Coordinación robótica multi-brazo para la planificación óptima de trayectorias sin colisiones. Aplicación a la manipulación de objetos estáticos y en movimiento.

Abstract

The current industrial environment demands that production lines adapt quickly to meet the demands of customized manufacturing according to customer needs. As robotic technology transitions from rigid, pre-programmed systems to collaborative entities equipped with sensors, these robots integrate into smaller manufacturing environments, working alongside others to increase efficiency and save workspace. However, this collaboration also brings its own challenges, especially when it comes to optimizing object manipulation in a workspace shared by multiple robots. This thesis proposes an innovative approach based on an architecture that abstracts or decouples the robot from the rest of the system. This division allows for both generating robust and accurate solutions, by delegating physical control to the robot's internal controller, and facilitating the portability of the system to other models of commercial robots. The main objective of the developed system is to automate a solution that minimizes the time required to complete the pick-and-place task. This objective hides various tasks that must be solved in the background, such as generating trajectories for the robots, collision prevention, assignment between robots and pieces, or determining the order of processing the pieces. This architecture has been progressively developed and refined throughout the course of this research. The initial study establishes the foundations of this architecture, focusing on a pick-and-place operation that integrates a basic robot moving in a plane, with two arms and two degrees of freedom each. The following study extends the capabilities of the system to include a commercial robot and addresses collision issues in a shared workspace. The experiments conducted in this thesis incorporate a bimanual robot known as IRB1400 (YuMi). Finally, the third study introduces specific capabilities for pick-and-place scenarios involving moving pieces on a conveyor belt.

El entorno industrial actual requiere que las líneas de producción se adapten rápidamente para satisfacer las demandas de fabricación personalizadas según las necesidades de los clientes. A medida que la tecnología robótica transiciona de sistemas rígidos y preprogramados a entidades colaborativas equipadas con sensores, estos robots se integran en entornos de fabricación más pequeños, trabajando junto con otros para aumentar la eficiencia y ahorrar espacio en el lugar de trabajo. Sin embargo, esta colaboración también trae consigo sus propios desafíos, especialmente cuando se trata de optimizar la manipulación de objetos en un espacio de trabajo compartido por múltiples robots. Esta tesis propone un enfoque innovador basado en una arquitectura que abstrae o desacopla el robot del resto del sistema. Esta división permite tanto generar soluciones robustas y precisas, al delegar el control físico al propio controlador interno del robot, como facilitar la portabilidad del sistema a otros modelos de robots comerciales. El principal objetivo del sistema desarrollado es automatizar una solución que minimice el tiempo requerido para completar la tarea de pick-and-place. Este objetivo esconde en segundo plano diversas tareas que debe resolver, como la generación de trayectorias para la aproximación y transporte de las piezas, la prevención de colisiones, la asignación entre robots y piezas o determinar el orden de procesamiento de las piezas. Esta arquitectura se ha desarrollado y extendido gradualmente a lo largo de esta Tesis. El estudio inicial establece las bases de esta arquitectura, centrándose en una operación de pick-and-place que integra un robot básico que se desplaza en un plano, con dos brazos y dos grados de libertad cada uno. El siguiente estudio extiende las capacidades del sistema para incluir un robot comercial y aborda la problemática de colisiones en un espacio de trabajo compartido. Los experimentos realizados en esta tesis incorporan un robot bimanual conocido como IRB1400 (YuMi). Finalmente, el tercer estudio introduce capacidades específicas para escenarios de pick-and-place que involucran piezas en movimiento sobre una cinta transportadora.