Estudio y desarrollo de un sistema de localización precisa de activos y humanos en espacios cerrados para seguridad en entornos con interacción humano robot

Abstract

[ES] Los sistemas RTL (Real Time Location) han permitido hasta el momento el desarrollo de aplicaciones de localización basadas en señales de radiofrecuencia con precisión suficientemente aceptable para la localización, aunque siempre por encima de las decenas de centímetros. Con la aparición del los sistemas de UWB (Ultra Wide Band), se están alcanzando precisiones teóricas por debajo de los 10 centímetros teóricos. Este trabajado aborda la evaluación de un sistema UWB y su aplicación a la determinación de la posición de humanos en entornos industriales, para su integración en sistemas de seguridad de los entornos de trabajo. Estos sistemas permiten una mayor interacción humano robot, al tiempo que proporcionan información relevante sobre eficiencia de los sistemas productivos.

Actualmente tanto los robots, como los dispositivos IoT, son parte de la evolución de los sistemas de producción hacia la denominada Industria 4.0. La integración de datos desde todos los puntos de un proceso productivo (maquinas, humanos, productos), permite el control, la supervisión y el análisis, que son necesarios para lograr sistemas eficientes. En el caso de los sistemas IoT, el uso de brokers de comunicaciones con protocolo MQTT es una de las soluciones ampliamente y estandarizada. Por otro lado el uso de la plataforma ROS (Robor Operating System), como middleware de interacción con robots, es también una solución ampliamente aceptada dentro de las aplicaciones de robótica.

Bajo esta paradigma de Industria 4.0 tan demandado actualmente, se propone el presente Trabajo Fin de Máster, en tanto se persigue una aplicación realista y practica de la propuesta.

En esa línea el trabajo abordará las siguientes fases: -Análisis de las tecnologías de localización mediante radiofrecuencia en interiores -Evaluación de un sistema de localización basado en UWB: precisión, alcance, comportamiento temporal y en entornos de producción. -Diseño de un sistema software de localización de tags -Desarrollo de un módulo software para integración en la arquitectura ROS de un robot móvil: esta tiene como objetivo la integración a nivel de información de los datos sobre localización de robots y humanos -Desarrollo de controladores basados en información de localización: aplicación la generación de trayectorias seguras en entornos con interacción humano-robot -Desarrollo de módulo de evaluación de eficiencia: gestión de los datos de posición, análisis de las rutas y eficiencia en el uso de los recursos. -Evaluación del sistema en entorno real: el trabajo se desarrollará en un laboratorio cuyo equipamiento permite la prueba y tests en situaciones muy cercanas a las reales que se podrían encontrar en un entorno productivo.

[EN] RTL (Real Time Location) systems have so far allowed the development of location applications based on radio frequency signals with sufficiently acceptable accuracy for location, but always above tens of centimetres. With the emergence of UWB (Ultra Wide Band) systems, theoretical accuracies below 10 centimeters are being achieved. This work deals with the evaluation of a UWB system and its application to the determination of the position of humans in industrial environments, for its integration into safety systems of working environments. These systems allow greater human-robot interaction, while providing relevant information on the efficiency of production systems.

Both robots and IoT devices are now part of the evolution of production systems towards Industry 4.0. The integration of data from all points of a production process (machines, humans, products), allows the control, monitoring and analysis that are necessary to achieve efficient systems. In the case of IoT systems, the use of communication brokers with MQTT protocol is one of the widely standardized solutions. On the other hand, the use of the ROS (Robot Operating System) platform as middleware for interaction with robots is also a widely accepted solution within robotics applications.

Under this Industry 4. 0 paradigm, which is so much in demand at the moment, this Master¿s Thread is proposed, while pursuing a realistic and practical application of the proposal.

In this context, the work will address the following phases:

-Analysis of indoor radiofrequency location technologies. -Evaluation of a localization system based on UWB: accuracy, range, temporal and production environment behaviour. -Design of a tag localization software system. -Development of a software module for integration into the ROS architecture of a mobile robot: this aims to integrate data on the location of robots and humans at the information level. -Development of controllers based on location information: application to generate safe paths in environments with human-robot interaction. -Development of an efficiency evaluation module: position data management, route analysis and resource efficiency. -Evaluation of the system in a real environment: the work will be carried out in a laboratory equipped to allow testing and testing in situations very close to the real ones that could be found in a production environment.