نهج مختلف لالتقاط القطع من الحاويات باستخدام الروبوتات
لطالما اعتمد التقاط القطع من الحاويات في التطبيقات الصناعية على كاميرات ثلاثية الأبعاد ثابتة، ونقاط إمساك محددة مسبقًا، ومعايرة تفصيلية، ومواضع حاويات مضبوطة نسبيًا. ويمكن لهذه الأساليب أن تؤدي أداءً جيدًا في التطبيقات المنظمة، لكن أداءها قد يصبح أقل قابلية للتنبؤ عندما تكون القطع موجهة عشوائيًا، أو محجوبة جزئيًا، أو عندما يتغير موضع الحاوية نفسها.
تتبع Inbolt نهجًا مختلفًا من خلال وضع كاميرا رؤية ثلاثية الأبعاد مباشرة على ذراع الروبوت. وبدلًا من الاعتماد على منظر ثابت لمساحة العمل، يستطيع الروبوت تحريك نظام الرؤية مع أداة النهاية وتحديث فهمه لقطعة العمل باستمرار.
ومن وجهة نظري، تكتسب هذه البنية أهمية خاصة لأن الكاميرا تصبح جزءًا من نظام حركة الروبوت بدلًا من بقائها جهاز استشعار منفصلًا. وهذا يغير الطريقة التي يستطيع بها الروبوت الاستجابة للتغيرات في مساحة العمل الفعلية.
الرؤية المثبتة على الذراع للبيئات غير المنظمة
يستخدم نظام Inbolt نماذج ذكاء اصطناعي مملوكة إلى جانب رؤية ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي لتحديد فرص الإمساك المناسبة. ولا يعتمد النظام على نقطة إمساك واحدة محددة مسبقًا، بل يمكنه تقييم الأسطح المختلفة التي يمكن الوصول إليها وتحديد كيفية اقتراب الروبوت من المكوّن.
ويكون ذلك مفيدًا عندما تتداخل المكوّنات، أو تدور، أو تكشف أسطحًا مختلفة من دورة إلى أخرى. وبدلًا من الحاجة إلى برمجة كل اتجاه محتمل بشكل صريح، يقيّم نظام الرؤية المشهد الحالي ويولّد استراتيجية إمساك مناسبة.
ويبلغ أداء الإنتاج المعلن أقل من ثانية واحدة من وقت المعالجة لكل عملية التقاط، مع معدلات نجاح تصل إلى 95% في بيئات التصنيع الفعلية.
تشغيل مغلق الحلقة من ثلاث خطوات
يتبع الحل عملية مستمرة للإدراك والتصحيح بدلًا من التعامل مع الالتقاط كسلسلة من الحركات المبرمجة المنفصلة.
1. تحديد سطح قابل للإمساك
يحلل نظام الرؤية ثلاثية الأبعاد المكوّنات المرتبة عشوائيًا ويحدد منطقة يمكن الوصول إليها للإمساك. ويمكن للروبوت اختيار أساليب إمساك مختلفة وفقًا للهندسة الظاهرة للقطعة.
2. تحديد موضع القطعة بعد الإمساك بها
بعد أن يمسك الروبوت بالمكوّن، يستطيع نظام الرؤية تحليل الجسم مرة أخرى وتحديد موضعه واتجاهه الفعليين. ويوفر ذلك معلومات إضافية بعد عملية الالتقاط الأولية.
3. تصحيح حركة الوضع
أثناء تحرك الروبوت نحو الوجهة، يمكن للذكاء الاصطناعي تحسين المسار باستمرار استنادًا إلى موضع الجسم المحدّث. وتساعد هذه القدرة على تحديد الموضع أثناء الإمساك على تعويض التغيرات التي تحدث خلال عملية الإمساك.
وتُعد هذه البنية مغلقة الحلقة، في رأيي، أحد أهم الجوانب التقنية للنظام. فنجاح الالتقاط لا يعني بالضرورة انتهاء مشكلة الإدراك؛ إذ إن التحقق من القطعة بعد الإمساك بها يمنح الروبوت فرصة أخرى لتصحيح الموضع قبل وضعها.
تقليل البنية التحتية للرؤية الثابتة
قد تتطلب خلية تقليدية لالتقاط القطع من الحاويات كاميرات ثابتة موضوعة فوق منطقة العمل أو حولها. ويمكن أن تضيف هذه التركيبات متطلبات إضافية تتعلق بالتثبيت الميكانيكي والمعايرة والكابلات والتهيئة.
ومع تثبيت كاميرا واحدة على ذراع الروبوت، يستطيع نظام الرؤية نفسه التنقل بين مواضع رؤية مختلفة. وقد يؤدي ذلك إلى تقليل كمية أجهزة الرؤية المخصصة المطلوبة للتطبيقات التي تتضمن حاويات متعددة أو تخطيطات متغيرة لمحطات العمل.
كما تجعل هذه البنية نظام الرؤية أقل اعتمادًا على نقطة مشاهدة ثابتة واحدة. وقد يكون ذلك مفيدًا عندما يحتاج الروبوت إلى فحص مكوّن من زوايا مختلفة أثناء عملية الالتقاط.
اعتبارات الأداء والإنتاج
وفقًا لـ Inbolt، نُشر النظام في أكثر من خمسة مصانع، وحقق زمن تشغيل وإنتاجية مرتفعين عبر مواقع الإنتاج هذه. وتذكر الشركة معدلات نجاح في الالتقاط تصل إلى 95% ومتوسط أوقات معالجة يقل عن ثانية واحدة لكل عملية التقاط.
وينبغي اعتبار هذه الأرقام خاصة بالتطبيق، لا مواصفات أداء عامة. وستعتمد النتائج الفعلية على عوامل مثل هندسة المكوّن، وخصائص السطح، وتحميل الحاوية، وتهيئة الروبوت، وتصميم الماسك، والإضاءة، ومتطلبات الدورة، ودرجة حجب القطع.
وهذا التمييز مهم للمهندسين الصناعيين. إذ ينبغي في النهاية تقييم أداء الرؤية مقابل الخلية الروبوتية الكاملة، لا مقابل خوارزمية الرؤية وحدها.
الذكاء الاصطناعي وتقدير الوضعية ثلاثية الأبعاد
يعمل النظام على أجهزة NVIDIA ويستخدم نماذج Inbolt القائمة على الذكاء الاصطناعي لتوجيه الروبوت وتقدير الوضعية وتصحيح المسار في الوقت الفعلي.
ولا يتمثل الهدف التقني في التعرف على جسم فحسب، بل يجب على النظام تحديد موضع الجسم واتجاهه، وما إذا كان الإمساك به ممكنًا فعليًا، وكيف ينبغي للروبوت أن يتحرك بعد التقاط القطعة.
وهذا يجعل الجمع بين الإدراك ثلاثي الأبعاد وتقدير الوضعية وحركة الروبوت والتحكم الارتجاعي أهم من التعرف على الصور بمعزل عن غيره.
المجالات التي يمكن أن تضيف فيها هذه البنية قيمة
يناسب هذا النهج التطبيقات التي يصعب فيها توحيد طريقة تقديم القطع. ومن أمثلتها المكوّنات المحمّلة عشوائيًا، والحاويات التي يمكن أن يتغير موضعها، واتجاهات القطع المتغيرة، وبيئات الإنتاج التي يجب فيها التعامل مع أشكال متعددة من القطع.
ومن المزايا المحتملة الأخرى إمكانية النشر عبر محطات متعددة. فإذا أمكن تهيئة الروبوت ونظام الرؤية نفسيهما لحاويات وعائلات مختلفة من القطع، فقد تتمكن فرق الهندسة من تقليل كمية البنية التحتية للرؤية المخصصة المطلوبة لكل محطة عمل.
ومن منظور الأتمتة، لا تتمثل الفائدة الأكثر إثارة للاهتمام في الالتقاط الأسرع فحسب، بل في إمكانية تقليل حجم الجهد الميكانيكي والبرمجي اللازم للحفاظ على الأداء عند تغير البيئة الفعلية.
المنظور الهندسي
يعكس تطوير الرؤية ثلاثية الأبعاد المثبتة على الذراع تحولًا أوسع في مجال الروبوتات الصناعية: إذ أصبح الإدراك أكثر تكاملًا مع حركة الروبوت.
غالبًا ما تحاول الأتمتة التقليدية القضاء على التباين من خلال التركيبات، ومواضع الكاميرات الثابتة، وتقديم القطع بطريقة مضبوطة، والمسارات المحددة مسبقًا. أما الرؤية القائمة على الذكاء الاصطناعي فتتبع النهج المعاكس، إذ تتيح للروبوت رصد قدر أكبر من التباين والتعويض عنه عبر البرمجيات والتغذية الراجعة.
وهذا لا يلغي الحاجة إلى التصميم الميكانيكي السليم، واختيار الماسك، وبرمجة الروبوت، وهندسة العمليات. بل يغير المكان الذي تتم فيه معالجة بعض جوانب التعقيد. وبالنسبة إلى التطبيقات التي يكون فيها تقديم القطع متغيرًا فعلًا، فإن نقل جزء من هذا التعقيد من القيود الميكانيكية إلى الإدراك والتحكم في الحركة في الوقت الفعلي قد يكون مفاضلة هندسية عملية.
الخلاصة
يوضح حل Inbolt لالتقاط القطع من الحاويات كيف يمكن الجمع بين الرؤية ثلاثية الأبعاد المثبتة على الذراع والذكاء الاصطناعي والتحكم المغلق الحلقة في الروبوت لتطبيقات مناولة المواد الأقل تنظيمًا. ويشير وقت المعالجة المعلن الذي يقل عن ثانية واحدة، ومعدل نجاح الالتقاط الذي يصل إلى 95%، والنشر في عدة مصانع إلى التركيز على الاستخدام الإنتاجي بدلًا من العروض المختبرية.
ويتمثل المفهوم التقني الأساسي في التفاعل المستمر بين الإدراك وحركة الروبوت: إذ يراقب النظام الإمساك المتاح، ويتحقق من المكوّن بعد الإمساك به، ويعدل مسار الوضع عند الحاجة. ويمكن لهذا النهج أن يوفر بديلًا أكثر قابلية للتكيف مقارنة ببنى التقاط القطع من الحاويات التي تعتمد بدرجة كبيرة على الكاميرات الثابتة وظروف الإمساك المحددة مسبقًا.
