任何尝试过游乐场抓取机的人都可以证实这一点:手动控制抓取臂绝不是微不足道的。试图抓住一只毛绒兔子时失败是无害的，但在处理放射性废物时，失败的尝试可能同样引人注目。gydF4y2Ba
机器人辅助系统与Ensenso三维相机安全处理核废料gydF4y2Ba
b|案例研究gydF4y2BaIDS成像开发系统gydF4y2Ba
核设施的退役给运营商带来了重大挑战。无论是退役还是安全封存，要处理的核废料数量在世界范围内正以惊人的速度增长。处理核废料越来越需要自动化，但出于安全原因，核工业不愿意采用全自动机器人控制方法，在危险环境中，遥控工业机器人是首选。然而，像借助操纵杆和视频监控摄像头遥控抓取或切割未知物体这样复杂的任务很难控制，有时甚至是不可能的。gydF4y2Ba
为了简化这一过程，由英国伯明翰大学极端机器人实验室领导的国家核机器人中心正在研究核废料的自动处理方案。半岛app官网在那里开发的机器人辅助系统可以通过Ensenso 3D相机提供的触觉反馈和视觉信息实现“共享”控制，以执行复杂的操作任务。在系统出现故障的情况下，操作员始终在回路中，可以保留对机器人自动动作的控制。gydF4y2Ba
应用程序gydF4y2Ba
任何尝试过游乐场抓取机的人都可以证实这一点:手动控制抓取臂绝不是微不足道的。试图抓住一只毛绒兔子时失败是无害的，但在处理放射性废物时，失败的尝试可能同样引人注目。为了避免对人类和环境造成严重后果的损害，机器人必须能够非常准确地检测到场景中的放射性物体，并精确地采取行动。操作人员实际上已经在他的手中，这是由他来确定正确的抓握位置。同时，他必须正确评估机器人的逆运动学(后向变换)，正确确定机器人臂单元的关节角，以便正确定位，避免碰撞。英国研究人员开发的辅助系统极大地简化和加快了这项任务:配备平行颚爪和Ensenso N35 3D相机的标准工业机器人。gydF4y2Ba
该系统自动扫描未知的废物，并以点云的形式创建它们的3D模型。这是非常精确的，因为Ensenso 3D相机根据空间视觉(立体视觉)原理工作，这是模仿人类视觉。两个摄像头从不同的位置观察物体。虽然两种相机图像的图像内容看起来相同，但它们在被观察物体的位置上表现出差异。由于相机的距离和视角以及光学元件的焦距是已知的，Ensenso软件可以确定每个单独图像像素的物体点的3D协调。在这种情况下，使用相机的不同扫描位置捕获场景，并结合以从所有视角获得完整的3D表面。Ensenso的校准程序有助于将单个点云转换为全局坐标系统，从而改善完整的虚拟图像。由此产生的点云包含了向机器人传达正确抓取或切割位置所需的所有空间对象信息。gydF4y2Ba
图极端机器人实验室的三维视觉引半岛app官网导半自动机器人在放射性环境下切割金属物体。gydF4y2Ba
在软件的帮助下，Enseno 3D相机接管了操作员对深度信息的感知和评估，从而大大降低了操作员的认知负荷。辅助系统将被抓取物体的触觉特征与一种特殊的抓取算法相结合。gydF4y2Ba
“我们的系统使用场景云来自动生成几个稳定的抓取位置。由于3D相机捕获的点云是高分辨率和密集的，因此可以为场景中的每个物体生成非常精确的抓取位置。在此基础上，我们的“假设排序算法”根据机器人当前的位置决定下一个要捡起的物体，”国家核机器人中心的高级研究科学家Naresh Marturi博士解释说。半岛app官网gydF4y2Ba
(游戏邦注:这一原则与技能游戏《Mikado》类似，即玩家每次只能移走一根棍子，而不能移动其他棍子)。gydF4y2Ba
所确定的路径引导使机器人能够沿期望路径平滑均匀地导航到目标抓握位置。像导航系统一样，该系统支持操作员引导机器人手臂安全抓取，必要时也可以通过其他未知和危险的物体。系统为此计算出一条安全走廊，并通过触觉反馈帮助操作员不离开走廊。gydF4y2Ba
该系统将操作者的手部自然动作精确可靠地实时映射到机器人的相应动作上。因此，操作员始终保持手动控制，并能够在组件故障的情况下接管。他可以简单地关闭人工智能，通过关闭“力反馈模式”回到人类智能。根据人与机器共同控制的原则，该系统因此始终处于控制之下-在具有最高危险水平的环境中至关重要。gydF4y2Ba
相机gydF4y2Ba
Naresh Marturi博士说:“对于我们所有的自主抓取计划、远程控制和视觉目标跟踪任务，我们使用了Ensenso N35型3D相机，它带有蓝色led (465nm)，安装在机器人的末端执行器上，以及其他工具。”到目前为止，来自极限机器人实验室的大多数系统都配备了一个3D摄像头。“然而，最近为了加快3D模型构建的过程，我们升级了我们的系统，除了机器人上的一个摄像头外，还使用了另外三个场景安装的Ensenso 3D摄像头。”gydF4y2Ba
Ensenso N系列就是为这项任务而设计的。它是专门为在恶劣的环境条件下使用而设计的。由于其紧凑的设计，N系列同样适用于节省空间的固定或移动使用在机器人手臂上，用于移动和静态物体的3D检测。即使在困难的照明条件下，集成投影仪通过带有随机点图案的图案掩模将高对比度纹理投射到要成像的物体上，从而补充了在其表面不存在或仅微弱存在的结构。N30型号的铝制外壳确保了电子元件的最佳散热，从而即使在极端环境条件下也能稳定地输出光。这确保了始终如一的高质量和稳健性的3D数据。即使在困难的照明条件下，集成投影仪通过带有随机点图案的图案掩模将高对比度纹理投射到要成像的物体上，从而补充了在其表面不存在或仅微弱存在的结构。gydF4y2Ba
Ensenso N系列摄像机易于通过Ensenso SDK进行设置和操作。它提供基于gpu的图像处理，以实现更快的3D数据处理，并支持在多相机操作中使用的所有相机的单个3D点云的输出，这在这种情况下是必需的，以及来自多个观看方向的3D点云的实时组成。对于辅助系统，研究人员已经用c++开发了他们自己的软件来处理相机捕获的3D点云。gydF4y2Ba
Naresh Marturi博士解释说:“我们的软件使用Ensenso SDK(多线程)及其校准程序在高分辨率点云上覆盖纹理，然后将这些纹理点云转换为世界坐标系统。”“Ensenso SDK很容易与我们的c++软件集成。它提供了各种简单的功能和方法来捕获和处理点云以及相机图像。此外，在CUDA的支持下，SDK例程使我们能够注册多个高分辨率点云，从而在全局帧中生成高质量的场景云。这对我们来说非常重要，尤其是产生精确的抓取假设。”gydF4y2Ba
图:机器人高级研究科学家Naresh Marturi博士(左)，机器人研究工程师Maxime Adjigble(半岛app官网右)gydF4y2Ba
本系统的主要优点gydF4y2Ba
-操作员无需担心场景深度或如何到达物体或在哪里抓住它。该系统可以找出背景中的所有东西，并帮助操作员准确地移动到机器人最能抓住物体的地方。gydF4y2Ba
-通过触觉反馈，即使机器人不在他们面前，操作员也能感觉到机器人在他们手中。gydF4y2Ba
-通过结合触觉和抓取规划，操作员可以非常轻松，非常快速地移动远程场景中的物体，并且认知负荷非常低。gydF4y2Ba
这节省了时间和金钱，避免了错误并提高了安全性。gydF4y2Ba
前景gydF4y2Ba
伯明翰极端机器人实验室的研究人员目前正在开发一种扩展方法，允许使用多指手而不是平行的颚爪。这将增加抓握复杂物体时的灵活性和可靠性。在未来，操作员还将能够感受到远程控制机器人的手指在抓取物体时所受到的力。完全自主的抓取方法也在开发中，其中机器人手臂由人工智能控制，由自动视觉系统引导。该团队还在开发可视化工具，以改善人机协作，通过“共享控制”系统控制远程机器人。gydF4y2Ba
对于我们所有人的安全和健康来说，这是一个很有希望的办法:处理核废料等危险物体最终是我们所有人都关心的问题。通过可靠地捕获相关物体信息，Ensenso 3D相机为这一日益紧迫的全球普遍任务做出了重要贡献。gydF4y2Ba
客户/大学gydF4y2Ba
英国伯明翰大学的极限机器半岛app官网人实验室在许多部件方面处于市场领先地位，这些部件是越来越多的机器人化核操作所需要的。gydF4y2Ba
https://www.birmingham.ac.uk/research/activity/metallurgy-materials/半岛app官网robotics/our-technologies.aspxgydF4y2Ba
关于IDS Imaging Development Systems GmbH:gydF4y2Ba
工业相机制造商IDS Imaging Development Systems GmbH开发高性能，易于使用的USB, GigE和3D相机，具有广泛的传感器和变体。几乎无限的应用范围涵盖了设备，工厂和机械工程领域的多个非工业和工业部门。除了成功的CMOS相机外，该公司还扩展了其基于视觉应用程序的智能相机产品组合。新颖的图像处理平台IDS NXT是可自由编程和非常通用的。gydF4y2Ba
本文的内容和观点是作者的，并不一定代表roboticstomorow的观点半岛app官网gydF4y2Ba
IDS成像开发系统公司。gydF4y2Ba
IDS是拥有USB或GigE接口的“德国制造”工业相机的领先制造商。配备了最先进的CMOS传感器，广泛的相机产品组合范围从低成本的项目相机，到具有PoE功能的小型功能强大的型号或具有满足防护代码IP65/67先决条件的外壳的坚固相机。对于快速，简单和精确的3D机器视觉任务，IDS提供Ensenso系列。凭借IDS NXT新颖的基于视觉应用程序的传感器和相机，该公司在图像处理方面开辟了一个新的维度。无论是在工业还是非工业环境中:IDS相机和传感器帮助全球公司优化流程，确保质量，推动研究，节约原材料并为人们服务。它们为您的应用程序提供可靠性、效率和灵活性。gydF4y2Ba
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