SK252021A3 - Robotický systém na adaptívne spájanie súčastí - Google Patents

Abstract

Robotický systém na adaptívne spájanie súčastí je realizovaný koordináciou spájacieho robota (3) s prvým robotickým manipulátorom (1), externým polohovadlom (4) a druhým robotickým manipulátorom (2), ktorými sú pomocou systému automatizovaného robotického odoberania polohované voľne uložené súčasti z ich prvého skladu (5) a z druhého skladu (6) do optimálnej spájacej pozície. Systém automatizovaného robotického odoberania voľne uložených súčastí riadi odoberanie na základe typu výrobku a na základe dát o polohách súčastí v skladoch získaných pomocou prvého 3D snímača (7), ktorým je snímaný priestor prvého skladu (5), a pomocou druhého 3D snímača (8), ktorým je snímaný priestor druhého skladu (6). Riadenie odoberaných súčastí realizuje centrálny riadiaci systém (13) na základe výstupov prvého odoberacieho počítača (9) a druhého odoberacieho počítača (10). Dosiahnutie optimálnej polohy spájaných súčastí zabezpečuje automatizovaný systém korekcií polôh robotov pomocou profilového snímača (12) umiestneného na spájacom robote (3) a korekčného počítača (11) spojeného s centrálnym riadiacim systémom (13).

Description

Vynález sa týka robotického systému na adaptívne spájame súčastí. Rieši spôsob aplikácie robotizovaného polohovama a spájania súčastí vo vysoko premenlivej a maloobjemovej priemyselnej výrobe, kde je kladená požiadavka na vysoký stupeň automatickej adaptácie pracoviska na rôzne typy výrobkov. Vynález spadá do oblasti automatizovanej priemyselnej výroby s využitím robotov.

Doterajší stav techniky

Vo svete sú známe robotizované pracoviská, ktoré sa podieľajú na spájam materiálov najmä v automobilovom priemysle. Aplikácie bodového zvárania, oblúkového zvárania, nitovania alebo lepenia sú v tomto prostredí pomerne bežné. Takáto výroba je charakterizovaná ako veľkoobjemová, pričom sa časté zmeny výrobkov nepredpokladajú - obvykle sa vyrába niekoľko modelov počas obdobia niekoľkých rokov. V prípade nového modelu vo výrobe je potrebné robotizované pracovisko manuálne nastaviť a naprogramovať. Počas tejto prestavby dochádza k prerušeniu výroby a na realizáciu prestavby je potrebná účasť vysokošpecializovaných odborníkov. Pre malé a stredné podniky využívajúce robotizované pracoviská na spájame materiálov je charakteristický malosériový typ výroby rôznorodých výrobkov. Z hľadiska minimalizovania nákladov a ekonomickej efektívnosti je pre malé a stredné podniky nevhodné využívať robotizované pracoviská navrhnuté pre výrobu masovú - napríklad pre automobilový priemysel. Klasické robotizované pracoviská aj s vyššou adaptibilitou, napríklad prispôsobenie spájania typu spájaného materiálu, sa však nevyznačujú adaptibilitou na zmenu geometrie výrobkov ani možnosťou polohovať obrobky vo všetkých šiestich stupňoch voľnosti. Napríklad práve v automobilovom priemysle sú obrobky určené na zvárame pripnuté vo fixných prípravkoch, a nie je umožnená ich dodatočná adaptabilita, čo sa týka polohy, za účelom zvýšenia konzistencie a kvality zvaru. Tak isto tu platí, že nie je možné ľubovoľne meniť obrobky, pretože je potrebné pripraviť k nim statické prípravky - napríklad polohovadlá alebo úpinky. Množina obrobkov je teda obmedzená vzhľadom na fixné prípravky a vzhľadom na predurčené pozície obrobkov. Predurčené pozície pred výrobným procesom je potrebné zabezpečiť ešte v predprípravnej fáze, čím sa opäť znižuje efektivita a ekonomická návratnosť výrobného procesu.

Vo svete sú známe riešenia umožňujúce oniine korekcie od spätnoväzbových prvkov počas procesu spájania materiálov, napríklad 2D laserové skenery. Aktuálny stav problematiky však nepozná riešenie, ako vykonávať korekcie polohovama celého robotického tímu -1, j. dvoch robotov držiacich obrobky a tretieho robota vykonávajúceho spájame.

Vzhľadom na uvedené vznikla úloha nájsť riešenie robotizovaného pracoviska pre spájanie materiálov, ktoré umožní jeho vysokú adaptabilitu pri zmene typu výrobku bez potreby prestavenia tohto pracoviska a bez potreby účasti vysokošpecializovaných odborníkov. Vynález zabezpečuje aj zvýšenú kvalitu spájania materiálov vplyvom možnosti polohovať obrobky vo všetkých šiestich stupňoch voľnosti a možnosti vykonávať korekcie od spätnoväzbového člena voči celému robotickému tímu - 3 robotické ramená a jedna externá os.

Podstata vynálezu

Riešením robotizovaného pracoviska pre spájame materiálov, ktoré umožní jeho vysokú adaptabilitu pri zmene typu výrobku je vynález robotického systému na adaptívne spájame súčastí. Podstata vynálezu spočíva v tom, že obsahuje skupinu kooperujúcich robotov pozostávajúcu z prvého šesťosového polohovacieho robotického manipulátora a druhého šesťosového polohovacieho robotického manipulátora umiestnených proti sebe vrátane jedného jednoosového externého polohovadla. Externé polohovadlo je uložené osovo súmerne medzi nimi. Robotický systém na manipuláciu spájaných súčastí disponuje spolu 13 stupňami voľnosti pohybov. Skupina robotov obsahuje aj jeden šesťosový spájací robot, ktorý je umiestnený v 90° uhle voči prvému a druhému robotickému manipulátoru. Prvý robotický manipulátor, druhý robotický manipulátor, externé polohovadlo a spájací robot sú vzájomne komunikačné prepojené a koordinované centrálnym riadiacim systémom, ku ktorému sú pripojené: systém automatizovaného robotického odoberania voľne uložených súčastí z prvého skladu súčastí a z druhého skladu súčastí a automatizovaný systém korekcií polôh robotických manipulátorov.

Ďalej podstata vynálezu spočíva v tom, že systém automatizovaného robotického odoberania voľne uložených súčastí zo skladov obsahuje prvý 3D snímač prvého skladu súčastí, prvý odoberací počítač prvého robotického manipulátora spojený s centrálnym riadiacim systémom, druhý 3D snímač druhého skladu súčastí, druhý odoberací počítač druhého robotického manipulátora spojený s centrálnym riadiacim systémom.

SK 25-2021 A3

Ďalej podstata vynálezu spočíva v tom, že automatizovaný systém korekcií polôh robotických manipulátorov obsahuje profilový snímač umiestnený na spájacom robote a korekčný počítač spojený s centrálnym riadiacim systémom.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Podstata vynálezu je objasnená pomocou výkresov, kde sú zobrazené jednotlivé súčasti vynálezu. Koncept robotického systému na adaptívne spájame súčastí je znázornený na obrázku 1. Automatizované merame medzery medzi spájanými súčasťami polohovanými prvým robotickým manipulátorom a druhým robotickým manipulátorom pomocou profilového snímača polohovaného spájacím robotom je zobrazené na obrázku 2. Funkcia systému automatizovaného robotického odoberania voľne uložených spájaných súčastí zo skladov je znázornená na obrázku 3. Robotizované polohovanie súčasti valcového tvaru polohovanej prvým robotickým manipulátorom vzhľadom k súčasti plochého tvaru polohovanej druhým robotickým manipulátorom pred procesom ich spájania je zobrazené na obrázku 4. Obrázkom 5 a obrázkom 6 je znázornená automatická korekcia realizovaná pomocou automatizovaného systému korekcií polôh robotických manipulátorov. Na obrázku 5 je znázornený stav nerovnomernej geometrie spájacej medzery pred korekciou, ktoiý je počas spájacieho procesu neprípustný. Na obrázku 6 je znázornený požadovaný stav spájacej medzery po vykonaní korekcie polôh spájaných súčastí polohovaných robotickými manipulátormi pomocou automatizovaného systému korekcií polôh robotických manipulátorov.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príkladom uskutočnenia vynálezu robotického systému na adaptívne spájame súčastí je robotizované pracovisko zvárania schopné adaptovať sa na výrobu rôznych typov výrobkov, ktoré je takto využiteľné aj v malosériovej, vysoko premenlivej priemyselnej výrobe. Robotizované pracovisko zvárania schopné adaptovať sa na výrobu rôznych typov výrobkov pozostáva z prvého šesťosového polohovacieho robotického manipulátora 1 a druhého šesťosového polohovacieho robotického manipulátora 2 umiestnených proti sebe vrátane jedného jednoosového externého polohovadla 4 uloženého osovo súmerne medzi nimi spolu s 13 stupňami voľnosti pohybov a jedného šesťosového spájacieho robota 3 umiestneného v 90° uhle voči prvému a druhému robotickému manipulátoru, ktoré sú vzájomne komunikačné prepojené a koordinované centrálnym riadiacim systémom 13, ku ktorému je pripojený systém automatizovaného robotického odoberania voľne uložených súčastí z prvého skladu 5 súčastí a z druhého skladu 6 súčastí ako aj automatizovaný systém korekcií polôh robotických manipulátorov. Systém automatizovaného robotického odoberania voľne uložených súčastí zo skladov obsahuje prvý 3D snímač 7 prvého skladu 5 súčastí, prvý odoberací počítač 9 prvého robotického manipulátora 1 spojený s centrálnym riadiacim systémom 13, dmhý 3D snímač 8 druhého skladu 6 súčastí, dmhý odoberací počítač 10 druhého robotického manipulátora 2 spojený s centrálnym riadiacim systémom 13. Automatizovaný systém korekcií polôh robotických manipulátorov obsahuje profilový snímač 12 umiestnený na spájacom robote 3 a korekčný počítač 11 spojený s centrálnym riadiacim systémom 13. Korekčný počítač 11, prvý odoberací počítač 9, druhý odoberací počítač 10 a centrálny riadiaci systém 13 sú umiestnené v elektrických rozvádzačoch systému kontroly a riadenia robotizovaného pracoviska, prostredníctvom ktorého je riadená kooperácia vynálezu robotického systému na adaptívne spájame súčastí s ostatnými súčasťami komplexného zváracieho pracoviska pre efektívnu malosériovú a vysoko premenlivú výrobu.

Hlavnou funkciou súčastí vynálezu robotického systému na adaptívne spájame súčastí je umožniť efektívnu a plynulú automatizovanú výrobu v oblasti robotizovaného spájania materiálov, a to pri splnení požiadavky automatickej adaptácie na premenlivosť požadovaných výrobkov pri zachovaní požadovaného stupňa kvality. Hlavná funkcia je zabezpečená kooperáciou jednotlivých zariadení a systémov vynálezu adaptívneho robotizovaného spájania súčastí polohovaných systémom viaceíých robotov. Skupina robotov pozostávajúca z prvého šesťosového polohovacieho robotického manipulátora 1 a druhého šesťosového polohovacieho robotického manipulátora 2 umiestnených proti sebe vrátane jedného jednoosového externého polohovadla 4 zabezpečuje variabilné, počítačmi riadené požadované polohovanie spájaných súčastí pred realizáciou procesu ich spájania a počas nej. Prvý robotický manipulátor 1 a druhý robotický manipulátor 2 vykonávajú požadované korekčné zmeny polôh spájaných súčastí na základe výstupov automatizovaného systému korekcií polôh robotických manipulátorov. Spájací robot 3 realizuje spoj, ktorého variabilné parametre sú vďaka počítačmi riadenému procesu spájania a robotizovaného polohovania spájacieho nástroja nastavované automaticky pomocou centrálneho riadiaceho systému 13 na základe typu výrobku a spätnoväzbového signálu z profilového snímača 12. Systém automatizovaného robotického odoberania zabezpečuje automatizované odoberanie súčastí zo skladov pomocou prvého robotického manipulátora 1 z prvého skladu 5 a druhého robotického manipulátora 2 z drahého skladu 6. Súčasťou systému automatizovaného robotického odoberania je prvý 3D

SK 25-2021 A3 snímač 7 a druhý 3D snímač 8. Pomocou prvého 3D snímača 7 je meraný 3D profil prvého skladu 5 súčastí. Pomocou druhého 3D snímača 8 je meraný 3D profil druhého skladu 6 súčastí. Z množiny údajov o usporiadaní súčastí v prvom sklade 5 a v druhom sklade 6 a na základe vybraného typu výrobku sú generované požadované trajektórie polohovania spájaných súčastí prvým robotickým manipulátorom 1 z prvého skladu 5 a druhým robotickým manipulátorom 2 z druhého skladu 6 tak, aby bola dosiahnutá požadovaná medzipoloha spájaných súčastí pred korekciou geometrie spájacej medzery podľa požiadaviek v závislosti od typu výrobku. Požadovaná trajektória prvého robotického manipulátora 1 je generovaná pomocou prvého odoberacieho počítača 9 v koordinácii s centrálnym riadiacim systémom 13 na základe typu spájaných súčastí. Požadovaná trajektória druhého robotického manipulátora 2 je generovaná pomocou druhého odoberacieho počítača 10 v koordinácii s centrálnym riadiacim systémom 13 na základe typu spájaných súčastí. Po dosiahnutí medzipolohy pred vykonaním korekcie preberá zodpovednosť za riadenie robotického polohovania súčastí pred ich spájaním automatizovaný systém korekcií polôh robotických manipulátorov. Súčasťou automatizovaného systému korekcií polôh robotických manipulátorov je profilový snímač 12 umiestnený na spájacom robote 3 a korekčný počítač 11 spojený s centrálnym riadiacim systémom 13. Pomocou profilového snímača 12 a korekčného počítača 11 je realizované robotizované merame profilu geometrie spájacej medzery a následne sú korekčným počítačom určené hodnoty parametrov geometrie zvarovej medzery. Korekčný počítač 11 je komunikačné prepojený s centrálnym riadiacim systémom 13, pričom z neho získava údaje o požadovanej spájacej medzere, na základe ktorých sú korekčným počítačom 11 vypočítané číselné hodnoty korekcií parametrov definujúcich optimálne polohy prvého robotického manipulátora 1 a druhého robotického manipulátora 2. Tieto údaje sú následne zaslané centrálnemu riadiacemu systému 13, ktorý koordinuje polohovanie spájaných súčastí do korigovaných pozícií. Po vykonaní korekcie, ktorá môže byť v prípade zložitejších výrobkov aj viacstupňová, nasleduje realizácia spoja súčastí s využitím spájacieho robota 3, ktorého činnosť je koordinovaná centrálnym riadiacim systémom 13 na základe požadovaných parametrov procesu spájania a parametrov aktuálnej spájacej medzery získaných z automatizovaného systému korekcií polôh robotických manipulátorov.

Priemyselná využiteľnosť

Vynález je možné využiť v automatizovaných priemyselných procesoch odoberania a spájania súčastí pomocou robotických manipulátorov. Primáme je vynález určený pre automatizovanú realizáciu robotizovaného zvárania premenlivých výrobkov. Jeho využitie je však možné aj pri iných typoch spájacích procesov ako, napríklad, lepenie alebo nitovanie. Vynález je určený najmä na využite v premenlivej výrobe, kde je požiadavka na vysoký stupeň schopnosti adaptácie na rôzne typy výrobkov.

Claims (3)

1. Robotický systém na adaptívne spájame súčastí, vyznačujúci sa tým, že vo svojej konštrukcii obsahuje skupinu robotov pozostávajúcu z prvého šesťosového polohovacieho robotického manipulátora (1) a druhého šesťosového polohovacieho robotického manipulátora (2) umiestnených proti sebe vrátane jedného jednoosového externého polohovadla (4) uloženého osovo súmerne medzi nimi spolu s 13 stupňami voľnosti pohybov a jedného šesťosového spájacieho robota (3) umiestneného v 90° uhle voči prvému a druhému robotickému manipulátoru, ktoré sú vzájomne komunikačné prepojené a koordinované centrálnym riadiacim systémom (13), ku ktorému je pripojený systém automatizovaného robotického odoberania voľne uložených súčastí z prvého skladu (5) súčastí a z druhého skladu (6) súčastí, ako aj automatizovaný systém korekcií polôh robotických manipulátorov.

2. Robotický systém na adaptívne spájame súčastí podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že systém automatizovaného robotického odoberania voľne uložených súčastí zo skladov obsahuje prvý 3D snímač (7) prvého skladu (5) súčastí, prvý odoberací počítač (9) prvého robotického manipulátora (1) spojený s centrálnym riadiacim systémom (13), druhý 3D snímač (8) druhého skladu (6) súčastí, druhý odoberací počítač (10) druhého robotického manipulátora (2) spojený s centrálnym riadiacim systémom (13).

3. Robotický systém na adaptívne spájame súčastí podľa nároku 1 alebo nároku 2, vyznačujúci sa tým, že automatizovaný systém korekcií polôh robotických manipulátorov obsahuje profilový snímač (12) umiestnený na spájacom robote (3) a korekčný počítač (11) spojený s centrálnym riadiacim systémom (13).