Controle servo visual para replanejamento da tarefa de um robô manipulador para inspeção de peças automotivas

dc.creatorLucca Garcia Leão
dc.date.accessioned2024-02-21T16:37:09Z
dc.date.accessioned2025-09-09T01:05:03Z
dc.date.available2024-02-21T16:37:09Z
dc.date.issued2023-10-10
dc.description.abstractThe fourth Industrial Revolution, also called Industry 4.0, brought many changes to manufacturing systems and quality control processes through new technologies such as robotics and machine vision. Machine vision is one of the most commonly employed techniques for quality control of industrial processes, as it allows the capture, processing and inspection of products with the intent of identifying failures in the production process, such as absence of certain components, displacement, smudges and cracks. However, the inspection of objects with increasingly complex geometry demands machine vision systems, which are commonly composed of one single static camera, to be able to capture images in various different perspectives. Thus, the combination of robotic manipulators and machine vision systems can be a solution to move the camera around to desired positions, increasing the flexibility and effectiveness of said systems. This dissertation is based on the case study of the Invent Vision automated inspection cell. This cell performs automatic inspection using computer vision algorithms for quality control of the produced parts. The cell is equipped with a robotic manipulator with a camera mounted in its end-effector to perform visual inspection of complex vehicle parts. Upon operating the machine, the object is placed in its interior and the robot performs an inspection, defined by a sequence of desired poses where images are captured. However, the robot expects the inspected part to always be in the same position in order to obtain the correct image perspectives and perform a succesfull inspection, and therefore, problems could occur due to mispositioning of the object inside the cell. In this sense, this dissertation proposes a task replanning strategy for the robot movement during an inspection. The replanning is calculated with relation to the pose of the inspected component, which is estimated by identifying a fiducial marker. The proposed system is based on Visual Servo Control techniques and aims to improve the original workflow of the inspection cell by avoiding the imposition of part position, while performing the task replanning based on its estimated pose. The system was initially validated in a simulation environment. Then, an experimental setup was constructed with a real Kuka KR4 R600 and an industrial Invent Vision camera identical to the ones in real production environments. The inspections were performed using a real part, and a template matching algorithm to detect the presence of certain components. Experimental results show that the proposed system was capable of performing the inspection of a part with success, even when subject to great pose variation in the workspace. The experiments also show that the choice of movement result in different trajectories between the inspection points, but without altering the inspection result. The proposed methodology is versatile and can be also used in other applications.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/64392
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia elétrica
dc.subjectRobôs
dc.subjectRobótica
dc.subjectAutomóveis - Peças
dc.subjectControle de qualidade
dc.subjectAutomação
dc.subjectRobôs - Sistemas de controle
dc.subjectVisão por computador
dc.subjectControle automático
dc.subjectProcessos de fabricação
dc.subject.otherRobótica
dc.subject.otherVisão de máquina
dc.subject.otherControle de qualidade
dc.subject.otherReplanejamento de tarefa
dc.subject.otherControle servo visual
dc.titleControle servo visual para replanejamento da tarefa de um robô manipulador para inspeção de peças automotivas
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Gustavo Medeiros Freitas
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7498475817486314
local.contributor.referee1Bruno Nazário Coelho
local.contributor.referee1Luiz Fernando Etrusco Moreira
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8259426952164834
local.description.resumoA quarta Revolução Industrial, ou Indústria 4.0, trouxe grandes mudanças para os sistemas de manufatura e processos de controle de qualidade por meio de novas tecnologias como a robótica e visão de máquina. A visão de máquina é uma das técnicas mais comumente empregadas para controle de qualidade de processos industriais, permitindo capturar, processar, e inspecionar imagens de peças e produtos em uma linha de produção com o intuito de identificar falhas no processo produtivo, como ausência de componentes, má fixação, manchas e trincas. Contudo, a inspeção de peças com geometria cada vez mais complexas exige que os sistemas de visão, normalmente equipados com câmeras fixas, sejam capazes de capturar imagens em diversas orientações diferentes. Assim, a combinação de manipuladores robóticos a sistemas de visão é uma solução que permite que a câmera seja reposicionada, expandindo a flexibilidade e eficácia de tais sistemas. Esta dissertação se baseia em um estudo de caso sobre a célula de inspeção de peças automotivas da empresa Invent Vision. Esta célula realiza a inspeção automática por meio de algoritmos de visão computacional para controle de qualidade das peças produzidas. A célula conta com um robô manipulador e uma câmera montada em seu efetuador para a realização de inspeções visuais de peças complexas. Ao operacionalizar a máquina, uma peça é posicionada em seu interior e o robô realiza a inspeção, que é definida como uma sequência de poses, nas quais são capturadas imagens pela câmera. Entretanto, o robô espera que a peça sempre esteja na mesma posição para que as imagens estejam na perspectiva correta e a inspeção seja bem sucedida, e portanto, problemas podem ocorrer devido ao mau posicionamento de peça dentro da célula. Nesse sentido, esta dissertação apresenta uma estratégia de replanejamento do movimento realizado pelo robô na tarefa da célula de inspeção, baseado na pose do objeto estimada a partir da identificação de um marcador fiducial. O sistema proposto é baseado em técnicas de Controle Servo Visual e tem como objetivo aprimorar o fluxo de inspeção original da célula, e contornar a imposição do posicionamento da peça, realizando o replanejamento das poses de inspeção com base na posição estimada da peça. O sistema foi inicialmente validado em ambiente de simulação. Em seguida um ambiente experimental de validação foi construído, utilizando um robô real Kuka KR4 R600 e uma câmera industrial Invent Vision idênticos aos utilizados nos sistemas em produção. Os resultados mostram que o sistema foi capaz de realizar a inspeção da peça com sucesso, mesmo com grandes variações de pose da peça dentro do espaço de trabalho. Os experimentos também demonstram que a escolha do tipo de movimento resulta em diferentes trajetórias entre os pontos de inspeção, porém sem alterar o resultado da inspeção. A metodologia proposta é versátil e pode ser utilizada em diferentes aplicações.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

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