An Autonomous and Vendor Independent Robot-based Palletizing System

Abstract

Målet er å utvikle en eksperimentell versjon av et autonomt og leverandøruavhengig robotbasert palleteringssystem. Oppgaven er delt i følgende tre deler:

Robotrammeverk - Systemet skal kunne benyttes med roboter fra forskjellige produsenter, med så små tilpasninger som mulig. Derfor har kontrollsystemet blitt plassert på en standard datamaskin. Hva er fordelene og ulempene? Hva med mangelen av standarder for robotkommunikasjon og -kontroll i robotindustrien?

Vision-systemet - Systemet skal kunne gjenkjenne nye og ukjente typer pakker av forskjellige størrelser og former, som ankommer ved uregelmessige intervaller på samlebåndet. Den implementerte løsningen benytter to vanlige webkameraer, i kontrast til mer tradisjonelle maskin vision-teknikker, hvor spesielle sensorer eller avanserte kameraer blir brukt. Systemets oppgaver er å detektere nye pakker, samt å måle pakkenes høyde, bredde og dybde.

Pakkealgoritmer - Tradisjonelle palleteringssystemer plasserer pakkene etter forhåndsdefinerte skjemaer. Siden systemet skal være autonomt, trengs det en algoritme som automatisk generer et godt palleteringsskjema i løpet av et begrenset tidsrom. En slik algoritme er implementert.

Kontrollsystemet og vision-systemet er utviklet i Cycling '74 Max/MSP/Jitter. Dette gjelder brukergrensesnittet, vision-systemet og tilstandsmaskinen. Java er brukt til pakkealgoritmene og robotkommunikasjon (SOAP). Det har blitt vektlagt å lage objekter som enkelt kan bli tilpasset eller erstattet ved behov.

Den presenterte løsningen kan kjøre under Microsoft Windows og Mac OS X på forskjellig maskinvare. Robotkommunikasjonen må tilpasses eller erstattes hvis det skal brukes en annen robot enn Motoman NX100 og den tilhørende robotkontrolleren NX100 skal benyttes.

The goal is to develop an experimental version of an autonomous and vendor independent robot-based palletizing system. The task is divided into three parts:

Robot framework - The system should be able to support robots from different manufactures with as little adjustment as possible. Therefore the control system is moved to a standard computer. What are the pros and cons? What about the lack of standards for robot communication and control in the robotic industry?

Vision system - To be able to tackle new and unknown packages of different size and shapes occurring at irregular intervals at the production line they have to be detected in some way. The implemented vision system uses two standard webcams, in contrast to more traditional machine vision solutions where special sensors and sophisticated cameras are used. Its task is to detect new packages, and measure their height, width and depth.

Packing algorithms - Traditional pallet loading systems place packages by some predefined schemes. Since the system should be autonomous, a algorithm for automatically generating a good pallet scheme (in reasonable time) is implemented.

The control system and vision system is developed mainly using the Cycling '74 Max/MSP/Jitter for the graphical interface, vision system and state machine, and Java for the packing algorithms and robot communication (SOAP). It has been emphasized to create objects that can easily be modified or replaced when needed.

The presented solution could run under Microsoft Windows and Mac OS X on different hardware. The robot communication has to be replaced or modified if another robot than Motoman NX100 and the NX100 robot controller is to be used.