Interfaces de vision pour la robotique
Intégration de la vision industrielle dans les applications robotiques
Les interfaces modernes permettent la communication entre les systèmes de vision et les commandes des robots. La vision 3D est particulièrement importante dans la robotique industrielle. Les interfaces telles que REST API, ROS, OPC UA, gRPC, et les interfaces génériques avec des plugins spécifiques au fournisseur dans les logiciels de contrôle des robots garantissent un transfert de données stable entre les systèmes de vision 3D et les robots, ce qui permet un contrôle précis.
Dernière mise à jour : 15/10/2025
Applications et avantages de la vision 3D en robotique
Les systèmes de vision industrielle accomplissent des tâches essentielles en robotique, qui vont bien au-delà de la simple capture d'images. Ils permettent la reconnaissance précise d'objets, déterminent la position et l'orientation et assurent un contrôle de qualité fiable. L'utilisation des technologies de vision 3D permet de mettre en œuvre efficacement des applications de type pick-and-place, inspection et solutions d'automatisation flexibles.
Le traitement d'images en 3D offre aux robots des avantages décisifs par rapport aux solutions classiques en 2D. Grâce aux informations de profondeur capturées, les robots peuvent reconnaître non seulement la position des objets, mais aussi leur position spatiale et leur orientation. Cela permet une préhension précise, même dans des situations complexes ou de chevauchement. La vision 3D permet une navigation fiable dans l'espace, un évitement sûr des obstacles et une adaptation souple à des environnements changeants. Par conséquent, les systèmes de vision 3D augmentent considérablement la fiabilité, l'efficacité et la polyvalence des applications robotiques modernes.
Interfaces pour l'intégration des systèmes de vision
Le choix de la bonne interface est crucial pour intégrer avec succès la vision industrielle dans les applications robotiques. Outre les interfaces standardisées, il existe une gamme de plugins et de ponts spécifiques aux fabricants. Les systèmes de vision industrielle et les contrôleurs de robots peuvent également collaborer efficacement par le biais de canaux de communication directs.
Ce chapitre présente une vue d'ensemble
les interfaces les plus importantes,
les technologies et les protocoles qui ont fait leurs preuves dans la pratique
et ce à quoi il faut prêter une attention particulière lors de leur sélection et de leur mise en œuvre.
Interfaces standard
API REST
L'API REST (Representational State Transfer Application Programming Interface) est une interface largement utilisée pour intégrer les systèmes de vision industrielle dans les applications robotiques. Elle permet un échange de données normalisé et indépendant de la plate-forme entre le composant de traitement d'images et le contrôleur du robot. Les données d'image, les informations sur la position ou les messages d'état, par exemple, peuvent être récupérées et des commandes peuvent être envoyées au système de vision via des requêtes HTTP.
L'un des principaux avantages de l'API REST est sa flexibilité : elle peut être facilement intégrée dans les infrastructures informatiques existantes et est compatible avec de nombreux langages de programmation. PC
Les API REST sont particulièrement adaptées aux applications qui nécessitent une communication fiable et structurée entre le système de vision et le robot. Les domaines d'application typiques comprennent la transmission de coordonnées pick-and-place, la récupération de données de qualité, ou contrôle des processus d'acquisition d'images. L'utilisation de normes ouvertes garantit l'évolutivité et facilite la connexion à différentes plates-formes robotiques.
ROS et ROS 2
ROS (Robot Operating System) et ROS 2 sont des plateformes middleware ouvertes développées spécifiquement pour le développement et l'intégration d'applications robotiques. Elles offrent des interfaces de communication normalisées qui permettent une connexion transparente entre les systèmes de vision industrielle et les contrôleurs de robots. Avec ROS et ROS 2, les données des capteurs, les informations sur les images et les commandes de contrôle peuvent être échangées efficacement et des tâches d'automatisation complexes peuvent être mises en œuvre de manière flexible.
Grâce à un large soutien de la communauté robotique et à la disponibilité de nombreux logiciels libres, les composants de vision peuvent être rapidement intégrés et des solutions individuelles peuvent être réalisées. ROS et ROS 2 offrent un haut degré de flexibilité et d'évolutivité, en particulier dans les environnements de recherche et de développement et dans le prototypage.
OPC UA
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) est une norme de communication indépendante des fabricants pour l'automatisation industrielle. Elle permet l'échange sécurisé et fiable de données entre les systèmes de vision industrielle, les robots et d'autres composants d'automatisation. OPC UA prend en charge des structures de données complexes, des appels de méthode et offre une interopérabilité élevée, ce qui permet d'intégrer avec souplesse les solutions de vision industrielle dans les environnements de production existants.
Les domaines d'application typiques comprennent la transmission de données de processus, d'informations d'état et de commandes de contrôle en temps réel, en particulier dans les applications en réseau Industrie 4.0. La caméra 3D Basler Stereo visard offre une interface OPC UA pour les solutions de vision 3D. Le serveur OPC UA peut être activé via une mise à jour de licence.
gRPC
gRPC est un cadre ouvert et multiplateforme d'appel de procédure à distance (RPC) maintenu par la Cloud Native Computing Foundation. gRPC se distingue d'autres interfaces normalisées, telles que REST API ou OPC UA, par l'utilisation du protocole HTTP/2 efficace et la transmission de données binaires avec protocol buffers. Par conséquent, gRPC permet une communication particulièrement rapide et économe en ressources - idéale pour les applications avec des exigences de performance élevées et de grandes quantités de données.
Les avantages sont le streaming bidirectionnel et la génération automatique de code pour différents langages de programmation.
Les inconvénients résultent de sa faible prévalence dans l'environnement industriel et d'un dépannage plus complexe par rapport aux interfaces textuelles.
GenICam
GenICam est une norme pour le contrôle et la configuration uniformes des caméras industrielles, et non pour la communication directe entre le système de vision et le contrôleur du robot. Il est utilisé dans l'ensemble de l'industrie pour le traitement des images et facilite l'intégration de différents modèles de caméras dans les systèmes de vision.
En tant que norme industrielle clé dans le traitement des images industrielles, GenICam permet un accès direct aux données d'image et de profondeur. Tant GenICam que gRPC sont des interfaces principalement destinées au transfert de ces données d'image. Elles sont donc particulièrement adaptées à la transmission en continu entre la caméra et le système d'évaluation.
En revanche, les interfaces telles que REST API, OPC UA ou ROS sont principalement utilisées pour communiquer les résultats de l'analyse et les données de contrôle avec le contrôleur du robot. Elles ne traitent généralement que les résultats de pose des modules logiciels eux-mêmes.
Comparaison des principales interfaces normalisées
Le tableau donne un aperçu des propriétés et des domaines d'application les plus importants des interfaces standard respectives pour l'intégration de la vision industrielle dans les applications robotiques en milieu industriel.
Interface | Protocole / Technologie | Cas d'utilisation typiques | Avantages | Inconvénients | Prévalence dans l'industrie |
REST API | HTTP, JSON/XML | Intégration de systèmes généraux, applications web, robotique | Indépendant de la plate-forme, largement utilisé, facile à mettre en œuvre | Pas de capacité en temps réel, basé sur le texte, latence plus élevée | Elevé |
|---|---|---|---|---|---|
ROS | TCP/IP, protocoles personnalisés | Recherche, prototypage, solutions robotiques flexibles | Grande communauté, nombreux logiciels libres, flexibilité | Capacité en temps réel limitée, moins adaptée à la production | Moyen |
ROS 2 | DDS, UDP, TCP/IP | Industrie 4.0, robotique moderne, applications en temps réel | Capacité en temps réel améliorée, évolutive, prête pour l'industrie | Configuration plus complexe, en cours de développement | Augmentation |
OPC UA | TCP/IP, binaire, XML | Automatisation industrielle, communication des processus | Indépendant des fournisseurs, sécurisé, prend en charge des données complexes | Effort d'intégration plus important, spécification complexe | Elevé |
gRPC | HTTP/2, tampons de protocole | Haute performance, systèmes distribués, microservices, robotique | Haute performance, flux bidirectionnel, génération automatique de code | Moins courant dans l'industrie, débogage plus complexe | Faible à croissante |
GenICam | Norme GenICam, XML, divers protocoles (par exemple, GigE Vision, USB3 Vision) | Imagerie industrielle, contrôle des caméras, intégration dans les systèmes de vision | Contrôle de caméra indépendant de la marque, grande flexibilité, facilite l'intégration de diverses caméras | Pas d'échange direct de données avec la commande du robot, l'accent est mis sur la configuration et le contrôle de la caméra. | Très haut niveau en vision industrielle |
Plugins et ponts spécifiques aux fabricants
URCap
URCap est un cadre d'extension spécifiquement développé par Universal Robots pour étendre les fonctionnalités de ses contrôleurs de robots. Il permet d'intégrer des fonctions et des périphériques supplémentaires, mais il est conçu exclusivement pour les plates-formes robotiques d'Universal Robots et ne suit aucune norme ouverte indépendante des fabricants.
URCap permet d'installer plug-and-play et d'utiliser facilement les systèmes de vision avec les robots universels. L'interface établit une connexion directe entre le système de vision et le contrôleur du robot. La configuration s'effectue aisément par le biais d'une extension de commande PolyScope ou d'une interface web. La condition préalable à l'utilisation d'URCap est la version 3.12.0 ou supérieure de PolyScope pour les robots de la série CB ou la version 5.6.0 ou supérieure pour les robots de la série E.
EKIBridge pour KUKA
L'EKIBridge est une interface basée sur le KUKA.Ethernet KRL Framework et permet la communication entre les commandes de robots KUKA et les systèmes externes tels que les solutions de vision industrielle. L'EKIBridge permet un échange fiable de données et de commandes via Ethernet.
Par exemple, appels de service, requêtes statut, ou la transmission de position data peuvent être implémentés directement à partir du programme du robot. EKIBridge soutient l'intégration flexible et orientée vers l'application des systèmes de traitement d'images dans les applications robotiques KUKA.
GRI
Generic Robot Interface (GRI) est une interface polyvalente et à l'épreuve du temps, compatible avec tous les robots qui prennent en charge la communication TCP.
Par rapport aux requêtes HTTP complexes de l'API REST, GRI s'appuie sur une communication par socket TCP allégée. Les demandes sont configurées comme de simples identifiants de travail via l'interface graphique web, et les réponses contiennent des positions de prélèvement dans un format fixe et statique. L'effort de mise en œuvre reste minimal, car seuls de courts extraits de code sont nécessaires sur le contrôleur du robot. Des modèles prêts à l'emploi sont disponibles pour de nombreuses marques de robots.
GRI fonctionne directement sur le Basler Stereo visard, de sorte qu'aucun matériel supplémentaire ou application côté utilisateur n'est nécessaire.
Comparaison des principales interfaces spécifiques aux fabricants
Le tableau donne un aperçu des propriétés et des domaines d'application les plus importants des interfaces robotiques respectives pour l'intégration de la vision industrielle dans les applications robotiques en milieu industriel.
Interface | Protocole / Technologie | Cas d'utilisation typiques | Avantages | Inconvénients | Prévalence dans l'industrie |
URCap | Propriétaire, PolyScope, TCP/IP | Robots universels, intégration plug-and-play des périphériques | Installation facile, connexion directe, configuration intuitive, bonne documentation | Uniquement pour les Universal Robots, en fonction de la version du PolyScope | Haut avec les robots universels |
|---|---|---|---|---|---|
EKI-Bridge | KUKA.Ethernet KRL, TCP/IP | Robots KUKA, intégration de systèmes externes (p. ex. vision) | Transfert de données flexible, intégration poussée, polyvalence | Uniquement pour KUKA, licence requise, compétences en programmation nécessaires | Haut avec KUKA |
GRI | Socket TCP, propriétaire | Robots avec support TCP, par exemple ABB, Fanuc, Techman, Yaskawa | Compatible avec de nombreuses marques, effort de script minimal, pas de matériel supplémentaire, mise en œuvre rapide. | Format de réponse statique, moins flexible que les API, personnalisation limitée | Augmentation |
Autres fabricants de robots et leurs interfaces
Fabricant | Interface/Plugin | Intégration de la vision | Communication avec le PC | Capacité en temps réel | Propriétaire |
ABB | Interface PC / Prise RAPID | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
|---|---|---|---|---|---|
Fanuc | Karel / Socket Messaging | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
Yaskawa | MotoPlus / MotoCOM | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
Stäubli | Interface VAL3 TCP/IP | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
Technicien Omron | Plug-ins TMflow | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
Denso | B-CAP / ORiN | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
KUKA | RSI | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ |
Beckhoff | Intégration de TwinCAT Vision | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ |
Communication directe entre le système de vision et le contrôleur du robot
Grâce à ce type d'intégration, des données telles que les positions de prélèvement, les caractéristiques de qualité ou les informations d'état peuvent être transmises sans détours au contrôleur du robot et traitées directement dans le programme du robot.
En étendant le jeu de commandes ou en adaptant les paramètres, des tâches telles que le transfert dynamique des points de préhension, le contrôle des séquences d'essai ou l'adaptation souple à des conditions de production changeantes peuvent être mises en œuvre efficacement. L'intégration directe garantit des temps de réaction courts et une grande fiabilité des processus. Elle ouvre également de nouvelles possibilités d'automatisation intelligente dans le domaine de la robotique.
Le set de commandes du contrôleur du robot doit être élargi pour inclure des commandes spécifiques qui permettent une interaction transparente avec le système de vision. Il s'agit notamment des commandes suivantes
Demande et réception de positions de prélèvement:
Le robot peut demander des coordonnées spécifiques ou des points de préhension au système de vision et les utiliser pour des tâches de pick-and-place.Transmission des résultats de qualité ou d'inspection :
Le système de vision envoie les résultats d'inspection ou les informations d'état directement au contrôleur du robot pour déclencher des actions de suivi, telles que l'éjection des pièces défectueuses.Démarrage et arrêt des séquences de traitement d'images:
Le robot peut déclencher ou arrêter les processus d'acquisition ou d'évaluation des images de manière ciblée, en fonction de l'étape de production en cours.Fonctions de synchronisation et de déclenchement:
Commandes permettant de synchroniser le mouvement du robot et l'acquisition d'images, par exemple pour l'inspection en ligne ou la préhension en mouvement.
Les ajustements des paramètres affectent, par exemple :
Paramètres d'exécution:
Ajustement des valeurs seuils, des tolérances ou des paramètres de filtrage dans le système de vision pour réagir aux différentes variantes de produits ou aux conditions environnementales.Stratégies de préhension et paramètres de l'outil :
Ajustement dynamique de la force de préhension, de la vitesse ou du type d'outil en fonction des données de l'objet fournies par le système de vision.Corrections de position et de trajectoire:
Transfert des valeurs de correction à partir du traitement d'images pour l'exécution précise des mouvements du robot.
Conseils pour une intégration réussie
L'intégration réussie de la vision industrielle dans les applications robotiques nécessite une planification minutieuse et une attention particulière aux détails techniques. Les conseils suivants vous aideront à surmonter les difficultés habituelles et à mettre en œuvre une solution efficace et fiable :
Sélectionnez l'interface qui convient le mieux à votre plate-forme robotique et aux exigences de votre application (par exemple, API REST, OPC UA, plugins spécifiques au fabricant).
Vérifiez la compatibilité de la caméra, du logiciel de vision et du contrôleur du robot dès le début du projet.
Utiliser les exemples de codes et les modèles existants pour une intégration rapide et sans erreur.
Assurez-vous que les paramètres de réseau et de communication sont correctement configurés pour garantir une transmission stable des données.
Prévoir suffisamment de temps pour les essais et la validation de la solution globale, en particulier pour les applications complexes ou critiques en termes de sécurité.
Documenter clairement les interfaces et les processus afin de faciliter la maintenance et les extensions.
La vision industrielle et la vision 3D peuvent être intégrées avec succès dans le contrôleur du robot si des interfaces telles que REST API ou ROS sont utilisées de manière ciblée et si tous les composants sont coordonnés de manière optimale les uns avec les autres. Lors de la sélection de la bonne interface de robot, l'accent doit être mis sur la compatibilité, la capacité en temps réel et l'évolutivité afin de mettre en œuvre des solutions d'automatisation précises et flexibles.
Exemples concrets et cas d'utilisation
Des exemples pratiques montrent comment les systèmes de vision industrielle sont utilisés en robotique. Des applications typiques, telles que la préparation de commandes, la préparation de commandes et le contrôle de la qualité, illustrent les avantages de la combinaison de la vision industrielle et de la technologie robotique. Les cas d'utilisation suivants montrent comment les caméras et les solutions logicielles Basler permettent des solutions d'automatisation efficaces, flexibles et fiables.
Sommaire
L'intégration réussie de la vision industrielle dans les applications robotiques ouvre de nouvelles possibilités pour des solutions d'automatisation précises, flexibles et efficaces. Diverses interfaces, telles que REST API, OPC UA, ROS, gRPC ou des plugins spécifiques aux fabricants, permettent une communication transparente entre les systèmes de vision industrielle et les contrôleurs de robots.
La vision 3D offre des avantages décisifs, tels qu'une reconnaissance fiable des objets et une adaptation dynamique à des environnements complexes. Des exemples concrets, tels que le pick-and-place, la préparation de commandes et le contrôle de la qualité, montrent à quel point les solutions de vision modernes peuvent être utilisées efficacement dans la robotique.
Le choix de la bonne interface et la planification minutieuse de l'intégration sont essentiels à la réussite du projet. Cela permet de combiner de manière optimale le traitement de l'image et la robotique pour répondre aux exigences des environnements de production modernes.