Control de fuerza con el brazo robot colaborativo UR3

[ES] Este documento contiene la memoria del Trabajo Fin de Grado titulado “Control de fuerza con el brazo robot colaborativo UR3” escrito por Jose Antonio Ferriz Beneito. Los objetivos a lograr durante la realización de este proyecto son: • Comprender la mecánica del robot colaborativo y su programación para conseguir un conocimiento avanzado de su funcionamiento. • Entender el funcionamiento de los sensores de fuerza/par y sus distintas aplicaciones. • Desarrollar una comunicación entre un ordenador y un robot. • Crear las bases para desarrollar un control por fuerza de un robot colaborativo.[EN] This document contains the memory of the Final Degree Proyect entitled “Control de fuerza con el brazo robot colaborativo UR3” written by Jose Antonio Ferriz Beneito. The objectives to achieve during the realization of this proyect are: • Understand the mechanics of the collaborative robot and its programming to get an advanced knowledge of its operation. • Develop a communication between a computer and a robot. • Create the bases to develop a forcé control of a collaborative robot.Ferriz Beneito, JA. (2018). Control de fuerza con el brazo robot colaborativo UR3. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/112457TFG

Impedance based Gym environment for the IIWA Collaborative robot towards human robot interaction

[Resumen] A medida que aumenta la fisioterapia de rehabilitación, también aumenta el deseo de soluciones robóticas robustas y adaptables para estandarizar y automatizar procedimientos comunes. Sin embargo, las técnicas de control modernas todavía tienen que migrar a entornos centrados en la interacción humana como los que requiere la fisioterapia. Esto se debe en gran parte a la falta de entornos de aprendizaje que puedan aprovechar los modernos robots con control de fuerzas. El objetivo de este artículo es introducir un nuevo entorno de aprendizaje por refuerzo (RL) para el entrenamiento de un manipulador robótico controlado por fuerza tanto en simulación como en el mundo real. Este problema puede dividirse en tres componentes, cada uno de los cuales depende del anterior. En primer lugar, se requiere un controlador de control robusto que sirva de puente entre el lenguaje de programación nativo de los robots (C++) y el lenguaje de programación Python, donde se implementan la mayoría de los algoritmos de RL. En segundo lugar, un controlador de impedancia cartesiana que pueda ajustarse para funcionar en la simulación y en el mundo real, abstrayendo la mayor parte de la complejidad de la de la dinámica de cuerpos rígidos. Y, por último, la construcción del entorno RL basado en la omnipresente interfaz OpenAI Gym.[Abstract] As rehabilitation physiotherapy is on the rise, so too is the desire for robust and adaptable robotic solutions to standarise and automate common procedures. Yet modern control techniques have still to migrate to human-interaction centered environments such as the ones required in physiotherapy. This is in great part due to the lack of learning environments that can leverage modern force controlled robots. The aim of this paper is therefore to introduce a new reinforcement learning (RL) environment for learning and training of a force controlled robotic manipulator both in simulation and in the real world. This problem can be divided into three components, each one depending on the last one. First, a robust control driver is required that bridges between the robots native programming language (C++) and the Python programming language, where most RL algorithms are implemented. Second, a cartesian impedance controller that can be fitted to work both in simulation and in the real world, abstracting away most of the complexity of rigid body dynamics. And finally the construction of the RL environment based on the ubiquitous OpenAI Gym interface.Esta investigación ha recibido fondos de los proyectos ROBOASSET PID2020-113508RBI00; ALMA H2020-EIC-FETPROACT-2019; proyecto de I+D+i PLEC2021-007819 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea NextGenerationEU/PRTR; RoboCity2030-DIH-CM, Madrid Robotics Digital Innovation Hub, S2018/NMT-4331, financiado por Programas de Actividades I+D en la Comunidad de MadridComunidad de Madrid; S2018/NMT-433

Aplicación de un robot colaborativo de dos brazos para la resolución del cubo de rubik basado en visión artificial

ESPAÑOL: Con objeto de entretener y acercar al usuario al mundo de la robótica, este trabajo presenta una célula robotizada para la resolución de cubos de Rubik. El sistema está formado por el robot colaborativo YuMi de dos brazos y una cámara de visión artificial. Gracias a esta cámara, el sistema es capaz de detectar la posición y la configuración del cubo de Rubik, además de identificar si se trata de un cubo de 2x2 o de 3x3. Una vez detectado el cubo, el robot utiliza los dos brazos para resolver el cubo con el mínimo número de giros y movimientos posibles. Adicionalmente, con el fin de aumentar la comunicación entre el sistema y el usuario, se le ha añadido una pantalla táctil y un módulo de sonido.INGLES: In order to entertain and get robotics closer to the user, this work presents a robotic cell for the resolution of Rubik’s cubes. The system consists of the YuMi two-armed collaborative robot and an artificial vision camera. Thanks to this camera, the system is able to detect the position and configuration of the Rubik’s cube, in addition to identifying whether it is a 2x2 or 3x3 cube. Once the cube is detected, the robot uses its both arms to solve the cube with the minimum number of turns and movements possible. Additionally, in order to increase communication between the system and the user, a touch screen and a sound module have been added.EUSKERA: Robotikaren mundura hurbiltzeko eta entretenitzeko asmoz, Rubiken kuboak ebazteko zelula robotizatu bat aurkezten du lan honek. Sistema bi besoko YuMi robot kolaboratzaileak eta ikusmen artifizialeko kamera batek osatzen dute. Kamera honi esker, sistema Rubiken kuboaren posizioa eta konfigurazioa detektatzeko gai da, 2x2ko kuboa edo 3x3koa den identifikatzeaz gain. Kuboa detektatu ondoren, robotak bi besoak erabiltzen ditu kuboa ahalik eta bira eta mugimendu gutxienekin ebazteko. Gainera, sistemaren eta erabiltzailearen arteko komunikazioa areagotzeko, ukimen-pantaila bat eta soinu-modulu bat gehitu zaizkio

Automatización de un proceso de fabricación flexible utilizando un robot colaborativo

Durante estos últimos años, se está produciendo la cuarta revolución industrial, que busca transformar la empresa en una organización inteligente para optimizar los resultados de negocio. Para ello las empresas deben poder adaptarse de forma rápida a las necesidades del mercado. Esto se consigue usando sistemas de fabricación flexible, los cuales permiten la producción de forma automática de series más cortas de producto, pudiendo adaptarse a la demanda sin tener un coste económico muy elevado.En este proyecto se resuelve el cambio de hábitos de los consumidores creando una pequeña línea de producción flexible, en la cual un operario mediante un terminal programable o HMI decide si la operación a realizar es el despaletizado o el paletizado. Si se realiza este último se deberá seleccionar el tipo de palet a rellenar y las diferentes piezas que usará en cada posición. Esta información se transfiere al PLC, el cual la procesa y la envía al Robot Colaborativo o Cobot. Este último, mediante visión artificial localiza el palet, comprueba el estado del mismo y realiza la operación ordenada por el operario.<br /

Diseño de grip adaptable a un cobot y a un humano haciendo uso de un destornillador

En la actualidad existen herramientas que se adaptan a los robots colaborativos mediante grippers, pero aún no se ha encontrado evidencia alguna de un diseño de grip que se ajuste tanto al robot colaborativo como a la ergonomía de la mano haciendo uso de un destornillador, adicionalmente el robot colaborativo UR3 de la Pontificia Universidad Javeriana no cumple las funciones colaborativas con un humano respecto a la tarea de atornillar o desatornillar. Para darle solución a este problema se propone un diseño de grip que consta de dos partes, la primera parte está basada en un mango cilíndrico de destornillador con superficie antiderrapante y la segunda parte cuenta con dos ranuras en la cara superior para que el gripper del cobot pueda adaptarse al grip.Currently there are tools that are adapted to collaborative robots through grippers, but there has not been yet any evidence of a grip design that fits both the collaborative robot and the ergonomics of the hand by using a screwdriver, furthermore the collaborative robot UR3 of the Pontificia Universidad Javeriana does not fulfill the collaborative functions with a human regarding the task of screwing or unscrewing. To solve this problem, a grip design consisting of two parts is proposed. The first part is based on a cylindrical screwdriver handle with anti-skid surface and the second part has two grooves on the upper side so that the gripper of the cobot can adapt to the grip.Ingeniero (a) IndustrialPregrad

Implementation of collaborative robots in an assembly line

Mediante el uso de algunas herramientas y técnicas de Lean Manufacturing e Industria 4.0 en la cadena de montaje de futbolines de i-FAB (espacio reservado para el personal y los estudiantes de LIUC – University Carlo Cattaneo) se puede conseguir la mejora de la productividad del proceso. Especialmente a través del uso de los robots colaborativos, que ayudan al trabajador en las tareas más complicadas, repetitivas, precisas y más problemáticas respecto a la ergonomía. Además, se ha diseñado un elemento que será de ayuda al trabajador y al robot colaborativo en el montaje del marcador del futbolín. Incorporando estas mejoras al proceso el tiempo de ciclo se reducirá, aumentará la seguridad y también la comodidad del trabajador en su puesto de trabajo.Università Carlo Cattaneo - LIUCGrado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Product

Propuesta de inclusión de esfuerzos en el control de un brazo robot para asegurar el cumplimiento de la rugosidad superficial durante operaciones de lijado en diferentes materiales

Tesis por compendio[ES] El mecanizado con brazos robots ha sido estudiado aproximadamente desde los años 90, durante este tiempo se han llevado a cabo importantes avances y descubrimientos en cuanto a su campo de aplicación. En general, los robots manipuladores tienen muchos beneficios y ventajas al ser usados en operaciones de mecanizado, tales como, flexibilidad, gran área de trabajo y facilidad de programación, entre otras, frente a las Máquinas Herramientas de Control numérico (MHCN) que necesitan de una gran inversión para trabajar piezas muy grandes o incrementar sus grados de libertad. Como desventajas, frente a las MHCN, los brazos robóticos poseen menor rigidez, lo que combinado con las altas fuerzas producidas en los procesos de mecanizado hace que aparezcan errores de precisión, desviaciones en las trayectorias, vibraciones y, por consiguiente, una mala calidad en las piezas fabricadas. Entre los brazos robots, los brazos colaborativos están en auge debido a su programación intuitiva y a sus medidas de seguridad, que les permiten trabajar en el mismo espacio que los operadores sin que estos corran riesgos. Como desventaja añadida de los robots colaborativos se encuentra la mayor flexibilidad que estos tienen en sus articulaciones, debido a que incluyen reductores del tipo Harmonic drive. El uso de un control de fuerza en procesos de mecanizado con brazos robots permite controlar y corregir en tiempo real las desviaciones generadas por la flexibilidad en las articulaciones del robot. Utilizar este método de control es beneficioso en cualquier brazo robot; sin embargo, el control interno que incluyen los robots colaborativos presenta ventajas que permiten que el control de fuerza pueda ser aplicado de una manera más eficiente. En el presente trabajo se desarrolla una propuesta real para la inclusión del control de esfuerzos en el brazo robot, así como también, se evalúa y cuantifica la capacidad de los robots industriales y colaborativos en tareas de mecanizado. La propuesta plantea cómo mejorar la utilización de un control de fuerza por bucle interior/exterior aplicado en un brazo colaborativo cuando se desconocen los pares reales de los motores del robot, así como otros parámetros internos que los fabricantes no dan a conocer. Este bucle de control interior/exterior ha sido utilizado en aplicaciones de pulido y lijado sobre diferentes materiales. Los resultados indican que el robot colaborativo es factible para realizar tales operaciones de mecanizado. Sus mejores resultados se obtienen cuando se utiliza un bucle de control interno por velocidad y un bucle de control externo de fuerza con algoritmos, Proporcional-Integral-Derivativo o Proporcional más Pre-Alimentación de la Fuerza.[CA] El mecanitzat amb braços robots ha estat estudiat aproximadament des dels anys 90, durant aquest temps s'han dut a terme importants avanços i descobriments en el que fa al seu camp d'aplicació. En general, els robots manipuladors tenen molts beneficis i avantatges al ser usats en operacions de mecanitzat, com ara, flexibilitat, gran àrea de treball i facilitat de programació, entre d'altres, davant de Màquines Eines de Control Numèric (MECN) que necessiten d'una gran inversió per treballar peces molt grans o incrementar els seus graus de llibertat. Com a desavantatges, enfront de les MECN, els braços robòtics posseeixen menor rigidesa, el que combinat amb les altes forces produïdes en els processos de mecanitzat fa que apareguin errors de precisió, desviacions en les trajectòries, vibracions i, per tant, una mala qualitat en les peces fabricades. Entre els braços robots, els braços col·laboratius estan en auge a causa de la seva programació intuïtiva i a les seves mesures de seguretat, que els permeten treballar en el mateix espai que els operadors sense que aquests corrin riscos. Com desavantatge afegida als robots col·laboratius es troba la major flexibilitat que aquests tenen en les seves articulacions, a causa de que inclouen reductors del tipus Harmonic drive. L'ús d'un control de força en processos de mecanitzat amb braços robots permet controlar, i corregir, en temps real les desviacions generades per la flexibilitat en les articulacions del robot. Utilitzar aquest mètode de control és beneficiós en qualsevol braç robot, però, el control intern que inclouen els robots col·laboratius presenta avantatges que permeten que el control de força es puga aplicar d'una manera més eficient. En el present treball es desenvolupa una proposta real per a la inclusió del control d'esforços en el braç robot, així com s'avalua i quantifica la capacitat dels robots industrials i col·laboratius en tasques de mecanitzat. La proposta planteja com millorar la utilització d'un control de força per bucle interior/exterior aplicat en un braç col·laboratiu, quan es desconeixen els parells reals dels motors del robot, així com altres paràmetres interns que els fabricants no donen a conèixer. Aquest bucle de control interior/exterior ha estat utilitzat en aplicacions de polit sobre diferents materials. Els resultats indiquen que el robot col·laboratiu és factible de realitzar aquestes operacions de mecanitzat. Els seus millors resultats s'obtenen quan s'utilitza un bucle de control intern per velocitat i un bucle de control extern de força amb els algoritmes Proporcional-Integral-Derivatiu o Proporcional més Pre-alimentació de la Força.[EN] Machining with robot arms has been studied approximately since the 90s; during this time, important advances and discoveries have been made in its field of application. In general, manipulative robots have many benefits and advantages when they are used in machining operations, such as flexibility, large work area, and ease of programming, among others, compared to Numerical Control Machine Tools (NCMT) that need a great investment to work very large pieces or increase their degrees of freedom. As for disadvantages, compared to NCMT, robotic arms have lower rigidity, which, combined with the high forces produced in machining processes, causes precision errors, path deviations, vibrations, and, consequently, poor quality in the manufactured parts. Among robot arms, collaborative arms are on the rise due to their intuitive programming and safety measures, which allow them to work in the same space without risk for the operators. An added disadvantage of collaborative robots is their flexibility in their joints because they include Harmonic drive type reducers. The use of force control in machining processes with robot arms makes possible to control and correct, in real-time, the deviations generated by the flexibility in the robot's joints. The use of this control method is beneficial for any robot arm. However, the internal control included in collaborative robots has advantages that allow the force control to be applied more efficiently. In this work, a real proposal is developed to include effort control in the robot arm. The capacity of industrial and collaborative robots in machining tasks is evaluated and quantified. The proposal recommends how to improve the use of an inner/outer force control loop applied in a collaborative arm, when the real torques of the robot's motors are unknown and other internal parameters that manufacturers do not disclose. This inner/outer control loop has been used in polishing and sanding applications on different materials. The results indicate that the collaborative robot is feasible to perform such machining operations. Best results are obtained using an internal velocity control loop and external force control loop with Proportional-Integral-Derivative or Proportional plus Feed Forward.The authors are grateful for the financial support of the Spanish Ministry of Economy and European Union, grant DPI2016-81002-R (AEI/FEDER, UE). This work was funded by the CONICYT PFCHA/DOCTORADO BECAS CHILE/2017 – 72180157.Pérez Ubeda, RA. (2022). Propuesta de inclusión de esfuerzos en el control de un brazo robot para asegurar el cumplimiento de la rugosidad superficial durante operaciones de lijado en diferentes materiales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182000TESISCompendi

Implantación de robots colaborativos en linea de producción

Estamos en una nueva revolución global y debemos aprovechar esta ola tecnológica para mejorar la productividad de la industria. Esta revolución, conocida como la cuarta revolución industrial o industria 4.0, está ocasionada por el nuevo enfoque de la industria. Tecnologías como big data, fabricación aditiva o robótica son las causantes de esta nueva corriente. En esta línea, este TFG desarrolla un caso práctico del proceso de implantación de una línea de robots colaborativos (cobot) en una empresa del sector automovilístico, desde la elaboración del cuaderno de carga hasta la implantación final. Dicho cobot reemplazará actividades realizadas por un operario en línea con sus consiguientes mejoras.Departamento de Organización de Empresas y Comercialización e Investigación de MercadosGrado en Ingeniería en Organización Industria

Diseño de dispositivos móviles para una célula de demostración robótica

[ES[ En este trabajo se diseñará una mesa móvil para un robot colaborativo para el Instituto Tecnológico AIDIMME, ubicado en el parque tecnológico (Valencia). Dicha mesa permitirá realizar demostraciones orientadas a operaciones de posicionamiento, ensamblaje de cierto tipo de productos, lijado, atornillado y taladrado; por lo tanto, es necesario realizar un análisis de dicho demostrador para asegurar que sea capaz de soportar el peso y las fuerzas ejercidas por el robot. Por otro lado, se diseñará un armario móvil tipo rack en el cual se tendrá un conjunto de sensores y aparamenta eléctrica que permitirá monitorear el estado de las maquinas durante el proceso.[EN] In this work we will design a mobile table for a collaborative robot for the Technological Institute AIDIMME located in the technology park (Valencia), this table will allow to focus demonstrations in operations such as positioning, assembly of certain types of products, sanding, screwing and drilled; with this in mind, it is necessary to perform an analysis of said demonstrator to make sure it is capable of supporting both the weight and the forces exerted by the robot. On the other hand a mobile cabinet in the type of a rack will be designed in which there will be a set of sensors and electrical switchgear that will allow to monitor the state of the machines during the process.Moncayo Vallejo, KJ. (2019). Diseño de dispositivos móviles para una célula de demostración robótica. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/128802TFG