DE102013113165A1

DE102013113165A1 - Kalibrierungsverfahren für Robotersystem

Info

Publication number: DE102013113165A1
Application number: DE102013113165.4A
Authority: DE
Inventors: Randy A. Graca; Thomas R. Galloway; Nivedhitha Giri; Gordon Geheb
Original assignee: Fanuc Robotics America Corp
Current assignee: Fanuc America Corp
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2014-06-05
Also published as: CN103853133A; JP6577163B2; JP2014104581A; US9417625B2; US20140148949A1; CN103853133B

Abstract

Ein System zur Kalibrierung eines Mehrfachrobotersystems umfasst eine Robotersimulationsvorrichtung mit einem darin eingerichteten Prozessor zur Erzeugung eines Simulationsarbeitsplatzes einer Bedienung eines echten Roboterarbeitsplatzes, wobei die Robotersimulationsvorrichtung so ausgestaltet ist, um mit einer die Roboter des echten Roboterarbeitsplatzes steuernden Robotersteuerung zu kommunizieren. Der Simulationsarbeitsplatz wird auf der Basis einer vorgegebenen Anordnung des echten Roboterarbeitsplatzes erzeugt. Das System umfasst des Weiteren ein Softwareprogramm, das von der Robotersimulationsvorrichtung und/oder der Robotersteuerung ausgeführt wird, um eine Versetzung der Bauteilnachführung zwischen dem Simulationsarbeitsplatz und dem echten Roboterarbeitsplatz zur Steuerung der Roboter zu berechnen.

Description

Diese Anmeldung beansprucht Priorität auf die am 29. November 2012 eingereichte Vorläufige US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 61/731 137, die hiermit als Ganzes durch Verweis an dieser Stelle enthalten ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Systems von Mehrfachrobotern in einer Produktionsanlage.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Zurzeit vereinfachen grafische, rechnerunabhängig arbeitende Programmierlösungen die Entwicklung von Teach-in-Verfahren für Roboterbewegungsbahnen und Lackierprozessen. Die Lösungen sind speziell zum Erzeugen von Roboterbewegungsbahnen bestimmt, die durch eine Anwendersoftware für Robotersteuerungen genutzt werden können. Diese Lösungen schließen Kalibriermerkmale ein, bei denen Versetzungsdaten berechnet werden und dem Anwender ein Verfahren zum manuellen Verschieben oder Versetzen der eingeteachten Bewegungsbahnen zur Verfügung gestellt wird.
Bei den gegenwärtigen Ausführungen von für Lackierprozesse verwendeten Robotern sind im Allgemeinen Datenübertragungsblöcke zur Nachführung und anwenderspezifische Datenübertragungsblöcke verfügbar, um eingeteachte Punkte zur Laufzeit global zu verstellen. Diese Datenblöcke müssen jedoch gewöhnlich vom Anwender berechnet und manuell eingestellt werden. In Nicht-Lackiersystemen wird manchmal Sehvermögen genutzt, um den Anwender bei dieser Aktivität zu unterstützen.
Außerdem können rechnerunabhängig arbeitende Simulationslösungen Kalibrierdienstprogramme aufweisen, um die Versetzungsdaten basierend auf Punkten von Teach-in-Verfahren und Lackausbesserung an einem simulierten CAD-Modell des zu lackierenden Bauteils zu berechnen. Die bestehenden Kalibrierdienstprogramme liefern dem Anwender jedoch nur Versetzungsdaten zur manuellen Anwendung auf die eingeteachten Bewegungsbahnen des Roboters. Darüber hinaus dürfen die durch bestehende Kalibrierdienstprogramme zur Verfügung gestellten Versetzungsdaten nicht in dem richtigen Datenübertragungsblock ausgedrückt werden.
Schließlich sind Kalibrierdienstprogramme an sich bekannt zum Berechnen von feststehenden Datenübertragungsblöcken an in einer Produktionseinstellung verwendeten Roboterarbeitsplätzen. Diese Kalibrierdienstprogramme sind jedoch nur geeignet, Datenübertragungsblöcke oder fixierte Werkstücke in festgelegten Arbeitsbereichen zu berechnen und berücksichtigen nicht ein Werkstück, das sich auf einem Fördergerät bewegt. Die aktuellen Kalibrierdienstprogramme nutzen außerdem zur Durchführung der Kalibrierung spezielle Werkzeuge oder Hardware.
Der Stand der Technik war mehrfacher Hinsicht unzulänglich. Erstens sind die bekannten Kalibrierdienstprogramme in hohem Maße beschränkt, weil zumindest ein gewisser Umfang manueller Berechnung an dem Bauteil vom Anwender erforderlich ist. Zweitens sind bei einem Lackierervorgang Verfahren zur Einbeziehung von Sehvermögen zur Unterstützung eines Anwenders mit der bekannten Kalibrierung wegen der gefährlichen Lackierumgebung und des beschränkten Sichtfeldes einer Kamera nicht immer durchführbar. Drittens kann das gesamte Kalibrierdienstprogramm ziemlich kostspielig werden, weil die aktuellen Kalibrierdienstprogramme eine spezielle Hardware benötigen. Viertens stehen vorhandene Kalibrierungstechniken, die Datenübertragungsblöcke und Versetzungen wirklich berechnen, nicht wie es sich gehört, für ein Werkstück auf einem sich bewegenden Fördergerät. Vorteilhaft wäre es, wenn Systeme und Verfahren zur Kalibrierung eines Roboters verbessert werden könnten.
ABRISS DER ERFINDUNG
Entsprechend der gegenwärtigen Offenlegung wurde überraschend ein verbessertes System und Verfahren zur Kalibrierung eines Mehrfachrobotersystems entdeckt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird ein System zur Kalibrierung eines Mehrfachrobotersystems offenbart. Das System umfasst eine Robotersimulationsvorrichtung mit einem Prozessor, der darin angeordnet und ausgeführt ist, um einen Simulationsarbeitsplatz einer Bedienung eines echten Roboterarbeitsplatzes zu gestalten, wobei die Robotersimulationsvorrichtung zum Kommunizieren mit einer echten Robotersteuerung ausgestaltet ist; und ein Softwareprogramm, das durch die Robotersimulationsvorrichtung und/oder die echte Robotersteuerung ausgeführt ist zur Berechnung eines Bauteils, das sich zwischen dem Simulationsarbeitsplatz und dem echten Roboterarbeitsplatz im Gleichlauf befindet.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Kalibrierung eines Mehrfachrobotersystems die Schritte: Erzeugen eines Simulationsarbeitsplatzes der Bedienung eines echten Roboterarbeitsplatzes durch eine Robotersimulationsvorrichtung, wobei der Simulationsarbeitsplatz auf einer vorbestimmten Ausführung des echten Roboterarbeitsplatzes basiert; Herstellen von Nachführungsdatenübertragungsblöcken am Simulationsarbeitsplatz durch die Robotersimulationsvorrichtung; Festlegen durch eine echte Robotersteuerung, ob eine Abweichung zwischen dem Simulationsarbeitsplatz und dem echten Roboterarbeitsplatz besteht; und Ausführen einer Datenübertragungsblockkalibrierung und/oder einer Kalibrierbewegungsbahn durch die echte Robotersteuerung zum Kalibrieren des Simulationsarbeitsplatzes mit dem echten Roboterarbeitsplatz.
Nach einer noch anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Kalibrierung eines Mehrfachrobotersystems die Schritte: Erzeugen eines Simulationsarbeitsplatzes einer Bedienung eines echten Roboterarbeitsplatzes durch eine Robotersimulationsvorrichtung, wobei der Simulationsarbeitsplatz auf einer vorgegebenen Anordnung des echten Roboterarbeitsplatzes basiert; Herstellen von Nachführungsdatenübertragungsblöcken an dem Simulationsarbeitsplatz durch die Robotersimulationsvorrichtung; Festlegen durch eine echte Robotersteuerung, ob zwischen dem Simulationsarbeitsplatz und dem echten Roboterarbeitsplatz eine Abweichung besteht; Ausführen einer Datenübertragungsblockkalibrierung und/oder einer Kalibrierbewegungsbahn durch die echte Robotersteuerung zum Kalibrieren des Simulationsarbeitsplatzes mit dem echten Roboterarbeitsplatz; Verschieben durch die Robotersimulationsvorrichtung des Simulationsarbeitsplatzes, der dem echten Roboterarbeitsplatz im Wesentlichen entspricht; und Berechnen einer Versetzung der Bauteilnachführung eines Teils durch die Robotersimulationsvorrichtung basierend auf der Verschiebung des Simulationsarbeitsplatzes.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erwähnten sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Fachmann ohne weiteres aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform bei Betrachtung angesichts der begleitenden Zeichnungen, in denen zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Systems zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 das Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung eines erfindungsgemäßen Mehrfachrobotersystems;
3 eine schematische Darstellung in Draufsicht zum Festlegen von Datenübertragungsblöcken der Nachführung nach einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einteachen von Datenübertragungsblöcken der Sollnachführung nach einer Ausführungsform der Erfindung;
5 eine beispielhafte, schematische Darstellung in Draufsicht des Einteachens des Datenübertragungsblocks der Sollnachführung nach dem Verfahren von 4; und
6 eine beispielhafte, perspektivische Ansicht eines Simulationsarbeitsplatzes, der zum Berechnen einer Versetzung der Bauteilnachführung gemäß der Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende ausführliche Beschreibung und angefügte Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Beschreibung und Zeichnungen dienen dazu, dem Fachmann die Herstellung und Verwendung der Erfindung zu ermöglichen und sind dazu nicht beabsichtigt, den Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Hinsichtlich der offenbarten Verfahren sind die dargestellten Schritte beispielhafter Natur und somit ist eine Reihenfolge der Schritte nicht erforderlich oder entscheidend.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems zur Durchführung des Verfahrens nach einer Ausführungsform der Erfindung. Ein echter Roboterarbeitsplatz 10 erleichtert es, einen Roboterfertigungsprozess ausführen zu können. In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform stellt der echte Roboterarbeitsplatz 10 schematisch einen Lackierkabinen-Arbeitsplatz dar. Der echte Roboterarbeitsplatz 10 kann jedoch je nach Bedarf ein Arbeitsplatz für jeden Fertigungsprozess sein. Der echte Roboterarbeitsplatz 10 kann eine Vielzahl von Robotern 11, 12, 13, 14, 15, 16 umfassen, die durch eine Robotersteuerung 20 gesteuert und überwacht werden. Die Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 können Lackierroboter, Öffnungsroboter für Fahrzeugtüren, Öffnungsroboter für Motorhauben, Kofferraum-Öffnungsroboter oder irgendein Roboter sein, der zur Durchführung einer beliebigen anderen Anwendung je nach Bedarf genutzt wird. Während in 1 sechs Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 dargestellt sind, kann an dem echten Roboterarbeitsplatz 10 zusätzlich eine beliebige Anzahl von Robotern, wie etwa irgendeine Anzahl von Robotern weniger als oder mehr als sechs Roboter, enthalten sein.
Mit fortgesetztem Bezug auf 1 sind zwei der Roboter 11, 12 mit einer Steuereinheit #1 17 der Robotersteuerung 20 verbunden. Zwei der Roboter 13, 14 sind mit einer Steuereinheit #2 18 der Robotersteuerung 20 verbunden. Zwei der Roboter 15, 16 sind mit einer Steuereinheit #3 19 der Robotersteuerung 20 verbunden. Es wird verständlich, dass je nach Bedarf eine beliebige Anzahl von Robotern mit jeder der Steuereinheiten zur Koordinierung der Bedienung eines oder mehrerer Roboter verbunden werden kann. Außerdem kann je nach Bedarf eine beliebige Anzahl von Steuereinheiten zur Koordinierung der Bedienung eines oder mehrerer Roboter verwendet werden. Die Steuereinheiten 17, 18, 19 können direkt oder indirekt durch ein Kommunikationsprotokoll zur koordinierten Bedienung der Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 kommunizieren, um ein ausgewähltes Verfahren wie zum Beispiel etwa ein Lackiervorgang durchzuführen. Die Steuereinheiten 17, 18, 19 können je nach Bedarf drahtgebunden oder drahtlos durch ein beliebiges Netz kommunizieren. Zum Beispiel können die Steuereinheiten 17, 18, 19, wie in 1 gezeigt, über ein Ethernet-Netzwerk 26 kommunizieren.
Die Robotersteuerung 20 umfasst eine Datenspeichervorrichtung 22, um Daten zu erhalten und Daten zu speichern, die von den Steuereinheiten 17, 18, 19 kommuniziert werden. Die Datenspeichervorrichtung 22 ist außerdem imstande, mit dem echten Roboterarbeitsplatz 10 und einer Robotersimulationsvorrichtung 30 verbunden zu werden, die außerhalb des echten Roboterarbeitsplatzes 10 positioniert sind. Die Robotersimulationsvorrichtung 30 ist ein Gerät, das zur Simulierung der Bedienung der Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 und um die Erreichung einer optimalen Verschiebung und Bewegung der Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 zu erleichtern, verwendet wird. Die Robotersimulationsvorrichtung 30 besitzt einen Prozessor 31 und einen Speicher 32. Obwohl es in 1 nicht gezeigt ist, kann die Robotersimulationsvorrichtung 30 außerdem Benutzereingabegeräte zum Eingeben von Daten zum Editieren, Korrigieren, Anweisen, usw. des Benutzers und ein Display enthalten, um je nach Bedarf gleichzeitig dreidimensionale Simulationen der Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16, eines Werkstücks 50 (3) oder einer beliebigen anderen Vorrichtung innerhalb des echten Roboterarbeitsplatzes 10 zu zeigen.
Der Prozessor 31 wird durch das in der Robotersimulationsvorrichtung 30 gespeicherte Softwareprogramm 33 angewiesen, eine rechnerunabhängig arbeitende Konstruktion eines Simulationsarbeitsplatzes als Daten 34 zu erzeugen, die mit den Steuereinheiten 17, 18, 19 der Robotersteuerung 20 kommuniziert werden. Das Softwareprogramm 33 kann ein beliebiges Softwareprogramm, das zur Simulation eines dreidimensionalen Roboterarbeitsplatzes ausgelegt ist, oder ein beliebiges anderes Softwareprogramm sein, das CAD-kompatibel ist und die Bedienung eines Mehrfachroboter-Arbeitsplatzes simulieren kann. Zwischen der Robotersimulationsvorrichtung 30 und der Datenspeichervorrichtung 22 der Robotersteuerung 20 können andere Daten übertragen werden. Die Daten können Kalibrierdaten 35 der Datenübertragungsblöcke, Kalibrierdaten 36 der Bewegungsbahn oder je nach Bedarf beliebige andere Daten umfassen, um das Erzeugen und Kalibrieren von Bewegungsbahnen für Mehrfachrobotersysteme zu erleichtern. Darüber hinaus kann das Softwareprogramm 33 Daten 37 einer Versetzung der Bauteilnachführung berechnen, die dann zur Verwendung durch die Steuereinheiten 17, 18, 19 in die Datenspeichervorrichtung 22 herunter geladen werden können.
Gemäß 2 ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines Mehrfachrobotersystems vorgesehen. In einem Schritt 100 wird der Simulationsarbeitsplatz 34 rechnerunabhängig, getrennt von der Robotersteuerung 20 des Datenübertragungsblocks 10 des echten Roboterarbeitsplatzes, der in Echtzeit arbeitet, erzeugt. Der Simulationsarbeitsplatz 34 ist eine vorgegebene, simulierte Anordnung beliebiger Vorrichtungen an dem echten Roboterarbeitsplatz 10 auf der Basis von Zeichnungen und Plänen der Fertigungsanlage, die von CAD-Modellen in die Robotersimulationsvorrichtung 30 importiert werden. Diese vorgegebene, simulierte Anordnung stellt eine „ideale” Montage oder Anordnung basierend auf Montagezeichnungen dar, bevor während einer aktuellen Montage aller Vorrichtungen am echten Roboterarbeitsplatz 10 an einer Stelle des Roboterfertigungsprozesses Abweichungen auftreten können. Je nach Bedarf kann der Simulationsarbeitsplatz 34 jederzeit wie etwa vor, während oder nach Montage des echten Roboterarbeitsplatzes 10 an einer Stelle des Roboterfertigungsprozesses konstruiert werden.
3 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht zur Berechnung von Datenübertragungsblöcken, Schritt 110 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Darstellung ist der Simulationsarbeitsplatz 34, der darstellt, aus welchen beiden der echte Roboterarbeitsplatz 10 in Echtzeit nach der vorgegebenen Anordnung aussehen sollte. Dieser Simulationsarbeitsplatz 34 ist ein Beispiel davon, was auf der Robotersimulationsvorrichtung 30 angezeigt werden kann. Der beispielhafte Simulationsarbeitsplatz 34 veranschaulicht das an einem Fördergerät 54 angeordnete Werkstück 50 und die Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16, die innerhalb eines Bedienungsbereiches 52 arbeiten. Das dargestellte Werkstück 50 ist eine Fahrzeugkarosserie, speziell eine Autokarosserie nach einer Art oder einem Modell von Fahrzeugkarosserien. Das Werkstück 50 kann ausgetauscht werden, so dass es ein beliebiger Typ von Fahrzeugkarosserie nach beliebiger Art oder Modell von Fahrzeugen ist. Die Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 können programmiert werden, um je nach Bedarf die gewünschte Bedienung an dem Werkstück 50 durchzuführen.
Sobald der Simulationsarbeitsplatz 34 konstruiert wurde, werden im Schritt 110 Datenübertragungsblöcke der Nachführung wie etwa ein Datenübertragungsblock der Sollnachführung für jeden der Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 und ein Datenblock des Arbeitsplatzes durch die rechnerunabhängige Robotersimulationsvorrichtung 30 eingerichtet. Die rechnerunabhängige Simulationsvorrichtung 30 kann je nach Bedarf jede Stelle am Simulationsarbeitsplatz 34, die den Datenübertragungsblöcken des Arbeitsplatzes entspricht, herstellen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann, wie in 3 dargestellt, der Datenübertragungsblock eines Arbeitsplatzes auf dem Simulationsarbeitsplatz 34 so eingerichtet werden, dass er sich an einer festgelegten Position 56 des Werkstückes 50 befindet, wenn es auf dem Fördergerät 54 bewegt wird. Die Position 56 kann eingerichtet werden, wenn das Werkstück 50 einen Bauteildetektorschalter (nicht gezeigt) erreicht, bevor es in den Bedienungsbereich 52 eintritt. Der Bauteildetektorschalter signalisiert die Position des Werkstücks 50, so dass die Steuereinheiten 17, 18, 19 beginnen, die Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 zur Durchführung des Prozesses zu steuern.
In einem Schritt 120 werden die Daten des Simulationsarbeitsplatzes 34, die im Schritt 110 während der Berechnung der Datenübertragungsblöcke der Nachführung rechnerunabhängig erzeugt werden, in einer Datei von Nachführungsdaten gespeichert, die in der Robotersimulationsvorrichtung 30 gespeichert wird. In einem Schritt 130 wird die Datei von Nachführungsdaten mit den Daten 34 des Simulationsarbeitsplatzes in die Datenspeichervorrichtung 22 der Robotersteuerung 20 übertragen oder herunter geladen, um mit den Steuereinheiten 17, 18, 19 der Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 kommuniziert zu werden. Die Datei kann in einem beliebigen Dateiformat vorhanden sein, das so ausgelegt ist, dass es zum Lesen und Schreiben sowohl durch die Robotersimulationsvorrichtung 30 als auch die Steuereinheiten 17, 18, 19 kompatibel ist, wie etwa zum Beispiel eine Datei von XML-Daten.
Im Schritt 140 werden in der Robotersteuerung 20 Montagedaten bestätigt. Im Schritt 150 wird die aktuelle Montage des Roboterarbeitsplatzes 10 mit dem Simulationsarbeitsplatz 34 verglichen, der basierend auf der „idealen” Montage eingerichtet wurde, um zu bestimmen, ob es zwischen Roboterarbeitsplatz 10 und Simulationsarbeitsplatz 34 eine Abweichung gibt. Wenn die Konfiguration des Simulationsarbeitsplatzes 34 nicht nahe genug an die Konfiguration des echten Roboterarbeitsplatzes 10 herankommt, wird in den Schritten 160 und 170 das Verfahren zur Kalibrierung von Datenübertragungsblöcken 35 durchgeführt. Wenn die aktuelle Montage des Roboterarbeitsplatzes 10 nahe genug an die „ideale” Montage herankommt, kann die Kalibrierbewegungsbahn 36, wie in einem Schritt 180 gezeigt, eingeteacht werden.
Im Schritt 160 werden durch einen Anwender Datenübertragungsblöcke der Sollnachführung für jeden Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 in Echtzeit an dem echten Roboterarbeitsplatz 10 durch die Robotersteuerung 20 eingeteacht. Die Datenübertragungsblöcke der Sollnachführung für jeden Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 werden durch einen Anwender über ein Teach-in-Programm für Roboter eingeteacht. Das Teach-in-Programm umfasst eine Berechnung der Versetzung. Durch die Robotersteuerung 20 wird ein Verfahren zum Festlegen eines Arbeitsplatz-Datenübertragungsblocks des echten Roboterarbeitsplatzes 10 ausgeführt. Der Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock ist eine beliebige Position am echten Roboterarbeitsplatz 10, wo der gleiche Datenübertragungsblock der Sollnachführung für jeden Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 eingerichtet ist. Diese gleiche Stelle wird in der Robotersteuerung 20 die Stelle des Arbeitsplatz-Datenübertragungsblocks zum Zweck der Einrichtung eines gemeinsamen Arbeitsplatz-Datenübertragungsblocks über alle Robotersteuerungen 17, 18, 19. Um ein Ergebnis zu erzielen, in dem der Datenübertragungsblock der Sollnachführung für jeden Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 die gleiche Position ist, kann je nach Bedarf ein beliebiges Verfahren genutzt werden. Die tatsächliche Position, an der der Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock eingerichtet ist, ist nicht entscheidend und kann je nach Bedarf gewählt werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann, wie in 3 gezeigt ist, der Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock so gewählt werden, dass er sich an einer üblichen Stelle 58 befindet, an der sich eine Längsmittellinie c des Fördergerätes 54 mit einer Achse a des Weltkoordinatenursprungs des Datenübertragungsblock des ersten stromaufwärts gelegenen Roboters 11 bezüglich einer Bewegungsrichtung 60 des Werkstückes 50 auf dem Fördergerät 54 schneidet. Daher kann der Datenübertragungsblock der Sollnachführung für jeden Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 so eingeteacht werden, als befände er sich an der üblichen Stelle 58 des Arbeitsplatz-Datenübertragungsblocks. Es wird verständlich, dass eine beliebige Position, je nach Bedarf, als der Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock gewählt werden kann.
Wie in 4 und 5 gezeigt wird, ist ein Teach-in-Verfahren des Datenübertragungsblocks der Sollnachführung des Schrittes 160 nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Wie dargestellt wird, ist der echte Roboterarbeitsplatz 10 von der „idealen” Roboteranordnung abgekommen. Dieses Verfahren wird für jeden Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 an dem echten Roboterarbeitsplatz 10 durchgeführt. In einem ersten Schritt 161 wird das Werkstück 50 hinter dem Bauteildetektorschalter in den Bedienungsbereich 52 zum Einteachen bewegt. Der Schritt 161 wird so ausgeführt, dass der Abstand längs des Fördergerätes von jedem eingeteachten Punkt für den Datenübertragungsblock der Sollnachführung zu der Stelle des Bauteildetektorschalters bekannt sein wird. 5 veranschaulicht eine schematische beispielhafte Draufsicht des Verfahrens zum Einteachen der Sollnachführung, wenn die übliche Stelle 58 als der Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock gewählt ist. Wie dargestellt ist, wird das Werkstück 50 aus der festgelegten Position 56 am Bauteildetektorschalter zu einer festgelegten Position 57 bewegt, die durch den ersten stromaufwärts gelegenen Roboter 11 erreichbar ist, wie es im Schritt 162 gezeigt wird. Ein Werkzeug des ersten stromaufwärts gelegenen Roboters 11 berührt einen identifizierbaren Punkt 62 auf dem Werkstück 50 in einem Schritt 163. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist der identifizierbare Punkt 62 als ein Punkt auf dem Werkstück 50 dargestellt, der sich an einer Längsmittellinie w des Werkstücks 50 befindet. Jedoch kann der identifizierbare Punkt 62 je nach Bedarf irgendwo auf dem Werkstück 50 angeordnet sein.
Mit fortgesetztem Bezug auf 4 und 5 wird im Schritt 164 eine erste Position des identifizierbaren Punktes 62 als Ursprungspunkt in der Robotersteuerung 20 aufgezeichnet. Bei dem in 4 dargestellten, nicht einschränkenden Beispiel kann die Aufzeichnung des identifizierbaren Punktes 62 an der ersten Position geschehen, wenn der identifizierbare Punkt 62 mit der als Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock festgelegten, üblichen Stelle ausgerichtet ist. Die Versetzung oder der Abstand des Werkstücks 50 vom Bauteildetektorschalter wird ebenfalls im Schritt 164 aufgezeichnet. Der identifizierbare Punkt 62 kann je nach Bedarf an einer beliebigen Position am Arbeitsplatz 10 aufgezeichnet werden. In einem Schritt 165 wird das Werkstück 50 anschließend auf dem Fördergerät 54 weiter stromabwärts bezüglich der Bewegungsrichtung 60 des Fördergerätes bewegt. Im Schritt 165 wird der identifizierbare Punkt 62 wieder an der zweiten Position berührt. Die zweite Position wird dann im Schritt 166 als der Fördergerätepunkt aufgezeichnet. In einem Schritt 167 wird das Werkzeug des Roboters 11 in eine dritte Position tippgeschaltet, die sich in einer Richtung senkrecht oder normal zu der Bewegungsrichtung 60 des Fördergerätes 54 befindet. Das Werkstück 50 muss während des Schrittes 167 nicht entlang des Förderergerätes bewegt werden. Die dritte Position wird in dem Schritt 166 als Normalenpunkt aufgezeichnet. Im Schritt 168 wird der resultierende Datenübertragungsblock der Sollnachführung berechnet. Diese Verfahrensweise kann für jeden der Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 wiederholt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Datenübertragungsblock der Sollnachführung wie folgt ausgedrückt werden: T_letzte = T_erste·P wobei T_letzte der im Schritt 168 berechnete, resultierende Datenübertragungsblock der Sollnachführung ist. T_erste ist der Datenübertragungsblock der Sollnachführung, der entsprechend bestehender Teach-in-Programme berechnet wird, was durch eine 4×4 Transformationsmatrix dargestellt wird. Die x-Richtung von T_erste kann durch den Vektor (P_c – P₀) definiert werden, wobei P₀ der Ursprungspunkt und P_c der Punkt des Förderergeräts ist. Die z-Richtung wird bestimmt durch das Kreuzprodukt des Vektors [(P_c – P₀) × (P_N – P_C)], wobei P_N der Normalenpunkt ist. Bei gegebener x-Richtung und z-Richtung kann die y-Richtung automatisch als orthogonal zu dem Vektor der x-Richtung und dem Vektor der z-Richtung gemäß der rechten Handregel definiert werden. P ist die Versetzung, die im Schritt 164 aufgezeichnet wird. Die Versetzung wird durch eine 4×4 Transformationsmatrix mit einem Wert nur in der x-Koordinate dargestellt, so dass P = [x y z w p r] = [(Versetzungswert) 0 0 0 0 0] ist, wobei der Versetzungswert der Abstand des Werkstückes 50 vom Bauteildetektorschalter ist. Durch Bestimmung der Versetzung vom Bauteildetektorschalter und Nutzung der Versetzung bei der Berechnung des Datenübertragungsblocks der Sollnachführung wird ein allen Robotern 11, 12, 13, 14, 15, 16 am echten Roboterarbeitsplatz 10 gemeinsamer Datenübertragungsblock der Sollnachführung garantiert. Dieser gemeinsame Datenübertragungsblock der Sollnachführung wird der Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock.
Gemäß 2 wird im Schritt 170 die Datenübertragungsblockkalibrierung 35 in der Datei der Nachführungsdaten gespeichert. Bei bestimmten Mehrfachrobotersystemen kann es der Fall sein, dass nicht alle Roboter im Mehrfachrobotersystem in der Lage sein werden, den identifizierbaren Punkt 62 am Werkstück 50 zu berühren. Bei diesem Plan kann der Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock durch ein Roboter-zu-Roboter Kalibrierverfahren bestimmt werden, so dass der Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock von einem Roboter, der den Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock bereits eingerichtet hat, zu anderen Roboter in dem Mehrfachrobotersystem kopiert werden kann. Zusätzlich wird verständlich, dass, je nach Bedarf, andere Verfahren zum Einteachen von Datenübertragungsblöcken der Sollnachführung eingesetzt werden können, wie etwa die Nutzung des Sehvermögens, um die Datenübertragungsblöcke der Sollnachführung zur Einrichtung des Arbeitsplatz-Datenübertragungsblocks einzuteachen.
Mit fortgesetztem Bezug auf 2 wird die Kalibrierbewegungsbahn 36 auf dem Werkstück 50 nach einer Ausführungsform der Erfindung im Schritt 180 eingeteacht. Wenn der Simulationsarbeitsplatz 34 nahe genug an die „ideale” Roboteranordnung herankommt, kann die Kalibrierbewegungsbahn 36 eingeteacht werden oder die Kalibrierbewegungsbahn 36 kann eingeteacht werden, nachdem die Kalibrierung 35 von Datenübertragungsblöcken bestimmt ist. Die Kalibrierbewegungsbahn 36 wird für jeden Typ des Werkstücks 50 eingeteacht. Die Kalibrierbewegungsbahn 36 wird durch ein Teach-in-Programm an einem der Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 eingeteacht. Die Kalibrierbewegungsbahn 36 kann an einem der Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 an dem echten Roboterarbeitsplatz 10 eingeteacht werden, indem mindestens drei nichtlineare Punkte auf dem Werkstück 50 eingeteacht werden. Die drei nichtlinearen Punkte können Punkte auf dem Werkstück 50 sein, die identifizierbaren Merkmalen auf dem Werkstück 50 selbst entsprechen, die bildlich auf dem Werkstück und auf CAD, das auf dem Robotersimulationsgerät 30 angezeigt wird, ersichtlich sind. Die Kalibrierbewegungsbahn 36 muss nur an einem Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 eingeteacht werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Kalibrierbewegungsbahn 36 an dem ersten stromaufwärts befindlichen Roboter 11 bezüglich der Bewegungsrichtung 60 des Förderergerätes 54 eingeteacht werden. Im Schritt 190 kann die Kalibrierbewegungsbahn 36 und die Datei von Nachführungsdaten mit der Kalibrierung 35 von Datenübertragungsblöcken in die Robotersimulationsvorrichtung 30 zurück geladen werden.
Im Schritt 200 werden die Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 durch den Simulationsarbeitsplatz 34 der Robotersimulationsvorrichtung 30 auf Basis der Kalibrierung 35 von Datenübertragungsblöcken verlegt oder neu ausgerichtet. Nachdem die Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 verlegt sind, wird das Werkstück 50, wie es auf dem Simulationsarbeitsplatz 34 durch CAD auf dem Robotersimulationsgerät 30 angezeigt ist, anschließend im Schritt 210 auf der Basis der Kalibrierbewegungsbahn 36 verlegt. 6 veranschaulicht ein Beispiel der CAD-Anzeige des Simulationsarbeitsplatzes 34 auf der Robotersimulationsvorrichtung 30, nachdem die Kalibrierbewegungsbahn 36 in das Robotersimulationsgerät 30 geladen ist. Die Darstellung zeigt das Werkstück 50 entsprechend der idealen Anordnung und eine Darstellung des Werkstücks 50 am echten Roboterarbeitsplatz 10 entsprechend der Kalibrierbewegungsbahn 36. Eine Knotenabbildung 64 wird angezeigt, die die an dem Werkstück 50'' am echten Roboterarbeitsplatz 10 eingeteachte Kalibrierbewegungsbahn 36 darstellt. Die einem Anwender durch die Robotersimulationsvorrichtung 30 so angezeigte Knotenabbildung 64 kann das Werkstück 50' entsprechend der „idealen” Anordnung mit dem Werkstück 50'' am echten Roboterarbeitsplatz 10 physikalisch ausrichten. Zum Ausrichten wird das Werkstück 50' der „idealen” Anordnung mit der auf der Robotersimulationsvorrichtung 30 angezeigten Knotenabbildung 64 aufgestellt. Dieser Schritt 210 wird für jeden Typ des Werkstückes 50 durchgeführt.
Beim Schritt 220 berechnet die Robotersimulationsvorrichtung 30 die Versetzung 37 der Bauteilnachführung. Die Versetzung 37 der Bauteilnachführung ist eine veränderliche 4×4 Transformation, die der Positionsänderung des Werkstücks 50 der idealen Anordnung von der Position des Werkstücks 50 an dem echten Roboterarbeitsplatz 10 entspricht. Die 4×4 Transformation wird als Datenübertragungsblock der Sollnachführung für jeden Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 ausgedrückt. Weil sich der Datenübertragungsblock der Sollnachführung für jeden Roboter an der gleichen Stelle oder im Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock befindet, muss die Versetzung 37 der Bauteilnachführung nur für einen Roboter 11, 12, 13, 14, 15, 16 berechnet werden. Die resultierenden Daten aus der Berechnung der Versetzung 37 der Bauteilnachführung können dann für alle Roboter auf der gleichen Seite des Förderergeräts gültig sein. Zum Beispiel kann die Versetzung 37 der Bauteilnachführung für den ersten stromaufwärts befindlichen Roboter berechnet werden, wobei diese Berechnung für die Roboter 13, 15 auf der gleichen Seite des Förderergeräts 54 gültig sein werden. Diese Versetzung 37 der Bauteilnachführung kann anschließend für die Roboter 12, 14, 16 verwendet werden, die sich auf der anderen Seite des Förderergeräts befinden, indem zum Beispiel eine einfache Zeichenänderung bei Richtungs- und Rotationskomponenten der Datenübertragungsblöcke der Sollnachführung der Roboter 12, 14, 16 bei Bedarf verwendet wird.
Sobald die Versetzung 37 der Bauteilnachführung berechnet ist, wird die Versetzung 37 der Bauteilnachführung in der Datei von Nachführungsdaten, wie im Schritt 230 dargestellt, gespeichert. Die Datei von Nachführungsdaten mit der Versetzung 37 der Bauteilnachführung wird anschließend im Schritt 240 in die Robotersteuerung 20 herauf geladen, um von den Robotersteuerungen 17, 18, 19 durch die Datenspeichervorrichtung 22 verwendet zu werden. In der Robotersteuerung 20 wird die Versetzung 37 der Bauteilnachführung für jeden Typ des Werkstücks 50 während der Produktion und des Einteachens des echten Mehrfachrobotersystems verwendet. Diese Versetzung 37 der Bauteilnachführung kann verwendet werden, um Positionsdaten der Produktion zu verschieben, wenn das Werkstück 50 bearbeitet oder hergestellt wird.
Gemäß den Bestimmungen der Patentsatzungen wurde die vorliegende Erfindung dahingehend beschrieben, was als Darstellung ihrer bevorzugten Ausführungsform betrachtet wird. Es soll jedoch angemerkt werden, dass die Erfindung, anders als speziell veranschaulicht und beschrieben, in die Praxis umgesetzt werden kann, ohne von ihrem Geist oder Umfang abzuweichen.

Claims

System zur Kalibrierung eines Mehrfachrobotersystems, umfassend: eine Robotersimulationsvorrichtung mit einem Prozessor, der darin zur Erzeugung eines Simulationsarbeitsplatzes basierend auf einer vorgegebenen Anordnung eines echten Roboterarbeitsplatzes eingerichtet ist, wobei die Robotersimulationsvorrichtung mit einer Robotersteuerung kommuniziert, die Roboter an dem echten Roboterarbeitsplatz steuert; und ein Softwareprogramm, das durch die Robotersimulationsvorrichtung und/oder die Robotersteuerung zum Berechnen einer Versetzung der Bauteilnachführung zwischen dem Simulationsarbeitsplatz und dem echten Roboterarbeitsplatz ausgeführt wird, wobei die Robotersteuerung die Versetzung der Bauteilnachführung zum Steuern der Roboter nutzt.
System nach Anspruch 1, bei dem die Robotersimulationsvorrichtung rechnerunabhängig von der Robotersteuerung arbeitet.
System nach Anspruch 1, bei dem die Robotersimulationsvorrichtung eine Anzeige aufweist, die ein dreidimensionales Modell des Mehrfachrobotersystems und eines Werkstückes am echten Roboterarbeitsplatz bereitstellt.
System nach Anspruch 1, bei dem die vorgegebene Anordnung auf einer Fertigungszeichnung des Mehrfachrobotersystems basiert.
System nach Anspruch 1, bei dem das Softwareprogramm Nachführungsdatenübertragungsblöcke an dem Simulationsarbeitsplatz durch die Robotersimulationsvorrichtung herstellt.
System nach Anspruch 1, bei dem die Versetzung der Bauteilnachführung auf der Basis einer durch die Robotersteuerung ausgeführten Kalibrierung von Datenübertragungsblöcken und/oder einer durch die Robotersteuerung ausgeführten Kalibrierbewegungsbahn berechnet wird.
System nach Anspruch 6, bei dem die Kalibrierung von Datenübertragungsblöcken die Berechnung eines Arbeitsplatz-Datenübertragungsblocks ist, und die Kalibrierbewegungsbahn die Berechnung einer eingeteachten Bewegungsbahn auf einem Werkstück ist.
System nach Anspruch 1, bei dem die Versetzung der Bauteilnachführung für ein sich auf einem Förderergerät am echten Roboterarbeitsplatz bewegenden Werkstück verantwortlich ist.
Verfahren zur Kalibrierung eines Mehrfachrobotersystems mit den Schritten: Erzeugen eines Simulationsarbeitsplatzes einer Bedienung eines echten Roboterarbeitsplatzes durch eine Robotersimulationsvorrichtung, wobei der Simulationsarbeitsplatz auf einer vorgegebenen Anordnung des echten Roboterarbeitsplatzes basiert; Herstellen von Nachführungsdatenübertragungsblöcken am Simulationsarbeitsplatz durch die Robotersimulationsvorrichtung; Festlegen durch eine Robotersteuerung für Roboter an dem echten Roboterarbeitsplatz, ob zwischen dem Simulationsarbeitsplatz und dem echten Roboterarbeitsplatz eine Abweichung besteht; und Ausführen einer Kalibrierung von Datenübertragungsblöcken und/oder einer Kalibrierbewegungsbahn durch die Robotersteuerung, um den Simulationsarbeitsplatz mit dem echten Roboterarbeitsplatz zur Steuerung der Roboter zu kalibrieren.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Robotersimulationsgerät von der Robotersteuerung rechnerunabhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die vorgegebene Anordnung auf einer Fertigungszeichnung des Mehrfachrobotersystems basiert.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Kalibrierung von Datenübertragungsblöcken ausgeführt wird, wenn zwischen dem Simulationsarbeitsplatz und dem echten Roboterarbeitsplatz die Abweichung besteht, und das die Schritte umfasst: Herstellen eines Arbeitsplatz-Datenübertragungsblocks an dem echten Roboterarbeitsplatz; und Einteachen eines Datenblocks der Sollnachführung für jeden der Vielzahl von Robotern des Mehrfachrobotersystems durch die Robotersteuerung, so dass sich der Datenübertragungsblock der Sollnachführung für jeden der Vielzahl von Robotern in dem Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock befindet.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Einteachen des Datenblocks der Sollnachführung das Berühren eines identifizierbaren Punktes auf einem Werkstück an dem echten Roboterarbeitsplatz durch ein Werkzeug von zumindest einem Roboter der Vielzahl von Robotern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem eine Versetzung durch die Robotersteuerung während des Einteachens des Datenübertragungsblocks der Sollnachführung für jeden Roboter der Vielzahl von Robotern aufgezeichnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Kalibrierbewegungsbahn das Einteachen von mindestens drei nichtlinearen Punkten auf einem Werkstück umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, umfassend die Schritte: Verlegen durch die Robotersimulationsvorrichtung des Simulationsarbeitsplatzes, so dass er im Wesentlichen dem echten Roboterarbeitsplatz entspricht; und Berechnen einer Versetzung der Bauteilnachführung durch die Robotersimulationsvorrichtung basierend auf der Verlegung des Simulationsarbeitsplatzes.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem auf der Robotersimulationsvorrichtung eine Knotenabbildung angezeigt wird, um einen Anwender beim Verlegen des Simulationsarbeitsplatzes zu unterstützen.
Verfahren zur Kalibrierung eines Mehrfachrobotersystems mit den Schritten: Erzeugen eines Simulationsarbeitsplatzes einer Bedienung eines echten Roboterarbeitsplatzes durch eine Robotersimulationsvorrichtung, wobei der Simulationsarbeitsplatz auf einer vorgegebenen Anordnung des echten Roboterarbeitsplatzes basiert; Herstellen von Nachführungsdatenübertragungsblöcken an dem Simulationsarbeitsplatz durch die Robotersimulationsvorrichtung; Festlegen durch eine Robotersteuerung für Roboter am echten Roboterarbeitsplatz, ob zwischen dem Simulationsarbeitsplatz und dem echten Roboterarbeitsplatz eine Abweichung besteht; Ausführen einer Kalibrierung von Datenübertragungsblöcken und/oder einer Kalibrierbewegungsbahn durch die Robotersteuerung zum Kalibrieren des Simulationsarbeitsplatzes mit dem echten Roboterarbeitsplatz; Verlegen durch die Robotersimulationsvorrichtung des Simulationsarbeitsplatzes, so dass der im Wesentlichen dem echten Roboterarbeitsplatz entspricht; und Berechnen einer Versetzung der Bauteilnachführung durch die Robotersimulationsvorrichtung basierend auf der Verlegung des Simulationsarbeitsplatzes und Verwendung der Versetzung der Bauteilnachführung zur Steuerung der Roboter.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Kalibrierung von Datenübertragungsblöcken ausgeführt wird, wenn zwischen Simulationsarbeitsplatz und echtem Roboterarbeitsplatz die Abweichung besteht, und das die Schritte umfasst: Herstellen eines Arbeitsplatz-Datenübertragungsblocks an dem echten Roboterarbeitsplatz; und Einteachen eines Datenübertragungsblocks der Sollnachführung für jeden einer Vielzahl von Robotern des Mehrfachrobotersystems durch die echte Robotersteuerung, so dass sich der Datenübertragungsblock der Sollnachführung für jeden der Vielzahl von Robotern in dem Arbeitsplatz-Datenübertragungsblock befindet.