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Bin Picking einfach planen, entwickeln und optimieren

Der (re)agierende Roboter

Robotik ist die derzeit am schnellsten wachsende Technologie in der industriellen Produktion. Mit einer adaptiven Robotersteuerung können Anwender den Griff in die Kiste und lagerichtiges Ablegen von Teilen ohne Robotikspezialwissen und ohne Programmierkenntnisse konfigurieren. Mit den integrierten Simulationswerkzeugen lassen sich zudem alle Arbeitsschritte vollständig virtuell entwickeln, prüfen und optimieren. Das spart Zeit und Kosten im frühen Entwicklungsstadium einer Lösung.

 (Bild: IDS Imaging Development Systems GmbH)

(Bild: IDS Imaging Development Systems GmbH)

Roboter sind in erster Linie blinde Befehlsempfänger, die vorgegebenen und fest definierten Bahnen folgen. Bevor sie zu autonom arbeitenden Mitarbeitern werden, müssen sie ihre Umgebung adaptiv erfassen und auf jede Situation reagieren können. Doch schon die Abstimmung und Kalibrierung der einzelnen Komponenten einer Robot-Vision-Anwendung enthüllt eine Komplexität, die sie von einfachen 2D-Machine-Vision-Aufgaben deutlich unterscheidet. Wer hier bei Null beginnt, muss seine Hausaufgaben nicht nur in der Robotik gemacht haben. Neben der Erfassung der räumlichen Situation mittels 3D-Technik spielt auch die klassische Bildverarbeitung eine wesentliche Rolle. Letztendlich sind auch noch unzählige Systemschnittstellen mit unterschiedlichen Programmiersprachen zu meistern. Klingt nach einer interessanten Herausforderung. Eine kurze Inbetriebnahmezeit ist aber mit diesem Ansatz höchstwahrscheinlich kaum einzuhalten.

 (Bild: IDS Imaging Development Systems GmbH)

(Bild: IDS Imaging Development Systems GmbH)

Konfigurieren statt programmieren

Systemintegratoren müssen das Rad aber nicht neu erfinden und können auf Systemstandards und fertige Lösungen zurückgreifen. Das von IDS vertriebene Mikado ARC nutzt 3D-Stereovision-Technik und verbindet Bildverarbeitungsalgorithmen mit einer einfach konfigurierbaren Robotersteuerung zu einer 3D-Robotik-Komplettlösung. Das System folgt einem modellbasierten Ansatz, der den Anwendungs-Workflow in den Mittelpunkt stellt und damit den Umgang mit benötigten Arbeitsmitteln für die Anwenderebene abstrahiert und vereinfacht. Es versteht sich bereits mit vielen Robotersteuerungen namhafter Hersteller wie Mitsubishi, Kuka, ABB oder Fanuc. Das Fachwissen des Robotikspezialisten ist dadurch bereits integriert und wird somit in keiner Anwendung weiter benötigt. Bei Bedarf kann die auf ROS (Robot Operating System) basierende Abstraktionsschnittstelle um zusätzliche Steuerungen erweitert werden. Der Vorteil, den diese Hardware-Abstraktion mit sich bringt, ist die universelle Einsatzmöglichkeit einer Mikado-Anwendung. Ohne die Anwendung neu aufbauen zu müssen, kann der am besten geeignetste Roboter verwendet werden. Grundlagen und Basiswissen, wie die Verarbeitung und Auswertung von Bildmaterial, erledigt das System völlig unsichtbar im Hintergrund. Systemintegratoren oder Anwender müssen dazu keine Bildverarbeitungsexperten sein. Aufwendiges Programmieren ist zu keinem Zeitpunkt notwendig. Trotz alledem besteht die Möglichkeit, eigene Programme in den Workflow zu integrieren. Die Roboterzelle, die Greiferausführung und weitere Basisparameter modelliert der Systemintegrator mittels standardisierter Roboterbeschreibungsdateien. So können Positionen und Dimensionen von Komponenten oder deren mögliche Bewegungen und Transformationen bis ins Detail beschrieben werden. Damit kann Mikado bereits eigenständig die Kalibrierung des Systems mit Hilfe der Ensenso-3D-Stereokamera vornehmen. Bewegungen des Roboters im Objektraum werden dadurch messbar, um eine kollisionsfreie Bahnplanung zu ermöglichen. Das System lernt neue Teile einfach mittels CAD-Zeichnungen kennen. Greifpositionen müssen somit nicht mehr fest geteacht oder programmiert werden. Der Roboter orientiert sich selbstständig und findet bekannte Teile auf Basis des 3D-Bildes.

Simulieren und optimieren

Durch die Simulationsmöglichkeiten können alle Arbeitsschritte einzeln virtuell durchgespielt und falls nötig angepasst werden – selbst unterschiedliche Ensenso-Kameramodelle, Greifobjekte, 3D-Kamerabilder und Abläufe sind simulierbar. So lassen sich viele Szenarien komfortabel testen und der beste Aufbau der gewünschten Roboteranwendung im Vorfeld ermitteln. Z.B. können Greifpunkte und Roboterposen solange variiert und animiert werden, bis gewünschte Vorgaben erreichbar sind. Ohne den Einsatz von realen Prototypen kann bereits im Simulator festgestellt werden, wie hoch der durchschnittliche Entleerungsgrad der Kiste einer Bin-Picking-Anwendung sein wird. Damit lässt sich wiederum schnell prüfen, ob eine andere Packungsgeometrie möglicherweise besser zur Automatisierung geeignet wäre. Ähnliche Funktionen stehen auch im produktiven Betrieb für die Fehlersuche oder Optimierung zur Verfügung. Der Anwender kann zu beliebigen Einzelschritten zurückgehen und diese variieren, um z.B. zukünftige Fehler zu vermeiden. Arbeitsabläufe gewinnen dadurch mehr Sicherheit und Präzision.

Der (re)agierende Roboter
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbH


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