Diseño e implementación de una celda automatizada con robótica colaborativa

Abstract

[ES] El presente trabajo describe el método para implementar una plataforma virtual que permita crear un Digital Twin de una celda automatizada con dos robots colaborativos que intercambian una pieza empleando visión artificial. La plataforma es completamente gratuita y permite a futuros alumnos e interesados entrenarse o desarrollar proyectos de investigación rompiendo las barreras de acceso a estas tecnologías involucradas en la Industria 4.0. El Digital Twin habilita la migración de todos los programas implementados a los dispositivos físicos en cualquier instante tras la depuración de posibles colisiones y errores en el código. Para materializar los módulos, se utilizan simuladores de programación fuera de línea como RoboDK, para la representación gráfica del proceso y la secuencia de trabajo, URSim como modelo fisicomatemático de los robot UR3e, CODESYS permite emular un softPLC con la lógica de control, este componente además tiene embebido un WebServer para representar todos los datos y el control de la celda, el cuál presenta un concepto de diseño gráfico desarrollado desde los cimientos del proyecto por el autor, al mismo tiempo y con el mismo propósito, una pantalla HMI de Omron actúa como interfaz hombre-máquina. La visión artificial se programa empleando lenguaje Python, el cual aprovecha las APIs de RoboDK para simular una cámara 2D. Todos los elementos se interrelacionan entre sí en tiempo real y se comunican con dos servicios de cloud computing, comenzando por UBIDOTS para monitorizar parámetros de la celda y establecer la posición en la cual el primer robot entrega la pieza en el proceso de intercambio a través de variables que se manipulan por medio de protocolos como OPC UA, MQTT, JSON y nodos implementados en Node-Red, la segunda plataforma está desarrollada por CODESYS Automation Server, un servicio web donde el usuario puede consultar el estado del controlador, distintas versiones del código entre las cuales se puede elegir cual ejecutar, o programar directamente el autómata desde un navegador web rompiendo la barrera de la programación anclada a un PC convencional, pudiendo realizar dicha tarea en una Tablet o un Smartphone en cualquier punto geográfico.

[EN] This project describes the method to implement a virtual platform to create a Digital Twin of an automated cell with two collaborative robots exchanging a part using artificial vision. The platform is completely free of charge and allows future students and interested parties to train or develop research projects by breaking down the barriers of access to these technologies involved in Industry 4.0. The Digital Twin enables the migration of all implemented programs to the physical devices at any time after debugging possible collisions and errors in the code. To realise the modules, offline programming simulators such as RoboDK are used for the graphical representation of the process and the work sequence, URSim as a physicomathematical model of the UR3e robots, CODESYS allows the emulation of a softPLC with the control logic, this component also has an embedded WebServer to represent all the data and control of the cell, which presents a graphic design concept developed from the foundations of the project by the author, at the same time and for the same purpose, an Omron HMI screen acts as a human-machine interface. The machine vision is programmed using Python language, which takes advantage of the RoboDK APIs to simulate a 2D camera. All the elements interrelate with each other in real time and communicate with two cloud computing services, starting with UBIDOTS to monitor cell parameters and establish the position in which the first robot delivers the part in the exchange process through variables that are manipulated by means of protocols such as OPC UA, MQTT, JSON and nodes implemented in Node-Red, the second platform is developed by CODESYS Automation Server, a web service where the user can check the status of the controller, different versions of the code from which you can choose which one to run, or program the automaton directly from a web browser, breaking the barrier of programming anchored to a conventional PC, being able to perform this task on a Tablet or Smartphone at any geographical location.