CN108698226A - 多轴机器人及控制该机器人用于涂漆物体的方法 - Google Patents

多轴机器人及控制该机器人用于涂漆物体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多轴机器人，尤其是涂漆机器人(18),其包括具有工具部件(36,38)和至少一个其它部件(22,24,26,28,30,32,34)的运动链，所述工具部件(36,38)支承第一工具(40)，尤其是支承涂覆装置(40)。有关的机器人控制机构(50)包括运动控制机构(51)，所述运动控制机构设计成采用可参数化的工具中心点(44)接收第一工具(40)的移动路径并以工具中心点(44)跟随移动路径的方式控制运动链的部件(22,24,26,28,30,32,34,36,38)。并且，机器人控制机构(50)沿以固定位置支承第二工具(42,43)的另一部件(28,30)的工具部件(36,38)的运动链保持所有部件(32,34,36,38)，将在第二工具(42,43)的工作点上的工具中心点(44)参数化，并将第二工具(42,43)的移动路径传递至运动控制机构(51)，使得后者在部件(32,34,36,38)被保持在固定位置的条件下采用新参数化的工具中心点(44)控制运动链的其余部件(22,24,26,28,30)，使得工具中心点(44)跟随第二工具(42,43)的移动路径。

Description

多轴机器人及控制该机器人用于涂漆物体的方法
技术领域
本发明涉及一种多轴机器人，尤其是具有以下特征的涂漆机器人：
a)具有运动链，所述运动链具有工具部件和至少一个的其它部件，
b)所述工具部件携带第一工具，尤其是携带涂覆单元，
c)具有机器人控制器，所述机器人控制器为了控制所述第一工具而包括运动控制器，所述运动控制器设置成用可参数化工具中心点来接收第一工具的移动路径并随后以工具中心点跟随移动路径的方式驱动运动链的部件。
此外，本发明还涉及相关的涂漆车间，用于控制多轴机器人的方法，用于编程多轴机器人的方法，以及用于涂漆物体的方法。
背景技术
目前通常的做法是，多轴机器人装有运动控制器，该运动控制器适用于其运动链，也就是说适用于多轴机器人的可移动部件以及运动轴的数量和构造。运动控制器包含多轴机器人的运动链的完整运动模式，所述完整运动模式使得附接在多轴机器人前端的工具的移动路径能够以简单的方式编程。此处，取决于端部工具部件的附接工具，所谓的工具中心点被存储为用于运动控制器中的工具定位的参照点，所述工具中心点随后通过相应的编程而沿着对于工艺步骤必要的运动轨迹来移动。
在本文中，不言而喻，还考虑了工具相对于工具中心点的方向和沿着移动路径的移动速度，这样的结果是工具中心点通常为矢量值。然而，为简单起见，相关的陈述不会在下文中另外作出，因为本领域技术人员知悉这样的规程。
因此，考虑到多轴机器人的完整运动链，机器人制造商的运动控制器接收了多轴机器人不同部件的对移动必要的位置的计算并相应地驱动驱动器。为达到该目的，此处，运动控制器确保以下情况，如为了避免碰撞各个部件仅能在预定的移动范围内被驱动，又如能够尽快地沿移动路径达到新的位置，或如能够以尽量节能的方式进行移动。
因此，操作者能借助于运动控制器而以简单的方式编程多轴机器人，使得机器人能够完成为它提供的任务。
然而，经验表明的是，例如在对诸如车身的物体涂漆的情况下，在某些情形下还需要第二工具，所述第二工具不是紧固在工具部件上而是紧固在布置在运动链后部的其它部件上。这与多轴机器人的前部部件更纤细并且可以相应地施加更小的力的事实有关。
在这种情况下，根据已知的规程，多轴机器人的操作者必须尽可能远地绕过机器人制造商的运动控制器并且必须亲自计算和驱动部件至所需的位置。在项目的成本和工作量规范的背景下，这不能算是令人满意的成功。
发明内容
因此，本发明的目的在于描述一种多轴机器人和用于控制它的方法，所述机器人和其控制方法能够采用第二工具。
根据本发明，这是通过以下事实实现的：
d)至少一个的其它部件携带有第二工具，并且
e)机器人控制器设置成以这样的方式控制第二工具，即
-将沿着从工具部件到携带第二工具的至少一个的其它部件的运动链的所有部件固定于固定位置，
-将工具中心点参数化为第二工具的工作点，并且
-将第二工具的移动路径传递至运动控制器，使得所述运动控制器在部件的固定位置得以保持的次要条件下采用新参数化的工具中心点，以使工具中心点跟随第二工具的移动路径的方式来驱动运动链的部件。
发明人已经认识到，如果通过固定在端部工具部件和其它部件之间的一个或多个部件来锁定在端部工具部件和其它部件之间的运动链的自由度时，运动控制器也能够用于控制由与工具部件不同的部件携带的第二工具。典型的运动控制器例如为了防止碰撞，允许这类的单个部件或多个部件的固定。
因此，工具部件和第二工具的工作点之间的几何结构通过部件的固定而被精确地定义，结果是，通过将存储在运动控制器中的工具中心点参数化至第二工具的工作点，能够基本上为运动控制器生成一种虚拟工具，所述虚拟工具包括所有从工具部件开始直到第二工具的所有部件。术语“所有部件”也能仅包括单个部件，该部件即为工具部件。
作为结果，运动控制器继续在固有的涉及端部工具部件的运动模式的帮助下控制工具中心点。然而此处，关于固定部件的次要条件遵守下述结果，即，最终仅仅是后部件或直到并且包括携带第二工具的部件的多个后部件被移动。
本发明文中的第一和第二工具可以是，例如，诸如旋转雾化器、喷枪或打印头等涂覆单元、抓握器、门开启器或罩开启器，诸如扫描仪或光学或机械表面测量单元的测量单元，焊接头或诸如散热器或空气喷嘴的用于中间干燥的工具。
在改变到第二工具的情况下，固定的部件能够以简单的方式移动至先前定义的固定位置。作为结果，第二工具相对于工具部件的工作点的位置是已知的并能够对应地参数化。然而，固定位置优选地对应于在紧接更换第二工具之前一个或多个待固定的部件采用的位置。在这种情况下，机器人控制器必须设置成在变化的过程中对工作点相对于工具部件的位置分别进行计算，以正确地对运动控制器进行参数化。通过这种方式，能够避免部件的非必要移动。
在将工具中心点参数化成第二工具的工作点的过程中，运动链的固定部分的外侧轮廓优选地也被参数化。作为结果，运动控制器的碰撞监测也能够继续被使用。
如果运动控制器已经允许计算在固定部件的次要条件下进行，部件的惯性矩应该已经被考虑入所述的计算中。然而，工具的惯性矩对改变了的工具中心点的匹配(也就是说，基本上转换成改变了的工具中心点的坐标系)也可能被必须执行。
此外，至少一个的其它部件能够携带多个第二工具。在这种情况下，机器人控制器能够设置成将工具中心点均参数化到待控制的第二工具。通过这样的方式，能够在运动链的后部件上设置和驱动多个不同的工具，例如门开启器和与其分开的罩开启器。
不言而喻的是，根据本发明的驱动原理也可应用于不同部件上的工具。例如，多个第二工具能够布置在不同的其它部件上。为此，机器人控制器能够设置成将沿着从工具部件开始到携带其第二工具的其它部件的运动链的相应部件固定于固定位置，并相应地参数化和驱动运动控制器。
对于用于涂漆物体，尤其是涂漆车身或车辆固定装置的涂漆车间，这种类型的多轴机器人可有利地用作为涂漆机器人。
对于根据本发明的用于控制具有拥有工具部件和至少一个其它部件的运动链的多轴机器人，尤其是控制涂漆机器人的方法，其中所述工具部件可以携带第一工具，特别是携带涂覆单元，所述至少一个其它部件能够携带第二工具，所述方法具有以下步骤：
a)设置机器人控制器，所述机器人控制器为了控制所述第一工具而包括运动控制器，所述控制器设置成用可参数化的工具中心点来接收第一工具的移动路径并随后以工具中心点跟随移动路径的方式驱动运动链的部件；
b)将沿着从工具部件到携带第二工具的至少一个的其它部件的运动链的所有部件固定于固定位置；
c)将运动控制器的工具中心点参数化为第二工具的工作点；
d)将第二工具的移动路径传递至运动控制器，使得所述运动控制器在部件的固定位置得以保持的次要条件下采用新参数化的工具中心点，以使工具中心点跟随第二工具的移动路径的方式来驱动运动链的部件。
优选地，可以预先执行以下步骤：
a)借助于工具中心点对第一工具的移动路径进行编程；
b)在部件的固定位置得以保持的次要条件下，借助于工具中心点对第二工具的移动路径进行编程；
优选地，根据本发明的方法能够借助于运动控制器来用于控制具有拥有x-n个部件的运动链的多轴机器人，所述运动控制器设计成用于拥有x个部件的多轴机器人。在这种情况下，拥有x-n个部件的多轴机器人的后工具部件对应于用于控制目的的第二工具。此处，端部n个部件被完全固定，这样的结果是运动控制在整个过程中都将它们保持成固定的次要状态。
上述教导能够尤其有利地应用于具有可移动构件的物体涂漆的方法，所述物体尤其是具有门、发动机罩、行李箱盖和/或燃料加注盖的车身。为此，所述方法包括以下步骤：
a)提供一种具有运动链的涂漆机器人，所述运动链具有工具部件和至少一个的其它部件，所述工具部件携带作为第一工具的涂覆单元，而至少一个的其它部件携带第二工具；
b)采用根据本发明的方法来控制所述涂漆机器人，以便用第二工具移动可移动构件；
c)在可移动构件的移动之前和/或之后，借助于所述涂覆单元对所述物体进行涂漆。
此外用于实施具有拥有工具部件和至少一个其它部件的运动链的多轴机器人，尤其是涂漆机器人的方法，其中所述工具部件能够携带第一工具，特别是携带涂覆单元，所述至少一个其它部件能够携带第二工具，所述方法可以包括以下步骤：
a)将所述第一工具的移动路径，特别是涂覆单元的移动路径编程到运动控制器中，所述控制器设置成用可参数化工具中心点来接收第一工具的移动路径并随后以工具中心点跟随移动路径的方式驱动运动链的部件；
b)将沿着从工具部件到携带第二工具的至少一个的其它部件的运动链的所有部件固定于固定位置；
c)将运动控制器的工具中心点参数化为第二工具的工作点；
d)将第二工具的移动路径编程至运动控制器中，使得所述运动控制器在部件的固定位置得以保持的次要条件下采用新参数化的工具中心点，以使工具中心点跟随第二工具的移动路径的方式来驱动运动链的部件。
附图说明
在下文中，将使用附图来更详细地描述本发明的示例性实施例，其中：
图1示出了具有两个作为涂漆机器人的多轴机器人的涂漆车间的立体图；
图2示出了涂漆车间的横截面的示意性局部视图，该局部视图示出了涂覆单元的移动路径的编程；
图3示出了涂漆车间的横截面的示意性局部视图，该局部视图示出了另一驱动元件的移动路径的编程；以及
图4示出了流程图，其示出了用于减少运动学的方法步骤。
具体实施方式
图1示出了示例性涂漆车间10的细节的立体图，所述涂漆车间10在此设置成对车身12或其固定装置进行涂漆，所述固定装置具有例如发动机盖13作为可移动构件。
为此，车身12能够借助于传输装置14而移动通过涂漆室16，多轴机器人作为涂漆机器人18设置在该涂漆室16中。
在该示出示例性实施例中，这种涂漆机器人18首先具有基座20和躯干元件22。在所述躯干元件22的上端布置有三轴接头24，所述三轴接头建立与第一臂部26的铰链连接。在第一臂部26的另一端布置有单轴接头28，所述单轴接头本身在第一臂部26和第二臂部30之间建立铰接连接。本身携带有第三臂部34的三轴接头32则布置在第二臂部30上。所述第三臂部34具有携带有手部38的单轴接头36，在所述手部上安装有第一工具(在本实施例中，是具有钟型盘的旋转雾化器40)。
此外，涂漆机器人18在第二臂部30上具有作为第二工具的驱动元件(此处，示例性地为发动机罩开启器42)。此处，进一步地，在同一第二臂部30上设置有作为能够作为替代物的第二工具的燃料加注盖开启器43。
涂漆机器人18的从基座20到手部30的不同接头和部分一同构成了涂漆机器人18的运动链。
如图2所示，为了固定旋转雾化器40围绕车身12的移动，对旋转雾化器40分配作为参考点的所谓的工具中心点44。所述工具中心点44可以是旋转雾化器40发射最佳喷射模式的点。然后，在涂漆车间10的实施阶段期间，根据需要将所述工具中心点44引导到待涂漆的车身12的表面上。此处，工具中心点44也可以在实际车身表面的前方或后面被引导，以便例如产生更大或更小的涂漆斑。
为了控制机器人18，将所述机器人18连接至包括运动控制器51的机器人控制器50，运动控制器通常由相应的多轴机器人的制造商将之包括入机器人控制器。为了编程的目的，将机器人控制器连接至操作计算机52。
工具零点54存储在运动控制器51中，相对于工具零点54，工具中心点44是依赖于工具而固定。在图2中，不言而喻地，以双箭头a的形式示出了矢量。如果例如由于在涂漆作业的过程中或在不同的涂漆作业之间改变了自动化的工具，例如在改变至另一车体12的情况下，涂漆机器人18以另一工具运行，工具中心点44能够被重新参数化。
通过操作计算机52，工具中心点44或旋转雾化器40的包括其沿车身12的朝向的移动路径随后以简单的方式而被编程，例如以样条曲线的多个单独支撑点的形式。
为了例如在涂漆过程中开启和关闭车身12的发动机罩，采用发动机罩开启器42。基于发动机罩开启器42布置在第二臂部30上的事实，以及涂漆机器人18的后接头和部件和相关的驱动器的尺寸本质上大于前元件的事实，涂漆机器人18因此能够通过发动机罩开启器42施加足够的力。
为了在运动控制器51的帮助下对发动机罩开启器42的移动也实现简单的可编程性，最后两个接头32和36固定在它们的瞬时位置或预先固定的位置(如图3中虚线所示)。相对于工具零点54，工具中心点44以依赖于固定位置的方式被参数化为发动机罩开启器42的工作点(参照双箭头b)。
在附接在涂漆机器人18的前部的旋转雾化器40的情况下，进一步地，对应构件的惯性矩被参数化，经由接头32和36的固定通过所述对应构件能够减短涂漆机器人18的运动链。随后，能够借助于路径规划操作经由常规的运动控制器51根据发动机罩开启器42所需的移动路径而对所述发动机罩开启器42进行控制。为此，操作计算机52经由机器人控制器50进入已知运动控制器51，接头32和36保持固定而作为运动模式中的次要条件。
燃料加注盖开启器43能够以与发动机罩开启42的控制操作一样的方式而运行。此处，工具中心点44则以相应不同的方式限定在运动控制器51中。如果燃料加注盖43布置在运动链的另一部件上，相应地，更多或更少的接头需要被固定。
在本示例性实施例中，采用具有四个接头的涂漆机器人18来描述本发明，在所述机器人18中，为了路径规划操作，机器运动学被最后两个接头减少。然而，对本领域技术人员不言而喻的是，该原理基本上可以根据需要扩展到依据自由度以及通过更多或更少部件的减少而采用更多或更少部件。
通过这样的方式，即使在将来有相对于运动链的不同部件来说更加纤细的多轴机器人的情况下，也可以通过已知的被依赖的运动规划操作来执行单个工具的编程。

Claims (10)

1.一种多轴机器人，尤其是涂漆机器人(18)：
a)具有运动链，所述运动链具有工具部件(36,38)和至少一个的其它部件(22,24,26,28,30,32,34)，
b)所述工具部件(36,38)携带第一工具(40)，尤其是携带涂覆单元(40)，
c)具有机器人控制器(50)，所述机器人控制器为了控制所述第一工具而包括运动控制器(51)，所述运动控制器设置成用可参数化的工具中心点(44)来接收所述第一工具(40)的移动路径并随后以所述工具中心点(44)跟随所述移动路径的方式驱动运动链的部件(22,24,26,28,30,32,34,36,38)，
其特征在于，
d)至少一个的其它部件(28,30)携带第二工具(42,43)，并且
e)所述机器人控制器(50)设置成以这样的方式控制所述第二工具(42,43)，即
-将沿着从所述工具部件(36,38)到携带有所述第二工具(42,43)的至少一个的其它部件(28,30)的运动链的所有部件(32,34,36,38)固定于固定位置，
-将所述工具中心点(44)参数化为所述第二工具(42,43)的工作点，并且
-将所述第二工具(42,43)的移动路径传递至所述运动控制器
(51)，使得在部件(32,34,36,38)的固定位置得以保持的次要条件下所述运动控制器(51)采用新参数化的工具中心点(44)，以使所述工具中心点(44)跟随所述第二工具(42,43)的移动路径的方式来驱动运动链的其余部件(22,24,26,28,30)。
2.根据权利要求1所述的多轴机器人，其特征在于，所述固定位置对应于在紧接更换所述第二工具(42,43)之前一个或多个待固定的部件(32,34,36,38)采取的位置。
3.根据前述任一项权利要求所述的多轴机器人，其特征在于，在将所述工具中心点(44)参数化成所述第二工具(42,43)的工作点的过程中，也将所述运动链的固定部分的外侧轮廓参数化。
4.根据前述任一项权利要求所述的多轴机器人，其特征在于，至少一个的其它部件(28,30)携带多个第二工具(42,43)，并且所述机器人控制器(50)设置成将工具中心点(44)均参数化到待控制的第二工具(42,43)。
5.根据前述任一项权利要求所述的多轴机器人，其特征在于，多个第二工具(42,43)设置在不同的其它部件(22,24,26,28,30,32,34)上，并且为了控制对应的第二工具(42,43)，将所述机器人控制器设置成将沿运动链对应的部件(22,24,26,28,30,32,34)固定于固定位置，所述运动链从所述工具部件(36,38)开始到携带所述对应的第二工具(42,43)的对应的其它部件(28,30)，并且所述机器人控制器相应地将所述运动控制器(51)参数化并驱动。
6.用于涂漆物体(12)，尤其是涂漆车身或车辆固定装置的涂漆车间(10)，具有如前述任一项权利要求所述的多轴机器人(18)。
7.用于控制具有拥有工具部件(36,38)和至少一个其它部件(22,24,26,28,30,32,34)的运动链的多轴机器人(18)，尤其是控制涂漆机器人(18)的方法，其中所述工具部件(36,38)可以携带第一工具，特别是携带涂覆单元(40)，所述至少一个其它部件(28,30)能够携带第二工具(42,43)，所述方法包括以下步骤：
a)设置机器人控制器(50)，所述机器人控制器为了控制所述第一工具(40)而包括运动控制器(51)，所述控制器设置成用可参数化的工具中心点(44)来接收所述第一工具(40)的移动路径并随后以所述工具中心点(44)跟随移动路径的方式驱动运动链的部件(22,24,26,28,30,32,34,36,38)；
b)将沿着从所述工具部件(36,38)到携带所述第二工具(42,43)的至少一个的其它部件(28,30)的运动链的所有部件(32,34,36,38)固定于固定位置；
c)将所述运动控制器(51)的所述工具中心点(44)参数化为所述第二工具(42,43)的工作点；
d)将所述第二工具(42,43)的移动路径传递至所述运动控制器
(51)，使得所述运动控制器(51)在部件(32,34,36,38)的固定位置得以保持的次要条件下采用新参数化的工具中心点(44)，以使工具中心点(44)跟随所述第二工具(42，43)的移动路径的方式来驱动运动链的其余部件(22,24,26,28,30)。
8.用于控制权利要求4所述的多轴机器人(18)的方法，其特征在于，预先执行以下步骤：
a)借助于所述工具中心点(44)对所述第一工具(40)的移动路径进行编程；
b)在部件(32,34,36,38)的固定位置得以保持的次要条件下，借助于所述工具中心点(44)对所述第二工具(42,43)的移动路径进行编程。
9.用于具有可移动构件的涂漆物体(12)的方法，所述物体尤其是具有门、发动机罩(13)、行李箱盖和/或燃料加注盖的车身，所述方法具有以下步骤：
a)提供一种具有运动链的涂漆机器人(18)，所述运动链具有工具部件(36,38)和至少一个的其它部件(22,24,26,28,30,32,34)，所述工具部件(36,38)携带作为第一工具的涂覆单元(40)，而至少一个的其它部件(28,30)携带第二工具(42,43)；
b)采用根据权利要求7或8的方法来控制所述涂漆机器人(18)，以便用所述第二工具(42,43)移动可移动构件(13)；
c)在所述可移动构件(13)的移动之前和/或之后，借助于所述涂覆单元(40)对所述物体(12)进行涂漆。
10.用于实施具有拥有工具部件(36,38)和至少一个其它部件(22,24,26,28,30,32,34)的运动链的多轴机器人(18)，尤其是涂漆机器人(18)的方法，其中所述工具部件(36,38)能够携带第一工具，特别是携带涂覆单元(40)，所述至少一个其它部件(28,30)能够携带第二工具(42,43)，所述方法可以包括以下步骤：
a)将第一工具的移动路径，特别是涂覆单元(40)的移动路径编程到运动控制器(51)中，所述控制器设置成用可参数化工具中心点(44)来接收第一工具(40)的移动路径并随后以工具中心点(44)跟随移动路径的方式驱动运动链的部件(22,24,26,28,30,32,34,36,38)；
b)将沿着从所述工具部件(36,38)到携带所述第二工具(42,43)的至少一个的其它部件(28,30)的运动链的所有部件(32,34,36,38)固定于固定位置；
c)将所述运动控制器(51)的所述工具中心点(44)参数化为所述第二工具(42,43)的工作点；
d)将所述第二工具(42,43)的移动路径编程至所述运动控制器(51)中，使得所述运动控制器(51)在部件(32,34,36,38)的固定位置得以保持的次要条件下采用新参数化的工具中心点(44)，以使所述工具中心点(44)跟随所述第二工具(42,43)的移动路径的方式来驱动运动链的其余部件(22,24,26,28,30)。
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