Brevet FR2698306A1 — publié le 19940527

La présente invention concerne un procédé pour le positionnement relatif d'un robot et d'une pièce sur laquelle le robot doit effectuer une opération donnée, ainsi que le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Pour réaliser une opération technique automatique sur une pièce, il est nécessaire de connaître sa position dans la zone de travail. Des systèmes mécaniques qui repositionnent chaque pièce dans la même configuration que la précédente, actuellement utilisés pour d'autres applications, peuvent résoudre ce problème. Cependant, cette méthode, bien que fiable, ne donne pas satisfaction sur le plan de la qualité (dégradations des zones de contacts), n'est pas flexible (chaque système est adapté à un type de pièce) et est très coûteuse. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus en proposant un procédé pour le positionnement relatif d'un robot et d'une pièce sur laquelle le robot doit effectuer une opération donnée, la pièce étant montée rigidement sur un support mobile le long d'un convoyeur, et qui est caractérisé en ce qu'il consiste à successivement déterminer la position de la pièce par rapport au support; déterminer la position du support sur le convoyeur; déduire des résultats des deux étapes précédentes la position de la pièce par rapport au robot; et orienter l'outil du robot selon le résultat de l'étape précédente afin qu'il ait la position voulue par rapport à la pièce pour commencer l'opération donnée. Dans la configuration où le robot fait partie d'une ligne d'assemblage automatisée, la détermination de la position de la pièce par rapport au support est effectuée une seule fois en tête de ligne d'assemblage par un centre de mesure et les trois dernières étapes précitées sont effectuées à chacun des postes de la ligne d'assemblage comportant un robot. Avant de déterminer la position de la pièce par rapport au support, on prévoit une étape permettant de déterminer la position du centre de mesure et de chaque robot par rapport au convoyeur. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus est caractérisé en ce qu'il comprend un centre de mesure en tête de ligne d'assemblage équipé de moyens pour déterminer la position de la pièce par rapport à son support; des moyens pour déterminer la position du support par rapport au convoyeur à chaque poste d'assemblage ; et des moyens de calcul aptes à déterminer, à partir de la position du support, la position de la pièce par rapport au robot et le décalage de trajectoire à imposer à l'outil de ce dernier par rapport à une trajectoire théorique d'apprentissage. Les moyens déterminant la position de la pièce par rapport à son support comprennent des moyens pour déterminer la position du support dans un repère donné de l'espace, de préférence un repère lié au centre de mesure; des moyens pour déterminer la position de la pièce dans ce même repère; et des moyens de calcul aptes à déterminer la position relative de la pièce et du support à partir des mesures effectuées par les deux moyens précédents. Le centre de mesure peut être lui-même un robot. Avantageusement, les moyens déterminant la position de la pièce dans le repère précité comprennent un ensemble de capteurs, tels que des capteurs à ultrasons, montés sur une plaque de support portée par le robot formant centre de mesure. Selon une variante, les moyens déterminant la position de la pièce dans le repère précité comprennent un ensemble de caméras dont chacune est associée à un plan laser qui coupe un élément caractéristique de la pièce. Les moyens pour déterminer la position du support par rapport au convoyeur comprennent un ensemble de capteurs, tels que des capteurs à ultrasons, monté sur le convoyeur. Chaque ensemble de capteurs comprend six capteurs dont trois sont situés en regard d'un premier plan de la pièce ou du support, deux en regard d'un deuxième plan différent du premier et un en regard d'un troisième plan différent des deux autres. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 représente le dispositif conforme à l'invention utilisé sur une ligne de montage automatisée de lève-vitres sur des portes de véhicules automobiles; - la figure 2 représente les moyens permettant à un robot de mesure en tête de ligne d'assemblage de déterminer la position d'une porte de véhicule par rapport au robot; et - la figure 3 est une vue semblable à celle de la figure 2 représentant un robot de montage qui, après calcul du décalage entre le repère de porte initial déterminé en figure 2 et le repère de cette même porte au poste de montage, permet le montage d'un lève-vitre sur cette porte. L'invention va être décrite en application au montage robotisé de lèvevitres sur câbles sur des portes de véhicules automobiles mais il est bien évident qu'elle s'applique également à la réalisation de toute autre opération robotisée sur des pièces autres que des portes de véhicules automobiles. La réalisation d'une opération robotisée consiste d'abord à faire correspondre le repère du robot avec le repère de travail, c'est-à-dire orienter le robot par rapport à la zone de travail. Connaissant une trajectoire ou mouvement de l'outil de travail pour une position du robot et de la pièce, dans le cas présent une porte, on détermine, pour une modification de position de la pièce, le décalage de trajectoire à effectuer par le robot pour que le repère outil corresponde avec le nouveau repère de travail. Pour connaître le décalage, il est nécessaire, pour chaque pièce ou porte, de calculer la position et l'orientation du repère de la pièce par rapport au repère du robot. En se reportant aux figures, la référence 1 désigne un robot formant centre de mesure disposé en tête d'une ligne d'assemblage automatisée 2 de portes 3 comprenant également plusieurs postes de montage 4 dont un seul est représenté pour la simplicité et constitués chacun par un robot de montage. La ligne d'assemblage 2 comprend de plus un convoyeur 5 sur lequel se déplacent des supports 6 sur chacun desquels est montée rigidement une porte 3. Le robot de montage 4 est destiné à saisir d'un présentoir un lève-vitre à câble et à l'assembler à la porte 3 se présentant en face du robot 4. D'une manière générale, le procédé conforme à l'invention consiste en une étape de prise de référence d'une porte 3 sur son support 6 par l'intermédiaire du robot formant centre de mesure 1 de façon à déterminer la position du repère de porte initial R1 (figure 2) dans le repère R2 du robot 1. L'information relative à cette position est transférée au robot de montage 4 suivant où le repère R3 de la porte 3 est déterminé dans le repère R4 du robot de montage 4 et, pendant ce temps, le robot de montage 4 saisit le lève-vitre à assembler à la porte 3. Un calcul du décalage entre le repère porte initial R1 et le repère porte R3 au poste où se trouve le robot de montage 4 est effectué et, une fois ce calcul terminé, l'organe préhenseur 7 du robot 4 ayant saisi le lève-vitre est orienté en conséquence, puis l'insertion et la fixation du lève-vitre à la porte 3 sont effectuées. Plus précisément, le procédé de l'invention consiste à successivement déterminer, une seule fois, par le robot formant centre de mesure 1, la position de la porte 3 par rapport à son support 6; à déterminer la position du support 6 par rapport au convoyeur 5 à chaque poste d'assemblage 4 ; et à déduire des résultats des deux étapes précédentes la position de la porte 3 par rapport au robot de montage 4 et le décalage de trajectoire à imposer au préhenseur 7 de ce dernier par rapport à une trajectoire théorique d'apprentissage déterminé de façon que le préhenseur du robot 4 ait la position voulue par rapport à la porte 3 pour commencer l'assemblage du lève-vitre à la porte 3. Avant de déterminer la position de la porte 3 par rapport au support 6, on détermine la position du robot formant centre de mesure 1 et de chaque robot de montage 4 par rapport au convoyeur 5. Le robot formant centre de mesure 1 est équipé de moyens pour déterminer la position de la porte 3 par rapport à son support 6 et qui comprennent des moyens pour déterminer la position du support 6 dans le repère R2 du robot 1, des moyens pour déterminer la position de la porte 3 dans ce même repère; et des moyens de calcul aptes à déterminer la position relative de la porte 3 et du support 6 à partir des mesures effectuées par les deux moyens précédents.Les moyens déterminant la position de la porte 3 dans le repère R2 comprennent un ensemble de six capteurs (non représentés), tels que des capteurs à ultrasons, montés sur une plaque de support 8 fixée à l'organe préhenseur 9 du robot 1 et les moyens déterminant la position du support 6 comprennent également un ensemble de six capteurs (non représentés) fixés par exemple sur le convoyeur 5 et reliés au robot formant centre de mesure 1. Les six capteurs de chaque ensemble mentionné précédemment sont disposés de façon à déterminer la position d'un objet, dans le cas présent le support 6 ou la porte 3, dans l'espace.En effet, pour déterminer la position d'un tel objet dans l'espace, il faut six points répartis sur trois plans différents les uns des autres, à savoir trois points définissant la position dans l'espace d"un des plans de l'objet, deux autres points sur un plan différent du premier fixant le premier plan en rotation, mais comme on ignore encore la position de l'objet suivant une direction parallèle à la ligne d'intersection de ces deux plans, il faut un dernier point sur un troisième plan différent des deux autres fixant l'objet sur cette direction. Sur une porte d'automobile, on peut prendre comme plans de référence par exemple le panneau intérieur, la tranche inférieure et une tranche latérale de la porte. De même, il existe toujours trois plans différents les uns des autres en ce qui concerne le support de porte 6.Ainsi, les six capteurs 10 destinés à déterminer la position du support 6 sont disposés de telle façon que trois d'entre eux soient dans un même plan du repère R5 parallèle au plan contenant le support 6 en forme de plaque, deux autres capteurs 10 soient situés dans un plan différent du premier et le dernier capteur soit situé dans un troisième plan différent des deux autres et parallèle au plan contenant l'un des côtés de la plaque de support 6. Les six capteurs permettant de déterminer la porte 3 dans le repère R2 sont disposés de façon que trois d'entre eux soient situés dans un plan parallèle au panneau intérieur de la porte 3, deux autres dans un plan parallèle à la tranche inférieure de la porte 3 et le dernier dans un troisième plan parallèle au plan contenant la tranche latérale de la porte. Les moyens pour déterminer, à chaque poste d'assemblage, la position du support 6 par rapport au convoyeur 5 comprennent également un ensemble de capteurs 11, tels que des capteurs à ultrasons, monté sur le convoyeur 5. Trois de ces capteurs sont situés en regard d'un premier plan du support 6 (plan de base de celui-ci), deux sont situés en regard d'un deuxième plan différent du premier (parallèle au plan passant par l'un des côtés de la plaque de support 6) et le sixième capteur est en regard d'un troisième plan différent des deux autres (parallèle au plan contenant un côté différent du côté de la plaque de support 6 mentionné précédemment). Lors de la mesure de la position de la porte 3 par le robot 1, ce dernier se recale par rapport à la porte pour obtenir une résolution suffisante de la prise de référence de la porte sur son support. En effet, s'il y a un décalage important de la porte, un ou plusieurs des capteurs ne se trouvent pas en face du plan prévu et il faut alors recaler le robot I pour qu'il ait une position correcte, la détection et la correction se faisant automatiquement. Le dispositif de mesure à capteur solidaire de la plaque de support 8 du robot 1 peut manquer de souplesse, chaque plaque de support de capteur n'étant adaptée qu'à un type de porte. I1 est préférable dans ce cas d'utiliser un ensemble de caméras dont chacune est associée à un plan laser qui coupe un élément caractéristique de la porte (plan, arête, trou, etc...).Ces caméras, une fois judicieusement placées, peuvent être utilisées pour différents types de porte sans être déplacées. Une fois le robot 1 recalé par rapport à la porte 3, cette dernière est ensuite transférée au robot de montage 4 qui saisit un Iève-vitre sur son présentoir et l'ensemble des six capteurs sur le convoyeur 5 détermine la position du support 6 par rapport au convoyeur 5, la porte 3 étant suffisamment bien fixée sur le support 6 pour que sa position par rapport à celui-ci soit constante. Un calcul est alors effectué, à partir de la position du support 6, pour déterminer la position de la porte 3 par rapport au robot 4 et le décalage de trajectoire à imposer à l'organe préhenseur 7 de ce dernier par rapport à une trajectoire théorique d'apprentissage, la trajectoire de l'organe préhenseur 7 par rapport à la porte 3 étant identique à la trajectoire d'apprentissage par rapport à cette même porte. Bien entendu, la position des différents éléments constituant la ligne d'assemblage doit être déterminée précisément. La précision de l'opération technique à accomplir, dans le cas présent la pose d'un lève-vitre sur une porte d'automobile, dépend de la position du premier poste de montage 4 par rapport au robot formant centre de mesure 1 et de la position du poste de montage suivant par rapport au robot de montage 4, positions déterminées une fois pour toutes. La position des capteurs mentionnés précédemment par rapport aux robots 1 et 4 est également déterminée très précisement. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le positionnement relatif d'un robot et *une pièce sur laquelle le robot doit effectuer une opération donnée, la pièce étant montée rigidement sur un support mobile le long d'un convoyeur, caractérisé en ce qu'il consiste à successivement déterminer la position de la pièce (3) par rapport au support (6); déterminer la position du support (6) sur le convoyeur (5); déduire des résultats des deux étapes précédentes la position de la pièce (3) par rapport au robot; et orienter l'outil du robot selon le résultat de l'étape précédente afin qu'il ait la position voulue par rapport à la pièce (3) pour commencer l'opération donnée. 2. Procédé selon la revendication 1, où le robot fait partie d'une ligne d'assemblage automatisée, caractérisé en ce que la détermination de la position de la pièce (3) par rapport au support (6) est effectuée une seule fois en tête de ligne d'assemblage par un centre de mesure (1) et les trois dernières étapes précitées sont effectuées à chacun des postes de la ligne d'assemblage comportant un robot (4). 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste, avant de déterminer la position de la pièce (3) par rapport au support (6), à déterminer la position du centre de mesure (1) et de chaque robot (4) par rapport au convoyeur (5). 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini dans l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un centre de mesure (1) en tête de ligne d'assemblage équipé de moyens pour déterminer la position de la pièce (3) par rapport à son support (6); des moyens pour déterminer la position du support (6) par rapport au convoyeur (5) à chaque poste d'assemblage; et des moyens de calcul aptes à déterminer, à partir de la position du support (6), la position de la pièce (3) par rapport au robot et le décalage de trajectoire à imposer à l'outil de ce dernier par rapport à une trajectoire théorique d'apprentissage. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens déterminant la position de la pièce (3) par rapport à son support (6) comprennent des moyens pour déterminer la position du support (6) dans un repère donné de l'espace, de préférence un repère lié au centre de mesure (1) des moyens pour déterminer la position de la pièce (3) dans ce même repère; et des moyens de calcul aptes à déterminer la position relative de la pièce (3) et du support (6) à partir des mesures effectuées par les deux moyens précédents. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le centre de mesure (1) est lui-même un robot. 7. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les moyens déterminant la position de la pièce (3) dans le repère précité comprennent un ensemble de capteurs, tels que des capteurs à ultrasons, monté sur une plaque de support (8) portée par le robot formant centre de mesure (1). 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le centre de mesure (1) précité comprend un ensemble de caméras dont chacune est associée à un plan laser qui coupe un élément caractéristique de la pièce (3). 9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour déterminer la position du support (6) par rapport au convoyeur (5) comprennent un ensemble de capteurs (10), tels que des capteurs à ultrasons, monté sur le convoyeur (5). 10. Dispositif selon la revendication 7 ou 9, caractérisé en ce que chaque ensemble de capteurs précité comprend six capteurs dont trois sont situés en regard d'un premier plan de la pièce (3) ou du support (6), deux en regard d'un deuxième plan différent du premier et un en regard d'un troisième plan différent des deux autres.