CN103853134A - 使喷漆机器人同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使喷漆机器人同步的方法，通过以下步骤来使加工在运输机上移动的零件的喷漆机器人同步：为每个机器人创建计算机程序指令的主序列，以用于机器人相对于移动的零件沿着相关的主序列路径的无碰撞移动，每个主序列路径包括相关的机器人和运输机在预定的同步点处的位置，并且在连接至相关的机器人的控制器上运行每个主序列以使相关的机器人移动并将相关的机器人和运输机的当前路径与主序列路径进行比较。本方法还包括基于主序列路径与当前路径的比较来操作控制器以调整当前路径、以及在必要时操作控制器以要求运输机运动保持，以促成机器人的移动与运输机的移动之间的同步。

Description

使喷漆机器人同步的方法

技术领域

本发明涉及一种对移动的运输机上的物体进行喷漆（painting，喷涂）的多个机器人的同步，并且特别是涉及用于在存在多个随机的运输机停止和重启事件（event）的情况下在工作间（其中，待喷漆的物体沿着移动的运输机行进）中进行喷漆的多个机器人臂的运动的同步。

背景技术

典型的现有喷漆***利用具有明确指定的运输机位置或者定位说明的等待/复原指令。这可以适合于帮助机器人恢复同步，但并非在所有情况下都可以。确定如何设置和管理指令的负担落在了最终用户的身上，使它成为了一项需要专业知识的相当复杂的操作。现有技术的其他实例包括使用干扰区的***、或者使用机器人之间的主从关系（例如，协调运动）的***，以防止臂移动而彼此靠近。作为另一个实例，使用一种“运输机同步”算法来与运输机的停止和启动事件一致地明确地停止和重启机器人，和/或与运输机速度变化成正比地改变机器人的速度。

现有技术***具有以下缺点：

（a）明确的运输机定位说明或者等待/复原说明不处理机器人停在明确限定的运输机位置之间的情况。为了使***工作，它们也给最终用户带来了很高的专业知识负担。

（b）协调运动及其他主/从类型算法涉及更多的编程复杂度，并且在运输机由外部实体控制的情况下可能是不可行的。

（c）由于不能始终相对于物体合适地保持TCP速度，运输机同步会妨碍喷漆的质量，并且触发点（即，在此相对于物体打开或关闭喷枪）不能容易地限定。

发明内容

根据本发明的喷漆机器人同步方法如下所述地克服了现有技术***的缺点：

（a）机器人臂将基于喷漆行程（stroke）定义自动地彼此同步并且与运输机同步，该喷漆行程定义是最终用户已经理解和编程的事物。

（b）不需要对机器人运动的额外编程或者对运输机运动的额外控制。

（c）机器人臂将相对于物体保持合适的TCP速度。在运输机停止或者减速的事件中，机器人臂将同样可以使喷漆行程继续至预先指定的喷枪关闭位置。

根据本发明的通过多个机器人操纵器（这些机器人操纵器加工沿着运输机移动的物体）使喷漆同步的方法包括步骤：

a.记录同时包括机器人操纵器和运输机位置的主序列，其中记录有最佳无碰撞路径；

b.该主序列由预定的同步点处的机器人操纵器和运输机位置组成；

c.运行时间软件将当前生产路径运动与主序列进行比较；

d.该运行时间软件基于主序列与当前路径之间的比较而影响运动计划（planning），以及

e.该运行时间软件在必要时要求运输机保持（hold）以促成同步。

使在工作间中操作以加工沿着运输机移动的零件的多个喷漆机器人同步的方法包括步骤：

为每个喷漆机器人创建计算机程序指令的主序列，以用于每个喷漆机器人相对于沿着运输机移动的零件沿着相关的主序列路径的无碰撞移动，每个主序列路径包括相关喷漆机器人和运输机在预定的同步点处的位置；

在连接至相关的喷漆机器人的控制器上运行每个主序列，以使相关的喷漆机器人移动并将相关的喷漆机器人和运输机的当前路径与主序列路径进行比较；

基于主序列路径与当前路径之间的比较来操作控制器以调整当前路径；以及

在必要时操作控制器以要求运输机运动保持，以促成喷漆机器人的移动与运输机的移动之间的同步。

根据本发明的一个区域中的机器人臂之间的同步通过如下步骤实现：

（a）机器人程序员将所有装置编程到一个单元（cell）中以如所期望地（例如，无碰撞地，并且在任何位置喷涂图案都不会相互重叠）操作；

（b）通过使用模拟的运输机和模拟的零件探测信号来运行模拟的生产工作（也被称为“幻象工作（ghost job）”）并禁用所有的涂漆器、或者通过在离线模拟程序中运行工作、或者通过运行生产工作来创建主序列；

（c）该主序列包括与计算机程序相似的一系列程序指令，这些程序程序指令限定待由机器人执行的动作，并且该主序列还包括从如在（b）中所述地运行工作中学到的数据；

（d）将来自主序列的数据存储在加工TP程序中；

（e）当加工TP中的运动发生变化时，必须重新生成序列；

（f）使用Gun=ON和/或Gun=OFF指令来限定“行程”，用Gun=ON指令代表同步点；

（g）使Gun=ON/OFF指令可用于打开机器人（车门、引擎罩、行李箱）以及喷漆机器人，具有相同的TCP极端行为（extreme behavior）；

（h）分别对于每个机器人臂，当机器人臂收到Gun=ON指令时，基于主序列数据做出决定，该主序列数据本身基于运输机上的物体相对于机器人世界零点（robot world zero）的偏移；

（i）如果偏移在容差内，机器人可以继续运动执行并且运输机也可以继续移动；

（j）如果偏移落后于主序列，机器人将等待直到偏移到达容差内，并且机器人运动执行将恢复；

（k）如果偏移先于主序列，将产生合适的数字输出以使运输机停止直到偏移到达容差内，然后将清除数字输出以允许运输机运动恢复；以及

（l）不同的容差将可用于上文提到的“落后于”和“先于”两种情况，并且可以在运行中（on the fly）从用户程序中更改这些不同的容差。

（m）根据本发明的方法为顾客和/最终用户提供多种好处：

（n）允许待编程的机器人使用相同的室空间（booth space）或相同的“喷涂区域”来喷漆，而没有因为运输机速度波动而导致的碰撞的危险。例如，可以对两个引擎罩喷漆机器人进行编程，以使它们从汽车两侧一直喷漆到车辆的中心线并且将不会在中间“彼此喷漆”或者碰撞。

（o）复杂的移动流水线单元的生效将大大地简化。机器人程序员将只需要花一些时间考虑最坏的情况，即，与努力使多个运输机停止事件生效相反，在运输机停止之后机器人将运行。

（p）由于机器人将始终在室内的同一位置中加工车辆，而不管运输机停止或者速度波动，生产将是更加可重复的。

（q）通过消除对不同臂之间的“交错（stagger）”机器人运动的需要，有可能减小室尺寸。

附图说明

对于本领域技术人员而言，当根据附图考虑时，从下文中对优选实施方式的详细描述，本发明的上述以及其他优点将变得显而易见，在附图中：

图1示出了具有根据本发明的方法而同步的喷漆机器人和操作/打开机器人的喷漆室的部分示意图；

图2为图1中所示的喷漆室的不完整立体图；

图3为用于图1和2中所示的机器人的控制***的示意性方框图；以及

图4为根据本发明的对于每个机器人的程序解释任务（ProgramInterpreter task）的流程图。

具体实施方式

下文中的详细描述和附图描述并示出了本发明的各种示例性实施方式。该描述和附图用来使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且并非以任何方式限制本发明的范围。关于所公开的方法，所提到的步骤事实上是示例性的，并且因此步骤的顺序可以不是必须的或者关键的。

参考图1和2，示出了喷涂或喷漆室21，描绘了用来对一个物体（例如车辆28）执行操作的喷漆机器人10、12以及操作机器人14、16的布置。在图1中，喷漆机器人10、12每个分别具有带有涂漆器17、19的机器人臂。操作机器人14、16每个分别具有带有操作工具13、15的机器人臂。操作机器人14、16通过抓住、打开、握住以及关闭车门、引擎罩、行李箱盖（deck lid）和/或舱口盖（hatch）（这里是指旋转金属面板24）之一以露出车辆28的内部隔室来协助喷漆机器人10、12，使得喷漆机器人10、12中的一个可以根据自动喷漆工艺给车辆28的内表面喷漆。应该理解的是，如所期望的，本公开的***和方法可以使用具有操作工具13、15并且因此能够既用作喷漆机器人又用作操作机器人14、16的喷漆机器人10、12。此外应该理解的是，在这里关于例如使用操作机器人14、16打开车门来描述的特征可以同样地应用于其他旋转金属面板，诸如引擎罩和舱口盖。

如图2所示，多个喷漆机器人10安装在室21的侧壁25上。示出了三个这样的机器人10，并且每个机器人可以是在自由端处通过涂漆器17终止（terminate）的机器人四轴铰接臂。该臂包括肩轴、肘轴、腕旋转轴和腕倾斜轴。尽管示出了作为涂漆器17的旋转钟状喷射器，但是可以使用任何已知的装置，诸如喷枪。优选地，喷漆装置10、12相对地成对安装，以同时为物体28（图1）的相对表面喷漆，诸如在运输机30上沿着轴线31移动穿过室21的汽车车身等（未示出）。

喷漆室21包括前壁或入口壁20、后壁或出口壁22、底壁或地板23、一对侧壁25以及顶壁或房顶26。为了允许室21的内部可以被看见，切掉了右侧壁25、前壁20以及顶壁26。喷漆机器人10、12在侧壁25上布置在喷漆室21的上部中。框架轨道（frame rail）11沿着左壁25的内表面延伸。框架轨道11可以通过任何合适的方法附设至侧壁25。第二框架轨道11（未示出）定位于右侧壁25的相对内表面上以用来附设喷漆机器人12。或者，框架轨道11可以支撑在从地板23竖直向上延伸的柱或桩上。

在图3中示出了用于如图1所示的机器人的运动控制***40。多个运动控制器32、33、34、35中的每个都连接至机器人10、12、14、16中的相关的一个机器人，以在为车辆28喷漆的过程中控制机器人运动。机器人***控制器36连接至运动控制器32、33、34、35并且包括处理器（CPU）37以用来执行存储在连接至CPU37的存储器38中的程序指令。用户界面或者输入装置39（例如示教器（teach pendant））同样连接至CPU37，以用来允许用户对控制器36输入信息。代替示教器，用户界面装置可以是具有CRT显示器的PC的键盘或者本领域技术人员所知的任何其他输入装置。控制器32、33、34、35、36通过总线41连接以进行双向通信。位于喷漆室21中的机器人10、12、14、16中的另外一个机器人可以通过相似的方式连接至另一个相似的控制器36，该控制器可以具有它自己的输入装置或者与其他机器人***控制器共享输入装置，或者以上两者都有。运输机30同样具有相关的控制单元42，CPU37至少具有对该控制单元的足够的访问权以读取状态信息和要求运输机保持。

运动控制***40操作成为机器人喷漆***提供“路径同步”。“路径同步”在本文中是指机器人臂在它们的生产周期中的相对位置得到保持，而不管运输机速度的改变和/或运输机停止/重启事件。通过学习如何在理想情况下使机器人臂同步而执行生产工作的“主序列”来实现同步。来自该主序列的数据通过应用程序而存储在加工TP程序自身中，使得在回放时应用程序为运动***提供该数据，并且运动控制***40将采取合适的同步动作。每个机器人臂使它自己与运输机位置同步；因此，由于所有臂与同一运输机同步的事实而实现臂之间的同步。

对于同步软件有三种模式：学习模式、回放模式以及禁用模式。在图4的流程图中示出了学习模式和回放模式。在学习模式中，在每个同步点处记录零件偏移数据并且存储在对应的加工TP程序行数据中。“同步点”被定义为包含Gun=ON指令的运动行（motion line）。在回放模式中，从已经被定义为同步点（即，具有附加的Gun=ON指令）的加工TP程序行中读取数据，并且将读取的数据用于保持机器人运动或保持运输机，取决于实际零件偏移。在禁用模式中，全面禁用同步特征。

在图4中示出了对于每个喷漆机器人的程序解释任务50，其执行由用户教授的TP程序。同步特征影响TP程序54中的运动行的运动和应用程序计划。在运动计划58过程中，学习模式55被设置在与TP程序行相关的内部运动数据结构56中。跟踪特征检查相对于跟踪边界的目标位置或者TCP极限（如果激活），并且根据该检查的结果等待或者继续计划。该检查需要计算零件从与运输机相关的检测开关的输出的偏移。

在路径同步学习模式59中，当包含Gun=ON指令的TP程序行被计划、并且对于该行而言边界条件被确定为已满足时，将计算出的零件偏移存储在内部运动数据结构60中，使得其可以随后通过应用程序而重获并存储在加工TP程序行数据中。

当包含Gun=ON指令的TP程序运动行在学习模式63中执行62时，应用程序重获内部存储的偏移数据并将偏移值写入指令行数据64。

在回放模式55过程中，当TP行被计划时，应用程序从TP行53中重获偏移数据。回放模式55以及偏移被设置在与TP程序行相关的内部运动数据结构57中。然后将来自TP行数据的偏移值与实际的当前零件偏移61进行比较以确定是等待还是继续计划。

并且在运动计划过程中，将设定用于线跟踪中的已有的输出边缘函数的变量，使得如果机器人实际上在期望的运输机位置之后，则可以断言数字输出为保持运输机。

在禁用模式中，忽略上文提到的所有功能。

最后，向最终用户提供用户界面（输入装置39）以与运输机行进的以毫米为单位（例如）的边缘相关联，该边缘与在同步时保持机器人运动或者保持运输机相联系。

需要考虑的主要异常（错误）状态是学习模式被激活但是没有获得“无障碍的运行（clean run）”的情况。在这种情形中，在工作结束时发布警告。还需要考虑的情况是最终用户对加工TP程序做出了可能影响运动或者定时的改变。以与“无障碍的运行”失败的情况相同的方式来处理该情况。为了检测该情况，TP程序标题中的“最后加工日期”项被使用并与TP程序中的“最后修改日期”进行比较。存储在“最后加工日期”字段（field）中的数据将代表成功的“无障碍的运行”已发生以上传同步数据的日期/时间。当没有获得“无障碍的运行”时，那么“最后加工日期”字段将不被上传。

在两种模式中，上述对偏移数据的处理仅应用在Gun=ON指令，其在喷漆应用程序中代表同步点，因为它限定了喷漆行程。

当在学习模式中时，在JOB执行中有两种情形应使已记录的数据无效：JOB执行中的运输机停止；以及JOB执行中的故障（E-停止）。一旦这些事件中的一个发生，如果***仍处于学习模式中，任何之后的运动都不应记录数据，并且“最后加工日期”字段不应被上传。然后在JOB结束时，发布警报以表明学习模式中的同步没有成功地完成。

根据专利法的规定，本发明已通过被认为是代表其优选实施方式的事物进行了描述。然而应该注意的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本发明可以除了明确示出和描述的之外的方式来实现。

Claims (11)

1.一种使至少两个喷漆机器人同步的方法，所述喷漆机器人用于加工沿着运输机移动的零件，所述方法包括步骤：

为每个所述喷漆机器人创建计算机程序指令的主序列，以用于每个所述喷漆机器人相对于沿着所述运输机移动的所述零件沿着相关的主序列路径的无碰撞移动，每个所述主序列路径包括相关的喷漆机器人和所述运输机在预定的同步点处的位置；

在连接至相关的喷漆机器人的控制器上运行每个所述主序列以使相关的喷漆机器人移动并将相关的喷漆机器人和所述运输机的当前路径与所述主序列路径进行比较；

基于所述主序列路径与所述当前路径之间的比较来操作所述控制器以调整所述当前路径；以及

在必要时操作所述控制器以要求运输机运动保持，以促成所述喷漆机器人的移动与所述运输机的移动之间的同步。

2.根据权利要求1所述的方法，包括执行所述步骤以无碰撞地操作所述喷漆机器人，并且在任何位置喷涂图案都不会相互重叠。

3.根据权利要求1所述的方法，包括执行以下步骤：通过使用模拟的运输机来运行幻象工作并禁用与所述喷漆机器人相关的所有涂漆器来创建计算机程序指令的主序列。

4.根据权利要求1所述的方法，包括将来自每个所述主序列的数据存储在加工TP程序中以待由相关的控制器运行。

5.根据权利要求4所述的方法，包括响应于一个相关的加工TP程序中的运动指令的改变而重新生成每个所述主序列。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算机程序指令包括识别同步点的预定的同步指令。

7.根据权利要求6所述的方法，包括向至少一个打开机器人提供预定的同步指令，以促成所述打开机器人的移动与所述运输机的移动之间的同步。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，在运行所述主序列的过程中，所述控制器通过检查所述运输机上的所述零件相对于机器人世界零点的偏移而响应于所述预定的同步指令，并且如果所述偏移在预定的容差内则继续相关的喷漆机器人和所述运输机的运动。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，如果所述偏移落后于所述主序列，所述控制器使相关的喷漆机器人等待直到所述偏移到达所述容差内，并且然后恢复相关的喷漆机器人的运动。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，如果所述偏移先于所述主序列，所述控制器使所述运输机停止直到所述偏移到达所述容差内，并且然后恢复所述运输机的运动。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，对于所述偏移落后于所述主序列以及所述偏移先于所述主序列，所述预定的容差具有不同的值。

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