Die Aufgabenstellung dieser Arbeit war, einen kamerageführten Greifprozess eines Roboters von einem laufenden Transportband weg zu realisieren. Aufbauend auf die Objekterkennungssoftware der Kamera, welche die Position eines Objektes in einem Bild in Koordinaten umwandelt, war es meine Aufgabe, nun über Zeitmessungen ein Signalkonzept zu erarbeiten, um zu verstehen, wie die Signale aussehen, weitergegeben werden und wie lange ihre Verarbeitung dauert. Somit konnte der Gesamtprozess vom Erkennen bis zum Greifen in Teilprozesse aufgeteilt werden, welche sich leichter untersuchen und programmieren ließen. Über die Dauer der Einzelprozesse konnte eine Totzeit zwischen Bildentstehung und dem Zeitpunkt, wenn dem Roboter die Zielkoordinaten der Greifbewegung zur Verfügung stehen, ermittelt werden. Dadurch kann man im Programm eine Positionskorrektur vornehmen, da sich das Objekt in dieser Totzeit auf dem Förderband unerkannt weiterbewegt.
Realisiert wurde diese Aufgabe mit einem DVT SmartImage Sensor und einem Industrieroboter ABB IRB 2400/10.
* Zu Beginn wurden die benötigten Zeitmessungen durchgeführt, welche zur Entwicklung eines
Signalkonzeptes nötig waren. Am Ende stand dann ein autonomer Greifprozess. Gemessen wurden
dabei die Löschzeit der RS232-Schnittstelle
* die Auslesezeit des von der Kamera übertragenen Koordinatenstrings aus der seriellen Schnittstelle
und Umrechnung in Koordinaten (x, y, Ψ)
* Messung der Bildverarbeitungszeit der Kamera
Der autonome Greifprozess, oder auch als „Dual Prozess“ bezeichnet, beinhaltet auch das Auftreten mehrerer Objekte auf dem Förderband. Ein besonderer Zusatz ist die automatische Prozessrücksetzung in einem Fehlerfall, der über Fehlerroutinen abgehandelt wird. Auf Grund der gewonnen Messwerte war meine Ergebnis eine sich ständig ändernde, in jedem Zyklus automatisch gemessene, Gesamtzykluszeit. Diese ist identisch mit der oben genannten Totzeit.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
1.1 DER INDUSTRIEROBOTER
1.1.1 Begriffsdefinition „Roboter“
1.1.2 Die Geschichte der Industrieroboter
1.1.3 Ihre Anwendungsgebiete und heutige Entwicklung
1.2 DAS ZIEL DER ARBEIT
1.3 DER AUFBAU DER ARBEIT
2 DIE GRUNDLAGEN
2.1 DER INDUSTRIEROBOTER IRB 2400/10
2.1.1 Mögliche Anwendungsbereiche
2.1.2 Die S4C-Steuerung
2.1.3 Die Programmiersprache Rapid
2.2 DIE KAMERA – DER SMART VISION SENSOR DVT 600
2.2.1 Die Grundlagen
2.2.2 Die Technischen Daten des Systems im Überblick
2.2.3 Die Benutzeroberfläche „Framework“
2.2.4 Die Kommunikation
2.2.5 Das TCP/IP – Protokoll
2.2.6 Beschaltung der I/O-Ports der Kamera
2.2.7 Der Inspektions-Modus
2.2.8 Die Herstellerangaben zu Zyklus– und Prozesszeiten während einer Inspektion
3 DER MESSAUFBAU
4 VORÜBERLEGUNGEN
4.1 GRUNDLEGENDE ANFORDERUNGEN
4.2 DER ZWECK DER MESSUNGEN
4.3 DAS SIGNALKONZEPT
4.4 DER KOORDINATENTRANSFER ZWISCHEN KAMERA UND ROBOTER
5 DIE MESSUNGEN
5.1 DIE PROZESSZEITMESSUNGEN DER ROBOTERSTEUERUNG
5.1.1 Die Prozessdauer „Löschen der seriellen Schnittstelle“
5.1.2 Die Auslesedauer eines Strings aus der seriellen Schnittstelle
5.2 DIE PROZESSZEITMESSUNGEN DER KAMERA
5.2.1 Die Messung der Inspektionszeit
5.2.2 Die Signalabfolge in der Kamera
5.3 DIE MESSUNG DER FÖRDERBANDGESCHWINDIGKEIT
6 DIE UMSETZUNG
6.1 DIE IMPLEMENTIERUNG DER ZYKLUSZEIT
6.2 GREIFPROZESSREALISIERUNG AM LAUFENDEN TRANSPORTBAND
6.3 DIE BILDDOKUMENTATION DES GREIFPROZESSES
6.4 DIE REALISIERUNG EINES ENDLOSPROZESSES
6.4.1 Der Ablauf der Abstapelung
6.4.2 Die Aufsplittung der Greifwinkel
6.4.3 Der Test des Endlosprozesses
6.5 DIE BEWERTUNG DES ENDLOSPROZESSES
7 DAS FAZIT
7.1 DIE REAKTION DER KAMERA BEI MEHREREN OBJEKTEN
7.2 DIE I/O – PORTS DER ROBOTERSTEUERUNG
7.3 ANMERKUNGEN ZU BENUTZERHANDBÜCHERN
7.4 EIN RESÜMEE
7.5 EIN AUSBLICK
8 ANHANG
8.1 ENTFÄLLT
8.2 KURZANLEITUNG FÜR DIE NEUINSTALLATION DES ROBOTERSYSTEMS
8.3 PROGRAMMMODUL FÜR DIE MESSUNG DER AUSLESEZEIT
8.4 DIE KAMERAEINSTELLUNGEN
8.5 DER GREIFPROZESS IN KOMMENTIERTER FORM
8.6 DER ENDLOSPROZESS AUSDOKUMENTIERT
8.7 DER ROBOTER ALS „MASTER“, DIE KAMERA ALS „SLAVE“
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Realisierung eines kamerageführten Greifprozesses für einen Industrieroboter, der Objekte von einem sich kontinuierlich bewegenden Transportband entnimmt. Die Forschungsarbeit konzentriert sich darauf, durch detaillierte Zeitmessungen der Signalverarbeitung ein Konzept zu entwickeln, welches die Latenzzeiten zwischen Objekterkennung und Greifbewegung kompensiert.
- Entwicklung eines Signalkonzepts zur Synchronisation von Kamera und Roboter
- Messung und Optimierung der Prozesszeiten (Löschzeit, Auslesezeit, Inspektionszeit)
- Implementierung von Algorithmen zur Positionskorrektur bei Förderbandlauf
- Realisierung und Test eines autonomen Endlosprozesses mit Fehlerbehandlung
Auszug aus dem Buch
6.4.1 Der Ablauf der Abstapelung
Nach einem Abgriff eines Objektes vom Förderband startet der Roboter von Startposition 1. Er, fährt über einen Zwischenpunkt auf die leere Stelle in der Abstapelung (Absetzpunkt) und setzt das gegriffene Objekt ab. Nun fährt er über einen Bahnzwischenpunkt zum Absetzpunkt2 und greift das dort liegende Objekt. Im nächsten Schritt fährt er über eine vorprogrammierte Bahnkurve direkt über das Förderband und setzt dort das Objekt ab. Nun begibt er sich zu Startposition2. Von dort aus wird erneut ein Objekt abgegriffen, und er fährt auf die leere Stelle in der Abstapelung (Absetzpunkt2). Hier wird das Objekt abgesetzt und das sich auf dem Absetzpunkt befindliche Objekt wird abgeholt und wieder zurück auf das Förderband gesetzt. Erst jetzt befindet sich die Abstapelung wieder im Ausgangszustand. Der Zyklus beginnt nun von neuem von der Startposition 1 des Roboters.
Tritt der Fall ein, dass das Objekt verfehlt wurde, spielt das für die Abstapelung keine Rolle. Das mit einem Objekt besetztem Feld wird auf das Band zurückgelegt, und die Abstapelung ist völlig leer.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Einführung in die Thematik der Industrieroboter, Definitionen sowie die Zielsetzung und Struktur der Arbeit.
2 DIE GRUNDLAGEN: Detaillierte Vorstellung der Hardwarekomponenten Roboter IRB 2400/10 und Smart Vision Sensor DVT 600 sowie deren Softwareumgebungen.
3 DER MESSAUFBAU: Beschreibung der physikalischen Verkabelung und der logischen Signalbelegung zwischen Kamera, Robotersteuerung und Transportband.
4 VORÜBERLEGUNGEN: Analyse der Anforderungen an den Objektabgriff und Definition des notwendigen Signalkonzepts zur Synchronisation.
5 DIE MESSUNGEN: Ausführliche Dokumentation der durchgeführten Zeitmessungen für Prozessabläufe in der Robotersteuerung und der Kamera.
6 DIE UMSETZUNG: Implementierung der Zykluszeit, Dokumentation des Quellcodes und Realisierung des Endlosprozesses mit Fehlerbehandlungsroutinen.
7 DAS FAZIT: Kritische Bewertung der Systemleistung bei mehreren Objekten und Ausblick auf zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten.
8 ANHANG: Zusammenstellung technischer Anleitungen, Programmmodule und Quellcodes zur Reproduktion der Arbeit.
Schlüsselwörter
Industrieroboter, ABB IRB 2400, DVT Smart Vision Sensor, Bildverarbeitung, Objekterkennung, Greifvorgang, Förderband, Signalkonzept, Prozesszeitmessung, Totzeit, Rapid, Automatisierung, Endlosprozess, Koordinatentransfer, Fehlerbehandlung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Studienarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die Entwicklung und Realisierung eines kamerageführten Greifprozesses, bei dem ein ABB-Industrieroboter Objekte von einem laufenden Transportband erkennt und präzise greift.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Themen umfassen die Systemintegration von industrieller Bildverarbeitung (Kamera) und Robotik, die Analyse von Latenzzeiten und die Programmierung in der Sprache Rapid.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist es, die "Totzeit" zwischen Bildaufnahme und Zugriff zu quantifizieren, um mittels Positionskorrektur im Roboterprogramm einen sicheren Greifprozess trotz bewegtem Band zu ermöglichen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wurde eine empirische Methode durch systematische Zeitmessungen an den Hardware-Schnittstellen gewählt, um ein valides Signalkonzept für die Prozesssteuerung zu entwickeln.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert den Messaufbau, die Zeitdauer der einzelnen Prozessschritte (Lösch-, Auslese- und Inspektionszeiten) und dokumentiert die Programmierung für den autonomen Endlosbetrieb.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen zählen Industrieroboter, Bildverarbeitung, Prozesszeitmessung, Totzeit, Automatisierung und Signalkonzept.
Warum spielt die Förderbandgeschwindigkeit eine so wichtige Rolle?
Da das Objekt während der Verarbeitungszeit der Kamera weiterläuft, muss der Roboter die exakte Strecke berechnen, die das Objekt in dieser Zeit zurücklegt, um nicht ins Leere zu greifen.
Wie reagiert das System auf mehrere Objekte im Blickfeld?
Das System wählt die Objekte nach einem Zufallsprinzip aus. Die Arbeit analysiert dabei auftretende Instabilitäten bei der Inspektionsdauer, wenn mehrere Objekte gleichzeitig im Suchbereich erscheinen.
- Citar trabajo
- Martin Pfrommer (Autor), 2005, Kamerageführte Greifvorgänge am laufenden Transportband, realisiert mit einem DVT Smart Vision Sensor und einem Industrieroboter ABB IRB 2400, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/47918
