Uppstarten Rovi RobotVision av tre forskare TU München har gjort det till sitt uppdrag att avsevärt förenkla hårdvaran för robotar av alla slag: Baserat på sin forskning har teamet för första gången i världen lyckats använda dyr traditionell elektronisk sensorer ska ersättas med ny programvara och vanliga kameror. På grund av det direkta kontrollalternativet för Motorer använde uppfinnarna grab av Gimatic.

innehåll

• Sensormjukvara inom robotik ser istället för känner
  • Principen för sensorprogramvaruteknik
  • Egenskaper i jämförelse med traditionell robotik
  • Intelligent gripare med integrerad kamera
• Första framgångar och en titt på framtiden
  
  • Föreläsning av Dr. Clemens Schuwerk - Video
    
    

Sensormjukvara inom robotik ser istället för känner

Dr. Clemens Schuwerk, Control Engineering, Marketing and Sales vid uppstarten Rovi Robot Vision, München, presenterar en teknik där mjukvara, kameror och bildbehandling dyra traditionella elektroniska sensorer i Robotar ersättning. Ingår också: griptekniken från Gimatic. Föreläsningen hölls den 7 juni 2018 på fackpresskonferensen i Roncadelle, Italien.

Mätning av vridmoment med sensorer inuti transmissionen

Idén till den kamerabaserade sensormjukvaran för intelligenta robotar uppstod ur doktorsavhandlingen i ämnet Visuell-haptisk miljöuppfattning för autonoma robotsystem av medgrundaren Dr.-Ing. Nicolas Alt. Inspirerad av att observera hur robotdammsugare avsiktligt och upprepade gånger stöter på hinder för taktil kartläggning, utvecklade han en taktil sensor för mobila robotplattformar under sin doktorsexamen. Sensorn bestod av en enkel skumstråle, som observeras av en kamera som redan är installerad på roboten och som fungerar som en mjuk stötfångare.

Samma koncept gäller även för de taktila sensorerna som vi nu fäster på griparnas fingrar”, förklarar Dr. Clemens Schuwerk, Styrteknik, marknadsföring och försäljning på Rovi Robot Vision. "Senare utökade vi konceptet med att använda en extern kamera för att kombinera den med passiva element för att bygga andra sensorer för robotar, nämligen kraft-momentsensorer och vinkelsensorer. ”Alla tre sensorkoncept är patenterade eller patentsökta.

dr Nicholas Alt och dr Clemens Schuwerk lärde känna varandra medan de doktorerade vid samma lärostol och hamnade som trea i gruppen, M. Sc. Stefan Lochbrunner gick snart ihop för att vidareutveckla och kommersialisera den nya tekniken och knoppa av ett företag. Ett spin-off-projekt växte fram ur forskningsprojektet 2016. Projektet finansieras för närvarande av EXIST Forschungstransfer, ett finansieringsprogram från det federala ministeriet för ekonomi och energi specifikt för högteknologiska nystartade företag från forskning.

Principen för sensor mjukvara teknik

Sensormjukvaran ersätter komplexa hårdvarubaserade sensorsystem och gör det möjligt för robotar att göra just det känna genom att se. Den tekniska innovationen inkluderar robust mätning av ledpositioner, positioner, gripkrafter, kontaktprofiler och annan taktil eller haptisk kontaktinformation med hjälp av bildbehandling och en kamera monterad externt runt armen eller på griparen.

Robotgripare, EOAT, gripsatser för cobot och industrirobotar

Detta nya sensorkoncept kan vara förklara tydligt med en analogi för människor: Med slutna ögon kan en person bara placera sin arm oprecist, eftersom vår uppfattning om positionen för våra lemmar och deras gemensamma positioner är oprecis. Klassisk industrirobotar Även om de vanligtvis fungerar "blindt", till skillnad från människor, använder de mycket precisa sensorer tillsammans med en stel konstruktion för att ändå uppnå en mycket exakt positionering av sluteffektorn.

Människor, å andra sidan, använder också visuell uppfattning och därmed multimodal informationsbehandling för att möjliggöra exakt manipulering av objekt. På samma sätt, med Rovis mjukvarubaserade sensorteknologi, blir gemensamma positioner en Robotarms såväl som positioner och gripkrafter registreras med hjälp av en billig kamera, vilket möjliggör exakt och autonom interaktion mellan roboten och föremål.

Programvaran beräknar gemensamma positioner en Robotarm i tredimensionellt utrymme med hjälp av bildanalysalgoritmer. Kraftmomentsensorer och taktila sensorer ersätts av enkla passiva flexibla element som till exempel billigt skum. Kontaktkrafter leder till karakteristiska deformationer av dessa element. Programvaran mäter även denna deformation med hjälp av bildanalysmetoder och beräknar de krafter och moment som finns med hjälp av en materialmodell. Sensormjukvaran kan appliceras på kompletta robotsystem, robotarmar, gripdon eller mobila robotplattformar och möjliggör intelligent styrning av dessa system.

Rovi-programvaran ersätter ett stort antal sensorer i robotsystem, som bl.a Kablageminskad ansträngning. Dessutom möjliggör det förverkligandet av känsliga och samtidigt kostnadseffektiva robotar. Eftersom dessa industrikameror är extremt kostnadseffektiva och kraftfulla på grund av sin enorma distribution. Samtidigt är de oumbärliga för miljöigenkänning på robotar och finns därför redan på många robotar.

Övertonsväxlar för industrirobotar, cobots och hantering

Sedan nuvarande robotkonfiguration via extern kameror och mjukvara mäts fästdon inte nödvändigtvis vara så styvt som möjligt och tillverkas med hög precision. Istället kan kompatibla element och material och enklare tillverkningsprocesser med mindre precision användas. Detta sparar kostnader och undviker komplexa skyddssystem. Med flexibla element kan dock armens position inte längre beräknas med ledpositionerna och den stela robotmodellen, som är konventionellt. En extern kamera i anslutning till Rovi-mjukvaran gör det å andra sidan ändå möjligt att exakt beräkna armens och ändeffektorns position, eftersom deformationer också registreras av kameran.

också på industriella gripdon kameror kommer att bli mer och mer standard i framtiden. I många fall kan dessa kameror användas för de mjukvarubaserade sensorerna som beskrivs, eftersom dessa fungerar tillsammans med vilka kameror som helst.

Egenskaper i jämförelse med traditionell robotik

Industriella robotarmar med konventionella hårdvarusensorer pekar mycket hög absolut noggrannhet på <0,1 mm och höga foghastigheter eftersom de var speciellt konstruerade för detta. Hårdvarusensorer kan leverera samplingshastigheter på >1 kHz här. "Det är inte målet med vår teknik att konkurrera med dessa värderingar", säger Dr. Skodon.

"En relevant åtgärd för robotar i okända och föränderliga miljöer är relativ noggrannhet mellan robot och mål. Och här ser vi vår terräng. Precis som vilken industriarm som helst som kompletteras med en kamera begränsas vi av den kamerabaserade positionsuppskattningen av målobjektet. I typiska uppställningar med enkla kameror får vi cirka 1 mm. Ultra HD-kameror tillåter <0,3 mm. Vi siktar på en hastighet på <45°/s", förklarar Clemens Schuwerk. Detta är ett säkert val för robotar "utanför buren" och används även av många befintliga robotar.

Noggrannheten av den taktila och kraft-moment sensorer beror mycket på kamerans inställning (avstånd, upplösning). I typiska fall uppnås en noggrannhet på mindre än 5 %, vilket är jämförbart med noggrannheten hos hårdvarusensorer i mellanklassen.

Intelligent gripare med integrerad kamera

För intelligent greppsystem med ett integrerat stereokamerasystem och kamerabaserade sensorer användes tvåkäftsgriparen MPLM1630HAN från Gimatic. Å ena sidan passar detta bra med den nuvarande storlekens tillämpningar för att plocka smådelar. "Det viktigaste är att vi inte kunde hitta någon alternativ gripare på marknaden som skulle tillåta oss att styra motorn direkt", minns den unge entreprenören. Detta gränssnitt är viktigt så att sensordata från programvaran kan användas för att intelligent styra och övervaka gripprocessen.

Den Gimatic griparen släpper igenom öppet gränssnitt till motorn snabb och enkel utveckling av en prototyp. "Medan vi använder högkvalitativ, beprövad och testad hårdvara här, kan vi koncentrera oss på vårt kärnämne mjukvara", säger Dr. Schuwerk och vidare: "För unga startups som oss är det särskilt viktigt att använda de begränsade resurserna som är tillgängliga för oss effektivt. På så sätt får vi ändå snabbt en produkt som pilotkund och kan vidareutveckla den med den feedback vi får.”

Utmaningar i utveckling

”Att bygga en robot är generellt sett en utmaning att bemästra de olika disciplinerna som mekanik, elektronik, kontroller, mjukvara och datorseende i ett litet team. Vi var också tvungna att undvika separata utvecklingsprojekt för varje disciplin", säger Dr. Clemens Schuwerk. Men Rovis kärnkompetens ligger inom området mjukvara och därför ville de unga entreprenörerna ha hårdvaran använda befintliga komponenter.

Programmeringsrobotar | programvara och kontroller

"Det finns mycket begränsad tillgång på öppen och/eller modulär hårdvara för robotik, vilket har gjort det svårt att bygga ett demosystem", säger Dr. Skodon. "Det var just därför som vi valde gripdonet från Gimatic, eftersom det inte finns något annat "öppet" gränssnitt till motorn på marknaden. Vi söker fortfarande andra partners till vissa delsystem som t.ex Robotfogar och växlar. Mjukvaran ska trots allt kontinuerligt utvecklas och huvudsyftet är att arbeta mycket nära kunder och partners.

För att öppna nya användningsområden

traditionell industrirobotar som de som används för hantering av material, montering eller inom logistik är idag mestadels förprogrammerade specialister skräddarsydda för specifika applikationer. De gör vanligtvis sitt jobb på ett tillförlitligt sätt 24 timmar om dygnet, sju dagar i veckan.

"Med vår teknik riktar vi oss inte mot traditionella automationsteknologiapplikationer där mycket korta cykeltider krävs för fast definierade eller förprogrammerade uppgifter. Vår sensormjukvara gör det möjligt nya robotarmar och gripdonsom agerar känsligt och autonomt, men är tekniskt mycket förenklade och kan därför produceras mycket billigt", förklarar medgrundaren av visionen för användning.

Uppstarten möjliggör alltså användning av robotar på helt nya marknader och tillämpningar som inte skulle vara ekonomiskt genomförbara med dagens teknik. Tillämpningsexempel finns inom alla branscher, men gärna där en flexibel och säker hantering av objekt krävs, såsom inom logistik, Jordbruk, livsmedelsindustrin eller i områden där robotar måste anpassa sig till en snabbt föränderlig produktmix. På medellång sikt ser forskarna tillämpningar för tekniken, men även för hushållstillämpningar, där det generellt är en enorm prispress.

Första framgångar och en titt på framtiden

För första gången har den kamerabaserade sensormjukvaran för en bordsrobotarm auf der Hannover Messe presenterades 2018. Responsen från besökarna i montern var mycket positiv. "Vi kunde prata med några viktiga beslutsfattare inom branschen och visa upp vår produkt. Samtidigt kunde vi prata med ett stort antal användare från en mängd olika branscher. Detta resulterade i helt nya applikationsmöjligheter för vår sensorlösning, som vi inte ens hade tänkt på tidigare, sammanfattar Dr. Skodon. Förresten, i juni kommer Rovi att vara på Automatica vara representerade i München.

Som ung startup strävar de tre forskarna efter det primära målet att använda tekniken för pilotkunder. Där är dem söker visionära entreprenörer, vars processer de kan förbättra och automatisera med intelligenta och kostnadseffektiva robotsystem. På lång sikt ser de sig själva som leverantörer av denna sensormjukvara, som de licensierar till tillverkare av robotsystem och integratörer.

Föreläsning av Dr. Clemens Schuwerk

Du kanske också är intresserad av...

Robotgripare | Automatiserade små händer

Nuförtiden är robotgripare oumbärliga verktyg i industriell produktion. Oavsett om det är i bilindustrin,...

Dessa vakuumgripare klarar allt

Den nya vakuumgriparserien FGS-120 från Gimatic är modulär, mycket flexibel och energieffektiv. Med den modulära...

Gimatisk | Den smarta griparspecialisten

Ett år efter att vd Thomas Trefzer tillträdde har mycket förändrats på Gimatic Vertrieb GmbH i Hechingen...

vakuumpump | Innovations for Industry 4.0 + branschspecifik

Dagens vakuumpumpar för industriella applikationer måste vara högkvalitativa, energieffektiva, tysta och mycket mer....

Robotgripare och EOAT-lösningar

En specialitet inom Gimatics gripteknik är gripsystem för robotar. Du kommer att vara i slutet av en robotarm...

gripare | pneumatisk, elektrisk, magnetisk

Elektriska och pneumatiska gripdon används vid automatiserad produktion och montering. Medan en...