Optyczne systemy pozycjonowania robotów w przestrzeni

    Dzisiejsze roboty przemysłowe są urządzeniami cechującymi się wysoką powtarzalnością i elastycznością. Na ramieniu robota można zainstalować kilka narzędzi, które są wymiennie wykorzystywane w produkcji. Obecnie roboty są też dużo tańsze, a co za tym idzie – bardziej dostępne. Potwierdzają to dane, które mówią o 29% wzroście sprzedaży robotów w 2017 r. Oznacza to, że roboty na dobre zaczynają wchodzić do zakładów produkcyjnych, w tym do małych i średnich przedsiębiorstw.

    Udana implementacja robota w procesie produkcyjnym zależy od kilku czynników zależnych od człowieka, ale też od możliwości technicznych. Są to: wiedza inżyniera i operatora, środowisko programistyczne, interfejs użytkownika, dobór narzędzi, odpowiednia implementacja i – co najważniejsze – precyzyjne i powtarzalne środowisko pracy robota. Wynika to z faktu, że robot – mimo swojego zaawansowania technologicznego – jest ślepy. Robot jest w stanie wykonać zaprogramowaną operację w sposób powtarzalny, ale w przypadku zmiany pozycji narzędzia czy detalu samodzielnie nie skoryguje pozycji, tak jak jest w stanie zrobić to człowiek. Niestety jest to duża wada dzisiejszych systemów. Wiedzą to także producenci robotów, którzy coraz częściej wyposażają roboty we wbudowane kamery. Są to jak na razie systemy dwuwymiarowe, w dodatku bardzo podatne na zmienne warunki oświetleniowe. To samo dotyczy precyzji tych systemów, która nie przekracza dziesiątych części milimetra. To jednak wciąż za mało.

    Równolegle coraz więcej firm – zarówno producentów sensorów, jak i robotów – zaczyna pracować nad systemami trójwymiarowymi o dużej precyzji. Są to systemy polegające na wyświetlaniu na detal pojedynczych bądź wielu linii przy pomocy lasera lub lampy diodowej, a następnie zbieraniu profili analizowanych obiektów w postaci cyfrowej chmury punktów. Systemy takie opierają się głównie na profilometrach zamocowanych na stałej ramie nad obszarem roboczym robota. Są one łatwe w instalacji i oprogramowaniu. Skanując przestrzeń, poszukują zadanego kształtu, a następnie wysyłają koordynaty znalezionego detalu do robota. Mają także pewne wady: ich konstrukcja wsporcza, na której są zainstalowane, zajmuje miejsce, musi być odpowiednio sztywna, aby wyeliminować ryzyko drgań, a same systemy się nie poruszają, zatem mogą być zasłonięte, np. pracującym ramieniem robota. Dlatego ich użycie ogranicza się obecnie do prostych aplikacji wyjmowania detalu z kosza.

    Równolegle trwają prace nad systemami zainstalowanymi na ramieniu robota, które dawałyby odpowiednią precyzję, liczoną w setnych częściach milimetra, a jednocześnie były algorytmicznie połączone z kontrolerem robota w taki sposób, aby ten otrzymywał dane w czasie rzeczywistym od systemu, jak prawdziwy zmysł wzroku. Jest to wciąż duże wyzwanie, gdyż powstałe w ten sposób olbrzymie ilości danych wymagają procesorów o bardzo dużej wydajności obliczeniowej, rzędu 2 teraflopów. Prace nad takimi systemami trwają także w Polsce, gdzie budowany jest system automatycznego pozycjonowania robota w przestrzeni, oparty właśnie na systemie 3D zainstalowanym na ramieniu robota.


    Krzysztof Kamiński jest kierownikiem naukowym projektu w firmie ALNEA.