Autonomní systém sbírání součástek pomocí kamery na rameni průmyslového robota

Abstract

Ačkoli současné flexibilní montážní linky nabízejí lepší přizpůsobivost ve výrobě, stále přetrvává nutnost časově náročného přeprogramování cílových poloh robotických manipulátorů pro možnost přizpůsobení novým montážním operacím. To představuje značné logistické a finanční problémy, jelikož často vyžadují zastavení celého výrobního procesu, také ale představují bezpečnostní riziko, neboť lidé učí nové pozice robota v jeho pracovním prostoru. V této bakalářské práci představujeme metodu zavádějící automatickou intrinsickou a extrinsickou kalibraci, autonomní skenování pracovního prostoru a sbírání montážních dílů (Bin picking) pomocí kamerového systému založeném na principu Eye-in-Hand. Tímto přístupem se eliminuje potřeba fyzického zásahu člověka v procesu inovace flexibilní montážní linky a odstraňuje požadavky na předem definované souřadnice vybíraných dílů, což dále zjednodušuje metodiky předzpracování montážních linek. Abychom ukázali univerzálnost a použitelnost, implementovali a otestovali jsme naši metodu na současně běžící experimentální flexibilní montážní lince při vývoji nového výrobku pro montáž. Abychom demonstrovali nadbytečnost předem definovaných souřadnicových rozmístění dílů, využili jsme autonomní skladová vozidla (AGV), která robotovi dodávají nové díly v náhodném pořadí, rozmístění a množství. Naše experimenty odhalily vysokou přesnost autonomního skenování a sbírání součástek, a to i při práci s díly různých tvarů a velikostí. Naše metoda navíc využívá Flange-Base transformace založené na řídicí jednotce daného robota, čímž je umožněno použití metody na široké škále systémů, které jsou tak schopné využívat počítačové vidění v celém svém pracovním prostoru. Kamera umístěná na rameni robota může navíc poskytovat neustálou vizuální zpětnou vazbu operátorovi a provozní stav pro digitální dvojče. Experimenty prokázaly přesnost v milimetrovém rozsahu a zdůraznily schopnost této metodologie rozvinout oblast průmyslové autonomní robotiky v montážních operacích.

Although current flexible assembly lines offer improved adaptability in manufacturing, the need for time-consuming reprogramming of manipulator target poses is needed to accommodate new assembly operations. This presents significant logistical and financial challenges, as it often requires stopping the entire manufacturing process, but also poses safety hazards as humans teach new robot positions within the robot's workspace. In this study, a method deploying automatic intrinsic and extrinsic calibration, autonomous workspace scanning and assembly parts picking by an Eye-in-Hand approach is introduced, eliminating the need for physical human intervention in a flexible assembly line innovation process, such as a new product to assemble, and removing the requirement for pre-defined coordinates of the to-be-picked parts, further simplifying assembly lines pre-processing methodologies. To showcase the versatility and applicability, the method was implemented and tested on a concurrently running experimental flexible assembly line while developing a new product for assembly. To demonstrate the obsolescence of pre-defined coordinate part placements, autonomous warehouse vehicles were utilized to deliver new parts to the robot in a randomized order, placement and quantity. Our experiments revealed high accuracy in autonomous scanning and picking operations, even when dealing with parts of various shapes and sizes. Additionally, our method utilizes controller-based Flange-Base transformations, therefore allowing the method to be applied to a wide variety of robots that are capable of utilizing computer vision throughout their entire workspace. Moreover, the camera mounted on the robot's arm provides constant visual feedback to the operator, as well as operation status for a digital twin feedback. The experiments demonstrated precision within a millimeter range and highlighted the capability of our technique to advance the field of industrial autonomous robotics in assembly operations.