机器人控制成本

概念系统解决了咖啡烘焙进料的问题 ，新的机器人控制 ，3D视觉和应用程序特定的效应加倍的吞吐量 。

瓶颈可以发生在制造过程中的每一个阶段 ，限制生产力 ，造成生产成本增加的问题 。精明的生产管理人员知道 ，无论是什么过程 ，不管是什么目前的生产速度 ，总会是一个可以改进 ，以提高工厂到公司的底线贡献最薄弱的环节 。对此 ，在这方面 ，处理的原料的进料的设备仅仅是作为所进行的处理的机器一样重要 。相比于其它方法的高级视觉引导的机器人进料系统可以增加一倍的吞吐量 。例如 ，3D视觉系统帮助大咖啡烘焙厂增加100％的绿豆进给率 ，同时消除被耗费该公司每年失去豆10万磅的安全性和材料浪费问题 。

 

该咖啡烘焙物具有与机器人 ，其工作是卸载的含有生豆150磅麻布袋托盘和放置在袋一个接一个在输送机最终馈送焙烧炉问题 。在机器人臂的端部夹持器是笨拙夹持袋子并导致它们撕裂 ，在卸货区的地板喷涌咖啡豆 。机器人缓慢地移动 ，并依靠“感觉”和内存 ，因为它试图找到下一个袋子移动 。由于工厂负责处理大约650000袋咖啡豆 ，每年的成本 ，机器人的错误 ，在失去了豆子和失去生产力的安装 。地板上的松散豆构成了安全问题 。随着考虑到这些因素 ，工厂管理人员决定升级的豆袋处理系统 ，在一个自动化系统专业系统集成商的帮助下入伍 ，包括智能机器人与机器视觉系统引导。所使用的控制系统采用了先进的3D视觉系统与高端的基于PC的软件来构建其进给机器人运行环境的三维模型 。

 

对于咖啡烘焙应用中 ，系统中的每个托盘的豆袋模型 ，一次一个托盘 ，使用距离测量通过激光三角测量获得的 。每层五层 ，每包装四包 ，每包20包 。一种新的计算机模型是构建在托盘上的每一层包 。该模型通过先进的算法识别的袋的独特功能运行 ，并且确定在该层的每个袋的精确位置和取向 。然后的位置和取向用于机器人分派到每个袋拾取 。

 

2个摄像头 ，2个激光器

 

许多激光测距系统只使用一个激光和摄像机 。此实现采用了两个摄像头和两个激光器 ，建设一个高度精确的可视化模型来优化机器人运动 。所使用的方法 ，称为激光三角测量 ，是一种高度精确的距离测量技术 ，当被扫描的表面基本上垂直于相机 。

 

虽然多个激光三角测量系统可以在市场上是可用的 ，但是很少允许自定义的三角形形状 。最需要的摄像机朝向从焦点的相对侧上的主体（等腰三角形）相同角度 。通过研究问题 ，馈入机器人通常处理类型 ，所涉及的工程师得知定位和钓鱼激光器和照相机不同可以提供材料的表面轮廓的一个更好的模型进行处理 ，并建立了这个能力到3D视觉系统 。

 

对于咖啡豆烘焙 ，照相机位于托盘上面约7英尺 ，指出从不同角度托盘 ，提供的视图中的53英寸宽的场（+/- 30或40度） 。这使得托盘 ，其具有48平方的最大尺寸 。在的整个顶面 ，要映射 。

 

以满足应用的精度要求 ，概念系统选定的能够产生每秒30000采样的工业摄像机 ，虽然对于这种特殊应用中 ，只有690次采样/秒被执行 。

 

 

激光三角测量 ，图像拼接

当激光光束扫描的咖啡袋 ，托盘 ，梁出现的摄像机 、移动与激光器同步 ，在摄像机的视场上下移动 ，他们通过在轮廓的包面 。如果在由光束所描述的线的点中相对于在这里 ，如果它是扫描一个平面上的光束将是视图相机的字段向上移动 ，这意味着表面上的该点被扫描越来越接近摄像机 。相反的是对于被视为向下方移动激光点真 。的货盘上的顶袋表面的轮廓由指出 ，其中激光线出现在摄像机的视场中 ，点变换成XYZ坐标和其输入到一个三维模型构成 。

 

利用两个摄像机产生用于处理视频图像的挑战 ，但是 。从不同的角度拍摄的两个摄像机图像需要被“缝合”在一起 ，提供一个连续的图片的咖啡袋和托盘 。但每个镜头的边缘部分抛物线失真和视觉的角度 ，从每个相机有所不同 。系统的一大部分的软件处理处理的扭曲的图像 ，以消除失真 ，并将它们结合在一起 。

 

另一个设计挑战是在视场中 ，能够扭曲图像的金属物体眩光 。不同的事情引起刺眼 ，但它是最经常从托盘用钉子激光的反射造成的 。放置在照相机偏振滤波器迟钝眩光的效果 。过滤器也使激光的光变暗 。

 

激光器是能发出在680纳米范围光台100MW机组 。在3A级激光器通常 ，如果用肉眼看只是暂时不会产生伤害 。而梁是对人类可见的 ，更多的能量在光谱的近红外部分提供 。 （100毫瓦激光器是大约轻如在可见光范围内的40毫瓦的激光） 。

 

该系统集成开发了一个三维建模程序 ，确定如何咖啡豆袋通过查看袋轮廓在托盘上定向 。精度是必需的 ，因为该包装袋可能略有不同的托盘的每一层定向 。以前的机器人控制有一个问题与此有关 。

 

为了确定袋上的最佳拾取点 ，软件进入三维模型 ，并把袋子的形象一半的南北和东西的尺寸在目标点到达 。由于摄像机的图像是在机器人坐标校准 ，机器人可以直接到这个位置 ，并开始拿起袋 。由于每一层的袋子被删除 ，3D模型被更新为下一层的袋子在托盘上 。当提出一个新的托盘或全层的包在一个部分托盘 ，软件指导机器人手臂最高的包 。当摄像机看到没有更多的袋子 ，托盘必须是空的 。一个可编程控制器发出信号弹出托盘 ，并带来一个新的 。

 

获得更好的抓地力

每个处理进料系统的不同之处的机器人使用获得并保持正在移动的原材料的方法 ，以及在3D视觉系统可定制不同机器人机构工作 。

 

在咖啡豆中的应用 ，系统集成商使用当地一家工程公司设计一个新的末端（“业务”的机器人手臂） 。以前的系统用双钳像只有两分的袋子上的接触器 ，但新的末端执行器提供了16个接触点 。它刺穿袋子拾起使用气动齿穿透包然后向外旋转 。当困难的尖端穿透袋子 ，他们把麻袋线程的方式没有撕裂他们 。气动技术被选中是因为它是一个高度可靠的电源 ，使停机时间降到最低 。气动软管有坚硬的外表面 ，以避免磨损 ，并在必要时迅速更换 。