Aplicação do robô colaborativo UR3e no ensino na área da robótica

Nos dias de hoje vive-se uma constante evolução ao nível da robótica. Podemos encontrar robôs em qualquer lado, numa farmácia, num hospital, numa fábrica, até mesmo em casa, e a lista continua. O que para as gerações antigas era novidade, ver um robô, para as gerações mais recentes e uma situação comum. A falta de mão-de-obra qualificada é um problema. Nomeadamente, a falta de pessoal qualificado e com experiência é mais visível na indústria, o que compromete a capacidade de produção nacional. Este défice de mão-de-obra qualificado tem vindo a sofrer uma ligeira melhoria. Com o avanço tecnológico e com a maior facilidade de as pessoas poderem frequentar um curso superior ou até mesmo cursos de especialização profissional. No entanto tem de existir um esforço por parte das entidades formadoras em atualizar os cursos com base nas necessidades das entidades empregadoras. Nesta dissertação é apresentada a criação de uma infraestrutura de apoio às atividades laboratoriais em cursos e disciplinas de Robótica Industrial. A infraestrutura de forma matricial é composta por um conjunto de elementos, ponto de partida, ponto de chegada, obstáculos, seções de poste e seções de pista com diferentes comprimentos, que podem estar em diferentes posições e organização, sendo variável a colocação dos três primeiros tipos de elementos, por parte do utilizador. Os diferentes elementos foram desenvolvidos por fabrico aditivo em PLA e possuem diferentes cores para serem identificáveis. Esta infraestrutura permite a construção, de forma autónoma, de uma pista por parte de um robô colaborativo, em particular um manipulador UR3e da Universal Robots, que utiliza visão computacional para identificar os pontos de partida e de chegada, assim como dos obstáculos. Por via da aplicação do algoritmo do caminho mais curto, o robô constrói um trajeto para um berlinde a percorrer, desde o ponto de partida até ao ponto de chegada, evitando os obstáculos, com base na quantidade de movimento adquirida pela ação da gravidade decorrente das diferentes alturas a que são colocadas as seções de pista. A programação dos processos (deteção da posição dos elementos pontos de partida e de chegada, e obstáculos por visão computacional, determinação do caminho mais curto, estratégia de construção da pista, e posicionamento e movimento do robô) foi realizado na linguagem de programação Python. Os protocolos para realização do trabalho laboratorial desenvolvido estão divididos em 3 níveis de conhecimento e consequentemente de dificuldade. O primeiro nível de dificuldade, o mais simples, consiste em mover peças (peça da posição inicial, peça da posição final e as peças obstáculo), de uma posição onde estão armazenadas para as posições definidas no protocolo. No protocolo que diz respeito ao segundo nível de dificuldade, as peças vão ser colocadas no tapete rolante por uma determinada ordem, e o robô, à medida que as vai buscar ao tapete rolante, coloca-as consoante a ordem definida no protocolo. Por fim, no protocolo nível três, o de maior grau de dificuldade, as peças vão ser colocadas no tapete rolante de uma forma aleatória. O robô terá que detetar a cor da peça fazendo uso da câmara que tem acoplada na sua flange e consoante a cor da peça, terá de a colocar de acordo com a disposição que se encontra definida no protocolo. Este trabalho tem como objetivo ajudar a colmatar a necessidade de mão-de-obra qualificada na indústria afeta a trabalhos com manipuladores robóticos. A realização dos trabalhos nas componentes laboratoriais de cursos e disciplinas de robótica industrial vão auxiliar a aquisição de competências dos alunos ao nível da programação de manipuladores robóticos.In today's world, robotics is constantly evolving. We can find robotic elements anywhere, in a pharmacy, in a hospital, in a factory, even at home, and the list goes on. What was strange for the older generations, seeing a robot, for the more recent generations is commonplace. Increasingly the shortage of skilled labor is a problem. The shortage of qualified and experienced personnel is most visible in the labor market, compromising the nation's production capacity, which means that the education and training of qualified labor is of great importance. This shortage of skilled labor has been improving slightly. With technological advances and the greater ease with which people can attend higher education or even professional specialization courses. However, there must be an effort on the part of training entities to update courses based on the needs of employers. This dissertation presents the creation of an infrastructure to support laboratory activities in courses and disciplines of Industrial Robotics. The matrix-shaped infrastructure is composed by a set of elements, starting point, ending point, obstacles, column sections and track sections with different lengths, which can be in different positions and configurations, being variable the placement of the first three types of elements, by the user. The different elements have been developed by additive manufacturing in PLA and have different colors to be identifiable. This infrastructure allows the autonomous construction of a track by a collaborative robot, in particular the Universal Robots UR3e, by image recognition of the starting and ending points, as well as obstacles. By applying the shortest path algorithm, the robot constructs a path for a marble to travel, from the starting point to the finish point, avoiding the obstacles, based on the amount of movement acquired by the action of gravity arising from the different heights at which the track sections are placed. The programming of the processes (detection of the position of the elements starting and ending points, and obstacles by computer vision, determination of the shortest path, track construction strategy, and positioning and movement of the robot) was performed in the Python programming language. The protocols of the laboratory work are divided into 3 levels of knowledge and consequently of difficulty. The first level of difficulty, the simplest, consists in moving pieces (the initial position piece, the final position piece and the obstacle pieces), from a position where they are stored to the positions defined in the protocol. In the protocol concerning the second difficulty level, the pieces will be placed on the conveyor belt in a certain order, and the robot, as it gets them from the conveyor belt, places them according to the order defined in the protocol. Finally, in protocol level three, the most difficult, the pieces will be placed on the conveyor belt in a random order. The robot will have to detect the color of the piece using the camera attached to its flange and, depending on the color of the piece, it will have to place it according to the arrangement defined in the protocol. This work aims to help fill the need for qualified labor in the industry related to work with robotic manipulators. The work carried out in laboratory during the industrial robotics courses and disciplines will help students to acquire skills in terms of programming robotic manipulators