Auge-Hand-Koordination
Adaptives Handling für Roboter mittels 3D-Vision
Mit einem Stereovision basierten 3D-System steht jetzt eine Lösung zur Verfügung, die es ermöglicht, dass Mehrachs-Roboter nicht nur geteachten oder per Steuerung vorgegebenen Bewegungsbahnen folgen, sondern ihre Position der Realität adaptiv anpassen. Eine ideale Lösung für Teile-Handling oder Packaging, um bei wechselnden Produkten mehr Effizienz und Flexibilität zu gewinnen.
Wenn Teile gegriffen und weitergegeben oder in Verpackungen, Magazine und Transportbehälter umgeladen werden sollen, kann man eine Handlingseinheit bauen, die das mit der erforderlichen Genauigkeit für ein bestimmtes Produkt oder Teil erledigt. Allerdings muss für jedes neue Teil dann die Maschine adaptiert und neue Prozesse programmiert werden. Wechseln die Produkte häufig, ist das ein mühsames, Zeit raubendes und damit teures Unterfangen. Sehr viel eleganter lässt sich dieses Problem mit RoboView 3D lösen. Hier ermöglicht die am Roboter montierte 3D-Kamera, dass die Bildverarbeitung die Bilder direkt aus der Roboterperspektive gewinnt. Die Verarbeitung kann dann zur Echtzeit-Adaption der Roboterbewegung an das real vor ihm liegende (oder auf dem Band vorbeigeführte) Teil genutzt werden. Durch eine geschickte Kombination von Bildaufnahme und Bewegungszyklus, kann der Roboter die gewünschten Teile innerhalb eines vordefinierten Raums finden, lagerichtig greifen und dann übergeben, einsortieren oder einpassen. Aufgrund der Höheninformation auch dann, wenn sich Teile überlagern und schräg liegen. Mit anderen Worten: es ist eine echte Auge-Hand-Koordination möglich, wie sie für Menschen selbstverständlich und unbewusst abläuft. Der Roboter bedarf dazu der Unterstützung durch die Hardware (3D-Kamera) sowie der Steuerungstechnik und -software.
Selbstkalibrierendes 3D-System
Als Augen für den Roboter dient die Ensenso N-Kamera. Sie basiert auf dem Stereovisionprinzip, gewinnt also mit jeder Aufnahme eine Flächenmatrix plus Höheninformation. Dazu bedient sie sich eines integrierten Musterprojektors. Entscheidende Vorteile für den Einsatz direkt am Roboter sind, ihre Kompaktheit, das geringe Gewicht und ihre Robustheit. Die Kamera ist über einen eigens entwickelten Software-Step mit dem Xpectia Bildverarbeitungssystem von Omron integriert. Dieser 3D-Step sorgt dafür, dass einerseits die Bilder und eine Höhencodierung an das BV-System übergeben werden und andererseits, dass der Anwender sich mit der 3D-BV nicht auseinandersetzen muss. Er kann alle normalen 2D-BV-Funktionen des Systems weiterhin nutzen, egal ob Shapesearch, Kantenerkennung usw. Auch die Selbstkalibrierung und der 3D-Konnektor werden einfach in eine Szene per Mausklick eingebunden. So entsteht der komplette Prozessablauf für den Roboter in dem BV-System. Per TCP/IP kommuniziert das System dann direkt mit dem Roboter, kann seine Positionsdaten entgegennehmem und berechnete Zielkoordinaten übergeben. Dazu ist es nicht nötig, eine SPS dazwischen zu schalten. Üblicherweise ist die Kalibrierung eines Roboters gegenüber den anderen kinematischen Komponenten einer Maschine oder Anlage aufwändig. Kommt dann noch ein bewegliches Kamerasystem hinzu, könnte das für den Anwender ein Problem sein. Deshalb ist RoboView 3D selbstkalibrierend. Man muss nur einmal ein Kalibriertarget in den Arbeitsbereich des Roboters legen und dann übernimmt der ebenfalls neu entwickelte Kalibrierstep das Kommando. Der Roboter fährt automatisch verschiedene Punkte an, nimmt Bilder auf und nach wenigen Minuten ist das System komplett kalibriert einsatzbereit.
‚Lebende‘ Ablaufdiagramme
Ein weiterer Step beinhaltet einen Webserver. Er erlaubt es, den aktuell ablaufenden Prozessschritt in einem ‚lebenden‘ Ablaufdiagramm auf einen beliebigen Controll-PC abzubilden (Bild 2). So kann die einwandfreie Funktion des Roboters von einer Leitwarte aus jederzeit im Blick behalten werden. Da hier auch die Live-Bilder der 3D-Kamera sichtbar sind, fallen auch Prozessstörungen, wie etwa fehlende Zufuhrteile, sofort visuell auf. Außerdem ermöglicht der Webserver eine Konfiguration des BV-Systems von einem entfernten Arbeitsplatz aus.
Schattenfreie 3D-Informationen
Mit einem typischen Problem aller 3D-Sensoren räumt RoboView 3D auf, mit der Verschattung. Mit nur ‚einem Auge‘ lassen sich keine Höheninformationen gewinnen und die Situation, dass man einen bestimmten Punkt nur mit einer Kamera sehen kann, während er für die zweite verdeckt ist, tritt mit Regelmäßigkeit auf. Um dieses Problem zu lösen, stehen zwei unterschiedliche Wege zur Auswahl: (a) Mit dem beweglichen Kamerakopf am Roboter können Aufnahmen aus verschiedenen Blickwinkeln gemacht werden oder (b) es werden mehrere Kameras verwendet. In beiden Fällen werden die verschiedenen Aufnahmen zu einer schattenfreien Darstellung zusammengefasst. Diese Ausbaufähigkeit ist im System vorgesehen und bedarf von Seiten des Anwenders keinerlei besonderen Kenntnisse.
