DE102005040714A1

DE102005040714A1 - Verfahren und System zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter

Info

Publication number: DE102005040714A1
Application number: DE102005040714A
Authority: DE
Inventors: Sönke Dr.-Ing. Kock; Fan Dr.-Ing. Habil. Dai
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 2005-08-27
Filing date: 2005-08-27
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-08-28
Also published as: DE102005040714B4; WO2007025658A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter unter Verwendung einer Funktionseinheit mit den Verfahrensschritten (S1) Erfassen mindestens eines Bildes des realen Arbeitsbereiches des Roboters durch mindestens eine Bilderfassungseinrichtung, (S2) Anzeigen des Bildes auf der Funktionseinheit, (S3) Festlegen einer Startstellung des Roboters, (S4) Auswählen einer Soll-Endstellung mit Hilfe der Funktionseinheit, (S5) direktes Umwandeln der ausgewählten Soll-Endstellung in eine Soll-Endstellung für den realen Arbeitsbereich und (S6) Festlegen des Bewegungsablaufes für den Roboter in Abhängigkeit von der Startstellung und der Soll-Endstellung für den realen Arbeitsbereich. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein System zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter.
Industrieroboter sind Handhabungsgeräte, die maschinell gesteuert werden und deren Arbeitsablauf programmierbar ist. Die Programmierung eines Industrieroboters erweist sich im Vergleich zu der Programmierung einer NC-Maschine als schwieriger, da wesentlich mehr Daten zur Verfügung gestellt werden müssen. So ist es beispielsweise nötig, den Arbeitsbereich des Roboters sowie die Position des Werkstückes in diesem Arbeitsbereich datenmäßig zu erfassen und in die Programmierung einzuarbeiten. Zur Erfassung dieser Daten und deren Einbindung in das Anwenderprogramm wurden unterschiedliche Verfahren entwickelt, die nachstehend kurz erläutert werden.
Bei dem so genannten Play-Back-Verfahren wird die Programmierung des Bewegungsablaufes durch manuelles Führen des Roboters entlang der gewünschten Bahn durchgeführt. Dabei werden die Stellungen des Roboters in einem definierten Zeit- oder Wegraster in das Anwenderprogramm übernommen. Anschließend kann der Roboter den manuell vorgegebenen Bewegungsablauf unter Ausführung des Anwenderprogramms maschinell angetrieben nachvollziehen. Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass sich die Bedienungsperson in dem durch das Werkstück eingeschränkten Arbeitsbereich des Roboters bewegen muss, wodurch die Programmierung schwierig, zeitintensiv und ungenau wird.
Eine Verbesserung gegenüber dem vorstehend genannten Verfahren wird durch die Teach-In-Programmierung erzielt. Bei dieser wird die Bewegungsinformation durch Anfahren der gewünschten Raumpunkte mit Hilfe eines Programmierhandgerätes oder Bedienfelds und der Übernahme dieser Punkte durch Betätigen einer Funktionstaste erstellt. Darüber hinaus können über das Programmierhandgerät weitere Bewegungsanweisungen, wie beispielsweise Geschwindigkeits- und Beschleunigungsvorgaben oder die Steuerungsart (Punkt-zu-Punkt- oder Bahnsteuerung), eingegeben werden.
Die vorstehend genannten Verfahren sind so genannte direkte Verfahren, das heißt, die Programmierung erfolgt unter Verwendung des Robotersystems, so dass der Roboter während der Programmierung und der nachfolgenden Testphase nicht zur Verfügung steht. Hiervon sind die so genannten indirekten Verfahren zu unterscheiden. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass die Programmierung auf steuerungsunabhängigen Rechnern getrennt von dem Robotersystem erfolgt. Diese erfordern ein Rechnermodell des Roboters und des Arbeitsbereiches. Die Programmierung und das Testen der Programmierung sind somit in die Fertigungsplanung verlagert, so dass die Roboter ungehindert arbeiten können.
Bei den indirekten Programmierverfahren können im Wesentlichen die textuellen Programmierverfahren, bei denen die erforderlichen Geometrie- und Bewegungsdaten über eine Tastatur eingegeben werden, und die CAD-unterstützten Programmierverfahren unterschieden werden. Letztere basieren auf der Nutzung geometrischer Modelle der am Fertigungsprozess beteiligten Komponenten. Die Modellierung erfolgt hierbei unter Verwendung von CAD-Systemen, wobei auf einem Bildschirm Funktionen zur Verfügung gestellt werden, die eine Festlegung von anzufahrenden Positionen sowie Verfahrwegen ermöglichen. Es ist anschließend möglich den Be wegungsablauf des Roboters grafisch zu simulieren. CAD-unterstützte Programmierverfahren zeichnen sich insbesondere durch ihre Anschaulichkeit aus.
Zur Erfassung der Daten des Arbeitsbereiches und des darin angeordneten Werkstückes werden heutzutage vermehrt Bilderfassungsgeräte, wie beispielsweise Kameras, eingesetzt, deren Bilder als Grundlage zur Erzeugung eines virtuellen Arbeitsbereiches verwendet werden. An Hand des virtuellen Arbeitsbereiches kann dann die Programmierung vorgenommen werden. Die bekannten Systeme und Verfahren zur Erfassung des Arbeitsbereiches mit Hilfe von Bilderfassungsgeräten sind jedoch aufwendig und kostspielig.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter anzugeben, das möglichst einfach, schnell und kostengünstig durchführbar ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darüber hinaus darin, ein System zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter zu schaffen, das einen einfachen und kostengünstigen Aufbau hat und dessen Handhabung vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 20 angegebene Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Verfahren zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter unter Verwendung einer Funktionseinheit weist die folgenden Verfahrensschritte auf.

(a) Zunächst wird mindestens ein Bild des realen Arbeitsbereiches des Roboters mit Hilfe einer Bilderfassungseinrichtung erfasst. Hierbei kann beispielsweise eine Digitalkamera zum Einsatz kommen.
(b) Anschließend wird das mindestens eine Bild auf der Funktionseinheit angezeigt. Es ist also nicht erforderlich, das Bild des realen Arbeitsbereiches zu analysieren, um einen virtuellen Arbeitsbereich zu erzeugen.
(c) Es wird ferner eine Startstellung des Roboters festgelegt.
(d) Im Anschluss daran wird eine Soll-Endstellung mit Hilfe der Funktionseinheit ausgewählt. Unter der Startstellung bzw. der Soll-Endstellung sind dabei alle geometrischen Angaben des Roboters zu verstehen, die für die Erstellung von Roboterbewegungsabläufen notwendig sind. So kann es beispielsweise in einem einfachen Fall, in dem der Roboter lediglich eine Aufgabe im zweidimensionalen Bereich auszuführen hat, ausreichen, als Startstellung den Endpunkt des Roboterarmes sowie die Richtung des am Roboterarm befestigten Werkzeugs zu bestimmten, also letztlich zwei Punkte am Roboter bzw. an dem Werkzeug zu bestimmen. In anderen Fällen, insbesondere bei dreidimensionalen Bewegungsabläufen, sind unter der Startstellung gegebenenfalls alle Informationen bezüglich des Roboterwerkzeugs, der Werkzeugstellung, der Roboterachsschenkel, deren Orientierung und der Positionen und Orientierung der Roboterachsen zu verstehen.
(e) Schließlich wird die ausgewählte Soll-Endstellung direkt in eine Soll-Endstellung für den realen Arbeitsbereich umgewandelt. Dies bedeutet, dass die ausgewählte Soll-Endstellung nicht zunächst in eine Soll-Endstellung in einem virtuellen Arbeitsbereich umgewandelt wird, bevor die Soll-Endstellung in dem virtuellen Arbeitsbereich erneut umgewandelt wird. Vielmehr kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren – wie bereits oben erwähnt – auf die Erzeugung und Verwendung eines virtuellen Arbeitsbereiches verzichtet werden. Dies führt dazu, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders schnell und kostengünstig durchführbar ist, da hierfür keine aufwendiges Analyseverfahren mit Merkmalsermittlung zur Analyse der Bilder notwendig ist. Vielmehr wird eine Analyse allein durch die visuelle Wahrnehmung des Bildes durch die Bedienungsperson vorgenommen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird (f) ein Bewegungsablauf für den Roboter in Abhängigkeit von der Startstellung und der Soll-Endstellung für den realen Arbeitsbereich festgelegt. Für das Festlegen der Bewegungsabläufe ist es beispielsweise notwendig, alle Angaben über den Roboterarm, also insbesondere die räumliche Position der Roboterachsen und der Roboter achsschenkel sowie des Roboterwerkzeuges genau festzulegen. Es ist nämlich ohne weiteres denkbar, dass eine Bewegungsbahn eines Werkzeuges von der Startstellung in die Soll-Endstellung durch unterschiedliche Roboterbewegungsabläufe erreicht werden kann. Für die Erstellung von Roboterbewegungsabläufen bedeutet dies, dass eine Selektion nach objektiven Kriterien aus den möglichen Roboterbewegungsabläufen getroffen wird, beispielsweise auf Grund eines zeitlichen Kriteriums oder eines Kriteriums, nach dem eine möglichst geringe Belastung der Roboterachsen gegeben sein soll.

Es ist aber auch innerhalb des Erfindungsgedankens, wenn die Festlegung des Bewegungsgutachtens erst erfolgt, wenn alle Soll-Endstellungen eingegeben sind. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird kein virtueller Arbeitsbereich aus dem Bild des realen Arbeitsbereiches erzeugt.

Um die Genauigkeit des durch das Verfahren erstellten Bewegungsablaufes für den Roboter zu erhöhen, wird in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor dem Anzeigen des Bildes auf der Funktionseinheit der Linsenfehler und die Brennweite der Bilderfassungseinrichtung ermittelt und die Genauigkeit des Bildes mit Hilfe mathematischer Methoden unter Zugrundelegung des ermittelten Linsenfehlers sowie der Brennweite erhöht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bilderfassungseinrichtung an dem Roboter, vorzugsweise dem Handgelenk des Roboters, angeordnet, wobei die relative Position der Bilderfassungseinrichtung zu dem Werkzeugaufnahmepunkt des Roboters ermittelt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens zwei Bilder des realen Arbeitsbereiches aus unterschiedlichen Perspektiven erfasst. Dies kann beispielsweise mit Hilfe zweier Bilderfassungseinrichtungen erfolgen, wobei dies z.B. eine Stereokamera oder zwei herkömmliche Kameras sein können. Auf Basis der beiden Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven kann eine einfache Triangulation durchgeführt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Bilder nebeneinander auf der Funktionseinheit angezeigt. Es wird demzufolge kein dreidimensionales Abbild aus den beiden Bildern erzeugt, so dass das Verfahren ohne eine kostenintensive und aufwendige Bildverarbeitung durchgeführt werden kann. Die Bedienungsperson kann die Soll-Endstellung durch optische Prüfung der beiden Bilder und nachfolgendem manuellen Triangulieren festlegen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei Bilderfassungseinrichtungen zum Erfassen der mindestens zwei Bilder verwendet. Diese sind günstiger als beispielsweise ein Stereokamerasystem und einfacher zu handhaben als eine einzelne Kamera, die verfahren werden müsste, um zwei Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven zu erfassen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Orientierung der Bilderfassungseinrichtungen sowie der Abstand zwischen den Bilderfassungseinrichtungen ermittelt. Auf diese Weise kann die Lage eines Punktes im Arbeitsbereich durch Triangulation ermittelt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die ausgewählte Soll-Endstellung in dem Bild auf der Funktionseinheit angezeigt. Auf diese Weise ist eine bessere Überprüfbarkeit der ausgewählten Soll-Endstellungen möglich. Das Anzeigen kann beispielsweise mittels kleiner Kreuze oder Punkte in dem Bild erfolgen.

Der vorgenannte Vorteil ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens noch verstärkt, bei der Verbindungslinien zwischen den ausgewählten und angezeigten Soll-Endstellungen in dem Bild auf der Funktionseinheit angezeigt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Bilder abrufbar gespeichert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verfahrensschritte (c) bis (e) bis zu einem vorgebbaren Abbruchkriterium wiederholt, wobei als Startstellung für den folgenden Zyklus die Soll-Endstellung des vorangehenden Zyklus verwendet wird. Dieses Abbruchkriterium kann beispielsweise die vollständige Erfüllung einer vorgegebenen Bewegungsbahnabfolge sein. Auf diese Weise wird auch die Erstellung von komplexen Bahnfolgen mit einer Vielzahl von Einzelbewegungen auf besonders einfache Weise möglich.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verfahrensschritte (c) bis (f) oder (c) bis (e) so lange wiederholt, bis eine Soll-Endstellung außerhalb des Sichtfeldes einer der Bilderfassungseinrichtungen liegt, wobei dann die Bilderfassungseinrichtungen neu positioniert und der Verfahrensschritt (a) erneut durchgeführt wird. Im Anschluss daran kann mit dem neu erfassten Bild fortgefahren werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Festlegen der Startstellung durch Abfragen einer Steuerungsvorrichtung des Roboters, wobei die abgefragte Startstellung in eine Startstellung für den realen Arbeitsbereich umgewandelt wird. Auch hier wird diese Startstellung nicht in eine Startstellung innerhalb eines realen Arbeitsbereiches umgewandelt, der für die Erfindung nicht notwendig ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Orientierung eines Werkzeuges für jede Soll-Endstellung mit Hilfe der Funktionseinheit ausgewählt. Dies kann beispielsweise auf dieselbe Weise erfolgen, wie das Festlegen der Soll-Endstellung, indem ein zweiter Punkt in dem Bild ausgewählt wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Auswählen der Soll-Endstellung auf dem angezeigten Bild auf der Funktionseinheit vorgenommen. Hier kann vorteilhafterweise z.B. ein grafikunterstütztes Eingabegerät, eine so genannte Graphical Teach Pendant Unit (GTPU), als Funktionseinheit verwendet werden. Mit diesem Eingabegerät sind sowohl die Bilder des realen Arbeitsraumes als auch die durch Berührung ausgewählten Soll-Endstellungen anzeigbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die festgelegten Bewegungsabläufe als Steuerungsbefehle in eine Steuerungsvorrichtung des Roboters übermittelt.

Um Fehler bei dem Auswählen der Soll-Endstellungen zu vermeiden, wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor dem Umwandeln der ausgewählten Soll-Endstellung die Auswahl bestätigt.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße System beschrieben, wobei bezüglich der Vorteile auf die obige Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen sei, die entsprechend gelten.

Das erfindungsgemäße System zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter weist eine Festlegungseinrichtung zur Festlegung der Startstellung des Roboters, mindestens eine Bilderfassungseinrichtung zur Erfassung mindestens eines Bildes des realen Arbeitsbereiches, eine Funktionseinheit, auf der das durch die Bilderfassungseinrichtung erfasste Bild angezeigt werden kann, wobei eine Soll-Endstellung des Roboters in dem angezeigten Bild ausgewählt werden kann, eine Umwandlungseinrichtung zur direkten Umwandlung der ausgewählten Soll-Endstellung in eine Soll-Endstellung für den realen Arbeitsbereich und eine Programmiereinrichtung zum Festlegen des Bewegungsablaufes zwischen der Startstellung und der Soll-Endstellung auf. Das erfindungsgemäße System benötigt keine aufwendige und teure Analyseeinheit zur Erzeugung eines virtuellen Arbeitsbereiches. So können die Soll-Endstellungen direkt in Soll-Endstellungen für den realen Arbeitsbereich umgewandelt werden, ohne vorher in Soll-Endstellungen für einen virtuellen Arbeitsbereich umgewandelt werden zu müssen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist die Bilderfassungseinrichtung an dem Roboter, vorzugsweise an dem Handgelenk des Roboters, angeordnet, wobei die relative Position der Bilderfassungseinrichtung zu dem Werkzeugaufnahmepunkt des Roboters ermittelt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind mindestens zwei Bilderfassungseinrichtungen zur Erfassung von zwei Bildern aus unterschiedlichen Perspektiven vorgesehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems können die Bilder nebeneinander auf der Funktionseinheit angezeigt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kann die Orientierung der Bilderfassungseinrichtungen sowie der Abstand zwischen den Bilderfassungseinrichtungen ermittelt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind die Bilderfassungseinrichtungen an einem Basisteil befestigt, das lösbar an dem Roboter befestigt ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist das Basisteil einen Energiespeicher zur Versorgung der Bilderfassungseinrichtungen auf. Bei den Energiespeichern kann es sich beispielsweise um Batterien handeln. Die Ausführungsform gewährleistet somit eine kabellose Energiezufuhr.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist das Basisteil ferner eine Übertragungseinrichtung zur kabellosen Übertragung der erfassten Bilder auf. Die Übertragungseinrichtung könnte beispielsweise auf der so genannten Bluetooth-Technik basieren.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kann die ausgewählte Soll-Endstellung in dem Bild auf der Funktionseinheit angezeigt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems können Verbindungslinien zwischen den ausgewählten und angezeigten Soll-Endstellungen in dem Bild auf der Funktionseinheit angezeigt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist eine Speichereinrichtung zur abrufbaren Speicherung der Bilder vorgesehen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems kann die Startstellung durch die Festlegungseinrichtung von einer Steuerungsvorrichtung des Roboters abgefragt und in eine Startstellung für den realen Arbeitsbereich umgewandelt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems können die festgelegten Bewegungsabläufe als Steuerungsbefehle in eine Steuerungsvorrichtung des Roboters übermittelt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist ein Bestätigungselement zur Bestätigung der ausgewählten Soll-Endstellung vor dem Umwandeln vorgesehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Bestätigungstaste handeln.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems,
2 eine perspektivische Darstellung der Anordnung der Bilderfassungseinrichtungen an dem Roboter von 1,
3 eine vergrößerte Darstellung der beiden Bilder des realen Arbeitsbereiches von 1 und
4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nachstehend wird bezugnehmend auf die 1 und 2 zunächst der Aufbau des Systems zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter erläutert.
Das System 2 umfasst zunächst zwei Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 zur Erfassung zweier Bilder 8, 10 des realen Arbeitsbereiches eines Roboters 12. Bei den Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 handelt es sich vorzugsweise um einfache Digitalkameras. Die beiden Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 sind über einen Abstand A voneinander beabstandet angeordnet und weisen unterschiedliche Orientierungen auf, wie dies an Hand der Erfassungsrichtungsachsen B und C der Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 in 2 angedeutet ist. Auf diese Weise werden die beiden Bilder 8, 10 aus unterschiedlichen Perspektiven erfasst. Sowohl der Abstand A als auch die Orientierung der Erfassungsrichtungsachsen B, C kann ermittelt werden.
Die Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 sind an einem lang gestreckten Basisteil 14 angeordnet, das lösbar an dem Handgelenk 16 des Roboters 12 befestigt ist. Somit ist die relative Position der Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 zu dem Werkzeugaufnahmepunkt (tool center point) des Roboters 12 ermittelbar. Das Basisteil 14 nimmt ferner einen Energiespeicher 18 auf, der im vorliegenden Beispiel von einer oder mehreren Batterien gebildet ist, die die beiden Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 mit Strom versorgen. Die beiden Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 sind ferner mit einer auf dem Basisteil 14 angeordneten Übertragungseinrichtung 20 zur kabellosen Übertragung der erfassten Bilder 8, 10 verbunden, wobei in der vorliegenden Ausführungsform die so genannte Bluetooth-Technik verwendet wird. Die Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 sind mit einer Robotersteuerung 22 verbunden, wie dies an Hand der Leitung 24 angedeutet ist, so dass die Parameter der Bilderfassungseinrichtun gen 4, 6, insbesondere der Linsenfehler und die Brennweite, in der Robotersteuerung 22 registriert werden können.
Die Robotersteuerung 22 ist mit einer externen Anordnung 26 verbindbar, wie dies an Hand der Leitung 28 angedeutet ist. Die externe Anordnung 26 weist eine Funktionseinheit 30 auf, die als so genannte Graphical Teach Pendant Unit (GTPU) ausgebildet ist. Die Funktionseinheit 30 weist einen Bildschirm 32 auf, auf dem die beiden Bilder 8, 10 nebeneinander angezeigt werden können, wie dies insbesondere noch einmal in 3 vergrößert dargestellt ist. An der Funktionseinheit 30 ist ferner ein Bestätigungselement 34 in Form einer Taste vorgesehen.
Die Anordnung 26 umfasst weiterhin eine Umwandlungseinrichtung 36, eine Programmiereinrichtung 38, eine Speichereinrichtung 40 und eine Festlegungseinrichtung 42, die mit der Funktionseinheit 30 zusammenwirken, wie dies an Hand der Doppelpfeile 44 bis 50 angedeutet ist, und deren Funktion später unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird. Die Anordnung 26 weist außerdem eine Empfangseinrichtung 52 auf, die die von der Übertragungseinrichtung 20 übertragenen Bilder 8, 10 empfangen kann, wie dies an Hand des gestrichelten Pfeils 54 angedeutet ist.
Nachfolgend wird das dem oben beschriebenen System zu Grunde liegende erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 erfassen die Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 jeweils ein Bild, so dass zwei Bilder 8, 10 des realen Arbeitsbereiches, der in 2 mit dem Bezugszeichen 56 versehen ist, vorhanden sind, die aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommen wurden. Im vorliegenden Beispiel ist eine Fuge 58 zwischen zwei Werkstücken in dem Arbeitsbereich 56 angeordnet, die verschweißt werden soll und einen kurvenförmigen Verlauf aufweist. Die Genauigkeit der Bilder 8, 10 wird an Hand der in der Robotersteuerung 22 registrierten Brennweiten und Linsenfehler mit Hilfe einer mathematischen Methode erhöht, um die den Bildern 8, 10 zu Grunde liegenden Daten anschließend über die Übertragungseinrichtung 20 an die Empfangseinrichtung 52 der Anordnung 26 zu senden.
Innerhalb der Anordnung 26 werden die Bilder 8, 10 in einem anschließenden Verfahrensschritt S2 einerseits in der Speichereinrichtung 40 abrufbar gespeichert und andererseits auf dem Bildschirm 32 der Funktionseinheit 30 angezeigt. Wie bereits unter Bezugnahme auf das System erläutert, werden die beiden Bilder 8, 10 nebeneinander auf dem Bildschirm 32 der Funktionseinheit 26 angezeigt. Die Bilder 8, 10 werden also keinerlei Analyseeinheit zugeführt, um zuvor mit Hilfe einer Merkmalserkennung o.ä. einen virtuellen Arbeitsbereich zu erzeugen.
Im Verfahrensschritt S3 wird mit Hilfe der Festlegungseinrichtung 42 eine Startstellung des Roboters 12 festgelegt, indem die derzeitige Stellung oder eine vorgegebene Ausgangsstellung des Roboters 12 über die Festlegungseinrichtung 42 und die Leitung 28 von der Robotersteuerung 22 abgefragt wird. Die abgefragte Startstellung wird direkt in eine Startstellung für den realen Arbeitsbereich umgewandelt, d.h. es unterbleibt eine Umwandlung der abgefragten Stellung des Roboters in eine Stellung innerhalb eines virtuellen Arbeitsbereiches.
In einem darauf folgenden Verfahrensschritt S4 wählt die Bedienungsperson eine Soll-Endstellung mit Hilfe der Funktionseinheit 30 bzw. der GTPU aus. Dies erfolgt, indem die Bedienungsperson mit einem dafür vorgesehenen Stift 60 des GTPU einen entsprechenden Punkt auf dem auf der Funktionseinheit 30 angezeigten Bild 8 und 10 berührt, wie dies in 3 angedeutet ist. Im vorliegenden Beispiel berührt die Bedienungsperson jeweils einen Punkt im Bereich der dargestellten Fuge 58 auf beiden Bildern 8 und 10. Ferner kann die Bedienungsperson ebenfalls die Orientierung des Werkzeuges in der gewählten Soll-Endstellung mit Hilfe der Funktionseinheit 30 festlegen (nicht dargestellt). Die in dem Bild 8, 10 gewählte Soll-Endstellung wird mit Hilfe eines Kreuzes o.ä. auf dem Bildschirm 32 der Funktionseinheit 30 angezeigt, so dass die Bedienungsperson eine visuelle Rückmeldung hat. Ist die Bedienungsperson mit der Wahl einverstanden, so muss sie dies durch Drücken des Bestätigungs elementes 34 bestätigen, bevor mit dem nächsten Verfahrensschritt S5 fortgefahren wird.
Im Schritt S5 wird die ausgewählte Soll-Endstellung durch die Umwandlungseinrichtung 36 direkt in eine Soll-Endstellung für den realen Arbeitsbereich umgewandelt, wobei die Speicherung der somit umgewandelten Soll-Endstellung in der Umwandlungseinrichtung 36 erfolgen kann. Erfindungsgemäß wird die ausgewählte Soll-Endstellung somit nicht in eine Soll-Endstellung in einem virtuellen Arbeitsbereich umgewandelt, was das Verfahren wesentlich vereinfacht.
Im Verfahrensschritt S6 legt die Bedienungsperson unter Verwendung der Programmiereinrichtung 38 den Bewegungsablauf für den Roboter 12 zwischen der Startstellung und der Soll-Endstellung für den realen Arbeitsbereich fest. In den Bildern 8, 10 auf dem Bildschirm 32 der Funktionseinheit 30 werden die entsprechenden Verbindungslinien zwischen der Startstellung und der Soll-Endstellung angezeigt.
Anschließend wird im Verfahrensschritt S7 eine Abfrage durchgeführt, nämlich ob ein vorgegebenes Abbruchkriterium erfüllt ist. Dieses Abbruchkriterium ist erfüllt, wenn die Bedienungsperson durch entsprechende Eingabe bestätigt, dass die Programmierung beendet ist. Bestätigt die Bedienungsperson hingegen, dass mit der Auswahl weiterer Soll-Endstellungen fortgefahren werden soll, so wird das Verfahren mit dem Verfahrensschritt S3 wieder aufgenommen, wobei als Startstellung für den folgenden Zyklus die Soll-Endstellung des vorangehenden Zyklus verwendet wird. Bestätigt die Bedienungsperson das Ende der Programmierung, so wird mit Schritt S8 fortgefahren.
In 4 ist ferner ein weiteres Merkmal des Verfahrens an Hand des gestrichelten Pfeils angedeutet. So kann in Schritt S7 ferner abgefragt werden, ob die gewünschte nächste Soll-Endstellung außerhalb des Sichtfeldes einer der Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 und somit außerhalb eines der Bilder 8, 10 liegt. Bestätigt die Bedienungsperson dies, so wird der Roboter 12, an dem die Bilderfassungseinrichtungen 4, 6 befestigt sind, zunächst neu positioniert, bevor das Verfahren wieder bei Schritt S1 aufgenommen wird. Auf diese Weise können auch besonders große Arbeitsbereich, wenn auch nur etappenweise, erfasst werden.
Im Verfahrensschritt S8 werden die festgelegten Bewegungsabläufe als Steuerungsbefehle über die Leitung 28 an die Robotersteuerung 22 übermittelt, die daraufhin den Roboter 12 in der festgelegten Weise betreiben kann. Das Basisteil 14 kann wieder von dem Handgelenk 16 des Roboters 12 entfernt werden, so dass es den Prozess nicht behindert.

2: System zur Erstellung des Bewegungsablaufes
4, 6: Bilderfassungseinrichtungen
8, 10: Bilder des realen Arbeitsbereiches
12: Roboter
14: Basisteil
16: Handgelenk des Roboters
18: Energiespeicher
20: Übertragungseinrichtung
22: Robotersteuerung
24: Leitung
26: Anordnung
28: Leitung
30: Funktionseinheit
32: Bildschirm
34: Bestätigungselement
36: Umwandlungseinrichtung
38: Programmiereinrichtung
40: Speichereinrichtung
42: Festlegungseinrichtung
44–50: Doppelpfeile
52: Empfangseinrichtung
54: gestrichelter Pfeil
56: Arbeitsbereich
58: Fuge
60: Stift
A: Abstand
B, C: Erfassungsrichtungsachsen
S1–S7: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter unter Verwendung einer Funktionseinheit mit den Verfahrensschritten a) Erfassen mindestens eines Bildes des realen Arbeitsbereiches des Roboters durch mindestens eine Bilderfassungseinrichtung, b) Anzeigen des mindestens einen Bildes auf der Funktionseinheit, c) Festlegen einer Startstellung des Roboters, d) Auswählen einer Soll-Endstellung mit Hilfe der Funktionseinheit, der mindestens ein Bild und e) Direktes Umwandeln der ausgewählten Soll-Endstellung in eine Soll-Endstellung für den realen Arbeitsbereich.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung einen virtuellen Arbeitsbereichs aus dem Bild des realen Arbeitsbereiches vermieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anzeigen des Bildes auf der Funktionseinheit der Linsenfehler und die Brennweite der Bilderfassungseinrichtung ermittelt und die Genauigkeit des Bildes mit Hilfe mathematischer Methoden unter Zugrundelegung des ermittelten Linsenfehlers sowie der Brennweite erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung an dem Roboter, vorzugsweise dem Handgelenk des Roboters, angeordnet wird, wobei die relative Position der Bilderfassungseinrichtung zu dem Werkzeugaufnahmepunkt des Roboters ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bilder des realen Arbeitsbereiches aus unterschiedlichen Perspektiven erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder nebeneinander auf der Funktionseinheit angezeigt oder auf deren Basis ein dreidimensionales Bild ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bilderfassungseinrichtungen zum Erfassen der mindestens zwei Bilder verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Bilderfassungseinrichtungen sowie der Abstand zwischen den Bilderfassungseinrichtungen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählte Soll-Endstellung in dem Bild auf der Funktionseinheit angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungslinien zwischen den ausgewählten und angezeigten Soll-Endstellungen in dem Bild auf der Funktionseinheit angezeigt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder abrufbar gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte c) bis f) oder c) bis e) bis zu einem vorgebbaren Abbruchkriterium wiederholt werden, wobei als Startstellung für den folgenden Zyklus die Soll-Endstellung des vorangehenden Zyklus verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte c) bis f) oder c) bis e) so lange wiederholt werden, bis eine Soll-Endstellung außerhalb des Sichtfeldes einer der Bilderfassungseinrichtungen liegt, wobei dann die Bilderfassungseinrichtungen neu positioniert und der Verfahrensschritt a) erneut durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungsablauf für den Roboter in Ablegigkeit von der Startstellung und der oder den Soll-Endstellungen für den realen Arbeitsbereich festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlegen der Startstellung durch Abfragen einer Steuerungsvorrichtung des Roboters erfolgt, wobei die abgefragte Startstellung in eine Startstellung für den realen Arbeitsbereich umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung eines Werkzeuges für jede Soll-Endstellung mit Hilfe der Funktionseinheit ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswählen der Soll-Endstellung auf dem angezeigten Bild auf der Funktionseinheit vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegten Bewegungsabläufe als Steuerungsbefehle in eine Steuerungsvorrichtung des Roboters übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umwandeln der ausgewählten Soll-Endstellung die Auswahl bestätigt wird.
System zur Erstellung eines Bewegungsablaufes für einen Roboter aufweisend eine Festlegungseinrichtung (42) zur Festlegung der Startstellung des Roboters (12), mindestens eine Bilderfassungseinrichtung (4, 6) zur Erfassung mindestens eines Bildes (8, 10) des realen Arbeitsbereiches, eine Funktionseinheit (30), auf der das durch die Bilderfassungseinrichtung (4, 6) erfasste Bild (8, 10) anzeigbar ist, wobei eine Soll-Endstellung des Roboters (12) in dem angezeigten Bild (4, 6) auswählbar ist, eine Umwandlungseinrichtung (36) zur direkten Umwandlung der ausgewählten Soll-Endstellung in eine Soll-Endstellung für den realen Arbeitsbereich und eine Programmiereinrichtung (38) zum Festlegen des Bewegungsablaufes zwischen der Startstellung und der Soll-Endstellung.
System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung (4, 6) an dem Roboter (12), vorzugsweise an dem Handgelenk (16) des Roboters (12), angeordnet ist, wobei die relative Position der Bilderfassungseinrichtung (4, 6) zu dem Werkzeugaufnahmepunkt des Roboters (12) ermittelbar ist.
System nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bilderfassungseinrichtungen (4, 6) zur Erfassung von zwei Bildern (8, 10) aus unterschiedlichen Perspektiven vorgesehen sind.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder (8, 10) nebeneinander auf der Funktionseinheit (30) anzeigbar sind.
System nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Bilderfassungseinrichtungen (4, 6) sowie der Abstand (A) zwischen den Bilderfassungseinrichtungen (4, 6) ermittelbar ist.
System nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtungen (4, 6) an einem Basisteil (14) befestigt sind, das lösbar an dem Roboter (12) befestigt ist.
System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (14) einen Energiespeicher (18) zur Versorgung der Bilderfassungseinrichtungen (4, 6) aufweist.
System nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (14) ferner eine Übertragungseinrichtung (20) zur kabellosen Übertragung der erfassten Bilder (8, 10) aufweist.
System nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählte Soll-Endstellung in dem Bild (8, 10) auf der Funktionseinheit (30) anzeigbar ist.
System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungslinien zwischen den ausgewählten und angezeigten Soll-Endstellungen in dem Bild (8, 10) auf der Funktionseinheit (30) anzeigbar sind.
System nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichereinrichtung (40) zur abrufbaren Speicherung der Bilder (8, 10) vorgesehen ist.
System nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Startstellung durch die Festlegungseinrichtung (42) von einer Steuerungsvorrichtung (22) des Roboters (12) abfragbar und in eine Startstellung für den realen Arbeitsbereich umwandelbar ist.
System nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegten Bewegungsabläufe als Steuerungsbefehle in eine Steuerungsvorrichtung (22) des Roboters (12) übermittelbar sind.
System nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bestätigungselement (34) zur Bestätigung der ausgewählten Soll-Endstellung vor dem Umwandeln vorgesehen ist