GigE Vision es un protocolo de comunicación estándar global que ha sido adoptado por los fabricantes de cámaras de visión artificial y se está volviendo mucho más crítico en las aplicaciones de automatización.

La compañía General Motors (GM) incorporó los primeros robots del mundo en un proceso de ensamblaje en 1962; aunque primitivos para los estándares actuales, estos robots abrieron nuevas posibilidades al realizar tareas aburridas y repetitivas de forma automática y con mayor precisión que los humanos. Reducir el peligro en el lugar de trabajo fue otro beneficio para GM. Por ejemplo, las piezas grandes de automóviles que antes requerían que varios trabajadores las colocaran en su lugar podrían ser levantadas por un solo robot, lo que aumenta la seguridad junto con la productividad. Al mismo tiempo estaba surgiendo otra revolución industrial: la visión artificial. Los sistemas de visión artificial, que originalmente consistían en cámaras analógicas monocromáticas de baja resolución unidas con cables coaxiales, evolucionaron rápidamente para abordar tareas de inspección complejas como la detección de bordes, el Reconocimiento Óptico de caracteres (OCR, por sus siglas en inglés), la detección de presencia y la segmentación con mucha más precisión que el ojo humano.

Era solo cuestión de tiempo antes de que estas dos tecnologías se fusionaran. El primer robot Guiado por Visión (VGR, por sus siglas en inglés) fue una máquina de recoger y colocar conocida como máquina de transferencia programable. Esencialmente, la máquina tenía una cámara monocromática que estaba programada con un algoritmo que tomaba fotografías de cada pieza de trabajo con la que interactuaba. Si la pieza no coincidía con el algoritmo, la pieza era rechazada: la máquina de transferencia programable no interactuaba con ella.

Hoy en día, la tecnología VGR ha crecido mucho más allá de la máquina de transferencia programable debido a los avances en cámaras 2D y 3D, el servocontrol visual (esquema de control donde se utilizan cámaras para realimentar la ubicación de los elementos), las redes Ethernet integradas y el software cada vez más sofisticado, incluida la Inteligencia Artificial (IA).

Los avances en las cámaras RGBD (compuestas por una cámara RGB estándar y un sensor de profundidad) han recibido una atención considerable últimamente debido a su capacidad para adquirir rápidamente modelos 3D del entorno y estimar la pose de la cámara a bajo costo. Antes de las cámaras RGBD, otros enfoques de la robótica SLAM (localización y mapeo simultáneos) se basaban en sensores láser que son mucho más costosos. Los beneficios de incorporar un sistema de visión en un robot industrial son numerosos. Permitir que un robot vea le permite diferenciar, elegir, clasificar, mover, soldar o ensamblar de manera precisa y consistente varias piezas sin importar su complejidad. Por ejemplo, una tarea de soldadura manual de varios pasos en una línea de ensamblaje de automóviles podría requerir diez robots ciegos para realizarla, ya que cada pieza debe montarse en su lugar antes de cada soldadura.

Las ventajas de GigE Vision  

La visión artificial se está volviendo mucho más crítica en las aplicaciones de automatización, especialmente cuando se trata de robótica. GigE Vision es un protocolo de comunicación estándar global que ha sido adoptado por los fabricantes de cámaras de visión artificial.    La flexibilidad es otro gran beneficio de los VGR. Al igual que con un sistema de visión artificial en una línea de montaje, un VGR utiliza procesamiento inteligente para darle instrucciones. Una ligera alteración del código permite que el mismo robot realice tareas completamente diferentes, es decir, cambiar entre productos y lotes, sin ajustes mecánicos.

Y luego está la seguridad. Con los VGR, las fábricas pueden reducir significativamente el riesgo de accidentes en el sitio. Para darle una idea de cómo podría funcionar, considere un elevador guiado por visión dentro de un almacén. El montacargas automatizado detectará las obstrucciones a lo largo de sus rutas preprogramadas y sus movimientos para evitar el contacto con personas u objetos mientras selecciona con precisión los artículos de las paletas para cumplir con los pedidos de los clientes.

En Amazon, por ejemplo, los cobots robóticos de manejo de materiales (robots colaborativos) trabajan de manera segura directamente junto a los humanos. El robot Amazon Sparrow utiliza la visión y un brazo robótico puede recoger un artículo nuevo y depositarlo en una tolva de metal cada tres segundos, manejando más de 1000 artículos por hora.  

La necesidad de conmutadores Ethernet 

Para agregar visión a un robot se necesitan una o más cámaras. Una está montada en el brazo robótico, sirviendo como el ojo de la máquina. Otras cámaras están instaladas en ubicaciones estratégicas en la celda de trabajo para capturar más datos visuales. Agregar estas cámaras estáticas compensará las limitaciones de la cámara montada en el brazo.

Se debe prestar especial atención para garantizar que la cámara y el objetivo tengan la resolución, la velocidad de fotogramas y la profundidad de campo adecuadas para la aplicación a un costo aceptable. Se prefieren las cámaras GigE Vision de bajo costo, ya que utilizan cables y componentes Ethernet estandarizados y listos para usar, al mismo tiempo que eliminan la necesidad de capturadores de fotogramas.

Toda esta ingeniería requiere un esfuerzo de colaboración por parte de los proveedores de sistemas de visión, los fabricantes de brazos robóticos y los integradores de sistemas robóticos. No sorprende que una tendencia importante hoy en día sea comprar VGR ya equipados con un sistema de visión suministrado por el fabricante del robot. Esto se traduce en una adaptación más rápida a una línea de producción, costos más bajos y un soporte técnico más receptivo de un solo fabricante.

Ya sea que el usuario final instale el sistema de visión, se requerirá un conmutador Ethernet industrial para crear una red integrada dentro del robot. La tecnología Ethernet permite que las partes individuales del robot se comuniquen entre sí y es adecuado para VGR porque Ethernet puede manejar datos de imágenes. Los conmutadores Ethernet de fibra PoE M12 de 10 Gigabit tienen clasificación IP67 para entornos industriales hostiles, incluida la resistencia a la humedad, el polvo, las vibraciones y los golpes. El espacio dentro de un robot es siempre un factor limitante. Afortunadamente, el diseño compacto de riel DIN de los conmutadores Ethernet les permite instalarse fácilmente junto a una fuente de alimentación.

La alimentación a través de Ethernet está disponible en la mayoría de los conmutadores industriales para simplificar la conexión de cámaras y otros componentes. Además de múltiples puertos Gigabit Ethernet, los conmutadores industriales también ofrecen ranuras SFP para conexiones de fibra óptica La fibra es impermeable al ruido electrónico, por lo que las ranuras SFP pueden ser útiles para ejecutar comunicaciones de larga distancia entre el robot y un controlador remoto de nivel superior. Mientras que los puertos Ethernet restantes del conmutador industrial pueden recopilar datos de varios componentes en la celda robótica.