Точный Bin Picking: использование hand-eye координации для продвинутой роботизированной автоматизации

Bin picking, то есть роботизированный сбор объектов со случайными позами из контейнера, является одной из самых распространенных роботизированных задач, но также одной из тех, что создают наибольшие технологические вызовы. Роботу нужно быть оснащенным исключительным зрением и роботизированным интеллектом, чтобы иметь возможность локализовать каждую деталь в контейнере, навигировать к ней без столкновений со средой или другими деталями, затем собрать ее и безопасно разместить в другом месте в выровненной позиции.

Существует два способа монтирования 3D-системы зрения в роботизированной ячейке, каждый из которых имеет свои преимущества и каждый более подходит для определенных приложений:

A. Экстринсик калибровка (Extrinsic calibration)

B. Hand-eye калибровка (Hand-eye calibration)

Экстринсик калибровка

Экстринсик калибровка используется в настройках, где сканер смонтирован в фиксированной, стационарной позиции в роботизированной ячейке, обычно над контейнером. Сканер не должен двигаться относительно робота после того, как система была откалибрована, но он не обязательно должен быть стационарным относительно роботизированной ячейки.

Photoneo предлагает пять моделей PhoXi 3D Scanner (XS – XL), каждая из которых обеспечивает разный объем сканирования от 16 сантиметров до 4 метров. Как эмпирическое правило, чем больше места требуется для приложения bin picking — включая пространство для движения робота, размер контейнера и деталей и т.д. — тем большая модель PhoXi 3D Scanner требуется.

Экстринсик калибровка выполняется с любым подходящим шаром , закрепленным на конце роботизированного манипулятора или на захвате. Шар должен быть сделан из материала, подходящего для сканирования, то есть гладкого и не слишком отражающего.

Экстринсик калибровка: 3D-сканер смонтирован в стационарной позиции.

Hand-eye сбор (Hand-eye picking)

Hand-eye калибровка позволяет вам смонтировать 3D-систему зрения непосредственно на роботизированном манипуляторе. Для успешной калибровки сканер должен быть смонтирован за самым последним суставом (например, на захвате). Любые изменения, внесенные в позицию сканера после калибровки, делают матрицу калибровки недействительной, и вся процедура калибровки должна быть выполнена заново.

Hand-eye калибровка выполняется с маркерным паттерном (marker pattern) — плоским листом бумаги (или другого материала) со специальным узором, распознаваемым 3D-сканерами Photoneo PhoXi.

Hand-eye калибровка: 3D-сканер смонтирован на роботизированном манипуляторе.

Преимущества hand-eye сбора

Hand-eye сбор предлагает ряд преимуществ перед традиционной настройкой. Если у вас большой контейнер и сканер, смонтированный над ним с фиксированной точкой обзора, вы не сможете отсканировать контейнер малым сканером. Если вы смонтируете малый сканер непосредственно на роботизированном манипуляторе, вы можете подойти ближе к содержимому контейнера со сканером и выбрать, какую часть контейнера сканировать.

Еще одно преимущество hand-eye bin picking проявляется, если у вас два контейнера. Один сканер, жестко смонтированный в фиксированной позиции, не сможет сделать сканирования обоих контейнеров — для этого потребовалось бы как минимум два сканера. В противовес этому, сканер, смонтированный на роботизированном манипуляторе, перемещается от одного контейнера к другому и делает сканирования их содержимого с подходящего расстояния и угла. Таким образом, он способен охватывать большую площадь, чем экстринсик калибровка.

Hand-eye bin picking также может устранить необходимость затемнять помещение, где размещена роботизированная ячейка. Окружающий свет, исходящий от окна, может создавать серьезные проблемы для используемой 3D-системы зрения и часто требует специальных усилий для затемнения всего помещения. Сканер, прикрепленный к роботу, может делать сканирования контейнера с одной стороны сначала, а затем с другой, минимизируя необходимость вносить специальные корректировки в среду.

Также может случиться, что сама 3D-система зрения отбрасывает тени на контейнер и препятствует высококачественному получению сцены. Эта проблема обычно решается путем компромисса и поиска наиболее оптимальной позиции сканера относительно контейнера или путем ручного переупорядочивания деталей внутри контейнера, чтобы система зрения в итоге захватила их все. Hand-eye bin picking устраняет эту проблему, так как позволяет сканеру «смотреть» на сцену с любого угла и из любой позиции.

Аналогично, hand-eye подход является оптимальным решением для сбора деталей, размещенных близко к стенкам контейнера. Стенки — и даже сами детали — могут отбрасывать тени и препятствовать распознаванию деталей, поэтому монтирование системы зрения на роботизированном манипуляторе позволит вам подойти и собрать детали с подходящего угла.

Пока hand-eye bin picking предоставляет множество преимуществ перед экстринсик калибровкой, справедливо также сказать, что сканер, прикрепленный к роботизированному манипулятору, может ограничивать движения робота. Учитывая это ограничение, рекомендуется выбирать более компактный сканер. В случае семейства Photoneo PhoXi 3D Scanner, подходящими моделями являются XS, S, M и L, охватывающие диапазон сканирования от 16 см до 2 м.

Другой важный факт — роботу нужно оставаться неподвижным во время получения сканирования, что может удлинить время цикла. Поэтому hand-eye подход не подходит для времени-критических приложений.

Если вы хотите автоматизировать свое приложение, но не уверены, какой тип bin picking решения лучше всего подойдет для вашего проекта, свяжитесь с нами и давайте обсудим. Мы будем рады помочь вам.