ES2397940T3 - Procedimiento de calibración para robots gemelos - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la calibración de un robot (1) con un armazón portante (8) y al menos tres brazos principales (7a, 7b, 7c) alojados de forma móvil con respecto al armazón portante (8) y al menos tres antebrazos (10a, 10b, 10c) que durante el funcionamiento unen respectivamente un brazo principal (7a, 7b, 7c) con un placa de colocación (14), caracterizado por la separación de al menos algunos antebrazos (10a, 10b, 10c) de los brazos principales (7a, 7b, 5 7c) o de la placa de colocación (14), de tal manera que es posible un movimiento libre de los brazos principales (7a, 7b, 7c), así como por el movimiento de los extremos externos opuestos al armazón portante (8) de los brazos principales (7a, 7b, 7c) a una ubicación en el espacio relativa unos con respecto a otros y la unión de los extremos externos de los brazos principales (7a, 7b, 7c) con elementos de unión (11) con la misma longitud hasta que el extremo de cada brazo principal (7a, 7b, 7c) esté unido con el extremo de al menos un brazo principal (7a, 7b, 7c) 10 adyacente.

Description

Procedimiento de calibracion para robots gemelos.
La presente invencion se refiere a un procedimiento de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 para la calibracion de un robot.
En robots, preferentemente robots delta con tres o mas ejes, habitualmente estan dispuestos simetricamente los servomotores y una mecanica posterior, por ejemplo, los brazos principales y su disposicion de cojinetes, para no disefar una transformacion cinematica de forma innecesariamente complicada. Tales robots delta se conocen, por ejemplo, por el documento EP0200369A1 o el documento EP1293691B1.
Despues de la terminacion del montaje y la union de los servomotores a un control de orden superior se tienen que calibrar los ajustes de los accionamientos con respecto a los sistemas de medicion correspondientes, preferentemente codificadores giratorios absolutos, que se encuentran sobre los ejes de los servomotores. Las coordenadas o dimensiones y la situacion de los servomotores, brazos principales, barras de antebrazo y articulaciones se pueden introducir y almacenar en el control. Para llevar los accionamientos a una ubicacion conocida para la transformacion cinematica se llevan los brazos principales a la posicion en la cual las articulaciones en el extremo externo de los brazos principales se encuentran en el mismo plano horizontal que los ejes de los servomotores. Ya que estas posiciones se encuentran para el montador en el espacio tridimensional libre, se usan ayudas de ajuste que se montan en el armazon portante en el que estan colocados los servomotores para servir de tope para los brazos principales.
Estas propias ayudas de ajuste se tienen que fabricar de forma muy precisa, asi como el armazon portante para los servomotores, para que la superficie de montaje para la ayuda de ajuste con respecto a la situacion de un servomotor y, por tanto, con respecto al eje del servomotor, este sometida solamente a pequefas tolerancias, ya que las imprecisiones y las tolerancias en estas zonas se pueden sumar y conducen a divergencias con respecto a los parametros o medidas adoptados en teoria e introducidos en el control.
Estas divergencias conducen a divergencias en la posicion de situacion de la placa de colocacion, en la que se alojan y colocan los productos, y tambien a imprecisiones en la colocacion de productos. Ademas se pueden producir esfuerzos mecanicos en las articulaciones cuando los movimientos no se desarrollan tal como se ha calculado teoricamente en la transformacion cinematica.
Como alternativa, las ayudas de ajuste tambien pueden poseer superficies de montaje (de referencia) en un bastidor portante en el que esta colocado el armazon portante para los servomotores, que estan previstas para la ayuda o las ayudas de ajuste. En este caso, la influencia de las precisiones de mecanizado y tolerancias no es menos critica. Una ayuda de ajuste de este tipo, que se fija en el armazon portante para los servomotores de un robot delta y que une la placa de herramientas del robot delta de forma rigida con el armazon portante, se obtiene por el documento JP 2009 255 197 A. Con esta ayuda de ajuste se puede llevar a cabo un procedimiento para la calibracion de un robot de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
Todos estos procedimientos conocidos tienen en comun que la calibracion a traves de tales ayudas de ajuste no es muy precisa; y sobre todo existe la desventaja de que las ayudas de ajuste habitualmente no se suministran con el robot, sino que se tienen que traer por el montador de servicio de la fabrica cuando localmente, por ejemplo, se tiene que cambiar un servomotor y calibrar a continuacion.
Es objetivo de la presente invencion poner a disposicion un procedimiento de calibracion para robots que no presente las desventajas del estado de la tecnica.
Este objetivo se resuelve mediante un procedimiento con las caracteristicas de la reivindicacion 1.
En un robot con un armazon portante y al menos tres brazos principales alojados de forma movil con respecto al armazon portante, pudiendose mover los extremos externos opuestos al armazon portante de los brazos principales en diferentes ubicaciones en el espacio con respecto al armazon portante y relativamente unos con respecto a otros, los extremos externos de cada brazo principal se pueden unir con una distancia definida con respecto al extremo externo de los dos brazos principales adyacentes con elementos de union que presentan una misma longitud. A este respecto, los extremos externos de los brazos principales forman de forma forzosa un triangulo equilatero, cuyas dimensiones y coordenadas son conocidas por el control. De este modo, los servomotores pueden calibrarse sin requerir la ayuda de otros dispositivos mecanicos de calibracion.
A este respecto, el armazon portante puede estar colocado en un bastidor portante o ser por si mismo una parte del bastidor portante, que esta configurado como carcasa o portico. En el armazon portante para cada brazo principal que esta alojado en el mismo esta previsto un accionamiento, realizado preferentemente como servomotor. Todos los servomotores estan unidos con un control, que esta en disposicion de realizar la transformacion cinematica del robot. Habitualmente, en los brazos principales del robot estan colocados antebrazos que a su vez de forma conjunta estan fijados en una placa de colocacion, que esta en disposicion de alojar uno o varios productos y colocar los mismos a lo largo de una trayectoria deseada de movimiento.
Para poder controlar un movimiento de este tipo de la placa de colocacion mediante los brazos principales, es necesaria una transformacion cinematica en el control y, para esto, todos los servomotores durante la puesta en marcha tienen que calibrarse de forma muy precisa. Esto significa que los servomotores se mueven a una posicion conocida por el control y la ubicacion del sistema de medicion de cada servomotor, en la posicion en la que se calibra, se asume por el control y se correlaciona con la transformacion cinematica. A continuacion, el robot puede asumir sus funciones, por ejemplo, la recolocacion de productos, sin que se produzcan esfuerzos mecanicos o colisiones en la estructura mecanica del robot.
A este respecto es ventajoso desactivar los equipos de frenos colocados en los servomotores, de tal manera que se puedan mover manualmente los brazos principales por el montador para la puesta en marcha. Como alternativa, tambien se pueden trasladar los servomotores mediante un funcionamiento de pulsacion mediante botones de mando y el control preferentemente de forma muy lenta hasta una posicion deseada.
En este caso, como condicion, al menos algunos antebrazos, compuestos la mayoria de las veces de dos barras de antebrazo, deben poderse separar de los brazos principales o la placa de colocacion hasta que sea posible un movimiento libre de los brazos principales. La invencion tambien se puede realizar de tal manera que los brazos principales en su lado opuesto al armazon portante presenten articulaciones, en las que se pueden colocar elementos de union que presentan una misma longitud, de tal manera que un elemento de union une dos brazos principales adyacentes y entre cada brazo principal se encuentre un elemento de union. De este modo se produce un triangulo equilatero en el plano de los elementos de union, por ejemplo, en un robot delta de tres ejes, en el que los tres brazos principales presentan un mismo angulo con respecto a las disposiciones de cojinetes en el armazon portante.
Mediante las dimensiones de los puntos de apoyo de los brazos principales, de los propios brazos principales asi como la situacion de las articulaciones y la longitud de los elementos de union puede realizarse la calibracion de la transformacion cinematica.
Las articulaciones estan realizadas preferentemente como articulaciones esfericas, que posibilitan que las, por ejemplo, dos barras de antebrazo por antebrazo en el brazo principal sean adecuadas para el uso durante el funcionamiento del robot y tambien que se puedan fijar en las mismas elementos de union para unir respectivamente dos brazos principales adyacentes, de tal manera que todos los brazos principales se puedan llevar a una posicion definida para la calibracion y tambien posiblemente predeterminada.
A este respecto es particularmente razonable usar como elementos de union las propias barras de antebrazo que anteriormente se separaron en parte de los brazos principales y en parte de la placa de colocacion. Esto ofrece la ventaja de que no se necesitan elementos de union adicionales para la calibracion y, por tanto, tambien se pueden usar en una operacion de asistencia tecnica posterior, por ejemplo, para la sustitucion de un servomotor, las barras de antebrazo sin tener que buscar o proporcionar elementos de union adicionales.
En el procedimiento de acuerdo con la invencion se separan al menos algunos antebrazos de los brazos principales
o la placa de colocacion y despues los extremos externos de los brazos principales se mueven unos hacia otros hasta que mediante los elementos de union se hayan unido todos los brazos principales mediante la union de respectivamente dos brazos principales adyacentes. Esto conduce a una posicion de calibracion comun inequivoca de todos los brazos principales y, por tanto, tambien de los correspondientes servomotores o sus sistemas de medicion. A este respecto, las barras de union en su plano comun en un robot delta de tres ejes forman un triangulo equilatero.
Para poder mover manualmente los brazos principales, preferentemente se desactivan los equipos de frenado existentes en los servomotores.
Los elementos de union se colocan en las articulaciones existentes de los brazos principales, que estan realizadas preferentemente como articulaciones esfericas. La ventaja de estas articulaciones esfericas con contrapieza adecuada en el elemento de union es que esta union carece de holgura cuando, por ejemplo, la contrapieza de la articulacion esferica (denominada UrotulaU) se presiona en el elemento de union mediante medios auxiliares elasticos, tales como resortes o gomas tensoras, contra la articulacion esferica. Asimismo se puede concebir realizar la rotula como articulacion en el brazo principal y la articulacion esferica en el elemento de union.
El procedimiento de acuerdo con la invencion en una variante preve que las barras de antebrazo que forman el antebrazo, que a su vez estan fijadas en los brazos principales, se usen como elementos de union. A este respecto, las mismas se separan en parte de los brazos principales y en parte de la placa de colocacion para a continuacion poder estar en disposicion de unir respectivamente dos brazos principales adyacentes mediante las barras de antebrazo a traves de las articulaciones sin mover a este respecto los brazos principales a la posicion de calibracion.
Esta posicion de calibracion es una posicion forzada, que por un lado esta fijada mediante la situacion y las dimensiones de todos los componentes unidos entre si, no pudiendose modificar por otro lado esta posicion, ya que un intento de desviacion de uno o varios componentes conduce a contratensiones en este sistema mecanico, que tiene por objeto devolver los componentes de nuevo a la posicion de calibracion.
A continuacion se representa con mas detalle un ejemplo de realizacion ventajoso de la invencion mediante un dibujo. En particular muestran:
La Figura 1, una vista lateral de un ejemplo de realizacion del robot a calibrar con un bastidor portante,
La Figura 2, el robot mostrado en la Figura 1 sin bastidor portante para el funcionamiento,
La Figura 3, el robot mostrado en la Figura 2 en una posicion de calibracion,
La Figura 4, una vista lateral esquematica en una posicion de funcionamiento con un brazo principal y antebrazo,
La Figura 5, una vista lateral esquematica en una posicion de calibracion con un brazo principal y antebrazo y
La Figura 6, una vista superior esquematica con brazos principales y elementos de union en una posicion de calibracion.
Los componentes iguales estan provistos en las figuras constantemente de las mismas referencias.
La Figura 1 muestra una vista lateral de un robot delta de tres ejes 1 en un bastidor portante 2. El robot 1 puede realizar, por ejemplo, la funcion de introducir productos 3 desde una cinta de suministro 4 en un recipiente 5 que se encuentra sobre una cinta de salida 6.
En la Figura 2 esta mostrado el robot 1 sin bastidor portante 2. Los brazos principales 7a, 7b, 7c estan alojados en el armazon portante 8 y son accionados por los servomotores 9a, 9b, 9c. Para el funcionamiento estan previstos antebrazos 10a, 10b, 10c, que disponen de respectivamente dos barras de antebrazo 11 para establecer mediante articulaciones 12 en el extremo de los brazos principales 7a, 7b, 7c y articulaciones 13 en la placa de colocacion 14 una union, para que la placa de colocacion 14 se pueda colocar mediante el movimiento de los tres brazos principales 7a, 7b, 7c.
La Figura 3 muestra el robot 1 en su posicion de calibracion. A este respecto, las articulaciones 12 adyacentes de los brazos principales 7a, 7b, 7c estan unidas entre si mediante las tres barras de antebrazo 11. Antes de que se alcance este estado se desactivan los equipos de frenado que se encuentran preferentemente en el servomotor 9a, 9b, 9c o sobre el eje del servomotor. Esto se puede llevar a cabo mediante un control no representado. Por tanto, el operario o el montador esta en disposicion de mover manualmente los brazos principales 7a, 7b, 7c en solitario o de forma conjunta. Para esto, las barras de antebrazo 11 se separan en parte de las articulaciones 12 en los brazos principales 7a, 7b, 7c y las articulaciones 13 en la placa de colocacion 14, ya que, por un lado, se usan solo tres barras de antebrazo 11 en la posicion de calibracion y, por otro lado, no esta prevista una union con la placa de colocacion 14. Los brazos principales 7a, 7b, 7c se mueven aproximadamente a la posicion de calibracion representada en la Figura 3 y se coloca una primera barra de antebrazo 11 entre dos brazos principales 7a, 7b adyacentes. Para esto puede ser necesario colocar la barra de antebrazo 11 en el brazo principal 7a, 7b, por ejemplo, mediante un dispositivo elastico no representado, de forma que se sujete por si misma. A continuacion se coloca la siguiente barra de antebrazo 11 de la misma forma en los brazos principales 7b, 7c. Si la tercera y ultima barra de antebrazo 11 se coloca entre los brazos principales 7c, 7a, todavia no unidos entre si, esto es posible solo en una posicion definida mediante la situacion y las dimensiones de los brazos principales 7a, 7b, 7c, de las articulaciones 12 y de las barras de antebrazo 11. Esta posicion preferentemente es la posicion de calibracion.
En la Figura 4 se muestra una vista lateral esquematica de un brazo principal 7 con la articulacion 12 colocada en el extremo y la barra de antebrazo 11 unida con la misma. En este caso no se representa la union de la barra de antebrazo 11 con la placa de colocacion 14.
La Figura 5 muestra una vista lateral esquematica de la posicion de calibracion con un brazo principal 7, una articulacion 12 y una barra de antebrazo 11. En esta posicion se encuentran las articulaciones 12 y las tres barras de antebrazo 11 en un plano E comun y el mismo es paralelo con respecto al plano de referencia en el que se encuentran los ejes de giro 15 de los brazos principales 7a, 7b, 7c.
A este respecto se ajusta para los tres brazos principales 7a, 7b, 7c un angulo de eje W y la distancia del plano E y el plano en el que encuentran los ejes de motor se denomina distancia vertical V. La longitud L de los brazos principales se define como distancia del punto central de la articulacion 12 y el eje de giro 15 de la disposicion de cojinetes del brazo principal en el armazon portante 8.
En la Figura 6 se muestra una vista superior esquematica sobre el robot 1 en la posicion de calibracion. En un robot delta de tres ejes, los ejes de las barras de antebrazo 11 en su plano E comun forman un triangulo equilatero. En esta vista estan definidas otras dimensiones:
a = distancia de dos puntos centrales de las articulaciones 12 en el extremo de los brazos principales 7a, 7b, 7c
b = longitud de la barra de antebrazo 11
c = longitud de cantos del triangulo equilatero
d = distancia del eje del servomotor, al mismo tiempo tambien eje de giro 15 de la disposicion de cojinetes del brazo principal, con respecto al eje central vertical del robot e = distancia horizontal de los puntos centrales de las articulaciones 12 con respecto al eje central vertical del robot r = radio a traves de las esquinas del triangulo equilatero 5 L = longitud del brazo principal 7a, 7b, 7c W = angulo de eje de brazo principal 7a, 7b, 7c en ubicacion de calibracion V = distancia vertical del plano del triangulo con respecto al plano de referencia Existen las siguientes relaciones matematicas: c = 2 * a + b
10 r = raiz (1/3 * c elevado a 2)
e = r - raiz (a elevado a 2 * %)
W = ARCCOS ((e - d) / L)
V = SEN(W) * L
El control del robot contiene una transformacion cinematica. En la misma pueden introducirse los datos para a, b, d, 15 L. Mediante las relaciones matematicas se obtiene el angulo de eje W y se puede cotejar en la posicion de calibracion con los sistemas de medicion de los servomotores 9a, 9b, 9c.
Para el funcionamiento, despues de la calibracion se vuelven a soltar las uniones mediante las barras de antebrazo 11 entre los brazos principales 7a, 7b, 7c y todas las barras de antebrazo 11 se unen correspondientemente con los brazos principales 7a, 7b, 7c y la placa de colocacion 14.
20 La invencion no esta imitada a la calibracion de un robot delta de tres ejes, sino que se pueden concebir tambien robots con mas de tres brazos principales 7A, 7b, 7c y/o ejes adicionales que pueden realizar un giro del producto 3.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la calibracion de un robot (1) con un armazon portante (8) y al menos tres brazos principales (7a, 7b, 7c) alojados de forma movil con respecto al armazon portante (8) y al menos tres antebrazos (10a, 10b, 10c) que durante el funcionamiento unen respectivamente un brazo principal (7a, 7b, 7c) con un placa de colocacion (14), 5 caracterizado por la separacion de al menos algunos antebrazos (10a, 10b, 10c) de los brazos principales (7a, 7b, 7c) o de la placa de colocacion (14), de tal manera que es posible un movimiento libre de los brazos principales (7a, 7b, 7c), asi como por el movimiento de los extremos externos opuestos al armazon portante (8) de los brazos principales (7a, 7b, 7c) a una ubicacion en el espacio relativa unos con respecto a otros y la union de los extremos externos de los brazos principales (7a, 7b, 7c) con elementos de union (11) con la misma longitud hasta que el
    10 extremo de cada brazo principal (7a, 7b, 7c) este unido con el extremo de al menos un brazo principal (7a, 7b, 7c) adyacente.
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque cada brazo principal (7a, 7b, 7c) esta unido con ambos vecinos.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque los brazos principales se mueven 15 manualmente.
  4. 4.
    Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los extremos externos de los brazos principales (7a, 7b, 7c) presentan articulaciones (12), uniendose respectivamente las articulaciones (12) de brazos principales (7a, 7b, 7c) adyacentes mediante los elementos de union (11).
  5. 5.
    Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los extremos de los
    20 brazos principales (7a, 7b, 7c) estan unidos con antebrazos (10a, 10b, 10c) y cada antebrazo (10a, 10b, 10c) comprende dos barras de antebrazo (11) y las barras de antebrazo (11) son los elementos de union (11) y se suelta al menos una barra de antebrazo (11) de una articulacion (12) de un brazo principal (7a, 7b, 7c).
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