Un sistema de robot guiado por visión (VGR) es básicamente un robot equipado con una o más cámaras que se utilizan como sensores para proporcionar una señal de retroalimentación secundaria al controlador del robot para moverse con mayor precisión a una posición de destino variable. VGR está transformando rápidamente los procesos de producción al permitir que los robots sean altamente adaptables y más fáciles de implementar, al tiempo que reduce drásticamente el costo y la complejidad de las herramientas fijas previamente asociadas con el diseño y la configuración de celdas robóticas, ya sea para manejo de materiales, ensamblaje automatizado, aplicaciones agrícolas. , [1] ciencias de la vida y más. [2]
En un ejemplo clásico aunque anticuado de VGR utilizado para la fabricación industrial, el sistema de visión (cámara y software) determina la posición de los productos alimentados aleatoriamente en un transportador de reciclaje. El sistema de visión proporciona al robot las coordenadas de ubicación exacta de los componentes, que se distribuyen aleatoriamente debajo del campo de visión de la cámara , lo que permite que los brazos del robot coloquen el efector final adjunto (pinza) en el componente seleccionado para elegir. la cinta transportadora. El transportador puede detenerse debajo de la cámara para permitir que se determine la posición de la pieza, o si el tiempo del ciclo es suficiente, es posible seleccionar un componente sin detener el transportador usando un esquema de control que rastrea el componente en movimiento a través del software de visión. , típicamente colocando un codificador en el transportador y usando esta señal de retroalimentación para actualizar y sincronizar los lazos de control de movimiento y visión.
Esta funcionalidad es ahora común en el campo de la robótica guiada por visión (VGR). Es una tecnología de rápido crecimiento que evoluciona rápidamente y que demuestra ser económicamente ventajosa en países con altos gastos generales de fabricación y costos de mano de obra calificada al reducir la intervención manual, mejorar la seguridad, aumentar la calidad y aumentar las tasas de productividad, entre otros beneficios. [3]
Sistemas de visión para guiado de robots
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Un sistema de visión comprende una cámara y un microprocesador o computadora, con software asociado. Esta es una definición muy amplia que se puede utilizar para cubrir muchos tipos diferentes de sistemas que tienen como objetivo resolver una gran variedad de tareas diferentes. Los sistemas de visión se pueden implementar en prácticamente cualquier industria para cualquier propósito. Puede usarse para el control de calidad para verificar dimensiones, ángulos, color o estructura de la superficie, o para el reconocimiento de un objeto como se usa en sistemas VGR.
Una cámara puede ser cualquier cosa, desde un sistema de cámara compacta estándar con procesador de visión integrado hasta sensores láser más complejos y cámaras de alta velocidad y alta resolución. También están disponibles combinaciones de varias cámaras para crear imágenes en 3D de un objeto .
Limitaciones de un sistema de visión
Siempre hay dificultades para que el sistema de visión integrado haga coincidir la cámara con las expectativas establecidas del sistema, en la mayoría de los casos esto se debe a la falta de conocimiento por parte del integrador o fabricante de la máquina. Muchos sistemas de visión se pueden aplicar con éxito a prácticamente cualquier actividad de producción, siempre que el usuario sepa exactamente cómo configurar los parámetros del sistema. Sin embargo, esta configuración requiere una gran cantidad de conocimientos por parte del integrador y el número de posibilidades puede hacer que la solución sea compleja. La iluminación en entornos industriales puede ser otra caída importante de muchos sistemas de visión.
Enfoques VGR
Normalmente, los sistemas de guía visual se dividen en dos categorías; soporte de cámara estacionario o cámara montada en brazo robótico. Una cámara estacionaria generalmente se monta en un pórtico u otra estructura donde puede observar toda el área de la celda del robot. Este enfoque tiene la ventaja de conocer su posición fija, proporcionando un punto de referencia estable para toda la actividad dentro de la célula. Tiene la desventaja de un costo de infraestructura adicional y, ocasionalmente, su vista se ve obstruida por la posición del brazo del robot. También suele requerir archivos de imagen grandes (5 megapíxeles o más) ya que la imagen debe cubrir toda el área de trabajo.
Estas pueden ser cámaras 2D o 3D, aunque la gran mayoría de instalaciones (2019) utilizan cámaras 2D de visión artificial que ofrecen empresas como COGNEX, Basler, Sick, Datalogic y muchas otras. Jugadores emergentes como Pickit3D, Zivid y Photoneo ofrecen cámaras 3D para uso estacionario. COGNEX adquirió recientemente EnShape para agregar también capacidades 3D a su línea. Las cámaras 3D de montaje estacionario crean grandes archivos de imágenes y nubes de puntos que requieren importantes recursos informáticos para procesar.
Una cámara montada en un brazo robótico tiene algunas ventajas y desventajas. Algunas cámaras 3D son simplemente demasiado grandes para ser prácticas cuando se montan en un robot, pero las cámaras Xbox de Pickit 3D y las cámaras 2D, como la cámara de muñeca de Robotiq, son compactas y / o lo suficientemente ligeras como para no afectar significativamente la carga útil de trabajo del robot disponible. Una cámara montada en el brazo tiene un campo de visión más pequeño y puede funcionar con éxito a una resolución más baja, incluso VGA, porque solo está midiendo una fracción de toda la celda de trabajo en cualquier momento. Esto conduce a tiempos de procesamiento de imágenes más rápidos.
Sin embargo, las cámaras montadas en el brazo, ya sean 2D o 3D, suelen sufrir desorientación XYZ porque se mueven continuamente y no tienen forma de conocer la posición del brazo del robot. La solución típica es interrumpir cada ciclo del robot el tiempo suficiente para que la cámara tome otra imagen y se reoriente. Esto es visible en prácticamente todos los videos publicados sobre el rendimiento de la cámara montada en el brazo, ya sea en 2D o 3D, y puede aumentar los tiempos de ciclo hasta el doble de lo que se requeriría de otro modo.
La cámara Xbox de Pickit 3D se ha montado en el brazo para algunas aplicaciones. Si bien es capaz de realizar tareas 3D más complejas, como la recolección de contenedores, aún requiere la reorientación de detener y tomar una foto mencionada anteriormente; su conciencia 3D no ayuda con ese problema.
Visual Robotics pretende eliminar esta interrupción del ciclo con sus capacidades de "Visión en movimiento". Su sistema combina un generador de imágenes 2D con fotogrametría interna y software para realizar tareas 3D a alta velocidad, debido a los archivos de imagen más pequeños. La compañía reclama una patente pendiente que cubre técnicas para garantizar que la cámara conozca su ubicación en el espacio 3D sin detenerse para reorientarse, lo que lleva a tiempos de ciclo sustancialmente más rápidos. Si bien es mucho más rápido que otros enfoques 3D, no es probable que pueda manejar las tareas 3D más complejas que puede realizar una verdadera cámara estéreo. Por otro lado, muchas aplicaciones 3D requieren una identificación de objetos relativamente simple, fácilmente compatible con la técnica. Hasta la fecha, su capacidad para recoger visualmente objetos en movimiento (por ejemplo, elementos en un transportador) utilizando una cámara montada en el brazo parece no tener precedentes.
Beneficios de los sistemas VGR
La automatización tradicional significa producción en serie con lotes grandes y flexibilidad limitada. Las líneas de automatización completas generalmente se construyen alrededor de un solo producto o posiblemente una pequeña familia de productos similares que pueden ejecutarse en la misma línea de producción. Si se cambia un componente o si se introduce un producto completamente nuevo, esto generalmente causa grandes cambios en el proceso de automatización; en la mayoría de los casos, se requieren accesorios de componentes nuevos con procedimientos de configuración que requieren mucho tiempo. Si los componentes se entregan al proceso mediante tolvas tradicionales y alimentadores vibratorios , se requieren nuevas herramientas del alimentador de tazón o tapas de alimentador de tazón adicionales. Puede ser que se deban fabricar diferentes productos en la misma línea de proceso, el costo de paletas, accesorios y comederos de tazón a menudo puede ser una gran parte de la inversión. Otras áreas a considerar son las limitaciones de espacio, el almacenamiento de piezas de repuesto, los componentes de repuesto y el tiempo de cambio entre productos.
Los sistemas VGR pueden funcionar en paralelo con muy poca configuración mecánica; en los casos más extremos, el único requisito es un cambio de pinza y se elimina la necesidad de colocar los componentes para establecer la posición de recogida. Con su sistema de visión y software de control, es posible que el sistema VGR maneje diferentes tipos de componentes. Las piezas con diversas geometrías pueden introducirse en cualquier orientación aleatoria al sistema y seleccionarse y colocarse sin cambios mecánicos en la máquina, lo que se traduce en tiempos de cambio rápidos. Otras características y beneficios del sistema VGR son: [6]
- El cambio entre productos y lotes se controla mediante software y es muy rápido, sin ajustes mecánicos.
- Alto valor residual, incluso si se modifica la producción.
- Plazos de entrega cortos y períodos de amortización cortos
- Alta eficiencia, confiabilidad y flexibilidad de la maquinaria
- Posibilidad de integrar la mayoría de operaciones secundarias como desbarbado, soplado limpio, lavado, medición, etc.
- Reduce el trabajo manual
Ver también
Referencias
- ↑ Shafiekhani, Ali; Kadam, Suhas; Fritschi, Felix B .; DeSouza, Guilherme N. (23 de enero de 2017). "Vinobot y Vinoculer: dos plataformas robóticas para fenotipado de campo de alto rendimiento" . Sensores . 17 (1): 214. doi : 10.3390 / s17010214 . PMC 5298785 . PMID 28124976 .
- ^ Asociación de industrias robóticas por Tanya M. Anandan, editor colaborador PUBLICADO 04/02/2013 http://www.robotics.org/content-detail.cfm?content_id=3992
- ^ Robots inteligentes: un festín para los sentidos por Tanya M. Anandan, editora colaboradora de la Asociación de industrias robóticas PUBLICADO 25/06/2015, http://www.robotics.org/content-detail.cfm?content_id=5530
- ^ Zens, Richard. 2006. El sistema de robot guiado por visión recorta piezas. Diseño de sistemas de visión, PennWell Corporation (Tulsa, OK), http://www.vision-systems.com/articles/article_display.html?id=261912
- ^ Ventajas, Andrew. 2004. Vision Guided Robots. Sistemas de manipulación especiales, UK RNA Automation Ltd, http://www.rna-uk.com/products/specialisthandling/visionguidedrobots.html
- ^ Ventajas, Andrew. 2006. La robótica guiada por visión avanzada proporciona una automatización flexible "preparada para el futuro". Automatización de ensamblaje, Vol.26 No.3, Emerald (Brandford), p216-217