Reconocer lo desconocido
Robots flexibles y robustos para tareas logísticas
La pandemia global que nos azota ha tenido profundas consecuencias en la cadena de suministro a escala mundial. Esto ha disparado las necesidades de automatización de los procesos logísticos mediante robots. Más del 70 % del personal que trabaja en un almacén se dedica por lo general a tareas de preparación y embalaje de mercancía, por lo que cada vez son más las empresas que buscan automatizar gradualmente estos procesos. Pero, ¿qué ocurre cuando los robots tienen que manipular un número ilimitado de unidades (desconocidas) de almacén? Automatizar las tareas de preparación de productos de la más diversa índole requiere tecnologías rápidas, fiables y robustas, un reto que ha decidido afrontar la empresa de desarrollo de software holandesa Fizyr.
Radicada en Delft, esta empresa de visión artificial ha creado un sistema para que los robots puedan manipular objetos desconocidos en entornos logísticos adversos. Se trata de una solución de procesamiento de imágenes que permite automatizar las más diversas tareas logísticas, desde la preparación de mercancía hasta la despaletización, la descarga de camiones, las tareas de paquetería o la facturación de equipajes. IDS ha sido la empresa elegida para suministrar el hardware necesario: cámaras 3D Ensenso de diseño compacto y robusto combinadas con cámaras GigE uEye de alto rendimiento.
Aplicación
En lugar de la típica célula propietaria de preparación de mercancía, Fizyr ha desarrollado un software modular plug&play que se puede integrar fácilmente en cualquier sistema. Esto ofrece a los integradores la máxima flexibilidad a la hora de elegir el hardware (p. ej. cobots o robots industriales) y configurar su célula de preparación de forma totalmente adaptada a sus necesidades específicas. Para optimizar los costes, la robustez y la velocidad, Fizyr ha optado por las cámaras industriales de IDS, cuya misión principal consiste en registrar los productos que se tienen que preparar o clasificar. En función de la aplicación específica del cliente, se pueden llegar a utilizar hasta cuatro cámaras 3D Ensenso combinadas con las potentes cámaras CMOS GigE uEye.
Las cámaras empleadas han de garantizar un registro de imágenes altamente fiable y preciso a fin de suministrar los datos necesarios para que los algoritmos de Fizyr puedan realizar más de 100 movimientos de agarre por segundo. Por otra parte, el registro de imágenes debe posibilitar la clasificación necesaria para poder manipular de forma diferenciada los más diversos objetos, incluidos objetos desconocidos. Con las cámaras IDS como ojos del sistema robótico, el software realiza además controles de calidad y detecta fallos, evitando de este modo que puedan llegar objetos dañados o defectuosos a un separador.
Los algoritmos proporcionan toda la información necesaria para segmentar y clasificar el tipo de bulto (caja, bolsa, envoltorio, tubo, cilindro, etc.). El sistema detecta objetos incorrectos o mercancía no transportable (es decir, dañada), los mejores movimientos de agarre en seis grados de libertad (6DoF) y varias posiciones por objeto. También permite a los sensores o robots manipular objetos superpuestos o apilados de forma muy compacta, objetos altamente reflectantes, prendas embolsadas, superficies blanco sobre blanco o negro sobre negro y objetos transparentes.
Puesto que la calidad de las imágenes registradas depende en gran medida de las condiciones lumínicas del lugar y de las propiedades superficiales de los objetos, la detección y el cálculo de las coordenadas de determinados puntos en superficies reflectantes o menos estructuradas son tareas muy complejas. Por ello, para asegurar una calidad óptima de las imágenes incluso en las aplicaciones más exigentes Fizyr ha optado por las cámaras IDS. Las tareas están perfectamente repartidas: la cámara CP uEye registra imágenes 2D de los objetos a manipular y los suministra a los algoritmos encargados de clasificar los objetos. Los objetos pueden variar en la forma, tamaño, color, material y posición y pueden ser completamente desconocidos para los robots. Por su parte, la cámara Ensenso genera una nube de puntos 3D que contiene toda la información espacial relevante del objeto. El software desarrollado por Fizyr combina estos datos con los de la imagen 2D, analiza la superficie en relación con las posiciones más adecuadas para una o varias garras y propone los mejores puntos de agarre. Proporcionar una imagen lo más exacta posible del objeto, aunque presente una superficie poco texturizada o reflectante, es un requisito indispensable para el software. Y las cámaras 3D Ensenso de IDS cumplen sobradamente este requisito. Esta serie de cámaras mejora el sistema clásico Stereo Vision con una tecnología especial que permite obtener unos datos de profundidad y unos resultados de medición más precisos.
El sistema segmenta de forma fiable los paquetes desconocidos incluso en condiciones lumínicas desfavorables
Cámaras
Los modelos específicos de cámara y la cantidad de cámaras por sistema son decisiones que dependen de la aplicación específica del cliente. Para una aplicación estándar de bin picking con cobot, por ejemplo, se suele emplear una Ensenso N35 combinada con una GigE uEye CP. También están funcionando con éxito sistemas que combinan una Ensenso X36 y una GigE uEye CP para el bin picking con cuatro cámaras Ensenso N35 para la colocación de los artículos en otros contenedores.
El acrónimo CP significa "Compact Power" y designa modelos de cámara compactos con una potencia muy concentrada para aplicaciones industriales de todo tipo. Estos modelos ofrecen la máxima funcionalidad con un amplio preprocesamiento de píxeles y son idóneos también para sistemas multicámara gracias a la memoria gráfica interna de 120 MB que incorporan. La cámara proporciona datos a velocidad GigE completa y posibilita el funcionamiento con un solo cable de hasta 100 metros de largo a través de PoE ("Power over Ethernet").
La UI-5240CP Rev. 2 es una cámara industrial especialmente potente gracias a su sensor CMOS e2v de 1,3 megapíxeles. Este sensor es uno de los más sensibles de la gama IDS y, además de la versión en color empleada aquí, está disponible en versión monocromo y en versión NIR. Junto a una sensibilidad lumínica extraordinaria, la cámara ofrece una gran variedad de funciones igual de extraordinarias que garantizan la máxima flexibilidad del sensor ante cambios de requisitos o de condiciones ambientales.
"La configuración más habitual que hemos utilizado hasta ahora es una cámara uEye y una cámara 3D Ensenso por sistema, pero la verdad es que las posibilidades son infinitas", explica Herbert ten Have, CEO de Fizyr.
Todos los modelos de cámara Ensenso aptos para este tipo de aplicaciones tienen algo en común: un potente proyector integrado que, por medio de una máscara de patrones, proyecta una textura de gran contraste sobre el objeto a reproducir para compensar así las texturas pobres o inexistentes de la superficie. El resultado es un mapa de disparidad muy detallado y unos datos de profundidad más completos y más homogéneos.
La extensa variedad de funciones que incorporan ambos modelos de cámara 3D Ensenso las convierte en la opción ideal para el amplio y exigente abanico de aplicaciones existentes en la cadena de suministro y en el sector logístico en general. Entre ellas se encuentran la detección, localización y clasificación de objetos 3D (p. ej. en el aseguramiento de la calidad o la preparación de mercancías), la automatización de procesos logísticos (p. ej. la paletización y despaletización), aplicaciones robóticas (p. ej. bin picking), registro de objetos hasta 8 m³ (p. ej. palés) o sistemas de almacén automatizados.
Fizyr ha integrado en su software el SDK de Ensenso con un wrapper muy rápido y moderno. La combinación 2D/3D ofrece una gran ventaja: permite superponer a modo de capa la imagen 2D sobre la nube de puntos 3D, lo cual reproduce la situación de manera más plástica.
Por otro lado, la imagen de la cámara se puede ajustar de forma óptima mediante "calibración manual y visual" al sistema de coordenadas del robot, a fin de garantizar un agarre preciso.
Perspectiva
El fuerte crecimiento del comercio electrónico ha disparado la demanda de paquetes cada vez más grandes. Al mismo tiempo, las restricciones que se han impuesto de forma generalizada a raíz de la pandemia han provocado un descenso de la fuerza de trabajo disponible y han obligado a las empresas a establecer, con carácter urgente, distancias de seguridad en sus instalaciones. Para poder hacer frente a estos nuevos desafíos, cada vez son más las empresas que recurren a la automatización robótica de sus procesos, donde la visión y la inteligencia artificiales desempeñan un papel crucial. Esta automatización permite incrementar la seguridad laboral y, al mismo tiempo, reducir costes.
La demanda de módulos de altas prestaciones para células de preparación automáticas de última generación sigue creciendo en todo el mundo, al igual que los requisitos que plantean los integradores de sistemas en relación con los componentes de software y de hardware. En este contexto, la solución Fizyr-IDS ofrece las siguientes ventajas clave:
- Es una solución plug&play fácilmente integrable en cualquier sistema.
- No es una solución propietaria en términos de hardware, por lo que permite al cliente adaptar de forma flexible la línea de preparación de pedidos a sus necesidades específicas en cualquier momento.
- La solución incorpora un sistema de visión 3D muy preciso, robusto, flexible y fácil de manejar, que suministra información óptima del objeto en todo momento.
Todo ello son piezas imprescindibles de los sistemas automatizados "good-to-person" del futuro.
Ensenso N 35: Visión artificial 3D rápida y precisa
La compacta y robusta carcasa de aluminio de la cámara 3D Ensenso N35, con conector GPIO atornillable para disparador y flash y conector GigE, está equipada con dos sensores CMOS monocromo (global shutter, 1280 x 1024 píxeles) y un proyector. El sistema Power over Ethernet posibilita la alimentación y la transmisión de datos con grandes longitudes de cable. Gracias a la tecnología FlexView integrada, los modelos N35 son especialmente idóneos para el registro 3D de objetos estáticos y para distancias de trabajo de hasta 3.000 mm.
Ensenso X36: Visión 3D con sistema de cámara 3D modular
El sistema de cámaras 3D Ensenso X36 consta de un proyector, dos cámaras GigE con sensores de 1,3 MP o de 5 MP (CMOS, monocromo), ángulos de sujeción y ajuste, tres objetivos y cables patch y sync para la conexión de las cámaras con el proyector. La tecnología FlexView2 proporciona una resolución espacial mejorada y una gran solidez del sistema con superficies oscuras o reflectantes.
Cliente
Fizyr diseña, desarrolla, construye, instala y realiza el mantenimiento de productos de software de visión artificial para procesos pick-and-place en entornos logísticos complejos. Los algoritmos de aprendizaje desarrollados posibilitan la manipulación automática de objetos desconocidos que, además, varían en su forma, tamaño, color, material y forma de apilado y que se obtienen de materiales transportados a granel. Integradores de sistemas líderes en el sector y empresas usuarias de todo el mundo utilizan el sistema Fizyr para sus procesos de producción, tiendas online y servicios de paquetería, así como para la gestión y el mantenimiento de almacenes.
www.fizyr.com