Robotik und Bildverarbeitung: Wie Roboter das Sehen lernen
Saugroboter als Haushaltshilfen, Drohnen für Bilder aus jedem Winkel und Autos, die selbstständig einparken. Roboter sind nicht nur in hochtechnisierten Bereichen, sondern längst in unserem Alltag angekommen. In der Industrie übernehmen sie immer verantwortungsvollere Tätigkeiten mit einer beeindruckenden Präzision. Doch wie können Roboter ihre Umgebung wahrnehmen und interpretieren? Die Antwort liegt in der Bildverarbeitung.
Was genau ist ein Roboter?
Ein Roboter ist ein technisches System, das in der Lage ist, bestimmte Aufgaben ferngesteuert oder autonom auszuführen. Dafür besteht er aus verschiedenen Komponenten, die zusammenwirken und je nach Einsatzbereich variieren:
- Gestell, Antriebssysteme, Gelenke und Greifer verleihen dem Roboter seine Beweglichkeit
- Kameras, Sensoren und Aktoren ermöglichen dem Roboter, Informationen über seine Umgebung zu sammeln und darauf zu reagieren
- Computer und Software steuern die elektronischen Komponenten
- Batterien, Akkus oder andere Energiequellen versorgen die Komponenten mit Strom
Das Wissensgebiet rund um Roboter, ihre Technik und ihre Einsatzgebiete wird als Robotik bezeichnet.
Kameras als Augen, Bildverarbeitung als Sehkraft
Durch Kameras sind Roboter in der Lage, visuelle Informationen aus ihrer Umgebung zu erfassen. Die aufgenommenen Bilder werden analysiert, um markante Linien, Punkte oder Texturen zu identifizieren. Anhand dieser Daten wird eine Umgebungskarte erstellt, die dem Roboter bei der Orientierung hilft.
Im nächsten Schritt kommt Bildverarbeitung zum Einsatz. Vorprogrammierte Algorithmen geben dem Roboter genaue Anweisungen, wann welche Schritte ausgeführt werden müssen. Häufig arbeiten dabei verschiedene Disziplinen zusammen.
Bei der Sortierung von Produkten müssen diese beispielsweise zunächst lokalisiert und identifiziert werden, bevor der Roboter sie greifen und an der gewünschten Stelle ablegen kann.
Anwendungsbeispiele für Prozessautomatisierung durch Robotiklösungen
Durch den Einsatz von Kameras und Bildverarbeitung können Roboter immer komplexere Aufgaben ausführen und werden zu wertvollen Helfern in verschiedenen Branchen. Dabei geht es nicht darum, den Menschen zu ersetzen, sondern mit ihm zusammenzuarbeiten. In Zeiten des Fachkräftemangels und den schnell wandelnden Marktanforderungen können Unternehmen durch Automatisierungslösungen wettbewerbsfähig bleiben.
Roboter erledigen monotone Arbeitsabläufe wie Pick and Place oder sich wiederholende Handgriffe in der Fertigung schnell, präzise und in gleichbleibender Qualität. In einer Schreinerei können Roboter beispielsweise das Holz für Stuhlbeine präzise sägen oder den Stuhl lackieren. Der Mensch übernimmt das Programmieren der Bewegungsabläufe sowie die Überwachung, schafft sich aber gleichzeitig Freiräume für die Produktentwicklung und weitere Innovationen.
Roboter können auch sicherheits- und gesundheitsgefährdende Tätigkeiten wie die Inspektion schwer zugänglicher Stellen oder das Heben schwerer Lasten übernehmen. Mit Hilfe von Bildverarbeitung übernehmen Roboter die Beladung von Lastwagen und Postfahrzeugen, die Palettierung und Kommissionierung in der Logistik oder die Gepäckabfertigung am Flughafen.
Vom maschinellen Sehen zum maschinellen Lernen
Roboter stoßen an ihre Grenzen, wenn sie mit individuellen Werkstücken oder mit einer variablen Umgebungssituation, z. B. durch ändernde Lichtverhältnisse, arbeiten müssen. An diesem Punkt kann das Bildverarbeitungssystem durch künstliche Intelligenz ergänzt werden. Bei diesem Ansatz wird ein Industrieroboter anhand von gezeigten Bildern und Merkmalen darauf trainiert, eigenständig Schlussfolgerungen zu ziehen und somit flexibel auf Situationen zu reagieren.
Intelligentes Bin Picking
Ein klassisches Robotik-Thema ist der „Griff in die Kiste“, also das Bin Picking. Dabei werden Objekte in einem Behälter erkannt und entnommen. Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz können auch unterschiedliche Objekte in gemischten Kisten erkannt und gegriffen werden, sogar wenn keine CAD-Modelle der Teile vorhanden sind. Stattdessen werden mögliche Griffpunkte in den Sensordaten identifiziert. Des Weiteren verbessert sich die Performance der Anwendung, da der Roboter zum Beispiel Verhakungen erkennt und diese noch in der Kiste lösen kann.
Kommissionierung unbekannter Artikel
Bei der Kommissionierung können dank künstlicher Intelligenz auch unbekannte Objekte identifiziert werden. Die Anlage scannt das Objekt und sammelt Daten wie Form, Größe, Gewicht und Textur. Diese Daten nutzt die Software, um Griffpunkte und kollisionsfreie Bahnen für den Roboter zu berechnen.
Es bleibt abzuwarten, welche Robotiklösungen mit und ohne künstlicher Intelligenz sich noch entwickeln. Schon heute finden Sie zahlreiche Lösungen auf www.visionpier.de