BR112019010204A2

BR112019010204A2 - sistema e método de mensuração de um robô industrial

Info

Publication number: BR112019010204A2
Application number: BR112019010204A
Authority: BR
Inventors: Asplund Lars
Original assignee: Unibap Ab
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-09-03
Also published as: JP2020513333A; CN109983299A; EP3545257A4; AU2017366305A1; WO2018097784A1; US20190291276A1; SE540459C2; CA3043463A1; KR102228835B1; SE1630273A1; EP3545257A1; KR20190083661A

Abstract

a presente invenção se refere a um sistema de mensuração de um robô industrial (2) compreendendo uma pluralidade de braços movíveis incluindo um portador de ferramenta (10) e uma câmera em 3d (1) transportado/as pelo robô industrial. em concordância com a presente invenção, o sistema de mensuração adicionalmente compreende um espelho (3) para criação de um objeto de espelho (12i) de um objeto real (12). a câmera em 3d é fixada para um dos braços movíveis (7) para mensuração do objeto de espelho (12i).

Description

SISTEMA E MÉTODO DE MENSURAÇÃO DE UM ROBÔ INDUSTRIAL

CAMPO TÉCNICO [0001] A presente invenção se refere a um robô industrial. Mais precisamente, a presente invenção se refere a um método de mensuração para determinação de um objeto na área de trabalho do robô industrial. Pela expressão robô industrial deveria ser compreendido um manipulador possuindo uma pluralidade de partes moviveis e um sistema de controle. A estrutura de um robô industrial pode no texto a seguir ser denominada de manipulador ou de robô.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0002] Para operar um robô industrial em um ambiente industrial, o robô tem que ser calibrado em um sistema de coordenadas local. Isto significa que o ponto de centro de ferramenta [tool center point (TCP)] tem que ser exatamente conhecido em todas as posições do sistema de coordenadas local. Em muitos casos, o sistema de coordenadas local de robô tem que ser calibrado para concordar com um sistema de coordenadas local onde uma peça de trabalho pode ser localizada.

[0003] Grande número de métodos de calibragem é conhecido. Freqüentemente o robô movimenta uma ferramenta de calibragem para diferentes posições onde é sensoriada por uma unidade de sensoriamento em um sistema de coordenadas global. Tal unidade de sensoriamento pode, por exemplo, compreender uma unidade de sensoriamento de toque, feixes de laser transversais ou unidades de câmera. É também conhecida a utilização de uma tela de toque para propósitos de calibragem.

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2/10 [0004] A partir do pedido de patente internacional número WO 2015/165062 um método para calibragem de um ponto central de ferramenta de um robô industrial é previamente conhecido. O método envolve um sensor de feixe transversal possuindo um primeiro feixe de laser e um segundo feixe de laser.

[0005] A partir do pedido de patente internacional número WO 2012/076038 um método para calibragem de uma unidade de robô é previamente conhecido. O objetivo é o de proporcionar um método para calibragem de um primeiro sistema de coordenadas de uma unidade de robô com um segundo sistema de coordenadas de uma unidade de identificação de objeto. O método compreende geração de uma pluralidade de pontos alvo para os quais uma ferramenta de calibragem é para ser movimentada pela unidade de robô para calibragem. Os pontos alvo são avaliados pela utilização de uma unidade de câmera.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0006] Um objetivo primário da presente invenção é o de buscar maneiras para aperfeiçoar um sistema e método de mensuração de um robô industrial.

[0007] Este objetivo da presente invenção é conseguido em concordância com a presente invenção por um sistema de mensuração caracterizado pelos aspectos na reivindicação de patente independente 1 acompanhante ou por um método caracterizado pelas etapas na reivindicação de patente independente 7 acompanhante. Concretizações preferidas da presente invenção são apresentadas nas reivindicações de patente dependentes acompanhantes.

[0008] Em concordância com a presente invenção o

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3/10 robô industrial transporta uma câmera em 3D e utiliza um espelho para criação de um objeto de espelho de um objeto real para determinar a posição do objeto real. Precedentemente para a mensuração, a câmera em 3D é fixada sobre a estrutura de robô. A posição e a orientação da câmera em 3D é, por conseqüência, conhecida em um sistema de coordenadas local. Em uma concretização da presente invenção, o sistema de coordenadas local é o mesmo como o sistema de coordenadas do robô industrial. O espelho é também definido no sistema de coordenadas local e, por conseqüência, a mensuração no objeto de espelho pode ser utilizada para definir o objeto real.

[0009] Uma câmera em 3D compreende recurso para produção de uma imagem tridimensional de um objeto real. Comumente, uma câmera em 3D compreende uma câmera estéreo contendo duas linhas ópticas cada uma com uma lente e um sensor de imagem. Com uma tal câmera estéreo qualquer objeto na área de trabalho de robô pode ser determinado no espaço. A câmera estéreo não somente determina um objeto em um plano, mas também determina a distância para o objeto. Entretanto, uma câmera estéreo fixada para a estrutura de robô possui setores cegos onde um objeto não pode ser visto. Em concordância com a presente invenção, com a introdução de um espelho para a área de trabalho, estes setores cegos são eliminados pela utilização de uma imagem de espelho. Em uma concretização da presente invenção, a câmera em 3D compreende recurso de processador e recurso de memória para executar instruções a partir de um programa de computador.

[0010] Por utilização de um espelho, o robô pode

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4/10 refletir a si mesmo para descobrir partes que não podem ser vistas pela câmera a partir de sua posição fixada. Isto é de grande ajuda quando de localização de um objeto capturado pelo robô ou para definir um novo TCP, por exemplo, de uma ferramenta desgastada ou danificada, tal como uma broca. O robô é controlado para segurar o objeto em frente do espelho. A câmera estéreo define o plano do espelho por mensuração de pelo menos três marcas de posição sobre o espelho. Por conseqüência, o plano do espelho é agora definido no sistema de coordenadas local. Tendo definido a posição e a orientação de espelho, a câmera em 3D calcula, por utilização de triangulação, a posição da ponta de ferramenta a partir do objeto de espelho. Por desempenho de mensurações de uma pluralidade de pontos sobre o objeto também a orientação do objeto pode ser determinada.

[0011] Em concordância com a presente invenção, a posição e a orientação de qualquer objeto segurado pelo robô podem ser investigadas pela técnica de espelho. Por conseqüência, para a indústria de recolha (de apanhar, de pegar) um robô transportando uma câmera em 3D pode localizar um objeto a ser capturado, definir a posição e a orientação do objeto em sua ferramenta de recolha e colocação do objeto em uma posição pré-determinada em um container conhecido. Em uma concretização da presente invenção, o espelho compreende uma tela ou uma parede com uma posição e orientação conhecida. Em uma concretização da presente invenção, o espelho é atado para o manipulador.

[0012] Em um primeiro aspecto da presente invenção, o objeto é conseguido por um sistema de

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5/10 mensuração de um robô industrial compreendendo uma pluralidade de braços moviveis incluindo um portador de ferramenta e uma câmera em 3D transportada pelo robô industrial, em que o sistema de mensuração adicionalmente compreende um espelho para criação de um objeto de espelho de um objeto real, e de que a câmera em 3D é fixada para um dos braços moviveis para mensuração do objeto de espelho.

[0013] Em uma concretização da presente invenção, o espelho compreende pelo menos três marcas de posição para definir seu plano. Em uma concretização da presente invenção, a câmera em 3D compreende recursos para cálculo da posição do objeto real por cálculo de triangulação do objeto de espelho. Em concretizações adicionais da presente invenção, a câmera em 3D é fixada para a parte a mais interna do segundo braço, o robô industrial compreende seis braços moviveis, e o objeto real compreende o ponto de centro de ferramenta [tool center point (TCP)] do robô industrial.

[0014] Em um segundo aspecto da presente invenção, o objetivo é conseguido por um método para mensuração de um objeto real segurado por um robô industrial compreendendo uma pluralidade de braços moviveis incluindo um portador de ferramenta e uma câmera em 3D transportada pelo robô industrial, por provisão de um espelho na área de trabalho do robô, fixação da câmera em 3D para um dos braços moviveis, movimentação do robô industrial para criar um objeto de espelho do objeto real, e cálculo da posição de espaço do objeto real a partir da triangulação do objeto de espelho. Em uma concretização da presente invenção, o método adicionalmente compreende

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6/10 mensuração do plano do espelho a partir de pelo menos três marcas de posição sobre o espelho. Em uma concretização da presente invenção, o método é realizado por execução de um programa de computador.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0015] Outras características e vantagens da presente invenção irão se tornar mais aparentes para uma pessoa especializada no estado da técnica a partir da descrição detalhada a seguir em conjunção com os Desenhos das Figuras acompanhantes. Nos Desenhos Figuras das acompanhantes:

[0016] A Figura 1 é uma vista tridimensional de um robô industrial em frente de um espelho em concordância com a presente invenção; e:

[0017] A Figura 2 é uma vista principal de uma câmera em 3D e do método de triangulação utilizado em concordância com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS [0018] Um sistema para mensuração de um objeto segurado pelo robô em concordância com a presente invenção é mostrado na Figura 1. Uma câmera em 3D (1) é fixada sobre um manipulador (2) de um robô industrial e um espelho (3) é posicionado na área de trabalho do manipulador (2) . Na concretização da presente invenção que é mostrada na Figura 1, o manipulador (2) compreende um pé (4) transportando uma bancada disposta rotacionável (5). A bancada transporta um primeiro braço articuladamente disposto (6) que transporta um segundo braço disposto articuladamente (7). Em sua extremidade externa, o segundo braço transporta uma parte de punho rotacionável (8) e uma parte de mão articulável

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7/10 (9) que transporta um portador de ferramenta rotacionável (10) . Na concretização da presente invenção que é mostrada na Figura 1, o portador de ferramenta transporta um aparelho de perfuração (11) com uma broca (12).

[0019] Na concretização da presente invenção que é mostrada na Figura 1, o espelho (3) é localizado na área de trabalho do manipulador (2) de maneira tal que a broca (12) é vista pela câmera em 3D (1). O espelho (3) compreende uma estrutura de plano possuindo pelo menos três marcas de posição (13) . A câmera não pode ver a broca a partir de sua posição sobre a estrutura do manipulador. O manipulador está movimentando a broca em frente do espelho de maneira tal que a broca pode ser detectada pela câmera em 3D. Nesta posição, a distância e a orientação do espelho são determinadas por mensuração das três marcas de posição sobre o espelho. Tendo incorporado o espelho para o sistema de coordenadas local, a posição da broca é mensurada e calculada pela câmera em 3D.

[0020] O método de cálculo da posição de um objeto (14) pela utilização de um espelho (3) é mostrado na Figura 2. Na concretização que é mostrada na Figura 2, a posição e a orientação do espelho (3) são previamente determinadas por mensuração de três marcas de posição sobre o plano de espelho. Por conseqüência, pela utilização de um espelho (3), um objeto de espelho (12i) do objeto real (12) é visto pela câmera em 3D (1) . A câmera em 3D compreende duas lentes (16) cada uma possuindo uma linha central (17) entre as quais existe uma distância conhecida (c) . Um objeto é projetado através das duas lentes (16) e é detectado como uma imagem (18) sobre um sensor de imagem

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8/10 (19) . Na câmera, a distância focal (f) entre a lente e o sensor de imagem é conhecida. Para o propósito de clareza somente a parte direita da câmera foi proporcionada com numerais de referência na Figura 2.

[0021] Uma linha óptica a partir do objeto de espelho (12i) é projetada através de cada uma das lentes em cima de cada sensor de imagem (19) . Na parte esquerda da câmera, a projeção do objeto de espelho (12i) é detectada em uma distância (a) a partir da linha central (17) . Na parte direita da câmera, a projeção da imagem de espelho (12i) é detectada em uma distância (b) a partir da linha central (17). Por conseqüência, a partir da triangulação, a distância e a localização do objeto podem ser calculadas por recursos de cálculo na câmera.

[0022] O espelho pode possuir qualquer tamanho, mas tem que ser plano. O espelho pode ser fixado na área de trabalho do robô, mas pode também ser colocado no lugar quando necessitado. A cada vez que a peça de maquinário transportada pelo manipulador tem que ser determinada, a posição e a orientação do espelho tem que primeiramente ser determinada. Depois disso, a posição de um objeto ou da ponta da ferramenta pode ser investigada. Pela mensuração de uma pluralidade de pontos sobre o objeto, também a orientação do objeto pode ser determinada. No caso em que um espelho possuindo uma grande superfície, tal como uma integridade ou uma parte de uma parede, a determinação da posição e da orientação de espelho podem ser utilizadas para múltiplas mensurações.

[0023] Embora o manipulador mostrado na concretização da presente invenção, venha a compreender

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9/10 seis eixos, um manipulador em concordância com a presente invenção pode justamente compreender uma pluralidade de eixos. Por conseqüência, a presente invenção pode ser utilizada sobre qualquer manipulador possuindo, por exemplo, somente dois eixos ou dois graus de liberdade. Muitos manipuladores utilizados para perfuração ou para recolha (para pegar) podem possuir somente uns poucos graus de liberdade. Em tais casos, a câmera em 3D pode ser fixada para quaisquer das partes moviveis. Considerando o tamanho da câmera, a mesma deveria ser fixada para a segunda ou para a terceira parte a mais externa do robô de maneira tal a não interferir com a ferramenta em si mesma.

[0024] Por fixação da câmera em 3D para a estrutura de robô, todo o objeto visualizado pela câmera pode ser determinado no sistema de coordenadas local do robô. Por conseqüência, não existe nenhuma necessidade para orientar o robô ou seu objeto de trabalho em um sistema de coordenadas global circundando o sistema de coordenadas local. Pela ajuda do espelho, o robô pode visualizar partes de um objeto de trabalho não sendo vistas pela câmera. Da mesma forma, a câmera pode pelo espelho determinar objetos como uma ferramenta que é localizada em um setor cego da câmera. Em uma concretização da presente invenção, a técnica de espelho pode ser utilizada para calibragem de um robô industrial.

[0025] Embora favorável, o escopo da presente invenção não tem que ser limitado pelas concretizações apresentadas, mas contém também concretizações óbvias para uma pessoa especializada no estado da técnica. Por exemplo, uma única câmera em 2D pode ser utilizada em duas posições.

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Entretanto, tal determinação de um objeto no espaço é mais consumidora de tempo e menos precisa do que a utilização de uma câmera em 3D. Paralelamente a isto, o objeto não tem que ser movimentado a partir de sua posição entre as duas posições de câmera. Em concordância com a presente invenção, uma pluralidade de espelhos pode ser utilizada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de mensuração de um robô industrial (2) compreendendo uma pluralidade de braços moviveis (5 10) incluindo um portador de ferramenta (10) e uma câmera em 3D (1) transportada pelo robô industrial (2), caracterizado pelo fato de que o sistema de mensuração adicionalmente compreende um espelho (3) para criação de um objeto de espelho (12i) de um objeto real (12), e de que a câmera em 3D é fixada para um dos braços moviveis (7) para mensuração do objeto de espelho (12i) .
2. Sistema de mensuração de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espelho (3) compreende pelo menos três marcas de posição (13) definindo seu plano.
3. Sistema de mensuração de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a câmera em 3D (1) compreende recurso para cálculo da posição do objeto real (12) por cálculo de triangulação do objeto de espelho (12i) .
4. Sistema de mensuração de acordo com quaisquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a câmera em 3D (1) é fixada para a parte a mais interna do segundo braço (7).
5. Sistema de mensuração de acordo com quaisquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o robô industrial (2) compreende seis braços moviveis (5 - 10).
6. Sistema de mensuração de acordo com quaisquer das reivindicações precedentes, caracterizado

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2/3 pelo fato de que o objeto real (12) compreende o ponto central de ferramenta [tool center point (TCP)] do robô industrial (2) .
7. Método para mensuração de um objeto real (12) segurado por um robô industrial (2) compreendendo uma pluralidade de braços movíveis (5 - 10) incluindo um portador de ferramenta (10) e uma câmera em 3D (1) transportada pelo robô industrial (2), caracterizado pelo fato de que proporciona um espelho (3) na área de trabalho do robô, fixando a câmera em 3D (1) para um dos braços movíveis (7), movimentando o robô industrial (2) para criar um objeto de espelho (12i) do objeto real (12), e cálculo por triangulação do objeto de espelho (12i) da posição do objeto real (12) .
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o método adicionalmente compreende mensuração do plano do espelho (3) a partir de pelo menos três marcas de posição (13) sobre o espelho (3).
9. Produto de programa de computador armazenável em um meio (em uma mídia) utilizável por computador, caracterizado pelo fato de que contém instruções para um processador de um sistema de controle para executar o método conforme definido em concordância com as reivindicações 7 ou 8.
10. Produto de programa de computador de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que é proporcionado pelo menos em parte sobre uma rede, tal como a Internet.
11. Meio (mídia) de leitura por computador,

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3/3 caracterizado pelo fato de que ele contém um produto de programa de computador conforme definido em concordância com a reivindicação 9.