KNAPP – 3D kamerový systém v mobilních robotech
Kamery za volantem
3D kamerový systém v autonomních mobilních robotech
Ve světě, který se neustále přizpůsobuje rychlým změnám a pokroku v oblasti technologií a udržitelnosti, je čím dál důležitější mít přepracované intralogistické procesy. KNAPP Industry Solutions, dceřiná společnost rakouského průkopníka v oblasti intralogistiky KNAPP AG, nastavuje nová měřítka díky pokročilým autonomním mobilním robotům a výkonné 3D kamerové technologii ifm.
Rakouská společnost KNAPP se sídlem v Hart bei Graz se specializuje na vývoj logistických řešení na míru.
„Pomáháme našim zákazníkům automatizovat procesy v celém hodnotovém řetězci a rozvíjet digitalizaci. Jsme rozděleni do různých obchodních jednotek, např. potravinářské, módní, maloobchodní, velkoobchodní a průmyslové. Ve společnosti Industry Solutions sloužíme zákazníkům ve výrobním průmyslu a vyvíjíme autonomní mobilní roboty, takzvané Open Shuttles,“ vysvětluje Philipp Gotzmann, vedoucí týmu vývoje softwaru pro Shuttle Control.
Transportéry autonomně přepravují zboží mezi různými výrobními místy nebo skladovacími prostory. Pokrývají širokou škálu aplikací, od přepravy těžkých palet až po přepravu drobných materiálů a kartonů.
Na rozdíl například od vozidel AGV (Automated Guided Vehicles), která se pohybují po pevně stanovené trase, patří Open Shuttles do kategorie AMR (Autonomous Mobile Robots). Vyznačují se tím, že vzdálenost mezi výchozím a cílovým bodem mohou překonat flexibilně a bez pevné trasy.
Výhoda: Systémy AMR se dokážou rychle přizpůsobit měnícím se rozvržením a procesům. Díky tomu se minimalizuje čas potřebný k nastavení nových úloh nebo v případě změny prostředí. Díky této přizpůsobivosti lze snadno rozšířit nebo snížit kapacitu, což z dlouhodobého hlediska představuje nákladově efektivní řešení.
Klíčovou součástí autonomní navigace je spolehlivá a nepřetržitá 3D detekce okolí, aby se zabránilo srážkám s lidmi nebo objekty.
Použití kamerového systému O3R
Klíčovým prvkem pro dosažení této mimořádné flexibility je technologie 3D kamery vyvinutá specialistou na automatizaci, společností ifm. Díky výkonnému kamerovému systému O3R mohou vozidla Open Shuttles přesně detekovat fyzické objekty ve třech rozměrech a plynule a bezpečně se pohybovat po výrobním závodě.
Umožňuje také například detekovat předměty vyčnívající do dráhy jízdy, jako jsou hroty vidlic. Kromě toho nám 3D monitorování poskytuje spolehlivé prostředky pro detekci průjezdu bran a podobně.
Systém O3R používáme také na našich vozidlech „Open Shuttles Fork“ pro detekci nosičů nákladu, tj. pro detekci palet nebo nosičů podobných paletám. To nám umožňuje vyzvednout palety s nákladem, které mohou mít mírně odlišnou polohu, např. poté, co byly položeny ručním vysokozdvižným vozíkem.
3D senzory slouží k měření palety s nákladem a určení jeho přesné polohy, aby bylo zajištěno jeho přesné přiblížení a vyzvednutí,“ říká Philipp Gotzmann.
Obrázek 1: 3D kamera na vozidle „Open Shuttles Fork“ je umístěna nad vidlicí a přesně snímá paletu pro bezdotykové přiblížení a vyzvednutí.
Obrázek 2: Kamera O3R přesně detekuje polohu a orientaci palety, což umožňuje přesné přiblížení a plynulé vyzvednutí palety.
Rozhodnutí ve prospěch společnosti ifm
Při výběru vhodného 3D řešení byla klíčovým kritériem pro rozhodnutí technologie ifm, která je přizpůsobitelná a přístupná pro vývojáře.
„Pro řešení společnosti ifm jsme se rozhodli ještě během testování v terénu. Hlavním důvodem byla slibná koncepce s distribuovanými, relativně malými kamerovými hlavami a centrální počítačovou jednotkou pro vyhodnocování, která umožňuje i vlastní vývoj softwaru.
Pro nás ve společnosti KNAPP je velmi důležité, že můžeme sami mapovat procesy důležité pro systém, včetně 3D detekce překážek a nosičů nákladu, a mít na ně vliv.“
Obrázek 1: Autonomní navigace „Open Shuttle“ pro dopravní úlohy v intralogistice. Obrázek 2: Kamera O3R je kombinovaná 2D/3D kamera pro rozpoznávání perimetru.
Nehledali jsme systém na klíč, ale řešení, kde bychom mohli spolupracovat s partnerem na dobrém produktu a koncepci a vyvíjet vlastní algoritmy a procesy. Díky tomu si zachováme kontrolu a můžeme provádět úpravy.
Jednou z výhod systému O3R je, že je velmi přívětivý pro vývojáře a existuje k němu vynikající vývojářská dokumentace. Společnost ifm také poskytuje knihovny pro vývoj vlastního softwaru, prostředky pro integraci ovladačů ROS apod. To se nám opravdu líbí. Zvláštní zmínku si zaslouží také kvalita spolupráce s kolegy z ifm,“ rekapituluje Philipp Gotzmann ze společnosti KNAPP.
„Open Shuttle Fork“ je autonomní mobilní robot (AMR) pro přepravu standardních palet, regálů a speciálních nosičů nákladu.
Vysoce výkonný kamerový systém
Platforma O3R společnosti ifm je komplexní řešení pro centralizované a synchronizované zpracování obrazových a senzorových informací, speciálně navržené pro použití v autonomních mobilních robotech a dalších systémech automaticky řízených vozidel.
Jádrem systému je výkonná výpočetní jednotka nazvaná Video Processing Unit (VPU). Díky architektuře yocto-Linux a Docker jsou podporována otevřená vývojová prostředí, jako je Python, C++, CUDA a ROS.
VPU vyhodnocuje informace až ze 6 kamerových hlav současně a dokáže je spojit a korelovat s dalšími důležitými informacemi ze senzorů, například z 2D lidarového senzoru, v procesu „sensor fusion“, který umožňuje spolehlivé a robustní vnímání prostředí. Na tomto základě lze provádět efektivní plánování trasy a navigační úlohy.
Obrázek 1: Jednotka pro zpracování videa je ústřední součástí systému O3R. Nabízí možnost připojení až 6 kamer.
Obrázek 2: Jedna kamera O3R s úhlem záběru 60 stupňů sleduje hlavní průjezd, zatímco druhá kamera s úhlem záběru 105 stupňů snímá celý vyvýšený výhled v oblasti řízení.
Díky až šesti kamerám je možné dosáhnout plynulého pokrytí 360 stupňů. Součástí řešení platformy jsou také 3D kamery. Mají úhel záběru 60 × 45 stupňů nebo 105 × 78 stupňů a využívají pokročilou technologii průběhové doby světla (PMD).
Patentovaná „Coded Modulation Technology“ zajišťuje spolehlivou detekci překážek a cizích objektů, a to i při zvýšeném působení okolního světla a v přítomnosti mnoha dalších rušivých signálů. Kromě 3D obrazu v podobě bodového cloudu poskytují kamery také klasický 2D obraz okolí.
Interakce kamer a senzorů umožňuje spolehlivou implementaci příslušných funkcí, jako je předcházení kolizím, lokalizace, navigace a určování polohy.
Nainstalovali jsme kamerovou hlavu se zorným polem 60 stupňů. Důraz je kladen na pokrytí hlavního jízdního prostoru a dosažení co nejlepšího osvětlení sledované oblasti pomocí technologie průběhové doby světla.
Používáme také kamerovou hlavu se zorným polem 105 stupňů. To nám umožňuje pokrýt celou výšku vozidla i maximální jízdní výšku při zatížení. Tímto způsobem můžeme zajistit bezpečný průjezd branami apod.
Naše vozidlo „Open Shuttle Fork“ má dodatečnou kameru pro detekci palet. Slouží k zajištění přesného umístění vidlic v kapsách palety. Tato kombinace jednotlivých kamerových hlav a centrální výpočetní jednotky je velkou výhodou z hlediska nákladově efektivního monitorování.“
Systém O3R se skládá z jednotky pro zpracování videa a až šesti kamerových hlav.
Závěr
Inovativní syntéza systému Open Shuttles společnosti KNAPP s kamerovou technologií O3R společnosti ifm je více než jen technické řešení – je to důležitý krok v budoucnosti intralogistiky. Tato dvojice kombinuje flexibilitu, přesnost a přizpůsobivost a nastavuje nové standardy v hodnotovém řetězci intralogistiky.
Možnost vlastního návrhu a integrace pokročilých senzorů otevírá nové dveře k vyšší efektivitě a udržitelnosti výroby. Tento příklad poukazuje nejen na technologický pokrok, ale také na důležitost spolupráce a otevřené výměny mezi společnostmi, jako jsou KNAPP a ifm, aby bylo možné čelit výzvám moderního průmyslu a aktivně utvářet budoucnost.
