Bin Picking je všemi směry skloňovaný problém v aktuální průmyslové robotice. Přestože první přístupy byly vyvinuty již v polovině 80-tých let minulého století a postupně byly zdokonalovány s rozvojem počítačového zpracování obrazu, stále nebylo dosaženo univerzálního řešení.
Netriviálnost problému plyne ze složitosti dílů, které chceme vybírat z kontejneru. Obecné požadavky na výběr bývají následující:
Příklady řešených výrobků viz obrázky níže.
Nové 3D-senzory a kamerové systémy ve spojení s výkonnějšími počítači umožňují dokonalou lokalizaci dílu v bedně. Typická přesnost určení pozice dílu v kontejneru o rozměrech 1200x800x600mm je +/-2mm, určení rotace je s přesností +/-1°. Matematické postupy vyhledání shody modelu dílu s nasnímanými daty jsou přesnější pro tvarově složité díly, u kterých se ovšem hůře realizuje jejich fyzické vyjmutí z přepravního kontejneru. Tvarově nesouměrné a složité díly mohou mít tendenci se do sebe zaklesnout a v případě orientovaného odběru se zvyšuje riziko kolize chapadla s jiným dílem nebo s kontejnerem.
Ač je tedy problém Bin Picking řešen již více než 25 let nelze z výše popsaných důvodů v nejbližší době očekávat stoprocentní univerzální řešení přímého výběru z bedny.
Ve firmě Blumenbecker jsme se proto vydali cestou nepřímého výběru, vyžaduje-li to složitost dílu či přesnost jeho založení z kontejneru do stroje. Popsaný koncept je schematicky zakreslen na následujícím obrázku.
3D snímek je získán ze soustavy liniového laseru a kamery Sick Ranger. Ta k vytvoření prostorového snímku potřebuje nad kontejnerem přejet, což jí umožňuje lineární vedení. Ve snímku kontejneru je vyhledán díl a neorientovaně je vyjmut na překládací plochu. Zde je pořízen další snímek a díl je již přesně odebrán a umístěn do stroje (přípravku). Lokalizace dílu v překládací pozici je s typickou přesností +/-1mm a +/-0,1°. Vhodně konstruovaný mechanizmus může přesnost úchopu ještě zvýšit. V překládací pozici již odběr není ovlivněn možnou kolizí s jiným dílem a lze ošetřit uchopení „rub-líc“ dílu dle potřeb založení. Tento přístup je časově náročnější, vyhovující je typický takt okolo 15 sekund, ale blíží se univerzálnímu řešení s téměř stoprocentním výběrem kontejneru.
Díl musí být vyhledán v 3D datech. K tomu lze využít specializovaných softwarů jako je MvTech Halcon. Tyto programy často využívají algoritmy pro hledání vzorů v bodovém prostoru (point cloud), ale již neřeší fyzickou dosažitelnost dílu s navrženým uchopovacím mechanizmem. Zjednodušený přístup hledání v bodovém prostoru, především kvůli rychlosti, byl použit i v řešení Blumenbecker. Stejně důležitý a časově náročný problém je výpočet cesty robotického ramene s uchopovacím zařízením do vybraného místa odběru. Proto bylo nutné vytvořit vlastní inverzní kinematiku 6-osého robotického ramene. Aby byla zachována univerzálnost řešení, nebylo použito softwaru žádného výrobce robotů. Model robota byl doplněn o tvar uchopovacího zařízení. Problém je netriviální, protože bodu v prostoru zadaného kartézskými souřadnicemi lze robotem dosáhnout ve vice konfiguracích os a některé konfigurace mohou být kolizní s bednou. Ideální řešení by bylo předat robotu celou nájezdní a výjezdní trajektorii. Pro časovou optimalizaci jsou v současné době předávány tři body, přičemž cesta mezi body je zkontrolována inverzní kinematikou předem.
V podstatě můžeme definovat čtyři úkoly:
Popsaná koncepce byla prezentována na exponátu plně funkční robotické buňky. Ta byla v loňském roce představena na výstavách AUTOMATICA 2012 v Mnichově a MSV v Brně.
Robot předvedl přesné odebrání výrobku z kontejneru průchodem černou maskou s tvarem odebíraného objektu. Vybraný díl byl odložen na odkládací plochu, která se po zaplnění naklonila a všechny díly opět neorientovaně sklouzly do kontejneru viz foto.
Exponát vznikl ve spolupráci s VUT Brno za finanční podpory MPO v programu TIP a je možné jej shlédnout v prostorách firmy Blumenbecker v Praze.
Ing. Petr Čihák
Firma je součástí mezinárodně působící skupiny Blumenbecker se sídlem v Beckum. V Praze se soustředíme především na průmyslovou automatizaci, řízení pohonů, vizualizaci procesů a celkové dodávky robotických pracovišť. V rámci robotického oddělení jsou připravovány inovační řešení využívající propojení robota se silovými senzory a kamerovými systémy (strojové vidění), které otevírá mnoho nových aplikačních možnost.