El software de sensor basado en cámara simplifica el hardware del robot

ROBOTER

Detalles: Publicado: 17.06.2018; Última actualización: 28.12.2023; Golpea: 8437

La puesta en marcha Rovi RobotVisión por tres investigadores TU München ha hecho su misión simplificar significativamente el hardware para robots de todo tipo: según su investigación, el equipo ha tenido éxito por primera vez en el mundo en el uso de componentes electrónicos tradicionales costosos sensores para ser reemplazado con nuevo software y cámaras comunes. Debido a la opción de control directo del Motores usó los inventores agarrar de Gimatic.

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El software de sensores en robótica ve en lugar de sentir
Primeros éxitos y una mirada hacia el futuro
- Conferencia del Dr. Clemens Schuwerk - Vídeo

El software de sensores en robótica ve en lugar de sentir

El Dr. Clemens Schuwerk, Control Engineering, Marketing and Sales de la start-up Rovi Robot Vision, Munich, presenta una tecnología en la que software, cámaras y procesamiento de imágenes costosos sensores electrónicos tradicionales en Robots sustituto. También se incluye: la tecnología de pinzas de Gimatic. La conferencia se dio el 7 de junio de 2018 en la conferencia de prensa comercial en Roncadelle, Italia.

Medición de par con sensores dentro de la transmisión

La idea del software sensor basado en cámara para robots inteligentes surgió a partir de la tesis doctoral sobre el tema Percepción visual-háptica del entorno para sistemas de robots autónomos por el co-fundador Dr.-Ing. Nicolas Alt. Inspirándose en la observación de cómo las aspiradoras robóticas encuentran intencional y repetidamente obstáculos para el mapeo táctil, desarrolló un sensor táctil para plataformas robóticas móviles durante su doctorado. El sensor consistía en un simple haz de espuma, que es observado por una cámara ya instalada en el robot y que funciona como un parachoques blando.

El mismo concepto también se aplica a los sensores táctiles que ahora colocamos en los dedos de las pinzas”, explica El Dr. Clemens Schuwerk, Ingeniería de Control, Marketing y Ventas en Rovi Robot Vision. “Más tarde ampliamos el concepto de usar una cámara externa para combinarla con elementos pasivos para construir otros sensores para robots, a saber, sensores de fuerza-torque y sensores de ángulo. “Los tres conceptos de sensores están patentados o pendientes de patente.

dr. Nicolás Alt y el Dr. Clemens Schuwerk se conocieron mientras hacían su doctorado en la misma cátedra y terminó con el tercero del grupo, M. Sc. Stefan Lochbrunner pronto unió fuerzas para seguir desarrollando y comercializando la nueva tecnología y escindir una empresa. Un proyecto derivado surgió del proyecto de investigación en 2016. Actualmente, el proyecto está siendo financiado por EXIST Forschungstransfer, un programa de financiación del Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Energía específicamente para nuevas empresas de alta tecnología del Investigación.

Principio de la tecnología de software de sensores

El software del sensor reemplaza los complejos sistemas de sensores basados en hardware y permite que los robots hagan precisamente eso. sentir a través de ver. La innovación técnica incluye la medición robusta de posiciones articulares, posiciones, fuerzas de agarre, perfiles de contacto y otra información de contacto táctil o háptica utilizando procesamiento de imágenes y una cámara montada externamente alrededor del brazo o en la pinza.

Pinzas de robot, EOAT, kits de pinzas para cobots y robots industriales

Este novedoso concepto de sensor puede ser explicar claramente con una analogía con los humanos: Con los ojos cerrados, una persona solo puede posicionar su brazo de manera imprecisa, ya que nuestra percepción de la posición de nuestras extremidades y sus posiciones articulares es imprecisa. Clásico Los robots industriales Aunque por lo general trabajan 'a ciegas', a diferencia de los humanos, utilizan sensores de alta precisión junto con una construcción rígida para lograr un posicionamiento altamente preciso del efector final.

Los humanos, por otro lado, también usan el percepción visual y, por tanto, procesamiento de información multimodal para permitir una manipulación precisa de los objetos. De manera similar, con la tecnología de sensores basada en software de Rovi, las posiciones conjuntas se convierten en una Brazo roboticoCon una cámara económica se registran tanto las posiciones como las fuerzas de agarre, lo que permite una interacción precisa y autónoma del robot con los objetos.

El software calcula la posiciones conjuntas uno Brazo robotico en el espacio tridimensional utilizando algoritmos de análisis de imágenes. Los sensores de par de fuerza y los sensores táctiles se reemplazan por elementos flexibles pasivos simples, como espuma económica. Las fuerzas de contacto conducen a deformaciones características de estos elementos. El software también mide esta deformación con la ayuda de métodos de análisis de imágenes y calcula las fuerzas y los momentos presentes utilizando un modelo de material. El software del sensor se puede aplicar a sistemas robóticos completos, brazos robóticos, pinzas o plataformas robóticas móviles y permite el control inteligente de estos sistemas.

El software Rovi reemplaza una gran cantidad de sensores en sistemas robóticos, que, entre otras cosas, la cableadoesfuerzo reducido. Además, permite la realización de robots sensibles y al mismo tiempo rentables. Porque estas cámaras industriales son extremadamente rentables y potentes debido a su enorme distribución. Al mismo tiempo, son indispensables para el reconocimiento del entorno en los robots y, por lo tanto, ya están presentes en muchos robots.

Engranajes armónicos para robots industriales, cobots y manipulación

Dado que la configuración actual del robot a través de cámaras y programas es medido sujetadores no necesariamente debe construirse lo más rígidamente posible y fabricarse con alta precisión. En su lugar, se pueden utilizar elementos y materiales compatibles y procesos de fabricación más simples con menos precisión. Esto ahorra costes y evita complejos sistemas de protección. Sin embargo, con elementos flexibles, la posición del brazo ya no se puede calcular usando las posiciones de las articulaciones y el modelo de robot rígido, como es convencional. Una cámara externa en conexión con el software Rovi, por otro lado, aún permite el cálculo preciso de la posición del brazo y el efector final, ya que la cámara también registra las deformaciones.

También en pinzas industriales Las cámaras se convertirán cada vez más en el estándar en el futuro. En muchos casos, estas cámaras se pueden utilizar para los sensores basados en software descritos, ya que estos funcionan junto con cualquier cámara.

Características en comparación con la robótica tradicional

Brazos robóticos industriales con punto de sensores de hardware convencional precisiones absolutas muy altas de <0,1 mm y altas velocidades de articulación porque fueron especialmente diseñadas para ello. Los sensores de hardware pueden ofrecer frecuencias de muestreo de >1 kHz aquí. "El objetivo de nuestra tecnología no es competir con estos valores", dice el Dr. calzado.

“Una medida relevante para los robots en entornos desconocidos y cambiantes es la precisión relativa entre el robot y el objetivo. Y aquí vemos nuestro terreno. Al igual que cualquier brazo industrial que se complementa con una cámara, estamos limitados por la estimación de la posición del objeto de destino basada en la cámara. En configuraciones típicas con cámaras simples, obtenemos alrededor de 1 mm. Las cámaras Ultra HD permiten <0,3 mm. Nuestro objetivo es una velocidad de <45°/s", explica Clemens Schuwerk. Esta es una opción segura para los robots 'fuera de la jaula' y también la utilizan muchos robots existentes.

La precisión del tacto y sensores de fuerza-par depende en gran medida de la configuración de la cámara (distancia, resolución). En casos típicos, se logra una precisión de menos del 5 %, que es comparable a la precisión de los sensores de hardware de gama media.

Pinza inteligente con cámara integrada

Para el sistema de agarre inteligente con un sistema de cámara estéreo integrado y sensores basados en cámaras, se utilizó la pinza de dos mordazas MPLM1630HAN de Gimatic. Por un lado, esto encaja bien con las aplicaciones del tamaño actual para recoger piezas pequeñas. "Lo más importante es que no pudimos encontrar ninguna pinza alternativa en el mercado que nos permitiera controlar el motor directamente", recuerda el joven empresario. Esta interfaz es importante para que los datos del sensor del software puedan usarse para controlar y monitorear de manera inteligente el proceso de agarre.

La pinza Gimatic permite a través de la interfaz abierta al motor el rápido y fácil desarrollo de un prototipo. "Aunque aquí utilizamos hardware probado y de alta calidad, podemos concentrarnos en nuestro tema central de software", dice el Dr. Schuwerk y más: "Para las nuevas empresas jóvenes como nosotros, es particularmente importante utilizar los recursos limitados disponibles de manera eficiente. De esta manera, obtenemos rápidamente un producto como cliente piloto y podemos desarrollarlo aún más con los comentarios obtenidos”.

Desafíos en el desarrollo

“Construir un robot es generalmente un desafío para dominar las diversas disciplinas, como la mecánica, la electrónica, los controles, el software y la visión por computadora en un equipo pequeño. También tuvimos que evitar proyectos de desarrollo separados para cada disciplina", dice el Dr. Clemens Schuwerk. Sin embargo, la competencia central de Rovi se encuentra en el área del software, por lo que los jóvenes emprendedores querían el hardware. usar componentes existentes.

Programación de robots | software y controles

"Hay una disponibilidad muy limitada de hardware abierto y/o modular para robótica, lo que ha dificultado la construcción de un sistema de demostración", dice el Dr. calzado. “Precisamente por este motivo nos decidimos por la pinza de Gimatic, porque no existe otra interfaz 'abierta' al motor en el mercado. Todavía estamos buscando otros socios para ciertos subsistemas como Articulaciones robot y engranajes Después de todo, el software debe desarrollarse continuamente y el objetivo principal es trabajar muy de cerca con los clientes y socios.

Para abrir nuevos campos de aplicación

tradicional Los robots industriales como los que se utilizan para la manipulación de materiales, el montaje o la logística, son hoy en día en su mayoría especialistas preprogramados adaptados a aplicaciones específicas. Por lo general, hacen su trabajo de manera confiable las 24 horas del día, los siete días de la semana.

“Con nuestra tecnología, no estamos apuntando a aplicaciones de tecnología de automatización tradicionales donde se requieren tiempos de ciclo muy cortos para tareas preprogramadas o bien definidas. Nuestro software de sensor lo hace posible novedosos brazos robóticos y pinzasque actúan de manera sensible y autónoma, pero que están técnicamente muy simplificados y, por lo tanto, se pueden producir a un precio muy bajo", explica el cofundador de la visión de uso.

La startup permite así el uso de robots. en mercados completamente nuevos y aplicaciones que no serían económicamente viables con las tecnologías actuales. Se pueden encontrar ejemplos de aplicación en todas las áreas de la industria, pero preferiblemente donde se requiere un manejo flexible y seguro de objetos, como en logística, Agricultura, industria alimentaria o en áreas donde los robots tienen que adaptarse a una combinación de productos que cambia rápidamente. A mediano plazo, los investigadores ven aplicaciones para la tecnología, pero también para aplicaciones domésticas, donde generalmente hay una enorme presión de precios.

Primeros éxitos y una mirada hacia el futuro

Por primera vez, el software de sensor basado en cámara para un brazo robot de mesa auf der Hannover Messe presentado en 2018. La respuesta de los visitantes al stand fue muy positiva. “Pudimos hablar con algunos tomadores de decisiones clave de la industria y mostrar nuestro producto. Al mismo tiempo, pudimos hablar con una gran cantidad de usuarios de una amplia variedad de industrias. Esto resultó en posibilidades de aplicación completamente nuevas para nuestra solución de sensores, que ni siquiera habíamos considerado antes", resume el Dr. calzado. Por cierto, en junio Rovi estará en el Automatica estar representada en Munich.

Como empresa emergente joven, los tres investigadores persiguen el objetivo principal de utilizar la tecnología para clientes piloto. Allí están buscando emprendedores visionarios, cuyos procesos pueden mejorar y automatizar con sistemas robóticos inteligentes y rentables. A largo plazo, se ven a sí mismos como proveedores de este software de sensores, cuya licencia otorgan a los fabricantes de sistemas de robots e integradores.