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Metodologia para Implantação de Laboratórios Remotos Via Internet na Área de Automação da Manufatura Alberto J. Álvares João Carlos Espíndola Ferreira.

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1 Metodologia para Implantação de Laboratórios Remotos Via Internet na Área de Automação da Manufatura Alberto J. Álvares João Carlos Espíndola Ferreira GRACO - Grupo de Automação e Controle -UnB GRIMA – Grupo de Manufatura Integrada - UFSC 19/05/2003 GRACO GRIMA

2 1.Introdução 1.Objetivo 2.Laboratórios: Remoto e Virtual 3.Teleoperação 2.Metodologia Proposta 3.Sistemas Desenvolvidos: Validação 1.Robótica: RobWebCam, RobWebLink, Robôs Movel MRL e Nomad 2.Telemanufatura: WebOxicorte, WebCapp e Modelagem 3D. 4.Conclusão Sumário GRACO/GRIMA

3 Introdução Objetivo Atividades de laboratório: presencial ou sob a óptica do EAD. Necessário Mecanismos e metodologias que viabilizem a sua execução de forma remota. Propor uma Metodologia para implantação de laboratórios controlados via Internet num contexto de Ensino a Distância. Experimentos remotos na área de automação da manufatura e robótica: –máquinas-ferramenta CNC, CLP, instrumentação, robôs industriais, robôs móveis, sistemas CAD/CAPP/CAM, FMC e FMS, entre outros. Equipamentos caros e nem sempre estão disponíveis nos laboratórios das universidades e escolas técnicas brasileiras. Disponibilidade de laboratórios que permitam a realização de experimentos remotos: – Cluster de Laboratórios Compartilhados entre instituições de ensino.

4 Introdução Laboratórios Virtuais e Remotos Os laboratórios virtuais são simulações de dispositivos físicos por meio de software. Estes podem ser considerados demos interativos sofisticados. Os laboratórios remotos permitem que experimentos reais do laboratório sejam controlados remotamente através de uma conexão Internet via Web, por exemplo.

5 Introdução Laboratório Remoto: Teleoperação Teleoperação é definida como o controle contínuo e direto de um teleoperador/teleoperator. Teleoperador é um manipulador que requer comandos ou supervisão de um operador humano remoto. Telepresença refere-se à intensa utilização de realimentação sensorial para a teleoperação, fornecendo realismo para o operador em uma abordagem idealizada de "presença a distância". Classificação: –controle manual sem auxílio computacional; –controle manual com significativo auxílio ou transformação computacional; –controle supervisório com predomínio do controle realizado pelo operador humano; –controle supervisório com predomínio do controle realizado pelo computador; –controle completamente automático, onde os operadores humanos observam o processo sem intervenções.

6 Introdução Teleoperação - TeleRobótica

7 Introdução Modelos de Teleoperação Modelo Mestre-Escravo: Neste caso, o operador humano observa o ambiente de trabalho remoto através de um sistema de vídeo e manipula o braço robótico mestre por meio de um ``console'', que controla o braço escravo no local remoto. Modelo de Telepresença: A meta final desses sistemas é fazer o operador sentir-se presente no local de trabalho remoto, obtendo-se assim melhores condições de realização de tarefas.. Modelo Professor-Aluno: Dado que o aprendizado de sistemas computacionais é uma das áreas mais difíceis na inteligência artificial, o modelo professor- aluno define como função de professor ao operador humano, e assume que o ``aluno'' robô possui inteligência suficiente para reconhecer e atuar em uma situação já aprendida. Modelo Supervisor-Companheiro: Um robô baseado em sensores não deve simplesmente repetir os movimentos do operador humano, como no modelo mestre-escravo. Neste caso, o operador humano serve como um supervisor, ao invés de projetar-se no ambiente remoto. –Com relação ao Ambiente: Ambiente Remoto Totalmente Modelado Ambiente Remoto Parcialmente Modelado Ambiente Remoto Desconhecido

8 Introdução Telepresença O termo telepresença refere-se ao uso de tecnologia para estabelecer o sentido de presença compartilhada ou de espaço compartilhado entre membros de um grupo, geograficamente separados. Isto envolve o conceito de presença em dois espaços: o da pessoa e o da tarefa.

9 É definida como uma técnica avançada de interface, onde o usuário pode realizar imersão, navegação e interação em um ambiente sintético tridimensional gerado por computador, utilizando canais multi-sensoriais. Realidade Virtual (VR) Introdução

10 Introdução Modelo Cliente-Servidor É um modelo de sistemas distribuídos que mostra como os dados e processamentos são distribuídos entre um conjunto de processadores: –um conjunto de servidores independentes que oferecem serviços para outros sub-sistemas; –um conjunto de clientes que requisitam serviços oferecidos pelos servidores; –uma rede de computadores que permite que os clientes acessem esses serviços

11 Introdução Modelos de Computação Distribuídos Modelo de Computação Tradicional em Rede de Computadores: usa um servidor de rede para armazenar aplicações DOS, Windows, Unix, etc, e arquivos de dados para a rede. Modelo de Computação Cliente/Servidor: distribui o processamento de aplicações sobre diferentes computadores na rede, onde o servidor manipula o acesso aos dados em função da aplicação, enquanto que o cliente executa o serviço de apresentação e funções lógicas da aplicação. Modelo de Computação em Rede de Computadores: semelhante ao modelo tradicional, entretanto, utiliza tecnologia Java, onde o servidor armazena todas as aplicações Java e dados dos cliente. Modelo de Computação Baseado em Servidor: usa uma arquitetura na qual aplicações e dados são oferecidos, gerenciados, suportados e executados 100% no servidor. Os dispositivos clientes, fat ou thin, tem acesso instantâneo as aplicações no servidor sem o uso de aplicações de escrita ou download (Citrix, XDM/X11 e RDP).

12 Introdução Modelo ISO-OSI

13 Introdução World Wide Web - WWW. O serviço WWW surgiu em 1989 como um integrador de informações.. O protocolo mais usado para a transferência de informações no WWW é o HTTP.

14 Metodologia Teleoperação Via Internet Acesso Remoto via "Telnet": conexão direta do usuário via interface telnet ou ssh (textual). Programação CGI, Common Gateway Interface, com base em páginas HTML é a abordagem mais utilizada. Uma alternativa é a utilização de JavaServlets. Cliente Java utilizando servidores genéricos HTTP e servidores específicos via Sockets: solicitações via CGI ou Servlets. Solução Comercial: Uso do LabView ou de um Sistema Supervisório compartilhando as informações de TAGs via Banco de Dados e posterior publicação na Web.

15 Metodologia: Laboratórios Remotos utilizando a Internet como link de comunicação Arquitetura Cliente/Servidor; Utilizando o Protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol); Servidor WWW convencional (CERN, NCSA ou APACHE); Interface multimídia; Cliente WWW (browser) como o Netscape, Arena ou Internet Explorer. Metodologia

16 Servidor WWW: Servidor WebCam e Servidor de Teleserviços Industriais (WebRobot) WebRobot: Disponibilização de funções de controle remoto do objeto teleoperado: –Servidor WebRobot: funções de controle remoto do objeto teleoperado. WebCam: Visualização do objeto teleoperado, através de vídeo e/ou imagem: –Servidor WebCam: visualização do objeto teleoperado. Metodologia

17 Servidor HTTP: Módulos WebCam e WebRobot Metodologia

18 RESTRIÇÕES DO PROTOCOLO INTERNET - TCP/IP A Rede Internet apresenta largura de banda heterogênea (Intranet menos problemático); Taxas de transmissão não determinísticas; O delay (atraso) é inerente ao protocolo TCP; Resolução desta restrição: adicionar algum grau de autonomia para a aplicação; É obtido localmente no Servidor WebRobot, que deve monitorar estas condições limites (emergências e perigo iminente). Metodologia

19 Aplicações

20 Sistema RobWebLink: Interface com o Usuário Aplicações

21 Arquitetura, Fluxo de Dados e Funções Disponibilizadas Pelo RobWebLink Aplicações

22 Robomóvel MRL1.0: Arquitetura desenvolvida Modelo cliente (HTML/Java) - servidor (CGI-BIN/C); Aplicações

23 Implementação física - Robô MRL 1.00 Aplicações 

24

25 Arquitetura Nomad:  Modelo Cliente-Servidor  Programação C + Java Servidores específicos:  Movimentos  Imagens

26 Controlador Fuzzy - Definição  Xfuzzy;  Funções de pertinência;  Regras;  Superfície de resposta. Resposta do controlador.

27

28 Aplicações Sistema de Telemanufatura: WebOxicorte Telemanufatura do Processo de Oxi-Corte via Internet voltado para à máquina de Oxi-corte AutoCut 2.5L da White Martins com CNC MCS-520: –Ambiente CAD/CAPP/CAM: GUI para Modelagem by Features. –Ambiente de Teleoperação: GUI para Teleoperação.

29 Aplicações GUI: CAD/CAPP/CAM

30 Aplicações Arquitetura Teleoperação Cliente/Servidor utilizando Sockets

31 Aplicações GUI: Teleoperação

32 Aplicações CAPP Variante Baseado na Web Servidor HTTP, PHP (Personal Home Page Tools) e MySql/SQL

33 CAD Por Features: ACIS/VRML – Modelagem Sólida

34 CONCLUSÃO Empecilhos à tecnologia de teleoperação via Internet: largura de banda existente na rede > tempo de espera. Formação de Cluster de Laboratórios compartilhados: Internet II. Aplicações demonstram a viabilidade do uso de laboratórios remotos via Internet em EAD. Uso Internet: laboratórios sejam amplamente disponível para usuários, sem limitações geográficas com baixo custo. Maior largura de banda da Internet irá viabilizar aplicações em tempo real no futuro, como menos restrições. National Instruments desenvolve sistemas de teleoperação e instrumentação remota via Internet para aplicação em Automação Industrial usando LabView. Volkswagem: laboratórios remotos para testes de motores visando a diminuição de custos e compartilhamento de sua estrutura laboratorial entre a matriz na Alemanha e sua filial no México. GRACO GRIMA


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