Eine Kiste Schrauben, vom Hersteller als Schüttgut geliefert, direkt für die Produktion verwenden, mit entsprechender Software-Unterstützung effizient sortiert und entnommen durch einen Roboter? Das war lange Wunschdenken. Die Aufgabe „Eine lange Schraube, bitte!“ kann ein Mensch mit einem Blick in die Kiste sofort erledigen. Ein Industrieroboter hingegen kann dies nicht, ohne dass es ihm vorher explizit beigebracht wurde. Dazu wird der Prozess vom Menschen auf den Roboter übertragen – mit entsprechenden Anpassungen. Der Roboter muss mit zusätzlicher Hard- und Software ausgestattet werden, die Hände und Augen für ihn ersetzen. Hierfür wird der Prozess zunächst in seine grundlegenden Bestandteile aufgeschlüsselt:

• Sehen: Menschen sehen mit den Augen, die bei einem Roboter, insbesondere einem Industrieroboter, durch eine oder mehrere Kameras mit Beleuchtungstechnik ersetzt werden. Die Kameratechnik kann sowohl am Roboterhandgelenk als auch an einer beweglichen Portalanwendung oder statisch über dem Bauteilträger mit den zu entnehmenden Objekten befestigt werden. Anschließend nehmen die Kameras mehrere Bilder auf, die von entsprechender Software weiterverarbeitet werden.
• Erkennen: Das gewünschte Objekt wird durch ein dreidimensionales Referenzmodell identifiziert, das zuvor durch ein entsprechendes Computerprogramm erstellt wurde. Auf diesen Bildern können sowohl unterschiedliche als auch nur Objekte der gleichen Art identifiziert werden. Wird in diesem Prozess kein Objekt erkannt, erfolgt eine Rückmeldung an das entsprechende Kontrollsystem.
• Auswählen: Analog zu den gespeicherten Referenzmodellen des Objekts sind auch verschiedene Griffmöglichkeiten hinterlegt. Diese definieren, wie der Roboter das Objekt mit seinem Greifwerkzeug aufnehmen kann. Die zuvor identifizierten Objekte werden analysiert und das Objekt, das am leichtesten vom Roboter entnommen werden kann, wird ausgewählt. Die Auswahl sowie die Bewertung des Objekts erfolgen gemäß einer zuvor festgelegten Prioritätenliste. Dabei gibt es Bereiche, die als Störkontur hinterlegt sind – beispielsweise Umgebungen, in denen der Roboter möglicherweise mit der Objektentnahmekiste, Stahlbauelementen, Zäunen oder benachbarten Robotern kollidieren kann. Dies wird bei der Auswahl des Objekts ebenfalls berücksichtigt, um eine Kollision bei der Objektentnahme zu vermeiden. Ist kein Objekt kollisionsfrei zu entnehmen, wird diese Information an das entsprechende Kontrollsystem weitergegeben.
• Planen: Nach Auswahl des zu greifenden Objekts wird eine sogenannte Bahnplanung für den Roboter durchgeführt. Für diese Bahnplanung verwendet eine entsprechende Software eine dreidimensionale Nachbildung von den örtlichen Gegebenheiten und deren Störkonturen. Zusammen mit den gespeicherten Greifmöglichkeiten wird der komplette Bewegungsablauf erstellt.
• Ausführen: Nachdem alle vorherigen Schritte erfolgreich abgeschlossen wurden, wird die kollisionsfreie Bewegung ausgeführt. Der Roboter fährt seine Zielposition gemäß der geplanten Bewegung an, greift das Objekt und legt es an einen zuvor definierten Ablageort in einer genau definierten Position ab. Anschließend beginnt der Prozess erneut.

Bin Picking im Wandel der Zeit

Schrauben als Schüttgut – das vereinzelte Herausgreifen einer Schraube gilt als Herausforderung für Roboter.

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Im Laufe der letzten Jahre wurden Bin Picking-Anwendungen vermehrt weiterentwickelt. Verglichen mit der Anfangszeit des Bin Picking ist die Zielerkennung heute durch bessere Kameratechnik und stärkere Rechenleistung deutlich genauer, schneller und effektiver. Auch mögliche Kollisionen zwischen Roboter und Umgebung lassen sich durch stärkere Prozessoren besser und schneller berechnen.
Lange Rüstzeiten (Werkzeugwechsel) von Greifwerkzeugen entfallen durch flexible Greifvorrichtungen und bessere Simulation im Vorfeld. Im Gegensatz zu vorherigen, automatisierten Lösungen zur Vereinzelung, Sortierung und Konfektionierung ist das Bin Picking flexibler gegenüber Objektänderungen. Bei klassischen Rütteltischen mit Vereinzelungstechnik benötigt fast jede Formänderung des Objektes ein neues Werkzeug oder eine Anpassung. Beim Bin Picking-Prozess hingegen wird die neue Objektform mit ihren Greifmöglichkeiten in das System eingelernt und hohe Investitionen für neue Werkzeuge entfallen.