ITPD20110141A1 - LEARNING SYSTEM FOR ROBOTS FOR PAINTING WORKS - Google Patents
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Description
TITOLO TITLE
SISTEMA DI APPRENDIMENTO PER ROBOT PER LAVORI DI LEARNING SYSTEM FOR ROBOTS FOR WORKS OF
VERNICIATURA PAINTING
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente brevetto è attinente alle operazioni di verniciatura con robot antropomorfi ed in particolare concerne un nuovo sistema di apprendimento per robot per lavori di verniciatura di superfici in genere con sistema di guida ad emulazione. The present patent relates to painting operations with anthropomorphic robots and in particular it concerns a new learning system for robots for painting surfaces in general with an emulation guide system.
Sono noti i robot antropomorfi, ossia macchine capaci di eseguire automaticamente operazioni di vario tipo nelle più diverse applicazioni. Per poter eseguire un’operazione, tali macchine devono essere opportunamente istruite. Anthropomorphic robots are known, ie machines capable of automatically performing various types of operations in the most diverse applications. In order to perform an operation, these machines must be properly trained.
Esistono vari modi per istruire i robot, più o meno onerosi dal punto di vista operativo. E’ chiaro che, una volta che il robot ha acquisito un’operazione, il costo di istruzione per pezzo lavorato sarà tanto minore quanto maggiore il numero di volte che l’operazione verrà ripetuta. There are various ways to train robots, more or less costly from an operational point of view. It is clear that, once the robot has acquired an operation, the instruction cost per machined piece will be lower the greater the number of times the operation is repeated.
E' noto un tipico utilizzo dei robot antropomorfi, ossia quello nell'ambito della verniciatura, che consiste nell'applicazione, su superfici di qualunque genere, di vernici, colle o altri prodotti simili in forma liquida o in polvere. E' ad esempio nota la verniciatura di superfici in genere, realizzate in materiali quali legno, metalli, plastica, ad esempio serramenti, mobili, sedie, tavoli, eccetera. A typical use of anthropomorphic robots is known, namely that in the field of painting, which consists in the application, on surfaces of any kind, of paints, glues or other similar products in liquid or powder form. For example, the painting of surfaces in general, made of materials such as wood, metals, plastic, for example windows, furniture, chairs, tables, etc. is known.
In alcuni casi, tuttavia, l’operazione di istruzione delle macchine può rivelarsi molto onerosa perché in questo tipo di applicazioni spesso il numero di pezzi uguali da trattare è piuttosto esiguo. In some cases, however, the machine instruction operation can be very onerous because in this type of applications the number of identical pieces to be treated is often quite small.
E’ quindi opportuno disporre di strumenti di istruzione dei movimenti del robot che siano rapidi e non particolarmente onerosi per gli operatori. It is therefore advisable to have robot movement instruction tools that are quick and not particularly burdensome for operators.
Inoltre, per alcune tipologie di oggetti da verniciare nelle note stazioni di verniciatura robotizzate, le traiettorie da apprendere sono spesso molto articolate e tali da richiedere tempi molto lunghi per la programmazione. Nelle stazioni di verniciatura, i metodi attualmente disponibili per istruire i robot sono i seguenti. Furthermore, for some types of objects to be painted in known robotic painting stations, the trajectories to be learned are often very complex and such as to require very long programming times. In paint stations, the methods currently available to train robots are as follows.
1. Programmazione punto a punto: consiste nell’ individuazione e nell’ immissione da tastiera di un numero discreto di punti lungo le traiettorie ideali da far seguire alla macchina. Il controllo del robot esegue automaticamente Γ interpolazione fra i vari punti. Si tratta di un processo lungo, laborioso e dal risultato incerto, infatti è difficile trovare i punti ideali e non sempre le traiettorie elaborate dalla macchina sono quelle migliori per l’esecuzione del processo. 1. Point-to-point programming: consists of identifying and entering from the keyboard a discrete number of points along the ideal trajectories to be followed by the machine. The robot control automatically interpolates between the various points. It is a long, laborious process with an uncertain result, in fact it is difficult to find the ideal points and the trajectories drawn up by the machine are not always the best ones for carrying out the process.
2. Guida del robot da tastiera mediante cursori o joystick e memorizzazione dei movimenti: il sistema è laborioso, di difficile esecuzione e molto impreciso, infatti non è facile far eseguire alla macchina le traiettorie ideali. 2. Guide of the robot from keyboard by means of cursors or joysticks and memorization of movements: the system is laborious, difficult to execute and very imprecise, in fact it is not easy to make the machine execute the ideal trajectories.
3. Guida diretta del robot mediante sensori da applicare al robot stesso: l’operatore agisce sui sensori che mandano dei segnali al controllo della macchina, il quale aziona gli assi per far muovere il polso del robot nel modo desiderato e ne registra i movimenti. Questo sistema di guida non è semplice, le traiettorie risultano innaturali e la velocità è molto bassa per motivi di sicurezza. 3. Direct guidance of the robot using sensors to be applied to the robot itself: the operator acts on the sensors that send signals to the machine control, which activates the axes to make the robot's wrist move as desired and records its movements. This driving system is not simple, the trajectories are unnatural and the speed is very low for safety reasons.
4. Sistemi di visione dei pezzi con software per l’elaborazione automatica delle traiettorie di verniciatura: sono molto usati per la verniciatura di manufatti a geometria prevalentemente mono o bidimensionale. Nel caso di oggetti tridimensionali, però, la complessità, e quindi il costo, del software sarebbe tale da rendere questa strada praticamente impraticabile. 4. Vision systems of the pieces with software for the automatic processing of the painting trajectories: they are widely used for the painting of predominantly one-dimensional or two-dimensional geometry artifacts. In the case of three-dimensional objects, however, the complexity, and therefore the cost, of the software would be such as to make this path practically impracticable.
5. Robot ad autoapprendimento a guida diretta: si tratta di macchine molto leggere e bilanciate, costruite in modo tale che l’operatore possa muovere agevolmente tutta la struttura quando i motori non sono azionati. E’ quindi possibile far simulare al robot i movimenti da eseguire durante il ciclo di verniciatura e memorizzarli per una successiva ripetizione automatica. I limiti di questo sistema sono dati dalle dimensioni delle macchine, che, per ovvie ragioni, non possono essere particolarmente grandi e/o robuste; inoltre il movimento di verniciatura risulta comunque un po’ impedito rispetto alla verniciatura manuale dal fatto di dover muovere a mano tutta la macchina. Infine va evidenziato che i robot devono essere realizzati ad hoc per questo tipo di applicazione, cioè non è possibile utilizzare macchine generiche disponibili sul mercato. 5. Self-learning robots with direct guidance: these are very light and balanced machines, built in such a way that the operator can easily move the entire structure when the motors are not activated. It is therefore possible to have the robot simulate the movements to be performed during the painting cycle and memorize them for subsequent automatic repetition. The limits of this system are given by the dimensions of the machines, which, for obvious reasons, cannot be particularly large and / or robust; in addition, the painting movement is however a little hindered compared to manual painting by the fact of having to move the whole machine by hand. Finally, it should be noted that the robots must be made ad hoc for this type of application, i.e. it is not possible to use generic machines available on the market.
Per ovviare ai limiti dei sistemi esistenti sopra elencati, si è studiato e realizzato un nuovo tipo di sistema di apprendimento per robot per lavori di verniciatura di superfici in genere con sistema di guida ad emulazione. To overcome the limitations of the existing systems listed above, a new type of learning system for robots for painting surfaces in general with an emulation guide system has been studied and implemented.
Compito principale del presente trovato consiste nel fatto di velocizzare, con una procedura di autoapprendimento, le operazioni di istruzione di uno o più robot per la verniciatura di superfici in genere, di qualunque forma e materiale. The main aim of the present invention is to speed up, with a self-learning procedure, the instruction operations of one or more robots for painting surfaces in general, of any shape and material.
Altro scopo del presente trovato è quello di garantire un'elevata qualità del risultato di verniciatura, perché l'apprendimento si basa su una verniciatura di apprendimento, reale o simulata, eseguita direttamente e manualmente da un operatore, nel modo più naturale possibile. Another object of the present invention is to ensure a high quality of the coating result, because the learning is based on a learning coating, real or simulated, performed directly and manually by an operator, in the most natural way possible.
Altro scopo del presente trovato è quello di essere adatto ad istruire qualunque tipologia e numero di robot per la verniciatura. Another object of the present invention is to be suitable for teaching any type and number of robots for painting.
Altro scopo del presente trovato è quello di acquisire i dati di posizione ed orientamento di una o più pistole o dispositivi di verniciatura manipolabib dall'operatore, per memorizzare così qualunque ciclo di verniciatura, in tempo reale. Another object of the present invention is to acquire the position and orientation data of one or more guns or painting devices that can be handled by the operator, in order to memorize any painting cycle, in real time.
Altro scopo del presente trovato è quello di memorizzare i cicli di verniciatura, potendo poi ripeterli identici per indefinite volte, oppure elaborarli e gestirìi per adattarle ad esigenze specifiche. Another object of the present invention is to memorize the painting cycles, then being able to repeat them identical for indefinite times, or to process and manage them to adapt them to specific needs.
Il nuovo sistema di apprendimento con sistema di guida ad emulazione prevede che l’operatore, utilizzando ad esempio un normale dispositivo di verniciatura, come una pistola, e manovrandolo manualmente nel modo più semplice e naturale possibile, simuli o esegua effettivamente il ciclo di verniciatura, mentre il robot recepisce a distanza il lavoro fatto e lo memorizza per ripeterlo indefinite volte. The new learning system with emulation guide system provides that the operator, using for example a normal painting device, such as a gun, and manually maneuvering it in the simplest and most natural way possible, simulates or actually carries out the painting cycle, while the robot remotely receives the work done and memorizes it to repeat it indefinitely.
Tale sistema di guida comprende uno strumento di rilevazione in grado di percepire le posizioni successivamente occupate dalla pistola, il suo orientamento e, di conseguenza, i suoi movimenti condotti nella verniciatura manuale e di trasmetterli al controllo di un robot. This guiding system comprises a detection instrument capable of perceiving the positions subsequently occupied by the gun, its orientation and, consequently, its movements carried out in manual painting and transmitting them to the control of a robot.
Detto strumento di rilevazione si avvale di uno o più sensori o rilevatori accelerometri e/o magnetici e/o ottici e/o a radiofrequenza e/o di altri dispositivi utili allo scopo, atti a fornire una misura di posizione ed orientamento della pistola rispetto ad una tema nota. Said detection instrument makes use of one or more accelerometer and / or magnetic and / or optical and / or radiofrequency sensors or detectors and / or other devices useful for the purpose, designed to provide a measurement of the position and orientation of the gun with respect to a note theme.
Descrizione del sistema System description
Il nuovo sistema di apprendimento comprende: The new learning system includes:
· una postazione di apprendimento, dotata di almeno un supporto per uno o più pezzi o oggetti o superfici in genere da verniciare; · A learning station, equipped with at least one support for one or more pieces or objects or surfaces in general to be painted;
• almeno un dispositivo o pistola per la verniciatura manuale o altro dispositivo atto ad essere manipolato o utilizzato da un operatore per eseguire tutta o parte di una o più verniciature di apprendimento, reali o simulate, • at least one device or gun for manual painting or other device capable of being manipulated or used by an operator to perform all or part of one or more learning paints, real or simulated,
• un sistema di rilevazione di una o più sequenze di coordinate di posizione e orientamento nello spazio di detto dispositivo di verniciatura, comprendente ad esempio almeno un sensore posizionato sul dispositivo stesso; • a system for detecting one or more sequences of position and orientation coordinates in the space of said painting device, comprising for example at least one sensor positioned on the device itself;
· almeno un’unità di controllo ed elaborazione dati di detto sistema di rilevazione, atto a comunicare con il quadro di controllo di uno o più robot atti ad essere istruiti ad eseguire la verniciatura; · At least one control and data processing unit of said detection system, capable of communicating with the control panel of one or more robots capable of being instructed to perform the painting;
Detta unità di controllo, quindi, acquisisce la sequenza di coordinate rilevata, le elabora trasformandole in sequenza di movimenti per robot di verniciatura e comunica con detto quadro di controllo di uno o più robot, per la funzionalità degli stessi. Said control unit, therefore, acquires the detected coordinate sequence, processes them transforming them into a sequence of movements for painting robots and communicates with said control panel of one or more robots, for their functionality.
Il nuovo sistema di apprendimento può essere integrato o meno in una stazione di verniciatura, comprendente anche uno o più di detti robot per la verniciatura oltre a componenti accessori, quali una cabina con aspirazione fumi ed eventuale trasportatore dei manufatti da verniciare. The new learning system can be integrated or not in a painting station, also comprising one or more of said robots for painting as well as accessory components, such as a booth with fume extraction and possible conveyor of the articles to be painted.
In tale caso, detto supporto porta pezzi può essere uno dei supporti o bilancelle montate su un trasportatore automatico di pezzi. In this case, said piece-holder support can be one of the supports or racks mounted on an automatic piece conveyor.
Il nuovo sistema di apprendimento comprende anche preferibilmente almeno un interruttore o "micro switch" collegato al grilletto del dispositivo di verniciatura, per la registrazione delle fasi di inizio e fine spruzzatura. Il nuovo sistema comprende anche preferibilmente almeno un tastierino portatile per rimmissione dei comandi di vario tipo delle attrezzature della nuova stazione. The new learning system also preferably comprises at least one switch or "micro switch" connected to the trigger of the painting device, for recording the start and end spraying phases. The new system also preferably comprises at least one portable keypad for returning the commands of various types of the equipment of the new station.
Detto dispositivo di rilevazione comprende ad esempio un trasmettitore di segnali, in grado di misurare posizione ed orientamento della pistola o dispositivo utilizzato per l'apprendimento . Said detection device comprises, for example, a signal transmitter, capable of measuring the position and orientation of the gun or device used for learning.
Si può anche prevedere che detto quadro di controllo del robot comunichi anche con un trasportatore automatico per i pezzi da verniciare. It can also be envisaged that said control panel of the robot also communicates with an automatic conveyor for the pieces to be painted.
Funzionamento del sistema: System operation:
1. L’operatore impugna il dispositivo di verniciatura, reale o simulata, e comanda la sincronizzazione con il robot. In questa fase è possibile comandare che il robot si muova già durante la fase di istruzione o "teaching" oppure no. 1. The operator holds the painting device, real or simulated, and controls the synchronization with the robot. In this phase it is possible to command that the robot already moves during the instruction or "teaching" phase or not.
2. Fase di apprendimento: l’operatore dà il comando di inizio registrazione ed esegue l’operazione di verniciatura, simulata oppure reale, su un pezzo. Il sistema dispone di tutta una serie di controlli che avvertono l’operatore qualora i suoi movimenti vadano oltre le possibilità cinematiche della macchina (limiti di posizione, di velocità, di accelerazione, di curvatura, eccetera) ed interrompe l’acquisizione. 2. Learning phase: the operator gives the start recording command and performs the simulated or real painting operation on a piece. The system has a whole series of controls that warn the operator if his movements go beyond the kinematic possibilities of the machine (position, speed, acceleration, curvature limits, etc.) and stops the acquisition.
3. Al termine della registrazione la pistola viene posizionata nella fondina o supporto presente nella stazione di verniciatura e si memorizza il ciclo di verniciatura appena eseguito in detta unità di controllo ed elaborazione; 3. At the end of the registration, the gun is positioned in the holster or support present in the painting station and the painting cycle just performed is stored in said control and processing unit;
4. A questo punto è possibile avviare subito Γ esecuzione del ciclo, cioè la verniciatura automatica dei pezzi, oppure procedere con la prova e l’editing del ciclo memorizzato. Per esempio in questa fase si può decidere di rifare una o più parti del ciclo, ad esempio riverniciare una porzione di superficie o un lato del pezzo, di aumentare o diminuire la velocità di esecuzione o di variare la distanza della pistola dal pezzo. 4. At this point it is possible to immediately start Γ execution of the cycle, ie the automatic painting of the pieces, or proceed with the test and editing of the stored cycle. For example, in this phase it can be decided to redo one or more parts of the cycle, for example repaint a portion of the surface or one side of the piece, to increase or decrease the execution speed or to vary the distance of the gun from the piece.
5. Una volta che un ciclo di verniciatura è memorizzato, può essere richiamato quando serve. Inoltre è possibile selezionare un numero di pezzi da verniciare, al termine del quale il robot si fermerà automaticamente. Secondo una possibile soluzione realizzativa, i pezzi da verniciare potranno essere convogliati con trasportatore automatico che può essere costituito da bilancelle ad una o più postazioni e, in fase di esecuzione, il robot può essere programmato per eseguire uno o più pezzi uguali per bilancella. 5. Once a paint cycle is stored, it can be recalled when needed. It is also possible to select a number of pieces to be painted, at the end of which the robot will stop automatically. According to a possible embodiment, the pieces to be painted can be conveyed with an automatic conveyor which can consist of racks to one or more stations and, during the execution phase, the robot can be programmed to perform one or more identical pieces per rack.
Si può prevedere che detto trasportatore automatico possa comprendere un motore per la rotazione automatica dei pezzi da verniciare. It can be envisaged that said automatic conveyor may comprise a motor for the automatic rotation of the pieces to be painted.
Ad esempio, ogni bilancella può alloggiare due o più pezzi uguali. In questo caso, nella fase di apprendimento, può essere verniciato un solo pezzo, mentre la verniciatura verrà eseguita in modo automatico sugli altri. For example, each rack can house two or more identical pieces. In this case, in the learning phase, only one piece can be painted, while the painting will be performed automatically on the others.
Il nuovo sistema di apprendimento può servire un numero illimitato di robot. The new learning system can serve an unlimited number of robots.
E' anche possibile salvare il ciclo o programma di verniciatura in più parti o "part-program", ad esempio uno per ogni lato dell'oggetto da verniciare. It is also possible to save the painting cycle or program in several parts or "part-program", for example one for each side of the object to be painted.
Detti "part-program" salvati potranno essere lanciati secondo una sequenza definita dall'operatore, anche combinandoli in funzione delle specifiche esigenze, ad esempio modificandone la velocità di esecuzione oppure rimemorizzando la traiettoria di uno o più di detti "pari program" senza dover modificare gli altri. Said "part-programs" saved can be launched according to a sequence defined by the operator, also combining them according to specific needs, for example by modifying the execution speed or by re-memorizing the trajectory of one or more of said "pari programs" without having to modify the others.
In Fig. 1 è rappresentato uno schema del nuovo sistema di apprendimento (1) e le modalità di interconnessioni e comunicazione tra le componenti. Il nuovo sistema di apprendimento (1) comprende una postazione o cella di apprendimento (2), in cui è montato un supporto (3) per uno o più pezzi o oggetti o superfici in genere da verniciare, detto supporto (3) essendo preferibilmente mobile per ruotare il pezzo, ad esempio manualmente o automatic amente . Fig. 1 shows a diagram of the new learning system (1) and the modalities of interconnections and communication between the components. The new learning system (1) comprises a learning station or cell (2), in which a support (3) is mounted for one or more pieces or objects or surfaces in general to be painted, said support (3) being preferably movable to rotate the workpiece, for example manually or automatically.
Il nuovo sistema comprende inoltre almeno un dispositivo, ad esempio a pistola (6), per la verniciatura manuale, o altro dispositivo atto ad essere utilizzato o manipolato da un operatore, che esegue la prima verniciatura di apprendimento, simulata o reale, su almeno un pezzo o su parte di esso, eseguendo l'operazione nel modo più naturale possibile. The new system also comprises at least one device, for example a gun (6), for manual painting, or other device suitable for use or manipulation by an operator, which performs the first learning painting, simulated or real, on at least one piece or part of it, performing the operation in the most natural way possible.
Il nuovo sistema comprende inoltre un sistema di rilevazione (7) della posizione e dell’ orientamento nello spazio di detto dispositivo di verniciatura (6). The new system also includes a detection system (7) of the position and orientation in space of said painting device (6).
Detto sistema di rilevazione (7) può ad esempio essere del tipo a rilevatori accelerometrici e/o magnetici e/o ottici e/o a radiofrequenza o altri dispositivi, ed è atto a rilevare misure di posizione ed orientamento di detto dispositivo di verniciatura (6), rispetto ad una tema nota. Said detection system (7) can for example be of the type with accelerometric and / or magnetic and / or optical and / or radiofrequency detectors or other devices, and is able to detect position and orientation measurements of said painting device (6) , with respect to a known theme.
Il nuovo sistema comprende inoltre almeno un’unità (8) di controllo ed elaborazione dei dati acquisiti da detto sistema di rilevazione (7), atto inoltre a comunicare, direttamente o indirettamente, con almeno un quadro di controllo (5) di almeno un robot (4) per la verniciatura. Si può prevedere che detto quadro di controllo (5) controlli anche un trasportatore automatico (10) per i pezzi da verniciare. The new system also comprises at least one unit (8) for controlling and processing the data acquired by said detection system (7), also able to communicate, directly or indirectly, with at least one control panel (5) of at least one robot (4) for painting. It can be envisaged that said control panel (5) also controls an automatic conveyor (10) for the pieces to be painted.
Il nuovo sistema di apprendimento comprende anche preferibilmente almeno un tastierino (9), preferibilmente portatile, per rimmissione dei comandi di vario tipo, detto tastierino (9) essendo collegato a detta unità di controllo (8). The new learning system also preferably comprises at least one keypad (9), preferably portable, for sending back commands of various types, said keypad (9) being connected to said control unit (8).
Queste sono le modalità schematiche sufficienti alla persona esperta per realizzare il trovato, di conseguenza, in concreta applicazione potranno esservi delle varianti senza pregiudizio alla sostanza del concetto innovativo. These are the schematic modalities sufficient for the skilled person to realize the invention, consequently, in concrete application there may be variations without prejudice to the substance of the innovative concept.
Pertanto con riferimento alla descrizione che precede e alla tavola acclusa si esprimono le seguenti rivendicazioni. Therefore, with reference to the preceding description and to the attached table, the following claims are expressed.
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- 2011-05-06 WO PCT/IB2011/052008 patent/WO2012150485A1/en active Application Filing
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012150485A1 (en) | 2012-11-08 |
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