Cấp phôi bằng đồ gá là cách làm truyền thống: mỗi chi tiết nằm đúng một chỗ, robot chỉ việc tới lấy. Nhưng đồ gá tốn tiền, tốn chỗ và phải làm lại khi đổi mẫu. Lấy thẳng từ thùng là mục tiêu hấp dẫn, và cũng là bài toán khó hơn nhiều bậc.
Bốn khó khăn cùng lúc
Che khuất. Vật nằm dưới chỉ lộ ra một phần, đôi khi chỉ vài phần trăm bề mặt. Nhận biết từ thông tin không đầy đủ là bài toán khó hơn nhận biết vật đặt riêng.
Va chạm. Đưa tay kẹp vào giữa đống vật mà không đụng vật khác đòi kiểm tra va chạm cho toàn bộ đường đi, không chỉ điểm đích.
Thành thùng. Vật nằm sát thành hoặc góc thùng khó tiếp cận, vì tay kẹp không đủ chỗ mở ra.
Vật mắc vào nhau. Với chi tiết có hình dạng phức tạp, nhấc một cái có thể kéo theo cái khác, và cả cụm bị treo lơ lửng.
Bốn khó khăn này tương tác nhau, và đó là lý do bài toán khó hơn tổng các phần của nó.
Cảm biến và nhận biết
Camera chiều sâu là thiết bị nền, vì bài toán cốt lõi là hình học ba chiều chứ không phải nhận dạng loại vật.
Với vật kim loại bóng, dữ liệu chiều sâu thường thiếu hoặc nhiễu, và đây là khó khăn thực tế lớn nhất trong nhiều ứng dụng. Cách xử lý gồm chiếu sáng có cấu trúc, dùng nhiều góc chụp, hoặc phủ bề mặt chống bóng nếu quy trình cho phép.
Hai hướng tiếp cận nhận biết. Dựa trên mô hình: khớp mô hình ba chiều đã biết vào dữ liệu quan sát, cho tư thế chính xác nhưng chỉ dùng được với vật đã biết. Không dựa trên mô hình: sinh phương án cầm trực tiếp từ hình học quan sát được, xử lý được vật lạ nhưng kém chính xác hơn.
Với thùng chứa một loại chi tiết cố định, hướng dựa trên mô hình thường cho tỉ lệ cao hơn. Với thùng nhiều loại lẫn lộn, hướng còn lại là lựa chọn thực tế.
Chiến lược tách vật
Khi không có cú cầm nào khả thi, cách xử lý không phải là thử lại mà là thay đổi hiện trạng.
- Đẩy hoặc gạt để làm xáo trộn đống vật, tạo ra cấu hình mới.
- Lắc thùng bằng cơ cấu riêng, cách đơn giản và hiệu quả với chi tiết nhỏ.
- Kéo một vật ra khỏi đống rồi mới cầm lại ở tư thế thuận.
- Gắp rồi thả xuống mặt phẳng riêng, sau đó cầm lại chính xác. Chậm hơn nhưng tỉ lệ cao hơn nhiều.
Phương án cuối đáng chú ý: nó chia bài toán khó thành hai bài toán dễ. Nhiều hệ thống thương mại dùng đúng cách này, chấp nhận thêm một bước để đổi lấy độ tin cậy.
Xử lý thất bại
Trong bài toán này, thất bại là chuyện thường xuyên chứ không phải ngoại lệ, nên xử lý thất bại phải là một phần của thiết kế.
Phát hiện đã cầm được hay chưa: bằng cảm biến ở tay kẹp, bằng lực đo được, hoặc bằng camera kiểm tra sau khi nhấc.
Phát hiện cầm nhiều hơn một vật: quan trọng khi bước sau chỉ nhận một. Thường dùng cân hoặc kiểm tra bằng camera.
Phát hiện kẹt: lực tăng bất thường khi nhấc là dấu hiệu vật mắc vào cái khác. Phải dừng và thả ra, không cố kéo.
Đếm số lần thử liên tiếp thất bại: vượt ngưỡng thì chuyển sang chiến lược tách vật, và nếu vẫn không được thì gọi người.
Không có các cơ chế này, một thùng ở trạng thái xấu có thể làm hệ thống quay vòng vô hạn.
Đo hiệu quả cho đúng
Chỉ số hay được nói tới là tỉ lệ gắp thành công, nhưng nó chưa đủ để quyết định đầu tư.
Ba chỉ số thực dụng hơn.
Số vật lấy được mỗi giờ, tính cả thời gian dành cho các lần thất bại và các thao tác tách vật.
Tỉ lệ vét sạch thùng: hệ thống lấy được bao nhiêu phần trăm số vật trước khi bó tay. Những vật cuối cùng nằm sát góc thùng thường khó nhất.
Số lần cần người can thiệp mỗi ca: quyết định trực tiếp bài toán kinh tế.
Một hệ thống có tỉ lệ gắp cao nhưng bỏ lại nhiều vật ở đáy thùng vẫn cần người xử lý phần còn lại, và khi đó phần lớn lợi ích biến mất.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao chi tiết kim loại bóng lại khó?
Vì bề mặt bóng phản xạ ánh sáng theo hướng khác thay vì tán xạ đều, khiến camera chiều sâu không tính được khoảng cách chính xác. Kết quả là dữ liệu hình học bị thiếu hoặc sai ngay tại vị trí vật, và mọi bước sau đó đều dựa trên thông tin hỏng.
Có nên dùng thùng nông thay vì thùng sâu không?
Nếu quy trình cho phép thì rất nên. Thùng nông giảm che khuất, giảm vấn đề tiếp cận sát thành và giảm nguy cơ va chạm khi đưa tay vào. Đây là ví dụ điển hình của việc sửa môi trường rẻ hơn sửa thuật toán.
Bước gắp rồi đặt lại có làm chậm quá nhiều không?
Nó thêm thời gian cho mỗi chu kỳ, nhưng thường bù lại bằng tỉ lệ thành công cao hơn ở bước sau và ít lần phải làm lại. Nên so sánh theo số vật hoàn thành mỗi giờ chứ không theo thời gian một chu kỳ đơn lẻ.
Khi nào nên quay lại dùng đồ gá thay vì gắp trong thùng?
Khi chi tiết ổn định về hình dạng, sản lượng lớn và mẫu ít thay đổi. Trong điều kiện đó, đồ gá cho nhịp cao hơn và độ tin cậy cao hơn với chi phí thấp hơn. Gắp trong thùng có lợi khi nhiều loại chi tiết hoặc khi mẫu đổi liên tục.
Đọc thêm trong Dữ liệu thao tác & điều khiển từ xa và Triển khai thực tế & thất bại.