یک کارخانه تولید بطری را در نظر داشته باشید؛ این کارخانه در ثانیه باید 5بطری تولید کند. کنترل کیفی بطری‌ها به صورت دستی بسیار زمان‌بر است. ورود ربات صنعتی به صنایع، تا حد زیادی سرعت تولید را بالا برده است. از طرف دیگر تلاش بر این بوده که ربات صنعتی بدون خطا عملیات مورد نیاز را انجام دهد. یعنی نظارت کافی بر خط تولید داشته باشد، محصولات را به درستی جابه‌جا کند و محصولات را براساس مشخصات و ویژگی‌ها، در دسته‌بندی درست قرار دهد. امروزه صنایع بزرگ برای حل این مشکل و بالابردن بهرهوری سراغ سیستم بینایی ربات میروند.
فناوری بینایی ربات از حدود 40سال پیش، خط تولید را حسابی تغییر داده است. چگونه؟ قرار است در این 15دقیقه‌ای که همراه ما هستید، به جواب این سوال برسید.
تعریف سیستم بینایی ربات
ساده‌ترین تعریفی که می‌توان از سیستم‌های بینایی ربات داشت این است که این سیستم را به‌جای چشم ربات در نظر بگیریم. درواقع،سیستم بینایی رباتیک مجموعه‌ای از یک یا چند دوربین هستند که به کامپیوتر وصل است. نرم‌افزار پردازش موجود در کامپیوتر، به ربات کمک می‌کند که هر آنچه می‌بیند را تفسیر کند.
بعد، ربات دستورهای برنامه را دنبال می‌کند تا کاری که مشخص شده را کامل کند. اما ربات چگونه می‌فهمد که چه کاری برای آن مشخص شده؟
ربات یک ماشین کور است که به شدت پیرو کدهای داخلی خود عمل می‌کند. با این تعریف می‌توانید متوجه شوید که بینایی ربات، کاملا بدون خطا، یک‌سری وظایف تکراری را انجام می‌دهد. حجم داده‌هایی که برای بهبود فناوری بینایی ماشین در رباتیک استفاده می‌شود، یکی از عوامل توسعه بینایی ماشین است.
قدرت محاسباتی برای تجزیه و تحلیل، توسط داده‌ها تأمین می‌شود. در نتیجه می‌توان گفت که بینایی ماشین یا ربات صنعتی، شاخه‌ای از هوش مصنوعی است که باعث می‌شود سیستم‌ها اطلاعاتی را از تصاویر و فیلم‌ها استخراج کرده و براساس آن اقداماتی انجام دهند.
ربات این اطلاعات را از طریق دوربینی که بر روی آن نصب است، دریافت می‌کند. ترکیب سخت‌افزار و نرم‌افزار به ربات کمک می‌کند که اطلاعات دریافتی از دوربین را پردازش کند.
بینایی رباتیک چگونه کار می‌کند؟
انسان هر چیزی را که طراحی می‌کند، برگرفته از دنیای اطراف خود است. سیستم بینایی رباتیک نیز طراحی انسان و فرایند آن به فرایند دیدن در انسان، شباهت زیادی دارد.
در چشم ما، برای دیدن اشیا لازم است ابتدا نور به شی بتابد. بعد از آن، سلول‌های گیرنده، نور دریافت شده از شی را به صورت سیگنال به مغز می‌فرستند. مغز، اطلاعاتی که گرفته را پردازش می‌کند و هویت شیء مشخص می‌شود. همه این مراحل، دست‌به‌دست هم می‌دهند که ما یک شیء را ببینیم.
می‌توان گفت که بینایی ربات هم تا حد زیادی به همین شکل کار می‌کند. نوری که بازتاب می‌شود از طریق دوربین دریافت شده، و به شکل سیگنال به مداری که وظیفه پردازش آن را دارد، فرستاده می‌شود. پردازنده، اطلاعات دریافت شده را با داده‌هایی که از قبل در آن تعریف شده مقایسه می‌کند.
بعد از مقایسه و تحلیل داده‌ها، در صورتی که کدهای مشابه اطلاعات دریافتی در سیستم پردازنده باشد، شیء را تشخیص می‌دهد.
قدم‌به‌قدم تصویربرداری تا پردازش بینایی ماشین در رباتیک
شاید در مطالب بالا تا حدودی متوجه شده باشید که بینایی در ربات‌ها چگونه کار می‌کند. اما یک سوال وجود دارد. رباتی که در خط تولید مجهز به سیستم بینایی است، چطور تشخیص می‌دهد که کدام کالا مطابق با معیارهای دقیق تولید شده؟ در ادامه قدم‌به‌قدم تشخیص این معیار توسط ربات صنعتی را بررسی می‌کنیم.
1- تصویربرداری بینایی ماشین در ربات صنعتی
اولین قدمی که در بینایی ماشین بررسی می‌شود، تصویربرداری است. اگر شما در خط تولید خود سیستمی دارید که مجهز به تکنولوژی بینایی ماشین است (مثلا بازوی ربات صنعتی)، از وسیله‌ای برای عکس‌برداری محیط اطراف استفاده می‌کند؛ که دوربین صنعتی پردازش تصویر بهترین گزینه برای این کار است.
وسیله‌ای که ربات از آن برای عکس‌برداری استفاده می‌کند، نوعی دوربین است. این دوربین می‌تواند از پردازنده تصویر جدا باشد و یا اینکه با یک دوربین دیگر ترکیب شده و یک دوربین یا سنسور هوشمند را به وجود آورد.
با توجه به کاربرد، از ابزارهای مختلفی استفاده می‌شود. ابزارهایی مانند مقاومت نوری، دوربین دیجیتال، دوربین سه‌بُعدی و…
در شرایط استاندارد و روشنایی، سیستم بینایی ماشین از تصویربرداری دوبُعدی معمولی استفاده می‌کند. اگر در شرایط خاصی مانند تشخیص جزئیات یک قطعه، به نورپردازی خاصی نیاز باشد، از تصویربرداری چندطیفی، ابرطیفی، مادون‌قرمز، سه‌بُعدی و… استفاده می‌شود.
حالا چه تفاوتی بین این دو مدل تصویربرداری وجود دارد؟
تصویری که از نورپردازی دوبُعدی به دست می‌آید، تک‌رنگ است ولی تصویربرداری پیچیده، به دریافت اطلاعاتی مانند رنگ، نرخ فریم و وضوح کمک می‌کند. تصویربرداری پیچیده برای ردیابی مواردی که متحرک هستند بسیار کاربرد دارد.
2- نحوه پردازش تصویر
بعد از تصویربرداری توسط دوربین ربات، چه اتفاقی می‌افتد؟
بعد از گرفتن عکس، برای پردازش به واحد پردازنده مرکزی فرستاده می‌شود. پردازنده مرکزی از نوع CPU، FPGA و GPU، یا ترکیبی از این‌ها است. پردازنده سیستم با توجه به ابعاد، نوع و دقت ابزار بینایی ماشین تعیین می‌شود.
مثلا پردازنده‌ای که 12قطعه در روشنایی استاندارد را بررسی می‌کند، با پردازنده 12قطعه در شرایط پیچیده‌تر، متفاوت است.
پردازنده‌ای که شرایط پیچیده را پردازش می‌کند، حجم دیتای بیشتری نیاز دارد و قطعا از پیچیدگی و دقت بالاتری برخوردار است. پردازش تصویر، دومین قدم و شاید بتوان گفت که یکی از مهم‌ترین مراحل بینایی ماشین است.
اطلاعاتی که در این مرحله به دست می‌آید، برای تکمیل نتیجه نهایی که قرار است به کاربر نشان داده شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد. پردازش تصویر معمولی، با استفاده از فیلترها انجام می‌شود.
اعمال فیلتر برای پردازش تصویر معمولی، به منظور اصلاح تصویر استفاده می‌شود. بعد از آن خصوصیاتی مانند شکل و جزئیات اشیا در تصویر، استخراج می‌شود.
در ادامه این فرایند دیتای مورد نیاز مانند بارکد، اندازه و اطلاعات دیگری که در تصویر است، خوانده می‌شود. انجام این فرایند مانند زمانی است که بارکد محصول در فروشگاه اسکن می‌شود. مرحله بعدی که اجرا می‌شود، این دیتا به واحد پردازش منتقل می‌شود.
پردازنده تصمیم می‌گیرد که با این قطعه یا شیء که تصویر آن فرستاده شده، چه‌کار کند. طیف وسیعی از روش‌های پردازش تصویر وجود دارد که به وسیله تکنولوژی بینایی می‌توان آن را روی تصاویر اعمال کرد و اطلاعاتی را از طریق آن به دست آورد.
هدف و کاربرد سیستم تعیین می‌کند که کدام فیلتر و کدام روش استفاده شود.
3- پردازش اطلاعات
پردازش تصاویر که تمام شد، با استفاده از اطلاعات اولیه‌ای که از تصویر به دست آمده، فرایند پردازش اطلاعات شروع می‌شود. سه تکنولوژی به انجام این فرایند کمک می‌کنند؛
- یادگیری ماشین
- یادگیری عمیق
- شبکه عصبی
به کمک این سه تکنولوژی، اطلاعات در سیستم بینایی، با سرعت و دقت بالایی پردازش می‌شوند. همچنین این سه تکنولوژی به سیستم بینایی کمک می‌کنند که بتواند بفهمد کدام اطلاعات به دست آمده از دیتا ارزش بیشتری دارد.
4- فرایند تشخیص الگو
قابلیت تشخیص الگو به سیستم بینایی ربات کمک می‌کند که الگوهای مشخصی را طی فرایندهایی پیدا کرده، بشناسد و آن‌ها را بشمارد. تشخیص الگوهای مختلف و پیدا کردن الگوهایی که پیچیده هستند، به کمک فناوری یادگیری ماشین و یا یادگیری عمیق، به ماشین آموزش داده می‌شود.
نمونه‌ای از این موارد، اشیایی هستند که چرخانده شده و یا پشت اجسام دیگری پنهان شدند.
5- تشخیص کاراکتر و سنجش
فرایند تشخیص کاراکتر در سیستم بینایی ربات صنعتی، این امکان را به سیستم می‌دهد که متن و اعداد مانند شماره سریال محصول را بخواند. هر چه متن پیچیده‌تر باشد، اهمیت ارتقا ظرفیت سیستم بینایی، به کمک آموزش نیز بیشتر می‌شود.
قابلیت سنجش نیز امکان اندازه‌گیری ابعاد و اندازه اجسامی که در تصویر هستند را فراهم می‌کند. به کمک این فرایند، سیستم می‌تواند ابعاد شیء را در حالت‌های مختلفی که اندازه‌گیری می‌شوند (پیکسل، اینچ و…) شناسایی کند.
6- مرحله تصمیم‌گیری
همه مراحل را مرور کنید! همه این فرایندها و قابلیت‌هایی که سیستم بینایی ربات دارد، در نهایت این امکان را برای ربات فراهم می‌کند که چه کاری باید انجام دهد.
برای مثال رباتی را در نظر بگیرید که در خط تولید است. همه این مراحل و با کمک اطلاعاتی که به دست آورده، می‌تواند تشخیص دهد که با قطعه شناسایی شده، چه‌کار کند. اگر این قطعه بعد از سنجش، با معیارهای استاندارد هماهنگ باشد، در خط تولید به مسیر خود ادامه می‌دهد.
اگر کیفیت لازم را نداشته باشد، به قسمتی که مخصوص قطعات ایراددار است، فرستاده می‌شود. گاهی هم ممکن است در خط تولید لازم باشد که هر قطعه به مکان مشخصی هدایت شود. سیستم بینایی ربات صنعتی در این مورد، هویت هر قطعه را تشخیص داده و آن را به مقصد مشخص شده می‌فرستد.
کاربرد سیستم بینایی ربات صنعتی
کاربرد تکنولوژی بینایی، بررسی، مرتب کردن و راهنمایی برمبنای تصویر است. این تکنولوژی بر روی ربات صنعتی تعبیه شده و به کمک آن ربات تشخیص می‌دهد که قطعات را از کجا بردارد و یا کجا قرار دهد.
این فناوری می‌تواند کمک کند که خط هوشمندی از ربات ایجاد کرد که به صورت خودکار قطعات مختلف را در خط تولید بررسی و آنالیز کند. اگر لازم باشد، قطعه را از جایی برداشته و در جای دیگری قرار دهد. نتیجه این می‌شود که ربات به صورت کاملا هوشمند، کُل خط تولید محصول را کنترل و هدایت کند.
این موضوع باعث می‌شود که به‌جای استفاده از نیروی انسانی و سپری کردن ساعت‌ها وقت و انرژی، تولید و هدایت محصول بدون خطا انجام شود.
این فناوری، در صنایعی مانند هواشناسی، شهرسازی، مهندسی کشاورزی، نجوم و فضا، پزشکی و… کاربردهای فراوانی دارد.
فرایند کنترل کیفی در کارخانه‌ها، کاری بسیار حساس محسوب می‌شود. از این فناوری، به دلیل دقت بالا می‌توان در این حوزه بسیار کمک گرفت.
به‌طور کلی، سیستم بینایی ماشین به جهت‌یابی ربات کمک می‌کند. هرچه دقت ربات در جهت‌یابی بیشتر باشد، درک آن‌ها نسبت به محیط اطراف بالاتر خواهد بود. به همین دلیل سرعت ربات در جهت جابه‌جایی و انجام اعمال پیچیده، بیشتر می‌شود.
وجود این سیستم در ربات، این امکان را به وجود می‌آورد که ربات بتواند محصول را تشخیص دهد، به درستی بررسی کند و اگر ایرادی در آن وجود داشت محصول را از خط تولید برداشته و به قسمت قطعات ایراددار بفرستد.
انجام این همه فرایند به صورت دستی بسیار سخت و زمان‌بر است. این فرایندها توسط سیستم بینایی ماشین به صورت هماهنگ و منظم، با سرعت و دقت بالایی انجام می‌شود.
جمع‌بندی و نکات پایانی مربوط به سیستم بینایی ربات صنعتی
شما چند گام جلوتر رفتید. در مطالب بالا، نکاتی را بررسی کردیم که کمتر کسی از آن با خبر است. همان‌طور که در مطالب بالا متوجه شدید، نمی‌توان از اهمیت سیستم بینایی ربات در صنعت به راحتی رد شد. این سیستم، این امکان را فراهم می‌کند که یک خط تولید منظم و بدون بروز ذره‌ای خطا ایجاد کرد.
استفاده از نیروی انسانی می‌تواند هزینه‌بَر و دارای خطراتی باشد ولی رباتی که به سیستم بینایی مجهز باشد، درصد بروز خطا را تا حد زیادی پایین می‌آورد.
شاید خواندن این مطالب شما را به فکر برده باشد. شاید هم فکر کنید حالا این تکنولوژی که در ایران وجود ندارد. پس دانستن این مطالب چه فایده‌ای دارد؟
خبر خوب برای شما اینکه، اگر قصد دارید خط تولید خود را مجهز به سیستم بینایی ربات کنید و یا اطلاعات بیشتری نیاز دارید که در این مطالب وجود نداشت، کافیست که با پشتیبان در ارتباط باشید و از این تکنولوژی، در ایران استفاده کنید. همچنین آماده دریافت نظرات و پیشنهادات شما هستیم.
بدون دیدگاه