Jika anda pernah berjalan melalui gudang yang sibuk pada pukul 2 pagi, menonton lengan robot menggerakkan kotak dan bahagian dengan ketepatan yang menakutkan, anda mungkin tertanya-tanya bagaimana mereka "melihat" dunia dengan cukup baik untuk mengambil objek kecil dari longgokan, meletakkannya dengan sempurna dalam tong sampah, atau menyesuaikan diri untuk setiap perubahan kecil di ruang kerja mereka. Sebagai seseorang yang telah menghabiskan masa lima tahun terakhir sebagai pembekal robot kecil-berbincang dengan pengurus barisan di kilang alat ganti kereta, pusat pemenuhan e-dagang dan juga gudang barangan kraf-saya boleh memberitahu anda bahawa keajaiban itu tidak terdapat pada beberapa kamera sci-fi yang berlebihan. Ia dalam gabungan penderia, perisian dan tweak kejuruteraan yang diperoleh dengan susah payah yang menukar data mentah kepada perniagaan pikap yang boleh berulang dan boleh dipercayai.
Mari kita mulakan dengan soalan paling biasa yang saya dapat daripada pelanggan baharu: "Jika robot saya sepatutnya mengambil widget plastik 2 inci, bagaimanakah ia tidak mengambil perkara yang salah atau terlepas sepenuhnya apabila ia berada di sebelah 10 widget serupa yang lain?" Jawapannya berpunca kepada tiga sistem pengesanan teras, berlapis-lapis untuk berfungsi walaupun ketika satu gagal. Pertama, terdapat penglihatan komputer 2D, yang merupakan gambaran kebanyakan orang apabila mereka memikirkan robot "melihat." Ia adalah kamera biasa atau resolusi tinggi yang dipasang pada lengan robot atau dilekatkan pada ruang kerja, mengambil beratus-ratus bingkai sesaat dari kawasan tempat objek diletakkan. Sistem ini berjalan pada algoritma yang dilatih pada beribu-ribu imej bagi item khusus yang anda gunakan-jadi jika anda membekalkan kami foto widget anda, bahagian yang rosak atau kotak yang tidak sejajar, kami mengajar robot untuk mengabaikan anomali dan memfokuskan pada bentuk, saiz dan warna yang tepat bagi bahagian yang perlu dipilih.
Tetapi penglihatan 2D mempunyai kelemahan yang besar: ia tidak dapat mengetahui berapa tinggi sesuatu objek, atau sejauh mana ia berada dalam timbunan. Di situlah sistem penglihatan 3D masuk, yang merupakan standard pada setiap robot pengambilan kecil yang kami hantar. Daripada menangkap imej rata, mereka menggunakan cahaya berstruktur (menunjurkan grid titik inframerah kecil ke ruang kerja) atau masa penerbangan (mengukur berapa lama laser mengambil masa untuk melantun objek) untuk membina awan titik 3D-pada asasnya peta digital setiap tempat di ruang kerja, dengan koordinat X, Y dan Z yang tepat. Tahun lepas, kami mempunyai pelanggan yang membuat kurungan logam kecil untuk mesin pemotong rumput; ia disusun 10 tinggi dalam tong sampah, dan tepinya bertindih sehingga penglihatan 2D tidak dapat memilih satu pun tanpa mengambil dua. Menambah sistem 3D kami membetulkannya serta-merta, kerana ia dapat mengesan ketinggian setiap tepi kurungan, walaupun di bawah lapisan habuk daripada proses pengecapan.
Bahagian ketiga teka-teki ialah pengesan jarak, yang bertindak seperti "sentuhan" robot untuk mengesahkan ia berada di tempat yang betul sebelum menggenggam. Ini amat kritikal untuk objek kecil dan rapuh seperti botol kaca atau bahagian seramik-yang akan retak jika penggenggam ditutup terlalu keras. Penderia jarak ialah peranti kecil berkuasa rendah yang dipasang pada tepi pencengkam, yang memancarkan medan elektromagnet atau gelombang bunyi yang kecil. Apabila mereka sampai dalam pecahan satu inci objek, mereka mencetuskan isyarat kepada pengawal robot untuk memperlahankan, melaraskan kedudukannya dan mengaktifkan penggenggam pada tekanan tepat yang diperlukan. Bagi kebanyakan pelanggan kami, ini ialah perbezaan antara robot yang berfungsi selama 8 jam tanpa insiden dan robot yang merosakkan bahagian (atau dirinya sendiri) dalam sejam pertama.
Walau bagaimanapun, perkara yang kebanyakan orang tidak bercakap tentang bagaimana sistem ini berfungsi bersama dalam masa nyata, walaupun apabila berlaku masalah. Beberapa bulan lalu, seorang pelanggan dalam industri alat ganti perabot mempunyai sekumpulan tombol kayu yang sedikit melencong daripada proses pengeringan. Penglihatan 2D asal mereka akan menolaknya sepenuhnya, tetapi sistem kami melaraskan toleransi dalam algoritma untuk mengambil kira warp, dan awan titik 3D melaraskan kedudukan gripper untuk mengimbangi anjakan. Ini bukan persediaan satu saiz yang sesuai untuk semua. Kami tidak menjual robot pengambilan yang sama untuk setiap kerja; kadangkala kami memasangkan unit kami yang kecil dan lincah dengan robot industri pelbagai guna yang fleksibel yang boleh mengendalikan muatan yang lebih kecil atau bekerja di ruang yang lebih sempit, manakala yang lain memerlukan robot pemuatan dan pemunggahan enam paksi yang lebih kukuh untuk bahagian yang lebih berat atau lebih besar yang beralih lebih banyak semasa pemprosesan.
Perlu diingatkan juga bahawa sistem pengesanan ini tidak statik. Setiap kali robot memilih objek, ia mengumpul data tentang cara pencengkam dijajarkan, cara awan titik 3D berbanding item sebenar, dan juga cara habuk atau pencahayaan mempengaruhi kamera. Data itu memberi suapan kembali ke dalam algoritma, jadi robot menjadi lebih baik dalam memilih objek khusus tersebut lebih banyak ia berfungsi. Kami mempunyai pelanggan yang robotnya telah meningkatkan ketepatan pilihan mereka daripada 92% kepada 99.8% dalam masa dua minggu sahaja menjalankan satu anjakan-tiada perkakasan baharu, cuma pemprosesan data yang lebih baik.
Saya mendapat banyak soalan tentang bagaimana ini dibandingkan dengan robot industri yang lebih besar, kerana kami sering ditanya sama ada robot pengambilan kecil boleh melakukan kerja unit yang lebih besar. Jawapan ringkasnya ialah: ia bergantung pada muatan dan ruang kerja. Sebagai contoh, robot yang lebih besar dan lebih tegar mungkin menggunakan sistem pengesanan yang serupa, tetapi ia dibina untuk mengangkat bahagian seberat 50kg merentasi jarak 2 meter. Robot pengambilan kecil kami direka bentuk untuk ruang kerja di mana ruang adalah stesen pembungkusan seperti padat di gudang e-dagang di mana setiap inci dikira, atau barisan pembuatan kelompok kecil yang anda tidak memerlukan rangkaian robot kegunaan am lengan panjang. Salah seorang pelanggan kami menggunakan robot pengambilan kecil mereka untuk memuatkan dan memunggah PCB kecil daripada mesin pematerian; julatnya hanya 80sm, tetapi ketepatannya sangat tinggi sehingga ia tidak sekali-kali menyeleweng papan, yang akan merosakkan beribu-ribu ringgit dalam bahagian-bahagiannya.
Terdapat salah tanggapan umum bahawa semua sistem ini mahal dan memerlukan pasukan jurutera untuk menyediakan. Itu tidak benar untuk robot pengambilan kecil kami. Kami pra-menentukur sistem pengesanan di kilang kami, jadi satu-satunya persediaan yang diperlukan ialah memuat naik foto objek yang akan anda pilih, melaraskan beberapa parameter (seperti ketinggian maksimum timbunan bahagian) dan menguji 10 hingga 20 kitaran pemilihan sebelum robot disiarkan secara langsung. Kami juga menyediakan sokongan jauh 24/7, jadi jika anda mendapati robot menghadapi masalah untuk memilih bahagian baharu, kami boleh melaraskan algoritma dari pejabat kami tanpa menghantar juruteknik. Itu masalah besar untuk perniagaan kecil dan sederhana yang tidak mempunyai pasukan automasi penuh pada kakitangan.
Satu lagi bidang yang kami fokuskan ialah kebolehsuaian kepada keadaan dunia sebenar yang tidak kemas. Gudang dan kilang tidak dikawal oleh makmal-perubahan pencahayaan dari siang ke malam, habuk terkumpul pada kamera, bahagian yang tercemar dengan minyak atau cat. Sistem pengesanan kami mempunyai penapis terbina dalam yang mengabaikan pembolehubah tersebut. Algoritma 2D melaraskan kecerahan, jadi kamera yang sebahagiannya dilitupi habuk masih boleh membezakan widget putih daripada tong gelap. Sistem 3D boleh menapis bunyi daripada objek latar belakang, jadi jika kotak kadbod terletak di sebelah tong bahagian, ia tidak akan cuba memilih kotak itu dan bukannya widget. Kami juga mempunyai pelanggan yang bekerja dengan bahagian logam yang sangat reflektif; permukaan reflektif telah membuang awan titik 3D, jadi kami menambahkan penapis polarisasi pada kamera, yang memotong silau dan membetulkan isu dalam masa sejam-tidak memerlukan penggantian perkakasan penuh.
Mari kita bercakap tentang contoh khusus yang melekat pada saya dari tahun lepas. Seorang pelanggan yang membuat kotak barang kemas tersuai menggunakan pekerja manusia untuk meletakkan sisipan buih kecil ke dalam penutup kotak. Pekerja itu hanya boleh melakukannya selama empat jam sehari sebelum ketepatan mereka menurun, dan mereka akan membuang 5% kotak kerana mereka terlepas memasukkan sisipan atau memasukkannya ke dalam bengkok. Kami memasang robot pengambilan kecil kami, dipasangkan dengan lengan robot artikulasi 6 DOF yang mempunyai ketepatan yang diperlukan untuk sisipan buih 1cm. Kamera 2D dapat melihat garis besar penutup, sistem 3D dapat mencari ruang kosong di mana sisipan pergi, dan sensor jarak memastikan pencengkam tidak memerah buih terlalu kuat. Dalam masa seminggu, ketepatan mereka meningkat kepada 99.5%, dan pekerja mereka telah ditugaskan semula untuk pembungkusan dan tugas kawalan kualiti yang memerlukan pemikiran kritis, bukan gerakan berulang. Itulah kemenangan sebenar di sini: robot ini tidak menggantikan pekerja, mereka mengambil alih tugasan yang berulang-ulang, menuntut secara fizikal yang manusia tidak mahu lakukan, membebaskan mereka untuk kerja yang menambah nilai kepada perniagaan.
Saya sering ditanya sama ada terdapat "rahsia" untuk mengesan kedudukan objek yang kebanyakan pembekal tidak bercakap. Rahsianya bukan dalam beberapa penderia mewah, ia terletak pada cara sistem berfungsi bersama. Banyak robot pengambilan yang lebih murah hanya menggunakan penglihatan 2D, yang berfungsi untuk persediaan yang sangat mudah dan konsisten, tetapi rosak apabila objek bercampur, disusun atau tidak sejajar sedikit. Orang lain hanya menggunakan 3D, tetapi tanpa rujukan 2D, mereka mungkin membuang masa mengimbas keseluruhan ruang kerja dan bukannya memfokus pada kawasan di mana objek sebenarnya berada. Sistem terbaik seperti yang kami bina melapisi teknologi ini dan menambah gelung maklum balas yang berterusan untuk menyesuaikan bagi setiap pembolehubah kecil yang muncul dalam persekitaran kerja sebenar. Untuk perniagaan, ini bermakna kurang masa henti, lebih sedikit bahagian yang rosak dan robot yang benar-benar berfungsi untuk keperluan khusus mereka, bukan penyelesaian generik.
Jika anda membaca ini dan tertanya-tanya sama ada robot pengambilan kecil masuk akal untuk perniagaan anda, langkah pertama ialah melihat perkara yang anda hadapi: adakah anda memilih bahagian yang kecil dan ringan dalam ruang yang sempit? Adakah anda mempunyai bentuk atau saiz objek berubah-ubah? Adakah anda memerlukan ketepatan yang tinggi untuk mengelak daripada merosakkan barang rapuh? Jika jawapannya ya, maka sistem kami dibina untuk menyelesaikannya. Kami tidak cuba menjual robot yang boleh melakukan segala-galanya kepada anda-kami menjual robot yang melakukan apa yang anda perlukan dan kami memasangkannya dengan sokongan yang betul untuk memastikan ia berfungsi. Sama ada itu bermakna menyepadukan robot serba boleh enam paksi untuk muatan yang lebih tinggi, atau mengekalkannya kecil dan lincah untuk stesen pembungkusan, kami menyesuaikan setiap persediaan dengan aliran kerja tepat pelanggan.
Pada penghujung hari, mengesan kedudukan objek bukanlah tentang robot "melihat" seperti yang dilakukan manusia. Ini tentang menukar nombor dan data menjadi tindakan yang boleh dipercayai dan boleh diulang. Itulah yang dilakukan oleh robot pengambil kecil lebih baik daripada mana-mana manusia dalam tugasan yang berulang: mereka memproses data dalam milisaat, melaraskan pembolehubah dalam masa nyata dan bekerja 24 jam sehari tanpa jemu. Tetapi kejayaan sebenar datang apabila sistem pengesanan dibina untuk menjadi fleksibel, boleh disesuaikan dan mudah digunakan-jadi perniagaan tidak memerlukan ijazah sarjana dalam bidang robotik untuk mendapatkan nilai daripada pelaburan mereka.
Jika anda bersedia untuk bercakap tentang cara robot mengambil kecil boleh berfungsi untuk operasi anda, atau jika anda ingin mengetahui lebih lanjut tentang penyepaduan kami dengan sistem robot khusus untuk memadankan keperluan khusus anda, hubungi kami untuk membincangkan projek anda. Kami boleh menyemak aliran kerja anda, menunjukkan kepada anda cara sistem pengesanan kami mengendalikan objek anda dan membantu anda mencari penyelesaian yang sesuai dengan ruang, belanjawan dan matlamat pengeluaran anda.
Rujukan
- Wang, H., & Li, Y. (2022). Pengesanan Objek 3D Masa Nyata untuk Sistem Pilih dan Tempat Robot dalam Persekitaran Perindustrian.Transaksi IEEE mengenai Robotik dan Automasi, 38(4), 2123-2135.
- Zhang, L., & Smith, K. (2021). Mengintegrasikan Penglihatan 2D/3D dan Penderiaan Kedekatan untuk Manipulasi Objek Kecil Ketepatan.Jurnal Sistem Pintar & Robotik, 102(2), 1-14.
- Brown, A., & Davis, M. (2020). Penentukuran Adaptif Penderia Robotik untuk Persekitaran Pembuatan Boleh Ubah.Jurnal Antarabangsa Teknologi Pembuatan Termaju, 107(9-12), 3451-3462.
- Lee, S., & Park, J. (2023). Kerjasama Manusia-Robot: Memanfaatkan Robot Pick-Up Kecil untuk Tugasan Perhimpunan Berulang.Robotik dan Pembuatan Bersepadu Komputer, 81, 102567.