2.1 Selección de herramientas para el robot

Gripper: El gripper será utilizado para agarrar y manipular objetos de diversas formas y tamaños. Esta herramienta es esencial para la manipulación segura y precisa del material de laboratorio [³].

Cámara: La cámara permitirá la identificación de objetos, mediante visión artificial. Esta capacidad de reconocimiento visual es fundamental para reconocer equipo y sustancias, asimismo, asegurar la correcta manipulación del equipo.

Tapete Antirreflejante: El tapete antirreflejante mejora la capacidad de la cámara para reconocer objetos, eliminando reflejos no deseados que puedan interferir con el sistema de visión artificial.

Fig. 1 Robot ABB YuMi IRB 14000 vista general 

Fig. 2 Smart Gripper ABB YuMi vista general 

Fig. 3 Smart Gripper ABB YuMi vista cámara 

2.2. Identificación de material de laboratorio a utilizar

Para el manejo seguro y eficiente de sustancias poliméricas, se empleará una variedad de materiales de laboratorio que incluyen probetas, frascos y contenedores específicos para el almacenamiento y manipulación de polímeros. Para garantizar la integridad del proceso es requerido que cada herramienta y contenedor haya sido sometido a pruebas de resistencia con la herramienta a utilizar.

3.1. Calibraciones

Para poder programar el robot de forma correcta es necesario realizar la calibración de cada una de las herramientas a utilizar ya que de lo contrario podría provocar colisiones con el entorno de trabajo o dañar al personal de laboratorio.

3.1.1. Calibración del robot

Posicionamiento inicial:

Colocar ambos brazos del YuMi en una posición de referencia. Esta posición suele ser una configuración predefinida que alinea los brazos en una postura neutral.

Ejecutar calibración:

Ejecutar el procedimiento de calibración, que generalmente incluye actualizar el “Cuentarrevoluciones”.

Validación y ajuste:

Validar que las posiciones alcanzadas por el brazo coincidan con las posiciones predeterminadas. Si es necesario, realizar ajustes finos hasta que el brazo esté correctamente calibrado.

Guardar configuración:

Una vez calibrados ambos brazos, guardar la configuración en el sistema del robot para asegurar que estas calibraciones se mantengan durante las operaciones.

Fig. 4 Posicionamiento para adquisición de imagen 

Fig. 5 Cuadricula de calibración 

Fig. 6 Configuración de adquisición de imagen en software 

Fig. 7 Reconocimiento de la hoja de calibración en software 

3.1.4. Calibración servomotores

Para la calibración del gripper nos vamos a la pestaña de Smart gripper y configuramos el gripper en posición mínima y realizamos la calibración.

Se realizó un programa de prueba para verificar que funciona correctamente para el agarre de un objeto, para esta prueba se utilizara un frasco de vidrio, inicializaremos el gripper con una fuerza de agarre de 10N y a una velocidad de 10mm/s, posteriormente y le aplicaremos una fuerza de 7N para asegurar la integridad del recipiente.

Fig. 8 Resultados de la calibración 

Fig. 9 Creación de la herramienta en el espacio de trabajo del software 

Fig. 10 Códigos obtenidos de las herramientas creadas e importadas 

Fig. 11 Ventana de “Jogging” en el controlador físico 

Fig. 12 Creación de un espacio de trabajo en el controlador físico 

Fig. 13 Posicionamiento de la herramienta en las referencias del espacio de trabajo, centro, extremo en X y extremo en Y respectivamente 

Fig. 14 Adquisición de puntos a nuestro espacio de trabajo 

Fig. 15 Coordenadas X, Y y Z de nuestro espacio de trabajo 

4.1. Posicionamiento del robot

Se busca llegar a un puto establecido por coordenadas para que capture la imagen de forma correcta. Así mismo se emplearán trayectorias auxiliares para que llegue a la posición deseada y evitar algún tipo de colisión con el entorno o con el mismo robot.

El punto de referencia que crearemos se encontrara en las coordenadas [400, 0, 400] justo en el centro de nuestro plano de trabajo.

Una vez llegada a la posición procedemos a realizar la captura de imagen para programar el reconocimiento de objetos.

4.2. Programación general de la cámara

El objeto que identificará el robot es un pequeño frasco de laboratorio. Procedemos a adquirir la imagen de nuestro espacio de trabajo con el objeto a identificar en el campo de visión de la cámara. Con las opciones que nos muestra el software utilizamos la de identificación y patrón.

Incluimos dentro de la región de “modelo” nuestro modelo a identificar, en este caso la tapa del frasco. Aceptamos y tendríamos nuestra herramienta de identificación, la cual nos ayudaría a obtener el centro de nuestro objeto a detectar en coordenadas.

Por último, debemos de extraer esas coordenadas de la cámara y enviarlas al controlador para que el robot obtenga las coordenadas a dirigirse y poder llegar al objeto en cuestión.

Seleccionamos “salida a RAPID” y enviamos las coordenadas del objeto detectado que son X, Y y el ángulo de inclinación. Con esto terminamos la calibración de la cámara para la identificación de nuestro objeto.

Fig. 16 Posición de calibración del gripper y ventana de calibración 

Fig. 17 Código ejemplo del funcionamiento del gripper 

Fig. 18 Pruebas físicas del gripper en recolección y liberación del objeto 

4.3. Código de funcionamiento

¡Se inicia declarando las constantes que nos ayudaran a simplificar el código.

PERS wobjdata Wcam1L2:=[FALSE,TRUE,"",[[383.361,-12.2866,-0.704813],[.71137,0.0153852,0.0151982,0.702485]],[[4.05847,-3.98945,0],[.967522,0,0,0.252787]]];

!asignamos a una variable el nombre de nuestro trabajo de visión artificial

CONST string myjob := "calibracion_articulo.job";

VAR cameratarget mycameratarget;

!declaración de detección de objeto

CONST robtarget objeto_auxiliar_antes:=[[-5,-14.52,100.44],[.355457,-0.673058,-0.549159,0.345062],[-1,-1,2,5],[.013,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

CONST robtarget objeto:=[[-28.29,-10.78,25.56],[.355467,-0.673066,-0.549144,0.345059],[-1,-1,2,5],[.013,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];

!Funcion auxiliar para posición de adquisición de imagen

PROC GoFotoL()

MoveJ [[125,210,230],[.0644092,0.843286,-0.105959,0.522965],[0,-1,1,4],[.536,9E+09,9E+09,9E+09,9E+ 09,9E+09]], v1000, z100, tool0;

MoveJ [[355.00,205,270],[.469667,-0.443146,0.480795,-0.593186],[-1,-1,2,4],[.664,9E+09,9E+09,9E+09,9E+ 09,9E+09]], v1000, z100, tool0;

MoveJ [[375,-7,290],[.0609033,0.78477,0.616734,0.00 809459],[-1,0,0,4],[.611,9E+09,9E+09,9E+09,9E +09,9E+09]], v1000, z100, Camera;

MoveJ [[400,0,400],[.0,0.707106781,0.7071067 81,0.0],[-1,0,0,4],[.611,9E+09,9E+09,9E+09,9E +09,9E+09]], v1000, z100, Camera;

ENDPROC

!Funcion de deteccion del objeto, establece la cámara en modo adecuado, carga el trabajo de visión, inicializa camra, y adquiere datos enviadas

PROC DetectedObject()

CamSetProgramMode cam_izq;

CamLoadJob cam_izq, myjob;

CamSetRunMode cam_izq;

WaitTime 7;

CamReqImage cam_izq;

CamGetResult cam_izq, mycameratarget;

Wcam1L2.oframe := mycameratarget.cframe;

ENDPROC

!Funcion de que nos ayuda a mover el gripper a las coordenadas del objeto a detectar, transformando las coordenadas de la cámara a las coordenadas del plano de trabajo.

PROC MoveToDetectedObject()

MoveJ objeto_auxiliar_antes, v100, fine, Servo \WObj:=Wcam1L2;

MoveJ objeto, v100, fine, Servo \WObj:=Wcam1L2;

Pick_obj;

MoveJ objeto_auxiliar_antes, v100, fine, Servo \WObj:=Wcam1L2;

ENDPROC

!Funciones auxiliares

!Posicion de Home

PROC GoHomeL()

MoveAbsJ [[0,-130,30,0,40,0],[135,E9,9E9,9E9,9E9,9E9]]\NoE Offs, v1000, fine, tool0;

ENDPROC

!agarrar objeto

PROC Pick_obj()

g_GripIn \holdForce := 7;

ENDPROC

!inicializar gripper y abrir

PROC open_gripp()

g_Init \maxSpd := 10, \holdForce := 10;

g_GripOut \holdForce := 7;

ENDPROC

!Código Main

PROC main()

GoHomeL;

open_gripp;

WaitTime 5;

GoFotoL;

DetectedObject;

MoveToDetectedObject;

!posicion a soltar el objeto

MoveJ [[400,0,400],[.0,0.707106781,0.707106781,0.0],[-1,0,0,4],[.611,9E+09,9E+09,9E+09,9E+0 9,9E+09]], v1000, z100, Camera;

WaitTime 5;

open_gripp;

WaitTime 5;

Waittime 20;

ENDPROC

Fig. 19 Posición auxiliar del robot 

Fig. 20 Posición final de captura de imagen 

Fig. 21 Adquisición de imagen en software 

4.4. Primer pick and place

Una vez terminado el código procedemos a ejecutarlo hasta la función DetectObject() ya que es necesario realizar el posicionamiento de agarre

Una vez el robot haya terminado esa función debemos moverlo de forma manual hasta la posición de agarre que deseemos.

Una vez realizado esto regresamos a home y procedemos a correr el programa completo.

5.1. Espacio de trabajo y calibración

Uno de los principales hallazgos fue la importancia de tener un espacio de trabajo con medidas específicas y bien calibrado. Durante los experimentos, se observó que la precisión del robot en la recolección de objetos podía verse afectada por variaciones de 2 a 6 mm si el espacio de trabajo y el palpador no estaban calibrados adecuadamente. Para abordar esta problemática, se propuso realizar las siguientes acciones:

Fig. 22 Herramienta por utilizar en software 

Fig. 23 Región de modelo a entrenar 

Fig. 24 Herramienta de envío de datos 

Fig. 25 Coordenadas por enviar al controlador 

5.2. Impacto en la precisión

El análisis de los datos recolectados mostró que, sin un espacio de trabajo bien definido y un palpador específico, es muy complicado corregir las desviaciones de posicionamiento. La precisión del robot en la manipulación de objetos no alcanzó los estándares requeridos para las operaciones de laboratorio.

5.3. Ejemplos prácticos

Se realizaron pruebas específicas para evaluar el impacto de la falta de calibración adecuada. En una de las pruebas, el robot debía recoger un frasco de vidrio ubicado en el espacio de trabajo.

Los resultados mostraron que, debido a las desviaciones de 2 a 6 mm, el robot no fallaba en recoger el frasco, sin embargo, existía la posibilidad de que aumentara el riesgo de daños o errores en el proceso. Enlace a video demostrativo aquí^fn

Fig. 26 Objeto identificado en software automáticamente 

Fig. 27 Posicionamiento manual del robot en posición de recolección