機器人接管醫(yī)療領(lǐng)域的拾取和放置任務(wù)

Irish Manufacturing Research (IMR) 是一家領(lǐng)先的研究和技術(shù)機構(gòu)，在工業(yè) 4.0 領(lǐng)域提供范圍廣泛的研究、培訓(xùn)和咨詢服務(wù)組合。IMR 為醫(yī)療行業(yè)開發(fā)了一款經(jīng)濟高效的解決方案。這款拾取和放置機器人專為自動處理膝關(guān)節(jié)植入物等復(fù)雜組件而設(shè)計。在此之前，人工執(zhí)行這一任務(wù)較為容易。IMR 高級研究員 Anum Rehman 表示：“相應(yīng)的機器人應(yīng)用是在 Multipix Imaging 和 MVTec Software GmbH 的支持下開發(fā)的。 MVTec 提供了必不可少的機器視覺軟件MVTec HALCON。IMR 由此開發(fā)出一款 3D 機器視覺應(yīng)用，能夠識別并定位隨機排列、反光且形狀復(fù)雜的膝關(guān)節(jié)植入物零件。這樣，拾取和放置機器人就能精確地重復(fù)抓取各個組件并安全放下。高品質(zhì)的機器視覺軟件是實施過程中的關(guān)鍵組成部分，因為植入物的表面性質(zhì)極具挑戰(zhàn)性?！?/p>

機器視覺軟件實現(xiàn)自動拾取和放置應(yīng)用

單元中是一臺配備有臂端工具（抓取器）的 6 軸 UR3 機器人。為提供均勻的環(huán)境照明，安裝了環(huán)形燈具。使用 2D 工業(yè)相機進行圖像采集并實現(xiàn)物體定位。拾取和放置機器人通過安裝 HALCON 軟件的筆記本電腦控制。然后，通過 TCP/IP 協(xié)議將已定位零件的坐標(biāo)發(fā)送到機器人控制器。機器人可以在不碰觸其他植入物的前提下獨立拾取所有組件，并根據(jù)所屬位置對其進行分類。

毫米級精度的軟硬件交互

實施過程中的困難在于不同表面差異巨大，從啞光到高反光均有，同時形狀也非常復(fù)雜。零件必須以六自由度 (DoF) 加工，精準(zhǔn)度需達到 +/-3 mm。此外，還要加上工藝環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)：零件被容器壁遮擋，排列雜亂，并且必須在不同尺寸的容器中進行抓取和存放。此外，周期時間要少于 15 秒。最后，客戶需要確保同一套系統(tǒng)能夠在所有拋光階段實施。最后，拾取和放置機器人應(yīng)當(dāng)能夠?qū)Π虢Y(jié)構(gòu)化配置的零件進行操作和協(xié)作。

強大的機器視覺軟件 MVTec HALCON 賦予機器人視物能力

拾取和放置應(yīng)用使用的相關(guān) HALCON 技術(shù)是基于形狀的 3D 匹配。這種基于形狀的匹配技術(shù)可以準(zhǔn)確可靠地找到物體。即使零件旋轉(zhuǎn)、縮放、透視失真、局部變形、部分遮擋、脫離圖像或受到非線性照明變化的影響，該技術(shù)也能正常工作。拾取零件時，2D 相機圖像會提供零件的輪廓，用以與 HALCON 中存儲的 3D CAD 配置文件進行比較。軟件會在此基礎(chǔ)上確定最佳零件輪廓，再將相應(yīng)的 3D 坐標(biāo)發(fā)送給機器人。

擁有視覺的機器人對于醫(yī)療行業(yè)客戶具有強大說服力

基于機器人的自動化應(yīng)用可在可靠性、效率和成本方面滿足 IMR 客戶的期望。因此，IMR 已經(jīng)開始使用機器人和 HALCON 機器視覺軟件開發(fā)其他項目。Multipix Imaging 的 Simon Hickman 也看到了自動化對于其他應(yīng)用和行業(yè)的好處：“我們相信，機器人和機器視覺軟件的結(jié)合可以為更多的醫(yī)療公司帶來效益。例如，我們在質(zhì)量控制和拾取和放置機器人應(yīng)用領(lǐng)域中看到了許多未來應(yīng)用?！?/p>