CZ202452A3 - Způsob montáže automobilového dílu - Google Patents

Abstract

Způsob montáže automobilového dílu, kdy se robotické rameno nesoucí senzor pro měření vzdálenosti řídí příkazy z výpočetní jednotky a data ze senzoru pro měření vzdálenosti se posílají do výpočetní jednotky. Montáž automobilového dílu obsahuje krok přiblížení robotického ramene ke karoserii a měření předem určeného prvku karoserie alespoň jedním senzorem, krok nastavení koncového efektoru (2) do výchozí polohy (10) pomocí zpětnovazebných regulačních principů na základě dat ze senzoru pro měření vzdálenosti, krok určení montážní polohy (9) z výchozí polohy (10) ve výpočetní jednotce, krok přesunu koncového efektoru (2) držícího automobilový díl do montážní polohy (9) a krok přimontování automobilového dílu ke karoserii.

Description

Způsob montáže automobilového dílu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu montáže automobilového dílu ke karoserii automobilu pomocí robotického ramene.

Dosavadní stav techniky

V současném stavu techniky jsou známy způsoby výroby automobilu, které obsahují fázi montáže automobilového dílu ke karoserii za pomoci robotického ramene. Například dokument CN 103264738 B mimo jiné popisuje způsob přikládání automobilového dílu na montážní pozici za využití snímků pořízených z kamer umístěných na robotickém rameni. Z těchto jednotlivých snímků je vytvořen souřadný systém, ve kterém probíhá samotná montáž.

Dále například dokument CN 115319754 A popisuje způsob kalibrace robotického ramene za pomoci laserových senzorů pro měření vzdálenosti a za pomoci kalibrační desky. Pomocí jednotlivých laserových senzorů jsou určeny tři body na kalibrační desce, ze kterých je pomocí matematického modelu robotické rameno zkalibrováno.

Dokument US 2022024041 AI zveřejňuje metody pro manipulaci s díly automobilu, které mají být uchyceny ke karoserii automobilu. Tato metoda je vykonána pomocí robotického ramene. Robotické rameno obsahuje koncový efektor a senzor síly a točivého momentu, kterým je zaznamenán kontakt robotického ramene s karoserii automobilu. Na základě dat ze senzoru síly a točivého momentu je robotické rameno nastaveno do předdefinované polohy vůči karoserii automobilu. Díl je ke karoserii přimontován pomocí robotického ramene v předdefinované poloze. Při určování předefinované polohy robotického ramene je toto robotické rameno (respektive díl, který toto robotické rameno drží) v kontaktu s karoserií automobilu.

Nevýhodou stávajícího stavu techniky je složitost matematických funkcí, díky kterým se robotické rameno pohybuje do požadované polohy. Tyto matematické funkce jsou velmi náročné na výpočetní výkon. Proto by bylo vhodné přijít s řešením, díky kterému by bylo možné provozovat robotické rameno bez silného výpočetního zařízení.

Podstata vynálezu

Nedostatky řešení známých ze stavu techniky do jisté míry odstraňuje způsob montáže automobilového dílu pomocí robotického ramene a výpočetní jednotky. Robotické rameno obsahuje alespoň jeden senzor pro měření vzdálenosti a koncový efektor. Při způsobu montáže automobilového dílu se robotické rameno řídí příkazy z výpočetní jednotky. Data z alespoň jednoho senzoru pro měření vzdálenosti se posílají do výpočetní jednotky. Ve fázi montáže automobilového dílu se robotické rameno přiblíží ke karoserii a alespoň jedním senzorem pro měření vzdálenosti se měří vzdálenost k předem určenému prvku karoserie, a na základě dat alespoň jednoho senzoru pro měření vzdálenosti se pomocí zpětnovazebných regulačních principů koncový efektor nastaví do výchozí polohy koncového efektoru, následně se z výchozí polohy koncového efektoru ve výpočetní jednotce určí montážní poloha koncového efektoru, a následně se koncový efektor držící automobilový díl přesune do této montážní polohy koncového efektoru a automobilový díl se přimontuje ke karoserii. Výchozí poloha koncového efektoru je v předem určené vzdálenosti od daného prvku karoserie a montážní poloha koncového efektoru je v předem určené vzdálenosti od výchozí polohy koncového efektoru.

- 1 CZ 2024 - 52 A3

Robotické rameno může obsahovat alespoň dva kloubní segmenty. Jednotlivé kloubní segmenty spolu můžou být spojeny do jediného ramene. Jednotlivé spoje kloubních segmentů můžou být otočné, může se jedna například o prostorové klouby, které umožňují pohyb robotického ramene v prostoru. Koncový efektor robotického ramene může být připojen na jeden konec ramene složeného z kloubních segmentů. Druhý konec ramene složeného z kloubních segmentů může být připojen k podložce. Tato podložka může být statická nebo může umožňovat pohyb. Podložkou může být například kovová deska, ke které je robotické rameno pevně přivařeno.

Koncový efektor robotického ramene zahrnuje alespoň jeden manipulační prvek. Tímto manipulačním prvkem může být například čelist nebo vakuová přísavka. Manipulačním prvkem je uchopován automobilový díl, který je montován ke karoserii. Koncový efektor může být specificky tvarovaný podle automobilového dílu, se kterým manipuluje. Koncový efektor může obsahovat středový bod (tool center point, TCP). Tento středový bodu může být využit pro zjednodušení celé fáze montáže automobilového dílu, přičemž souřadnice celého koncového efektoru můžou být pro jednotlivé výpočty ve výpočetní jednotce aproximovány tímto středovým bodem. Ve výpočetní jednotce může být se souřadnicemi tohoto jediného středového bodu počítáno mnohem snáz než se složitými souřadnicemi celého koncového efektoru. Což může být výhodně použito při nastavení koncového efektoru do výchozí polohy a také do montážní polohy.

Alespoň jeden senzor pro měření vzdálenosti, který robotické rameno obsahuje, může být připojen ke koncovému efektoru. Výhodně můžou být ke koncovému efektoru připojeny všechny senzory pro měření vzdálenosti, které robotické rameno obsahuje. Jednotlivé senzory pro měření vzdálenosti můžou být k robotickému rameni připevněny pohyblivě nebo staticky. Pohyblivé připojení senzoru pro měření vzdálenosti může být výhodné při nízkém počtu senzorů pro měření vzdálenosti, jako například robotického ramene obsahujícího pouze jeden senzor pro měření vzdálenosti. Pohyb tohoto senzoru pro měření vzdálenosti může být řízen výpočetní jednotkou. Díky pohybu tohoto senzoru pro měření vzdálenosti můžou být měřeny dva a více prvků karoserie, vůči kterým je ve výpočetní jednotce určena výchozí poloha koncového efektoru. Senzory můžou být ke koncovému efektoru připojeny nepohyblivě, což může být výhodné při třech a více senzorech pro měření vzdálenosti. Senzory, které jsou ke koncovému efektoru připojeny nepohyblivě, můžou být k tomuto koncovému efektoru například přišroubovány. Nepohyblivý spoj tedy může být rozebíratelný. Příkladem senzoru pro měření vzdálenosti může být například laserový profilometr.

Robotické rameno může obsahovat více senzorů pro měření vzdálenosti, přičemž alespoň jeden senzor pro měření vzdálenosti měří ve fázi montáže automobilového dílu vzdálenost robotického ramene od prvku karoserie. Výběr, kterými senzory pro měření vzdálenosti jsou prvky karoserie měřeny, je proveden např. lidským pracovníkem před zahájením fáze montáže automobilového dílu, přičemž tento výběr se řídí podle umístění a orientace jednotlivých senzorů pro měření vzdálenosti na robotickém rameni a také tvaru karoserie, ke které má být montován automobilový díl.

Ve fázi montáže automobilového dílu můžou být použity jen některé senzory pro měření vzdálenosti, které jsou připojeny k robotickému rameni, nemusí tak být použity všechny senzory, které robotické rameno obsahuje. Volba senzorů pro měření vzdálenosti, které budou ve fází montáže automobilového dílu použity, může být závislá na tvaru automobilového dílu a tvaru karoserie, ke které se automobilový díl montuje a také na tvaru koncového efektoru robotického ramene. Ve fáze montáže automobilového dílu může být výhodné, aby jeden senzor pro měření vzdálenosti měřil vzdálenost od jednoho prvku karoserie, tedy aby každý senzor pro měření vzdálenosti měřil jiný prvek karoserie. Může to být výhodné z toho důvodu, že tím může být podstatně zvýšena přesnost a případně i rychlost nastavení koncového efektoru do výchozí polohy.

Výpočetní jednotka je komunikačně spojena s jednotlivými částmi robotického ramene. Výpočetní jednotka je komunikačně spojena se senzorem/senzory pro měření vzdálenosti a s

-2CZ 2024 - 52 A3 pohyblivými částmi robotického ramene (resp. s jejich pohony), kterými můžou být kloubové segmenty nebo koncový efektor. Tímto komunikačním spojením může být například kabel, který fýzicky propojuje výpočetní jednotku s příslušnou částí robotického ramene, nebo rádiové spojení. Pomocí tohoto komunikačního spojení jsou data ze senzoru/senzorů pro měření vzdálenosti posílána do výpočetní jednotky, kde jsou následně zpracována. Pomocí tohoto komunikačního spojení jsou příkazy z výpočetní jednotky posílány do robotického ramene. Na základě těchto příkazů se robotické rameno pohybuje v prostoru.

Výpočetní jednotkou může být prostor, ve kterém se robotické rameno pohybuje, proložen souřadným systémem robotického ramene. Pohyb robotického ramene je výpočetní jednotkou počítán na základě souřadnic tohoto souřadného systému. Výpočetní jednotka může obsahovat interní nebo externí paměťové úložiště. Interní paměťové úložiště může být přímo součástí výpočetní jednotky. Externí paměťové úložiště se může nacházet mimo výpočetní jednotku, přičemž je s výpočetní jednotkou komunikačně spojeno například pomocí bezdrátového spojení Wi-Fi. Výpočetní jednotka může obsahovat knihovnu, ve které jsou uloženy postupy výpočtů a příkazy pro jednotlivé typy automobilových dílů a karoserií. Tato knihovna může být uložena v paměťovém úložišti výpočetní jednotky. Jednotlivé uložené postupy můžou být z knihovny ve výpočetní jednotce vyvolány a použity pro nový automobilový díl a karoserii.

Automobilovým díle může být část automobilu, která se připojuje ke karoserii. Výhodně se může jednat o planámí díly, které jsou připojovány ke karoserii. Může se jednat například o zadní víko automobilu, o střechu automobilu nebo o přední sklo automobilu.

Karoserie je základní nosnou konstrukcí automobilu. Kromě nosné funkce má karoserie i funkci bezpečnostní, přičemž při nárazu automobilu pohlcuje energii tak, aby se nepřenášela na posádku automobilu. Ke karoserii můžou být připojeny další části automobilu, jako například kryty, blatníky nebo sedačky. Karoserie může vymezovat základní tvar a rozměr automobilu. Jednotlivými prvky karoserie, vůči kterým je robotickým ramenem nastavována výchozí poloha koncového efektoru, můžou být jednotlivé hrany karoserie, otvory v karoserii nebo jednotlivé spojovací prvky karoserie, jako například hlavice šroubů. Jednotlivé prvky karoserie jsou na všech karoseriích umístěny přibližně na stejném místě a mají stejnou orientaci. Díky stejnému umístění a stejné orientaci jednotlivých prvků karoserie na karoserii může být docíleno přesného nastavení koncového efektoru do výchozí polohy.

Výchozí poloha koncového efektoru je v předem určené vzdálenosti od daného prvku karoserie, případně od daných prvků karoserie. Koncový efektor ve výchozí poloze výhodně může být orientován jen jediným způsobem, při jiné orientaci by koncový efektor již nebyl ve výchozí poloze. Předem určená vzdálenost, ve které se výchozí poloha nachází od prvku/prvků karoserie, může být určena vektorově od příslušných prvků karoserie, nebo může být také určena podmínkou/podmínkami zpětnovazebných regulačních principů jako například shodnou absolutní hodnotou souřadnic jednotlivých senzorů pro měření vzdálenosti do prvků karoserie. Výchozí poloha koncového efektoru se může výhodně nacházet mimo karoserie tak, aby žádná část robotického ramene byla v těsné blízkosti karoserie a hrozil tak fýzický kontakt karoserie a robotického ramene. Výchozí poloha koncového efektoru může být vždy umístěná stejně vůči jednotlivým prvků karoserie u všech karoserií u kterých probíhá fáze montáže automobilového dílu.

Montážní poloha koncového efektoru je v předem určené vzdálenosti od výchozí polohy koncového efektoru. Souřadnice montážní polohy v souřadném systému robotického ramene můžou být určeny vektorově ze souřadnic výchozí polohy koncového efektoru. Podobně jako ve výchozí poloze, může být koncový efektor v montážní poloze orientován pouze jedním způsobem, pokud je orientován jinak nenachází se v montážní poloze. Montážní poloha koncového efektoru může být blíž karoserii než výchozí poloha koncového efektoru, přičemž je mezi jednotlivými částmi robotického ramene a karoserie jsou alespoň minimální mezery tak, aby se žádní část robotického ramene nedotýkala karoserie.

- 3 CZ 2024 - 52 A3

Výchozí poloha je využita k tomu, aby se rameno „zorientovalo“ vzhledem k individuální karoserii. Může tedy zejména být volena tak, aby její určení probíhalo s co nejsnazšími výpočty obsaženými v uvedených zpětnovazebních principech. Výhodou výchozí polohou je tak např. střed montážního otvoru, či obecněji poloha, která je ve stejné vzdálenosti od vícero z měřených prvků karoserie, výhodně ve stejné vzdálenosti od všech měřených prvků karoserie. Montážní poloha pak slouží k samotné montáži konkrétního dílu automobilu, s ohledem na jeho tvar, tvar místa na karoserii určeného k umístění tohoto dílu, na způsob montáže tohoto dílu, s ohledem na druh efektoru a místo uchycení dílu efektorem atd.

Robotické rameno a výpočetní jednotka můžou být součástí linky, na které probíhá fáze montáže automobilového dílu. Tato linka může obsahovat odkládací plochu automobilového dílu a místo pro položení karoserie. Robotické rameno může být umístěno mezi odkládací plochou automobilového dílu a místem pro položení karoserie. Odkládací plocha automobilového dílu může obsahovat sérii výstupků, díky kterým je automobilový díl na této ploše orientován vždy stejným způsobem na stejném místě. Místem pro položení karoserie může být například pohyblivý pás, který prochází linkou, na které probíhá fáze montáže automobilového dílu, přičemž při samotné fázi montáže automobilového dílu se může pohyblivý pás zastavit. Linka, na které probíhá fáze montáže automobilového dílu může zahrnovat montážní rameno, kterým je automobilový díl přimontován ke karoserii.

Fázi montáže automobilového dílu může předcházet například fáze výroby karoserie, fáze výroby automobilového dílu nebo fáze kalibrace robotického ramene. Po provedení fáze montáže automobilového dílu může následovat například fáze kompletace automobilu, fáze lakování nebo fáze kontroly a testování automobilu.

Před fází montáže automobilového dílu je výhodně provedena fáze kalibrace robotického ramene. Fáze kalibrace je výhodná pro přesné stanovení umístění senzorů pro měření vzdálenosti na koncovém efektoru. Fáze kalibrace robotického ramene nemusí být provedena před každým provedením fáze montáže automobilového dílu, ale může být výhodné tuto fázi kalibrace robotického ramene provést po každém servisním zásahu do robotického ramene. Servisním zásahem může být například výměna senzoru pro měření vzdálenosti nebo oprava kloubového segmentu. Fáze kalibrace může být provedena za použití externího kalibračního systému, ale je výhodně prováděna za pomoci kalibračního tělesa. Použití kalibračního tělesa pro kalibraci může být výhodné především díky své nižší ceně a vyšší rychlosti kalibrace vůči použití externího kalibračního systému.

Příkladem kalibračního tělesa může být kalibrační deska s kulatým otvorem. Fáze kalibrace může být provedena pro každý senzor pro měření vzdálenosti zvlášť. Výstupem z fáze kalibrace může být souřadný systém senzoru pro měření vzdálenosti. Počátek tohoto souřadného systému senzoru pro měření vzdálenosti může být v počátku odměřování vzdálenosti senzoru pro měření vzdálenosti. Z jednotlivých souřadných systémů senzorů pro měření vzdálenosti jsou naměřené hodnoty vzdáleností přímo převeditelné do souřadného systému robotického ramene. Toto jednoduché převádění hodnot vzdáleností z jednotlivých souřadných systému senzorů pro měření vzdálenosti do společného souřadného systému robotického ramene může být obzvlášť výhodné v přítomnosti více než dvou senzorů pro měření vzdálenosti.

Před zahájením fáze montáže automobilového dílu je, například lidským pracovníkem nebo programem, předem určeno následující: umístění montážní polohy vůči výchozí poloze koncového efektoru, podmínka/podmínky zpětnovazebných regulačních principů, prvky karoserie, které jsou jednotlivými senzory pro měření vzdálenosti měřeny a případně i senzory pro měření vzdálenosti, které budou ve fázi montáže automobilového dílu použity, v případě, že robotické rameno obsahuje více senzorů pro měření vzdálenosti, než je v této fázi využito.

-4CZ 2024 - 52 A3

Fáze montáže automobilového dílu zahrnuje krok přiblížení robotického ramene ke karoserii, krok zaměření alespoň jednoho senzoru pro měření vzdálenosti na prvky karoserie, krok nastavení výchozí polohy koncového efektoru na základě dat z alespoň jednoho senzoru pro měření vzdálenosti měřících prvky karoserie, přičemž výchozí poloha koncového efektoru je nastavena pomocí zpětnovazebných regulačních principů, krok určení montážní polohy koncového efektoru, která je určena ve výpočetní jednotce 5 z výchozí polohy koncového efektoru, krok přesunu koncového efektoru držícího automobilový díl do montážní polohy koncového efektoru a krok přimontování automobilového dílu ke karoserii. Pořadí těchto kroků je pevně dané, mohou však před nimi, mezi nimi a/nebo po nich nastat i další kroky. Automobilový díl je koncovým efektorem uchopen kdykoliv před krokem přesunu koncového efektoru držícího automobilový díl do montážní polohy koncového efektoru.

V kroku přiblížení robotického ramene ke karoserii se robotické rameno přesune ke karoserii na základě příkazů z výpočetní jednotky. Toto přiblížení je jen hrubé, tedy takové, aby nedošlo k fýzickému kontaktu robotického ramene s karoserií. Při přiblížení robotického ramene ke karoserii se robotické rameno orientuje tak, aby všechny senzory pro měření vzdálenosti, které mají být využity v dané fázi, směřovaly ke karoserii.

V kroku měření (pomocí alespoň jednoho senzoru pro měření vzdálenosti) prvku či prvků karoserie se všechny senzory, kterými robotické rameno měří karoserii, zaměří na prvky karoserie. Příslušné senzory pro měření vzdálenosti jsou výpočetní jednotkou aktivovány, přičemž ty senzory, kterými nejsou měřeny prvky karoserie, můžou být výpočetní jednotkou deaktivovány.

V kroku nastavení výchozí polohy koncového efektoru jsou data o vzdálenosti od prvků karoserie z jednotlivých senzorů pro měření vzdálenosti posílána do výpočetní jednotky. Ve výpočetní jednotce jsou jednotlivá data zpracována pomocí zpětnovazebných regulačních principů. Zpětnovazebně regulační principy obsahují sérii kroků, které jsou při nesplnění zadané podmínky opakovány, dokud zadaná podmínka není splněna. Efektor se tak může iterativně pohybovat do požadované výchozí polohy, přičemž jednotlivé iterace jsou relativně výpočetně nenáročné. Příkladem zadané podmínky můžou být například shodné absolutní hodnoty souřadnic získaných z jednotlivých senzorů pro měření vzdálenosti, které měří vzdálenost od hran karoserie. Jedním z kroků zpětnovazebných regulačních principů může být příkaz, který je poslán robotickému rameni, aby se pohnulo v příslušném souřadném systému robotického ramene o zadanou vzdálenost. Po splnění zadané podmínky je výpočetní jednotkou zaznamenána poloha koncového efektoru, přičemž tato poloha koncového efektoru je výpočetní jednotkou označena za výchozí polohu koncového efektoru. Souřadnice v souřadném systému robotického ramene této výchozí polohy koncového efektoru jsou uloženy ve výpočetní jednotce.

V kroku nastavení výchozí polohy koncového efektoru se v jednotlivých zpětnovazebných regulačních principech nepoužívají složité 3D modely, jako například CAD model. Robotické rameno a ani výpočetní jednotka tedy nemají informaci o rozměru a tvaru celé karoserie.

V jednotlivých zpětnovazebných regulačních principech je výhodně použito jednoduché průměrování naměřených vzdáleností. Toto jednoduché průměrování naměřených vzdáleností může být obzvlášť výhodné, pokud se prvky karoserie, které jsou měřeny senzory pro měření vzdáleností, nachází na okrajích karoserie.

V předkládaném vynálezu tedy nastavení koncového efektoru do výchozí polohy zahrnuje opakované snímání karoserie senzorem/senzory pro měření vzdálenosti a průběžné posouvání koncového efektoru až do doby, kdy data ze senzorů splňují předem určenou podmínku či více podmínek. Těmito podmínkami může zejména být vzdálenost mezi koncovým efektorem či daným senzorem od určité části karoserie nebo od prvku karoserie. Například je trojicí senzorů opakovaně měřená vzdálenost od tří různých prvků karoserie a řídicí jednotka na základě dat ze senzorů nastavuje koncový efektor do polohy ve středu těchto tří prvků. Podmínkami ke splnění

- 5 CZ 2024 - 52 A3 v datech je tedy shodná vzdálenost efektoru od všech tří částí karoserie, například v rámci určité předem zvolené tolerance, např. ±0,1 mm.

Výchozí poloha koncového efektoru má tedy předem danou pozici vůči karoserii, například je již na začátku způsobu stanoveno (například odborníkem v oboru, či na základě výrobní dokumentace), že pro daný způsob výroby je výchozí poloha středem montážního otvoru pro daný automobilový díl. Každá individuální karoserie však může být v trochu jiné pozici vůči danému robotickému ramenu, takže na začátku způsobu není zřejmé, do jaké pozice se má robotické rameno nastavit, aby koncový efektor byl ve výchozí poloze nebo v jiné poloze definované ve vztahu k výchozí poloze. Robotické rameno totiž „zná“ svou pozici ve svém vlastním souřadnicovém systému, ale neví, jak je v tomto systému umístěná karoserie. Proto dochází k uvedenému určování výchozí polohy, v níž se robotické rameno „dozví“, jak přesně je vůči němu karoserie orientovaná a dokáže pak vzhledem k této výchozí poloze přesně umístit daný automobilový díl do polohy pro jeho montáž.

Určování výchozí polohy tedy umožní robotickému ramenu (jeho koncovému efektoru a zejména jeho výpočetní jednotce) synchronizovat svou polohu vůči dané karoserii, takže následně může vůči karoserii přesně polohovat díly k montáži. Výchozí poloha pak může být pro robotické rameno dočasným středem soustavy souřadnic, v níž pak probíhá přesun dílů pro montáž.

Souřadnice výchozí polohy koncového efektoru můžou být aproximovány jediným bodem, přičemž souřadnice tohoto jediného bodu můžou být uloženy do výpočetní jednotky. Tímto jediným bodem může být středový bod koncového efektoru. Ze souřadnic tohoto středového bodu můžou být vypočítány souřadnice montážní polohy koncového efektoru. Převedení souřadnic výchozí polohy koncového efektoru na jediný bod může být výhodné při ukládání do výpočetní jednotky, jelikož uložení souřadnic jediného bodu nevyžaduje velký výpočetní výkon ani velké paměťové úložiště výpočetní jednotky.

V kroku určení montážní polohy koncového efektoru jsou ve výpočetní jednotce vyvolány souřadnice výchozí polohy koncového efektoru. Tyto souřadnice v souřadném systému robotického ramene jsou ve výpočetní jednotce jednoduchými matematickými operacemi přepočítány na souřadnice montáží polohy koncového efektoru, které jsou také v souřadném systému robotického ramene.

V tomto způsobu je tedy montážní poloha předem určena ve vztahu k výchozí poloze, která se pro každou karoserii ve fázi montáže automobilového dílu určuje zvlášť. Montážní poloha je například určena pomocí vektoru daného třemi souřadnicemi určujícími, v jakém směru a jak daleko se montážní poloha nachází od výchozí polohy. Například je montážní poloha definována předem s ohledem na to, jaký díl má být montován, jaký je jeho tvar a jaký je tvar okolní karoserie. Výhodně je definována svou předem určenou polohou vůči výchozí poloze. Například je-li výchozí poloha daná jako střed montážního otvoru v karoserii, může montážní poloha být daná jako poloha 10 cm dozadu a 5 cm vzhůru od této výchozí polohy, kde směr dozadu je vztažen k orientaci karoserie dle standardního směru jízdy.

V kroku přesunu koncového efektoru držícího automobilový díl do montážní polohy koncového efektoru se na příkaz výpočetní jednotky přesune koncový efektor do montážní polohy koncového efektoru. Koncový efektor v montážní poloze drží automobilový díl u karoserie tak, že může být přimontován.

V kroku přimontování automobilového dílu ke karoserii je automobilový díl přimontován ke karoserii. Tímto přimontováním může být například sváření, šroubové spojení nebo lepení, přičemž zvolený způsob přimontování je závislý na konkrétním automobilovém dílu. Přimontování automobilového dílu může probíhat za pomocí montážního ramene, které může být alespoň částečně řízeno výpočetní jednotkou, nebo za pomoci lidského pracovníka, který automobilový díl přimontuje ke karoserii.

-6CZ 2024 - 52 A3

Výhodnou fáze montáže automobilového dílu, která je součástí způsobu výroby automobilu, může být nízká náročnost na výpočetní výkon výpočetní jednotky, kdy výpočetní jednotka složitě nevyhodnocuje snímky pořízené při montáži automobilu, pouze provádí jednoduché přepočty jednotlivých souřadnic v souřadném systému robotického ramene. Díky průběžnému zasílání dat ze senzoru/senzorů pro měření vzdálenosti může robotické rameno pracovat v reálném čase. Další výhodou může být cena robotického ramene, kdy může být využit menší počet senzorů pro měření vzdálenosti, než tomu je ve stavu techniky.

Ve fázi montáže automobilového dílu může být koncový efektor prázdný až do kroku určení montážní polohy koncového efektoru. Mezi krokem určení montážní polohy koncového efektoru a krokem přesunu koncového efektoru držícího automobilový díl do montážní polohy koncového efektoru může proběhnout krok přesunu robotického ramene do polohy pro uchopení automobilového dílu a krok uchopení automobilového dílu koncovým efektorem. Toto uspořádání jednotlivých kroků fáze montáže automobilového dílu může být výhodné z toho důvodu, že krok určení výchozí polohy koncového efektoru probíhá s koncovým efektorem, který je prázdný, nehrozí tak kontakt automobilového dílu s karoserií, který by mohl mít za následek poškození automobilového dílu nebo karoserie.

V kroku přesunu robotického ramene do polohy pro uchopení automobilového dílu je robotickému rameni vyslán příkaz z výpočetní jednotky, kterým je robotické rameno přesunuto k odkládací ploše automobilového dílu, který má být montován ke karoserii. Souřadnice polohy pro uchopení automobilového dílu, které jsou v souřadném systému robotického ramene, můžou být uloženy ve výpočetní jednotce a můžou být snadno vyvolány.

V kroku uchopení automobilového dílu koncovým efektorem je na příkaz výpočetní jednotky pomocí manipulačního prvku automobilový díl uchopen. Pokud je manipulačním prvkem čelist, může být automobilový díl touto čelistí sevřen. Pokud je manipulačním prvkem vakuová přísavka, může být automobilový díl k této přísavce přisát pomocí podtlaku. Právě při tomto kroku můžou být využity výstupky, které odkládací plocha automobilového dílu obsahuje, díky kterým je automobilový díl umístěny vždy na stejném místě a je stejně orientován. Stejné umístění a stejná orientace usnadňuje uchopení automobilového dílu koncovým efektorem.

Jednotlivými prvky karoserie, vůči kterým se koncový efektor nastavuje do výchozí polohy, můžou být hrany karoserie. Výhodně se může jednat o vnitřní hrany karoserie, které vymezují montážní otvor, do kterého je montován automobilový díl. Využití hran, vůči kterým je robotické rameno nastavováno do výchozí polohy koncového efektoru, může být výhodné z toho důvodu, že jednotlivé hrany karoserie mají minimální odchylky do sebe navzájem.

Ve fázi montáže automobilového dílu se může karoserie, ke které je automobilový díl montován, pohybovat konstantní rychlostí v jednom směru. Tento pohyb jedním směrem může vycházet z podložky, na které je karoserie umístěna. Touto podložkou může být například pohyblivý pás, na kterém je karoserie položena. Karoserie může být také položena na desku se kterou je pomocí soustavy lan nebo řetězů pohybováno konstantní rychlostí ve vytyčeném směru. Při pohybu karoserie konstantní rychlostí může výpočetní jednotka příslušně upravovat souřadnice výchozí polohy koncového efektoru a montážní polohy koncového efektoru tak, aby přesně odpovídaly pozici vůči karoserii. Souřadnice těchto poloh jsou tedy ve výpočetní jednotce virtuálně posouvány, přičemž míra posunu odpovídá posunu karoserie.

Ve fázi montáže automobilového dílu se v případě konstantního pohybu karoserie v jednom směru může robotické rameno také pohybovat konstantní rychlostí jedním směrem, přičemž tento směr je shodný se směrem pohybu karoserie. Tento pohyb konstantní rychlostí v jednom směru robotického ramene může vycházet z podložky, ke které je robotické rameno připojeno. Takovouto podložkou, která umožňuje pohyb konstantní rychlostí v jednom směru, může být například servomotor doplněný o kolejnice, které vymezují dráhu, po které se může robotické

-7 CZ 2024 - 52 A3 rameno pohybovat. Po dokončení fáze montáže automobilového dílu se může robotické rameno vrátit na počáteční pozici, ze které se bude opět ve fázi montáže automobilového dílu pohybovat konstantní rychlostí jedním směrem. Posun robotického ramene konstantní rychlostí jedním směrem může být řízen výpočetní jednotkou.

Robotické rameno může zahrnovat celkem alespoň tři senzory pro měření vzdálenosti. Z těchto celkem alespoň tří senzorů pro měření vzdálenosti můžou být pomocí výpočetní jednotky snadno určeny souřadnice výchozí polohy koncového efektoru a montážní polohy koncového efektoru. Výhodně jsou jednotlivé senzory pro měření vzdálenosti umístěny na robotickém rameni tak, aby měřili různé prvky karoserie v různých místech karoserie.

Každým senzorem pro měření vzdálenosti může být laserový profilometr. Při použití laserových profilometrů se shodnými parametry může být zvýšena rychlost nastavení výchozí polohy koncového efektoru, díky snadnější komunikaci výpočetní jednotky s jednotlivými laserovými profilometry. Použitím laserových profilometrů se shodnými parametry může být také usnadněna údržba celého robotického ramene, což se projeví například při výměně laserového profilometrů v případě jeho poruchy, kdy proběhne jednoduchá výměna jednoho laserového profilometrů za druhý, přičemž mají oba totožné parametry. Údržbou robotického ramene může být oprava robotického ramene nebo kalibrace senzorů pro měření vzdálenosti.

Automobilovým dílem, který se montuje ke karoserii, může být zadní víko automobilu. Toto zadní víko může být montováno k části karoserie, kterou je rám pro přimontování zadního víka. Ve fázi montáže zadního víka můžou být senzory pro měření vzdálenosti měřeny hrany rámu pro přimontování zadního víka, přičemž vůči těmto hranám se robotické rameno nastavuje do výchozí polohy koncového efektoru.

Výpočetní jednotkou může být integrovaná výpočetní jednotka robotického ramene. Tato integrovaná výpočetní jednotka může být umístěná v těle robotického ramene tak, aby nedošlo k jejímu mechanickému poškození. Tato integrovaná výpočetní jednotka může také obsahovat datové úložiště například pevný disk typu SSD.

Veškeré výpočty, které jsou ve fázi montáže prováděny, můžou být prováděny integrovanou výpočetní jednotkou robotického ramene. Všechny příkazy, které jsou ve fázi montáže automobilového dílu vydávány, jsou vydány na základě výpočtů integrované výpočetní jednotky. Integrovanou výpočetní jednotkou může být, kromě základního ovládání robotického ramene, řízen také například pohyb robotického ramene konstantní rychlostí v jednom směru. Při využití integrované výpočetní jednotky ke všem výpočtům a příkazům ve fázi montáže automobilového dílu nemusí být použity další externí výpočetní jednotky, čímž se může snížit cena celé soustavy, která vykonává fázi montáže automobilového dílu.

Objasnění výkresů

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:

obr. 1 je schematicky znázorněna kalibrační deska, obr. 2 je schematicky znázorněno robotické rameno, které obsahuje koncový efektor a laserové profilometry, obr. 3 je schematicky znázorněn zadní pohled na rám pro přimontování zadního víka s vyznačenými měřenými hranami,

-8CZ 2024 - 52 A3 obr. 4 je schematicky znázorněn rám pro přimontování zadního víka s přimontovaným zadním víkem, obr. 5 je schematicky znázorněn rám pro přimontování zadního víka, obr. 6 je schematicky znázorněn digram jednotlivých kroků fáze montáže automobilového dílu, obr. 7 je schematicky znázorněno robotické rameno ve výchozí poloze koncového efektoru při pohledu shora s naznačeným souřadným systémem robotického ramene, obr. 8 je schematicky znázorněno robotické rameno držící zadní víko v montážní poloze koncového efektoru při pohledu shora s naznačeným souřadným systémem robotického ramene.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález bude dále objasněn na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy.

První příkladné provedení

První příkladné provedení je zobrazeno na obr. 1 až obr. 8. V prvním příkladném provedení způsobu montáže automobilového dílu provedena fáze výroby automobilového dílu a fáze výroby karoserie. Tyto dvě fáze jsou na sobě navzájem nezávislé. Obě tyto fáze probíhají zaráz. Automobilový díl i karoserie jsou v příslušných fázích vyráběny na příslušných montážních linkách, tedy karoserie je vyrobena na montážní lince pro karoserii a automobilový díl je vyroben na montážní lince pro automobilový díl. V tomto prvním příkladném provedení je automobilovým dílem zadní víko 7 automobilu, které je tedy vyráběno na montážní lince pro zadní víko 7. Částí karoserie, ke které je ve fázi montáže automobilového dílu přimontováno zadní víko 7, je v tomto příkladném provedení rám 5 pro přimontování zadního víka 7. Rám 5 pro přimontování zadního víka 7 je na zadní straně karoserie. Vyrobená karoserie a zadní víko 7 dále putují do výrobní linky, ve které probíhá fáze montáže automobilového dílu. Rám 5 pro přimontování zadního víka 7 je naznačen na obr. 3 až obr. 5.

Montážní linka, ve které probíhá fáze montáže automobilového dílu obsahuje nosný rám, jedno robotické rameno, vodicí kolejnice a odkládací plochu automobilového dílu, konkrétně odkládací plochu zadního víka 7. Robotické rameno obsahuje koncový efektor 2, integrovanou výpočetní jednotku 8, čtyři senzory pro měření vzdálenosti, úchyt k nosnému rámu a tři kloubové segmenty 4. Montážní linka, ve které probíhá fáze montáže automobilového dílu, je obsluhována lidským pracovníkem, který montuje zadní víko 7 k rámu 5 pro přimontování zadního víka 7.

Vodicí kolejnice je z kovu. Vodicí kolejnice po celé své délce obsahuje žlábek. V tomto žlábkuje vlečný řetěz. Tento vlečný řetěz se ve žlábku pohybuje konstantní rychlostí jedním směrem. Vlečný řetěz je spojen do smyčky, na konci žlábku je tedy vlečný řetěz veden pod vodicí kolejnicí zpět na začátek vodicí kolejnice do žlábku. Vodicí kolejnice dále obsahuje kovovou desku, kovová deska je v tomto příkladném provedení místem pro položení karoserie. Na tuto kovovou desku je umístěna karoserie automobilu. Horní strana kovové desky, tedy strana, na kterou je položena karoserie, má obdélníkový tvar. Kovová deska obsahuje ze spodní strany tm a čtyři kola. Tm kovové desky je vsunut do jednoho oka vlečného řetězu. S kovovou deskou je tedy pomocí vlečného řetězu pohybováno konstantní rychlostí jedním směrem. Karoserie na kovové desce je orientovaná přední stranou ve směru pohybu.

Odkládací plocha zadního víka 7 je orientovaná vodorovně. Odkládací plocha zadního víka 7 je na levé straně od vodicí kolejnice. Odkládací plocha zadního víka 7 obsahuje podpůrné prvky, které přesně vymezují pozici a orientaci, ve které je zadní víko 7 na této odkládací ploše umístěno. Zadní víko 7 je na odkládací plochu umístěno svoji zadní stranou nahoru. V jednu

-9CZ 2024 - 52 A3 chvíli je na odkládací ploše zadního víka 7 pouze jedno zadní víko 7. Po odebrání zadního víka 7 ve fázi montáže automobilového dílu z odkládací plochy je na tuto odkládací plochu umístěno další zadní víko 7. Zadní víka 7 jsou tedy na tuto odkládací plochu kontinuálně doplňována.

Nosný rám je ze všech stran opláštěný kovovým plechem. Nosný rám má tvar kvádru, přičemž svými delšími hranami je orientován rovnoběžně s vodicí kolejnicí. Nosný rám je stejně dlouhý jako vodicí kolejnice. Opláštěný nosný rám je dutý. Horní strana nosného rámu je nahrazena roletou. Roleta je z jednotlivých pásků, které jsou spolu rotačně spojeny. Rotační pohyb jednotlivých pásků je nezávislý na ostatních páscích rolety. Jednotlivé pásky jsou svými delšími hranami orientovány kolmo na delší hrany nosného rámu. V dutině nosného rámu jsou kolejnice a servomotor, díky kterému je robotické rameno ve fázi montáže automobilového dílu pohyblivé konstantní rychlostí. Servomotor se pohybuje po kolejnicích. K servomotoru je robotické rameno připojeno pomocí úchytu k nosnému rámu. Úchyt k nosnému rámu funguje pouze jako spojka mezi robotickým ramenem a nosným rámem. Díky úchytu k nosnému rámu jsou všechny pohyblivé části robotického ramene, jako například kloubové segmenty 4 nebo koncový efektor 2, nad nosným rámem, nosný rám tedy nepřekáží pohybu těmto částem robotického ramene. V roletě na horní straně nosného rámu je otvor, kterým prochází robotické rameno do dutiny nosného rámu k servomotoru. Otvor v roletě se pohybuje stejně jak se pohybuje servomotor po kolejnici. Roleta tedy brání vniku nečistot do dutiny nosného rámu. Rychlost pohybu servomotoru po kolejnicích je synchronizovaný s rychlostí pohybu vlečného řetězu ve žlábku vodicí kolejnice.

Všechny tři kloubové segmenty 4 robotického ramene jsou spolu spojeny do základní kostry robotického ramene. Jedním koncem je tato základní kostra robotického ramene spojena s úchytem k nosnému rámu a ke druhému konci této základní kostry je připojen koncový efektor 2. Ke koncovému efektoru 2 jsou připojeny všechny čtyři senzory pro měření vzdálenosti. V tomto příkladném provedení jsou senzory pro měření vzdálenosti laserové profilometry 3. Jednotlivé laserové profilometry 3 jsou na koncovém efektoru 2 rozmístěny tak, aby každý laserový profilometr 3 mířil na jinou část karoserie. Jednotlivé laserové profilometry 3 jsou ke koncovému efektoru 2 připojeny nepohyblivě, ale rozpojitelně, konkrétně pomocí šroubů. Koncový efektor 2 obsahuje čelisti, kterými uchopuje zadní víko 7 automobilu. Čelisti jsou v tomto příkladném provedení manipulačním prvkem koncového efektoru 2. Koncový efektor 2 je ke kloubovým segmentům 4 připojen nerozpojitelně. Robotické rameno je zobrazeno na obr. 2.

Integrovaná výpočetní jednotka 8 je v robotickém rameni. Integrovaná výpočetní jednotka 8 je propojená se všemi laserovými profilometry 3. Tímto propojením integrované výpočetní jednotky 8 s laserovými profilometry 3 je propojovací kabel. Pomocí tohoto propojovacího kabelu jsou naměřená data o vzdálenosti z laserových profilometrů 3 posílána do integrované výpočetní jednotky 8. Integrovaná výpočetní jednotka 8 je také propojená s pohyblivými částmi robotického ramene, tedy s koncovým efektorem 2 a se všemi třemi kloubovými segmenty 4. Těmto pohyblivým částem robotického ramene posílá integrovaná výpočetní jednotka 8 příkazy, určující pohyb jednotlivých částí robotického ramene. Integrovaná výpočetní jednotka 8 také ovládá servomotor v nosném rámu. Veškeré výpočty ve fázi montáže automobilového dílu jsou prováděny v této integrované výpočetní jednotce 8 robotického ramene.

Před fází montáže automobilového dílu v tomto prvním příkladném provedení probíhá fáze kalibrace robotického ramene. Po provedení fáze kalibrace robotického ramene je provedena celá série fází montáže automobilového dílu, tedy před každou jednotlivou fází montáže automobilového dílu není provedena fáze kalibrace. Kalibrace robotického ramene je provedena pomocí kalibračního tělesa. Kalibračním tělesem je v tomto příkladném provedení kalibrační deska 1 s kulatým otvorem, která je zobrazena na obr. 1. Kalibrace je stejným způsobem provedena pro každý laserový profilometr 3 zvlášť. Výstupem kalibrace je souřadný systém laserového profilometrů 3. Počátek souřadného systému laserového profilometrů 3 je v počátku odměřování vzdálenosti laserovým profilometrem 3. Tento souřadný systém laserového profilometrů 3 je orientovaný ve směru laseru laserového profilometrů 3. Díky tomuto

- 10 CZ 2024 - 52 A3 souřadnému systému laserového profilometru 3 jsou naměřené hodnoty vzdálenosti přímo převedeny do souřadného systému robotického ramene.

Integrovaná výpočetní jednotka 8 obsahuje knihovnu postupů výpočtů a příkazů. V této knihovně integrované výpočetní jednotky 8 je také uložen postup fáze kalibrace robotického ramene i postup fáze montáže automobilového dílu.

Při kalibraci laserového profilometru 3 se robotické rameno přiblíží k povrchu kalibrační desky 1 s kulatým otvorem tak, aby laserový profilometr 3 snímal povrch kalibrační desky L Nově vznikající souřadný systém laserového profilometru 3 se orientuje podle směru laseru laserového profilometru 3, tedy směr, kterým laser opouští laserový profilometr 3 se prohlásí za osu x nově vznikajícího souřadného systému laserového profilometru 3. Příslušně se k této ose x určí zbývající dvě osy souřadného systému laserového profilometru 3. Poté se koncový efektor 2, ke kterému je připojen laserový profilometr 3, pohybuje nad kalibrační deskou 1. Při tomto pohybu koncového efektoru 2 jsou určeny souřadnice hrany kulatého otvoru kalibrační desky 1 v souřadném systému robotického ramene. Poté se koncový efektor 2 postupně nastaví do čtyř poloh, přičemž každá poloha je specifická tím, že střed laseru z laserového profilometru 3 dopadá do středu kulatého otvoru kalibrační desky 1. Ze souřadnic čtyř poloh koncového efektoru 2 a ze souřadnic kalibrační desky 1 v souřadném systému robotického ramene jsou v integrované výpočetní jednotce 8 vypočítány souřadnice laserového profilometru 3 v souřadném systému robotického ramene. Poté jsou v integrované výpočetní jednotce přepočítány souřadnice počátku odměřování laserového profilometru 3 v souřadném systému robotického ramene na počátek souřadného systému laserového profilometru 3.

Po fázi kalibrace robotického ramene následují opakující se fáze montáže automobilového dílu. Každá fáze montáže automobilového dílu zahrnuje přiblížení robotického ramene ke karoserii s následným zaměřením všech laserových profilometrů 3 na hrany 6 karoserie, následně se z dat ze všech laserových profilometrů 3 pomocí zpětnovazebných regulačních principů nastaví koncový efektor 2 do výchozí polohy 10 koncového efektoru 2, pak se z výchozí polohy 10 koncového efektoru 2 v integrované výpočetní jednotce 8 určí montážní poloha 9 koncového efektoru 2, poté se přesune robotické rameno do polohy pro uchopení zadního víka 7 s následným uchopením zadního víka 7, pak se koncový efektor 2 držící zadní víko 7 přesune do montážní polohy 9 a následně se zadní víko 7 přimontuje k rámu 5 pro přimontování zadního víka 7. Posloupnost jednotlivých kroků fáze montáže automobilového dílu je zobrazena na obr. 6. Pořadí těchto kroků je pevně dané. Jednotlivé hrany 6 karoserie jsou v tomto příkladném provedení prvky karoserie, vůči kterým je nastavována výchozí poloha 10 koncového efektoru 2.

Lidským pracovníkem je předem určeno umístění montážní polohy 9 koncového efektoru 2 vůči výchozí poloze 10. podmínky zpětnovazebných regulačních principů a prvky karoserie, vůči kterým se nastavuje výchozí poloha 10 koncového efektoru 2, v tomto prvním příkladném provedení jsou tedy určeny hrany 6 karoserie, vůči kterým se nastavuje koncový efektor 2 do výchozí polohy 10.

V kroku přiblížení robotického ramene ke karoserii se robotické rameno přesune do blízkosti karoserie, konkrétně její části, a to rámu 5 pro přimontování zadního víka 7. Toto přiblížení je jen hrubé a takové, aby nedošlo ke kontaktu prázdného koncového efektoru 2 robotického ramene s karoserií automobilu.

V kroku zaměření všech laserových profilometrů 3 na hrany 6 karoserie je koncový efektor 2 nastaven tak, aby všechny čtyři laserové profilometry 3 byly zaměřené na hrany 6 karoserie. Veškerý pohyb koncového efektoru 2 je v tomto kroku řízen integrovanou výpočetní jednotkou 8. Koncový efektor 2 se nastaví tak, aby horní hrana 6 karoserie byla snímána dvěma laserovými profilometry 3, levá hrana 6 karoserie byla snímána jedním laserovým profilometrem 3 a pravá hrana 6 karoserie byla snímána posledním laserovým profilometrem 3. Schematicky je část

- 11 CZ 2024 - 52 A3 karoserie, vůči které se koncový efektor 2 nastavuje, tedy rám 5 pro přimontování zadního víka 7, zobrazen na obr. 3 a obr. 5.

Laserové profilometry 3, které snímají vzdálenost hran 6 od počátku souřadného systému jednotlivých laserových profilometrů 3, posílají data do integrované výpočetní jednotky 8. Integrovaná výpočetní jednotka 8 data z jednotlivých laserových profilometrů 3 převede do souřadného systému robotického ramene. Takto převedená data z jednotlivých souřadných systémů jednotlivých laserových profilometrů 3 do společného souřadného systému robotického ramene jsou pomocí zpětnovazebných regulačních principů vyhodnocena. Zpětnovazebně regulační principy obsahují sérii kroků, které se opakují, dokud nejsou splněné stanovené podmínky. Jednou ze stanovených podmínek je v tomto příkladném provedení shodná absolutní hodnota vzdálenosti levé hrany 6 karoserie od laserového profilometrů 3, který tuto hranu 6 měří, a vzdálenosti pravé hrany 6 karoserie od laserového profilometry 3, který tuto hranu 6 měří. Shodná vzdálenost jednotlivých hran 6 karoserie je ve zpětnovazebných regulačních principech určena jednoduchým průměrováním naměřených hodnot.

Další ze stanovených podmínek v tomto příkladném provedení je shodná vzdálenost obou laserových profilometrů 3 od horní hrany 6, kterou tyto laserové profilometry 3 měří. V případě že alespoň jedna z podmínek není splněna, tak se robotické rameno na příkaz z integrované výpočetní jednotky 8 posune a opět je zkontrolováno splnění zadaných podmínek. V případě, že jsou splněny všechny podmínky zpětnovazebných regulačních principů, není s robotickým ramenem dále pohybováno. Tato poloha robotického ramene vůči hranám 6 karoserie je integrovanou výpočetní jednotkou 8 určena jako výchozí poloha 10 koncového efektoru. Výchozí poloha 10 se v tomto příkladném provedení nachází 20 cm za karoserií automobilu v ose x, konkrétně za její zadní částí, tedy za rámem 5 pro přimontování zadního víka 7. Výchozí poloha 10 koncového efektoru 2 se nachází na vodorovné ose procházející středem rámu 5 pro přimontování zadního víka 7, koncový efektor 2 svým středem leží na této vodorovné ose. Koncový efektor 2 robotického ramene ve výchozí poloze 10 je zobrazen na obr. 7.

Pro zjednodušení výpočtů v integrované výpočetní jednotce 8 je v tomto prvním příkladném provedení pro výpočty koncový efektor 2 aproximován jediným bodem, konkrétně středovým bodem koncového efektoru 2. Veškeré souřadnice a výpočty v integrované výpočetní jednotce 8 jsou tedy vztaženy k tomuto středovému bodu.

Souřadnice výchozí polohy 10 koncového efektoru 2, které jsou v souřadném systému robotického ramene, jsou pomocí integrované výpočetní jednotky 8 přepočítány na souřadnice montážní polohy 9 koncového efektoru 2. Výsledné souřadnice montážní polohy 9 v souřadném systému robotického ramene jsou v integrované výpočetní jednotce 8 uloženy a využity dále ve fázi montáže automobilového dílu. Montážní poloha 9 koncového efektoru 2 je v tomto příkladném provedení v ose x 5 cm od konce rámu 5 pro přimontování zadního víka 7. Tato vzdálenost v ose x od rámu 5 pro přimontování počítá s šířkou zadního víka 7, které se má do rámu 5 přimontovat. V ose z je montážní poloha 9 posunutá vůči středu rámu 5 pro přimontování zadního víka 7 o 30 cm dolů. Koncový efektor 2 robotického ramene v montážní poloze 9 je zobrazen na obr. 8.

Po stanovení montážní polohy 9 se robotické rameno přesune do polohy pro uchopení zadního víka 7, v tomto konkrétním příkladě se robotické rameno přesune nad odkládací plochu pro zadní víko 7, na které leží jedno zadní víko 7 automobilu.

Koncový efektor 2 pomocí čelistí uchopí zadní víko 7. Zadní víko 7 je čelistmi uchopeno z bočních stran na spodní polovině zadního víka 7. Uchop zadního víka 7 je pevný, ale předem nastavený tak, aby nedošlo k poškození nebo prohnutí zadního víka 7 během tohoto úchopu.

Koncový efektor 2, který drží zadní víko 7, se přesune do montážní polohy 9 koncového efektoru 2. Při tomto přesunu koncového efektoru 2 jsou v integrované výpočetní jednotce 8 vyvolány

- 12 CZ 2024 - 52 A3 uložené souřadnice montážní polohy 9, které byly stanoveny v předchozích krocích fáze montáže automobilového dílu. Koncový efektor 2 drží zadní víko 7 v takové poloze, aby místa, kterými se zadní víko 7 přimontuje k rámu 5 pro přimontování zadního víka 7, byla snadno přístupná a nebyla ničím překryta.

Přiložené zadní víko 7 je poté k rámu 5 pro přimontování zadního víka 7 přimontováno. Zadní víko 7 je k rámu 5 přimontováno lidským pracovníkem. Zadní víko 7 je k rámu 5 přišroubováno.

Po skončení fáze montáže automobilového dílu se robotické rameno přesune zpět na počátek nosného rámu tak, aby se v další fázi montáže automobilového dílu pohyboval konstantní rychlostí jedním, požadovaným směrem.

Karoserie s přimontovaným zadním víkem 7 automobilu je po této fázi montáže automobilového dílu odebrána z linky, ve které probíhá fáze montáže automobilového dílu. Rám 5 s přimontovaným zadním víkem 7 je zobrazen na obr. 4. Jednotlivé kroky fáze montáže automobilového dílu jsou poté zopakovány na další karoserii, ke které je přimontováno další zadní víko 7.

Po fázi montáže automobilového dílu prochází karoserie s přimontovaným zadním víkem 7 dalšími fázemi výroby automobilu. V těchto dalších fázích jsou ke karoserii s přimontovaným zadním víkem 7 připojeny další díly automobilu a vyrobený automobil je zkontrolován a otestován.

Druhé příkladné provedení

V druhém příkladném provedení zahrnuje způsob fázi výroby karoserie, fázi výroby automobilového dílu a fázi montáže automobilového dílu. V tomto příkladném provedení je automobilovým dílem střecha automobilu. Fáze výroby automobilového dílu a fáze výroby karoserie jsou na sobě nezávislé a jsou prováděny na různých linkách ve stejnou chvíli, přičemž fáze výroby automobilového dílu probíhá na lince pro výrobu střechy a fáze výroby karoserie probíhá na lince pro výrobu karoserie.

Fáze montáže automobilového dílu probíhá na lince pro montáž automobilového dílu. Linka pro montáž automobilového dílu obsahuje robotické rameno, externí výpočetní jednotku, místo pro karoserii automobilu, úložné místo pro střechu automobilu a montážní rameno. Robotické rameno obsahuje čtyři kloubové segmenty 4, koncový efektor 2, integrovanou výpočetní jednotku 8 a tři senzory pro měření vzdálenosti.

Místo pro karoserii automobilu na lince pro montáž automobilového dílu je umístěno v dosahu robotického ramene i v dosahu montážního ramene. Robotické rameno je umístěné na levé straně od místa pro karoserii a montážní rameno je na pravé straně od místa pro karoserii. Na toto místo je karoserie umístěna vždy stejným směrem, tedy že přední část karoserie směřuje jedním směrem.

Úložné místo pro střechu automobilu se nachází v dosahu pouze robotického ramene. Konkrétně se nachází na druhé straně robotického ramene, než je místo pro karoserii automobilu. Úložné místo pro střechu automobilu obsahuje několik výstupků, které přesně vymezují pozici i orientaci střechy umístěné na tomto úložném místě. Střecha je na úložném místě orientovaná svou horní stranou směrem k robotickému rameni, střecha je tedy otočená o 90° vůči vodorovné orientaci. Na úložném místě pro střechu automobilu je umístěno několik střech automobilu, přičemž jsou všechny orientovány stejným směrem. Konkrétně jsou na tomto úložném místě pro střechu umístěny čtyři střechy, přičemž po jejich postupnému odebrání jsou doplněny další čtyři střechy automobilu.

- 13 CZ 2024 - 52 A3

Montážní rameno obsahuje tři kloubové segmenty 4, svařovací hlavici a šest senzorů pro měření vzdálenosti. V tomto druhém příkladném provedení jsou těmito senzory pro měření vzdálenosti laserové profilometry 3. Všechny kloubové segmenty 4 jsou spolu spojeny, čímž vytváří samotné tělo montážního ramene. Na konci tohoto hlavního těla montážního ramene je připevněna svařovací hlavice. Všech šest laserových profilometrů 3 je připojeno ke svařovací hlavici. Montážní rameno je pevně spojeno s podložkou, na které stojí, tedy s kovovou deskou vymezující linku, ve které probíhá montáž automobilového dílu.

Montážní rameno je řízeno externí výpočetní jednotkou. Tato externí výpočetní jednotka je komunikačně spojena se všemi šesti laserovými profilometry 3 montážního ramene. Tímto spojením laserových profilometrů 3 s externí výpočetní jednotkou jsou data z těchto laserových profilometrů 3 posílána do externí výpočetní jednotky. Externí výpočetní jednotka je dále komunikačně spojena se všemi pohyblivými částmi montážního ramene, tedy konkrétně se všemi kloubovými segmenty 4 a se svařovací hlavicí. Externí výpočetní jednotka těmto pohyblivým částem montážního ramene předává příkazy, jak se mají pohybovat.

Všechny čtyři kloubové segmenty 4 robotického ramene jsou spojeny do hlavní části robotického ramene. Jedním koncem této hlavní části je robotické rameno pevně spojeno s podložkou, na které je umístěno, v tomto příkladném provedení je podložkou kovová deska vymezující linku pro montáž automobilového dílu. Ke druhému konci robotického ramene je připojen koncový efektor 2. Ke koncovému efektoru 2 jsou připojeny všechny tři senzory pro měření vzdálenosti. V tomto příkladném provedení jsou těmito senzory pro měření vzdálenosti laserové profilometry 3. Koncový efektor 2 obsahuje čtyři vakuové přísavky, pomocí kterých robotické rameno uchopuje střechu automobilu. Jednotlivé vakuové přísavky jsou napojeny na zdroj vakua. Všechny tyto vakuové přísavky jsou v tomto druhém příkladném provedení manipulačními prvky koncového efektoru 2.

Robotické rameno obsahuje integrovanou výpočetní jednotku 8. Tato integrovaná výpočetní jednotka 8 je pomocí kabelů spojena s všemi laserovými profilometry 3 robotického ramene. Pomocí těchto kabelů jsou přenášena data z jednotlivých laserových profilometrů 3 do integrované výpočetní jednotky 8, kde jsou zpracována. Integrovaná výpočetní jednotka 8 je dále pomocí kabelů propojena s pohyblivými částmi robotického ramene, tedy se všemi kloubovými segmenty 4 a s koncovým efektorem 2. Tyto pohyblivé části robotického ramene jsou řízeny integrovanou výpočetní jednotkou 8. Integrovaná výpočetní jednotka 8 také ovládá zdroj vakua.

Robotické rameno před fází montáže automobilového dílu prochází fází kalibrace. Kalibrace robotického ramene probíhá za pomoci externího měřicího laserového systému, kterým jsou přesně určeny souřadnice v souřadném systému robotického ramene jednotlivých laserových profilometrů 3 na koncovém efektoru 2 robotického ramene.

Fáze montáže automobilového dílu probíhá na karoserii, která je umístěna na místě pro karoserii na lince pro montáž automobilového dílu. Fáze montáže automobilového dílu zahrnuje přiblížení robotického ramene ke karoserii, zaměření všech laserových profilometrů 3 robotického ramene na hrany 6 karoserie, nastavení koncového efektoru 2 do výchozí polohy 10. určení montážní polohy 9 koncového efektoru 2, přesun robotického ramene do polohy pro uchopení střechy automobilu, uchopení střechy automobilu, přesun koncového efektoru 2 držícího střechu automobilu do montážní polohy 9 koncového efektoru 2 a přimontování střechy ke karoserii. Pořadí těchto kroků je pevně dané.

Při přiblížení robotického ramene ke karoserii se robotické rameno na příkaz v integrované výpočetní jednotky 8 přiblíží nad karoserii automobilu, ke které se ve fázi montáže automobilového dílu montuje střecha automobilu. Přiblížení robotického ramene je jen hrubé a je prováděno tak, aby nedošlo k fýzickému kontaktu robotického ramene s karoserií. Při zaměření všech laserových profilometrů 3 robotického ramene na hrany 6 karoserie je jeden laserový profilometr 3 zaměřen na přední hranu 6 karoserie, druhý laserový profilometr 3 je zaměřený na

- 14 CZ 2024 - 52 A3 pravou hranu 6 karoserie a poslední laserový profilometr 3 je zaměřený na levou hranu 6 karoserie, ke které je ve fázi montáže automobilového dílu přimontována střecha automobilu.

Data o vzdálenosti laserových profílometrů 3 od hran 6 karoserie jsou posílána do integrované výpočetní jednotky 8 robotického ramene. Tato data o vzdálenosti jednotlivých laserových profílometrů 3 jsou v integrované výpočetní jednotce 8 vyhodnocena a pomocí zpětnovazebných regulačních principů je koncový efektor 2 nastaven do výchozí polohy 10. Zpětnovazebně regulační principy zahrnují sérii kroků, které jsou opakovány v daném pořadí, dokud není splněna zadaná podmínka. V tomto příkladném provedení je zadanou podmínkou zpětnovazebných regulačních principů konkrétní vzdálenost laserových profílometrů 3 od hran 6 karoserie, přičemž celý laserový paprsek jednotlivých laserových profílometrů 3 dopadá na příslušnou hranu 6 karoserie. Konkrétně je tato vzdálenost 30 cm. Pokud podmínka není splněna robotické rameno se pohne příslušným směrem a pomocí zpětnovazebných regulačních principů je opět stanoveno, jestli robotické rameno splňuje zadanou podmínku. Při splnění zadané podmínky je poloha koncového efektoru 2 integrovanou výpočetní jednotkou 8 stanovena jako výchozí poloha 10. Výchozí poloha 10 koncového efektoru 2 je 30 cm nad karoserií automobilu, přičemž výchozí poloha 10 koncového efektoru 2 leží na svislé ose procházející středem karoserie.

Z výchozí polohy 10 koncového efektoru 2 se v integrované výpočetní jednotce 8 vypočítá montážní poloha 9 koncového efektoru 2. Montážní poloha 9 koncového efektoru 2 se uloží do integrované výpočetní jednotky 8. Montážní poloha 9 koncového efektoru 2 je 6 cm nad karoserií automobilu, přičemž také leží na svislé ose procházející středem karoserie.

Poté se robotické rameno přesune do polohy pro uchopení střechy automobilu. V tomto kroku se robotické rameno vzdálí od karoserie a přesune se k úložnému místu pro střechu automobilu. Po přiblížení k úložnému místu pro střechu se koncový efektor 2 robotického ramene natočí tak, aby uchopil střechu automobilu za její horní stranu.

Koncový efektor 2 u střechy na úložném místě pro střechu se k této střeše přiblíží až se této střechy dotkne svými vakuovými přísavkami. Při dotyku všech vakuových přísavek je pomocí integrované výpočetní jednotky 8 spuštěn přívod vakua, čímž dojde k pevnému uchopení střechy automobilu koncovým efektorem 2.

Robotické rameno s koncovým efektorem 2 držícím střechu je poté přesunuto do montážní polohy 9 koncového efektoru 2. Koncový efektor 2 v montážní poloze 9 drží střechu v přímém kontaktu s karoserii automobilu.

Střecha je poté pomocí montážního ramene přimontována ke karoserii. Konkrétně je v tomto příkladném provedení střecha ke karoserii přivařena pomocí svařovací hlavice montážního ramene.

Po fázi montáže automobilového dílu je karoserie automobilu s přimontovanou střechou odebrána z linky, ve které probíhá montáž automobilového dílu. Na karoserii s přimontovanou střechou jsou v dalších fázích výroby připojeny další díly automobilu, automobil je nalakován a otestován.

Alternativní provedení:

Níže jsou popsána alternativní provedení způsobu. Pokud není u jednotlivých alternativních provedení určeno jinak, jsou ostatní znaky těchto alternativních provedení shodné se znaky v prvním příkladném provedení nebo se znaky ve druhém příkladném provedení.

Robotické rameno v alternativním provedení obsahuje externí výpočetní jednotku, ve které probíhají veškeré výpočty fáze montáže automobilového dílu.

- 15 CZ 2024 - 52 A3

Robotické rameno v alternativním provedení obsahuje dva kloubové segmenty 4, které jsou spolu pohyblivě spojeny.

V alternativním provedení koncový efektor 2 uchopí automobilový díl před provedením přiblížení robotického ramene ke karoserii. Koncový efektor 2 tedy drží automobilový díl po celou dobu fáze montáže automobilového dílu.

V alternativním provedení robotické rameno obsahuje šest senzorů pro měření vzdálenosti.

Robotické rameno se v alternativním provedení nepohybuje konstantní rychlostí vpřed. Vpřed se konstantní rychlostí pohybuje pouze karoserie a robotické rameno je pevně spojeno s podložkou.

Fáze montáže automobilového dílu je v alternativním provedení provedena na univerzální výrobní lince, na které probíhají i další fáze výroby automobilu, jako například fáze výroby karoserie nebo fáze kompletace automobilu.

V alternativním provedení jsou souřadnice výchozí polohy 10 koncového efektoru aproximovány jediným bodem, ze kterého jsou poté vypočítány souřadnice montážní polohy 9 koncového efektoru 2.

Claims (10)

1. Způsob montáže automobilového dílu pomocí robotického ramene a výpočetní jednotky, přičemž robotické rameno obsahuje alespoň jeden senzor pro měření vzdálenosti a koncový efektor (2), vyznačující se tím, že se robotické rameno řídí příkazy z výpočetní jednotky a data z alespoň jednoho senzoru pro měření vzdálenosti se posílají do výpočetní jednotky, přičemž ve fázi montáže automobilového dílu se robotické rameno přiblíží ke karoserii a alespoň jedním senzorem pro měření vzdálenosti se měří vzdálenost k předem určenému prvku karoserie, a na základě dat z alespoň jednoho senzoru pro měření vzdálenosti se pomocí zpětnovazebných regulačních principů koncový efektor (2) nastaví do výchozí polohy (10) koncového efektoru (2), přičemž následně se z výchozí polohy (10) koncového efektoru (2) ve výpočetní jednotce určí montážní poloha (9) koncového efektoru (2) a následně se koncový efektor (2) držící automobilový díl přesune do této montážní polohy (9) koncového efektoru (2) a automobilový díl se přimontuje ke karoserii, přičemž výchozí poloha (10) koncového efektoru (2) je v předem určené vzdálenosti od daného prvku karoserie a montážní poloha (9) koncového efektoru (2) je v předem určené vzdálenosti od výchozí polohy (10) koncového efektoru (2).

2. Způsob výroby automobilu podle nároku 1, vyznačující se tím, že je koncový efektor (2) robotického ramene prázdný až do určení montážní polohy (9) koncového efektoru (2), přičemž mezi určením montážní polohy (9) koncového efektoru (2) a přesunem koncového efektoru (2) držícího automobilový díl do montážní polohy (9) koncového efektoru (2) probíhá přesun robotického ramene do polohy pro uchopení automobilového dílu a uchopení automobilového dílu koncovým efektorem (2).

3. Způsob výroby automobilu podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prvky karoserie, vůči kterým se nastaví robotické rameno do výchozí polohy (10) koncového efektoru (2), jsou hrany (6) karoserie.

4. Způsob výroby automobilu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že se karoserie pohybuje konstantní rychlostí v jednom směru.

5. Způsob výroby automobilu podle nároku 4, vyznačující se tím, že se robotické rameno pohybuje konstantní rychlostí ve stejném směru jako karoserie.

6. Způsob výroby automobilu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že robotické rameno obsahuje celkem alespoň tři senzory pro měření vzdálenosti.

7. Způsob výroby automobilu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že každý senzor pro měření vzdálenosti je laserový profilometr (3).

8. Způsob výroby automobilu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že automobilovým dílem je zadní víko (7).

9. Způsob výroby automobilu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že výpočetní jednotkou je integrovaná výpočetní jednotka (8) robotického ramene.

10. Způsob výroby automobilu podle nároku 9, vyznačující se tím, že veškeré výpočty ve fázi montáže automobilového dílu provádí integrovaná výpočetní jednotka (8) robotického ramene.