KNAPP – System kamer 3D w robotach mobilnych
Kamery za kierownicą
System kamer 3D w autonomicznych robotach mobilnych
W świecie dostosowującym się do szybkich zmian i postępów w dziedzinie technologii i zrównoważonego rozwoju, potrzeba przeprojektowania procesów intralogistycznych staje się coraz pilniejsza. KNAPP Industry Solutions, spółka zależna KNAPP AG, austriackiego pioniera w dziedzinie intralogistyki, wyznacza nowe standardy dzięki zaawansowanym autonomicznym robotom mobilnym i potężnej technologii kamer 3D firmy ifm.
Austriacka firma KNAPP ma siedzibę w Hart bei Graz i specjalizuje się w opracowywaniu niestandardowych rozwiązań logistycznych.
„Pomagamy naszym klientom automatyzować procesy w całym łańcuchu wartości i napędzać cyfryzację. Jesteśmy podzieleni na różne jednostki biznesowe, np. Żywność, Moda, Sprzedaż Detaliczna, Sprzedaż Hurtowa i Przemysł. W Industry Solutions obsługujemy klientów z branży produkcyjnej i opracowujemy autonomiczne roboty mobilne, tak zwane „Open Shuttles” – wyjaśnia Philipp Gotzmann, Lider Zespołu Rozwoju Oprogramowania Sterowania Wahadłowców.
Wahadłowce autonomicznie transportują towary między różnymi zakładami produkcyjnymi lub magazynami. Obejmują one szeroki zakres zastosowań, od transportu ciężkich palet po małe materiały i kartony.
W przeciwieństwie na przykład do automatycznych pojazdów sterowanych AGV (Automated Guided Vehicles), które podążają ustaloną trasą, otwarte wahadłowce należą do kategorii autonomicznych robotów mobilnych AMR (Autonomous Mobile Robots). Charakteryzują się one tym, że mogą pokonywać dystans między punktem początkowym a docelowym w sposób elastyczny i bez ustalonej trasy.
Zaleta: Roboty AMR mogą szybko dostosowywać się do zmieniających się układów i procesów. W rezultacie czas konfiguracji dla nowych zadań lub w przypadku zmian środowiska jest zminimalizowany. Ta zdolność adaptacji ułatwia skalowanie w górę lub w dół w zależności od potrzeb, zapewniając opłacalne rozwiązanie w dłuższej perspektywie.
Aby uniknąć kolizji z ludźmi lub obiektami, niezawodne i ciągłe wykrywanie otoczenia w 3D jest kluczowym elementem autonomicznej nawigacji.
Zastosowanie systemu kamer O3R
Kluczowym elementem w osiągnięciu tego wyjątkowego poziomu elastyczności jest technologia kamer 3D opracowana przez specjalistę w dziedzinie automatyzacji, firmę ifm. Dzięki potężnemu systemowi kamer O3R, otwarte wahadłowce „Open Shuttles” mogą precyzyjnie wykrywać obiekty fizyczne w trzech wymiarach i poruszać się płynnie i bezpiecznie po zakładzie produkcyjnym.
Pozwala nam to również, na przykład, wykrywać obiekty wystające na tor jazdy, takie jak zęby wideł wózka. Ponadto monitorowanie 3D daje nam niezawodny sposób wykrywania przejścia przez bramy itp.
Używamy również systemu O3R w naszych „otwartych wahadłowych wózkach widłowych” do wykrywania nośników ładunku, tj. do wykrywania palet lub nośników paletopodobnych ładunków. Umożliwia nam to podnoszenie nośników ładunku, które mogą mieć nieco inne pozycje, np. po ich ustawieniu przez ręczny wózek widłowy.
Czujniki 3D służą do pomiaru nośnika ładunku i określenia jego dokładnej pozycji w celu zapewnienia, że można do niego precyzyjnie podejść i go podnieść” – mówi Philipp Gotzmann.
Zdjęcie 1: Kamera 3D na widłach „otwartych wahadłowych wózków widłowych” znajduje się nad widłami i precyzyjnie rejestruje paletę, umożliwiając bezdotykowe zbliżanie się do niej i jej podnoszenie.
Zdjęcie 2: Kamera O3R dokładnie wykrywa pozycję i orientację palety, umożliwiając precyzyjne podejście i płynny odbiór palety.
Decyzja na korzyść ifm
Jeśli chodzi o wybór odpowiedniego rozwiązania 3D, kluczowym czynnikiem była przyjazna dla programistów i konfigurowalna technologia ifm.
„Zdecydowaliśmy się na rozwiązanie ifm, gdy jeszcze testowaliśmy je w terenie. Głównym powodem była obiecująca koncepcja z rozproszonymi, stosunkowo małymi głowicami kamer i centralną jednostką komputerową do oceny, która umożliwia również rozwój oprogramowania we własnym zakresie.
Dla nas w KNAPP bardzo ważne jest, aby móc samodzielnie mapować procesy istotne dla systemu, w tym wykrywanie przeszkód 3D i nośników ładunku, oraz mieć na nie wpływ”.
Zdjęcie 1: Autonomicznie nawigujący „otwarty wahadłowiec” do zadań transportowych w intralogistyce. Zdjęcie 2: Kamera O3R to połączona kamera 2D/3D do rozpoznawania obwodów.
Nie szukaliśmy systemu „pod klucz”, ale rozwiązania, w którym moglibyśmy współpracować z partnerem nad dobrym produktem i koncepcją oraz opracować własne algorytmy i procesy. W ten sposób zachowujemy kontrolę i możemy wprowadzać poprawki.
Jedną z zalet systemu O3R jest to, że jest bardzo przyjazny dla programistów i istnieje doskonała dokumentacja dla programistów. ifm zapewnia również biblioteki do tworzenia niestandardowego oprogramowania, a także środki do integracji sterowników ROS i tym podobnych. Naprawdę nam się to podoba. Jakość współpracy z naszymi kolegami z ifm również zasługuje na szczególne wyróżnienie” – podsumowuje Philipp Gotzmann z KNAPP.
„Otwarty wahadłowy wózek widłowy” to autonomiczny robot mobilny (AMR) do transportu standardowych palet, regałów i specjalnych nośników ładunku.
Wysokowydajny system kamer
Platforma O3R firmy ifm to kompleksowe rozwiązanie do scentralizowanego, zsynchronizowanego przetwarzania obrazu i informacji z czujników, zaprojektowane specjalnie do użytku w autonomicznych robotach mobilnych i innych systemach pojazdów sterowanych automatycznie.
Rdzeniem systemu jest potężna jednostka obliczeniowa o nazwie Video Processing Unit (VPU). Oparta na architekturze yocto-Linux i Docker, obsługuje otwarte środowiska programistyczne, takie jak Python, C++, CUDA i ROS.
VPU ocenia informacje z maksymalnie 6 głowic kamer jednocześnie i może je łączyć i korelować z innymi ważnymi informacjami z czujników, takimi jak te z czujnika lidarowego 2D, w procesie „fuzji czujników”, aby umożliwić niezawodne i solidne postrzeganie środowiska. Na tej podstawie można wykonywać wydajne zadania planowania trasy i nawigacji.
Zdjęcie 1: Jednostka przetwarzania wideo jest centralnym elementem systemu O3R. Oferuje możliwość podłączenia do 6 kamer.
Zdjęcie 2: Jedna kamera O3R o kącie widzenia 60 stopni monitoruje główny podjazd, podczas gdy druga kamera o kącie widzenia 105 stopni rejestruje cały podwyższony widok w obszarze jazdy.
Dzięki maksymalnie sześciu kamerom możliwe jest uzyskanie płynnego pokrycia 360 stopni. Kamery 3D są również zawarte w rozwiązaniu platformowym. Mają one kąt przysłony 60 x 45 stopni lub 105 x 78 stopni i wykorzystują zaawansowaną technologię czasu przelotu PMD.
Opatentowana technologia „kodowanej modulacji” zapewnia niezawodne wykrywanie przeszkód i obcych obiektów, nawet przy zwiększonej ekspozycji na światło otoczenia i w obecności wielu innych sygnałów zakłócających. Oprócz obrazu 3D jako chmury punktów, kamery zapewniają również klasyczny obraz 2D otoczenia.
Interakcja kamer i czujników umożliwia solidne wdrożenie odpowiednich funkcji, takich jak unikanie kolizji, lokalizacja, nawigacja i pozycjonowanie.
Zainstalowaliśmy głowicę kamery o polu widzenia 60 stopni. Skupiamy się na pokryciu głównego obszaru jazdy i uzyskaniu najlepszego możliwego oświetlenia monitorowanego obszaru za pomocą technologii czasu przelotu.
Używamy również głowicy kamery o polu widzenia 105 stopni. Pozwala nam to objąć całą wysokość pojazdu, a także maksymalną wysokość jazdy z ładunkiem. W ten sposób możemy zapewnić bezpieczny przejazd przez bramy itp.
Nasz system „otwarty wahadłowy wózek widłowy” posiada dodatkową kamerę do wykrywania palet. Służy ona do zapewnienia precyzyjnego umieszczenia wideł w kieszeniach palety. To połączenie pojedynczych głowic kamer i centralnej jednostki obliczeniowej jest wielką zaletą pod względem ekonomicznego monitorowania”.
System O3R składa się z jednostki przetwarzania wideo i maksymalnie sześciu głowic kamer.
Wniosek
Innowacyjna synteza otwartych wahadłowców KNAPP z technologią kamer O3R firmy ifm to coś więcej niż tylko rozwiązanie techniczne - to ważny krok w przyszłość intralogistyki. Łącząc elastyczność, precyzję i zdolność adaptacji, duet ten wyznacza nowe standardy w łańcuchu wartości intralogistyki.
Możliwość niestandardowego projektowania i integracji zaawansowanych czujników otwiera nowe drzwi do większej wydajności i zrównoważonego rozwoju w produkcji. Przykład ten podkreśla nie tylko postęp technologiczny, ale także znaczenie współpracy i otwartej wymiany między firmami takimi jak KNAPP i ifm w celu sprostania wyzwaniom nowoczesnego przemysłu i aktywnego kształtowania przyszłości.
