegar autonomamente em ambiente interior. Foram estudados todos os componentes do robô e reutilizou-se todo o hardware funcional do robô, nomeadamente sensores, atuadores e estrutura mecânica. Foi desenvolvido software de baixo nível para controlar o hardware recuperado, bem como os novos componentes de hardware que foram integrados. A comunicação com o PC de alto nível é feito usando o protocolo rosserial. O sistema base de software de alto-nível do robô é o ROS, versão Indigo. O sistema desenvolvido foi testado e a versão atual do robô permite realizar navegação com a utilização de um laser e odometria.
- ANALYSIS OF AN RGBD CAMERA FOR MANHOLE INSPECTIONPublication . Jorge, Filipe Castanheira; Castro, Hugo Filipe Costelha de; Neves, Carlos Fernando Couceiro de SousaAs the service life of ducts and manholes reaches their end, there is a growing need to preserve the structures. In order to prevent casualties and service interruption, more frequent inspections are advised. To this day most of the inspections are still, manually made. These inspectors need to be highly qualified, and the inspections are done in an hazardous environment so, automating the inspection process would lead to a healthier workplace. Given the recent development in RGBD cameras, with smaller size factor, cost, and weight, this project aims to evaluate the application of one of the more recent models in a manhole inspection environment. Several analysis are done to assess the RGBD sensor performance for 3D model reconstruction, including the comparison with a ground-truth 3D model obtained using a laser point profile sensor with an industrial robot.
- Aquisição de informação sensorial 3D para verificação de caixas de visitaPublication . Reis, João Miguel Lourenço; Castro, Hugo Filipe Costelha de; Neves, Carlos Fernando Couceiro de SousaEste projeto de mestrado teve como motivação o desenvolvimento de um sistema capaz de fazer a inspeção automática de uma caixa de visita, através do uso de uma câmara, para obter o modelo tridimensional no seu interior, para que deste modo pudessem ser detetadas falhas ou defeitos existentes no interior da caixa de visita. Tendo em consideração diversas câmaras de aquisição sensorial 3D existentes no mercado, foi realizado o estudo de qual dos modelos era mais adequado para a realização deste trabalho. Para além das câmaras existentes, verificou-se quais os programas que permitiam a obtenção da informação proveniente das câmaras, assim como as funcionalidades extra que estes oferecem. Ao longo deste projeto foi feito o desenvolvimento de um robô, que fosse capaz de fazer a aquisição do modelo tridimensional da caixa de visita de forma automática. Foram projetadas e desenvolvidas soluções inerentes ao nível de hardware e software do sistema. É apresentado um algoritmo capaz de fazer a relocalização da posição do robô, tendo por base a posição de um padrão de xadrez sendo, deste modo, possível conhecer a localização de cada uma das juntas do robô para um determinado movimento efetuado. Por fim foram realizados testes para verificar qual das câmaras existentes no laboratório de robótica da ESTG, apresentava um melhor desempenho para o modelo em questão. Foram feitos testes com a câmara escolhida de forma a verificar o seu comportamento em diversos tipos de ambientes e com a obtenção do modelo tridimensional.
- Bin Picking – Reposicionamento de peças usando um manipuladorPublication . Cruz, David Alexandre Areia; Castro, Hugo Filipe Costelha de; Neves, Carlos Fernando Couceiro de SousaA necessidade de introduzir matéria-prima num sistema produtivo é transversal à indústria. No caso em que os objetos chegam de modo desorganizado, dentro de um recipiente estamos perante o problema "bin-picking". Neste contexto, a introdução manual de objetos encontra-se associada à execução do mesmo tipo de movimentos, de um modo repetitivo, durante um elevado número de horas. Como consequência surgem doenças de trabalho, destacando-se as tendinites. Surge, desta forma, a necessidade de uma aplicação de bin-picking. Este tipo de aplicações apresenta potencial, dependendo do hardware e controlo implementado, para aumentar a produtividade, assim como possibilitar a inspeção da totalidade do material inserido no sistema produtivo. A presente dissertação comporta o desenvolvimento e implementação de um sistema automático de reposicionamento de peças, utilizando hardware sensorial de baixo custo e partindo de um caso de estudo associado a uma empresa metalúrgica da região de Leiria. Os objetos a reposicionar, possuem aspeto metálico e são aproximadamente planos. Aos desafios inerentes ao brilho exibido pelas peças acresce a sobreposição entre as mesmas e o erro associado ao sensor de baixo custo e à espessura das peças ser da ordem de grandeza da capacidade de medição de profundidade. Para a resolução deste problema foi utilizado um método com uma etapa de deteção com vista a captura e uma etapa de determinação de pose das peças. Para a etapa de captura foi desenvolvido um método de deteção que utiliza o conceito de procura de uma sub-região. Para a etapa de determinação de pose foi utilizado o algoritmo Iterative Closest Point. O algoritmo, aplicável em tempo real, foi testado com sucesso numa vasta gama de condições de iluminação não controlada (utilizando iluminação normal de uma sala sem qualquer alteração), com a ausência e a presença de sobreposição.
- Condução autónoma – desenvolvimento de um robô para navegação num ambiente rodoviário à escalaPublication . Neto, Bruno Batista; Castro, Hugo Filipe Costelha de; Neves, Carlos Fernando Couceiro de SousaDesde sempre que a tecnologia tem procurado ajudar, complementar ou mesmo substituir o ser humano em todas as suas tarefas e necessidades mais tediosas e/ou perigosas. A indústria automóvel é das que mais investe na investigação e desenvolvimento desta área, procurando desenvolver viaturas inteligentes, baseados em condução autónoma que ajudem o ser humano enquanto condutor, seja ao nível do conforto como da segurança. Em Portugal, no Festival Nacional de Robótica, existe uma prova onde se aplicam conceitos de decisão, controlo e visão para a condução autónoma num ambiente à escala. É com este conceito em mente que se executa este projeto, com a intenção de construir um veículo à escala, com direção de Ackerman, com a capacidade de se conduzir sem a intervenção ou controlo humano, que possa ser também utilizado na referida prova de competição. O projeto criado é baseado num sistema de controlo de baixo nível, responsável por controlar a velocidade, direção e travagem do veículo, sob comando de um sistema de alto nível baseado em visão computacional. O sistema desenvolvido foi testado, com sucesso, numa fase preliminar na prova a que se destinava. A versão atual do veículo inclui duas câmaras (uma delas móvel) para aquisição de informação múltipla, e codificadores nas rodas para um controlo mais preciso da velocidade do veículo.
- Controlo de qualidade usando visãoPublication . Barros, Dominique Nunes Domingues; Castro, Hugo Filipe Costelha de; Ribeiro, Eliseu Manuel ArtilheiroO controlo de qualidade é um fator que assume um nível de importância cada vez maior na indústria devido às exigências dos mercados e do consumidor final. No entanto estabelecer limites de qualidade não é suficiente, é necessário garantir que estes são cumpridos. A maioria dos processos de produção da indústria tem na frente do controlo de qualidade operadores especializados nesta função, mas é inevitável que fatores como o cansaço e visualização continuada dos mesmos defeitos levem ao incumprimento do controlo de qualidade de 100% da produção efetuada mediante os parâmetros de qualidade estabelecidos. Uma das soluções emergente devido à evolução tecnológica e automatização dos processos é o recurso a sistemas computorizados para controlo da qualidade usando visão artificial. Este projeto tem como base um protocolo estabelecido entre a ESTG e a ROCA, cujo objetivo final é a integração de um sistema baseado em visão artificial para efetuar o controlo de qualidade para todos os depósitos e respetivos tampos fabricados. Apesar de não terem sido concluídos todos os objetivos, não permitindo a implementação do sistema, o estudo aqui desenvolvido apresenta as adversidades encontradas e as soluções possíveis para a possibilidade de conclusão deste projeto.
- DEVELOPING COL LABORATIVE APPL ICATIONS USING THE KUKA IIWAPublication . Pinto, Maildo Lopes; Neves, Carlos Fernando Couceiro de Sousa; Castro, Hugo Filipe Costelha deDeveloping applications for collaborative robots, like the KUKA iiwa, is a challenging task. These types of robots generally have a difficult architecture to interact with, and their programming language is not very user-friendly. In the Advanced Robotics and Smart Factories Laboratory of the Polytechnic Institute of Leiria, we have an industrial robot, model KUKA iiwa 7 800. The project described in this report was built in order to facilitate the development of robotic applications in the industry, based on the idea of interacting with the KUKA robot using a Multi-purpose Flange Adapter System, to perform a pick and place task and a Path Following with Force Feedback task. To do so, a device was developed consisting of two modules, each controlled by an ATmega microcontroller, and can communicate with each other by wire or wirelessly. The robot and device are linked with the KUKA control unit, using digital ports from a Beckhoff module. The conducted tests and the analysis of the results showed that the system worked as intended.
- HAPTIC DEVICES FOR ADVANCED INTERACTION WITH MULTIMEDIA SYSTEMSPublication . Silva, Bruno Miguel Lopes e; Castro, Hugo Filipe Costelha de; Bento, Luís Manuel Conde; Assunção, Pedro António Amado deThis project report describes the work carried out to design and evaluate new interfaces for media consumption in Smart TVs. The main goal is the study of the different technologies that can integrate a new generation of remote controls, and the development of prototypes (interfaces) that allow to connect all selected technologies in order to find a combination that improves the users quality of experience (QoE). Traditionally, the use of remote controls for television control uses only mechanical buttons to execute different tasks but, due to constant technological progress, an evolution is underway in the way users consume television content, moving from traditional passive visualization of contents to interactive forms. In this new interactive forms the user increasingly uses actions, adapts and interacts with multimedia content, services on demand and applications that support multiple users (games, social networks, etc). To keep up with these developments, it is necessary to add features to the conventional remote controls to enable a dynamic control, fast and accurate text input methods, and haptic feedback that is appropriate for the tasks that users need to perform. Two interfaces were developed integrating different haptic technologies that would provide the features mentioned above (dynamic control, text input methods, and haptic feedback). To assess the operation of the developed interfaces, tests were performed with different users to obtain objective and subjective classifications. The contribution of this work, was the integration of technologies that can improve the users QoE when using a Smart Tvs/Boxes and collecting users satisfaction levels regarding to the use of these technologies in remote controls. The tests show that despite the large number of different haptic effects users preferred one for each type of different technologies. Based on user rating, for the dynamic interaction case, one technology has proved to be preferred. In the case of text input/editing, among the various technologies, one of the technologies allows a fast text input with the highest level of user satisfaction.
- INDUSTRIAL DEVICE INTEGRATION AND VIRTUALIZATION FOR SMART FACTORIESPublication . Martins, André Fagundes; Castro, Hugo Filipe Costelha de; Neves, Carlos Fernando Couceiro de Sousa; Bento, Luís Manuel CondeGiven the constant industry growth and modernization, several technologies have been introduced in the shop floor, in particular regarding industrial devices. Each device brand and model usually requires different interfaces and communication protocols, a technological diversity which renders the automatic interconnection with production management software extremely challenging. However, combining key technologies such as machine monitoring, digital twin and virtual commissioning, along with a complete communication protocol like OPC UA, it is possible to contribute towards industrial device integration on a Smart Factory environment. To achieve this goal, several methodologies and a set of tools were defined. This set of tools, as well as facilitating the integration tasks, should also be part of a virtual engineering environment, sharing the same virtual model, the digital twin, through the complete lifecycle of the industrial device, namely the project, simulation, implementation and execution/monitoring/supervision and, eventually, decommissioning phases. A key result of this work is the development of a set of virtual engineering tools and methodologies based on OPC UA communication, with the digital twin implemented using RobotStudio, in order to accomplish the complete lifecycle support of an industrial device, from the project and simulation phases, to monitoring and supervision, suitable for integration in Industry 4.0 factories. To evaluate the operation of the developed set of tools, experiments were performed for a test scenario with different devices. Other relevant result is related with the integration of a specific industrial device – CNC machining equipment. Given the variety of monitoring systems and communication protocols, an approach where various solutions available on the market are combined on a single system is followed. These kinds of all-in-one solutions would give production managers access to the information necessary for a continuous monitoring and improvement of the entire production process.
- INDUSTRY 4 . 0 : LEGACY DEVICES INTEGRATION WITH OPC UA AND THE DIGITAL TWINPublication . Cavalcanti, Marcella Barros de Brito; Castro, Hugo Filipe Costelha de; Neves, Carlos Fernando Couceiro de SousaOver the years, the constant evolution of the industry has led to many advancements in factories and manufacturing systems. The terms "Smart Factories" and "Smart Manufacturing Systems" have been used to describe the latest wave of technological innovations that have transformed how factories operate. One of these innovations is the concept of the Digital Twin, which is a realistic virtual copy of a physical object. This technology allows entire manufacturing shop-floors to be digitalized, and physical processes to be tightly intertwined with their cyber counterparts. The development of Digital Twins encompasses several challenges, including model accuracy, security, and the integration of different devices and systems, including interoperability and standardization across them. The goal of this work is to develop key applications to support the implementation of Digital Twins in a Smart Factory environment, by describing an example of the development of an Industry 4.0 enabling application for a legacy device, as well as the design of a Digital Twin for a real industrial system from the ground up. A key result of this work is a successful use case of creating a Digital Twin for a quality control cell in the industry, using RobotStudio as the simulation environment and OPC UA as the communication protocol between the devices in the cell. The developed Digital Twin is capable of simulating the behaviour of the devices in the cell, as well as performing the cell’s control logic. It is also capable of storing historical process data, which could be analyzed and used to perform process optimization. Another relevant result is related to the use of a device’s Digital Twin to support the development of an application, performing tests and validation, while eliminating the need of accessing the real device. It shows that this technology can be used to speed up development and reduce downtime of industrial devices, thus reducing costs and improving the production process.