卸垛如何从计算机视觉、机器人技术和机器学习中获益

由于 3D 机器视觉等技术的进步，机器人技术正在进入工业过程的所有领域。 COVID-19 的爆发提高了人们对应用自动化以实现快速准确的订单履行和高效供应链的迫切需要的认识。通过实施智能自动化，物流流程的一个特定方面可以实现更高水平的生产力——卸垛。

什么是卸垛？

卸垛就是将装满箱子的托盘一个一个卸下来的过程。与经典的去层化相比，其中机器人抓手拾取整个托盘，“希望”它抓住它包含的所有盒子，机器人卸垛使用人工智能。系统识别单个盒子，机器人将它们一个一个地放在传送带上或其他预定位置。

卸垛提供了更高水平的卸货托盘，并提供了几个优于延迟化的优势。它需要更小的放置区域——与整个托盘相比，最大盒子的大小。由于有效负载更轻，可以使用更小的机器人手臂和夹具，从而节省大量成本。

最好的卸垛系统可以使装满各种箱子的托盘的卸载过程安全、快速、有效、可靠，最终也具有成本效益。这只能通过将 3D 机器视觉与采用先进机器学习算法的智能机器人相结合来实现。

部署的 3D 扫描仪的扫描体积需要足够大，以便从足够的距离扫描整个托盘。考虑到机器人操作所需的最小空间，扫描仪通常需要安装在托盘上方约 3 米处。因此，选择合适的 3D 扫描仪是成功卸垛的首要前提。

第二步是用这些图像数据训练 AI。机器学习算法可以不断学习和识别新类型的盒子，例如那些大小不一或因损坏而形状不规则的盒子。这使得解决方案如此通用，以至于混合托盘的卸载几乎没有挑战。箱子不需要按规律堆叠，可以随意放置，甚至倾斜一个角度，机器人仍然可以捡起它们。

智能系统还能够识别包装箱，这些箱子通常包装得非常紧密，以至于很难识别它们之间的缝隙，缝隙可能只有 0.5 毫米。较弱的解决方案可能无法区分分隔两个盒子的线和勾勒一个特定盒子开口的轮廓线。

在其他情况下，识别具有问题表面的盒子可能具有挑战性，包括不同的纹理、闪亮或反光材料、突出的胶带、图案或“误导”3D 视觉的图片。黑色外皮的纸盒也会出问题..

根据纹理和 3D 数据分割单个框的最先进方法是使用卷积神经网络 (CNN)。然后，系统可以决定拾取哪个箱子（放在托盘最顶部的箱子先来）以及如何抓取它以最大限度地提高展开的夹具的吸力。

为了在顶箱和扫描仪之间的空间内安全操作，卸垛系统需要考虑箱子的可能尺寸。这对于将盒子安全放置在传送带上也很重要。这可以通过根据扫描数据计算盒子的高度或使用设置在传送带上方几厘米处的光闸来确保。

当盒子接触到光束时，夹具会将其放下。这样，所有箱子都会在传送带上方相同的高度掉落。这是卸垛相对于延迟分层的一大优势，在延迟分层中，一层中不同高度的箱子构成了一个重大问题。

Photoneo 的系统包括内部开发的 3D 视觉，提供了此类机器人卸垛的示例。该公司的系统扫描装有箱子的整个托盘，并将扫描传输到 3D 纹理数据集。

然后，该扫描由 Photoneo 的机器学习算法处理，该算法在 5,000 多种类型的盒子上进行了训练。 AI 立即识别每个盒子并向机器人发送命令。使用专门开发的通用夹持器，机器人以 +-3 毫米的精度执行拾取动作。这样，它可以在我们的小时内卸下 1,000 个箱子，拣选率准确率为 99.7%。

卸垛系统必须考虑可变性

如果尽管进行了所有计算，但由于表面有皱纹或其他障碍物，夹持器未能拾取盒子，夹持器会发送反馈并通知用户有关问题，以便执行纠正措施。循环时间通常少于 10 秒，具体取决于机器人类型、箱子的表面及其内容，因为有些需要比其他的更灵敏地进行操作。

环境、机器人和机械特性定义并限制了循环时间。例如，将重箱子加速和减速到一定物理极限以上是不可能的。如果客户需要加快循环时间并提高机器人性能，他们可以选择能够一次拾取多个相同高度的箱子的多区域夹持器。然后夹具一个接一个地放下盒子。

完美分离背后的秘诀是了解放置区域的尺寸限制，以免拿走的箱子多于可以安全放下的箱子，并准确识别箱子类型以避免抓取不同高度的箱子。 Photoneo 的产品与主要机器人品牌兼容，无需任何培训即可“开箱即用”。如果遇到新类型的盒子，系统能够重新训练自己，从而缩短部署和集成所需的时间。

一个成功的卸垛解决方案必须考虑到上述所有因素。尽管机器人可能看起来相当简单，但机器学习算法需要足够强大，以应对卸垛不同物体时可能遇到的所有挑战。开发人员和集成商必须考虑应用程序的每个细节并测试他们的解决方案，然后用户才能衡量投资回报率 (ROI)。

此外，通常需要使机器人适应以人为中心的环境。尽管自动化发展迅速，但许多客户只是逐渐调整他们的配送中心和仓库，以充分利用机器人技术和人工智能。

与手动卸载托盘相关的主要挑战之一在于箱子的尺寸和重量以及需要从中取出它们的高度。手动操作通常会导致严重伤害，因此最好的卸垛系统可以帮助员工避免危险或重复的动作。

例如，Photoneo Depalletizer 无需人工干预即可拣选重达 50 公斤的箱子。最大的优点之一是机器人可以不间断地工作，永远不会感到疲倦。

使用 3D 视觉、人工智能和机械臂的卸垛机

人工智能驱动的解决方案无疑是通往未来的道路，因为用户不需要设计、调试或测试任何东西。智能系统可以减轻集成商与 3D 相关的困难计算和任务的负担。

然而，他们应该具备一些基本的机械知识，包括不同类型的夹具如何工作，哪些适合抓取特定零件，以及如何分配应用程序中部署的所有机械组件以防止机器人操作失败或扫描。

集成商还应该了解特定系统的潜在能力，以便能够将其与客户的特定需求相匹配。重要的是要记住，人工智能仍然只是解决方案的一部分，不应被高估。集成商总是需要一定的特定知识才能成功部署智能自动化解决方案。

如果满足所有这些条件，卸垛机器人的部署可以帮助物流公司获得快速的投资回报，改善他们的供应链流程，并提高他们的生产力。它们还可以节省时间、降低成本并保护员工健康，让员工有时间从事需要创造力和批判性思维的任务。

当今员工和雇主面临的最紧迫的挑战是如何继续工作。由于没有人有把握预测全球经济何时会从 COVID-19 停摆中恢复过来，现在是实现生产流程自动化和简化的合适时机。

本文最初发表于 机器人报告。

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