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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Bahn für einen Endeffektor eines Robotermanipulators zum Bearbeiten eines Werkstücks sowie ein entsprechendes System zum Bearbeiten eines Werkstücks.
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Im Stand der Technik sind Bilderfassungen von Werkstücken bekannt.
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So betrifft die
DE 10 2015 000 587 B4 eine Roboterprogrammiervorrichtung zum Erstellen eines Roboterprogramms, das einem Roboter gelehrt werden soll, der dazu verwendet wird, ein Werkstück zu bearbeiten, das in einem Arbeitsraum angeordnet ist, wobei die Roboterprogrammiervorrichtung Folgendes umfasst: eine virtuelle Raumerzeugungseinheit, die eingerichtet ist, um eine virtuellen Raum zu erzeugen, der den Arbeitsraum in drei Dimensionen wiedergibt; eine Zielabschnitts-bezeichnungseinheit, die eingerichtet ist, um eine Zielabschnitt zu bezeichnen, dessen Bild von einem Bilderfassungsgerät aufgenommen werden soll, auf einem Modell des Werkstücks, das in dem virtuellen Raum angeordnet ist; eine Positionsbestimmungs-einheit, die eingerichtet ist, um: - mindestens eine Position des Bilderfassungsgeräts zum Aufnehmen des Bilds des Zielabschnitts durch das Bilderfassungsgerät in dem virtuellen Raum zu bestimmen, und - die mindestens eine Position des Bilderfassungsgeräts zu bestimmen, in der das Bilderfassungsgerät eine vorher bestimmte Positionsbeziehung in Bezug auf den Zielabschnitt hat; eine Positionsspeichereinheit, die eingerichtet ist, um die mindestens eine Position des Bilderfassungsgeräts zu speichern, die von der Positionsbestimmungseinheit bestimmt wurde; eine Bilderfassungsprogrammerstellungseinheit, die eingerichtet ist, um ein Bilderfassungsprogramm zu erstellen, das dem Roboter gelehrt werden soll, so dass das Bilderfassungsgerät das Bild des Zielabschnitts gemäß der mindestens einen Position des Bilderfassungsgeräts aufnimmt, die in der Positionsspeichereinheit gespeichert wurde; und eine Bearbeitungsprogrammerstellungseinheit, die eingerichtet ist, um ein Bearbeitungsprogramm zum Bearbeiten des Werkstücks auf der Basis einer Form des Zielabschnitts zu erstellen, die durch Simulieren des Bilderfassungsprogramms in dem virtuellen Raum erhalten wurde, wobei das Bilderfassungsprogramm einen Lehrinhalt zum Lehren des Bilderfassungsgeräts umfasst, das so fixiert ist, dass es eine vorher bestimmte Positionsbeziehung, die von der Positionsbestimmungseinheit bestimmt wurde, in Bezug auf das Werkstück hat, das an einer vorher bestimmten Position fixiert ist, so dass das Bilderfassungsgerät das Bild des Zielabschnitts des Werkstücks aufnimmt.
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Die
DE 10 2014 108 956 B4 betrifft außerdem eine Entgratungsvorrichtung, die umfasst: ein Entgratungswerkzeug zum Entfernen von Graten von einem Objekt; einen Roboter, der das Objekt oder/und das Entgratungswerkzeug gegeneinander bewegt; einen Kraftsensor, der die Kraft erfasst, die auf das Entgratungswerkzeug einwirkt; einen Gratabschnitts-Formdaten-Speicherabschnitt, der Gratabschnitts-Formdaten speichert, die aus der Position und der Lage eines Gratabschnitts des Objekts bestehen, das entgratet wird, und zwar ausgehend von dreidimensionalen Daten, die die Form des Objekts repräsentieren; einen Entgratungslage-Spezifizierungsabschnitt, der die Lage des Entgratungswerkzeugs gegen das Objekt spezifiziert, und zwar anhand der Gratabschnitts-Formdaten, die der Gratabschnitts-Formdaten-Speicherabschnitt speichert; einen Roboterprogramm-Erzeugungsabschnitt, der ein Roboterprogramm erzeugt, das mindestens eine Mehrzahl von Roboterbetriebsbefehlen zum Steuern des Roboters enthält, und zwar abhängig von der Lage des Entgratungswerkzeugs, die der Entgratungslage-Spezifizierungsabschnitt spezifiziert, und den Gratabschnitts-Formdaten; einen visuellen Sensor, der die tatsächliche Position des Gratabschnitts des Objekts und die tatsächliche Position und Lage des Roboters aus einem Bild des Objekts erkennt; einen Roboterprogramm-Ersetzungsabschnitt, der die Mehrzahl von Roboterbetriebsbefehlen in dem Roboterprogramm zum Ausführen der Entgratung einzeln anhand der tatsächlichen Lage des Entgratungswerkzeugs und der tatsächlichen Position des Gratabschnitts ersetzt, um das Entgratungswerkzeug relativ zum Objekt entlang der tatsächlichen Position des Gratabschnitts zu bewegen; einen Kraftsteuerungsabschnitt, der den Roboter anhand der Kraft steuert, die von dem Kraftsensor erfasst wird und auf das Entgratungswerkzeug wirkt, und anhand eines vorbestimmten Zielwerts der Kraft, wenn der Roboter mit dem Roboterprogramm betrieben wird, das der Roboterprogramm-Ersetzungsabschnitt ersetzt hat.
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Die
DE 10 2012 021 374 B4 betrifft eine Roboterprogrammiervorrichtung, die ein Roboterbetriebsprogramm einlernt, um dreidimensionale Modelle eines Roboters, an dem ein Werkzeug angebracht ist, eines Werkstücks und zumindest eines Peripheriegeräts gleichzeitig auf einem Bildschirm einzurichten und anzuzeigen, und um es dem Werkzeug oder dem Roboter zu ermöglichen, eine Beeinträchtigung des Werkstücks oder des Peripheriegeräts zu vermeiden und Bearbeitungsarbeitsgänge des Werkstücks auszuführen, wobei die Roboterprogrammiervorrichtung umfasst: eine Bearbeitungslinien-Bestimmungseinheit, die eine Bearbeitungslinie auf einem dreidimensionalen Modell des Werkstücks bestimmt; eine Betriebsmodus-Bestimmungseinheit, die einen Betriebsmodus, Geschwindigkeit, Position und Haltung eines Lernpunktes bestimmt, der basierend auf der von der Bearbeitungslinien-Bestimmungseinheit bestimmten Bearbeitungslinie erzeugt wird; eine Programmerzeugungseinheit, die ein Betriebsprogramm für den Roboter erzeugt, basierend auf der Bearbeitungslinie, die von der Bearbeitungslinien-Bestimmungseinheit bestimmt wird, und dem Betriebsmodus, Geschwindigkeit, Position und Haltung, die von der Betriebsmodus-Bestimmungseinheit bestimmt werden; eine Beeinträchtigungsziel-Bestimmungseinheit, die, wenn das Werkzeug das Werkstück direkt kontaktiert und bearbeitet oder wenn das Werkzeug das Werkstück nahezu bearbeitet, einen nicht bearbeitenden Werkzeuganteil als ein Beeinträchtigungsziel bestimmt, der abseits eines Teils des Werkzeugs in einem dreidimensionalen Modell ist, der das Werkstück direkt kontaktiert oder nahe zum Werkstück ist; eine Beeinträchtigungs-Ermittlungseinheit, die eine Beeinträchtigung zwischen dem Roboter oder dem nicht bearbeitenden Werkzeuganteil und dem Werkstück oder dem Peripheriegerät an dem Lernpunkt im Betriebsprogramm ermittelt; eine Nicht-Beeinträchtigungspositions-Sucheinheit, die, wenn die Beeinträchtigungs-Ermittlungseinheit eine Beeinträchtigung ermittelt, nach einer Nicht-Beeinträchtigungsposition sucht, bei der der Roboter oder der nicht bearbeitende Werkzeuganteil und das Werkstück oder das Peripheriegerät sich nicht gegenseitig beeinträchtigen, durch Ausführen von wenigstens einer aus Translationsbewegung eines Werkzeugspitzenpunkts des Werkzeugs des Roboters von einer Position des Roboters bei einer Beeinträchtigung, und Rotationsbewegung des Roboters um den Werkzeugspitzenpunkt; und eine Korrektureinheit, die eine Position des Lernpunkts basierend auf einem Suchresultat der Nicht-Beeinträchtigungspositions-Sucheinheit korrigiert, sodass die Position des Lernpunkts mit der Nicht-Beeinträchtigungsposition übereinstimmt.
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Die
DE 11 2010 000 794 B4 betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Robotersystems, das Verfahren die Schritte umfassend: a. Bereitstellen eines Werkzeugs, gehalten durch einen beweglichen Mechanismus des Robotersystems; b. Bereitstellen eines Werkstücks, gehalten durch einen Träger; c. Erzeugen eines Bilds des Werkstücks; d. Extrahieren von Daten aus dem Bild, die ein Merkmal des Werkstücks definieren; e. Erzeugen eines durchgängigen dreidimensionalen Pfads entlang des Werkstücks, wobei der Pfad dem Merkmal folgt, welches durch die extrahierten Daten aus dem Bild definiert wurde; und f. Bewegen des Werkzeugs entlang des Pfads.
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Die
DE 10 2007 008 598 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Robotern zum Schweißen von dreidimensionalen Werkstücken mit folgenden Schritten: Positionieren und Heften von Profilen auf eine Platte zur Bildung des zu schweißenden Werkstücks, Abbilden des Werkstücks mittels eines dreidimensionalen Bilderfassungssystems in Form von dreidimensionalen Bildpunkten, Bestimmen der Geometriedaten der Platte und der Profile inklusive der Zuordnung von Freischnitten und Endbeschnittformen aus den dreidimensionalen Bildpunkten, Bestimmen der Schweißnahtdaten aus den Geometriedaten unter Berücksichtigung der Profilaufsetzlinien und der Berührungslinien von Profilen, Zuordnen der Schweißnahtdaten zu parametrierbaren Vorgaben für den Schweißplan, zu gespeicherten vordefinierten Bewegungsmustern des Roboters sowie zu Befehlen zur Steuerung und Regelung des Schweißprozesses.
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Die
JP H10 - 63 324 A (
10063324A ) betrifft schließlich ein Robotersystem mit einer Bildeingabe.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bahnplanung für einen Robotermanipulator zum Bearbeiten eines Werkstücks zu vereinfachen.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Bahn für einen Endeffektor eines Robotermanipulators zum Bearbeiten eines Werkstücks, aufweisend die Schritte:
- - Aufnehmen eines Bildes des durch den Endeffektor zu bearbeitenden Werkstücks mittels einer Kameraeinheit und Übermitteln des Bildes an eine Recheneinheit,
- - Transformieren des Bildes durch die Recheneinheit so, dass das im Bild enthaltene Werkstück auf geometrische Konturen abgebildet wird,
- - Ermitteln von Bahnpunkten aus den Konturen des Werkstücks so, dass die Bahnpunkte auf den Konturen oder in vorgegebenen Abständen zu den Konturen liegen, und
- - Ermitteln einer durch den Robotermanipulator abzufahrenden Bahn des Endeffektors auf Basis der Bahnpunkte, wobei die Konturen des Werkstücks in Segmente unterteilt werden und für jedes der Segmente abhängig von einer Krümmung des jeweiligen Segments zumindest ein Parameter eines Steuerprogramms und/oder eines Reglers des Robotermanipulators angepasst wird.
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Der Robotermanipulator weist insbesondere ein Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundenen Gliedern auf. Insbesondere am distalen Ende des Robotermanipulators ist ein Endeffektor angeordnet, der zum Bearbeiten des Werkstücks ausgeführt ist. Der Endeffektor ist beispielsweise zum Fräsen, Polieren, Sägen, Bohren, Lackieren, Emittieren eines Laserstrahls, Schweißen, oder Ähnliches ausgeführt.
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Bevorzugt ist die Kameraeinheit am Robotermanipulator selbst angeordnet, insbesondere an einem distalen Ende des Robotermanipulator, das heißt am distalen Glied des Robotermanipulators oder weiterhin insbesondere am Endeffektor des Robotermanipulators. Alternativ bevorzugt ist die Kameraeinheit vom Robotermanipulator physisch getrennt, und bevorzugt an einem Gestell am Arbeitsplatz des Robotermanipulators angeordnet, oder wird alternativ dazu vom Anwender getragen und bedient.
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Die Kameraeinheit ist bevorzugt eine Stereokameraeinheit oder eine mehrere einzelne Kameras umfassende Kameraeinheit, sodass eine räumliche Information im Bild enthalten ist. Dabei wird die Zahl der einzelnen Kameras der Kameraeinheit und/oder eine bevorzugte Position der Kameraeinheit insbesondere entsprechend der gewünschten Bearbeitung des Werkstücks festlegt. Das Bild kann auch aus Einzelbildern zusammengesetzt werden. Dabei wird eine Vielzahl von Bildern des Werkstücks aufgenommen und zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Dies kann durch räumlich getrennte Positionen der einzelnen Kameras erfolgen, sowie eine während des Aufnahmevorgangs des Bildes variierende Position der ganzen Kameraeinheit, sodass, in anderen Worten ausgedrückt, das Werkstück von mehreren Seiten aufgenommen wird. Diese Art der Aufnahme des Bildes liefert mehrere 2D-Ansichten des Werkstücks, oder alternativ bevorzugt räumliche Informationen bezüglich des Werkstücks.
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Die Recheneinheit ist bevorzugt eine lokale Recheneinheit des Robotermanipulators, alternativ bevorzugt eine zentrale Recheneinheit. Während im ersten Fall, nämlich dass die Recheneinheit lokal am Robotermanipulator angeordnet ist oder lokal mit diesem verbunden ist und nur für diesen einen Robotermanipulator vorgesehen ist, ist die Recheneinheit in Form einer zentralen Recheneinheit insbesondere für eine Vielzahl von Robotermanipulatoren zuständig, sodass vorteilhaft eine einzige zentrale Recheneinheit eine Vielzahl von aufgenommenen Bildern von Werkstücken für jeweilige Robotermanipulatoren transformieren kann und das Ergebnis der Transformation an die Vielzahl der Robotermanipulator übergeben kann.
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Die geometrischen Konturen, die aus dem aufgenommenen Bild erzeugt werden, umfassen insbesondere Verläufe der Ränder des Werkstücks. Die Konturen bilden daher zumindest die geometrischen Grenzen des Werkstücks ab. Weiterhin bevorzugt umfassen die geometrischen Konturen Oberflächengeometrien des Werkstücks, insbesondere im Falle einer Oberflächenbehandlung als auszuführende Bearbeitung des Werkstücks durch den Endeffektor des Robotermanipulators. Welche Art von Konturen (Ränder des Werkstücks, Verläufe der Oberfläche des Werkstücks) verwendet wird, sowie die Genauigkeit und/oder die Anzahl der einzelnen Abschnitte der Konturen und andere Eigenschaften der Konturen sind dabei insbesondere von der Art der Bearbeitung des Werkstücks abhängig. So sind beispielsweise beim Verschweißen zweier Teile des Werkstücks an einer gemeinsamen Naht lediglich die Konturen der Naht von Interesse, sodass weitere Konturen der Teile des Werkstücks nicht erzeugt werden müssen. Im Gegensatz dazu sind bei der Bearbeitung einer Oberfläche des Werkstücks Kenntnisse über die Konturen der Ränder des Werkstücks sowie der Oberflächengeometrie des Werkstücks notwendig, um die Oberfläche durch den Endeffektor entsprechend abzufahren. Insbesondere bei einer zerklüfteten und komplexen Oberflächengeometrie des Werkstücks sind dabei naturgemäß dichter gepackte Konturlinien oder Ähnliches notwendig, als bei einer glatten, beispielsweise ebenen Oberfläche.
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Die Transformation des Bildes zum Erzeugen der Konturen erfolgt dabei insbesondere durch Bildanalyse und entsprechende Algorithmen, die die im Bild enthaltenen Informationen insbesondere in numerische, abspeicherbare geometrische Informationen transformieren. Entsprechende Informationen werden insbesondere durch die im Bild enthaltenen räumlichen Informationen, sofern enthalten, gewonnen, oder aber im dem Fall, dass keine räumlichen Informationen aus dem Bild entnommen werden können, durch Analyse der flächigen Bilddaten. Im letzteren Fall erfolgt das Transformieren des Bildes bevorzugt durch nichtlineare Optimierung, wobei hierbei insbesondere vorgegebene Konturen skaliert und/oder anderweitig parametriert werden (insbesondere bzgl. Krümmungen) und auf implizit im Bild enthaltenen Ränder und/oder andere Konturen des Werkstücks hin optimiert werden. Alternativ erfolgt das Erzeugen der Konturen durch Anwenden eines künstlichen neuronalen Netzes, dessen Eingangsdaten Bilddaten des Bildes sind und dessen Ausgangsdaten die Konturen sind. Ein solches künstliches neuronales Netz ist insbesondere bereits vollständig trainiert, das heißt, dessen Struktur und Gewichtungen sind vorgegebenen.
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Ferner werden Bahnpunkte aus den Konturen ermittelt, durch die bevorzugt die vom Endeffektor abzufahrende Bahn unmittelbar verläuft. In diesem Fall dienen die Bahnpunkte insbesondere als Stützpunkte einer Bahn, die als Polynom, Spline, Bezier-Kurve oder anderes ausgedrückt werden kann. Alternativ bevorzugt dienen die Bahnpunkte als Anhaltspunkte für die Bahn, ohne dass notwendigerweise die Bahn durch jeden einzelnen der Bahnpunkte hindurch verläuft. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die abzufahrende Bahn durch einen am Endeffektor definierten Referenzpunkt abzufahren ist, während die Bahnpunkte Orten auf dem Werkstück zugeordnet sind und damit insbesondere einen vorgegebenen Abstand zu dem Referenzpunkt des Endeffektors beim Bearbeitungsvorgang des Werkstücks aufweisen.
Auch können die Bahnpunkte selbst in einem vorgegebenen Abstand zu den Konturen definiert werden, sodass der Endeffektor in vorgegebenen Abständen zum Werkstück verfährt. Diese Abstände können auch über den Verlauf der Bahn variabel definiert werden. Dies ist insbesondere bei Lackierarbeiten oder bei einer Bearbeitung des Werkstücks durch einen Laserstrahls vorteilhaft anzuwenden.
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Die Bahnpunkte sind insbesondere ortsfest relativ zum Werkstück definiert. Dies erfolgt bevorzugt durch Zuordnung der Konturen zu der Oberfläche des Werkstücks, insbesondere zu einzelnen Orten auf der Oberfläche des Werkstücks. Dies erlaubt vorteilhaft auch bei einer Verschiebung des Werkstücks eine erneute Zuordnung der Bahnpunkte und damit der ermittelten Bahn zu dem Werkstück. Dabei kann insbesondere eine aktuelle Position und/oder Orientierung des Werkstücks wiederum durch Bilderkennung erfasst werden und die ermittelte Bahn für den Robotermanipulator der aktuellen Position und/oder Orientierung des Werkstücks angepasst werden, so dass die Bearbeitung des Werkstücks an der aktuellen Position und/oder Orientierung des Werkstücks erfolgen kann.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass automatisch durch das Bereitstellen eines Werkstücks eine Bahn für den Robotermanipulator erzeugt werden kann, um eine optimale Bearbeitung des Werkstücks sicherzustellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin den Schritt auf:
- - Abfahren der ermittelten Bahn des Endeffektors durch den Robotermanipulator und Bearbeiten des Werkstücks durch den Endeffektor.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Ermittlung der Anzahl und/oder der relativen Position der aus den Konturen ermittelten Bahnpunkte abhängig von einem ausgewählten Steuerprogramm. Das Steuerprogramm wird insbesondere abhängig von der Bearbeitungsart für das Werkstück ausgewählt. Das Steuerprogramm gibt dabei insbesondere an, mit welcher Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung relativ zum Werkstück und mit welchen Kurvenradien der Bahn des Endeffektors das Werkstück zu bearbeiten ist. Die Art der Bearbeitung ist dabei maßgeblich, welche Konturen und daraus ermittelten Bahnpunkte relevant und notwendig sind, ein zweckdienliches Steuerprogramm zu erzeugen. Abhängig vom Steuerprogramm erfolgt daher gemäß dieser Ausführungsform die Transformation des Bildes in die Konturen einerseits, weiterhin bevorzugt insbesondere die Definition der Bahnpunkte abhängig von den Konturen. Dies betrifft insbesondere die Zahl, den relativen Abstand und im allgemeinen die Dichte der Bahnpunkte. Vorteilhaft wird die Ermittlung der Bahnpunkte daher an das ausgewählte Steuerprogramm angeglichen und insoweit optimiert.
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Erfindungsgemäß werden die Konturen des Werkstücks in Segmente unterteilt und für jedes der Segmente wird abhängig von einer Krümmung des jeweiligen Segments zumindest ein Parameter eines Steuerprogramms und/oder eines Reglers des Robotermanipulators angepasst. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Konturen des Werkstücks in Segmente unterteilt. Jedes der Segmente weist entsprechende Krümmungen auf, wobei die Krümmungen auch null sein können im Falle einer geraden Linie. Würde der Krümmung des Werkstücks unmittelbar gefolgt werden, so würde diese Krümmung exakt eine Richtungsänderung und damit eine zweite Ableitung nach einem Laufparameter der Bahn darstellen. Um dies zu berücksichtigen, wird die Krümmung des jeweiligen Segments so berücksichtigt, dass ein Parameter des Steuerprogramms und/oder des Reglers des Robotermanipulators entsprechend angepasst wird. Dies betrifft insbesondere die Geschwindigkeit, mit der die Bahn aktuell abgefahren wird, da unbeschleunigte Geradeausfahrten des Endeffektor des Robotermanipulators häufig leichter zu auszuführen sind als schnelle Kurvenfahrten und Richtungsänderungen. Auch kann hierbei die Steifigkeit einer Impedanzregelung des Robotermanipulators zu höheren Werten angepasst werden, sodass insbesondere die Bahnführung des Endeffektors mittels der höheren Steifigkeit bei engen Kurvenfahrten genauer erfolgt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfassen der oder die Parameter des Steuerprogramms und/oder des Reglers zumindest eines aus den folgenden: eine Reglerverstärkung, eine Steifigkeit einer Impedanzregelung, einen Grenzwert für eine Kollisionsdirektion, ein maximal aufzubringendes Moment, eine maximale Geschwindigkeit des Robotermanipulators, eine maximale Beschleunigung des Robotermanipulators, eine Bandbreite eines dynamischen Filters eines Reglers der Steuereinheit.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Transformieren des Bildes durch Zuordnen von Umrissen des im Bild enthaltenen Werkstücks auf zumindest eine aus einer vorgegebenen Vielzahl von Grundformen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Grundformen zumindest eines aus den folgenden: Dreieck, Rechteck, Kreisring, Bezier-Kurve, Kreissegment, Ellipse, Ellipsensegment, Parabel, Polynom, e-Funktion.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bilden die geometrischen Konturen eine Oberfläche des Werkstücks ab, wobei die Bahnpunkte über den Rand und über die Oberfläche des Werkstücks verteilt ermittelt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Kameraeinheit eine Kamera eines portablen Anwendergeräts. Als portables Anwendergerät wird bevorzugt ein Mobiltelefon oder ein Tablet-Computer verwendet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Kameraeinheit am weitest distal gelegenen Glied des Robotermanipulators oder am Endeffektor angeordnet. Vorteilhaft ist gemäß dieser Ausführungsform die Kameraeinheit immer physisch mit dem Robotermanipulator verbunden, sodass durch entsprechende Bewegungen des Robotermanipulators sichergestellt werden kann, dass das Werkstück, welches zu bearbeiten ist, direkt im Erfassungsbereich der Kameraeinheit liegt. Somit können vorteilhaft eine Vielzahl verschiedener Werkstücke in kurzer Zeit durch den Robotermanipulator und unmittelbar vor dem Bearbeiten des jeweiligen Werkstücks bildlich erfasst werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Bearbeiten eines Werkstücks, aufweisend einen Robotermanipulator mit einem Endeffektor, eine Kameraeinheit und eine Recheneinheit, wobei die Kameraeinheit zum Aufnehmen eines Bildes des durch den Endeffektor zu bearbeitenden Werkstücks und zum Übermitteln des Bildes an eine Recheneinheit ausgeführt ist, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, das Bild so zu transformieren, dass das im Bild enthaltene Werkstück auf geometrische Konturen abgebildet wird, die Konturen des Werkstücks in Segmente zu unterteilen und für jedes der Segmente abhängig von einer Krümmung des jeweiligen Segments zumindest ein Parameter eines Steuerprogramms und/oder eines Reglers des Robotermanipulators anzupassen, Bahnpunkte aus den Konturen des Werkstücks so zu ermitteln, dass die Bahnpunkte auf den Konturen oder in vorgegebenen Abständen zu den Konturen liegen, und eine durch den Robotermanipulator abzufahrenden Bahn des Endeffektors auf Basis der Bahnpunkte zu ermitteln.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Systems ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 ein Verfahren zum Ermitteln einer Bahn für einen Endeffektor zum Bearbeiten eines Werkstücks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 ein System zum Ermitteln einer Bahn für einen Endeffektor zum Bearbeiten eines Werkstücks gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 ein System zum Ermitteln einer Bahn für einen Endeffektor zum Bearbeiten eines Werkstücks gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 4 ein Werkstück und die Transformation des Werkstücks in Konturen.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln einer Bahn für einen Endeffektor 3 eines Robotermanipulators 1 zum Bearbeiten eines Werkstücks 5, aufweisend die Schritte:
- - Aufnehmen S1 eines Bildes des durch den Endeffektor 3 zu bearbeitenden Werkstücks 5 mittels einer Kameraeinheit 7 und Übermitteln des Bildes an eine Recheneinheit 9,
- - Transformieren S2 des Bildes durch die Recheneinheit 9 so, dass das im Bild enthaltene Werkstück 5 auf geometrische Konturen abgebildet wird,
- - Ermitteln S3 von Bahnpunkten 11 aus den Konturen des Werkstücks 5 so, dass die Bahnpunkte 11 auf den Konturen oder in vorgegebenen Abständen zu den Konturen liegen,
- - Ermitteln S4 einer durch den Robotermanipulator 1 abzufahrenden Bahn des Endeffektors 3 auf Basis der Bahnpunkte 11 und Abfahren der ermittelten Bahn durch den Robotermanipulator 1 und Bearbeiten des Werkstücks 5 durch den Endeffektor 3. Das Verfahren wie beschrieben wird auf einem System 100 ausgeführt. Verschiedene Ausführungsbeispiele eines solchen Systems 100 sind in den folgenden 2 und 3 dargestellt. Die bezüglich des Verfahrens aufgeführten Bezugszeichen können auch für diese Systeme 100 herangezogen werden.
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2 zeigt ein solches System 100 zum Bearbeiten eines Werkstücks 5. Das System 100 weist einen Robotermanipulator 1 mit einem Endeffektor 3 auf, sowie eine Kameraeinheit 7 und eine Recheneinheit 9. Die Kameraeinheit 7 ist am distalen Ende des Robotermanipulators 1 angeordnet und dient zum Aufnehmen eines Bildes des durch den Endeffektor 3 zu bearbeitenden Werkstücks 5. Dazu wird der Robotermanipulator 1 in eine entsprechende Pose gebracht, dass das Werkstück 5 im Erfassungsbereich der Kameraeinheit 5 liegt. Angesteuert wird der Robotermanipulator 1 dabei durch die auch als Steuereinheit dienende Recheneinheit 9, die mit dem Robotermanipulator 1 fest verbunden ist. Diese Steuereinheit übermittelt entsprechende Aktuatorkommandos an die Aktuatoren des Robotermanipulators 1. Das Bild wird anschließend von der Kameraeinheit 7 an die Recheneinheit 9 übermittelt. Die Recheneinheit 9 transformiert das Bild so, dass das im Bild enthaltene Werkstück 5 auf geometrische Konturen abgebildet wird. Eine solche Transformation ist am Beispiel eines Verkehrszeichens in der 4 dargestellt, weswegen für weitere Details bezüglich der Transformation auf die entsprechenden Erläuterungen bezüglich der 4 verwiesen wird. Ferner werden von der Recheneinheit 9 Bahnpunkte 11 aus den Konturen des Werkstücks 5 so ermittelt, dass die Bahnpunkte 11 auf den Konturen liegen. Die Bahnpunkte dienen als Stützpunkte eines abzufahrendens Splines für den Endeffektor 3 des Robotermanipulators 1. Der Robotermanipulator 1 wird dabei durch die in der Recheneinheit 9 integrierte Steuereinheit in solche Posen verfahren, dass der Endeffektor 3 sich über die vorgegebene Bahn bewegt.
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3 zeigt ein weiteres System 100 zum Bearbeiten eines Werkstücks 5, das in nicht gezeigten Details dem aus 2 entspricht. In 3 nicht in der Figur dargestellte Bezugszeichen und zugehörige Elemente stimmen dabei mit denen aus 2 überein. Das System 100 weist wiederum einen Robotermanipulator 1 mit einem Endeffektor 3 auf, sowie eine Kameraeinheit 7 und eine Recheneinheit 9. Die Kameraeinheit 7 ist eine Stereokameraeinheit eines portablen Anwendergeräts, nämlich ein Mobiltelefon. Dieses Mobiltelefon wird von einem Anwender gehalten und bedient. Dabei nimmt der Anwender mittels eines dafür vorgesehenen Anwendungsprogramms das Bild des Werkstücks 5 auf und übermittelt es von der Kameraeinheit 7 an die Recheneinheit 9, welche ein zentraler Server ist (nicht in 3 dargestellt). Die Recheneinheit 9 transformiert das Bild so, dass das im Bild enthaltene Werkstück 5 auf geometrische Konturen abgebildet wird. Eine solche Transformation ist am Beispiel eines Verkehrszeichens in der 4 dargestellt, weswegen für weitere Details bezüglich einer beispielhaften Transformation auf die entsprechenden Erläuterungen bezüglich der 4 verwiesen wird. Ferner werden von der Recheneinheit 9 Bahnpunkte 11 aus den Konturen des Werkstücks 5 so ermittelt, dass die Bahnpunkte 11 auf den Konturen liegen. Die Bahnpunkte 11 dienen als Stützpunkte eines abzufahrendens Splines für den Endeffektor 3 des Robotermanipulators 1. Der Robotermanipulator 1 wird dabei durch die in der Recheneinheit 9 integrierte Steuereinheit in solche Posen verfahren, dass der Endeffektor 3 sich über die vorgegebene Bahn bewegt.
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4 zeigt eine Transformation des Bildes des Werkstücks 5 in Konturen, durch welche Bahnpunkte 11 für den Endeffektor 3 des Robotermanipulators 1 ermittelt werden. Zur Veranschaulichung der Transformation wird ein beispielhaftes Verkehrszeichen 5 als Werkstück gezeigt. Während die Personen in der Mitte des Dreiecks des Verkehrszeichens 5 nur auf gemalte oder aufgeklebte farbliche Symbole gegenüber dem Hintergrund des Dreiecks darstellen, ist der dreieckige Rand des Verkehrszeichens durch eine entsprechende Formgebung der Bleche, aus dem das Verkehrszeichen 5 gefertigt ist, gestaltet. Die Konturen, die sich aus der Transformation des Bildes des Verkehrszeichens 5 ergeben, bestimmen sich dabei insbesondere über den dreieckigen Außenrand des Verkehrszeichens 5. Da der dreieckige Außenrand des Verkehrszeichens 5 auch von einem formgebenden Falz im Blech in Form eines inneren Dreiecks des Verkehrszeichens 5 ausgestaltet ist, spiegelt sich dieses innere Dreieck auch in den Konturen nach der Transformation des Bildes des Verkehrszeichens 5 wieder. Somit ergeben sich als Konturen zwei konzentrisch zueinander liegende Dreiecke, die als Grundlage für die Ermittlung der Bahnpunkte 11 zum Abfahren durch den Endeffektor 3 des Robotermanipulators 1 dienen. Beim Abfahren entsprechender Bahnen durch den Endeffektor 3 werden die entsprechenden Kanten des Verkehrszeichens 5 poliert. Beispielhaft sind dabei in der 4 nur einzelne Bahnpunkte an den abgerundeten Ecken des jeweiligen Dreiecks der Einfachheit halber gezeigt, je nach Krümmungsradien und gewünschter Bearbeitung der Kanten der Dreiecke des Verkehrszeichens können dabei mehrere Bahnpunkte 11 zum Nachbilden einer Rundung an der jeweiligen Ecke eines jeweiligen Dreiecks verwendet werden. Die abgerundeten Ecken werden dabei durch Bezier-Kurven modelliert, sodass eine kontinuierlich definierte Bahn vorliegt. Die Strecken zwischen den jeweiligen Ecken des jeweiligen Dreiecks werden durch geradlinige Strecken modelliert und durch jeweilige Anfangs- und Endpunkte der Strecken definiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Robotermanipulator
- 3
- Endeffektor
- 5
- Werkstück
- 7
- Kameraeinheit
- 9
- Recheneinheit
- 11
- Bahnpunkte
- 100
- System
- S1
- Aufnehmen
- S2
- Transformieren
- S3
- Ermitteln
- S4
- Ermitteln
