Modeling and simulation of a Pick&Place system with OpenModelica

Abstract

Modeling of multi-physical systems is a task that may be particularly complex, especially when the systems under analysis present several technologies such as pneumatics, hydraulics, mechanical systems, electrical systems, among others. This MSc dissertation intends to present an approach for modelling a multi-physics system, using Modelica modeling language, focusing the connection of models, by using programming logic as ever as needed, as well as the obtaining of some guidelines for modelling multi physical systems in a systematic way. For the mentioned purpose, it is chosen, as basis for starting studies, a Pick&Place system using the modeling language Modelica and the simulation software OpenModelica whose conception was based on a manipulator’s model existing in the main library of OpenModelica software. Based in the initial case study, some approaches are presented for illustration about how to achieve the above-mentioned purpose, by changing and adding information, from initial considered models, to the considered final ones using simulation techniques and interpreting respective obtained results. Throughout this work, the potentialities presented by the language are explored, bringing together the concept of a robotic manipulator inserted in Modelica's main library with the outline of a detailed control, in which the concepts of inverse kinematics and pick&place are inserted. The incorporation with a global system is also scrutinized, in which the manipulator model is associated with a gripper and conveyor belts, designed in a system with logical sequencing.

A modelação de sistemas multi-físicos é uma tarefa que pode ser particularmente complexa, especialmente quando os sistemas em análise apresentam diversas tecnologias, tais como pneumática, hidráulica, sistemas mecânicos, sistemas elétricos, entre outros. Esta dissertação de mestrado pretende apresentar uma abordagem para a modelação de um sistema multi-físico, utilizando a linguagem de modelação Modelica, focando na ligação de modelos e recorrendo à lógica de programação sempre que necessário, bem como a obtenção de algumas orientações para a modelação de sistemas multi-físicos de uma forma sistemática. Para o efeito, é escolhido, como base de estudo inicial, um sistema Pick&Place utilizando a linguagem de modelação Modelica e o software de simulação OpenModelica, cuja conceção foi baseada num modelo de manipulador existente na biblioteca principal do software OpenModelica. Com base no caso de estudo inicial, são apresentadas algumas abordagens para ilustrar a forma de atingir o objetivo acima referido, com alteração e adição de informação, desde os modelos iniciais considerados, até aos modelos finais desenvolvidos, utilizando técnicas de simulação e interpretando os respetivos resultados obtidos. Ao longo deste trabalho, as potencialidades apresentadas pela linguagem são exploradas, reunindo o conceito de um manipulador robótico inserido na biblioteca principal de Modelica com o delineamento de um controlo detalhado, em que os conceitos de cinemática inversa e pick&place se inserem. A incorporação com um sistema global também é escrutinada, no qual o modelo do manipulador se encontra associado com um gripper e tapetes transportadores, projetados num sistema com sequenciamento lógico.