ITPD20110161A1 - Sistema di apprendimento per robot per trattamenti superficiali e stazioni di trattamento - Google Patents
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Description
TITOLO
SISTEMA DI APPRENDIMENTO PER ROBOT PER TRATTAMENTI
SUPERFICIALI E STAZIONI DI TRATTAMENTO
DESCRIZIONE
Il presente brevetto è attinente alle operazioni riguardanti trattamenti di superfici con robot antropomorfi ed in particolare concerne un nuovo sistema di apprendimento per robot per lavori di trattamento di superfici in genere con sistema di guida ad emulazione e stazione di trattamento superficiale utilizzante detto sistema di apprendimento.
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.
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 lavorazione sarà tanto minore quanto maggiore il numero di volte che l’operazione verrà ripetuta.
E’ noto che i robot antropomorfi possono essere utilizzati per varie operazioni relative a trattamenti su superfici quali carteggiatura, spazzolatura, sabbiatura, smerigliatura, pulizia, soffiatura, lavaggio, degrassaggio, lucidatura, sbavatura, fiammatura e applicazione di sostanze di qualsiasi genere sotto forma di polveri, liquidi, colloidi, gel, paste e grassi su superfici di qualunque genere e natura.
In alcuni casi, tuttavia, l’operazione di istruzione delle macchine può rivelarsi molto onerosa perché in questo tipo di utilizzo spesso il numero di lavorazioni uguali da eseguire è piuttosto esiguo.
E’ quindi opportuno disporre di strumenti di istruzione dei movimenti del robot che siano rapidi e non particolarmente onerosi per gli operatori.
Inoltre, per alcune operazioni le traiettorie da apprendere sono spesso molto articolate e tali da richiedere tempi molto lunghi per la programmazione. I metodi attualmente disponibili per istruire i robot sono i seguenti.
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 mighori per l’esecuzione del processo.
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.
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.
4. Sistemi di visione dei pezzi con software per l’elaborazione automatica delle traiettorie: possono essere usati per trattamenti su oggetti a geometria prevalentemente mono o bi-dimensionale. Nel caso di oggetti tridimensionali, però, la complessità, e quindi il costo, del software sarebbe tale da rendere questa strada praticamente impraticabile.
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 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 i movimenti risultano comunque un po’ impediti 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.
6. Software basati su sistemi CAD bi o tri-dimensionali per la generazione di traiettorie a partire dalle geometrie delle superfici da trattare. Si tratta di processi piuttosto laboriosi che necessitano di elevate competenze tecniche per l’operatore e possono richiedere tempi di elaborazione piuttosto lunghi. Inoltre non si adattano facilmente a tutti i processi e/o geometrie delle superfici da trattare.
Per ovviare ai limiti dei sistemi esistenti sopra elencati, si è studiato e realizzato un nuovo tipo di sistema di apprendimento per robot per lavorazioni di trattamento di superfici con sistema di guida ad emulazione. 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 l’esecuzione di varie operazioni relative a trattamenti su superfici quali carteggiatura, spazzolatura, sabbiatura, smerigliatura, pulizia, soffiatura, lavaggio, degrassaggio, lucidatura, sbavatura, fiammatura e applicazione di sostanze di qualsiasi genere sotto forma di polveri, liquidi, colloidi, gel, paste e grassi su superfici di qualunque genere e natura.
Altro scopo del presente trovato è quello di garantire un'elevata qualità del processo, perché l'apprendimento si basa sull’esecuzione, reale o simulata, effettuata direttamente e manualmente da un operatore, nel modo più naturale possibile.
Altro scopo del presente trovato è quello di essere adatto ad istruire qualunque tipologia e numero di robot per Γ esecuzioni di lavorazioni di trattamento di superfici.
Altro scopo del presente trovato è quello di acquisire i dati di posizione ed orientamento di uno o più oggetti manipolabili dall'operatore, per memorizzare così qualunque lavorazione di trattamento di superfici, in tempo reale.
Altro scopo del presente trovato è quello di memorizzare i cicli di lavorazione di trattamento di superfici, potendo poi ripeterli identici per indefinite volte, oppure elaborarli e gestirli per adattarli ad esigenze specifiche.
Il nuovo sistema di apprendimento con sistema di guida ad emulazione prevede che l’operatore esegua o simuli ciascuna operazione nel modo più semplice e naturale possibile muovendo uno o più appositi dispositivi atti allo scopo, come ad esempio una pistola o altro utensile, che di qui in avanti chiameremo semplicemente “dispositivo di apprendimento”, mentre il robot recepisce a distanza il lavoro fatto e lo memorizza per ripeterlo indefinite volte.
Tale sistema di guida comprende uno strumento di rilevazione in grado di percepire le posizioni successivamente occupate dal dispositivo di apprendimento, il suo orientamento e, di conseguenza, i suoi movimenti condotti nell’esecuzione dell’operazione e di trasmetterli al controllo di un 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 del dispositivo di apprendimento rispetto ad una tema nota. Descrizione del sistema
Il nuovo sistema di apprendimento comprende:
· almeno una postazione di apprendimento, dotata di almeno un supporto per uno o più pezzi o oggetti o superfici in genere da trattare;
• almeno un dispositivo di apprendimento atto ad essere manipolato o utilizzato da un operatore per eseguire tutta o parte di una o più operazioni di apprendimento, reali o simulate,
• almeno un sistema di rilevazione di una o più sequenze di coordinate di posizione e orientamento nello spazio di uno o più di detti dispositivi di apprendimento, comprendente ad esempio almeno un sensore posizionato sul dispositivo stesso;
· 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 l’operazione. Detta unità di controllo può anche essere integrata con il quadro di controllo stesso di un robot, realizzandosi così un’unica unità di controllo.
Detta unità di controllo acquisisce la sequenza di coordinate rilevata, le elabora trasformandole in sequenza di movimenti per robot e comunica con detto quadro di controllo di uno o più robot, per la funzionalità degli stessi, ovvero comanda direttamente il robot, nel caso di unità di controllo integrata.
II nuovo sistema di apprendimento può essere integrato o meno in una stazione di lavoro o di trattamento superficiale, comprendente anche uno o più di detti robot oltre a componenti accessori, quali una cabina di aspirazione ed eventuale trasportatore dei manufatti da lavorare.
In tale caso, detto supporto porta pezzi può essere uno dei supporti o bilancelle montate su un trasportatore automatico di pezzi.
Il nuovo sistema di apprendimento comprende anche preferibilmente almeno un interruttore o "micro switch" installato sul dispositivo di apprendimento, per l’attivazione e Γ interruzione di eventuali operazioni accessorie, quali spruzzatura, fiammatura o rotazione di utensili vari atti ad eseguire l’operazione.
Il nuovo sistema comprende anche preferibilmente almeno un tastierino portatile per rimmissione dei comandi di vario tipo delle attrezzature della nuova stazione.
Detto sistema di rilevazione comprende ad esempio un trasmettitore di segnali, in grado di misurare posizione ed orientamento del dispositivo di apprendimento.
Si può anche prevedere che detto quadro di controllo del robot comunichi anche con un trasportatore automatico per i pezzi da lavorare.
Funzionamento del sistema:
1. L’operatore impugna il dispositivo di apprendimento 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. 2. Fase di apprendimento: l’operatore dà il comando di inizio registrazione ed esegue la lavorazione, 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.
3. Al termine della registrazione il dispositivo di apprendimento viene posizionato nella fondina, o supporto, presente nella stazione di apprendimento e si memorizza il ciclo di lavorazione appena eseguito in detta unità di controllo ed elaborazione;
4. A questo punto è possibile avviare subito l’esecuzione del ciclo, cioè la lavorazione automatica sui 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 su una porzione di superficie o un lato del pezzo, di aumentare o diminuire la velocità di esecuzione o di variare la distanza dal pezzo.
5. Una volta che un ciclo di lavoro è memorizzato, può essere richiamato quando serve. Inoltre è possibile selezionare un numero di pezzi da trattare, al termine del quale il robot si fermerà automaticamente.
Secondo una possibile soluzione realizzativa, i pezzi da trattare 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. Si può prevedere che detto trasportatore automatico possa comprendere un motore per la rotazione automatica dei pezzi da trattare.
Ad esempio, ogni bilancella può alloggiare due o più pezzi uguali. In questo caso, nella fase di apprendimento, può essere lavorato un solo pezzo, mentre in modo automatico la lavorazione sarà eseguita anche sugli altri.
Il nuovo sistema di apprendimento può servire un numero illimitato di robot.
E' anche possibile salvare il ciclo o programma di lavorazione in più parti o "part-program", ad esempio uno per ogni lato dell'oggetto da trattare.
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.
E' anche possibile prevedere che detto nuovo sistema sia applicato per l'apprendimento di due o più lavorazioni successive ad esempio in un'unica postazione di apprendimento, oppure in due o più postazioni di apprendimento, una per ciascuna lavorazione da apprendere, e dove ciascuna lavorazione di apprendimento viene eseguita con un dispositivo di apprendimento specifico intercambiabile.
In Fig. 1 è rappresentato uno schema del nuovo sistema di apprendimento (1) e le modalità di interconnessioni e comunicazione tra le componenti secondo una possibile soluzione.
In Fig. 2 è rappresentato uno schema del nuovo sistema di apprendimento (1) e le modalità di interconnessioni e comunicazione tra le componenti in una seconda possibile soluzione con due stazioni di apprendimento (2) per eseguire due o più lavorazioni in sequenza.
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 lavorare, detto supporto (3) essendo preferibilmente mobile per ruotare il pezzo, ad esempio manualmente o automatic amente .
Il nuovo sistema comprende inoltre almeno un dispositivo di apprendimento, ad esempio a pistola (6), o altro dispositivo atto ad essere utilizzato o manipolato da un operatore, che esegue la prima lavorazione di apprendimento, simulata o reale, su almeno un pezzo o su parte di esso, eseguendo l'operazione nel modo più naturale possibile.
Il nuovo sistema comprende inoltre un sistema di rilevazione (7) della posizione e dell’ orientamento nello spazio di detto dispositivo di apprendimento (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 apprendimento (6), rispetto ad una tema nota.
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). Si può prevedere che detto quadro di controllo (5) controlli anche un trasportatore automatico (10) per i pezzi da trattare. Il sistema può anche essere realizzato in modo che l’unità di controllo (8) e il quadro di controllo del robot (4) siano integrati in un’unica unità di controllo.
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).
Il nuovo sistema permette anche lapprendimento di due o più lavorazioni in sequenza, ad esempio sabbiatura e verniciatura, su un medesimo oggetto. Per eseguire l'apprendimento di una sequenza di lavorazioni diverse, si prevede che tale sistema comprenda un'unica postazione (2), con due o più di detti dispositivi di apprendimento (6, 6', 6") collegati ad uno o più di detti sistemi di rilevazione (7) e a detta unità di controllo (8), ciascun dispositivo di apprendimento (6, 6', 6") essendo atto a svolgere una particolare lavorazione, e dove detti dispositivi di apprendimento (6., 6', 6") sono tra loro ad esempio scambiabili, per essere utilizzati in sequenza in detto sistema.
Inoltre, si può prevedere che detta sequenza di lavorazioni diverse venga eseguita in un unica postazione di apprendimento (2), con uno o più di detti supporti (3), oppure preferibilmente, come da figura 2, in due o più di dette postazioni di apprendimento (2, 2', 2"), ciascuna con uno o più di detti dispositivi di apprendimento (6, 6', 6"), per l'esecuzione di una o più di dette diverse lavorazioni di apprendimento in sequenza.
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.
Pertanto con riferimento alla descrizione che precede e alle tavole accluse si esprimono le seguenti rivendicazioni.
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), per l’esecuzione di una o più operazioni relative a trattamenti su superfici quali carteggiatura, spazzolatura, sabbiatura, smerigliatura, pulizia, soffiatura, lavaggio, degrassaggio, lucidatura, sbavatura, fiammatura e applicazione di sostanze di qualsiasi genere sotto forma di polveri, liquidi, colloidi, gel, paste e grassi su superfici di qualunque genere e natura, caratterizzato dal fatto di comprendere: • almeno una postazione o cella di apprendimento (2); • almeno un supporto (3) per uno o più pezzi o oggetti o superfici in genere da lavorare in detta postazione o cella di apprendimento (2); • almeno un dispositivo di apprendimento (6) atto ad essere utilizzato o manipolato manualmente da un operatore per eseguire almeno una lavorazione di apprendimento, reale o simulata, su almeno un pezzo o su parte di esso in detta postazione o cella di apprendimento (2); • almeno un sistema di rilevazione (7) di una o più sequenze di coordinate di posizione e orientamento nello spazio di detto dispositivo di apprendimento (6) durante dette una o più lavorazioni di apprendimento; • almeno un’unità di controllo ed elaborazione dati (8), atto ad acquisire ed elaborare dette una o più sequenze di coordinate rilevate e a comunicare con almeno un quadro di controllo (5) di uno o più robot (4), per la funzionalità degli stessi nella ripetizione di tutta o parte di dette sequenze di coordinate acquisite.
- 2. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo (8) e detto quadro di controllo (5) di detti uno o più robot (4) sono integrati in una sola unità.
- 3. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere due o più di dette postazioni o celle di apprendimento (2), ciascuna con almeno uno di detti supporti (3) porta pezzi e uno o più di detti dispositivi di apprendimento (6) per eseguire due o più diverse lavorazioni di apprendimento in sequenza.
- 4. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazioni 1, 2, 3, caratterizzato dal fatto di comprendere due o più di detti dispositivi di apprendimento (6, 6', 6") collegati ad uno o più di detti sistemi di rilevazione (7) e a detta unità di controllo (8), ciascun dispositivo di apprendimento (6, 6', 6") essendo atto a svolgere una particolare lavorazione
- 5. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti dispositivi di apprendimento (6, 6', 6") sono tra loro scambiabili, per essere utilizzati in sequenza.
- 6. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere uno o più di detti robot (4) con relativo almeno un quadro di controllo (5), e dove uno o più di detti robot (4) ripetono dette sequenze di coordinate acquisite anche in tempo reale, durante detta fase di apprendimento, contemporaneamente al movimento di detto dispositivo di apprendimento (6).
- 7. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, durante detta prima lavorazione di apprendimento, detta unità di controllo (8) esegue verifiche di compatibilità di detta sequenza di coordinate acquisite con le possibilità cinematiche e dinamiche di detto robot (4) di verniciatura.
- 8. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo (8) memorizza detta/e sequenza/e di coordinate in una o più parti, e dove ciascuna parte può essere singolarmente elaborata, ripetuta da detto robot (4) o modificata indipendentemente dalle altre.
- 9. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto supporto (3) porta pezzi è mobile, manualmente oppure automaticamente.
- 10. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sistema di rilevazione (7) è a sensori o rilevatori accelerometrici e/o a sensori o rilevatori magnetici e/o a sensori o rilevatori ottici e/o a sensori o rilevatori a radiofrequenza e/o comprendente altri dispositivi di rilevazione.
- 11. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un tastierino (9), preferibilmente portatile, per rimmissione dei comandi di vario tipo, detto tastierino (9) essendo collegato a detta unità di controllo (8).
- 12. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo di apprendimento (6) comprende un interruttore collegato a detta unità di controllo (8), per l’attivazione e l’interruzione di eventuali operazioni accessorie, quali spruzzatura, fiammatura o rotazione di utensili vari atti ad eseguire l’operazione.
- 13. Sistema di apprendimento (1) per robot (4), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto quadro di controllo (5) di detti uno o più robot (4) è collegato ad almeno un trasportatore automatico esterno (10) di pezzi da lavorare, detto trasportatore (10) a sua volta comprendente una o più bilancelle ad una o più postazioni.
- 14. Stazione di trattamento superficiale per carteggiatura e/o spazzolatura e/o sabbiatura e/o smerigliatura e/o pulizia e/o soffiatura e/o lavaggio e/o degrassaggio e/o lucidatura e/o sbavatura e/o fiammatura e/o applicazione di sostanze di qualsiasi genere sotto forma di polveri, liquidi, colloidi, gel, paste e grassi su superfici di qualunque genere e natura, comprendente uno o più robot (4) per l'esecuzione di dette lavorazioni, caratterizzata dal fatto di comprendere detto sistema di apprendimento come da una o più delle rivendicazioni precedenti.
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| WO2011039542A1 (en) * | 2009-10-02 | 2011-04-07 | The Welding Insitute | Method and system of programming a robot |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WECK M ET AL: "PROZESSNAHE ROBOTERPROGRAMMIERUNG UNTER EINSATZ EINES INERTIALEN MESSSYSTEMS", ROBOTERSYSTEME, SPRINGER VERLAG. BERLIN, DE, vol. 4, no. 4, 1 November 1988 (1988-11-01), pages 245 - 250, XP000000953 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2012160412A1 (en) | 2012-11-29 |
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