DE102013113094B4 - Synchronisierung des Lackierablaufs mehrarmiger Roboter - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Synchronisierung von mindestens zwei Lackierrobotern (10, 12) zum Bearbeiten eines Teils, das sich entlang eines Fördergerätes (30) bewegt, mit den Schritten:Erzeugen einer Mastersequenz von Computerprogrammbefehlen für jeden der Lackierroboter (10, 12) zur kollisionsfreien Bewegung jedes der Lackierroboter (10, 12) entlang eines zugeordneten Mastersequenzweges relativ zu dem Teil, das sich entlang des Fördergerätes (30) bewegt, wobei jeder der Mastersequenzwege Positionen des zugeordneten Lackierroboters (10, 12) und des Fördergerätes (30) an vorbestimmten Synchronisierungspunkten enthält;Abarbeiten jede der Mastersequenzen auf einem Steuerelement (32, 33, 34, 35, 36), das mit dem zugeordneten Lackierroboter (10, 12) verbunden ist, um den zugeordneten Lackierroboter (10, 12) zu bewegen, und Vergleichen eines aktuellen Weges des zugeordneten Lackierroboters (10, 12) und des Fördergerätes (30) gegenüber dem Mastersequenzweg durch eine Ablaufsoftware;Bedienen der Steuerelemente (32, 33, 34, 35, 36) durch die Ablaufsoftware zur Einstellung der aktuellen Wege basierend auf dem Vergleich zwischen dem Mastersequenzweg und dem aktuellen Weg; undBedienen der Steuerelemente (32, 33, 34, 35, 36) durch die Ablaufsoftware zur Anforderung eines Bewegungsstopps des Fördergerätes (30) wie es zur Erleichterung einer Synchronisierung zwischen einer Bewegung der Lackierroboter (10, 12) und dem Fördergerät (30) notwendig ist.
Description
- Diese Erfindung betrifft die Synchronisierung mehrarmiger Roboter, die Gegenstände auf einem sich bewegenden Fördergerät lackieren, und insbesondere die Synchronisierung der Bewegung der mehrfachen Roboterarme zum Lackauftrag in einer Bearbeitungsstation, wobei der zu lackierende Gegenstand entlang eines sich bewegenden Fördergerätes in Gegenwart vielfacher, zufälliger Stopp- und Neustartvorgänge des Fördergerätes läuft.
- Typische bestehende Lackiersysteme nutzen Warten/Freigabe-Befehle mit explizit festgelegten Positions- oder Standortangaben eines Fördergerätes. Diese können anwendbar sein, um Roboter zu unterstützen, jedoch nicht in allen Fällen, in eine Synchronisierung zurückzukommen. Der Endbenutzer ist der Belastung ausgesetzt zu bestimmen, wie die Anweisungen zu erteilen und zu handhaben sind, was es zu einem ziemlich komplexen, Expertenwissen erfordernden, Arbeitsvorgang macht. Andere Beispiele im Stand der Technik umfassen Systeme, die Behinderungsbereiche verwenden, oder Systeme, die zwischen Robotern eine Master-Slave-Beziehung (zum Beispiel koordinierte Bewegung) nutzen, um die Arme davon abzuhalten, sich nahe zueinander zu bewegen. Als weiteres Beispiel wird ein Algorithmus „Synchronisierung Fördergerät“ verwendet, der den Roboter explizit anhält und übereinstimmend mit den Stopp- und Neustartvorgängen des Fördergerätes wieder in Betrieb nimmt, und/ oder eine Robotergeschwindigkeit direkt proportional zu Änderungen der Geschwindigkeit des Fördergerätes ändert.
- Die
DE 10 2010 052 253 A1 offenbart ein Verfahren und ein Steuermittle zur computergestützten Steuerung einer Roboteranordnung mit wenigstens zwei Robotern. - Aus der
DE 37 22 734 A1 ist ein Verfahren zum serienweisen Beschichten von Werkstücken sowie eine Beschichtungsanlage zum Durchführen dieses Verfahrens zu entnehmen. -
EP 1 701 824 B1 beschreibt ein Steuerverfahren sowie eine Vorrichtung und ein System für industrielle Roboter oder Manipulatoren. - Die
EP 1 343 594 B1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Oberflächenbeschichtungsanlage. - Aus der
JP H08-229 493 A -
JP H06-262 564 A - Systeme in Ausführung nach bisherigem Stand der Technik weisen die folgenden Nachteile auf:
- (a) Explizite Angaben des Fördergerätestandortes oder Warten/Freigabe-Angaben wenden sich nicht den Fällen zu, wo Roboter zwischendurch an den explizit definierten Fördergerätestandorten anhalten. Außerdem legen sie dem Endbenutzer eine hohe Belastung fachmännischen Könnens auf, um die Systeme arbeiten zu lassen.
- (b) Koordination Bewegung und andere Algorithmen vom Typ Master-Slave beinhalten mehr Programmierkomplexität und können in Fällen, wo das Fördergerät durch eine externe Einheit gesteuert wird, nicht durchführbar sein.
- (c) Synchronisierung Fördergerät kann Lackierqualität dadurch erschweren, dass die Geschwindigkeit des Werkzeugarbeitspunktes (TCP) nicht immer genau im Verhältnis zu dem Gegenstand beibehalten werden kann, und Auslösepunkte (d. h., wo die Lackierpistole im Verhältnis zum Gegenstand ein- oder ausgeschaltet wird), wie durchaus festgelegt, nicht vorhanden sein können.
- Ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 überwindet die Nachteile von Systemen in Ausführung nach bisherigem Stand der Technik. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Die oben erwähnten sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Fachmann ohne weiteres aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform bei Betrachtung angesichts der begleitenden Zeichnungen, in denen zeigen:
-
1 eine schematische Teilansicht einer Lacksprühkabine mit Lackier- und Handhabungs-/Öffnerrobotern, die entsprechend dem Verfahren nach der Erfindung synchronisiert werden; -
2 eine bruchstückhafte, perspektivische Ansicht der in1 gezeigten Lacksprühkabine; -
3 ein schematisches Blockdiagramm der Steuerung für die in1 und2 gezeigten Roboter; und -
4 das Ablaufdiagramm einer Interpretierprogrammaufgabe für jeden der Roboter gemäß der Erfindung. - Mit Bezug auf
1 und2 ist eine Sprüh- oder Lackierkabine 21 dargestellt, die eine Anordnung von Lackierrobotern 10, 12 und Handhabungsrobotern 14, 16 zur Durchführung von Arbeitsvorgängen an einem Gegenstand wie etwa einem Fahrzeug 28 veranschaulicht. In1 besitzt jeder der Lackierroboter 10, 12 einen Roboterarm mit jeweils einem Lackierautomat 17, 19. Jeder der Handhabungsroboter 14, 16 besitzt einen Roboterarm mit jeweils einem Handhabungswerkzeug 13, 15. Die Handhabungsroboter 14, 16 unterstützen die Lackierroboter 10, 12 selbst, indem sie Türen, Motorhauben, Kofferraumklappen und/oder Luken (hier als schwenkbare Metallverkleidungen 24 bezeichnet) ergreifen, öffnen, festhalten und schließen, um einen Innenraum des Fahrzeugs 28 freizulegen, so dass einer der Lackierroboter 10, 12 die Innenflächen des Fahrzeugs 28 entsprechend einem automatischen Lackierprozess lackieren kann. Es soll deutlich werden, dass System und Verfahren der vorliegenden Offenlegung mit den Lackierrobotern 10, 12 eingesetzt werden können, die die Handhabungswerkzeuge 13, 15 besitzen und deshalb in der Lage sind, bei Bedarf sowohl als Lackierroboter als auch Handhabungsroboter 14, 16 wirksam zu werden. Es soll außerdem deutlich werden, dass die hier beschriebenen speziellen Merkmale in Bezug auf eine Verwendung der Handhabungsroboter 14, 16 für Türöffnungen zum Beispiel gleichermaßen auf andere schwenkbare Metallverkleidungen wie etwa Motorhauben und Luken angewendet werden können. - Wie in
2 gezeigt wird, ist eine Vielzahl der Lackierroboter 10 an einer Seitenwand 25 der Kabine 21 befestigt. Drei solcher Roboter 10 sind gezeigt, wobei jeder ein um vier Achsen gelenkiger Roboterarm sein kann, der an einem freien Ende durch den Lackierautomat 17 begrenzt wird. Der Arm enthält eine Schulterachse, eine Ellbogenachse, eine Handgelenk-Drehachse und eine Handgelenk-Kippachse. Obwohl als Lackierautomat 17 eine rotierende Sprühglocke dargestellt ist, könnte jedes bekannte Gerät wie etwa eine Sprühpistole verwendet werden. Vorzugsweise sind die Lackiergeräte 10, 12 in entgegengesetzten Paaren angebracht, um gegenüber liegende Flächen des Gegenstandes 28 (1 ) wie beispielsweise eine Automobilkarosserie oder dergleichen (nicht gezeigt), die durch die Kabine 21 auf einem Fördergerät 30 entlang einer Achse 31 bewegt wird, gleichmäßig zu lackieren. - Die Lackierkabine 21 umfasst eine Vorder- oder Eintrittswand 20, eine Hinter- oder Austrittswand 22, eine untere Wand oder Boden 23, ein Paar der Seitenwände 25 und eine obere Wand oder Dach 26. Die rechte Seitenwand 25, die Vorderwand 20 und die obere Wand 26 sind weg geschnitten, um das Innere der Kabine 21 sehen zu können. Die Lackierroboter 10, 12 sind in einem oberen Teil der Lackierkabine 21 an den Seitenwänden 25 angeordnet. Entlang einer Innenfläche der linken Seitenwand 25 erstreckt sich eine Gestellschiene 11. Die Gestellschiene 11 kann an der Seitenwand 25 durch beliebige geeignete Mittel befestigt werden. Eine zweite der Gestellschienen 11 (nicht dargestellt) ist an der gegenüber liegenden Innenfläche der rechten Seitenwand 25 zur Befestigung der Lackierroboter 12 angeordnet. Alternativ dazu können die Gestellschienen 11 auf Säulen oder Pfosten gelagert werden, die sich vertikal von dem Boden 23 nach oben erstrecken.
- In
3 ist eine Bewegungssteuerung 40 für die in1 gezeigten Roboter dargestellt. Jedes von einer Vielzahl von Bewegungssteuerelementen 32, 33, 34, 35 ist mit einem zugeordneten der Roboter 10, 12, 14, 16 zur Steuerung der Roboterbewegungen beim Lackieren des Fahrzeugs 28 verbunden. Ein Steuerelement 36 des Robotersystems ist mit den Bewegungssteuerelementen 32, 33, 34, 35 verbunden und enthält einen Prozessor (CPU) 37 zur Ausführung von Programmbefehlen, die in einem mit der CPU 37 verbundenen Speicher 38 gespeichert sind. Außerdem ist mit der CPU 37 eine Benutzerschnittstelle oder das Eingabegerät 39 wie etwa ein Programmierhandgerät verbunden, damit ein Benutzer Informationen in das Steuerelement 36 eingeben kann. Anstelle eines Programmierhandgeräts kann das Benutzerschnittstellengerät die Tastatur eines PC mit einem CRT Display oder ein dem Fachmann bekanntes beliebiges anderes Eingabegerät sein. Die Steuerelemente 32, 33, 34, 35, 36 sind durch einen Bus 41 zur Vorwärts/ Rückwärtskommunikation verbunden. Zusätzliche der Roboter 10, 12, 14, 16, die sich in der Lackierkabine 21 befinden, können mit einem anderen ähnlichen Steuerelement 36 in ähnlicher Weise verbunden werden, das sein eigenes Eingabegerät besitzen oder ein Eingabegerät mit einem anderen Steuerelement des Robotersystems teilen könnte, oder beides haben könnte. Es gibt außerdem das Fördergerät 30 mit zugeordneter Steuereinheit 42, auf die die CPU 37 zumindest ausreichenden Zugriff hat, um Statusinformationen zu lesen und einen Stillstand des Fördergerätes anzufordern. - Das Bewegungssteuersystem 40 läuft, um „Wegsynchronisierung“ für ein Roboterlackiersystem zur Verfügung zu stellen. „Wegsynchronisierung“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die relativen Positionen der Roboterarme in ihrem Produktionszyklus ohne Rücksicht auf Änderungen der Geschwindigkeit des Fördergerätes und/oder auf Stopp- und Neustartereignisse des Fördergerätes beibehalten werden. Die Synchronisierung wird erzielt, indem eine „Mastersequenz“ erlernt wird, wie die zu synchronisierenden Roboterarme den Produktionsauftrag unter Idealbedingungen ausführen. Die Daten aus dieser Mastersequenz werden durch die Anwendung in den TP Programmen PROZESS selbst gespeichert, so dass bei Wiedergabe die Anwendung diese Daten dem Bewegungssystem zur Verfügung stellt, und das Bewegungssteuersystem 40 eine geeignete Synchronisierungsaktion vornehmen wird. Jeder Roboterarm synchronisiert sich mit der Position des Fördergerätes; daher wird zwischen Armen eine Synchronisierung infolge der Tatsache erzielt, dass sich alle Arme mit dem gleichen Fördergerät synchronisieren.
- Es gibt drei Betriebsarten (Regimes) für die Synchronisierungssoftware: das Lernregime, das Wiedergaberegime und das Blockierregime. Das Lernregime und das Wiedergaberegime sind in dem Ablaufdiagramm von
4 dargestellt. Im Lernregime werden die Daten einer Teileversetzung an jedem Synchronisierungspunkt aufgezeichnet und in den entsprechenden Zeilendaten des TP Programms PROZESS gespeichert. Der „Synchronisierungspunkt“ ist als eine Bewegungszeile definiert, die einen Befehl Pistole = EIN enthält. Im Wiedergaberegime werden die Daten aus den Zeilen des TP Programms PROZESS gelesen, die als Synchronisierungspunkte definiert worden sind (d. h. die angefügte Befehle Pistole = EIN besitzen), und die gelesenen Daten werden verwendet, um entweder die Roboterbewegung anzuhalten oder das Fördergerät in Abhängigkeit von einer aktuellen Teileversetzung anzuhalten. Im Blockierregime ist das Synchronisierungsmerkmal im Ganzen blockiert. - In
4 ist eine Interpretierprogrammaufgabe 50 für jeden Lackierroboter gezeigt, der das von dem Benutzer gelehrte TP Programm ausführt. Das Synchronisierungsmerkmal wirkt sich auf die Planung von Bewegung und Anwendung der Bewegungszeilen im TP Programm 54 aus. Während einer Bewegungsplanung 58 wird das Lernregime 55 in eine der TP Programmzeile zugeordnete, interne Bewegungsdatenstruktur 56 eingesetzt. Ein Verfolgungsmerkmal prüft entweder die Zielposition oder das TCP Extrem (falls aktiv) gegenüber einer Verfolgungsgrenze und wartet entweder die Planung in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Prüfung ab oder setzt sie fort. Diese Prüfung erfordert die Berechnung der Teileversetzung von einer Ausgabe eines mit dem Fördergerät verbundenen Erkennungsschalters. - In dem Lernregime 59 der Wegsynchronisierung wird die berechnete Teileversetzung in einer internen Bewegungsdatenstruktur 60 gespeichert, so dass sie später durch die Anwendung wieder abgerufen und in den Zeilendaten des TP Programms PROZESS gespeichert werden kann, wenn eine einen Befehl Pistole = EIN enthaltende TP Programmzeile zu planen ist und bestimmt wird, dass der Grenzzustand für diese Zeile erfüllt worden ist.
- Wenn die Bewegungszeile des TP Programms, die den Befehl Pistole = EIN enthält, im Lernregime 63 ausgeführt 62 wird, ruft die Anwendung die intern gespeicherten Versetzungsdaten ab und schreibt den Versetzungswert in die Befehlszeilendaten 64.
- Während des Wiedergaberegimes 55 ruft die Anwendung die Daten der Versetzung aus der TP Zeile 53 ab, wenn eine TP Zeile zu planen ist. Das Wiedergaberegime 55 und die Versetzung werden in einer internen Bewegungsdatenstruktur 57, die der TP Programmzeile zugeordnet ist, eingesetzt. Anschließend wird der Versetzungswert von den TP Zeilendaten mit der aktuellen gültigen Teileversetzung 61 verglichen, um zu bestimmen, ob die Planung abzuwarten oder fortzusetzen ist.
- Während einer Bewegungsplanung werden auch die Variablen für die vorhandene Ausgangsrandfunktion bei Zeilenverfolgung gesetzt, so dass, falls der Roboter sich tatsächlich hinter der erwarteten Position des Fördergerätes befindet, die digitale Ausgabe, das Fördergerät anzuhalten, durchgesetzt werden kann.
- Während des Blockierregimes werden alle oben erwähnten Funktionen umgangen.
- Schließlich wird eine Benutzerschnittstelle (Eingabegerät 39) für den Endbenutzer bereitgestellt, um einer Bewegung des Fördergerätes einen Spielraum, in Millimetern (zum Beispiel) zuzuordnen, der mit einer Unterbrechung der Roboterbewegung oder Unterbrechung des Fördergeräts bei Synchronisierung zu verknüpfen ist.
- Der primäre anomale Zustand (Fehler), der berücksichtigt werden muss ist der Fall, in dem das Lernregime aktiv ist jedoch kein „einwandfreier Lauf“ erhalten wird. Bei diesem Szenario wird am Ende des Auftrags eine Warnmeldung aktualisiert. Zu berücksichtigen ist auch der Fall, bei dem der Endbenutzer eine Änderung an einem TP Programm PROZESS vornimmt, die potenziell eine Bewegung und/oder zeitliche Steuerung beeinflusst. Dieser Fall wird genauso wie der Fall behandelt, bei dem der „einwandfreie Lauf“ gescheitert ist. Um diesen Fall zu detektieren, wird das Datenelement „Letzte Verarbeitete Zeitangabe“ in dem Datenanfangssatz des TP Programms verwendet und mit der „Letzten Modifizierten Zeitangabe“ des TP Programms verglichen. Die in dem Feld „Letzte Verarbeitete Zeitangabe“ würde die Zeitangabe/Zeit darstellen, bei der ein erfolgreicher „einwandfreier Lauf“ stattgefunden hat, um Synchronisierungsdaten zu aktualisieren. Wenn kein „einwandfreier Lauf“ erhalten wird, dann ist das Feld „Letzte Verarbeitete Zeitangabe“ nicht aktualisiert.
- In beiden Betriebsarten wird die oben erwähnte Handhabung der Versetzungsdaten nur am Befehl Pistole = EIN angewandt, der in der Lackieranwendung den Synchronisierungspunkt darstellt, weil er den Lackierstrich definiert.
- Befindet man sich im Lernregime, gibt es während einer AUFTRAG Ausführung zwei Szenarien, welche die aufgezeichneten Daten ungültig machen sollen: Stillstand des Fördergerätes während einer AUFTRAG Ausführung; und Störung (E-Stopp) während einer AUFTRAG Ausführung. Sobald eines dieser Ereignisse auftritt, sollten aufeinander folgende Bewegungen keine Daten aufzeichnen, wenn sich das System noch im Lernregime befindet, und das Feld „Letzte Verarbeitete Zeitangabe“ sollte nicht aktualisiert werden. Am Ende des AUFTRAGS wird dann ein Warnruf versendet, um anzuzeigen, dass Synchronisierung im Lernregime nicht erfolgreich beendet ist.
Claims (11)
- Verfahren zur Synchronisierung von mindestens zwei Lackierrobotern (10, 12) zum Bearbeiten eines Teils, das sich entlang eines Fördergerätes (30) bewegt, mit den Schritten: Erzeugen einer Mastersequenz von Computerprogrammbefehlen für jeden der Lackierroboter (10, 12) zur kollisionsfreien Bewegung jedes der Lackierroboter (10, 12) entlang eines zugeordneten Mastersequenzweges relativ zu dem Teil, das sich entlang des Fördergerätes (30) bewegt, wobei jeder der Mastersequenzwege Positionen des zugeordneten Lackierroboters (10, 12) und des Fördergerätes (30) an vorbestimmten Synchronisierungspunkten enthält; Abarbeiten jede der Mastersequenzen auf einem Steuerelement (32, 33, 34, 35, 36), das mit dem zugeordneten Lackierroboter (10, 12) verbunden ist, um den zugeordneten Lackierroboter (10, 12) zu bewegen, und Vergleichen eines aktuellen Weges des zugeordneten Lackierroboters (10, 12) und des Fördergerätes (30) gegenüber dem Mastersequenzweg durch eine Ablaufsoftware; Bedienen der Steuerelemente (32, 33, 34, 35, 36) durch die Ablaufsoftware zur Einstellung der aktuellen Wege basierend auf dem Vergleich zwischen dem Mastersequenzweg und dem aktuellen Weg; und Bedienen der Steuerelemente (32, 33, 34, 35, 36) durch die Ablaufsoftware zur Anforderung eines Bewegungsstopps des Fördergerätes (30) wie es zur Erleichterung einer Synchronisierung zwischen einer Bewegung der Lackierroboter (10, 12) und dem Fördergerät (30) notwendig ist.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , umfassend das Durchführen der Schritte zum Bedienen der Lackierroboter (10, 12) kollisionsfrei ohne Positionen, in denen Sprühmuster sich überschneiden können. - Verfahren nach
Anspruch 1 , umfassend das Durchführen des Schrittes zum Erzeugen einer Mastersequenz von Computerprogrammbefehlen durch Abarbeiten eines Ghost-Auftrages mit einem simulierten Fördergerät (30) und allen Lackierautomaten (17, 19), die den blockierten Lackierrobotern (10, 12) zugeordnet sind. - Verfahren nach
Anspruch 1 , umfassend das Speichern von Daten aus jeder der Mastersequenzen in TP Programmen (54) Prozess, die durch das zugeordnete Steuerelement (32, 33, 34, 35, 36) abzuarbeiten sind. - Verfahren nach
Anspruch 4 , umfassend das erneute Erzeugen jeder der Mastersequenzen als Reaktion auf eine Änderung in einem Bewegungsbefehl in einem der zugeordneten TP Programme (54) Prozess. - Verfahren nach
Anspruch 1 , bei dem die Computerprogrammbefehle vorbestimmte Synchronisierungsbefehle, die Synchronisierungspunkte identifizieren, umfassen. - Verfahren nach
Anspruch 6 , umfassend das Bereitstellen der vorbestimmten Synchronisierungsbefehle an mindestens einen Öffnerroboter, um Synchronisierung zwischen einer Bewegung des Öffnerroboters und des Fördergerätes (30) zu erleichtern. - Verfahren nach
Anspruch 6 , bei dem während einer Abarbeitung der Mastersequenz das Steuerelement (32, 33, 34, 35, 36) auf die vorbestimmten Synchronisierungsbefehle reagiert, indem eine Versetzung des Teils auf dem Fördergerät (30) bezüglich eines Ausgangspunktes des Robotermilieus geprüft wird, und eine Bewegung des zugeordneten Lackierroboters (10, 12) und des Fördergerätes (30) fortsetzt, wenn sich die Versetzung innerhalb einer vorgegebenen Toleranz befindet. - Verfahren nach
Anspruch 8 , bei dem die Versetzung hinter der Mastersequenz zurückbleibt, das Steuerelement (32, 33, 34, 35, 36) bewirkt, dass der zugeordnete Lackierroboter (10, 12) wartet, bis die Versetzung innerhalb der Toleranz ankommt, und anschließend eine Bewegung des zugeordneten Lackierroboters (10, 12) wieder aufnimmt. - Verfahren nach
Anspruch 8 , bei dem das Steuerelement (36), wenn sich die Versetzung vor der Mastersequenz befindet, bewirkt, dass das Fördergerät (30) anhält, bis die Versetzung innerhalb einer Toleranz ankommt, und anschließend eine Bewegung des Fördergerätes (30) wieder aufnimmt. - Verfahren nach
Anspruch 8 , bei dem die vorgegebene Toleranz andere Werte für die der Mastersequenz nacheilende Versetzung und die Versetzung besitzt, die sich vor der Mastersequenz befindet.
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