Digital twin for fast and flexible programming and control of cooperating robots in reconfigurable production systems
The shift from mass production to product personalization is the main enabler behind Industry4.0 and drives the development of modern production systems. This in turn creates the need to deploy flexible and reconfigurable assembly systems. This Thesis investigates the use of Digital Twinning in such...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
Γλώσσα: | English |
Έκδοση: |
2022
|
Θέματα: | |
Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/16093 |
id |
nemertes-10889-16093 |
---|---|
record_format |
dspace |
institution |
UPatras |
collection |
Nemertes |
language |
English |
topic |
Multi-robot control Digital twin Reconfiguration Asset administration shell Flexibility Έλεγχος πολλαπλών ρομπότ Ψηφιακό δίδυμο Αναδιαμόρφωση Ευελιξία |
spellingShingle |
Multi-robot control Digital twin Reconfiguration Asset administration shell Flexibility Έλεγχος πολλαπλών ρομπότ Ψηφιακό δίδυμο Αναδιαμόρφωση Ευελιξία Δημοσθενόπουλος, Δημοσθένης Digital twin for fast and flexible programming and control of cooperating robots in reconfigurable production systems |
description |
The shift from mass production to product personalization is the main enabler behind Industry4.0 and drives the development of modern production systems. This in turn creates the need to deploy flexible and reconfigurable assembly systems. This Thesis investigates the use of Digital Twinning in such production systems for enabling system flexibility and reconfiguration through various functionalities. The suggested Digital Twin (DT) infrastructure involves two main components: a) Virtual representation of the shopfloor, combining multiple sensor data and CAD models. The digital shopfloor is rendered in the 3D environment exploiting the capabilities provided by Robot Operating System (ROS) framework, and b) Real-time multi-robot behaviour control (using various functionalities). The communication layer among the physical and the virtual agents in the level of the Digital Twin is realized on top of the ROS framework. The integration of the DT in an overall production system with various components (like planning systems) is realised through the Asset Administration Shell (AAS) and a specific resigned ROS-AAS connector responsible for translating data between the two formats. Finally, an orchestration system (Workflow Manager) that is responsible for dispatching planned tasks to the assigned resources has been implemented. The developed infrastructure is applied to a use case study inspired by the consumer electronics industry focusing on the assembly of two different products, a trimmer head, and a monitor cover. Nevertheless, the proposed solution has been designed to be easily applicable to multiple similar cases. |
author2 |
Dimosthenopoulos, Dimosthenis |
author_facet |
Dimosthenopoulos, Dimosthenis Δημοσθενόπουλος, Δημοσθένης |
author |
Δημοσθενόπουλος, Δημοσθένης |
author_sort |
Δημοσθενόπουλος, Δημοσθένης |
title |
Digital twin for fast and flexible programming and control of cooperating robots in reconfigurable production systems |
title_short |
Digital twin for fast and flexible programming and control of cooperating robots in reconfigurable production systems |
title_full |
Digital twin for fast and flexible programming and control of cooperating robots in reconfigurable production systems |
title_fullStr |
Digital twin for fast and flexible programming and control of cooperating robots in reconfigurable production systems |
title_full_unstemmed |
Digital twin for fast and flexible programming and control of cooperating robots in reconfigurable production systems |
title_sort |
digital twin for fast and flexible programming and control of cooperating robots in reconfigurable production systems |
publishDate |
2022 |
url |
http://hdl.handle.net/10889/16093 |
work_keys_str_mv |
AT dēmosthenopoulosdēmosthenēs digitaltwinforfastandflexibleprogrammingandcontrolofcooperatingrobotsinreconfigurableproductionsystems AT dēmosthenopoulosdēmosthenēs chrēsētechnologiaspsēphiakoudidymougiatongrēgorokaieueliktoprogrammatismokaielenchosynergatikōnrompotseanadiamorphoumenasystēmataparagōgēs |
_version_ |
1771297242111541248 |
spelling |
nemertes-10889-160932022-09-05T14:02:34Z Digital twin for fast and flexible programming and control of cooperating robots in reconfigurable production systems Χρήση τεχνολογίας ψηφιακού διδύμου για τον γρήγορο και ευέλικτο προγραμματισμό και έλεγχο συνεργατικών ρομπότ σε αναδιαμορφούμενα συστήματα παραγωγής Δημοσθενόπουλος, Δημοσθένης Dimosthenopoulos, Dimosthenis Multi-robot control Digital twin Reconfiguration Asset administration shell Flexibility Έλεγχος πολλαπλών ρομπότ Ψηφιακό δίδυμο Αναδιαμόρφωση Ευελιξία The shift from mass production to product personalization is the main enabler behind Industry4.0 and drives the development of modern production systems. This in turn creates the need to deploy flexible and reconfigurable assembly systems. This Thesis investigates the use of Digital Twinning in such production systems for enabling system flexibility and reconfiguration through various functionalities. The suggested Digital Twin (DT) infrastructure involves two main components: a) Virtual representation of the shopfloor, combining multiple sensor data and CAD models. The digital shopfloor is rendered in the 3D environment exploiting the capabilities provided by Robot Operating System (ROS) framework, and b) Real-time multi-robot behaviour control (using various functionalities). The communication layer among the physical and the virtual agents in the level of the Digital Twin is realized on top of the ROS framework. The integration of the DT in an overall production system with various components (like planning systems) is realised through the Asset Administration Shell (AAS) and a specific resigned ROS-AAS connector responsible for translating data between the two formats. Finally, an orchestration system (Workflow Manager) that is responsible for dispatching planned tasks to the assigned resources has been implemented. The developed infrastructure is applied to a use case study inspired by the consumer electronics industry focusing on the assembly of two different products, a trimmer head, and a monitor cover. Nevertheless, the proposed solution has been designed to be easily applicable to multiple similar cases. Η μετάβαση από τη μαζική παραγωγή στην παραγωγή εξατομικευμένων προϊόντων είναι ο βασικός καταλύτης πίσω από το Industry4.0 και οδηγεί στην ανάπτυξη σύγχρονων συστημάτων παραγωγής. Αυτό με τη σειρά του δημιουργεί την ανάγκη ανάπτυξης ευέλικτων και αναδιαμορφώσιμων συστημάτων συναρμολόγησης. Αυτή η διπλωματική διερευνά τη χρήση της τεχνολογίας Ψηφιακού Διδύμου σε τέτοια συστήματα παραγωγής για την αύξηση της ευελιξίας και της δυνατότητας αναδιαμόρφωσης του μέσω διαφόρων λειτουργιών. Η προτεινόμενη υλοποίηση Ψηφιακού Διδύμου (ΨΔ) περιλαμβάνει δύο κύρια συστατικά: α) Την ψηφιακή αναπαράσταση της εγκατάστασης παραγωγής, συνδυάζοντας πολλαπλά δεδομένα αισθητήρων και μοντέλα CAD. Η εικονική εγκατάσταση παραγωγής αποδίδεται στο τρισδιάστατο περιβάλλον αξιοποιώντας τις δυνατότητες που παρέχονται από το λειτουργικό σύστημα Robot Operating System (ROS) και β) Τον έλεγχο της συμπεριφοράς πολλαπλών ρομπότ σε πραγματικό χρόνο (χρησιμοποιώντας διάφορες λειτουργίες). Η επικοινωνία μεταξύ των φυσικών και των ψηφιακών τμημάτων στο επίπεδο του Ψηφιακού Δίδυμου πραγματοποιείται μέσω του ROS. Η ενσωμάτωση του ΨΔ σε ένα συνολικό σύστημα παραγωγής με διάφορα στοιχεία (όπως συστήματα προγραμματισμού διεργασιών) πραγματοποιείται μέσω του Asset Administration Shell (AAS) και ενός συστήματος επικοινωνίας μεταξύ ROS-AAS που είναι υπεύθυνο για τη μετάφραση των δεδομένων μεταξύ των δύο μορφών. Τέλος, αναπτύχθηκε ένα σύστημα ενορχήστρωσης διεργασιών (Διαχειριστής ροής εργασίας) που είναι υπεύθυνο για την αποστολή των προγραμματισμένων εργασιών στους επιλεγμένους πόρους. Η ανεπτυγμένη υποδομή εφαρμόστηκε σε ένα σενάριο εμπνευσμένο από τη βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης που επικεντρώνεται στη συναρμολόγηση δύο διαφορετικών προϊόντων, μιας κεφαλής κουρευτικής μηχανής και ενός καλύμματος οθόνης. Ωστόσο, η προτεινόμενη λύση έχει σχεδιαστεί για να εφαρμόζεται εύκολα σε πολλά παρόμοια σενάρια. 2022-03-17T08:41:45Z 2022-03-17T08:41:45Z 2022-03-16 http://hdl.handle.net/10889/16093 en application/pdf |