Nâng cao hiệu quả các Robot thông minh với Smart 3D Vision
31/10/2021
Trong khi công nghệ thị giác chủ yếu được nâng cao nhờ những cải tiến trong công nghệ cảm biến hình ảnh 2D, nó đã trở thành một thành phần quan trọng và là động lực chính của tự động hóa công nghiệp. Công nghệ Vision đã cho phép sử dụng rô bốt trong một loạt các ứng dụng giúp cho các hoạt động năng suất và hiệu quả hơn đáng kể. Trong lĩnh vực công nghệ thị giác 3D, robot được điều khiển bởi công nghệ thị giác máy có thể xác định vị trí các thành phần riêng lẻ, xác định ứng dụng chính xác và hoàn thành kịch bản lắp ráp. Trải qua nhiều giai đoạn phát triển, công nghệ thị giác máy đã được nhiều công ty áp dụng, những người đã nhìn thấy giá trị gián tiếp đối với khách hàng và giá trị trực tiếp đối với quy trình sản xuất của họ.
Giới thiệu dự án
Trong thời đại hậu đại dịch, có một làn sóng đã phát triển rất mạnh mẽ trên khắp toàn cầu. Với phát triển nhảy vọt, nó đã để lại một dấu vết chói sáng trên các nền tảng thương mại điện tử. Làn sóng đó chính là là mua sắm trực tuyến. Sự tăng trưởng đáng kinh ngạc của thương mại điện tử sau đại dịch được ước tính sẽ tiếp tục mở rộng lên 13,7% vào năm 2021, đạt 908 tỷ đô la (theo eMarketer). Mặt hàng để bán là bất kỳ loại dịch vụ và sản phẩm nào có thể được mua và vận chuyển trực tiếp đến nhà của người tiêu dùng.
Mặc dù những dự báo về doanh số bán hàng khả quan là lý do để các doanh nghiệp thương mại điện tử ăn mừng, nhưng họ cũng giải thích rất rõ ràng nhu cầu về hệ thống hậu cần tốt hơn và hiệu quả hơn ở cấp độ kho hàng.
Một quy trình điển hình có thể bao gồm một camera và một máy tính với phần mềm liên quan. Trong một ví dụ điển hình về hệ thống rô bốt hoạt động bằng tầm nhìn (Vision-Guided Robotic - VGR), hệ thống tầm nhìn (máy ảnh và phần mềm) được thiết lập để xác định vị trí của một bộ phận khi nó ở trên băng tải. Hệ thống thị giác xác định vị trí của các thành phần và gửi tọa độ cho robot. Lần lượt, robot đặt bộ kẹp được gắn lên thành phần mục tiêu để nhặt nó.
Mặc dù hệ thống nhìn có vẻ đơn giản nhưng vẫn có những khó khăn tồn tại trong việc tích hợp hệ thống thị giác để phù hợp với loại camera với mong muốn của hệ thống - những khó khăn phần lớn xuất phát từ việc thiếu kiến thức chuyên môn của một nhà tích hợp hoặc nhà xây dựng giải pháp. Ngược lại với hệ thống VGR, hệ thống tự động hóa truyền thống được định nghĩa là sản xuất hàng loạt, kích thước sản phẩm đơn lẻ lớn và tính linh hoạt hạn chế. Đưa một yếu tố mới vào dây chuyền sản xuất truyền thống là một quá trình tốn nhiều thời gian và chi phí, và thường là một khoản đầu tư lớn.
Hệ thống VGR có thể hoạt động với rất ít thiết lập cơ học, thường loại bỏ nhu cầu thiết lập vị trí lấy hàng cho các thành phần. Các bộ phận với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau có thể được chọn và đặt theo yêu cầu. Tính mở rộng và linh hoạt để triển khai hệ thống thị giác là yếu tố then chốt dẫn đến các quy trình hoạt động hiệu quả hơn. Các lợi ích bổ sung bao gồm:
- Hiệu suất máy móc cao, độ tin cậy và tính linh hoạt cao
- Giảm bớt khối lượng công việc thủ công
- Ứng dụng kiểm soát chất lượng
- Giá trị thặng dư cao
Yêu cầu hệ thống
Đối với các doanh nghiệp, việc kiểm soát chất lượng phụ thuộc vào mô hình kiểm tra trực quan. Các hệ thống thị giác máy truyền thống có tỷ lệ hỏng hóc cao khi hiển thị các loại khuyết tật trong các mẫu có sự thay đổi lớn giữa các bộ phận tương tự. Tăng cường quy trình kiểm tra với sức mạnh của công nghệ thông minh giúp mang lại kết quả phát hiện có độ chính xác cao. So sánh với các hệ thống thị giác máy sử dụng công nghệ thị giác máy được giới hạn trong các thuật toán dựa trên quy tắc, hệ thống kiểm tra khiếm khuyết trực quan bằng robot 3D thông minh có thể phát hiện các khiếm khuyết dựa trên các dữ liệu được đào tạo.
Trong trường hợp này, khách hàng là một doanh nghiệp quản lý chuỗi cung ứng và hậu cần lớn. Họ đã lên kế hoạch triển khai hệ thống thị giác robot 3D trong hệ thống kho vận của mình để phân loại hàng tồn kho theo kích thước và phát hiện các gói hàng bị lỗi. Họ yêu cầu một hệ thống thị giác 3D với khả năng hỗ trợ việc sử dụng camera 3D cho các ứng dụng chọn và đặt gói hàng. Các kho hàng của khách hàng có nhiều băng tải hoạt động 24/7. Ở giữa các băng tải, các hệ thống điều khiển được đặt cách các cánh tay robot dài tới mười mét và lắp đặt camera 3D công nghiệp 10 GigE. Đối với hệ thống kiểm tra, khối lượng lớn hình ảnh 3D ở độ phân giải cao phải được xử lý và phân tích trong vài giây. Công nghệ thị giác truyền thống gặp phải những hạn chế: phương pháp truyền dữ liệu hiện có cho máy ảnh 3D sử dụng cáp liên kết máy ảnh (PoCL) với giới hạn khoảng cách năm mét. Nó không có khả năng xử lý khối lượng dữ liệu lớn với tốc độ cao, do đó các hoạt động tương tự của cánh tay robot cũng bị ảnh hưởng. Để tận dụng công nghệ thông minh để kiểm tra trực quan bằng robot trong thời gian thực, khách hàng yêu cầu một giải pháp có sức mạnh tính toán mạnh mẽ ở biên và dung lượng lưu trữ lớn để lưu trữ khối lượng hình ảnh, cũng như băng thông cần thiết để truyền dữ liệu.
Mô tả hệ thống
Giải pháp thị giác robot 3D toàn diện từ Advantech bao gồm thẻ frame grabber (PCIE-1182), thẻ GPU (GPU NVIDIA A100) và máy chủ GPU (SKY-640V2). Trong khi máy ảnh 3D và cảm biến được đặt phía trên băng tải gói hàng, hình ảnh độ nét cao được chụp và truyền thông qua PCIE-1182, nơi chúng được máy chủ SKY-640V2 thu thập và phân tích trong thời gian thực. Để thúc đẩy quy trình công việc tính toán trực quan, khả năng phân tích khung hình được tăng tốc thông qua GPU NVIDIA cao cấp để mang lại khả năng cộng tác thực sự hiệu quả trong thời gian thực. Giải pháp rất linh hoạt kết hợp công nghệ Cấp nguồn qua Ethernet (PoE) trên Advantech PCIE-1182 để loại bỏ các lo ngại khả năng tương thích và các vấn đề đặc biệt về hệ thống dây cáp. Bằng cách sử dụng công nghệ PoE, thẻ frame grabber có thể kết nối trực tiếp với camera 3D đảm bảo kết nối trực tiếp qua cáp Cat 6 thông thường ngay cả ở khoảng cách trên năm mét.
SKY-640V2 là máy chủ GPU rackmount 4U được nhúng với bộ vi xử lý Intel® Xeon® Intel® Xeon® Scalable thế hệ thứ 3 hỗ trợ thẻ hai tầng 4 x PCIe x16 và thẻ đơn tầng 3 x PCIe x8. Số lượng lớn các khe cắm mở rộng cho phép hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi tính linh hoạt, tức là sử dụng đồng thời thẻ frame grabber và thẻ điều khiển chuyển động.
Tại sao là Advantech?
Giải pháp thị giác robot 3D toàn diện chỉ đơn giản là đáp ứng các yêu cầu của khách hàng. Thẻ frame grabber, thẻ điều khiển chuyển động, thẻ GPU và hệ thống máy chủ đáp ứng mọi nhu cầu về tính tương thích. Công nghệ máy ảnh 10 GigE 3D mới nhất đã chụp chính xác hình ảnh bằng thẻ frame grabber PCIE-1182 được gửi đến SKY-640V2 để xử lý hình ảnh theo thời gian thực để xác định các sản phẩm bị lỗi. Điều khiển chuyển động phức tạp của robot, tính toán hiệu suất cao và suy luận thông minh đã được thực hiện trên máy chủ cục bộ SKY-640V2 với bộ xử lý Intel Xeon Scalable và nhiều khe cắm mở rộng PCIe để phân tích đồ họa hiệu suất cao.
Hiệu quả của SKY-640V2 được công nhận qua khả năng tính toán cao của máy chủ và điều khiển hoạt động của cánh tay robot để cải thiện hiệu quả hoạt động. Là một số liệu quan trọng bổ sung cho việc triển khai tự động hóa, việc sử dụng công nghệ thông minh đã dẫn đến việc bắt đầu các biện pháp bảo trì thông qua phân tích dự đoán. Cũng giống như phân tích giúp phân biệt giữa vị trí hình học của một gói hàng, công nghệ tương tự đã giúp bảo trì thiết bị bằng cách đo chính xác sự xuống cấp của hệ thống máy móc. Với giải pháp thị giác robot 3D của Advantech, việc nâng cấp hệ thống kiểm tra trong hoạt động hậu cần là một ví dụ về hiệu quả của các giải pháp hậu cần thông minh.
