KNAPP – sistem 3D kamer v mobilnih robotih
Kamere za volanom
Sistem 3D kamer v avtonomnih mobilnih robotih
V svetu, ki se prilagaja hitrim spremembam in napredku na področju tehnologije in trajnosti, postaja potreba po preoblikovanju intralogističnih procesov vse bolj nujna. KNAPP Industry Solutions, hčerinsko podjetje podjetja KNAPP AG, avstrijskega pionirja na področju intralogistike, postavlja nove standarde z naprednimi avtonomnimi mobilnimi roboti in zmogljivo tehnologijo 3D kamer ifm.
Avstrijsko podjetje KNAPP s sedežem v mestu Hart pri Gradcu je specializirano za razvoj prilagojenih logističnih rešitev.
»Našim strankam pomagamo avtomatizirati procese v celotni vrednostni verigi in spodbujati digitalizacijo. Razdeljeni smo na različne poslovne enote, npr. živilsko, modno, maloprodajno, veleprodajno in industrijsko. V podjetju Industry Solutions služimo strankam v proizvodni industriji in razvijamo avtonomne mobilne robote, tako imenovane odprte raketoplane,« pojasnjuje Philipp Gotzmann, vodja ekipe za razvoj programske opreme Shuttle Control.
Vozila shuttle avtonomno prevažajo blago med različnimi proizvodnimi lokacijami ali skladišči. Pokrivajo širok razpon uporabe, od prevoza težkih palet do manjših materialov in kartonov.
Za razliko od vozil AGV (samodejno vodeno vozilo), ki na primer vozijo po fiksni poti, spadajo odprta vozila Open Shuttles v kategorijo AMR (samodejni mobilni roboti). Zanje je značilno, da lahko razdaljo med začetno in končno točko prevozijo prilagodljivo in brez določene poti.
Prednost: AMR-ji se lahko hitro prilagodijo spreminjajočim se postavitvam in procesom. Zato je čas za pripravo na nove naloge ali v primeru sprememb okolja čim krajši. Ta prilagodljivost omogoča enostavno povečevanje ali zmanjševanje po potrebi, kar dolgoročno zagotavlja stroškovno učinkovito rešitev.
Za preprečevanje trkov z ljudmi ali predmeti, je zanesljivo in neprekinjeno 3D zaznavanje okolice ključni element avtonomne navigacije.
Uporaba sistema kamer O3R
Ključni element pri doseganju te izjemne stopnje prilagodljivosti je tehnologija 3D kamer, ki jo je razvil strokovnjak za avtomatizacijo podjetja ifm. Z zmogljivim sistemom kamer O3R lahko odprta vozila Open Shuttles natančno zaznajo fizične predmete v treh dimenzijah ter se nemoteno in varno premikajo po proizvodnem obratu.
Omogoča tudi zaznavanje predmetov, ki molijo na pot, kot so na primer vilice. Poleg tega nam 3D nadzor omogoča zanesljivo zaznavanje prehodov vrat in podobno.
Sistem O3R uporabljamo tudi na naših vilicah odprtega vozila »Open Shuttles Fork« za odkrivanje nosilcev tovora, tj. za odkrivanje palet ali paletam podobnih nosilcev tovora. Tako lahko poberemo nosilce tovora, ki so lahko v nekoliko drugačnem položaju, npr. ko jih je odložil ročni viličar.
3D-senzorji se uporabljajo za merjenje nosilca tovora in določanje njegovega natančnega položaja, da se mu lahko natančno približamo in ga poberemo,« pravi Philipp Gotzmann.
Slika 1: 3D kamera na vilicah vozila »Open Shuttles Fork« je nameščena nad vilicami in natančno zajame paleto za brezstično približevanje in pobiranje.
Slika 2: Kamera O3R natančno zazna položaj in usmerjenost palete, kar omogoča natančen pristop in nemoten pobiranje palete.
Odločitev v korist podjetja ifm
Ko je bilo treba izbrati ustrezno 3D rešitev, je bila tehnologija podjetja ifm ključni dejavnik pri odločitvi, ki je prijazna do razvijalcev in jo je mogoče prilagoditi.
»Za rešitev podjetja ifm smo se odločili, ko smo jo še testirali na terenu. Glavna razloga za to sta bila obetavna zasnova z razpršenimi, razmeroma majhnimi glavami kamer in osrednja računalniška enota za ocenjevanje, ki omogoča tudi lasten razvoj programske opreme.
V podjetju KNAPP nam je zelo pomembno, da lahko sami načrtujemo procese, pomembne za sistem, vključno s 3D odkrivanjem ovir in nosilcev tovora, in da lahko nanje vplivamo.«
Slika 1: Avtonomna navigacija odprtega vozila »Open Shuttle« za transportne naloge v intralogistiki. Slika 2: Kamera O3R je kombinirana 2D/3D kamera za prepoznavanje perimetra.
Nismo iskali sistema na ključ, ampak rešitev, pri kateri bi lahko skupaj s partnerjem pripravili dober izdelek in koncept ter razvili lastne algoritme in postopke. Na ta način ohranimo nadzor in se lahko prilagodimo.
Ena od prednosti sistema O3R je, da je zelo prijazen do razvijalcev in da je na voljo odlična dokumentacija za razvijalce. Podjetje ifm zagotavlja tudi knjižnice za razvoj programske opreme po meri ter sredstva za integracijo gonilnikov ROS in podobno. To nam je zelo všeč. Posebno omembo si zasluži tudi kakovost sodelovanja s soelavci iz podjetja ifm,« povzame Philipp Gotzmann iz podjetja KNAPP.
»Open Shuttle Fork« je avtonomni mobilni robot (AMR) za prevoz standardnih palet, stojal in posebnih nosilcev tovora.
Visokozmogljivi sistem kamer
Platforma O3R podjetja ifm je celovita rešitev za centralizirano in sinhronizirano obdelavo slik in informacij o senzorjih, posebej zasnovana za uporabo v avtonomnih mobilnih robotih in drugih sistemih samodejno vodenih vozil.
Jedro sistema je zmogljiva računska enota, imenovana Video procesna enota (Video Processing Unit – VPU). Z uporabo arhitekture yocto-Linux in Docker so podprta odprta razvojna okolja, kot so Python, C++, CUDA in ROS.
VPU hkrati ocenjuje informacije iz do šestih glav kamer ter jih lahko združi in poveže z drugimi pomembnimi informacijami o senzorjih, kot so informacije iz 2D lidarskega senzorja, v postopku »združevanja senzorjev«, kar omogoča zanesljivo in robustno zaznavanje okolja. Na podlagi tega je mogoče učinkovito načrtovati pot in izvajati navigacijske naloge.
Slika 1: Enota za obdelavo videoposnetka je osrednji sestavni del sistema O3R. Omogoča priključitev do 6 kamer.
Slika 2: Ena kamera O3R s 60-stopinjskim zornim kotom spremlja glavno dovozno pot, druga kamera s 105-stopinjskim zornim kotom pa zajema celoten pogled z višine na voznem območju.
Z do šestimi kamerami je mogoče doseči neprekinjeno 360-stopinjsko pokritost. V rešitev platforme so vključene tudi 3D kamere. Imajo kot odprtine 60 x 45 stopinj ali 105 x 78 stopinj in uporabljajo napredno PMD tehnologijo za merjenje časa potovanja (time-of-flight).
Patentirana »tehnologija kodirane modulacije« zagotavlja zanesljivo zaznavanje ovir in tujih predmetov, tudi pri povečani izpostavljenosti svetlobi okolja in ob prisotnosti številnih drugih motenj. Poleg 3D slike v obliki oblaka točk kamere zagotavljajo tudi klasično 2D sliko okolice.
Interakcija kamer in senzorjev omogoča robustno implementacijo zadevnih funkcij, kot so preprečevanje trkov, lokalizacija, navigacija in nastavljanje položaja.
Namestili smo glavo kamere s 60-stopinjskim vidnim poljem. Poudarek je na pokrivanju glavnega voznega območja in doseganju najboljše možne osvetlitve nadzorovanega območja s tehnologijo časa potovanja (time-of-flight).
Uporabljamo tudi glavo kamere s 105-stopinjskim vidnim poljem. Tako lahko pokrijemo celotno višino vozila in največjo višino vožnje, ko je natovorjeno. Tako lahko zagotovimo varen in zanesljiv prehod skozi vrata in podobno.
Naše vilice vozila »Open Shutlle Fork« imajo dodatno kamero za zaznavanje palet. Uporabljajo se, da se zagotovi, da so vilice natančno nameščene v žepih palete. Ta kombinacija posameznih glav kamer in osrednje računalniške enote je velika prednost z vidika stroškovno učinkovitega nadzora.«
Sistem O3R je sestavljen iz enote za obdelavo videoposnetka in do šestih glav kamer.
Zaključek
Inovativna sinteza odprtih vozil Open Shuttles podjetja KNAPP s tehnologijo kamer O3R podjetja ifm je več kot le tehnična rešitev – je pomemben korak v prihodnosti intralogistike. Ta dvojica združuje fleksibilnost, natančnost in prilagodljivost ter postavlja nove standarde v vrednostni verigi intralogistike.
Možnost oblikovanja po meri in vključevanja naprednih senzorjev odpira nova vrata za večjo učinkovitost in trajnost v proizvodnji. Ta primer ne poudarja le tehnološkega napredka, temveč tudi pomen sodelovanja in odprte izmenjave med podjetji, kot sta KNAPP in ifm, da bi se soočili z izzivi sodobne industrije in aktivno oblikovali prihodnost.
