Vollautomatische Kommissionierung unbekannter Produkte aus Schüttgut
Selbst ist der Roboter
In der Intralogistik finden sich in den letzten Jahre immer mehr klassische Sechsachs-Knickarmroboter, die ihren Weg aus der Produktion suchen. Das Ziel: die vollautomatische Kleinteile-Kommissionierung. Haupttreiber dabei ist der Arbeitskräftemangel, die große Herausforderung die Gestaltung eines wirtschaftlichen Gesamtprozesses. Da Roboter nur einen Teil der Artikel in jedem Sortiment handhaben können, entstehen parallele Warenströme und somit mögliche Risiken.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHDer Bin-Picking-Roboter Autopick von PSB Intralogistics soll sich dieser Herausforderun stellen. Die vollautomatische Lösung für die Einzelstück-Kommissionierung besteht im Kern aus einem Roboter mit Greifer, dem IT-Netz der Gesamtanlage sowie einem leistungsstarken Bildverarbeitungssystem - bestückt mit zwei Ensenso 3D-Kameras von IDS.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHDie Anwendung
Das Vision-System fungiert als Auge des Roboters. Es erkennt greifbare Flächen auf den zu verarbeitenden Objekten im Quellbehälter und berechnet Greifpunkte und kollisionsfreie Bahnen für den Roboter. Dieser kann dadurch unbekannte Produkte direkt aus Schüttgut greifen und im Zielbehälter in dem Bereich mit der geringsten Befüllung ablegen. Vakuumsauger sorgen dabei für ein sanftes Fassen der jeweiligen Gegenstände. Ein vorheriges Einlernen (Teach-in) der einzelnen Produkte ist nicht notwendig. Egal, ob Medizinfläschchen oder Teepackung, der multifunktionale Greifer kann für eine große Artikelvielfalt mit unterschiedlichsten Verpackungseinheiten individuell ausgelegt werden. Das System lernt mit der Zeit, welcher der verschiedenen Griffe am besten für den jeweiligen Artikel funktioniert. Die erreichbare Pickleistung für eine prozesssichere Anlage ist stark von den Eigenschaften der Greifobjekte abhängig und bewegt sich zwischen 300 und 500 Teilen pro Stunde.
Räumliches Sehen
Zwei 3D-Kameras vom Typ Ensenso N35 liefern dem System die nötigen Bilddaten. Sie arbeiten nach dem Projected-Texture-Stereo-Vision-Verfahren. Jedes Modell verwendet jeweils zwei CMOS-Sensoren sowie einen Projektor, der Hilfsstrukturen auf das aufzunehmende Objekt projiziert - auch bei schwierigen Lichtverhältnissen. Das Verfahren folgt damit dem Prinzip des räumlichen Sehens (Stereo Vision), das dem menschlichen Sehvermögen nachempfunden ist. Das Ergebnis ist eine 3D-Punktewolke als Grundlage für die benötigten räumlichen Objektinformationen. Zur Einbindung der Kameras wird das Ensenso SDK genutzt. Neben Wizards für ein einfaches Setup und zur Unterstützung der Kamerakalibrierung der 3D-Kameras beinhaltet es die Möglichkeit zur GPU-basierten Bildverarbeitung für eine noch schnellere 3D-Datenverarbeitung. Außerdem ermöglicht es die in diesem Fall erforderliche Ausgabe einer einzigen 3D-Punktewolke aller im Mehrkamerabetrieb eingesetzten Kameras sowie die Live-Komposition der 3D-Punktwolken aus mehreren Blickrichtungen.
Aufbau der Anlage
Die erste Kamera ist über der Quellkiste installiert, um diese als Kollisionsobjekt in der Bahnplanung des Roboterarms berücksichtigen zu können. Hier werden die unbekannten Teile präsentiert und die Punktewolke für die Griffpunktsuche erzeugt. Letzteres geschieht mithilfe der Software Mikado ARC (Adaptive Robot Control) von Optonic. Sie kombiniert die 3D-Stereovision-Kameratechnik von Ensenso mit einer leicht konfigurierbaren, adaptiven Robotersteuerung. Das Ergebnis ist eine vollständige 3D-Robot-Vision-Lösung für Bin Picking und Teile-Handling mit einem autonom arbeitenden Roboter, wie ihn Autopick liefert. Statt vorgegebenen, eingelernten und fest definierten Bahnen zu folgen, orientiert er sich selbständig im Arbeitsraum und reagiert auf jede Situation. Die zweite Kamera befindet sich über der Zielkiste. Hier werden freie Ablagepositionen gesucht. Zudem wird die Z-Höhe des Kisteninhaltes ermittelt, um diese bei der Bestimmung der Ablageposition berücksichtigen zu können. Entscheidend ist eine gleichmäßige Belegung der Zielkiste sowie ein sensitives Ablegen der Produkte. Letzteres ist insbesondere bei der Kommissionierung zerbrechlicher Teile von größter Wichtigkeit. Die Bildaufnahme erfolgt asynchron zum Verfahren des Roboters, um taktzeitoptimiert arbeiten zu können. "Wir haben uns für die Ensenso N35 aufgrund ihrer kompakten Bauweise und der hohen Punktwolkenqualität entschieden. Für das betrachtete Sichtfeld ist die N-Serie ideal. Die Konfiguration der Kamera kann einfach und präzise auf das jeweilige Produktportfolio abgestimmt, bzw. auch während des Prozesses angepasst werden", erklärt der Systemverantwortliche bei PSB Intralogistics. Über die Schnittstelle in das Lagerverwaltungssystem werden Griffinformationen und Kommissionieraufträge ausgetauscht.
Ausblick
Der Onlinehandel hat weiterhin ein starkes Wachstum vor sich. Dabei wird der E-Commerce-Sektor immer härter umkämpft. Intralogistik-Technologien sind deshalb oft notwendig, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Gleichzeitig hat kaum ein Wirtschaftssektor derzeit so sehr mit dem Mangel an geeignetem Nachwuchs zu kämpfen, wie die Logistik. Der wirtschaftliche Nutzen von Kommissionier-Robotern ist deshalb so hoch, dass sie mittel- bis langfristig ihren festen Platz in der Kommissionierung haben werden. Die dahinterstehenden Lösungen mit künstlicher Intelligenz werden neben dem Greifen auch noch andere Herausforderungen zu meistern lernen - selbständig oder auch kollaborativ in der Zusammenarbeit mit Menschen, zuverlässig und präzise. Bildverarbeitung u.a. mit 3D-Kameras sorgt dabei für den entscheidenden Durchblick sowie die nötige Sicherheit.
In der Intralogistik finden sich in den letzten Jahre immer mehr klassische Sechsachs-Knickarmroboter, die ihren Weg aus der Produktion suchen. Das Ziel: die vollautomatische Kleinteile-Kommissionierung. Haupttreiber dabei ist der Arbeitskräftemangel, die große Herausforderung die Gestaltung eines wirtschaftlichen Gesamtprozesses. Da Roboter nur einen Teil der Artikel in jedem Sortiment handhaben können, entstehen parallele Warenströme und somit mögliche Risiken.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHDer Bin-Picking-Roboter Autopick von PSB Intralogistics soll sich dieser Herausforderun stellen. Die vollautomatische Lösung für die Einzelstück-Kommissionierung besteht im Kern aus einem Roboter mit Greifer, dem IT-Netz der Gesamtanlage sowie einem leistungsstarken Bildverarbeitungssystem - bestückt mit zwei Ensenso 3D-Kameras von IDS.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHDie Anwendung
Das Vision-System fungiert als Auge des Roboters. Es erkennt greifbare Flächen auf den zu verarbeitenden Objekten im Quellbehälter und berechnet Greifpunkte und kollisionsfreie Bahnen für den Roboter. Dieser kann dadurch unbekannte Produkte direkt aus Schüttgut greifen und im Zielbehälter in dem Bereich mit der geringsten Befüllung ablegen. Vakuumsauger sorgen dabei für ein sanftes Fassen der jeweiligen Gegenstände. Ein vorheriges Einlernen (Teach-in) der einzelnen Produkte ist nicht notwendig. Egal, ob Medizinfläschchen oder Teepackung, der multifunktionale Greifer kann für eine große Artikelvielfalt mit unterschiedlichsten Verpackungseinheiten individuell ausgelegt werden. Das System lernt mit der Zeit, welcher der verschiedenen Griffe am besten für den jeweiligen Artikel funktioniert. Die erreichbare Pickleistung für eine prozesssichere Anlage ist stark von den Eigenschaften der Greifobjekte abhängig und bewegt sich zwischen 300 und 500 Teilen pro Stunde.
Räumliches Sehen
Zwei 3D-Kameras vom Typ Ensenso N35 liefern dem System die nötigen Bilddaten. Sie arbeiten nach dem Projected-Texture-Stereo-Vision-Verfahren. Jedes Modell verwendet jeweils zwei CMOS-Sensoren sowie einen Projektor, der Hilfsstrukturen auf das aufzunehmende Objekt projiziert - auch bei schwierigen Lichtverhältnissen. Das Verfahren folgt damit dem Prinzip des räumlichen Sehens (Stereo Vision), das dem menschlichen Sehvermögen nachempfunden ist. Das Ergebnis ist eine 3D-Punktewolke als Grundlage für die benötigten räumlichen Objektinformationen. Zur Einbindung der Kameras wird das Ensenso SDK genutzt. Neben Wizards für ein einfaches Setup und zur Unterstützung der Kamerakalibrierung der 3D-Kameras beinhaltet es die Möglichkeit zur GPU-basierten Bildverarbeitung für eine noch schnellere 3D-Datenverarbeitung. Außerdem ermöglicht es die in diesem Fall erforderliche Ausgabe einer einzigen 3D-Punktewolke aller im Mehrkamerabetrieb eingesetzten Kameras sowie die Live-Komposition der 3D-Punktwolken aus mehreren Blickrichtungen.
Aufbau der Anlage
Die erste Kamera ist über der Quellkiste installiert, um diese als Kollisionsobjekt in der Bahnplanung des Roboterarms berücksichtigen zu können. Hier werden die unbekannten Teile präsentiert und die Punktewolke für die Griffpunktsuche erzeugt. Letzteres geschieht mithilfe der Software Mikado ARC (Adaptive Robot Control) von Optonic. Sie kombiniert die 3D-Stereovision-Kameratechnik von Ensenso mit einer leicht konfigurierbaren, adaptiven Robotersteuerung. Das Ergebnis ist eine vollständige 3D-Robot-Vision-Lösung für Bin Picking und Teile-Handling mit einem autonom arbeitenden Roboter, wie ihn Autopick liefert. Statt vorgegebenen, eingelernten und fest definierten Bahnen zu folgen, orientiert er sich selbständig im Arbeitsraum und reagiert auf jede Situation. Die zweite Kamera befindet sich über der Zielkiste. Hier werden freie Ablagepositionen gesucht. Zudem wird die Z-Höhe des Kisteninhaltes ermittelt, um diese bei der Bestimmung der Ablageposition berücksichtigen zu können. Entscheidend ist eine gleichmäßige Belegung der Zielkiste sowie ein sensitives Ablegen der Produkte. Letzteres ist insbesondere bei der Kommissionierung zerbrechlicher Teile von größter Wichtigkeit. Die Bildaufnahme erfolgt asynchron zum Verfahren des Roboters, um taktzeitoptimiert arbeiten zu können. "Wir haben uns für die Ensenso N35 aufgrund ihrer kompakten Bauweise und der hohen Punktwolkenqualität entschieden. Für das betrachtete Sichtfeld ist die N-Serie ideal. Die Konfiguration der Kamera kann einfach und präzise auf das jeweilige Produktportfolio abgestimmt, bzw. auch während des Prozesses angepasst werden", erklärt der Systemverantwortliche bei PSB Intralogistics. Über die Schnittstelle in das Lagerverwaltungssystem werden Griffinformationen und Kommissionieraufträge ausgetauscht.
Ausblick
Der Onlinehandel hat weiterhin ein starkes Wachstum vor sich. Dabei wird der E-Commerce-Sektor immer härter umkämpft. Intralogistik-Technologien sind deshalb oft notwendig, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Gleichzeitig hat kaum ein Wirtschaftssektor derzeit so sehr mit dem Mangel an geeignetem Nachwuchs zu kämpfen, wie die Logistik. Der wirtschaftliche Nutzen von Kommissionier-Robotern ist deshalb so hoch, dass sie mittel- bis langfristig ihren festen Platz in der Kommissionierung haben werden. Die dahinterstehenden Lösungen mit künstlicher Intelligenz werden neben dem Greifen auch noch andere Herausforderungen zu meistern lernen - selbständig oder auch kollaborativ in der Zusammenarbeit mit Menschen, zuverlässig und präzise. Bildverarbeitung u.a. mit 3D-Kameras sorgt dabei für den entscheidenden Durchblick sowie die nötige Sicherheit.
IDS Imaging Development Systems GmbH
Dieser Artikel erschien in ROBOTIK UND PRODUKTION 5 (September) 2021 - 15.09.21.Für weitere Artikel besuchen Sie www.robotik-produktion.de
