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WO2018036863A1 - Verfahren zur steuerung einer robotergestützten bearbeitung eines werkstückes mittels einer mensch-roboter-kollaboration-schnittstelle - Google Patents

Verfahren zur steuerung einer robotergestützten bearbeitung eines werkstückes mittels einer mensch-roboter-kollaboration-schnittstelle Download PDF

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WO2018036863A1
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programming
interface
workpiece
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Volkswagen AG
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a robot-supported machining of a workpiece by means of an end effector within a working space, in which the
  • Robot control of the end effector robot is equipped by means of a human-robot interface (MRK interface) for an interaction between human and robot, wherein the execution of the work program is released by the robot from the robot controller only when no operator located within the work space.
  • MTK interface human-robot interface
  • a device comprising a robot with a robot controller with an associated human-robot interface is known, in which the detected protection area with respect to its extent and functionality robot activity related and / or robot working position related variable formed.
  • the robot control has been expanded to include these operating modes.
  • the various forms of interaction define the levels of temporal and spatial separation.
  • protection area is assigned the function immediate shutdown of the robot, whereas in another working position the protection area is assigned only the function reduction of the working speed of the robot.
  • the object of the invention is to carry out the method of the type mentioned at the beginning in such a way that an advantageous use of an MRK-capable robot is made possible for small series or even for individual applications.
  • Robot is performed by the interaction with the operator by means of the MRK interface within the workspace after removal and / or after deactivation of the end effector and that the work program is executed without an interaction with an operator when no operator is within the workspace.
  • the MRK interface is not designed to interact with the robot
  • the MRK interface is used exclusively during the learning phase, wherein it has been found that the programming of the robot is considerably simplified by the MRK interface.
  • the operator is together with the robot within the working space, wherein in a conventional manner, the activation of the end effector interrupted or previously removed and optionally by a
  • Placeholder is replaced.
  • the user then performs individual movements or virtually marks certain positions that require, for example, a processing by the robot.
  • the programming can be done very quickly, because not about the entire machining program has to be learned anew, but only programmed relevant positions, in particular so be selected.
  • the programming may be based on the fact that the robot controller detects the position of a referencing element by means of optical sensors, so that the programming can be carried out without contact and without additional programming effort.
  • the programming of the robot by a mark of
  • the end effector is deactivated during programming or replaced by a placeholder whose outer dimensions are to be used later

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer robotergestützten Bearbeitung eines Werkstückes mittels eines Endeffektors innerhalb eines Arbeitsraumes, bei dem die Robotersteuerung des den Endeffektor führenden Roboters mit einer Mensch-Roboter- Kollaboration-Schnittstelle (MRK-Schnittstelle) ausgestattet ist. Die Programmierung des Roboters erfolgt durch die Interaktion mit der Bedienperson mittels der MRK-Schnittstelle innerhalb des Arbeitsraumes nach Entfernung und/oder nach Deaktivierung des Endeffektors. Wenn sich keine Bedienperson innerhalb des Arbeitsraumes befindet kann das Arbeitsprogramm gestartet und ohne eine Interaktion mit einer Bedienperson ausgeführt werden. Somit wird die MRK-Schnittstelle ausschließlich während der Programmierung des Roboters genutzt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Steuerung einer robotergestützten Bearbeitung eines Werkstückes
mittels einer Mensch-Roboter-Kollaboration-Schnittstelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer robotergestützten Bearbeitung eines Werkstückes mittels eines Endeffektors innerhalb eines Arbeitsraumes, bei dem die
Robotersteuerung des den Endeffektor führenden Roboters mittels einer Mensch-Roboter- Kollaboration-Schnittstelle (MRK-Schnittstelle) für eine Interaktionen zwischen Mensch und Roboter ausgestattet ist, wobei die Ausführung des Arbeitsprogrammes durch den Roboter von der Robotersteuerung nur dann freigegeben wird, wenn sich keine Bedienperson innerhalb des Arbeitsraumes befindet.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, großtechnische Anlagen mit Manipulatoren oder Robotern, insbesondere Industrierobotern, auszustatten. So werden beispielsweise seit langem im Fahrzeugbau Manipulatoren und Roboter für vollautomatische Bearbeitungs- und
Montageprozesse eingesetzt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Roboter, insbesondere Multifunktionsroboter, können zwar grundsätzlich unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen, ihre Funktionalität ist jedoch in der Regel auf den vollautomatischen Einsatz gerichtet.
Bei konventionellen, vollautomatischen Industrierobotern ist es aufgrund von Industrienormen, beispielsweise der ISO 10218-1 :2006, der ISO 10218-2:2008 oder der Richtlinie 2006/42/EG notwendig, eine Abtrennung des Arbeits- und Bewegungsbereiches des Roboters vom
Aufenthaltsort von Personen vorzusehen. Insbesondere müssen während der Tätigkeit und im Betriebszustand des Roboters der Arbeitsraum und der Bewegungsraum von Roboter und Bedienperson zu jedem Zeitpunkt getrennt bleiben, um eine Gefährdung durch den Roboter auszuschließen.
Weiterhin ist es bekannt Menschen mit Robotern interagieren, also zusammenarbeiten zu lassen. Diese Art der Zusammenarbeit, bei der innerhalb des Arbeitsraumes ein Schutzbereich eingerichtet wird, um den Menschen vor einer unerwünschten Kollision mit dem Roboter zu schützen, wird als Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) bezeichnet. Hierfür geeignete Roboter sind beispielsweise aus der DE 10 2007 063 099 A1 , der DE 10 2007 014 023 A1 sowie der DE 10 2007 028 758 B4 bekannt.
Bei der Einzelteilfertigung stoßen derartige Systeme hinsichtlich der für ihre Realisierung notwendigen Kosten, hinsichtlich der Systemstabilität und hinsichtlich der Prozesssicherheit an ihre Grenzen.
Gerade im Werkzeugbau tritt während bestimmter manueller Arbeiten oftmals die Notwendigkeit auf, eine qualifizierte und schnelle Entscheidung über das weitere Vorgehen aufgrund einer Beobachtung durch die in dem jeweiligen Arbeitsbereich tätigen Bedienpersonen zu treffen.
Aus der DE 10 2009 051 146 A1 ist eine Vorrichtung umfassend einen Roboter mit einer Robotersteuerung mit eine zugeordnete Mensch-Roboter-Schnittstelle bekannt, bei dem der erfasste Schutzbereich hinsichtlich seiner Ausdehnung und Funktionalität Roboter- tätigkeitsbezogen und/oder Roboter-arbeitspositionsbezogen variierbar ausgebildet ist. Die Robotersteuerung ist entsprechend um diese Betriebsmodi erweitert. Die verschiedenen Interaktionsformen definieren dabei die Ebenen der zeitlichen und örtlichen Trennung.
Es ist auch bekannt, einem Schutzbereich unterschiedliche Funktionalitäten zuzuordnen. So kann es möglich sein, dass in dem einen Falle dem Schutzbereich die Funktion sofortiges Abschalten des Roboters zugeordnet ist, wohingegen in einer anderen Arbeitsposition dem Schutzbereich lediglich die Funktion Reduzierung der Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters zugeordnet ist.
Während der Programmieraufwand für solche MRK-Prozesse bei Großserienprozessen wirtschaftlich sinnvoll ist, haben derartige Roboteranwendungen für individuelle oder
einzelfallbezogene Bearbeitungsprogramme keinen oder einen lediglich sehr geringen wirtschaftlichen Nutzen.
Vor diesem Hintergrund liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass dadurch auch für Kleinserien oder auch für einzelne Anwendungen ein vorteilhafter Einsatz eines MRK-fähigen Roboters ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem die Programmierung des
Roboters durch die Interaktion mit der Bedienperson mittels der MRK-Schnittstelle innerhalb des Arbeitsraumes nach Entfernung und/oder nach Deaktivierung des Endeffektors erfolgt und dass das Arbeitsprogramm ohne eine Interaktion mit einer Bedienperson ausgeführt wird, wenn sich keine Bedienperson innerhalb des Arbeitsraumes befindet. In verblüffend einfacher Weise wird hierbei die MRK-Schnittstelle nicht etwa für eine Interaktion des Roboters mit der
Bedienperson während der Durchführung der Bearbeitung, sondern ausschließlich während der Programmierung, also der Anlernphase des Roboters genutzt. Die eigentliche Ausführung des erlernten Programmes erfolgt dann ohne Interaktion des Benutzers und nur dann, wenn sich keine Bedienperson innerhalb des Arbeitsraumes befindet. Anders als beim Stand der Technik wird also die MRK-Schnittstelle ausschließlich während der Lernphase genutzt, wobei sich herausgestellt hat, dass durch die MRK-Schnittstelle die Programmierung des Roboters wesentlich vereinfacht ist. In der Lernphase befindet sich die Bedienperson gemeinsam mit dem Roboter innerhalb des Arbeitsraumes, wobei in an sich bekannter Weise die Aktivierung des Endeffektors unterbrochen oder dieser zuvor entfernt und gegebenenfalls durch einen
Platzhalter ersetzt wird. Der Benutzer führt dann einzelne Bewegungen aus oder markiert virtuell bestimmte Positionen, die beispielsweise eine Bearbeitung durch den Roboter erfordern. Auf der Basis hinterlegter Bearbeitungsparameter des Werkstücks kann die Programmierung sehr schnell erfolgen, weil nicht etwa das gesamte Bearbeitungsprogramm neu erlernt werden muss, sondern nur relevante Positionen programmiert, insbesondere also ausgewählt werden.
Dabei hat es sich bereits als besonders sinnvoll erwiesen, wenn die MRK Schnittstelle während der Durchführung des Arbeitsprogrammes deaktiviert wird, sodass die Programmierung bzw. jedweder Eingriff in das Bearbeitungsprogramm lediglich in einem Anlernmodus während der Deaktivierung des Endeffektors stattfindet. Somit ist sichergestellt, dass eine Interaktion des Roboters mit dem Menschen bei betriebsbereitem Endeffektor ausgeschlossen ist.
Die Programmierung kann darauf beruhen, dass die Robotorsteuerung die Position eines Referenzierungselementes durch optische Sensoren erfasst, sodass die Programmierung berührungslos und ohne zusätzlichen Programmieraufwand durchgeführt werden kann.
Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn die Programmierung des Roboters durch eine manuelle Führung des Roboters durch die Bedienperson erfolgt, indem die Bedienperson den Roboter manuell bewegt und zu der gewünschten Position führt. Hierdurch kann die
Bedienperson die so erreichte Position in einfacher Weise selbst visuell überprüfen. Mehr noch kann so die Bewegung weitgehend intuitiv durchgeführt werden, ohne dass hierzu vorhandene Restriktionen als zusätzliche Beschränkungen programmiert werden müssten.
Vorzugsweise erfolgt die Programmierung des Roboters durch eine Markierung von
Referenzpunkten an dem Werkstück durch die Bedienperson, sodass die Steuerung den Bewegungsverlauf zwischen den Referenzpunkten selbsttätig ergänzt bzw. interpoliert. Eine Programmierung eines vollständigen Bearbeitungsablaufs ist daher entbehrlich.
Hierbei hat es sich bereits als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Programmierung des Roboters dadurch erfolgt, dass mittels eines optischen Sensors Gesten der Bedienperson erfasst und mittels einer Steuereinheit identifiziert und einer bestimmten Programmsequenz zugeordnet wird. Hierdurch wird eine nahezu intuitive Bedienung und Programmierung auch für Laien ohne weiteres ermöglicht. Die Kenntnis von Programmcodes ist somit entbehrlich. Die Gesten der Bedienperson können dabei sowohl allgemeiner Art sein oder auch speziellen Bearbeitungsschritten zugeordnet sein.
Besonders bevorzugt wird der Endeffektor während der Programmierung deaktiviert oder durch einen Platzhalter ersetzt, dessen äußere Abmessungen dem später einzusetzenden
Endeffektor zumindest weitgehend entsprechen. Ein solcher Platzhalter, bei dem zur
Vermeidung einer Verletzungsgefahr insbesondere keine Schneiden vorhanden sind, weist zudem ein reduziertes Eigengewicht auf und kann dadurch von der Bedienperson mühelos geführt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Steuerung einer robotergestützten Bearbeitung eines Werkstückes mittels eines Endeffektors innerhalb eines Arbeitsraumes, bei dem die Robotersteuerung des den Endeffektor führenden Roboters mit einer Mensch-Roboter-Kollaboration-Schnittstelle (MRK-Schnittstelle) für eine Interaktionen zwischen Mensch und Roboter ausgestattet ist, wobei die Ausführung des Arbeitsprogrammes durch den Roboter von der
Robotersteuerung nur dann freigegeben wird, wenn sich keine Bedienperson innerhalb des Arbeitsraumes befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmierung des Roboters durch die Interaktion mit der Bedienperson mittels der MRK-Schnittstelle innerhalb des Arbeitsraumes nach Entfernung und/oder nach Deaktivierung des
Endeffektors erfolgt und dass das Arbeitsprogramm ohne eine Interaktion mit einer Bedienperson ausgeführt wird, wenn sich keine Bedienperson innerhalb des Arbeitsraumes befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die MRK Schnittstelle
während der Durchführung des Arbeitsprogrammes deaktiviert wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Programmierung des Roboters durch eine manuelle Führung des Roboters durch die Bedienperson erfolgt.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Programmierung des Roboters durch eine Markierung von Referenzpunkten an dem Werkstück durch die Bedienperson erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung mittels eines optischen Sensors erfasst und eine Bildauswertung in einer Steuereinheit durchgeführt wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Programmierung des Roboters dadurch erfolgt, dass mittels eines optischen Sensors Gesten der Bedienperson erfasst und mittels einer Steuereinheit identifiziert und einer bestimmten Programmsequenz zugeordnet wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor während der Programmierung deaktiviert wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Endeffektor während der Programmierung durch einen Platzhalter ersetzt wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels der Steuerung eine Bewegungsbahn zwischen verschiedenen Positionen an dem zu bearbeitenden Werkstück interpoliert wird.
PCT/EP2017/070653 2016-08-22 2017-08-15 Verfahren zur steuerung einer robotergestützten bearbeitung eines werkstückes mittels einer mensch-roboter-kollaboration-schnittstelle Ceased WO2018036863A1 (de)

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