Un método para calibración de un robot posicionado sobre una plataforma móvil.

Un método para calibración de un robot (1), que incluye una pluralidad de uniones y posicionado sobre una plataforma móvil (3),

con relación a un objeto de trabajo (5) utilizando una unidad de medición (4) montada sobre una muñeca (1d) del robot, caracterizado por que el método incluye las siguientes primeras etapas realizadas en un sistema de software CAD:

- cargar modelos CAD del robot (10), la plataforma móvil (12), la unidad de medición (16) sobre el robot, y el objeto de trabajo (14) dentro del sistema CAD,

- colocar los modelos CAD de la plataforma y el objeto de trabajo en una relación entre sí, de manera que el robot es capaz de alcanzar el objeto de trabajo,

- manipular las uniones del modelo CAD del robot hasta que el modelo CAD de la unidad de medición se mueva hasta una primera posición y orientación con relación a la plataforma que permiten la medición de una primera característica (18) del objeto de trabajo,

- almacenar dicha primera posición y orientación de la unidad de medición,

- generar un primer modelo CAD de la primera característica basado en el modelo CAD del objeto de trabajo, como se ve desde la unidad de medición en dicha primera posición y orientación, y

- almacenar el primer modelo CAD de la primera característica en el sistema CAD, y el método incluye las segundas etapas siguientes realizadas en el mundo real:

- mover automáticamente el robot real (1) para alcanzar dicha primera posición y orientación de la unidad de medición con relación a la plataforma,

- mover la plataforma real (3) hasta un lugar en el que se pueden realizar mediciones de la primera característica,

- realizar mediciones en 3D de la primera característica por medio de la unidad de medición,

- generar un segundo modelo CAD de la primera característica basado en las mediciones en 3D de la primera característica,

- realizar una adaptación óptima, que incluye escalado y rotación, entre el primero y el segundo modelos CAD de la primera característica, y sobre la base de ello calcular la diferencia de postura 6 DOF entre los modelos CAD, y

- ajustar la posición y orientación de la plataforma dando instrucciones a la plataforma para moverla y reorientarla para compensar la diferencia de postura calculada.

Un mïtodo para calibraciïn de un robot posicionado sobre una plataforma mïvil

Campo de la invenciïn La presente invenciïn se refiere a un mïtodo para calibraciïn de un robot, que incluye una pluralidad de uniones y posicionado sobre una plataforma mïvil con relaciïn a un objeto de trabajo utilizando una unidad de mediciïn montada sobre una muïeca del robot. Con una plataforma mïvil se entiende una plataforma que es mïvil por sï misma o es mïvil por otros medios, tales como un camiïn.

Tïcnica anterior

Aunque se ha realizado investigaciïn de robot durante mïs de 20 aïos, no existe todavïa ningïn impacto en la industria de fabricaciïn. Ejemplos de productos de ïxito son cortacïsped, aspiradores, guïas de museo y juguetes, y la tecnologïa empleada para estos productos es difïcil de usar con los requerimientos que deben cumplirse en la industria. No obstante, existen aplicaciones en las que la industria de fabricaciïn de podrïa beneficiar de robots mïviles con el fin de incrementar la flexibilidad de la automatizaciïn de robots. Una situaciïn en la que esto es fïcil de comprender es cuando se realiza la fabricaciïn de estructuras grandes como componentes de aviones, trenes, barcos, mïquinas, plataformas petrolïferas, puentes, edificios, centrales elïctricas, molinos de viento, etc. En los casos en los que se utiliza tecnologïa de automatizaciïn para estructuras grandes actualmente, se necesitan manipuladores grandes costosos y, ademïs del alto coste de estos manipuladores, existe tambiïn el problema de mover los objetos grandes hasta los manipuladores fijos. Teniendo robots mïviles en estas aplicaciones, los objetos de trabajo podrïan permanecer donde son fabricados y los robots mïviles podrïan moverse en cambio hasta los objetos de trabajo.

Un robot mïvil incluye una porciïn de base y una pluralidad de partes mïviles con relaciïn a la porciïn de base, y la porciïn de base estï montada sobre una plataforma mïvil. Un sistema de coordenadas de base se define en una relaciïn fija con respecto a la porciïn de base del robot. Un sistema de coordenadas del objeto de trabajo se define en una relaciïn fija con respecto a un objeto de trabajo localizado en la zona de trabajo del robot. El sistema de coordenadas del objeto de trabajo debe calibrarse con relaciïn al sistema de coordenadas de base del robot. Cuando debe realizarse un programa de calibraciïn para el robot sobre la plataforma mïvil, existen dos problemas principales a resolver. En primer lugar, debe determinarse el emplazamiento de la plataforma mïvil durante el procesamiento y entonces debe medirse con exactitud el sistema de coordenadas del objeto de trabajo a utilizar en los programas del proceso ejecutados por el robot.

El problema tïcnico principal cuando se utilizan robots industriales sobre plataformas mïviles es que la calibraciïn de un robot mïvil con relaciïn a un objeto de trabajo para obtener la exactitud necesaria para la mayorïa de los procesos industriales, es muy difïcil y consume mucho tiempo.

M. C. Wanner y col: “Off-line programming for the aircraft cleanning robot Skywash”, Intelligent robots and systems ’94, Advanced Robotic Systems and real world IROS ’94, vol. 3, pïginas 1972-1979, 12 – 16 Septiembre de 1994, describe un mïtodo para posicionamiento de una plataforma sobre la que estï montado un robot con relaciïn a un aviïn utilizando un escïner lïser 3D montado sobre el robot. Los datos 3D medidos del aviïn son comparados con un modelo CAD del aviïn para determinar la posiciïn y orientaciïn del robot con relaciïn al aviïn.

Objetos y sumario de la invenciïn El objeto de la presente invenciïn es proporcionar un mïtodo sencillo y rïpido para calibraciïn de un robot posicionado sobre una plataforma mïvil con relaciïn a un objeto de trabajo grande.

Este objeto se consigue por un mïtodo como se define en la reivindicaciïn 1, que incluye las siguientes primeras etapas realizadas en un sistema de software CAD:

-cargar modelos CAD del robot, la plataforma mïvil, la unidad de mediciïn sobre el robot, y el objeto de trabajo dentro del sistema CAD,

-colocar los modelos CAD de la plataforma y el objeto de trabajo en una relaciïn entre sï, de manera que el robot es capaz de alcanzar el objeto de trabajo,

-manipular las uniones del modelo CAD del robot hasta que el modelo CAD de la unidad de mediciïn se mueva hasta una primera posiciïn y orientaciïn con relaciïn a la plataforma, que permiten la mediciïn de una primera caracterïstica del objeto de trabajo,

-almacenar dicha primera posiciïn y orientaciïn de la unidad de mediciïn,

-generar un primer modelo CAD de la primera caracterïstica basado en el modelo CAD del objeto de trabajo,

como se ve desde la unidad de mediciïn en dicha primera posiciïn y orientaciïn, y

-almacenar el primer modelo CAD de la primera caracterïstica en el sistema CAD.

El mïtodo incluye las segundas etapas siguientes realizadas en el mundo real:

-mover la plataforma real hasta un lugar en el que se pueden realizar mediciones de la primera caracterïstica,

-mover automïticamente el robot real para alcanzar dicha primera posiciïn y orientaciïn de la unidad de mediciïn con relaciïn a la plataforma,

-realizar mediciones en 3D de la primera caracterïstica por medio de la unidad de mediciïn,

-generar un segundo modelo CAD de la primera caracterïstica basado en las mediciones en 3D de la primera caracterïstica,

-realizar una adaptaciïn ïptima, que incluye escalado y rotaciïn, entre el primero y el segundo modelos CAD de la primera caracterïstica, y sobre la base de ello calcular la diferencia de postura 6 DOF entre los modelos CAD, y

-ajustar la posiciïn y orientaciïn de la plataforma dando instrucciones a la plataforma para moverla y reorientarla para compensar la diferencia de postura calculada.

La presente invenciïn propone posibilidades para calibrar un robot con relaciïn a un objeto de trabajo grande, tanto en el caso de programaciïn del robot realizada de forma autodidacta como tambiïn en el caso de programaciïn de robot basada en CAD. Un resultado del anïlisis es que la programaciïn fuera de lïnea tendrï un papel todavïa mïs importante para robots mïviles, puesto que ïste puede realizar la calibraciïn y la programaciïn de forma mïs o menos automïtica. El concepto descrito se basa en el uso de una unidad de mediciïn 3D.

Con el tïrmino postura se entiende posiciïn y orientaciïn.

Con un modelo CAD se entiende un modelo en 3D generado por software en un sistema CAD.

Con mediciones en 3D se entiende utilizar una unidad de mediciïn en 3D, tal como un sistema de cïmara estïreo, o un escïner de lïser, para medir la topologïa de un objeto.

Con diferencia de postura 6 DOF entre los modelos CAD se entiende la diferencia en posiciïn y orientaciïn en seis grados de libertad entre los dos modelos CAD.

La calibraciïn se prepara en un sistema CAD, por ejemplo, una herramienta de programaciïn de robot fuera de lïnea basada en CAD. Despuïs, la calibraciïn se realiza automïticamente en el mundo real. Este mïtodo proporciona una calibraciïn fïcil y rïpida de la plataforma con relaciïn al objeto de trabajo, es decir, que se determina el emplazamiento de la plataforma mïvil durante el procesamiento. La exactitud alcanzada con este mïtodo es suficiente para aplicaciones que tienen bajas demandas sobre la exactitud de la posiciïn del robot con relaciïn al objeto de trabajo, tal como pintura y manipulaciïn de material.

Si existen modelos-CAD del robot, la plataforma mïvil, la unidad de mediciïn, y el objeto de trabajo en la herramienta de programaciïn, es adecuado realizar la preparaciïn de la calibraciïn en la herramienta de programaciïn del robot. Se supone que una unidad de mediciïn en 3D estï montada sobre la muïeca del robot.

Con el fin de obtener un emplazamiento automïtico de la plataforma mïvil se propone que se utilice un modelo CAD de una parte del objeto de trabajo como una referencia cuando el robot estï a una distancia segura desde el objeto de trabajo. La primera caracterïstica es una parte del objeto de trabajo que es posible para mediciïn con la unidad de mediciïn cuando el robot estï a una distancia segura desde el objeto de trabajo, es decir, una distancia suficientemente grande para evitar colisiones entre el robot y el objeto de trabajo durante la calibraciïn.

Mediante escalado y rotaciïn, se ajusta un modelo CAD preparado de una primera caracterïstica sobre el objeto de trabajo para adaptar un modelo CAD obtenido a partir de mediciones de la primera caracterïstica... [Seguir leyendo]

1. Un mïtodo para calibraciïn de un robot (1) , que incluye una pluralidad de uniones y posicionado sobre una plataforma mïvil (3) , con relaciïn a un objeto de trabajo (5) utilizando una unidad de mediciïn (4) montada sobre una muïeca (1d) del robot, caracterizado por que el mïtodo incluye las siguientes primeras etapas realizadas en un sistema de software CAD:

-cargar modelos CAD del robot (10) , la plataforma mïvil (12) , la unidad de mediciïn (16) sobre el robot, y el objeto de trabajo (14) dentro del sistema CAD,

-colocar los modelos CAD de la plataforma y el objeto de trabajo en una relaciïn entre sï, de manera que el robot es capaz de alcanzar el objeto de trabajo,

- manipular las uniones del modelo CAD del robot hasta que el modelo CAD de la unidad de mediciïn se mueva hasta una primera posiciïn y orientaciïn con relaciïn a la plataforma que permiten la mediciïn de una primera caracterïstica (18) del objeto de trabajo,

-almacenar dicha primera posiciïn y orientaciïn de la unidad de mediciïn,

-generar un primer modelo CAD de la primera caracterïstica basado en el modelo CAD del objeto de trabajo, 15 como se ve desde la unidad de mediciïn en dicha primera posiciïn y orientaciïn, y

-almacenar el primer modelo CAD de la primera caracterïstica en el sistema CAD,

y el mïtodo incluye las segundas etapas siguientes realizadas en el mundo real:

-mover automïticamente el robot real (1) para alcanzar dicha primera posiciïn y orientaciïn de la unidad de mediciïn con relaciïn a la plataforma,

- mover la plataforma real (3) hasta un lugar en el que se pueden realizar mediciones de la primera caracterïstica,

-realizar mediciones en 3D de la primera caracterïstica por medio de la unidad de mediciïn,

-generar un segundo modelo CAD de la primera caracterïstica basado en las mediciones en 3D de la primera caracterïstica,

- realizar una adaptaciïn ïptima, que incluye escalado y rotaciïn, entre el primero y el segundo modelos CAD de la primera caracterïstica, y sobre la base de ello calcular la diferencia de postura 6 DOF entre los modelos CAD, y

-ajustar la posiciïn y orientaciïn de la plataforma dando instrucciones a la plataforma para moverla y reorientarla para compensar la diferencia de postura calculada.

2. El mïtodo de calibraciïn de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en el que dichas primeras etapas realizadas en el sistema CAD incluyen, ademïs:

-manipular las uniones del modelo CAD (10) del robot hasta que el modelo CAD de la unidad de mediciïn

(16) se mueve hasta una segunda posiciïn y orientaciïn con relaciïn a la plataforma permitiendo la mediciïn de una segunda caracterïstica (20, 22, 24) del objeto de trabajo, en el que la segunda posiciïn y 35 orientaciïn estïn mïs cerca del objeto de trabajo que la primera posiciïn y orientaciïn, -almacenar dicha segunda posiciïn y orientaciïn de la unidad de mediciïn, -generar un primer modelo CAD de la segunda caracterïstica basado en el modelo CAD del objeto de trabajo, como se ve desde la unidad de mediciïn en dicha segunda posiciïn y orientaciïn, y -almacenar el primer modelo CAD de la segunda caracterïstica en el sistema CAD, y 40 dichas segundas etapas realizadas en el mundo real incluyen, ademïs: -mover automïticamente el robot real para alcanzar dicha segunda posiciïn y orientaciïn de la unidad de mediciïn con relaciïn a la plataforma, -realizar mediciones en 3D de la segunda caracterïstica por medio de la unidad de mediciïn,

-generar un segundo modelo CAD de la segunda caracterïstica sobre las mediciones en 3D de la segunda 45 caracterïstica,

-realizar una adaptaciïn ïptima, incluyendo escalado y rotaciïn, entre el primero y el segundo modelos CAD de la segunda caracterïstica, y sobre la base de ello calcular la diferencia de postura 6 DOF entre los modelos CAD, y

-ajustar la transformaciïn del sistema de coordenadas entre el sistema de coordenadas del objeto de trabajo 5 (wc) y el sistema de coordenadas del robot (rc) sobre la base de la diferencia de postura 6 DOF entre el primero y el segundo modelos CAD de la segunda caracterïstica.

3. El mïtodo de calibraciïn de acuerdo con la reivindicaciïn 2, en el que la segunda caracterïstica es menor que la primera caracterïstica.

4. El mïtodo de calibraciïn de acuerdo con la reivindicaciïn 2 ï 3, en el que el mïtodo comprende, ademïs:

- manipular las uniones del modelo CAD (10) del robot hasta que el modelo CAD de la unidad de mediciïn (16) se mueve hasta una tercera posiciïn y orientaciïn con relaciïn a la plataforma permitiendo la mediciïn de una tercera caracterïstica (22) del objeto de trabajo, en el que la tercera posiciïn y orientaciïn estïn mïs cerca del objeto de trabajo 14 que la primera posiciïn y orientaciïn,

-almacenar dicha tercera posiciïn y orientaciïn de la unidad de mediciïn,

- generar un primer modelo CAD de la tercera caracterïstica basado en el modelo CAD del objeto de trabajo, como se ve desde la unidad de mediciïn en dicha tercera posiciïn y orientaciïn, y

-almacenar el primer modelo CAD de la tercera caracterïstica en el sistema CAD, y

dichas segundas etapas realizadas en el mundo real incluyen, ademïs:

-mover automïticamente el robot real para alcanzar dicha tercera posiciïn y orientaciïn de la unidad de 20 mediciïn con relaciïn a la plataforma,

-realizar mediciones en 3D de la tercera caracterïstica por medio de la unidad de mediciïn,

-generar un segundo modelo CAD de la tercera caracterïstica sobre las mediciones en 3D de la tercera caracterïstica,

-realizar una adaptaciïn ïptima, incluyendo escalado y rotaciïn, entre el primero y el segundo modelos CAD 25 de la segunda y tercera caracterïsticas, y sobre la base de ello calcular la diferencia de postura 6 DOF entre los modelos CAD, y

-ajustar la transformaciïn del sistema de coordenadas entre el sistema de coordenadas del objeto de trabajo (wc) y el sistema de coordenadas del robot (rc) sobre la base de la diferencia de postura 6 DOF entre el primero y el segundo modelos CAD de la segunda y tercera caracterïsticas.