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Synchronisation von Roboterbewegungen und Bildverarbeitungsdaten

Roboter-Handling in Echtzeit

Die enge Kopplung zwischen Robotersystemen und Positionserkennung von Objekten durch die Bildverarbeitung wird zunehmend durch schnelle Ethernet-Datenübertragungen geprägt. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, bewegte Kamerabilder und Roboterpositionen unmittelbar zu verknüpfen, um aus den Bilddaten – relativ zum Roboter – Objektpositionen für Handhabungen zu bestimmen.

Voraussetzung für die Entnahme von PKW-Rädern von den Paletten ist die Synchronisation der genauen Positionsdaten des Roboters im Raum mit den ern einer Kamera. (Bild: Sybera GmbH)

Voraussetzung für die Entnahme von PKW-Rädern von den Paletten ist die Synchronisation der genauen Positionsdaten des Roboters im Raum mit den ern einer Kamera. (Bild: Sybera GmbH)

Roboterhersteller stellen dazu Positionsgeber als Ethernet-Schnittstelle zur Verfügung, die im Millisekunden-Takt alle sechs Positionswerte, z.B. eines Greifers, ausgeben. Die Kamerahersteller bieten hierzu Bilddatenübertragungen mit der GigE-Vision-Schnittstelle im UDP-Standard an. Beim Einsatz eines Industrie-PCs werden diese Bilddaten häufig mittels spezieller Treiber empfangen und über Callback-Verfahren einem Vision-System zur Verfügung gestellt. Die Synchronisierung der Bilddaten mit denen des Roboters war jedoch bisher nicht möglich. Einen Ausweg ermöglicht ein Echtzeitsystem von Sybera. Mit dem Real-Time-Core für Ethernet kann ein permanenter Dateneinzug vom Roboter mit hoher Taktrate erfolgen, der unabhängig von allen Aktivitäten im User-Level des Betriebssystems ist. Mit Hilfe des GigE-Vision Realtime-Master ist zudem parallel ein Kamerabildeinzug gegeben, der ebenfalls frei vom User-Level ist. Schließlich können beide Datenströme in der Realtime-Umgebung direkt miteinander synchronisiert werden, sodass zu jedem Bild die momentane Roboterposition verfügbar ist. Die Realtime-Kopplung beider Datenströme ist bei schnellen Roboterbewegungen und Kamerasystemen für ein 3D-Scanning hilfreich. Somit können auch preiswerte GigE-Vision-Kameras als Scanner in der Laser-Lichtschnitttechnik zum Einsatz kommen.

Die GigE-Kamera befindet sich zentrisch am Roboter, um scannend Rader aufnehmen zu können und zu einem 3D-zu verarbeiten. (Bild: Sybera GmbH)

Die GigE-Kamera befindet sich zentrisch am Roboter, um scannend Rader aufnehmen zu können und zu einem 3D-zu verarbeiten. (Bild: Sybera GmbH)

Offene Echtzeitbibliothek

Das GigE Vision Interface ermöglicht den einfachen Anschluss von Industriekameras an vorhandene Netzwerksysteme durch die Nutzung von Gigabit-Ethernet. Das GigE Vision Control Protocol (GVCP) verwendet UDP und definiert, wie ein Gerät anzusprechen ist, spezifiziert Datenkanäle und Mechanismen für die Übertragung von Bildern sowie Konfigurationsdaten zwischen PC und Kamera. Das Protokoll spezifiziert die verschiedenen Datentypen und Übertragungsarten, um Bilder zu transferieren. Der GigE Vision Master wird von Sybera als offenes Echtzeit-Bibliothekssystem für Windows (32- und 64Bit) angeboten und ermöglicht dem Entwickler die Programmierung einer deterministischen Steuerung für Kameras in Verbindung mit anderen Feldbussystemen.

Entnahme von PKW-Rädern

Erste Anwendungen mit dem beschriebenen Echtzeitsystem sind vorhanden. Trapo entwickelt und produziert Lösungen für die Bereiche Fördertechnik, Robotersysteme und Automatisierung. Im Anlagenbau der Firma wurde durch das Ingenieursbüro Dr. Kienemund ein solches Echtzeitsystem für eine Roboteranwendung eingesetzt. Ziel der Anwendung ist es, PKW-Räder von Paletten zu entnehmen. Voraussetzung für eine Handhabung ist dabei die genaue Positionsbestimmung der Objekte im Raum (X, Y, Z sowie drei Winkel). Die GigE-Kamera befindet sich zentrisch am Roboter, um scannend Radbilder aufnehmen zu können und zu einem 3D-Bild zu verarbeiten. Bildeinzug und Roboterdateneinzug werden von einem Industrierechner mit Mehrkern-CPU realisiert. Die Ausgabe der Greifpositionen an den Roboter erfolgt dann über eine Standard-TCP/IP-Verbindung.

Synchronisation von Roboter-Bewegungen und Bildverarbeitungsdaten
Bild: Sybera GmbH


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