Het opstarten Rovi RobotVision door drie onderzoekers TU München heeft het tot zijn missie gemaakt om de hardware voor allerlei soorten robots aanzienlijk te vereenvoudigen: op basis van hun onderzoek is het team er voor het eerst ter wereld in geslaagd om dure traditionele elektronische sensoren worden vervangen door nieuwe software en gewone camera's. Door de directe besturingsoptie van de Motoren gebruikte de uitvinders grijpen van Gimatic.

inhoud

• Sensorsoftware in robotica ziet in plaats van voelt
  • Principe van sensorsoftwaretechnologie
  • Kenmerken in vergelijking met traditionele robotica
  • Intelligente grijper met geïntegreerde camera
• Eerste successen en een blik in de toekomst
  
  • Lezing door dr. Clemens Schuwerk - Video
    
    

Sensorsoftware in robotica ziet in plaats van voelt

Dr. Clemens Schuwerk, Control Engineering, Marketing en Sales bij de start-up Rovi Robot Vision, München, presenteert een technologie waarin software, camera's en beeldverwerking dure traditionele elektronische sensoren in Robots vervanging. Ook inbegrepen: de grijpertechnologie van Gimatic. De lezing werd op 7 juni 2018 gegeven op de vakpersconferentie in Roncadelle, Italië.

Koppel meten met sensoren in de transmissie

Het idee voor de op camera's gebaseerde sensorsoftware voor intelligente robots kwam voort uit het proefschrift over dit onderwerp Visueel-haptische omgevingsperceptie voor autonome robotsystemen door mede-oprichter Dr.-Ing. Nicolas Alt. Geïnspireerd door te observeren hoe robotstofzuigers opzettelijk en herhaaldelijk obstakels tegenkomen bij tactiele mapping, ontwikkelde hij tijdens zijn doctoraat een tactiele sensor voor mobiele robotplatforms. De sensor bestond uit een eenvoudige schuimstraal, die wordt waargenomen door een camera die al op de robot is geïnstalleerd en die ook dienst doet als zachte bumper.

Hetzelfde concept geldt ook voor de tactiele sensoren die we nu aan de vingers van grijpers bevestigen”, legt uit Dr. Clemens Schuwerk, Regeltechniek, Marketing en Sales bij Rovi Robot Vision. “Later hebben we het concept van het gebruik van een externe camera uitgebreid om deze te combineren met passieve elementen om andere sensoren voor robots te bouwen, namelijk kracht-koppelsensoren en hoeksensoren“Alle drie de sensorconcepten zijn gepatenteerd of octrooi aangevraagd.

dr Nicolaas Alt en dr Clemens Schuwerk leerde elkaar kennen tijdens hun promotie aan dezelfde leerstoel en eindigde bij de derde in de groep, M. Sc. Stefan Lochbrunner bundelde al snel zijn krachten om de nieuwe technologie verder te ontwikkelen en te commercialiseren en een bedrijf af te stoten. Uit het onderzoeksproject is in 2016 een spin-off project voortgekomen. Het project wordt momenteel gefinancierd door EXIST Forschungstransfer, een financieringsprogramma van het federale ministerie van Economische Zaken en Energie specifiek voor hightech start-ups uit de Onderzoek.

Principe van sensorsoftwaretechnologie

De sensorsoftware vervangt complexe hardwaregebaseerde sensorsystemen en stelt robots in staat om precies dat te doen voelen door te zien. De technische innovatie omvat de robuuste meting van gewrichtsposities, posities, grijpkrachten, contactprofielen en andere tactiele of haptische contactinformatie met behulp van beeldverwerking en een camera die extern rond de arm of op de grijper is gemonteerd.

Robotgrijpers, EOAT, grijperkits voor cobot en industriële robots

Dit nieuwe sensorconcept kan duidelijk uitleggen met een analogie met mensen: Met gesloten ogen kan een persoon zijn arm alleen onnauwkeurig positioneren, omdat onze waarneming van de positie van onze ledematen en hun gewrichtsposities onnauwkeurig is. Klassiek Industriële robots Hoewel ze meestal 'blind' werken, in tegenstelling tot mensen, gebruiken ze zeer nauwkeurige sensoren in combinatie met een stijve constructie om toch een zeer nauwkeurige positionering van de eindeffector te bereiken.

Mensen, aan de andere kant, gebruiken ook de visuele perceptie en dus multimodale informatieverwerking om nauwkeurige manipulatie van objecten mogelijk te maken. Op dezelfde manier worden met Rovi's op software gebaseerde sensortechnologie gezamenlijke standpunten één RobotarmZowel posities als grijpkrachten worden vastgelegd met een goedkope camera, waardoor een nauwkeurige en autonome interactie van de robot met objecten mogelijk wordt.

De software berekent de gezamenlijke posities een Robotarm in driedimensionale ruimte met behulp van algoritmen voor beeldanalyse. Kracht-koppelsensoren en tactiele sensoren worden vervangen door eenvoudige passieve flexibele elementen zoals goedkoop schuim. Contactkrachten leiden tot karakteristieke vervormingen van deze elementen. De software meet ook deze vervorming met behulp van beeldanalysemethoden en berekent de aanwezige krachten en momenten met behulp van een materiaalmodel. De sensorsoftware kan worden toegepast op complete robotsystemen, robotarmen, grijpers of mobiele robotplatforms en maakt intelligente besturing van deze systemen mogelijk.

De Rovi-software vervangt een groot aantal sensoren in robotsystemen, die onder meer de bekabelinginspanning verminderd. Bovendien maakt het de realisatie van gevoelige en tegelijkertijd kosteneffectieve robots mogelijk. Want deze industriële camera's zijn door hun enorme verspreiding extreem kosteneffectief en krachtig. Tegelijkertijd zijn ze onmisbaar voor omgevingsherkenning op robots en zijn ze daarom al op veel robots aanwezig.

Harmonische tandwielen voor industriële robots, cobots en handling

Aangezien de huidige robotconfiguratie via extern camera's en software is gemeten bevestigingsmiddelen niet noodzakelijk zo stijf mogelijk worden geconstrueerd en met hoge precisie worden vervaardigd. In plaats daarvan kunnen conforme elementen en materialen en eenvoudigere fabricageprocessen met minder precisie worden gebruikt. Dit bespaart kosten en voorkomt complexe beveiligingssystemen. Bij flexibele elementen is de positie van de arm echter niet meer te berekenen met de gewrichtsposities en het starre robotmodel, zoals gebruikelijk is. Een externe camera in combinatie met de Rovi-software maakt het daarentegen nog steeds mogelijk om de positie van de arm en de eindeffector nauwkeurig te berekenen, aangezien ook vervormingen door de camera worden geregistreerd.

ook op industriële grijpers camera's zullen in de toekomst steeds meer de standaard worden. In veel gevallen kunnen deze camera's worden gebruikt voor de beschreven softwaregebaseerde sensoren, omdat deze samenwerken met alle camera's.

Kenmerken in vergelijking met traditionele robotica

Industriële robotarmen met conventionele hardwaresensoren wijzen zeer hoge absolute nauwkeurigheid van <0,1 mm en hoge verbindingssnelheden omdat ze hier speciaal voor ontworpen zijn. Hardwaresensoren kunnen hier bemonsteringsfrequenties van >1 kHz leveren. "Het is niet het doel van onze technologie om met deze waarden te concurreren", zegt Dr. schoenen.

“Een relevante maatregel voor robots in onbekende en veranderlijke omgevingen is de relatieve nauwkeurigheid tussen robot en doel. En hier zien we ons terrein. Net als elke industriële arm die wordt aangevuld met een camera, worden we beperkt door de cameragebaseerde positieschatting van het doelobject. In typische opstellingen met eenvoudige camera's krijgen we ongeveer 1 mm. Ultra HD-camera's laten <0,3 mm toe. We streven naar een snelheid van <45°/s", legt Clemens Schuwerk uit. Dit is een veilige keuze voor robots 'buiten de kooi' en wordt ook door veel bestaande robots gebruikt.

De nauwkeurigheid van de tactiele en kracht-koppelsensoren hangt sterk af van de camera-instelling (afstand, resolutie). In typische gevallen wordt een nauwkeurigheid van minder dan 5% bereikt, wat vergelijkbaar is met de nauwkeurigheid van mid-range hardwaresensoren.

Intelligente grijper met geïntegreerde camera

Voor de intelligent grijpsysteem met een geïntegreerd stereocamerasysteem en cameragebaseerde sensoren werd de tweeklauwgrijper MPLM1630HAN van Gimatic gebruikt. Enerzijds past dit goed bij de toepassingen van het huidige formaat voor het picken van kleine onderdelen. "Het belangrijkste was dat we geen alternatieve grijper op de markt konden vinden waarmee we de motor direct konden bedienen", herinnert de jonge ondernemer zich. Deze interface is belangrijk zodat de sensorgegevens uit de software kunnen worden gebruikt om het grijpproces intelligent te besturen en te bewaken.

De Gimatic grijper laat door de open interface naar de motor het snel en eenvoudig ontwikkelen van een prototype. "Terwijl we hier hoogwaardige, beproefde hardware gebruiken, kunnen we ons concentreren op ons kernthema software", zegt Dr. Schuwerk en verder: “Voor jonge startups zoals wij is het vooral belangrijk om de beperkte middelen die ons ter beschikking staan ​​efficiënt in te zetten. Zo komen we als pilotklant toch snel aan een product en kunnen we het met de opgedane feedback verder ontwikkelen.”

Uitdagingen in ontwikkeling

“Het bouwen van een robot is over het algemeen een uitdaging om in een klein team de verschillende disciplines zoals mechanica, elektronica, besturing, software en computer vision onder de knie te krijgen. We moesten ook aparte ontwikkelingsprojecten voor elke discipline vermijden", zegt Dr. Clemens Schuwerk. De kerncompetentie van Rovi ligt echter op het gebied van software en dus wilden de jonge ondernemers de hardware gebruik bestaande componenten.

Programmeerrobots | programmatuur en besturing

"Er is een zeer beperkte beschikbaarheid van open en/of modulaire hardware voor robotica, wat het bouwen van een demosysteem moeilijk heeft gemaakt", zegt Dr. schoenen. “Juist om deze reden hebben we gekozen voor de grijper van Gimatic, omdat er geen andere 'open' interface naar de motor op de markt is. We zijn nog op zoek naar andere partners voor bepaalde subsystemen zoals: Robotgewrichten en versnellingen. De software moet immers continu doorontwikkeld worden en het belangrijkste doel is om zeer nauw samen te werken met klanten en partners.

Om nieuwe toepassingsgebieden te openen

traditioneel Industriële robots zoals die worden gebruikt voor materiaalbehandeling, montage of in de logistiek, zijn tegenwoordig meestal voorgeprogrammeerde specialisten die zijn afgestemd op specifieke toepassingen. Ze doen hun werk doorgaans 24 uur per dag, zeven dagen per week betrouwbaar.

“Met onze technologie richten we ons niet op traditionele automatiseringstechnologietoepassingen waar zeer korte cyclustijden nodig zijn voor vastomlijnde of voorgeprogrammeerde taken. Onze sensorsoftware maakt het mogelijk nieuwe robotarmen en grijpersdie gevoelig en autonoom handelen, maar technisch zeer vereenvoudigd zijn en daardoor zeer goedkoop kunnen worden geproduceerd”, licht de medeoprichter de gebruiksvisie toe.

De startup maakt dus het gebruik van robots mogelijk in geheel nieuwe markten en toepassingen die met de huidige technologieën economisch niet haalbaar zouden zijn. Toepassingsvoorbeelden zijn te vinden in alle sectoren van de industrie, maar bij voorkeur waar een flexibele en veilige omgang met objecten vereist is, zoals in de logistiek, Landbouw, voedingsindustrie of in gebieden waar robots zich moeten aanpassen aan een snel veranderende productmix. Op middellange termijn zien de onderzoekers toepassingen voor de technologie, maar ook voor huishoudelijke toepassingen, waar over het algemeen een enorme prijsdruk heerst.

Eerste successen en een blik in de toekomst

Voor het eerst is de cameragebaseerde sensorsoftware voor a tafel robotarm op de Hannover Messe gepresenteerd in 2018. De reacties van bezoekers op de stand waren zeer positief. “We hebben met een aantal belangrijke besluitvormers in de sector kunnen praten en ons product kunnen laten zien. Tegelijkertijd hebben we met een groot aantal gebruikers uit de meest uiteenlopende branches kunnen praten. Dit resulteerde in volledig nieuwe toepassingsmogelijkheden voor onze sensoroplossing, waar we nog niet eerder aan hadden gedacht", vat Dr. schoenen. Trouwens, in juni staat Rovi op de Automatica in München vertegenwoordigd zijn.

Als jonge startup streven de drie onderzoekers het primaire doel na om de technologie te gebruiken voor pilotklanten. Daar zijn ze op zoek naar visionaire ondernemers, waarvan ze de processen kunnen verbeteren en automatiseren met intelligente en kosteneffectieve robotsystemen. Op termijn zien ze zichzelf als aanbieder van deze sensorsoftware, die ze in licentie geven aan fabrikanten van robotsystemen en integrators.

Lezing door dr. Clemens Schuwerk

Misschien ben je ook geïnteresseerd in...

Robot Grijper | Geautomatiseerde kleine handjes

Tegenwoordig zijn robotgrijpers onmisbare gereedschappen in de industriële productie. Of het nu gaat om de auto-industrie,...

Deze vacuümgrijpers kunnen alles aan

De nieuwe vacuümgrijper serie FGS-120 van Gimatic is modulair, zeer flexibel en energiezuinig. Met de modulaire...

Gimatisch | De specialist in slimme grijpers

Een jaar na het aantreden van algemeen directeur Thomas Trefzer is er veel veranderd bij Gimatic Vertrieb GmbH in Hechingen...

vacuümpomp | Innovaties voor Industrie 4.0 + branchespecifiek

Vacuümpompen voor industriële toepassingen moeten tegenwoordig kwalitatief hoogwaardig, energiezuinig, stil en nog veel meer zijn....

Robotgrijpers en EOAT-oplossingen

Een specialiteit van de grijpertechnologie van Gimatic zijn grijpersystemen voor robots. Je bevindt je aan het einde van een robotarm...

grijper | pneumatisch, elektrisch, magnetisch

Bij geautomatiseerde productie en montage worden elektrische en pneumatische grijpers gebruikt. Terwijl een...