Joustavan 3D-kuvaukseen perustuvan yhteistyörobottisovelluksen kehittäminen
Valo, Pauli (2019)
Valo, Pauli
2019
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019121126079
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019121126079
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää 3D-kuvaukseen perustuva laatikosta poimiva (Bin picking) järjestelmä yhteistyörobotilla. Tällaisten järjestelmien kysyntä on tällä hetkellä suurta erilaisissa teollisuusyrityksissä. Työ toteutettiin tutkimuksellisena kehittämisprosessina, joka soveltuu erittäin hyvin tällaisen teknologiakehittämisen prosessin menetelmäksi, koska työllä vastataan suoraan työelämän kehittämistarpeisiin yhdistämällä tutkimusta ja kehittämistä.
Työn tavoitteiden saavuttamiseksi työ aloitettiin tutkimalla eri 3D-konenäköjärjestelmiä ja niiden eroja sekä valittiin järjestelmään mahdollisimman hyvin soveltuva 3D-kamera. 3D-kuvaukseen perustuviin poimintasovelluksiin tarkoitetut kamerat ovat nykyään voimakkaassa kehitysvaiheessa, joten puolueettomien mielipiteiden hankkiminen oli haastavaa, koska uusimmat kamerat olivat olleet vasta vähän aikaan markkinoilla. Tästä johtuen jouduttiin mainosmateriaaleihin tutustumisen lisäksi selvittämään laitteiden toisiaan vastaavat ominaisuudet käytännössä niiden kameroiden kanssa, joihin päästiin fyysisesti tutustumaan. Tämän lisäksi selvitettiin, miten valittu kamera saatiin kommunikoimaan olemassa olevan yhteistyörobotin kanssa, ja miten kyseinen robotti saatiin toimimaan odotetulla tavalla kameran antamien tietojen mukaan.
Työn valmistuttua oli tuloksena toimiva testiympäristö, jossa yhteistyörobotti haki 3D-kuvauksen ohjaamana laatikosta käytettäviä kappaleita ja pinosi ne pöydälle pinoihin. Tuotannossa kappaleet olisi viety esimerkiksi kuljetushihnalle tai suoraan työstökoneeseen, mutta tämän muutoksen tekeminen ei olisi vaikeaa tehdylle sovellukselle. Tutkittu 3D-konenäön ja yhteistyörobotin kombinaatio tuotteiden noukkimisesta kuljetuslaatikoista onnistui kuten suunniteltiinkin. The purpose of this thesis was to develop a 3D Bin picking system with a collaborative robot. Demand for such systems is currently high in different kind of industrial companies. The thesis was carried out as a research and development process, which is a very good method for such a technology development process, because the work responds directly to the development needs of the working life by combining research and development.
In order to achieve the goals of the thesis, the work was started by examining different 3D machine vision systems and their differences, and choosing the most suitable 3D camera for the system. 3D cameras designed for Bin picking applications are in a critical stage of development, so acquiring neutral reviews was a challenge as the latest cameras were only recently available on the market. As a result, in addition to familiarizing with the promotional materials, the equivalent features of the devices had to be determined in practice with the cameras that could be accessed. In addition, it had to be found out how the selected camera communicates with an existing collaborative robot and how the robot could work according to the information provided by the camera.
When the work was completed, the result was a test environment where a 3D imaging controlled collaborative robot picked the selected pieces from the box, and stacked them on the table. In production, the pieces would have been taken, for example, to a conveyor belt or directly to a machine tool. Making this change for this application would not be difficult to do. The studied combination of 3D machine vision and collaboration robot for picking up products from transport boxes succeeded as planned.
Työn tavoitteiden saavuttamiseksi työ aloitettiin tutkimalla eri 3D-konenäköjärjestelmiä ja niiden eroja sekä valittiin järjestelmään mahdollisimman hyvin soveltuva 3D-kamera. 3D-kuvaukseen perustuviin poimintasovelluksiin tarkoitetut kamerat ovat nykyään voimakkaassa kehitysvaiheessa, joten puolueettomien mielipiteiden hankkiminen oli haastavaa, koska uusimmat kamerat olivat olleet vasta vähän aikaan markkinoilla. Tästä johtuen jouduttiin mainosmateriaaleihin tutustumisen lisäksi selvittämään laitteiden toisiaan vastaavat ominaisuudet käytännössä niiden kameroiden kanssa, joihin päästiin fyysisesti tutustumaan. Tämän lisäksi selvitettiin, miten valittu kamera saatiin kommunikoimaan olemassa olevan yhteistyörobotin kanssa, ja miten kyseinen robotti saatiin toimimaan odotetulla tavalla kameran antamien tietojen mukaan.
Työn valmistuttua oli tuloksena toimiva testiympäristö, jossa yhteistyörobotti haki 3D-kuvauksen ohjaamana laatikosta käytettäviä kappaleita ja pinosi ne pöydälle pinoihin. Tuotannossa kappaleet olisi viety esimerkiksi kuljetushihnalle tai suoraan työstökoneeseen, mutta tämän muutoksen tekeminen ei olisi vaikeaa tehdylle sovellukselle. Tutkittu 3D-konenäön ja yhteistyörobotin kombinaatio tuotteiden noukkimisesta kuljetuslaatikoista onnistui kuten suunniteltiinkin.
In order to achieve the goals of the thesis, the work was started by examining different 3D machine vision systems and their differences, and choosing the most suitable 3D camera for the system. 3D cameras designed for Bin picking applications are in a critical stage of development, so acquiring neutral reviews was a challenge as the latest cameras were only recently available on the market. As a result, in addition to familiarizing with the promotional materials, the equivalent features of the devices had to be determined in practice with the cameras that could be accessed. In addition, it had to be found out how the selected camera communicates with an existing collaborative robot and how the robot could work according to the information provided by the camera.
When the work was completed, the result was a test environment where a 3D imaging controlled collaborative robot picked the selected pieces from the box, and stacked them on the table. In production, the pieces would have been taken, for example, to a conveyor belt or directly to a machine tool. Making this change for this application would not be difficult to do. The studied combination of 3D machine vision and collaboration robot for picking up products from transport boxes succeeded as planned.