Artículos técnicos

Automatización adaptativa

Robots autónomos con datos 3D

Hasta ahora los robots eran meros receptores "ciegos" de órdenes que seguían trayectorias fijas predefinidas. Gracias a los datos 3D los robots se pueden adaptar a cada situación y reaccionar a lo que sucede en el entorno. Una promesa que se convierte en realidad. De ese modo, el robot pasa a ser un empleado que trabaja de forma autónoma.
Ventajas: Tiempos de reequipamiento cortos, alta variabilidad de piezas, teach in sencillo, alimentación de piezas simplificada con el mismo grado de automatización.
 
Procesos estudiados a fondo en cada fase, descartada cualquier contingencia. Por medio de la automatización se pueden fabricar productos en grandes cantidades de forma muy eficiente. Dicha eficiencia se mejora con una alta especialización. No obstante, la flexibilidad y el reequipamiento rápido de estas instalaciones tan especializadas y tan caras son dos aspectos que siguen dejándose de lado. Fabricar con rapidez series cortas de otras piezas no es rentable, dado que sería necesario adaptar todas las fases del proceso. Las series cortas se suelen producir a mano con mucho esfuerzo. Se trata de un método flexible y que ahorra costes, pero es lento y carente de estabilidad de proceso.

Los robots trabajan regidos por la situación

El desarrollo de cámaras 3D y de software 3D posibilitó al sector la explotación de tecnologías de visión artificial totalmente nuevas. Mediante la visión 3D se pueden resolver nuevas tareas imposibles de realizar con 2D.
 
Un robot retira de forma segura y fiable accesorios en T no clasificados y apilados aleatoriamente de una pequeña caja de transporte. Otro robot despaletiza piezas grandes de aluminio fundido y las coloca directamente de una cinta transportadora. Agarra las piezas de forma segura con una garra robusta de alta sensibilidad. No ha provocado la más mínima colisión con la pieza ni siquiera en el primer intento, aunque las piezas estén giradas sobre los palets usados o sucios, o torcidas por los restos de material fundido. Para realizar la operación de bin-picking, es decir, para extraer piezas de un contenedor y transferirlas en la posición correcta, la robótica ha tenido que evolucionar bastante.
Con Mikado ARC el usuario puede modificar fácilmente
la secuencia del proceso
La empresa alemana de integración de sistemas isys vision ha desarrollado una solución al efecto que ha bautizado como "MIKADO Adaptive Robot Control" (ARC). Se trata de un autómata configurable con sistema propio de cálculo de trayectoria y de prueba de colisiones. Los ángulos de articulación de los brazos robóticos para las posiciones de agarre o los trayectos se calculan con una cinemática inversa propia. El punto de partida de estos complejos cálculos es la información 3D sobre la forma de la pieza, la posición, la ubicación o una imagen virtual del entorno. Existe una gran cantidad de robots habituales que se pueden controlar mediante MIKADO ARC y por consiguiente no necesitan largas operaciones de programación. Los cambios de piezas se hacen rápidamente, lo que hace posible fabricar también series cortas con estos manipuladores de material robotizados.

Las cámaras 3D registran la situación

Los datos de partida son decisivos para que el control del robot sea óptimo. El integrador elige una tecnología de cámaras 3D u otra en función del proyecto y de la aplicación. Entre los factores más relevantes se encuentran, además de la aptitud de un proceso, el coste y también la precisión, la velocidad y la fiabilidad del sistema de obtención de datos.
 
En la fase de diseño del proyecto se debe estudiar y definir el grado de intervención de cada uno de los métodos clásicos, como son el tiempo de vuelo (Time-of-flight, TOF), la visión estéreo o la triangulación láser. Porque muchas de las cámaras 3D utilizadas actualmente son sistemas híbridos y utilizan varios métodos para cubrir un espectro de aplicaciones más amplio y para mejorar los resultados.
Con una distancia interaxial variable y un proyector
de texturas de 100 W, las cámaras con visión estéreo
de la serie Ensenso X permiten utilizar distancias de
trabajo de hasta 5 m aproximadamente y registrar
objetos de varios metros cúbicos
isys vision utiliza cámaras de visión estéreo 3D Ensenso para bin picking y para manipular materiales. El sistema consta de dos cámaras matriciales que trabajan de acuerdo con el principio de la visión estéreo en combinación con un proyector de patrones muy potente para obtener datos 3D fiables incluso de piezas con superficies complejas. Las cámaras de diseño compacto de la serie N son especialmente apropiadas para distancias cortas y se suelen ubicar en la cabeza del robot. El nuevo sistema 3D de la serie X con distancia interaxial variable puede registrar de forma flexible con distintas cámaras de IDS Imaging Development Systems GmbH volúmenes de gran tamaño desde distancias mayores y es perfecto para la manipulación de material no clasificado de jaulas metálicas. Con una potencia de 100 W la lámpara LED del proyector genera las texturas más finas de la superficie de la pieza incluso a distancias de trabajo de hasta 5 m. De ese modo al sistema no le afecta la luz ambiental y permite trabajar con tiempos de exposición cortos. Con 1-2 pares de imágenes ya es posible obtener resoluciones 3D de pocos milímetros. Con tiempos de exposición cortos, pocas imágenes y algoritmos de cotejo estéreo muy rápidos se consiguen los datos 3D después de solo 500 ms para continuar con el procesamiento. Esto permite tiempos de ciclo muy rápidos en la manipulación de material.
 
Por lo demás, las ventajas de utilizar dos cámaras matriciales son evidentes. Además de la recopilación de datos 3D mediante la visión estéreo, con el material gráfico en bruto de las cámaras matriciales también se pueden registrar referencias de una escena y utilizarse para el reajuste permanente de la visión artificial. Los resultados del proceso son constantes y fiables. Ya no es necesario realizar controles periódicos ni complejas operaciones de recalibración de los sistemas de visión estéreo.
 
Con capacidades como el bin picking y la transferencia de las piezas en la posición correcta, la robótica combinada con el sistema MIKADO ARC y con las cámaras 3D Ensenso puede llenar el vacío de la automatización adaptativa. Un método que también permite automatizar de forma sencilla y rentable series cortas.