Systemy wizyjne w robotyce - wywiad z prof. Ryszardem Tadeusiewiczem

Prof. Ryszard Tadeusiewicz

Integratorzy systemów automatyki przemysłowej wykonujący zrobotyzowane stanowiska produkcyjne informują o wzrostach liczby zamówień na systemy wizyjne stanowiące wyposażenie robotów przemysłowych. O możliwościach wynikających ze stosowania systemów wizyjnych w robotyce przemysłowej i kierunkach rozwoju tej technologii zgodził się porozmawiać prof. Ryszard Tadeusiewicz, kierownik Katedry Automatyki AGH, ekspert w dziedzinie komputerowej analizy i przetwarzania obrazów.

Jakie korzyści wynikają ze stosowania systemów wizyjnych w robotyce przemysłowej?
- System wizyjny radykalnie polepsza funkcjonowanie robota w niezdeterminowanych środowiskach. Bez systemu wizyjnego robot może wykonywać szybko i sprawnie różne manipulacje (na przykład montować określone urządzenia z poszczególnych części), ale elementy, których ma używać, muszą mu być podane w ściśle określonym miejscu i w ściśle określonej orientacji przestrzennej. To sporo kosztuje, bo wszystkie te podajniki zajmują miejsce na hali i są kosztowne oraz kłopotliwe w obsłudze. Natomiast robot wyposażony w system wizyjny sam potrafi zlokalizować obiekty, sam rozpozna, których z nich powinien użyć, sam ustali, jak je powinien pochwycić, sam je ustawi we właściwym położeniu i odpowiednio je dopasuje do pozostałych elementów montowanej konstrukcji, która także może się pojawić w dowolnym miejscu jego przestrzeni roboczej. Taki robot wyposażony w sztuczny zmysł wzroku może działać w nieuporządkowanym otoczeniu – a to się po prostu opłaca.

Czy nie można tego samego efektu osiągnąć za pomocą innych sensorów, na przykład lokalizatorów laserowych?
- Teoretycznie można, ale sensory trzeba by rozstawiać bardzo precyzyjnie i każdorazowo dostosowywać do działania w różnych okolicznościach, natomiast system wizyjny z odpowiednim oprogramowaniem pozwala na dostosowanie działania robota do niemal dowolnych warunków pracy. Stwierdzenie to można dodatkowo rozwinąć: człowiek jest wzrokowcem, więc dostosowuje swoje stanowiska pracy – niezależnie od tego, co robi – do tego, żeby zasadnicze informacje potrzebne przy wykonywaniu zadanej pracy pozyskiwać za pomocą wzroku. Jeśli chcemy wycofać człowieka i zastąpić go robotem, to korzystniejszym rozwiązaniem jest dołożenie starań, żeby robot także mógł korzystać z informacji wzrokowej (a dokładniej – z danych dostarczanych przez sensor wizyjny), niż przebudowa całego stanowiska pracy w taki sposób, żeby sobie na nim radził robot, wprawdzie wyposażony w zmyślne sensory, ale ślepy jak kret.

W których dziedzinach robotyki mogą jeszcze być stosowane systemy wizyjne?
- Oczywistym obszarem zastosowań dla systemów wizyjnych jest nawigacja robotów mobilnych. Jeśli robot ma się przemieszczać w otoczeniu, którego z góry nie zna – to musi posługiwać się technicznym odpowiednikiem wzroku, czyli właśnie systemem wizyjnym. Żaden inny sensor nie pomoże równie skutecznie w ocenie konfiguracji elementów trójwymiarowej „sceny", na której robot musi odnaleźć bezkolizyjną drogę dla siebie. Robot musi zlokalizować przeszkody (czasem ruchome, co stanowi dodatkowe utrudnienie) oraz musi zaplanować trajektorie własnego ruchu. Niekiedy robot musi zaplanować drogę, którą przebędzie z niesionym ładunkiem zmieniającym jego własne gabaryty i powodującym, że drogi, które uprzednio były możliwe do przebycia, stają się obecnie bezużyteczne. Tylko sprawnie działający analizator obrazów podoła temu zadaniu, a dostępne obecnie systemy wizyjne coraz ambitniej wychodzą naprzeciw tym potrzebom.

Czy systemy wizyjne poprawią bezpieczeństwo zrobotyzowanych systemów?
- Jednym z czynników odróżniających robota wyposażonego w system wizyjny od takiego, który tego wyposażenia nie posiada, jest to, że ten pierwszy może stale obserwować swoje otoczenie, mając między innymi na względzie unikanie wszelkich kolizji. Dostrzegając przeszkodę, robot taki może zmienić trajektorię ruchu, a także może po prostu się zatrzymać, dzięki czemu możliwe staje się tworzenie stanowisk roboczych wyposażonych w kilka równocześnie pracujących robotów o przecinających się przestrzeniach roboczych. Obecnie taki system wymaga wspólnego sterowania wszystkich robotów oraz rozwiązywania trudnych zadań koordynacji ich pracy w taki sposób, by unikać kolizji. Przyjęcie rozwiązań bazujących na systemach wizyjnych pozwala na realizację tego zadania w sposób bardziej elastyczny, ze sterowaniem rozproszonym i prostymi strategiami unikania kolizji wraz z ustaloną hierarchią robotów, które muszą mieć możliwości rozwiązywania kolizyjnych sytuacji na zasadzie priorytetów. Bez tego rozwiązania cały system bardzo szybko zostanie unieruchomiony.

A współpraca ludzi z robotami?
- To podobny problem. Współczesne roboty w większości wypadków pracują w osiatkowanych zamkniętych boksach, do których wstęp jest zabroniony. Wynika to z faktu, że robot jest maszyną twardą, silną i szybką, a ze względu na dużą liczbę stopni swobody – w pewnym sensie nieprzewidywalną dla postronnych osób. Uderzenie ramienia robota może człowieka zabić, a w najlepszym razie poważnie poranić. Taka prewencyjna izolacja robotów jest jednak kosztowna – bo w cennej przestrzeni wnętrza hali produkcyjnej trzeba „wycinać" i wyłączać z innego użytkowania całe obszary znajdujące się w przestrzeni roboczej robota. Nawet jeśli robot nigdy nie sięga do pewnych części tej przestrzeni – nie może się tam znaleźć żaden człowiek ani inna maszyna (na przykład wózek transportu wewnątrzzakładowego). To duże i kłopotliwe ograniczenie! Robot wyposażony w system wizyjny powinien być pod tym względem wygodniejszy i bezpieczniejszy. Chociaż biorąc pod uwagę fakt, że każde urządzenie może się zepsuć – sam czułbym się nieswojo, pozostając „w zasięgu ciosu" dużego robota, nawet gdyby ten obserwował mnie pilnie swoją kamerą...

Czy stosowanie systemów wizyjnych wpłynie na jakość pracy robotów?
- Zdecydowanie tak. Systemy wizyjne idealnie nadają się do inspekcji międzyoperacyjnej, dzięki czemu na przykład na stanowisku zautomatyzowanego montażu można nie dopuścić do tego, żeby robot wmontował do budowanej maszyny wadliwie wykonaną część. Zatem robot wyposażony w system wizyjny będzie w praktyce realizował 100% kontrolę techniczną skutków swego działania, co bardzo pozytywnie wpłynie na jakość końcowego produktu. Dlatego warto stosować systemy wizyjne.

Czytaj więcej o systemach wizyjnych:

- ABC systemów wizyjnych - część 1 - podstawy

- ABC systemów wizyjnych – część 2 - Komponenty przemysłowych systemów wizyjnych

- ABC systemów wizyjnych – część 3 – tworzenie, zastosowanie, perspektywy