Bin Picking Studio 1.4.0: Roboterumgebungen ohne CAD-Dateien erstellen

Environment Builder

Sind Sie schon einmal in der Situation gewesen, die Roboterumgebung anpassen zu müssen, aber kein CAD-Ingenieur war zur Stelle? Ab jetzt können Sie einfache Kollisionsobjekte direkt im Bin Picking Studio selbst zeichnen!

Wie?

Wir haben einen umfassenden, aber leicht verständlichen Leitfaden für Sie im folgenden Artikel vorbereitet.

Bin Picking Studio 1.4.0 bringt ein neues, benutzerfreundliches Tool „Environment Builder“. Es ermöglicht Ihnen, ein 3D-Modell der Arbeitszelle zu erstellen, den Arbeitsbereich des Roboters zu definieren und seine Bewegungsfähigkeiten zu testen. Das Tool erlaubt auch die Verifikation des Umgebungsmodells durch Vergleich mit einer Punktwolke des kalibrierten Scanners.

Der „Environment Builder“ besteht aus einem 3D-Visualisierer und einem Kontrollfeld, unterteilt in 3 Reiter mit unterschiedlichen Funktionen:

• Szene: Hier erstellen Sie ein 3D-Modell der Roboterumgebung
• Roboter: Hier testen Sie die Roboterbewegungen
• Vision: Hier verbinden Sie kalibrierte Vision-Systeme, um die virtuelle Umgebung mit der realen Welt zu vergleichen

Szene

Verhindern Sie, dass der Roboter seinen Arbeitsbereich verlässt, und schließen Sie ihn in eine virtuelle Box ein – schnell und mühelos! Die einfache Handhabung wird durch die Anzeige des Roboters in der Umgebungs-Konfiguration und hinzugefügte Funktionen für Größenänderung und Skalierung von Umgebungsobjekten unterstützt.

Um kollisionsfreies Bin Picking zu genießen, benötigen Sie ein präzises 3D-Modell der realen Roboterzelle. Die virtuelle Umgebung im Bin Picking Studio muss mit der realen Welt zumindest im Erreichbarkeitsbereich des Roboters übereinstimmen. Obwohl Trajektorien auf Kollisionen geprüft werden, sieht der Scanner nie jedes Objekt in der Szene, daher müssen Sie statische Kollisionsobjekte definieren, die der Realität entsprechen.

Objektliste

Der Reiter „Szene“ enthält eine „Objektliste“, die eine hierarchische Struktur unterstützt. Das bedeutet, dass jedes Objekt Kindobjekte haben kann, die damit verknüpft sind, um eine Gruppe von Objekten einfacher zu manipulieren. Sie können die +/- Schaltflächen neben dem Elternobjekt verwenden, um die Liste der Kindobjekte ein-/auszuklappen.

Um die Hierarchie bereits definierter Objekte zu ändern, können Sie ein Objekt in der „Objektliste“ greifen und an die gewünschte Position verschieben (beachten Sie das +-Symbol, das erscheint, wenn das Objekt über ein anderes bewegt wird, um es zu dessen Kind zu machen).

Beispiel:

Stellen Sie sich eine Palette mit mehreren Objekten vor. Es ist vorteilhaft, jedes Objekt als Kind des Elternobjekts zu definieren. So können Sie alle Objekte manipulieren (verschieben, drehen …), indem Sie einfach die Positionseigenschaften des Elternobjekts ändern.

Jedes Objekt in der „Objektliste“ bietet 3 Optionen, die daneben aufgelistet sind (von links nach rechts):

• Sync-Symbol: zeigt an, ob das Objekt gespeichert (synced) oder ungespeichert ist
• Sichtbarkeit-Umschalter: ermöglicht Ein-/Ausblenden des Objekts
• Entfernen-Button: ermöglicht Entfernen des Objekts (bitte beachten Sie, dass das Entfernen eines Elternobjekts auch alle seine Kindobjekte entfernt)

Der Reiter „Szene“ mit hervorgehobener „Objektliste“ und dem „+ Objekt hinzufügen“-Button

Sie können ein neues Objekt zur Szene hinzufügen, indem Sie auf den „+ Objekt hinzufügen“ Button unten links im 3D-Visualisierer klicken. Sie können entweder ein Kollisionsobjekt mit einer der verfügbaren Primitivformen (Box/Kugel/Zylinder) definieren oder eine STL-Datei hochladen.

Bei Auswahl einer Primitivform können Sie deren Eigenschaften im „Bearbeiten-Formular“ und „3D-Objekt-Werkzeug-Panel“ festlegen.

Wählen Sie eine STL-Datei, erscheint ein Pop-up-Fenster, in dem Sie einen Namen für das neue Objekt eingeben, die hochzuladende Datei auswählen und einen Objekttyp wählen. Es gibt 3 verfügbare Objekttypen:

• Behälter: für jedes CAD-Modell, das einen Behälter darstellt (blau gerendert)
• Umgebung: andere Kollisionsobjekte, die ebenfalls realen Objekten in der Roboterumgebung entsprechen (grau gerendert)
• Virtuelles Kollisionsobjekt: für Objekte, die nicht zwingend in der realen Roboterumgebung existieren – hauptsächlich zur Begrenzung des Roboterarbeitsbereichs beim Bin Picking, aber auch zur Definition von Zellenwänden, um eine Durchsicht auf den (virtuellen) Roboter innen zu ermöglichen (rot und semi-transparent gerendert, als einziger Objekttyp)

Jeder dieser Objekttypen stellt im Sinne der Kollision ein „Kollisionsobjekt“ dar, mit dem das gegriffene Objekt nicht kollidieren wird.

Nach Auswahl eines Objekts aus der „Objektliste“ wird es in der Liste blau und im Visualisierer rot hervorgehoben. Daneben erscheinen das „Bearbeiten-Formular“ und „3D-Objekt-Werkzeuge“ Panel. Sie können ein Objekt auch durch direktes Anklicken im 3D-Visualisierer auswählen. Zum Abwählen klicken Sie in der „Objektliste“ erneut darauf oder wählen die „Schließen“ Option im „3D-Objekt-Werkzeuge“ Panel.

Bearbeiten-Formular & 3D-Objekt-Werkzeuge

Nach Auswahl eines Objekts entweder aus der „Objektliste“ oder im 3D-Visualisierer erscheinen das „Bearbeiten-Formular“ und „3D-Objekt-Werkzeuge“ Panel.

Der Reiter „Szene“ mit hervorgehobenem „Bearbeiten-Formular“, „3D-Objekt-Werkzeuge“ Panel und „Szene speichern“-Button

Das „Bearbeiten-Formular“ ermöglicht die Eingabe folgender Objekteigenschaften:

• Name (des Objekts)
• Typ (des Objekts wie oben beschrieben)
• CAD-Datei (Mesh): Sie können das STL-Objekt herunterladen
• Skalierung: Sie können das STL-Objekt skalieren
• Abmessungen: Sie können das Objekt vergrößern/verkleinern (nur für Primitivformen): Breite/Höhe/Tiefe für Box, Radius für Kugel und Radius/Höhe für Zylinder
• Position: Sie können die Position des Objektursprungs relativ zum Elternobjektursprung ändern
• Rotation: Sie können das Objekt um seinen eigenen Ursprung drehen

Sie können Objekte auch dynamisch mit den „3D-Objekt-Werkzeugen“ manipulieren:

• Verschieben: zeigt Markierungspfeile, um die Position des Objekts entlang einer gewünschten Achse durch Ziehen des Markers zu ändern
• Drehen: zeigt Markierungskreise, um die Rotation des Objekts in der gewünschten Achse durch Ziehen des Markers zu ändern
• Skalieren: zeigt Markierungspfeil, um das Objekt zu skalieren
• Größe ändern: zeigt Markierungspfeile, um die Objektmaße in der gewünschten Achse durch Ziehen des Markers zu ändern (nur für Box und Zylinder)
• Self/Parent-Umschalter: Sie können den Ursprung der Rotation beim Drehen mit dem Marker ändern; „self“ wählen für Rotation um eigenen Ursprung; „parent“ für Rotation um Elternursprung

Die Marker erlauben auch das Hinzufügen von Inkrementen zu Positions-/Rotationswerten für jede Achse. Statt den Marker in die gewünschte Richtung zu ziehen, klicken Sie einfach auf den Pfeil/Kreis für eine bestimmte Achse, geben den gewünschten Wert ein und bestätigen mit dem „Haken“ Button.

Der „+ Kindobjekt hinzufügen“ Button ermöglicht das Erstellen eines Kindobjekts für das aktuell ausgewählte Objekt. Nutzen Sie den „x Schließen“ Button, um die Auswahl aufzuheben (Bearbeitung beenden).

Schließen Sie die Aktion durch Klicken auf den „Szene speichern“ Button ab. Die virtuelle Umgebung synchronisiert sich mit dem Roboter. Erst danach können Sie den Reiter „Roboter“ mit Robotersteuerung nutzen.

Roboter

Bevor Sie auf den Reiter „Roboter“ zugreifen, müssen Sie zunächst einen Roboter und Greifer aus der Datenbank auswählen und den Toolpoint definieren. Anschließend können Sie den Roboter virtuell joggen und seinen Arbeitsbereich definieren.

Robotersteuerung

Sie können aus drei Bewegungsmodi wählen:

• Gelenk
  Hier können Sie die einzelnen Roboter-Gelenke virtuell joggen auf zwei Arten:
  • Durch Verschieben des Sliders für das entsprechende Gelenk
  • Durch manuelles Eingeben der Gelenkposition im Eingabefeld

• Linear (Werkzeug-Koordinatensystem / Roboter-Basis-Koordinatensystem)
  Sie können den Toolpoint des Roboters entweder im Koordinatensystem des Werkzeugs oder der Roboterbasis bewegen. Es gibt drei Arten, den Roboter zu bewegen:
  • Durch Verschieben des Markers im Toolpoint des Roboters, Ziehen zur gewünschten Position
  • Durch Ziehen der Pfeile, um ihn in jeder jeweiligen Achse zu bewegen, oder Ziehen der Kreise, um ihn zu drehen
  • Durch manuelles Eingeben der TCP-Position und -Orientierung im „Toolpoint-Position“ Panel

Klicken Sie auf den „Home-Pose“ Button, wird der Roboter automatisch in seine Standardposition bewegt. Um die Kollisionsprüfungs-Funktion zu aktivieren, nutzen Sie den „Kollisionen hervorheben AN/AUS“ Toggle-Button.

Beim Manövrieren des Roboters werden Gelenkbegrenzungen angewendet.

Beispiel für eine Einrichtung von Gelenkbegrenzungen

Gelenkbegrenzungen ermöglichen die Definition des Pfadplanungs-Arbeitsbereichs des Roboters.

Der Roboter muss normalerweise nur in einem Bruchteil seines Gelenkbereichs bewegt werden. Wir empfehlen dringend, die Gelenkbegrenzungen so einzurichten, dass die Pfadplanung nur in diesem Teilraum des vollständigen Arbeitsbereichs stattfindet. Korrekt eingestellte Gelenkbegrenzungen wirken sich positiv auf die Berechnungszeit und Erfolgsrate der Pfadplanung aus.

Lassen Sie ein Gelenkbegrenzungsfeld leer, verwendet das System die hardwaremäßigen Standardwerte des Roboters.

Bitte beachten Sie, dass zu restriktive Gelenkbegrenzungen zu Pfadplanungsfehlern führen können. Planen Sie immer etwas Spielraum ein. Um zu prüfen, ob die Reichweite des Roboters ausreicht, nutzen Sie die Jogging-Optionen des „Robotersteuerung“ Panels. Stellen Sie sicher, dass der Roboter jeden Platz im Behältermodell mit verschiedenen Greiferorientierungen erreichen kann.

Vision

Sie sind vielleicht auch schon auf Schwierigkeiten gestoßen, die aus Diskrepanzen zwischen der realen Bin-Picking-Zelle und ihrer CAD-Version resultieren. Dies ist dank der neuen Option, einen Scan auszulösen und zu prüfen, ob die gescannte Punktwolke dem modellierten virtuellen Raum entspricht, kein Problem mehr. Da Sie jetzt auch die Scanvolumen der eingesetzten Vision-Systeme überprüfen können, war es nie einfacher, das Sichtfeld einzurichten.

Der Reiter „Vision“ ermöglicht die Manipulation der konfigurierten Vision-Systeme zur Validierung der Platzierung der Kollisionsobjekte.

Wenn Scanner am Roboterarm montiert sind, müssen Sie zunächst ein Robotermodell für dieses Vision-System auswählen, damit es in der Liste erscheint. Andernfalls erhalten Sie eine Warnmeldung.

Die „Vision-System-Liste“ mit 3 Vision-Systemen, das vierte kann nicht angezeigt werden, da kein Roboter ausgewählt wurde

Ein Vision-System kann folgende Statusse haben:

• Verfügbar: der Scanner ist bereit zur Verbindung und das Vision-System ist kalibriert
• Nicht verfügbar: der Scanner ist derzeit nicht verbindungsbereit; prüfen Sie Stromversorgung, Verbindung und Netzwerkkonfiguration
• Nicht kalibriert: das Vision-System ist noch nicht kalibriert – Sie müssen zuerst eine erfolgreiche Kalibrierung durchführen, um dieses Vision-System im „Environment Builder“ zu nutzen

Erhalten Sie detaillierte Informationen zu einem Vision-System (Scanner-ID, Montageposition und Modelltyp), indem Sie darauf klicken. Die unteren Felder spiegeln die Kalibrierung des Vision-Systems wider – Translation und Orientierung der Scanner-Kamera relativ zur Roboterbasis (extrinsische Kalibrierung) oder zum Roboterflansch (Hand-Auge-Kalibrierung).

Das Vision-System-Übersichtsfenster enthält mehrere Buttons:

• Sichtbarkeit: Sie können die Sichtbarkeit jedes Scanner-Modells, Scanvolumens und des Scanner-Ursprungs (genauer seiner Kamera) ein-/ausschalten
• Verbinden: Sie können den „Verbinden“-Button klicken, sobald der Scanner verbindungsbereit ist und das Vision-System kalibriert wurde
• Trennen: einmal verbunden, können Sie sich mit diesem Button vom Scanner trennen
• Auslösen: während der Verbindung mit dem Scanner können Sie Scans auslösen

Detaillierte Informationen zu einem Vision-System

Bitte beachten Sie, dass nur ein Scanner gleichzeitig verbunden werden kann. Falls derselbe Scanner in mehreren Vision-Systemen verwendet wird, wird er in allen verbunden.

Der „Environment Builder“ teilt Scanner-Steuerungen mit dem PhoXi Interface – einmal verbunden im „Environment Builder“, ist derselbe Scanner auch im PhoXi Interface verbunden.

Validierung

Das Verbinden eines Scanners und Auslösen von Scans hilft Ihnen, Kollisionsobjekte (hauptsächlich den Behälter) so zu platzieren, dass das Modell der Realität präzise entspricht.

Um eine präzise Objektplatzierung sicherzustellen, muss ein kalibriertes Vision-System verfügbar sein. Sie können dann einen Scan auslösen und ihn nutzen, um das CAD-Modell so zu positionieren, dass Modell und Punktwolke überlappen.