3D Bin-Picking Teollisuusrobotiikassa

Abstract

Jo yli 50 vuotta on yritetty toteuttaa teollisuusrobottia, joka pystyy tarttumaan satunnaisesti säiliössä olevaan kappaleeseen. Tätä teollisuusrobottia kutsutaan bin-picking-robotiksi, ja täydellistä universaalia toteutusta ei vielä tänä päivänäkään ole kehitetty. Kappaleen nostaminen muiden joukosta kuulostaa todella yksinkertaiselta ja ihmiselle jokapäiväiseltä tehtävältä, mutta automaation näkökulmasta tämä on todella haastavaa. Bin-picking-robotilla tarkoitetaan robottijärjestelmää, joka pystyy konenäön avulla tunnistamaan työstettävän kappaleen ja tarttumaan siihen ilman ulkopuolisen työntekijän apua. Bin-picking-järjestelmä vaatii luotettavan konenäköjärjestelmän nähdäkseen tartuttavat kappaleet. Tämä konenäköjärjestelmä käyttää anturia, joka mittaa kappaleen ulkomuotoa. Tarkan ulkomuodon mittaamiseen tarvitaan algoritmi, jolla mitattu data analysoidaan. RANSAC-algoritmi ottaa pistepilvestä kaksi pistettä ja rakentaa näiden pisteiden välille sovitteen. Sovitteen ympärille rajautuu alue, jonka sisällä olevien mittauspisteiden mukaansovitteelle syntyy painoarvo. Painoarvo kertoo, kuinka hyvin satunnaisten pisteiden välillä oleva sovite kuvastaa kappaleen oikeaa rakenneta. RANSAM-algoritmi on muokattu versio RANSAC-algoritmista, joka ratkaisee karkeasti samankaltaisuudetkahden mallin välillä. RANSAM-lähestymistavalla pystytään päättää kappaleiden etsintään luotettavuus ja vertailla pisteitä pelkästään vaadittavan verran. ICP-algoritmi vertailee suoraan mitatun mallin ja CAD-mallin pisteitä toisiinsa, sekä korjaa pisteiden eroavaisuuksia. ICP-algoritmi ei ole tehokas tapa mallintaa kappaletta, jos pistepilven pisteet eroavat CAD-mallista radikaalisesti. Tämän takia yleisesti ICP-algoritmia käytetään hienovaraiseen lähestymiseen toisen mallintamisalgoritmin jälkeen. Pistepilven prosessointi aikaa pystytään pienentämään suodattamalla mitattuja pisteitä. Bin-picking-järjestelmässä kappaleen ja robotin asemat ovat tärkeää tietää reaaliajassa, jotta luotettava järjestelmä pystytään suunnittelemaan. Teollisuusrobotit käyttävät mittausdatan suodatusta ja estimaattia liikkeessä. Bin-picking-järjestelmä suorittaa törmäystarkastelua kappaleiden tarttumisessa. Tämä toteutetaan jatkuvalla mallien etäisyyksien laskemisella.