DD206643A3

DD206643A3 - Sicherheitseinrichtung an einem mit einem greifer ausgeruesteten industrieroboter

Info

Publication number: DD206643A3
Application number: DD24035182A
Authority: DD
Inventors: Dieter Braeuer; Frank Lehmann; Karlheinz Morgenstern
Original assignee: Dieter Braeuer; Frank Lehmann; Karlheinz Morgenstern
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1982-06-01
Publication date: 1984-02-01

Abstract

SICHERHEITSEINRICHTUNG AN EINEM MIT EINEM GREIFER AUSGERUESTETEN INDUSTRIEROBOTER GEGEN LAGEVERSCHIEBUNGEN BZW. HERAUSRUTSCHEN EINES WERKSTUECKES IN SEINER LAENGSRICHTUNG AUS DEM DIESES IN QUERRICHTUNG FORMSCHLUESSIG UMFASSENDEN GREIFER SOWIE GEGEN BESCHAEDIGUNGEN IN KOLLISIONSFAELLEN, WOBEI DIE BEWEGUNGSABLAEUFE DES INDUSTRIEROBOTERS VON GLEICHSTROMSTELLANTRIEBEN MIT EINER DIE KOMMUTIERUNGSGRENZKURVE BERUECKSICHTIGENDEN STROMBEGRENZUNGSSCHALTUNG FUER DAS HOCHFAHREN UND ABBREMSEN ERZEUGT WERDEN, UNTER VERWENDUNG EINER ANTRIEBSSTOPPEINRICHTUNG FUER NOTABSCHALTUNGEN. ZIEL IST, DIE BEWEGUNGSABLAEUFE DES INDUSTRIEROBOTERS MIT MAXIMAL MOEGLICHEN, KURZE BESCHICKUNGS- UND ENTNAHMEZEITEN REALISIERBAREN HOCHFAHR- UND ABBREMSVORGAENGEN AUSZUFUEHREN. DAFUER SOLLEN DIE AM GREIFER AUFTRETENDEN BESCHLEUNIGUNGEN ERFASST UND ALS KRITERIUM FUER DAS LAGESICHERE HALTEN ALS AUCH FUER KOLLISIONEN HERANGEZOGEN WERDEN. ERREICHT WIRD DAS DURCH EINEN AM GREIFER IN RICHTUNG DER LAENGSERSTRECKUNG DES ZU FASSENDEN WERKSTUECKES BEFESTIGTEN BESCHLEUNIGUNGSAUFNEHMER, DESSEN AUSGANG UEBER EIN SOLL-ISTWERT-VERGLEICHSGLIED ALTERNATIV ZUM EINGANG DES VON DER KOMMUTIERUNGSGRENZKURVE VORGEGEBENEN STEUERSIGNALS AUF DIE STROMBEGRENZUNGSSCHALTUNG GESCHALTET IST UND PARALLEL UEBER EINEN SCHWELLWERTSCHALTER MIT DER ANTRIEBSSTOPPEINRICHTUNG IN VERBINDUNG STEHT.

Description

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Titel der Erfindung

Sicherheitseinrichtung an einem mit einem Greifer ausgerüsteten Industrieroboter

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung an einem mit einem Greifer ausgerüsteten Industrieroboter gegen Lageverschiebungen bzw. Herausrutschen eines Werkstückes in seiner Längsrichtung aus dem dieses in Querrichtung formschlüssig umfassenden Greifer sowie gegen Beschädigungen in Kollisionsfällen, wobei die Bewegungsabläufe des Industrieroboters von Gleichstromstellantrieben mit einer die Kommutierungsgrenzkurve berücksichtigenden Strombegrenzungsschaltung für das Hochfahren und Abbremsen erzeugt werden, unter Verwendung einer Antriebsstoppeinrichtung für Notabschaltungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei Industrierobotern ist man bestrebt, die Bewegungen in kürzester Zeit ablaufen zu lassen, wodurch der Antrieb bis zu seiner Grenzbelastung beansprucht wird· Dabei treten an den bewegten Teilen hohe Beschleunigungen und Verzögerungen auf, welche auch auf die zu manipulierenden Werkstücke übertragen werden müssen· Es ist deshalb zu gewährleisten, daß der Greifer des Industrieroboters die zu manipulierenden Werkstücke lagesicher auch während der Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen hält.

-1, JUH 1982*013485

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Hierzu wird die Haltekraft des Greifers entsprechend der Masse und der Oberflächenbeschaffenheit sowie der zu erwartenden Beach.Xeimigi.mgs~ und Verzögerungskräfte festgelegt« Der Haltekraft des Greifers sind aber andererseits durch die Greiferdimensionierung sowie durch oberflächen- bzw, formempfindliche Werkstücke Grenzen gesetzt, um Beschädigungen der zu handhabenden Werkstücke zu vermeiden« In diesen Fällen sind die Bewegungsphasen des Industrieroboters hinsichtlich ihrer Beschleunigungen und Verzögerungen zu begrenzen, damit die Massenträgheitskraft des Werkstückes nicht die Haltekraft des Greifers übersteigt· Dazu werden die Bewegungen nach vorgegebenen Funktionen hochgefahren bzw· nach solchen Funktionen abgebremst, die regelungstechnisch in die Antriebsansteuerung einbezogen sind· Solche Einrichtungen sind relativ kostspielig und aufwendig. Zudem werden an Industrierobotern Maßnahmen zur Bruchsicherung, meist am Greifer des Industrieroboters, vorgesehen, um in Kollisionsfällen, die bei jeder Fehlbedienung oder Falschprogrammierung entstehen können, Schäden zu vermeiden·

Für einen Industrieroboter, dessen Greifer die zu handhabenden Werkstücke außer in ihrer Längsrichtung formschlüssig faßt, besteht die Gefahr der LageverSchiebung des Werkstückes im Greifer nur in der genannten Längsrichtung· Eine generelle Begrenzung der Beschleunigungen bzw· Verzögerungen für alle Bewegungsrichtungen des Industrieroboters führt hierbei zur unnötigen Verlangsamung des Bewegungsablaufes und damit zur Erhöhung der unproduktiven Beschickungs- bzw· Entnahmezeit beim Einsatz des Industrieroboters für den Werkstückwechsel an einer Bearbeitungsmaschine·

Als Antrieb für den Industrieroboter wird mit Vorteil der Gleichstromstellantrieb eingesetzt, der, wie von Werkzeugmaschinen-Antrieben her bekannt, zur Erreichung kürzester Einfahrzeiten bzw· Abbremszeiten für die angetriebenen Maschinenteile an der Strombegrenzungskennlinie hochgefahren und abgebremst wird· Die maximal zulässige Stromstärke für

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den Gleichstrommotor ergibt sich aus dessen drehzahlabhängiger Komiautierungagrenakurve· Diese nach der Kommutierungsgrenzkurve geregelte Stromaufnahme muß für die Anwendung des Gleichstromstell-Antriebes an Industrierobotern beibehalten werden, weil die Bewegungen des Industrieroboters gleichermaßen in kürzester Zeit vom Stillstand auf ein Maximum beschleunigt und kurz vor Erreichen der neuen Position wieder auf Null abgebremst werden müssen« Je nach dem Gegenmoment ergibt sich dann die Beschleunigungsgröße am Werkstück» Die Beschleunigung darf aber an dem zu handhabenden Werkstück einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten, damit die Haltekraft des Greifers nicht überschritten wird. Da die Beschleunigungskräfte durch die Spiele und Steife der im Kraftfluß liegenden Bauelemente mitbestimmt werden, sind die tatsächlichen am Greifer auftretenden Beschleunigungen nicht bekannt und können auch mit der regelungstechnischen Beeinflussung des. Antriebsmotors den tatsachlichen Gegebenheiten nicht optimal angepaßt werden·

Um die Auswirkungen dieser Kräfte am vom Greifer gehaltenen Werkstück hinsichtlich der Lagesicherung unmittelbar erfassen zu können, ist es bekannt, am Greifer Schlupfsensoren anzubringen· Durch dieses im Greifer eingebaute Meßsystem wird zwar unabhängig von der Haltekraft des Greifers und der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückes jede Relativbewegung zwischen Werkstück und Greifer signalisiert, welche auch zur Beeinflussung des Antriebes der Handhabungsvorrichtung bzw· der Haltekraft des Greifers herangezogen werden kann, aber eine absolute Lagesicherung ist damit trotz des erheblichen Aufwandes und der Anfälligkeit dieses Schlupfmeßsystems im Greifer nicht möglich·

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt eine einfache Überwachung der Industrieroboter-Bewegungen speziell in Richtung der Längser-

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Streckung des vom Greifer gefaßten Werkstückes· Darüberliinaus ist der Industrieroboter so gegen Beschädigungen durch Kollieionafälle zu schützen, daß nach Kollision keine längeren Auefallzeiten durch notwendige Montagearbeiten für die Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft des Industrieroboters entstehen. Die Bewegungsabläufe des Indu·*- strieroboters sind dabei mit maximal möglichen, kurze Beschickungaund Entnahmezeiten realisierbaren Hochfahr- und Abbremsvorgängen auszuführen·

Darlegung des Weaeas der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine S icher he it s<r einrichtung an einem mit einem Greifer ausgerüsteten Industrieroboter gegen Lageverschiebungen bzw· Herausrutschen eines Werkstückes in seiner Längsrichtung aus dem dieses in Querrichtung formschlüssig umfassenden Greifer sowie gegen Beschädigungen in Kollisionsfällen, wobei die Bewegungsabläufe des Industrieroboters von Gleichstrom-Steil-· antrieben mit einer die Kommutierungsgrenzkurve berücksichtigenden Strombegrenzungsschaltung für das Hochfahren und Abbremsen erzeugt werden, unter Verwendung einer Antriebsstoppeinrichtung für Notabschaltungen, zu schaffen, bei der die am Greifer auftretenden Beschleunigungen bzw« Verzögerungen erfaßt und als Kriterium sowohl für das lagesichere Halten des Werkstückes im Greifer als auch für Kollisionsfäll'e herangezogen werden sollen·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß am Greifer in Richtung der Längserstreckung des zu fassenden Werkstückes ein Beschleunigungsmesser befestigt ist, dessen Ausgang über ein Soll-Istwert-Vergleichsglied mit einem Regler in Verbindung steht, dessen Ausgang alternativ zum Eingang des von der Kommutierungsgrenzkurve vorgegebenen Steuersignals auf die Strombegrenzungsschaltung geschaltet ist und parallel dazu an einem Schwellwertschalter angeschlossen ist, dessen Ausgang mit der Antriebsstoppeinrichtung in Verbindung steht·

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Ausführungsbeispiel

In der Zeichnung Ist ein Ausführungsbeispiel d^r Erfindung dargestellt·

Dabei zeigen j

Fig· 1 die Anordnung eines Beschleunigungsaufnehmers an dem Doppelgreifer einer Handhabungseinrichrung und

Fig. 2 die Draufsicht auf die Handhabungseinrichtung nach Fig· 1 in Verbindung mit dem Blockschaltbild der Sicherheitseinrichtung«

An einem Doppelgreifer 1 einer Handhabungseinrichtung im Bereich des hinteren Teiles eines Greiferbackens 2 ist ein Beschleunigungsaufnehmer 3 befestigt. Der Doppelgreifer 1 ist für das Handhaben von langgestreckten rotationasymmetrischen werkstücken 4 ausgebildet, die von den Greiferbacken 2 quer zur Langserstreckung formschlüssig gefaßt sind· Am Grundkörper des Doppelgreifers 1 in unmittelbarer Nähe des Beschleunigungsaufnehmers 3 ist ein Meßwertumformer 5 angebracht· Der Doppelgreifer 1 ist am Ende eines Armes 6 befestigt, der um seine eigene Achse durch einen Antriebsmotor 7 drehbar ist· Am anderen Ende ist der Arm 6 an einem Zapfen 8 angelenkt, der von einem Antriebsmotor 9 drehbar ist und damit dem Arm eine Schwenkbewegung erteilen kann· Der den Arm 6 tragende Zapfen 8 ist gemeinsam mit dem Antriebsmotor 9 auf einem Schiit· ten 10 gelagert bzw· befestigt. Der Schlitten 10 ist in einem Untergestell 11 längsverschiebbar gelagert· Zur Längsverschiebung des Schlittens 10 ist ein Antriebsmptor 12 vorgesehen· Die Antriebsmotoren 7, 9 und 12 werden von einem Steller 13 gespeist, der eine die jeweilige Kommutierungsgrenzkurve berücksichtigende Strombegrenzungsschaltung enthält und eingangsseitig mit dem Ausgang eines Soll-Istwert-Vergleichers 14 verbunden ist· Der Sollwerteingang des Soll-Istwert-Vergleichers 14 liegt am Ausgang eines Rechners 15, dem Eingangsgrößen, wie Lagemeßwerte; Werkstück-Kennwerte; zulässige

Spannkräfte des Greifers und Strombegrenzungswerte zur Ermittlung des Sollwertes vorgegeben sind«, Den Istwert liefert der Ausgang des Beachleunigungeaufnehmera 3 über den Meßwert umformer 5®

Die Wirkungsweise der Sicherheitseinrichtung ist folgende:

Der Beschleunigungsaufnefaiaer 3 ist nur in Bewegungsrichtung der Längsachse des Werkstückes 4 wirksam, so daß in der Position dee Doppelgreifers 1 nach Fig· 1 die Verschiebebewegung auf dem Untergestell 11 durch den Antriebsmotor Ιο hinsichtlich der Beachleunigungskräfte erfaßt wird« Hingegen bleibt die Schwenkbewegung des Armes 6 in der in Pig· 1 gezeigten Stellung für die Bewegung von Beschleunigungakräften außer Wirkung, da in dieser Richtung durch das formschlüssige Erfassen der Werkstücke 4 die Gefahr des Verrutschens nicht besteht® Eine Drehung des Doppelgreifers 1 um die Achse des Armes 6 wird bezüglich der in Längsrichtung des Werkstückes 4 wirkenden Beschleunigungskomponente erfaßt _o Ebenso werden die Beschleunigungen aus der Schwenkbewegung des Armes 6 bei um.90° gedrehtem Doppelgreifer 1 erfaßt.

Der Beschleunigungsaufnehmer 3 gibt eine der Beschleunigung bzw* Verzögerung analoges Meßsignal aus* Dieses relativ störanfällige Meßsignal wird im Meßwertumformer 5 in ein gegen Störungen unempfindliches Signal gewandelt, um störfrei auf den entfernt liegenden Soll-Iatwert-Vergleicher 14 au gelangen·

Auf der Basis der manuell eingegebenen jeweils vorliegenden Bedingungen (Haltekraft des Greifers? Kennwerte des Werkstückes u· a») i^ird vom Rechner 15 -ein Sollwert gebildet ₉ der zusammen mit den vom Meßwertumformer 5 anliegenden Istwert am Ausgang des Soll-Istwert-Vergleichers 14 ein Abweichungssignal ergibt, welches einen Grenzwert für die Beschleunigung und Verzögerung der Antriebsmotoren 7; 9; 12 darstellt· Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Handhabungseinrichtung mit Polgesteuerung, d· h· es ist jeweils nur ein Antriebsmotor in Betrieb, so daß

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die Bewegungen in den einzelnen Achsen nacheinander ablaufen» Aus diesem Grund ist für die Antriebsmotoren 7» 9; auch nur ein Steller 13 erforderlich, dessen Ausgang auf den jeweiligen Antriebsmotor 7 bzw· 9 bzw· 12 programmge-r maß umgeschaltet vüird* Durch die Polgesteuerung erübrigen sich auch komplizierte Schaltungsmaßnahmen zur Zuordnung des bei Grenzwertüberschreitungen auftretenden Stellsignals auf den jeweiligen diese Grenzwertüberschreitung hervorrufenden Antriebsmotor, weil in jeder Bewegungsphase nur einer der Antriebemotoren 7» 9; 12 angesteuert wird· Besonders für aolche Handhabungseinrichtungen ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit der beschleunigungsabhängigen Grenzwertregelung von Vorteil, weil mit geringstem Mehraufwand eine Erhöhung der Beschickungsgeschwindigkeit unter Sicherung der Werketticklage im Greifer erreicht wird· Darüberhinaus spricht der Beschleunigungsaufnehmer 3 sofort bei Kollision des Greifers bzw· des von diesem gehaltenen Y/erkstückes mit der Ma~ schine oder der Werkstückablage an und stoppt die Antriebsmotoren 7» 9; 12· Da die Beschleunigungen im Falle einer Kollision sehr viel größer sind als die im Betriebsfall zu erwartenden Antriebsbeschleunigungen und -Verzögerungen, werden solche Beschleunigungsspitzen durch einen nicht dar» gestellten Schwellwertschalter erkannt und zur Notabschaltung des Antriebsmotors 7$ 9; 12 herangezogen· Selbst Kollisionen, die aus einem Bewegungsverlauf, der nicht mit der Aufnahmerichtung des Beschleunigungsaufnehmers 3 übereinstimmt, resultieren, werden vom Beschleunigungsaufnehmer signalisiert» Dies liegt darin begründet, daß die mit einer Kollision verbundenen Erschütterungen Schwingungen hervorrufen, welche nicht auf die Bewegungsachsrichtung beschränkt sind und damit vom Beschleunigungsaufnehmer 3 mit Sicherheit erfaßt werden·

Claims

Erfindungeanepruch

Sicherheitseinrichtung an einem mit einem Greifer ausgerüsteten Industrieroboter gegen Lageverschiebungen bzw. Herausrutschen eines Werkstückes in seiner Längsrichtung aus dem dieses in Querrichtung formschlüssig umfassenden Greifer sowie gegen Beschädigungen in Kollisionafallen, wobei die Bewegungsabläufe des Industrieroboters von Gleichstrom-Stellantrieben mit einer die Kommutierungsgrenzkurve berücksichtigenden Strombegrenzungsschaltung für das Hochfahren und Abbremsen erzeugt werden_s unter Verwendung ei* ner Antriebsstoppeinrichtung für Notabschaltungen, dadurch gekennzeichnet,

daß ata Greifer in Richtung der Längserstreckung des zu fassenden Werkstückes ein Beschleunigungsmesser befestigt ist, dessen Ausgang über ein Soll-Istwert-Vergleichsgiied mit e:}.-nem Regler in Verbindung steht_s dessen Ausgang alternativ ' zum Eingang des von der Kommutierungsgrenzkurve vorgegebenen Steuersignals auf die Strotabegrenzungsachaltung geschaltet ist und parallel dazu an einem Schwellwertschalter angeschlossen ist₉ dessen Ausgang mit der Antriebsstoppeinrichtung in Verbindung steht*

Hierzu 1 Blatt Zeichnung