3D-Sensorik

Mittels KI und Open Source zu neuen Möglichkeiten in der Objekterkennung

Der thematische Hintergrund

Auf dem Weg zur vollständig flexiblen und automatisierten Logistik sind Themen wie Sensorik und Objekterkennung von besonderer Relevanz. So ist für die Automatisierung logistischer Prozesse die zuverlässige Erkennung von Objekten in Sensordaten eine Grundvoraussetzung. Insbesondere die Erkennung von Objekten als 3D-Sensordaten ist für flexible autonome Anwendungen essenziell. Neben hohen Entwicklungskosten für neue Lösungen sind bisherige Lösungen in der 3D-Objekterkennung jedoch wenig flexibel, da sich diese nur schwer auf verschiedene Anwendungen übertragen lassen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, bedarf es innovativer Lösungen.

Der Demonstrator

Der 3D-Sensorik Demonstrator zeigt eine 3D-Objekterkennung und das Greifen von unterschiedlichen, nicht sortenreinen Artikeln aus dem Retail- und E-Commerce Bereich aus einem Behälter. Der Use Case ist an eine typische Problemstellung aus dem Bereich Bin Picking (Griff-in-die-Kiste) bzw. Belt Picking (Vereinzeln von Objekten auf dem Förderband) angelehnt.

Visualisierung-Demonstrator — © Fraunhofer IML - Sebastian Hoose

Die technische Lösung

Die zufällig angeordneten Objekte werden von einem 3D- Sensor erfasst. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) werden die Sensordaten anschließend ausgewertet. Hierzu erfolgt mittels der KI eine pixelweise Klassifikation und Segmentierung (Instance Segmentation) der verschiedenen Objekte im Behälter. Für ein zufällig ausgewähltes Objekt werden aus den segmentierten 3D-Daten mögliche Greifpositionen berechnet. Ein Leichtbauroboter mit Sauggreifer fasst anschließend das spezifische Objekt aus dem Behälter heraus und legt es auf den nebenstehenden Tisch. Neben der standardmäßigen Objektlokalisation findet dank der KI eine Objektklassifikation statt. Das Besondere: Sowohl die Software für die 3D-Objekterkennung als auch die Greiffunktion wurden auf Basis von Open Source-Komponenten entwickelt.

Unsere Kompetenzen

Unsere Qualifikationen liegen in der Konzeptentwicklung von neuen und einfachen Lösungen für den logistischen und industriellen Kontext im Fachbereich der 3D-Objekterkennung und Industrierobotik. Der Fokus unserer Arbeit liegt dabei in der Auswahl, Anpassung und Integration von Open Source-Software sowohl für die 3D-Objekterkennung als auch für das Greifen mit Leichtbauroboterarmen für logistische Use-Cases. Aber auch die Entwicklung von gänzlich neuen Lösungen, auf Basis von Open Source, liegen in unserem Qualifikationsbereich. In Bezug auf den vorgestellten 3D-Sensorik Demonstrator, besitzen wir die Kompetenzen für die technische Begleitung des Demonstrators zu einem Produkt. Darüber hinaus stehen wir auch für die Weiterentwicklung des Demonstrators auf einen anderen Anwendungsfall zur Verfügung.

Ihr Nutzen

Durch die konsequente Nutzung und Weiterentwicklung von Open Source-Software und -Komponenten sind die Entwicklungskosten für neue Lösungen wesentlich geringer. Auf Basis von standardisierten Schnittstellen (in ROS) zum 3D-Sensor können andere Sensoren bzw. Roboter flexibel integriert werden. Dank der neu gewonnenen Flexibilität und des innovativen KI-Ansatzes lassen sich zudem einfache Erweiterungen auf neue Use-Cases und Anwendungen (Pallettierung, Depalettierung, Semantisches Mapping) realisieren.

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