DE4421699A1 - Verfahren zur sensorgestützten Anpassung oder Generierung von Posen zur Steuerung von Handhabungsgeräten zur Verbesserung der absoluten Posegenauigkeit dieser Handhabungsgeräte in Verbindung mit Off-line-Programmiersystemen und zur Übertragung von Roboterprogrammen auf verschiedene Exemplare der Handhabungsgeräte mit gleicher Aufgabe unter Reduzierung der Auswirkungen exemplarspezifischer Positionierunterschiede sowie Unterschiede im Aufbau der den einzelnen Handhabungsgeräten zugehörigen Arbeitszellen - Google Patents

Verfahren zur sensorgestützten Anpassung oder Generierung von Posen zur Steuerung von Handhabungsgeräten zur Verbesserung der absoluten Posegenauigkeit dieser Handhabungsgeräte in Verbindung mit Off-line-Programmiersystemen und zur Übertragung von Roboterprogrammen auf verschiedene Exemplare der Handhabungsgeräte mit gleicher Aufgabe unter Reduzierung der Auswirkungen exemplarspezifischer Positionierunterschiede sowie Unterschiede im Aufbau der den einzelnen Handhabungsgeräten zugehörigen Arbeitszellen

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Description

Die Programmierung von Handhabungsgeräten wie z. B. Industrierobotern mit Off-line- Programmiersystemen unterliegt folgender Problematik:
  • - Die off-line programmierten Posen werden nur mit der für ein Exemplar typischen absoluten Posengenauigkeit angefahren. Damit treten Abweichungen zwischen der erreichten Pose und der programmierten Pose in einer Größenordnung auf, die einem Vielfachen der Abweichungen entspricht, die bei der Teach-in-Programmierung auftreten.
  • - Die Arbeitszelle, in der der Roboter programmiert wird, ist in ihren Abmessungen nur ungenau bekannt. Selbst aufwendige Vermessungen, beispielsweise mit Theodoliten, setzen die oft nicht erfüllbare Konstanz der Koordinaten innerhalb der Arbeitszelle über längere Zeit voraus. Die Folge dessen ist, daß zur Zeit der Programmierung des Handhabungsgerätes die geforderten absoluten Posen nicht exakt bekannt sind.
Die Folge ist, daß
  • - die Arbeitszellen regelmäßig nachgemessen und
  • - Roboterprogramme durch sog. Nach-Teachen korrigiert werden müssen.
Die Übertragung von Roboterprogrammen von einem Exemplar auf ein anderes mit gleicher Aufgabe unterliegt folgender Problematik:
  • - Einzelne Roboterexemplare haben ein individuelles Fehlerverhalten.
  • - Die einzelnen Arbeitszellen sind bezüglich der relativen Posen der Werkstücke (Peripheriegeräte) und Roboter zueinander nicht hinreichend gleich.
Die Folge ist, daß
  • - bei der Übertragung eines Roboterprogramms, das auf einer Anlage geteacht wurde, auf einen anderen Roboter in einer anderen Anlage Poseabweichungen auftreten, die ebenfalls ein Nach-Teachen erforderlich machen und daß
  • - beim Austausch eines Roboters ebenfalls alle Programme auf dieser Anlage nachgeteacht werden müssen.
Stand der Technik zur Umgehung des Nach-Teachens bei Anwendung von Off-line- Programmierverfahren, Austausch von Robotern oder Übertragung von Roboterprogrammen auf verschiedene Exemplare ist die Vermessung und Kalibrierung jedes Roboterexemplars sowie die Vermessung jeder Arbeitszelle.
Auch werden sensorische Ansätze verwendet, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Sensoren während des Betriebes von jedem Roboterexemplar mitgeführt werden müssen.
Die in Patentanspruch 1-4 angegebene Erfindung ist dagegen dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensorsystem benutzt wird, um Roboterprogramme gezielt zu verändern. Dadurch muß das Sensorsystem nur einmalig nach der Off-line-Programmierung bzw. in der Programmtransferphase an jedem Exemplar angebracht werden. In Patentanspruch 1 wird beschrieben, daß die zu erwartenden Sensorsignale bei off-line erstellten Programmen aus den im Off-line-Programmiersystemen abgelegten Daten berechnet werden.
In Patentanspruch 3 wird festgelegt, daß diese Referenzmuster auch dadurch erhalten werden können, daß mit einem geteachten Programm auf einer Masteranlage das Sensorsystem an vorgegebene Posen gebracht wird und dort die Sensoren typische Muster aufnehmen.
In Patentanspruch 2 wird festgelegt, daß die aus Off-line-Daten berechneten Muster, in Patentanspruch 4, daß an der Masteranlage gemessene Muster mit den am Zielroboter gemessenen Mustern verglichen werden mit dem Ziel, aus der Differenz der Signale Korrekturwerte für Posensätze auf dem Zielroboter zu generieren. Es ist dann möglich, diese exemplarspezifischen Korrekturwerte in den Robotersteuerungen abzulegen oder mit ihnen die Roboterprogramme exemplarspezifisch zu verändern.
Als Sensorsysteme kommen alle Systeme in Frage, die in der Lage sind, geometrische Abmessungen zu erfassen. Vorteilhaft kann ein System mit zwei Kameras oder einer Kamera mit einem Linienprojektor eingesetzt werden. Möglich sind jedoch auch berührende und nicht berührende Abstandssensoren. Ebenso sind Kombinationen aus verschiedenen Sensortypen sinnvoll.
Beispielhaft soll die Verwendung eines Sensorsystems, bestehend aus zwei CCD-Kameras, beschrieben werden.
Die Verwendung zweier Kameras erlaubt nach einer Kamerakalibrierung die Berechnung der 3D-Koordinaten einzelner Objektpunkte oder Geometrieelemente. Wenn durch eine weitere Kalibrierung die Lage des Sensorsystems in der Roboterhand bekannt ist, können an Hand der in einem Off-line-Programiniersystem abgelegten Daten in jeder Pose des Roboters die Abbildungen markanter Objektpunkte oder Geometrieelemente (Kreise, Kanten . . . ) in die Bildebenen jeder Kamera berechnet werden, wodurch Erwartungswerte für bestimmte Bildmuster vorliegen. Bei der Übertragung von Roboterprogrammen von einem Roboterexemplar (Master) auf ein anderes Exemplar werden diese Erwartungswerte auf der Masteranlage durch Anfahren der programmierten Posen, Aufnahme der Szene mit dem Sensorsystem und evtl. Extraktion markanter Merkmale und Primitive gewonnen. Bei Vorhandensein zu erwartender Bildelemente ist eine auf kleine Gebiete der Bilder begrenzte und damit schnelle Suche nach den erwarteten Objekten möglich. Durch eine räumliche Triangulation können die dreidimensionalen Koordinaten der in beiden Bildern identischen Objektpunkte berechnet werden. Die Differenzen dieser Koordinaten können durch einen Vergleich mit den erwarteten Werten dazu benutzt werden, Posekorrekturen so zu berechnen, daß die Differenz der gemessenen Koordinaten zu den erwarteten Koordinaten verringert wird. Diese Posekorrekturen können direkt verwendet werden, um die vorhandenen Roboterprogramme zu verändern. Es ist auch möglich, lediglich diese Änderungen exemplarspezifisch in der Robotersteuerung zu hinterlegen und im Betrieb als Offsetwerte zu berücksichtigen. Dies hat den Vorteil, daß die Roboterprogramme textuell unverändert bleiben.

Claims (4)

1. Verfahren zur sensorgestützten Anpassung oder Generierung von Posen zur Steuerung von Handhabungsgeräten zur Verbesserung der absoluten Posegenauigkeit dieser Handhabungsgeräte in Verbindung mit Off-line-Programmiersystemen und zur Übertragung von Roboterprogrammen auf verschiedene Exemplare der Handhabungsgeräte mit gleicher Aufgabe unter Reduzierung der Auswirkungen exemplarspezifischer Positionierunterschiede sowie Unterschiede im Aufbau der den einzelnen Handhabungsgeräten zugehörigen Arbeitszellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Handhabungsgerät mit Hilfe eines Off-line-Programmiersystems programmiert wird und unter Einbezug der im Off-line-Programmiersystem abgelegten Daten in den anzufahrenden Posen Signal-Muster berechnet werden, die ein am Handhabungsgerät befestigter Sensor empfängt, wenn die programmierte Relativpose zwischen Roboterendeffektor und Werkstück entsprechend der im Off­ line-Programmiersystem abgelegten Daten fehlerfrei erreicht wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorsignale im realen Betrieb mit den zuvor berechneten Mustern verglichen werden, um als Ergebnis dieses Vergleichs die Pose des Roboters zu korrigieren.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Roboterprogramm, das durch Teach-in-Programmierung (Masterprogramm) an einem Exemplar (Master) erstellt wurde, dadurch auf ein anderes Exemplar (Slave) übertragen wird, daß am Master während des Ablaufs des Masterprogramms ein Sensorsystem angebracht und in jeder Pose das dort typische Sensorsignal aufgezeichnet wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu übertragende Programm im Slave abläuft und die dort gemessenen Sensorsignale derart mit den am Master aufgezeichneten Signalen verglichen werden, daß durch den Vergleich Änderungen der Posen im Slaveexemplar erzeugt werden mit dem Ziel, die Relativposen zwischen Roboterendeffektor und Werkstück mit Hilfe der Sensordaten an beiden Exemplaren möglichst anzugleichen.
DE19944421699 1994-06-21 1994-06-21 Verfahren zur sensorgestützten Anpassung oder Generierung von Posen zur Steuerung von Handhabungsgeräten zur Verbesserung der absoluten Posegenauigkeit dieser Handhabungsgeräte in Verbindung mit Off-line-Programmiersystemen und zur Übertragung von Roboterprogrammen auf verschiedene Exemplare der Handhabungsgeräte mit gleicher Aufgabe unter Reduzierung der Auswirkungen exemplarspezifischer Positionierunterschiede sowie Unterschiede im Aufbau der den einzelnen Handhabungsgeräten zugehörigen Arbeitszellen Withdrawn DE4421699A1 (de)

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