Bin Picking de precisión: Aprovechando la coordinación mano-ojo para automatización robótica avanzada

El bin picking, es decir, la recogida robótica de objetos con poses aleatorias de un contenedor, es una de las tareas robóticas más comunes pero también una de las que plantea mayores desafíos tecnológicos. Un robot necesita estar equipado con visión e inteligencia robótica excepcionales para poder localizar cada pieza en un contenedor, navegar hacia ella sin colisionar con su entorno u otras piezas, luego recogerla y colocarla de forma segura en otra ubicación en una posición alineada.

Hay dos formas de montar un sistema de visión 3D en la celda robótica, cada una con sus ventajas y cada una más adecuada para ciertas aplicaciones:

A. Calibración extrínseca

B. Calibración mano-ojo

Calibración extrínseca

Calibración extrínseca se usa en configuraciones donde el escáner está montado en una posición fija y estacionaria en la celda robótica, generalmente sobre el contenedor. El escáner no debe moverse en relación con el robot después de que el sistema haya sido calibrado, pero no necesita ser estacionario en relación con la celda robótica.

Photoneo ofrece cinco modelos del Escáner 3D PhoXi (XS – XL), cada uno proporcionando un volumen de escaneo diferente que va desde 16 centímetros hasta 4 metros. Como regla general, cuanto más espacio se requiera para la aplicación de bin picking – incluyendo el espacio para el movimiento del robot, el tamaño del contenedor y las piezas, etc. – se requerirá un modelo más grande del Escáner 3D PhoXi.

La calibración extrínseca se realiza con cualquier bola adecuada unida al extremo del brazo robótico o al gripper. La bola debe estar hecha de un material apropiado para el escaneo, es decir, liso y no demasiado reflectante.

Calibración extrínseca: El escáner 3D está montado en una posición estacionaria.

Recogida mano-ojo

Calibración mano-ojo le permite montar el sistema de visión 3D directamente en el brazo robótico. Para una calibración exitosa, el escáner debe montarse detrás de la última articulación (por ejemplo, en el gripper). Cualquier cambio en la posición del escáner después de la calibración invalida la matriz de calibración y todo el procedimiento de calibración debe realizarse de nuevo.

La calibración mano-ojo se realiza con un patrón de marcadores – una hoja plana de papel (u otro material) con un patrón especial reconocido por los escáneres 3D PhoXi de Photoneo.

Calibración mano-ojo: El escáner 3D está montado en el brazo robótico.

Ventajas de la recogida mano-ojo

La recogida mano-ojo ofrece varias ventajas sobre la configuración tradicional. Si tiene un contenedor grande y un escáner montado sobre él con un punto de vista fijo, no podrá escanear el contenedor con un escáner pequeño. Si monta un escáner pequeño directamente en el brazo robótico, puede acercarse al contenido del contenedor con el escáner y elegir qué parte del contenedor escanear.

Otra ventaja del bin picking mano-ojo surge en caso de que tenga dos contenedores. Un escáner montado firmemente en una posición fija no podrá hacer escaneos de ambos contenedores – esto requeriría al menos dos escáneres. En contraste, un escáner montado en el brazo robótico se moverá de un contenedor a otro y hará escaneos de sus contenidos desde la distancia y ángulo apropiados. Así es capaz de cubrir un área mayor que la calibración extrínseca.

El bin picking mano-ojo también puede eliminar la necesidad de oscurecer la habitación donde se coloca la celda robótica. La luz ambiental que viene de una ventana puede suponer retos serios para el sistema de visión 3D desplegado y a menudo requiere un esfuerzo especial para oscurecer toda la habitación. Un escáner unido al robot puede hacer escaneos de un contenedor desde un lado primero y luego desde otro, minimizando la necesidad de hacer ajustes especiales al entorno.

También puede ocurrir que el sistema de visión 3D en sí proyecte sombras sobre el contenedor e inhiba una adquisición de alta calidad de la escena. Este problema suele resolverse haciendo un compromiso y encontrando la posición más óptima para el escáner en relación con el contenedor o reordenando manualmente las piezas dentro del contenedor para que el sistema de visión las capture todas al final. El bin picking mano-ojo elimina este problema ya que permite al escáner "mirar" la escena desde cualquier ángulo y desde cualquier posición.

De manera similar, el enfoque mano-ojo es una solución óptima para recoger piezas colocadas cerca de las paredes del contenedor. Las paredes – e incluso las propias piezas – pueden proyectar sombras e inhibir el reconocimiento de las piezas, por lo que montar el sistema de visión en el brazo robótico le permitirá acercarse y recoger las piezas desde un ángulo apropiado.

Si bien el bin picking mano-ojo proporciona numerosas ventajas sobre la calibración extrínseca, también es justo decir que un escáner unido al brazo robótico puede restringir los movimientos del robot. Teniendo en cuenta esta limitación, es aconsejable elegir un escáner más pequeño. En el caso de la familia Escáner 3D PhoXi de Photoneo, los modelos apropiados son XS, S, M y L, cubriendo un rango de escaneo desde 16 cm hasta 2 m.

Otro hecho importante es que el robot necesita quedarse quieto durante la adquisición del escaneo, lo que puede prolongar el tiempo de ciclo. Por tanto, el enfoque mano-ojo no es adecuado para aplicaciones críticas en tiempo.

Si quiere automatizar su aplicación pero no está seguro de qué tipo de solución de bin picking sería la más adecuada para su proyecto, contáctenos y hablemos de ello. Estaremos encantados de ayudarle.