(11) Número de Publicação: PT 104730 A (51) Classificação Internacional: G05B 19/18 (2006.01) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: 2009.08.31 (30) Prioridade(s): (73) Titular(es): ANTÓNIO PEDRO DE CAMPOS RUÃO CUNHA RUA DA MÓ, Nº 44 4580-255 MADALENA PT (43) Data de publicação do pedido: 2011.02.28 (45) Data e BPI da concessão: / (72) Inventor(es): ANTÓNIO PEDRO DE CAMPOS RUÃO CUNHA JOSÉ CARLOS PINTO DE ALMEIDA FREITAS VITOR MANUEL BRANCO MARTINS AUGUSTO (74) Mandatário: PT PT PT (54) Epígrafe: APLICAÇÃO COMPUTORIZADA PARA O CONTROLO DE ROBOTS INDUSTRIAIS (57) Resumo: O PRESENTE INVENTO REFERE SE A UM MÉTODO INOVADOR PARA O CONTROLO DE ROBOTS INDUSTRIAIS PARTINDO DE LINGUAGEM MÁQUINA PROVENIENTE DE SOFTWARES CAD/CAM DESENHO ASSISTIDO POR COMPUTADOR/MANUFACTURA ASSISTIDA POR COMPUTADOR COM FORMATO GENÉRICO, COORDENADA XYZ (1) E ORIENTAÇÃO DADA POR VECTOR DIRECTOR IJK (2). ESTA APLICAÇÃO PODE SER USADA PARA CONTROLAR MÁQUINAS EM DIVERSAS ÁREAS INDUSTRIAIS COMO A DA MANUFACTURA ASSISTIDA POR COMPUTADOR NA INDÚSTRIA AUTOMÓVEL, NÁUTICA OU ENERGIA ASSIM COMO SOLDADURA OU PINTURA. O PRESENTE INVENTO, ANULA A NECESSIDADE DA PROGRAMAÇÃO MANUAL, DISPENDIOSA EM TEMPO, ABRINDO TAMBÉM NOVAS FRONTEIRAS PARA APLICAÇÕES QUE USUALMENTE NÃO ERAM EXECUTADAS POR ESTE TIPO DE MÁQUINAS, RESOLVENDO DESTE MODO O PRESENTE PROBLEMA TÉCNICO DE NÃO SER POSSÍVEL GERAR EM APLICAÇÕES CAM CORRENTES OS PERCURSOS NC PARA ROBOTS.
RESUMO Processo para controlo de robots industriais utilizando tecnologia CAD/CAM O presente invento refere-se a um método inovador para o controlo de Robots industriais partindo de linguagem máquina proveniente de softwares CAD/CAM "Desenho assistido por computador/manufactura assistida por computador" com formato genérico, coordenada XYZ (1) e orientação dada por vector director IJK (2). Esta aplicação pode ser usada para controlar máquinas em diversas áreas industriais como a da manufactura assistida por computador na industria automóvel, náutica ou energia assim como soldadura ou pintura. O presente invento, anula a necessidade da programação manual, dispendiosa em tempo, abrindo também novas fronteiras para aplicações que usualmente não eram executadas por este tipo de máquinas, resolvendo deste modo o presente problema técnico de não ser possível gerar em aplicações CAM correntes os percursos NC para robots.
DESCRIÇÃO Processo para controlo de robots industriais utilizando tecnologia CAD/CAM Actualmente os Robots industriais são programados maioritariamente por instruções "teach and learn" manuais para desenvolverem tarefas repetitivas com interacção sempre no mesmo cenário. Com o passar dos anos e a evolução destes Robots industriais, estes tornaram-se bastante fiáveis e com e valores repetibilidade bastante satisfatórios na casa dos +-0.06mm. O custo destes Robots industriais são também uma grande vantagem visto a sua grande implementação na ultima década em toda a industria, apresentando agora um custo reduzido. Conteúdo a linguagem para a programação destas maquinas acenta no principio da movimentação de objectos tridimensionais, o que não acontece com os Softwares CAD/CAM "Desenho assistido por computador/manufactura assistida por computador" havendo assim falta de informação para que se pude-se usar os dados directamente. Não existindo informação suficiente, existem infinitas soluções para uma dada posição. O presente invento refere-se a um método inovador para que Robots industriais sejam plenamente controlados de uma forma mais avançada e rápida em que a tradução de linguagem máquina proveniente de softwares CAD/CAM "Desenho assistido por computador/manufactura assistida por computador" com formato genérico, coordenada XYZ e orientação dada por vector director IJK, para linguagem Robótica que genericamente funciona por coordenada XYZ e a orientação por representação matemática de objecto tridimensional, podem ser representadas de várias formas matemáticas (Matriz, Quaterniões, Ângulos Euler, Ângulos de Eixo) que são usadas em diferentes marcas de Robots. Esta tradução é executada por extrapolação de 2 eixos adicionais XX e YY não presentes nos dados originais vindos do Software CAD/CAM "Desenho assistido por computador/manufactura assistida por computador" de uma forma que a solução da orientação se traduza num movimento fiável e lógico. O algoritmo computurizado por de trás desta aplicação é feito de modo a que o Robot não tenha um comportamento errático e exceda com facilidade o limite dos seus 5,6 ou mais eixos. Deste modo consegue-se simular previamente os seus movimentos no software de geração de percursos tridimensionais e com isso evitar colisões e optimizar os seus movimentos assim como o posicionamento das peças.
Esta aplicação permite que os calculos sejam efectuados muito mais rápidos (aproximadamente 10 vezes) do que com outro tipo de abordagem existente. Esta aplicação pode ser usada para controlar máquinas em diversas áreas industriais como a da manufactura assistida por computador na industria automóvel, náutica ou energia. O presente invento, anula a necessidade de horas de programação (on-line) para uma nova peça assim como abre novas fronteiras para aplicações que usualmente não eram executadas por este tipo de máquinas. Com o uso desta invenção a programação destes robots poderá ser efectuada (Off-line) sem a necessidade de objectos fisicos( Robot e peça com que o robot interactua). Este procedimento facilita muito a geração de novos programas com uma velocidade execução muito rápida. Este invento é passivel de ser expandido para o uso de Robot industrial sincronizado com eixos externos adicionais como por exemplo:mesa posicionadora; carril, aumentando assim radicalmente a sua aplicação industrial. Por exemplo, um robot instalado num carril poderá cortar o exesso de fibra resultante do processo de fabrico das pás de aerogeradores de grandes dimensões. Não existindo assim limite para o seu comprimento. A aplicação computorizada de acordo com o presente invento compreende uma interface com o utilizador com com a função de "ler" o ficheiro proveniente da aplicação CAD/CAM "Desenho assistido por computador / Manufactura assistida por computador" e traduzir directamente para a linguagem robótica que em cada marca tem uma representação matemática diferente. A aplicação apresenta também algumas optimizações para o robot, como a introdução de pontos de orientação quando os provenientes da aplicação CAD/CAM não são suficientes para a correcta movimentação (movimentos rápidos por exemplo). Apresenta também a característica de dividir os programas em vários quando estes excedem a capacidade do controlador do Robot, chamando o próximo no final de cada programa até ao ultimo a ser executado. A fig. 1 é uma representação simplificada dos dados de entrada provenientes dos softwares CAD/CAM "Desenho assistido por computador / Manufactura assistida por computador". A fig. 2 é uma representação simplificada dos dados de saída da aplicação computorizada para os controladores roboticos.
O presente invento é seguidamente descrito em pormenor, sem carácter limitativo e a título exemplificativo, por meio de uma sua forma de realização preferida. O código proveniente do software CAD/CAM "Desenho assistido por computador / Manufactura assistida por computador" com o formato para a coordenadas XYZ (1) e para o vector director IJK (2) é lido pela aplicação computorizada. As coordenadas XYZ são directamente traduzidas para o controlador do Robot (3). O vector director IJK é usado para o calculo matemático do seu plano normal. A equação matemática desse plano normal ao vector IJK (2) é usada para calcular um vector nele presente de modo a que esse novo vector seja paralelo ao plano Z igual a 0. Esse novo vector é assumido como o eixo YY (5) ou XX (6). O produto vectorial entre esse novo vector e o vector IJK ou seu inverso formam um sistema de 3 eixos XX (5), YY (6), ZZ (4) onde o eixo ZZ é definido pelo inverso do vector IJK (2). Os vectores XX (5), YY (6) e ZZ (4) são notados em forma de matriz e deste modo são convertidos para a representação matemática de Ângulos de Euler, com a ordem de rotação X,Y,Z. Para aplicações com ferramentas cilíndricas o valor predefinido para a notação dos Ângulos de Euler na rotação Z é de 0. Se o utilizador desejar introduzir um diferente ataque no robot ou seja, mantendo a mesma orientação na cabeça mas efectuando uma rotação do corpo do Robot para a direita ou para a esquerda, será introduzido um valor de Z no interface com o utilizador inicial. Com este valor de Z, os angulos Euler seram convertidos para matriz com a ordem YXZ e daí obter o ataque correcto do Robot. Os dados seram então finalmente convertidos para a liguagem que cada fabricante de Robot usa, como por exemplo as representações: Eixo e Ângulo, Quaterniões, Matrizes ou ângulos Euler. Um código matemático é também usado para confirmar a distancia entre pontos. Quando essa distancia é considerada demasiado elevada são adicionados pontos de orientação nesse segmento de recta para garantir a correcta orientação do robot durante o percursos a executar. Porto, 17 de Dezembro de 2009
REIVINDICAÇÕES 1- Processo para controlo de robots industriais utilizando tecnologia CAD/CAM caracterizada por compreender uma aplicação computorizada que adquire a informação proveniente do CAD/CAM (desenho assistido por computador ou manufactura assistida por computador) processando os dados de modo a que o codigo final enviado para o Robot se traduza em movimentos e orientações correctas. 2- Processo para controlo de robots industriais com tecnologia CAD/CAM de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por ser usada com qualquer aplicação de CAD/CAM (desenho assistido por computador ou manufactura assistida por computador) que exporte com o formato genérico NC (controlo numérico) contendo a informação das coordenadas XYZ (1) e vector director IJK (2). 3- Processo para controlo de robots industriais utilizando tecnologia CAD/CAM de acordo com a reivindicação 1 e 2 caracterizada por ser aplicável a qualquer marca de Robot industrial que use para a movimentação das suas maquinas a representação tridimensional dos movimentos contendo uma coordenada XYZ (3) e vectores directores(4,5, 6)podendo estes dados estarem sob a forma de varias representações matemáticas como por exemplo os quaterniões ou ângulos Euler. 4- Processo para controlo de robots industriais utilizando tecnologia CAD/CAM de acordo com a reivindicação 1, 2 e 3 caracterizada por ser passivel de ser usada para o controlo de eixos externos em sincronia com o robot. Porto, 17 de Dezembro de 2009
Fig. 1