Aplicação em robótica do padrão step-nc na geração de trajetórias de usinagem

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016.A diversidade de formas de representação de dados, ao longo do ciclo de desenvolvimento de um produto, tem criado a necessidade de uma linguagem comum, capaz de descrever seus dados de projeto, fabricação e medição. A norma ISO 14649, conhecida como padrão STEP-NC, nasceu como um esforço para a padronização do formato de troca de dados de produtos no âmbito da fabricação tipicamente por controle numérico computadorizado (CNC). Porém, apesar de haverem diversos trabalhos envolvendo a aplicação do padrão STEP-NC em máquinas CNC, há uma lacuna em métodos que permitam a aplicação do padrão STEP-NC na geração de programas para robôs industriais, os quais vêm sendo cada vez mais utilizados nas linhas de produção em empresas de manufatura, tanto em quantidade quanto em variedade. Este trabalho propõe um método aplicável a vários tipos de robôs industriais, o qual permite receber informações aderentes ao padrão STEP-NC e gerar as trajetórias para movimentar o robô, acelerando a sua integração na manufatura. O método utiliza o arquivo físico no formato STEP-NC para a usinagem de uma peça e, após as informações no arquivo serem interpretadas, gera-se a movimentação do robô mediante um algoritmo de cinemática inversa, considerando-se os parâmetros cinemáticos específicos de cada robô. O resultado é o conjunto dos pontos da trajetória expresso em função das juntas do robô e das coordenadas dos pontos acompanhadas da orientação do efetuador final. Com esses dados pode-se simular o processo usando-se diferentes softwares e, se necessário, esses dados podem ser traduzidos para a linguagem própria do fabricante do robô mediante pós-processadores. Para implementar o método proposto foi criado um sistema computacional na linguagem Java, o qual foi usado para gerar as trajetórias para a fabricação de duas peças prismáticas, tendo como entrada arquivos no formato STEP-NC. Essas trajetórias foram testadas em três robôs industriais com diferentes morfologias, em um ambiente virtual, comprovando-se a viabilidade da aplicação do método proposto. Este trabalho pretende contribuir para a sistematização da geração de trajetórias para robôs industriais, aderentes ao padrão STEP-NC, visando reduzir significativamente o tempo de programação de robôs, constituindo-se em um trabalho de interesse e utilidade tanto em aplicações industriais quanto no setor acadêmico.Abstract: The different forms of data representation, along the product development process, have created the need for a common language capable of describing the design, manufacturing, and measurement data. The ISO 14649 standard, known as the STEP-NC standard, began as an effort to standardize the product data exchange format within manufacturing typically by computerized numerical control (CNC). However, although there are several studies involving the application of the STEP-NC standard in CNC machines, there is a gap in methods for the application of STEP-NC standard in the generation of programs for industrial robots, which are being increasingly used in production lines in manufacturing companies, both in quantity and variety. This work proposes a method applicable to various types of industrial robots, which allows STEP-compliant information to be received and generates the path along which the robot should move, accelerating the setup and integration of robots in manufacturing. The method uses the physical file in STEP-NC format for machining a workpiece, and after the information in the file is interpreted, the movement of the robot is generated by means of an inverse kinematics algorithm, considering the specific kinematic parameters of each robot. The result is the set of points along the path expressed in terms of the robot joints and the coordinates of the points, together with the orientation of the end effector. With these data one can simulate the process using different pieces of software and, if necessary, these data can be translated into the language of the robot by postprocessors. In order to implement the proposed method a computer program was developed using the Java language, which was used to generate the paths to manufacture two prismatic parts, having as input the files in the STEP-NC format. These paths were tested on three industrial robots with different morphologies, in a virtual environment, confirming the feasibility of the proposed method. This work seeks to contribute to the systematization of path generation for industrial robots, compliant with the STEP-NC standard, in order to reduce significantly the robot programming time, which makes this work important for both industry and academia