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Dokumentenidentifikation DE102005060967A1 28.06.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Einrichten einer Bahnkurve einer Robotervorrichtung
Anmelder Technische Universität München, 80333 München, DE
Erfinder Vogl, Wolfgang, 80804 München, DE
Vertreter PAe Reinhard, Skuhra, Weise & Partner GbR, 80801 München
DE-Anmeldedatum 20.12.2005
DE-Aktenzeichen 102005060967
Offenlegungstag 28.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.06.2007
IPC-Hauptklasse B25J 9/18(2006.01)A, F, I, 20051220, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten einer Bahnkurve für eine Robotereinrichtung. Ein Werkstück 1 mit wenigstens einer zu bearbeitenden Oberfläche O wird im Arbeitsbereich der Robotereinrichtung 2 angeordnet. Ein Zeigereinrichtung 10 wird an einer Mehrzahl von Stützpunkten P1, P2, ... auf der zu bearbeitenden Oberfläche O positioniert. Die Koordinaten der Stützpunkte P1, P2, ... werden durch Erfassen der zugehörigen Koordinaten der Zeigereinrichtung 10 festgelegt. Zwischen jeweils zwei benachbarten Stützpunkten P1, P2, ... wird automatisch gemäß einem vorbestimmten Algorithmus interpoliert, um die Bahnkurve K festzulegen. Die Bahnkurve K wird auf die zu bearbeitende Oberfläche O projiziert.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten einer Bahnkurve einer Robotervorrichtung. Insbesondere ist das Verfahren für eine interaktive Einrichtung durch einen Bediener geeignet. Ferner wird eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen.

Die Herstellung einer Vielzahl von Produkten erfolgt heute zweckmäßigerweise durch Roboter und von Ihnen geführte Werkzeuge. Bevor ein Roboter erstmals zur Herstellung einer neuen Serie von Werkstücken verwendet werden kann, müssen dessen Bewegungsabläufe programmiert werden. Dies erfordert einen relativ hohen Zeitaufwand. Der Zeitaufwand mag bei der Herstellung von Produkten in großer Stückzahl noch gerechtfertigt sein, ist aber bei der Bearbeitung von Einzelstücken oder der Herstellung von kleinen Serien häufig nicht mehr vertretbar. Notwendige Programmänderungen bei Abwandlungen der Produkte, auftretenden Störungen des Roboters und dessen Wartung bedingen oft eine aufwendige Änderung der Programmierung. Nachteilig ist auch, dass die Programmierung nur von einem eingewiesenen Fachmann durchgeführt werden kann.

Die Verfahren zur Programmierung können in zwei Typen unterschieden werden. In einem ersten Typ (offline) werden mittels eines Robotermodells die Bewegungsabläufe ohne den Roboter programmiert. Für die offline Programmierung sind dreidimensionale Modelle der zu bearbeitenden Werkstücke, der Arbeitsumgebung und des Roboters notwendig. Eine Erstellung und Anpassung dieser Daten erfordert einen erheblichen Aufwand. Ferner sind in der Regel Optimierungsschritte des programmierten Bewegungsablaufs am realen Roboter unvermeidbar, da sich meist die dreidimensionalen Modelle und die von ihnen abgebildete Realität unterscheiden. In dem zweiten Typ (online) wird direkt der Roboter programmiert. Eine Mehrzahl von Stützpunkten werden von dem Roboter manuell gesteuert angefahren und die Posen des Roboters abgespeichert. Die Auswahl der Stützpunkte und die manuelle Steuerung des Roboters bedarf jedoch eines speziell ausgebildeten Personals.

Ansätze zur Vereinfachung der anfänglichen Programmierung bestehen darin, mittels einer Kamera die Arbeitsumgebung und des Werkstücks aufzunehmen und auf einem Monitor oder Datenbrille darzustellen. Der Darstellung des Werkstücks wird eine simulierte Bahnkurve des Roboters überlagert. Ein entsprechendes Verfahren ist aus DE 103 05 384 A1 bekannt. Der dargestellte Ausschnitt hierbei wird durch die Orientierung des Werkstücks im Raum festgelegt. Der Programmierer erhält auf diese Weise eine Rückkopplung zwischen der von ihm programmierten Bahnkurve und deren Lage bezüglich des Werkstücks. Nachteiligerweise ist das Blickfeld durch die Abmessungen des Monitors bzw. der Datenbrille beschränkt. Bei größeren Werkstücken erfordert dies eine permanente Verschiebung des dargestellten Bildausschnittes. Hierbei verliert der Bediener den Überblick über die gesamte Bahnkurve. Ferner ist die Abbildung der Bahnkurve durch die Auflösung des Monitors und der Kamera begrenzt.

Die EP 1 215 017 A2 beschreibt ein Verfahren zum Einrichten einer Bahnkurve. An einem Roboter ist eine optische Vermessungseinrichtung bestehend aus einem Projektor und einer Kamera befestigt. In einem ersten Schritt wird das gesamte Werkstück von einem entfernten Punkt aufgenommen und die Aufnahme auf einer Anzeige dargestellt. Ein Bediener legt Vermessungspunkte entlang einer Bahnkurve mittels eines graphischen Werkzeugs und der Anzeige fest. Der Roboter wird schrittweise entlang der Vermessungspunkte geführt und die Vermessungseinrichtung zeichnet die Topologie des Werkstücks entlang der Bahnkurve auf. Die somit ausgemessene Bahnkurve dient zur späteren Führung des Roboters.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine einfache und verbesserte Einrichtung von Bahnkurven eines Roboters ermöglichen.

Die vorgenannte Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Patentanspruch 1 und die Vorrichtung dem Patentanspruch 16 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht folgende Schritte vor. Ein Werkstück mit wenigstens einer zu bearbeitenden Oberfläche wird im Arbeitsbereich der Robotervorrichtung angeordnet. Eine Zeigereinrichtung wird an einer Mehrzahl von Stützpunkten auf der zu bearbeitenden Oberfläche positioniert. Die Koordinaten der Stützpunkte werden durch Erfassen der zugehörigen Koordinaten der Zeigereinrichtung festgelegt. Zwischen jeweils zwei benachbarten Stützpunkten wird automatisch gemäß einem vorbestimmten Algorithmus interpoliert, um die Bahnkurve festzulegen. Die Bahnkurve wird auf die zu bearbeitende Oberfläche projiziert.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass ein Bediener unmittelbar an dem Werkstück die Bahnkurve einrichtet. Hierzu kann er auf intuitive Weise geeignete Stützpunkte durch Berühren der Oberfläche mit der Zeigereinrichtung festlegen. Ferner wird ihm dann auch die zwischen den Stützpunkten interpolierte Wegstrecke auf der Oberfläche durch die Projektion angezeigt. Hierbei erkennt er sofort, ob die Wahl der Stützpunkte und deren Lage geeignet sind die Bahnkurve festzulegen. Für eine Anpassung der Bahnkurve können Stützpunkte hinzugefügt, gelöscht oder verschoben werden. Vor einem erstmaligen Festlegen von Stützpunkten kann auch eine vorab bekannte Bahnkurve auf das Werkstück projiziert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zu erwarten ist, dass die bekannte Bahnkurve nur geringfügig angepasst werden muss. Die Verfahrensschritte können auch mehrfach iterativ wiederholt werden, bis eine für die Bearbeitung des Werkstücks geeignete Bahnkurve ermittelt ist.

Durch die Projektion der Bahnkurve auf die Oberfläche ist die Auflösung und Genauigkeit der Darstellung im Wesentlichen nur durch eine verwendete Projektionseinrichtung begrenzt. Diese ist wesentlich größer als die üblichen Auflösungen von Projektionsbrillen und/oder Bildschirmen von nur wenig mehr als 1000 × 1000 Punkten.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, die projizierten Bahnkurven optisch zu erfassen. Es werden abweichende Abschnitte der projizierten Bahnkurve bestimmt, in denen die projizierte Bahnkurve von der festgelegten Bahnkurve abweicht. Abweichungsmarkierungen werden an und/oder entlang der abweichenden Abschnitte projiziert. Das automatische Interpolieren nimmt eine vorgegebene Form der Oberfläche an, um entlang dieser Oberfläche die Wegstrecken zwischen zwei Stützpunkten zu bestimmen. Die Oberflächen können z. B. als eben, kugelförmig oder zylinderförmig angenommen werden. Die Form der Oberflächen kann auch durch ein dreidimensionales Modell, z. B. ein CAD-Modell, definiert werden. Im Allgemeinen wird sich jedoch eine Abweichung zwischen der angenommenen Oberfläche und der realen Oberfläche ergeben. Diese Abweichungen lassen sich beim Projizieren der Bahnkurve erkennen. Durch die Abweichungsmarkierungen wird der Bediener darauf hingewiesen, dass die dem automatischen Interpolieren zugrunde liegenden Oberflächen, Formen und/oder Interpolationsfunktionen geändert werden müssen und/oder eine größere Anzahl von Stützpunkten in diesem Bereich notwendig sind. Die Abweichungsmarkierungen können als Symbole projiziert werden. Eine andere Variante ist, in den abweichenden Abschnitten die Bahnkurve durch eine unterschiedliche Farbgestaltung zu den nicht abweichenden Abschnitten zu projizieren.

In einem automatisierten Verfahren kann die Bahnkurve solange angepasst werden, bis die bestimmte Abweichung unter einen vorbestimmten Schwellwert sinkt. Dies kann durch automatisches Hinzufügen von Stützpunkten oder Anpassen der Interpolationsfunktionen realisiert werden. Ferner kann die Krümmung der Oberfläche basierend auf der Abweichung bestimmt werden und das automatische Interpolieren in Abhängigkeit der Krümmung erfolgen. Das optische Erfassen der projizierten Bahnkurven kann durch Triangulation erfolgen.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, ein Führen der Robotervorrichtung entlang der festgelegten Bahnkurve basierend auf einem kinematischen Modell der Robotervorrichtung zu simulieren. Es werden erste Punkte der Bahnkurve bestimmt, die die Robotervorrichtung beim simulierten Führen zu vorbestimmten Zeitpunkten erreicht. Entlang der Bahnkurve werden an den Koordinaten der ersten Punkte Zeitmarkierungen projiziert. Die vorbestimmten Zeitpunkte sind vorzugsweise äquidistant verteilt. Somit gibt der Abstand zwischen zwei Zeitmarkierungen ein Maß für die Geschwindigkeit des Roboters an, mit welcher der Manipulator zumindest in der Simulation entlang der Bahnkurve geführt wird. Hierdurch erhält der Bediener die Möglichkeit, gegebenenfalls in die Robotersteuerung einzugreifen, um die Geschwindigkeit entlang einzelner Abschnitte gezielt anzupassen, damit der Manipulator mit gleichbleibender Geschwindigkeit entlang der Bahnkurve geführt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung wird ebenfalls das Führen der Robotervorrichtung entlang der festgelegten Bahnkurve basierend auf einem kinematischen Modell der Robotervorrichtung simuliert. Hierbei werden die zweiten Punkte der Bahnkurve bestimmt, für die die Robotervorrichtung Posen einnehmen muss, welche zur Kollision mit dem Werkstück und/oder einer Arbeitsumgebung führen. Ferner werden zweite Punkte bestimmt, für welche das Simulieren ergibt, dass die Posen für die Robotereinrichtung uneinnehmbar sind. Kollisionsmarkierungen werden dann entlang der projizierten Bahnkurve an den Koordinaten der zweiten Punkte projiziert. Hierdurch erhält der Bediener einen unmittelbaren Hinweis darauf, dass die von ihm angestrebte Bahnkurve nicht realisierbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die Bahnkurve mittels einer mobilen Projektionseinrichtung projiziert, die nahe oder anstelle eines Manipulators an der Robotervorrichtung fest oder lösbar angeordnet ist. Dies lässt eine flexiblere Anordnung der Projektionseinrichtung zu. Ferner nimmt dabei die Robotervorrichtung bereits eine Pose an, die zumindest grob den später während dem Betrieb eingenommenen Posen entspricht.

Die zu bearbeitende Oberfläche kann in mehrere Segmente aufgeteilt werden und für jedes Segment wird die mobile Projektionseinrichtung durch die Robotervorrichtung automatisch in eine Pose geführt, von welcher aus die mobile Projektionseinrichtung auf jeden Punkt des ausgewählten Segments projizieren kann und die Projektionseinrichtung bei dieser Pose einen geringen Abstand zur Oberfläche aufweist, bevor durch die Zeigereinrichtung und deren Erfassung eine Mehrzahl von Stützpunkten in dem Segment der Oberfläche festgelegt werden. Dieses Verfahren ermöglicht das Aufteilen der Darstellung einer Bahnkurve in mehrere Abschnitte. Bei sehr großen und/oder komplex strukturierten Werkstücken ist unter Umständen eine Projektion von einer einzigen Pose oder einem stationär angeordneten Projektor nicht mehr möglich. Zudem wird durch den kleineren abzudeckenden Winkelbereich des Projektors eine höhere Auflösung und Darstellungsgenauigkeit bei der Projektion ermöglicht.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zuerst mit einer stationären Projektionseinrichtung Orientierungspunkte auf die zu bearbeitende Oberfläche projiziert werden. Die mobile Projektionseinrichtung wird zusammen mit einer optischen Erfassungseinrichtung mittels der Robotervorrichtung automatisch in eine Pose geführt, von welcher aus die optische Erfassungseinrichtung mindestens drei Orientierungspunkte erfasst. Der Bediener kann zuvor die Oberfläche in Segmente unterteilen und deren Abmessungen durch drei oder mehr Orientierungspunkte festlegen. Die Robotervorrichtung kann dann anhand von jeweils drei projizierten Orientierungspunkten die mobile Projektionseinrichtung in die gewünschten Posen verfahren. Ferner ist es möglich, anhand der drei Orientierungspunkte eine Kalibrierung der optischen Erfassungseinrichtung basierend auf einem Unterschied zwischen den festgelegten Koordinaten der Orientierungspunkte und den durch die optische Erfassungseinrichtung erfassten Koordinaten der projizierten Orientierungspunkte durchzuführen. Hierbei kann auch eine Anpassung des Robotermodells erfolgen.

In einer anderen Ausgestaltung werden eine Mehrzahl von reflektierenden oder selbstleuchtenden Orientierungsmarkern auf der zu bearbeitenden Oberfläche an bekannten Koordinaten angeordnet. Die optische Erfassungseinrichtung erfasst die Koordinaten der Orientierungsmarker. Eine Kalibrierung der optischen Erfassungseinrichtung und/oder der Projektionseinrichtung und/oder des Robotermodells erfolgt basierend auf einem Unterschied zwischen den bekannten Koordinaten der Orientierungsmarker und den erfassten Koordinaten der Orientierungsmarker. Die reflektierenden Marker können durch einen Lasertracker beleuchtet werden, der an der Erfassungseinrichtung oder der Projektionseinrichtung angeordnet ist. Ferner kann eine zusätzliche optische Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Koordinaten der Orientierungsmarker bereitgestellt werden. Die Anordnung der Orientierungsmarker kann mit einer kalibrierten Vermessungseinrichtung ausgemessen werden, um die Koordinaten der Orientierungsmarker zu bestimmen.

In einer Erweiterung werden die Koordinaten der Stützpunkte mit sechs Koordinaten zur Beschreibung der räumlichen Lage und der Orientierung festgelegt. Die Orientierung wird unter anderem für die Ausrichtung des Manipulators bezüglich der zu bearbeitenden Oberfläche in manchen Anwendungen benötigt. Der Verlauf der Orientierung entlang der Bahnkurve kann durch automatische Interpolation ermittelt werden. Hierbei erfolgt zweckmäßigerweise eine Interpolation basierend auf den drei Koordinaten, z. B. Winkelkoordinaten, die die Orientierung festlegen. In einer Ausgestaltung werden richtungsangebende Markierungen entsprechend dem Orientierungsverlauf entlang der Bahnkurve auf die Oberfläche projiziert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Zeigereinrichtung, eine Verfolgungseinrichtung zum Erfassen der Koordinaten und/oder der Orientierung der Zeigereinrichtung, eine Datenverarbeitungseinrichtung zum automatischen Interpolieren von Wegstrecken zwischen jeweils zwei benachbarten Stützpunkten zum Festlegen der Bahnkurve und eine Projektionseinrichtung zum Projizieren der Bahnkurve auf die Oberfläche auf. Die Projektionseinrichtung kann mindestens eine Laserlichtquelle und eine Ablenkeinrichtung zum Richten mindestens eines Laserlichtstrahls aufweisen. Vorzugsweise weist sie mehrere Laserlichtquellen zum Darstellen verschiedener Farben auf. Die Ablenkeinrichtungen können rein mechanisch und/oder optomechanisch realisiert sein.

In einer Ausgestaltung wird eine optische Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer projizierten Bahnkurve bereitgestellt. Die Projektionseinrichtung und/oder die optische Erfassungseinrichtung können stationär angeordnet sein. Die Projektionseinrichtung und/oder die optische Erfassungseinrichtung können ebenso fest und/oder lösbar an der Robotervorrichtung angeordnet sein.

Die nachfolgende Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele zusammen mit den nachfolgenden Figuren beschrieben. In den Figuren zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform,

2: ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zu 1,

3: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform,

4: ein Flussdiagramm eines weiteren beispielhaften Verfahrens zu 3,

5: eine Seitenansicht zu 4,

6: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform,

7: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform,

8: ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zu 7,

9: ein Flussdiagramm beispielhafter zusätzlicher Verfahrensschritte,

10: eine Illustration zu dem beispielhaften Verfahrens von 9,

11: ein Flussdiagramm beispielhafter zusätzlicher Verfahrensschritte, und

12: eine Illustration einer beispielhaften Ausgestaltung der vorhergehenden Verfahren.

Gleiche Bezugszeichen beschreiben gleiche oder funktionsgleiche Elemente.

In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum Einrichten einer Bahnkurve K eines Roboters 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Ein Werkstück 1 mit einer ebenen oder gekrümmten Oberfläche O soll mit dem Roboter 2 und dem an ihm befestigten Manipulator 4 bearbeitet werden. Eine Robotersteuerung 3 steuert hierzu den Roboter 2 gemäß einem noch zu bestimmenden Programmablauf an, so dass der Manipulator 4 entlang einer gewünschten Bahnkurve geführt wird. Der Manipulator 4 steht hierbei für eines oder mehrere bekannte Werkzeuge zum Schneiden, Kleben, Schweißen etc. Der in 1 dargestellte Roboter 2 ist exemplarisch für eine Vielzahl von verschiedenen Vorrichtungen, welche zum Führen des Manipulators 4 geeignet sind.

In dem dargestellten Beispiel soll der Manipulator 4 entlang der Kurve K über die Oberfläche O des Werkstücks 1 geführt werden. Die Bahnkurve K, wie auch andere Bahnkurven, lassen sich durch eine Mehrzahl von Stützpunkten P1, P2, ... festgelegen. Geeignete Interpolationsalgorithmen oder Interpolationsfunktionen beschreiben dann die Wegstrecken zwischen zwei benachbarten Stützpunkten P1, P2. Eine komplexe Bahnkurve K mit einer Vielzahl an verschiedenen Krümmungen benötigt eine größere Anzahl von Stützwerten P1, P2. Das nachfolgend beschriebene Verfahren befasst sich vorwiegend mit der Festlegung dieser Stützpunkte P1, P2. Einem Bediener wird eine Zeigeeinrichtung 10, z. B. ein Stift 10 mit einer Spitze 12, zur Verfügung gestellt. Eine Verfolgungseinrichtung 11 oder Trackingeinrichtung erfasst die Koordinaten und gegebenenfalls auch die Orientierung des Stifts 10 im Raum. Der Stift 10 weist dazu Markierungen auf, welche durch eine bildauflösende Einrichtung, z.B. eine Kamera, in einem Bild aufgenommen werden. Durch Vergleich der Position der Markierungen in dem Bild mit den realen Abständen der Markierungen auf dem Stift 10 wird die Position und Orientierung des Stifts 10 ermittelt.

Die Position und Orientierung des Stifts 10 kann auch basierend auf Laufzeitdifferenzen von Signalpulsen 100 bestimmt werden. Dazu sind eine Mehrzahl von Sendern 13 an dem Stift 10 angeordnet. Nachdem ein Triggersignal von der Verfolgungseinrichtung 11 ausgegeben wird, senden die Sender 13 an den Stift 10 einen Signalpuls. Aus der Laufzeit des Signalpulses bis zu der Verfolgungseinrichtung 11 und der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signalpulses, d.h. Schallgeschwindigkeit oder Lichtgeschwindigkeit, wird der Abstand zu den einzelnen Sendern 13 und damit die geometrische Lage des Stifts 10 im Raum bestimmt. Ebenso können beabstandete Empfänger anstelle oder zusätzlich zu den beabstandeten Sendern 13 verwendet werden. Ferner können auch die Sender 13 in der Verfolgungseinrichtung 11 integriert werden und der oder die Empfänger in dem Stift 10.

In 2 ist ein Flussdiagramm dargestellt, anhand dessen die Festlegung der Stützpunkte P1, P2, ... durch einen Bediener erläutert wird. Zuerst wird das Werkstück 1 mit der zu bearbeitenden Oberfläche O im Arbeitsbereich des Roboters 2 angeordnet (S10). Der Bediener berührt mit dem Stift 10 die Oberfläche O an den Punkten, welche er für geeignete Stützpunkte P1, P2, ... hält (S11). Während der Bediener den Stift 10 durch den Raum bewegt, erfasst die Verfolgungseinrichtung 11 die Koordinaten und gegebenenfalls die Orientierung des Stifts 10, wie zuvor beschrieben (S12). Durch eine Betätigungseinrichtung, z.B. einen Taster an dem Stift 10, signalisiert der Bediener, dass der an der Oberfläche O berührte Punkt als Stützpunkt P1, P2, ... in eine Stützwerttabelle aufgenommen werden soll (S13). Vorteilhafterweise kann die Betätigungseinrichtung in dem Stift 10 integriert sein und durch einen Andruck der Spitze 12 gegen die Oberfläche betätigt werden. Die von der Verfolgungseinrichtung 11 erfassten Koordinaten des Stifts 10 werden als Positionssignal 110 an eine Datenverarbeitungseinrichtung 20 weitergeleitet. Diese weist einen Speicher auf, um die einzelnen Stützpunkte P1, P2, ... und deren Koordinaten in einer Stützwerttabelle abzuspeichern. Eine Funktionseinheit der Datenverarbeitungseinrichtung 20 bestimmt mittels Interpolation eine Bahnkurve K basierend auf den Stützpunkten P1, P2 (S14). Die Interpolation ermittelt die jeweiligen Wegstrecken zwischen zwei benachbarten Stützpunkten P1, P2. Die angewandten Interpolationsfunktionen können eine lineare Interpolationsfunktion zwischen den zwei benachbarten Stützpunkten P1, P2, eine polynomiale Interpolationsfunktion durch drei oder mehr Stützpunkte P1, P2, ... usw. enthalten.

Die Datenverarbeitungseinrichtung 20 übermittelt ein Ansteuersignal 120 an einen Projektor 15, so dass der Projektor 15 die festgelegte Kurve K auf die Oberfläche O des Werkstücks 1 projiziert (S15). Der Bediener sieht somit unmittelbar die Form der von ihm festgelegten Bahnkurve K. Entlang dieser Bahnkurve K führt dann der Roboter 2 während dem Betrieb den über die Oberfläche O. Er erhält somit nicht nur eine Rückkopplung, welche Stützpunkte angefahren werden, sondern auch die Wegstrecken dazwischen. Weicht die dargestellte Bahnkurve K von einer gewünschten Bahnkurve ab, kann der Bediener durch Hinzufügen, Löschen oder Verschieben von Stützpunkten P1, P2, ... die Bahnkurve K anpassen. Vorteilhafterweise projiziert der Projektor 15 gesonderte Markierungen an den Koordinaten der Stützpunkte P1, P2, ... auf die Oberfläche O, z.B. Symbole, Kreuze, Kreise.

Nachdem eine geeignete Bahnkurve K festgelegt ist, wird die sie an die Robotersteuerung 3 übermittelt. Hierbei sind gegebenenfalls Koordinatentransformationen notwendig, die die Koordinaten der Stützpunkte und sonstiger Bahnpunkte von einem Koordinatensystem der Verfolgungseinrichtung 11 und des Projektors 15 in das Roboterkoordinatensystem umrechnen. Die Wegstrecken zwischen den einzelnen Stützpunkten P1, P2 können von der Datenverarbeitungseinrichtung 20 als einzelne Bahnpunkte in ausreichender Dichte an die Robotersteuerung 3 übermittelt werden. Falls die Robotersteuerung über ein geeignetes kinematisches Robotermodell verfügt, können ihr auch die entsprechenden Interpolationsfunktionen zu den einzelnen Wegstrecken übermittelt werden. Die Robotersteuerung 3 berechnet dann selbst die Wegstrecke zwischen den Stützpunkten P1, P2.

In dem in 2 beschriebenen Verfahren werden zuerst Stützpunkte festgelegt, bevor eine Bahnkurve projiziert wird. Häufig sind jedoch bereits eine Bahnkurve oder Stützpunkte vorab bekannt. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn eine Änderung einer Werkstückserie vorgenommen wird und diese mit dem gleichen Roboter bearbeitet werden soll. Hierbei kann der Roboter weitgehend entlang einer ursprünglichen Bahnkurve geführt werden, die für die ursprüngliche Werkstückserie geeignet war. Hierbei ist es nun zweckmäßig die ursprüngliche Bahnkurve auf das neue Werkstück zunächst zu projizieren, damit der Bediener die Abschnitte der ursprünglichen Bahnkurve erkennt, die geändert werden müssen. In diesen Abschnitten passt er die Stützpunkte an oder fügt neue Stützpunkte hinzu.

Die einzelnen Verfahrensschritte können mehrfach iterativ wiederholt werden, bis die Bahnkurve optimal angepasst ist.

In 3 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel und in 4 ein zugehöriges Verfahren als Flussdiagramm dargestellt. Auf der Oberfläche O des Werkstücks 1 legt ein Bediener mehrere Stützpunkte P1, P2, ... mittels des Stifts 10 in der zuvor beschriebenen Weise fest (S21). Die Datenverarbeitungseinrichtung 20 berechnet die durch die Stützpunkte P1, P2, ... und die vorbestimmten Interpolationsfunktionen die Bahnkurve K (S22). Die Bahnkurve K bzw. entsprechende Steuerbefehle 120 werden an den Projektor 15 übermittelt. Dieser projiziert die Bahnkurve K in die Richtung der Oberfläche O (S23). Diese wesentlichen Schritte stimmen mit den Verfahrensschritten des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels überein.

Die Stützpunkte P1, P2, ... werden mit drei Koordinaten entsprechend dem dreidimensionalen Raum durch die Verfolgungseinrichtung 11 erfasst. Für die Bahnpunkte auf den interpolierten Wegstrecken zwischen den Stützpunkten P1, P2, ... werden ebenfalls drei Raumkoordinaten bestimmt. Die Interpolationsfunktion hat jedoch a priori keine Kenntnisse über die Krümmungen oder sonstigen Oberflächenbeschaffenheiten der Oberfläche O zwischen den Stützpunkten P4, P5.

In 5 ist das Werkstück 1 in einer seitlichen Querschnittsansicht zwischen den Stützpunkten P4, P5 zugehörig zu der Draufsicht von 3 dargestellt. Es ist beispielhafterweise eine lineare Interpolation in der vertikalen Richtung, d.h. z-Richtung, zwischen den benachbarten Stützpunkten P4 und P5 verwendet. Dies führt zu der in 5 dargestellten geradlinigen Bahnkurve K1. Zwischen den Stützpunkten P4, P5 ist die Oberfläche O nach oben gewölbt. Die interpolierten Bahnpunkte I1 auf der Wegstrecke zwischen den Stützpunkten P4 und P5 liegen somit nicht auf der Oberfläche O.

Entsprechend kann und soll der Manipulator 4 diese interpolierten Bahnpunkte I1 nicht anfahren, damit eine möglicherweise irreparable Schädigung des Manipulators 4 und/oder des Werkstücks 1 vermieden wird.

Für die Projektion der Bahnkurve K1 werden die dreidimensionalen Koordinaten der Stützpunkte P4, P5 und der interpolierten Bahnpunkte I1 in Paare von Winkelkoordinaten umgerechnet. Bei der Projektion mittels der Lichtstrahlen 115 ergibt sich eine projizierte Bahnkurve K'1 auf der Oberfläche O. Ein interpolierter Bahnpunkt I1 wird auf einen projizierten Bahnpunkt R1 abgebildet. Die projizierte Bahnkurve K'1 wird mittels Triangulation dreidimensional erfasst (S24). Die Triangulation kann z.B. durch zwei zueinander beabstandete aufgestellte Kameras 50, 51 erfolgen. Eine entsprechende Datenverarbeitungseinrichtung für die Triangulation 60 berechnet aus den stereografisch aufgenommenen Bildern den dreidimensionalen Verlauf der projizierten Bahnkurve K'1. Die entsprechenden Datenpunkte werden an die Datenverarbeitungseinrichtung 20 weitergeleitet. Diese bestimmt die Abschnitte, in welchen die projizierte Bahnkurve K'1 von der durch Interpolation festgelegten Bahnkurve K1 abweichen (S25). Der Projektor wird nun durch Steuerbefehle 120 angewiesen, diese abweichenden Abschnitte der projizierten Bahnkurve K'1 in einer anderen Farbe zu projizieren als die übrigen Abschnitte. Der Bediener erhält auf diese Weise eine sofortige Rückmeldung, dass in diesen Bereichen eine Anpassung der Interpolationsfunktionen und/oder zusätzliche Stützpunkte P4, P5, ... für die Festlegung der Bahnkurve K'1 notwendig sind (S26).

Aus der Abweichung der projizierten Bahnkurve von der festgelegten interpolierten Bahnkurve K1 kann die Krümmung der Oberfläche O bestimmt werden. Die so bestimmte Krümmung kann verwendet werden, eine geeignetere Interpolationsfunktion zum Festlegen der Wegstrecken zwischen den Stützpunkten P4, P5 zu verwenden. Insbesondere kann eine Interpolationsfunktion verwendet werden, die die gleiche Krümmung aufweist. Eine Anpassung kann automatisch oder auf Nachfrage durch den Bediener erfolgen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein neues Werkstück oder eine Werkstücksserie nur geringe Modifikationen oder Abweichungen zu einem vorhergehenden Werkstück aufweist. Hierdurch wird der Aufwand für die Neuprogrammierung und/oder Einrichtung des Roboters 2 auf ein vertretbares Maß reduziert.

Anstelle von zwei Kameras 50, 51 sind auch andere Triangulationseinrichtungen verwendbar. Durch eine Zeit-aufgelöste Verfolgung der Projektion der Bahnkurve K1 kann ebenfalls eine Bestimmung der Krümmung der Oberfläche O erreicht werden. Hierbei müssen geeignete Synchronisationseinrichtungen zwischen einem zeitauflösenden Bilderfassungssystem und dem Projektor 15 bereitgestellt werden. Ferner ist ein Projektor notwendig, der den Lichtstrahl 115 mit einer gleichbleibenden Winkelgeschwindigkeit über die Oberfläche O ablenken kann.

Eine weitere Vorrichtung projiziert bei einer festgestellten Abweichung zwischen der interpolierten Bahnkurve K1 und der projizierten Bahnkurve K'1 ein Gitter. Die Gitterlinien werden unter zueinander äquidistant beabstandeten Winkeln projiziert. Trifft ein solch projiziertes Gitter auf eine planare Oberfläche, ergibt sich ein Gitter mit äquidistant beabstandeten Linien. Auf einer gekrümmten Oberfläche ist das projizierte Gitter verzerrt. Aus der Verzerrung lässt sich in eindeutiger Weise die Krümmung der Oberfläche O bestimmen. Hierfür ist eine entsprechende Ansteuerungseinrichtung für den Projektor 15 zum Generieren des Gitters und eine einfache bildauflösende Einrichtung notwendig.

In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Der Projektor 15a ist an dem Roboter 2 angebracht. Hierbei ist eine räumliche Nähe zu der Anordnung des Manipulators 4 vorteilhaft. Gegebenenfalls können sowohl der Projektor 15a als auch der Manipulator 4 gleichzeitig an dem Roboter angeordnet sein. Es kann ebenso vorteilhaft sein, den Projektor 15a lösbar an dem Roboter 2 anzuordnen, um ihn zur Einrichtung für andere Roboter ebenfalls verwenden zu können. Die Erfassung der Stützpunkte P1, P2, ... und die Festlegung der Bahnkurve K erfolgt wie zuvor beschrieben mittels des Stifts 10, der Verfolgungseinrichtung 11 und der Datenverarbeitungseinrichtung 20a. Eine Übertragung der Steuerungsdaten von der Datenverarbeitungseinrichtung 20a an den Projektor 15a kann mittels Funksignalen 120a oder über die Robotersteuerung 3a erfolgen. Vor der Projektion der Bahnkurve K wird vorzugsweise der Roboter 2 in eine Pose verfahren, in welcher ein Abstand zwischen dem Projektor 15a und der Oberfläche O möglichst gering ist, andererseits aber der Projektor die gesamte Bahnkurve K projizieren kann. Der Abstand und die Positionierung sind abhängig von der Oberflächenform und dem maximalen Winkelbereich, den der Projektor 15a ausleuchten kann.

Bei sehr verwinkelten Werkstücken oder Werkstücken mit Hohlräumen kann die Projektion durch einen einzigen Projektor 15 nur bedingt von einer festen Position aus erfolgen. Hierbei erweist es sich insbesondere als vorteilhaft, wenn der Projektor 15a an dem Roboter 2 befestigt und an verschiedene Positionen bewegbar ist. Der Projektor 15a kann in einem Modul 70 integriert sein, das auch eine optische Erfassungseinrichtung zur Triangulation, z.B. zwei Kameras 50a, 51a aufweist. Das Modul 70 ist vorteilhafterweise als Einheit integriert. Hierdurch ergibt sich ein dauerhafter Bezug zwischen den Koordinatensystemen der Projektionseinrichtung 15a und den optischen Erfassungseinrichtungen 50a, 51a. Ferner kann das Modul mit einem Verbindungsstück versehen sein, das eine einfache Anbringung und Entfernung von dem Roboter 2 ermöglicht.

Die Erfassung der Koordinaten des Stifts erfolgt in einem Weltkoordinatensystem oder einem Koordinatensystem der Verfolgungseinrichtung 11. Die Projektion der Bahnkurve K durch den Projektor 15a erfolgt jedoch in einem Koordinatensystem, welches von der Pose des Roboters 2abhängig ist. Die notwendigen Transformationen der Koordinaten erfolgt basierend auf dem Robotermodell der Robotersteuerung 3.

Die Verfolgungseinrichtung 11 kann in dem Modul 70 integriert sein. Hierdurch sind die Koordinatensysteme der Projektionseinrichtung 15a, der Erfassungseinrichtung 50a, 51a und der Verfolgungseinrichtung 11 zueinander in fester Beziehung. Zweckmäßiger Weise wird eine einmalige Kalibration durchgeführt und die Koordinatensysteme auf ein einziges Koordinatensystem abgebildet.

Zusammen mit den 7 und 8 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert. Dem Bediener ist wie zuvor ein Stift 10 bereitgestellt, dessen Position durch die Verfolgungseinrichtung 11 erfasst wird. Bei einem sehr großen oder komplex geformten Werkstück 1a ist es zweckmäßig, die Oberfläche O in mehrere Segmente A, B zu unterteilen (S30). In jedem dieser Segmente markiert der Bediener mittels des Stifts mehrere Orientierungspunkte O1, O2, ... (S31). Deren Koordinaten werden über eine Datenverarbeitungseinrichtung 20 an eine stationäre Projektionseinrichtung 15b weitergeleitet. Diese Projektionseinrichtung projiziert nun Markierungen auf die Oberfläche O entsprechend den Orientierungspunkten O1, O2, ... (S32). Die Projektionseinrichtung muss in größerem Abstand zu der Oberfläche O angeordnet sein, um alle Orientierungspunkte O1, O2, ... projizieren zu können. Daher ist ein Projektor 15b mit einer hohen Winkelgenauigkeit für zulässige Abweichungen der projizierten Markierungen von maximal 1 mm erforderlich.

Eine mobile Projektions- und Triangulationseinrichtung 70 wird von dem Roboter 2 über einem Segment A positioniert (S34). Hierbei wird der Abstand zwischen der Projektionseinrichtung 15a und der Oberfläche O unter der nachfolgenden Bedingung minimiert. Der Projektor 15a muss einen Bahnpunkt in jedem Bereich des Segments A projizieren können und die Triangulationseinrichtung 50a, 51a muss mindestens drei der Orientierungspunkte O1, O2 erfassen. Die Triangulationseinrichtung 50a, 51a bestimmt in dem Roboterkoordinatensystem die Koordinaten der Orientierungspunkte O1, O2. Anhand des kinematischen Robotermodells der Robotersteuerung 3 werden die Koordinaten des erfassten Orientierungspunkts O1 von dem Robotermodell in die Weltkoordinaten übertragen oder vice versa. Zwischen den durch die Triangulationseinrichtung 50a, 51a erfassten und in das Weltkoordinatensystem übertragenen Koordinaten der Orientierungspunkte O1, O2 und den durch den Stift 10 in den Weltkoordinatensystem festgelegten Koordinaten wird die Differenz bestimmt. Übersteigt die Differenz einen vorgegebenen Schwellwert, wird eine Eichung der mobilen Triangulationseinrichtung und/oder eine Anpassung des kinematischen Robotermodells durchgeführt (S36).

Nachfolgend legt der Bediener mittels des Stifts 10 eine gewünschte Anzahl an Stützpunkten P7, P8, ... fest. Der Projektor 15a projiziert wie in den anderen Ausführungsbeispielen eine Bahnkurve K2, K3 auf die Oberfläche O in dem Segment A. Nachdem die Bahnkurve in dem Segment A den gewünschten Vorgaben des Bedieners entspricht, wird der Roboter 2 in die nächste Pose verfahren und die Schritte S34 bis S37 für das Segment B in gleicher oder ähnlicher Weise wiederholt. Vorzugsweise weisen die Segmente A, B einen Überlappungsbereich auf.

Eine Eichung des optischen Erfassungssystems und/oder eine Anpassung des Robotermodells kann auch mithilfe von selbstleuchtenden oder reflektierenden Orientierungsmarkern erfolgen. Diese können gleich den Orientierungspunkten an ausgewählten Punkten der Oberfläche angeordnet werden. Mit einer geeigneten kalibrierten Vermessungseinrichtung werden zunächst die Koordinaten der Orientierungsmarker bestimmt. Die optische Erfassungseinrichtung erfasst dann die Koordinaten der Orientierungsmarker. Ergibt sich eine Abweichung zwischen den bestimmten und den erfassten Koordinaten kann das Robotermodell angepasst werden.

Für reflektierende Orientierungsmarker kann vorteilhafterweise von der Projektionseinrichtung 15a oder einer zusätzlichen Einrichtung ein Lichtstrahl in eine fest eingestellte Richtung emittiert werden. Antiparallel rückreflektierte Strahlen werden erfasst und aus deren Auftreffpunkt auf einem speziellen ortsauflösenden Sensor oder der optischen Erfassungseinrichtung unmittelbar die Koordinaten des Moduls 70 bestimmt.

In 9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens dargestellt, das ergänzend zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden kann. Nachdem eine Bahnkurve K durch den Bediener festgelegt ist, wird diese an die Robotersteuerung 3 übermittelt (S40). Die Bahnkurve wird in geeignete Steuerdaten für ein in der Robotersteuerung 3 enthaltenes kinematisches Robotermodell übertragen. Nachfolgend wird die Bewegung des Roboters basierend auf dem kinematischen Robotermodell simuliert (S41). Gegebenenfalls kann hierbei auch der Roboter real verfahren werden, vorzugsweise allerdings mit einem inaktiven Manipulator 4. Während der Simulation wird bestimmt, welche Bahnpunkte der Roboter zu vorbestimmten Zeiten erreicht (S42). Diese so bestimmten Bahnpunkte werden nachfolgend als Streckenpunkte bezeichnet. Vorzugsweise sind die vorbestimmten Zeitpunkte äquidistant verteilt. Dann sind die Abstände der Streckenpunkte zueinander ein Maß für die Geschwindigkeit, mit welcher der Roboter den Manipulator 4 entlang der Bahnkurve K bewegt. Die Koordinaten der Streckenpunkte werden an den Projektor 15, 15a übermittelt. Dieser projiziert entsprechend den Streckenpunkten Markierungen entlang der Bahnkurve (S43). Somit erkennt der Bediener in intuitiver Weise, in welchen Bereichen der Manipulator 4 aufgrund der Kinematik des Roboters sich schneller oder langsamer entlang der Bahnkurve K bewegen wird. Dies ist z.B. beim Aufbringen eines Klebers von Bedeutung. In dem Bereich mit geringerer Geschwindigkeit muss entsprechend eine geringere Menge Kleber pro Zeiteinheit durch den Manipulator ausgegeben werden, damit der Kleber gleichmäßig aufgetragen wird. In 10 ist grafisch die Bahnkurve K3 mit mehreren Markierungen T1, T2, ... entsprechend der Streckenpunkte dargestellt.

Weitere zusätzliche Verfahrensschritte werden zusammen mit dem Flussdiagramm in 11 erläutert. Nach einem Übermitteln einer festgelegten Bahnkurve an die Robotersteuerung (S50) wird die Führung des Manipulators 4 durch den Roboter 2 entlang der Bahnkurve K basierend auf dem kinematischen Robotermodell der Robotersteuerung 3 simuliert (S51). Anhand des kinematischen Robotermodells werden unerreichbare Abschnitte der Bahnkurve K bestimmt (S52). Die Unerreichbarkeit der einzelnen Abschnitte kann durch den Roboter 2 und dessen mechanischen Aufbau bedingt sein. Ferner sind die Räumlichkeiten zu berücksichtigen, in welchen der Roboter tätig ist. Zudem müssen Stöße mit dem Werkstück vermieden werden. Hierfür werden dreidimensionale Modelle des Arbeitsraums bzw. des Werkstücks bereitgehalten. Während der Projektion der Bahnkurve K werden die unerreichbaren Abschnitte in einer anderen Farbe projiziert als die übrigen Abschnitte (S53). Hierdurch erkennt der Bediener sofort, welche Bereiche erreichbar bzw. unerreichbar sind. In einer Alternative oder zusätzlich können Markierungen entlang den unerreichbaren Abschnitten projiziert werden (S54).

Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele und Ergänzungen haben sich auf die Erfassung der Koordinaten des Stiftes bzw. der Koordinaten der Stützpunkte P1, P2, ... beschränkt. Für manche Manipulatoren 4, z.B. Klebepistolen, ist nicht nur der Verlauf der Bahnkurve K für die ordnungsgemäße Bearbeitung des Werkstücks 1 von Bedeutung, sondern auch die Orientierung des Manipulators 4 zu dem Verlauf der Bahnkurve K. In diesem Fall werden nicht nur die dreidimensionalen Koordinaten des Stifts 10 erfasst, sondern auch dessen Orientierung im Raum. Diese bis zu sechs dimensionalen Daten werden an die Datenverarbeitungseinrichtung weitergeleitet. Hierin wird neben der Interpolation zum Bestimmen einer Bahnkurve K zwischen den Stützpunkten P1, P2, ... auch eine Interpolation zwischen den verschiedenen Orientierungen des Manipulators zwischen den Stützpunkten P1, P2, ... durchgeführt. Der Projektor 15, 15a projiziert wie zuvor beschrieben die Bahnkurve K auf die Oberfläche O des Werkstücks 1. Zudem wird in vorbestimmten vorzugsweise regelmäßigen Abständen ein Symbol entlang der Bahnkurve K projiziert, das die Orientierung des Manipulators andeutet.

In 12 sind beispielhaft solche Symbole X1, X2, ... dargestellt. Das Symbol weist eine Linie mit einer Pfeilspitze auf. Die Ausrichtung dieser Linie gibt die Orientierung des Manipulators in einer Ebene parallel zu der Oberfläche O an. Die Linie wird durch eine Markierung in zwei Abschnitte a und b unterteilt. In dem Längenverhältnis der beiden Abschnitte a, b ist die Orientierung des Manipulators senkrecht zur Oberfläche kodiert. So weist zum Beispiel der Manipulator nach unten, wenn der Abschnitt a nahe der Pfeilspitze länger als der Abschnitt b ist.

Eine zweite Variante sieht zwei senkrecht zueinander angeordnete Pfeile vor, die die z.B. die x-Koordinate und die y-Koordinate repräsentieren. Deren absoluten Längen geben die Orientierung des Manipulators in der x-y-Ebene an. Deren relatives Längenverhältnis kodiert die z-Richtung des Manipulators.

Die Bahnkurve und die Kurve der Orientierungen werden zusammen an die Robotersteuerung 3 übermittelt und eine entsprechende Verarbeitungseinrichtung transformiert die Bahnkurven und/oder Orientierungskurven in ein Ansteuerungsprogramm für den Roboter 2.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt.

Insbesondere sind eine Vielzahl verschiedener Projektoren verwendbar. Diese können Laser mit mechanisch bewegten Ablenkeinrichtungen und/oder optomechanischen Ablenkeinrichtungen beinhalten. Andererseits sind auch Projektionseinrichtungen verwendbar, die z.B. mittels gesteuerter und lokal begrenzter Abschattung durch Flüssigkristallanzeigen und/oder beleuchtete Kippspiegel-Anordnungen (Digital Light Processing Arrays) Muster auf die Oberfläche projizieren können.

Der Zeiger ist als taktil berührender Stift in den Ausführungsbeispielen beschrieben. Jedoch kann dieser auch durch einen Lichtstrahl gebildet werden. Die Koordinaten von dem angestrahlten Punkt auf der Oberfläche werden durch eine geeichte optische Erfassungseinrichtung bestimmt. Das Grundprinzip entspricht somit der Erfassung der Koordinaten der Spitze des Stifts.

Die Anordnung der Datenverarbeitungseinrichtung kann getrennt oder integriert in einer der anderen Einrichtungen erfolgen.


Anspruch[de]
Verfahren zum Einrichten einer Bahnkurve einer Robotervorrichtung, mit den folgenden Schritten:

(a) Anordnen eines Werkstücks mit wenigstens einer zu bearbeitenden Oberfläche (O) im Arbeitsbereich der Robotervorrichtung (2),

(b) Positionieren einer Zeigereinrichtung (10) an einer Mehrzahl von Stütz-Punkten (P1, P2, ...) auf der zu bearbeitenden Oberfläche (O),

(c) Festlegen der Koordinaten der Stütz-Punkte (P1, P2, ...) durch Erfassen der zugehörigen Koordinaten der Zeigereinrichtung (10),

(d) automatisches Interpolieren von Wegstrecken zwischen jeweils zwei benachbarten Stütz-Punkten (P1, P2, ...) gemäß einem vorbestimmten Algorithmus zum Festlegen der Bahnkurve (K, K1, ...) und

(e) Projizieren der Bahnkurve (K, K1, ...) auf der zu bearbeitenden Oberfläche (O).
Verfahren nach Anspruch 1, die weiteren Schritte aufweisend:

(f) optisches Erfassen der projizierten Bahnkurve (K, K1,...) auf der zu bearbeitenden Oberfläche (O),

(g) Bestimmen von abweichenden Abschnitten (K', K'1) der projizierten Bahnkurve (K, K1, K', K'1, ...), in denen die projizierte Bahnkurve (K, K1, K', K'1, ...) von der festgelegten Bahnkurve (K, K1, ...) abweicht und

(h) Projizieren von Abweichungs-Markierungen an und/oder entlang der abweichenden Abschnitte (K', K'1, ...).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das optische Erfassen der projizierten Bahn durch Triangulation erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, in dem die Abweichungs-Markierungen Symbole aufweisen und/oder die abweichenden Abschnitte (K', K'1, ...) durch eine von den anderen Abschnitten der Bahnkurve (K, K1, ...) in unterschiedlicher Farbgestaltung projiziert werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, das eine iterative Anpassung der Bahnkurve (K, K1, ...) vornimmt, bis die Abweichung unter einen vorbestimmten Schwellwert sinkt. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Krümmung der Oberfläche (O) basierend auf der Abweichung bestimmt wird und das automatische Interpolieren in Abhängigkeit der Krümmung erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den weiteren Schritten:

(i) Simulieren eines Führens der Robotervorrichtung (2) entlang der festgelegten Bahnkurve (K, K1, ...) basierend auf einem kinematischen Modell der Robotervorrichtung (2),

(j) Bestimmen von ersten Punkten der Bahnkurve (K, K1, ...), die die Robotervorrichtung (2) beim simulierten Führen zu vorbestimmten Zeitpunkten erreicht und

(k) Projizieren von Zeit-Markierungen (T1, T2, ...) entlang der Bahnkurve (K, K1, ...) an den Koordinaten der ersten Punkte.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den weiteren Schritten:

(l) Simulieren eines Führens der Robotervorrichtung (2) entlang der festgelegten Bahnkurve (K, K1,...) basierend auf einem kinematischen Modell der Robotervorrichtung (2),

(m) Bestimmen von zweiten Punkten der Bahnkurve (K, K1,...), für die die Robotervorrichtung (2) Posen einnehmen, welche zur Kollision mit dem Werkstück (1X) und/oder einer Arbeitsumgebung führen und/oder für welche das Simulieren ergibt, dass die Posen für die Robotervorrichtung (2) uneinnehmbar sind und

(n) Projizieren von Kollisions-Markierungen entlang der projizierten Bahnkurve (K, K1, ...) an den Koordinaten der zweiten Punkte.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnkurve (K, K1, ...) mittels einer mobilen Projektionseinrichtung (15a) projiziert wird, die nahe oder anstelle eines Manipulators an der Robotervorrichtung (2) fest oder lösbar angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zu bearbeitenden Oberfläche (O) in mehrere Segmente (A, B) aufgeteilt wird und für jedes Segment (A, B) die mobile Projektionseinrichtung (15a) durch die Robotervorrichtung (2) automatisch in eine Pose geführt wird, von welcher aus die mobile Projektionseinrichtung (15a) auf jeden Punkt des ausgewählten Segments (A, B) projizieren kann und die mobile Projektionseinrichtung (15a) bei dieser Pose einen geringen Abstand zur Oberfläche (O) aufweist, bevor durch die Zeigereinrichtung (10) und deren Erfassung eine Mehrzahl von Stütz-Punkten (P1, P2, ...) in dem Segment (A, B) der Oberfläche (O) festgelegt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei eine Mehrzahl von Orientierungspunkten (O1, O2, ...) festgelegt und mittels einer stationären Projektionseinrichtung (15) auf die zu bearbeitende Oberfläche (O) projiziert werden und die mobile Projektionseinrichtung (15a) zusammen mit einer optischen Erfassungseinrichtung (50a, 51a) mittels der Robotervorrichtung (2) automatisch in eine Pose geführt wird, von welcher aus die optische Erfassungseinrichtung (50a, 50b) mindestens drei Orientierungspunkte (O1, O2, ...) erfasst. Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Kalibrierung der optischen Erfassungseinrichtung (50a, 51a) und/oder der Projektionseinrichtung (15, 15a) und/oder des Robotermodells basierend auf einem Unterschied zwischen den festgelegten Koordinaten der Orientierungspunkten (O1, O2, ...) und den erfassten Koordinaten der projizierten Orientierungspunkten (O1, O2, ...) erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von reflektierenden oder selbstleuchtenden Orientierungsmarkern auf der zu bearbeitenden Oberfläche (O) an bekannten Koordinaten angeordnet werden, die optische Erfassungseinrichtung (50, 51, 50a, 51a) die Koordinaten der Orientierungsmarker erfasst und eine Kalibrierung der optischen Erfassungseinrichtung (50, 51, 50a, 51a) und/oder der Projektionseinrichtung (15, 15a) und/oder des Robotermodells basierend auf einem Unterschied zwischen den bekannten Koordinaten der Orientierungsmarker und den erfassten Koordinaten der Orientierungsmarker erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die Koordinaten der Stütz-Punkte (P1, P2, ...) mit sechs Koordinaten zur Beschreibung der räumlichen Lage und der Orientierung festgelegt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei ein Orientierungsverlauf entlang der Bahnkurve (K, K1, ...) durch automatische Interpolation ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei richtungsangebenden Markierungen (X1, X2, ...) entsprechend dem Orientierungsverlauf entlang der Bahnkurve (K, K1, ...) auf die Oberfläche (O) projiziert werden. Vorrichtung zum Durchführen eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, aufweisend

(o) eine Zeigereinrichtung (10),

(p) eine Verfolgungseinrichtung (11) zum Erfassen der Koordinaten und/oder der Orientierung der Zeigereinrichtung (10),

(q) eine Datenverarbeitungseinrichtung (20) zum automatischen Interpolieren von Wegstrecken zwischen jeweils zwei benachbarten Stütz-Punkten (P1, P2, ...) zum Festlegen der Bahnkurve (K, K1, ...) und

(r) eine Projektionseinrichtung (15; 15a) zum Projizieren der Bahnkurve (K, K1, ...) auf die Oberfläche (O).
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Projektionseinrichtung (15; 15a) mindestens eine Laserlichtquelle und eine Ablenkeinrichtung zum Richten mindestens eines Laserlichtstrahls aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, die ferner eine optische Erfassungseinrichtung (50, 51; 50a, 51a) zum Erfassen einer projizierten Bahnkurve (K, K1, ...) aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Projektionseinrichtung (15; 15a) und/oder die optische Erfassungseinrichtung (50, 51; 50a, 51a) stationär bezogen auf einen Arbeitsraum des Roboters (2) angeordnet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Projektionseinrichtung (15; 15a) und/oder die optische Erfassungseinrichtung (50, 51; 50a, 51a) fest und/oder lösbar an der Robotervorrichtung (2) angeordnet sind.






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