EP3541586A1 - Verfahren und robotersteuerung zur erstellung einer bahn eines roboters - Google Patents

Verfahren und robotersteuerung zur erstellung einer bahn eines roboters

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Publication number
EP3541586A1
EP3541586A1 EP17803850.1A EP17803850A EP3541586A1 EP 3541586 A1 EP3541586 A1 EP 3541586A1 EP 17803850 A EP17803850 A EP 17803850A EP 3541586 A1 EP3541586 A1 EP 3541586A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
path
robot
predetermined
speed
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17803850.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Burkhard Stimmel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Deutschland GmbH
Original Assignee
KUKA Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUKA Deutschland GmbH filed Critical KUKA Deutschland GmbH
Publication of EP3541586A1 publication Critical patent/EP3541586A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/16—Program controls
    • B25J9/1694—Program controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697—Vision controlled systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32215—If detected shape not correct, simulate new machine, tool and adapt path
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a method and a robot controller for creating a trajectory of a robot, a robot assembly having a robot, a reference trajectory marker and the robot controller, and a robot controller
  • robot tracks often have to be driven very precisely. After internal practice robot tracks, especially those
  • Robot tracks so far largely manually programmed, in particular by manually controlled approaching individual track points, storing these track points (so-called “teaching") and parameterizing a web speed and / or - acceleration, especially at such track points Machining track closely enough or not comply with a desired, often constant, web speed accurately enough, especially due to its kinematics, especially due to necessary reorientations or the like, due to its dynamics, in particular due to inertia and the like, and / or due to its control, for example due to temporal execution of predetermined path points or the like.
  • the object of the present invention is to improve the creation of a web of a robot. This object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • Claims 8-10 protect a robot controller or a computer program product for carrying out a method described here or a robot arrangement with a robot controller described here.
  • the subclaims relate to advantageous developments.
  • a method for creating, in particular programming or specification, in particular generation and / or modification, of a path of a robot comprises the steps:
  • Robot track in particular at one or more track points of the
  • Robot track on the basis of this detected reference track marking and / or generating one or more track points based on this detected reference mark, in an embodiment in addition to, in particular between, given, in particular modified, or adding or adding one or more track points additional track points based on this detected reference track marker in addition to, in particular between, the predetermined track points.
  • a robot controller in particular hardware and / or software, in particular program technology, is set up to carry out a method described here and / or has:
  • Robot track on the basis of this detected reference track marking and / or for generating one or more track points based on this detected reference track marker, in an embodiment in addition to, in particular between, (predetermined), in particular modified, track points or
  • the creation of the robot path can be improved, in particular simplified and / or
  • the robot has at least four, in particular at least six, in particular at least seven, (motion, in particular rotational) axes.
  • an inventive creation of a robot path can be used with particular advantage.
  • a path point depends on a pose of the robot and / or a position, in particular three-dimensional and / or Cartesian, and / or one, in particular three-dimensional, orientation of a robot-fixed reference, in particular a "Tool Center Point" ("TCPs") Robot, from, he can describe or define this particular.
  • TCPs Tool Center Point
  • a robot path comprises one or more track points; in particular, it can be created or defined by its generation and / or modification. Accordingly, in one embodiment, creating a trajectory of a robot may include modifying a (already) predetermined trajectory of the robot by modifying predetermined trajectories
  • a path velocity depends on a change in the position of the robot with or over time and / or a, in particular three-dimensional, translational and / or rotational speed of a robot-fixed reference, in particular a TCP of the robot, in particular at one or more path points the robot path or along the path, they can describe or specify this particular.
  • a path acceleration depends on a change in a path speed with respect to or over time, in particular, it can describe or indicate this.
  • a path point can be or are specified by starting with the robot and storing or by so-called teaching. Accordingly, a given path point in one embodiment is a stored path point.
  • the reference mark is temporarily or (only) temporarily and / or detachably, in particular cohesively, frictionally or magnetically, arranged on a surface, in particular a processing surface of a workpiece.
  • the reference mark can in particular comprise one or more adhesive and / or magnetic strips or bands or the like, in particular consist thereof.
  • the releasably arranged reference path marking is released after the robot path has been created, wherein the reference path marking is damaged when it is loosened, in particular destroyed, or arranged to be non-destructively detachable or to be or can be configured or used for this purpose.
  • the reference path marking is elastic or flexible.
  • the robot track is a machining path with respect to or relative to, in particular, a workpiece surface, in particular a welding, cutting, polishing, adhesive, painting or the like.
  • a workpiece surface in particular a welding, cutting, polishing, adhesive, painting or the like.
  • the present invention may be used to particular advantage.
  • the reference path marking is detected without contact, in particular electromagnetically, in particular optically, by means of a detection means, or the robot control or arrangement has a set-up or set-up for this purpose.
  • the detection means in particular temporarily or (only) temporarily and / or detachably arranged on the robot and / or has an electromagnetic, especially optical, in particular light, in particular brightness and / or color-detecting or -sensitive, sensor, in particular SD sensor on, it may in particular be such a sensor.
  • the reference marker has one or more optical and / or two-dimensional or three-dimensional, in particular geometric, markings, in particular brightness and / or color differences or limits, in particular (dark (re) or bright (re ) and / or colored and / or straight and / or mutually inclined) lines, surfaces or the like, (three-dimensional) elevations and / or depressions and / or, in particular straight and / or mutually inclined edges, and / or against each other two or three-dimensionally offset and / or inclined, in particular flat, surfaces, in particular a
  • optical and / or two-dimensional or three-dimensional, in particular geometric pattern, in particular a (optical and / or two- or three-dimensional, in particular geometric) marking of a (reference) web (direction), one, in particular equidistant, ( optical and / or two-dimensional or three-dimensional, in particular geometric) scale or subdivision of a web (length) and / or (optical and / or two-dimensional or three-dimensional, in particular geometric)
  • Markings for, in particular non-contact detection of deviations perpendicular to the web ((longitudinal) direction), in particular in a (reference, in particular base or support) plane of the reference web marking and / or perpendicular thereto, and / or to, in particular non-contact, Detecting an orientation relative to a web (longitudinal) direction and / or a (reference, in particular basic or
  • a three-dimensional pattern or three-dimensional mark (s) can in one embodiment
  • the three-dimensionally patterned reference mark in particular by original and / or reshaping of the reference mark, for example, spraying, embossing, thermoforming or the like, be prepared or be.
  • the three-dimensionally patterned reference mark for example, spraying, embossing, thermoforming or the like, be prepared or be.
  • the detection means can be used according to the invention in an embodiment when not needed, in particular in a normal operation, and / or used alternately in a plurality of robots.
  • the method comprises the steps:
  • Referenzbahnmark ist defined reference positions and / or orientations and / or a deviation of the determined from the predetermined or Path speed or so that this deviation (s) thereby reduced, in particular minimized / are.
  • the robot controller has in one embodiment:
  • Reference track marking defined reference positions and / or orientations and / or a deviation of the determined from the or the predetermined path speed or so that this deviation (s) thereby reduced, in particular minimized is / are.
  • the modification of a predefined path point can take place by changing the corresponding path point, in particular storing the changed path point or a correction value.
  • Modifying a predetermined path speed or acceleration can in one embodiment by changing according to predetermined speed or acceleration parameters, in particular storing the changed
  • a reference position defined by the reference lane marking may lie on a reference lane defined by the reference lane marking itself or with respect to such a predetermined, in particular constant, (position and / or orientation) offset, in particular perpendicular to the reference lane and / or a (reference) level of Reference mark have to create, for example, a robot path at a (constant) distance to the reference path (mark).
  • a reference orientation defined by the reference path marking may describe or specify a given angle to a (reference) path and / or (reference) plane of the reference path marking, in particular one
  • a predetermined web speed is a constant web speed, which may be particularly advantageous in the case of the already mentioned welding, cutting, polishing, adhesive, paint or similar webs or applications.
  • a path velocity relative to the detected reference marker can be made in one embodiment by detecting the same marker (s) of the reference marker at different times and corresponding quotient formation.
  • the method or the robot can detect the path by detecting and descending the
  • the predefined robot path or path speed can be modified particularly advantageously in one embodiment.
  • Track points predetermined the robot path even before detecting the reference lane markers, in particular stored, in an embodiment by manual teaching or automatically by an initial generation of track points by detecting and descending the reference lane markers.
  • a uniform path velocity can be realized and / or kinematics, in particular necessary reorientations or the like, dynamics, in particular inertias and the like, and / or control, for example the time processing of predetermined path points or the like
  • Robot are taken into account.
  • a simple example by increasing or reducing a predetermined speed at a track point, shifting that track point along the track and / or
  • the method comprises the steps: in particular multiply or iteratively:
  • the robot controller has means for, in particular multiple, traversing the robot path with the generated and / or modified path point (s) and / or the modified path velocity and / or acceleration and / or a downscaled path velocity and / or or acceleration; Determining at least one position and / or Orientation and / or a path velocity of the robot-fixed reference relative to the detected reference path marking during this shutdown; and, in particular alternating, modifying the one or more of the predetermined track points of the robot track and / or the predetermined path speed and / or acceleration for reducing, in particular minimizing, one
  • the robot path can be created iteratively and / or, in any case, insofar as it is automated or at least with regard to these steps.
  • the robot path can be adapted to a dynamics of the robot and / or a robot control or optimized with respect thereto.
  • traversing with the predetermined or modified and / or traversing with the downscaled web speed in particular traversing with the scaled-down modified web speed, in particular (in each case) by a scaling or override factor of less than one or the like, in one embodiment the
  • a down-scaled path speed therefore results in an embodiment by multiplying a predetermined, possibly already modified, path speed by a factor of less than one and greater than zero.
  • the robotic path becomes in this iterative process
  • Working speed in particular the predetermined or modified, no (more) downscaled web speed, traversed, in particular (even) while the track accuracy to examine, and in one embodiment optionally one or more track points modified and / or, in particular alternately thereto, a web speed and / or acceleration modified.
  • the method comprises the steps:
  • the robot controller has in one embodiment:
  • a path following accuracy may depend on a, in particular maximum and / or mean or averaged, deviation of the robot-fixed reference from reference positions and / or orientations defined by the reference path marking, indicating these in particular, a required path sequence accuracy corresponding in particular to a maximum permissible, in particular maximum and / or average or averaged, deviation of the robot-fixed reference from defined by the reference path marking
  • a speed accuracy may depend on, in particular, a maximum and / or average or averaged deviation of the web speed from a predetermined web speed or an average of the web speed or a (maximum or average) variation of the web speed; a required speed accuracy corresponding to, in particular, a maximum permissible, in particular maximum and / or average or averaged, deviation of the web speed from a predetermined web speed or an average value of the web speed or a (maximum or average) variation of the web speed can be predetermined or determined; . become.
  • Speed accuracy can be specified in a development by a, in particular hardware or software technology implemented, slider or
  • a means in the sense of the present invention may be designed in terms of hardware and / or software, in particular a data or signal-connected, preferably digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU) and / or a memory and / or bus system or multiple programs or program modules.
  • the CPU may be configured to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or
  • a storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and / or other non-volatile media.
  • the program may be such that it is capable of embodying or executing the methods described herein so that the CPU may perform the steps of such methods and thus, in particular, create the robotic path or control the robot to create and / or exit that path. In one embodiment, one or more, in particular all, steps of
  • FIG. 1 shows a part of a robot arrangement with a robot controller for
  • FIG. 2 shows a method for creating the robot path according to an embodiment of the present invention
  • FIG. and FIG. 3 a part of a reference track marking of a robot arrangement for the
  • Fig. 1 shows a part of an arm of a robot 1 of a robot assembly in a pose (shown in Fig. 1) and in two other poses (dashed in Fig. 1) and a robot controller 2 for creating a trajectory of the robot and controlling the robot for Departure of this train.
  • the robot assembly further comprises a reference mark in the form of a two-dimensionally patterned adhesive strip 3, which is temporarily adhered to a processing surface of a workpiece 4 in a step S10.
  • the robot assembly further comprises a detection means in the form of an optical SD sensor 5, which is temporarily attached to the arm of the robot 1 in step S10 and communicates with the robot controller 2 wirelessly or wired, in particular via a drive bus interface or an interface of comparable speed.
  • a detection means in the form of an optical SD sensor 5, which is temporarily attached to the arm of the robot 1 in step S10 and communicates with the robot controller 2 wirelessly or wired, in particular via a drive bus interface or an interface of comparable speed.
  • the robot controller 2 can generally be an integral or distributed controller or have one or more computers, in particular an (actual) robot (drive) controller for controlling the robot (arms) or its drives and an integrated module or a wireless or line-bound communicating or signal-connected (further) computer, in particular for evaluating signals of the 3D sensor 5 and / or at least partially
  • the reference mark 3 indicates a desired processing path B on the processing surface 4 by its equidistantly scaled center line.
  • Truncations, and the like) perpendicular thereto and an orientation relative to the adhesive strip 3 are detected.
  • a step S20 the two positions shown in dashed lines are approached and thereby the two marked in Fig. 1 track points ⁇ - ⁇ , P20 given, ie roughly taught.
  • These may include particular positions and / or orientations of a TCPs include, in particular, for example, a focus and / or an axis of action of a robot-controlled laser welding or cutting tool, a reference (working or working) point and / or a reference (working or working) axis of a robot-controlled painter -, polishing or adhesive tool or the like.
  • a step S30 the robot controller 2 moves a robot path initially only roughly aligned therewith in the form of a straight line between these two path points P 0 , P20 at a path speed which is opposite one, for example for welding, cutting, gluing, painting, polishing or the like , constant given by parameterization in step S20
  • Path speed is scaled down, and recorded by means of the 3D sensor 5 optically the reference path marker.
  • Reference mark 3 for example, Cartesian deviations from a point closest to the respective track point on the center line B in both the (reference) plane of the reference mark 3 (drawing plane of FIG. 1) and perpendicular thereto, as in Fig. 1 by deviation (svektor) s ⁇ indicated.
  • the robot controller 2 then corrects the (roughly taught) robot path in step S30 by modifying the (roughly taught) path points P 0 , P 20 corresponding to the deviation vectors ⁇ , in particular adding the deviation (s vector) ⁇ ⁇ to the predetermined path points P 0 , P ,
  • Robot web B with the modified predetermined path points again with the downscaled web speed and checks the tracking accuracy or (remaining) maximum and / or average deviations from the center line of the reference marker 3.
  • step S40 If a predetermined required trajectory accuracy is not achieved or determined (S40: "N"), the steps S30, S40, possibly several times, are repeated until this is the case or a maximum iteration number has been reached. Once the predetermined required trajectory accuracy is reached (or reaches the maximum iteration number) (S40: "Y"), the robot controller 2 proceeds to step S50.
  • Robot web B at this web speed from.
  • the robot controller 2 modifies the predetermined web speed in step S50, for example by adapting speed parameters in the modified web points accordingly.
  • the generation of an additional or further is exemplary
  • the modified path points P 0 , P 2 o are moved along the path B, so that they on departure of the created or programmed path
  • the robot controller 2 moves the modified robot path B with the optionally modified path speed in step S60 and checks on the one hand the path sequence accuracy or (remaining) maximum and / or mean deviation from the center line of the Reference track mark 3 and on the other hand, a ratio of Bru tile- speed accuracy.
  • step S10 As long as the required trajectory accuracy or the predetermined relationship between trajectory and speed accuracy and also a maximum iteration number has not yet been reached (S60: "N"), which were specified in step S10, the modification of the track points (step S30) and / or the web speed (step S50), optionally alternating, repeated, as indicated in Fig. 2 only schematically by the return to step S30.
  • Cutting, gluing, painting, polishing or similar (robot) web can produce easily and accurately with corresponding uniform web speed by the
  • Adhesive strips 3 attached to the workpiece surface and the
  • FIG. 3 shows in perspective view part of a reference mark of a robot arrangement for creating a trajectory of a robot of the robot assembly according to another embodiment of the present invention, which corresponds to explained below differences of the embodiment described above, so that reference is made to them and only to discuss the differences.
  • the reference mark is as
  • the reference track mark 3 ' also indicates a desired machining path B on the (3-D) equidistantly scaled center line
  • Center line spacing lines A in particular for detecting the web speed, and alternating auxiliary lines H, in particular for detecting a path curvature.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erstellung einer Bahn (B) eines Roboters (1) umfasst die Schritte: - Erfassen (S30 - S60) einer Referenzbahnmarkierung (3; 3'); und - Modifizieren (S30, S50) von wenigstens einem vorgegebenen Bahnpunkt (P10, P20) und/oder einer vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder − beschleunigung der Roboterbahn und/oder Generieren (S50) von wenigstens einem Bahnpunkt (P15) auf Basis der erfassten Referenzbahnmarkierung.

Description

Beschreibung
Verfahren und Robotersteuerung zur Erstellung einer Bahn eines Roboters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Robotersteuerung zur Erstellung einer Bahn eines Roboters, eine Roboteranordnung mit einem Roboter, einer Referenzbahnmarkierung und der Robotersteuerung sowie ein
Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Insbesondere zum Bearbeiten von Werkstücken, etwa zum (Laser- oder
Schutzgasschweißen, (Laser)Schneiden, Polieren, Kleben, Lackieren oder dergleichen, müssen Roboterbahnen oft sehr präzise abgefahren werden. Nach betriebsinterner Praxis werden Roboterbahnen, insbesondere solche
Roboterbahnen, bislang noch weitgehend manuell programmiert, insbesondere durch manuell gesteuertes Anfahren einzelner Bahnpunkte, Abspeichern dieser Bahnpunkte (sogenanntes„Teachen") und Parametrieren einer Bahngeschwindigkeit und/oder - beschleunigung, insbesondere an solchen Bahnpunkten. Dabei kann der Roboter häufig nicht auf Anhieb einer gewünschten Bearbeitungsbahn genau genug folgen oder eine gewünschte, häufig konstante, Bahngeschwindigkeit nicht genau genug einhalten, insbesondere aufgrund seiner Kinematik, insbesondere aufgrund notwendiger Umorientierungen oder dergleichen, aufgrund seiner Dynamik, insbesondere aufgrund von Trägheiten und dergleichen, und/oder aufgrund seiner Steuerung, beispielsweise aufgrund der zeitlichen Abarbeitung von vorgegebenen Bahnpunkten oder dergleichen.
Dies erfordert in der Praxis daher bislang einerseits eine hohe Expertise des
Bedienpersonals beim Erstellen der Bahn und andererseits häufig mehrfache
Korrekturschleifen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Erstellung einer Bahn eines Roboters zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 8 - 10 stellen eine Robotersteuerung bzw. ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens bzw. eine Roboteranordnung mit einer hier beschriebenen Robotersteuerung unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Erstellung, insbesondere Programmierung bzw. Vorgabe, insbesondere Generierung und/oder Modifikation, einer Bahn eines Roboters die Schritte auf:
- Erfassen einer Referenzbahnmarkierung; und
- Modifizieren von einem oder mehreren vorgegebenen Bahnpunkten und/oder einer vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung der
Roboterbahn, insbesondere an einem oder mehreren Bahnpunkten der
Roboterbahn, auf Basis dieser erfassten Referenzbahnmarkierung und/oder Generieren von einem oder mehreren Bahnpunkten auf Basis dieser erfassten Referenzbahnmarkierung, in einer Ausführung zusätzlich zu, insbesondere zwischen, (den) vorgegebenen, insbesondere modifizierten, Bahnpunkten bzw. Ergänzen bzw. Hinzufügen von einem oder mehreren zusätzlichen Bahnpunkten auf Basis dieser erfassten Referenzbahnmarkierung zusätzlich zu, insbesondere zwischen, (den) vorgegebenen Bahnpunkten. Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine Robotersteuerung, insbesondere hard- und/oder Software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
- Mittel zum Erfassen einer Referenzbahnmarkierung; und
- Mittel zum Modifizieren von einem oder mehreren vorgegebenen Bahnpunkten und/oder einer vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung der Roboterbahn, insbesondere an einem oder mehreren Bahnpunkten der
Roboterbahn, auf Basis dieser erfassten Referenzbahnmarkierung und/oder zum Generieren von einem oder mehreren Bahnpunkten auf Basis dieser erfassten Referenzbahnmarkierung, in einer Ausführung zusätzlich zu, insbesondere zwischen, (den) vorgegebenen, insbesondere modifizierten, Bahnpunkten bzw.
Ergänzen bzw. Hinzufügen von einem oder mehreren zusätzlichen Bahnpunkten auf Basis dieser erfassten Referenzbahnmarkierung zusätzlich zu, insbesondere zwischen, (den) vorgegebenen Bahnpunkten.
Durch die Nutzung einer Referenzbahnmarkierung kann in einer Ausführung die Erstellung der Roboterbahn verbessert, insbesondere vereinfacht und/oder
beschleunigt und/oder eine Bahntreue erhöht und/oder eine
Geschwindigkeitsschwankung beim Abfahren der Bahn reduziert werden.
Der Roboter weist in einer Ausführung wenigstens vier, insbesondere wenigstens sechs, insbesondere wenigstens sieben, (Bewegungs-, insbesondere Dreh-)Achsen auf. Insbesondere bei solchen komplexen Robotern kann ein erfindungsgemäßes Erstellen einer Roboterbahn mit besonderem Vorteil verwendet werden.
Ein Bahnpunkt hängt in einer Ausführung von einer Pose des Roboters und/oder einer, insbesondere dreidimensionalen und/oder kartesischen, Position und/oder einer, insbesondere dreidimensionalen, Orientierung einer roboterfesten Referenz, insbesondere eines„Tool Center Points" („TCPs") des Roboters, ab, er kann diese insbesondere beschreiben bzw. definieren.
Eine Roboterbahn umfasst in einer Ausführung einen oder mehrere Bahnpunkte, sie kann insbesondere durch deren Generierung und/oder Modifikation erstellt werden bzw. durch diese definiert sein. Entsprechend kann in einer Ausführung ein Erstellen einer Bahn eines Roboters ein Modifizieren einer (bereits) vorgegebenen Bahn des Roboters durch Modifizieren von vorgegebenen Bahnpunkten
und/oder -geschwindigkeiten und/oder -beschleunigungen umfassen, insbesondere sein.
Eine Bahngeschwindigkeit hängt in einer Ausführung von einer Posenänderung des Roboters mit der bzw. über die Zeit und/oder einer, insbesondere dreidimensionalen, translatorischen und/oder rotatorischen Geschwindigkeit einer roboterfesten Referenz, insbesondere eines TCPs des Roboters, ab, insbesondere an einem oder mehreren Bahnpunkten der Roboterbahn bzw. längs der Bahn, sie kann diese insbesondere beschreiben bzw. angeben. Eine Bahnbeschleunigung hängt in einer Ausführung von einer Änderung einer Bahngeschwindigkeit mit der bzw. über die Zeit ab, sie kann diese insbesondere beschreiben bzw. angeben. Ein Bahnpunkt kann insbesondere durch Anfahren mit dem Roboter und Abspeichern bzw. durch sogenanntes Teachen vorgegeben werden bzw. sein. Entsprechend ist ein vorgegebener Bahnpunkt in einer Ausführung (ein) abgespeicherter Bahnpunkt).
In einer Ausführung ist, insbesondere wird, die Referenzbahnmarkierung temporär bzw. (nur) zeitweise und/oder lösbar, insbesondere stoffschlüssig, reibschlüssig oder magnetisch, auf einer Oberfläche, insbesondere einer Bearbeitungsoberfläche eines Werkstücks, angeordnet. In einer Weiterbildung kann die Referenzbahnmarkierung insbesondere einen oder mehrere Klebe- und/oder Magnetstreifen bzw. -bänder oder dergleichen aufweisen, insbesondere hieraus bestehen. Entsprechend wird in einer Ausführung die lösbar angeordnete Referenzbahnmarkierung nach Erstellen der Roboterbahn wieder gelöst, wobei die Referenzbahnmarkierung beim Lösen beschädigt, insbesondere zerstört, oder auch zerstörungsfrei lösbar angeordnet werden bzw. sein bzw. hierzu eingerichtet sein bzw. verwendet werden kann. In einer Ausführung ist die Referenzbahnmarkierung elastisch bzw. flexibel ausgebildet Hierdurch kann in einer Ausführung die Vorgabe der Roboterbahn mittels
entsprechender Anordnung der Referenzbahnmarkierung verbessert, insbesondere vereinfacht und/oder für bzw. durch Bedienpersonal visualisiert und/oder überprüft werden.
In einer Ausführung ist die Roboterbahn eine Bearbeitungsbahn bezüglich bzw. relativ zu, insbesondere auf, einer Werkstückoberfläche, insbesondere eine Schweiß-, Schneid-, Polier-, Klebe-, Lackierbahn oder dergleichen. Bei solchen Applikationen kann die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil verwendet werden.
In einer Ausführung wird die Referenzbahnmarkierung mittels eines Erfassungsmittels berührungslos, insbesondere elektromagnetisch, insbesondere optisch, erfasst bzw. weist die Robotersteuerung bzw. - anordnung ein hierzu eingerichtetes bzw.
berührungslos, insbesondere elektromagnetisch, insbesondere optisch, erfassendes bzw. arbeitendes Erfassungsmittels auf. Zusätzlich oder alternativ ist, insbesondere wird, in einer Ausführung das Erfassungsmittel, insbesondere temporär bzw. (nur) zeitweise und/oder lösbar, an dem Roboter angeordnet und/oder weist einen elektromagnetischen, insbesondere optischen, insbesondere licht-, insbesondere helligkeits- und/oder farbdetektierenden bzw. -sensitiven, Sensor, insbesondere SD- Sensor, auf, es kann insbesondere ein solcher Sensor sein.
In einer Ausführung weist die Referenzbahnmarkierung eine oder mehrere optische und/oder zwei- oder dreidimensionale, insbesondere geometrische, Markierungen, insbesondere Helligkeits- und/oder Farbunterschiede bzw. -Wechsel bzw. -grenzen, insbesondere (dunkle(re) bzw. helle(re) und/oder farbige und/oder gerade und/oder gegeneinander geneigte) Linien, Flächen oder dergleichen, (dreidimensionale) Erhebungen und/oder Vertiefungen und/oder, insbesondere gerade und/oder gegeneinander geneigte, Kanten, und/oder gegeneinander zwei- oder dreidimensional versetzte und/oder geneigte, insbesondere ebene, Flächen, insbesondere ein
(optisches und/oder zwei- bzw. dreidimensionales, insbesondere geometrisches) Muster, auf, insbesondere eine (optische und/oder zwei- bzw. dreidimensionale, insbesondere geometrische) Markierung einer (Referenz)Bahn(richtung), eine, insbesondere äquidistante, (optische und/oder zwei- bzw. dreidimensionale, insbesondere geometrische) Skala bzw. Unterteilung einer Bahn(länge) und/oder (optische und/oder zwei- bzw. dreidimensionale, insbesondere geometrische)
Markierungen zur, insbesondere berührungslosen, Erfassung von Abweichungen senkrecht zur Bahn((längs)richtung), insbesondere in einer (Referenz-, insbesondere Grund- bzw. Auflage)Ebene der Referenzbahnmarkierung und/oder senkrecht hierzu, und/oder zur, insbesondere berührungslosen, Erfassung einer Orientierung relativ zu einer Bahn(längs)richtung und/oder einer (Referenz-, insbesondere Grund- bzw.
Auflage)Ebene der Referenzbahnmarkierung.
So verkürzen sich beispielsweise S(kalens)triche entsprechend einer Neigung gegen eine Strichebene, so dass hieraus die Neigung ermittelt werden kann. Durch (ein(e)) dreidimensionale, insbesondere geoemtrische(s), Markierung(en) bzw. Muster kann in einer Ausführung insbesondere ein Abstand senkrecht zu einer Referenz-,
insbesondere Grund- bzw. Auflage)Ebene der Referenzbahnmarkierung und/oder eine Orientierung relativ hierzu vorteilhaft ermittelt werden. Ein dreidimensionales Muster bzw. dreidimensionale Markierung(en) können in einer Ausführung
insbesondere durch Ur- und/oder Umformen der Referenzbahnmarkierung, beispielsweise Spritzen, Prägen, Tiefziehen oder dergleichen, hergestellt sein bzw. werden. In einer Ausführung weist die dreidimensional gemustere
Referenzbahnmarkierung eine Höhe auf, die wenigstens 0,5 mm, insbesondere wenigstens 1 ,0 mm, und/oder höchstens 10 mm, insbesondere höchstens 5 mm, beträgt, was für eine erfindungsgemäße Verwendung, insbesondere Erfassung und/oder Anordnung, besonders vorteilhaft sein kann.
Durch eine berührungslose, insbesondere elektromagnetisch, insbesondere optische, Erfassung kann diese in einer Ausführung verbessert, insbesondere ihre
Geschwindigkeit und/oder Präzision erhöht und/oder eine mechanische
Beaufschlagung der Referenzbahnmarkierung vermieden werden. Durch eine temporäre und/oder (zerstörungsfrei) lösbare Anordnung, insbesondere Befestigung, an dem Roboter kann das Erfassungsmittel in einer Ausführung bei Nichtbedarf, insbesondere in einem Normalbetrieb, entfernt und/oder abwechselnd bei mehreren Robotern erfindungsgemäß verwendet werden.
In einer Ausführung umfasst das Verfahren die Schritte:
- Ermitteln von einer oder mehreren, insbesondere dreidimensionalen und/oder kartesischen, Positionen und/oder einer oder mehreren, insbesondere
dreidimensionalen, Orientierungen und/oder einer Bahngeschwindigkeit, insbesondere an einem oder mehreren Bahnpunkten der Roboterbahn, einer roboterfesten Referenz, insbesondere eines TCPs des Roboters, relativ zu der erfassten Referenzbahnmarkierung, insbesondere in einem vorgegebenen Suchstartpunkt oder dem bzw. einem oder mehreren der vorgegebenen
Bahnpunkt(e); und
- Modifizieren des bzw. der vorgegebenen Bahnpunkte der Roboterbahn und/oder der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung zum
Reduzieren, insbesondere Minimieren, einer Abweichung der (Position(en) und/oder Orientierung(en) der) roboterfesten Referenz von einer oder mehreren durch die Referenzbahnmarkierung definierten Referenzpositionen und/oder - Orientierungen und/oder einer Abweichung der ermittelten von der bzw. den vorgegebenen Bahngeschwindigkeit bzw. so, dass diese Abweichung(en) hierdurch reduziert, insbesondere minimiert wird/werden und/oder Generieren des bzw. der, insbesondere zusätzlichen, Bahnpunkte zum Reduzieren, insbesondere Minimieren, einer Abweichung der (Position(en) und/oder Orientierung(en) der) roboterfesten Referenz von einer oder mehreren durch die
Referenzbahnmarkierung definierten Referenzpositionen und/oder -Orientierungen und/oder einer Abweichung der ermittelten von der bzw. den vorgegebenen Bahngeschwindigkeit bzw. so, dass diese Abweichung(en) hierdurch reduziert, insbesondere minimiert wird/werden.
Entsprechend weist die Robotersteuerung in einer Ausführung auf:
- Mittel zum Ermitteln von einer oder mehreren, insbesondere dreidimensionalen und/oder kartesischen, Positionen und/oder einer oder mehreren, insbesondere dreidimensionalen, Orientierungen und/oder einer Bahngeschwindigkeit, insbesondere an einem oder mehreren Bahnpunkten der Roboterbahn, einer roboterfesten Referenz, insbesondere eines TCPs des Roboters, relativ zu der erfassten Referenzbahnmarkierung, insbesondere in einem vorgegebenen Suchstartpunkt oder dem bzw. einem oder mehreren der vorgegebenen
Bahnpunkt(e); und
- Mittel zum Modifizieren des bzw. der vorgegebenen Bahnpunkte der Roboterbahn und/oder der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung und/oder Generieren des bzw. der Bahnpunkte zum Reduzieren, insbesondere Minimieren, einer Abweichung der (Position(en) und/oder Orientierung(en) der) roboterfesten Referenz von einer oder mehreren durch die
Referenzbahnmarkierung definierten Referenzpositionen und/oder -Orientierungen und/oder einer Abweichung der ermittelten von der bzw. den vorgegebenen Bahngeschwindigkeit bzw. so, dass diese Abweichung(en) hierdurch reduziert, insbesondere minimiert wird/werden.
Das Modifizieren eines vorgegebenen Bahnpunkts kann in einer Ausführung durch Verändern des entsprechenden Bahnpunkts, insbesondere Abspeichern des veränderten Bahnpunktes oder eines Korrekturwertes, erfolgen. Das Modifizieren einer vorgegebenen Bahngeschwindigkeit bzw. -beschleunigung kann in einer Ausführung durch Verändern entsprechend vorgegebener Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungsparameter, insbesondere Abspeichern der veränderten
Parameterwerte oder Korrekturwerte, erfolgen.
Eine durch die Referenzbahnmarkierung definierte Referenzposition kann in einer Ausführung auf einer durch die Referenzbahnmarkierung definierten, insbesondere markierten, Referenzbahn selber liegen oder gegenüber einer solchen einen vorgegebenen, insbesondere konstanten, (Positions- und/oder Orientierungs)Versatz, insbesondere senkrecht zur Referenzbahn und/oder einer (Referenz)Ebene der Referenzbahnmarkierung aufweisen, um beispielsweise eine Roboterbahn in einem (konstanten) Abstand zu der Referenzbahn(markierung) zu erstellen. Eine durch die Referenzbahnmarkierung definierte Referenzorientierung kann in einer Ausführung einen vorgegebenen Winkel zu einer (Referenz)Bahn -und/oder (Referenz)Ebene der Referenzbahnmarkierung beschreiben bzw. angeben, insbesondere einen
senkrechten Winkel oder dergleichen.
Eine vorgegebene Bahngeschwindigkeit ist in einer Ausführung eine konstante Bahngeschwindigkeit, was insbesondere bei den bereits genannten Schweiß-, Schneid-, Polier-, Klebe-, Lackier- oder ähnlichen Bahnen bzw. Applikationen besonders vorteilhaft sein kann. Eine Bahngeschwindigkeit relativ zu der erfassten Referenzbahnmarkierung kann in einer Ausführung durch Erfassung derselben Markierung(en) der Referenzbahnmarkierung zu verschiedenen Zeitpunkten und entsprechende Quotientenbildung erfolgen.
Durch ein Generieren von Bahnpunkten kann in einer Ausführung, insbesondere ausgehend von einem (angefahrenen bzw. vorgegebenen) Suchstartpunkt, das Verfahren bzw. der Roboter die Bahn durch Erfassen und Nachfahren der
Referenzbahnmarkierung selbsttätig erstellen.
Durch ein Generieren von Bahnpunkten zusätzlich zu, insbesondere zwischen, (bereits) vorgegebenen Bahnpunkten kann in einer Ausführung die vorgegebene Roboterbahn bzw. Bahngeschwindigkeit besonders vorteilhaft modifiziert werden.
In einer Ausführung wird bzw. ist auf Basis der bzw. durch die vorgegebenen
Bahnpunkte die Roboterbahn bereits vor Erfassen der Referenzbahnmarkierungen vorgegeben, insbesondere abgespeichert, in einer Ausführung durch manuelles Teachen oder selbsttätig durch ein initiales Generieren von Bahnpunkten mittels Erfassen und Nachfahren der Referenzbahnmarkierungen.
Durch ein Modifizieren von vorgegebenen Bahnpunkten kann somit in einer
Ausführung eine, insbesondere zunächst nur grob geteachte, Roboterbahn
anschließend, insbesondere selbsttätig, optimiert, insbesondere sozusagen auf eine durch die Referenzbahnmarkierung definierte Referenz- bzw. Sollbahn
„gezogen" werden. Durch ein Modifizieren einer vorgegebenen Bahngeschwindigkeit kann in einer Ausführung insbesondere eine uniforme Bahngeschwindigkeit realisiert und/oder einer Kinematik, insbesondere notwendigen Umorientierungen oder dergleichen, Dynamik, insbesondere Trägheiten und dergleichen, und/oder Steuerung, beispielsweise der zeitlichen Abarbeitung von vorgegebenen Bahnpunkten oder dergleichen, des
Roboters Rechnung getragen werden. So kann in einem einfachen Beispiel durch ein Erhöhen oder Reduzierung einer vorgegebenen bzw. Sollgeschwindigkeit an einem Bahnpunkt, Verschiebung dieses Bahnpunktes entlang der Bahn und/oder
Generierung eines weiteren bzw. zusätzlichen Bahn- bzw. Hilfspunktes ein
unerwünschter Geschwindigkeitssprung, insbesondere -einbruch und/oder -anstieg, an, vor und/oder nach dem Bahnpunkt reduziert, vorzugsweise vermieden werden.
In einer Ausführung umfasst das Verfahren die Schritte: insbesondere mehrfach bzw. iterativ:
- Abfahren der Roboterbahn mit dem bzw. den generierten und/oder modifizierten Bahnpunkt(en) und/oder der modifzierten Bahngeschwindigkeit und/oder - beschleunigung und/oder einer herunterskalierter Bahngeschwindigkeit und/oder - beschleunigung; Ermitteln von wenigstens einer Position und/oder Orientierung und/oder einer Bahngeschwindigkeit der roboterfesten Referenz relativ zu der erfassten Referenzbahnmarkierung bei diesem Abfahren; und, insbesondere abwechselnd:
- Modifizieren des bzw. eines oder mehrerer der vorgegebenen Bahnpunkte der Roboterbahn und/oder der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder - beschleunigung zum Reduzieren, insbesondere Minimieren, einer Abweichung der roboterfesten Referenz von einer oder mehreren durch die
Referenzbahnmarkierung definierten Referenzposition(en) und/oder - orientierung(en) und/oder einer Abweichung der ermittelten von der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit bzw. so, dass diese Abweichung(en) hierdurch reduziert, insbesondere minimiert wird/werden.
Entsprechend weist die Robotersteuerung in einer Ausführung auf Mittel zum, insbesondere mehrfachen, Abfahren der Roboterbahn mit dem bzw. den generierten und/oder modifizierten Bahnpunkt(en) und/oder der modifzierten Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung und/oder einer herunterskalierter Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung; Ermitteln von wenigstens einer Position und/oder Orientierung und/oder einer Bahngeschwindigkeit der roboterfesten Referenz relativ zu der erfassten Referenzbahnmarkierung bei diesem Abfahren; und, insbesondere abwechselndem, Modifizieren des bzw. eines oder mehrerer der vorgegebenen Bahnpunkte der Roboterbahn und/oder der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung zum Reduzieren, insbesondere Minimieren, einer
Abweichung der roboterfesten Referenz von einer oder mehreren durch die
Referenzbahnmarkierung definierten Referenzposition(en) und/oder -orientierung(en) und/oder einer Abweichung der ermittelten von der vorgegebenen
Bahngeschwindigkeit bzw. so, dass diese Abweichung(en) hierdurch reduziert, insbesondere minimiert wird/werden.
Hierdurch kann die Roboterbahn in einer Ausführung iterativ und/oder, jedenfalls insoweit bzw. wenigstens bezüglich dieser Schritte automatisiert, erstellt werden.
Insbesondere kann durch das, insbesondere mehrfache und/oder abwechselnde, Modifizieren von Bahnpunkten, und -geschwindigkeit bzw. -beschleunigung, die Roboterbahn an eine Dynamik des Roboters und/oder einer Robotersteuerung angepasst bzw. bezüglich dieser optimiert werden. Durch das Abfahren mit der vorgegebenen bzw. modifizierten und/oder das Abfahren mit der herunterskalierten Bahngeschwindigkeit, insbesondere das Abfahren mit der herunterskalierten modifizierten Bahngeschwindigkeit, insbesondere (jeweils) durch einen Skalierungs- bzw. Overridefaktor kleiner eins oder dergleichen, kann in einer Ausführung die
Bahntreue vorteilhaft geprüft und gegebenenfalls durch Bahnpunktmodifikation verbessert werden. Eine herunterskalierte Bahngeschwindigkeit ergibt sich daher in einer Ausführung durch Multiplikation einer vorgegebenen, gegebenenfalls bereits modifizierten, Bahngeschwindigkeit mit einem Faktor kleiner eins und größer Null. In einer Ausführung wird die Roboterbahn bei diesem iterativen Verfahren
- ein- oder mehrfach, insbesondere wenigstens einmal anfänglich, mit den
generierten bzw. modifizierten Bahnpunkten und einer (gegenüber einer
Arbeitsgeschwindigkeit) reduzierten, insbesondere herunterskalierten
vorgegebenen bzw. modifizierten, Bahngeschwindigkeit abgefahren, insbesondere, um dabei die Bahntreue abzuschätzen, und in einer Ausführung gegebenenfalls ein oder mehrere Bahnpunkte modifiziert und/oder, insbesondere abwechselnd hierzu, eine Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung modifiziert; und/oder - ein- oder mehrfach, insbesondere wenigstens einmal abschließend, mit den generierten bzw. modifizierten Bahnpunkten und einer bzw. der (vollen)
Arbeitsgeschwindigkeit, insbesondere der vorgegebenen bzw. modifizierten, nicht (mehr) herunterskalierten Bahngeschwindigkeit, abgefahren, insbesondere um (auch) dabei die Bahntreue zu prüfen, und in einer Ausführung gegebenenfalls ein oder mehrere Bahnpunkte modifiziert und/oder, insbesondere abwechselnd hierzu, eine Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung modifiziert.
In einer Ausführung umfasst das Verfahren die Schritte:
- Vorgeben eines Abbruchkriteriums, insbesondere einer maximal zulässigen
Iterationszahl, einer erforderlichen Bahnfolgegenauigkeit, einer erforderlichen
Geschwindigkeitsgenauigkeit und/oder einem maximal zulässigen und/oder minimal zulässigen Verhältnis zwischen Bahnfolge- und
Geschwindigkeitsgenauigkeit; und
- Abspeichern, Ausgeben und/oder Abfahren des bzw. der generierten und/oder modifizierten Bahnpunkte und/oder der modifizierten Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung, insbesondere der (solcherart) erstellten Bahn mit diesem bzw. diesen Bahnpunkten und/oder dieser Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung, in Abhängigkeit von dem Abbruchkriterium, insbesondere bei bzw. nach dessen Eintreten. Entsprechend weist die Robotersteuerung in einer Ausführung auf:
- Mittel zum Vorgeben eines Abbruchkriteriums, insbesondere einer maximal
zulässigen Iterationszahl, einer erforderlichen Bahnfolgegenauigkeit, einer erforderlichen Geschwindigkeitsgenauigkeit und/oder einem maximal zulässigen und/oder minimal zulässigen Verhältnis zwischen Bahnfolge- und
Geschwindigkeitsgenauigkeit; und
- Mittel zum Abspeichern, Ausgeben und/oder Abfahren des bzw. der generierten und/oder modifizierten Bahnpunkte und/oder der modifizierten
Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung, insbesondere der (solcherart) erstellten Bahn mit diesem bzw. diesen Bahnpunkten und/oder dieser
Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung, in Abhängigkeit von dem
Abbruchkriterium, insbesondere bei bzw. nach dessen Eintreten. Eine Bahnfolgegenauigkeit kann in einer Ausführung von einer, insbesondere maximalen und/oder mittleren bzw. gemittelten, Abweichung der roboterfesten Referenz von durch die Referenzbahnmarkierung definierten Referenzpositionen und/oder -Orientierungen abhängen, diese insbesondere angeben, eine erforderliche Bahnfolgegenauigkeit entsprechend insbesondere durch eine maximal zulässige, insbesondere maximale und/oder mittlere bzw. gemittelten, Abweichung der roboterfesten Referenz von durch die Referenzbahnmarkierung definierten
Referenzpositionen und/oder -Orientierungen vorgegeben bzw. bestimmt sein bzw. werden. Eine Geschwindigkeitsgenauigkeit kann entsprechend in einer Ausführung von einer, insbesondere maximalen und/oder mittleren bzw. gemittelten, Abweichung der Bahngeschwindigkeit von einer vorgegebenen Bahngeschwindigkeit oder einem Mittelwert der Bahngeschwindigkeit bzw. einer (maximale bzw. mittlere) Variation der Bahngeschwindigkeit abhängen, diese insbesondere angeben, eine erforderliche Geschwindigkeitsgenauigkeit entsprechend insbesondere durch eine maximal zulässige, insbesondere maximale und/oder mittlere bzw. gemittelten, Abweichung der Bahngeschwindigkeit von einer vorgegebenen Bahngeschwindigkeit oder einem Mittelwert der Bahngeschwindigkeit bzw. einer (maximale bzw. mittlere) Variation der Bahngeschwindigkeit vorgegeben bzw. bestimmt sein bzw. werden. Durch die Gewichtung bzw. Vorgabe eines Verhältnisses zwischen Bahnfolge- und Geschwindigkeitsgenauigkeit bzw. -Variation kann in einer Ausführung eine für die jeweilige Applikation optimale Roboterbahn erstellt werden. So kann beispielsweise bei einer Lackierbahn die Variation der Bahngeschwindigkeit, die für einen
gleichmäßigen Farbauftrag entscheidend ist, stärker gewichtet werden als eine Bahnfolgegenauigkeit, die aufgrund eines unscharfen Sprühnebels weniger Einfluss auf das Lackierergebnis hat. Umgekehrt kann beispielsweise bei einer Schneidbahn, bei der die Präzision des Schnittes entscheidend ist, die Bahnfolgegenauigkeit stärker gewichtet werden als eine Geschwindigkeitsgenauigkeit.
Ein maximales und/oder minimales Verhältnis zwischen Bahnfolge- und
Geschwindigkeitsgenauigkeit kann in einer Weiterbildung durch einen, insbesondere hard- oder softwaretechnisch implementierten, Schieberegler vorgegeben bzw.
eingestellt werden. Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder
Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Roboterbahn erstellen bzw. den Roboter zum Erstellen und/oder Abfahren dieser Bahn steuern kann. In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des
Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch die Robotersteuerung bzw. ihre Mittel.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert,: Fig. 1 : einen Teil einer Roboteranordnung mit einer Robotersteuerung zur
Erstellung einer Bahn eines Roboters der Roboteranordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2: ein Verfahren zur Erstellung der Roboterbahn nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und Fig. 3:einen Teil einer Referenzbahnmarkierung einer Roboteranordnung zur
Erstellung einer Bahn eines Roboters der Roboteranordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht. Fig. 1 zeigt einen Teil eines Arms eines Roboters 1 einer Roboteranordnung in einer Pose (ausgezogen in Fig. 1 ) sowie in zwei weiteren Posen (gestrichelt in Fig. 1 ) sowie eine Robotersteuerung 2 zum Erstellung einer Bahn des Roboters und Steuern des Roboters zum Abfahren dieser Bahn. Die Roboteranordnung weist weiter eine Referenzbahnmarkierung in Form eines zweidimensional(en) gemusterten Klebestreifens 3 auf, der in einem Schritt S10 temporär auf einer Bearbeitungsoberfläche eines Werkstücks 4 aufgeklebt wird.
Die Roboteranordnung weist weiter ein Erfassungsmittel in Form eines optischen SD- Sensors 5 auf, der in Schritt S10 temporär an dem Arm des Roboters 1 befestigt wird und mit der Robotersteuerung 2 drahtlos oder leitungsgebunden kommuniziert bzw. signalverbunden ist, insbesondere über eine Antriebsbus-Schnittstelle oder eine Schnittstelle vergleichbarer Geschwindigkeit.
Die Robotersteuerung 2 kann allgemein eine integrale oder verteilte Steuerung sein bzw. einen oder mehrere Rechner aufweisen, insbesondere eine (eigentliche) Roboter(antriebs)steuerung zum Steuern des Roboter(arms) bzw. seiner Antriebe sowie ein integriertes Modul oder einen damit drahtlos oder leitungsgebunden kommunizierenden bzw. signalverbundenen (weiteren) Rechner, insbesondere zum Auswerten von Signalen des 3D-Sensors 5 und/oder wenigstens teilweisem
Ausführen des Verfahrens, insbesondere eines oder mehrerer der nachfolgend beschriebenen Schritte S10 - S70.
Die Referenzbahnmarkierung 3 gibt durch ihre äquidistant skalierte Mittellinie eine gewünschte Bearbeitungsbahn B auf der Bearbeitungsoberfläche 4 vor. Durch das Muster bzw. dessen Erfassung können mittels des 3D-Sensors 5 zudem
Abweichungen sowohl in der Referenzebene des Klebestreifens 3 bzw. der
Zeichenebene der Fig. 1 sowie (anhand optischer Verzerrungen, insbesondere
Verkürzungen, und dergleichen) senkrecht hierzu und eine Orientierung relativ zum Klebestreifen 3 erfasst werden.
In einem Schritt S20 werden die beiden gestrichelt dargestellten Posen angefahren und dabei die beiden in Fig. 1 eingezeichneten Bahnpunkte Ρ-ιο, P20 vorgegeben, d.h. grob geteacht. Diese können insbesondere Positionen und/oder Orientierungen eines TCPs umfassen, insbesondere sein, beispielsweise eines Focus und/oder einer Wirkachse eines robotergeführten Laserschweiß- oder -Schneidwerkzeugs, eines Referenz(arbeits- bzw. -wirk)punktes und/oder einer Referenz(arbeits- bzw. -wirk)achse eines robotergeführten Lackier-, Polier- oder Klebwerkzeugs oder dergleichen.
Anschließend fährt die Robotersteuerung 2 in einem Schritt S30 eine hierdurch zunächst nur grob teteachte Roboterbahn in Form einer Geraden zwischen diesen beiden Bahnpunkten P 0, P20 mit einer Bahngeschwindigkeit ab, die gegenüber einer, beispielsweise zum Schweißen, Schneiden, Kleben, Lackieren, Polieren oder dergleichen, durch Parametrierung in Schritt S20 vorgegebenen konstanten
Bahngeschwindigkeit herunterskaliert ist, und erfasst dabei mittels des 3D-Sensors 5 optisch die Referenzbahnmarkierung 3.
Dabei ermittelt sie Position- und/oder Orientierungsabweichungen relativ zur
Referenzbahnmarkierung 3, beispielsweise kartesische Abweichungen gegenüber einem dem jeweiligen Bahnpunkt nächsten Punkt auf der Mittellinie B sowohl in der (Referenz)Ebene der Referenzbahnmarkierung 3 (Zeichenebene der Fig. 1 ) als auch senkrecht hierzu, wie in Fig. 1 durch Abweichung(svektor)en Δ angedeutet.
Anschließend korrigiert die Robotersteuerung 2 in Schritt S30 die (grob geteachte) Roboterbahn, indem sie die (grob geteachten) Bahnpunkten P 0, P20 entsprechend der Abweichungsvektoren Δ modifiziert, insbesondere die Abweichung(svektor)en Δ zu den vorgegebenen Bahnpunkten P 0, P20 hinzuaddiert.
In einem Schritt S40 fährt die Robotersteuerung 2 die solcherart modifizierte
Roboterbahn B mit den modifizierten vorgegebenen Bahnpunkten erneut mit der herunterskalierten Bahngeschwindigkeit ab und prüft dabei die Bahnfolgegenauigkeit bzw. (verbleibende) maximale und/oder mittlere Abweichungen von der Mittellinie der Referenzbahnmarkierung 3.
Wird dabei eine vorgegebene erforderliche Bahnfolgegenauigkeit nicht erreicht bzw. festgestellt (S40:„N"), werden die Schritte S30, S40, gegebenenfalls mehrfach, wiederholt, bis dies der Fall oder eine maximale Iterationszahl erreicht ist. Sobald die vorgegebene erforderliche Bahnfolgegenauigkeit erreicht bzw. festgestellt (oder die maximale Iterationszahl erreicht) ist (S40:„Y"), fährt die Robotersteuerung 2 mit Schritt S50 fort.
In diesem erhöht sie die zuvor herunterskalierte vorgegebene konstante
Bahngeschwindigkeit, gegebenenfalls schrittweise, und fährt die modifizierte
Roboterbahn B mit dieser Bahngeschwindigkeit ab.
Dabei prüft sie eine Geschwindigkeitsgenauigkeit. Überschreitet eine maximale oder mittlere Variation der Bahngeschwindigkeit einen vorgegebenen maximal zulässigen Grenzwert, modifiziert die Robotersteuerung 2 in Schritt S50 die vorgegebene Bahngeschwindigkeit, beispielsweise, indem sie Geschwindigkeitsparameter in den modifizierten Bahnpunkten entsprechend anpasst. Im Ausführungsbeispiel ist exemplarisch auch die Generierung eines zusätzlichen bzw. weiteren
(Hilfs)Bahnpunktes P zwischen den beiden modifizierten Bahnpunkten Ρ-ιο+Δ, Ρ2ο+Δ angedeutet. Indem ein solcher Bahnpunkt eingefügt und entsprechend beim Abfahren der Bahn von der Robotersteuerung 2 verarbeitet wird, kann ebenfalls eine unerwünschte Geschwindigkeitsvariation zwischen den modifizierten Bahnpunkten Ρ-ιο+Δ, Ρ2ο+Δ reduziert bzw. eine Bahngeschwindigkeit modifiziert werden.
Gleichermaßen können zur Modifizierung der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit beispielsweise die modifizierten Bahnpunkten P 0, P2o längs der Bahn B verschoben werden, so dass sie bei Abfahren der erstellen bzw. programmierten Bahn
entsprechend früher bzw. später verarbeitet werden.
Nachdem in Schritt S50 gegebenenfalls die vorgegebene Bahngeschwindigkeit modifiziert worden ist, fährt die Robotersteuerung 2 in Schritt S60 die modifizierte Roboterbahn B mit der gegebenenfalls modifizierten Bahngeschwindigkeit ab und prüft dabei einerseits die Bahnfolgegenauigkeit bzw. (verbleibenden) maximale und/oder mittlere Abweichung von der Mittellinie der Referenzbahnmarkierung 3 und andererseits ein Verhältnis der Bahnfolge- zur Geschwindigkeitsgenauigkeit.
Wird sowohl die erforderliche Bahnfolgegenauigkeit als auch der vorgegebene Bereich für das Verhältnis zwischen Bahnfolge- und Geschwindigkeitsgenauigkeit eingehalten bzw. festgestellt (S60:„Y"), werden in einem Schritt S70 die modifizierte Roboterbahn B mit dem generierten Bahnpunkt P und den modifizierten Bahnpunkten Ρ-ιο+Δ, Ρ2ο+Δ sowie die gegebenenfalls modifizierte
Bahngeschwindigkeit als Bahnpunkte bzw. -geschwindigkeit der solcherart erstellten Roboterbahn abgespeichert und ausgegeben.
Die solcherart erstellte Roboterbahn kann nun von der Robotersteuerung 2 im
Normalbetrieb zum Bearbeiten von Werkstückoberflächen 4 abgefahren werden, insbesondere, nachdem der Klebestreifen 3 entfernt wurde (Schritt S80).
Solange die erforderliche Bahnfolgegenauigkeit oder das vorgegebene Verhältnis zwischen Bahnfolge- und Geschwindigkeitsgenauigkeit und auch eine maximale Iterationszahl noch nicht erreicht bzw. festgestellt ist (S60:„N"), die in Schritt S10 vorgegeben wurden, wird die Modifikation der Bahnpunkte (Schritt S30) und/oder der Bahngeschwindigkeit (Schritt S50), gegebenenfalls alternierend, wiederholt, wie in Fig. 2 nur schematisiert durch den Rücksprung zu Schritt S30 angedeutet.
Man erkennt, dass auch Bedienpersonal ohne große Expertise eine Schweiß-,
Schneid-, Klebe-, Lackier-, Polier- oder ähnliche (Roboter)Bahn mit entsprechend uniformer Bahngeschwindigkeit einfach und präzise erstellen kann, indem der
Klebestreifen 3 entsprechend auf der Werkstückoberfläche angebracht und die
Roboterbahn durch Anfahren der Punkte Ρ-ιο, P20 grob geteacht wird, während die anschließende iterative Modifikation der Bahnpunkte und -geschwindigkeit
automatisiert erfolgt. Fig. 3 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil einer Referenzbahnmarkierung einer Roboteranordnung zur Erstellung einer Bahn eines Roboters der Roboteranordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, die bis auf nachfolgend erläuterte Unterschiede der vorstehend erläuterten Ausführung entspricht, so dass nachfolgend auf diese Bezug genommen und nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
In der Ausführung der Fig. 3 ist die Referenzbahnmarkierung als
dreidimensional gemustertes Klebeband 3' ausgebildet, das geometrische
Vertiefungen bzw. Erhöhungen mit einer Höhe (bzw. Tiefe) von etwa 2-3 mm aufweist. Auch die Referenzbahnmarkierung 3' gibt durch ihre (dreidimensional(e)) äquidistant skalierte Mittellinie eine gewünschte Bearbeitungsbahn B auf der
Bearbeitungsoberfläche 4 vor. Durch das dreidimensionale Muster bzw. dessen Erfassung können mittels des 3D-Sensors 5 zudem Abweichungen sowohl in der Referenz- bzw. Grund- bzw. Auflageebene des Klebebands 3' bzw. der Zeichenebene der Fig. 1 sowie (anhand 3D-Kanten, optischer Verzerrungen, insbesondere
Verkürzungen, und dergleichen) senkrecht hierzu und/oder eine Orientierung relativ zum Klebeband 3' vorteilhaft erfasst werden.
Wie auch bei dem zweidimensionalen Muster des Klebestreifens 3 (vgl. Fig. 1 ) erkennt man beim dreidimensionalen Muster des Klebebands 3' senkrecht zur
Mittellinie Abstandslinien A, insbesondere zur Erfassung der Bahngeschwindigkeit, sowie alternierende Hilfslinien H, insbesondere zur Erfassung einer Bahnkrümmung.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. So kann beispielsweise statt des (groben Vor)Teaches der Roboterbahn auch nur ein Suchstartpunkt angefahren werden und die Robotersteuerung, ausgehend hiervon, durch Erfassen und Nachfahren (der Mittellinie) des Klebestreifens 3 entsprechende Bahnpunkte generieren.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen
Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die
Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die
Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten
Merkmalskombinationen ergibt. Bezuqszeichenliste
1 Roboter(arm)
2 Robotersteuerung
3 gemusterter Klebestreifen (Referenzbahnmarkierung)
3' Klebeband mit dreidimensionalem Muster (Referenzbahnmarkierung)
4 Werkstück(oberfläche)
5 3D-Sensor (Erfassungsmittel)
A Abstandslinie
B Roboterbahn
H Hilfslinie
Pio - P20 TCP-Position
Δ Abweichung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erstellung einer Bahn (B) eines Roboters (1 ), mit den Schritten:
- Erfassen (S30 - S60) einer Referenzbahnmarkierung (3; 3'); und
- Modifizieren (S30, S50) von wenigstens einem vorgegebenen Bahnpunkt (P 0, P20) und/oder einer vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder - beschleunigung der Roboterbahn und/oder Generieren (S50) von wenigstens einem Bahnpunkt (P-15) auf Basis der erfassten Referenzbahnmarkierung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Referenzbahnmarkierung (3; 3') temporär und/oder lösbar auf einer Oberfläche, insbesondere einer Bearbeitungsoberfläche eines Werkstücks (4), angeordnet ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Referenzbahnmarkierung (3; 3') mittels eines Erfassungsmittels (5) erfasst wird, das die Referenzbahnmarkierung berührungslos erfasst und/oder, insbesondere temporär und/oder lösbar, an dem Roboter (1 ) angeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Referenzbahnmarkierung (3; 3') wenigstens eine optische und/oder zwei- oder dreidimensionale, insbesondere geometrische, Markierung aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Ermitteln (S30 - S60) von wenigstens einer Position und/oder Orientierung und/oder einer Bahngeschwindigkeit einer roboterfesten Referenz relativ zu der erfassten Referenzbahnmarkierung, insbesondere in einem vorgegebenen Suchstartpunkt oder dem vorgegebenen Bahnpunkt; und
- Modifizieren (S30, S50) des vorgegebenen Bahnpunkts der Roboterbahn
und/oder der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung und/oder Generieren (S50) des Bahnpunkts zum Reduzieren, insbesondere Minimieren, einer Abweichung (Δ) der roboterfesten Referenz von wenigstens einer durch die Referenzbahnmarkierung definierten Referenzposition und/oder -Orientierung und/oder einer Abweichung der ermittelten von der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch die Schritte:
insbesondere mehrfach:
- Abfahren (S40 - S60) der Roboterbahn (B) mit dem generierten und/oder modifizierten Bahnpunkt und/oder der modifzierten und/oder herunterskalierter Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung; Ermitteln von wenigstens einer Position und/oder Orientierung und/oder einer Bahngeschwindigkeit der roboterfesten Referenz relativ zu der erfassten Referenzbahnmarkierung bei diesem Abfahren; und
insbesondere abwechselnd:
- Modifizieren (S30, S50) des vorgegebenen Bahnpunkts der Roboterbahn
und/oder der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung zum Reduzieren, insbesondere Minimieren, einer Abweichung (Δ) der roboterfesten Referenz von wenigstens einer durch die
Referenzbahnmarkierung definierten Referenzposition und/oder -Orientierung und/oder einer Abweichung der ermittelten von der vorgegebenen
Bahngeschwindigkeit.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Vorgeben (S10) eines Abbruchkriteriums, insbesondere einer maximal
zulässigen Iterationszahl, einer erforderlichen Bahnfolgegenauigkeit, einer erforderlichen Geschwindigkeitsgenauigkeit und/oder einem maximal zulässigen und/oder minimal zulässigen Verhältnis zwischen Bahn- und Geschwindigkeitsgenauigkeit; und
- Abspeichern, Ausgeben und/oder Abfahren (S70, S80) des generierten
Bahnpunkts und/oder des modifizierten Bahnpunkts und/oder der modifizierten Bahngeschwindigkeit und/oder -beschleunigung in Abhängigkeit von dem Abbruchkriterium.
Robotersteuerung (2) zum Erstellung einer Bahn (B) eines Roboters (1 ), das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist:
- Mittel zum Erfassen einer Referenzbahnmarkierung (3; 3'); und - Mittel zum Modifizieren von wenigstens einem vorgegebenen Bahnpunkt (P 0, P20) und/oder einer vorgegebenen Bahngeschwindigkeit und/oder - beschleunigung der Roboterbahn und/oder Generieren von wenigstens einem Bahnpunkt (P-15) auf Basis der erfassten Referenzbahnmarkierung.
9. Roboteranordnung mit einem Roboter (1 ), einer Referenzbahnmarkierung (3; 3') und einer Robotersteuerung (2) zum Steuern des Roboters zum Erstellung und Abfahren einer Bahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
EP17803850.1A 2016-11-15 2017-11-13 Verfahren und robotersteuerung zur erstellung einer bahn eines roboters Pending EP3541586A1 (de)

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DE102016013624.3A DE102016013624A1 (de) 2016-11-15 2016-11-15 Verfahren und Robotersteuerung zur Erstellung einer Bahn eines Roboters
PCT/EP2017/079057 WO2018091411A1 (de) 2016-11-15 2017-11-13 Verfahren und robotersteuerung zur erstellung einer bahn eines roboters

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