Wenn für das positionsgenaue Greifen von Bauteilen mit dem Roboter ein Kamerasystem benötigt wird, stoßen gerade kleine und mittelständische Unternehmen oft an ihre Know-how-Grenzen und müssen auf externe Dienstleister zurückgreifen. Um den Start in die Vision-basierte Robotik zu vereinfachen, hat Schunk daher das 2D Grasping-Kit entwickelt. Eine in Deutschland entwickelte KI ermöglicht eine unkomplizierte automatisierte Handhabung und Sortierung verschiedener, zufällig auf einer Ebene angeordneter Bauteile.
Wenn beispielsweise in einem Lohnfertigungsunternehmen Drehteile aus der Maschine kommen, fallen diese meist in eine Kiste. Ein Mitarbeiter sortiert sie dann von Hand und legt sie lagerichtig in Trays ein, damit folgende Bearbeitungsschritte leichter automatisierbar sind. Wenn der Roboter übernimmt, ist der Mitarbeiter entlastet, und es sinken gleichzeitig Aufwand und Störanfälligkeit bei nachfolgenden Prozessen.
Das 2D Grasping-Kit besteht aus einer Kamera mit Objektiv, einem Industrie-PC sowie der KI-Software. Alle Komponenten sind aufeinander abgestimmt und aufgrund einer offenen TCP/IP-Schnittstelle mit jedem Roboter oder auch einer übergeordneten SPS-Steuerung kombinierbar.
In der eigenen Fabrik im Einsatz
Schunk setzt das 2D Grasping-Kit in der eigenen Produktion in Deutschland ein. Im Roboter-Applikationszentrum Colab können Kunden austesten, wie das System auch die ihre Produktion verbessern kann. Mit dem KI-System benötigt ein durchschnittlicher Anwender weniger als einen halben Tag, um Bauteile zu teachen. Die Weboberfläche der Software nimmt ihn dabei an die Hand und führt ihn Schritt für Schritt zum Ergebnis.
Wie läuft das Einlernen konkret ab?
Schritt 1: Bauteile fotografieren. Die Kamera blickt von oben auf das Zuführband oder den Bereitstellungstisch. Die KI-Software erkennt die Bauteile anhand vorher trainierter Bilder und gibt die optimale Greifposition aus. Vorteil des 2D Grasping-Kits: Es braucht keine spezielle Beleuchtungsquelle und ist dank der KI-Software deutlich resistenter gegenüber Fremdlicht als herkömmliche Vision-Systeme. Die Kamera kommt daher sowohl mit wechselnden Lichtverhältnissen zurecht als auch mit wechselnden Hintergründen.
Schritt 2: Objekte und Greifpunkte definieren. Im nächsten Schritt markiert der Bediener die Bauteile. Die KI-Software schneidet automatisch die Kontur eines Objektes vor dem Hintergrund aus, stellt sie frei und errechnet Varianzen für Blickwinkel, Belichtungssituation und andere Parameter. Schon nach 10 bis 20 Bildern verfügt sie über einen ausreichenden Datensatz.
Schritt 3: KI trainieren lassen und loslegen. Im letzten Schritt trainiert sich die KI selbst – und zwar komplett offline. Die Daten verbleiben vollständig im Firmennetzwerk des Kunden. Das Training dauert gerade einmal ein bis zwei Stunden. Dann kann das 2D Grasping-Kit loslegen.
KI gleicht Varianzen aus
Die KI-gestützte Kamera erkennt nun die Bauteile in den Beuteln aufgrund charakteristischer Merkmale wie Form, Größe und Farbe. Auftretende Variationen etwa durch Reflexion oder Verformung der Beutel gleicht die KI aus. Die Bildverarbeitungssoftware teilt dem Roboter dann mit, welche Bauteile sie erkennt, wo sie positioniert sind, wie weit das Greifsystem geöffnet werden soll und in welchem Drehwinkel es die Bauteile am besten greifen kann.
Der Roboter fährt dann mit dem Greifer zum Bauteil und nimmt es auf, um es dann an einer vordefinierten Position lagerichtig abzulegen. Während des Greifens und Verfahrens erfasst die Kamera bereits das nächste Objekt und lässt deren Art und Greifpunkt errechnen – dies dauert etwa zwei Sekunden, sodass der Roboter sofort das zweite Objekt greifen kann.
Besonders ist, dass das System zusammen mit der Objekterfassung auch schon die Greifpunkte für den eingesetzten Greifer automatisch kalkuliert und die Parameter (etwa Drehwinkel und Öffnungsweite) an die Robotersteuerung übergibt. Das 2D Grasping-Kit arbeitet im vorliegenden Beispiel mit dem Universalgreifer EGK. In Zukunft wird es auch mit pneumatischen und mechatronischen Parallelgreifern arbeiten, sowie mit Magnet-, Vakuum- und Adhäsionsgreifern.
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