Development of an active force control system for the industry - electronics and operating software

Abstract

Os robots não são mais do que uma ferramenta para imitar e aumentar as capacidades intrínsecas ao ser humano. Com o desenvolvimento da indústria, a investigação começou a ser conduzida não só para dar movimento aos robots, mas também para lhes conferir sensações táteis. Os mecanismos de controlo de força são a maneira de alcançar estas capacidades de sentir. Isto, aliado à automação, tem vindo a criar soluções mais eficientes no panorama industrial.Cientes disto e das influências da nova revolução industrial, indústria 4.0, um grupo de estudantes do último ano da faculdade do Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica (MIEM) procurou desenvolver uma solução de controlo ativo de força remoto orientado para as necessidades atuais da indústria.Para tal, é necessário fazer uma revisão de conceitos e tecnologias associados à automação e à digitalização de processos bem como ao controlo ativo de força. Esta tese foca-se particularmente no mecanismo de controlo, que inclui a parte de eletrónica e software de operação de um microcontrolador e a sua conexão a uma plataforma do utilizador.É explorado em detalhe como é que o circuito elétrico foi construído e que voltagens são supostas atravessar o mesmo. Segue-se a descrição da lógica com que o Arduino foi programado para controlar os componentes pneumáticos utilizados. Para que este mecanismo de controlo fosse tornado intuitivo, o que também era importante, foi criada uma interface gráfica do utilizador que fornece informação em tempo real do sistema.No que diz respeito a estes aspetos, o trabalho desenvolvido foi um sucesso, uma vez que a conexão entre os dispositivos descritos ao longo desta tese foi alcançada e o circuito elétrico foi montado com êxito de forma a gerir os sinais elétricos no sistema, construindo uma base para um novo mecanismo de controlo ativo de força pronto a ser usado e a ser posteriormente desenvolvido.

Robots are nothing more than a tool to mimic and augment human being intrinsic capabilities. As the industry developed, research started being conducted to not only concede movement to robots but also tactile sensations. Force control mechanisms are how those sensing capabilities are achieved. Allied with automation, this has been creating more efficient solutions in the industrial panorama.Aware of this and of the clout from the new industrial revolution, industry 4.0, a group of senior college students from the Integrated Master’s in Mechanical Engineering (MIEM) set to develop a solution of a remote active force control mechanism oriented to the current needs of the industry.For this, it is necessary to put together a review of concepts and devices associated with automation and digitalization of processes as well as active force control. This thesis particularly focuses on the controlling mechanism, which concerns electronics and the operating software of a microcontroller with its connection to a user platform. Therefore, how the electric circuit was built and what voltages it is supposed to carry is explored in detail. Then proceeds a description of how the Arduino was programmed to control the pneumatic components used and the logic behind that programming. It was also important to make this controlling mechanism user-friendly and for that to happen, was created a graphical user interface that provides real-time data from the system.On what concerns these aspects, the work developed was a success since the connection between the devices described throughout this thesis was achieved and an electric circuit was successfully assembled to manage the electric signals in the system, settling a base for a new active force control system ready to be used and further developed.