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A visão artificial e a robótica estabelecem uma ligação de união em aplicações industriais de todo tipo. Isto fez que se popularizem os sistemas denominados VGR (Vision Guided Robotics) de Robótica guiada por visão.

Os sistemas VGR proporcionam um maior grau de liberdade à robótica, passando de ter que trabalhar em ambientes pré-definidos a poder faze-lo em ambientes de maior versatilidade. Quando um robô trabalha sem um sistema de visão associado, o meio de trabalho deve ser fixo, o robô deve aceder sempre a uma posição pre-determinada, o que obriga a utilizar sistemas de posicionamento muito precisos dos objetos a serem manipulados para que o robô se dirija exatamente a onde deve ir.

Os sistemas robóticos assistidos por visão (VGR), são muitos flexíveis devido a que os sistemas de visão permitem determinar com extrema precisão a posição de qualquer objeto no espaço, podendo definir cada um dos pontos em um espaço 3D e dirigindo o robô até ao ponto preciso de onde deve aceder.

Este tipo de sistemas de orientação não serve somente para ambientes de manipulação (handling) da indústria robótica, mas também podem ser utilizados em aplicações de soldadura, pintura, rebitagem, montagem, paletização e despaletização e obviamente também em sistemas de manipulação de objetos ou peças.

O VGR, portanto, permite dar à robótica um salto qualitativo abrindo esta tecnologia a inúmeras novas aplicações e também proporciona um avanço quantitativo à robótica, já que aumenta as possibilidades de instalação de novos robôs em qualquer tipo de processo produtivo.

VGR e Picking

Tal como comentamos anteriormente, o numero de aplicações de VGR são inumeráveis, entretanto neste artigo queremos concentrar-nos em aplicações de picking.

No meio da robótica e visão artificial denomina-se Picking (recolha) o processo combinado de identificação de um objeto mediante um sistema de visão artificial, determinação da sua posição no espaço e sua posterior recolha e transferência ao ponto de destino utilizando um sistema robotizado.

Os sistemas de visão utilizados para a identificação e determinação da posição são vários, passando por sistemas mono câmara que permitem o reconhecimento e posição em um plano 2D, até sistemas estéreo, triangulação laser e tempo de voo (TOF) que facilitam um reconhecimento em três dimensões e determinam a posição precisa no espaço.

Metalmadrid2015-057Pick & Place

Dentro das aplicações de Picking, provavelmente a mais conhecida é a denominada Pick & Place. Habitualmente trata-se de determinar a posição de um objeto em um plano e a sua posterior recolha. Frequentemente estas aplicações pretendem conhecer a posição de um objeto num tapete transportador. A este tipo de aplicações normalmente se utiliza uma câmara sobre o tapete transportador que captura a imagem do objeto, o reconhece e determina a sua posição em X e Y. Dado que a velocidade do tapete seja conhecida e constante, uma vez identificada a peça e sabendo a posição, o sistema só deve fazer o cálculo de onde deve dirigir o robô para recolher a peça num tempo determinado.

Os sistemas de pick & place são extremamente eficazes e rápidos. Dependem da qualidade do reconhecimento dos objetos, do software de visão artificial utilizado e da rapidez da recolha, assim como a velocidade em que o robô é capaz de funcionar.

Estes sistemas são muito eficazes e amplamente testados na indústria, entretanto, para o seu correto funcionamento é preciso ter certeza de que as peças a serem recolhidas não estejam sobrepostas para que o sistema não perca grande parte da sua eficácia. Em outras palavras, é preferível que as peças ou objetos estejam separados uns dos outros, para que o sistema funcione na máxima eficácia.

Ainda que em muitas ocasiões os sistemas de pick & place estão constituídos por uma câmara e um robô, não é difícil encontrar sistemas que combinam várias câmaras e robôs de forma sincronizada para poder realizar todo o processo de recolha e colocação dos objetos no seu destino final à máxima velocidade.

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Bin Picking

Embora que a base tecnológica sobre o que se sustenta o Bin Picking é similar ao do Pick & Place, a dificuldade que implica é muito maior.

Denomina-se Bin Picking a um sistema VGR que  permite selecionar e extrair peças empilhadas aleatoriamente em um contentor (container), utilizando um sistema de visão artificial para o reconhecimento e a localização e um sistema robótico para a extração e a sua posterior realocação.

Embora à primeira vista pareça uma metodologia trivial, é tremendamente complexo para um sistema informatizado robotizado distinguir e separar uma peça de outras amontoadas.

O primeiro passo no processo de uma aplicação de Bin Picking é o reconhecimento do objeto ou peça a ser recolhida. Para isso é necessário ter informação precisa em três dimensões deste objeto. Levando em consideração que em um contexto empilhado uma peça pode apresentar-se em qualquer posição no espaço, o programa informático de Bin Picking deve conhecer a peça em 3 dimensões. Para isso será necessário introduzir previamente no sistema todos os parâmetros morfológicos relacionado como  o objeto em questão.

Uma vez definida a peça a ser selecionada, o sistema de Bin Picking tem que determinar o campo de visão onde se encontra esta peça, no caso do contentor (container) onde se encontram os objetos amontoados. Conhecida a morfologia do objeto e o ambiente onde se encontra, o seguinte passo faz referência ao reconhecimento e seleção de objetos situados dentro do contentor. Mediante um complexo algoritmo determina-se o melhor candidato reconhecido. Denomina-se melhor candidato à peça que se encontra na melhor posição para que o robô possa agarrar. Isto supõe que deve ser a peça que se encontra em uma posição alcançável, sem risco de colisão que não esteja presa por outras peças e que seja entre todas a melhor candidata pré-selecionada.

Uma vez determinada a peça, o robô deverá alcançá-la no menor tempo possível, sem colisões com o ambiente de trabalho ou com o resto de peças para o qual deve calcular a melhor trajetória. A fixação deve ser limpa, portanto previamente deve ter sido desenhada uma garra apropriada para o tipo de peça com que se está trabalhando. Uma vez definida a trajetória se decidirá os pontos possíveis de fixação desta peça e finalmente se orientará a melhor posição para o robô agarrar a peça.

Por último o robô, uma vez recolhida a peça, posicionará o objeto no lugar previamente pré-definido para seguir o processo produtivo. Em algumas ocasiões, este ultimo processo é aproveitado para fazer uma inspeção de qualidade da peça em questão mediante sistemas de visão artificial associados.

Bin Picking baseado em Stereo Vision

Metalmadrid2015-035Existe múltiplos mecanismos de visão que podem ser utilizados em sistemas de Bin Picking e todos eles podem ser igualmente válidos para identificar objetos empilhados num contentor.

A INFAIMON desenvolveu um sistema baseado em stereo vision que incorpora duas câmaras na cabeça do robô. Isto permite fazer um mapa muito preciso de todos os objetos empilhados e determinar com grande exatidão onde se encontra o melhor candidato a ser recolhido.

Existe uma série de vantagens inerentes a esta tecnologia, entre as que se destaca a identificação de peças estruturadas de alta complexidade. Com outras tecnologias este tipo de peças dificilmente poderia ser reconhecida dentro da pilha onde se encontram, enquanto que a utilização de uma cabeça estéreo permite fazer esta identificação de forma mais rápida e segura.

Outro tipo de elementos especialmente indicados para esta tecnologia estéreo são as caixas ou embalagens que incluam textura grafica, como impressão de marca ou de qualquer outro elemento. Neste caso um sistema baseado em stereo vision é muito útil em processos de paletização e despaletização. Ainda que possa parecer  que um sistema de bin picking não seja necessário em processos de despaletização, já que o contentor está numa posição conhecida e os componentes do contentor (container) estão ordenados, com muita frequência estes componentes se desordenam e caem em cima de outros e passam a ser uma pilha desorganizada e é aqui quando o sistema bin picking mostra a sua eficácia.

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Conclusão

Os sistemas de Robótica Guiada por Visão (VGR) estão sendo utilizados cada vez com mais frequência nos meios de fabricação robotizados. Inclusive, o aumento nas vendas a nível mundial de robôs para tarefas de handling é um dos mais importantes dentro da robótica, especificamente os sistemas VGR.

Dentro dos sistemas VGR e em concreto os de Picking, um dos mais complexos é o Bin Picking. A necessidade de sistemas de Bin Picking é extremamente frequente nos processos de produção, especialmente no início da cadeia de produção. A INFAIMON desenvolveu um sistema de Bin Picking que se mostrou extraordinariamente eficaz na manipulação de objetos complexos ou texturizados.

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