UC Industrial Robotics Laboratory

In Portuguese (see English bellow)

A perspetiva industrial que o fundador (J. Norberto Pires) sempre imprimiu ao seu trabalho, bem como a associação com empresas nacionais e internacionais, permitiram constituir no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Coimbra, um Laboratório de Robótica Industrial. Esse laboratório que não existia em 1994, foi constituído de raiz e está atualmente na primeira linha dos laboratórios de robótica portugueses, nesta área.

Ver exemplos (vídeos + papers) de projetos e protótipos: http://www.jnorbertopires.pt/media/

O laboratório de Robótica Industrial foi planeado e equipado tendo em mente os seguintes objetivos fundamentais:

  1. Constituir um laboratório de investigação e desenvolvimento (I&D) avançado que seja suporte de projetos de I&D, realizados em cooperação com outros laboratórios e/ou empresas, financiados diretamente pela indústria ou por agências científicas nacionais e europeias. A formação avançada (mestrado e doutoramento) deve ter neste laboratório uma mais-valia decisiva;
  2. Constituir uma plataforma de ensino e formação muito relevante, colocada ao serviço da Universidade de Coimbra. As aulas práticas e teórico-práticas devem estar suportadas neste laboratório.
Exemplo: Programação por VOZ.
Exemplo: Programação com HoloLens

O equipamento existente no laboratório inclui, entre outros:

  1. 13 robôs industriais avançados: ABB IRB1400 M93A, ABB IRB1400 M94, ABB IRB 2400 M99, ABB IRB140 M2005, ABB IRB140 M2007, 3 ABB IRB2000 M89, ABB IRB1500 M89, MOTOMAN mi16, MOTOMAN IA20, um ESHED Scorbot Scara ER XIV e um robô Kassow 810 de 7 eixos;
  2. Um AGV ActiveONE para transporte industrial;
  3. Célula de fabrico totalmente instrumentada, composta por transportador, vários robôs, câmaras CCD, sensores, etc., e controlada remotamente pelos computadores da célula;
  4. Uma rede local que permite a partilha de todos os robôs pelas 25 estações de trabalho;
  5. Sete sensores de força/momento JR3: 4 com 6 graus de liberdade (3 forças e 3 momentos) e 3 com 12 graus de liberdade (3 forças, 3 momentos e 6 acelerações), possuindo ainda placas de leitura e processamento para vários tipos de interfaces (ISA, PCI, CPCI);
  6. Vário equipamento de interface: PLCs industriais, motores AC e DC, variadores de velocidade, etc.
  7. Sistemas de engate rápido para ferramentas;
  8. Vários grippers com diferentes acionamentos;
  9. Uma máquina de soldadura (usada em colaboração com o colega Prof. Doutor Altino Loureiro do Grupo de Tecnologia do DEM);
  10. Vários exemplos montados de aplicação, que são usados em vários tipos de aulas e cursos de formação.
  11. Mão robótica de 3 dedos Barrett; Sistema de visão laser para guiamento de robôs em aplicações de soldadura: ServoRobot MSPOT90.
  12. Vário equipamento de comando programável: PDAs, canetas digitais, space pilot, etc.
  13. Luva de 5 dedos instrumentada IMMERSION para programação por gestos e em tempo real.
Exemplo: Fabrico Aditivo I
Exemplo: Fabrico Aditivo II
Exemplo: Fabrico Aditivo III
Exemplo: robô ALICE com interface de VOZ

As perspetivas que se abrem com o trabalho efetuado até ao momento são muito animadoras. Ao nível industrial, o prestígio conseguido ao longo destes anos de cooperação industrial, permite uma colaboração cada vez mais efetiva na prestação de serviços e no apoio em projetos mais exigentes. Ao nível académico, o laboratório permite uma formação avançada de alunos de graduação, mas especialmente de alunos de pós-graduação. Ao nível científico, o laboratório permite a realização de trabalhos avançados a vários níveis o que é uma situação única em termos nacionais e internacionais. As linhas de trabalho desenvolvidas foram sendo escolhidas, de entre os temas de investigação atuais na área, de acordo com necessidades de desenvolver competência específica e melhor atuar numa área onde a componente de aplicação prática é fundamental. Nessa perspetiva, foram desenvolvidas componentes específicas que permitem soluções mais eficazes. Um exemplo é o software de interface homem-máquina. Esta é uma das áreas de investigação mais importantes do momento, na medida em que a utilização intensiva de máquinas mais ou menos inteligentes em ambiente industrial, onde necessariamente têm de cooperar com humanos, exige interfaces eficazes e seguros. Desenvolver protótipos industriais não seria possível sem uma estratégia nessa área específica, que permitissem soluções mais ou menos eficazes na interface homem-máquina.

Desenvolvimentos deste tipo são de progressão relativamente lenta e requerem recursos humanos específicos, multidisciplinares, que são difíceis de encontrar. Isso significa que certos tópicos tiveram um desenvolvimento rápido, e outros aguardaram durante algum tempo que aparecesse uma pessoa motivada e capaz de a desenvolver.

As maiores dificuldades situam-se ao nível dos recursos humanos. São difíceis de formar, e altamente valorizados pela indústria portuguesa, pelo que a sua estada no laboratório é curta. Normalmente abandonam logo a seguir ao mestrado, e muitos mesmo antes. Muito dificilmente optam por fazer doutoramento. Esse grau não é ainda valorizado na indústria nacional, e uma vez no mercado os profissionais tendem a gerir a sua carreira e deixam de se interessar por planos de formação necessariamente longos e exigentes.

Aspeto geral do Laboratório de Robótica Industrial do DEM – FCTUC

Sala de Robótica I

Aspeto geral da Sala de Robótica I

Fotos da Sala de Robótica I

Na sala de robótica I encontra-se uma Célula de fabrico flexível composta por um tapete transportador, dois manipuladores antropomórficos (ABB IRB1400 e IRB140), um manipulador SCARA, um sistema de identificação RFID e um sistema de visão industrial de controlo de qualidade. Esta célula é totalmente composta por equipamentos industriais, o que permite que os alunos tenham contacto com tecnologia avançada, mas totalmente disponível no mercado.

Na sala de robótica I encontra-se também um manipulador (ABB IRB1400) equipado com um sensor de força integrado no controlador, resultado direto de desenvolvimentos efetuados no projeto Europeu SMERobot em que o laboratório de robótica industrial esteve envolvido entre os anos de 2005-2009. Para além disso, esta sala dispõe ainda de um manipulador IRB 1500, com controlador S3, o qual foi adaptado para ser controlado por PLCs industriais:

Esta aplicação é muito relevante pois permite a utilização dos princípios de programação de PLCs industriais com robôs industriais.

Sala de Robótica II

Aspeto geral da Sala de Robótica II

Modelo CAD do ensaio mecânico de uma coluna vertebral

Aspeto das bancadas de apoio do robô dentista

Foto da Sala de Robótica II

A sala de robótica 2 possui dois manipuladores utilizados maioritariamente em investigação e noutras disciplinas lecionadas no laboratório de Robótica Industrial do DEM, nomeadamente Robótica Médica do curso de Eng. Biomédica. O IRB 2400 (em cima na imagem) está maioritariamente alocado a tarefas de investigação na área médica, das quais se destacam colaborações com a FMUC na área da implantologia dentária e com o Prof. Mark Pearcy da Queensland University of Technology, na área do ensaio mecânico de juntas de coluna vertebral. O Motoman mi16 é essencialmente utilizado em tarefas de investigação nas áreas da interação avançada homem máquina.

Em 2010, esta sala foi equipada com um novo robô Motoman IA20 (com 7 eixos). Os “novos” IRB2000, planeados para ensino e formação, aguardam disponibilidade de sala no departamento de Engenharia Mecânica para poderem ser disponibilizados para atividades com alunos.

Aspeto da célula desenvolvida para lixagem de facas.

Aspeto da célula desenvolvida para lixagem de facas.

O investimento global no laboratório ascende a várias centenas de milhares de Euros, só possível através da associação e apoio a empresas industriais. É neste momento uma mais valia do departamento para cursos na área da robótica industrial.

Aquisições recentes (Robô Kassow e AGV ActiveONE):

Kassow Robot
ACITVEONE AGV

Apesar de muito útil e interessante na atual configuração dos vários cursos em que é ministrada uma disciplina deste tipo, dado o seu perfil e objetivos, é muito mais eficaz quando devidamente enquadrada com disciplinas complementares: um pouco como se fez com o curso de Engenharia e Gestão Industrial (ver http://www.dem.uc.pt/egi). É importante que o enquadramento inclua aspetos de programação avançada, sistemas de informação, gestão industrial e logística, e sistemas avançados de produção. O objetivo é obviamente o de proporcionar ao aluno uma perspetiva global dos problemas que podem ser encontrados por um engenheiro ligado a produção, planeamento e gestão, em ambiente industrial, essencialmente ao nível do “shop-floor”. O aluno fica assim preparado para responder a questões relacionadas com o projeto de “layouts” fabris, sua automatização/robotização para melhorar o desempenho dos sistemas, regras adequadas para o planeamento e controlo da produção e integração destes aspetos com os aspetos tecnológicos.

Equipa de investigação

Neste momento, e dado o envolvimento em projetos nacionais, europeus e industriais, a equipa de investigação é composta pelos seguintes elementos:

Membros atuais (2018)

J. Norberto Pires (Ph.D.), Amin S. Azar (Ph.D.), João Costa (M.Sc. student), Floyd D’Souza (M.Sc. student), Carlos Zhu Ye (M.Sc. student), Diana Lavado (M.Sc.), João Neves (M.Sc.), Diogo Serrario (M.Sc.), Filipe Ribeiro (M.Sc.).

Membros recentes

Sérgio Paulov (Ph.D.), Germano Veiga (Ph.D.), Pedro Malaca (M.Sc.), Pedro Neto  (Ph.D.), Ricardo Araújo (M.Sc.), Nuno Mendes  (Ph.D.), Tiago Godinho, Pedro Ferreira (M.Sc.), Jian Song, (M.Sc.) Francisco Lopes (M.Sc.), Edson Citó (M.Sc.), Urbano Freitas (M.Sc.), Nélio Mourato (M.Sc.), Dário Pereira (M.Sc.).

Colaboradores externos

Miguel Dias (Ph.D.), Jonh Ramming (Ph.D.), Torres Farinha (Ph.D.), Pedro Brito (M.Sc.), Filomena Botelho (Ph.D.), Francisco Caramelo (Ph.D.), Rúben Oliveira (Ph.D.).