Coleta em Caixa de Precisão: Aproveitando Coordenação Hand-Eye para Automação Robótica Avançada

Coleta em caixa (bin picking), ou seja, coleta robótica de objetos com poses aleatórias de uma caixa, é uma das tarefas robóticas mais comuns, mas também uma que apresenta alguns dos maiores desafios tecnológicos. Um robô precisa ser equipado com visão e inteligência robótica excepcionais para conseguir localizar cada peça em uma caixa, navegar até ela sem colidir com o ambiente ou outras peças, então coletá-la e colocá-la com segurança em outro local em posição alinhada.

Existem duas maneiras de montar um sistema de visão 3D na célula robótica, cada uma com suas vantagens e cada uma mais adequada para certas aplicações:

A. Calibração extrínseca

B. Calibração hand-eye

Calibração extrínseca

Calibração extrínseca é usada em configurações onde o scanner é montado em posição fixa e estacionária na célula robótica, geralmente acima da caixa. O scanner não deve ser movido em relação ao robô após o sistema ter sido calibrado, mas não precisa ser estacionário em relação à célula robótica.

A Photoneo oferece cinco modelos do PhoXi 3D Scanner (XS a XL), cada um fornecendo volume de varredura diferente, variando de 16 centímetros até 4 metros. Como regra prática, quanto mais espaço é necessário para a aplicação de coleta em caixa — incluindo espaço para movimento do robô, tamanho da caixa e peças, etc. — maior o modelo do PhoXi 3D Scanner requerido.

A calibração extrínseca é feita com qualquer esfera adequada anexada à extremidade do braço robótico ou ao gripper. A esfera precisa ser feita de material adequado para varredura, ou seja, liso e não muito reflexivo.

Calibração extrínseca: O scanner 3D é montado em posição estacionária.

Coleta hand-eye

Calibração hand-eye permite montar o sistema de visão 3D diretamente no braço robótico. Para uma calibração bem-sucedida, o scanner deve ser montado atrás da última junta (ex.: no gripper). Quaisquer alterações na posição do scanner após a calibração tornam a matriz de calibração inválida e todo o procedimento de calibração deve ser realizado novamente.

A calibração hand-eye é feita com um padrão de marcador — uma folha plana de papel (ou outro material) com padrão especial reconhecido pelos scanners 3D Photoneo PhoXi.

Calibração hand-eye: O scanner 3D é montado no braço robótico.

Vantagens da coleta hand-eye

A coleta hand-eye oferece várias vantagens sobre a configuração tradicional. Se você tem uma caixa grande e um scanner montado acima dela com ponto de vista fixo, você não conseguirá varrer a caixa com um scanner pequeno. Se você montar um scanner pequeno diretamente no braço robótico, pode se aproximar do conteúdo da caixa com o scanner e escolher qual parte da caixa varrer.

Outra vantagem da coleta em caixa hand-eye surge caso você tenha duas caixas. Um scanner montado firmemente em posição fixa não conseguirá fazer varreduras de ambas as caixas — isso exigiria pelo menos dois scanners. Em contraste, um scanner montado no braço robótico se moverá de uma caixa para outra e fará varreduras de seus conteúdos a distância e ângulo apropriados. Assim, consegue cobrir área maior que a calibração extrínseca.

A coleta em caixa hand-eye também pode eliminar a necessidade de escurecer a sala onde a célula robótica está colocada. A luz ambiente vinda de uma janela pode representar sérios desafios ao sistema de visão 3D implantado e frequentemente requer esforço especial para escurecer toda a sala. Um scanner anexado ao robô pode fazer varreduras de uma caixa de um lado primeiro e depois do outro, minimizando a necessidade de ajustes especiais no ambiente.

Também pode acontecer que o próprio sistema de visão 3D projete sombras na caixa e iniba aquisição de alta qualidade da cena. Esse problema geralmente é resolvido fazendo um compromisso e encontrando a posição mais ótima do scanner em relação à caixa ou rearranjando manualmente as peças dentro da caixa para que o sistema de visão as capture todas no final. A coleta hand-eye elimina esse problema, pois permite que o scanner "olhe" a cena de qualquer ângulo e de qualquer posição.

Da mesma forma, a abordagem hand-eye é solução ótima para coletar peças colocadas próximas às paredes da caixa. As paredes — e até as próprias peças — podem projetar sombras e inibir o reconhecimento das peças, então montar o sistema de visão no braço robótico permitirá que você se aproxime e colete as peças de um ângulo apropriado.

Embora a coleta em caixa hand-eye forneça numerosas vantagens sobre a calibração extrínseca, também é justo dizer que um scanner anexado ao braço robótico pode restringir os movimentos do robô. Tendo essa limitação em mente, é aconselhável escolher um scanner menor. No caso da família PhoXi 3D Scanner da Photoneo, os modelos apropriados são XS, S, M e L, cobrindo faixa de varredura de 16 cm até 2 m.

Outro fato importante é que o robô precisa ficar parado durante a aquisição da varredura, o que pode prolongar o tempo de ciclo. Portanto, a abordagem hand-eye não é adequada para aplicações críticas em tempo.

Se você quer automatizar sua aplicação mas não tem certeza de qual tipo de solução de coleta em caixa seria mais adequada para seu projeto, entre em contato e vamos discutir. Teremos prazer em auxiliá-lo.