Jak robot widzi świat?

Czy robot widzi otaczającą go rzeczywistość w podobny sposób jak człowiek?

Ułoży, wyjmie, zapakuje, rozbawi. Roboty przemysłowe mają świetlaną przyszłość na całym świecie. W ciągu kilku lat ich rynek może być wart nawet ponad 5 miliardów dolarów – tyle ile Polska zamierza wydać na rozbudowę sił powietrznych i marynarki wojennej.

Zajmijmy miejsce w swoim wygodnym biurowym fotelu. Rozejrzyjmy się dookoła. Co widzimy? Komputer, klawiaturę, mysz, drukarkę, rodzinne zdjęcie, szafę na dokumenty, lampę i wiele innych drobnych akcesoriów. Wszystko bez problemu rozpoznajemy. Wiemy do czego służy i jak z tego korzystać. Wiemy (albo przynajmniej tak nam się wydaje) jak użytkować i dbać w taki sposób, aby ustrzec się uszkodzenia czy poważniejszej awarii.

Wyobraźmy sobie, że nasze miejsce zajmuje robot. Czy całe nasze otoczenie zobaczy dokładnie tak samo jak my? A może widzi wszystko zupełnie inaczej? Czy poradzi sobie z rozpoznaniem poszczególnych przedmiotów? Czy będzie wiedział do czego służą i jak ich użyć? Wbrew pozorom nie są to rozważania jedynie dla futurologów. To temat, którym na co dzień zajmują się inżynierowie odpowiedzialni za robotykę. I wcale nie chodzi wyłącznie o programy militarne i sprawne rozpoznanie przeciwnika. Nie zajmiemy się również postrzeganiem świata przez autonomiczne samochody, które poruszają się samodzielnie bez jakiejkolwiek ingerencji człowieka. Przyjrzyjmy się temu, co cierpliwie wykonują roboty w fabrykach na całym świecie. Dzień w dzień. Czasami przez całą dobę. Także w Polsce.

Czy robot widzi tak, jak my?

Zacznijmy od dość banalnego dla człowieka, a dość trudnego dla maszyny rozpoznania poszczególnych obiektów. Nam wystarczy wzrok, interpretacja obrazu i przyporządkowanie do tego czego się nauczyliśmy. W przypadku robota w teorii jest podobnie. Przy użyciu systemu wizyjnego obserwuje otoczenie, a dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu (np. ABB PickMaster) analizuje obiekt i próbuje go przyporządkować do tego, co ma w swoje bazie.

Maciej Bielecki z Dywizji Automatyzacji Produkcji i Napędów ABB wyjaśnia sposób działania robota przy taśmie produkcyjnej:

Koncepcja stacji zrobotyzowanej z systemem PickMaster jest następująca: kontroler robota za pomocą specjalnego interfejsu z podłączonym do niego enkoderem precyzyjnie śledzi poruszanie się pasa z produktami. Informacja o położeniu produktów pochodzi najczęściej od kamery, podłączonej do komputera PC z zainstalowanym programem PickMaster 3. Wraz z przemieszczaniem się pasa kamera wykonuje zdjęcia, które następnie analizowane są przez program, a rozpoznany obiekt porównywany jest z nauczonym wcześniej modelem (najczęściej jest to model, analizujący geometrię produktu, ale możliwe są też inne sposoby). Informacje o położeniu poprawnie rozpoznanych obiektów przesyłane są do robota, który pobiera produkty z pasa. W przypadku większej ilości robotów możliwa jest ich współpraca, np. pierwszy robot odkłada produkty do opakowania, ale jeśli nie zdąży go wypełnić, kolejny kontynuuje jego pracę i uzupełnia opakowanie.

Układamy Kostkę Rubika

Opis postrzegania produktów na taśmie produkcyjnej brzmi bardzo skomplikowanie. A co z innymi, bardziej złożonymi, elementami otaczającej nas rzeczywistości? Zacznijmy od pozornie banalnego obiektu: kostki. A ściślej – Kostki Rubika, czyli popularnej łamigłówki, która nawet dla niejednego z nas wciąż jest sporym wyzwaniem. A dla robota? Wystarczy obejrzeć w internecie świetne filmy z robotem ABB YuMi, który doskonale radzi sobie z ułożeniem kostki Rubika. Choć to tylko łamigłówka, to jednak daje wyobrażenie w jaki sposób robot postrzega świat i próbuje wywiązać się z powierzonego zadania.

Robot nie ogranicza się tylko do ułożenia jednego koloru, ale cierpliwie, krok po kroku, układa wszystkie obserwując każdą ze ścian kostki. Dzięki systemowi Cognex In-Sight YuMi analizuje poszczególne ścianki i położenie poszczególnych kafelków. Oczywiście rozróżnia też kolory co jest podstawą do sformułowania sekwencji ruchów. Wspomaga go też program RAPID, który odpowiada za poszukiwanie właściwej kombinacji. Jego zadaniem jest też stałe analizowanie ułożenia poszczególnych kolorowych kafelków.  Efekt kooperacji jest imponujący.

Niejeden dorosły człowiek miałby więcej problemów niż robot. Zresztą maszyna już i tak pobiła człowieka. W księdze rekordów Guinnessa zaszczytne miejsce za najszybsze ułożenie kostki Rubika zajmuje robot który ułożył ją w czasie 0,637 sekundy! Tyle ile człowiekowi zajmują dwa mrugnięcia okiem. Z kolei rekordzista z krwi i kości potrzebował nieco poniżej 5 sekund. I jeden i drugi wynik są imponujące.

Kruche ciasteczka w rękach robota

Co oznacza dla was produkcja na dużą skalę? Zapewne przywodzi skojarzenia z ogromnymi fabrykami, które wytwarzają np. samochody. Choć ich wydajność jest ogromna, to jednak ma się nijak do produkcji farmaceutyków, żywności, elektroniki czy opakowań. Wyobraźmy sobie taśmę produkcyjną pełną małych ciastek. Ile może zająć człowiekowi rozpoznanie czy dany produkt jest bez skazy i może być umieszczony w opakowaniu? Z pewnością znacznie dłużej niż trwa mrugnięcie okiem. Maszynie zajmuje to od 50 do 200 ms, czyli mniej więcej tyle, ile właśnie trwa przysłowiowe mrugnięcie okiem. A gdyby przemnożyć to przez tysiące ciastek wyjeżdżających z pieca to nie trudno się domyśleć, że tam gdzie jedna zmiana obsługiwana przez ludzi zdąży zapełnić jedną ciężarówkę, to robotom uda się skompletować tyle, by zmieścić w długim pociągu towarowym.

Nietrudno się dziwić, że przy taśmach produkcyjnych to roboty coraz częściej pełnią obowiązki. Tak jak w fabryce jogurtów Muller w Wielkiej Brytanii, mrożonej pizzy Panidea we Włoszech, kawy Coop w Szwajcarii czy ciastek Tago w Polsce. Maciej Bielecki przybliżył jak to wygląda w przypadku fabryki Tago:

Mamy 2 oddzielne systemy PickMaster – każdą stronę pasa, transportującego ciastka obsługuje zespół robotów współpracujący z tym systemem. Nad pasem z produktami mamy kolejno: tunel świetlny z 2 kamerami – po jednej kamerze na każdą stronę pasa. Jest to zamknięta „szafka” umieszczona nad pasem, w której znajdują się kamery – gwarantuje ona stałe warunki oświetlenia dla kamer, niezależnie od ilości światła na zewnątrz. Mamy ponadto 4 roboty (po 2 na każdą stronę pasa) i następnie jeszcze 2 takie układy (czyli jeszcze 4 kamery i 8 robotów).

A jakie może być ciastko? Jest wiele określeń: małe, duże, kruche, twarde, delikatne. Można tak wymieniać bez końca. W przypadku fabryki Tago jednym z najistotniejszych określeń było słowo „delikatne”. Dla cukierników jak i robotyków kluczowa stała się struktura. To nie pomyłka! Wyzwaniem stał się efekt końcowy połączenia kremem dwóch warstw bezy posypanej czekoladą i kakao. Całość krucha i delikatna miała być przeniesiona przez chwytak robota pewnie, ale jednocześnie na tyle lekko, by niczego nie uszkodzić. Ale gdyby tylko o samo przenoszenie chodziło….

Nawiążę znów do kostki Rubika. Równie ważne co precyzyjne układanie było zlokalizowanie poszczególnych kolorów, by zaplanować ruchy robota. W przypadku produktów spożywczych, farmaceutycznych, elektroniki czy jakichkolwiek innych równie ważne jest ich skontrolowanie. Czyli? Przy użyciu rozwiązań wizyjnych Cognex, robot ABB może nie tylko zweryfikować zawartość opakowania, ale także sprawdzić czy nie ma żadnych uszkodzeń, błędów w nadruku, kosmetycznych defektów czy niewłaściwych elementów (np. inne akcesoria niż powinny być w pudełku). Innymi słowy robot znów wyręcza człowieka, a przy okazji poprawia wydajność, która szczególnie w produkcji przemysłowej należy do priorytetów.

A jak można wyręczyć człowieka w przypadku kontroli ciastek? W przypadku tak delikatnych produktów jak ciastka wytwarzane przez Tago stworzono system, który porównuje obraz z kamery z wzorcem wyrobu. Mając zatem punkt odniesienia łatwiej określić czy każde ciastko opuszczające piec spełnia wymagania jakościowe.

Maciej Bielecki znów służy za przewodnika:

Ciastka rozpoznajemy na podstawie nauczonego modelu. Najczęściej stosujemy model geometryczny, czyli bazujący na kształcie produktu. Na podstawie szeregu parametrów mamy możliwość dostosowania wielu czynników, np. czy i w jakim stopniu dopuszczamy skalowanie produktów (czy np. produkt o idealnie dopasowanym kształcie do naszego modelu, ale np. o 10% większy jest produktem poprawnym, czy też nie); czy drobne defekty kształtu mają dyskwalifikować produkt, czy też nie (np. w przypadku ciastek, jak wiemy kształt nie jest za każdym razem w 100% identyczny, a jedynie podobny), itp.

Robot przy taśmie

Wróćmy do naszego biura i wygodnego fotela. Spójrzmy jeszcze raz na znajome przedmioty i słodkie ciastko, które pojawiło się na talerzu. Warto pamiętać, że zanim trafi ono na nasze biurko przejdzie jeszcze przez specjalne chwytaki robota i zostanie poddane drobiazgowej ocenie i kontroli przez automatykę. Cóż jeszcze pozostaje? Życzyć smacznego.

Kategorie and Tagi
O autorze

Tomasz Okurowski

Jestem dziennikarzem specjalizującym się w tematyce zaawansowanych technologii dla miast, domów i samochodów. Od ponad 20 lat współpracuję z tygodnikiem Auto Świat, magazynem Connected Life a także wieloma innymi tytułami prasowymi. Niemal każdą wolną chwilę spędzam z synem budując z klocków odpowiedniki tego, o czym na co dzień piszę.
Related stories
Skomentuj ten artykuł