AT519176B1 - robot system - Google Patents
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- AT519176B1 AT519176B1 ATA50924/2016A AT509242016A AT519176B1 AT 519176 B1 AT519176 B1 AT 519176B1 AT 509242016 A AT509242016 A AT 509242016A AT 519176 B1 AT519176 B1 AT 519176B1
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Abstract
Anordnung aus einem Robotersystem für eine Formgebungsmaschine und zumindest einem als optischen Code ausgeführten Marker (6), wobei das Robotersystem folgendes beinhaltet: - einen Manipulator (2), geeignet zur Manipulation eines Werkstücks (3), - einen Bewegungsapparat (4), welcher dazu ausgebildet ist, den Manipulator (2) zu bewegen, - ein mit dem Manipulator (2) gekoppeltes Messgerät (5) – insbesondere einer Kamera – welches dazu ausgebildet ist, eine Relativposition zwischen zumindest einem in der Umgebung angeordneten Marker (6) und dem Manipulator (2) zu erfassen, sowie - eine mit dem Messgerät verbundene Berechnungseinheit (7), welche dazu ausgebildet ist, aus der Relativposition zumindest einen Korrekturwert für eine Steuerung und/oder Regelung des Bewegungsapparats (4) zu berechnen, wobei der zumindest eine Marker (6) zur Erfassung durch das Messgerät (5) geeignet ist und der zumindest eine Marker (6) als Datamatrix und/oder QR-Code ausgebildet ist.Arrangement of a robot system for a forming machine and at least one designed as an optical code marker (6), the robot system comprising: - a manipulator (2), suitable for manipulating a workpiece (3), - a musculoskeletal system (4), which is formed, the manipulator (2) to move, - with the manipulator (2) coupled measuring device (5) - in particular a camera - which is adapted to a relative position between at least one arranged in the environment marker (6) and the manipulator (2), and - a calculation unit (7) connected to the measuring device, which is designed to calculate at least one correction value for the control and / or regulation of the musculoskeletal system (4) from the relative position, wherein the at least one marker ( 6) is suitable for detection by the measuring device (5) and the at least one marker (6) is designed as a data matrix and / or QR code.
Description
Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Robotersystem für eine Formgebungsmaschine mit einem Manipulator, geeignet zur Manipulation eines Werkstücks, und einem Bewegungsapparat, welcher dazu ausgebildet ist, den Manipulator zu bewegen, und zumindest einem als optischen Code ausgeführten Marker.Description: The present invention relates to an arrangement comprising a robot system for a shaping machine with a manipulator, suitable for manipulating a workpiece, and a movement apparatus which is designed to move the manipulator, and at least one marker designed as an optical code.
[0002] Manipulatoren werden auch als „End-of-Arm-Tools“ (kurz EoAT, engl.: Werkzeug am Ende des Arms) oder als Übernahmeköpfe bezeichnet und dienen dem Aufnehmen und Ablegen von Halbzeugen, Werkstücken und dergleichen aus oder in Stationen oder Maschinen. Manipulatoren können Haltevorrichtungen zum Halten der Werkstücke und/oder bewegliche Achsen aufweisen. Als Stationen werden dabei Bereiche bezeichnet in denen Halbzeuge bereitgestellt oder Werkstücke abgelegt werden können. Beispiele wären ein Schiebetisch mit Aufnahmepositionen für Halbzeuge oder ein Kühltisch oder Förderband für die Ablage von Fertigteilen bzw. Werkstücken.Manipulators are also referred to as “end-of-arm tools” (EoAT for short, tool at the end of the arm) or as take-over heads and are used to pick up and put down semi-finished products, workpieces and the like from or in stations or Machinery. Manipulators can have holding devices for holding the workpieces and / or movable axes. Areas in which semi-finished products are provided or workpieces can be stored are referred to as stations. Examples would be a sliding table with receiving positions for semi-finished products or a cooling table or conveyor belt for storing finished parts or workpieces.
[0003] Als Stand der Technik sind Anwendungen und Patente bekannt bei denen durch am Roboter montierte oder extern montierte Kameras zur Führung des Roboters verwendet werden.As prior art, applications and patents are known in which cameras are used to guide the robot by robot-mounted or externally mounted cameras.
[0004] Dabei gibt es prinzipiell zwei verschiedene Verfahren um die Differenz zwischen dem aufgenommen Bild und der Roboterposition auszusteuern oder -regeln. Diese Verfahren sind allgemein unter dem Begriff „Visual Servoing“ bekannt und werden unterteilt inThere are basically two different methods to control or regulate the difference between the recorded image and the robot position. These methods are generally known under the term "Visual Servoing" and are divided into
IBVS: Image Based Visual ServoingIBVS: Image Based Visual Servoing
PBVS: Position Based Visual Servoing [0005] Diese Verfahren werden zum Beispiel dazu verwendet um Teilen zu folgen oder nicht sortierte Teile aufzunehmen („Griff in die Kiste“).PBVS: Position Based Visual Servoing [0005] These methods are used, for example, to follow parts or to pick up unsorted parts (“grip in the box”).
[0006] Besonders bei der Anwendung „Griff in die Kiste“ sind auch 3D-Kamerasysteme im Einsatz, welche zwei Bilder aus verschiedenen bekannten Positionen zu einer dreidimensionalen Information über das gesuchte Objekt in einer Recheneinheit zusammengefügt werden.[0006] 3D camera systems, which combine two images from different known positions to form three-dimensional information about the object sought, are also used in a computing unit, particularly in the case of “reaching into the box”.
[0007] Des Weiteren sind Verfahren bekannt um den Roboter zu kalibrieren um somit die absolute Genauigkeit eines Roboters zu verbessern. Diese Verfahren werden entweder mit externen Messystemen wie Laserinterferometer oder Theodoliten durchgeführt oder beruhen auf einer iterativen Berechnung der JACOBIAN Matrix durch Newtonverfahren oder LQR-Verfahren.[0007] Methods are also known for calibrating the robot in order to improve the absolute accuracy of a robot. These methods are either carried out with external measuring systems such as laser interferometers or theodolites or are based on an iterative calculation of the JACOBIAN matrix by Newton methods or LQR methods.
[0008] Beispielsweise wird ein Industrierobotersystem mit einem hochwertigen Lasertrackersystem ausgestattet um mit speziellen Roboter-Ablaufprogrammen und einer Schnittstelle zum Lasertracker die Geometrien des vom Roboter verwendeten Manipulators oder des Roboter an sich zu ermitteln bzw. durch die inverse Anwendung zu korrigieren.For example, an industrial robot system is equipped with a high-quality laser tracker system in order to determine the geometries of the manipulator used by the robot or the robot itself using special robot sequence programs and an interface to the laser tracker, or to correct them by the inverse application.
[0009] Bei Handhabungsgeräten oder auch Linearrobotern wird von dieser Kalibrierung meist abgesehen, da diese für den relativ großen Arbeitsbereich besonders aufwändig wäre und aufgrund der Bauweise meist ein Umkehrspiel im Antriebsstrang vorhanden ist, was den Einsatz dieser Geräte für genaue kartesische Prozesse erschwert.In the case of handling devices or linear robots, this calibration is usually not carried out, since this would be particularly complex for the relatively large work area and because of the design there is usually a backlash in the drive train, which makes it difficult to use these devices for precise Cartesian processes.
[0010] In der US 2011/01235054 A1 und der DE 102 49 786 A1 werden jeweils Robotersysteme mit Markern offenbart, wobei die Marker aus einem oder mehreren Punkten bestehen.[0010] Robot systems with markers are each disclosed in US 2011/01235054 A1 and DE 102 49 786 A1, the markers consisting of one or more points.
[0011] Diese Verfahren haben alle die Nachteile, dass sie einerseits sehr komplex zu programmieren und auch sehr aufwändig bei jeder Anwendung neu in Betrieb zu nehmen sind. Ein kosteneffizienter Einsatz im Serienmaschinebau ist somit quasi ausgeschlossen.[0011] These methods all have the disadvantages that, on the one hand, they are very complex to program and also very expensive to put into operation for each application. Cost-effective use in series machine construction is therefore virtually impossible.
[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Robotersystem mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Positionierung - insbesondere hinsichtlich der Genauigkeit und/oder des Zeitraums zum Erreichen einer bestimmten Position - bereitzustellen.The object of the invention is to provide a robot system with improved positioning compared to the prior art - in particular with regard to the accuracy and / or the time period for reaching a certain position.
[0013] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.
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Patentamt [0014] Erfindungsgemäß sind vorgesehen:Patent Office According to the invention, the following are provided:
[0015] - ein mit dem Manipulator gekoppeltes Messgerät - insbesondere eine Kamera - welches dazu ausgebildet ist, eine Relativposition zwischen zumindest einem in der Umgebung angeordneten Marker und dem Manipulator zu erfassen, sowie [0016] - eine mit dem Messgerät verbundene Berechnungseinheit, welche dazu ausgebildet ist, aus der Relativposition zumindest einen Korrekturwert für eine Steuerung und/oder Regelung des Bewegungsapparats zu berechnen.- A measuring device coupled to the manipulator - in particular a camera - which is designed to detect a relative position between at least one marker arranged in the vicinity and the manipulator, and [0016] - A calculation unit connected to the measuring device, which does this is designed to calculate at least one correction value for a control and / or regulation of the movement apparatus from the relative position.
[0017] Schutz wird außerdem für eine Formgebungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Anordnung begehrt. Beispiele für Formgebungsmaschinen sind Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen und dergleichen.Protection is also sought for a molding machine with an arrangement according to the invention. Examples of molding machines are injection molding machines, injection presses, presses and the like.
[0018] Gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich folgende Vorteile:The following advantages result over the prior art:
[0019] · Verbesserte Genauigkeit mit relativ einfachen, kosteneffizienten Mitteln [0020] · Absolut genaues Verfahren innerhalb eines bestimmtem Arbeitsbereichs [0021] · Einfache Programmierung von Robotern [0022] Die erfindungsgemäße Messung der Relativposition zwischen dem zumindest einen Marker und dem Manipulator geschieht in zumindest einer Raumrichtung kann aber auch alle linearen Relativpositionen und einen oder mehrere Koordinaten zur Festlegung einer relativen Orientierung (bspw. Winkel) beinhalten. Anders ausgedrückt wird zumindest eine Relativkoordinate bestimmt. Vorzugsweise werden jedoch zumindest zwei oder drei Relativkoordinaten (gegebenenfalls zusammen mit relativen Orienterungskoordianten) bestimmt, sodass im Idealfall die Relativposition einer Anwendung in einer Ebene absolut bekannt ist.· Improved accuracy with relatively simple, cost-effective means [0020] · Absolutely precise method within a specific work area [0021] · Simple programming of robots The inventive measurement of the relative position between the at least one marker and the manipulator takes place in at least A spatial direction can also contain all linear relative positions and one or more coordinates for determining a relative orientation (e.g. angle). In other words, at least one relative coordinate is determined. However, at least two or three relative coordinates are preferably determined (possibly together with relative orientation coordinates), so that ideally the relative position of an application in a plane is absolutely known.
[0023] Für eine allgemeine Anwendung (ohne Einschränkung auf eine Ebene) sind zur Bestimmung der Lage und Orientierung des Markers sechs Relativkoordinaten (3 Translationen, 3 Rotationen) notwendig. Die Relativposition kann beispielsweise als Abweichung zwischen einem Soll- und einem Ist-Wert einer Bildposition des zumindest einen Markers oder Teilen davon ausgedrückt sein.For a general application (without restriction to one level), six relative coordinates (3 translations, 3 rotations) are necessary to determine the position and orientation of the marker. The relative position can be expressed, for example, as a deviation between a target and an actual value of an image position of the at least one marker or parts thereof.
[0024] Als Bewegungsapparat können verschiedene Arten von Robotern zum Einsatz kommen. Beispiele wären: Linearroboter mit zwei oder drei kartesisch angeordneten Hauptachsen und optional zusätzlichen Handachsen die typisch als Dreh- oder Schwenkachsen ausgeführt sind, Scara-Kinematiken mit zwei oder drei parallelen Drehachsen und einer Linearachse, Industrieroboter mit beispielsweise 6 Achsen, 7 Achsroboter oder auch Dualarm-Roboter mit 15 oder mehr Achsen.Different types of robots can be used as the movement apparatus. Examples would be: linear robots with two or three main axes arranged in a cartesian style and optional additional hand axes that are typically designed as rotary or swivel axes, Scara kinematics with two or three parallel axes of rotation and one linear axis, industrial robots with, for example, 6 axes, 7 axis robots or dual arm Robots with 15 or more axes.
[0025] Anstelle einer optischen Zentrierung mit einer Kamera sind auch andere berührungslose Systeme denkbar, die als Marker und Messgerät zusammenspielen können. Beispiele wären elektromagnetische Systeme auf Basis von Transpondern wie RFID Chips. Auch Magnetkarten sind möglich. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn persistent digitale Identifikationsmerkmale gespeichert werden können und vorzugsweise das berührungsfreie passive Auslesen dieser Merkmale möglich ist.Instead of an optical centering with a camera, other non-contact systems are also conceivable, which can work together as a marker and measuring device. Examples would be electromagnetic systems based on transponders such as RFID chips. Magnetic cards are also possible. It can be advantageous here if persistent digital identification features can be stored and preferably the contact-free passive reading of these features is possible.
[0026] Alternativ dazu können diese Identifikationsmerkmale aber auch in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung des Bewegungsapparats oder zentral auf einem für die Robotersteuerung verfügbaren Server (bis hin zu einer angebundenen Cloud) abgelegt werden. Dadurch wird vorteilhaft eine einfachere oder auch zentrale Möglichkeit zum Bearbeiten und Ändern der Merkmale erreicht, ohne dass die Lese- /Schreibeinheit in der Nähe des Transponders oder RFID Chips sein muss.Alternatively, these identification features can also be stored in the control and / or regulating device of the musculoskeletal system or centrally on a server available for robot control (up to a connected cloud). This advantageously achieves a simpler or also central option for editing and changing the features, without the read / write unit having to be near the transponder or RFID chip.
[0027] Die Kopplung des Messgeräts mit dem Manipulator geschieht vorzugsweise durch eine Befestigung des Messgeräts am Manipulator oder im Bereich des End-of-Arm-Tooling ider Nähe des Manipulators so, dass eine Bewegung des Manipulators (durch den Bewegungsapparat) auch eine entsprechende Bewegung des Messgeräts verursacht. Natürlich kann es vorgesehen sein, dass eine relative Positionierung des Messgeräts relativ zum zumindest einenThe coupling of the measuring device to the manipulator is preferably done by attaching the measuring device to the manipulator or in the area of end-of-arm tooling near the manipulator in such a way that a movement of the manipulator (by the movement apparatus) also a corresponding movement of the measuring device. Of course, it can be provided that the measuring device is positioned relative to the at least one
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Marker veränderbar bzw. wählbar ist. Dies kann einer Anpassung der Position des Messgeräts in Bezug auf den Manipulator zur Erweiterung des fokussierbaren Bereichs, aber beispielsweise auch der Gewinnung von Tiefeninformationen, dienen.Marker can be changed or selected. This can be used to adapt the position of the measuring device in relation to the manipulator to expand the focusable area, but also, for example, to obtain depth information.
[0028] Ein wichtiger Aspekt ist, dass für die Handhabung von Teilen immer die Relativposition zwischen dem am Bewegungsapparat montierten Manipulator und der Station die für die Bereitstellung bzw. die Aufnahme der handzuhabenden Teile erfasst wird. Im Gegensatz dazu ist beim Durchführen von Formgebungsprozessen meist eine absolute Position des Manipulators über einen größeren zumindest dem Prozess notwendigen Bereich notwendig. Aber auch bei diesen Anwendungsfällen, kann die Erfindung vorteilhat eingesetzt werden.An important aspect is that for the handling of parts, the relative position between the manipulator mounted on the movement apparatus and the station is always recorded for the provision or the reception of the parts to be handled. In contrast to this, when carrying out shaping processes, an absolute position of the manipulator over a larger area that is at least necessary for the process is usually necessary. But even in these applications, the invention can be used to advantage.
[0029] Der zumindest eine Marker ist als optischer Code - vorzugsweise im Zusammenspiel mit einer Kamera als Messgerät - ausgeführt.The at least one marker is designed as an optical code - preferably in conjunction with a camera as a measuring device.
[0030] Der zumindest eine Marker ist als Datamatrix- oder QR-Code ausgebildet, was eine besonders einfache zweidimensionale Ausführung darstellt.The at least one marker is designed as a data matrix or QR code, which represents a particularly simple two-dimensional design.
[0031] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.[0031] Further advantageous embodiments are defined in the dependent claims.
[0032] Es kann eine mit der Berechnungseinheit verbundene Steuer- und/oder Regeleinheit zur Steuerung und/oder Regelung zumindest eines kinematischen Parameters des Bewegungsapparats - insbesondere zumindest einer Position - vorgesehen sein.[0032] A control and / or regulating unit connected to the calculation unit for controlling and / or regulating at least one kinematic parameter of the movement apparatus - in particular at least one position - can be provided.
[0033] Es kann zumindest ein Positionssensor vorgesehen sein, welcher dazu ausgebildet ist, eine Stellung des Bewegungsapparates (auch bezeichnet als „Roboter-Pose“) zu erfassen, und die Steuer- und/oder Regeleinheit kann dazu ausgebildet sein, den Bewegungsapparat unter Verwendung der durch den zumindest einen Positionssensor gemessenen Stellung des Bewegungsapparats zu steuern und/oder zu regeln.At least one position sensor can be provided, which is designed to detect a position of the musculoskeletal system (also referred to as a “robot pose”), and the control and / or regulating unit can be designed to use the musculoskeletal system to control and / or regulate the position of the movement apparatus measured by the at least one position sensor.
[0034] Die Berechnungseinheit kann mit dem zumindest einen Positionssensor verbunden und dazu ausgebildet sein, die gemessene Stellung des Bewegungsapparats bei der Berechnung des Korrekturwerts zu berücksichtigen.[0034] The calculation unit can be connected to the at least one position sensor and can be designed to take the measured position of the movement apparatus into account when calculating the correction value.
[0035] Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann dazu ausgebildet sein, den Korrekturwert zur Bestimmung und/oder Korrektur eines bei der Steuerung und/oder Regelung des Bewegungsapparats auftretenden Soll-Werts zu verwenden. Dies kann im Rahmen einer überlagerten Steuerung und/oder Regelung geschehen und erlaubt eine Erhöhung der Präzision der Steuerung und/oder Regelung.[0035] The control and / or regulating unit can be designed to use the correction value for determining and / or correcting a setpoint value occurring in the control and / or regulation of the musculoskeletal system. This can be done as part of a higher-level control and / or regulation and allows an increase in the precision of the control and / or regulation.
[0036] Es kann vorgesehen sein, dass der Bewegungsapparat dazu ausgebildet ist, das Messgerät im Rahmen einer von einem Bediener und/oder programmatisch vorgegebenen Suchfahrt so zu positionieren, dass der zumindest eine Marker in einem Erfassungsbereich des Messgeräts liegt. Ein automatisches oder semiautomatisches Einlesen des zumindest einen Markers bzw. Einrichten des Robotersystems ist dadurch möglich.It can be provided that the movement apparatus is designed to position the measuring device within the scope of a search run specified by an operator and / or programmatically such that the at least one marker lies in a detection area of the measuring device. An automatic or semi-automatic reading of the at least one marker or setting up the robot system is possible.
[0037] Es kann vorgesehen sein, dass das Messgerät dazu ausgebildet ist, vom zumindest einen Marker bereitgestellte kodierte Informationen zu erfassen und an die Berechnungseinheit und/oder die Steuer- und/oder Regeleinheit weiterzugeben. Der zumindest eine Marker kann dabei dazu ausgebildet sein, kodierte Informationen für das Auslesen durch das Messgerät bereitzustellen.It can be provided that the measuring device is designed to detect coded information provided by the at least one marker and to pass it on to the calculation unit and / or the control and / or regulating unit. The at least one marker can be designed to provide coded information for reading out by the measuring device.
[0038] In einer besonders vorzugsweisen Ausführung wird mit der kodierten Information ein Sollwert oder eine Korrektur in der Steuer- und/oder Regeleinheit ermittelt und für die Berechnung des für den Bewegungsapparat verwendeten Vorgabe-Soll-Werts zu verwenden. Dies kann im Rahmen einer überlagerten Steuerung und/oder Regelung geschehen und erlaubt eine Erhöhung der Präzision der Steuerung und/oder Regelung.In a particularly preferred embodiment, the coded information is used to determine a target value or a correction in the control and / or regulating unit and to use it for the calculation of the target target value used for the musculoskeletal system. This can be done as part of a higher-level control and / or regulation and allows an increase in the precision of the control and / or regulation.
[0039] Entsprechend kodierte Informationen können aber auch einen Positionsoffset zwischen dem Marker und einer Einsatzstelle für den Manipulator sein.Correspondingly coded information can also be a position offset between the marker and a point of use for the manipulator.
[0040] Entsprechend kodierte Informationen können aber auch weitere eine Anzahl und/oder der Positionsoffset weiterer relevanter Marker sein, wobei mehrere Marker ein KoordinatensysCorrespondingly coded information can also be a number and / or the position offset of other relevant markers, with several markers being a coordinate system
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Patentamt tem einer Station oder ein Korrektursystem zum Linearisieren der Roboterkinematik bilden.Patent office tem of a station or a correction system for linearizing the robot kinematics.
[0041] Entsprechende kodierte Informationen können aber auch Steuer- oder Bewegungsbefehle für weitere Prozessschritte beinhalten.Corresponding coded information can also contain control or movement commands for further process steps.
[0042] Es kann vorgesehen sein, dass das Messgerät dazu ausgebildet ist, vom zumindest einen Marker in der Berechnungseinheit die Relativposition des Markers zum Messgerät zu ermitteln und/oder in der Steuer- und/oder Regeleinheit so abzulegen, dass ein Anfahren einer mittels der kodierten Information des Markers kodierten Position möglich ist.It can be provided that the measuring device is designed to determine the relative position of the marker from the at least one marker in the calculation unit to the measuring device and / or to store it in the control and / or regulating unit in such a way that starting up by means of the coded information of the marker coded position is possible.
[0043] In einer besonders vorzugsweisen Ausführung ist dabei im Marker eine eindeutige Identifikation (Id, Nummer, Link) als kodierte Information hinterlegt und kann von der von derSteuerund/oder Regeleinheit zum Nachschlagen von dort hinterlegten Werten verwendet werden. Eine entsprechend kodierte Information kann auch eine Adresse (Link) in einem zentralen Rechnersystem (Server, Cloud, ...) sein, welche weitere Informationen zum anzuwendenden Prozess, zu den Teilen oder zur Produktion beinhaltet.In a particularly preferred embodiment, a unique identification (ID, number, link) is stored as coded information in the marker and can be used by the control and / or regulating unit to look up the values stored there. Correspondingly coded information can also be an address (link) in a central computer system (server, cloud, ...), which contains further information about the process to be used, the parts or the production.
[0044] Die zur eindeutigen Identifikation des Markers in der Steuer- und/oder Regeleinheit und/oder in einem zentralen Rechnersystem hinterlegten Informationen können auch während des Einlernvorgangs (Teachen) der besten Manipulator-Zielposition zum Durchführen des Prozesses aus der vom Positionssensor ermittelten Relativposition oder aus vom Positionssensor ermittelten Relativposition und aus weiteren Informationen aus der Steuer- und/oder Regeleinheit bestimmt und gespeichert werden.The information stored for unambiguous identification of the marker in the control and / or regulating unit and / or in a central computer system can also during the teach-in process (teaching) the best manipulator target position for carrying out the process from the relative position determined by the position sensor or determined and stored from the relative position determined by the position sensor and from further information from the control and / or regulating unit.
[0045] Dabei kann vorgesehen sein, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung bei einem Einlernen einer Bewegungsabfolge durch eine Interaktion eines Benutzers das Speichern der Relativposition durchführt.It can be provided that the control and / or regulating device saves the relative position when teaching in a movement sequence through an interaction of a user.
[0046] Die zusätzlichen Informationen im Marker können sowohl optisch als auch auf andere Weise (beispielsweise über magnetische Marker oder ein RFID-Tag als Identifikation über ein Radiofrequenzsignal) kodiert sein.The additional information in the marker can be encoded both optically and in another way (for example via magnetic markers or an RFID tag as identification via a radio frequency signal).
[0047] Es kann vorgesehen sein, dass Informationen über relative Positionen für weitere Stationen eines Bewegungsablaufs beim Einlernen von Stellungen des Bewegungsapparats zusammen mit der Relativposition des Messgeräts hinterlegt werden. Das Kodieren der Informationen im Marker kann dabei vermieden werden, wodurch einfachere Marker verwendet werden können.It can be provided that information about relative positions for further stations of a movement sequence when teaching positions of the movement apparatus are stored together with the relative position of the measuring device. The coding of the information in the marker can be avoided, which means that simpler markers can be used.
[0048] Es kann vorgesehen sein, dass das Messgerät dazu ausgebildet ist, mehrere Marker zu erfassen, wobei die Berechnungseinheit dazu ausgebildet ist, durch die Positionen der Marker ein zumindest zweidimensionales Koordinatensystem festzulegen. Durch die erhöhte Zahl an Referenzpunkten und gegebenenfalls den verringerten Abstand zwischen diesen, kann in einer solchen Ausführungsform ein Arbeitsbereich mit sehr hoher Genauigkeit für die Steuerung und/oder Regelung des Manipulators geschaffen werden. Mit einer zusätzlichen Interpolation zwischen den nun als Stützstellen dienenden Marker kann ein kalibriertes Handlingsystem mit näherungsweise linearem Maßstab und einer erfindungsgemäßen Verbesserung der absoluten Positioniergenauigkeit erreicht werden.It can be provided that the measuring device is designed to detect a plurality of markers, the calculation unit being designed to determine an at least two-dimensional coordinate system through the positions of the markers. In such an embodiment, the increased number of reference points and, if necessary, the reduced distance between them, can create a work area with very high accuracy for the control and / or regulation of the manipulator. With an additional interpolation between the markers now serving as support points, a calibrated handling system with an approximately linear scale and an improvement according to the invention in absolute positioning accuracy can be achieved.
[0049] Es kann ein Kalibriersystem vorgesehen sein, welches dazu ausgebildet ist, eine relative Lage zwischen dem Messgerät und der Manipulator zu erfassen, und dass die Berechnungseinheit und/oder die Steuer-und/oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, die relative Lage bei der Berechnung des Korrekturwerts zu berücksichtigen. Insbesondere können auch relative Lagen zwischen dem Messgerät und Teilen des Manipulators bzw. der Manipulatorkinematik erfasst werden.A calibration system can be provided, which is designed to detect a relative position between the measuring device and the manipulator, and that the calculation unit and / or the control and / or regulating unit is designed to determine the relative position in the Calculation of the correction value to be considered. In particular, relative positions between the measuring device and parts of the manipulator or the manipulator kinematics can also be detected.
[0050] Ein Kalibriersystem kann für zwei Aufgaben verwendet werden. Zunächst kann durch Abbilden und Auswerten eines Prüfmusters die Verzerrung des optischen Systems bestimmt und in weiterer Folge korrigiert werden (man spricht auch von den intrinsischen Parametern). Weiter kann man das gleiche Prüfmuster aus mehreren Roboterpositionen (Achsstellungen) aufnehmen und daraus die genaue Montageposition und/oder -Orientierung der Kamera am[0050] A calibration system can be used for two tasks. First, the distortion of the optical system can be determined by mapping and evaluating a test pattern and subsequently corrected (one also speaks of the intrinsic parameters). Furthermore, the same test pattern can be recorded from several robot positions (axis positions) and from this the exact mounting position and / or orientation of the camera on
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Manipulator bestimmen (man spricht von den extrinsischen Parametern). Ein sehr einfaches Prüfmuster wäre in Form eines regelmäßigen Rasters mit bekannten Abmessungen (vgl. Schachbrett mit schwarzen und weißen Feldern) gegeben.Determine manipulator (one speaks of the extrinsic parameters). A very simple test sample would be given in the form of a regular grid with known dimensions (cf. chess board with black and white fields).
[0051] Es kann vorgesehen sein, dass das Messgerät dazu ausgebildet ist, im Rahmen der Erfassung der Relativposition eine Distanz und/oder eine relative Orientierung zwischen dem zumindest einen Marker einerseits und dem Messgerät und/oder dem Manipulator andererseits zu erfassen. Wird beispielsweise eine Kamera im Zusammenspiel mit einem optischen Marker verwendet, kann durch die Größe des Markers, wie sie von der Kamera erfasst wird, auf einfache Weise eine Abstandsinformation gewonnen werden. Auch bei Ausführungen mit beispielsweise einem magnetischen Marker kann die Distanz direkt oder indirekt durch die Magnetfeldstärke gemessen werden.It can be provided that the measuring device is designed to detect a distance and / or a relative orientation between the at least one marker on the one hand and the measuring device and / or the manipulator on the other hand as part of the detection of the relative position. If, for example, a camera is used in conjunction with an optical marker, the size of the marker as captured by the camera can be used to easily obtain distance information. The distance can also be measured directly or indirectly by the magnetic field strength in versions with, for example, a magnetic marker.
[0052] Durch das Bestimmen der Distanz zwischen dem zumindest einen Marker und Manipulator bzw. Messgerät, kann auf einfache Weise eine Relativposition in allen drei Raumdimensionen - und daher auch ein Korrekturwert für alle drei Raumdimensionen - gewonnen werden. Durch die Verwendung von zweidimensionalen Geometrien als Marker - vorzugsweise standardisierte Datamatrix oder QR-Codes - kann zudem die Lage des Markers relativ zur Orientierung des Manipulators bzw. Messgeräts ermittelt werden.[0052] By determining the distance between the at least one marker and manipulator or measuring device, a relative position in all three spatial dimensions - and therefore also a correction value for all three spatial dimensions - can be obtained in a simple manner. By using two-dimensional geometries as markers - preferably standardized data matrix or QR codes - the position of the marker can also be determined relative to the orientation of the manipulator or measuring device.
[0053] Ist zudem die Größe des für die jeweilige Anwendung gewählten Markers bekannt oder als kodierte Information im Marker hinterlegt vereinfacht sich die Abstandsbestimmung bzw. kann die Robustheit erhöht werden. Die Größe des Markers könnte aber auch auf Grund der gegebenen Platzverhältnisse variieren und dann für die jeweils relevante Position, den relevanten Bereich oder relevanten Ablauf im Roboterprogramm bzw. der Steuer- und/oder Regeleinheit beim Einlernen (Teachen) hinterlegt werden.If the size of the marker selected for the respective application is also known or stored as coded information in the marker, the distance determination is simplified or the robustness can be increased. The size of the marker could also vary based on the available space and then be stored for the relevant position, area or sequence in the robot program or the control and / or regulating unit during teaching (teaching).
[0054] Es kann vorgesehen sein, dass der Manipulator zum Aufnehmen und Ablegen eines Werkstücks ausgebildet ist. In diesem Fall spricht man von einem Handhabungsroboter (im Gegensatz zu einem Industrieroboter).It can be provided that the manipulator is designed to pick up and put down a workpiece. In this case one speaks of a handling robot (in contrast to an industrial robot).
[0055] Der zumindest eine Marker kann zur Festlegung zumindest zweier Koordinaten-Richtungen ausgebildet sein.[0055] The at least one marker can be designed to define at least two coordinate directions.
[0056] Es kann vorgesehen sein, verschiedene Typen von Markern für verschiedene Aufgaben (Ablage, Aufnahme, Entnahme, Einlegen) des Manipulators einzusetzen.It can be provided to use different types of markers for different tasks (depositing, taking, removing, inserting) the manipulator.
[0057] Diese Typen von Markern können für mehrere Robotersysteme standardisiert sein und, je nach hinterlegten Informationen (Positionen, Abläufe, Peripherie/Werkzeugtypen, Typen von Manipulatoren), aus einer Datenbank abrufbar sein.These types of markers can be standardized for several robot systems and, depending on the information stored (positions, processes, peripherals / tool types, types of manipulators), can be called up from a database.
[0058] Manipulatoren werden auch als „End-of-Arm-Tools“ (engl.: Werkzeug am Ende des Arms) oder beim Spezialfall eines Manipulators zu Aufnehmen und Ablegen von Halbzeugen, Werkstücken und dergleichen als Übernahmeköpfe bezeichnet. Manipulatoren können Haltevorrichtungen zum Halten der Werkstücke und/oder bewegliche Achsen zur linearen und rotatorischen Bewegung der Werkstücke aufweisen.Manipulators are also referred to as "end-of-arm tools" (English: tool at the end of the arm) or in the special case of a manipulator for receiving and storing semi-finished products, workpieces and the like as transfer heads. Manipulators can have holding devices for holding the workpieces and / or movable axes for linear and rotational movement of the workpieces.
[0059] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zumindest eine Marker durch Erhöhungen und/oder Vertiefungen in einer den zumindest einen Marker tragenden Fläche ausgebildet und/oder positioniert sein. Dies kann eine besonders präzise Messung der Relativposition erlauben, insbesondere wenn die Erhöhungen und/oder Vertiefungen mittels CNC-Fräsen in eine Werkbank oder dergleichen gefertigt werden.[0059] In a preferred embodiment, the at least one marker can be formed and / or positioned by elevations and / or depressions in a surface carrying the at least one marker. This can allow a particularly precise measurement of the relative position, in particular if the elevations and / or depressions are manufactured in a workbench or the like by means of CNC milling.
[0060] Die erfindungsgemäße Bestimmung der Relativposition zwischen dem zumindest einen Marker und dem Manipulator kann auch dann genutzt werden, wenn der zumindest eine Marker auf einer bewegbaren Komponente angeordnet ist. Das Robotersystem kann dann dazu verwendet werden, den Manipulator abgestimmt - insbesondere synchronisiert - mit der Komponente zu bewegen. Eine weitere bestimmungsgemäße Verwendung wäre, wenn zumindest ein Marker auf einer Maschinenkomponente angeordnet ist, welche nach einer schnellen Bewegung noch ausschwingt und das Robotersystem den Manipulator bereits während des AusThe inventive determination of the relative position between the at least one marker and the manipulator can also be used if the at least one marker is arranged on a movable component. The robot system can then be used to move the manipulator in a coordinated manner - in particular synchronized - with the component. A further intended use would be if at least one marker is arranged on a machine component that still swings out after a quick movement and the robot system already manipulates the manipulator during the off
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Patentamt schwingvorgangs synchronisiert den nächsten Prozessschritt durchführen kann. Dadurch kann der Durchsatz der Produktion des Robotersystems erhöht werden.Patent office vibrating process can carry out the next process step synchronized. This can increase the throughput of the production of the robot system.
[0061] Die bewegbare Komponente kann dabei durch ein Teil der Anordnung oder eine Vorstufe eines zu produzierenden Teils gebildet sein. Es ist auch möglich den Marker auf einem von einem Bediener zu bewegenden Handgerät anzuordnen, wodurch das Handgerät zu einer Art Fernbedienung für das Robotersystem wird. Es kann zur Bewegung des Robotersystems genutzt werden oder um Bewegungsabläufe zu „teachen“, d.h. die durchgeführte Bewegung bzw. Zielposition wird gespeichert, um beispielsweise bei einem zyklisch ablaufenden Prozess wiederholt durchgeführt zu werden. Die bewegte Komponente kann sehr einfach ausgeführt sein und kann auf einen gedruckten Marker (bspw. QR-Code auf Papier gedruckt) reduziert sein.The movable component can be formed by a part of the arrangement or a preliminary stage of a part to be produced. It is also possible to arrange the marker on a handheld device to be moved by an operator, as a result of which the handheld device becomes a type of remote control for the robot system. It can be used to move the robot system or to "teach" movements, i.e. the movement or target position that has been carried out is stored in order, for example, to be carried out repeatedly in a cyclically running process. The moving component can be made very simple and can be reduced to a printed marker (for example QR code printed on paper).
[0062] Das erfindungsgemäße Robotersystem kann eine Positionsgenauigkeit mit Abweichungen von weniger als 1 mm, bevorzugt weniger als 5 Zehntel Millimetern und besonders bevorzugt mit weniger als 5 Hundertstel Millimetern, aufweisen. Das Messgerät kann zur Erfassung der Relativposition mit Abweichungen von weniger als 1 mm, bevorzugt weniger als 5 Zehntel Millimetern und besonders bevorzugt mit weniger als 5 Hundertstel Millimetern, ausgebildet sein.The robot system according to the invention can have a positional accuracy with deviations of less than 1 mm, preferably less than 5 tenths of a millimeter and particularly preferably with less than 5 hundredths of a millimeter. The measuring device can be designed to detect the relative position with deviations of less than 1 mm, preferably less than 5 tenths of a millimeter and particularly preferably with less than 5 hundredths of a millimeter.
[0063] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren und der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:[0063] Further details and advantages of the invention result from the figures and the associated description of the figures. Show:
[0069] Fig. 4a und 4b Ausführungen mit Markern, die durch Erhöhungen und/oder Vertiefungen gebildet sind, sowie4a and 4b versions with markers, which are formed by elevations and / or depressions, and
[0071] In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung 10 aus einem erfindungsgemäßen Robotersystem 1 und Markern 6 dargestellt.1 shows an arrangement 10 according to the invention comprising a robot system 1 and markers 6 according to the invention.
[0072] Die Marker 6 sind in diesem Fall auf einer Komponente 12 angeordnet. Die Komponente 12 ist auf einem Förderband abgelegt und kann dadurch bewegt werden. Die Komponente verfügt über mehrere Einsatzstellen 11, an welchen Werkstücke 3 eingesetzt werden können.In this case, the markers 6 are arranged on a component 12. The component 12 is placed on a conveyor belt and can thereby be moved. The component has several places of use 11, at which workpieces 3 can be used.
[0073] Die Aufgabe des Robotersystems 1 besteht darin, zu erkennen, welche Einsatzstelle 11 der Komponente nach oben weist und welches Werkstück 3 welcher Form in die nach oben weisende Einsatzstelle 11 einzusetzen ist. In Figur 1 ist die Einsatzstelle 11 eine kreisrunde Öffnung und das entsprechende Werkstück 3 ist ein Zylinder mit der Grundfläche einer Kreisscheibe.The task of the robot system 1 is to recognize which point of use 11 of the component points upwards and which workpiece 3 and which shape is to be inserted into the point of use 11 pointing upwards. In Figure 1, the point of use 11 is a circular opening and the corresponding workpiece 3 is a cylinder with the base of a circular disc.
[0074] Dafür verfügt das Robotersystem 1 über das Messgerät 5 - in diesem Fall eine Kamera. Statt komplexer Bilderkennung werden aber Marker 6 verwendet, welche an der Komponente 6 angeordnet sind. Diese können über die Kamera erfasst werden und liefern Informationen über den Offset (bzw. einen eindeutigen Identifier über welchen der im Steuerungssystem beim Teachen abgelegte Offset abgerufen werden kann), welcher zwischen dem jeweiligen Marker 6 und der Einsatzstelle 11 vorhanden ist, und darüber, welches Werkstück 3 eingesetzt werden muss.For this purpose, the robot system 1 has the measuring device 5 - in this case a camera. Instead of complex image recognition, markers 6 are used, which are arranged on component 6. These can be recorded via the camera and provide information about the offset (or a unique identifier via which the offset stored in the control system during teaching can be called up), which is present between the respective marker 6 and the point of use 11, and which one Workpiece 3 must be used.
[0075] Das Robotersystem 1 in Figur 1 ist hängend angeordnet. In Figur 2 ist das Robotersystem 1 vergrößert und aus einer Perspektive von unten dargestellt. Ein Teil des Bewegungsapparates 4, der Manipulator 2 und das Messgerät 5 in Form einer Kamera sind gut zu erkennen.The robot system 1 in Figure 1 is arranged hanging. In Figure 2, the robot system 1 is enlarged and shown from a perspective from below. A part of the movement apparatus 4, the manipulator 2 and the measuring device 5 in the form of a camera are clearly visible.
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Patentamt [0076] Schematisch sind außerdem die Berechnungseinheit 7 und die Steuer- oder Regeleinheit 8 eingezeichnet. Die Berechnungseinheit 7 ist mit dem Messgerät 5 verbunden und berechnet den zumindest einen Korrekturwert aus den Messwerten. Außerdem ist die Berechnungseinheit 7 mit der Steuer- oder Regeleinheit 8 verbunden.Patent Office [0076] The calculation unit 7 and the control or regulating unit 8 are also shown schematically. The calculation unit 7 is connected to the measuring device 5 and calculates the at least one correction value from the measured values. In addition, the calculation unit 7 is connected to the control or regulating unit 8.
[0077] In der hier gezeigten Ausführungsform ist die Regelung des Bewegungsapparats 4 nach der Position des Manipulators vorgesehen, wofür (in Antriebe des Bewegungsapparats 4 integrierte und daher nicht zu erkennende) Positionssensoren am Bewegungsapparat 4 vorhanden sind.In the embodiment shown here, the control of the musculoskeletal system 4 is provided according to the position of the manipulator, for which purpose position sensors (which are integrated in drives of the musculoskeletal system 4 and therefore cannot be recognized) are provided on the musculoskeletal system 4.
[0078] Die Verbindung zwischen diesen Positionssensoren und den Antriebssteuerungen für den Bewegungsapparat 4 einerseits und der Steuer- oder Regeleinheit 8 andererseits ist ebenfalls schematisch dargestellt.The connection between these position sensors and the drive controls for the movement apparatus 4 on the one hand and the control or regulating unit 8 on the other hand is also shown schematically.
[0079] In der gezeigten Ausführungsform werden Messwerte der Positionssensoren bei der Berechnung des Korrekturwerts verwendet, wofür sie von der Steuer- oder Regeleinheit 8 zur Berechnungseinheit 7 übertragen werden.In the embodiment shown, measured values of the position sensors are used in the calculation of the correction value, for which purpose they are transmitted from the control unit 8 to the calculation unit 7.
[0080] Es ist zu bemerken, dass die Berechnungseinheit 7 und die Steuer- oder Regeleinheit 8 nicht separate physische Objekte darstellen müssen. In vielen Fällen werden sowohl die Berechnungseinheit 7 und die Steuer- oder Regeleinheit 8 als Programmmodule einer zentralen Anlagensteuerung ausgeführt sein. Natürlich ist es auch möglich, die Berechnungseinheit 7 und die Steuer- oder Regeleinheit 8 separat auszuführen. Beispielsweise kann die Steuerung bzw. Regelung des Bewegungsapparats 4 in die Antriebsmodule des Bewegungsapparats 4 integriert sein. In anderen Ausführungen können die gesamte Berechnungseinheit oder Teilaufgaben der Berechnungseinheit im Kamerasystem integriert sein.It should be noted that the calculation unit 7 and the control or regulating unit 8 do not have to represent separate physical objects. In many cases, both the calculation unit 7 and the control or regulating unit 8 are designed as program modules of a central system control. Of course, it is also possible to run the calculation unit 7 and the control or regulating unit 8 separately. For example, the control or regulation of the movement apparatus 4 can be integrated into the drive modules of the movement apparatus 4. In other versions, the entire calculation unit or partial tasks of the calculation unit can be integrated in the camera system.
[0081] Der Manipulator 2 verfügt im vorliegenden Fall über zumindest eine rotatorische Achse, um ein entsprechendes Werkstück 3 entsprechend platzieren zu können. Die in diesem Ausführungsbeispiel vorhandenen linearen Achsen sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.In the present case, the manipulator 2 has at least one rotary axis in order to be able to place a corresponding workpiece 3 accordingly. The linear axes present in this exemplary embodiment are not shown for the sake of clarity.
[0082] Das Messgerät 5 ist vor der Drehachse des Manipulators 2 montiert, sodass sich eine Bildebene mit der Ebene des Manipulators 2 bestmöglich deckt.The measuring device 5 is mounted in front of the axis of rotation of the manipulator 2, so that an image plane coincides with the plane of the manipulator 2 in the best possible way.
[0083] Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 kann das Einsetzen des Werkstücks 3 in die Einsatzstelle 11 sowohl bei stillstehender Komponente 12 (also bei ruhendem Förderband) als auch bei bewegter Komponente 12 (bei Bewegung des Förderbands) geschehen. Das bewegbare Förderband ist ein Teil der Station, bestehend aus mehreren Förderbändern.In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, the workpiece 3 can be inserted into the place of use 11 both when the component 12 is stationary (ie when the conveyor belt is stationary) and when the component 12 is moving (when the conveyor belt is moving). The movable conveyor belt is part of the station, consisting of several conveyor belts.
[0084] Zu Fig. 3a: Durch Verwendung mindestens eines zweidimensionalen Codes als zumindest einem Marker, welcher an der Werkbank (Ablage-/Aufnahmestation) oder in der Formgebungsmaschine (Einlegestation) angebracht ist und durch eine am Manipulator angebrachte optische Kamera erfasst wird, werden die am Manipulator vorhandenen Abweichungen oder Schwingungen gegenüber dem bloßen Steuern und/oder Regeln des Bewegungsapparats verbessert ohne Nachteile, wie sie im Stand der Technik auftreten, in Kauf zu nehmen.3a: By using at least one two-dimensional code as at least one marker, which is attached to the workbench (filing / receiving station) or in the shaping machine (insertion station) and is detected by an optical camera attached to the manipulator to accept the deviations or vibrations present on the manipulator compared to the mere control and / or regulation of the musculoskeletal system without disadvantages as they occur in the prior art.
[0085] Da typischerweise die Werkbank des Robotersystems aus CNC-bearbeiteten Teilen aufgebaut wird, kann bei diesem Arbeitsschritt mit hoher Genauigkeit eine Positionierhilfe in Form zumindest eines erfindungsgemäßen Markers für die in einem weiteren Arbeitsschritt aufzubringenden Bildcodes vorzugsweise in einer Vertiefung oder einer Umrandung vorgesehen werden.Since the workbench of the robot system is typically constructed from CNC-machined parts, a positioning aid in the form of at least one marker according to the invention for the image codes to be applied in a further working step can preferably be provided in a recess or a border in this working step with high accuracy.
[0086] Am Manipulator wird eine optische Kamera zur Identifizierung von mindestens einem zwei- oder mehrdimensionalen Marker in Form eines Bildcodes (auch genannt „DatamatrixCode“) mitgeführt.An optical camera for identifying at least one two-dimensional or multidimensional marker in the form of an image code (also called “data matrix code”) is carried on the manipulator.
[0087] Der Bildcode kann dabei auch mit einem funk- oder magnetbasierten Code (RFID) kombiniert sein.The image code can also be combined with a radio or magnet-based code (RFID).
[0088] Die Datamatrix-Codes sind dabei bspw. auf Anlagenteilen (z.B.: Peripherie, Förderband, Werkzeug usw.) angebracht. Eine vorzugsweise Möglichkeit besteht darin, unterschiedlicheThe data matrix codes are, for example, attached to parts of the system (e.g .: periphery, conveyor belt, tools, etc.). A preferred way is different
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PatentamtPatent Office
Datamatrix-Codes in einer Formgebungsmaschine (Spritzgießmaschine, Beschriftungslaser, 3D-Drucker, usw.) aus zwei Komponenten mit verschiedenen Eigenschaften (bspw. Farben) herzustellen. Dies kann ein Serienprozess für eine überschaubare Anzahl unterschiedlicher Codes sein oder in einem additiven Fertigungsverfahren (Losgröße 1: 3D-Druck, usw.) hergestellt werden. Dabei können Materialien mit besonders gut geeigneten Oberflächen (keine Spiegelung) bei ausreichender Robustheit gegen Kratzer, Verschmutzung, Luftfeuchtigkeit oder ähnlichem eingesetzt werden.Produce data matrix codes in a molding machine (injection molding machine, marking laser, 3D printer, etc.) from two components with different properties (e.g. colors). This can be a series process for a manageable number of different codes or can be produced in an additive manufacturing process (lot size 1: 3D printing, etc.). Materials with particularly suitable surfaces (no reflection) can be used with sufficient robustness against scratches, dirt, air humidity or the like.
[0089] Wird z.B. der zumindest eine Marker in der Nähe eines abzulegenden oder aufzunehmenden Teils angebracht, kann der Roboter den absoluten Positionsoffset einmalig speichern. Der Positionsoffset besteht dabei in dieser Ausführungsform aus einem zweidimensionalen Abstand und einem Winkel relativ zum Datamatrix-Code. Ändert sich die Aufnahme / Ablagefläche aus irgendeinem Grund relativ zum Roboterkoordinatensystem muss kein erneutes Einlernen mehr stattfinden, da der Roboter nur bezogen auf den Datamatrix-Code das entsprechende Teil ablegt oder aufnimmt. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass sich der Abstand zwischen Ablagepunkt bzw. Aufnahmepunkt und Datamatrix-Code nicht mehr verändert, was aber durch die CNC-Bearbeitung der Station und die dauerhafte Befestigung des Markers (Kleben, Stecken, Einpressen, Verschrauben, usw.) einfach erreicht werden kann.For example, If the at least one marker is placed near a part to be put down or picked up, the robot can save the absolute position offset once. In this embodiment, the position offset consists of a two-dimensional distance and an angle relative to the data matrix code. If the pick-up / storage area changes for any reason relative to the robot coordinate system, there is no need to teach-in again, since the robot only stores or picks up the corresponding part based on the data matrix code. The prerequisite for this is, of course, that the distance between the storage point or pick-up point and the data matrix code no longer changes, but this is easy due to the CNC processing of the station and the permanent attachment of the marker (gluing, inserting, pressing, screwing, etc.) can be achieved.
[0090] Die Prüfung des Datamatrix-Codes kann azyklisch vorzugsweise nach Änderungen der Konfigurationsdaten (Teiledaten) oder nach Befüllung und Positionieren des Bereitstellungssystems (bspw. Schiebetisch) oder zyklisch vorzugsweise in größeren Abständen oder besonders vorzugsweise nach Temperaturänderungen erfolgen. Aus Optimierungsgründen wird in den restlichen Zyklen auf eine Überprüfung des Datamatrix-Codes verzichtet und es kann auch gleich der gespeicherte Positionsoffset zum anzufahrenden Ziel aufgenommen werden, ohne Zwischenpositionen anfahren zu müssen. In einer besonders sicheren Variante wird die Messung der Relativposition und/oder die Bestimmung des zumindest einen Korrekturwerts in jedem Zyklus eines zyklisch ablaufenden Prozesses durchgeführt.The data matrix code can be checked acyclically, preferably after changes to the configuration data (parts data) or after filling and positioning the preparation system (for example a sliding table), or cyclically, preferably at greater intervals or particularly preferably after changes in temperature. For reasons of optimization, the data matrix code is not checked in the remaining cycles and the stored position offset for the destination to be approached can also be recorded without having to move to intermediate positions. In a particularly safe variant, the measurement of the relative position and / or the determination of the at least one correction value is carried out in each cycle of a cyclically running process.
[0091] Das erstmalige Finden des Datamatrix-Codes kann entweder manuell oder mittels Suchfahrt automatisch gelöst werden.The first-time finding of the data matrix code can be solved automatically either manually or by means of a search run.
[0092] Das Finden des Datamatrix-Codes mit zusätzlichem RFID-Code kann unter Zuhilfenahme eines RFID Empfängers vereinfacht werden und vorzugsweise aus größerer Entfernung erfolgen.The finding of the data matrix code with an additional RFID code can be simplified with the aid of an RFID receiver and is preferably carried out from a greater distance.
[0093] Der Positionsoffset kann entweder im Roboterprogramm hinterlegt, optisch in den Code integriert oder in einem kombinierten RFID-Tag oder aber auf einem dafür vorgesehenen Server abgespeichert werden. Der Abruf erfolgt also entweder direkt mittels optischem oder elektromagnetischem Messgerät oder indirekt mit dem beispielsweise optisch ermittelten Identifier des zumindest einen Markers als Schlüssel für eine Tabelle (Datenbank).The position offset can either be stored in the robot program, optically integrated in the code or stored in a combined RFID tag or on a server provided for this purpose. The call is therefore made either directly by means of an optical or electromagnetic measuring device or indirectly using the, for example, optically determined identifier of the at least one marker as the key for a table (database).
[0094] Zu Fig. 3b: Werden mehrere vorzugsweise mindestens drei Datamatrix-Codes in einem Aufnahme- oder Ablagebereich angeordnet, so kann eine verbesserte Positionierung über den gesamten durch die Datamatrix-Codes umgrenzten Bereich (natürlich in gewissen Grenzen auch außerhalb davon) erreicht werden. Durch das Anfahren und Einmessen der DatamatrixCodes kann der Roboter die absoluten Fehler des Manipulators im Bereich der DatamatrixCodes automatisch korrigieren. Aus den Messdaten kann ein detailliertes zwei- oder mehrdimensionales Koordinatensystem für die durch die Codes gekennzeichnete Arbeitsfläche erstellt werden. Wenn die Arbeitsfläche an eine andere Position vorzugsweise nach einem Konfigurationswechsel verschoben wird, muss kein neues Einmessen mehr stattfinden. Es muss lediglich der oder die entsprechenden Marker wieder aufgefunden werden.3b: If several, preferably at least three, data matrix codes are arranged in a receiving or storage area, then an improved positioning can be achieved over the entire area bounded by the data matrix codes (of course also within certain limits outside of this) , By moving to and measuring the data matrix codes, the robot can automatically correct the absolute errors of the manipulator in the area of the data matrix codes. A detailed two-dimensional or multi-dimensional coordinate system for the work area identified by the codes can be created from the measurement data. If the work surface is moved to a different position, preferably after a configuration change, no new calibration has to take place. It is only necessary to find the corresponding marker or markers again.
[0095] Die dritte Dimension des Korrekturrasters wird entweder aus der in der Kamera abgebildeten Markergröße (kleinerer Marker ist weiter weg, größerer Marker ist näher) über eine Bewegung der Kamera, die Tiefeninformation der Kamera (Bildgröße des Codes) und/oder zusätzliche in der dritten Ebene angebrachte zusätzliche Marker ermittelt werden.The third dimension of the correction grid is either from the marker size shown in the camera (smaller marker is further away, larger marker is closer) via a movement of the camera, the depth information of the camera (image size of the code) and / or additional in the third level attached additional markers can be determined.
[0096] In den Datamatrix-Codes oder in den mit RFID erweiterten Datamatrix-Codes könnenIn the data matrix codes or in the data matrix codes expanded with RFID can
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Patentamt zusätzliche Informationen (z.B.: Programmparameter oder sogar Programmsequenzen) enthalten sein, die das Robotersystem dazu befähigen, in einen beliebigen Maschinenteil Teile abzulegen oder zu entnehmen, ohne dass diese explizit in der Robotersteuerung programmiert werden. Dadurch kann eine Speicherung von Teiledaten in den Markern in den einzelnen Stationen erreicht werden, wodurch nach einem Umbau die üblicherweise notwendige Änderung an den Parametern entfallen kann.Patent office may contain additional information (e.g. program parameters or even program sequences) that enable the robot system to store or remove parts in any machine part without having to explicitly program them in the robot controller. As a result, part data can be stored in the markers in the individual stations, which means that the customary changes to the parameters can be omitted after a modification.
[0097] Zusätzliche Informationen können Bilder, Positionen, Programmierbefehle, Temperaturkurven, Positionsoffset, usw. sein.Additional information can be images, positions, programming commands, temperature curves, position offset, etc.
[0098] Zu Fig. 3c: Durch das Verwenden einer größeren Anzahl an Datamatrix-Codes können die Nichtlinearitäten im Positionsmaßstab des Manipulators ausgeglichen werden:3c: By using a larger number of data matrix codes, the non-linearities on the position scale of the manipulator can be compensated for:
[0099] Der Marker kann auch auf einem bewegten Maschinen- oder Werkzeugteil befestigt werden und damit eine Synchronisation des Roboters zu dieser Bewegung erreicht werden.The marker can also be attached to a moving machine or tool part and thus the robot can be synchronized with this movement.
[00100] Zu Fig. 4a und 4b: Durch hervorstehende Dorne als Form einer Erhöhung (Fig. 4a, Dorne kreisförmig) oder flächige Vertiefungen (Fig. 4a und 4b) können Marker, beispielsweise in Form von QR-Codes, hoch-präzise positioniert bzw. sogar gebildet werden.4a and 4b: Markers, for example in the form of QR codes, can be positioned very precisely by projecting mandrels as a form of an elevation (FIG. 4a, mandrels circular) or flat depressions (FIGS. 4a and 4b) or even be formed.
[00101] Es können mehrere Marker 6, die ausschließlich nach der Position (und nicht der Orientierung) ausgewertet werden, zu einem Koordinatensystem und auch zur Maßstabkorrektur des Robotersystems 1 verwendet werden.A plurality of markers 6, which are evaluated exclusively according to the position (and not the orientation), can be used for a coordinate system and also for the scale correction of the robot system 1.
[00102] Zu Fig. 5: Durch einen zusätzlichen optisch auswertbaren Maßstab in Form eines Lineals 14 kann die Position des Robotersystems bzw. die Stellung des Bewegungsapparats 4 fortlaufend korrigiert werden. Es reicht aus, wenn die Korrektur azyklisch nach Änderungen am Robotersystem 1 oder der Station oder das Robotersystem 1 und die Station umgebende Bedingungen (Temperatur, usw.) ausgeführt wird.5: With an additional optically evaluable scale in the form of a ruler 14, the position of the robot system or the position of the movement apparatus 4 can be continuously corrected. It is sufficient if the correction is carried out acyclically after changes to the robot system 1 or the station or the robot system 1 and conditions surrounding the station (temperature, etc.).
[00103] Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren nicht immer alle Elemente mit Bezugszeichen versehen, wenn bereits ein Element in der entsprechenden Figur mit dem entsprechenden Bezugszeichen versehen wurde. Dies betrifft insbesondere die Marker 6, die Werkstücke 3 und die Einsatzstellen 11.For the sake of clarity, not all elements in the figures are always provided with reference numerals if an element in the corresponding figure has already been provided with the corresponding reference number. This applies in particular to the markers 6, the workpieces 3 and the places of use 11.
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