FI123306B - Robottityökalujärjestelmä, sekä sen ohjausmenetelmä, tietokoneohjelma ja ohjelmistotuote - Google Patents

Description

ROBOTTITYÖKALUJÄRJESTELMÄ, SEKÄ SEN OHJAUSMENETELMÄ, TIETOKONEOHJELMA JA OHJELMISTOTUOTE

Keksinnön kohteena on robottityökalujärjestelmä. Lisäksi keksintö koh-5 distuu robottityökalujärjestelmän ohjausmenetelmään. Keksintö kohdistuu myös tietokoneohjelmaan ja vastaavaan ohjelmistotuotteeseen, joka käsittää joukon ohjelmakäskyjä robottityökalujärjestelmän ohjaamiseksi.

10 Erityyppisiä teollisuusrobotteja, jotka voivat siirtää osia ja/tai työkaluja, käytetään enenevässä määrin erilaisissa automaattisissa tuotantolinjoissa. Tyypillisesti tuotantolaitteistossa käytettävä robotti käsittää ainakin laajan liikkeen mahdollistavan rakenteen eli ns. käsivarren sekä päätevaikuttimen. Päätevaikutin puolestaan käsittää työkalun, kuten 15 esimerkiksi sormet, ja työkalun liikuttamiseen toimilaitteen, kuten esimerkiksi sähkömoottorin.

Robotin erilaisten liikkeiden ja toimintojen ohjaamiseen käytetään ohjausyksikköä, joka voi ohjata toimintoja pelkästään ennalta määrättyjä 20 ratoja pitkin tai sitten ohjaustietojen määrittämisen apuna voidaan käyttää erilaisia sensoreita ja/tai palautekanavia. Eräs robottijärjestelmissä käytetty tyypillinen palautteenkeruuväline on yhteen tai useampaan kameraan perustuva konenäköjärjestelmä, jonka avulla esimerkiksi työkalu voidaan kohdistaa kohteeseen. Kappaleiden tarkka sijainti voi-25 daan mitata tunnetuissa ratkaisuissa konenäköjärjestelmältä saatavan ^ mittaustiedon perusteella. Mikäli näköjärjestelmältä ei saada mittaus- ™ tietoa samaan aikaan kuin itse käsittely tapahtuu, on todellinen tark- v kuus useimmiten vielä riippuvainen mm. käytettävän manipulaattorin o absoluuttitarkkuudesta, joka heikkenee esimerkiksi kulumisen seurain 30 uksena. Lisäksi tyypillisissä sovelluksissa jokaisen kuvattavan alu- een yhteyteen tarvitaan erillinen kamera, joiden lukumäärä voi kas-g vaa suureksi kriittisten kohteiden lukumäärän kasvaessa.

LO

O

S Tunnetuissa robottityökalujärjestelmissä pienen kappaleen luotettava 35 orientointi syöttölaitteella on usein hankalaa, kallista ja aikaavievää varsinkin absoluuttipaikoitustarkkuusvaatimusten siirtyessä alle puolen 2 millimetrin luokkaan. Kokoonpanolinjojen osien syöttölaitteeseen voidaan tunnetuissa ratkaisuissa sijoittaa oma erillinen konenäköjärjes-telmä sekä esimerkiksi mekaanisesti väärin orientoituneen kappaleen poistava järjestelmä. Konenäköjärjestelmä tunnistaa oikein orientoitu-5 neet osat ja poistojärjestelmä poistaa muut osat noutoasemasta.

Käsiteltävän tuotteen muuttuessa on ainakin robottityökalujärjestelmä myös muutettava vastaamaan uutta tuotetta. Tunnetuissa sovelluksissa esimerkiksi aikaisemmin käytetty tarrain, sen toimintaperiaate ja toimi-10 laitteet sekä mahdollisesti myös toimilaitteiden ohjaus on vaihdettava kokonaan uuteen. Laitteistosta tulee helposti arvokas rakennettava, vaikka periaatteessa samantyyppiset ongelmat on jo ratkaistu edellisen tuotteen kohdalla. Uuden tuotteen kohdalla ongelmaksi muodostuu myös tartuntavoima, jonka hallinta vaatii vielä erillisiä toimenpiteitä tai 15 järjestelmiä. Erityisen tärkeää tartuntavoiman hallinta on käsiteltäessä herkästi rikkoutuvia tuotteita

Kun samaan päätevaikuttimeen tarvitsee sijoittaa useita erilaisia ominaisuuksia, kuten esimerkiksi yksi tai useampia servo-ohjattuja 20 liikeakseleita, käsittelyvoiman hallintaan kykenevä osa, vaihdettavissa olevat toimilaitteet, vaihdettavissa olevat työkalut sekä toimintoja valvova näköjärjestelmä, kasvaa tunnetuilla tavoilla toteutetun pääte-vaikuttimen fyysinen koko tavanomaiseen tuotantosoluun sopimattomaksi. Tämä on tyypillistä erityisesti silloin, kun pitää käyttää suu-25 rikokoisia toimilaitteita.

CM

δ ^ Tunnetuilla ratkaisuilla toteutettujen kokoonpanolinjojen suuret pää- v omakustannukset ja rajoitettu mukautuvuus erilaisiin tuotteisiin, pieniin ^ eräkokoihin sekä monimuotoisiin tehtäviin rajoittavat laajamittaista £ 30 automaattiseen kokoonpanoon siirtymistä erityisesti pienissä tai kes- kisuurissa tuotantovolyymeissä. Tunnetuissa ratkaisuissa esimerkiksi g erilaisten oddform- ja loppukokoonpano- sekä testaustoimintojen si-

LO

§ säilyttäminen kokoonpanolinjaan tapahtuu tyypillisesti lisäämällä ko- koonpanolinjaan yksittäisen tai enintään muutaman toiminnon suoritta-35 via soluja peräkkäin. Tällöin kustannukset sekä kapasiteetti kasvavat 3 nopeasti liian suuriksi pienten tai keskisuurten yritysten tuotantovolyymeille ja valmistusmäärille.

Edellä esitettyjä ongelmia on pyritty ratkaisemaan usealla eri tavalla. 5 Tunnetuissa ratkaisuissa on kuitenkin keskitytty etsimään ratkaisu tyypillisesti vain yhteen tietyssä tilanteessa esiintyvään ongelmaan eivätkä ratkaisut ole skaalautuvia tai moneen kohteeseen soveltuvia. US-patenttijulkaisussa 5,219,264 on esitetty eräs konenäköjärjestelmää hyödyntävä robotin päätevaikutin, jossa robotin päätevaikuttimeen on 10 sijoitettu CCD-kamera ja tartuntaelimet. Kyseisessä ratkaisussa kameran välittämä kuvainformaatio paikannetaan erillisten paikannuspistei-den (LED-valojen) avulla. Julkaisun mukainen robottityökalujärjestelmä on vaikeasti mukautettavissa erilaisiin työympäristöihin, ja lisäksi järjestelmä edellyttää myös käyttöympäristöltä erityisjärjestelyjä, kuten esi-15 merkiksi mainittuja paikannuspisteitä poiminta- ja/tai lastausalueella. Julkaisun mukainen robottityökalujärjestelmä ei myöskään sovellu havaitsemaan irtonaisia tai vapaamuotoisia kohteita kovinkaan hyvin.

Nyt käsillä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on esittää 20 robottityökalujärjestelmä, joka on helposti ja automaattisesti mukautettavissa erilaisiin ympäristöihin ja joka sitä kautta lisää uudelleenkäytettävyyttä sekä laskee kokonaisjärjestelmän kustannuksia.

Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle robottityöka-25 lujärjestelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisessä pa-^ tenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukaiselle robottityökalujärjestelmän ^ ohjausmenetelmälle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty v itsenäisessä patenttivaatimuksessa 6. Keksinnön mukaiselle tietoko- ° neohjelmalle on tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisessä pa- £ 30 tenttivaatimuksessa 10. Keksinnön mukaiselle ohjelmistotuotteelle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisessä patentti-S vaatimuksessa 12. Muissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on § esitetty eräitä keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

o

C\J

35 Eräs keksinnön mukainen robottityökalujärjestelmä käsittää päätevaikuttimeen sijoitetut toimilaitteen, työkaluvaihtimen sekä konenäköeli- 4 men, jotka ovat oleellisesti itsenäisiä ja helposti vaihdettavia moduuleja. Päätevaikutin voidaan liittää robottikäsivarsiin tai yksinkertaisempiin manipulaattoreihin ja varustaa erilaisilla työkaluilla. Päätevaikutinta ja robotti käsivartta ohjataan järjestelmään liitetyn konenäön avustamana. 5 Konenäköelin, kuten esimerkiksi kamera, sijoitetaan päätevaikuttimen keskelle siten, että toimilaitteet ja työkaluvaihtimet asettuvat sen näkö-suunnan keskilinjan sivuille. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa kameran näkösuunnan keskilinja sijaitsee myös samalla akselilla robotin viimeisen pyöritysakselin/ranteen kanssa. Ohjaus toteutetaan edulli-10 sesti siten, että eri moduulien vaihtuessa ohjausohjelma käyttää kyseisille moduuleille ominaisia automaattisesti tai muuten nopeasti kytkettäviä ohjelma-ja laitteisto-osioita.

Keksinnön mukainen robottityökalujärjestelmä ja erityisesti päätevaiku-15 tin on rakenteeltaan oleellisesti modulaarinen. Järjestelmän pääte-vaikutin käsittää ainakin rungon, toimilaitemoduulin sekä automaattisen työkalunvaihtimen, työkaluyksikön sekä konenäköelimen. Lisäksi robottityökalujärjestelmä käsittää edullisesti integroidun vahvistinkont-rollerin, PC-ohjaimen ja modulaarisen ohjausohjelmiston.

20 Päätevaikuttimen runkoon sijoitetaan edullisesti kamera ns. 'eye-in-palm' -periaatteella. Sijoittamalla pienikokoinen kamera päätevaikuttimen keskelle on mahdollista hyödyntää konenäköjärjestelmää parantamaan operaatioiden suhteellista ja absoluuttista tarkkuutta tehtäväs-25 tä, manipulaattorin ja/tai työkalun asemasta riippumatta, koska täten ^ asennetun kameran näkymä pysyy oleellisesti esteettömänä koko työ- ^ kierron ajan.

g Eräässä keksinnön suoritusmuodossa työkalujen voimanlähteenä x 30 toimivina toimilaitteina käytetään lineaarimoottoreita. Lineaarimootto- reiden tuottama voima voidaan edullisessa suoritusmuodossa asettaa o g käyttöliittymästä sellaiseksi, että kappaleen tartunta on luotettava ja g kappaletta vaurioittamaton. Akseleiden servo-ominaisuutensa vuoksi ° laite soveltuu luontaisesti erikokoisten kappaleiden käsittelyyn. Ohja- 35 usjärjestelmä voi myös haluttaessa säätää joko pelkkää kontaktivoimaa 5 tai kontaktivoiman ja aseman yhdistelmää tuntemattoman kokoiseen tai suuria kokovaihteluita sisältävään kappaleeseen tartuttaessa.

Liikeakseleita ohjaavat toimilaitteet ja liikeakseleiden takaisinkytken-5 nässä käytetyt anturit sijoitetaan eräässä keksinnön suoritusmuodossa muuhun paikkaan kuin työkaluyksikön välittömään läheisyyteen, kuten esimerkiksi sinne missä liikeakseleiden säätäjät ja vahvistimet sijaitsevat. Toimilaitteiden liike välitetään työkaluyksikköön esimerkiksi hydraulisesti ja työkaluyksikön ja ympäristön väliset kontaktivoimat välitty-10 vät takaisin toimilaitteille edullisesti samaa reittiä (eli hydraulisesti).

Päätevaikuttimeen voidaan sijoittaa automaattisen työkalunvaihtojär-jestelmän avulla erilaisia työkaluja, kuten esimerkiksi tarttumissormet, annostelulaite (dispenser), juotoskolvi, erilaiset leikkaus- sekä jyrsin-15 tätyökalut, viivalaser 3D-hahmontunnistukseen sekä erilaiset mittauslaitteet ja -kärjet. Työkalut kytketään edullisesti itsenäisesti servottaviin lineaariakseleihin, joiden modulaariset toimilaitteet voidaan nopeasti vaihtaa erilaisten sovellusten tarpeen mukaan. Työkalujen ohjauksessa hyödynnetään työalueen yläpuolella olevaa edullisesti robotin ran-20 teen kanssa koaksiaalista konenäkökameraa.

Eräässä keksinnön suoritusmuodossa ohjausohjelmisto on myös modulaarinen, ja siihen voidaan liittää kulloinkin työkalun ohjauksen vaatimat moduulit. Suoritusmuodon mukaisen ohjelmistorakenteen 25 avulla on nopeaa ja helppoa määritellä uusia toimintoja, tarraimen ja ^ robotin asentoja sekä näköobjekteja järjestelmälle. Mekaanisen ja oh- ^ jelmallisen modulaarisen liitosrajapintansa ansiosta järjestelmä voi- v daan kytkeä useisiin erilaisiin robottikäsivarsiin.

o

CO

£ 30 Keksinnön mukaisesti järjestettyä konenäköä voidaan käyttää monella edullisella tavalla. Keksintö mm. helpottaa kappaleenkäsittelyssä osien S syöttöä vähentämällä tarttumista edeltäviä kappaleiden orientaatiovaa- § timuksia sekä tunnistamalla erilaiset kappaleet eri asennoissaan. Li- S säksi kappaleiden kiinnitystä ja käyttäytymistä voidaan tarkkailla reaali- 35 aikaisesti liikkeiden aikana. Konenäköelimellä voidaan varmistaa pää-tevaikuttimen ja työkalujen sijoittuminen käsiteltävän kappaleen tai ym- 6 päristön ja työkalun suhteen. Konenäköä voidaan myös käyttää työkaluilla suoritetun tehtävän tarkistamiseen sekä muuhun laadunvalvontaan robotin työalueella. Järjestelmää voidaan käyttää myös ympäristönsä 3D-kuvantamiseen liikuteltavan kameran ansiosta. Paikallaan olevien 5 kohteiden kolmiulotteinen kuvantaminen voidaan suorittaa joko käyttäen tarkasti eri suunnista opetettuja piirteitä, depth-from-focus -menetelmää tai ns. virtuaalista stereokuvausta, jossa päätevaikutti-messa olevaa kameraa siirretään robotin avulla tarkasti kuvanotto-jen välillä ja kuvia käsitellään normaalin stereomenetelmän tapaan. 10 Robottityökalujärjestelmä voidaan laajentaa stereonäköjärjestelmäksi lisäämällä toinen kamera päätevaikuttimeen, jolloin järjestelmällä on mahdollista mitata myös liikkeessä olevia kohteita kolmiulotteisesti. Kamerat ja kuvanotto synkronoituvat automaattisesti oikea-aikaisten mittaustulosten takaamiseksi.

15

Keksinnön mukainen ratkaisu parantaa robottityökalujärjestelmien suhteellista tarkkuutta ja kompensoi näin robottien kulumisesta aiheutuvan absoluuttitarkkuuden heikentymistä. Lisäksi eräiden keksinnön suoritusmuotojen etuja ovat mm se, että konenäkökameralla voidaan paran-20 taa laitteen tarkkuutta käytetystä työkalupäästä riippumatta ja se, että keskeisesti sijoitetun näköjärjestelmän ansiosta kaikki suoritetut toiminnot ovat koko ajan valvottavissa. Tietyissä tapauksissa kyseinen ratkaisu mahdollistaa kalibroimattoman offline-ohjelmoidun robotin käytön tuotantoympäristössään. Keksintö mahdollistaa yhden kameran 25 monipuolisine valaistusvaihtoehtoineen käytön useassa tehtävässä ^ ja säästää näin kustannuksia. Tavanomainen konenäkölaitteisto pi- o ™ tää myös usein räätälöidä uudelleen muuttuneen järjestelmän mukai- v seksi.

o

CO

g 30 Robottityökalujärjestelmä voidaan sopeuttaa lukuisiin erilaisiin tehtäviin vaihtamalla työkaluja ja ohjelmistomoduuleja. Keksinnön erään suori-g tusmuodon mukainen modulaarinen rakenne mahdollistaa sen, että g vaihtamalla vain robottityökalujärjestelmän tiettyyn ominaisuuteen (toi- ° milaitemoduuli) tai toimintaan (työkalumoduuli) oleellisesti vaikuttavia 35 moduuleja, voi laite muiden geneeristen ominaisuuksiensa tukemana suorittaa kustannustehokkaasti useita erilaisia tehtäviä samassa ympä- 7 ristössä. Tunnetut robottityökalujärjestelmät mukautuvat vain rajallisesti ja usein vain samantyyppisiin tehtäviin, ja muutoksiin tarvitaan tyypillisesti työläitä ja aikaa vieviä uudelleenjärjestelyjä tai sitten täytyy hankkia kokonaan uusi tehtävään sopiva työkalu ympäristöineen. Keksin-5 nön mukaisen robottityökalujärjestelmän mekaanisen ja ohjauksellisen rakenteen vuoksi, laitteen käyttäjä ei ole sidottu yhden valmistajan ro-bottimanipulaattoriratkaisuihin. Lisäksi keksinnön mukaista robottityö-kalujärjestelmää voidaan käyttää myös täysin erikoisvalmistetuissa sovelluksissa. Keksinnön mukaisen robottityökalujärjestelmän eräs suo-10 ritusmuoto on erittäin pienikokoinen, joustava ja monikäyttöinen. Keksinnön erään suoritusmuodon mukainen kompakti rakenne ja pieni footprint rajoittavat kolmiulotteisia ja ahtaassa tilassa suoritettuja operaatioita vähemmän, kuin vain valmiista komponenteista rakennetut ratkaisut joissa kamera on sijoitettu päätevaikuttimeen.

15

Keksinnön soveltamiseksi kokoonpanosovelluksissa ei tarvita kallista soluympäristöä, joka usein vaaditaan manipulaattoreineen erilaisten valmistajakohtaisten sovellusratkaisujen tukemiseksi. Keksinnön mukaisen robottityökalujärjestelmän ohjauksellinen ja mekaaninen ra-20 kenne mahdollistaa lukuisten erilaisten toimintojen toteuttamisen samalla laitteella. Pääomakeskeiset komponentit säilyvät jatkuvasti käytössä sovelluksesta riippumatta, jolloin siirtyminen sovelluksesta toiseen ei moninkertaista laitteiston kiinteitä kustannuksia.

25 Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheisiin pe- ^ riaatteellisiin kuviin, joissa

C\J

v kuva 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen robotti- 8 työkalujärjestelmän päätevaikutinta konenäköelimen nä- g 30 kemän kohteen suunnasta, □_

O

S kuva 2 esittää kuvan 1 mukaista päätevaikutinta suunnasta, joka ΙΓ) § on kohtisuorassa konenäköelimen katselusuuntaan ja työ- ° kalujen liikesuuntaan nähden, 35 8 kuva 3 esittää kuvan 2 mukaista päätevaikutinta silloin kun työkaluina on juotoskolvi ja tinansyötin, kuva 4 esittää kuvan 1 mukaisen päätevaikuttimen poikkileikkaus-5 ta työkalujen liikesuunnasta nähtynä, kuva 5 esittää keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisen robottityökalujärjestelmän päätevaikutinta konenäköelimen näkemän kohteen suunnasta, 10 kuva 6 esittää kuvan 5 mukaista päätevaikutinta suunnasta, joka on kohtisuorassa konenäköelimen katselusuuntaan ja työkalujen liikesuuntaan nähden, 15 kuva 7 esittää kuvan 5 mukaisen päätevaikuttimen poikkileikkausta työkalujen liikesuunnasta nähtynä, kuva 8 esittää päätevaikutinta sijoitettuna robottikäsivarteen, ja 20 kuva 9 esittää erästä ohjausyhteyksien järjestelyä.

Piirustuksissa on esitetty selvyyden vuoksi vain keksinnön ymmärtämisen kannalta tarpeelliset yksityiskohdat. Keksinnön ymmärtämisen 25 kannalta tarpeettomat, mutta ammattimiehelle selvät rakenteet ja yksi- g tyiskohdat on jätetty kuvista pois keksinnön ominaispiirteiden korosta- ^ miseksi.

° Kuvissa 1, 2, 3 ja 4 on esitetty keksinnön erään suoritusmuodon mu- g 30 kainen robottityökalujärjestelmä ja kuvissa 5, 6 ja 7 on esitetty eräs toi nen keksinnön suoritusmuoto. Kuvat 1 ja 4 esittävät päätevaikutinta 1 g nähtynä suunnasta, johon konenäköelin 2 katsoo eli kameran optiikan g suunnasta. Kuvat 2, 3 ja 6 esittävät päätevaikutinta 1 nähtynä suun- ° nasta, joka on kohtisuorassa konenäköelimen 2 katselusuuntaan ja 35 työkalujen 5 liikesuuntaan nähden. Kuvat 4 ja 7 esittävät puolestaan 9 päätevaikutinta 1 työkalujen 5 liikesuunnasta nähtynä, joka suunta on kohtisuorassa konenäköelimen 2 katselusuuntaan nähden.

Kuvissa 1, 2, 3 ja 4 esitetyn keksinnön erään suoritusmuodon mukai-5 nen robottityökalujärjestelmä käsittää päätevaikuttimeen 1 sijoitetut toimilaitteen 3, työkaluvaihtimen 4 (eli työkaluyksikön) sekä konenäkö-elimen 2, jotka ovat oleellisesti itsenäisiä ja helposti vaihdettavia moduuleja. Lisäksi robottityökalujärjestelmä käsittää edullisesti myös seu-raavat elimet, joita ei ole esitetty kuvassa, integroidun vahvistinkontrol-10 lerin, PC-ohjaimen ja modulaarisen ohjausohjelmiston. Edullisessa suoritusmuodossa päätevaikutin 1 liitetään manipulaattoriin liitoslaipan 10 avulla. Liitoslaippa 10 voi olla rakenteeltaan kiinteä tai vaihdettava osa päätevaikutinta 1. Vaihdettava liitoslaippa 10 mahdollistaa pääte-vaikuttimen helpon mukauttamisen erilaisiin manipulaattoreihin.

15

Kuvissa 1, 2, 3 ja 4 esitetyssä suoritusmuodossa toimilaitteina 3 on li-neaarimoottorit, mutta myös muunlaisia toimilaitteita on mahdollista käyttää. Toimilaitteen 3 pääasiallinen tarkoitus on aikaansaada työkalujen 5 tarvitsema käyttövoima, joka kyseisessä esimerkissä on liikettä ja 20 puristusvoimaa. Toimilaitteen 3 valinnalla vaikutetaan mm. liikkeiden ja voimien tarkkuuteen ja säädettävyyteen, sekä myös liikkeiden ja voimien suuruuteen. Toisaalta toimilaitteella 3 itsellään on toisinaan mahdollista mitata kontaktivoimia suoraan. Esimerkiksi lineaarimoottoreiden tapauksessa moottoreiden käyttämä virta seuraa hyvin paikoitukseen 25 tarvittavaa voimaa.

C\J

δ ™ Kuvasta 4 nähdään, että toimilaite 3 ja työkalunvaihtaja 4 ovat kiinni v rungossa ainoastaan lineaarijohteen 8 välityksellä. Työkalunvaihtajan 4 m asema määritetään esitetyssä suoritusmuodossa anturilla 7, joka on £ 30 kuvan mukaisessa suoritusmuodossa sijoitettu runkoon toimilaitetta 3 vasten sijoittuvaan seinämään. Anturi 7 on järjestetty seuraamaan toi-S milaitteen 3 aikaansaamaa liikettä esimerkiksi toimilaitteen seinämära- § kenteeseen 9 muodostetun asteikon avulla. Sijoittamalla anturi 7 pää- ° tevaikuttimen 1 runkoon, voidaan anturi 7 pitää vakiona, vaikka pääte- 35 laitteen muita moduuleja vaihdetaan.

10

Työkalunvaihtaja 4 on mekaaninen laite, joka mahdollistaa useamman työkalun 5 käytön samassa robotissa. Edullisessa suoritusmuodossa työkalunvaihtajassa 4 on yhtaikaisesti toimivat sähköiset, mekaaniset, hydrauliset ja pneumaattiset liitännät.

5 Päätevaikuttimeen 1 voidaan sijoittaa automaattisen työkalujenvaihto-järjestelmän avulla erilaisia työkaluja 5, kuten esimerkiksi tarttumis-sormet, annostelulaite (dispenser), juotoskolvi, erilaiset leikkaus- sekä jyrsintätyökalut, viivalaser 3D-hahmontunnistukseen sekä erilaiset 10 mittauslaitteet. Kuvassa 2 työkaluina 5 on esitetty tartuntasormet ja kuvassa 3 työkaluina on juotoskolvi ja tinansyötin. Erilaiset työkalut 5 mahdollistavat päätevaikuttimen 1 käyttämisen erilaisiin töihin, kuten esimerkiksi hitsaamiseen, maalaamiseen (pinnankäsittely), hiomiseen, leikkaamiseen, kokoonpanoon, pakkaamiseen (ja lavaukseen), palle-15 tointiin, varastointiin, kappaleiden siirtämiseen, työstämiseen, työstökoneiden palveluun, hahmontunnistukseen, juottamiseen, liimaamiseen, annosteluun, mittaamiseen, sähköisten ja mekaanisten mittakärkien paikoilleen asettamiseen.

20 Työkalut 5 lukitaan laitteeseen edullisesti kokoluokan ja tehtävän vaatimusten mukaisesti pneumaattisella, hydraulisella tai sähköisellä toimilaitteella, joka sijaitsee laitteen rungon puoleisessa osassa työkalun-vaihtoyksikköä 4. Työkalun 5 puoleisen yksikön kiinnitysrajapinta on vakioitu sisältäen monta eri kiinnityspistevaihtoehtoa varsinaisen työka-25 lun kiinnitykselle. Tämä mahdollistaa vaihtoyksikköön 4 kuuluvan osan ^ vaihtamisen tai sen kiinnittämisen toiseen työkaluun 5 sekä tarvittaessa o ™ korvaamisen uudella koko työkalua vaihtamatta. Työkalut 5 lukitsevan v toimilaitteen eräässä suoritusmuodossa työkalut pysyvät lukittuina m vaikka toimilaitteen käyttövoima ennalta arvaamatta loppuisi. Työkalun g 30 5 lukitusta voidaan tarkkailla laitteen kameralla 2 tai erillisellä anturilla.

CL

O

g Työkalunvaihtimen 4 rajapinnan läpi kulkevat useat sähköiset, pneu- § maattiset ja hydrauliset läpiviennit varsinaiselle työkalulle 5. Työkalun- ° vaihdon jälkeen käyttövoimien taso ja tyyppi voidaan säätää ohjausjär- 35 jestelmän avulla eri työkalujen 5 tarpeiden mukaiseksi. Rajapinnan läpiviennit ovat tarvittaessa uudelleen sähköisesti ja mekaanisesti järjes- 11 teltävissä tyypin, järjestyksen ja lukumäärän suhteen muokattaessa järjestelmää uudelle työkalulle 5. Modulaarisuutensa vuoksi läpivientien kiinnityskappaleet ovat myös tarvittaessa vaihdettavissa sovelluksessa tarvittavan työkalun 5 liitosten mukaisiksi.

5

Työkalut 5 säilytetään eräässä suoritusmuodossa työkalutelineessä, josta laite voi automaattisesti ja itsenäisesti vaihtaa ja kiinnittää toisen käyttövalmiin työkalun. Työkalutelineen piirteitä ja laitteen konenäköä 2 voidaan käyttää varmistamaan oikea asemointi työkalun 5 telineeseen 10 jättämisen ja työkalun noudon yhteydessä. Konenäöllä 2 voidaan tarkastaa myös vaihto-operaation onnistuminen.

Konenäköelin 2, kuten esimerkiksi kamera, on sijoitettu päätevaikutti-men 1 keskelle siten, että toimilaitteet 3 ja työkaluvaihtimet 4 asettuvat 15 sen näkösuunnan keskilinjan sivuille. Konenäön 2 perusteella ohjataan järjestelmän toimintaa, kuten esimerkiksi liikettä, nopeutta ja/tai voimaa. Ohjaus on toteutettu edullisesti siten, että eri moduulien vaihtuessa ohjelma käyttää kyseisille moduuleille ominaisia ohjelmaosioita.

20 Kuvissa 1, 2, 3 ja 4 näkyy myös kameran 2 optiikan ympärille tässä suoritusmuodossa sijoitetut valaisurakenteet 6, kuten esimerkiksi LED:it. Valaisurakenne 6 on edullista valita siten, että sen synnyttämä valaistus vastaa mahdollisimman hyvin konenäköjärjestelmän 2 ominaisuuksia. Esimerkiksi eräiden CCD-kameroiden kanssa kannattaa 25 käyttää IR-valaistusta. On myös edullista toteuttaa valaisu siten, että ^ järjestelmä pystyy päätelaitteen 1 valaisurakenteen 6 lisäksi ohjaa- ™ maan muita valaisujärjestelyjä, kuten esimerkiksi työalueen kiinteitä v valaisurakenteita.

o

CO

g 30 Kuvissa 5, 6 ja 7 on puolestaan esitetty eräs toinen keksinnön suori- tusmuoto. Esitetyssä suoritusmuodossa toimilaitteina 3 on pyörivät S moottorit, mutta myös muunlaisia toimilaitteita on mahdollista käyttää g kuten edellä mainittiin. Eräitä toimilaitevaihtoehtoja 3 erilaisten sähköni moottoreiden lisäksi ovat esimerkiksi erilaiset hydrauliset ja pneumaat- 35 tiset moottorit ja toimilaitteet. Toimilaitteen 3 valintaan vaikuttaa halut tujen nopeus-, voima- ja momenttiominaisuuksien lisäksi mm. robotin 12 ympäristö ja sen asettamat vaatimukset (esimerkiksi räjähdysvaaralliset tilat ja puhdastilat).

Kuvassa 8 on päätevaikutin 1 esitetty kiertyvänivelisen robotin eli käsi-5 varsirobotin yhteydessä robotin käsivarteen 11 liitettynä. Kyseinen robottityyppi tarjoaa useita vapausasteita käsivarsi- ja rannerakenteen 11 ansiosta, edullisesti jopa kuusi vapausastetta.

Kuvassa 9 on esitetty työkalujärjestelmän ohjausyhteyksien eräs edul-10 linen järjestely kaaviomaisesti. Kyseisessä suoritusmuodossa robotin käsivarren 11 ohjain RCU on ohjelmallisesti yhteydessä päätevaikutti-men ohjaimeen CU. Kyseinen yhteys voidaan toteuttaa usealla eri tavalla, kuten esimerkiksi ethernet-yhteydellä. Päätevaikuttimen ohjain CU on puolestaan yhteydessä liikeohjaimeen MC. Liikeohjaimelta MC 15 on puolestaan tiedonsiirtoyhteys muihin järjestelmän osiin, kuten esimerkiksi toimilaitteille 4, antureille 7, venttiileille 12, konenäköelimelle 2, valaisurakenteelle 6. Lisäksi järjestelmässä voi olla useampia ko-nenäköelimiä 2b. Usein on muita liitäntöjä 13, kuten esimerkiksi työkalun 5 voimansyöttö, sensoreiden yhteyksiä jne.

20

Keksinnön mukainen päätevaikuttimen 1 ohjauksellinen liittyminen robotin käsivarren 11 ohjaimeen RCU on mahdollisimman kevyt, eikä se edullisessa suoritusmuodossa ohjelmallisesti integroidu robotin käsivarren ohjaimeen. Edullisessa suoritusmuodossa päätevaikuttimen 25 ohjain CU ainoastaan etäkäynnistää robotin ohjaimeen RCU ohjeisä moituja kokonaisia ohjelmia, sekä käskee liikuttamaan käsivartta 11 g lyhyin suhteellisin liikekomennoin. Rakenne mahdollistaa erilaisten ro- v bottien käyttämisen edullisesti vain pientä ohjelmallista liityntämoduulia S vaihtamalla. Käsivarren 11 pidemmissä rataliikkeissä, jotka vaativat ^ 30 useiden robotin käsivarren nivelten koordinoitua liikuttamista, hyödyn netään robotin omaa ohjausjärjestelmää RCU ja kehitettyä ohjelma-g rakennetta. Jokaiselle tällaiselle liikkeelle rakennetaan oma liikeoh- g jelma, joka tallennetaan erillisenä robotin käsivarren 11 ohjaimelle S RCU, ja joka käynnistetään päätevaikuttimen ohjaimella CU. Näin 35 hyödynnetään robotin käsivarrelle 11 erityisesti kehitettyä ja optimoitua liikkeenohjausta.

13

Tarkkuutta parantavissa paikoitusliikkeissä sen sijaan käytetään robotin käsivarren 11 suhteellisia liiketoimintoja, jotka toteutetaan erillisinä käskyinä päätevaikuttimen ohjaimelta CU konenäkökameralta 2 saatu-5 jen paikoitustietojen perusteella. Esimerkiksi tarraimen 5 paikoitus kappaleeseen tarttumista varten tapahtuu tarvittaessa joitakin kertoja toistuvana ’haku - paikan korjaus - tarkempi haku’ -syklinä, jossa robotin asentoa ainoastaan korjataan kameran 2 avulla näköelimellä mitattujen tietojen määrittelemillä suhteellisilla liikekomennoilla. Tehtävän tai toi-10 minnallisuuden vaatiessa järjestelmän CU voi myös tuottaa robotin ohjaimelle RCU ohjaimen ymmärtämällä tavalla suurempia ohjelmallisia osioita joita voidaan vastaavasti etäkäynnistää ohjaimelta CU.

Tunnetuissa robottimanipulaattoreissa vaihdetaan kokonainen tarrain 15 mukaan lukien siihen kuuluvat toimilaitteet ja anturit. Keksinnön mukaisessa robottityökalujärjestelmässä vaihdetaan käsittelytehtävän mukaan ainoastaan vain työkalua 5 tai työkalua liikuttavaa toimilaitetta 3. Jossain tapauksessa voidaan vaihtaa työkalujenvaihtoyksikkö 4, työkalu 5 ja/tai toimilaite 3. Robottityökalujärjestelmän perusrunko johtei-20 neen 8 ja rungossa olevine antureineen 7 säilyy koko ajan ennallaan.

Keksinnön mukaisen robottityökalujärjestelmän näkötoimintojen kalibrointiin voidaan käyttää joitain jo tunnettuja kalibrointimenetelmiä tai seuraavaa edullista näkötoimintojen kalibrointimenetelmää, joka sovel-25 tuu erityisesti stereonäkötoimintojen kalibrointiin.

C\J

δ ™ Keksinnön mukaisen robottityökalujärjestelmän stereonäkötoiminnot v kalibroidaan kuvaamalla paikallaan pysyvää kalibrointikappaletta, joka ° voi olla tasomainen tai kolmiulotteinen, useasta suunnasta, edulli- ^ 30 sesti ainakin viidestä suunnasta. Jokaisessa kuvauspisteessä toimi taan esimerkiksi seuraavasti: o C\l

O

g a) Otetaan kameralla 2 ensimmäinen kuva, joka vastaa kiinte- ° ästi toteutetun stereonäköjärjestelmän ’’ensimmäisen kame- 35 ran” kuvaa b) Kysytään robotilta kameran nykyinen sijaintitieto 14 c) Liikutetaan kameraa 2 robotilla suhteellisesti nykyiseen asemaan nähden vektorin v verran d) Otetaan kameralla 2 toinen kuva, joka vastaa kiinteästi toteutetun stereonäköjärjestelmän ’’toisen kameran” kuvaa 5

Kaikista otetuista kuvapareista etsitään kalibrointiin soveltuvat samat piirteet. Kalibrointiin käytettyjen piirteiden sijainnit tulee tietää maail-mankoordinaatistossa. Kalibroinnin tuloksena saadaan kameran 2 sisäiset (intrinsic) parametrit sekä ulkoiset parametrit kahta kamerasijain-10 tia käyttävälle stereokuvaukselle, jossa kameran sijaintien välinen relatiivinen siirtymä on v.

Lisäksi on mahdollista käyttää keksinnön mukaista päätevaikutinta 1 usealla eri tavalla hyödyntäen konenäköä. Seuraavassa on esitetty eräi-15 tä edullisia suoritusmuotoja.

Eräässä suoritusmuodossa päätevaikutinta 1 käytetään käsiteltävien kohteiden kolmiulotteisia piirteitä sisältävien muotojen mittaamiseen laserjuovatyökalun avulla. Lasertyökalu on tällöin järjestetty päätelait-20 teen 1 yhdeksi työkaluksi 5. Mittaus perustuu kolmiomittauksen periaatteeseen, jossa kohde valaistaan laservalonlähteellä ensimmäisestä suunnasta ja kamera 2 havainnoi kohteesta takaisin heijastuneen säteen sijainnin toisesta suunnasta. Kun kohteen etäisyys laserlähde-kamerayhdistelmästä vaihtelee, muuttuu myös takaisinheijastuneen 25 säteen sijainti kameran 2 kuvassa. Laserlähteen ja kameran 2 välinen ^ kulma pysyy mittauksessa vakiona, mutta niiden välinen etäisyys saat-

O

w taa vaihdella mittaustilanteen mukaan.

co Edellä esitetty suoritusmuoto kykenee mittaamaan ainoastaan yhden g 30 pisteen etäisyyttä. Menetelmää on mahdollista laajentaa siten, että la- servalonlähteen eteen asetetaan viivageneraattorioptiikka, joka laajen-S taa säteen leveäksi viivaksi. Laser tulee tällöin asemoida siten, että g pinnaltaan vakioetäisyydellä olevaa kohdetta valaistaessa laserin piirsi tämä viiva on kohtisuorassa kameran 2 optiikan suuntaan ja alkuperäi- 35 sen lasersäteen suuntaan nähden. Näin menetellen saadaan viiva-laserilla valaisemalla esille kohteen poikkileikkauksen muoto yhdestä 15 kohdasta. Käyttämällä kameran 2 edessä laserin aallonpituudelle sovitettua kaistanpäästösuodinta tai järjestämällä valaisuun käytettävä laser intensiteetiltään huomattavasti ympäristöstä tulevaa valaistusta voimakkaammaksi näkee kamera 2 ainoastaan laserin valaiseman 5 poikkileikkauksen muodon ja etäisyydet kaikkiin poikkileikkauksen pisteisiin voidaan laskea. Liikuttamalla laserlähde-kamerayhdistelmää eli käytännössä päätevaikutinta 1 kohteen yli tai muuttamalla laserin sijaintia suhteessa kameraan 2 voidaan valaistun poikkileikkauksen paikka määrätä vapaasti kohteen pinnassa. Näin myös etäisyydet mi-10 hin tahansa kohteen osaan ovat laskettavissa.

Keksinnön mukaisessa päätevaikuttimessa 1 kohteen kolmiulotteisten pinnanmuotojen mittaus voi tapahtua esimerkiksi seuraavasti: 15 a) Vaihdetaan toinen päätevaikuttimen 1 työkalu 5 laserjuovatyöka-luun b) Siirretään päätevaikutin 1 mitattavan kohteen yläpuolelle siten, että kohde on mahdollisimman hyvin kameran 2 näkökentässä c) Laitetaan muistiin laserjuovatyökalua liikuttavan akselin sijainti ja 20 otetaan kameralla 2 kuva d) Etsitään kameran 2 kuvasta laserjuovan sijainti (esimerkiksi kirkkain pikseli riveittäin tai sarakkeittain) e) Lasketaan etäisyydet laserjuovan valaisemiin pisteisiin. Pisteiden x-koordinaatit saadaan laserjuovatyökalua liikuttavan akselin ase- 25 masta, y- ja z-koordinaatit saadaan kolmiomittausperiaatteen avul-g la (kameran 2 kuvan u- ja v-suunnan koordinaatista, kameran polt- ^ tovälistä sekä kameran ja laserjuovatyökalun välisestä etäisyydes- t tä 8 f) Siirretään laserjuovatyökalua omalla akselillaan askelen dx verran g 30 g) Jatketaan kohdasta c toistaen niin monta kertaa kuin tarvitaan as kelia dx, jotta koko kohde tai sen kiinnostava osa on saatu mitattua

C\J

o § Mikäli koko kohde ei mahdu kerralla mitattavaksi kameran 2 kuvani alueelle suoritetaan askelet a-g ensin kohteen yhdelle osalle, jonka jäl- 35 keen päätevaikutinta 1 siirretään kohteen päällä sivuun kameran 2 kuva-alan verran ja mittaus toistetaan. Tällöin on mittaustuloksissa huo- 16 mioitava myös päätevaikutinta 1 kannattelevan robotin sijainnin muutos.

Kappaleen asennon ja muodon kolmiulotteinen mittaus voidaan toteut-5 taa katsomalla kappaletta eri suunnista. Eräässä suoritusmuodossa keksinnön mukaisella päätevaikuttimella 1 on mahdollista stereokuvata liikkumattomia kohteita yhtä kameraa 2 käyttämällä seuraavalla tavalla: a) Otetaan kameralla 2 ensimmäinen kuva, joka vastaa kiinte- 10 ästi toteutetun stereonäköjärjestelmän ’’ensimmäisen kame ran” kuvaa b) Kysytään robotilta kameran 2 nykyinen sijaintitieto c) Liikutetaan kameraa 2 robotilla suhteellisesti nykyiseen asemaan nähden vektorin v verran 15 d) Otetaan kameralla 2 toinen kuva, joka vastaa kiinteästi to teutetun stereonäköjärjestelmän ’’toisen kameran” kuvaa

Otetusta kuvaparista pystytään määrittämään vastaavuudet eri puolilla kuvaa normaalein stereonäön menetelmin ja tuloksena on 20 kohteesta mitattu "pistepilvi". Pistepilveä voidaan käyttää sellaisenaan tuottamaan käyttäjälle kohteesta kolmiulotteinen kuva. Lisäksi voidaan käyttää jotakin sovitusmenetelmää sovittamaan kappaleesta aiemmin opetettu kolmiulotteinen malli mitattuun tietoon ja tätä kautta selvittää kohteen sijainti ja orientaatio.

25 ^ Edellä mainitun menettelyn keskeisenä ajatuksena on nimenomaan ™ kalibroida yksi kamera 2 ja ’’ensimmäisen kameran” ja ’’toisen ka- v meran” näkymän välillä käytettävä vakio suhteellinen siirtymä v si- g ten, että perinteiset stereonäön menetelmät ovat käytettävissä.

i 30

Seuraavana suoritusmuotona esitetään käsiteltävän kohteen reuna-o g muotojen muuttumiseen perustuva kolmiulotteisen asennon mittaus, g Mikäli kontrasti taustan ja käsiteltävän kohteen välillä voidaan esimer- ° kiksi taustavalaistuksen avulla järjestää riittävän suureksi niin, että 35 kohde ja sen tausta ovat helposti erotettavissa toisistaan eikä kohde ole kaikkien akseleidensa suhteen symmetrinen, on kohteen asento 17 (kiertymät akselien X, Y ja Z ympäri) mahdollista mitata kolmiulotteises-ti vain sen reunan muotoja tutkimalla. Menetelmässä aloitetaan kohteen reunamuodon eristämisellä kuvasta. Seuraavaksi voidaan laskea reunamuotojen X- ja Y-suuntaiset massakeskipisteet tunnetuilla kaa-5 voilla. Seuraavaksi reunaan kuuluvien pisteiden ja massakeskipisteen avulla muodostetaan reunamuodon signatuuri laskemalla etäisyydet massakeskipisteestä kuhunkin reunaan kuuluvaan pisteeseen. Laskeminen voidaan toteuttaa käyttäen tunnettuja kaavoja.

10 Kohteen reunan muotoja opetettaessa liikutetaan robotilla kameraa 2 kohteen yläpuolella niin, että kamera 2 katsoo kohdetta vakioetäisyy-deltä, mutta eri suunnista vakiokulmien välein akselien X ja Y ympäri mitattuna. Kamera 2 askeltaa kaikki kulmavaihtoehdot läpi ja muodostaa joka kerran kohteen reunapiirteen signatuurin. Signatuurit tallete-15 taan tietokoneen muistiin.

Kohteen asentoa mitattaessa kamera 2 sijaitsee mielivaltaisessa asennossa kohteen yläpuolella. Kohteen signatuuri muodostetaan edellä esitetyllä tavalla ja sitä verrataan muistissa oleviin signatuureihin yksi 20 kerrallaan. Tuntemattomasta suunnasta otetun signatuurin etäisyyksiä kerrotaan kulloinkin kertoimella, jotta kuvausetäisyys ei vaikuttaisi vertailun tulokseen. Kullekin vertailulle saadaan virhearvo. Muistissa oleva signatuuri, johon vertailtaessa saadaan pienin virhearvo on haun tulos ja kameran 2 päätellään sijaitsevan sen mukaisessa suunnassa. Tarvit-25 taessa tarkempaa suunnan mittauksen tulosta voidaan suorittaa interim polointi pienimmän virhearvon tuottaneen signatuurin naapurien välillä.

CvJ

v Eräässä edullisessa suoritusmuodossa konenäköä 2 käytetään tartun- ° tasormien 5 otteen säilymisen tarkkailemiseen. Tartuntasormien 5 vä- £ 30 liin lukittua käsiteltävää kohdetta voidaan käsittelyn aikana vahtia ka meralla 2, ettei kohteen asento muutu tartuntasormien välissä käsitte-o S lyn aikana. Menetelmä perustuu sekä ennen että jälkeen käsittelyn LΓ) § otettujen kuvien vertailuun seuraavalla tavalla.

o

C\J

35 Kun kohteeseen on tartuttu, mutta sitä ei vielä ole liikutettu, otetaan kameralla 2 kuvasarja ja kuvasta osoitetulle alueelle lasketaan hajon- 18 tamalli kuvien avulla. Hajontamallissa talletetaan muistiin kaikkien kuvan pikselien keskimääräinen harmaasävyarvo sekä harmaasävyarvo-jen pikselikohtaiset keskiarvot ja hajonnat kuvasarjassa.

5 Kun kohdetta on liikuteltu ja halutaan tarkistaa, onko kohde liikkunut tartuntasormien 5 välissä, otetaan kameralla 2 yksi uusi kuva ja sen kaikkien pikselien keskimääräinen harmaasävyarvo lasketaan. Uuden kuvan kaikkien pikselien harmaasävyarvoja kerrotaan kertoimella (joka vastaa alkukutilanteen keskimääräisen harmaasävyarvon suhdetta nyt 10 kuvatun kuvan keskimääräiseen harmaasävyarvoon), jotta keskimääräinen valaistuksen vaihtelu ei vaikuttaisi.

Tämän jälkeen käydään läpi kuvasta käsiteltävä alue ja lasketaan niiden pikselien lukumäärä, joissa uuden kuvan korjattu harmaasävyarvo 15 poikkeaa hajontamallin keskiarvosta enemmän kuin varmuuskertoimel-la kerrotun hajonnan verran. Varmuuskertoimella voidaan päättää, kuinka pienet muutokset vertailu havaitsee. Mikäli poikkeavien pikse-leiden lukumäärää kuvaava suhdeluku kasvaa liian suureksi, voidaan päätellä, että käsiteltävän kohteen asento tartuntasormien 5 välissä on 20 oleellisesti muuttunut ja toiminto voidaan keskeyttää ennen kuin kohteen virheellinen asento ehtii vaikuttamaan vikaannuttavasti.

Keksintöä voidaan erään suoritusmuodon mukaisesti käyttää myös kappaleen eri puolilla olevan vapaan tilan tunnistamiseksi tartuntasor-25 mien 5 ohjaamista varten. Tartuntasormilla 5 vapaasti asemoituihin ^ kappaleisiin tartuttaessa on edullista käyttää kameraa 2 varmistamaan, ™ että tartuttavan kappaleen ympärillä on tartuntakohdissa tilaa tartun- v tasormille. Kun haluttu tartuntasuunta on selvitetty kuvan perusteella, ° sijoitetaan kuva-alalle kohteen ulkoreunoista ulospäin olevat tarkaste- g 30 lualueet. Tarkastelualueita voidaan tarkastella esimerkiksi har- maasävyhistogrammien avulla siten, että mikäli kummallakin alueella S on riittävän samanlainen histogrammi ja ne puolestaan poikkeavat riit- § tävästi alueiden välisen kuvan osan (jossa siis itse käsiteltävä kohde) ° histogrammista, voidaan sanoa, että kummallakin puolella kohdetta 35 näkyy tausta ja tartuntasormet 5 voidaan sijoittaa niille kohdin.

19

Keksinnön mukaisen päätevaikuttimen 1 kameraa 2 voidaan käyttää erään toisen suoritusmuodon mukaisesti tarkistamaan mitä tahansa robotin työalueella olevaa kohdetta esimerkiksi kohteen laadun tarkastamiseksi. Suoritettua kokoonpanoa voidaan esimerkiksi verrata tallen-5 nettuun referenssiin jonkin ominaisuuden, kuten kohtisuoruus tai asema, tarkastamiseksi. Jonkin osan tiettyä piirrettä voidaan verrata opetettuun referenssipisteeseen ennen kokoonpanoa, ja jos piirre ei vastaa referenssiä, kappale viedään sivuun epäkuranttina. Käyttämällä työkaluna 5 viivalaseria tai stereokuvausta, voidaan kappaleesta saada kol-10 miulotteista mittaustietoa erilaisiin laadunvarmistustehtäviin.

Operaation kohteena olevan kappaleen ja robotin työkalun 5 suhteellinen asema on lopputuloksen kannalta oleellinen tekijä. Eräässä keksinnön suoritusmuodossa päätevaikuttimen 1 kameran 2 avulla voi-15 daan kompensoida manipulaattorin riittämätöntä tarkkuutta suorittamalla 'kohteen haku - työkalun 5 eromitta tavoitellusta kohteesta - uudelleen kohdistus' operaatioita kunnes tavoiteltu paikoitus on saavutettu määritellyllä tarkkuudella. Haettu kohde opetetaan etukäteen yksinkertaisella graafisella osoitusmenetelmällä. Työkalu 5 voi olla myös jois-20 sain tapauksissa tavoiteltu kohde; esimerkiksi verrattaessa asennuspaikan opetettua piirrettä käytettävän työkalun 5 opetettuun piirteeseen. Toisessa esimerkkitapauksessa voidaan verrata tarrainsormilla 5 noudetun kappaleen piirrettä asennuspaikan piirteeseen, ja pyrkiä kohdistamaan ne asennuksen onnistumiseksi.

25 ^ Edellä esitetyissä esimerkeissä on päätevaikutin 1 esitetty kiertyvänive- ™ lisen robotin eli käsivarsirobotin yhteydessä. Kyseinen robottityyppi tar- v joaa useita vapausasteita käsivarsi- ja rannerakenteen ansiosta, jolloin ° keksinnön mukaisen robottityökalujärjestelmän edut tulevat hyvin esille.

£ 30 Keksinnön mukaista robottityökalujärjestelmää on mahdollista käyttää ^ myös muunlaisten robottimallien kanssa. Robotin perusrakenne voi olla g tyypiltään esimerkiksi SCARA (Selective Compliance Assembly Robot § Arm), portaalirobotti tai karteesinen robotti. Myös yksiakseliset manipu- ° laattorit voivat tulla kyseeseen. Keksinnön edullisessa suoritusmuo- 35 dossa esitetty vaihdettava liitoslaippa 10 mahdollistaa päätevaikuttimen 20 1 helpon mukauttamisen erilaisiin manipulaattoreihin usein vain mainittua liitoslaippaa vaihtamalla.

Keksinnön edellä esitettyjen eri suoritusmuotojen yhteydessä esitettyjä 5 toimintatapoja ja rakenteita eri tavoin yhdistelemällä voidaan aikaansaada erilaisia keksinnön suoritusmuotoja, jotka ovat keksinnön hengen mukaisia. Tämän vuoksi edellä esitettyjä esimerkkejä ei tule tulkita keksintöä rajoittavasti, vaan keksinnön suoritusmuodot voivat vapaasti vaihdella jäljempänä patenttivaatimuksissa esitettyjen keksinnöllisten 10 piirteiden puitteissa.

C\J

δ c\j i o

CO

X

cc

CL

o C\l

O

m o o

CM

Claims (12)

1. Robottityökalujärjestelmä, joka on tarkoitettu liitettäväksi robotin varteen (11), ja joka käsittää ainakin 5 - yhden tai useamman työkalun (5), toimilaitteen (3) työkalun (5) asettamiseksi käyttöasemaan, konenäköelimen (2), jonka katselusuunta ja näkymä on työkalun (5) työskentelyalueelle, ja joka konenäköelin on järjestetty työkalun (5) liikkeen ja toiminnan ohjaamiseksi, 10 tunnettu siitä, että mainittu työkalu on vaihdettava työkalu (5) ja järjestelmä käsittää lisäksi toimilaitteella (3) liikutettavan työkalunvaihtoyksikön (4), johon on järjestettävissä vaihdettava työkalu (5), ja työkalunvaihtoyksikkö (4) ja toimilaite (3) ovat sijoittuneet konenäköelimen (2) katselusuunnan ym-15 pärille, jolloin konenäköelimen näkymä on oleellisesti esteetön vaihdettavasta työkalusta (5) tai tehtävästä riippumatta, ja että mainittu konenäköelin on järjestetty ohjaamaan vaihdettavan työkalun (5) vaihtoa järjestelmän käytön aikana.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen robottityökalujärjestelmä, tunnettu siitä, että työkalunvaihtoyksikkö (4), toimilaite (3) ja konenäköelin (2) ovat itsenäisiä moduuleja, jotka ovat yhteydessä toisiinsa vakioitujen rajapintojen kautta, ja yksittäinen moduuli on vaihdettavissa muita moduuleja irrottamatta. 25

^ 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen robottityökalujärjestelmä, tun- g nettu siitä, että työkalu (5) on jokin seuraavista: tarttumissormet, an- ^ nostelulaite, juotoskolvi, leikkaustyökalu, jyrsintätyökalu, laser, mitta- g uslaite, alipainetarrain, tinansyötin, mittakärki, testauskärki. i 30

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen robottityökalujärjes-g telmä, tunnettu siitä, että robottityökalujärjestelmä käsittää lisäksi g johteen (8) ja anturin (7), jotka on sovitettu pysymään ennallaan työka- ° lua (5) tai toimilaitetta (3) vaihdettaessa. 35

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen robottityökalujärjes-telmä, tunnettu siitä, että robottityökalujärjestelmä käsittää lisäksi vah-vistinkontrollerin, ohjaimen ja modulaarisen ohjausohjelmiston.

6. Robottityökalujärjestelmän ohjausmenetelmä, joka robottityökalujär jestelmä on tarkoitettu liitettäväksi robotin varteen (11), ja joka robottityökalujärjestelmä käsittää ainakin yhden tai useamman työkalun (5), toimilaitteen (3) työkalujen (5) asettamiseksi käyttöase-10 maan, konenäköelimen(2), jonka katselusuunta on työkalujen (5) työskentelyalueelle, ja jota konenäköelintä käytetään työkalun (5) liikkeen ja toiminnan ohjaamiseen, tunnettu siitä, että mainittu työkalu on vaihdettava työkalu (5) ja järjes-15 telmä käsittää lisäksi toimilaitteella (3) liikutettavan työkalunvaihtoyksi-kön (4), johon on järjestettävissä vaihdettava työkalu (5), ja robottityökalujärjestelmän työkalunvaihtoyksikkö (4) ja toimilaite (3) ovat sijoittuneet konenäköelimen (2) katselusuunnan ympärille, ja työkalunvaihto-yksikköön (4) vaihdetaan työtehtävään käytettävä vaihdettava työkalu 20 (5) ja kyseistä konenäköelintä (2) käytetään vaihdettavan työkalun (5) vaihtamisen ohjaamiseen.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen ohjausmenetelmä, tunnettu siitä, että konenäköelintä (2) käytetään työkalujen (5) ja käsiteltävien kappa-25 leiden kohdistamiseen ympäristön kanssa, kappaleiden ja ympäristön ^ tunnistamiseen, mittaamiseen ja vertailuun. o C\J

^ 8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen ohjausmenetelmä, tunnettu siitä, g että konenäköelintä (2) käytetään kokoonpanon ohjaamiseen ja laadun 30 tarkastamiseen. CL O

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen ohjausmenetelmä, tun- g nettu siitä, että robottityökalujärjestelmää käytetään ainakin johonkin oj seuraavista: hitsaamiseen, maalaamiseen, pintakäsittelyyn, hiomiseen, 35 leikkaamiseen, kokoonpanoon, pakkaamiseen, lavaukseen, palletoin-tiin, varastointiin, kappaleiden siirtämiseen, kohdistamiseen, työstämi- seen, työstökoneiden palveluun, hahmontunnistukseen, juottamiseen, liimaamiseen, annosteluun, mittaamiseen, mittakärkien paikoilleen asettamiseen.

10. Tietokoneohjelma (CU, MC), joka käsittää joukon ohjelmakäskyjä robottityökalujärjestelmän ohjaamiseksi, joka robottityökalujärjestelmä on tarkoitettu liitettäväksi robotin varteen (11), ja joka robottityökalujärjestelmä käsittää ainakin yhden tai useamman työkalun (5), 10. toimilaitteen (3) työkalujen (5) asettamiseksi käyttöase- maan, konenäköelimen (2), jonka katselusuunta on työkalujen (5) työskentelyalueelle, ja jota konenäköelintä käytetään työkalun (5) liikkeen ja toiminnan ohjaamiseen, 15 ja ohjelma käsittää ohjelmakäskyjä konenäköelimen (2) kuvaaman kuvan käsittelemiseksi ja toimilaitteen (3) sekä työkalujen (5) ohjaamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu työkalu on vaihdettava työkalu (5) ja järjestelmä käsittää lisäksi toimilaitteella (3) liikutettavan työkalunvaihto-yksikön (4), johon on järjestettävissä vaihdettava työkalu (5), ja robotti-20 työkalujärjestelmän työkalunvaihtoyksikkö (4) ja toimilaite (3) ovat sijoittuneet konenäköelimen (2) katselusuunnan ympärille, ja ohjelma (CU, MC) käsittää lisäksi ohjelmakäskyjä vaihdettavan työkalun (5) vaihtamiseksi työkalunvaihtoyk-sikköön (4), ja 25. vaihdettavan työkalun (5) vaihtamisen ohjaamiseksi maini- tulta konenäköelimeltä (2) saatavien tietojen perusteella. (M

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen ohjelma, tunnettu siitä, että ro- n bottityökalujärjestelmä on liitetty robottiin, joka käsittää robotin ohjaili; 30 men (RCU), jolloin ohjelma (CU, MC) käsittää lisäksi ohjelmakäskyjä robotin ohjausohjaimen (RCU) kanssa kommunikoimiseksi. C\1 O

§ 12. Ohjelmistotuote joka käsittää muistivälineen, jonkin patenttivaati- S muksen 10-11 mukaisen tietokoneohjelman tallentamiseksi.