DE102013014467A1

DE102013014467A1 - "Verfahren zum Einmessen und/oder Kalibrieren eines Roboters"

Info

Publication number: DE102013014467A1
Application number: DE102013014467.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Förster; Benno Zimmermann
Original assignee: Duerr Ecoclean GmbH
Current assignee: Ecoclean GmbH
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-05
Also published as: WO2015028149A1; EP3038798A1; CN105658384B; US10099376B2; US20160176054A1; CN105658384A

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

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einmessen und/oder Kalibrieren eines Roboters mit einer vorgegebenen Routine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein in einer Roboterzelle positionierter Industrieroboter muss 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.
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 ausführt.
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 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 Anspruchs 1 gelöst.
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.
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 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 Untermenu 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 Untermenu 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.
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:
1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Einmessen und/oder Kalibrieren eines Roboters in einem ersten Verfahrensschritt,
2 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Einmessen und/oder Kalibrieren eines Roboters in einem zweiten Verfahrensschritt,
3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß 1 mit einer Steuerungszentrale.
Die in 1 schematisch gezeigte Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Roboterzelle 2, die z. B. eine Waschzelle sein kann. In der Roboterzelle 2 ist der Roboter 3 angeordnet, der einen Roboterfuß 7 und einen Roboterarm 4 umfasst. Die Lage des Roboterfußes im Arbeitsraum ist durch Koordinaten im Koordinatensystem R_x, R_y, R_z 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 Roboterfuß 7 ist mit einer Steuereinheit 8 verbunden, in welcher die Steuerungssoftware für die Bewegungen des Roboters 3 ablauft; die Steuereinheit 8 gibt entsprechende Steuerbefehle an den Roboter 3, um den Roboterarm 4 zu bewegen.
In 1 ist in der Roboterzelle 2 ferner ein Positionssensor 10 vorgesehen, welcher als Gabelsensor 11 ausgeführt ist. Der Gabelsensor 11 ist – bevorzugt über eine Recheneinheit 12 (3) – mit der Steuereinheit 8 verbunden. In 1 ist der Positionssensor 10 im Arbeitsraum des Roboters, z. B. in der Waschzelle, fest angeordnet. Der Positionssensor 10 hat im Arbeitsraum die Koordinaten G_x, G_y, G_z. Über den Positionssensor 10 ist insbesondere eine Position oder Lage eines Messdorns 6 im Raum oder relativ zum Positionssensor 10 zu erfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Positionssensor 10 ein optischer Positionssensor sein, der die Lage des Messdorns 6 im Raum mit Hilfe eines optischen Bilderfassungssystems oder eines optischen Messsystems erfasst.
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 kann an einem Bildschirm 16 am Simulationsort verfolgt werden. Die räumliche Trennung des Einsatzortes vom Simulationsort 30 oder einer Steuerungszentrale 40 ist in 3 mit der strichpunktierten Linie 50 dargestellt.
Wie insbesondere 1 zeigt, ist die Roboterzelle 2 an einem Einsatzort 20 errichtet, während die Datenverarbeitungsanlage mit der Routine 15 an einem Simulationsort 30 vorgesehen ist. Die räumliche Entfernung ist durch die unterbrochene 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 nun vorgesehen, dass am Simulationsort 30 eine Routine 15, insbesondere eine Routine zum Einmessen und/oder Kalibrieren des Roboters 3 am Einsatzort 30 erstellt wird. Dabei wird in der Datenverarbeitungsanlage 14 am Simulationsort 20 der Roboter 3 am Einsatzort 30 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 D₁, D₂, D₃. Zweckmäßig wird die Roboterzelle 2 des Einsatzortes 30 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 eine virtuelle Roboterzelle durchgespielt. Dadurch können offensichtliche Fehler der programmierten Routine 15, Bugs oder dgl. am Simulationsort 30 festgestellt und 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 die Datenleitung 22 und den Router 113 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 (3), die an einem beliebigen geografischen Ort stehen kann, der auch mit dem Simulationsort 30 identisch sein kann, wird die Routine 15 am Einsatzort 20 in der Steuereinheit 8 des Roboters 3 geladen und fernbedient gestartet. Das Starten der Routine 15 am Einsatzort 20 kann auch manuell oder automatisch nach erfolgreichem Download ausgeführt werden.
Innerhalb der Routine 15 zum Einmessen und/oder Kalibrieren des Roboters 3 wird zweckmäßig eine Subroutine 115 aufgerufen, die die Einmessbewegungen der Roboterwerkzeugspitze 5 mit dem Messdorn 6 innerhalb des Gabelsensors 11 ausführt und überwacht. Der Gabelsensor 11 des Positionssensors 10 erfasst die Positionskoordinaten x, y und z des Messdorns 6 innerhalb des Gabelsensors 11 und gibt die Koordinaten, ggf. über die Recheneinheit 12 (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 R_x, R_y, R_z des Roboterfußes 7 im Arbeitsraum bzw. der Roboterzelle 2 und den bekannten Koordinaten G_x, G_y, G_z des Positionssensors 10 im Arbeitsraum erfolgt eine Umrechnung auf ein gewünschtes Bezugskoordinatensystem am Einsatzort, 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 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 D₁, D₂, D₃ durch die Roboterwerkzeugspitze 5 das Einmessen bzw. Kalibrieren abgeschlossen. An den Referenzpunkten D₁, 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 D₁, D₂, D₃ in der Roboterzelle z. B. Waschdüsen oder Waschlanzen ortsfest angeordnet.
Das Anfahren der Referenzpunkte D₁, 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 zumindest einer der Referenzpunkte D₁, 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 Messdorns 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 2 innerhalb der Routine 15, insbesondere innerhalb einer weiteren Subroutine 115 (2), mit dem an der Roboterwerkzeugspitze 5 fest montierten Positionssensor 10 zumindest ein an vorgegebenen Koordinaten D_x, D_y, D_z liegender Referenzpunkt D₁, D₂, oder D₃ angefahren und die vom Positionssensor 10 erfassten Positionskoordinaten x₁, y₁, z₁ des angefahrenen Referenzpunktes D₁, D₂, oder D₃ und/oder die Verdrehung δ des Referenzpunktes D₁, D₂, oder D₃ im Raum erfasst. Innerhalb der Routine 15 bzw. der weiteren Subroutine 115 werden die Positionskoordinaten x₁, y₁, z₁ und/oder die Verdrehung δ ausgewertet und in ein gewünschtes Bezugskoordinatensystem am Einsatzort 20, z. B. in das Koordinatensystem R_x, R_y, R_z des Roboterfußes 7 am Einsatzort 20, überführt. Nach der Vermessung eines Referenzpunktes D₁, D₂, oder D₃ ist die tatsächliche Lage zwischen dem Roboterfuß 7 und dem Referenzpunkt D₁, D₂, oder D₃ im Arbeitsraum des Roboters 3 bekannt, so dass – unter Verwendung der bekannten Koordinaten R_x, R_y, R_z des Roboterfußes 7 im Arbeitsraum und der bekannten Koordinaten des Referenzpunktes D_x, D_y, D_z im Arbeitsraum – eine Umrechnung auf ein gewünschtes Bezugskoordinatensystem erfolgen kann.
Das System ist so ausgelegt, 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 montieren. Das Fachpersonal erfordernde Einmessen und/oder Kalibrieren des Roboters 3 am Einsatzort 20 wird 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 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 Position des Positionssensors 10 und der Referenzpunkte D₁, D₂, oder D₃ 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1120204 A2 [0003]

Claims

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.
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 Einmessens die Routine (15) an die Steuereinheit (8) des Roboters (3) am Einsatzort (20) übermittelt wird.
Verfahren Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Routine (15) am Simulationsort (30) ohne Datenverbindung zum Roboter (3) offline erstellt wird.
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.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungszentrale (40) mit dem Einsatzort (20) über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Verbindung kommuniziert.
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.
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.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverbindung als VPN-Tunnel betrieben wird.
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 (G_x, G_y, G_z) 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 (R_x, R_y, R_z) des Roboterfußes (7) am Einsatzort (30) überführt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Positionskoordinaten (x, y, z) der Roboterwerkzeugspitze (5) im Positionssensor (11) innerhalb einer Subroutine (115) der erstellten Routine (15) abgearbeitet wird.
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 (D_x, D_y, D_z) liegender Referenzpunkt (D₁, D₂, D₃) angefahren und die vom Positionssensor (11) erfassten Positionskoordinaten (x₁, y₁, z₁) des Referenzpunktes (D₁, D₂, D₃) und/oder die Verdrehung (δ) des Referenzpunktes (D₁, D₂, D₃) erfasst werden, und dass innerhalb der Routine (15) die Positionskoordinaten (x₁, y₁, z₁) und/oder die Verdrehung (δ) ausgewertet und in das Koordinatensystem (R_x, R_y, R_z) des Roboterfußes (7) am Einsatzort (30) überführt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Positionskoordinaten (x₁, y₁, z₁) der Referenzpunkte (D₁, D₂, D₃) innerhalb einer Subroutine (115) der erstellten Routine (15) abgearbeitet wird.
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 ablauft.
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.