NO20170740A1

NO20170740A1 - Use and management of tools

Info

Publication number: NO20170740A1
Application number: NO20170740A
Authority: NO
Inventors: Haris Jasarevic
Original assignee: Haris Jasarevic
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2017-05-04
Publication date: 2018-11-05

Abstract

En metode for å applisere lim og pakning samtidig på en overflate bestående av kompliserte og/eller lette geometriske baner. En pakning kan være en lisse eller gummitube eller lignende som tetter eller legger seg over en overflate. Limet kan være hvilket som helst lim som passer til pakningen. Systemet består av et robot-verktøy med to hoder eller verktøy- senterpunkter (TCP, Tool-Center-Point), kontrollert av en algoritme spesifikt laget for å håndtere 2 TCP-er samtidig. Algoritmen kan generaliseres til flere verktøy som består av 2 TCP-er for samtidig håndtering av TCP-ene. Verktøyet består av en pakningsmater, pakningskutter, paknings trykkapplikator, paknings rotasjonsenhet og lim applikator. Algoritmen består av en ny type Veileder-Tilhenger (GF, Guider-Follower) system som sørger for å holde begge TCP-ene fra verktøyet på en gitt bane. Banene består av robotpunkter som beskriver robotens posisjon og rotasjon på en overflate. Posisjonene kan komme fra en liste med posisjoner som trenger minimalt å inneholde x-y-z koordinater pluss en overflate- normal, eksempel vektor som beskriver en linje som står normalt på overflateplanet. Listen med posisjoner kan komme fra en CAD fil, kamera eller lignende. Algoritmen implementeres også med en tilbakesporings rutine som forteller hvordan en hvilken som helst robot kan traversere gjennom tettpakkede og kompliserte baner.A method of applying glue and sealant simultaneously to a surface consisting of complicated and/or light geometric paths. A gasket can be a lace or rubber tube or similar that seals or lays over a surface. The glue can be any glue suitable for the gasket. The system consists of a robot tool with two heads or tool center points (TCP, Tool-Center-Point), controlled by an algorithm specifically designed to handle 2 TCPs simultaneously. The algorithm can be generalized to several tools consisting of 2 TCPs for simultaneous handling of the TCPs. The tool consists of a gasket feeder, gasket cutter, gasket pressure applicator, gasket rotation unit and glue applicator. The algorithm consists of a new type of Guider-Follower (GF, Guider-Follower) system which ensures that both TCPs from the tool are kept on a given path. The trajectories consist of robot points that describe the robot's position and rotation on a surface. The positions can come from a list of positions that need to minimally contain x-y-z coordinates plus a surface normal, for example a vector describing a line that is normal to the surface plane. The list of positions can come from a CAD file, camera or similar. The algorithm is also implemented with a backtracking routine that tells how any robot can traverse through densely packed and complicated paths.

Description

Felt Field

Oppfinnelsen ligger under robotikk feltet som tar seg av applisering av pakninger (gaskets) og lim. The invention falls under the field of robotics, which deals with the application of gaskets (gaskets) and glue.

Bakgrunn for oppfinnelsen Background for the invention

Pakningsapplikasjoner er svært vanlige oppgaver i industrien. Noen bruker flytende pakninger som herdes over tid, mens andre bruker faste pakninger påført over forskjellige overflater. For eksempel, i bilindustrien brukes gummi pakninger rundt bildører og bilrammer, det samme gjelder for vinduer og dører i industrier som produserer produkter for bygningskonstruksjon. Det er også industrier som bruker lisser eller tau som tåler høye temperaturer og legges rundt ovnsdører eller lignende. I bilindustrien er det populært med gummipakninger med allerede pålagt lim som blir applisert på en bil med en robot. I andre industrier er pakningen og limen skilt hvor to roboter eller en robot med to separate verktøy kan påføre lim og pakning etter hverandre. Det er også industrier som gjør dette manuelt. Packing applications are very common tasks in industry. Some use liquid sealants that harden over time, while others use solid sealants applied over various surfaces. For example, in the automotive industry rubber gaskets are used around car doors and car frames, the same applies to windows and doors in industries that produce products for building construction. There are also industries that use laces or ropes that can withstand high temperatures and are placed around oven doors or the like. In the automotive industry, rubber gaskets with already applied glue are popular, which are applied to a car with a robot. In other industries, the gasket and the adhesive are separated, where two robots or a robot with two separate tools can apply adhesive and gasket one after the other. There are also industries that do this manually.

Det er alltid et ønske om å utføre en oppgave i industrien så billig som mulig uten tap av kvalitet. Pakninger som kommer med lim allerede påført, kommer vanligvis med svakere typer lim på grunn av perioder limet bør holde seg ferskt på pakningen før applisering. De er også vanligvis dyrere enn pakninger uten lim. Pakninger som er brukt med lim separat, kan ta mye behandlingstid, og verktøy som gjør dette er ikke egnet for lim som har en rask herdingstid, med mindre to roboter blir brukt. Det ville være en fordel å redusere brukstiden for prosesser der pakninger og lim brukes separat. Det samme gjelder for pris og kvalitet for pakninger med for-pålagt lim. Alt dette med bare en enkel robot og verktøy. There is always a desire to perform a task in industry as cheaply as possible without loss of quality. Gaskets that come with glue already applied usually come with weaker types of glue because of the periods the glue should stay fresh on the gasket before application. They are also usually more expensive than non-adhesive gaskets. Gaskets applied with glue separately can take a lot of processing time, and tools that do this are not suitable for glues that have a fast cure time, unless two robots are used. It would be advantageous to reduce the usage time for processes where gaskets and adhesives are used separately. The same applies to price and quality for gaskets with pre-applied glue. All this with just a simple robot and tools.

Beskrivelse av oppfinnelsen Description of the invention

Her vil verktøyet bli beksrivet først, deretter algoritmen. Here the tool will be described first, then the algorithm.

Robot verktøy Robot tools

Robot verktøyet er visst fra ulike vinkler på figur 1-4. Figur 5 og 6 viser en prototyp av verktøyet som skal legge lim og lisse over en overflate samtidig, og skal hjelpe til å forstå verktøyet bedre. Figur 7 viser et snitt av verktøyet innvendig. Alle figurene har et nummer på hvert område som brukes til å forklare områdene. The robot tool is seen from different angles in figure 1-4. Figures 5 and 6 show a prototype of the tool that will apply glue and lace over a surface at the same time, and will help to understand the tool better. Figure 7 shows a section of the inside of the tool. All figures have a number on each area which is used to explain the areas.

Fra figur 1-4 og 6-7 representerer nr.1 inntakskanalen og monteringsposisjonen til robothodet. Her kan pakningen komme inn på egen hånd, eller fra et rør, etter hva en bruker velger. Veggen på den ene siden av monteringsposisjonen er fjernet, slik at et rør kan ha større frihet når roboten beveger seg rundt. Ved bruk av et rør kan friksjon internt i røret bli et problem, og verktøyet må kombineres med en ekstra pakningsmater som hjelper til med å presse pakningen gjennom røret, se figur 8 for ekstra pakningsmater og figur 5 fra toppen for bilde av prototyp pakningsmater. From Figures 1-4 and 6-7, No.1 represents the intake channel and the mounting position of the robot head. Here, the gasket can come in on its own, or from a tube, depending on what a user chooses. The wall on one side of the mounting position has been removed, allowing a pipe to have more freedom as the robot moves around. When using a pipe, friction inside the pipe can become a problem, and the tool must be combined with an additional gasket feeder that helps push the gasket through the pipe, see figure 8 for additional gasket feeders and figure 5 from the top for a picture of the prototype gasket feeder.

Denne ekstra pakningsmateren er som materen fra hovedverktøyet på punkt nr.2 fra figur 1-4, 6-7, og kan henge fra et tak eller lignende. Materen på posisjon nr.2 består av et motor- og trykksystem som legger et trykk mellom to hjul. Pakningen går gjennom de to hjulene til den andre kanalen på verktøyet. Motoren kan være en hvilken som helst type som tillater presis kontroll av rotasjon, og materen kan bestå av et fjærbelastet system eller et trykkluftsystem for eksempel. På posisjon nr.3 fra figur 1-4, 6-7, kan vi finne kuttemekanismen. Denne mekanismen består av en pneumatisk kniv som kutter pakningen når applikasjonen nærmer seg slutt. På posisjon nr.4 fra figur 1-3 og 7 har vi en trykkenhet med justerbar kraft som hjelper med å presse pakningen på en overflate. På samme posisjon er det også en motor som roterer pakningen riktig på banen når verktøyet går over vanskelige banesegmenter. Dette kan også ses på figur 6 på bunnen. Motoren er en del av enheten som ligger på punkt nr.5, som sammen med motoren skyver og roterer pakningen riktig. This additional packing feeder is like the feeder from the main tool at point no.2 from figures 1-4, 6-7, and can hang from a ceiling or similar. The feeder at position no. 2 consists of a motor and pressure system that applies pressure between two wheels. The gasket passes through the two wheels to the other channel of the tool. The motor can be any type that allows precise control of rotation, and the feeder can consist of a spring loaded system or a compressed air system for example. At position no. 3 from figures 1-4, 6-7, we can find the cutting mechanism. This mechanism consists of a pneumatic knife that cuts the gasket when the application is nearing its end. At position no. 4 from figures 1-3 and 7 we have a pressure unit with adjustable force which helps to press the gasket onto a surface. In the same position, there is also a motor that rotates the gasket correctly on the path when the tool goes over difficult path segments. This can also be seen in Figure 6 at the bottom. The motor is part of the unit located at point no. 5, which together with the motor pushes and rotates the gasket correctly.

Posisjon nr.5 på figur 1-4 og 6-7 består av en ramme-enhet som har et hjul med en ekstra motor. Denne enheten sørger for å skyve pakningen bakover for å holde en konstant spenning på tauet for perfekt applisering. Hjulet på enheten kan monteres med fjærer på hver side for å hjelpe hjulet til å stå normalt på overflaten den ruller på. Fjærene er fordelaktige under bevegelse langs kompliserte segmenter med forskjellige høyder og svinger. Enheten kan også være utstyrt med et lite rør mellom enheten og verktøyets utgangskanal. Dette røret bidrar til å sikre en konstant lengde på pakningen under applikasjonen mellom enheten og utgangskanalen når rammen roterer. Til slutt, på posisjon nr.6 fra figur 1-2, 4, 6-7, har vi lim applikatoren som kan være av hvilken som helst type, så lenge den passer og tilfredsstiller begrensningen som er angitt av algoritmen forklart nedenfor. Position no. 5 on figures 1-4 and 6-7 consists of a frame unit which has a wheel with an additional motor. This device pushes the gasket backwards to keep a constant tension on the rope for perfect application. The wheel of the unit can be fitted with springs on each side to help the wheel stand normally on the surface it is rolling on. The springs are advantageous during movement along complicated segments with different heights and turns. The unit may also be equipped with a small tube between the unit and the tool outlet channel. This tube helps to ensure a constant length of gasket during application between the unit and the outlet channel as the frame rotates. Finally, at position no.6 from figures 1-2, 4, 6-7, we have the glue applicator which can be of any type, as long as it fits and satisfies the constraint indicated by the algorithm explained below.

Algoritme Algorithm

Verktøyet består av 2 senterpunkter som brukes for å gå gjennom robotpunkter. De er lokalisert ved enden av lim applikatoren og hjulet som strammer og dytter lissen bakover. I industrien er alle roboter programmert med bare et verktøy senterpunkt (TCP, tool-center-point) av gangen. Med denne algoritmen fremlegger jeg et program som håndterer 2 TCP-er samtidig, ved å introdusere et Veileder-Tilhenger (GF, Guider-Follower) system. TCP-ene må stå parallelt i henholdt til hverandre, med en gitt avstand mellom hverandre. Se figur 9 for et eksempel med verktøy som har TCP-ene sine 60.5mm fra hverandre. The tool consists of 2 center points that are used to step through robot points. They are located at the end of the glue applicator and the wheel that tightens and pushes the lace backwards. In industry, all robots are programmed with only one tool center point (TCP) at a time. With this algorithm, I present a program that handles 2 TCPs at the same time, by introducing a Guider-Follower (GF, Guider-Follower) system. The TCPs must be parallel to each other, with a given distance between each other. See Figure 9 for an example of a tool that has its TCPs 60.5mm apart.

Denne avstanden brukes til å beregne riktig robotposisjon og orientering under følging av forskjellige veier. Algoritmen inputer robotposisjoner som må minst bestå av x, y, z koordinater fra overflatepunkter og overflate normaler. Posisjonene eller punktene kan være en liste hentet fra en CAD-fil eller et kamera. For eksempel fra en CAD-fil kan kanter opprettes, hentes og interpoleres for å gi ut posisjoner algoritmen kan bruke på roboten. Denne metoden gir umiddelbart overflate normalen fra et punkt på CAD-delen, og mange simulatorer og CAD-miljøer støtter dette. Se figur 10 for et eksempel på en CAD-kant. This distance is used to calculate the correct robot position and orientation while following different paths. The algorithm inputs robot positions which must at least consist of x, y, z coordinates from surface points and surface normals. The positions or points can be a list taken from a CAD file or a camera. For example, from a CAD file, edges can be created, retrieved and interpolated to output positions the algorithm can use on the robot. This method immediately provides the surface normal from a point on the CAD part, and many simulators and CAD environments support this. See Figure 10 for an example of a CAD edge.

Kanter er teknisk sett alle linjer som CAD-delen består av. Disse kan brukes til å generere posisjoner for robotbaner. De genererte posisjonene bør transformeres i robotbasekoordinater. En bruker kan velge hvilken type interpolering som brukes, som for eksempel 5 eller 2 mm avstand mellom hver posisjon. Algoritmen har en egen rutine som korrigerer dårlige interpolasjoner og sørger for å holde en jevn avstand mellom posisjonene. Posisjonene brukes til å bevege begge TCP'ene gjennom banen med så liten feil som mulig. Algoritmen sikrer at begge TCP'ene står så normalt som mulig på banen, men det er hjulet som ruller ut pakningen på enden som har prioritet. Figur 11 viser robotverktøyet i en simulator hvor den må bevege TCP-ene gjennom hvert punkt på en overflate. Edges are technically all lines that the CAD part consists of. These can be used to generate positions for robot trajectories. The generated positions should be transformed into robot base coordinates. A user can choose the type of interpolation used, such as 5 or 2 mm distance between each position. The algorithm has its own routine that corrects bad interpolations and ensures that the positions are evenly spaced. The positions are used to move both TCPs through the path with as little error as possible. The algorithm ensures that both TCPs stand as normally as possible on the track, but it is the wheel that rolls out the packing at the end that has priority. Figure 11 shows the robot tool in a simulator where it has to move the TCPs through each point on a surface.

Eksiterer det ingen kompliserte baner for roboten, så trenger vi bare å ha en TCP roboten bruker. Den andre TCP-en er rotert på banen ved hjelp av 3-dimensjonal vektormatte. Et tilfelle av dette kan ses på figur 12. De sirklene på figur 12 er posisjonene TCP-ene burde være på. Figur 13 viser samme tilfellet etter at riktig rotasjon har blitt utført. Når roboten beveger seg, sørger algoritmen for å fortelle motoren fra punkt nr.5 fra figur 1-4, 6-7 hvor mye den skal rotere rammeenheten fra punkt nr. 6 fra figur 1-2, 4, 6-7, slik at pakningen blir påført riktig på banen. Dette er viktig på grunn av at roboten må holde begge TCP-ene på banen. Kompliserte segmenter som hjørner og de på figur 14-16 gjør det vanskelig for roboten å plassere verktøyet uten at en av TCPs hopper over flere posisjoner. Banen er linjene mellom de hvite og grå områdene på figur 14-16. If there are no complicated paths for the robot, then we only need to have a TCP that the robot uses. The second TCP is rotated on the path using 3-dimensional vector mat. A case of this can be seen in figure 12. The circles in figure 12 are the positions the TCPs should be at. Figure 13 shows the same case after the correct rotation has been carried out. When the robot moves, the algorithm makes sure to tell the motor from point no. 5 from figure 1-4, 6-7 how much to rotate the frame unit from point no. 6 from figure 1-2, 4, 6-7, so that the gasket is applied correctly to the track. This is important because the robot must keep both TCPs on track. Complicated segments such as corners and those in Figure 14-16 make it difficult for the robot to place the tool without one of the TCPs skipping several positions. The path is the lines between the white and gray areas in figure 14-16.

Dette kan forårsake store unøyaktigheter og feil ved påføring av pakningen og limet samtidig. This can cause major inaccuracies and errors when applying the gasket and the adhesive at the same time.

Løsningen introduserer en GF-metode der en TCP er veilederen som roboten styrer. Veilederen roterer for å holde den andre TCP på banen som nevnt er tilhengeren. Algoritmen sørger for at begge verktøypunktene beveger seg en posisjon eller mindre av gangen (eksempelvis en halv avstand fra den ene til den andre posisjonen), med unntak der en bruker kan velge en feilmargin. Når banesegmentene blir kompliserte, og veilederen ikke kan plassere tilhengeren riktig på banen en posisjon av gangen, skifter verktøyene roller. Tilhenger blir ny veileder og veileder blir ny tilhenger. Dette skyldes at når en tilhenger hopper over flere trinn, vil det ikke føre til at den nye tilhengeren etter rollebytte lider av samme skjebne. Dette gjelder spesielt rundt hjørner og dype segmenter som på figur 14 og 15. The solution introduces a GF method where a TCP is the supervisor that the robot controls. The supervisor rotates to keep the other TCP on track as mentioned is the trailer. The algorithm ensures that both tool points move one position or less at a time (for example, half the distance from one to the other position), except where a user can select a margin of error. When the track segments become complicated, and the supervisor cannot place the trailer correctly on the track one position at a time, the tools switch roles. The follower becomes a new supervisor and the supervisor becomes a new follower. This is because when a supporter skips several steps, it will not cause the new supporter to suffer the same fate after switching roles. This applies especially around corners and deep segments as in figures 14 and 15.

Det er viktig å merke seg hvordan algoritmen finner neste tilhenger posisjon når veilederen flyttes bortover et steg av gangen. Når man ser etter den nærmeste tilhenger-posisjonen, kontrollerer algoritmen den forrige tilhenger-posisjonen og de 2 andre som ligger et steg foran og bak. Det viktigste her er at algoritmen alltid velger posisjonen nærmest slutten av posisjonslisten. Eksempel hvis avstanden mellom de to TCP'ene er 60 mm, og både den gamle og etterfølgende tilhengerposisjonen er 60mm fra veilederen (under en viss margin) vil algoritmen alltid velge den som er nærmest sutten av posisjonslista. Tanken bak dette er ønsket om at algoritmen skal alltid presse verktøyet fremover, og er grunnen til at den algoritmen håndterer mange kompliserte baner. Allikevel er dette en parameter som kan velges, og bestemmer rekkefølgen algoritmen velger punktene sine på. It is important to note how the algorithm finds the next follower's position when the supervisor is moved one step at a time. When looking for the closest trailer position, the algorithm checks the previous trailer position and the 2 others that are one step ahead and behind. The most important thing here is that the algorithm always chooses the position closest to the end of the position list. Example if the distance between the two TCPs is 60 mm, and both the old and subsequent trailer positions are 60 mm from the supervisor (under a certain margin), the algorithm will always choose the one that is closest to the position list. The idea behind this is the desire for the algorithm to always push the tool forward, and is the reason why that algorithm handles many complicated paths. However, this is a selectable parameter, and determines the order in which the algorithm selects its points.

Baner som den på figur 16 er imidlertid vanskeligere å krysse hvis avstanden mellom TCP-ene er for stor. I så fall bruker algoritmen en tilbakesporingsmetode. Denne metoden er utviklet for å sjekke om tilbakeflytting av veilederen et skritt av gangen vil få tilhengeren videre fremover i posisjonslisten. Denne metoden kontrollerer disse forholdene ved hvert trekk, og hvis det er sant, beveger veilederen seg bakover mens tilhengeren beveger seg fremover. Når tilhengeren stopper å bevege seg fremover, stopper rutinen og et rolleskift skjer. Den nye veilederen drar deretter den nye tilhengeren ut av det kompliserte segmentet. Tilbakesporingsmetoden benyttes av begge verktøyene når en av de er veileder. However, paths like the one in Figure 16 are more difficult to cross if the distance between the TCPs is too large. In that case, the algorithm uses a backtracking method. This method has been developed to check whether moving the supervisor back one step at a time will move the trailer further forward in the position list. This method checks these conditions on each move, and if true, the supervisor moves backward while the follower moves forward. When the follower stops moving forward, the routine stops and a role change occurs. The new supervisor then pulls the new follower out of the complicated segment. The backtracking method is used by both tools when one of them is a supervisor.

Algoritmen skal håndtere ulike veier med ulike svingninger, vridninger og høyder. Algoritmen har også sine begrensninger. Hvis avstanden mellom de to TCP er for stor, vil den få problemer å krysse tettpakkede baner. Algoritmen er også avhengig av fleksibiliteten til roboten den benyttes på. The algorithm must handle different roads with different oscillations, twists and heights. The algorithm also has its limitations. If the distance between the two TCPs is too large, it will have trouble traversing densely packed paths. The algorithm also depends on the flexibility of the robot it is used on.

Inngangsparametere for algoritmen er: Input parameters for the algorithm are:

• Interpolasjonsavstand brukt. • Interpolation distance used.

• Minste avstand mellom posisjoner å fjerne under interpolasjonsfiksing. • Minimum distance between positions to remove during interpolation fixing.

• Rekkefølge av tillinger valg. Rekkefølge kan også slås av. Da velger algoritmen den aller nærmeste. • Order of installments election. Order can also be turned off. The algorithm then selects the closest one.

• Akseptabel feil for tilhenger. • Acceptable error for trailer.

• Akseptabel feil for veileder. • Acceptable error for supervisor.

• Feilmargin for å finne neste tilhenger. • Margin of error to find the next trailer.

Flytskjema 1 viser en enkel struktur av algoritmen. Flowchart 1 shows a simple structure of the algorithm.

Claims

Patent claim What is claimed as an exclusive right in this patent is a robot tool and algorithm for the simultaneous application of packing and glue, or with two types of bags, for example. The tool consists of:

1. Packing input system.

2. Package feeder with pressure.

3. Gasket cutter.

4. Packing presses with rotary motor.

5. Frame unit with wheel and motor that tightens the gasket when it comes out of the tool and pushes it backwards. The unit is connected to the packing press with the rotation motor. The wheel on the frame can be equipped with a spring load for easy adaptation of tracks with different heights and fluctuations. The unit can also be equipped with a tube to maintain a constant packing length during application of the packing.

6. A glue dispenser/unit.

The algorithm consists of:

1. The interpolation routine.

2. The tool rotation routine.

3. Guider-Follower (GF, Guider-Follower) routine.

4. The traceback routine.

The algorithm and the tool work together as a system to perform the simultaneous operation. The system can be equipped on any robot that can move it. List of positions is necessary, but is something that applies to all robot systems.