任何尝试过游乐场抓取机的人都可以证实这一点:手动控制抓取臂绝不是小事。就像拿毛绒兔子失败是无害的一样,在处理放射性废物时失败的尝试可能是戏剧性的。gydF4y2Ba

机器人辅助系统与Ensenso 3D摄像机安全处理核废料gydF4y2Ba
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来自|的案例分析gydF4y2Ba影像显影系统gydF4y2Ba

核设施的退役是运营商面临的重大挑战。无论是退役还是安全遏制,要处理的核废料的数量正在以压倒性的速度在全球范围内增长。处理核废料的自动化要求越来越高,但出于安全原因,核工业不愿采用完全自主的机器人控制方法,而远程控制的工业机器人在危险环境中更受青睐。然而,在操纵杆和视频监控摄像机的帮助下,像遥控抓取或切割未知物体这样复杂的任务是很难控制的,有时甚至是不可能的。gydF4y2Ba

为了简化这一过程,由英国伯明翰大学极端机器人实验室领导的国家核机器人中心正在研究核废料的自动处理方案。在那里开发的机器人辅助系统,利用Ensenso 3D摄像机提供的触觉反馈和视觉信息,实现“共享”控制,执行复杂的操作任务。在系统出现故障的情况下,总是出现在回路中的操作员可以保持对机器人自动操作的控制。gydF4y2Ba


应用程序gydF4y2Ba

任何尝试过游乐场抓取机的人都可以证实这一点:手动控制抓取臂绝不是小事。就像拿毛绒兔子失败是无害的一样,在处理放射性废物时失败的尝试可能是戏剧性的。为了避免对人类和环境造成严重后果的损害,机器人必须能够非常准确地探测到现场的放射性物体,并精确行动。操作者将它握在手中,就由他来确定正确的抓握位置。同时,他必须正确地评估逆运动学(反变换),并正确地确定机器人手臂元素的关节角度,以正确地定位机器人并避免碰撞。由英国研究人员开发的辅助系统极大地简化和加快了这项任务:配备了一个标准工业机器人的平行颚爪和一个Ensenso N35 3D相机。gydF4y2Ba



该系统自动扫描未知废弃物,并以点云的形式创建它们的3D模型。这是非常精确的,因为Ensenso 3D相机的工作原理是空间视觉(立体视觉),这是模仿人类的视觉。两个摄像机从不同的位置观察物体。虽然两个相机图像的图像内容看起来相同,但它们显示了物体所处位置的差异。由于摄像机的距离和视角以及光学系统的焦距已知,Ensenso软件可以确定每个图像像素的物体点的三维坐标。在这种情况下,使用相机的不同扫描位置捕捉场景,并结合起来,从所有视角获得一个完整的3D表面。Ensenso的校准程序有助于将单个点云转换为全球坐标系统,从而改善完整的虚拟图像。由此产生的点云包含向机器人传达正确的抓握或切割位置所需的所有空间对象信息。gydF4y2Ba



图Extreme Robotics Lab的3D视觉引导的半自主机器人在放射性环境下切割金属物体。gydF4y2Ba

在软件的帮助下,Enseno 3D摄像机接管了操作者对深度信息的感知和评估,从而大大降低了操作者的认知负荷。该辅助系统结合被抓物体的触觉特征和一种特殊的抓握算法。gydF4y2Ba

“我们的系统使用场景云自动生成几个稳定的扣人心弦的位置。由于3D摄像机捕捉到的点云是高分辨率和密集的,因此可以为场景中的每个对象生成非常精确的抓握位置。基于此,我们的“假设排名算法”根据机器人当前的位置决定下一个要捡起的物体,”国家核机器人中心的高级研究科学家Naresh Marturi博士解释道。gydF4y2Ba

(游戏邦注:这一原则与技能游戏《Mikado》类似,即玩家每次只能拿走一根棍子,而不能移动其他棍子)。gydF4y2Ba

所确定的路径引导使机器人能够沿着期望的路径平稳平稳地导航到目标夹持位置。就像导航系统一样,该系统支持操作者引导机器人手臂安全抓取,如果需要,也可以通过其他未知和危险的物体。系统为此计算出一个安全的走廊,并通过触觉反馈帮助操作者不离开走廊。gydF4y2Ba


该系统将操作者的自然手部动作实时准确可靠地映射到机器人的相应动作上。因此操作员始终保持手动控制,并能够在组件故障的情况下接管。他可以通过关闭“力量反馈模式”而关闭AI并回归人类智能。根据人与机器共享控制的原则,该系统在任何时候都处于控制之下,这在危险程度最高的环境中是至关重要的。gydF4y2Ba


相机gydF4y2Ba

Naresh Marturi博士说:“对于我们所有的自主抓取规划、远程控制和视觉目标跟踪任务,我们使用的是Ensenso N35模型3D相机,它带有蓝色led (465nm),安装在机器人的末端执行器上,以及其他工具。”到目前为止,极限机器人实验室的大多数系统都配备了一个3D摄像机。“然而,最近为了加快3D模型构建的过程,我们升级了我们的系统,在机器人上安装了一台Ensenso 3D摄像机,同时增加了3台场景安装的Ensenso 3D摄像机。”gydF4y2Ba

Ensenso N系列注定要完成这项任务。它是专门为在恶劣环境条件下使用而设计的。由于其紧凑的设计,N系列同样适用于节省空间的静止或移动机器人手臂的三维检测运动和静止物体。即使在光照条件较差的情况下,集成投影仪也可以通过随机的点状图案掩模将高对比度的纹理投射到待成像物体上,从而补充其表面上没有或只有微弱的结构。N30型号的铝外壳确保了电子元件的最佳散热,因此即使在极端环境条件下也能保持稳定的光输出。这确保了3D数据的一贯高质量和鲁棒性。即使在光照条件较差的情况下,集成投影仪也可以通过随机的点状图案掩模将高对比度的纹理投射到待成像物体上,从而补充其表面上没有或只有微弱的结构。gydF4y2Ba

Ensenso N相机系列的相机通过Ensenso SDK很容易设置和操作。它提供了基于gpu的图像处理,以更快的3D数据处理,并支持在多摄像机操作中使用的所有摄像机的单个3D点云的输出,这在这种情况下是必需的,以及从多个观看方向的3D点云的实时组成。对于辅助系统,研究人员用c++开发了自己的软件来处理摄像机捕捉到的三维点云。gydF4y2Ba

Naresh Marturi博士解释说:“我们的软件使用了Ensenso SDK(多线程)及其校准程序,将纹理覆盖在高分辨率的点云上,然后将这些纹理点云转换成一个世界坐标系统。”“Ensenso SDK很容易与我们的c++软件集成。它提供了各种简单的函数和方法来捕捉和处理点云以及相机图像。此外,在CUDA支持下,SDK例程允许我们注册多个高分辨率点云,在全局框架中生成高质量的场景云。这对我们来说非常重要,特别是对于生成精确把握假设。”gydF4y2Ba



图:机器人高级研究科学家Naresh Marturi博士(左),机器人研究工程师Maxime Adjigble(右)gydF4y2Ba

该系统的主要优点gydF4y2Ba

-操作者无需担心场景深度,也无需担心如何到达物体或抓取物体的位置。该系统可以了解背景中的一切,并帮助操作者准确地移动到机器人能够最好地抓住物体的位置。gydF4y2Ba
-通过触觉反馈,即使机器人不在他们面前,操作者也能感觉到手中的机器人。gydF4y2Ba
-通过结合触觉和抓取规划,操作者可以非常容易、非常快速地移动远程场景中的物体,具有非常低的认知负荷。gydF4y2Ba

这节省了时间和金钱,避免了错误并增加了安全性。gydF4y2Ba


前景gydF4y2Ba

伯明翰极限机器人实验室的研究人员目前正在开发一种方法的扩展,以允许使用多指手,而不是平行颚钳。当抓住复杂物体时,这应该会增加灵活性和可靠性。在未来,操作员还将能够感受到遥控机器人的手指在抓取物体时所受的力。完全自主的抓取方法也在开发中,机器人手臂由人工智能控制,并由自动视觉系统引导。该团队还在研究可视化工具,以改善人机协作,通过“共享控制”系统来控制远程机器人。gydF4y2Ba

这对我们大家的安全和健康来说是一个有希望的办法:处理核废料等危险物体最终是我们大家关心的一个问题。通过可靠地捕捉相关的物体信息,Ensenso 3D摄像机正在为这项日益紧迫的全球普遍任务做出重要贡献。gydF4y2Ba

客户端/大学gydF4y2Ba
英国伯明翰大学(University of Birmingham)的极限机器人实验室(Extreme Robotics Lab)在许多部件方面处于市场领先地位,这些部件是日益努力实现核能操作机器人化所必需的。gydF4y2Ba
https://www.birmingham.ac.uk/research/activity/metallurgy-materials/robotics/our-technologies.aspxgydF4y2Ba


关于IDS Imaging Development Systems GmbH:gydF4y2Ba
工业相机制造商IDS Imaging Development Systems GmbH开发高性能、易于使用的USB、GigE和3D相机,具有广泛的传感器和变体。几乎无限的应用范围涵盖多个非工业和工业部门的设备,工厂和机械工程领域。除了成功的CMOS相机外,该公司还扩大了基于视觉应用程序的智能相机的产品组合。IDS NXT是一种新型的图像处理平台,可自由编程,用途广泛。gydF4y2Ba

本文的内容和观点是作者的,并不代表未来机器人的观点亚博188app官网gydF4y2Ba
IDS成像开发系统公司。gydF4y2Ba

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IDS是具有USB或GigE接口的“德国制造”工业相机的领先制造商。配备了最先进的CMOS传感器,广泛的相机组合范围从低成本项目相机,到小型,强大的型号,具有PoE功能或强大的外壳,满足保护代码IP65/67的先决条件。为了快速、简单和精确的3D机器视觉任务,IDS提供了Ensenso系列。通过IDS NXT基于视觉应用的新型传感器和摄像机,该公司开辟了图像处理的新领域。无论是在工业环境还是非工业环境中,IDS摄像头和传感器都可以帮助全球各地的公司优化流程、确保质量、推动研究、节约原材料和服务人员。它们为您的应用程序提供可靠性、效率和灵活性。gydF4y2Ba

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