Brevet FR2562685A1 — publié le 19851011

I1 est connu, notamment dans l'industrie automobile de remplacer sur des chaînes de fabrication, les hommes par des machines programmées ou programmables consistant en des sortes de robots, manipulateurs,effecteurs ... t généralement constitués de plusieurs bras articulés les uns aux autres pour qu'un outil placé à l'extrémité de ces bras puisse etre manoeuvré dans de nombreuses directions. Ces appareils opérateurs sont souvent associes à des moniteurs (ou syntaxeurs) qui servent à les programmer c'est-à-dire à leur "apprendre" les tâches à accomplir. Ces moniteurs, plus légers, comportent des capteurs à chacune de leurs articulations qui permettent d'émettre des signaux electriques significatifs de leurs positions. Un enregistrement de ces signaux peut etre réalisé et être exploite par un robot qui comporterait des moteurs à ses articulations traduisant les signaux en positions géométriques déterminées. La reproduction d'un mouvement enregistré au moyen d'un moniteur, qui lui est actionné manuellement est donc très aisée et de plus très fidèle. Cette répétition fidèle dans l'absolu est en général insuffisante pour que le robot soit opérationnel de manière satisfaisante. En effet le mouvement enregistré par le syntaxeur concerne l'exécution d'une tâche sur une pièce qui a une certaine orientation, une certaine position voire un mouvement par rapport au syntaxeur. I1 convient donc non seulement de répéter le mouvement avec fidélité mais également de conserver ses relations dans le temps et l'espace avec la pièce qui est à traiter ou manipuler. La solution la plus répandue pour résoudre ce problème consiste à rendre identiques les paramètres géométriques entre la zone d'-apprentissage ét la zone de répétition. Ainsi pour une opération de peinture au pistolet d'une caisse de voiture automobile, on tentera d'orienter le robot et le convoyeur de la même manière que la disposition relative du convoyeur et du syntaxeur, et on prendra de grandes précautions pour que les pièces soient présentées devant le robot comme le fut la pièce peinte lors de l'enregistrement devant le syntaxeur. Mais dans de nombreux cas iln'est pas possible d'atteindre cette identité. L'une des causes essentielles réside dans la disparité des positions et orientations que l'on rencontre entre les pièces accrochées sur un même convoyeur, du fait de la nature de l'accrochage qui s'opère de manière approximative. Ainsi l'équipement ou la modernisation de vieilles chaînes de convoyage ne peut être réalisé qu'en prenant en compte ces disparités ainsi que celles qui existeront entre les deux sites choisis pour implanter le syntaxeur et le robot, la transformation du convoyeur lui-même étant une opération beaucoup trop onéreuse. La présente invention entend proposer une solution au problème que posent toutes ces disparités ou les aléas rencontrés au long d'une chaîne de convoyage en les prenant en compte plutôt qu'en tâchant de les réduire ce qui n'est possible qu'au prix d'un aménagement de l'infrastructure et d'une limitation des cadences pour pouvoir atteindre une certaine précision, toutes transformations du reste fort couteuses. A cet effet, le premier objet de l'invention est un perfectionnement au procédé d'exécution répétée d'une opération ou suite d'opérations effectuées au moyen d'un appareil opérateur à mouvements programmés, sur une succession de pièces en défilement devant ledit appareil, selon lequel on procède à l'enregistrement des positions et orientations successives d'un moniteur de l'appareil opérateur, lors d'une opération modèle au cours de laquelle ledit moniteur est piloté par rapport à une première pièce en défilement dans une première zone, puis on commande la reproduction desdites positions et orientatiom successives enregistrées, au moyen dudit appareil opérateur, au passage de chacune des autres pièces dans une seconde zone. Selon l'invention, préalablement audit enregistrement, on procède au repérage en position et en orientation de ladite première pièce en un endroit déterminé sur le trajet de convoyage, tandis que préalablement à ladite reproduction on procède au repérage en position et en orien- tation de chacune des pièces à traiter, au même endroit et l'on commande la reproduction susdite en procédant au calcul pas à pas de la position et de l'orientation de l'appareil opérateur à partir des données enregistrées susdites, des repéraqes de la première pièce et de chacune des pièces suivantes et des coordonnées du vecteur de trajectoire de chaque pièce dans la première zone et du vecteur de la trajectoire de celles-ci dans la seconde zone, pour que ces positions et orientations successives soient relativement à la pièce concernée, identiques à celles enregistrées relativement à la première pièce. Dans certaines applications particulières du procédé selon l'invention, la première et la seconde zone peuvent être confondues en une zone unique ou, l'on peut procéder à l'enregistrement avec le moniteur auquel on substitue l'appareil ou directement avec l'appareil. On notera que le moniteur peut être piloté par programmation ou manuellement. Dans ce dernier cas, l'enregistrement manuel intègre directement le vecteur convoyage dans la première zone. Il existe plusieurs moyens pour procéder au repérage des pièces à l'endroit déterminé susdit. L'un d'eux est réalisé par un système de capteurs de localisation de trois points prédéterminés de manière identique sur chacune des pièces, dans un repère absolu,et de détection d'une partie extrême de la pièce, lors du passage de celle-ci au droit d'un point de coordonnées précises-dans ledit repère absolu. Un second moyen pour effectuer ce repérage consiste à déterminer un trièdre lié à la pièce dont l'orientation est significative de l'orientation de la pièce et dont l'origine correspond à un point fixe identique sur chacune des pièces, par le moyen de trois capteurs de localisation de trois points de la pièce dans un repère absolu, définissant un plan, de deux capteurs de localisation dans ce même repere de deux points de la pièce, extérieurs au plan susdit et définissant une ligne susceptible d'être projetée orthogonalement dans ledit plan, et d'un capteur de detection d'une partie extrême de la pièce lors du passage de celle-ci au droit dlun point de coordonnées précises dans ledit repère absolu, qui rapporté au moment de cette détection au plan puis à la droite susdits, constitue le point d'origine dudit trièdre lié à la pièce Le premier moyen est comparable à une photographie fixant, à- un instant donné, le même pour chaque pièce, les coordonnées d'au moins trois points de celle-ci à comparer avec les mêmes points fixés au meme instant de la pièce de référence, pour en tirer tous les paramètres du calcul et notamment des m'actrices de passage de la position détectée å celle de référence et donc de la position- de référence du moniteur à la position à déterminer de l'appareil opérateur. Le second moyen est utilisé lorsqu'il est difficile, ce qui est souvent le cas, de repérer de manière précise trois points bien déterminés. En fait on repère cinq points qui peuvent constituer un plan et une droite, dont à tout moment on connaît les positions relatives,et que l'on fixe d'une part dans un repère absolu et d'autre part,à un point détermine de la pièce au moment du départ du cycle. Il existe bien d'autres combinaisons possibles de trois, quatre, cinq ou six capteurs selon que l'on peut repérer des pièces ayant ou non un ou plusieurs points précis identifiables par le système de capteurs utilisés, l'un des capteurs étant toujours utilisé pour fixer les mesures dans le temps afin que celles-ci soient comparables dans un repère donné. L'invention a également pour objet une installation-pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus. D'une manière générale elle comporte le long du trajet d'un convoyeur, - une zone de repérage des pièces dans laquelle est disposé un système de capteurs comprenant au moins trois capteurs pour déterminer l'orientation de la pièce et un capteur de départ du défilement de la pièce qui constitue un capteur de détection d'une partie extrême de la pièce pour déterminer la position de la pièce et qui est associé à un codeur dont les signaux sont significatifs de l'avancement du convoyeur, - une zone d'enregistrement dans laquelle est disposé un moniteur d'enregistrement des mouvements effectués lors de son pilotage et - une zone de travail dans laquelle sont situés un capteur de départ, un codeur et un appareil opérateur relié à la sortie d'une unité de calcul qui reçoit en entrée les signaux des capteurs et codeurs susdits ainsi que les données enregistrées au moyen du moniteur Dans une réalisation particulière, le système d'au moins trois capteurs susdits comprend trois capteurs situés dans la partie basse des pièces pour la déermnaion d'un plan inférieur lie à la pièce, et deux capteurs situés latéralement pour la détermination d'une ligne solidaire de la pièce. L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. Il sera fait référence aux dessins annexes dans lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant le principe du procédé selon l'invention, - la figure 2 illustre une disposition importante de ce procédé à savoir la phase de repérage des pièces, - la figure 3 est un schéma d'une installation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Sur la figure 1 on a représenté en A un repère absolu dans lequel le trièdre OR représente la pièce de référence, le trièdre OE, la pièce à traiter (ou pièce d'exploitation), le trièdre PR, le moniteur avec lequel on procède à l'enregistrement et le trièdre PE, l'appareil opérateur. Lors de l'enregistrement, à une position et une orientation du trièdre OR correspond une position et une orientation du trièdre PR, qui a été déterminée par la personne qui a manipulé le moniteur. Le résultat recherché est que, quel que soit le trièdre OE on veut donner au trièdre PE une position et une orientation telles que ces position et orientation rapportées au trièdre OE soient identiques à celles du trièdre PR rapportées au trièdre OR. Le calcul montre que l'on peut réaliser à tout instant cette identité si l'on connaît : la position et l'orientation absolues du trièdre OE,la position et l'orientation absolu.esdu trièdre OR,la position et l'orientation absolues du trièdre PR,et l'opérateur (ou matrice de passage) qui permet de passer du trièdre OR au trièdre OE,donc du trièdre PR au trièdre PE. Les. sys tèmes connus tentaient de rendre identiques les positions et orientations absolues susdites par des solutions physiques de construction de manière à simplifier le calcul (la matrice de passage devenant alors un coefficient unité) et à appliquer directement au trièdre PE les données enre bistrées (position et orientation) relatives au trièdre PR. L'invention propose en revanche un perfectionnement qui permet de s'affranchir de ces solutions physiques dont la réalisation pratique n'est pas toujours possible. Pour mettre en oeuvre ce perfectionnement, il convient de repérer la position et l'orientation de la pièce de référence OR tout au long de son trajet devant le syntaxeur (moniteur) PR dont les mouvements sont enregistrés, de repérer la position et l'orientation des pièces à traiter pour pouvoir en déterminer les facteurs de transformation p ar rapport à la pièce de référence, et enfin de repérer et d'intégrer les différences de trajectoire qui peuvent exister entre la zone où les repérages ont été réalisés, la zone d'enregistremeitet la zone où les opérations s'effectuent de manière répétée. Ainsi l'un des moyens essentiels de l'invention réside dans la phase de procédé et les dispositifs mis en oeuvre pour effectuer le repérage de chacune des pièces. La figure 2 illustre l'une des solutions permettant ce repérage de manière simple. Il faut rappeler, ce qui a été exposé ci-avant, qu'il existe plusieurs méthodes pour réaliser ce repérage selon les capteurs dont on dispose, la forme des pièces et la facilité qu'il y a de privilégier un, deux ou trois points de celles-ci au moyen par exemple d'émetteurs facilement repérables dans un système du type goniomXtrique. La pièce à repérer est ici représentée sous la forme d'une caisse 1 de véhicule automobile suspendue à un convoyeur 2 par l'intermédiaire d'un support 3. Le convoyeur peut être aérien comme dans le cas de la figure ou au sol. De manière connue, le convoyeur comporte un codeur 4 émettant des signaux qui sont significatifs de la vitesse du convoyeur 2.La station de repérage selon l'invention comporte trois capteurs 5, 6 et 7 situés sous la caisse 1 et dont l'emplacement a été choisi en fonction de trois zones la, lb, lc de la caisse qui présentent une surface régulière tournée vers les capteurs et dont l'étendue est suffisante pour que, quelle què soit l'orientation de la caisse 1 sur son support 3, (orientation qui par construction ne peut varier que dans des limites relativement étroites de l'ordre de + 5 centimètres) il existe toujours une position de chacune de ces surfaces en regard de chaque capteur. Ces capteurs pourront être ultrasonores ou de tout autre type connu tel que ceux basés sur la triangulation laser ou la stéréovision mettant en oeuvre deux caméras. Dans un système de coordonnées fixe ou repère absolu dans lequel les trois capteurs 5, 6 et 7 ont une position définie et connue, on peut déterminer trois points (donc le plan qui passe par ces trois points) de la caisse à un instant de son défilement au-dessus des capteurs. Au moyen de capteurs latéraux 8 et 9 dirigés vers des surfaces Id et if latérales de la caisse 1 on peut déterminer de la même manière, au même instant les coordonnées absolues d'une droite distincte du plan passant par les points la, lb, lc, droite que l'on peut projeter orthogonalement dans ledit plan. Le plan susdit est appelé Q sur la figure 2 et la projection de la droite susdite dans ce plan est appelée D. On voit que par ces deux jeux de capteurs on a déterminé un dièdre droit d'arête D dont les coordonnées sont parfaitement connues à l'instanttdans un repère absolu. il suffit de fixer ce dièdre à un point fixe de la caisse et identique à toutes les caisses pour que, après avoir repéré ce point dans ledit repère absolu à l'instant t, on dispose d'informations relatives à la position et à l'orientation de la caisse. On voit qu'il suffit que, dans un cycle déterminé, on choisisse le même instant t pour chaque caisse pour que les mesures faites pour chacune d'elles soient comparables avec celles faites pour toutes les autres. La détermination du point commun à toutes les caisses est réalisée par un capteur 10 qui declenche le début de cycle (mise en service du codeur, autorisations diverses...). Ce capteur est activé quand,par exemple,un signal qu'il émet en permanence est interrompu par la partie extrême avant de la caisse ou qu'il recueille un écho sur ladite partie de ce signal émis en permanence. Le signal interrompu ou reflété possède au moment de son interruption une projection sur la droite D susdite qui est le point O constituant le point origine d'un trièdre O-;X y z dont l'axe Ox est supporté par la droite D, l'axe Oy est perpendiculaire à cette droite dans le plan Q et Oy perpendiculaire- aux deux premières.Le point O sera fixe et constant d'une pièce à l'autre si l'on a pris la précaution de choisir une partie avant extrême de la caisse qui soit sensiblement contenue dans un plan perpendiculaire à la droite D susdite. On aura noté que le capteur 10 définira le temps t auquel sont fixées les mesures susdites faites avec les capteurs 5 à 9. Par cette disposition chaque caisse passant dans la zone des capteurs 5 à 10 est parfaitement repérée. L'une d'elle, sur laquelle l'opération d'enregistrement est menée, constitue la référence pour cet enregistrement et le but de l'invention est de garder intactes au moment de la répétition les relations dans le temps et lU espace ayant été repérées et enregistrées entre la caisse de référence et le syntaxeurj Pour parvenir à ce résultat on procède par calcul, en prenant en compte sous forme de facteurs matriciels de transformation les différences constatées dans la position et l'orientation de chacune des caisses par rapport à la caisse de référence et en prenant en compte les différences qui peut exister du point de vue de l'orientation et la vitesse du convoyeur entre la zone d'enregistrement et la zone d'exécution, pour déterminer la position dans un repère absolu que doit prendre l'appareil opérateur afin que sa position relative par rapport a la pièce soit celle enregistrée. La figure 3 illustre par un schéma une installation conforme à l'invention dans laquelle une zone de repérage et d'enregistrement 20 comporte les capteurs 5 à 10 susdits, le codeur 4 du convoyeur 2 supportant une caisse 22. Le vecteur 23 est significatif de lXorien- tation et la vitesse du convoyeur dans ladite zone 20 que l'on admettra se réduise à une simple translation. On a représenté dans cette zone un syntaxeur (ou moniteur 21). Il est à noter que pour des raisons pratiques la zone d'enregistrement où est disposé le syntaxeur est séparée de la zone de repérage comportant les capteurs qui ne doivent pas etre souillés. L'opération d'enregistrement fournit des données qui sont stockées dans une unité de calcul 24. Au passage d'une caisse d'exploitation (ou à traiter) dans la zone 20 on dirige vers l'unité de calcul 24 les données d'orientation et de position relatives à cette caisse. L'unité de calcul prend également en mémoire les données délivrées par un codeur 25 celles relatives au vecteur 26 de trajectoire du convoyeur dans la zone d'exploitation (exécution répétée des opérations) 27 dans laquelle est implanté l'appareil 28 opérateur (robot). Un capteur de début de cycle 29 est également disposé dans cette zone 27. On notera à cet égard que les codeurs 4 et 25 et les capteurs 10 et 29 peuvent être couplés, si le convoyeur conserve la même allure dans les deux zones. L'unité de calcul ayant reçu toutes les informations relatives à la caisse 22 à traiter détermine pas à pas les coordonnées de l'extrémité du robot 28 qui définissent sa position et son orientation par rapport à la caisse dans sa position 22' dans la zone 27, cette attitude étant identique à celle de l'extrémité du syntaxeur par rapport à la caisse de référence. il faut remarquer que la situation représentée à la figure 3 peut comporter des simplifications. Ainsi les zones d'enregistrement et d'exécution peuvent être confondues, le repérage étant toujours maintenu dans une atmosphère propre. Le robot 29 et le syntaxeur 21 peuvent également être confondus. Par ailleurs, le syntaxeur 21 peut être piloté manuellement ou piloté de manière programmée L'invention trouve une application intéressante dans le domaine des automatisseurs et de la robotique. REVENDICATIONS 1.- Procédé perfectionné d'exécution répétée d'une opération ou suite d'opérations effectuées au moyen d'un appareil opérateur à mouvements programmés, sur une succession de pièces en défilement devant ledit appareil, selon lequel on procède à l'enregistrement des positions et orientations successives d'un moniteur de l'appareil opérateur, lors d'une opération modèle au cours de laquelle ledit moniteur est piloté par rapport à une première pièce en défilement dans une première zone, puis on commande la reproduction desdites positions et orientations successives enregistrées, au moyen dudit appareil opérateur, au passage de chacune des autres pièces dans une seconde zone, caractérisé en ce que, préalablement audit enregistrement, on procède au repérage en position et en orientation de ladite premiere pièce en un point déterminé dudit defile- ment,en ce que préalablement à ladite reproduction, on procede au repérage en position et en orientation de chacune des pièces à traiter, au point susdit, et en ce que l'on commande la reproduction susdite en procédant au calcul pas à pas de la position et de l'orientation de l'appareil opérateur à partir des données enregistrées susdites, des repérages de la première pièce et de chacune des pièces suivantes, et des coordonnées du vecteur de trajectoire de chaque pièce dans la première zone et du vecteur de trajectoire de celles-ci dans la seconde zone, pour que ces positions et orientations successives relativement à la pièce concernée soient identiques à celles enregistrées relativement à la première pièce. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la seconde zones susdites sont confondues. 3.-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moniteur et l'appareil opérateur sont confondus. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que le moniteur est piloté par programmation. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moniteur est piloté manuellement 6.- Procédé selon la revendication 1 caracterisé en ce que le repérage susdit des pièces est réalisé par le moyen d'un système de capteurs de localisation de trois points predétermines de manière identique sur chacune des pièces, dans un repère absolu et de détection d'une partie extrême de la pièce, lors du passage de celle-ci au droit d'un point de coordonnées précises dans ledit repère absolu. 7.- Procédé selon la revendication 1, carac térisé en ce que le repérage susdit des pièces consiste à déterminer un trièdre lié à la pièce dont l'orientation est significative de l'orientation de la pièce et dont l'origine correspond à un point fixe identique sur chacune des pièces, par le moyen de trois capteurs de localisation de trois points de la pièce dans un repère absolu, définissant un plan, de deux capteurs de localisation dans ce meme repère de deux points de la pièce, extérieurs au plan susdit et définissant une ligne susceptible d'être projetée orthogonalement dans ledit plan, et d'un capteur de détection d'une partie extrême de la pièce lors du passage de celle-ci au droit d'un point de coordonnées précises dans ledit repère absolu, qui rapporté au moment de cette détection au plan puis à la droite susdit s, constitue le point d'origine dudit trièdre lié à la pièce 8.- Installation pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes,caractérisée en ce qu'elle comporte le long du trajet d'un convoyeur (3) - une première zone (20) de repérage des pièces dans laquelle est disposé un système de capteurs (5 à 10) comprenant au moins trois capteurs pour déterminer l'orientation de la pièce et un capteur (10) de départ du défilement de la pièce qui constitue un capteur de détection d'une partie extreme de la pièce pour determiner la position de la pièce et qui est associé à un codeur (4) dont les signaux sont significatifs de l'avancement du convoyeur, - une zone d'enregistrement des opérations à effectuer dans laquelle est disposé un moniteur (21) d'enregistrement des mouvements effectués lors de son pilotage et - une zone de travail dans laquelle sont situés un capteur (29) de départ, un codeur (25) et un appareil opérateur (28) relié à la sortie d'une unité de calcul (24) qui reçoit en entrée les signaux des capteurs et codeurs (4 à 10) susdits ainsi que les données enregistrées au moyen du moniteur (21). 9.- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le système d'au moins trois capteurs susdit comprend trois capteurs (5, 6, 7) situés sous la partie basse des pièces (22) pour la détermination d'un plan inférieur lie à la pièce, et deux capteurs (8, 9) situés latéralement pour la détermination d'une ligne solidaire de la pièce. 10.- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les zones d'enregistrement et de travail sont confondues. 11.- Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'appareil opérateur et le moniteur sont confondus.