可以让任何机器人成为协作机器人的新技术,激发人机交互新潜力

   绕波特        

参观大型OEM的先进装配线,您可能会看到各种机器人。他们有条不紊地进行定位、组装和下移工作,但是即使这样,当一只鸟从屏幕前飞过,就能让整条生产线线停下来。


这是世界上最先进的制造商之一,他们仍无法解决这种问题。


可以让任何机器人成为协作机器人的新技术,激发人机交互新潜力


总部位于马萨诸塞州沃尔瑟姆市的Veo Robotics总裁/首席执行官Patrick Sobalvarro这样说,该公司介绍了一种总体上保护机器人技术和自动化的方法。Veo技术背后的想法是使机器人和人类能够以新的方式协同工作。该技术实质上使任何机器人都可以成为协作机器人。


当自动化领域的人们谈论协作机器人或协作机器人时,他们几乎总是指的是操作员可以与之紧密合作的小型限力和限力机器人。它们的安全属性(包括它们可以触摸到障碍物并停止的事实,以及机器人的关节对它们有一点帮助的事实)使它们相互协作。当然,如果协作机器人整天挥舞着锋利的工件,仍然会带来安全隐患。无论如何,他们的设计都允许操作员和其他人员在他们附近工作,而无需光幕或物理障碍。


可以让任何机器人成为协作机器人的新技术,激发人机交互新潜力


当然,动力和力量限制机器人也有其缺点。大多数设计仅提供有限的有效负载容量,并且其定位精度不足以满足许多应用的需求。例如,将此类机器人集成到折弯机上可能需要一些定位辅助装置,例如侧规或前规以及后规,而后规本身可能会被磁化。确切的要求取决于零件的要求,但事实是,典型的限力和限力机器人既没有提供传统机器人手臂的有效载荷能力,也没有提供其定位精度。


尽管如此,传统的机器人远没有限制动力和力量,如果没有适当的保护,则可能是极其危险的。即使是缓慢移动的机械臂也可能在错误的时间压碎被夹在错误位置的附件。


Sobalvarro已参与协作自动化领域多年。作为Rethink Robotics的第一任总裁,他参观了各个OEM和仓库,以了解行业的需求。他发现限力和限力机器人在正确的应用中有着光明的前景,但他也发现这种机器人有其局限性。


问题是,那些关键步骤全部由常规机器人执行,是整个生产线的约束过程。而且,如果他们关闭了光幕,而该光幕被雇员在错误的地方(或被飞翔的鸟儿打碎)打断,整个生产线将停止运转。同时,他认识到协作机器人技术的非凡优势。传统的机器人能否共享功率和力限制表亲的安全属性,并在这种情况下合作?


2008年,Sobalvarro与一家为零售业开发人员追踪软件的公司合作,见证了另一项技术进步。“它跟踪零售商店中的人员以防止损失,并提供该部门所谓的“商店情报”。例如,它可以感应到有人在大屏幕电视上闲逛而没有收到客户服务。客户包括沃尔玛和百思买。看到这一点,我知道可以使用计算机视觉来跟踪人员,但是我知道当时它还不够可靠,无法用作安全解决方案。”


但正是在这一点上,Sobalvarro意识到了潜力。通过监控传统机器人周围的体积,使它们能够安全地与人类互动。计算机的速度不够快,3D视觉芯片组的价格也不便宜。


机器人防护


装配工可以在具有FreeMove功能的机器人附近安全地工作,该机器人可以有效地感知人的存在。


这个想法为Veo Robotics播下了种子。Veo现在已有5年的历史了,它推出了FreeMove,这是一种智能视觉系统,适用于正确的应用,旨在消除对某些物理屏障,光幕或扫描仪的需求,使人们能够与之一起工作,而不是远离,传统的机器人。技术赶上了Sobalvarro的想法,并于今年早些时候宣布与首个集成商Calvary Robotics建立合作伙伴关系,该公司位于南卡罗来纳州格林维尔


该系统已被多家重要的OEM使用。除了节省空间之外,它还帮助实现了以前不切实际的某些任务的自动化。例如,在一个电器制造商处,一个大型机器人抬起不锈钢的冰箱侧面板并向操作员展示方向,以便工人可以在正确的位置添加某些组件。组装这些组件的行为不适合机器人技术。变量和过程复杂性太高了。但呈现的是大型,重型钣金零件的行为是成熟的材料处理机器人,但前提是该公司发现了一种对操作者的工作紧密和安全地与机器人本身。在这种情况下,FreeMove满足了需求。


该技术符合ISO 13849(机械安全性)和其他安全标准(包括包含在ISO 15066协同工作单元中的认证),该技术在所有传感器和FreeMove引擎本身之间使用双通道通信。


所有这些传感器都能提供2.5D图像,2D来自视角区域,而一半尺寸表示传感器所看到的距离。引擎获取此信息并将其融合到整个单元的单个3D视图中。由此,系统知道了很多事情。它可以找到机器人,并且知道关节角度以及从机器人控制器获得的其他信息,并检查这些角度是否正确。它也知道机器人要处理的工件形状(从CAD图纸中获得),因此知道可以拾取并进行操作。而且它知道静态固定装置。任何足够大的事物都可能被认为是人类。


在检测到潜在人类的情况下,系统假设人类可以每秒2 m的速度移动其全部或部分身体。该系统以此为基础,知道人在哪里,并控制机器人进行容纳,从而允许停止距离和其他与安全相关的参数。


计算引擎本身有五个CPU,其中两个主板上每个都有两个功能非常强大的CPU,并在与系统集成的任何板上都装有安全处理器。它比较输出的安全性。该技术使用工作单元的3D图像并对工作单元中的对象进行分类。而且,我们也不使用机器学习,因为这是一种概率技术。概率对我们来说还不够好。


为了确保工作效率,Veo团队致力于增加知识以应对各种情况。在常规情况下,除了工件,机器人和单元中的其他已知实体之外,系统还会将体积大于15.6升的未知物体检测为“人”,但并非在所有情况下均如此。例如,Sobalvarro描述了一种情况,其中一个机器人单元的工作台足够大,有人可以藏在下面。在这种情况下,如果视觉系统看到不应该在桌子旁边的物体,则假定该物体可能是某人的手臂或头部。它把物体看作是一个可以再次以每秒2 m的速度向机器人移动的人。如果机器人离该“潜在的人类”物体太近,它将关闭。


就是说,如果系统不是在桌子旁边而是在桌子上检测到未知物体,它将识别出它是什么:一个物体,例如热水瓶或杯子,而不是人。与扫描仪或光幕不同,视觉系统不会因为有人将汽水罐留在其路径中而关闭。


由于机器人在可能充满人的环境中运行,因此停止-重启周期有很大的不同。如果每次人离得太近,牢房关闭都需要打电话给维护人员进行锁定/挂牌程序,那么这种协作式自动化将不会有成效。如果人们看到机器人停下来,他会后退一步,然后机器人会恢复。这样可以缩短节拍时间,减少停站时间。


该技术可能使晶圆厂的各个区域(如弯曲单元或硬件插入单元)看起来大相径庭。因为人们可以在自动化系统附近工作,所以他们可以通过自动化系统能力范围之外的某些步骤搬运某些工件。或者,对于某些产品,弯曲或插入单元可以完全自动化,然后在其他两种操作模式之间快速转换的情况下,切换到其他产品的手动单元。


像任何其他技术一样,FreeMove确实有一些限制。首先,它尚未应用于任何电弧焊接或激光应用,如果是这样,来自那些过程的光(如果它们没有以某种方式被遮盖)将使传感器饱和。这不会造成不安全的情况,只是迫使一切停止。


现在它也仅限于最大约64平方米的工作间。传感器无法覆盖庞大的工作空间,例如涉及航空,造船或大型设备制造的工作空间。也就是说,Veo所谓的Distributed FreeMove可能会出现这种功能,在整个工厂中放置的传感器有一天可以像电力或压缩空气一样普遍提供保护。如果您重新配置工厂车间,它将仍然是工作单元设置和风险评估的一部分,但始终存在。这是一种统一的解决方案,具有广泛的灵活性和适应性。


到目前为止,该系统仅在特定的工作单元中工作。但是,如果最终将这种技术分发起来,那么未来的工厂看起来可能会大不相同。


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