O objetivo desta tese é adaptar um modelo de integração industrial baseado no protocolo de comunicação XML Interface for Robots and Peripherals (XIRP), de modo que este pudesse ser aplicado à realidade de pequenas e médias empresas brasileiras (PMEs). Para que isto fosse possível, é necessário estudar os ambientes industriais existentes e a complexidade envolvida na tarefa de integração de dispositivos para os mesmos. Observa-se que estes ambientes são orientados a fabricante com relação às soluções criadas em termos de equipamentos e softwares. Este é o exemplo de grandes empresas como ABB, KUKA, Reis Robotics etc. O fabricante detém a solução de integração e os dispositivos, e estes só podem ser integrados em plataformas deste fabricante. O protocolo de comunicação industrial, no caso o protocolo XIRP, possibilita a comunicação entre dispositivos e sistemas controladores de maneira padronizada, permitindo que dispositivos de um fabricante se comuniquem com sistemas de outros fabricantes. Este protocolo é baseado na linguagem eXtensible Markup Language (XML) e fornece a especificação dos arquivos de esquema XML (XML schema), os quais permitem a criação de uma descrição de dispositivos e a composição de mensagens a serem trocadas entre eles. Para tanto, foi necessário criar a partir do padrão, toda a infra-estrutura de comunicação e sistema de integração de dispositivos. Vale observar que o padrão XIRP foi criado levando em consideração dispositivos microprocessados. Como este padrão ainda está em desenvolvimento, e em caso de uma eventual adaptação a ele, seria impraticável modificar inteiramente um ambiente de produção por meio de substituição de equipamentos. Desta forma, este projeto de pesquisa apresenta uma infra-estrutura que consista em um sistema integrador para a adaptação gradativa a este protocolo de comunicação. O sistema integrador proposto permite a incorporação de dispositivos XIRP ou não-XIRP. Considerando que um dispositivo já troque mensagens compatíveis com o XIRP, a sua integração e operação em um ambiente de produção seria mais simples. Todavia, mesmo neste caso, o dispositivo ainda precisaria de suporte para trabalhar em uníssono com as demais entidades pertencentes ao ambiente. Esta sinergia é incluída na especificação do ambiente integrador, porém, não faz parte dos resultados pretendidos para a presente pesquisa. Desta forma, a hipótese prevista trata os mecanismos necessários para a incorporação de dispositivos não-XIRP em um ambiente de produção compatível com o padrão XIRP, desde o processo de indexação/identificação do dispositivo à geração automática da aplicação de controle e integração em baixo nível, de modo a permitir a operação do mesmo. / The goal of this research is to adapt an industrial integration model based on the XML Interface for Robots and Peripherals (XIRP) communication protocol, such that it could be applied to the reality of Brazilian small and medium enterprises (SMEs). In order to enable this, it is necessary to study the existing industrial environments and the complexity involved in the device integration task. We observed these environments are manufacture centered considering the solutions created in terms of equipments and softwares. This is the example set by manufacturers like ABB, KUKA, Reis Robotics etc. The manufacturer detains the integration solution and the devices, and these can only be integrated in platforms of the same manufacturer. The industrial communication protocol, in this case XIRP, enables the communication among devices and controller systems in a standardized way, allowing devices from one manufacturer to communicate with systems from another. This protocol is based on the eXtensible Markup Language (XML) and supplies the specification of the XML schema files, which allows the crea- tion of a device description and the composition of messages to be exchanged among devices. Therefore a communication infrastructure and device integra- tion system was built from the standard. Note that the XIRP standard was created considering processor based devices. As this standard is still in development, and in case of an eventual adaptation to it, it would be impracticable to change an entire production environment by means of equipment exchange. Therefore, this research project presents an infrastructure that consists in an integrator system to gradually adapt to this communication protocol. The proposed integrator system allows the incorporation of XIRP or non-XIRP devices. Considering a device already exchanges messages by means of XIRP compliant messages, its integration and operation would be simpler in a production environment. However, even in this case, the device would still need support to operate in unison with other entities pertaining to the environment. This synergy is included in the specification of the integrator environment, although, it is not part of the intended results for this research. Therefore, the foreseen hypothesis deals with the necessary mechanisms to incorporate non-XIRP devices in a production environment compliant with the XIRP standard, from the device indexing/identification to the automatic generation of the control application and its low level integration, in order to allow its operation.

O objetivo desta tese é adaptar um modelo de integração industrial baseado no protocolo de comunicação XML Interface for Robots and Peripherals (XIRP), de modo que este pudesse ser aplicado à realidade de pequenas e médias empresas brasileiras (PMEs). Para que isto fosse possível, é necessário estudar os ambientes industriais existentes e a complexidade envolvida na tarefa de integração de dispositivos para os mesmos. Observa-se que estes ambientes são orientados a fabricante com relação às soluções criadas em termos de equipamentos e softwares. Este é o exemplo de grandes empresas como ABB, KUKA, Reis Robotics etc. O fabricante detém a solução de integração e os dispositivos, e estes só podem ser integrados em plataformas deste fabricante. O protocolo de comunicação industrial, no caso o protocolo XIRP, possibilita a comunicação entre dispositivos e sistemas controladores de maneira padronizada, permitindo que dispositivos de um fabricante se comuniquem com sistemas de outros fabricantes. Este protocolo é baseado na linguagem eXtensible Markup Language (XML) e fornece a especificação dos arquivos de esquema XML (XML schema), os quais permitem a criação de uma descrição de dispositivos e a composição de mensagens a serem trocadas entre eles. Para tanto, foi necessário criar a partir do padrão, toda a infra-estrutura de comunicação e sistema de integração de dispositivos. Vale observar que o padrão XIRP foi criado levando em consideração dispositivos microprocessados. Como este padrão ainda está em desenvolvimento, e em caso de uma eventual adaptação a ele, seria impraticável modificar inteiramente um ambiente de produção por meio de substituição de equipamentos. Desta forma, este projeto de pesquisa apresenta uma infra-estrutura que consista em um sistema integrador para a adaptação gradativa a este protocolo de comunicação. O sistema integrador proposto permite a incorporação de dispositivos XIRP ou não-XIRP. Considerando que um dispositivo já troque mensagens compatíveis com o XIRP, a sua integração e operação em um ambiente de produção seria mais simples. Todavia, mesmo neste caso, o dispositivo ainda precisaria de suporte para trabalhar em uníssono com as demais entidades pertencentes ao ambiente. Esta sinergia é incluída na especificação do ambiente integrador, porém, não faz parte dos resultados pretendidos para a presente pesquisa. Desta forma, a hipótese prevista trata os mecanismos necessários para a incorporação de dispositivos não-XIRP em um ambiente de produção compatível com o padrão XIRP, desde o processo de indexação/identificação do dispositivo à geração automática da aplicação de controle e integração em baixo nível, de modo a permitir a operação do mesmo. / The goal of this research is to adapt an industrial integration model based on the XML Interface for Robots and Peripherals (XIRP) communication protocol, such that it could be applied to the reality of Brazilian small and medium enterprises (SMEs). In order to enable this, it is necessary to study the existing industrial environments and the complexity involved in the device integration task. We observed these environments are manufacture centered considering the solutions created in terms of equipments and softwares. This is the example set by manufacturers like ABB, KUKA, Reis Robotics etc. The manufacturer detains the integration solution and the devices, and these can only be integrated in platforms of the same manufacturer. The industrial communication protocol, in this case XIRP, enables the communication among devices and controller systems in a standardized way, allowing devices from one manufacturer to communicate with systems from another. This protocol is based on the eXtensible Markup Language (XML) and supplies the specification of the XML schema files, which allows the crea- tion of a device description and the composition of messages to be exchanged among devices. Therefore a communication infrastructure and device integra- tion system was built from the standard. Note that the XIRP standard was created considering processor based devices. As this standard is still in development, and in case of an eventual adaptation to it, it would be impracticable to change an entire production environment by means of equipment exchange. Therefore, this research project presents an infrastructure that consists in an integrator system to gradually adapt to this communication protocol. The proposed integrator system allows the incorporation of XIRP or non-XIRP devices. Considering a device already exchanges messages by means of XIRP compliant messages, its integration and operation would be simpler in a production environment. However, even in this case, the device would still need support to operate in unison with other entities pertaining to the environment. This synergy is included in the specification of the integrator environment, although, it is not part of the intended results for this research. Therefore, the foreseen hypothesis deals with the necessary mechanisms to incorporate non-XIRP devices in a production environment compliant with the XIRP standard, from the device indexing/identification to the automatic generation of the control application and its low level integration, in order to allow its operation.

Este documento trata da especificação de uma arquitetura aberta para controle de robôs manipuladores. A arquitetura é implementada utilizando o framework do projeto OROCOS, ambiente que já foi utilizado com sucesso em alguns sistemas de controle de robôs. Esta arquitetura é especificada para um robô manipulador genérico de N juntas, definindo componentes que abstraem o hardware dos robôs. A arquitetura é implementada com três tipos de controladores diferentes: PID independente por junta, controlador de torque calculado e controlador com feedforward. A sua validação é feita através da sua implementação em um robô real. Para isso é utilizada uma placa de acionamento, utilizando o barramento CAN devido ao seu determinismo e a sua taxa de comunicação. Também é necessário a utilização do modelo dinâmico do robô para as estratégias de controle de torque calculado e com feedforward. A obtenção de tal modelo é feita neste trabalho de forma analítica, e a seguir os parâmetros são identificados usando o sistema proposto. / This work deals with the specification of an open architecture for control of manipulator robots. The architecture is implemented by using the OROCOS framework. The architecture is specified for a generic manipulator robot with N joints, through definition of components which abstract the hardware of the robot. Three different controllers are implemented: an independent PID for each joint, a computed torque controller and a controller with feedforward. The validation is made through the implementation on the Janus robot. For this purpose, an actuator card is defined. This card uses the CAN bus due its determinism and bus rate. The dynamic model of Janus, used in computed torque and feedforward controllers, is obtained in an analytical way. After that, the parameters of this model are identified using the least squares method.

Este documento trata da especificação de uma arquitetura aberta para controle de robôs manipuladores. A arquitetura é implementada utilizando o framework do projeto OROCOS, ambiente que já foi utilizado com sucesso em alguns sistemas de controle de robôs. Esta arquitetura é especificada para um robô manipulador genérico de N juntas, definindo componentes que abstraem o hardware dos robôs. A arquitetura é implementada com três tipos de controladores diferentes: PID independente por junta, controlador de torque calculado e controlador com feedforward. A sua validação é feita através da sua implementação em um robô real. Para isso é utilizada uma placa de acionamento, utilizando o barramento CAN devido ao seu determinismo e a sua taxa de comunicação. Também é necessário a utilização do modelo dinâmico do robô para as estratégias de controle de torque calculado e com feedforward. A obtenção de tal modelo é feita neste trabalho de forma analítica, e a seguir os parâmetros são identificados usando o sistema proposto. / This work deals with the specification of an open architecture for control of manipulator robots. The architecture is implemented by using the OROCOS framework. The architecture is specified for a generic manipulator robot with N joints, through definition of components which abstract the hardware of the robot. Three different controllers are implemented: an independent PID for each joint, a computed torque controller and a controller with feedforward. The validation is made through the implementation on the Janus robot. For this purpose, an actuator card is defined. This card uses the CAN bus due its determinism and bus rate. The dynamic model of Janus, used in computed torque and feedforward controllers, is obtained in an analytical way. After that, the parameters of this model are identified using the least squares method.

Este documento trata da especificação de uma arquitetura aberta para controle de robôs manipuladores. A arquitetura é implementada utilizando o framework do projeto OROCOS, ambiente que já foi utilizado com sucesso em alguns sistemas de controle de robôs. Esta arquitetura é especificada para um robô manipulador genérico de N juntas, definindo componentes que abstraem o hardware dos robôs. A arquitetura é implementada com três tipos de controladores diferentes: PID independente por junta, controlador de torque calculado e controlador com feedforward. A sua validação é feita através da sua implementação em um robô real. Para isso é utilizada uma placa de acionamento, utilizando o barramento CAN devido ao seu determinismo e a sua taxa de comunicação. Também é necessário a utilização do modelo dinâmico do robô para as estratégias de controle de torque calculado e com feedforward. A obtenção de tal modelo é feita neste trabalho de forma analítica, e a seguir os parâmetros são identificados usando o sistema proposto. / This work deals with the specification of an open architecture for control of manipulator robots. The architecture is implemented by using the OROCOS framework. The architecture is specified for a generic manipulator robot with N joints, through definition of components which abstract the hardware of the robot. Three different controllers are implemented: an independent PID for each joint, a computed torque controller and a controller with feedforward. The validation is made through the implementation on the Janus robot. For this purpose, an actuator card is defined. This card uses the CAN bus due its determinism and bus rate. The dynamic model of Janus, used in computed torque and feedforward controllers, is obtained in an analytical way. After that, the parameters of this model are identified using the least squares method.