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WO2015028149A1 - Verfahren und vorrichtung zum einmessen und/oder kalibrieren eines roboters - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum einmessen und/oder kalibrieren eines roboters Download PDF

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Publication number
WO2015028149A1
WO2015028149A1 PCT/EP2014/002331 EP2014002331W WO2015028149A1 WO 2015028149 A1 WO2015028149 A1 WO 2015028149A1 EP 2014002331 W EP2014002331 W EP 2014002331W WO 2015028149 A1 WO2015028149 A1 WO 2015028149A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
robot
routine
calibration
site
position sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2014/002331
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael FÖRSTER
Benno Zimmermann
Rüdiger FRITZEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecoclean GmbH
Original Assignee
Duerr Ecoclean GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Duerr Ecoclean GmbH filed Critical Duerr Ecoclean GmbH
Priority to EP14755779.7A priority Critical patent/EP3038798A1/de
Priority to CN201480047487.7A priority patent/CN105658384B/zh
Publication of WO2015028149A1 publication Critical patent/WO2015028149A1/de
Priority to US15/056,819 priority patent/US10099376B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/021—Optical sensing devices

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring and / or calibrating a robot with a predetermined routine according to the preamble of claim 1.
  • the real robot cell can be programmed because of its manufacturing and programming
  • calibration routines must be programmed for the robot.
  • the gripper system on the robot arm must be calibrated manually by a specialist.
  • certain reference points within the washing cell are approached and corrected by means of reference peaks.
  • These calibration routines must be carried out completely by the specialist in the event of a crash.
  • An industrial robot positioned in a robot cell therefore has to be calibrated and / or calibrated after installation at the place of use in order to align the coordinates of the robot foot with the coordinates of the robot cell. Only when the robot has been precisely measured in the robot cell, precise work is possible.
  • Robot arm in the space of the robot cell can thus be converted to the reference coordinate system; the industrial robot is calibrated.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus for measuring and / or calibrating a robot at the site, which can be carried out easily and with reasonable effort on skilled personnel quickly.
  • the object is achieved according to the features of method claim 1.
  • An apparatus for carrying out the method is specified in claim 15.
  • a routine is first programmed by the specialist personnel at a simulation location remote from the place of use. It is virtually both the robot itself displayed as well as expedient his complete working environment such. For example, the work cell in which the robot works. Upon completion of the creation of the complete routine on
  • Simulation location is transmitted to a control unit of the robot at the site and then called and executed at the site.
  • the programmed routine is designed so that the calibration and calibration of the robot in a robot cell can be carried out on-site without specialist personnel. This eliminates the journey of specialist personnel to the site; Even less qualified employees on site are enabled by the inventive method to perform the calibration and calibration and the first startup of a robot. In particular, longer downtimes in production processes can be avoided after crashes in the robot cell, since no robot specialist is necessary for recommissioning. Also, inaccuracies in calibration routines can be avoided by hand-eye calibration.
  • the calibration and / or calibration of the robot with the created routine can first be performed virtually at the simulation site to detect errors, bugs or the like. This ensures that the routine works smoothly. In the process, the entire work environment with all the elements required for calibration and / or calibration is virtually mapped and calibration or calibration is virtually completely processed. Only after successful completion of the virtual assessment a virtual robot at the simulation site will be the finished routine to the
  • the completed and tested routine is remote from the job site
  • Control Center remote control where the control center can be identical to the simulation site.
  • the control center communicates with the site via a wireless and / or wired connection, eg. B. via a wireless connection, a physical data line, an internal or external network such.
  • a wireless and / or wired connection eg. B. via a wireless connection, a physical data line, an internal or external network such.
  • intranet or Internet a telephone line, WLAN, Bluetooth, mobile or infrared.
  • Picture transmission from the site to the control center be advantageous.
  • a remote controller at the control center is thus able to detect at any time whether given commands are also executed on site by the robot. This allows faulty controls to be visually recognized and the robot to be shut down if necessary.
  • Robot tool tip and / or the rotation of the robot tool tip are detected and expediently output to a control unit.
  • multiple layers of the tool tip are detected in the detection range of the position sensor, which increases the accuracy of the data.
  • the acquired data preferably transmitted to the control unit, are used to evaluate the position coordinates and / or the rotation within the routine and to transfer them to the coordinate system of the robot foot at the place of use, which can form a reference coordinate system at the place of use.
  • the routine automatic measurement of the robot in the work space at the site possible.
  • the actual position between the robot tool tip and the position sensor is known, so that - using the known coordinates of the robot foot in the working space and the known coordinates of the position sensor in the work space - can be converted to a desired reference coordinate system.
  • the detected position coordinates and / or the rotation of the Reference point relative to the robot base evaluated and transferred to the coordinate system of the robot foot at the site. After measuring a reference point, the actual position between the robot foot and the reference point is
  • the detection of the actual position coordinates of the reference point within the working space is expediently carried out by means of a subroutine which is executed as a submenu in the created routine.
  • the approach of the reference points can also be performed manually by a user at the site; In a further development of the invention, however, it is provided to approach at least one reference point remotely operated by specialist personnel from the control center.
  • the routine created at the simulation site runs automatically after its start at the site without intervention by a user at the site. An intervention by a user at the site is not necessary.
  • the position sensor virtually represented at the simulation location corresponds to the position sensor used as hardware at the point of use.
  • the robot can also be operated remotely from a remote location control center, eliminating the need for on-site personnel to have a specific calibration and / or calibration routine got to.
  • a device For carrying out the method for measuring and / or calibrating a robot in a work environment at a place of use, a device is provided which consists of a robot arranged in a robot cell and a calibration system for inputting a robot. measuring the robot exists.
  • the calibration system is connected to a transmitting and receiving unit. Via the transmitting and receiving unit within the robot cell, a wireless data connection is set up with a base unit provided outside the robot cell.
  • the calibration system inside the robot cell communicates wirelessly with the base unit outside the robot cell.
  • the wireless connection of the calibration system to an external control unit of the robot is advantageous for all applications in which the robot is in difficult environmental conditions, eg. B. within a wet cell in a cleaning system, are to be observed in the electrical protection classes of IP 65, 67 or higher.
  • Wireless communication for gauging the robot is also advantageously applicable in the food industry, foundry environments, pharmaceutical industry and the like.
  • the calibration system does not have to be for permanent retention in the robot cell, eg. B. a wet cell, are designed; On the other hand, an otherwise necessary dismantling of the calibration system incl. Wiring, open connector on the robot, etc. avoided.
  • the calibration system is expediently fixed to the robot arm, in particular mounted on the tool tip of the robot arm.
  • the transmitting and receiving unit together with an energy storage such as a battery for
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a device for measuring and / or
  • FIG. 3 is a schematic representation of a device according to FIG. 1 with a
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a device for measuring and / or
  • the device 1 shown schematically in Fig. 1 consists essentially of a robot cell 2, the z. B. a washing cell, cleaning cell, paint booth or the like. May.
  • the robot 3 is arranged, which comprises a robot foot 7 and a robot arm 4.
  • the position of the robot foot 7 in the working space of the robot cell 2 is determined by coordinates in the coordinate system R x , Ry, R z .
  • a measuring mandrel 6 is mounted, which is provided for measuring and / or calibrating the robot 3 in its working space, ie the robot cell 2.
  • the measuring mandrel 6 can also be grasped by the gripper system of the robot 3.
  • the robot foot 7 is connected to a control unit 8 in which the control software for the movements of the robot 3 runs; the control unit 8 gives corresponding control commands to the robot 3 to move the robot arm 4 according to predetermined work routines.
  • a calibration system 100 for detecting position coordinates of a Meßdorns 6 is further provided in the robot cell 2, which is a position sensor 10 in the embodiment, which may be useful designed as a fork sensor 11.
  • the fork sensor 11 is - preferably via a computing unit 12 (FIG. 3) - with the
  • the fork sensor 11 is connected by cable to the computing unit 8 or the control unit 8 via a signal cable 25.
  • the calibration system 100 or the position sensor 10 is arranged stationarily in the working space of the robot cell 2.
  • the position sensor 10 has the coordinates G x , Gy, G z in the working space.
  • a position or spatial position of a measuring mandrel 6 within the robot cell 2 relative to the position coordinates of the robot is to be approached via the position sensor 10
  • the calibration system 100 or the position sensor 10 can be embodied as an optical position sensor.
  • the optical position sensor, the position of the measuring mandrel 6 in the working space of the robot cell 2 expediently using an optical imaging system or an optical measuring system z. B. on laser basis.
  • the control unit 8 is connected via a router 13 to a data line 22 in connection, for. B. with a network such as intranet or Internet. Furthermore, a camera 9 can be connected via the router 13, which detects the interior of the robot cell 2 and feeds it via the router 13 as image data into the data line 22.
  • a locally remote data processing system 14 z. B. connected to a personal computer.
  • the z. B. standing at a simulation site 30 data processing system 14 is used to create a routine for the robot 3 15, with a standing at a site 20 Robot 3 can be measured remotely and / or calibrated.
  • the movements of the robot arm 4 during the course of the routine 15 at the site 20 can be tracked on a screen 16 at the simulation location 30.
  • the spatial separation of the place of use 20 from the simulation location 30 or a control center 40 is shown in FIG. 3 by the dot-dash line 50.
  • the robot cell 2 is set up at a site 20, while the data processing installation 14 is provided with the routine 15 at a simulation site 30.
  • the spatial distance is indicated in Fig. 1 by the interrupted drawn data line 22.
  • the connection between the simulation site 30 and the remote site 20 via a wired and / or wireless connection, conveniently via the data line 22, which is preferably designed as a VPN tunnel (Virtual Private Network).
  • VPN tunnel Virtual Private Network
  • a routine 15 in particular a routine for measuring and / or calibrating the robot 3 at the place of use 20, is created at the simulation location 30. It is in the data processing system 14 am
  • the virtual image also includes the position sensor 10 used as hardware at the point of use as well as at least one reference point D ⁇ , D2, D3 given in the working space.
  • the robot cell 2 of the job site 20 is completely virtual images.
  • the routine 15 created at the simulation location 30 is initially displayed virtually on the data processing system 14 at the
  • Simulation site 30 tested and preferably also a virtual calibration of the
  • Robot 3 played in a virtual robot cell thereby can
  • Simulation site 30 are detected and corrected before use at the site 20 until the programmed routine 15 is adapted accordingly by the expert. After successful test run of the routine 15 at the simulation location 30 on a virtual control unit for a robot, the routine 15 is released for practical use.
  • the routine 15 programmed at the simulation location 30 is now transmitted via a router 113 and the data line 22 to the remote location, in particular several hundreds of kilometers away router 13 at the site 20 and downloaded to the control unit 8 of the robot 3 at the site 20.
  • the routine 15 is loaded at the place of use 20 into the control unit 8 of the robot 3 and started, preferably started by remote control.
  • the starting of the routine 15 at the job site 20 may also be performed manually or automatically upon successful download of the routine 15.
  • the control center 40 (FIG. 3) may be located at any geographic location, which may be different from the site 20 and the simulation site 30.
  • the control center 40 may also be at the simulation site 30 where the
  • a subroutine 115 (FIG. 3) is expediently called, which executes and monitors the calibration movements of the robot tool tip 5 with the measuring mandrel 6 using the fork sensor 11.
  • the fork sensor 11 of the FIG. 3 In one embodiment, the fork sensor 11 of the FIG.
  • Position sensor 10 the position coordinates x, y and z of the measuring dome 6 within the fork sensor 11 and gives the coordinates, possibly processed via the arithmetic unit 12 (FIG. 3), to the control unit 8 of the robot 3 on.
  • the control unit 8 evaluates this within the programmed routine 15 or the subroutine 115
  • Coordinates G x , Gy, G z of the position sensor 10 in the working space is a Conversion to a desired reference coordinate system at the job site 20, z. B. on the coordinates of the robot foot. 7
  • the position of the position sensor 10 within the robot cell 2 is stationary and known;
  • the spatial position of the robot 3 within the robot cell 2 can be determined via the detected position coordinates and / or rotation of the robot tool tip 5 with the measuring mandrel 6 relative to the position sensor 10.
  • a second method step Dj, D2, D3 is provided by approaching provided in the working space or in the robot cell 2 reference points by the
  • the approach of the reference points D ⁇ , D2, D3 within the robot cell 2 can be made manually at the site 20 by an operator; But this would require a trained mechanic.
  • the starting is At least one of the reference points Di, D2, D3 by the robot tool tip 5 remotely controlled by the control center 40, which may also be located at the simulation location 30.
  • the control center 40 which may also be located at the simulation location 30.
  • an installer only has to - after disassembling the measuring mandrel 6 from the first method step - position the sensor 10 at the
  • the actual position between the robot foot 7 and the reference point Di, D2, or D3 in the working space of the robot 3 is known, so that - using the known coordinates R x , Ry, R z of the robot foot 7 in the working space of the robot cell and the known coordinates of the reference point D x , D y, D z in the working space - a conversion to a desired reference coordinate system can take place.
  • the entire system can be designed so that after downloading the on
  • the calibration and calibration of the robot 3 at the site 20 automatically takes place without intervention by a user on site. On site, only one fitter has to carry out the second Disassemble the measuring mandrel 6 from the robot arm 4 or its tool tip 5 and mount the position sensor 10 on the robot arm 4 or in the Tool Center Point (TCP) at the end of the robot arm 4.
  • TCP Tool Center Point
  • the expert personnel requiring calibration and / or calibration of the robot 3 at the site 20 is preferably carried out remotely.
  • the remote control of the routine 15 for measuring the robot 3 from the simulation location 30 can be monitored by an image transmission from the place of use 20 to the simulation location 30 or to the control center 40; this is a camera 9th
  • remote controlled calibration and / or calibration of the robot 3 at the site 20 is expediently a permanent data connection between the site 20 and the control center 40 z.
  • This data connection is advantageously operated as a VPN tunnel (Virtual Private Network) and ensures the security of the transmitted data.
  • the calibration and calibration of the robot 3 with its robot foot 4 can take place approximately as follows:
  • the robot 3 or the robot tool tip 5 with the measuring mandrel 6 (robot TCP - Tool Center Point) is calibrated relative to the robot foot 7; the dimensions of the measuring mandrel 6 are known.
  • the robot foot 7 is in an arbitrary position relative to a higher reference coordinate system with respect to its working position.
  • the position of the position sensor 10 and the reference points ⁇ ⁇ , D2, or D3 in Space is in terms of coordinates in a parent
  • the coordinates of the robot foot 7 are initially set to zero. From this zero position out with the tool tip 5 of the robot 3 different
  • the working position of the robot 3 is corrected in the higher-level coordinate system.
  • a calibration of the robot 3 is to be achieved relative to the robot cell 2 and the processing object, wherein the robot 3 is essentially responsible for its own measurement and the measurement of other objects in the robot cell 2.
  • Robot Engineer Informs the Robot Specialist at Remote Simulation Site 30 A secure Internet connection is established over the VPN tunnel, in particular via an industrial mobile radio router between the two parties.
  • the robot specialist can access the camera 9 and the robot 3 as well its control unit 8 access. With the help of the video connection, the
  • Robot specialist assist the local robot engineer in installing the calibration system 100. After successful installation of the calibration system 100, the robot specialist or optionally the local robot engineer can start the automatic calibration routine. About the video connection of the camera 9, the robot specialist or optionally the local robot engineer can start the automatic calibration routine. About the video connection of the camera 9, the robot specialist or optionally the local robot engineer can start the automatic calibration routine. About the video connection of the camera 9, the robot specialist or optionally the local robot engineer can start the automatic calibration routine. About the video connection of the camera 9, the
  • Robot specialist monitor the entire process and intervene or control if necessary. This scenario can be carried out very quickly and without great effort during commissioning or after a crash. Also updates of the robot system, z. B. the cleaning system can be realized.
  • the calibration routines for calibrating the robot 3 in the robot cell 2 can be completely automated. For all user coordinate systems to be measured, automatic calibration routines are programmed, which are programmed in the robot controller. These calibration routines are started by the higher-level machine HMI (Human Mashine Interface) and transferred to the robot controller via a fieldbus interface of the PLC control (Programmable Logic Memory).
  • HMI Human Mashine Interface
  • PLC control Programmable Logic Memory
  • the calibration system 100 or the position sensor 10 with a transceiver unit 33 is provided in the exemplary embodiment according to FIG provided to the data of the calibration system 100, in the exemplary embodiment, the data of
  • Position sensor 10 wirelessly to the arithmetic unit or the control unit 8 to transmit.
  • the control unit 8 is connected to a base unit 35 which is arranged outside the robot cell 2 and which builds up the wireless data connection 37 with the transmitting and receiving unit 33 within the robot cell 2.
  • the wireless communication between the transceiver unit 33 and the base unit 35 is advantageous as a radio link, z. B. as a WLAN or Bluetooth TM radio link.
  • the device can be provided to set the calibration 100 on the robot arm 4, so that the position sensor 10 is moved together with the robot arm 4.
  • Position sensor 10 of the calibration system 100 is fixed to the tool tip 5 (TCP) of the robot arm 4 or mounted on the gripper system of the robot arm 4.
  • TCP tool tip 5
  • the transmitting and receiving unit 33 together with an energy storage such as a rechargeable battery for
  • Voltage supply of the components in the housing of the calibration system 100 and the position sensor 10 may be arranged. To calibrate the robot 3 must be
  • the self-sufficient calibration system 100 builds a wireless data connection 37 with the base unit 35 and can then be used remotely by a robot specialist for measuring and calibrating the robot 3.
  • the self-sufficient calibration system 100 is dismantled by the technician and removed from the robot cell, so that it can neither form a disturbing contour during operation nor be exposed to the adverse environmental conditions during operation.
  • the proposed radio connection between the position sensor 10 of the calibration system 100 and the control unit 8 or a controller is advantageous.
  • Position sensor 10 and located in the robot cell 2 transceiver unit 33 is ensured by the integrated battery in the calibration 100.
  • Position sensor 10 to be integrated. This eliminates the need to mount two devices on the robot gripper.
  • the antenna 36 of the base unit 35 can be routed through an extension cable into the robot cell 2 for the calibration routine.
  • the position sensor 10 and the transceiver unit 33 can be mounted both on the robot 3 in order to measure external TCP (Tool Center Point) and within the robot cell in order to measure TCP on the robot hand flange. •
  • the position sensor 10 is mobile and can be used for several robot cells 2 without great effort.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einmessen und/oder Kalibrieren eines in einer Arbeitsumgebung an einem Einsatzort (20) positionierten Roboters (3), wobei zum Einmessen und/oder Kalibrieren eine vorgegebene Routine (15) abgearbeitet wird. Nach der Erfindung wird an einem vom Einsatzort (20) entfernten Simulationsort (30) die Routine (15) für den Roboter (3) erstellt. Nach Abschluss der Erstellung der Routine (15) wird diese an eine Steuereinheit (8) des Roboters (3) am Einsatzort (20) übermittelt und die Routine (15) am Einsatzort (20) aufgerufen und ausgeführt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einmessen und/oder Kalibrieren eines Roboters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einmessen und/oder Kalibrieren eines Roboters mit einer vorgegebenen Routine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die von einem Roboter in einer Roboterzelle auszuführenden Arbeitsbewegungen werden meist offline mittels CAD-Tools programmiert und simuliert. Bei der
Programmierung kann die reale Roboterzelle wegen ihrer Fertigungs- und
Montageabweichungen nicht exakt abgebildet werden. Um diese Abweichungen und Ungenauigkeiten zu kompensieren, müssen Einmessroutinen für den Roboter programmiert werden. Dabei muss das am Roboterarm befindliche Greifersystem manuell von einem Spezialisten eingemessen werden. Mittels der Einmessroutinen werden bestimmte Referenzpunkte innerhalb der Waschzelle angefahren und mit Hilfe von Referenzspitzen korrigiert. Diese Einmessroutinen müssen bei einem Crash komplett neu vom Spezialisten durchgeführt werden.
Ein in einer Roboterzelle positionierter Industrieroboter muss daher nach der Montage am Einsatzort eingemessen und/oder kalibriert werden, um die Koordinaten des Roboterfußes mit den Koordinaten der Roboterzelle abzugleichen. Nur wenn der Roboter genau in die Roboterzelle eingemessen ist, ist ein präzises Arbeiten möglich.
Ein manuelles Bewegen des Roboters zur Ausrichtung von zwei Spitzen zueinander zwecks einer Kalibrierung ist aufwendig. Insbesondere erfordert die Bedienung von Dienstprogrammen zur Ermittlung der Koordinatensysteme vom Anwender fortgeschrittene Roboterkenntnisse und -erfahrung. Dies betrifft zum einen allgemeine Kenntnisse über die Funktion und das Einmessen von Benutzerkoordinatensystemen, zum anderen spezielle Kenntnisse über die jeweils zum Einsatz kommende Robotersteuerung verschiedener Hersteller.
Aus der EP 1 120 204 A2 ist ein Verfahren zum Einmessen eines Industrieroboters in einer Roboterzelle bekannt. Dabei werden die Koordinaten des Roboterfußes in einem Koordinatensystem als gegebenes Bezugssystem angenommen; zum Einmessen des Roboters in die Roboterzelle werden dann vor Ort mit einer am Ende des Roboterarms angeordneten Messspitze über eine manuelle Steuerung verschiedene Messpunkte innerhalb der Roboterzelle angefahren und die Koordinaten der Messpunkte erfasst. Da die Koordinaten der angefahrenen Messpunkte innerhalb der Roboterzelle bekannt sind, kann zusammen mit den erfassten Koordinaten eine Umrechnung der Koordinaten auf das Bezugssystem erfolgen. Die Lage der Messspitze und damit des Endes des
Roboterarms im Raum der Roboterzelle kann so auf das Bezugs-Koordinatensystem umgerechnet werden; der Industrieroboter ist eingemessen.
Zur manuellen Einmessung, Kalibrierung und ersten Inbetriebnahme eines Roboters ist regelmäßig Fachpersonal vor Ort notwendig, welches manuell über ein Bedienfeld die jeweiligen Routinen und Bedienschritte zum Einmessen und/oder Kalibrieren sowie zur ersten Inbetriebnahme des Roboters ausfuhrt.
Da nach einer ersten Installation des Roboters, nach einer Reparatur am Roboter oder nach einem Umsetzen des Roboters in der Roboterzelle grundsätzlich ein erneutes Einmessen und Kalibrieren vor einer Inbetriebnahme erfolgen muss, ist das Servicepersonal stark belastet. Da zudem die Einsatzorte meist auf der ganzen Welt verstreut liegen, ist eine Inbetriebnahme eines Roboters am Einsatzort zeit-, personal- und kostenaufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einmessen und/oder Kalibrieren eines Roboters am Einsatzort anzugeben, welches einfach und mit vertretbarem Aufwand an Fachpersonal schnell durchführbar ist. Die Aufgabe wird nach den Merkmalen des Verfahrensanspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 15 angegeben.
Für das Einmessen und/oder Kalibrieren des Roboters am Einsatzort wird zunächst an einem vom Einsatzort entfernt liegenden Simulationsort vom Fachpersonal eine Routine programmiert. Dabei wird virtuell sowohl der Roboter selbst abgebildet als auch zweckmäßig seine vollständige Arbeitsumgebung wie z. B. die Arbeitszelle, in der der Roboter arbeitet. Nach Abschluss der Erstellung der vollständigen Routine am
Simulationsort wird diese an eine Steuereinheit des Roboters am Einsatzort übermittelt und dann am Einsatzort aufgerufen und ausgeführt.
Die programmierte Routine ist so gestaltet, dass das Einmessen und Kalibrieren des Roboters in einer Roboterzelle ohne Fachpersonal vor Ort ausgeführt werden kann. Dadurch entfällt die Reise des Fachpersonals an den Einsatzort; auch weniger qualifizierte Mitarbeiter am Einsatzort werden durch das erfindungsgemäße Verfahren in die Lage versetzt, das Einmessen und Kalibrieren sowie die erste Inbetriebnahme eines Roboters durchzuführen. Insbesondere können nach Crashs in der Roboterzelle längere Stillstandzeiten bei Produktionsabläufen vermieden werden, da zur Wiederinbetriebnahme kein Roboterspezialist notwendig ist. Auch können Ungenauigkeiten bei Einmessroutinen per Hand- Auge-Kalibrierung vermieden werden.
Das Einmessen und/oder Kalibrieren des Roboters mit der erstellten Routine kann zunächst virtuell an dem Simulationsort ausgeführt werden, um Fehler, Bugs oder dgl. zu erkennen. So wird gewährleistet, dass die Routine störungsfrei arbeitet. Dabei werden virtuell die gesamte Arbeitsumgebung mit allen zum Einmessen und/oder Kalibrieren notwendigen Elementen abgebildet und das Einmessen bzw. das Kalibrieren virtuell vollständig abgearbeitet. Erst nach erfolgreichem Abschluss des virtuellen Einmessens eines virtuellen Roboters am Simulationsort wird die fertige Routine an die
Steuereinheit des Roboters am Einsatzort übermittelt, um dort ausgeführt zu werden.
Das Erstellen bzw. Programmieren der Routine am Simulationsort erfolgt zweckmäßig ohne Datenverbindung zum Roboter am Einsatzort, also offline.
Die fertig erstellte und geprüfte Routine ist über eine vom Einsatzort entfernte
Steuerungszentrale fernbedient auszuführen, wobei die Steuerungszentrale mit dem Simulationsort identisch sein kann. Hierbei kommuniziert die Steuerungszentrale mit dem Einsatzort über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Verbindung, z. B. über eine Funkverbindung, eine körperliche Datenleitung, ein internes oder externes Netzwerk wie z. B. Intranet oder Internet, eine Telefonleitung, WLAN, Bluetooth, Mobilfunk oder auch Infrarot. Zur Überwachung der Bewegungen des Roboters während des Einmessens und/oder Kalibrierens am Einsatzort kann eine
Bildübermittlung vom Einsatzort zur Steuerungszentrale vorteilhaft sein. Ein Remote- Controller an der Steuerungszentrale ist so jederzeit in der Lage zu erkennen, ob gegebene Befehle auch am Einsatzort vom Roboter ausgeführt werden. So können Fehlsteuerungen optisch erkannt und der Roboter bei Bedarf stillgesetzt werden.
Zweckmäßig besteht während des fernbedienten Einmessens und/oder Kalibrierens des Roboters eine Online-Datenverbindung zwischen der Steuerungszentrale und dem Simulationsort. So kann die Steuerungszentrale ohne Zeitverzögerung durch einen ansonsten notwendigen Verbindungsaufbau weitgehend unmittelbar in die Routine eingreifen, wenn ein Eingriff durch den Remote-Controller geboten ist. Eine bestehende Datenverbindung wird zweckmäßig als VPN-Tunnel (Virtual Private Network) betrieben, um die Vertraulichkeit der über die Datenleitung gesendeten Daten zu gewährleisten. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb der programmierten Routine Einmessbewegungen einer Roboterwerkzeugspitze relativ zu einem Positionssensor ausgeführt werden, der mit gegebenen, bekannten Koordinaten relativ zum Roboterfuß im Arbeitsraum des Roboters, z. B. einer Roboterzelle, feststehend angeordnet ist. Die durch den feststehenden Positionssensor erfassten Positionskoordinaten der
Roboterwerkzeugspitze und/oder die Verdrehung der Roboterwerkzeugspitze werden erfasst und zweckmäßig an eine Steuereinheit ausgegeben. Zweckmäßig werden mehrere Lagen der Werkzeugspitze im Erfassungsbereich des Positionssensors erfasst, was die Genauigkeit der Daten erhöht. Die erfassten, vorzugsweise der Steuereinheit übermittelten Daten werden genutzt, um innerhalb der Routine die Positionskoordinaten und oder die Verdrehung auszuwerten und in das Koordinatensystem des Roboterfußes am Einsatzort, welches ein Bezugskoordinatensystem am Einsatzort bilden kann, zu überführen. Auf diese Weise ist mit der Routine ein automatisches Einmessen des Roboters in den Arbeitsraum am Einsatzort möglich. Nach der Vermessung ist die tatsächliche Lage zwischen der Roboterwerkzeugspitze und dem Positionssensor bekannt, so dass - unter Verwendung der bekannten Koordinaten des Roboterfußes im Arbeitsraum und der bekannten Koordinaten des Positionssensors im Arbeitsraum - eine Umrechnung auf ein gewünschtes Bezugskoordinatensystem erfolgen kann.
Zweckmäßig erfolgt die Erfassung der tatsächlichen Positionskoordinaten der Roboterwerkzeugspitze innerhalb des Positionssensors durch eine Subroutine, die als
Untermenü in der erstellten Routine abgearbeitet wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird innerhalb der Routine mit einem an der Roboterwerkzeugspitze fest montierten Positionssensor zumindest ein im
Arbeitsbereich des Roboters an vorgegebenen Koordinaten liegender Referenzpunkt angefahren und die vom Positionssensor erfassten Positionskoordinaten des
Referenzpunktes und/oder die Verdrehung des Referenzpunktes erfasst. Innerhalb der Routine werden die erfassten Positionskoordinaten und/oder die Verdrehung des Referenzpunktes relativ zum Roboterfuß ausgewertet und in das Koordinatensystem des Roboterfußes am Einsatzort überführt. Nach der Vermessung eines Referenzpunktes ist die tatsächliche Lage zwischen dem Roboterfuß und dem Referenzpunkt im
Arbeitsraum bekannt, so dass - unter Verwendung der bekannten Koordinaten des Roboterfußes im Arbeitsraum und der bekannten Koordinaten des Referenzpunktes im Arbeitsraum - eine Umrechnung auf ein gewünschtes Bezugskoordinatensystem erfolgen kann.
Zweckmäßig erfolgt die Erfassung der tatsächlichen Positionskoordinaten des Referenzpunktes innerhalb des Arbeitsraums durch eine Subroutine, die als Untermenü in der erstellten Routine abgearbeitet wird.
Das Anfahren der Referenzpunkte kann auch manuell durch einen Benutzer am Einsatzort ausgeführt werden; in Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, zumindest einen Referenzpunkt fernbedient von Fachpersonal von der Steuerungszentrale aus anzufahren. Vorzugsweise läuft die am Simulationsort erstellte Routine nach ihrem Start am Einsatzort ohne Eingriff durch einen Benutzer am Einsatzort automatisch ab. Ein Eingriff durch einen Benutzer am Einsatzort ist nicht notwendig. Zweckmäßig entspricht dabei der virtuell am Simulationsort abgebildete Positionssensor dem am Einsatzort als Hardware eingesetzten Positionssensor.
Hervorzuheben ist, dass der Roboter nach Abschluss der Einmess-/Kalibrier-Routine auch fernbedient von einer räumlich oder örtlich entfernt liegenden Steuerungszentrale in Betrieb genommen werden kann, so dass das Personal vor Ort keine besonderen Fachkenntnisse zur Einmess- und/oder Kalibrier-Routine haben muss.
Zur Durchführung des Verfahrens zum Einmessen und/oder Kalibrieren eines Roboters in einer Arbeitsumgebung an einem Einsatzort ist eine Vorrichtung vorgesehen, die aus einem in einer Roboterzelle angeordneten Roboter und einem Kalibriersystem zum Ein- messen des Roboters besteht. Das Kalibriersystem ist mit einer Sende- und Empfangseinheit verbunden. Über die Sende- und Empfangseinheit innerhalb der Roboterzelle wird mit einer außerhalb der Roboterzelle vorgesehenen Basis-Einheit eine drahtlose Datenverbindung aufgebaut. Das Kalibriersystem innerhalb der Roboterzelle kommuniziert kabellos mit der Basis-Einheit außerhalb der Roboterzelle.
Die drahtlose Anbindung des Kalibriersystems an eine äußere Steuereinheit des Roboters ist vorteilhaft für alle Anwendungen, in denen der Roboter sich innerhalb schwieriger Umweltbedingungen befindet, z. B. innerhalb einer Nasszelle in einer Reinigungsanlage, in der elektrische Schutzklassen von IP 65, 67 oder höher einzuhalten sind. Die drahtlose Kommunikation zum Einmessen des Roboters ist auch in der Lebensmittelindustrie, in Gießereiumgebungen, in der Arzneimittelindustrie und dgl. vorteilhaft anwendbar.
Muss das Kalibriersystem für den Produktionsbetrieb entfernt werden, da es z. B. eine zu große Störkontur darstellt, ist ein Kalibriersystem mit einer Sende- und
Empfangseinheit vorteilhaft. Einerseits muss das Kalibriersystem nicht für einen dauerhaften Verbleib in der Roboterzelle, z. B. einer Nasszelle, ausgelegt werden; andererseits wird ein ansonsten notwendiger Rückbau des Kalibriersystems inkl. einer Verkabelung, offener Stecker am Roboter usw. vermieden.
Das Kalibriersystem ist zweckmäßig am Roboterarm festgelegt, insbesondere an der Werkzeugspitze des Roboterarms montiert. Vorteilhaft wird die Sende- und Empfangseinheit zusammen mit einem Energiespeicher wie einem Akku zur
Spannungsversorgung der Komponenten im Gehäuse des Kalibriersystems angeordnet.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Einmessen und/oder
Kalibrieren eines Roboters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Einmessen und/oder
Kalibrieren eines Roboters nach Fig. 1 mit einem bewegten Kalibriersystem,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer
Steuerungszentrale,
Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Einmessen und/oder
Kalibrieren eines Roboters nach Fig. 1 mit einem am Roboterarm montierten, kabellosen Kalibriersystem.
Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Roboterzelle 2, die z. B. eine Waschzelle, Reinigungszelle, Lackierzelle oder dgl. sein kann. In der Roboterzelle 2 ist der Roboter 3 angeordnet, der einen Roboterfuß 7 und einen Roboterarm 4 umfasst. Die Lage des Roboterfußes 7 im Arbeitsraum der Roboterzelle 2 ist durch Koordinaten im Koordinatensystem Rx, Ry, Rz bestimmt. An der Werkzeugspitze 5 des Roboterarms 4 ist ein Messdorn 6 montiert, der zum Einmessen und/oder Kalibrieren des Roboters 3 in seinem Arbeitsraum, d.h. der Roboterzelle 2 vorgesehen ist. Der Messdorn 6 kann auch vom Greifersystem des Roboters 3 gefasst werden.
Der Roboterfuß 7 ist mit einer Steuereinheit 8 verbunden, in welcher die Steuerungssoftware für die Bewegungen des Roboters 3 abläuft; die Steuereinheit 8 gibt entsprechende Steuerbefehle an den Roboter 3, um den Roboterarm 4 nach vorgegebenen Arbeitsroutinen zu bewegen. In Fig. 1 ist in der Roboterzelle 2 ferner ein Kalibriersystem 100 zur Erfassung von Positionskoordinaten eines Messdorns 6 vorgesehen, welcher im Ausführungsbeispiel ein Positionssensor 10 ist, der zweckmäßig als Gabelsensor 11 ausgeführt sein kann. Der Gabelsensor 11 ist - bevorzugt über eine Recheneinheit 12 (Fig. 3) - mit der
Steuereinheit 8 verbunden. Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 ist der Gabelsensor 11 kabelgebunden über ein Signalkabel 25 mit der Recheneinheit 8 bzw. der Steuereinheit 8 verbunden. In der Vorrichtung nach Fig. 1 ist das Kalibriersystem 100 bzw. der Positionssensor 10 im Arbeitsraum der Roboterzelle 2 ortsfest angeordnet. Der Positionssensor 10 hat im Arbeitsraum die Koordinaten Gx, Gy, Gz. Über den Positionssensor 10 ist insbesondere eine anzufahrende Position oder Raumlage eines Messdorns 6 innerhalb der Roboterzelle 2 relativ zu den Ortskoordinaten des
Positionssensors 10 zu erfassen.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Kalibriersystem 100 bzw. der Positionssensor 10 als optischer Positionssensor ausgeführt sein. Der optische Positionssensor kann die Lage des Messdorns 6 im Arbeitsraum der Roboterzelle 2 zweckmäßig mit Hilfe eines optischen Bilderfassungssystems oder eines optischen Messsystems z. B. auf Laserbasis erfassen.
Die Steuereinheit 8 steht über einen Router 13 mit einer Datenleitung 22 in Verbindung, z. B. mit einem Netzwerk wie Intranet oder Internet. Über den Router 13 kann ferner eine Kamera 9 angeschlossen sein, die den Innenraum der Roboterzelle 2 erfasst und über den Router 13 als Bilddaten in die Datenleitung 22 einspeist.
An die Datenleitung 22 ist - drahtgebunden oder drahtlos - eine örtlich entfernt stehende Datenverarbeitungsanlage 14, z. B. ein Personalcomputer angeschlossen. Die z. B. an einem Simulationsort 30 stehende Datenverarbeitungsanlage 14 wird genutzt, um für den Roboter 3 eine Routine 15 zu erstellen, mit der ein an einem Einsatzort 20 stehender Roboter 3 fernbedient eingemessen und/oder kalibriert werden kann. Die Bewegungen des Roboterarms 4 während des Ablaufs der Routine 15 am Einsatzort 20 kann an einem Bildschirm 16 am Simulationsort 30 verfolgt werden. Die räumliche Trennung des Einsatzortes 20 vom Simulationsort 30 oder einer Steuerungszentrale 40 ist in Fig. 3 mit der strichpunktierten Linie 50 dargestellt.
Wie insbesondere Fig. 1 zeigt, ist die Roboterzelle 2 an einem Einsatzort 20 errichtet, während die Datenverarbeitungsanlage 14 mit der Routine 15 an einem Simulationsort 30 vorgesehen ist. Die räumliche Entfernung ist in Fig. 1 durch die unterbrochen gezeichnete Datenleitung 22 angedeutet. Die Verbindung zwischen dem Simulationsort 30 und dem entfernten Einsatzort 20 erfolgt über eine drahtgebundene und/oder drahtlose Verbindung, zweckmäßig über die Datenleitung 22, die vorzugsweise als VPN-Tunnel (Virtual Private Network) ausgebildet ist.
Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass am Simulationsort 30 eine Routine 15, insbesondere eine Routine zum Einmessen und/oder Kalibrieren des Roboters 3 am Einsatzort 20 erstellt wird. Dabei wird in der Datenverarbeitungsanlage 14 am
Simulationsort 30 der Roboter 3 am Einsatzort 20 mit seinem Arbeitsraum, z. B. der Roboterzelle 2, virtuell abgebildet. Die virtuelle Abbildung umfasst auch den am Einsatzort als Hardware verwendeten Positionssensor 10 sowie zumindest einen im Arbeitsraum gegebenen Referenzpunkt D\, D2, D3. Zweckmäßig wird die Roboterzelle 2 des Einsatzortes 20 vollständig virtuell abgebildet. Die am Simulationsort 30 erstellte Routine 15 wird zunächst virtuell auf der Datenverarbeitungsanlage 14 an dem
Simulationsort 30 getestet und vorzugsweise auch ein virtuelles Einmessen des
Roboters 3 in einer virtuellen Roboterzelle durchgespielt. Dadurch können
offensichtliche Fehler der programmierten Routine 15, Bugs oder dgl. am
Simulationsort 30 festgestellt und vor der Verwendung am Einsatzort 20 behoben werden, bis die programmierte Routine 15 vom Fachmann entsprechend angepasst ist. Nach erfolgreichem Testlauf der Routine 15 am Simulationsort 30 auf einer virtuellen Steuereinheit für einen Roboter wird die Routine 15 für die Praxis freigegeben.
Die am Simulationsort 30 programmierte Routine 15 wird nun über einen Router 113 und die Datenleitung 22 auf den räumlich entfernten, insbesondere mehrere hunderte Kilometer entfernten Router 13 am Einsatzort 20 übertragen und auf die Steuereinheit 8 des Roboters 3 am Einsatzort 20 heruntergeladen. Bevorzugt über eine Steuerungszentrale 40 (Fig. 3) wird die Routine 15 am Einsatzort 20 in die Steuereinheit 8 des Roboters 3 geladen und gestartet, vorzugsweise fernbedient gestartet. Das Starten der Routine 15 am Einsatzort 20 kann auch manuell oder automatisch nach erfolgreichem Download der Routine 15 ausgeführt werden.
Die Steuerungszentrale 40 (Fig. 3) kann an einem beliebigen geografischen Ort stehen, der von dem Einsatzort 20 und dem Simulationsort 30 verschieden sein kann. Die Steuerungszentrale 40 kann auch an dem Simulationsort 30 stehen, wo die
Programmierung der Routine 15 ausgeführt wurde.
Innerhalb der Routine 15 zum Einmessen und/oder Kalibrieren des Roboters 3 wird zweckmäßig eine Subroutine 115 (Fig. 3) aufgerufen, die die Einmessbewegungen der Roboterwerkzeugspitze 5 mit dem Messdorn 6 unter Nutzung des Gabelsensors 11 ausführt und überwacht. In einer AusMirungsform erfasst der Gabelsensor 11 des
Positionssensors 10 die Positionskoordinaten x, y und z des Messdoms 6 innerhalb des Gabelsensors 11 und gibt die Koordinaten, ggf. über die Recheneinheit 12 (Fig. 3) aufbereitet, an die Steuereinheit 8 des Roboters 3 weiter. Die Steuereinheit 8 wertet innerhalb der programmierten Routine 15 bzw. der Subroutine 115 diese
Positionskoordinaten x, y und z aus; zusammen mit den bekannten Koordinaten Rx, Ry, Rz des Roboterfußes 7 im Arbeitsraum der Roboterzelle 2 und den bekannten
Koordinaten Gx, Gy, Gz des Positionssensors 10 im Arbeitsraum erfolgt eine Umrechnung auf ein gewünschtes Bezugskoordinatensystem am Einsatzort 20, z. B. auf die Koordinaten des Roboterfußes 7.
Bei der Erfassung der tatsächlichen Koordinaten x, y und z der Roboterwerkzeugspitze 5 durch den Positionssensor 10 können auch Verdrehungen δ der
Roboterwerkzeugspitze 5 bzw. des Messdorns 6 im Arbeitsraum der Roboterzelle 2 festgestellt, erfasst und an die Steuereinheit 8 gemeldet werden. Auch Verdrehungen δ der Roboterwerkzeugspitze 5 bzw. das Messdorns 6 können so bei der Umrechnung auf das gewünschte Benutzerkoordinatensystem am Einsatzort 20 berücksichtigt werden. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Recheneinheit 12 des Positionssensors 10 die Einmess- und Kalibrierbewegungen des Roboterarms 4 steuert.
In dem ersten Verfahrensschritt zum Einmessen und/oder Kalibrieren ist die Lage des Positionssensors 10 innerhalb der Roboterzelle 2 ortsfest und bekannt; über die erfassten Positionskoordinaten und/oder Verdrehung der Roboterwerkzeugspitze 5 mit dem Messdorn 6 relativ zum Positionssensor 10 kann die räumliche Lage des Roboters 3 innerhalb der Roboterzelle 2 bestimmt werden.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird durch Anfahren von im Arbeitsraum bzw. in der Roboterzelle 2 vorgesehenen Referenzpunkten Dj, D2, D3 durch die
Roboterwerkzeugspitze 5 das Einmessen bzw. Kalibrieren abgeschlossen. An den Referenzpunkten D\, D2, D3 können z. B. Werkzeuge oder Behandlungseinrichtungen für ein vom Roboterarm 4 bewegtes Werkstück vorgesehen sein. Ist die Roboterzelle 2 eine Waschzelle, sind an den Referenzpunkten D\, D2, D3 in der Roboterzelle z. B. Waschdüsen oder Waschlanzen ortsfest angeordnet.
Das Anfahren der Referenzpunkte D^, D2, D3 innerhalb der Roboterzelle 2 kann am Einsatzort 20 durch einen Bediener manuell vorgenommen werden; hierzu wäre aber ein geschulter Monteur notwendig. In Weiterbildung der Erfindung wird das Anfahren zu- mindest einer der Referenzpunkte Di , D2, D3 durch die Roboterwerkzeugspitze 5 fernbedient von der Steuerungszentrale 40 aus erfolgen, die auch am Simulationsort 30 stehen kann. Am Einsatzort 20 muss ein Monteur lediglich - nach Demontage des Mess- dorns 6 aus dem ersten Verfahrensschritt - den Positionssensor 10 an der
Werkzeugspitze 5 des Roboterarms 4 montieren und den Roboter 3 zum weiteren Abarbeiten der programmierten Routine 15, insbesondere einer weiteren Subroutine 115, freigeben.
In dem nun ausgeführten zweiten Verfahrensschritt wird gemäß Fig. 2 innerhalb der Routine 15, insbesondere innerhalb einer weiteren Subroutine 115 (Fig. 2), mit dem an der Roboterwerkzeugspitze 5 fest montierten Positionssensor 10 zumindest ein an vorgegebenen Koordinaten Dx, Dy, Dz liegender Referenzpunkt Di , D2, oder D3 angefahren und die vom Positionssensor 10 erfassten Positionskoordinaten xi , y\, z\ des angefahrenen Referenzpunktes D\, D2, oder D3 und/oder die Verdrehung δ des
Referenzpunktes Di , D2, oder D3 im Raum erfasst. Innerhalb der Routine 15 bzw. der weiteren Subroutine 115 werden die Positionskoordinaten x\, y\, z\ und/oder die Verdrehung δ ausgewertet und in ein gewünschtes Bezugskoordinatensystem am Einsatzort 20, z. B. in das Koordinatensystem Rx, Ry, Rz des Roboterfußes 7 am Einsatzort 20, überführt. Nach der Vermessung eines Referenzpunktes Di , D2, oder D3 ist die tatsächliche Lage zwischen dem Roboterfuß 7 und dem Referenzpunkt Di , D2, oder D3 im Arbeitsraum des Roboters 3 bekannt, so dass - unter Verwendung der bekannten Koordinaten Rx, Ry, Rz des Roboterfußes 7 im Arbeitsraum der Roboterzelle und der bekannten Koordinaten des Referenzpunktes Dx, Dy, Dz im Arbeitsraum - eine Umrechnung auf ein gewünschtes Bezugskoordinatensystem erfolgen kann.
Das Gesamtsystem kann so ausgelegt sein, dass nach dem Download der am
Simulationsort 30 programmierten Routine 15 das Einmessen und Kalibrieren des Roboters 3 am Einsatzort 20 ohne Eingriff durch einen Benutzer vor Ort automatisch abläuft. Vor Ort muss lediglich ein Monteur zum Ausführen des zweiten Verfahrensschrittes den Messdorn 6 vom Roboterarm 4 bzw. dessen Werkzeugspitze 5 demontieren und den Positionssensor 10 an dem Roboterarm 4 bzw. im Tool Center Point (TCP) am Ende des Roboterarms 4 montieren. Das Fachpersonal erfordernde Einmessen und/oder Kalibrieren des Roboters 3 am Einsatzort 20 wird vorzugsweise fernbedient durchgeführt.
Die Fernbedienung der Routine 15 zum Einmessen des Roboters 3 vom Simulationsort 30 aus kann durch eine Bildübermittlung vom Einsatzort 20 zum Simulationsort 30 bzw. zur Steuerungszentrale 40 überwacht werden; hierzu ist eine Kamera 9
vorgesehen, die den Arbeitsraum der Roboterzelle 2 des Roboters 3 erfasst und ein Bild aus dem Inneren der Roboterzelle 2 an einen Remote-Controller an der
Steuerungszentrale 40, z. B. am Simulationsort 30 übermittelt. Während des
fernbedienten Einmessens und/oder Kalibrierens des Roboters 3 am Einsatzort 20 besteht zweckmäßig eine permanente Datenverbindung zwischen dem Einsatzort 20 und der Steuerungszentrale 40 z. B. dem Simulationsort 30. Diese Datenverbindung ist vorteilhaft als VPN-Tunnel betrieben (Virtual Private Network) und gewährleistet die Sicherheit der übermittelten Daten.
Das Einmessen und Kalibrieren des Roboters 3 mit seinem Roboterfuß 4 kann etwa wie folgt erfolgen:
Der Roboter 3 bzw. die Roboter- Werkzeugspitze 5 mit dem Messdorn 6 (Roboter TCP - Tool Center Point) ist relativ zu dem Roboterfuß 7 kalibriert; die Abmessungen des Messdorns 6 sind bekannt.
In der Ausgangssituation befindet sich der Roboterfuß 7 hinsichtlich seiner Arbeitsposition in einer beliebigen Lage gegenüber einem übergeordneten Bezugskoordinatensystem. Die Lage des Positionssensors 10 und der Referenzpunkte Ό\, D2, oder D3 im Raum ist hinsichtlich der Koordinaten in einem übergeordneten
Bezugskoordinatensystem bekannt.
Die Koordinaten des Roboterfußes 7 werden zunächst auf Null gesetzt. Aus dieser Nullposition heraus werden mit der Werkzeugspitze 5 des Roboters 3 verschiedene
Positionen innerhalb des Gabelsensors 11 bzw. relativ zum Positionssensor 10 angefahren und die Koordinaten x, y und z und/oder Verdrehungen δ der
Werkzeugspitze 5 erfasst und dokumentiert.
Diese Koordinaten werden mit Hilfe der Recheneinheit 12 oder der Steuereinheit 8 unter Zuhilfenahme der bekannten absoluten Koordinaten, welche die absolute Lage des als Gabelsensor 11 ausgeführten Positionssensors 10 in der Roboterzelle 2 angeben, einer Koordinatentransformation unterzogen, wobei die relativen Koordinaten des Roboters 3 in absolute Koordinaten relativ zur Roboterzelle 2 überführt werden. Hierdurch wird die relative Position zwischen der momentanen Arbeitsposition des Roboters 3 und dem übergeordneten Bezugskoordinatensystem bestimmt.
Nun wird die Arbeitsposition des Roboters 3 in das übergeordnete Koordinatensystem korrigiert. Auf diese Weise ist ein Einmessen des Roboters 3 relativ zur Roboterzelle 2 bzw. zum Bearbeitungsobjekt zu erreichen, wobei der Roboter 3 im Wesentlichen selbst für seine Einmessung sowie die Einmessung anderer Objekte in der Roboterzelle 2 verantwortlich ist.
In einem praktischen Fall kann ein Roboterspezialist am Simulationsort 30 einen lokalen Roboteringenieur am Einsatzort 20 online unterstützen. Der lokale
Roboteringenieur informiert den Roboterspezialisten am entfernten Simulationsort 30. Zur Unterstützung wird eine sichere Internetverbindung über den VPN Tunnel, insbesondere über einen Industriemobilfunkrouter zwischen den beiden Teilnehmern hergestellt. Der Roboterspezialist kann auf die Kamera 9 und den Roboter 3 sowie dessen Steuereinheit 8 zugreifen. Mit Hilfe der Videoverbindung kann der
Roboterspezialist den lokalen Roboteringenieur bei der Installation des Kalibriersystems 100 unterstützen. Nach erfolgreicher Installation des Kalibriersystems 100 kann der Roboterspezialist oder optional der lokale Roboteringenieur die automatisch ablaufende Einmessroutine starten. Über die Videoverbindung der Kamera 9 kann der
Roboterspezialist den gesamten Prozess überwachen und ggf. eingreifen bzw. steuern. Dieses Szenario kann bei der Inbetriebnahme oder auch nach einem Crash sehr schnell und ohne großen Aufwand durchgeführt werden. Auch Updates des Robotersystems, z. B. der Reinigungsanlage können realisiert werden.
Die Einmessroutinen zum Kalibrieren des Roboters 3 in der Roboterzelle 2 können vollständig automatisiert sein. Für alle zu vermessenden Benutzerkoordinatensysteme sind automatische Einmessroutinen vorgesehen, die in der Robotersteuerung programmiert sind. Diese Einmessroutinen werden vom übergeordneten Maschinen-HMI (Human Mashine Interface) gestartet und über eine Feldbusschnittstelle der SPS Steuerung (Speicher Programmierbare Steuerung) an die Robotersteuerung übergeben. Die
Bedienung erfolgt also im Rahmen der Maschinen-HMI, in die ein Anwender bei der Maschinenschulung eingewiesen wird. Ein Bedienen an der Robotersteuerung selbst ist nicht mehr erforderlich. Dadurch ergeben sich unter anderem folgende Vorteile:
• Kein aufwendiges, manuelles Bewegen des Roboters "Spitze auf Spitze";
• Wiederholbare und vom Anwender vor Ort unabhängige Messergebnisse;
• Ein Anwender muss sich beim Einmessen des Roboters nicht mehr den
Umweltbedingungen innerhalb einer industriellen Roboterzelle 2, z. B. einer
Reinigungsanlage aussetzen (Temperatur, Lösungsmitteldämpfe, Feuchtigkeit);
• Auf Anwenderseite sind keine speziellen Roboterkenntnisse erforderlich.
In Figur 4 ist eine Abwandlung der Vorrichtung nach den Figuren 1 bis 3 gezeigt, die alternativ verwendbar oder mit den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 kombiniert werden kann. Der Aufbau der Vorrichtung entspricht dem nach Fig. 2, weshalb für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
Um innerhalb der Roboterzelle 2 auf Kabeldurchführungen für das Signalkabel des Kalibriersystems 100 bzw. des Positionssensors 10 zu verzichten, ist im Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 4 vorgesehen, zum Einmessen des Roboters 3 das Kalibriersystem 100 bzw. den Positionssensor 10 mit einer Sende-Empfangseinheit 33 zu versehen, um die Daten des Kalibriersystems 100, im Ausfuhrungsbeispiel die Daten des
Positionssensors 10, drahtlos an die Recheneinheit bzw. die Steuereinheit 8 zu übertragen. Hierzu ist die Steuereinheit 8 mit einer außerhalb der Roboterzelle 2 angeordneten Basis-Einheit 35 verbunden, welche die drahtlose Datenverbindung 37 mit der Sende- und Empfangseinheit 33 innerhalb der Roboterzelle 2 aufbaut. Die drahtlose Kommunikation zwischen der Sende-Empfangseinheit 33 und der Basis-Einheit 35 ist vorteilhaft als Funkstrecke, z. B. als WLAN oder Bluetooth™ Funkstrecke ausgebildet.
In Weiterbildung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, das Kalibriersystem 100 am Roboterarm 4 festzulegen, so dass der Positionssensor 10 mit dem Roboterarm 4 zusammen bewegt wird. Vorteilhaft wird das Kalibriersystem 100 bzw. der
Positionssensor 10 des Kalibriersystems 100 an der Werkzeugspitze 5 (TCP) des Roboterarms 4 festgelegt oder an dem Greifersystem des Roboterarms 4 montiert. Um das Kalibriersystem 100 bzw. den Positionssensor 10 als selbstständige Baueinheit auszubilden, die autark arbeitet, kann die Sende- und Empfangseinheit 33 zusammen mit einem Energiespeicher wie einem wiederaufladbaren Akku zur
Spannungsversorgung der Komponenten im Gehäuse des Kalibriersystems 100 bzw. des Positionssensors 10 angeordnet sein. Zum Einmessen des Roboters 3 muss ein
Techniker lediglich das autarke Kalibriersystem 100 am Roboterarm 4 montieren und einschalten; das autarke Kalibriersystem 100 baut mit der Basis-Einheit 35 eine drahtlose Datenverbindung 37 auf und kann dann von einem Roboterspezialisten fernbedient zum Einmessen und Kalibrieren des Roboters 3 genutzt werden. Nach Abschluss des Einmessens wird das autarke Kalibriersystem 100 durch den Techniker wieder demontiert und aus der Roboterzelle entfernt, so dass es weder eine Störkontur im Betrieb bilden kann noch den belastenden Umgebungsbedingungen im Betrieb ausgesetzt ist.
Insbesondere für industrielle Reinigungsanlagen, in denen der Roboter 3 im Nassbereich der Roboterzelle 2 steht, ist die vorgesehene Funkverbindung zwischen dem Positionssensor 10 des Kalibriersystems 100 und der Steuereinheit 8 oder einem Controller vorteilhaft. Die Spannungsversorgung für das Kalibriersystem 100 bzw. den
Positionssensor 10 und die in der Roboterzelle 2 befindliche Sende-Empfangseinheit 33 wird durch den im Kalibriersystem 100 integrierten Akku sichergestellt. Zweckmäßig können die Sende-Empfangseinheit 33 und der Akku in das Gehäuse des
Positionssensors 10 integriert sein. Dadurch entfällt das Montieren von zwei Geräten am Robotergreifer. Um eine sichere, störungsfreie Funkverbindung zu gewährleisten und durch Metallwände der Roboterzelle 2 mögliche Funkprobleme zu vermeiden, kann für die Einmessroutine die Antenne 36 der Basis-Einheit 35 durch ein Verlängerungskabel in die Roboterzelle 2 hinein verlegt werden.
Die Datenübertragung durch eine Funkstrecke erzielt folgende Vorteile:
• Automatisierte und nicht automatisierte Kalibrierungen sowohl des Roboters als auch der Anwenderkoordinatensysteme sind möglich, ohne dass eine Kabelverbindung zwischen Steuereinheit 8 und Positionssensor 10 mit möglichen Störkonturen innerhalb der Roboterzelle 2 kollidiert und beschädigt wird.
• Es ist einfacher Einsatz in Nasszellen möglich.
• Der Positionssensor 10 und die Sende-Empfangseinheit 33 inkl. einem Akku können sowohl am Roboter 3 montiert werden, um externe TCP (Tool Center Point) zu vermessen, als auch innerhalb der Roboterzelle, um TCP am Roboterhandflansch zu vermessen. • Der Positionssensor 10 wird mobil und kann ohne großen Aufwand für mehrere Roboterzellen 2 eingesetzt werden.
• Das System ist unabhängig vom Feldbustyp und Robotertyp.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Einmessen und/oder Kalibrieren eines in einer Arbeitsumgebung an einem Einsatzort (20) positionierten Roboters (3), wobei zum Einmessen und/oder Kalibrieren eine vorgegebene Routine (15) abgearbeitet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem vom Einsatzort (20) entfernten
Simulationsort (30) für den Roboter (3) die Routine (15) erstellt wird, dass nach Abschluss der Erstellung der Routine (15) diese an eine Steuereinheit (8) des Roboters (3) am Einsatzort (20) übermittelt wird, und dass die Routine (15) am Einsatzort (20) aufgerufen und ausgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Einmessen und/oder Kalibrieren des Roboters (3) mit der erstellten Routine (15) zunächst virtuell an dem Simulationsort (30) durchgeführt wird und erst nach erfolgreichem Abschluss des virtuellen Ein- messens die Routine (15) an die Steuereinheit (8) des Roboters (3) am Einsatzort (20) übermittelt wird.
3. Verfahren Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Routine (15) am Simulationsort (30) ohne Datenverbindung zum Roboter (3) offline erstellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Routine (15) über eine vom Einsatzort (20) entfernte Steuerungszentrale (40) fernbedient ausgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungszentrale (40) mit dem Einsatzort (20) über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenverbindung
kommuniziert.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Bildübermittlung vom Einsatzort (20) zur Steuerungszentrale (40) die vom Roboter (3) auszuführenden Bewegungen überwacht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass während der Laufzeit der Routine (15) am Einsatzort (20) eine Online-Datenverbindung zwischen der Steuerungszentrale (40) und dem Einsatzort (20) besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverbindung als VPN-Tunnel betrieben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Routine (15) die Roboterwerkzeugspitze (5) Einmessbewegungen relativ zu einem Positionssensor (11) ausgeführt werden, der mit gegebenen Koordinaten (Gx, Gy, Gz) relativ zum Roboterfuß (7) feststehend angeordnet ist, und die durch den Positionssensor (11) erfassten Positionskoordinaten (x, y, z) der Roboterwerkzeugspitze (5) und/oder die Verdrehung (δ) der Roboterwerkzeugspitze (5) erfasst, und dass innerhalb der Routine (15) die Positionskoordinaten (x, y, z) und/oder die Verdrehung (δ) ausgewertet und in das Koordinatensystem (Rx, Ry, Rz) des Roboterfußes (7) am Einsatzort (30) überfuhrt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Positionskoordinaten (x, y, z) der Roboterwerkzeugspitze (5) im Positionssensor (11) innerhalb einer
Subroutine (1 15) der erstellten Routine (15) abgearbeitet wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Routine (15) mit einem an der Roboterwerkzeugspitze (5) fest montierten Positionssensor (11) im
Arbeitsbereich des Roboters (5) zumindest ein an vorgegebenen Koordinaten (Dx, Dy, Dz) liegender Referenzpunkt (Dj, D2, D3) angefahren und die vom Positionssensor (11) erfassten Positionskoordinaten (xj, y\, z\) des
Referenzpunktes (D\, D2, D3) und/oder die Verdrehung (δ) des Referenzpunktes (Di, D2, D3) erfasst werden, und dass innerhalb der Routine (15) die
Positionskoordinaten (xj, y\, z\) und/oder die Verdrehung (δ) ausgewertet und in das Koordinatensystem (Rx, Ry, Rz) des Roboterfußes (7) am Einsatzort (30) überführt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Positionskoordinaten (x\, y\, z\) der Referenzpunkte (D\ , D2, D3) innerhalb einer Subroutine (1 15) der erstellten Routine (15) abgearbeitet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass am Einsatzort (20) die erstellte Routine (15) nach ihrem Start ohne Eingriff durch einen Benutzer am Einsatzort (20) automatisch abläuft.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (3) nach Abschluss der erstellten Routine (15) fernbedient in Betrieb genommen wird.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einem in einer Roboterzelle (2) angeordneten Roboter (3) und einem Kalibriersystem (100) zum Einmessen des Roboters (2),
dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriersystem (100) eine Sende- und Empfangseinheit (33) umfasst, die über eine drahtlose Datenverbindung (37) mit einer Basis-Einheit (35) außerhalb der Roboterzelle (2) kommuniziert.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriersystem (100) am Roboterarm (4), insbesondere an der Werkzeugspitze (5) des Roboterarms (4) festgelegt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit (33) zusammen mit einem Energiespeicher zur Spannungsversorgung im Gehäuse des Kalibriersystems (100) angeordnet ist.
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