NO20170740A1 - Bruk og styring av verktøy - Google Patents

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.

Description

Felt

Oppfinnelsen ligger under robotikk feltet som tar seg av applisering av pakninger (gaskets) og lim.

Bakgrunn for oppfinnelsen

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.

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.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Her vil verktøyet bli beksrivet først, deretter algoritmen.

Robot verktøy

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.

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.

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.

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.

Algoritme

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.

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.

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.

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.

Dette kan forårsake store unøyaktigheter og feil ved påføring av pakningen og limet samtidig.

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.

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.

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.

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.

Inngangsparametere for algoritmen er:

• Interpolasjonsavstand brukt.

• Minste avstand mellom posisjoner å fjerne under interpolasjonsfiksing.

• Rekkefølge av tillinger valg. Rekkefølge kan også slås av. Da velger algoritmen den aller nærmeste.

• Akseptabel feil for tilhenger.

• Akseptabel feil for veileder.

• Feilmargin for å finne neste tilhenger.

Flytskjema 1 viser en enkel struktur av algoritmen.

Claims (6)

Patentkrav Hva som kreves som enerett i dette patentet er et robot-verktøy og algoritme for samtidig applikasjon av pakning og lim, eller med to typer vesker eksempel. Verktøyet består av:

1. Pakning input system.

2. Pakningsmater med trykk.

3. Pakningskutter.

4. Pakningspresser med rotasjonsmotor.

5. Rammenhet med hjul og motor som strammer pakningen når den kommer ut av verktøyet og presser den bakover. Enheten er tilkoblet Pakningspresseren med rotasjonsmotoren. Hjulet på rammen kan bli utstyrt med fjærbelastning for lett tilpasning av baner med ulike høyder og svingninger. Enheten kan også blir utstyrt med en tube for å holde konstant pakningslengde under applisering av pakningen.

6. En limdispener/enhet.

Algoritmen består av:

1. Interpolasjonsrutinen.

2. Verktøy rotasjonsrutinen.

3. Veileder-Tilhenger (GF, Guider-Follower) rutinen.

4. Tilbakesporingsrutinen.

Algoritmen og verktøyet jobber sammen som et system for å utføre den samtidige operasjonen. Systemet kan bli utstyrt på hvilken som helst robot som kan bevege den. Liste med posisjoner er nødvendig, men er noe som gjelder alle robotsystemer.