Σχεδιασμός και Προσομοίωση Ευέλικτου Ρομποτικού Συστήματος Παραγωγής Πειραμάτων Βιοτεχνολογίας

Αγγελίδου, Χαρίκλεια; Angelidou, Charikleia

dc.contributor.author	Αγγελίδου, Χαρίκλεια	el
dc.contributor.author	Angelidou, Charikleia	en
dc.date.accessioned	2020-05-15T09:19:03Z
dc.date.available	2020-05-15T09:19:03Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50596
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18294
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Βιοτεχνολογία	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Robotic System	en
dc.subject	Flexible Production	en
dc.subject	V-REP	en
dc.subject	Matlab	en
dc.subject	Ρομποτικό Σύστημα	el
dc.subject	Ευέλικτη Παραγωγή	el
dc.subject	Biotechnology	en
dc.subject	Σχεδιασμός	el
dc.title	Σχεδιασμός και Προσομοίωση Ευέλικτου Ρομποτικού Συστήματος Παραγωγής Πειραμάτων Βιοτεχνολογίας	el
dc.title	Design and Simulation of a Flexible Robotic System for Biotechnology Experiment Production	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ρομποτική	el
heal.classification	Συστήματα Κατεργασιών	el
heal.classification	Robotic Systems	en
heal.classification	Manufacturing Systems	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-29
heal.abstract	Η πρόθεση να επιταχυνθεί η επιστημονική έρευνα στη βιοτεχνολογία έχει αυξηθεί δραστικά τις τελευταίες δεκαετίες. Η επένδυση σε νέους τρόπους προώθησης αυτού του τομέα, χρησιμοποιώντας τον πλέον σύγχρονο τεχνολογικό εξοπλισμό, βρίσκεται στο επίκεντρο της προσοχής. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ερευνητές και οι εταιρείες έχουν αρχίσει να κατευθύνουν την προσοχή τους στην αυτοματοποίηση και τα παρακλάδια της. Τα ρομποτικά συστήματα με εφαρμογές όπως είναι τα cloud εργαστήρια βιοτεχνολογίας αποτελούν έναν από τους κλάδους αυτούς, που στοχεύουν στην αλλαγή του τρόπου με τον οποίο γίνεται η έρευνα, ιδιαίτερα στον φαρμακευτικό κλάδο. Επιτυγχάνουν την αντιστάθμιση του συνεχώς αυξανόμενου κόστος των κλινικών δοκιμών και την αυτοματοποίηση του κουραστικού εργαστηριακού έργου, ενώ επιταχύνουν την έρευνα διενεργώντας παράλληλα πειράματα. Έτσι, η πειραματική διαδικασία γίνεται πιο αποδοτική και ευχάριστη για όλους. Μια επισκόπηση του σχεδιασμού και της λειτουργίας ενός τέτοιου ρομποτικού συστήματος είναι το κεντρικό θέμα της τρέχουσας εργασίας. Στην παρούσα εργασία μελετάται η μεθοδολογία και τα εργαλεία για την ανάπτυξη του εικονικού ισοδύναμου ενός πραγματικού εργαστηρίου βιοτεχνολογίας για φαρμακευτικά πειράματα. Συγκεκριμένα, ένα ρομπότ τύπου SCARA, ο ρομποτικός βραχίονας Stäubli TX2-90XL καθώς και το εργαστηριακό περιβάλλον, διαμορφώνονται χρησιμοποιώντας το λογισμικό ανάπτυξης 3D εφαρμογών VREP από την Coppelia Robotics. Ο στόχος είναι να διερευνηθεί ο προγραμματισμός του βραχίονα εκτός σύνδεσης σε περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας, καθώς και να σχεδιαστεί μια πλήρως εξοπλισμένη εργαστηριακή διάταξη που να μπορεί να μεταφερθεί σε πραγματικά δεδομένα και σε φυσικό επίπεδο. Ως μέρος του σχεδιασμού εισάγονται οι γεωμετρίες για τη δημιουργία του εργαστηρίου, συμπεριλαμβανομένου του εξοπλισμού και των αναλωσίμων. Στη συνέχεια δημιουργούνται και συγκρίνονται διάφορες εργαστηριακές διατάξεις, καταλήγοντας σε δύο, που τελικά προσομοιώνονται. Για τη μοντελοποίηση και την προσομοίωση, εισάγονται τα μοντέλα ρομπότ και αναπτύσσονται οι αντίστοιχες κινηματικές τους αλυσίδες. Η εμπρόσθια και αντίστροφη κινηματική του βραχίονα αναλύεται και αναπτύσσεται στη Matlab, χρησιμοποιώντας διαφορετικές προσεγγίσεις και αλγορίθμους, όπως η αντίστροφη και ψευδο-αντίστροφη Ιακωβιανή, καθώς και η μέθοδος αποσβενύμενων ελαχίστων τετραγώνων. Η τροχιά και των δύο ρομποτικών βραχιόνων σχεδιάζεται, έτσι ώστε να δημιουργηθεί ένα σχέδιο κίνησης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για οποιοδήποτε πείραμα στο εργαστήριο. Επιπλέον, δημιουργείται μια διεπαφή για την επικοινωνία των πειραματικών πρωτοκόλλων μεταξύ του ερευνητή και των ρομποτικών βραχιόνων.	el
heal.abstract	The intent to accelerate scientific research on biotechnology has been increasing for the last few decades drastically. Investing in novel ways of advancing this sector, utilizing the most up-to date technological equipment, has therefore been in the center of attention. This is why researchers and companies have started directing their attention towards automation and its branches. Robotic cloud biotechnology laboratories constitute one of these branches, which aim is to change the way research is done, dramatically offsetting the ever-increasing costs of clinical trials, automating tedious lab work, and accelerating research by running experiments in parallel, by making scientific testing efficient and programmable for all. An overview of the design and function of such a robotic system is the central theme of the current project. In the current thesis, studied are the methodology and tools for developing the virtual equivalent of a real biotechnology laboratory for pharmaceutical experiments. Specifically, a SCARA type robot, the Stäubli TX2-90XL robotic arm, as well as the lab environment, are modeled using the 3D application development software VREP by Coppelia Robotics. The goal is to investigate the offline programming of the arm in a virtual reality environment, as well as to fully design a suitable lab layout that can be extrapolated on real-life laboratory settings. As part of the design process, introduced are the components for the creation of the laboratory set up, including equipment and consumables. Different laboratory layouts are then created and compared, concluding to two specific set ups that are finally simulated. For the modeling and simulation, the robot models are introduced and their respective kinematic chains are developed. The forward and inverse kinematics of the arm are analyzed and developed in Matlab, using different approaches and inverse algorithm methods such as inverse and pseudo-inverse Jacobian, as well as the Damped Least Squares Method. The trajectory of both robotic arms is planned so as to create a motion plan that can be used for any experiment within the laboratory set ups. Additionally, a User Interface (UI) is created for the communication of the experiment protocols between the researcher and the robotic arms. Finally, two experiments are simulated for both robots and layouts.	en
heal.advisorName	Βοσνιάκος, Γεώργιος-Χριστόφορος	el
heal.advisorName	Μπενάρδος, Πανώριος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος-Χριστόφορος
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Πανώριος
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	200 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false