Bin Picking Studio 1.4.0: создание робототехнических сред без CAD-файлов

Конструктор среды (Environment builder)

Бывали ли вы в ситуации, когда нужно было скорректировать робототехническую среду, но рядом не было CAD-инженера, который мог бы помочь? Отныне вы можете легко и самостоятельно рисовать простые объекты столкновений прямо в Bin Picking Studio!

Как?

Мы подготовили для вас подробное, но легко понятное руководство в следующей статье.

Bin Picking Studio 1.4.0 поставляется с новым удобным инструментом «Конструктор среды» (Environment builder). Он позволяет создавать 3D-модель рабочей ячейки, определять рабочее пространство робота и проверять его возможности движения. Инструмент также позволяет верифицировать модель среды, сравнивая ее с облаком точек от откалиброванного сканера.

«Конструктор среды» состоит из 3D-визуализатора и панели управления, разделенной на 3 вкладки с разной функциональностью:

• Сцена (Scene): здесь вы можете построить 3D-модель робототехнической среды
• Робот (Robot): здесь вы можете тестировать движения робота
• Зрение (Vision): здесь вы можете подключиться к откалиброванным системам зрения для сравнения виртуальной среды с реальным миром

Сцена

Предотвратите выход робота за пределы рабочего пространства и оградите его виртуальным ящиком — быстро и без усилий! Легкость работы усиливается отображением робота в конфигурации среды и добавленными функциями для изменения размера и масштабирования объектов среды.

Для обеспечения сбора из контейнера без столкновений (collision-free bin picking) вам нужно управлять точной 3D-моделью реальной робототехнической ячейки. Виртуальная среда, созданная в Bin Picking Studio, должна соответствовать реальному миру по крайней мере в пределах досягаемости робота. Хотя траектории проверяются на столкновения, сканер никогда не видит каждый объект в сцене, поэтому вам нужно определить статические объекты столкновений, соответствующие реальности.

Список объектов (Object list)

Вкладка «Сцена» содержит «Список объектов» (Object list), поддерживающий иерархическую структуру. Это означает, что каждый объект может иметь дочерние объекты, связанные с ним, для более легкого манипулирования группой объектов. Вы можете использовать кнопки +/- рядом с родительским объектом для разворачивания/сворачивания списка дочерних объектов.

Чтобы изменить иерархию уже определенных объектов, вы можете захватить объект в «Списке объектов» и переместить его в желаемую позицию в списке (обратите внимание на значок +, который появляется, когда объект перемещается над другим объектом, чтобы сделать его дочерним).

Пример:

Рассмотрим паллету с несколькими объектами. Выгодно определить каждый объект как дочерний к родительскому объекту. Таким образом, вы можете манипулировать (перемещать, вращать и т.д.) всеми объектами, просто изменяя свойства позиции родительского объекта.

Каждый объект в «Списке объектов» предлагает 3 варианта, перечисленные рядом с ним (слева направо):

• Значок синхронизации (Sync icon): показывает, сохранен (синхронизирован) объект или нет
• Переключатель видимости (Visibility toggle): позволяет показывать/скрывать объект
• Кнопка удаления (Remove button): позволяет удалить объект (обратите внимание, что удаление родительского объекта также удалит все его дочерние объекты)

Вкладка «Сцена» с выделенным «Списком объектов» и кнопкой «+ Add object»

Вы можете добавить новый объект на сцену, нажав кнопку «+ Add object» в левом нижнем углу 3D-визуализатора. Вы можете определить объект столкновения, используя одну из доступных примитивных форм (параллелепипед/сфера/цилиндр) или загрузить STL-файл.

При выборе примитивной формы вы можете определить ее свойства в «Форме редактирования» (Edit form) и «Панели инструментов 3D-объекта» (3D object tools panel).

Если вы выбираете STL-файл, появится всплывающее окно, попросив ввести имя нового объекта, выбрать файл для загрузки и выбрать тип объекта. Доступно 3 типа объектов:

• Контейнер (Bin): предназначен для любой CAD-модели, представляющей контейнер (отображается синим)
• Среда (Environment): другие объекты столкновений, также соответствующие реальным объектам в окрестностях робота (отображаются серым)
• Виртуальный объект столкновения (Virtual collision object): используется для объектов, которые не обязательно существуют в реальной среде робота — в основном для ограничения рабочего пространства робота во время bin picking, но также для определения стенок ячейки для возможности просмотра (виртуального) робота внутри (отображается красным и полупрозрачным, как единственный тип объекта)

Каждый из этих типов объектов представляет «объект столкновения» в том смысле, что собираемый объект не будет сталкиваться с ним.

После выбора объекта из «Списка объектов», он подсвечивается синим в списке и красным в визуализаторе. Кроме того, появляются панели «Форма редактирования» (Edit form) и «Инструменты 3D-объекта» (3D object tools). Вы также можете выбрать объект, напрямую нажав на него в 3D-визуализаторе. Чтобы отменить выбор объекта, нажмите на него в «Списке объектов» еще раз или выберите опцию «Закрыть» (Close) из панели «Инструменты 3D-объекта» (3D object tools).

Форма редактирования & Инструменты 3D-объекта

После выбора объекта либо из «Списка объектов», либо в 3D-визуализаторе, появятся «Форма редактирования» (Edit form) и панель «Инструменты 3D-объекта» (3D object tools).

Вкладка «Сцена» с выделенной «Формой редактирования», панелью «Инструменты 3D-объекта» и кнопкой «Save scene»

«Форма редактирования» (Edit form) позволяет ввести следующие свойства объекта:

• Имя (Name) (объекта)
• Тип (Type) (объекта, как описано выше)
• CAD-файл (сетка) (CAD file mesh): вы можете скачать STL-объект
• Масштаб (Scale): вы можете масштабировать STL-объект
• Размеры (Dimensions): вы можете изменить размер объекта (только для примитивных форм): ширина/высота/глубина для параллелепипеда, радиус для сферы и радиус/высота для цилиндра
• Позиция (Position): вы можете изменить позицию начала координат объекта относительно начала координат родительского объекта
• Вращение (Rotation): вы можете вращать объект вокруг своего начала координат

Вы также можете динамически манипулировать объектами с помощью «Инструментов 3D-объекта» (3D object tools):

• Перемещение (Move): эта опция показывает маркерные стрелки, чтобы вы могли изменить позицию объекта вдоль желаемой оси, перетаскивая маркер
• Вращение (Rotate): эта опция показывает маркерные круги, чтобы вы могли изменить вращение объекта в желаемой оси, перетаскивая маркер
• Масштаб (Scale): эта опция показывает маркерную стрелку, чтобы вы могли масштабировать объект
• Изменение размера (Resize): эта опция показывает маркерные стрелки, чтобы вы могли изменить размеры объекта в желаемой оси, перетаскивая маркер (только для параллелепипеда и цилиндра)
• Переключатель Self/Parent: вы можете изменить начало координат вращения при вращении с помощью маркера; выберите «self» для вращения вокруг своего начала координат; выберите «parent» для вращения вокруг начала координат родителя

Маркеры также позволяют добавлять приращения к значениям позиции/вращения для каждой оси. Вместо перетаскивания маркера в желаемом направлении, просто нажмите на стрелку/круг для конкретной оси, введите желаемое значение и примените, нажав кнопку «Галочка» (Check).

Кнопка «+ Add child object» позволяет создать дочерний объект для текущего выбранного объекта. Используйте кнопку «x Close» для отмены выбора объекта (завершения редактирования).

Завершите действие, нажав кнопку «Save scene» (Сохранить сцену). Виртуальная среда синхронизируется с роботом. Только после этого вы можете использовать вкладку «Робот» с управлением роботом.

Робот

Прежде чем получить доступ к вкладке «Робот», вам сначала нужно выбрать робота и захват из базы данных и определить точку инструмента (toolpoint). Затем вы можете виртуально джоггировать робота и определить его рабочее пространство.

Управление роботом (Robot controls)

Вы можете выбрать из трех режимов движения:

• Суставной (Joint)
  Здесь вы можете виртуально джоггировать отдельные суставы робота двумя способами:
  • Перемещением ползунка для соответствующего сустава
  • Вручную вводя позицию сустава в поле ввода

• Линейный (Система координат инструмента / Система координат базы робота) (Linear - Tool coordinate system / Robot-base coordinate system)
  Вы можете перемещать точку инструмента робота либо в системе координат инструмента, либо в системе координат базы робота. Есть три способа переместить робота:
  • Перемещением маркера в точке инструмента робота, перетаскивая его в желаемую позицию
  • Перетаскиванием стрелок для перемещения по каждой соответствующей оси или перетаскиванием кругов для вращения
  • Вручную вводя позицию и ориентацию TCP в панели «Toolpoint position»

Если вы нажмете кнопку «Home pose» (Домашняя позиция), робот автоматически переместится в свою позицию по умолчанию. Чтобы включить функцию проверки столкновений, используйте переключатель «Highlight collisions ON/OFF» (Подсветка столкновений ВКЛ/ВЫКЛ).

При управлении роботом применяются ограничения суставов.

Пример настройки ограничений суставов

Ограничения сустов позволяют определить рабочее пространство планирования траектории робота.

Роботу обычно нужно двигаться только в части своего диапазона суставов. Мы настоятельно рекомендуем настроить ограничения суставов так, чтобы планирование траектории происходило только в том подпространстве полного рабочего пространства робота. Правильно настроенные ограничения суставов положительно влияют на время вычисления планирования траектории и коэффициент успеха.

Если вы оставите поле ограничения сустава пустым, система будет использовать аппаратные настройки робота по умолчанию.

Обратите внимание, что слишком строгие ограничения суставов могут привести к неудаче планирования траектории. Всегда оставляйте некоторый запас. Чтобы проверить, достаточно ли досягаемости робота, используйте опции джоггинга панели «Robot controls» (Управление роботом). Убедитесь, что робот может достичь каждого места в модели контейнера с различными ориентациями захвата.

 

Зрение (Vision)

Вы также могли сталкиваться с трудностями, вызванными расхождениями между реальной ячейкой bin picking и ее CAD-версией. Это больше не будет проблемой с новой опцией запуска сканирования и проверки, соответствует ли отсканированное облако точек смоделированному виртуальному пространству. Учитывая, что теперь вы также можете проверять объемы сканирования используемых систем зрения, никогда не было так легко настроить поле зрения.

Вкладка «Vision» позволяет манипулировать настроенными Vision Systems для валидации размещения объектов столкновений.

Если сканеры смонтированы на роботизированном манипуляторе, вам сначала нужно выбрать модель робота для этой Vision System, чтобы она появилась в списке. В противном случае вы получите предупреждающее сообщение.

«Список Vision System» с 3 Vision Systems, четвертая не может быть отображена, так как робот не выбран

Vision System может иметь следующие статусы:

• Доступен (Available): сканер готов к подключению и Vision System откалибрована
• Недоступен (Not available): сканер в данный момент не готов к подключению; проверьте питание, подключение и сетевую конфигурацию
• Не откалиброван (Not calibrated): Vision System еще не откалибрована — вам сначала нужно выполнить успешную калибровку, чтобы использовать эту Vision System в «Конструкторе среды»

Получите подробную информацию о Vision System (ID сканера, позиция монтирования и тип модели), нажав на него. Нижние поля отражают калибровку Vision System — трансляцию и ориентацию камеры сканера относительно базы робота (экстринсик калибровка) или фланца робота (hand-eye калибровка).

Окно обзора Vision System содержит несколько кнопок:

• Видимость (Visibility): вы можете включить/выключить видимость каждой модели сканера, объема сканирования и начала координат сканера (а точнее его камеры)
• Подключить (Connect): вы можете нажать кнопку «Connect», когда сканер готов к подключению и Vision System откалибрована
• Отключить (Disconnect): после подключения вы можете отключиться от сканера с помощью этой кнопки
• Запуск (Trigger): пока вы подключены к сканеру, вы можете запускать сканирования

Подробная информация о Vision System

Обратите внимание, что в один момент времени может быть подключен только один сканер. В случае, если один и тот же сканер используется в нескольких Vision Systems, он подключается во всех них.

«Конструктор среды» разделяет управление сканером с PhoXi Interface — как только он подключен в «Конструкторе среды», тот же сканер подключается и в PhoXi Interface.

Валидация (Validation)

Подключение сканера и запуск сканирований помогает размещать объекты столкновений (в основном контейнер) так, чтобы модель точно соответствовала реальности.

Для обеспечения точного размещения объекта должен быть доступен откалиброванный Vision System для подключения. Вы можете затем запустить сканирование и использовать его для позиционирования CAD-модели так, чтобы модель и облако точек перекрывались.