WO2006007833A1 - Method and arrangement for programming the trajectory of a robot device - Google Patents

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WO2006007833A1 PCT/DE2005/001275 DE2005001275W WO2006007833A1 WO 2006007833 A1 WO2006007833 A1 WO 2006007833A1 DE 2005001275 W DE2005001275 W DE 2005001275W WO 2006007833 A1 WO2006007833 A1 WO 2006007833A1
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Abstract

In order to program the trajectory of a robot device, the trajectory is determined in up to six degrees of freedom via individual points with the aid of an absolute measuring system, the measured data is interpolated and corrected in a computer so as to calculate the trajectory, and the robot is accurately controlled along the trajectory in accordance with said calculation of the trajectory. A measuring apparatus, preferably a tracer, is used for obtaining the trajectory points in the desired coordinate system, a measuring computer is used for converting the space coordinates, and the trajectory is determined in robot increments via a computer which triggers the robot traveling on said trajectory.

Description

Verfahren und Anordnung zum Programmieren der Bahn eines Method and device for programming the web of a
Robotergerätesrobotic device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 5.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an arrangement according to the preamble of claim 5.
Das Programmieren der Bahn eines Roboters ist aufwendig und langwierig. Es muss hierzu das Werkzeug an der Spitze des Roboters einzeln zu den Punkten der Bahn (z.B. P1 - P4) herangeführt werden. Wenn mit einem Messgerät die Bahnpunkte in sechs Freiheitsgraden festgelegt werden, kann dies ein Bahnberechnungsprogramm generieren, ohne dass der Roboter zur Programmierung bewegt wird. .Programming the path of a robot is laborious and tedious. To do this, the tool at the top of the robot must be brought individually to the points of the web (e.g., P1-P4). If the trajectory points are set in six degrees of freedom with a gauge, this can generate a trajectory calculation program without moving the robot for programming. ,
Aufgabe der Erfindung ist, die mit einem Messgerät vermessene Bahn auf einem Objekt zur Programmierung eines Roboters zu verwenden, damit diese Bahn nachgefahren werden kann.The object of the invention is to use the measured with a meter track on an object for programming a robot so that this track can be traced.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 sowie einer Anordnung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 5 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention this object is achieved with the features of the characterizing part of claim 1 and an arrangement with the features of the characterizing part of claim 5. Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Programmierung einer Roboterbahn wird über die Festlegung der Anzahl von Bahnpunkten n und der sechs Koordinaten (x, y, z, a = rz, b = ry, c = rx) der Bahnpunkte Pi bezogen auf ein festzulegendes Koordinatensystem K umgesetzt. Diese Koordinatensysteme müssen für den Roboter und den virtuellen Raum identisch sein. Um das Koordinatensystem in der physikalischen Welt festzulegen, werden mindestens drei Punkte idealerweise um das Werkstück herum markiert. Diese Punkte werden von dem Roboter angefahren und als Koordinatensystem übernommen. Um das Koordinatensystem im virtuellen Raum festzulegen, werden diese Markierungen ebenfalls mifdem Werkzeugtaster; τ. B; einem Messtaster mit einer Nachahmung des Werkzeuges als Messerspitze, als Messer des Messerkopfes, Aluminiumtonne als Simulation der drehenden Fadenfräser oder Schweißbrenner mit vorgesetzter Kleinkugel zum Simulieren des idealen Schweißzentrums, angetastet und die Messwerte ausgewertet.The programming of a robot path is implemented by determining the number of track points n and the six coordinates (x, y, z, a = rz, b = ry, c = rx) of the track points Pi relative to a coordinate system K to be defined. These coordinate systems must be identical for the robot and the virtual space. To define the coordinate system in the physical world, at least three points are ideally marked around the workpiece. These points are approached by the robot and adopted as a coordinate system. To set the coordinate system in virtual space, these markers are also used with the tool button; τ. B; a probe with an imitation of the tool as a knife tip, as a knife of the knife head, aluminum barrel as a simulation of the rotating thread milling cutter or welding torch with pre-set small ball to simulate the ideal welding center, touched and evaluated the measured values.
Zur Berechnung des Werkzeug-Arbeitspunktes des Messtasters wird eine der Markierungen aus verschiedenen Richtungen mit dem auf dem Werkzeugtaster gekennzeichneten Arbeitspunkt angetastet. Aus den unterschiedlichen Lagekoordinaten wird dann der Arbeitspunkt des Werkzeugtasters errechnet.To calculate the tool operating point of the probe, one of the markings from different directions is touched with the operating point marked on the tool button. The operating point of the tool button is then calculated from the different position coordinates.
Die mit einem Roboter angefahrenen Koordinatensystempunkte sind mit ihren Raumkoordinaten bekannt. Aus der Folge der Roboterkoordinaten kann die Umrechnung in das Raumkoordinatensystem berechnet werden. Der Messtaster, der eigene absolute Messtasterkoordinaten messen kann, tastet diese Punkte ebenfalls ab und diese Raumkoordinaten werden in Messtasterkoordinaten umgewandelt.The coordinate system points approached with a robot are known with their space coordinates. The conversion into the spatial coordinate system can be calculated from the sequence of robot coordinates. The probe, which can measure its own absolute probe coordinates, also scans these points, and these spatial coordinates are converted to probe coordinates.
Bahnpunkte P werden mit dem Werkzeugtaster nacheinander angefahren und im Messrechner in Raumkoordinaten umgerechnet an einen Rechner zur Berechnung der Roboterbahn weiter gegeben. Wenn die Art der Bahn zwischen den Punkten z.B. als gerade, kreisförmig etc. angegeben ist, kann dieser Rechner die Bahn in Roboter- inkrementen errechnen und den Roboter ansteuern, so dass er diese Bahn genau abfährt. Der Programmierer führt dann zur Festlegung eines Bahnpunktes den Werkzeugtaster manuell an die in allen sechs Freiheitsgraden gewünschte Lage und löst eine Messung aus. Diese Messung wird entsprechend dem vorher definierten Koordinatensystem im virtuellen Raum ausgerichtet. Jetzt kann der Programmierer eine Folge von Bahnpunkten über den Werkzeugtaster eingeben.Track points P are approached one after the other with the tool button and converted into space coordinates in the measuring computer to a computer for calculating the robot path. For example, if the type of trajectory between the points is specified as straight, circular, etc., this calculator can calculate the trajectory in robot increments and drive the robot so that it accurately travels that trajectory. The programmer then executes the definition of a path point Tool button manually to the desired position in all six degrees of freedom and triggers a measurement. This measurement is aligned according to the previously defined coordinate system in virtual space. Now the programmer can enter a sequence of path points via the tool button.
Die Punkte werden online oder erst nach Abschluss der Festlegung aller Bahnpunkte an ein Programm zur Nachbearbeitung gegeben. Dort werden diese Punkte visualisiert, können gelöscht oder mit zusätzlichen Eigenschaften, z.B. Ein-/Ausschalten von Peripheriegeräten versehen werden. Es können auch neue Punkte zur Bahnbeschrei¬ bung angefordert werden, die dann von dem zu messenden Werkzeugtaster nachgereicht werden. In diesem Programm werden auch Kollisionen berechnet, die bei einer Online-Festlegung bei Auftreten unmittelbar an den Programmierer signalisiert werden. Dieses Visualisierungs- und Nachbearbeitungsprogramm schickt seinerseits die nachbearbeiteten Bahnpunkte an den Roboter, der diese Bahn abfahren kann.The points are given online or only after completion of the determination of all track points to a program for post-processing. There, these points are visualized, can be deleted or with additional properties, e.g. Turn on / off peripheral devices are provided. It is also possible to request new points for the trajectory description, which will then be submitted later by the tool button to be measured. This program also calculates collisions that are signaled directly to the programmer when they are set online. This visualization and postprocessing program, in turn, sends the post-processed path points to the robot who can drive off this lane.
Die Antastung mit einem Messtaster ist deutlich schneller als die Antastung mit dem Roboter selbst, und Korrekturen sowie Interpolationen sind zur Berechnung der Roboterbahn (virtueller Raum) leicht umzusetzen. Für den Messtaster werden fotogrammetrische Systeme verwendet. Hierbei nimmt eine Kamera ein Bild von Messmarken auf Objekten auf. Die Lage der Messmarken ist bekannt oder kann durch bekannte Verfahren vermessen werden, so dass die Lage der Kamera relativ zu den Messmarken auf einen Wert genauer als 0,1 mm ermittelt werden kann. Bei bekannten Geräten sind entweder die Kameras stationär und das Messmarkenfeld ist auf einem Taster angeordnet oder aber die Kamera ist mit einem Taster verbunden und das Messmarkenfeld in der Arbeitszelle angeordnet. Die Software für diese Systeme enthält neben Programmen zur Messung von Punkten auch Programme zur Einrichtung eines Koordinatensystems und zur Errechnung des Werkzeug-Arbeitspunktes. Beispielsweise verwendet ein System V-Stars der Firma GDV eine oder mehrere stationäre Kameras, je nach der Größe des Messvolumens und der Verdeckung durch das Werkstück und einen kabel losen Messtaster mit aufgeklebten Marken. Die Positionen derKameras werden ermittel t,~ indem ein bekannter Messtaster die-Punkte zur Definition eines gewünschten Koordinatensystems antastet. Zur Messung eines Bahnpunktes wird der Messtaster mit der Werkzeugspitze versehen und an die gewünschte Position geführt. Nach Auslösung der Messung wird ein Bahnpunkt in einem PC festgehalten. Diese Bahnpunkte können in festgelegten Formaten verschickt werden. Ein derartiges handelsübliches Gerät benötigt einen Handgriff mit aufgekleb¬ ten Marken und einen Adapter für die Werkzeugspitze.Touching with a probe is significantly faster than probing with the robot itself, and corrections and interpolations are easy to implement to calculate the robotic path (virtual space). Photogrammetric systems are used for the probe. Here a camera takes a picture of measuring marks on objects. The position of the measuring marks is known or can be measured by known methods, so that the position of the camera relative to the measuring marks can be determined to a value more accurate than 0.1 mm. In known devices, either the cameras are stationary and the measuring mark field is arranged on a pushbutton or else the camera is connected to a pushbutton and the measuring mark field is arranged in the work cell. The software for these systems includes programs for measuring points as well as programs for setting up a coordinate system and calculating the tool operating point. For example, a V-Stars system from GDV uses one or more stationary cameras, depending on the size of the measurement volume and the masking by the workpiece and a cable-free probe with glued-on marks. The positions of the cameras are determined ~ by a known probe probing the points to define a desired coordinate system. To measure a path point, the probe is provided with the tool tip and guided to the desired position. After triggering the measurement, a track point is recorded in a PC. These train points can be sent in specified formats. Such a commercially available device requires a handle with labels stuck on it and an adapter for the tool tip.
Ein weiteres Gerät ProCam der Firma Aicon verwendet eine Kamera als Messtaster und Messmarkenfelder in der Zelle oder auf transportablen Platten. Die Verteilung der Messmarken oder die Anzahl der Platten wird je nach Größe des Messvolumens und der Verdeckung durch das Werkstück gewählt. Die Messmarken können bereits in der Roboterzelle integriert sein. Der Messtaster mit integrierter Kamera hat einen Adapter für unterschiedliche Messspitzen, z.B. für eine speziell gefertigte Werkzeugspitze.A further device ProCam from Aicon uses a camera as a measuring probe and measuring field fields in the cell or on transportable plates. The distribution of the measuring marks or the number of plates is selected according to the size of the measuring volume and the masking by the workpiece. The measuring marks can already be integrated in the robot cell. The probe with integrated camera has an adapter for different measuring tips, e.g. for a specially made tool tip.
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine vereinfachte Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung.The invention will be explained in conjunction with the drawing with reference to an embodiment. It shows in the form of a block diagram a simplified schematic representation of the arrangement according to the invention.
Ein Messgerät 1 in Form eines fotogrammetrisch, mit Ultraschall, magnetisch, optisch oder dergl. arbeitenden Messtasters tastet die die Bahn eines Roboters darstellenden Bahnpunkte P1 - P4 ab. Die bei dieser Abtastung erzeugten Messsignale werden einem Messrechner 2 zugeführt, in Raumkoordinaten umgerechnet und an einen weiteren Rechner 3 zur Berechnung der Roboterbahn gegeben. Der Rechner 3 errechnet die Bahn in Roboterinkrementen und steuert den Roboter 4 an, der diese Bahn exakt abfährt. A measuring device 1 in the form of a photogrammetric, with ultrasound, magnetic, optical or the like. Working probe scans the web of a robot performing track points P1 - P4. The measurement signals generated in this sampling are supplied to a measuring computer 2, converted into spatial coordinates and given to a further computer 3 for calculating the robot path. The calculator 3 calculates the Path in robot increments and controls the robot 4, which exactly travels this path.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Programmieren der Bahn eines Robotergerätes, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn mit einem absoluten -Messsystem in bis -z-u-sechs- - Freiheitsgraden über Punkte (z.B. P1 - P4) bestimmt wird, die Messdaten in einem Rechner zur Bahnberechnung interpoliert und korrigiert werden, und in Abhängigkeit von dieser Bahnberechnung der Roboter bahngenau gesteuert wird.1. A method for programming the path of a robot device, characterized in that the web with an absolute measurement system in up to six degrees of freedom over points (eg P1 - P4) is determined, the measured data interpolated in a computer for path calculation and be corrected, and depending on this trajectory calculation, the robot is accurately controlled web.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Roboter mehrere Koordinatensystempunkte (z.B. 1 , 2, 3) angefahren werden, deren Koordinaten im Raum bekannt sind, die Folge der Roboterkoordinaten in das Raumkoordinatensystem umgerechnet wird,2. Method according to claim 1, characterized in that with a robot several coordinate system points (for example 1, 2, 3) are approached, whose coordinates are known in space, the sequence of robot coordinates is converted into the spatial coordinate system,
Bahnpunkte (z.B. Pl - P4) angetastet und in Raumkoordinaten umgerechnet an denTrack points (for example Pl - P4) touched and converted in space coordinates to the
Rechner zur Berechnung der Roboterbahn gegeben werden, der Rechner aus der Art der Bahn zwischen den Punkten (P1 - P4) die Bahn inCalculator will be given to calculate the robot track, the calculator from the type of track between the points (P1 - P4) the track in
Roboterinkrementen errechnet, und der Roboter mit diesen errechneten Daten angesteuert wird und genau diese Bahn abfährt.Calculated robot increments, and the robot is driven with these calculated data and exactly this path leaves.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahninterpolation gerade, kreisförmig, etc. vorgenommen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the web interpolation is straight, circular, etc. made.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung sowohl online (Robotor fährt mit) als auch offline durchgeführt wird. 4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that the measurement is carried out both online (robot moves with) and offline.
5. Anordnung zum Programmieren der Bahn eines Robotergerätes, gekennzeichnet durch ein Messgerät, insbesondere einen Messtaster zum Gewinnen der Bahnpunkte im gewünschten Koordinatensystem, einen Messrechner zum Umrechnen der Raumkoordinaten, einen Rechner zur Berechnung der Bahn in Roboterinkrementen und zur Ansteuerung des Roboters, der diese Bahn abfährt.5. Arrangement for programming the path of a robot device, characterized by a measuring device, in particular a measuring probe for obtaining the path points in the desired coordinate system, a measuring computer for converting the spatial coordinates, a computer for calculating the trajectory in robot increments and for controlling the robot, this trajectory departs.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster fotogrammetisch, mit Ultraschall, magnetisch, optisch oder dergl. arbeitet.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the probe photogrammetric, with ultrasound, magnetic, optical or the like. Works.
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspitze des Messtasters ein Werkzeug oder eine Nachbildung des Werkzeuges ist.7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the measuring tip of the probe is a tool or a replica of the tool.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmierung einer Rotorbahn über die Festlegung der Anzahl von Bahnpunkten (n) und die sechs Koordinaten (x, y, z, a = rz, b = ry, c = rx) der Bahnpunkte (Pi) bezogen auf ein festzulegendes Koordinatensystem K erfolgt, wobei die Koordinatensysteme für Roboter und für die virtuelle Welt identisch sein müssen. 8. Arrangement according to one of claims 5-7, characterized in that the programming of a rotor track on the determination of the number of track points (n) and the six coordinates (x, y, z, a = rz, b = ry, c = rx) of the track points (Pi) with respect to a coordinate system K to be defined, wherein the coordinate systems for robots and for the virtual world must be identical.
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