Роботизированные системы с визуальным управлением

Система робота с визуальным управлением (VGR) — это, по сути, робот, оснащенный одной или несколькими камерами, используемыми в качестве датчиков для подачи вторичного сигнала обратной связи на контроллер робота для более точного перемещения в переменную целевую позицию. VGR быстро трансформирует производственные процессы, позволяя роботам легко адаптироваться и легко внедряться, при этом значительно снижая стоимость и сложность фиксированного инструмента, ранее связанного с проектированием и настройкой роботизированных ячеек, будь то для погрузочно-разгрузочных работ, автоматической сборки или сельскохозяйственного применения. , науки о жизни и многое другое.

В одном классическом, хотя и устаревшем примере VGR, используемом в промышленном производстве, система технического зрения (камера и программное обеспечение) определяет положение случайно подаваемых продуктов на конвейер переработки. Система технического зрения предоставляет роботу точные координаты местоположения компонентов, которые случайным образом распределяются под полем зрения камеры , позволяя манипулятору(ам) робота расположить прикрепленный концевой эффектор (захват) к выбранному компоненту на выбор. конвейерная лента . Конвейер может остановиться под камерой, чтобы можно было определить положение детали, или, если время цикла достаточно, можно выбрать компонент, не останавливая конвейер, используя схему управления, которая отслеживает движущийся компонент с помощью программного обеспечения машинного зрения. , обычно путем установки на конвейер энкодера и использования этого сигнала обратной связи для обновления и синхронизации контуров машинного зрения и управления движением.

Такая функциональность сейчас широко распространена в области робототехники с визуальным управлением (VGR). Это быстро развивающаяся технология, которая оказывается экономически выгодной в странах с высокими производственными накладными расходами и затратами на квалифицированную рабочую силу за счет сокращения ручного вмешательства, повышения безопасности, повышения качества и повышения производительности, а также других преимуществ.

Расширение роботизированных систем с визуальным управлением является частью более широкого роста рынка машинного зрения, который, как ожидается, вырастет до 17,72 миллиарда долларов к 2028 году. Этот рост можно объяснить растущим спросом на автоматизацию и точность, а также широким внедрение интеллектуальных технологий во всех отраслях.

Системы технического зрения для управления роботами

Объектив камеры для машинного зрения

Система технического зрения состоит из камеры и микропроцессора или компьютера с соответствующим программным обеспечением. Это очень широкое определение, которое можно использовать для охвата множества различных типов систем, предназначенных для решения самых разных задач. Системы технического зрения могут быть внедрены практически в любой отрасли и для любых целей. Его можно использовать для контроля качества для проверки размеров, углов, цвета или структуры поверхности или для распознавания объекта , используемого в системах VGR.

Камера может представлять собой что угодно: от стандартной компактной системы камер со встроенным видеопроцессором до более сложных лазерных датчиков и высокоскоростных камер высокого разрешения. комбинации нескольких камер для создания 3D-изображения объекта Также доступны .

Ограничения системы технического зрения

При интегрированной системе технического зрения всегда возникают трудности с соответствием камеры установленным ожиданиям от системы, в большинстве случаев это вызвано недостатком знаний со стороны интегратора или производителя оборудования. Многие системы технического зрения можно успешно применять практически в любой производственной деятельности, если пользователь точно знает, как настроить параметры системы. Однако такая настройка требует от интегратора большого объема знаний, а количество возможностей может усложнить решение. Освещение в промышленных условиях может стать еще одним серьезным недостатком многих систем технического зрения.

Преодоление ограничений освещения с помощью 3D-видения

Преимуществом технологии 3D-видения является ее независимость от условий освещения. В отличие от 2D-систем, которые полагаются на специальное освещение для получения точных изображений, системы 3D-видения могут надежно работать при различных сценариях освещения. Это связано с тем, что 3D-изображения обычно включают в себя захват пространственной информации, которая менее чувствительна к контрасту и теням, чем 2D-системы.

В последние годы начали появляться стартапы, предлагающие программное обеспечение, упрощающее программирование и интеграцию этих 3D-систем, чтобы сделать их более доступными для отраслей. Используя технологии 3D-видения, роботы могут перемещаться и выполнять задачи в средах с динамическим или неконтролируемым освещением, что значительно расширяет возможности их применения в реальных условиях.

VGR подходы

Обычно системы визуального наведения делятся на две категории; стационарное крепление для камеры или камера, установленная на руке робота. Стационарная камера обычно устанавливается на портале или другой конструкции, откуда она может наблюдать за всей зоной роботизированной ячейки. Преимущество этого подхода состоит в том, что он знает свое фиксированное положение, обеспечивая стабильную точку отсчета для всей активности внутри клетки. Его недостаток заключается в дополнительных затратах на инфраструктуру и иногда в том, что обзор затрудняется из-за положения руки робота. Также обычно требуются файлы изображений большого размера (5 Мпикселей и более), поскольку изображение должно охватывать всю рабочую область.

Это могут быть 2D- или 3D-камеры, хотя в подавляющем большинстве инсталляций (2019 г.) используются 2D-камеры машинного зрения, предлагаемые такими компаниями, как Keyence, Basler, Sick, Datalogic, COGNEX и многими другими. Новые игроки, такие как Leopard Imaging, Pickit3D, Zivid и Photoneo, предлагают 3D-камеры для стационарного использования. COGNEX недавно приобрела EnShape, чтобы добавить в свою линейку возможности 3D. Стационарные 3D-камеры создают большие файлы изображений и облака точек, для обработки которых требуются значительные вычислительные ресурсы.

Камера, установленная на манипуляторе робота, имеет некоторые преимущества и недостатки. Некоторые 3D-камеры просто слишком велики, чтобы их можно было установить на роботе, но камеры Xbox Pickit 3D и 2D-камеры, такие как наручная камера Robotiq, компактны и/или достаточно легки, чтобы не оказывать существенного влияния на доступную рабочую нагрузку робота. Камера, установленная на руке, имеет меньшее поле зрения и может успешно работать при более низком разрешении, даже VGA, поскольку в любой момент времени она исследует только часть всей рабочей ячейки. Это приводит к ускорению обработки изображений.

Однако камеры, установленные на руке, будь то 2D или 3D, обычно страдают от дезориентации XYZ, поскольку они постоянно перемещаются и не имеют возможности узнать положение руки робота. Типичный обходной путь — прерывать каждый цикл робота на время, достаточное для того, чтобы камера сделала другое изображение и переориентировалась. Это видно практически во всех опубликованных видеороликах о работе камеры, установленной на руке, будь то 2D или 3D, и может увеличить время цикла вдвое по сравнению с тем, что потребовалось бы в противном случае.

В некоторых приложениях камера Xbox Pickit 3D крепится на руку. Несмотря на то, что он способен решать более сложные 3D-задачи, такие как выбор корзин, он все же требует упомянутой выше переориентации «стоп-сделай-снимок»; Осведомленность о 3D не помогает решить эту проблему.

Visual Robotics утверждает, что устраняет это прерывание цикла с помощью своих возможностей «Видение в движении». Их система сочетает в себе 2D-сканер с внутренней фотограмметрией и программное обеспечение для выполнения 3D-задач с высокой скоростью благодаря меньшему размеру файлов изображений. Компания заявляет, что запатентовала технологию, позволяющую камере знать свое местоположение в трехмерном пространстве без остановки для переориентации, что приводит к значительному сокращению времени цикла. Хотя он намного быстрее, чем другие 3D-подходы, он вряд ли сможет справиться с более сложными 3D-задачами, на которые способна настоящая стереокамера . С другой стороны, многие 3D-приложения требуют относительно простой идентификации объектов, которую легко обеспечить с помощью этой технологии. На сегодняшний день их способность визуально выделять движущиеся объекты (например, предметы на конвейере) с помощью камеры, установленной на руке, кажется беспрецедентной.

И наоборот, inbolt представляет собой независимую от платформы роботизированную систему наведения на основе 3D Vision, которая объединяет 3D-камеру, передовые алгоритмы и самый быстрый доступный в настоящее время искусственный интеллект для обработки облаков точек. Их система предназначена для эффективной обработки высокочастотных данных, что позволяет отслеживать их в реальном времени. Это означает, что робот может приспосабливаться к изменениям положения и ориентации объектов в поле его зрения. Эта адаптивность имеет решающее значение в средах, где важны точность и гибкость, что делает ее хорошо подходящей для неструктурированных и незапланированных сред. Позволяя роботам работать без механических ограничений, это также устраняет необходимость в дорогостоящих приспособлениях и приспособлениях.

Эти новые решения меняют парадигму обрабатывающей промышленности, предлагая уникальные решения, отвечающие меняющимся потребностям современных производственных процессов.

Преимущества систем VGR

Традиционная автоматизация означает серийное производство с большими партиями и ограниченной гибкостью. Полные автоматизированные линии обычно строятся вокруг одного продукта или, возможно, небольшого семейства аналогичных продуктов, которые могут работать на одной производственной линии. Если компонент заменяется или выпускается совершенно новый продукт, это обычно приводит к большим изменениям в процессе автоматизации — в большинстве случаев требуется установка новых компонентов с трудоемкими процедурами настройки. Если компоненты подаются в процесс с помощью традиционных бункеров и вибрационных питателей новые инструменты для барабанного питателя , требуются или дополнительные верхние части барабанного питателя. Может случиться так, что на одной и той же технологической линии необходимо производить разные продукты, поэтому стоимость поддонов, приспособлений и устройств подачи чаш часто может составлять значительную часть инвестиций. Другими областями, которые следует учитывать, являются ограничения по пространству, хранение сменных частей, запасных компонентов и время переключения между продуктами.

Системы VGR могут работать бок о бок с минимальной механической настройкой; в самых крайних случаях единственным требованием является смена захвата, и отпадает необходимость позиционирования компонентов в заданное положение захвата. Благодаря системе технического зрения и управляющему программному обеспечению система VGR может обрабатывать различные типы компонентов. Детали с различной геометрией могут подаваться в систему в любой произвольной ориентации, а также подбираться и размещаться без каких-либо механических изменений в машине, что приводит к сокращению времени переналадки. Другими особенностями и преимуществами систем VGR являются:

• Переключение между продуктами и партиями контролируется программным обеспечением и происходит очень быстро, без каких-либо механических регулировок.
• Высокая остаточная стоимость, даже если производство будет изменено.
• Короткие сроки выполнения и короткие сроки окупаемости
• Высокая эффективность, надежность и гибкость оборудования
• Возможность интеграции большинства вторичных операций, таких как удаление заусенцев, продувка, промывка, измерение и т. д.
• Сокращает ручную работу

См. также

• Машинное зрение
• Одновременная локализация и картографирование