KNAPP – Σύστημα 3D κάμερας σε κινούμενα ρομπότ
Κάμερες στο τιμόνι
Σύστημα 3D κάμερας σε αυτόνομα κινούμενα ρομπότ
Σε έναν κόσμο που προσαρμόζεται στις ταχείες αλλαγές και προόδους στους τομείς της τεχνολογίας και της βιωσιμότητας, η ανάγκη επανασχεδιασμού των διαδικασιών ενδοεφοδιαστικής γίνεται όλο και πιο επιτακτική. Η KNAPP Industry Solutions, θυγατρική της KNAPP AG, μιας Αυστριακής πρωτοπόρου στον τομέα της ενδοεφοδιαστικής, θέτει νέα πρότυπα με τα προηγμένα αυτόνομα κινούμενα ρομπότ και την ισχυρή τεχνολογία καμερών 3D από την ifm.
Η αυστριακή εταιρεία KNAPP εδρεύει στο Hart bei Graz και ειδικεύεται στην ανάπτυξη εξατομικευμένων λύσεων εφοδιαστικής.
«Βοηθάμε τους πελάτες μας να αυτοματοποιούν τις διαδικασίες σε ολόκληρη την αλυσίδα αξίας και να προωθούν την ψηφιοποίηση. Χωριζόμαστε σε διάφορες επιχειρηματικές μονάδες, π.χ. τροφίμων, μόδας, λιανικής, χονδρικής και βιομηχανίας. Στον τομέα βιομηχανικών λύσεων Industry Solutions, εξυπηρετούμε πελάτες στον κατασκευαστικό κλάδο και αναπτύσσουμε αυτόνομα κινούμενα ρομπότ, τα λεγόμενα Open Shuttles μας», εξηγεί ο Philipp Gotzmann, Επικεφαλής Ανάπτυξης Λογισμικού Ελέγχου Συστημάτων Μεταφοράς.
Τα φορεία μεταφοράς μεταφέρουν εμπορεύματα αυτόνομα μεταξύ διαφόρων χώρων παραγωγής ή αποθήκευσης. Καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών μεταφοράς, από βαριές παλέτες μέχρι μικρού μεγέθους υλικά και χαρτοκιβώτια.
Σε αντίθεση με τα AGV (αυτοματοποιημένα καθοδηγούμενα οχήματα), για παράδειγμα, που ακολουθούν μία σταθερή διαδρομή, τα Open Shuttles εμπίπτουν στην κατηγορία των AMR (αυτόνομα κινούμενα ρομπότ). Χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι μπορούν να καλύπτουν την απόσταση μεταξύ της αφετηρίας και του προορισμού με ευελιξία και χωρίς σταθερή διαδρομή.
Βασικό πλεονέκτημα: Τα AMR μπορούν να προσαρμόζονται γρήγορα σε μεταβαλλόμενες διατάξεις και διαδικασίες. Ως αποτέλεσμα, ο χρόνος ρύθμισης που απαιτείται για νέες εργασίες ή λόγω αλλαγής των συνθηκών ελαχιστοποιείται. Αυτή η προσαρμοστικότητα καθιστά εύκολη την αύξηση ή τη μείωση της κλίμακας όπως απαιτείται, παρέχοντας μία οικονομικά αποδοτική λύση μακροπρόθεσμα.
Για την αποφυγή συγκρούσεων με άτομα ή αντικείμενα, η αξιόπιστη και συνεχής 3D ανίχνευση του περιβάλλοντος είναι βασικό στοιχείο της αυτόνομης πλοήγησης.
Χρήση του συστήματος κάμερας O3R
Το βασικό στοιχείο για την επίτευξη αυτού του εξαιρετικού επιπέδου ευελιξίας είναι η τεχνολογία κάμερας 3D που αναπτύχθηκε από τον ειδικό στον αυτοματισμό, την ifm. Με το ισχυρό σύστημα κάμερας O3R, τα Open Shuttles μπορούν να ανιχνεύουν με ακρίβεια φυσικά αντικείμενα σε τρεις διαστάσεις και να κινούνται απρόσκοπτα και με ασφάλεια γύρω από την εγκατάσταση παραγωγής.
Μας επιτρέπει επίσης, για παράδειγμα, να ανιχνεύουμε αντικείμενα που προεξέχουν στη διαδρομή μετακίνησης, όπως οι περόνες. Επιπλέον, η 3D επιτήρηση μας προσφέρει ένα αξιόπιστο μέσο ανίχνευσης της διέλευσης πυλών και άλλων παρόμοιων.
Χρησιμοποιούμε επίσης το σύστημα O3R στο «Open Shuttles Fork» για την ανίχνευση φορέων φορτίου, δηλαδή για ανίχνευση παλετών ή φορέων φορτίου που μοιάζουν με παλέτες. Αυτό μας επιτρέπει να παραλαμβάνουμε φορείς φόρτωσης που μπορεί να έχουν ελαφρώς διαφορετικές θέσεις, π.χ. αφότου τοποθετηθούν από ένα χειροκίνητο περονοφόρο ανυψωτικό όχημα.
Οι αισθητήρες 3D χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του φορέα φορτίου και τον προσδιορισμό της ακριβούς θέσης του, για να διασφαλίζεται ότι μπορεί να προσεγγιστεί και να παραληφθεί με ακρίβεια», λέει ο Philipp Gotzmann.
Εικόνα 1: Η κάμερα 3D στο «Open Shuttles Fork» βρίσκεται πάνω από την περόνη και καταγράφει με ακρίβεια την παλέτα για προσέγγιση και παραλαβή χωρίς επαφή.
Εικόνα 2: Η κάμερα O3R ανιχνεύει με ακρίβεια τη θέση και τον προσανατολισμό της παλέτας, επιτρέποντας επακριβή προσέγγιση και ομαλή παραλαβή της παλέτας.
Απόφαση συνεργασίας με την ifm
Όσον αφορά την επιλογή μιας κατάλληλης λύσης 3D, η φιλική προς τους προγραμματιστές και προσαρμόσιμη τεχνολογία της ifm ήταν βασικός παράγοντας για την απόφαση.
«Αποφασίσαμε να εφαρμόσουμε τη λύση της ifm ενώ ακόμα τη δοκιμάζαμε στο πεδίο. Οι κύριοι λόγοι για αυτό ήταν η πολλά υποσχόμενη ιδέα με κατανεμημένες, σχετικά μικρές κεφαλές κάμερας και μία κεντρική υπολογιστική μονάδα για αξιολόγηση, η οποία επιτρέπει επίσης την εσωτερική ανάπτυξη λογισμικού.
Για εμάς στην KNAPP, είναι πολύ σημαντικό να μπορούμε να χαρτογραφούμε τις διαδικασίες που σχετίζονται με το σύστημα, συμπεριλαμβανομένης της 3D ανίχνευσης εμποδίων και φορέων φορτίου, καθώς και να επεμβαίνουμε σε αυτές.»
Εικόνα 1: Αυτόνομη πλοήγηση του «Open Shuttle» για εργασίες μεταφοράς στην ενδοεφοδιαστική. Εικόνα 2: Η κάμερα O3R είναι μία συνδυασμένη κάμερα 2D/3D για αναγνώριση περιμέτρου.
Δεν ψάχναμε για ένα σύστημα έτοιμο προς λειτουργία, αλλά για μία λύση που θα μπορούσαμε να επεξεργαστούμε με έναν συνεργάτη για ένα καλό προϊόν και σύστημα και να αναπτύξουμε τους δικούς μας αλγόριθμους και διαδικασίες. Με αυτόν τον τρόπο, διατηρούμε τον έλεγχο και μπορούμε να κάνουμε προσαρμογές.
Ένα από τα πλεονεκτήματα του συστήματος O3R είναι ότι είναι πολύ φιλικό προς τους προγραμματιστές και υπάρχει εξαιρετική τεκμηρίωση για τον προγραμματιστή. Η ifm παρέχει επίσης βιβλιοθήκες για ανάπτυξη προσαρμοσμένου λογισμικού, καθώς και τα μέσα για την ενσωμάτωση προγραμμάτων οδήγησης ROS και άλλων παρόμοιων. Μας αρέσει πολύ αυτό. Η ποιότητα της συνεργασίας με τους συναδέλφους μας στην ifm αξίζει επίσης ιδιαίτερης αναφοράς», ανακεφαλαιώνει ο Philipp Gotzmann από την KNAPP.
Το «Open Shuttle Fork» είναι ένα αυτόνομο κινούμενο ρομπότ (AMR) για τη μεταφορά τυπικών παλετών, ραφιών και ειδικών φορέων φορτίου.
Σύστημα κάμερας υψηλής απόδοσης
Η πλατφόρμα O3R από την ifm είναι η ολοκληρωμένη λύση για κεντρική, συγχρονισμένη επεξεργασία πληροφοριών από εικόνες και αισθητήρες και είναι ειδικά σχεδιασμένη για χρήση σε αυτόνομα κινούμενα ρομπότ και άλλα αυτοματοποιημένα καθοδηγούμενα οχήματα.
Ο πυρήνας του συστήματος είναι μια ισχυρή υπολογιστική μονάδα που ονομάζεται Μονάδα Επεξεργασίας Βίντεο (VPU). Με βάση μία αρχιτεκτονική yocto-Linux και Docker, υποστηρίζονται ανοιχτά περιβάλλοντα ανάπτυξης όπως Python, C++, CUDA και ROS.
Το VPU αξιολογεί πληροφορίες από έως και 6 κεφαλές κάμερας ταυτόχρονα και μπορεί να τις ομαδοποιεί και να τις συσχετίζει με άλλες σημαντικές πληροφορίες από αισθητήρες, π.χ. από τον αισθητήρα 2D lidar, σε μία διαδικασία «συνένωσης αισθητήρων» επιτρέποντας αξιόπιστη και δυναμική αντίληψη του περιβάλλοντος. Σε αυτή τη βάση, μπορούν να εκτελούνται αποτελεσματικές εργασίες σχεδιασμού διαδρομής και πλοήγησης.
Εικόνα 1: Η μονάδα επεξεργασίας βίντεο είναι το κεντρικό στοιχείο του συστήματος O3R. Προσφέρει τη δυνατότητα σύνδεσης έως και 6 καμερών.
Εικόνα 2: Μία κάμερα O3R με γωνία θέασης 60 μοιρών παρακολουθεί την κύρια διαδρομή ενώ η άλλη κάμερα με γωνία θέασης 105 μοιρών καταγράφει ολόκληρη την υπερυψωμένη θέα στην περιοχή οδήγησης.
Με έως και έξι κάμερες μπορεί να επιτευχθεί απρόσκοπτη κάλυψη 360 μοιρών. Οι κάμερες 3D περιλαμβάνονται επίσης στη λύση πλατφόρμας. Έχουν γωνία διαφράγματος είτε 60 x 45 μοίρες, είτε 105 x 78 μοίρες και χρησιμοποιούν προηγμένη τεχνολογία PMD Time-of-Flight.
Η πατενταρισμένη «Τεχνολογία Κωδικοποιημένης Διαμόρφωσης» εξασφαλίζει αξιόπιστη ανίχνευση εμποδίων και ξένων αντικειμένων, ακόμα και με αυξημένη έκθεση στο φως του περιβάλλοντος και παρουσία πολλών άλλων σημάτων παρεμβολής. Εκτός από την εικόνα 3D ως cloud σημείων, οι κάμερες παρέχουν επίσης μία κλασική εικόνα 2D του περιβάλλοντος χώρου.
Η αλληλεπίδραση καμερών και αισθητήρων επιτρέπει την ευρεία υλοποίηση σχετικών λειτουργιών όπως αποφυγή σύγκρουσης, εντοπισμό, πλοήγηση και προσδιορισμό θέσης.
Έχουμε τοποθετήσει μία κεφαλή κάμερας με οπτικό πεδίο 60 μοιρών. Η εστίαση είναι στην κάλυψη της κύριας περιοχής οδήγησης και στην επίτευξη του καλύτερου δυνατού φωτισμού με την τεχνολογία Time-of-Flight για την επιτηρούμενη περιοχή.
Χρησιμοποιούμε επίσης μία κεφαλή κάμερας με οπτικό πεδίο 105 μοιρών. Αυτό μας επιτρέπει να καλύπτουμε όλο το ύψος του οχήματος, καθώς και το μέγιστο ύψος οδήγησης όταν είναι φορτωμένο. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να εξασφαλίζουμε σίγουρη και ασφαλή διέλευση από πύλες και άλλα παρόμοια.
Το «Open Shuttle Fork» μας διαθέτει μία πρόσθετη κάμερα για ανίχνευση παλετών. Χρησιμοποιείται για να διασφαλίζεται ότι οι περόνες είναι τοποθετημένες με ακρίβεια στα σημεία εισόδου της παλέτας. Αυτός ο συνδυασμός μεμονωμένων κεφαλών κάμερας και κεντρικής υπολογιστικής μονάδας αποτελεί μεγάλο πλεονέκτημα όσον αφορά την οικονομική επιτήρηση».
Το σύστημα O3R αποτελείται από μία μονάδα επεξεργασίας βίντεο και έως έξι κεφαλές κάμερας.
Συμπέρασμα
Η καινοτόμος σύνθεση των Open Shuttles της KNAPP με την τεχνολογία κάμερας O3R της ifm είναι πολλά περισσότερα από μία απλή τεχνική λύση – είναι ένα σημαντικό βήμα στο μέλλον της ενδοεφοδιαστικής. Συνδυάζοντας ευελιξία, ακρίβεια και προσαρμοστικότητα, αυτό το δίδυμο θέτει νέα πρότυπα στην αλυσίδα αξίας της ενδοεφοδιαστικής.
Η δυνατότητα εξατομικευμένου σχεδιασμού και ενσωμάτωσης προηγμένων αισθητήρων διανοίγει νέες προοπτικές για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα και βιωσιμότητα στην παραγωγή. Αυτό το παράδειγμα υπογραμμίζει όχι μόνο τις τεχνολογικές εξελίξεις, αλλά και τη σημασία της συνεργασίας και της ανοιχτής ανταλλαγής μεταξύ εταιρειών όπως η KNAPP και η ifm για να ανταποκρίνονται στις προκλήσεις της σύγχρονης βιομηχανίας και να διαμορφώνουν ενεργά το μέλλον.
