Brevet FR2576005A1 — publié le 19860718

PsROCEDE ET DISPOSITIF AUTOMATIQUE DE DEPALETTISATION. La présente invention se rapporte à un procédé de prélèvement unitaire de caisses palettisées de dimensions variées, et à une cellule robotisée et flexible pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle a pour but de proposer un procédé de dépalettisation qui soit particulièrement simple et efficace pour que la cellule robotisée et flexible correspondante assure les fonctions suivantes Cette cellule robotisée assure automatiquement le prélèvement d'une caisse sur une palette homogène, qui peut être complète ou partiellement entamée. La palette peut avoir subi des déformations géométriques telles que celles engendrées par un transport routier ou ferPoviaire. La caisse prélevée, parfaitement recentrée, peut être déposée avec précision par le robot pour des utilisations diverses telles que - l'alimentation d'une ou plusieurs machines, - la dépose d'une caisse dans un emballage correspondant à une commande, - la constitution d'une nouvelle palette homogène ou hétérogène. Suivant une particularité de l'invention, ce procédé de prélèvement unitaire de caisses palettisées de dimensions variées consiste en - une localisation approximative des arêtes visibles d'une caisse à saisir par analyse d'image, notamment par traitement d'une image binarisée acquise par une caméra matricielle, en utilisant k une projection d'un réseau de plans lumineux au moyen de lampes flash, d'une part - et une commande d'un robot asservi pour prélever et reposition ner avec précision cette caisse par dépression, d'autre part. Suivant une autre particularité de l'invention, les caisses d'une palette spnt repérées par projection d'un réseau de raies verticales et balayage d'un espace-palette référencé dans lequel se placent toujours les palettes, cfiaque raie verticale étant repérée au moyen d'un angle issu du centre de projection, et chaque point de l'espace-palette situé sur une raie pouvant être repéré au moyen de cet angle et des coordonnées de son image dans un écran fictif. Suivant une autre particularité de l'invention, les raies verticales sont repérées au moyen de leur épaisseur variable et à la localisation de leur image dans cet écran fictif. Par rapport à la technique courante de la triangulation laser à laquelle fait généralement appel l'homme du métier pour rechercher une grande précision de localisation dans l'espace, ce procédé présente en particulier, les avantages suivants Le dispositif d'acquisition d'image par caméra ne comporte pas de pièces mobiles ; il se révèle peu sensible aux variations d'éclairage ambiant industriel-; il présente une sécurité de travail accrue (par rapport aux lasers de puissances élevées) et un coût bien inférieur. De plus, la préhension par dépression permet de s'affranchir de tout actionneur et de tout capteur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente schématiquement un dispositif automatique de dépalettisation, conforme à l'invention - la figure 2 représente un- "espace-palette" avec un repère as socié et des points caractéristiques tels quelle centre optique d'une caméra et le- centre de projection ou d'émission de raies d'un dispositif d'éclairage - la figure 3 représente schématiquement le principe de détermina tion d'un réseau de raies verticales - la figure 4 représente un tableau d'identification de raies verticales - les figures 5 et 6 représentent un dispositif de préhension équipant un dispositif de dépalettisation illustré à la figure 1, respectivement en position d'approche et en position de préhen sion. Un dispositif automatique de dépalettisation conforme à l'invention consiste en une cellule robotisée et flexible, partiellement illustrée à la figure 1, qui comprend - un robot 2 disposant au minimum de quatre axes, et sa baie de commande, - un dispositif 4 de préhension par dépression avec turbine et vannes, - un dispositif 6 d'éclairage utilisant des lampes flash, - un dispositif d'acquisition d'image par caméra 8 et un système de traitement associé, - un processeur assurant la coordination de la cellule. Le procédé de dépalettisation consiste à localiser la première caisse à saisir dans une palette 10, plus précisément le trièdre correspondant à la zone de prise par le dispositif de préhension 4. Les prélèvements sont toujours effectués suivant un même ordre, par exemple - couche la plus élevée (Z maximum), - rangée la plus frontale dans la couche retenue (Y minimum), - caisse la plus proche du robot dans la rangée retenue (X maxi mum). Pour une même palette 10, les caisses 12 sont toutes identiques et se présentent sous forme de couches alternées dans les sens longueur et largeur. Le dispositif d'éclairage 6 par flash déporté par rapport à la palette 10 projette sur cette palette un réseau de plans verticaux (voir figure 3). A la projection de ce réseau, la caméra fixe 8, placée à proximité de l'axe de la palette, acquiert Itimage de l'intersection de ces plans avec la palette. Pour discriminer les intersections obtenues, il est nécessaire que ce réseau soit constitué de plans lumineux "d'épaisseurs" différentes (voir figures 3 et 4). Par traitement approprié tel qu'une utilisation mixte d'apprentissage et de calcul par triangulation, il est aisé de localiser et calculer la position approchée de l'arête de la caisse à préléver. A cet effet, il convient de définir un "espace-palette" paralélé pipédique, illustré à la figure 2, à l'intérieur duquel se placent toujours les palettes 10, et pourvu d'un repère Hxyz. Les parties frontales de ces palettes sont toujours parallèles à un plan verticale fixe Pe constituant un écran fictif. A cet espace-palette sont associés les éléments caractéristiques suivants - O (O, h, zo) : centre optique de la caméra 8 -# (w, h', zJ) : centre de projection ou d'émission de raies du dispositif d'éclairage 6 - plan Pe (H,x, z) : écran fictif - m (x Ym, Zm) : image de M (XN, YM, ZN) dans l'écran Pe. Un point quelconque M est repéré de façon unique grâce au point m et à l'angle &alpha; que faits 'M2 avec # ' (M2 et étant les projections de M et # dans le plan xHy). Les coordonnées du point M s'obtiennent ainsi à partir de celles du point m par projections successives dans les plans xHy et yHz h(h'-wtg&alpha; + xmtg&alpha; ) Ym = ------------- xm tg&alpha; + h Ym XM = xm (1- --) h h (YM - h) Zm = zo - --- (zm - zo) h Le principe de repérage des caisses 12 est donc basé sur un balayage au moyen du projecteur 6, d'un espace-palette (figure 2) avec un réseau de raies verticales (ffgure 3). Chacune des celles ci peut être définie par l'angle CC du dièdre d'arête Q Un point M de l'espace situé sur une raie e'st donc repéré grâce à l'angle Le réseau de raies verticales précité est avantageusement déterminé de la manière suivante en référence à la figure 3. Compte tenu de l'implantation adoptée sur cette figure, et de la dimension minimale des caisses 12, par exemple 270 mm, il s'avère nécessaire d'obtenir une raie pour chacun des points A1 à A8 espacés les uns des autres de 250 mm. Le tableau d'identification de ces raies verticales représenté à la figure 4 montre que celles-ci sont repérées grâce à leur épis- seur variable et à leur localisation dans le plan de l'écran Pe. Le système de traitement transmet au robot la position absolue de prise ou l'écart entre cette position et la position d'apprentissage de trajectoire. Cette localisation n'est qu'une localisation approchée, entachée d'une incertitude non négligeable due au faible pouvoir de résolution d'une caméra classique. L'emploi d'une préhension adaptative compense les incertitudes de position. Le dispositif de préhension 4 comprend deux caissons rigides 14, 16 perpendiculaires qui peuvent coulisser librement par rapport à la platine de fixation 18 au poignet du robot 2 (voir figures 5, 6). Chaque caisson 14, 16 est équipé d'une jupe rigide 20,22, montée flottante par rapport au caisson. Des dispositifs élastiques maintiennent normalement ces jupes en position sortie. Le dispositif de préhension par dépression 4 est amené par le robot 2 en tenant compte des incertitudes de positionnement de telle sorte que les caissons rigides ne risquent pas d'interférer avec la caisse 12, mais que les jupes 20, 22 soient en contact avec cette dernière. La dépression mise en oeuvre assure le retrait simultané des deux jupes, rendu possible par le coulissement des caissons rigides. La caisse "aspiréé" par les jupes vient se repo sitionner parfaitement suivant les deux plans perpendiculaires matérialisés par les faces des caissons rigides. I1 est aisé de déterminer la position des bords de la caisse 12 par rapport à l'axe commun des deux caissons 14, 16. Il suffit d'établir une trajectoire robot de telle sorte que ces faces viennent couper un faisceau lumineux1 et donc déclencher une cellule photoélectrique. La position de la caisse 12 étant parfaitement connue, il est possible de la déposer avec précision. Les principaux avantages de la cellule robotisée de depalettisation précédemment décrite sont - une grande flexibilité consistant en une possibilité de prélever automatiquement et successivement des caisses de tailles diffé rentes (sous réserve que leurs caractéristiques - poids, dimensions soient compatibles avec l'outil de préhension ou le jeu d'outils monté en tourelle) sur des palettes de dimensions différentes, quel que soit le plan de palettisation, et en acceptant une dis persion des positions relatives des caisses dues aux transports ou manutentions de la palette. - ainsi qu'une fiabilité et une simplicité certaines, inhérentes à un système d'éclairage et d'acquisition d'image qui ne comporte aucune pièce mobile d'une part. Ce système, très rapide ne présente que très peu de sensibilité aux variations d'éclairage ambiant et un système de préhension qui permet un repositionne ment précis des caisses sans comporter ni capteur, ni actionneur, d'autre part. REVENDICATIONS. 1.Procédé de dépalettisation, caractérisé par - une localisation approximative des arêtes visibles d'une caisse à prélever par analyse d'image, notamment par trai tement d'une image binarisée acquise par une caméra matri cielle, en utilisant une projection d'un réseau de plans lumineux au moyen de lampes flash, d'une part - et une commande d'un robot asservi pour prélever et reposi tionner avec précision cette caisse par dépression, d'autre part. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les caisses d'une palette sont repérées par projection d'un réseau de raies verticales, et balayage d'un "espace-palette" référencé dans lequel se placent toujours les palettes, chaque raie verticale étant repérée au moyen d'un angle (ç 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les raies verticales sont repérées au moyen de leur épaisseur variable et à la localisation de leur image dans cet écran fictif (Pe). 4.Poste robotisé et flexible pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, du type comprenant un robot -(2) disposant d'au moins quatre axes et sa baie de commande, un dispositif de préhension et un processeur pour la coordination de ce poste, caractérisé en ce qu'il incorpore - un dispositif d'acquisition d'image par caméra (8), et un système de traitement associé - un dispositif d'éclairage par lampes flash (6) - et un dispositif de préhension par dépression t4) relié à une turbine et à des vannes.