Revolucionando a Robótica: Sistemas de Visão Hand-Eye Avançados para Movimento Aprimorado

Na robótica, um sistema hand-eye denota uma configuração onde um sistema de visão é anexado diretamente ao braço robótico, geralmente atrás da última junta. Em outras palavras, o sistema de visão se move junto com o braço robótico. Essa abordagem é relativamente nova na robótica e oferece uma alternativa à montagem fixa mais tradicional do sistema de visão, geralmente acima do volume de trabalho do robô. Embora a abordagem hand-eye possa beneficiar muitas aplicações, seu potencial até agora foi amplamente limitado por sistemas de visão padrão. A Photoneo apresenta uma solução definitiva que finalmente acaba com essas limitações baseadas em visão.

Vantagens da abordagem hand-eye

A abordagem hand-eye é muito útil em aplicações específicas, pois oferece várias vantagens sobre o método de sistema de visão fixo. Primeiro, ela pode cobrir um volume de varredura muito maior, pois pode ser direcionada especificamente à área de interesse, oferecendo muito mais flexibilidade que a abordagem fixa. O sistema de visão é, assim, limitado apenas pelo alcance do robô, e não por seu próprio volume de varredura.

Como a distância de varredura é um dos principais parâmetros que determinam a precisão da varredura, um sistema de visão hand-eye com alcance de varredura menor pode fornecer nível de detalhe muito superior comparado a um sistema de visão fixo com grande distância de varredura. Se um cliente tem uma caixa grande cheia de peças pequenas, o mais alto nível de detalhe será alcançado usando um scanner pequeno com alcance curto montado no braço robótico. O robô pode, assim, se aproximar do conteúdo da caixa com o scanner a uma distância ótima e varrer as peças individuais de diferentes ângulos e perspectivas. No entanto, quando um sistema de visão fixo fornece nível de detalhe satisfatório (como o Photoneo PhoXi 3D Scanner XL), é aconselhável escolher a abordagem de sistema de visão fixo.

Um sistema hand-eye também é vantajoso caso uma aplicação compreenda dois ou mais contêineres. Uma configuração padrão com sistema de visão fixo exigiria um eixo linear acima das caixas ou múltiplos sistemas de visão. Um sistema hand-eye precisa apenas de um scanner movendo-se com o braço robótico de um contêiner para outro.

A capacidade de varrer o conteúdo da caixa a curta distância e de qualquer perspectiva também elimina efetivamente desafios relacionados a sombras. Paredes da caixa ou um sistema de visão montado acima do contêiner de forma fixa podem projetar sombras em certas seções do contêiner, inibindo aquisição adequada de algumas peças. Nesses casos, um compromisso precisa ser feito para encontrar a posição ideal do scanner em relação à caixa e, às vezes, as peças precisam ser rearranjadas manualmente. A abordagem hand-eye supera facilmente esse desafio.

Finalmente, algumas aplicações podem exigir ajustes especiais na sala onde a célula robótica é colocada — especialmente quando se trata de redução de luz ambiente. A possibilidade de varrer o contêiner de vários ângulos minimiza a necessidade de escurecer toda a sala, permitindo capturar um lado da caixa primeiro e depois o outro.

Sistemas hand-eye apresentam uma abordagem moderna com popularidade crescente, que ganha espaço firme em um número crescente de aplicações robóticas. Seus benefícios tornam-se ainda mais importantes com o aumento da robótica colaborativa. No entanto, deve-se ter em mente que a implantação da abordagem hand-eye só faz sentido real em tipos específicos de aplicações.

Considerações importantes antes de implantar a abordagem hand-eye

A escolha da abordagem hand-eye deve sempre ser precedida de cuidadosa consideração dos requisitos e complexidades de uma determinada aplicação. Embora esse tipo de configuração ofereça várias vantagens, certos fatores precisam ser considerados antes de decidir pela abordagem hand-eye.

Sistemas hand-eye requerem instalação mais difícil que configurações com sistema de visão fixo. Também é mais difícil encontrar uma maneira ideal de lidar com os cabos que alimentam o sistema de visão implantado.

Além disso, como o scanner está anexado ao braço robótico, ele pode restringir os movimentos do robô. Portanto, é aconselhável usar um sistema de visão menor. Os modelos mais adequados da família Photoneo PhoXi 3D Scanner são XS, S, M e da MotionCam-3D modelos S, S+ e M, cobrindo juntos faixa de varredura de 16 centímetros até 1,5 metros.

Outra desvantagem dos sistemas hand-eye é maior risco de colidir com o sensor e possíveis dificuldades em encontrar a posição ideal no braço robótico para o sistema de visão, especialmente se for de tamanho maior. Outra grande desvantagem é o fato de que movimentos do robô causam vibrações, que sistemas de visão de área de alta precisão padrão não conseguem lidar. Por isso, o braço robótico precisa ficar parado durante a aquisição da varredura, o que pode prolongar o tempo de ciclo. Como resultado, a abordagem hand-eye não é a solução certa para aplicações críticas em tempo.

Em muitos casos, é melhor escolher a abordagem de sistema de visão fixo com sistema de visão 3D de alta qualidade com grande volume de varredura, como o Photoneo PhoXi 3D Scanner XL, do que optar por um sistema hand-eye com instalação/configuração difícil.

Claro, existem aplicações onde a configuração hand-eye é a melhor opção e que se beneficiam muito dessa abordagem. Nesses casos, as desvantagens acima descritas dos sistemas hand-eye podem ser superadas com tecnologia revolucionária "Parallel Structured Light" da Photoneo — a única abordagem de sensoriamento 3D que resiste efetivamente a vibrações, permitindo varredura 3D de alta qualidade de objetos em movimento sem artefatos de movimento.

Coordenação hand-eye em movimento

A tecnologia "Parallel Structured Light", implementada na câmera 3D Photoneo MotionCam-3D, permite coordenação hand-eye sem compensações. A MotionCam-3D é o único sistema de visão 3D que fornece varreduras de alta qualidade mesmo durante o movimento do braço robótico. A câmera é altamente resistente a vibrações e não requer parar o robô.

Como a tecnologia permite captura de objetos em movimento a até 144 km/h, as vibrações causadas pelo movimento do braço robótico não têm efeito na qualidade dos dados de nuvem de pontos 3D. A câmera fornece resolução de 0,9 Mpx e precisão de 300–1250 μm nos cinco modelos disponíveis (S, S+, M, M+, L). Quando mudada para modo estático, os parâmetros ficam ainda maiores, oferecendo resolução de 2 Mpx e precisão de 150–900 μm.

O maior benefício disso é que o robô não precisa parar para fazer uma varredura, o que reduz drasticamente o tempo de ciclo comparado a todas as outras tecnologias disponíveis no mercado. Isso abre portas para novas aplicações, como rastreamento instantâneo da posição do objeto.

Este argumento permanece relevante também no contexto da robótica colaborativa, que geralmente foi muito limitada pelas desvantagens dos métodos padrão. Robôs colaborativos são inerentemente mais lentos que robôs industriais e, quando combinados com a abordagem hand-eye, os tempos de ciclo são prolongados ainda mais. A MotionCam-3D supera essa limitação e funciona perfeitamente também se anexada ao braço de um robô colaborativo.

A MotionCam-3D está disponível em cinco modelos — os mais adequados para aplicações hand-eye são S, S+ e M. O menor modelo S é adequado para faixa de varredura entre 366–558 mm, enquanto o modelo S+ com as mesmas dimensões do corpo (80 x 68 x 307 mm) oferece campo de visão estendido com faixa de varredura entre 630–1574 mm. O modelo M é a escolha certa para distância de varredura variando de 497 a 939 mm.

MotionCam-3D vem como solução definitiva para qualquer tipo de tarefa robótica — seja envolvendo cenas estáticas ou dinâmicas. Limitações baseadas em sistema de visão da abordagem hand-eye agora são coisa do passado. MotionCam-3D oferece a melhor resolução e precisão para varredura em alta velocidade, resistência efetiva a vibrações e tempos de ciclo mais curtos do que nunca.

Se você considera implantar uma abordagem hand-eye em sua aplicação, não hesite em nos contatar. Teremos prazer em consultar seu projeto e sugerir a melhor solução para você.