Pick & Place: Donde pone el ojo, pone la pinza
Sistema de procesamiento de imágenes 3D con cámaras 2D, IA y robótica que optimiza los entornos de producción
El sector de la fabricación industrial se enfrenta actualmente a varios retos. El cambio tecnológico, los acuciantes problemas medioambientales y la globalización exigen una serie de ajustes, como invertir en nuevas tecnologías, proteger los recursos y optimizar y asegurar las cadenas de suministro. Las empresas que operan a escala global tienen que hacer frente a un entorno cambiante y, al mismo tiempo, poder gestionar los problemas de las cadenas de suministro. La relocalización de la producción en el país de origen se erige cada vez más como una posible solución. Esta opción exige no sólo un cierto grado de resiliencia, sino también el cumplimiento de la estricta normativa medioambiental y estrategias eficientes para que la fabricación nacional sea competitiva. Además, si se quiere garantizar la competitividad de la producción nacional será necesario solucionar el tema de la escasez de personal. A este respecto hace tiempo que la automatización por medio de la robótica se ha convertido en una baza importante, y la inteligencia artificial (IA) está empezando a asumir un papel clave en este ámbito. Esta tecnología se desarrolla a la misma velocidad a la que aumenta la presión por la automatización. Para proyectar los procesos de producción en la propia empresa con IA hay dos factores que se han convertido en decisivos: una integración lo más sencilla posible de la IA y la aceleración de las fases de entrenamiento. Precisamente en este ámbito la start-up británica Cambrian Robotics Limited ofrece una solución totalmente basada en IA para diversas aplicaciones robóticas en entornos de producción. Asume tareas de bin picking o de pick & place rápidos y de suministro exacto de piezas para máquinas, además de realizar varios pasos de trabajo en la manipulación de materiales para mejorar la eficiencia en las labores de montaje o en la logística de almacén. El sistema, de fácil integración, incluye un módulo para brazos robóticos, una unidad de procesamiento con software inteligente preinstalado y un módulo con dos cámaras uEye+ XCP de IDS.
"La tarea de las cámaras consiste en tomar una imagen de la zona con los objetos que se van a manipular. A partir de la imagen el software puede analizar la escena y reconocer dónde se encuentran exactamente los objetos", explica Miika Satori, fundador y director general de Cambrian Robotics. El procesamiento posterior de las imágenes se lleva a cabo con ayuda de la pieza clave de Cambrian Vision, un software de autoaprendizaje desarrollado internamente para predecir la posición de las piezas y sus puntos de recogida. El propio software realiza la comparación de imágenes basada en IA, por lo que no se necesita la clásica nube de puntos 3D. La IA aprende de forma autónoma utilizando datos simulados y localiza los puntos de extracción y las piezas con extrema precisión. Los modelos de IA para el reconocimiento de piezas y la comunicación con el robot están controlados por una potente GPU (unidad de procesamiento gráfico). Y el software aprende rápido: "Con el paquete de software Cambrian se pueden definir los puntos de recogida de nuevas piezas y configurar la aplicación en un lapso de sólo dos a cinco minutos", subraya Satori, fundador de la start-up.
El módulo de cámara que incorpora está equipado con dos cámaras industriales uEye XCP con un diseño compacto. "Las dos cámaras IDS proporcionan imágenes de la escena del objeto desde distintos ángulos utilizando el principio de visión estéreo. El desafío consiste en determinar con exactitud la posición de las piezas a recoger a partir de dichas imágenes. Esta es de nuevo la tarea de la IA", dice Miika Satori. Combinando la adquisición de imágenes, los modelos de IA y un procesamiento de imágenes especial se pueden determinar puntos y posiciones de agarre de forma muy precisa. "Las aplicaciones CAD estándar para bin picking 3D suelen utilizar luz estructurada o sensores que proyectan algo en el entorno, generan una nube de puntos y luego intentan encontrar la pieza en ella. Cambrian utiliza únicamente dos cámaras industriales IDS estándar en lugar de una cámara 3D."
"En comparación con los sistemas de la competencia, Cambrian Vision es más exacto y al mismo tiempo más resistente a la luminosidad externa, puede detectar una gama muy amplia de objetos y permite conseguir tiempos de ciclo especialmente rápidos".
Cambrian Vision es un sistema mucho más exacto que los sistemas de la competencia, dado que logra valores inferiores al milímetro. "El sistema detecta de forma fiable una amplia gama de piezas, incluidas las que tienen una superficie reflectante o brillante y las transparentes, algo que suele quedar fuera del alcance de los sistemas de procesamiento de imágenes convencionales. Y sin embargo, es resistente a la luminosidad externa", dice Miika Satori refiriéndose a los requisitos específicos que deben cumplir las cámaras, un elemento fundamental de la solución. "También es ultrarrápido, dado que logra una velocidad de inferencia inferior a 170 milisegundos, mientras que otras soluciones comparables suelen tardar más de 1.000 milisegundos". Su gran velocidad de cálculo permite obtener tiempos de ciclo de dos a tres segundos en un entorno de bin picking. "Esto garantiza una ejecución eficaz, precisa y exacta en una sola pasada", subraya Miika Satori. Todo ello hace que esta solución "one shot" sea actualmente uno de los sistemas de reconocimiento de imágenes por IA más rápidos del mercado.
Entre otras cosas, esto es posible gracias a las cámaras SuperSpeed USB de 5 Gbps, que proporcionan de forma fiable datos de alta resolución para un análisis detallado de las imágenes en cualquier entorno, y específicamente en aplicaciones con poca luz ambiental o en condiciones lumínicas variables. Gracias a la tecnología de píxeles BSI ("Back Side Illumination"), el sensor integrado (sensor CMOS rolling shutter de 1/2,5" y 5,04 MPixel onsemi AR0521) ofrece un rendimiento estable con poca luz y una alta sensibilidad en el espectro NIR (infrarrojo cercano). Esto hace que las uEye XCP puedan ofrecer imágenes de alta calidad en casi cualquier situación lumínica y al mismo tiempo con un bajo nivel de ruido de píxeles. Con una carcasa integral compacta y ligera (29 x 29 x 17 mm y 61 gramos) y un conector USB Micro-B atornillable, la USB3 XCP es perfecta para el uso con robots y cobots en el campo de la automatización.
"En función de las necesidades del cliente también utilizamos otras cámaras IDS en nuestro sistema. La interfaz estandarizada permite integrar rápidamente una amplia variedad de modelos uEye."
Gracias al conector USB3 y a la compatibilidad con el estándar Vision (USB3/GenICam), las cámaras uEye XCP se pueden integrar fácilmente en cualquier sistema de procesamiento de imágenes y utilizarse básicamente con cualquier software adecuado. Para Miika Satori la fácil integración gracias a la interfaz estándar supone una gran ventaja: "En función de las necesidades del cliente también utilizamos otras cámaras IDS en nuestro sistema. La interfaz estandarizada permite integrar rápidamente una amplia variedad de modelos uEye". La compatibilidad con los objetivos más habituales hace que numerosas cámaras de la gama de IDS puedan ser los ojos de muchas soluciones Cambrian Vision personalizadas que ayudan a maximizar el rendimiento en la producción.
La alta velocidad, la resistencia a la luminosidad excesiva y el amplio abanico de componentes que abarca el sistema gracias a las potentes cámaras IDS y al software inteligente, lo hacen especialmente interesante para tareas de automatización en entornos de producción.
Otra clave de su eficiencia reside en la integración sin complicaciones de Cambrian Vision. Este sistema de visión 3D inteligente está listo para su uso inmediato sin necesidad de entrenamiento real del robot, lo que aporta una agilidad notable en comparación con los métodos convencionales. Esto hace que las empresas puedan beneficiarse inmediatamente de las ventajas de la automatización: protegen los recursos y ahorran costes operando de forma más eficiente, competitiva y sostenible al tiempo que mejoran la calidad de sus productos y la seguridad de sus empleados.
Perspectiva
"El uso de la IA en robótica se encuentra en una fase muy incipiente y aún está en pañales", afirma Miika Satori. La creciente demanda hará que se siga avanzando en el desarrollo del procesamiento de imágenes con IA, llegarán al mercado cámaras con mayores velocidades de transmisión de datos y sensores más potentes y rápidos, así como más modelos con un precio optimizado y funciones básicas fiables. "Las cámaras industriales son cada vez más pequeñas y asequibles. Esto permitirá aún más aplicaciones. Nuestra visión es dotar a los robots de capacidades que se encuentren al mismo nivel que las de los humanos." Utilizando robots asistidos por IA para tareas cotidianas y repetitivas, los recursos humanos pueden destinarse a tareas más creativas, productivas y valiosas.
uEye XCP - La cámara de carcasa con montura C más pequeña del sector
Modelo utilizado: U3-3680XCP
Familia de cámaras: uEye XCP
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Cliente
Cambrian Robotics está combinando la robótica y la inteligencia artificial para desarrollar una herramienta productiva que sustituye a las manos humanas en la fabricación de productos. Con la automatización inteligente se podrán reducir costes y las personas dispondrán de más tiempo para tareas significativas. Cambrian Vision es una solución totalmente basada en IA para diversas aplicaciones robóticas en entornos de producción como bin picking, montaje, reconocimiento y localización de características, pick & place, ensamblaje y montaje de cables y de mazos de cables.