機(jī)器人控制成本

概念系統(tǒng)解決了咖啡烘焙進(jìn)料的問(wèn)題，新的機(jī)器人控制，3D視覺(jué)和應(yīng)用程序特定的效應(yīng)加倍的吞吐量。

瓶頸可以發(fā)生在制造過(guò)程中的每一個(gè)階段，限制生產(chǎn)力，造成生產(chǎn)成本增加的問(wèn)題。精明的生產(chǎn)管理人員知道，無(wú)論是什么過(guò)程，不管是什么目前的生產(chǎn)速度，總會(huì)是一個(gè)可以改進(jìn)，以提高工廠到公司的底線貢獻(xiàn)最薄弱的環(huán)節(jié)。對(duì)此，在這方面，處理的原料的進(jìn)料的設(shè)備僅僅是作為所進(jìn)行的處理的機(jī)器一樣重要。相比于其它方法的高級(jí)視覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)器人進(jìn)料系統(tǒng)可以增加一倍的吞吐量。例如，3D視覺(jué)系統(tǒng)幫助大咖啡烘焙廠增加100％的綠豆進(jìn)給率，同時(shí)消除被耗費(fèi)該公司每年失去豆10萬(wàn)磅的安全性和材料浪費(fèi)問(wèn)題。

 

該咖啡烘焙物具有與機(jī)器人，其工作是卸載的含有生豆150磅麻布袋托盤(pán)和放置在袋一個(gè)接一個(gè)在輸送機(jī)最終饋送焙燒爐問(wèn)題。在機(jī)器人臂的端部夾持器是笨拙夾持袋子并導(dǎo)致它們撕裂，在卸貨區(qū)的地板噴涌咖啡豆。機(jī)器人緩慢地移動(dòng)，并依靠“感覺(jué)”和內(nèi)存，因?yàn)樗噲D找到下一個(gè)袋子移動(dòng)。由于工廠負(fù)責(zé)處理大約650000袋咖啡豆，每年的成本，機(jī)器人的錯(cuò)誤，在失去了豆子和失去生產(chǎn)力的安裝。地板上的松散豆構(gòu)成了安全問(wèn)題。隨著考慮到這些因素，工廠管理人員決定升級(jí)的豆袋處理系統(tǒng)，在一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)專業(yè)系統(tǒng)集成商的幫助下入伍，包括智能機(jī)器人與機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)引導(dǎo)。所使用的控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的3D視覺(jué)系統(tǒng)與高端的基于PC的軟件來(lái)構(gòu)建其進(jìn)給機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境的三維模型。

 

對(duì)于咖啡烘焙應(yīng)用中，系統(tǒng)中的每個(gè)托盤(pán)的豆袋模型，一次一個(gè)托盤(pán)，使用距離測(cè)量通過(guò)激光三角測(cè)量獲得的。每層五層，每包裝四包，每包20包。一種新的計(jì)算機(jī)模型是構(gòu)建在托盤(pán)上的每一層包。該模型通過(guò)先進(jìn)的算法識(shí)別的袋的獨(dú)特功能運(yùn)行，并且確定在該層的每個(gè)袋的精確位置和取向。然后的位置和取向用于機(jī)器人分派到每個(gè)袋拾取。

 

2個(gè)攝像頭，2個(gè)激光器

 

許多激光測(cè)距系統(tǒng)只使用一個(gè)激光和攝像機(jī)。此實(shí)現(xiàn)采用了兩個(gè)攝像頭和兩個(gè)激光器，建設(shè)一個(gè)高度精確的可視化模型來(lái)優(yōu)化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。所使用的方法，稱為激光三角測(cè)量，是一種高度精確的距離測(cè)量技術(shù)，當(dāng)被掃描的表面基本上垂直于相機(jī)。

 

雖然多個(gè)激光三角測(cè)量系統(tǒng)可以在市場(chǎng)上是可用的，但是很少允許自定義的三角形形狀。最需要的攝像機(jī)朝向從焦點(diǎn)的相對(duì)側(cè)上的主體（等腰三角形）相同角度。通過(guò)研究問(wèn)題，饋入機(jī)器人通常處理類型，所涉及的工程師得知定位和釣魚(yú)激光器和照相機(jī)不同可以提供材料的表面輪廓的一個(gè)更好的模型進(jìn)行處理，并建立了這個(gè)能力到3D視覺(jué)系統(tǒng)。

 

對(duì)于咖啡豆烘焙，照相機(jī)位于托盤(pán)上面約7英尺，指出從不同角度托盤(pán)，提供的視圖中的53英寸寬的場(chǎng)（+/- 30或40度）。這使得托盤(pán)，其具有48平方的最大尺寸。在的整個(gè)頂面，要映射。

 

以滿足應(yīng)用的精度要求，概念系統(tǒng)選定的能夠產(chǎn)生每秒30000采樣的工業(yè)攝像機(jī)，雖然對(duì)于這種特殊應(yīng)用中，只有690次采樣/秒被執(zhí)行。

 

 

激光三角測(cè)量，圖像拼接

當(dāng)激光光束掃描的咖啡袋，托盤(pán)，梁出現(xiàn)的攝像機(jī)、移動(dòng)與激光器同步，在攝像機(jī)的視場(chǎng)上下移動(dòng)，他們通過(guò)在輪廓的包面。如果在由光束所描述的線的點(diǎn)中相對(duì)于在這里，如果它是掃描一個(gè)平面上的光束將是視圖相機(jī)的字段向上移動(dòng)，這意味著表面上的該點(diǎn)被掃描越來(lái)越接近攝像機(jī)。相反的是對(duì)于被視為向下方移動(dòng)激光點(diǎn)真。的貨盤(pán)上的頂袋表面的輪廓由指出，其中激光線出現(xiàn)在攝像機(jī)的視場(chǎng)中，點(diǎn)變換成XYZ坐標(biāo)和其輸入到一個(gè)三維模型構(gòu)成。

 

利用兩個(gè)攝像機(jī)產(chǎn)生用于處理視頻圖像的挑戰(zhàn)，但是。從不同的角度拍攝的兩個(gè)攝像機(jī)圖像需要被“縫合”在一起，提供一個(gè)連續(xù)的圖片的咖啡袋和托盤(pán)。但每個(gè)鏡頭的邊緣部分拋物線失真和視覺(jué)的角度，從每個(gè)相機(jī)有所不同。系統(tǒng)的一大部分的軟件處理處理的扭曲的圖像，以消除失真，并將它們結(jié)合在一起。

 

另一個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是在視場(chǎng)中，能夠扭曲圖像的金屬物體眩光。不同的事情引起刺眼，但它是最經(jīng)常從托盤(pán)用釘子激光的反射造成的。放置在照相機(jī)偏振濾波器遲鈍眩光的效果。過(guò)濾器也使激光的光變暗。

 

激光器是能發(fā)出在680納米范圍光臺(tái)100MW機(jī)組。在3A級(jí)激光器通常，如果用肉眼看只是暫時(shí)不會(huì)產(chǎn)生傷害。而梁是對(duì)人類可見(jiàn)的，更多的能量在光譜的近紅外部分提供。 （100毫瓦激光器是大約輕如在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的40毫瓦的激光）。

 

該系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)了一個(gè)三維建模程序，確定如何咖啡豆袋通過(guò)查看袋輪廓在托盤(pán)上定向。精度是必需的，因?yàn)樵摪b袋可能略有不同的托盤(pán)的每一層定向。以前的機(jī)器人控制有一個(gè)問(wèn)題與此有關(guān)。

 

為了確定袋上的最佳拾取點(diǎn)，軟件進(jìn)入三維模型，并把袋子的形象一半的南北和東西的尺寸在目標(biāo)點(diǎn)到達(dá)。由于攝像機(jī)的圖像是在機(jī)器人坐標(biāo)校準(zhǔn)，機(jī)器人可以直接到這個(gè)位置，并開(kāi)始拿起袋。由于每一層的袋子被刪除，3D模型被更新為下一層的袋子在托盤(pán)上。當(dāng)提出一個(gè)新的托盤(pán)或全層的包在一個(gè)部分托盤(pán)，軟件指導(dǎo)機(jī)器人手臂最高的包。當(dāng)攝像機(jī)看到?jīng)]有更多的袋子，托盤(pán)必須是空的。一個(gè)可編程控制器發(fā)出信號(hào)彈出托盤(pán)，并帶來(lái)一個(gè)新的。

 

獲得更好的抓地力

每個(gè)處理進(jìn)料系統(tǒng)的不同之處的機(jī)器人使用獲得并保持正在移動(dòng)的原材料的方法，以及在3D視覺(jué)系統(tǒng)可定制不同機(jī)器人機(jī)構(gòu)工作。

 

在咖啡豆中的應(yīng)用，系統(tǒng)集成商使用當(dāng)?shù)匾患夜こ坦驹O(shè)計(jì)一個(gè)新的末端（“業(yè)務(wù)”的機(jī)器人手臂）。以前的系統(tǒng)用雙鉗像只有兩分的袋子上的接觸器，但新的末端執(zhí)行器提供了16個(gè)接觸點(diǎn)。它刺穿袋子拾起使用氣動(dòng)齒穿透包然后向外旋轉(zhuǎn)。當(dāng)困難的尖端穿透袋子，他們把麻袋線程的方式?jīng)]有撕裂他們。氣動(dòng)技術(shù)被選中是因?yàn)樗且粋€(gè)高度可靠的電源，使停機(jī)時(shí)間降到最低。氣動(dòng)軟管有堅(jiān)硬的外表面，以避免磨損，并在必要時(shí)迅速更換。