정밀 빈 피킹: 핸드-아이 코디네이션으로 고도 로봇 자동화 구현

빈 피킹(bin picking), 즉 무작위 자세로 빈(bin)에 있는 객체를 로봇이 픽업하는 작업은 가장 일반적인 로봇 작업 중 하나이면서 동시에 가장 큰 기술적 과제를 안고 있는 작업이기도 합니다. 로봇은 빈 안의 각 부품을 위치 파악하고, 환경이나 다른 부품과 충돌하지 않고 이동하여 픽업한 후, 정렬된 위치로 안전하게 이동시킬 수 있는 탁월한 비전과 로봇 인텔리전스를 갖추어야 합니다.

로봇 셀에 3D 비전 시스템을 장착하는 두 가지 방식이 있으며, 각각 장점이 있고 특정 애플리케이션에 더 적합합니다.

A. 외부 캘리브레이션(Extrinsic calibration)

B. 핸드-아이 캘리브레이션(Hand-eye calibration)

외부 캘리브레이션(Extrinsic Calibration)

외부 캘리브레이션은 스캐너가 로봇 셀 내 고정된 정지 위치에, 일반적으로 빈 위쪽에 장착된 설정에서 사용됩니다. 시스템 캘리브레이션 후 스캐너는 로봇에 대해 이동하지 않아야 하지만 로봇 셀에 대해서는 정지해 있을 필요는 없습니다.

Photoneo는 PhoXi 3D 스캐너 5가지 모델(XS~XL)을 제공하며, 각 모델은 16cm에서 4m까지 서로 다른 스캔 볼륨을 제공합니다. 경험상 빈 피킹 애플리케이션에 필요한 공간(로봇 이동 공간, 빈과 부품 크기 등)이 클수록 더 큰 모델의 PhoXi 3D 스캐너가 필요합니다.

외부 캘리브레이션은 로봇 팔의 끝단이나 그리퍼에 부착된 적절한 볼(ball)을 사용하여 수행합니다. 볼은 스캔에 적합한 재질, 즉 매끄럽고 너무 반사적이지 않은 재질로 만들어야 합니다.

외부 캘리브레이션: 3D 스캐너가 고정된 위치에 장착됨.

핸드-아이 피킹(Hand-Eye Picking)

핸드-아이 캘리브레이션을 사용하면 3D 비전 시스템을 로봇 팔에 직접 장착할 수 있습니다. 성공적인 캘리브레이션을 위해 스캐너는 가장 마지막 관절 뒤(예: 그리퍼 위)에 장착되어야 합니다. 캘리브레이션 후 스캐너 위치가 변경되면 캘리브레이션 매트릭스가 무효화되어 전체 캘리브레이션 절차를 다시 수행해야 합니다.

핸드-아이 캘리브레이션은 마커 패턴, 즉 Photoneo PhoXi 3D 스캐너가 인식하는 특수 패턴이 인쇄된 평평한 종이(또는 다른 재질)를 사용하여 수행합니다.

핸드-아이 캘리브레이션: 3D 스캐너가 로봇 팔에 장착됨.

핸드-아이 피킹의 장점

핸드-아이 피킹은 기존 설정 대비 여러 장점을 제공합니다. 큰 빈이 있고 고정된 뷰포인트로 위에 스캐너가 장착된 경우, 작은 스캐너로는 빈을 스캔할 수 없습니다. 작은 스캐너를 로봇 팔에 직접 장착하면 스캐너를 빈 내용물에 더 가깝게 접근시킬 수 있고 빈의 어느 부분을 스캔할지 선택할 수 있습니다.

핸드-아이 빈 피킹의 또 다른 장점은 두 개의 빈이 있는 경우입니다. 고정된 위치에 단단히 장착된 한 대의 스캐너로는 두 빈 모두를 스캔할 수 없습니다. 최소 두 대의 스캐너가 필요합니다. 반면 로봇 팔에 장착된 스캐너는 한 빈에서 다른 빈으로 이동하며 적절한 거리와 각도에서 내용물을 스캔할 수 있습니다. 따라서 외부 캘리브레이션보다 더 넓은 영역을 커버할 수 있습니다.

핸드-아이 빈 피킹은 로봇 셀이 설치된 방을 어둡게 할 필요성도 줄여줄 수 있습니다. 창문에서 들어오는 주변광이 배치된 3D 비전 시스템에 심각한 문제를 일으켜 방 전체를 어둡게 하는 특별한 노력이 필요할 수 있습니다. 로봇에 부착된 스캐너는 빈의 한 측면에서 먼저 스캔하고 다른 측면에서 스캔하여 환경에 특별한 조정을 할 필요성을 최소화합니다.

3D 비전 시스템 자체가 빈에 그림자를 드리워 고품질 장면 획득을 방해할 수도 있습니다. 이 문제는 보통 스캐너와 빈의 관계에서 가장 최적의 위치를 찾거나 빈 안의 부품을 수동으로 재배치하여 비전 시스템이 결국 모두 캡처하도록 하는 타협으로 해결합니다. 핸드-아이 빈 피킹은 스캐너가 장면의 어느 각도에서나, 어느 위치에서나 '볼' 수 있게 하여 이 문제를 해결합니다.

마찬가지로 핸드-아이 방식은 빈 벽면에 가까이 있는 부품을 픽업하는 데 최적의 솔루션입니다. 벽면과 부품 자체가 그림자를 드리워 부품 인식을 방해할 수 있는데, 비전 시스템을 로봇 팔에 장착하면 적절한 각도에서 부품에 접근하고 픽업할 수 있습니다.

핸드-아이 빈 피킹이 외부 캘리브레이션 대비 수많은 장점을 제공하지만, 로봇 팔에 부착된 스캐너가 로봇의 움직임을 제한할 수 있다는 점도 사실입니다. 이 제한을 고려하여 더 작은 스캐너를 선택하는 것이 바람직합니다. Photoneo PhoXi 3D 스캐너 제품군의 경우 XS, S, M, L 모델이 적절하며, 16cm에서 2m까지의 스캔 범위를 커버합니다.

또 다른 중요한 사실은 스캔 획득 중 로봇이 정지 상태를 유지해야 하므로 사이클 타임이 늘어날 수 있다는 점입니다. 따라서 핸드-아이 방식은 시간 크리티컬한 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.

애플리케이션 자동화를 원하지만 어떤 유형의 빈 피킹 솔루션이 프로젝트에 가장 적합한지 확실하지 않다면 저희에게 연락 주십시오. 기꺼이 도와드리겠습니다.