Precision bin-picking using a 3D sensor and a 1D laser sensor

Abstract

The technique that is being used by a robot to grab objects that are randomly placed inside a box or on a pallet is called bin-picking. This process is of great interest in an industrial environment as it provides enhanced automation, increased production and cost reduction. Bin-picking has evolved greatly over the years due to tremendous strides empowered by advanced vision technology, software, and gripping solutions which are in constant development. However, the creation of a versatile system, capable of collecting any type of object without deforming it, regardless of the disordered environment around it, remains a challenge. To this goal, the use of 3D perception is unavoidable. Still, the information acquired by some lower cost 3D sensors is not very precise; therefore, the combination of this information with the one of other devices is an approach already in study. The main goal of this work is to develop a solution for the execution of a precise bin-picking process capable of grasping small and fragile objects without breaking or deforming them. This may be done by combining the information provided by two sensors: one 3D sensor (Kinect) used to analyse the workspace and identify the object, and a 1D laser sensor to determine the exact distance to the object when approaching it. Additionally, the developed system may be placed at the end of a manipulator in order to become an active perception unit. Once the global system of sensors, their controllers and the robotic manipulator are integrated into a ROS (Robot Operating System) infrastructure, the data provided by the sensors can be analysed and combined to provide a bin-picking solution. Finally, the testing phase demonstrated the viability and the reliability of the developed bin-picking process.

À tecnologia usada por um robô para agarrar objetos que estão dispostos de forma aleatória dentro de uma caixa ou sobre uma palete chama-se binpicking. Este processo é de grande interesse para a industria uma vez que oferece maior autonomia, aumento de produção e redução de custos. O binpicking tem evoluido de forma significativa ao longo dos anos graças aos avanços possibilitados pelo desenvolvimento tecnológico na área da visão, software e soluções de diferentes garras que estão em constante evolução. Contudo, a criação de um sistema versátil, capaz de agarrar qualquer tipo de objeto sem o deformar, independentemente do ambiente desordenado à sua volta, continua a ser o principal objetivo. Para esse fim, o recurso à perceção 3D é imprescindível. Ainda assim, a informação adquirida por sensores 3D não é muito precisa e, por isso, a combinação deste com a de outros dispositivos é uma abordagem ainda em estudo. O objetivo principal deste trabalho é então desenvolver uma solução para a execução de um processo de bin-picking capaz de agarrar objetos pequenos e frágeis sem os partir ou deformar. Isto poderá ser feito através da combinação entre a informação proveniente de dois sensores: um sensor 3D (Kinect) usado para analisar o espaço de trabalho e identificar o objeto, e um sensor laser 1D usado para determinar a sua distância exata e assim se poder aproximar. Adicionalmente, o sistema desenvolvido pode ser acoplado a um manipulador de forma a criar uma unidade de perceção ativa. Uma vez tendo um sistema global de sensores, os seus controladores e o manipulador robótico integrados numa infraestrutura ROS (Robot Operating System), os dados fornecidos pelos sensores podem ser analisados e combinados, e uma solução de bin-picking pode ser desenvolvida. Por último, a fase de testes demonstrou, depois de alguns ajustes nas medidas do sensor laser, a viabilidade e fiabilidade do processo de bin-picking desenvolvido.