オートメーションは急速に生産ラインを変革しており、ピック＆プレースロボットはその変化を支える重要な要素となっています。これらのロボットは、物体をある場所から別の場所へ迅速かつ正確に移動させることで、製造、物流、包装など多くの業界における作業の効率化に貢献しています。例えば、倉庫内での仕分け作業、電子部品の組み立て、食品業界における壊れやすい商品の取り扱いなどで活用されています。こうした用途により、繰り返し作業への人の関与を減らし、生産性の向上、作業の安全性の確保、そして製品品質の安定化につながっています。
このように、ピック＆プレースロボットの動作を正確に制御するためには、適切なカメラの選定が不可欠です。一般的なロボットアプリケーションとは異なり、これらのロボットはダイナミックな環境で運用されることが多く、物体の位置や向き、動きを把握するために高品質な視覚データが必要とされます。そのため、最適なカメラを選ぶことが非常に重要な要素となります。
前回のブログ記事「ピック＆プレースロボットにおけるカメラの役割とは？（e-con Systems） では、カメラがロボットの精度と効率性をどのように高めているかについてご紹介しました。本記事では、カメラがピック＆プレースロボットにおいてどのように機能するのか、そしてそれを可能にする主要なカメラ機能について詳しくご説明いたします。
ピック＆プレースロボットにおけるカメラの役割とその仕組み
ピック＆プレースロボットにおいて、カメラはシステムの「目」として機能し、対象物を識別・特定し、適切に取り扱うための視覚情報を提供します。カメラが取得した重要な映像データは、ロボットの制御システムによって処理され、物体の移動先や取り扱い方法に関する判断材料となります。
以下では、カメラがピック＆プレースロボットにおいてどのように機能しているのか、具体的にご説明いたします。
- 物体認識: カメラは対象物体の画像を取得し、それを画像処理アルゴリズムで解析することにより、形状・サイズ・色・質感などの特徴を検出します。これにより、対象物体を周囲の物体と区別することが可能になります。例えば、仕分け用途では、カメラシステムが色や大きさに基づいて物体を分類し、ロボットが迅速に適切な処理を行うことができます。
- 位置と整列の把握: 対象物が認識された後、ロボットが正確に操作するためには、その位置や向きに関する精密な情報が必要です。2Dまたは3Dカメラを用いることで、システムは物体の正確な座標を把握し、ロボットがそれに応じた動作を調整できるようになります。
- 品質管理: カメラは、事前に設定された品質基準とリアルタイム画像を比較することで、欠陥やばらつきを検出する品質検査にも活用されます。これにより、ロボットは不良品をライン上から除去またはフラグ付けし、製品の品質基準を維持することが可能になります。
- 応答速度: ピック＆プレースロボットは高速で動作することが多いため、使用されるカメラにはリアルタイムでの迅速なフィードバックが求められます。高フレームレートのカメラがこのような用途に好まれるのは、ロボットが瞬時に動作を調整することを可能にし、高精度を保ちながら処理速度の向上を図るためです
選定基準：ピック＆プレースロボットに必要なカメラの機能
2D画像と3D画像の比較
2Dカメラは、物体が一定の位置に配置され、深度情報を必要としない用途に適しています。これらのカメラは平面画像を取得し、形状や色、一般的な特徴に関するデータを提供します。主に、サイズや高さが似ているアイテムの仕分け作業など、比較的単純なピック＆プレース作業で使用されます。
一方、3Dカメラは深度認識を必要とする作業に不可欠です。これには、ランダムに配置された物体をピックアップする場合や、異なる高さに積まれた物体を扱う場合が含まれます。これらのカメラは、構造化光や時間飛行法（TOF）を用いてカメラと物体との距離を測定し、ロボットが複雑な配置をナビゲートするための空間データを提供します。
高解像度
高解像度カメラは、ロボットが物体の細かな特徴や微小な変化を識別できる詳細な画像を生成することができます。特に、電子機器の組み立てや品質管理など、精密に取り扱う必要のある小さな部品を識別するために重要です。
高ダイナミックレンジ（HDR）＋LEDちらつき抑制（LFM）
HDRおよびLFM機能は、照明条件が変動する環境において非常に重要です。HDRは、明るい領域と暗い領域が混在するシーンでもデータの損失を防ぎ、明瞭な画像を提供します。LFMはLED照明を使用している場合に不可欠で、LEDのちらつきを抑制し、物体検出や分類の際に支障をきたすことなく画像を取得します。
グローバルシャッター
高速で動作するピック＆プレースロボットでは、グローバルシャッターカメラが歪みのない画像を取り込むため、ピック＆プレースロボットに最適です。ローリングシャッターカメラとは異なり、グローバルシャッターは高速で動く物体でも歪みなく画像を捉えることができ、特にコンベアベルト上で物体が素早く移動する環境において、正確な位置決めや動作追跡を支援します。
マルチカメラの同期
マルチカメラの同期機能は、 物体の包括的な視覚を必要とする作業において必須の機能です。複数のカメラを同期させることで、ロボットは異なる角度から物体の画像を取得でき、正確な対象物の認識と配置のために360度のビューを提供します。物体が複雑な形状や配置を持つ場合には、適切な取り扱いのために非常に有用です。
内蔵画像信号処理装置（ISP）
内蔵画像信号処理装置（ISP）は、カメラ内で直接画像品質を最適化します。露出や色バランス、ノイズ除去などの調整をリアルタイムで行い、ロボットの制御システムにかかる処理負荷を軽減します。これにより、迅速な意思決定が可能となり、物体検出アルゴリズムの信頼性が向上します。
IP69K適合のエンクロージャ
多くのピック＆プレースロボットは過酷な環境や埃が多い場所で運用されます。そのため、IP69K等級のエンクロージャは、水分、埃、極端な温度からカメラを保護し、カメラの耐久性と性能の安定性を確保します。
ソフトウェア統合（物体検出用）
ソフトウェアの統合は、ピック＆プレースロボットが物体検出アルゴリズムを効果的に使用するために重要です。機械視覚や深層学習をサポートするプラットフォームとの互換性を含み、リアルタイムでの分析と意思決定を可能にします。適切な統合により、ロボットは仕分けや特定の部品の識別、品質チェックなどの作業をより高精度で実行できるようになります。
e-con Systemsのピック＆プレースロボット向けカメラソリューション
e-con Systemsは2003年より高性能なOEMカメラの設計、開発、製造を手がけています。この間に、ピック＆プレースロボットなどの自律移動ロボットに複数のカメラモジュールを組み込んできました。また、複数のお客様と協力し、HDR、LFM、マルチカメラ同期、グローバルシャッターなどの機能を備えたカスタムカメラや既製カメラを提供しています。
当社のAMRイメージングの専門知識についてご覧ください
カメラセレクターを使用して、当社の全ラインナップをご覧ください。
適切なカメラを見つけてロボット アプリケーションに統合する際にサポートが必要な場合は、camerasolutions@e-consystems.com までお問い合わせください。