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robeye

robeye - 3D Roboterführungssystem

Eine der dringendsten Aufgaben bei der industriellen Fertigung ist die Senkung der Herstell- und Betriebskosten, Steigerung der Flexibilität bei Beibehaltung oder Verbesserung der Qualität, um Vorteile im Wettbewerb zu erlangen.

robeye cube

Die effective Solutions GmbH kann ihren Kunden, durch die Sicherung der exklusiven Vertriebs- und Einsatzrechte der Software „CORTEX“ von Recognition Robotics Incorporated (RRI) für den gesamten europäischen Raum ,eine einzigartige, Hightech-Systemlösung im Bereich Roboterführung anbieten, die innovativste Technology mit Simplizität in der Handhabung verbindet.

robeye ist eine Roboterapplikation zur Erkennung und Lokalisierung von bekannten Objekten sowie zur automatischen Generierung des Offsets/Versatzes zur eingelernten Position/Orientierung.

Die Standardfunktion von robeye wird vor allem bei Be- und Entladevorgängen aus Behältern, einfachen Vorrichtungen, Förderbändern, Transportsystemen oder Sonderladungsträgern angewendet.
Dabei besteht unter anderem. auch die Möglichkeit die Funktionalität zu erweitern, um Randbedingungen, wie Störkonturen der Bauteilträger bzw. Behälter zu prüfen.
Weitere Anwendungsfälle sind das Erkennen und Lokalisieren von Objekten in robotergesteuerten Prozessen. Wie z.B. das Auffinden von Bohrungen oder Bauteilen, wie Reifenventilen an der Fahrzeugfelge, um den Reifendruck automatisiert zu überprüfen bzw. zu verändern.

Welche Beweggründe gibt es grundsätzlich um Roboterführungssysteme einzusetzen:

  • Einsatz als einfache Bauteilzuführung an hochautomatisierten Anlagen als Ersatz für teils hochkomplexe Bauteilspeicher, z.B. Griff in die Kiste (Bin Picking)
  • Einsatz als einfache Bauteilzuführung an hochautomatisierten Anlagen als Ersatz für teils hochkomplexe Bauteilspeicher.
  • Verwendung als Roboterapplikation zum Auffinden von Objekten, deren Position veränderlich ist, zur gesicherten Abfolge des robotergeführten Fertigungsprozesses.
  • Reduzierung von Überwachungs-, Einlege – und Wartungspersonal.
  • Geringer oder vernachlässigender Bedarf an Lager oder Produktionsfläche (Greifer).
  • Reduzierung von Logistik- und Strukturkosten, da auf teure bauteilspezifische Sonderladungsträgern verzichtet werden und zudem erheblich Lagerplatz durch die geringere Anzahl an Ladungsträgern eingespart werden kann. Lediglich der Einsatz von Bauteilbehältern mit Grobpositionierung ist ausreichend.
  • Die Hardware des robeye Systems kann im Gegensatz zu konventionellen Bauteilzuführungen wiederverwendet werden.

Die herausragenden Eigenschaften von robeye sind:

  • Außergewöhnlich einfache und schnelle Bedienung bzw. Programmierung
  • Es sind keine CAD Daten erforderlich.
  • “Point to Click“ Programmierung.
  • Keine Vision - Experten zur Programmierung notwendig.
  • Durchschnittlich kann in nur 10min ein Bauteil programmiert werden.
  • Höchste Flexibilität
  • Unzählige Bauteile können eingelernt werden.
  • “Neue Bauteile/Modelle müssen lediglich neu programmiert werden.
  • Einsatz von handelsüblichen Industriestandardkomponenten
  • Nur eine Farbkamera für die Erkennung in 3D notwendig.
  • Auf aufwendige Strukturbeleuchtungstechnik kann verzichtet werden.
  • Lediglich ein Verbindungskabel zur Kamera.
  • Keine aufwendigen Kalibriermaßnamen
  • Geringe Mean Time To Repair (MTTR)
  • Kamera kann an eine gut zugängliche Stelle am Greifer montiert werden.
  • Im Falle einer Kollision mit der Verschiebung der Kameraposition können Ungenauigkeiten schnell durch einfaches Wiedereinlernen kompensiert werden. Eine Kalibrierung des Systems ist nicht erforderlich

Das robeye System wird mit der patentierte Software Cortex (Cortex: Hirnrindenschicht des Auges/der Linse) gesteuert.
Der Entwickler, Erfinder dieser Software und Inhaber des Unternehmens Recognition Robotics Inc., Dr. Simon Melikian versteht es die Logik des menschlichen Erkennens von Gegenständen in Algorithmen zu fassen und dadurch rein anhand von Grafik (Bildern) Positionen von Gegenständen programmatisch ermitteln zu können.

robeye flowchart

Sicherlich kann man rein physikalisch mit einem Auge (analog: einer Kamera) kein 3 dimensionales Bild erkennen, aber dennoch ist es dem menschlichen Gehirn prinzipiell möglich durch die Verzerrung des Bildes eine Position oder Orientierung eines Objektes im Raum zu errechnen.
Wenn ein Mensch versucht ein Zielobjekt im maximalen Abstand seiner Armlänge mit einem seiner Finger zu treffen und dabei ein Auge verschließt, so wird das nicht in jedem Fall punktgenau funktionieren. Je geringer jedoch der Abstand des Fingers zum Zielobjekt ist, desto genauer kann das menschliche Gehirn die Route des Fingers errechnen und dieser wird das Zielobjekt treffen. Eben diese Funktionsweise der Auge-Finger Koordination des Menschen macht sich die Cortex Software zu eigen.


Standardfunktion robeye – Einlernen/Teachen von Bauteilen in das System

Die Basis und Referenz für die Berechnung des Offsets/Versatz der robeye Bauteilerkennung bildet die Kameraaufnahme an der Teachposition.
Diese individuelle Position im Raum, normalerweise senkrecht zur Entnahmeposition und/oder auf die konturreichsten Bereiche des Bauteils fokussiert, wird mit dem Roboter angefahren und eine Kameraaufnahme getätigt.
Diese Teachaufnahme wird danach durch die Software verarbeitet, erkannte Konturen werden sichtbar und, nachdem unerwünschte Konturen, wie z.B. Konturen des Hintergrunds, auf sehr einfache Weise mit einem virtuellen Radiergummi über das Software Interface manuell bereinigt wurden, werden diese in das System eingelernt.
Diese (Soll-) Konturen repräsentieren nun für robeye die Abstands (X,Y,Z)- und Winkelrelation (RX, RY, RZ) zwischen Kamera und Bauteil an der Teachposition.
robeye wird nun bei der Bauteilerkennung immer versuchen anhand der Offsetberechnung den Roboter an diese Relativposition zum Bauteil zu steuern.

robeye prinzip

In der praktischen Anwendung wird das Bauteil nicht in der eingelernten Position zur Entnahme bereitstehen, sondern wird in allen 3 Dimensionen von der Erwartung abweichen.
Der Roboter wird zunächst mittels konventioneller Roboterprogrammierung die ursprüngliche Teachposition anfahren.
robeye wird mit einer Kameraaufnahme das Bauteil lokalisieren, identifizieren und erkennen, dass die Kontur nicht mit der Sollkontur übereinstimmt.
Nun berechnet robeye von dieser Offsetposition den Versatz aus, den der Roboter verfahren muss, um die Sollkontur zu erreichen und sendet das Offset an die Robotersteuerung.
Der Roboter verfährt in diese logische Teachposition und robeye wird ein wiederum eine Aufnahme tätigen, um die erkannten Konturen der neuen Aufnahme mit den eingelernten Konturen abzugleichen und zu überprüfen. Sind diese identisch, wird der Roboter zur Entnahme freigegeben, ansonsten wird eine zusätzliche logische Schleife abgearbeitet und die Position nachjustiert.
Prinzipiell ist unser System fähig ohne diese Prüfung direkt den Roboter für die Entnahme freizugeben, jedoch werden dadurch mögliche Toleranzen der Offsetgenerierung sowie der Mechanik des Roboter minimiert und dadurch eine wiederholgenaue Entnahme des Bauteils sichergestellt.

Die nachfolgenden Screenshots zeigen anschaulich die Simplizität unseres robeye 3D Roboterführungssystems anhand des Teachprozesses

  • Einlernen von neuen Bauteilen oder Modelltypen in wenigen Minuten
  • Einfachste Bedienung
  • Keine Spezialisten erforderlich

Angezeigte Werte des Softwareinterfaces:

  • Positionsversatz in DX,DY,DZ
  • Winkelversatz in RX, RY, RZ
  • Erkennungsdauer
  • Übereinstimmungssatz erkannte Konturen zu eingelernten Konturen
robeye_teaching01

robeye Softwareinterface in Teachposition

robeye_teaching02

Bild aufnehmen und einlesen, robeye erkennt alle grün gekennzeichneten Konturen und stellt diese dem Anwender zur Auswahl.

robeye_Radiermodus

Radiermodus, mit einem virtuellen Radierer können nun die ungewollten Konturen, wie z.B. Hintergrundobjekte, entfernt werden.

robeye_bereinigt

Alle nicht relevanten Konturen sind nun entfernt. Das Ergebnis wird gespeichert und eingelernt.

robeye_Teachkontur

Test der eingelernten Konturen. Alle gelben Linien/Konturen werden nun selbständig von robeye erkannt. Das Einlernen ist abgeschlossen.

Leistungsdaten

Prozesszeit für Erkennung: <300ms

Aus den bisher umgesetzten Projekten im Automobilbau zur Entnahme von größeren Bauteilen, wie Seitenwänden, Türinnenteilen oder Unterbauteilen wurden folgende Toleranzen erreicht, dabei ist die Wiederholgenauigkeit des Roboters bereits beinhaltet:: Bauteilversatz/ -orientierung:

± 300 mm X,Y,Z

± 5° RX,RY,RZ

Systemtoleranz/Wiederholgenauigkeit:

± 0,5mm X,Y,Z

Diese Toleranzen werden maßgeblich von dem Anwendungsfall, der Komponentenauswahl, der Teachposition usw.. beeinflusst und können entsprechend den Anforderungen beeinflusst werden. Deshalb lassen sich hierzu keine allgemeingültigen Aussagen treffen.

Unsere robeye Spezialisten werden für Sie ein Gesamtkonzept aus robeye Komponenten und Logik ausarbeiten, dass entsprechend Ihren individuellen Erfordernissen Rechnung trägt.

robeye ist in der Lage über TCP/IP oder der seriellen Schnittstelle RS232 mit handelsüblichen Robotersteuerungen zu kommunizieren.

TCP/IP Kommunikation robeye kann mit jeder Art von Robotersteuerung kommunizieren, die über ein „socket messaging protocol“ verfügt.

Für Kuka Roboter (inklusive VW-User) wird die Schnittstelle über das hierfür benötigte XML Modul realisiert.

RS232 Serielle Kommunikation Diese Art der Kommunikation wurde für Roboter von ABB, Fanuc, Kawasaki, Kuka (inklusive VW-User) als auch Motoman konfiguriert als auch getestet.