ロボティクスに革命を：高度なハンドアイビジョンシステムで動作性能を向上

ロボティクスにおいて、ハンドアイシステムとは、ビジョンシステムがロボットアームに直接取り付けられた構成を指し、一般的には最も最後の関節の後ろに配置されます。つまり、ビジョンシステムがロボットアームとともに移動します。このアプローチはロボティクスにおいて比較的新しく、通常作業ボリュームの上方に固定設置される従来の固定ビジョンシステムに代わる選択肢を提供します。ハンドアイアプローチは多くのアプリケーションでメリットがありますが、その可能性はこれまで標準的なビジョンシステムによって大きく制限されてきました。Photoneoは、こうしたビジョンベースの制限についに終止符を打つ究極のソリューションを提供します。

ハンドアイアプローチの利点

ハンドアイアプローチは、固定ビジョンシステム方式に比べて多くの利点を提供するため、特定のアプリケーションで非常に有用です。まず、関心領域に特定して向けられるため、固定方式よりもはるかに柔軟に、より大きなスキャンボリュームをカバーできます。ビジョンシステムは、自分のスキャンボリュームではなく、ロボットのリーチによってのみ制限されます。

スキャン距離はスキャン精度を決定する主要パラメータの一つであるため、短いスキャンレンジのハンドアイビジョンシステムは、長いスキャン距離の固定ビジョンシステムよりもはるかに高いレベルの詳細を提供できます。大きなビンに小さな部品が入っている場合、ロボットアームに取り付けられた小型スキャナを使用することで、最高レベルの詳細が得られます。ロボットはスキャナを最適な距離からビンの内容物に近づけ、さまざまな角度と視点から個々の部品をスキャンできます。ただし、固定ビジョンシステムで十分な詳細が得られる場合（Photoneo PhoXi 3D Scanner XLなど）は、固定ビジョンシステム方式を選択することをお勧めします。

アプリケーションが2つ以上のコンテナで構成される場合も、ハンドアイシステムは有利です。固定ビジョンシステムの標準セットアップでは、ビン上のリニア軸または複数のビジョンシステムが必要になります。ハンドアイシステムなら、ロボットアームとともに移動する1台のスキャナで、コンテナからコンテナへ移動しながらスキャン可能です。

近距離からあらゆる視点でビン内容をスキャンできる能力は、シャドウに関連する課題も効果的に解消します。ビンの壁や、固定設置されたビジョンシステムがコンテナの特定区画に影を落とすことで、一部パーツの適切なスキャン取得が阻害されることがあります。このような場合、スキャナとビンの最適な位置関係を見つけるために妥協が必要になったり、パーツを手動で再配置したりする必要があります。ハンドアイアプローチならこの課題を容易に克服できます。

最後に、ロボットセルが設置される部屋の特別な調整が必要なアプリケーションもあります。特に環境光の低減に関してです。さまざまな視点からコンテナをスキャンできる可能性により、部屋全体を暗くする必要性を最小限に抑え、ビンの片側を先に撮影し、次にもう片側を撮影することが可能になります。

ハンドアイシステムは、ますます多くのロボットアプリケーションで確固たる地位を築きつつある、人気上昇中の現代的アプローチです。そのメリットは、協働ロボティクスの台頭とともにさらに重要になっています。しかし、ハンドアイアプローチの導入が真に意味を持つのは、特定タイプのアプリケーションのみであることを忘れないでください。

ハンドアイアプローチ導入前の重要な検討事項

ハンドアイアプローチの選択は、与えられたアプリケーションの要件と複雑さを慎重に検討した上で行うべきです。多くの利点がある一方で、ハンドアイアプローチを決定する前に考慮すべき要因があります。

ハンドアイシステムは、固定ビジョンシステムのセットアップよりも設置が困難です。採用ビジョンシステムに電力を供給するケーブルの最適な取り回しを見つけることもより困難です。

また、スキャナがロボットアームに取り付けられるため、ロボットの動きを制限する可能性があります。したがって、より小型のビジョンシステムを使用することをお勧めします。Photoneo PhoXi 3D Scannerファミリーで最も適したモデルはXS、S、M、およびMotionCam-3DモデルのS、S+、Mで、合計で16センチメートルから1.5メートルのスキャンレンジをカバーします。

ハンドアイシステムのもう一つの欠点は、センサーとの衝突リスクが高まることと、ロボットアームへのビジョンシステムの最適な位置を見つけるのが困難になることです（特に大型の場合）。もう一つの大きな欠点は、ロボットの動きが振動を引き起こすことです。標準的な高精度エリアスキャンビジョンシステムは振動を処理できません。したがって、スキャン取得中はロボットアームを静止させる必要があり、サイクルタイムが長くなる可能性があります。結果として、ハンドアイアプローチは時間クリティカルなアプリケーションには適しません。

多くの場合、Photoneo PhoXi 3D Scanner XLのような大スキャンボリュームの高品質3Dビジョンシステムによる固定ビジョンシステム方式を選択する方が、難しいセットアップ/設置を伴うハンドアイシステムを選ぶより良いです。

もちろん、ハンドアイセットアップが最良の選択肢であり、このアプローチから大きく恩恵を受けるアプリケーションも存在します。そのような場合、上記のハンドアイシステムの欠点は、Photoneoの画期的な「Parallel Structured Light」技術 によって克服できます。これは、振動に効果的に耐え、モーションアーチファクトなしで高品質な3Dスキャンを可能にする唯一の3Dセンシングアプローチです。

動作中のハンドアイ協調

Photoneo 3DカメラMotionCam-3Dに実装された「Parallel Structured Light」技術により、トレードオフなしのハンドアイ協調が可能になります。MotionCam-3Dは、ロボットアームの移動中でも高品質なスキャンを提供する唯一の3Dビジョンシステムです。カメラは振動に強く、ロボットを停止させる必要がありません。

時速144キロメートルまで移動する物体を撮影できるこの技術により、ロボットアームの動きによる振動が3D点群データの品質に影響を与えません。カメラは5モデル（S、S+、M、M+、L）で、解像度0.9Mpx、精度300〜1250μmを提供。静止モードに切り替えるとパラメータがさらに向上し、解像度2Mpx、精度150〜900μmを達成します。

最大のメリットは、ロボットがスキャンのために停止する必要がないことです。これにより、市場で利用可能な他のすべての技術と比較して、サイクルタイムが劇的に短縮されます。これにより、物体位置の瞬時追跡などの新しいアプリケーションへの扉が開かれます。

この議論は協働ロボティクスの文脈でも同様に当てはまります。協働ロボットは本質的に産業用ロボットより遅く、ハンドアイアプローチと組み合わせるとサイクルタイムがさらに長くなります。MotionCam-3Dはこの制限を克服し、協働ロボットのアームに取り付けても完璧に動作します。

MotionCam-3Dは5モデルで提供され、ハンドアイアプリケーションに最も適しているのはS、S+、Mモデルです。最小モデルSは366〜558mmのスキャンレンジに適し、同サイズ（80×68×307mm）のS+は630〜1574mmの拡張視野を提供。モデルMは497〜939mmのスキャン距離に適しています。

MotionCam-3Dは、静止シーンでも動的シーンでも、あらゆる種類のロボットタスクにおける究極のソリューションです。ハンドアイアプローチのビジョンシステムベースの制限は、もはや過去の問題です。MotionCam-3Dは、高速スキャンでの最高解像度と精度、振動への効果的な耐性、これまでにない短いサイクルタイムを提供します。

ハンドアイアプローチの導入をご検討の場合は、お気軽にお問い合わせください。プロジェクトをご相談し、最適なソリューションをご提案いたします。