用于机器人组装的系统和方法
阅读说明：本技术 用于机器人组装的系统和方法 (System and method for robotic assembly ) 是由 F·戴 于 2019-02-27 设计创作，主要内容包括：一种用于机器人组装的方法,包括以下步骤：接收(S10)产品数据(Dp),所述产品数据(Dp)包括产品(60)的产品结构数据和/或产品几何数据,所述产品(60)具有待组装的至少一个组装零件(62)和基本组件(61)；分析(S20)所述产品数据(Dp),由此确定与用于产品(60)的组装的机器人(50)的功能相关的机器人功能(F)；生成(S30)包括取决于所确定的机器人功能和产品数据(Dp)的组装指令(I)的机器人程序(P)；以及执行(S40)所生成的机器人程序(P),由此识别和/或定位至少一个组装零件(62)并且组装产品(60)。(A method for robotic assembly, comprising the steps of: receiving (S10) product data (Dp), the product data (Dp) comprising product structure data and/or product geometry data of a product (60), the product (60) having at least one assembly part (62) to be assembled and a basic assembly (61); analyzing (S20) the product data (Dp), thereby determining a robot function (F) related to a function of the robot (50) for assembly of the product (60); generating (S30) a robot program (P) comprising assembly instructions (I) depending on the determined robot functions and product data (Dp); and executing (S40) the generated robot program (P), thereby identifying and/or locating at least one assembly part (62) and assembling the product (60).)
技术领域
本公开涉及用于机器人组装的系统和方法。
背景技术
编程工业机器人应用仍然是耗时的，并且要求在应用领域中和在机器人领域中的专家知识。除基于CAD/CAM数据的机器人运动路径的生成之外，对于自动或半自动生成机器人应用程序的尝试更多地处于理论水平上。还存在关于组装图表的生成的许多研究工作，但没有用在实现智能机器人功能中。另一方面，基于传感器的对象定位和对象特征检测广泛用在机器人领域中，然而将它们用于个体应用经常要求专门知识和附加的编程或配置工作量（effort）。
因此，存在对于用于机器人组装的改进方法的需要。
发明内容
根据一个方面，用于机器人组装的方法包括以下步骤：
接收产品数据，所述产品数据包括产品的产品结构数据和/或产品几何数据，所述产品具有待组装的至少一个组装零件和基本组件；
分析产品数据，由此确定与用于组装产品的机器人的功能相关的机器人功能；
生成机器人程序，所述机器人程序包括取决于所确定的机器人功能和产品数据的组装指令；以及
执行所生成的机器人程序，由此识别和/或定位至少一个组装零件以及组装产品。
优选地，用于组装产品的机器人的功能包括推动（pushing）、按扣（snapping）和/或旋拧（screwing）。
如本文中使用的，术语“组装指令”涉及用于机器人的序列以组装产品的指令。组装产品优选地包括拾取至少一个组装零件，将至少一个组装零件移动到基本组件的组装位置和/或将至少一个组装零件与基本组件连接。
优选地，取决于结构数据，确定与产品的单独构件的层级（hierarchy）相关的产品层级数据。取决于产品的单独构件的层级，优选地可以将基本组件与组装零件区分。
当分析产品数据时，根据产品数据，优选地根据产品层级数据来确定基本组件和至少一个组装零件。
优选地，产品数据包括相对于产品构件的数据。例如，产品数据包括产品构件相对于另一个产品构件的位置数据。产品数据优选地包括与用于组装产品的工作空间的设计和/或布局相关的工作空间数据。产品数据可以包括关于产品和/或产品构件的另外的数据。
优选地，机器人程序是全自动生成的。
因此，提供一种改进方法，其用于将组装指令生成与基于传感器的对象检测和定位组合，以用于有效并且自动识别至少一个组装零件以及定位至少一个组装零件。
因此，将针对编程机器人组装应用的工作量最小化。
在优选的实施例中，方法包括以下步骤：
从产品的CAD数据接收产品数据。
产品的CAD数据优选地包括产品构件（如同组装零件或基本组件）和/或产品的2D模型和/或3D模型。
CAD系统支持组装序列的定义和分析。优选地，基于CAD数据可以确定基于产品结构数据和产品几何数据的至少产品层级数据。
因此，提供一种改进方法，其用于将基于CAD的组装指令生成与基于传感器的对象检测和定位组合，以用于有效并且自动识别至少一个组装零部件以及定位至少一个组装零件。
在优选的实施方案中，方法包括以下步骤：
在执行机器人程序的同时，由RFID读取器识别产品的至少一个组装零件。
组装零件优选地提供有RFID应答器，至少存储相应组装零件的零件识别号。RFID读取器优选地读出RFID应答器，由此识别至少一个组装零件。
因此，可以提供至少一个组装零件的改进识别。
在优选的实施例中，方法包括以下步骤：
在执行机器人程序的同时，由视觉系统定位产品的至少一个组装零件。
因此，可以提供至少一个组装零件的改进定位。
在优选的实施例中，方法包括以下步骤：
从产品数据确定至少一个组装零件的CAD模型；以及
将视觉系统的3D图像与至少一个组装零件的所确定的CAD模型匹配。
因此，可以提供至少一个组装零件的改进定位。
在优选的实施例中，分析产品数据包括：针对基本组件创建局部坐标系；针对至少一个组装零件创建局部坐标系；确定至少一个组装零件的起始姿态（pose）；确定至少一个组装零件的方向和/或确定至少一个组装零件的拾取姿态。
优选地，至少一个组装零件的起始姿态，至少一个组装零件的方向和/或至少一个组装零件的拾取姿态是相对于彼此和/或相对于基本组件的规定（specification）。起始姿态和/或方向优选地与机器人的组装运动相关。
因此，提供一种改进方法，其用于将组装指令生成与基于传感器的对象检测和定位组合，以用于有效并且自动识别至少一个组装零件以及定位至少一个组装零件。
在优选的实施例中，组装指令包括：找到至少一个组装零件；将参考坐标系调整到基本组件的局部坐标系；调整至少一个组装零件的拾取姿态；利用对应拾取姿态拾取至少一个组装零件；利用至少一个组装零件的对应起始姿态和方向组装至少一个组装零件和/或更新产品数据。
基于相对数据，当找到基本组件时，调整针对基本组件的局部坐标系和针对至少一个组装零件的局部坐标系。
因此，提供一种改进方法，其用于将组装指令生成与基于传感器的对象检测和定位组合，以用于有效并且自动识别至少一个组装零件以及定位至少一个组装零件。
在优选的实施例中，方法包括以下步骤：
在执行机器人程序的同时，确定和/或调整机器人功能的参数。
优选地，机器人程序包括当执行机器人程序的同时可以调整的参数。当识别和定位至少一个组装零件时，可以与另一个组装零件独立地将起始姿态、方向和/或拾取姿态（其为相对姿态）调整到绝对值。
因此，提供一种改进方法，其用于将组装指令生成与基于传感器的对象检测和定位组合，以用于有效并且自动识别至少一个组装零件以及定位至少一个组装零件。
根据方面，用于机器人组装的系统，包括：数据库，所述数据库包括产品数据，所述产品数据包括待组装的产品的产品结构数据和/或产品几何数据；控制单元，所述控制单元配置用于分析产品数据，由此确定与用于组装产品的机器人的功能相关的机器人功能，以及生成机器人程序，所述机器人程序包括取决于所确定的机器人功能和产品数据的组装指令；以及机器人系统，所述机器人系统包括机器人控制器，所述机器人控制器配置用于执行所生成的机器人程序，由此识别和定位至少一个组装零件以及组装产品。
因此，提供一种改进系统，其用于将组装指令生成与基于传感器的对象检测和定位组合，以用于有效并且自动识别至少一个组装零件以及定位至少一个组装零件。
在优选的实施例中，产品数据包括产品的CAD数据。
因此，提供一种改进系统，其用于将基于CAD的组装指令生成与基于传感器的对象检测和定位组合，以用于有效并且自动识别至少一个组装零件并且定位至少一个组装零件。
在优选的实施例中，机器人系统包括具有至少一个RFID读取器的RFID读取器系统，所述至少一个RFID读取器被配置用于识别产品的至少一个组装零件。
因此，可以提供至少一个组装零件的改进识别。
在优选的实施例中，机器人系统包括视觉系统，所述视觉系统优选地具有至少一个照相装置和/或数据处理单元，所述数据处理单元被配置用于绝对地定位产品的组装零件。
所述照相装置优选地是3D照相装置。
因此，可以提供至少一个组装零件的改进定位。
在优选的实施例中，至少一个组装零件提供有RFID应答器。
每个组装零件提供有RFID应答器。RFID应答器优选地直接被设置在组装零件上。RFID应答器备选地被设置在存储组装零件的容器和/或用于供给（feed）组装零件的供给系统上。每个容器优选地仅包括相同类型的组装零件。
容器和供给系统特别适于相对小的组装零件。RFID应答器优选地至少存储组装零件的零件识别号。
RFID应答器可以由RFID读取器系统识别，以识别提供有RFID应答器的组装零件。
因此，可以提供至少一个组装零件的改进识别。
本发明还涉及：计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于控制设备的一个或多个处理器的计算机程序代码，所述设备适于连接到通信网络和/或被配置成：存储标准化的配置表示；特别组装计算机程序产品，所述计算机程序产品包括在其中包含计算机程序代码的计算机可读介质。
附图说明
在下文中将参考在附图中图示的优选示范性实施例更详细地解释本发明的主题，其中：
图1示出用于机器人组装的系统的流程图；
图2示出用于机器人组装的系统的示意图；以及
图3示出用于机器人组装的方法的流程图。
附图中使用的参考符号及其含义以概括形式在参考符号列表中列出。原则上，在附图中相同的组装零件提供有相同的参考符号。
具体实施方式
优选地，将功能模块和/或配置机制分别实现为编程软件模块或规程；然而，本领域的技术人员将理解，功能模块和/或配置机制可以完全地被实现或者部分地以硬件来组装。
图1示出用于机器人组装的系统10，所述系统10包括数据库20、控制单元30以及机器人系统40。控制单元30包括分析单元31和生成单元32。机器人系统40包括RFID读取器系统41，视觉系统42以及机器人控制器43。数据库包含待组装的产品60的产品数据Dp。产品数据Dp包括产品60的产品结构数据和/或产品几何数据。例如，产品数据Dp包括产品的CAD数据。CAD数据优选地涉及产品和产品构件的3D模型。产品数据Dp被提供到控制单元30，特别是控制单元30的分析单元31。
分析单元31分析产品数据Dp。因此，与用于组装产品的机器人的功能相关的机器人功能F由分析单元31确定。另外，产品60的构件（优选地为基本组件61以及至少一个组装零件62）可以从产品数据Dp确定。机器人功能F被提供到生成单元32，所述生成单元32被配置用于自动地生成机器人程序P或机器人程序P的模块。向机器人系统40的机器人控制器43提供机器人程序P。
机器人控制器43执行所提供的机器人程序P。由此，识别和定位至少一个组装零件62。组装零件62由RFID读取器系统41识别并且由视觉系统42定位。RFID读取器系统41和视觉系统42提供有来自数据库20的产品数据Dp。特别地，向RFID读取器系统41和视觉系统42提供工作空间的布局和设计、用于组装产品的组装零件62的起始姿态和/或组装零件62的拾取姿态。因此，RFID读取器系统41和视觉系统42具有组装零件62的位置的粗略估计。RFID读取器系统41识别组装零件62并且向机器人控制器43提供与组装零件62的身份（identity）相关的RFID数据Dr。视觉系统42定位组装零件62并且向机器人控制器43提供与组装零件62的位置相关的视觉数据Dv。基于RFID数据Dr、视觉数据Dv和机器人程序P，可以优选地通过由机器人控制器43提供的机器人指令I来控制用于组装产品60的机器人50。机器人程序P根据产品数据Dp以一组参数开始。一旦RFID读取器系统41和视觉系统42被激活并且识别和/或定位组装零件62，就基于RFID数据Dr和/或视觉数据Dv更新机器人程序P的参数。另外，可以基于RFID数据Dr和/或视觉数据Dv调整来自数据库20的产品数据Dp。
图2示出用于机器人组装的系统10的示意图。系统10包括RFID读取器系统41、视觉系统42、用于组装产品60的机器人50、计算机70以及机器人工作空间80。机器人50和产品60被设置在机器人工作空间80上。产品60包括具有两个开口61a的基本组件61，所述两个开口61a在这个示例中是组装位置，在所述组装位置，组装零件62需要被插入以组装产品60。产品60还包括两个组装零件62，所述两个组装零件62被配置为螺钉。产品60的组装包括将两个组装零件62分别拧入基本组件61的开口61a中。
组装零件62位于机器人工作空间80之内的预定义位置或区域处。这个信息涉及由计算机70提供的产品数据Dp。
可以手动地和/或使用供给系统向机器人工作空间80供应组装零件62。
两个组装零件62中的每个组装零件提供有RFID应答器62a。RFID应答器62a优选地直接设置在组装零件62上。然而，RFID应答器62a还可以设置在用于组装零件62的每个类型的容器和/或供给系统上。这特别适于相对小的组装零件。RFID应答器62a至少存储组装零件62的零件识别号。
RFID读取器系统41包括至少一个RFID读取器41a。RFID读取器系统41被配置用于至少读取相应组装零件62的识别号的一部分。RFID读取器系统41可以从数据库20获得另外的信息，特别是产品数据。RFID读取器系统41连接到机器人控制器43。
视觉系统42包括至少一个照相装置42a（特别是3D照相装置）以及用于确定视觉数据Dv的数据处理单元。
用于机器人组装的示范性方法包括：控制单元30（在这种情况下是机器人程序生成软件）从数据库20中检索将由机器人系统10组装的产品数据Dp，其中这可以由上游系统或由人类操作员经由用户界面来触发。控制单元20分析产品数据Dp以及至少获得以下信息：
首先，获得基本组件61。因此，如果在从数据库20获得的产品数据Dp中尚未存在局部坐标系，则创建局部坐标系
其次，获得将被插入的组装零件62，在这种情况下，组装零件62被拧入基本组件61的开口61a中。因此，如果在从数据库20获得的产品数据Dp中尚未存在局部坐标系，则创建用于每个组装零件62的局部坐标系。获得相对于基本组件61的插入的方向和起始姿态。可选地，还获得拾取姿态，所述拾取姿态是相对于组装零件62的工具姿态（tool pose）。
控制单元30（特别是生成单元32）自动生成调用以下组装指令I的机器人程序模块P。找到组装零件62，例如组装零件识别号和/或组装零件位置。如果找到至少基本组件61，则将组装零件62的参考坐标系调整到基本组件61的坐标系。如果找到待插入的组装零件62，则将拾取姿态调整到组装零件62的实际姿态。如果找到基本组件61并且找到待插入的至少一个组装零件62，则利用对应的拾取姿态拾取组装零件62。利用对应的起始姿态和插入方向插入组装零件62。更新数据库20中和/或RFID应答器62a上的产品数据Dp。
机器人控制器40执行所生成的机器人程序P，调用上面提到的组装指令I。由检测组装零件62的存在的RFID读取器系统41来完成找到组装零件62。当一组小组装零件62被一起递送时，RFID应答器62a被放置在组装零件62上和/或组装零件62的容器上。在RFID应答器62a上存储至少组装零件识别号。在RFID应答器在容器上的情况下，将多个组装零件62和用于将组装零件62放置在容器中的模式存储在RFID应答器62a上或数据库20中。
如果可用的话，则从数据库20接收组装零件62或组装零件容器的预定义位置，例如工作空间布局。
如果工作空间布局数据不可用，则具有定义的检测范围的多个RFID读取器41a可以被放置在不同的位置处以粗略地定位组装零件62。
如果必要的话，则视觉系统42检测组装零件62的位置和/或校正，或者换句话说，更新预定义产品数据Dp，特别是用于匹配实际安装的位置数据。因此，从数据库20接收组装零件62的CAD模型。3D图像与组装零件62的CAD模型匹配。在组装零件62利用容器供给的情况下，视觉系统42还可以检测在容器之内的组装零件62的存在。因此，使用来自数据库20的组装零件62的相对姿态和上面获得的零件位置来调整姿态和参考坐标系。
将3D图像与组装零件62的CAD模型的匹配可以通过仅使用图像的子部分、从产品数据Dp（特别是CAD数据）知道组装零件62的粗略位置和/或通过使用深度阈值来更有效率地完成，并且当仅在已知定向中供应组装零件62时很大程度上减小模型匹配的尺寸（dimension）。
图3示出用于机器人组装的方法的流程图。在步骤S10中，接收产品数据Dp，所述产品数据Dp包括产品60的产品结构数据和/或产品几何数据，所述产品60具有待组装的至少一个组装零件62和基本组件61。在步骤S20中，分析产品数据Dp，由此确定与用于组装产品60的机器人50的功能相关的机器人功能F。在步骤S30中，生成包括取决于所确定的机器人功能F和产品数据Dp的组装指令I的机器人程序P。在步骤40中，执行所生成的机器人程序P，由此识别和定位至少一个组装零件62并且组装产品60。
参考符号列表
10 系统
20 数据库
30 控制单元
31 分析单元
32 生成单元
40 机器人系统
41 RFID读取器系统
41a RFID读取器
42 视觉系统
42a 3D照相装置
43 机器人控制器
50 机器人
60 产品
61 基本组件
61a开口
62 组装零件
62a RFID标签
70 计算机
80 工作空间
Dp 产品数据
Dr RFID数据
Dv 视觉数据
I 组装指令
P 机器人程序
F 机器人功能
S10 接收产品数据
S20 分析产品数据
S30 生成机器人程序
S40 执行机器人程序
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