關注物流領域：3D視覺攝影機幫助優化材料處理流程

在德國北部，有一家企業為機器人行業帶來了「顛覆性」創舉，從而創造出了一項與眾不同的材料處理流程解決方案。來自不萊梅的cellumation公司的創意是：將多臺自主型足球機器人彙集成一個一個單元——然後倒轉過來。其中的亮點在於：它並不是由三臺驅動裝置組成一個三角聯盟，在場地上自由追著球跑，而是反過來，貨物可以在平面上自由移動。因此，每一位「球員」的動作（作為團隊表現）就變成了對各類貨物的路線導引，且靈活度極高。SICK 3D視覺攝影機可提供必要的輪廓概覽。

智慧型材料處理流程有其自身的市場，但是必須滿足兩個條件：實現高性能運動導引，同時所佔空間極少。「物流場所面積在減少，地方政府的支援力度也在降低——主要原因是每平方米創造的價值較少。」Theresa Gröninger這樣描述在城市邊緣新建物流中心的熱度減退的事實。然而與這一發展趨勢相反的是，消費者仍然有很高的購物熱情。這種兩難局面導致業界尋求更有效的材料處理流程解決方案。關鍵是用更少的佔地面積提供更高的輸送能力。「我們具有模組化結構、能夠輕松擴充的celluveyor因此應運而生。」這家於2017年成立的企業的這位市場行銷負責人說。

3D圖像幫助在平面上進行路線導引

倒立的機器人隊伍構成一個蜂窩狀連接的運輸系統。一項應用中將多少個單元連成整體，取決於需執行的輸送技術任務、要求的輸送能力，以及包裝單元的重量。為確保這些可個人化配置的模組達到最高的標準化程度，cellumation提供的單臺裝置僅具有兩種不同的尺寸與性能。其佈局針對150與200個巢室間距而設計。較大的單元是為較大的包裹打造，以限制每單位平面上的巢室數量。但是整個控制技術（包括SICK 3D光飛行時間量測攝影機Visionary-T Mini的連接）始終相同。

此項3D方法的特別之處在於，利用光飛行時間技術產生立體視覺。攝影機不像所謂的立體觀測技術及人類視覺常見的那樣，需要用到兩個鏡頭。相反，Visionary-T Mini針對物體的每一個點，同步量測攝影機自身發出的紅外線從光源到物體、以及在反射後返回所需的飛行時間。僅需唯一一次短暫拍攝，攝影機的計算智慧中心即可利用這些時間值畫出3D點雲，並用其對空間中的物體進行三維檢測。3D資料可提供關於物體大小與位置的可靠資訊——並且是針對某一個特定的時間點。這一細節與逐行生成圖像的3D-LiDAR感測器的工作原理大不相同。

用遊戲機中的攝影機開展初期研究

對cellumation公司而言，此方法對在celluveyor的工作臺上進行運動導引至關重要。「3D掃描器處理運動物體本身就有問題。」Claudio Uriarte介紹道。2017年，他與Hendrik Thamer博士聯合創辦了這家企業。這兩位科學家此前曾分別就職於不萊梅生產與物流研究所。在隸屬於不萊梅大學的BIBA公司開展學術工作期間，他們的研究重點就是內部物流與探尋集裝箱自主卸載的解決方案。「開始我們用的是SICK提供的3D-LiDAR感測器。」Claudio Uriarte回憶道。後來市場上推出了合適的3D視覺攝影機——只不過是內置在遊戲手柄中。「我們用這些攝影機進行了大量工作與測試，但始終要找的是適合工業應用的一項堅固的解決方案。」經典的是，在一份新聞報導中，兩位科學家最終發現了採用3D快照技術的新款Visionary攝影機。由此開啟了與SICK在專案層面開展密切合作的序幕。

 

圖像不會出現偽影

可是為什麼明明已經有了相應的掃描器，還要長時間尋找適合工業應用的3D視覺攝影機呢？原因還是出在前面提到的掃描器處理活動物體的問題上——而這樣的問題在內部物流領域非常普遍。Claudio Uriarte稱之為「尾巴」，當物體飄忽不定時，雷射掃描器在逐行掃描時就會留下這樣的尾巴。這種「運動偽影」就像身後的幽靈一般。相反，Visionary-T Mini則進行一次性短時間曝光（即3D快照），獲得清晰無比的圖像，完全沒有此類偽影出現。「因此，每秒鐘最多可以拍攝30張照片。其中包含的資料沒有模糊影像，使我們能夠從中推導出準確的運動控制。」在此結構中，Visionary-T Mini起到快速回饋的作用，目的在於獲得快速的閉環控制電路。

每秒30張圖像，而且分別作為三維點雲形式：為避免此項量測法產生的資料數量不可控，SICK攝影機會先進行預處理，然後由celluveyor的控制器轉換為位置資料。根據Claudio Uriarte透露的訊息，能夠很方便地將攝影機提供的由3D座標構成的點雲劃分區塊，這一點非常有用。「我們可以明確區分哪些資料屬於包裹，而哪些固定屬於工作臺。在處理郵件時，我們就可以捨棄與運動導引無關的一切資料。」

所有物體同時運動

這家不萊梅企業將攝影機直接整合於分配臺上方。內部物流應用需要空間尺寸較大的模組時，cellumation可採用攝影機組合的方式，確保在監控包裹運動時，路徑上不存在盲點。有必要使用3D鏡頭進行全程監控，因為celluveyor沒有固定的路線導引。單元控制器依據提供的實際位置，不斷重新計算進貨區與出貨區之間的最佳連接路線。由此，celluveyor可以同時處理多個包裹。這種特性提高了系統效能。另一項優勢在於：由於重量不斷變化、或者包裝材料的觸感不同，導致包裹的運動無法預測，這一點並不會對流程構成影響。例如，即使貨物偏離原先計算的路線，對於其餘的路程無足輕重。原因在於：控制器將根據Visionary-T Mini提供的實際位置，重新計算路徑。此方法是一項真正的創新，能夠有效防止包裹發生碰撞或卡滯。這將大幅提高內部物流中材料處理流程的可靠性，並改善整個設備的可用性。

cellumation公司憑藉將單個驅動模組與3D攝影機技術相結合的設計，成功打造出了一臺處理內部物流的高速機器。「我們的方案最適合用於需要選擇路線導引方式的領域。例如，它是對固定式皮帶或滾筒式輸送帶的最佳補充。」Theresa Gröninger認為這是產品具有的市場潛力。這家不萊梅公司提供的解決方案因易於整合，還適合用於對現有設備進行改造，以改進生產效率與靈活性。

最近，此項技術獲得了VDI生產與物流協會頒發的2024年度「物流創新獎」。此項獎勵旨在表彰為物流領域創新作出突出貢獻的企業。

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