最近，集成商Vertical AIT签订了一份合同，为一家通用连接器制造商设计器件取放应用技术，该通用连接器企业为石油和天然气，航空航天和公用事业等各种不同行业提供产品。连接器制造商想要一种能够成功处理各种不同零件，而无需暂停生产线来进行任何重新组装或重新校准的系统。

设计这种应用技术时主要面临三个主要挑战。首先，不同零件的原始数量问题：制造商的库存中有1000多个SKU。因此，应用技术需要灵活性。其次，连接器相对较小，机器人需要良好的敏捷性才能将它们拾取。第三，如果将这些零件倒入一堆零件中，大部分零件不是平放的，因为某些连接器具有螺钉头，而另一些则没有。因此，要将单个零件挑选出来会带来挑战，而且客户不想在相对昂贵的3D成像技术上进行投资。所以在将零件交付到拣配区域前，该应用需要先将零件分离。

一旦机器人选择了连接器，就需要将连接器放入固定装置中以进行专有的处理过程，并在过程完成后将连接器从固定装置中取出。Vertical AIT共同创始人兼首席执行官Allen Biehle说，所需的动作类似于将螺栓的末端垂直于地面，将螺栓浸入管道中，然后将螺栓从管道中提出。

图1：Vertical AIT的取放应用具有一个定制设计的、正在申请专利的手柄，该手柄安装在Cobot手臂上。

在安装该应用之前，员工以往需要用镊子或手指拿起连接器，有时还使用放大镜或头戴式放大镜将连接器放入固定装置。Biehle说，在某些情况下，员工会拿起3毫米的螺钉，并将其放入间距仅为千分之几英寸的固定装置中。

此外，处理过程还涉及环境危害。因此，制造商希望自动化系统不仅可以提高生产率，而且还可以提高工人的安全性。但是，由于空间有限，制造商并未希望使用带有笼子和栅栏的传统工作单元。它需要一种协作解决方案，该解决方案允许员工在应用运行的同时为供料器填充零件以进行处理，并移走已完成零件的料箱。

为了满足客户的要求，Vertical AIT设计了一个带有振动给料器的应用;一台Genie Nano 5G A-CAM-G3-GM10-M4060型相机、GEVA 400计算平台和Teledyne DALSA的Sherlock软件; LED照明;一个来自Universal Robots的UR5e模型协同机器人(图2);一个定制的3D打印托盘，可在拾取过程中固定零件;以及正在申请专利的机械手。

图2：Universal Robots UR5e型协同机器人。

该应用的创意始于一名员工将一袋零件倒入振动进料器中，该振动进料器将零件分开，并将其推向将零件存放到自定义3D打印托盘上的“滑道”上。定制托盘的边缘周围有坡度，以防止零件滑落，而凹凸的表面有助于在零件碰到托盘后阻止其运动。

Genie Nano 5G M4060相机(具有8.9 MPixel单色Sony IMX255图像传感器、像素大小为3.45 µm、5 GigE接口和26毫米C卡口镜头)被以24英寸的工作距离固定安装在拣选托盘上方。Vertical AIT选择这种特定型号的原因在于其高分辨率，可成像小至半毫米的图像。分辨率较低的模型可得出10%的错误率，用于确定精确的零件尺寸。

图3：固定在拾料盘上方的Genie Nano 5G M4060摄像头成像部件。

在该应用的早期迭代中，摄像机被安装在机器人手臂上。这为整个过程增加了太多时间。机器人必须进入位置以捕获图像，等待图像处理并确定机器人的正确路径，然后再进行选择。理想情况下，在机器人完成放置前一个零件之后，该应用将有另一个零件可供选择。

Vertical AIT通过训练Teledyne DALSA的Sherlock图像处理软件，以识别由特征和尺寸定义的零件类别。由于所有连接器都是圆柱形的，因此在确定正确的类别后，软件可以找到任何连接器的中心点。

要创建系统类别，首先Genie Nano摄像机会捕获放置在拣选托盘中心的连接器的图像。 Sherlock中选择的正确的边缘检测参数和精度使零件的边缘清晰可见。

接下来，员工手动在连接器上的适当位置选择一个拾取位置，以确保拾取位置离连接器上的任何项圈都不太近。然后，员工将模型作为新零件类别保存在GEVA 400的存储器中。

在制造商工厂中安装应用后的一天半培训和故障排除过程中，Vertical AIT创建了两个类别来演示该工艺，然后由工厂员工接管。使用20个连接器来创建10个类别。一旦员工完成了流程，他们便可以在大约五分钟内创建一个新类别。

Biehle表示，自2020年底制造商安装该应用以来，Vertical AIT从未收到制造商的消息(对集成商而言是一件好事)，他希望制造商到现在为止会创建更多类别。

Biehle说，这些零件着陆在拣选托盘上后，有95%的时间正确地分离了。在其他5%的情况下，机器人机械手中的力反馈传感器会将问题检测为碰撞错误，并在机械手到达预期的拾取点之前记录与物体的接触。如果发生这种情况，机器人将在机器人打算拾取的连接器顶部进行扫掠动作，以将堆叠的连接器推开。

如果相机未在捡拾托盘中检测到任何部件，则GEVA 400通过数字输出连接向振动送料器发出启动信号。零件在滑道上向下移动并到达捡拾托盘后，相机会记录零件的存在，然后进料器会关闭。

相机拍摄到托盘上连接器的图像。Sherlock软件分析图像以确定合适的零件类别，并通过Modbus TCP将合适的坐标和启动命令发送给机器人;然后机器人做出选择。

夹具(图4)具有正在申请专利的凹槽系统，可确保连接器始终滑动到垂直于固定装置的夹具臂之间的位置，无论夹具抓取工件时零件的精确定向如何。

图4：Vertical AIT开发了一种正在申请专利的夹具，以确保正确拾取并固定连接器，以进行下一步应用。

除了确定拾取器的中心点外，零件类别还确定该连接器的插入深度，或在处理过程中将连接器保持在夹具中时进料器应放置的高度。通常，连接器越长，在进行处理时抓取器相对于固定器的位置就越高。

如果在夹持器达到该类型连接器的正确插入深度之前，力反馈传感器检测到任何阻力，则表明与夹具的对齐不正确。在这种情况下，机器人会将零件放回振动进料器中进行重新加工。

如果过程顺利进行，并且连接器成功滑入夹具进行处理，则机器人会将完成的连接器存放到出料槽中。当出料槽装满时，员工将完成的零件倒入一个塑料袋中，然后将空的纸箱归还。 Biehle说，取放周期大约需要15秒，这使员工有足够的时间在系统继续运行的同时将一个空纸箱放置到位。

根据Biehle的说法，取放应用的收支平衡约为3000个工作小时。该应用还释放了员工在工厂的不同职责。