Bin-picking de objectos toroidais

Abstract

O bin-picking começou a ter uma maior notoriedade principalmente a partir dos anos 80. As indústrias e laboratórios fizeram tentativas para desenvolver sistemas bin-picking eficazes, mas sem sucesso, principalmente devido aos recursos computacionais e tecnológicos da época. Hoje em dia, já existem alguns sistemas implementados, mas na maioria dos casos as peças estão semi-orientadas. São poucos os sistemas capazes de apanhar peças que estejam orientadas em qualquer posição, não havendo solução ainda para problemas mais complexos, como é o caso de molas e outras peças com geometrias muito irregulares. Este trabalho tem como objectivo principal desenvolver um sistema de binpicking capaz de apanhar objectos toroidais de diferentes dimensões, dentro de uma gama e empilhados de forma aleatória. O sistema deve conseguir através de dados sensoriais, determinar a localização e orientação dos objectos num procedimento dinâmico e de forma que sejam apanhados um a um. Neste caso em concreto, os objectos toroidais escolhidos para fazer os testes em laboratórios são pequenas réplicas de pneus. Depois de identificados os objectos potenciais, o manipulador deverá, autonomamente, fazer o reposicionamento da garra e sensores associados, para localizar e validar o objecto candidato, recorrendo à aproximação ao objecto ou à mudança do ângulo de visão se necessário. O sistema de visão baseia-se numa configuração de câmara monocular móvel juntamente com a iluminação localizada. A imagem é captada continuamente e é feito o tratamento com Sherlock. Por outro lado, como a câmara não permite obter informação sobre a profundidade, é usado um sensor de distância que complementa a informação da câmara. O programa de controlo recebe informação dos dispositivos de percepção e, com base nessa informação, toma as decisões, fazendo depois o controlo do manipulador e a actuação sobre a garra. O sistema mostrou-se capaz de identificar a localização e orientação dos pneus na pilha e de resolver problemas de oclusão e sobreposição dos mesmos. Além disso, o sistema permite posicionar o manipulador de forma a apanhar os pneus nas mais diversas situações, com a ajuda da garra desenvolvida para a aplicação em causa.

The bin-picking problem began to have great notoriety mainly from the 80’s.Companies and laboratories have made attempts to develop effective binpicking systems, but without success mainly due to the computing resources and technology of the time. Currently, there are some systems already implemented, but in most cases the pieces are semi-radom. There are few systems able to pick up pieces that are randomly oriented, still locking a solution for more complex items, such as springs and other parts with very irregular geometry. The main objective of this work is to develop a bin-picking system able to take toroidal parts of different sizes within a range and stacked randomly. The system uses sensories data to determine the localization and orientation of parts in a dynamic procedure, and catches them one by one. In this particular case, the toroidal objects chosen for the tests in labs are small replicas of tires. After having identified the potential objects, the robot must autonomously make the repositioning of the grip and associated sensors to locate and validate the candidate object using the approximation or to change the viewing angle if necessary. The vision system is based on a monocular camera mobile configuration with local illumination. The image is captured continuously and is analyzed with Sherlock software. However, as the camera doesn’t give information about the depth, a distance sensor is used to complement the information from the camera. The control program receives information from the sensing devices, and based on this information it makes decisions and then making the control of the robot and the activation of the grip. The system was able to identify the location and orientation of the tires on the stack and resolve problems of occlusion and overlap them. It is still able to position the robot according the orientation of the objects, as well as, pick them using the developed grip.