DE102016001073B4

DE102016001073B4 - Mehrachsroboter sowie Verfahren zu dessen Steuerung bei der Lackierung von Gegenständen

Info

Publication number: DE102016001073B4
Application number: DE102016001073.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schwab; Mirjam Salomon
Original assignee: Eisenmann SE
Current assignee: B+m Surface Systems De GmbH
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: WO2017133929A1; CN108698226A; US20190039249A1; EP3411196A1; DE102016001073A1

Abstract

Mehrachsroboter (18),
a) mit einer kinematischen Kette, die ein Werkzeugglied (36, 38) und mindestens ein weiteres Glied (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34) aufweist,
b) wobei das Werkzeugglied (36, 38) ein erstes Werkzeug (40) trägt,
c) mit einer Robotersteuerung (50), die zur Steuerung des ersten Werkzeugs eine Kinematiksteuerung (51) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Bewegungsbahn des ersten Werkzeugs (40) anhand eines parametrisierbaren Werkzeugmittelpunkts (44) entgegenzunehmen und daraufhin die Glieder (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) der kinematischen Kette derart anzusteuern, dass der Werkzeugmittelpunkt (44) der Bewegungsbahn folgt, dadurch gekennzeichnet, dass
d) das mindestens eine weitere Glied (28, 30) ein zweites Werkzeug (42, 43) trägt und dass
e) die Robotersteuerung (50) zur Steuerung des zweiten Werkzeugs (42, 43) derart eingerichtet ist, dass sie
- sämtliche Glieder (32, 34, 36, 38) entlang der kinematischen Kette von dem Werkzeugglied (36, 38) zu dem mindestens einen weiteren Glied (28, 30), welches das zweite Werkzeug (42, 43) trägt, in einer Fixierstellung festlegt,
- den Werkzeugmittelpunkt (44) auf einen Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs (42, 43) parametrisiert und
- der Kinematiksteuerung (51) die Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs (42, 43) übergibt, sodass diese unter der Nebenbedingung, dass die Fixierstellung der Glieder (32, 34, 36, 38) beibehalten wird, anhand des neu parametrisierten Werkzeugmittelpunkts (44) die übrigen Glieder (22, 24, 26, 28, 30) der kinematischen Kette derart ansteuert, dass der Werkzeugmittelpunkt (44) der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs (42, 43) folgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Mehrachsroboter, insbesondere ein Lackierroboter,

a) mit einer kinematischen Kette, die ein Werkzeugglied und mindestens ein weiteres Glied aufweist,
b) wobei das Werkzeugglied ein erstes Werkzeug, insbesondere ein Applikationsgerät, trägt,
c) mit einer Robotersteuerung, die zur Steuerung des ersten Werkzeugs eine Kinematiksteuerung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Bewegungsbahn des ersten Werkzeugs anhand eines parametrisierbaren Werkzeugmittelpunkts entgegenzunehmen und daraufhin die Glieder der kinematischen Kette derart anzusteuern, dass der Werkzeugmittelpunkt der Bewegungsbahn folgt.

Die Erfindung betrifft ferner eine zugehörige Lackieranlage sowie Verfahren zur Steuerung eines Mehrachsroboters, zur Programmierung eines Mehrachsroboters sowie zur Lackierung von Gegenständen.
Beschreibung des Standes der Technik
Derzeit ist es gängige Praxis, dass Mehrachsroboter mit einer Kinematiksteuerung ausgeliefert werden, welche auf dessen kinematische Kette, d.h. auf die Anzahl und Ausgestaltung der beweglichen Glieder und Bewegungsachsen des Mehrachsroboters abgestimmt ist. Die Kinematiksteuerung beinhaltet ein vollständiges Kinematikmodell der kinematischen Kette des Mehrachsroboters, welches es erlaubt, auf einfache Weise die Bewegungsbahn eines am vorderen Ende des Mehrachsroboters angebrachten Werkzeugs zu programmieren. Als Referenzpunkt für die Werkzeugposition wird dabei je nach angebrachtem Werkzeug am endständigen Werkzeugglied in der Kinematiksteuerung ein sog. Werkzeugmittelpunkt (Tool Center Point) hinterlegt, welcher dann über entsprechende Programmierung die für den Prozessablauf notwendige Bewegungsbahn abfahren soll.
In diesem Zusammenhang wird selbstverständlich auch die Ausrichtung des Werkzeugs bezüglich des Werkzeugmittelpunkts sowie die Bewegungsgeschwindigkeit entlang der Bewegungsbahn berücksichtigt, so dass der Werkzeugmittelpunkt üblicherweise eine vektorielle Größe darstellt. Der Einfachheit halber werden diesbezügliche Ausführungen nachfolgend jedoch nicht weiter ausgeführt, da ein Fachmann diese Vorgehensweise kennt.
Die Kinematiksteuerung des Roboterherstellers übernimmt daraufhin unter Berücksichtigung der vollständigen Kinematikkette des Mehrachsroboters die Berechnung der für die Bewegung notwendigen Stellungen der verschiedenen Glieder des Mehrachsroboters und steuert die Aktuatoren entsprechend an. Dabei stellt die Kinematiksteuerung beispielsweise sicher, dass die jeweiligen Glieder zur Kollisionsvermeidung nur innerhalb vorgegebener Bewegungsbereiche angesteuert werden, dass die neue Position entlang der Bewegungsbahn möglichst schnell erreicht wird oder dass dazu möglichst energieeffiziente Bewegungen erfolgen.
Somit kann der Anwender den Mehrachsroboter mit Hilfe der Kinematiksteuerung auf einfache Weise so programmieren, dass er die für ihn vorgesehenen Aufgaben erledigt.
Aus der DE 10 2012 017 538 A1 ist ein Roboterarm für die Lackierung von Fahrzeugen bekannt, der an seinem freischwingenden Ende mehrere Werkzeuge trägt, die abwechselnd in eine Arbeitsposition gedreht werden können.
Auch die DE 10 2005 027 236 A1 zeigt einen Applikationsroboter, der an seinem Ende mehrere Werkzeuge zur Beschichtung von Werkstücken aufweist.
Eine Vorrichtung mit mehreren endständigen Werkzeugen kann ferner der DE 40 25 663 A1 entnommen werden, die vorschlägt, neben einer zur Substanzabgabe auf ein Werkstück eingerichteten Auftragsdüse eine als Abstreifreiniger eingerichtete Reinigungseinrichtung anzuordnen.
Ein Roboter der endständig eine Farbdüse und einen Türgreifer aufweist, ist aus der DE 32 44 053 A1 bekannt.
Die DE 83 22 699 U1 offenbart eine Vorrichtung, bei der ebenfalls am freien Ende eines dreidimensional schwenkbaren Arms zusätzlich zur Halterung für ein Werkzeug eine Handhabe angebracht ist, die zum Öffnen von Türen oder Klappen am Werkstück eingerichtet ist.
Eine Universalgreifvorrichtung und ein Verfahren zum Greifen unterschiedlicher Bauteile wird in der DE 10 2014 017 246 A1 gezeigt.
Allerdings hat beispielsweise bei der Lackierung von Gegenständen wie Fahrzeugkarosserien die Erfahrung gezeigt, dass man in manchen Situationen ein zweites Werkzeug benötigt, welches nicht am Werkzeugglied sondern an einem in der kinematischen Kette weiter hinten angeordneten Glied befestigt ist. Dies hat damit zu tun, dass die vorderen Glieder eines Mehrachsroboters feingliedriger sind und entsprechend weniger Kraft aufbringen können.
In diesem Fall müsste der Anwender des Mehrachsroboters nach dem bisher bekannten Vorgehen die Kinematiksteuerung des Roboterherstellers weitestgehend umgehen und selbst die benötigten Stellungen der Glieder berechnen und ansteuern. Dies gelingt im Rahmen der Kosten- und Aufwandsvorgaben eines Projekts nur unbefriedigend.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Mehrachsroboter sowie Verfahren zu dessen Steuerung anzugeben, welche die Verwendung eines zweiten Werkzeugs erlauben.
Erfindungsgemäß wird diese dadurch erreicht, dass

d) das mindestens eine weitere Glied ein zweites Werkzeug trägt und dass
e) die Robotersteuerung zur Steuerung des zweiten Werkzeugs derart eingerichtet, ist, dass sie
- - sämtliche Glieder entlang der kinematischen Kette von dem Werkzeugglied zu dem mindestens einen weiteren Glied, welches das zweite Werkzeug trägt, in einer Fixierstellung festlegt,
- - den Werkzeugmittelpunkt auf einen Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs parametrisiert und
- - der Kinematiksteuerung die Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs übergibt, sodass diese unter der Nebenbedingung, dass die Fixierstellung der Glieder beibehalten wird, anhand des neu parametrisierten Werkzeugmittelpunkts die Glieder der kinematischen Kette derart ansteuert, dass der Werkzeugmittelpunkt der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs folgt.

Die Erfinder haben erkannt, dass eine Kinematiksteuerung auch zur Steuerung eines zweiten Werkzeugs, das von einem anderen Glied als dem Werkzeugglied getragen wird, verwendet werden kann, wenn man die Freiheitsgrade der kinematischen Kette zwischen dem endständigen Werkzeugglied und dem anderen Glied blockiert, indem man das oder die dazwischen liegenden Glieder festlegt. Typische Kinematiksteuerungen erlauben eine solche Festlegung einzelner oder mehrerer Glieder beispielsweise zur Kollisionsvermeidung.
Durch das Festlegen der Glieder ist daraufhin die Geometrie zwischen dem Werkzeugglied und dem Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs genau definiert, sodass durch Parametrisieren des in der Kinematiksteuerung hinterlegten Werkzeugmittelpunkts auf den Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs für die Kinematiksteuerung im Grunde eine Art virtuelles Werkzeug erzeugt wird, das ausgehend vom Werkzeuglied sämtliche Glieder bis zum zweiten Werkzeug umfasst. Der Begriff sämtliche Glieder beinhaltet auch nur ein einzelnes Glied, welches dann das Werkzeugglied wäre.
Die Kinematiksteuerung steuert dadurch weiterhin mit Hilfe des intrinsischen Kinematikmodells bezogen auf das endständige Werkzeugglied den Werkzeugmittelpunkt. Allerdings werden dabei die Nebenbedingungen hinsichtlich der festgelegten Glieder beachtet, sodass letztlich nur das oder die hinteren Glieder bis einschließlich demjenigen Glied bewegt werden, welches das zweite Werkzeug trägt.
Erste und zweite Werkzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung können beispielsweise Applikationsgeräte wie Rotatationszerstäuber, Spritzpistolen oder Druckköpfe, Greifer, Tür- oder Haubenöffner, Messgeräte wie Scanner oder optische oder mechanische Oberflächenmessgeräte, Schweißköpfe oder Werkzeuge zum Zwischentrocknen wie Strahler oder Luftdüsen sein.
Beim Wechsel auf das zweite Werkzeug können die Glieder, die festgelegt werden, auf einfache Weise in eine zuvor definierte Fixierstellung verfahren werden. Dadurch ist die Position des Arbeitspunkts des zweiten Werkzeugs bezüglich dem Werkzeugglied bereits bekannt und kann entsprechend parametrisiert werden. Vorzugsweise entspricht die Fixierstellung jedoch einer Stellung, welche das oder die zu fixierenden Glieder unmittelbar vor dem Wechsel auf das zweite Werkzeug einnimmt bzw. einnehmen. In diesem Fall muss die Robotersteuerung dazu eingerichtet sein, jeweils beim Wechsel die Position des Arbeitspunkts bezüglich des Werkzeugglieds zu berechnen, um die Kinematiksteuerung richtig zu parametrisieren. Auf diese Weise werden unnötige Bewegungen der Glieder vermieden.
Vorzugsweise wird beim Parametrisieren des Werkzeugmittelpunkts auf den Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs auch die Außenkontur des festgelegten Teils der Kinematikkette parametrisiert. Dadurch kann weiterhin die Kollisionsüberwachung der Kinematiksteuerung genutzt werden.
Falls die Kinematiksteuerung bereits die Berechnung unter Nebenbedingung fixierter Glieder erlaubt, sollte darin bereits das Trägheitsmoment der Glieder berücksichtigt sein. Gegebenenfalls müsste jedoch noch eine Anpassung des Trägheitsmoments der Werkzeuge an den geänderten Werkzeugmittelpunkt vorgenommen werden (d.h. im Grunde eine Überführung in das geänderte Werkzeugmittelpunkt-Koordinatensystem).
Ferner kann das mindestens eine weitere Glied mehrere zweite Werkzeuge tragen. In diesem Fall kann die Robotersteuerung dazu eingerichtet sein, den Werkzeugmittelpunktjeweils auf dasjenige zweite Werkzeug zu parametrisieren, welches gesteuert werden soll.
Auf diese Weise können an einem hinteren Glied der Kinematikkette mehrere verschiedene Werkzeuge, beispielsweise ein Türöffner und ein davon separater Haubenöffner, vorgesehen und angesteuert werden.
Das erfindungsgemäße Ansteuerungsprinzip kann selbstverständlich auch auf Werkzeuge an verschiedenen Gliedern angewandt werden. So können auch mehrere zweite Werkzeuge an unterschiedlichen weiteren Gliedern angeordnet sein. Dazu kann die Robotersteuerung dazu eingerichtet sein, dass sie die entsprechenden Glieder entlang der Kinematikkette von dem Werkzeugglied bis zu dem jeweiligen weiteren Glied, welches das jeweilige zweite Werkzeug trägt, in einer Fixierstellung festlegt und dass sie die Kinematiksteuerung entsprechend parametrisiert und ansteuert.
Im Hinblick auf eine Lackieranlage zum Lackieren von Gegenständen, insbesondere von Fahrzeugkarosserien oder -anbauteilen, kann vorteilhaft ein solcher Mehrachsroboter als Lackierroboter verwendet werden.
Im Hinblick auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Mehrachsroboters, insbesondere eines Lackierroboters, mit einer kinematischen Kette, die ein Werkzeugglied und mindestens ein weiteres Glied aufweist, wobei das Werkzeugglied ein erstes Werkzeug, insbesondere ein Applikationsgerät, und das mindestens eine weitere Glied ein zweites Werkzeug tragen kann, sind folgende Schritte vorgesehen:

a) Bereitstellen einer Robotersteuerung, die zur Steuerung des ersten Werkzeugs eine Kinematiksteuerung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Bewegungsbahn des ersten Werkzeugs anhand eines parametrisierbaren Werkzeugmittelpunkts entgegenzunehmen und daraufhin die Glieder der kinematischen Kette derart anzusteuern, dass der Werkzeugmittelpunkt der Bewegungsbahn folgt;
b) Festlegen sämtlicher Glieder entlang der kinematischen Kette von dem Werkzeugglied zu dem mindestens einen weiteren Glied, welches das zweite Werkzeug trägt, in einer Fixierstellung;
c) Parametrisieren des Werkzeugmittelpunkts der Kinematiksteuerung auf einen Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs;
d) Übergeben der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs an die Kinematiksteuerung, sodass diese unter der Nebenbedingung, dass die Fixierstellung der Glieder beibehalten wird, anhand des neu parametrisierten Werkzeugmittelpunkts die Glieder der kinematischen Kette derart ansteuert, dass der Werkzeugmittelpunkt der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs folgt.

Vorzugsweise können vorher die folgenden Schritte durchgeführt werden:

a) Programmieren der Bewegungsbahn des ersten Werkzeuges mit Hilfe eines Werkzeugmittelpunkts;
b) Programmieren der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeuges mit Hilfe eines Werkzeugmittelpunkts unter der Nebenbedingung, dass die Fixierstellung der Glieder beibehalten wird.

Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu verwendet werden, einen Mehrachsroboter mit einer kinematischen Kette von x-n Gliedern mit Hilfe einer Kinematiksteuerung zu steuern, die für einen Mehrachsroboter mit x Gliedern ausgelegt ist. In diesem Fall entspricht das reale Werkzeugglied des Mehrachsroboters mit x-n Gliedern für die Steuerungszwecke dem zweiten Werkzeug. Die endständigen n Glieder werden dabei vollständig festgelegt, sodass die Kinematiksteuerung diese während des gesamten Prozesses als feststehende Nebenbedingung beibehält.
Besonders vorteilhaft kann die oben beschriebene Lehre bei einem Verfahren zum Lackieren eines Gegenstandes mit einem beweglichen Bauteil, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie mit einer Türe, einer Motorhaube, einer Kofferraumklappe und/oder einer Tankklappe, eingesetzt werden. Dazu umfasst dieses folgende Schritte:

a) Bereitstellen eines Lackierroboters, mit einer kinematischen Kette, die ein Werkzeugglied und mindestens ein weiteres Glied aufweist, wobei das Werkzeugglied ein Applikationsgerät als erstes Werkzeug und das mindestens eine weitere Glied ein zweites Werkzeug trägt,
b) Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung des Lackierroboters, um mit dem zweiten Werkzeug das bewegliche Bauteil zu bewegen;
c) Lackieren des Gegenstandes vor und/oder nach dem Bewegen des beweglichen Bauteils mit Hilfe des Applikationsgerätes;

Ferner kann erfindungsgemäß ein Verfahren zur Implementierung eines Mehrachsroboters, insbesondere eines Lackierroboters, mit einer kinematischen Kette, die ein Werkzeugglied und mindestens ein weiteres Glied aufweist, wobei das Werkzeugglied ein erstes Werkzeug, insbesondere ein Applikationsgerät, und das mindestens eine weitere Glied ein zweites Werkzeug tragen kann, folgenden Schritte umfassen:

a) Programmieren der Bewegungsbahn des ersten Werkzeuges, insbesondere eines Applikationsgerätes, in eine Kinematiksteuerung, die dazu eingerichtet ist, die Bewegungsbahn des ersten Werkzeugs anhand eines parametrisierbaren Werkzeugmittelpunkts entgegenzunehmen und daraufhin die Glieder der kinematischen Kette derart anzusteuern, dass der Werkzeugmittelpunkt der Bewegungsbahn folgt;
b) Festlegen sämtlicher Glieder entlang der kinematischen Kette von dem Werkzeugglied zu dem mindestens einen weiteren Glied, welches das zweite Werkzeug trägt, in einer Fixierstellung;
c) Parametrisieren des Werkzeugmittelpunkts der Kinematiksteuerung auf einen Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs;
d) Programmieren der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs in die Kinematiksteuerung, sodass diese unter der Nebenbedingung, dass die Fixierstellung der Glieder beibehalten wird, anhand des neu parametrisierten Werkzeugmittelpunkts die Glieder der kinematischen Kette derart ansteuern kann, dass der Werkzeugmittelpunkt der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs folgt.

Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Lackieranlage mit zwei Mehrachsrobotern als Lackierroboter;
2 eine schematische Teilansicht im Querschnitt durch die Lackieranlage, welche die Programmierung einer Bewegungsbahn eines Applikationsgerätes veranschaulicht;
3 eine schematische Teilansicht im Querschnitt durch die Lackieranlage, welche die Programmierung einer Bewegungsbahn eines anderweitigen Betätigungselements veranschaulicht;
4 ein Ablaufdiagramm, welches die Verfahrensschritt zur Reduktion der Kinematik zeigt.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer beispielhaften Lackieranlage 10, die hier zur Lackierung von Fahrzeugkarosserien 12 oder deren Anbauteile vorgesehen ist, die als bewegliches Bauteil beispielsweise eine Motorhaube 13 aufweisen.
Dazu werden die Fahrzeugkarosserien 12 mit Hilfe einer Fördereinrichtung 14 durch eine Lackierkabine 16 hindurchbewegt, in welcher Mehrachsroboter als Lackierroboter 18 angeordnet sind.
Ein solcher Lackierroboter 18 weist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zunächst einen Standfuß 20 sowie ein Rumpfelement 22 auf. An diesem Rumpfelement 22 ist am oberen Ende ein Dreiachsgelenk 24 angeordnet, welches eine gelenkige Verbindung zu einem ersten Armabschnitt 26 herstellt. Am anderen Ende des ersten Armabschnitts 26 ist ein Einachsgelenk 28 angeordnet, welches seinerseits zwischen dem ersten Armabschnitt 26 und einem zweiten Armabschnitt 30 eine gelenkige Verbindung herstellt. Am zweiten Armabschnitt 30 ist wiederum ein Dreiachsgelenk 32 angeordnet, welches seinerseits einen dritten Armabschnitt 34 trägt. Dieser dritte Armabschnitt 34 weist ein Einachsgelenk 36 auf, welches einen Handabschnitt 38 trägt, an welchem das erste Werkzeug, in diesem Fall ein Rotationszerstäuber 40 mit einem Glockenteller, montiert ist.
Ferner weist der Lackierroboter 18 an dem zweiten Armabschnitt 30 ein Betätigungselement als zweites Werkzeug auf, hier beispielhaft ein Motorhaubenöffner 42. Ferner ist als alternativ anwendbares zweites Werkzeug hier außerdem ein Tankklappenöffner 43 am selben zweiten Armabschnitt 30 vorgesehen.
Die verschiedenen Gelenke und Abschnitte des Lackierroboters 18 vom Standfuß 20 bis zum Armabschnitt 30 bilden zusammen die kinematische Kette des Lackierroboters 18.
Um festzulegen, wie sich der Rotationszerstäuber 40 um die Fahrzeugkarosserie 12 herum bewegt, wird dem Rotationszerstäuber 40 wie aus 2 ersichtlich, ein sog. Werkzeugmittelpunkt 44 als Referenzpunkt zugeordnet. Bei diesem Werkzeugmittelpunkt 44 kann es sich um jenen Punkt handeln, in welchem der Rotationszerstäuber 40 sein optimales Strahlbild abgibt. Dieser Werkzeugmittelpunkt 44 wird dann je nach Bedarf während der Implementierungsphase der Lackieranlage 10 über die Oberfläche einer jeweils zu lackierenden Fahrzeugkarosserie 12 geführt. Dabei kann der Werkzeugmittelpunkt 44 auch vor oder hinter die eigentliche Karosserieoberfläche geführt werden, um beispielsweise einen größeren oder kleineren Lackierfleck zu erzeugen.
Zur Steuerung des Lackierroboters 18 ist dieser mit einer Robotersteuerung 50 verbunden, die eine Kinematiksteuerung 51 umfasst, welche typischerweise vom Hersteller des entsprechenden Mehrachsroboters mitgeliefert wird. Die Robotersteuerung steht mit einem Bedienrechner 54 zur Programmierung in Verbindung.
In der Kinematiksteuerung 51 ist ein Werkzeugnullpunkt 52 hinterlegt, bezüglich welchem je nach Werkzeug der Werkzeugmittelpunkt 44 festgelegt wird. In 2 ist dies durch den Doppelpfeil a angedeutet, welcher selbstverständlich vektoriell zu betrachten ist. Wird der Lackierroboter 18 mit einem anderen Werkzeug betrieben, beispielsweise durch einen automatisierten Werkzeugwechsel während eines Lackierprozesses oder zwischen verschiedenen Lackierprozessen, z.B. beim Wechsel auf andersartige Fahrzeugkarosserien 12, so kann der Werkzeugmittelpunkt 44 neu parametrisiert werden.
Über den Bedienrechner 54 wird dann auf einfache Weise, beispielsweise in Form einer Vielzahl von individuellen Stützpunkten einer Spline-Kurve, die Bewegungsbahn des Werkzeugmittelpunkts 44 bzw. des Rotationszerstäubers 40 einschließlich dessen Orientierung entlang der Fahrzeugkarosserie 12 programmiert.
Um während eines Lackierprozesses beispielsweise die Motorhaube der Fahrzeugkarosserie 12 zu öffnen und zu schließen, wird der Motorhaubenöffner 42 verwendet. Aufgrund dessen, dass der Motorhaubenöffner 42 an dem zweiten Armabschnitt 30 angeordnet ist und naturgemäß die hinteren Gelenke und Glieder sowie die zugehörigen Aktuatoren des Lackierroboters 18 stärker dimensioniert sind als die vorderen Elemente, ist der Lackierroboter 18 hierzu in der Lage, da dann mit dem Motorhaubenöffner 42 eine ausreichende Kraft aufgebracht werden kann.
Um auch für die Bewegung des Motorhaubenöffners 42 eine einfache Programmierbarkeit mit Hilfe der Kinematiksteuerung 51 zu erreichen, werden, wie in 3 durch die Strichelung angedeutet, die beiden letzten Gelenke 32 und 36 entweder in ihrer momentanen Stellung oder in einer vorab festgelegten Stellung fixiert. Abhängig von der fixierten Stellung wird nun der Werkzeugmittelpunkt 44 bezüglich des Werkzeugnullpunkts 52 auf den Arbeitspunkt des Motorhaubenöffners 42 parametrisiert (vgl. Doppelpfeil b).
Wie bei dem vorne am Lackierroboter 18 angebrachten Rotationszerstäuber 40 wird ferner das Trägheitsmoment der entsprechenden Bauteile, um welches die Kinematikkette des Lackierroboters 18 durch das Fixieren der Gelenke 32 und 36 reduziert wurde, parametrisiert. Danach kann über die übliche Kinematiksteuerung 51 mit Hilfe einer Bahnplanung der Motorhaubenöffner 42 entsprechend seiner benötigten Bewegungsbahn gesteuert werden. Zu diesem Zweck greift der Bedienrechner 54 über die Robotersteuerung 50 auf die bekannte Kinematiksteuerung 51 zu, wobei im Kinematikmodell als Nebenbedingung die Gelenke 32 und 36 fixiert bleiben.
In gleicher Weise wie die Steuerung des Motorhaubenöffners 42 erfolgt, kann auch der Tankklappenöffner 43 bedient werden. Dabei wird dann der Werkzeugmittelpunkt 44 in der Kinematiksteuerung 51 entsprechend abweichend definiert. Würde der Tankklappenöffner 43 an einem anderen Glied der Kinetmatikkette angeordnet sein, müssten entsprechend mehr oder weniger Gelenke fixiert werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die Erfindung anhand eines Lackierroboters 18 mit vier Gelenken erläutert, an welchem die Roboterkinematik zur Bahnplanung um die letzten beiden Gelenke reduziert wurde. Dem Fachmann ist jedoch selbstverständlich klar, dass sich dieses Prinzip grundsätzlich beliebig dahingehend erweitern lässt, dass mehr oder weniger Glieder als Freiheitsgrade zur Verfügung stehen und um mehr oder weniger Glieder eine Reduzierung erfolgt.
Auf diese Weise ist es möglich, auch bei zukünftig noch feingliedrigeren Mehrachsrobotern bezüglich unterschiedlicher Glieder der kinematischen Kette die Programmierung der einzelnen Werkzeuge vorzunehmen, indem auf das bekannte Mittel einer Bahnplanung zurückgegriffen wird.

Claims

Mehrachsroboter (18), a) mit einer kinematischen Kette, die ein Werkzeugglied (36, 38) und mindestens ein weiteres Glied (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34) aufweist, b) wobei das Werkzeugglied (36, 38) ein erstes Werkzeug (40) trägt, c) mit einer Robotersteuerung (50), die zur Steuerung des ersten Werkzeugs eine Kinematiksteuerung (51) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Bewegungsbahn des ersten Werkzeugs (40) anhand eines parametrisierbaren Werkzeugmittelpunkts (44) entgegenzunehmen und daraufhin die Glieder (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) der kinematischen Kette derart anzusteuern, dass der Werkzeugmittelpunkt (44) der Bewegungsbahn folgt, dadurch gekennzeichnet, dass d) das mindestens eine weitere Glied (28, 30) ein zweites Werkzeug (42, 43) trägt und dass e) die Robotersteuerung (50) zur Steuerung des zweiten Werkzeugs (42, 43) derart eingerichtet ist, dass sie - sämtliche Glieder (32, 34, 36, 38) entlang der kinematischen Kette von dem Werkzeugglied (36, 38) zu dem mindestens einen weiteren Glied (28, 30), welches das zweite Werkzeug (42, 43) trägt, in einer Fixierstellung festlegt, - den Werkzeugmittelpunkt (44) auf einen Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs (42, 43) parametrisiert und - der Kinematiksteuerung (51) die Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs (42, 43) übergibt, sodass diese unter der Nebenbedingung, dass die Fixierstellung der Glieder (32, 34, 36, 38) beibehalten wird, anhand des neu parametrisierten Werkzeugmittelpunkts (44) die übrigen Glieder (22, 24, 26, 28, 30) der kinematischen Kette derart ansteuert, dass der Werkzeugmittelpunkt (44) der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs (42, 43) folgt.
Mehrachsroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierstellung einer Stellung entspricht, welche das oder die zu fixierenden Glieder (32, 34, 36, 38) unmittelbar vor dem Wechsel auf das zweite Werkzeug (42, 43) einnimmt bzw. einnehmen.
Mehrachsroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Parametrisieren des Werkzeugmittelpunkts (44) auf den Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs (42, 43) auch die Außenkontur des festgelegten Teils der Kinematikkette parametrisiert wird.
Mehrachsroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere Glied (28, 30) mehrere zweite Werkzeuge (42, 43) trägt und dass die Robotersteuerung (50) dazu eingerichtet ist, den Werkzeugmittelpunkt (44) jeweils auf dasjenige zweite Werkzeuge (42, 43) zu parametrisieren, welches gesteuert werden soll.
Mehrachsroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zweite Werkzeuge (42, 43) an unterschiedlichen weiteren Gliedern (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34) angeordnet sind und zur Steuerung des jeweiligen zweiten Werkzeugs (42, 43) die Robotersteuerung dazu eingerichtet ist, dass sie die entsprechenden Glieder (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34) entlang der Kinematikkette von dem Werkzeugglied (36, 38) zu dem jeweiligen weiteren Glied (28, 30), welches das jeweilige zweite Werkzeug (42, 43) trägt, in einer Fixierstellung festlegt und dass sie die Kinematiksteuerung (51) entsprechend parametrisiert und ansteuert.
Lackieranlage (10) zum Lackieren von Gegenständen (12) mit einem Mehrachsroboter (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Steuern eines Mehrachsroboters (18), insbesondere eines Lackierroboters (18), mit einer kinematischen Kette, die ein Werkzeugglied (36, 38) und mindestens ein weiteres Glied (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34) aufweist, wobei das Werkzeugglied (36, 38) ein erstes Werkzeug (40) und das mindestens eine weitere Glied (28, 30) ein zweites Werkzeug (42, 43) tragen kann, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer Robotersteuerung (50), die zur Steuerung des ersten Werkzeugs (40) eine Kinematiksteuerung (51) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Bewegungsbahn des ersten Werkzeugs (40) anhand eines parametrisierbaren Werkzeugmittelpunkts (44) entgegenzunehmen und daraufhin die Glieder (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) der kinematischen Kette derart anzusteuern, dass der Werkzeugmittelpunkt (44) der Bewegungsbahn folgt; b) Festlegen sämtlicher Glieder (32, 34, 36, 38) entlang der kinematischen Kette von dem Werkzeugglied (36, 38) zu dem mindestens einen weiteren Glied (28, 30), welches das zweite Werkzeug (42, 43) trägt, in einer Fixierstellung; c) Parametrisieren des Werkzeugmittelpunkts (44) der Kinematiksteuerung (51) auf einen Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs (42, 43); d) Übergeben der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs (42, 43) an die Kinematiksteuerung (51), sodass diese unter der Nebenbedingung, dass die Fixierstellung der Glieder (32, 34, 36, 38) beibehalten wird, anhand des neu parametrisierten Werkzeugmittelpunkts (44) die übrigen Glieder (22, 24, 26, 28, 30) der kinematischen Kette derart ansteuert, dass der Werkzeugmittelpunkt (44) der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs (42, 43) folgt.
Verfahren zum Steuern eines Mehrachsroboters (18) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vorher die folgenden Schritte durchgeführt werden: a) Programmieren der Bewegungsbahn des ersten Werkzeuges (40) mit Hilfe eines Werkzeugmittelpunkts (44); b) Programmieren der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeuges (42, 43) mit Hilfe eines Werkzeugmittelpunkts (44) unter der Nebenbedingung, dass die Fixierstellung der Glieder (32, 34, 36, 38) beibehalten wird.
Verfahren zum Lackieren eines Gegenstandes (12) mit einem beweglichen Bauteil, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Mehrachsroboters (18) als Lackierroboter, mit einer kinematischen Kette, die ein Werkzeugglied (36, 38) und mindestens ein weiteres Glied (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34) aufweist, wobei das Werkzeugglied (36, 38) ein Applikationsgerät als erstes Werkzeug (40) und das mindestens eine weitere Glied (28, 30) ein zweites Werkzeug (42, 43) trägt, b) Anwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 oder 8 zur Steuerung des Mehrachsroboters (18), um mit dem zweiten Werkzeug (42, 43) das bewegliche Bauteil (13) zu bewegen; c) Lackieren des Gegenstandes (12) vor und/oder nach dem Bewegen des beweglichen Bauteils (13) mit Hilfe des Applikationsgerätes;
Verfahren zur Implementierung eines Mehrachsroboters (18) mit einer kinematischen Kette, die ein Werkzeugglied (36, 38) und mindestens ein weiteres Glied (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34) aufweist, wobei das Werkzeugglied (36, 38) ein erstes Werkzeug (40) und das mindestens eine weitere Glied (28, 30) ein zweites Werkzeug (42, 43) tragen kann, mit folgenden Schritten: a) Programmieren der Bewegungsbahn des ersten Werkzeuges (40) in eine Kinematiksteuerung (51), die dazu eingerichtet ist, die Bewegungsbahn des ersten Werkzeugs (40) anhand eines parametrisierbaren Werkzeugmittelpunkts (44) entgegenzunehmen und daraufhin die Glieder (22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) der kinematischen Kette derart anzusteuern, dass der Werkzeugmittelpunkt (44) der Bewegungsbahn folgt; b) Festlegen sämtlicher Glieder (32, 34, 36, 38) entlang der kinematischen Kette von dem Werkzeugglied (36, 38) zu dem mindestens einen weiteren Glied (28, 30), welches das zweite Werkzeug (42, 43) trägt, in einer Fixierstellung; c) Parametrisieren des Werkzeugmittelpunkts (44) der Kinematiksteuerung (51) auf einen Arbeitspunkt des zweiten Werkzeugs (42, 43); d) Programmieren der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs (42, 43) in die Kinematiksteuerung (51), sodass diese unter der Nebenbedingung, dass die Fixierstellung der Glieder (32, 34, 36, 38) beibehalten wird, anhand des neu parametrisierten Werkzeugmittelpunkts (44) die übrigen Glieder (22, 24, 26, 28, 30) der kinematischen Kette derart ansteuern kann, dass der Werkzeugmittelpunkt (44) der Bewegungsbahn des zweiten Werkzeugs (42, 43) folgt.