Bin picking con visión 3D: guía técnica para coger piezas a granel con un robot

Un contenedor lleno de piezas desordenadas

Las piezas llegan de la estampación, la forja o el proveedor en un contenedor metálico, amontonadas sin ningún orden. Alguien tiene que cogerlas una a una y colocarlas en la máquina, en una cinta o en una bandeja. Es una tarea sencilla para una persona, pero muy exigente para un robot: necesita saber exactamente dónde está cada pieza, cómo está orientada y por dónde puede cogerla sin chocar.

En el artículo sobre visión artificial en robots presentamos el bin picking como una de las aplicaciones más extendidas de la visión 3D. Aquí entramos en el detalle técnico: qué piezas son buenas candidatas, qué condiciona el tiempo de ciclo y qué conviene validar antes de plantear un proyecto.

Las cuatro fases de cada ciclo

• Captura. Una cámara 3D, normalmente situada sobre el contenedor, genera una nube de puntos: millones de coordenadas que describen la superficie de todo lo que hay en su campo de visión.

• Reconocimiento. El software compara esa nube de puntos con el modelo de la pieza, a partir de su CAD o de una muestra aprendida, e identifica las piezas visibles con su posición y orientación.

• Selección del agarre. Entre todas las piezas detectadas, elige la que puede cogerse con más seguridad según los puntos de agarre definidos y la posibilidad de acceder sin colisionar con las paredes del contenedor o con otras piezas.

• Planificación y ejecución. Calcula una trayectoria libre de colisiones, el robot coge la pieza y la deposita en su destino.

Fabricantes especializados como Mech-Mind ofrecen cámaras 3D industriales y software de visión pensados para este tipo de aplicaciones, compatibles con las principales marcas de robots, tanto industriales como colaborativos.

Qué piezas son buenas candidatas

No todas las piezas son igual de fáciles. Estos son los factores que más influyen:

Geometría

Piezas rígidas, con formas reconocibles y superficies de agarre claras, como ejes, bridas, piezas de forja o fundición, suelen dar buenos resultados. Las piezas muy planas que se superponen, las piezas pequeñas en grandes cantidades o las que se enganchan entre sí, como muelles o ganchos, son mucho más exigentes.

Superficie y material

Las superficies muy brillantes o reflectantes, como el aluminio mecanizado o el acero inoxidable pulido, generan reflejos que dificultan la captura 3D. Las piezas negras mate o transparentes también plantean retos. Las cámaras actuales han mejorado mucho en este aspecto, pero conviene probar siempre con piezas reales.

Tipo de pinza

La pinza debe poder entrar entre las piezas y las paredes del contenedor. Las magnéticas funcionan bien con piezas de acero; las de vacío, con superficies lisas y planas; las mecánicas de dedos estrechos, con piezas que tienen agujeros o resaltes por donde sujetarlas. El diseño de la pinza suele ser tan determinante como el software.

Precisión de colocación y tiempo de ciclo

Precisión de colocación. Al coger una pieza del montón, el robot no siempre la sujeta por el mismo punto ni con la misma orientación. Si el destino exige una colocación precisa, como el plato de un torno, suele hacer falta una estación intermedia de reorientación o un segundo control por visión antes de cargar la máquina.

Tiempo de ciclo. El ciclo incluye la captura, el procesamiento, la planificación de la trayectoria y el movimiento. En determinadas situaciones el sistema no encuentra ninguna pieza accesible y necesita una nueva captura o un pequeño movimiento del contenedor. Hay que dimensionar el ciclo con estas situaciones incluidas, no solo con el caso ideal. Una técnica habitual es capturar la siguiente imagen mientras el robot está depositando la pieza anterior, de forma que la visión no añada tiempo al ciclo.

El reto de vaciar el contenedor por completo

Coger las primeras piezas de un contenedor lleno es relativamente sencillo. El reto está en las últimas: piezas en las esquinas, pegadas a las paredes o en posiciones en las que la pinza no puede entrar. Un sistema que vacía casi todo el contenedor y deja el resto para el operario puede no ser aceptable en una célula pensada para trabajar sin supervisión.

La geometría del contenedor, la posición de la cámara y el diseño de la pinza son las variables que más influyen en este punto. En algunos casos, inclinar el contenedor o usar contenedores con paredes de menor altura mejora notablemente el vaciado.

Cobot o robot industrial para bin picking

El bin picking no está ligado a un tipo de robot. Con piezas ligeras y cadencias moderadas, un cobot simplifica la instalación y permite trabajar con operarios cerca. Con piezas pesadas o ciclos muy cortos, un robot industrial ofrece más velocidad y carga. Lo importante es que la cámara y el software se integren correctamente con el controlador del robot elegido.

Dónde se aplica

• Alimentación de máquinas CNC desde contenedores de piezas brutas, como complemento a la carga y descarga de máquinas CNC con cobot.

• Alimentación de prensas, líneas de montaje o estaciones de soldadura.

• Desapilado de piezas de fundición o forja.

• Preparación de kits de componentes en logística interna.

• Clasificación de piezas mezcladas en una misma caja.

Por qué probar antes de comprometerse

El bin picking es probablemente la aplicación de robótica en la que más se nota la diferencia entre una demostración con piezas ideales y la realidad de la planta. Piezas con aceite, contenedores deformados, iluminación variable o lotes con pequeñas diferencias pueden cambiar mucho el resultado. Por eso es recomendable realizar una prueba de concepto con tus propias piezas y tus propios contenedores.

En Rebots trabajamos con cámaras 3D de Mech-Mind combinadas con cualquier tipo de brazo robótico para bin picking, control de calidad y (des)paletizado de cajas mixtas. En la página de la solución de bin picking con cámara 3D puedes ver el planteamiento general. Si quieres saber si tus piezas son viables, envíanos unas fotografías del contenedor y de la pieza y lo valoramos contigo.