Publication
Retrofitting industrial robotics: an embedded system approach to controller enhancement
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Lima, José | |
| dc.contributor.advisor | Chaves, Fabiano Drumond | |
| dc.contributor.author | Grilo, Vinicius F.S.B. | |
| dc.date.accessioned | 2024-07-31T10:20:55Z | |
| dc.date.available | 2024-07-31T10:20:55Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description | Mestrado de dupla diplomação com o Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG | pt_PT |
| dc.description.abstract | The increase in productivity and efficiency caused by the presence of robots in industries and in automation processes, whether they are mobile robots or manipulator robots, encourages research and makes the area of robotics widely studied in academic scope around the world. The development methodology began with a study of the functioning of the internal modules of the original FANUC RJ Controller model, including the main controllers, circuits responsible for driving the motors and emergency systems, in order to assess which modules could be reused in the new architecture proposed for the controller. As a result, in addition to the robot’s mechanical unit, the FANUC Servo Amplifiers, the EMG Board, the Power Supply Unit, the Dynamic Brake Unit and the Main AC Power Distribution were reused in the development of the proposed controller, and a detailed study of these components was carried out. The proposed controller architecture includes the modularization of the motor position controllers, where the Dual Axis Control Board was developed, a system capable of controlling two PMSM motors via the FANUC Servo Amplifier, requiring three groups of these systems to control the robot’s six motors. To calculate the kinematics and trajectory, an ESP32-S3 was used, which receives the user’s commands, calculates the trajectory and angles of each joint of the robot and sends the angular references so that the motor controllers can act to move the robot. To integrate the systems, the Main Board Controller was developed, responsible for ensuring communication between the ESP32-S3 and the Dual Axis Control Boards, as well as providing auxiliary circuits for the emergency signals sent and received from the EMG Board. In order to improve interaction with the user and visualization of the trajectories executed by the robot, a graphical interface was developed capable of receiving positioning com- mands from the user using its own programming language and displaying the robot’s positioning using a 3D model of the FANUC S-420FD developed and incorporated into the system. Tests and validations carried out with the circuits developed showed that the signal processing and conditioning achieved the expected results, proving that the PCBs work. The algorithms developed to perform the kinematics and trajectory calcula- tions were also validated, with high accuracy and processing times in line with the rest of the system. It can therefore be concluded that the results presented make it possible to achieve the objectives initially proposed. | pt_PT |
| dc.description.abstract | O aumento de produtividade e eficiência causada pela presença de robôs das indústrias e em processos de automação, sejam estes robôs móveis ou robôs manipuladores, encorajam a investigação e faz com que a área de robótica seja amplamente estudada no âmbito académico em todo o mundo. O presente trabalho aborda diversos assuntos que suportam o estudo da robótica, como eletrónica, controle de motores, cálculos geométricos, cálculo de trajetórias, interação com o utilizador e programação de microcontroladores, sendo o objetivo principal o desenvolvimento de um controlador para o robô industrial FANUC S-420FD de seis graus de liberdade, motivado pelo mau funcionamento do controlador original do sistema robótico. A metodologia de desenvolvimento iniciou-se com o estudo do funcionamento dos módulos internos do controlador original modelo FANUC RJ Controller, incluindo os controladores principais, circuitos responsáveis pelo acionamento dos motores e sistemas de emergência, visando avaliar quais módulos seriam reaproveitados na nova arquitetura proposta para o controlador. Com isso, além da unidade mecânica do robô, os FANUC Servo Amplifiers, a EMG Board, a Power Supply Unit, o Dynamic Brake Unit e o Main AC Power Distribution foram reutilizados no desenvolvimento do controlador proposto, sendo realizado um estudo detalhado destes componentes. A arquitetura proposta para o controlador inclui a modularização dos controladores de posição dos motores, onde foi desenvolvido a Dual Axis Control Board, um sistema capaz de controlar dois motores PMSM através do FANUC Servo Amplifier, sendo necessário três conjuntos destes sistemas para controlar os seis motores do robô. Para o cálculo de cinemática e trajetória foi utilizado um ESP32-S3, que recebe os comandos do utilizador, calcula a trajetória e os ângulos de cada junta do robô e envia as referências angulares para que os controladores dos motores atuem movimentando o robô. Para realizar a integração entre os sistemas, foi desenvolvido a Main Board Controller, responsável por garantir comunicação entre o ESP32-S3 e as Dual Axis Control Boards, além de oferecer circuitos auxiliares para os sinais de emergência enviados e recebidos da EMG Board. Visando melhorar a interação com o utilizador e a visualização das trajetórias executadas pelo robô, foi desenvolvido uma interface gráfica capaz de receber comandos de posicionamento do utilizador utilizando uma linguagem de programação própria e exibir o posicionamento do robô por meio de um modelo 3D do FANUC S-420FD desenvolvido e incorporado ao sistema. Testes e validações realizados com os circuitos desenvolvidos mostraram que o processamento e condicionamento dos sinais obtiveram os resultados esperados, comprovando o funcionamento das PCBs. Os algoritmos desenvolvidos para realizar os cálculos de cinemática e trajetória também foram validados, apresentando acurácia elevada e tempo de processamento condizente com o restante do sistema. Sendo assim, pode-se concluir que os resultados apresentados permitem alcançar os objetivos propostos inicialmente. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 203668669 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10198/30131 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | Controller | pt_PT |
| dc.subject | Industrial robot | pt_PT |
| dc.subject | Kinematics | pt_PT |
| dc.subject | Trajectory control | pt_PT |
| dc.subject | Graphical user interface | pt_PT |
| dc.title | Retrofitting industrial robotics: an embedded system approach to controller enhancement | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Engenharia Eletrotécnica e de Computadores | pt_PT |