El sistema de asistencia robótica de conducción autónoma con cámara Ensenso 3 D permite la carga automatizada de las filetas con bobinas de hilo.

Elevación y colocación

Sistema de asistencia robótica de conducción autónoma para la colocación automática de filetas de bobinas

Debido al estándar industrial 4.0, la digitalización, la automatización y la conexión en red de sistemas e instalaciones se están convirtiendo en los temas predominantes en la producción y también en la logística. La Industria 4.0 pretende lograr la optimización constante de procesos y flujos de trabajo para mejorar la productividad y la flexibilidad y, con ello, ahorrar tiempo y costes. Los sistemas robóticos se han convertido en el motor de la automatización de procesos. Gracias al internet de las cosas (IoT), los robots son cada vez más sensitivos, autónomos, móviles y fáciles de manejar. Se están convirtiendo cada vez más en una ayuda cotidiana en fábricas y almacenes. Los procedimientos inteligentes por imagen desempeñan un papel cada vez más importante en este sentido.

La empresa ONTEC Automation GmbH de Naila, en la Alta Franconia (Baviera), ha desarrollado un sistema de asistencia robótica con conducción autónoma con el fin de responder a las crecientes exigencias que afrontan los entornos de producción en el proceso de cambio hacia una producción totalmente automatizada y conectada en red de forma inteligente. El "Smart Robot Assistant" aprovecha las sinergias de la movilidad y la automatización, dado que está integrado por una potente y eficiente plataforma intralogística, un brazo robótico flexible y un robusto sistema de cámara 3D estéreo de la serie Ensenso N de IDS Imaging Development Systems GmbH.

Se trata de una solución versátil que se hace cargo de las monótonas y pesadas tareas de montaje y colocación, por ejemplo. El sistema de transporte autónomo es adecuado para elevar a ras de suelo europalés, contenedores o formatos industriales y jaulas de distintos tamaños con una carga máxima de hasta 1.200 kilogramos. Un cliente de la industria textil utiliza el AGV (Automated Guided Vehicle) para la carga automática de filetas. Recoge palets con bobinas de hilo, los traslada a la fileta designada y los carga para el procesamiento posterior. Mediante un sistema de pinzas diseñado al efecto se recogen hasta 1.000 bobinas de hilo por turno de 8 horas y se introducen en un mandril de la fileta. El esquema y la posición de las bobinas se registran mediante una cámara 3D Ensenso (serie N45) instalada en la pinza.

Aplicación

Los palets cargados con las bobinas de hilo industrial se recogen del suelo de un almacén predefinido y se transportan al lugar de la fileta. Allí, la pinza se posiciona verticalmente por encima del palet. Un disparador activado por el software propio ONTEC SPSComm se envía a la cámara 3D Ensenso de la serie N45. Está conectado en red con el PLC del vehículo para poder leer y transmitir datos. En la aplicación, SPSComm controla la comunicación entre el software del vehículo, la pinza y la cámara. De ese modo la cámara sabe cuándo el vehículo y la pinza están en posición para una captura de imagen. Éste toma una imagen y transmite una nube de puntos a una solución de software de ONTEC basada en el software estándar HALCON, que informa al robot de las coordenadas de las bobinas en el palet. El robot puede entonces recoger adecuadamente las bobinas y seguir con el procesamiento. En cuanto la pinza ha colocado un piso de bobinas de hilo, la cámara Ensenso captura una imagen del material de embalaje que separa los pisos de las bobinas y proporciona las correspondientes nubes de puntos. Estas se procesan y proporcionan al robot la información que necesita para retirar el material de separación con una pinza de aguja. "Este método hace que no sea necesario definir de antemano el número de pisos ni los patrones de los palets, y que puedan procesarse sin problemas incluso los palets incompletos" explica Tim Böckel, desarrollador de software de ONTEC. "No es necesario cambiar la pinza para utilizar la pinza de aguja. Dispone de un elemento de prensión convencional para las bobinas y de un elemento de aguja para las capas intermedias"

Gracias a su diseño compacto, la cámara 3D Ensenso es idónea para la captura en 3D de objetos en movimiento y estáticos desde el brazo robótico. La electrónica estéreo 3D de la Ensenso N 45 está desacoplada totalmente de la carcasa, lo que permite utilizar un composite ligero para la carcasa. Su bajo peso facilita el uso en brazos robóticos como el Smart Robotic Assistant. Esta cámara también puede hacer frente a condiciones ambientales duras. "Los retos de esta aplicación son sobre todo las diferentes condiciones de iluminación que se dan en las distintas salas de la nave y en diferentes momentos del día", comenta Tim Böckel. El proyector integrado de la cámara proyecta una textura de gran contraste sobre el objeto a reproducir para compensar así, incluso en condiciones de luz adversas, las texturas pobres o inexistentes. Esto significa que la cámara cumple todos los requisitos. "Gracias a la configuración previa dentro NxView la tarea se ha resuelto satisfactoriamente". Este programa de ejemplo con código fuente hace una demostración de las principales funciones de la biblioteca NxLib, que puede utilizarse para abrir una o varias cámaras estéreo y de color y visualizar los datos de imagen y de profundidad. Parámetros como el tiempo de exposición, el binning, las AOI y el rango de medición de la profundidad pueden, como en este caso, ajustarse en directo para el método de cotejo utilizado.

Gracias a las texturas auxiliares proyectadas en la superficie del objeto, el sistema de cotejo permite a la cámara 3D Ensenso reconocer un número de puntos muy alto —incluido su cambio de posición— y obtener unos datos homogéneos y más completos sobre la profundidad de la escena. Esto, a su vez, garantiza la precisión necesaria con la que procede el Smart Robot Assistant. Otros criterios de selección de la cámara fueron la interfaz Gigabit Ethernet Vision y el sensor global shutter de 1,3 MP. "La cámara toma una sola imagen de todo el palet para agilizar el tiempo de procesamiento, pero tiene que proporcionar las coordenadas desde una distancia relativamente grande con una precisión milimétrica para que el brazo robótico pueda agarrarlo con exactitud", explica Matthias Hofmann, informático experto en el desarrollo de aplicaciones de ONTEC. "Por lo tanto, necesitamos la alta resolución de la cámara para poder captar con seguridad los bordes de las bobinas con la cámara 3D". La localización de los bordes es importante para poder trasladar a la pinza con la mayor precisión la posición del centro de la bobina.

Además, la cámara ha sido concebida específicamente para el uso en entornos sometidos a condiciones muy duras. Dispone de un conector GPIO atornillable para el disparo y el flash y tiene protección IP65/67 contra la suciedad, el polvo, las salpicaduras de agua o los productos de limpieza.

Software

El Ensenso SDK permite la calibración manual y visual de la cámara con respecto al brazo robótico, lo que permite una traslación sencilla de coordenadas utilizando la pose del robot. Además, mediante la configuración interna de la cámara, se graba un "FileCam" de la situación actual en cada pasada, es decir, en cada disparo de la imagen. Esto permite reajustar fácilmente posibles casos extremos, en este caso, por ejemplo, una iluminación inesperada, obstáculos en la imagen o bien una posición inesperada de las bobinas en la imagen. El Ensenso SDK también permite almacenar y archivar los archivos LOG internos de la cámara para su posible evaluación.

ONTEC también utiliza estos "FileCams" para comprobar automáticamente los casos de ensayo y garantizar así el correcto funcionamiento de todas las constelaciones al realizar ajustes en el software de visión artificial. Además, se pueden coordinar varios vehículos y minimizar los cuellos de botella logísticos gracias al sistema de control desarrollado por ONTEC. Los diferentes asistentes pueden navegar y operar simultáneamente en un espacio muy reducido. Gracias a la interfaz industrial ONTEC SPSComm incluso los robots industriales estándar pueden integrarse de forma segura en la aplicación global e intercambiar datos entre los distintos sistemas.

Cámara estéreo 3D Ensenso N45 - Genialidad en 3 dimensiones