Dissertação de mestrado integrado em Engenharia e Gestão IndustrialManufacturing companies are trying to affirm their position in the market by introducing new concepts
and processes to their production systems. For this purpose, new technologies must be employed to
ensure better performance and quality of their processes. Robotics has evolved a lot in the past years,
creating new hardware and software technologies to answer the increasing demands of the markets.
Collaborative robots are seen as one of the emerging and most promising technologies to answer industry
4.0 necessities. However, the expertise needed to implement these robots is not often found in small and
medium-sized enterprises that represent a large share of the existing manufacturing companies.
At the same time, mixed reality represents a new and immersive way to test new processes without
physically deploying them. To tackle this problem, a mixed reality application is developed from top to
bottom, aiming to facilitate the research and feasibility studies of new robotic use cases in the pre-study
implementation phase. This application serves as a proof-of-concept, and it is not developed for the end
user. First, the application's requirements are set to answer the manufacturing companies’ needs,
providing two testing robots, an intuitive robot placement method, a trajectory modeling and
parameterization system, and a result framework. Then the development of the application’s
functionalities is explained, answering the requirements previously established. A collision detection
system was defined and developed to perceive self and environmental collisions. Furthermore, a novel
process to configure the robot based on imitation learning was developed. In the end, a painting tool was
integrated into the robot's 3D model and used for a use-case study of a painting task. Then, the results
were registered, and the application was accessed according to the non-functional requirements. Finally,
a qualitative analysis was made to evaluate the fields where this new concept can help manufacturing
companies improve the implementation success of new robotic applications.As empresas de manufatura estão a tentar afirmar sua posição no mercado introduzindo novos conceitos
e processos nos seus sistemas de produção. Para isso, novas tecnologias devem ser empregues para
garantir um melhor desempenho e qualidade dos seus processos. O campo da robótica evoluiu bastante
nos últimos anos, criando novas tecnologias de hardware e software para atender à crescente procura
dos mercados. Neste sentido, os robots colaborativos surgem como uma das tecnologias mais
promissoras para atender às necessidades da indústria 4.0. No entanto, o conhecimento necessário para
implementar este tipo de robots não é frequentemente encontrado em pequenas e médias empresas
que representam grande parte das empresas de manufatura existentes.
Ao mesmo tempo, a realidade mista representa uma maneira nova e imersiva de testar novos processos
sem implementá-los fisicamente. Para fazer face ao problema, uma aplicação de realidade mista é
desenvolvida com o objetivo de facilitar a pesquisa e realização de estudos de viabilidade de novos casos
de uso de robótica na fase de pré-estudo da sua implementação. A aplicação serve como prova de
conceito e não é desenvolvida para o utilizador final. Primeiramente, os requisitos da aplicação são
definidos de acordo com as necessidades das empresas de manufatura, sendo fornecidos dois robots
de teste, um método intuitivo de posicionamento, um sistema de modelagem e parametrização de
trajetórias e uma estrutura de resultados. Em seguida é apresentado o processo de desenvolvimento das
funcionalidades da aplicação, tendo em conta os requisitos previamente estabelecidos. Um sistema de
deteção de colisões foi pensado e desenvolvido para localizar e representar colisões do robot com a sua
própria estrutura física e com o ambiente real. Além disso, foi desenvolvido um novo processo para definir
a pose inicial do robot baseado na aprendizagem por imitação. No final, uma ferramenta de pintura foi
desenvolvida e integrada no modelo 3D do robot com o objetivo de estudar o desempenho da aplicação
numa tarefa de pintura. Em seguida, os resultados foram registados e a aplicação avaliada de acordo
com os requisitos não funcionais. Por fim, foi realizada uma análise qualitativa para avaliar os campos
em que este novo conceito pode ajudar as empresas de manufatura a melhorar o sucesso da
implementação de novas aplicações robóticas
