Design of an Industrial Bin Picking Station

Abstract

With the ever-increasing demand for automation, new ways to optimize production
lines are needed. The aim of this thesis is to complete an industrial automation task by employing a concept in robotics known as bin picking. The concept involves
organizing objects by picking them out of a cluttered bin using an industrial robot.
An industrial station is designed in which loose, foam cylinders are organized with
the help of computer vision and an industrial robot arm with a suitable end-effector.
Using a structured-light-based 3D scanner, these objects are localized and then
grasped using a gripping tool which is attached to the robot. To reach the goal of the customer-oriented project, the specialized gripper is designed using Ulrich &
Eppinger’s design process and the vision controller is configured. These partial
solutions are then finalized in a robot station concept. A needle-type gripper that
uses ingression of the foam material as its gripping method was selected and
implemented. The system showed a consistent ability to pick out cylinders of the
bin and place them on a designated fixture. A layout of the robot station was created together with the steps of a program cycle.
A secondary bin picking application was also created for a different object to test
the limits of the system. Small, plastic cups were used for this. The System struggled to perform consistently due to scanner noise caused by interreflections from the plastic surfaces.
The implementations showed potential for the technology to be used in industrial
settings. The specific firmware used can be applied to objects with distinct
geometries and low reflectivity. Objects with non-ideal characteristics may be
applied in a system with the correct configurations and hardware.

Popular Abstract (Swedish)

Bin Picking: Hur en robot plockar föremål ur en låda med hjälp av 3D
vision.
Att plocka upp föremål med händerna gör vi människor dagligen utan problem. För robotar är denna uppgift dock betydligt svårare. Bin picking är ett område inom robotik som specialiserar på plockandet av objekt som ligger löst i en låda.
I dagslägen så är efterfrågan på så kallade bin picking lösningar stor inom industrin. Det är så för att komponenter ofta skickas till fabrikerna i lådor där dom ligger huller-om-buller och därför måste ordnas inför nästa tillverkningssteg. På grund av uppgiftens komplexitet så är utbudet av robusta och anpassningsbara bin picking lösningar relativt litet i dagsläget.Mitt examensarbete gick ut på att designa en fungerande plockningsstation där objekt av skum plockas ur en låda och placeras på ett stativ. Uppgiften ledde till många intressanta upptäckter om vilka utmaningar som finns hos robotarmar, 3D skannrar och datorseende.Man kan undra varför det krävs en skanner och datorseende för detta. Kruxet ligger i att
objekten kan ligga med vilken orientering som helst. För att roboten automatiskt ska kunna plocka objekten måste den förstå hur dom är placerade och orienterade. Detta är viktigt eftersom roboten måste hitta grippunkter som är lämpliga för dess gripverktyg. Utmaningen kan påminna om den hos kranmaskiner på tivoli. Gripklon måste ju greppa objektet utan att den stöter emot andra objekt i lådan. För det används olika former av datorseende. I projektet användes en 3D skanner som med
hjälp av så kallat strukturerat ljus läser ut en punktkarta av den verkliga lådans geometri. På så sätt har vi en digital efterkonstruktion av verkligheten som vi kan använda till att bestämma hur objekten är positionerade. Roboten beräknar sedan en bana som verktyget ska följa när den plockar objekten. Banan måste vara utformad så att roboten inte kolliderar med hinder samtidigt som banan är så kort som möjligt. När en cylinder har fiskats upp placeras den på ett specialanpassat stativ och förbereder sig för nästa plockning. Objekten plockas med ett gripverktyg. Trots att det kallas gripverktyg så använder det slutgiltiga verktyget i projektet inte en mekanisk klo utan små nålar för att hålla fast i objekten. Det funkar bra eftersom objekten är gjorda av skum och nålarna inte lämnar synliga stickhål. Det blir som att trycka en sticknål i en garnboll och lyfta upp den. Projektet visade att mycket hänger på 3D datans kvalitet. Skannrar som använder strukturerat ljus kan lätt bli påverkade av ljus med särskilda våglängder, exempelvis dagsljus. Reflektiva
ytor har också en negativ effekt på skannern. Båda kan leda till att den digitala modellen har en massa bruspartiklar i sig. Partiklarna leder till en rad problem, bland annat blir det svårare för programmet att beräkna objektens positioner och orienteringar och dessutom kan roboten tolka dom som hinder den måste undvika.

• author: Ramb, Jonathan
• supervisor: Damien Motte
• organization: Innovation
• course: MMKM10 20222
• year: 2023
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: bin picking, computer vision, automation, robotics, 3D Scanning
• language: English
• id: 9109990
• date added to LUP: 2023-02-06 15:14:30
• date last changed: 2023-02-06 15:14:30