물류창고의 처리량과 정확성을 증가시키는 로봇을 위한 고화질 3D 비전 카메라

Zivid

물류창고의 로봇화를 통해 글로벌 물류업체 DHL은 전자 상거래 운영의 효율성과 직원의 만족도를 동시에 높이고 있다. 노동 집약적인 디팔레타이징, 피킹 및 주문처리 작업을 위해 DHL은 매우 역동적인 비즈니스 환경에 대처할 수 있는 유연한 솔루션을 위해 시스템 통합 업체인 Robomotive를 선택했다. 여기서 Zivid One 3D 컬러 카메라는 고급 로봇 셀 설계에서 핵심적인 역할을 했다.

전자 상거래 창고에서 디팔레타이징, 피킹 및 주문처리 작업은 매우 반복적이고 육체적으로 힘들며 인적 오류의 위험이 있다. 이러한 대용량 프로세스의 자동화는 처리량과 정확성을 증가시킬 뿐만 아니라 물류 회사가 창고운영에 많은 가치를 부여하고, 작업자에게는 보다 안전하고 복잡한 작업에만 집중하도록 할 수 있게 한다.

DHL이 자동화 시스템 전문회사인 Robomotive와 협력하여 노동 집약적인 디팔레타이징, 피킹 및 주문처리 작업을 수행할 수 있는 로봇 상자 피킹 셀을 구축했다. Robomotive의 최첨단 솔루션은 공정속도와 신뢰성을 높이기 위해 산업용 로봇 암, 진공 그리퍼 및 로봇 장착 3D 비전 카메라를 제안했다.

도전 과제

상대적으로 적은 수의 구성 요소를 처리하는 자동화 제조 작업에서는 빈 피킹 작업에 3D 비전 시스템을 적용하고 개별 부품을 식별할 수 있는 딥러닝에 의존해 왔다. 일반적인 머신 러닝 기반 비전시스템은 로봇에게 항목을 안정적으로 인식하고 올바르게 작동하는 방법을 가르치기 위해 100~1000개의 CAD 파일 이미지로 구성된 마스터 데이터에 액세스해야 할 수 있다.

그러나 다양한 상자와 소포를 처리하는 대규모 전자 상거래 운영의 경우, 수만 개의 SKU(재고 보관 단위, stock keeping units) CAD 파일을 사용할 수는 없다. 따라서 피킹 셀에는 물체 인식에 대한 다른 접근 방식이 필요했다.

동시에 로봇 셀은 물류 분야에서 요구하는 물리적 도달 능력, 기계적 리프팅 능력, 유연성 요구사항을 제공할 수 있어야했다. 팔레트와 플로우랙(flow rack)에 도착하는 모든 것을 매우 빠른 속도로 그리고 지속적으로 피킹할 수 있어야했다.

솔루션

자동 피킹 셀 솔루션의 핵심은 Zivid One 3D 컬러 카메라, 진공 그리퍼가 있는 Yaskawa Motoman MH180-120 로봇 및 GPU가 있는 Intel i7 프로세서 기반 산업용 PC로 구성된다. 셀과의 창고 전체 통신은 Siemens PLC 및 Profibus 네트워크 연결을 통해 구성하였다.

DHL 브랜드 색상과 일치하도록 노란색으로 구별된 로봇 암은 반경 범위가 3m이고 최대 120kg을 들어 올릴 수 있다. 4개의 지정된 팔레트 위치와 최대 50개의 사전 정의된 플로우랙 위치에 배치된 상자의 크기와 모양을 선택하여 컨베이어 벨트로 전달할 수 있다.

시스템이 CAD 파일 학습없이 픽앤플레이스 기능을 달성할 수 있도록 하기 위해 Robomotive는 Zivid 카메라의 초 고해상도 3D 이미지 클라우드 출력을 처리하는 독점적인 물체 인식 소프트웨어를 개발했다.

이 소프트웨어는 로봇이 단순히 물체를 '보고(look)' 크기를 명확하게 파악하고 이동할 수 있는 것으로, 로봇의 '눈(eye)'은 Zivid One에서 제공했다. Robomotive의 CEO인 Michael Vermeer는 "수년에 걸쳐 다양한 산업용 비전 카메라를 테스트했으며 한동안 3D 레이저 삼각 측량 센서로 작업했다. 이는 비용이 많이 들고 많은 보정이 필요했다. 구조화된 백색광 투영을 기반으로 한 Zivid는 카메라는 광범위한 대상 물체를 매우 정확하게 구분하는 데 필요한 모든 3D 포인트 클라우드 데이터를 제공했다."고 설명한다.

실시간 3D 컬러 카메라인 Zivid One은 단일 센서 칩에서 3D(xyz), 컬러(RGB) 및 대비(C) 데이터를 캡처한다. 3D 이미지 획득 속도는 12Hz이며 USB3.0 포트를 통해 생생한 2.3MPixel 고화질 3D 이미지를 출력한다. IP65 등급의 검은색 알루미늄 케이스에 들어있는 카메라는 방진 및 방수 기능이 있으며 15G 충격을 견딜 수 있는 강한 구조로 구성되었다. 226mm x 165mm x 86mm에 불과하고 무게가 2kg 미만이며 로봇 암 장착에 적합하다.

이 애플리케이션에서는 머신 비전 카메라의 이동이 가능하기위해 로봇에 직접 부착되는 것이 필수적이었다. Zivid One은 견고성과 물리적 특성을 제공했다. DHL의 창고 관리 시스템은 로봇이 지시를 받은 곳으로 이동하여 상자의 존재 여부를 확인한 다음 하나씩 집어 들고 컨베이어에 올려놓는다. 그런 다음 바코드 스캐너는 SKU가 요청된 것과 일치하는지 간단히 확인한다.

결과

DHL 최초의 완전 자동화된 전자 상거래 주문 처리를 위한 피킹 셀은 Beringe 창고에서 시간당 400개의 피킹을 달성했다. 차후 추가 시스템 최적화하여 시간당 600개의 피킹으로 증가할 것으로 예상된다.

Zivid One 머신 비전 카메라가 제공하는 3D 이미지의 초고해상도는 로봇이 여러 위치의 팔레트 및 플로우랙에서 상자를 명확하게 찾고 구별하는데 필요한 세부 정보를 제공한다. 고품질 3D 이미지 캡처와 Robomotive의 맞춤형 소프트웨어 알고리즘의 조합은 CAD 파일과 머신 러닝의 필요성을 없애고 머신 비전 통합에 대한 보다 유연한 형상 중심으로 접근(geometry-driven approach)을 가능하게 했다. 즉, 상자의 정확한 정렬 및 위치에 의존하지 않게 됐다.

이를 통해 시장 동향 및 소비자 수요의 변화에 신속하게 대응하고 최고 수준의 고객 서비스를 유지할 수 있었다.

자료 제공: Zivid(www.zivid.com)