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1. WO2005050335 - VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM PROGRAMMIEREN EINES INDUSTRIEROBOTERS

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Vorrichtung und Verfahren zum Programmieren eines Industrieroboters

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Programmieren eines Industrieroboters. Insbesondere soll mit dem Programm eine 3-dimensionale Bewegungsbahn in bezug auf ein zu bearbeitendes 3-dimensionales Objekt erzeugt und gespeichert werden.

Roboterprogramme können offline und online erstellt werden.

Bei der Offline-Programmierung ist es bekannt, eine sog. Simulationssoftware wie folgt einzusetzen: Die Geometrie und Kinematik des Roboters, der Arbeitsplatz des Roboters und das Objekt, beispielsweise eine Fahrzeugkarosse werden als mathematisches Modell bzw. als CAD-Daten in einem Rechner gespeichert und daraus mittels eines Grafikprogramms eine 2-dimensionale Abbildung auf einem Bildschirm gewonnen. Hierfür ist die Existenz eines realen Objekts oder sogar eines Roboters nicht notwendig. Die CAD-Daten bzw. das mathematische Modell beinhalten alle kinematischen Funktionalitäten, die zum Beispiel ein Prototyp einer realen Karosse und ein Roboter in einer Roboteranlage aufweisen. Mit Hilfe dieser Simulationssoft-wäre lassen sich auch sämtliche Bewegungsbahnen des Roboters auf dem Bildschirm wiedergeben. Sie können gespeichert und anschließend mittels eines realen Roboters an einem realen Objekt praktiziert werden.

Die Bedienung der Simulationssoftware erfordert hohen Schulungsaufwand und permanentes Training, um einen effizienten Einsatz zu erreichen. Ein Beispiel für eine derartige Simulationssoftware ist unter der Bezeichnung „eM-Workplace" der Fa. Tecnomatix GmbH im Handel. Allerdings besteht der Vorteil, dass ein konkretes Objekt nicht hergestellt werden muss.

Bei der Online Programmierung, auch reale Programmierung genannt, ist ein reales Objekt, z.B. eine Fahrzeugkarosse und ein realer Roboter vorhanden. Für die Bahnsteuerung ist ein Schaltschrank vorgesehen. Nur bei baulich vorhandenen Komponenten kann die Programmierung durchgeführt werden. Durch Bedienung eines Programmierhandgerätes kann der Roboter an verschiedenen Punkten im Raum positioniert werden. Diese Punkte erhalten Eigenschaften bezüglich ihres Anfahrens (linear, zirkulär etc.) und eine Definition bezüglich ihrer Orientierung im Raum.

Die gespeicherten Punkte ergeben in ihrer Gesamtheit auch hier ein Roboterprogramm. Dieses stellt jeden Arbeitsvorgang des Roboters dar und kann beliebig oft reproduziert werden. Die Bedienung eines Programmierhandgeräts ist von erfahrenen Roboterprogrammieren schnell beherrschbar und auch für einen unerfahrenen Bediener schnell erlernbar. Diesem Vorteil steht der Nachteil gegenüber, das konkrete Objekt herstellen zu müssen, was Zeit und Geld kostet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen der Programmierprozess schnell und einfach durchführ ist.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln, für die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.

Durch die Erfindung wird die Effizienz der Bedienung eines Programmierhandgerätes mit der Funktionalität der Roboter-Simulationssoftware verbunden. Die Unabhängigkeit von realer Hardware und hoher Funktionalität der Roboter-Simulation wird mit der schnell erlernbaren und effizienten Bedienung von realen Robotern verknüpft.

Durch die dreidimensionale Visualisierung des Roboters und des Objekts wird auch bei komplexen Geometrien ein räumlicher Eindruck erweckt und die Programmie-rung der Robotersteuerung erleichtert. Der Vorteile der Roboter-Simulation, die leichte Handhabbarkeit und Erlernbarkeit, werden damit dem Anwender konventioneller Programmierung zugänglich gemacht.

Kern der Erfindung ist eine Verknüpfung zwischen der realen Programmierung von Robotern und der Programmierung mittels Roboter-Simulationen. Durch diese Kopplung werden die klassischen Funktionalitäten eines realen Programmierhandgerätes übernommen und mit zusätzlichen Funktionalitäten der Simulation ergänzt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, das Programmierhandgerät drahtlos mit dem Robotersteuergerät zu koppeln, in dem das Roboter-Simulationsprogramm enthalten und aktiviert ist. Durch die dreidimensionale Darstellung von (virtuellem) Roboter und (virtuellem) Objekt ist die Programmierung der Bewegungsbahnen und Arbeitsschritte des Roboters unter Einsatz der Kenntnisse zur Programmierung realer Roboter ohne besonderen Schulungsaufwand schnell und sicher möglich.

Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der einzigen Figur sind die wesentlichen Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur virtuellen Programmierung eines Industrieroboters dargestellt. Es sind dies ein Programmierhandgerät 1 , ein Steuergerät 2 und eine Bildfläche 3. Mit dem Programmierhandgerät 1 werden die durch den Industrieroboter (nicht darge-stellt und im Rahmen der Erfindung nicht tatsächlich vorhanden) auszuführenden Funktionen durch Aufgabe von Befehlen mittels einer im Programmierhandgerät 1 vorgesehenen Tastatur (nicht dargestellt) ausgewählt. Es sind dies beispielsweise folgende Funktionen:

1. Bewegen des Roboters in Weltkoordinaten oder Relativkoordinaten
2. Steuerung der einzelnen Achsen des Roboters
3. Anfahrpunkte erzeugen
4. Pfadgenerierung
5. Modifizieren der Pfade und Anfahrpunkte
6. Anfahren der Anfahrtspunkte
7. Abfahren der Pfade

Diese Befehle werden drahtlos an das Steuergerät 2 weitergegeben. In diesem befindet sich ein Speicher 4 für die Daten eines durch den Roboter zu behandelnden Objekts, beispielsweise einer Fahrzeugkarosse, ein Speicher 5 für die Daten des Roboters und der Anfahrpunkte, ein Speicher 6 für die Änderungen der Daten des Roboters und die zeitliche Abfolge dieser Änderungen, ein Programmmodul 7a zur Aufbereitung der vom Programmierhandgerät 1 aufgegebenen Befehle für die Simulationssoftware, eine Simulationssoftware 7b zum Umsetzen der vom Program- mierhandgerät 1 aufgegebenen Befehle in entsprechende Vorgaben zur Änderung der Daten des Roboters und Anfahrpunkte an den Speicher 5, sowie ein Grafikprogramm 8. Das Grafikprogramm 8 steuert den auf der Bildfläche 3 wiederzugebenden Bildinhalt.

Die mit dem Programmierhandgerät 1 anwählbaren Funktions-Befehle (Bewegung des Roboters etc.) werden zur Simulationssoftware 7b übertragen.

Die Kommunikation mit der Simulationssoftware 7b findet bidirektional statt, d.h. es werden Befehle und Daten im gegenseitigen Wechsel übertragen. Die bidirektionale Kommunikation gewährleistet die Übertragung der vom Programmierhandgerät 1 aufgegebenen Befehle an die Simulationssoftware 7b und überträgt eine voreingestellte Auswahl an Roboterdaten und Objektdaten. Die individuelle Auswahl erfolgt ebenfalls durch das Programmiergerät 1.

Im Steuergerät 2 werden die eingehenden Befehle in entsprechende Vorgaben an den Speicher 5 weitergegeben und damit eine Änderung der Daten des Roboters und der Anfahrpunkte vorgenommen. Die neuen Roboterdaten und Anfahrpunkte werden an das Grafikprogramm 8 weitergegeben und als geänderter Bildinhalt über eine nicht gezeigte Projektionseinrichtung auf der Bildfläche dargestellt. Gleichzeitig werden wie oben beschrieben die Änderungen im Speicher 6 festgehalten.

Als Bildfläche dient vorzugsweise eine Projektionswand. Damit lassen sich gerade komplexe Objekte und grafische Zusammenhänge übersichtlich darstellen.

Auf der Projektionswand werden das jeweilige Objekt und der Industrieroboter abgebildet. Die Darstellung erfolgt räumlich. Hierzu wird einerseits ein projiziert.es, stereoskopisches Bild unter Anwendung eines geeigneten Grafikmoduls erzeugt. Anderseits wird durch Verwendung von sog. Shutter-Brillen durch den Benutzer, die im schnellen Wechsel jeweils ein Brillenglas verdunkeln und freigeben, ein räumlicher Effekt der Ansicht für den Benutzer simuliert. Die Synchronisation der Shutter-Brille und des Stereoskopen Bild erfolgt durch das Grafikmodul.

Der Benutzer erhält einen räumlichen Eindruck sowohl des Objekts als auch des Roboters und kann diesen über das Programmierhandgerät 1 steuern. Steuern bedeutet dabei nicht nur die Bewegungsbahn des Roboters festzulegen, sondern auch die jeweiligen Arbeitsschritte wie Schweißen, Lackieren usw. mittels geeigneter und ebenfalls im Bild wiedergegebener Vorrichtungen zu bestimmen.

Durch weitere Funktionen, die mit dem Programmierhandgerät 1 auswählbar sind, ist eine verbesserte Bewegung des Roboters in der virtuellen, visualisierten Roboteranlage möglich:

1. Drehen der Ansicht des Objekts und des Roboters in allen Freiheitsgraden

2. Vergrößern der Ansicht
3. Dreidimensionale Ansicht

Schließlich kann auch eine Trackingeinrichtung vorgesehen sein, die die Kopf-Bewegung und -Ausrichtung des Benutzers erfasst und die Ansicht entsprechend selbsttätig verändert. Damit wird es möglich, beispielsweise sich an einen z. B. schwer einsehbaren Bearbeitungsort des Roboters anzunähern und diesen dort besonders genau zu steuern.

Damit wird es möglich, ein Programm zur Steuerung des Roboters zu gewinnen, noch bevor das Objekt vorliegt und mit einem körperlich vorhandenen Roboter zusammenwirkt. Es lassen sich so komplette Fertigungsabläufe studieren und vorprogrammieren noch bevor die Fertigungsanlage errichtet ist.