Bin Picking

KI-basierte Roboterzelle

Zelle mit 3D-Kamera für Bin Picking und Teile-Handling. Die Neocortex Artificial Intelligence (AI) Softwareplattform kombiniert Sensordaten und Maschinensteuerung, sorgt für eine optimale Wahrnehmung der Arbeitsumgebung, führt den Roboterarm und lenkt das Greifen und Ablegen der Objekte.

Ensenso-3D-Kameras verwenden CMOS-Sensoren und einen Projektor, der Hilfsstrukturen auf das aufzunehmende Objekt projiziert. © IDS

Die Neocortex G2R („Goods to Robot“)-Roboterzellen des amerikanischen Softwareunternehmens und Integrators Universal Logic kommen in der industriellen Fertigung insbesondere für Anwendungen wie Bin Picking, Depalettierung und automatisiertes Teile-Handling zum Einsatz. Pro Stunde können bis zu 1.400 Produkte verarbeitet werden. Die vorkonfigurierte Lösung lässt sich innerhalb eines Tages in Betrieb nehmen und kombiniert einen Roboter mit Multifunktionsgreifern, einer modularen Softwareplattform für künstliche Intelligenz und 3D-Kameras aus der Ensenso-N-Serie von IDS. Mit Kosten von rund sieben Dollar pro Stunde im Zweischichtbetrieb amortisiert sich die Investition meist nach zwölf bis 18 Monaten. Die Zellen sind daher interessante Komponenten für die intelligente Fabrik der Industrie 4.0.

G2R-Roboterzellen dienen dem automatisierten Handling verschiedenartiger Objekte, arbeiten schnell und leistungsfähig und sind einfach in bestehende Systeme integrierbar. Das kommt Anwendern vor allem beim Einsatz in Bestandsgebäuden zugute: Die Roboterzellen sind so designt, dass sie sich ohne größeren Aufwand in bereits vorhandene, für Menschen konzipierte Arbeitsplätze einbauen lassen. Um sie möglichst rasch in Betrieb nehmen zu können, werden sie als Komplettpaket ausgeliefert – inklusive Roboter, Greifer, 3D-Kameras und Software. Dadurch ist das System in der Regel innerhalb eines Tages einsatzbereit.

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Damit die Zelle die ihr zugeordneten Aufgaben möglichst effizient ausführt, können Anwender aus unterschiedlichen Modellen auswählen: Je nach Einsatzzweck und Gewicht der zu bewegenden Gegenstände sind die Zellen in den Ausführungen „small“ (kompakte Arbeitsumgebung, Objektgewicht bis sieben Kilogramm), „medium“ (ermöglicht etwa die doppelte Reichweite eines Menschen, Objektgewicht bis elf Kilogramm) oder „large“ (Reichweite bis 143 Zentimeter, Objektgewicht bis 21 Kilogramm) erhältlich. Die Greifer sind optional mit Vakuum, magnetischer oder elektrostatischer Haftung erhältlich, sodass je nach Gegenstand und Aufgabe ein optimales Setup gewährleistet werden kann. Für die Wahl der richtigen Komponenten sollte deshalb bereits im Vorfeld geklärt werden, wie viele und welche Objekte bewegt werden sollen und wie groß die Distanz ist, die der Roboter zwischen greifen und ablegen zurücklegen muss.

Das Anwendungsspektrum der Roboter ist vielseitig: Je nach Anforderung greifen sie unterschiedliche, zufällig zusammengewürfelte Objekte aus Behältern, Transportboxen, von Förderbändern oder Paletten und platzieren sie in Kartons, Säcken oder anderen maschinellen Vorrichtungen. Die Zellen können Barcodes lesen, Etiketten identifizieren oder Messungen vornehmen und lassen sich sowohl für isolierte Vorgänge als auch innerhalb von Produktionsketten einsetzen.

Die Echtzeit-Steuerung des Systems übernimmt die Neocortex Artificial Intelligence (AI) Softwareplattform. Sie kombiniert Sensordaten und Maschinensteuerung, sorgt für eine optimale Wahrnehmung der Arbeitsumgebung, führt den Roboterarm und lenkt das Greifen und Ablegen der Objekte. Da die Phasen „Sehen“, „Greifen“ und „Bewegungskontrolle“ situativ ineinander greifen, ermöglicht die künstliche Intelligenz Workflows mit menschenähnlicher Flexibilität.

Das System identifiziert dabei blitzschnell unterschiedliche Gegenstände und entscheidet selbstständig, wie sie am besten gegriffen und abgelegt werden sollten. Auch die Verarbeitung zufällig zusammengewürfelter Objekte ist dank der Lösung mit hohem Tempo möglich. Das Unternehmen entwickelt das System weiter: Die aktuelle Version Neocortex 5.0 bietet unter anderem eine verbesserte Mischteilkommissionierung, verschiedene Konfigurationsmöglichkeiten des „Fingergreifens“ und integriert weitere Sensoren und Steuerungen.

Für das Sichtfeld der Zelle kommen hochauflösenden Stereo-Kameras von IDS zum Einsatz. Je nach Aufgabenstellung liefern pro Zelle zwei oder drei Ensenso-3D-Kameras aus der N-Serie die entscheidenden visuellen Informationen. Die Wahl dieses Kameramodells erklärt Jeremy Bergh, IDS Imaging Sales Director Nordamerika, so: „IDS setzt ständig neue Maßstäbe in Bezug auf Geschwindigkeit und Auflösung in der Bildverarbeitung. Durch das Zusammenspiel unserer 3D-Vision-Technologie mit dem Know-how von Universal Logic entstehen flexible und hocheffiziente Kommissionier-Lösungen.“

Für die exakte Wahrnehmung der Arbeitssituation arbeiten die Kameras nach dem Prinzip des räumlichen Sehens (Stereo Vision): Zwei Kameras betrachten die zu erfassende Fläche – etwa Kommissionier-Boxen – aus unterschiedlichen Positionen. Obwohl ihre Aufnahmen auf den ersten Blick identisch scheinen, ermöglicht der unterschiedliche Betrachtungswinkel eine exakte Positionsbestimmung mittels Triangulation. Zusätzlich projiziert ein leistungsstarker Projektor Hilfsstrukturen auf deren Oberfläche, sodass auch homogene, spiegelnde Flächen von den Kameras detaillierter erfasst werden können. Das ermöglicht eine stabile Erkennung von Objekten bis 3.000 Millimeter Arbeitsabstand mit einem geringen Tiefenrauschen (Z-Richtung) von weniger als ein Millimeter.

Wie die G2R-Roboterzellen ist auch das modulare Kamerasystem Ensenso flexibel: Je nach Anwendung kann unter aus Modellen der N- oder X-Serie mit unterschiedlichen Sensoren, Auflösungen und Schnittstellen (USB oder GigE) gewählt werden. Für den Einsatz unter rauen Bedingungen stehen außerdem Modelle mit Schutzart IP65/67 zur Verfügung, deren Komponenten effektiv gegen Schmutz, Staub und Spritzwasser geschützt sind. pb

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