DD251722A1

DD251722A1 - FLEXIBLE GRIPPER WITH WORKPIECE IDENTIFICATION

Info

Publication number: DD251722A1
Application number: DD29335086A
Authority: DD
Inventors: Peter Stolzmann; Ulrich Bierhals; Wingolf Bensch
Original assignee: Smab Forsch Entw Rat
Priority date: 1986-08-01
Filing date: 1986-08-01
Publication date: 1987-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Greifer, der ausgeruestet mit einem optoelektronischen Erkennungssystem in Verbindung mit der Steuerung des Industrieroboters in flexiblen Fertigungen zum Erkennen der Geometrie und Lage und zum Handhaben von Werkstuecken eingesetzt wird. Ziel der Erfindung ist es, den Einsatz einfacher Paletten mit automatischer Zu- und Abfuehrung bei unterschiedlichem Werkstuecksortiment zu ermoeglichen, um den geraetetechnischen Aufwand (speziell den Werkstuecken angepasste Speicher und Greifer) fuer die Peripherie in flexiblen Fertigungen zu senken. Dazu wurde erfindungsgemaess ein Greifer entwickelt, der, bestehend aus einem zylindrischen Grundkoerper mit vier Greiferfingern und einem eigenen Antriebsmotor, im Mittelpunkt der Greiferachse eine CCD-Kamera mit Beleuchtungseinrichtungen enthaelt, wobei die Informationen der CCD-Kamera einer Mikrorechnersteuerung zugefuehrt werden, die diese Informationen zu Steuersignale fuer die Industrierobotersteuerung, die Beleuchtungseinrichtung und fuer die Greiferfingersteuerung umsetzt. Durch einen einfachen, auch automatisch durchfuehrbaren Wechsel der Greifelemente ist der Greifer fuer geometrisch verschiedene Werkstuecksortimente einsetzbar.The invention relates to a flexible gripper, which is equipped with an opto-electronic detection system in conjunction with the control of the industrial robot in flexible manufacturing for detecting the geometry and position and for handling workpieces is used. The aim of the invention is to enable the use of simple pallets with automatic feeding and removal of different workpiece assortment to reduce the technical equipment (specially adapted to the workpieces memory and gripper) for the periphery in flexible manufacturing. For this purpose, according to the invention, a gripper has been developed which, consisting of a cylindrical base body with four gripper fingers and a separate drive motor, contains a CCD camera with illumination devices in the center of the gripper axis, the information of the CCD camera being fed to a microcomputer control, which supplies this information Control signals for the industrial robot control, the lighting device and the gripper finger control implements. The gripper can be used for geometrically different ranges of workpieces thanks to a simple change of gripping elements which can also be carried out automatically.

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Greifer mit Werkstückerkennung für die Handhabung unterschiedlicher Werkstücke mittels Industrieroboter. Durch Integration eines optoelektronischen Erkennungssystems in den Greifer und dessen Kopplung mit der Steuerung des Industrieroboters wird die Werkstückgeometrie erkannt und danach erfolgt der sichere Greifvorgang. Vorteilhai ist der erfindungsgemäße Greifer dort einsetzbar, wo ein häufiger Wechsel der Werkstückgeometrie (Einzelfertigung bis Kleinserienfertigung) erfolgt und die Werkstücke bei der Bereitstellung sich in einem sehr einfachen Ordnungszustand befinden.The invention relates to a flexible gripper with workpiece recognition for the handling of different workpieces by means of industrial robots. By integrating an optoelectronic recognition system into the gripper and its coupling with the control of the industrial robot, the workpiece geometry is detected and then the secure gripping process takes place. Vorteilhai the gripper according to the invention is used where a frequent change of the workpiece geometry (individual production to small series production) takes place and the workpieces are in the provision of a very simple order state.

Durch einen auch automatisch durchführbaren Wechsel der Greifelemente ist der Greifer sowohl für den Innen- und Außengril als auch zum Greifen von Wellen einsetzbar.Through an automatically feasible change of gripping elements of the gripper can be used for both the inner and outer grill and for gripping waves.

Characteristic of the known technical solutions

Das Handhaben von Werkstücken mittels Industrierobotern erfolgt mit Greifern, die mechanisch auf das jeweils bekannteThe handling of workpieces by means of industrial robots is done with grippers, which mechanically to the respectively known

Werkstück/Werkstücksortiment eingestellt sind. Von den eingestellten Maßen abweichende Werkstücke können dabei nichtWorkpiece / workpiece assortment are set. From the set dimensions deviating workpieces can not

oder nicht immer richtig gegriffen werden. Für unterschiedliche Werkstückarten werden unterschiedliche Greifer benötigt.or not always be used correctly. Different grippers are required for different workpiece types.

Der Bediener rüstet die Greifer bei wechselnder Geometrie um und wechselt die Greifer bei Änderung der Werkstückart.The operator converts the grippers with changing geometry and changes the grippers when changing the workpiece type.

Die Bereitstellung der Werkstücke erfolgt mit Hilfe von aufwendigen Speichern mit Speicherplätzen, auf denen die Werkstücke positioniert und fixiert sind. Die Speicher sind mit Antriebssystemen ausgestattet, um das zu entnehmende Werkstück inThe provision of the workpieces is done with the help of elaborate memories with memory locations on which the workpieces are positioned and fixed. The memories are equipped with drive systems to move the workpiece to be removed

Greifposition zu bringen.To bring gripping position.

Für unterschiedliche Werkstücke/Werkstücksortimente werden unterschiedliche Speicher benötigt, bzw. werden die Speicher entsprechend umgerüstet.Different memories are required for different workpieces / workpiece assortments or the storage units are converted accordingly.

Nach WP 126052 ist ein Verfahren zur Steuerung von Bewegungsabläufen zum Aufnehmen und Ablegen von Teilen bekannt, wonach durch am Greifer angeordnete bekannte Fühler, Geber oder Kontakte die Oberkante des Werkstückes bzw.According to WP 126052 a method for controlling movements for receiving and depositing parts is known, after which arranged on the gripper known sensors, encoders or contacts, the upper edge of the workpiece or

Behälterbodens erkannt wird. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß diese Lösung gleichzeitig nur für eine Teileart und vorprogrammierten Werkstücklagepositionen einsetzbar ist. Weiterhin sind Lösungen bekannt, bei denen visuelleContainer bottom is detected. The disadvantage of this solution is that this solution can be used at the same time only for one part type and preprogrammed workpiece position positions. Furthermore, solutions are known in which visual

Erkennungssysteme z. B. Kameras eingesetzt werden, die jedoch außerhalb des Greifers angeordnet und mit einem eigenenRecognition systems z. As cameras are used, however, arranged outside the gripper and with its own

Mikrorechner gekoppelt sind.Microcomputer are coupled.

Der Nachteil dieser Lösungen besteht in dem hohen gerätetechnischen Aufwand und den sich daraus ergebendenThe disadvantage of these solutions is the high equipment complexity and the resulting

eingeschränkten ökonomischen Einsatz.limited economic use.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung eines flexiblen einsetzbaren Greifers für Industrieroboter, der die Geometrie und Lage der zu handhabenden Werkstücke erkennt, sich danach selbsttätig in die erforderliche Greifposition einstellt und die Werkstücke sicher greift, wobei der Greifer flexibel für unterschiedliche Werkstücke einsetzbar sein soll. Durch den damit erreichbaren Fortfall aufwendiger, dem jeweiligen Werkstück angepaßter Speicher und Greifer soll der Aufwand für die Peripherie in flexiblen Fertigungen erheblich gesenkt sowie Umrüstzeiten eingespart werden.The aim of the invention is the development of a flexible gripper for industrial robots, which detects the geometry and position of the workpieces to be handled, then adjusts automatically in the required gripping position and the workpieces safely attacks, the gripper should be flexible for different workpieces , Due to the achievable elimination of consuming, the respective workpiece adapted memory and gripper, the cost of the periphery in flexible manufacturing is to be significantly reduced and changeover times can be saved.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer zu entwickeln, der mittels bekannter optoelektronischer Bauelemente in Verbindung mit einer Mikrorechnersteuerung und einem geeigneten Antriebssystem die Geometrie eines zu handhabenden Werkstückes erkenrtt, die richtige Greifposition ermittelt und sich mitteis der Mikrorechnersteuerung in die richtige Greifpositior bewegt. Durch einen einfachen, auch automatisch durchführbaren Wechsel von Greifelementen soll der Greiferfür verschieden Werkstückarten vielseitig verwendbar gestaltet sein.The invention has for its object to develop a gripper erkenrtt the known gripping position by means of known optoelectronic devices in conjunction with a microcomputer control and a suitable drive system geometry of a workpiece to be handled and moves mitteis the microcomputer control in the right Greifpositior. By a simple, even automatically feasible change of gripper elements of the gripper should be designed versatile for different types of workpieces.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Mittelpunkt eines zylindrischen Greifergrundkörpers mit vier im rechten Winkel zueinander angeordneten Greiffingern, die durch einen NC-gesteuerten Motor über eine Spindel und Spannmutter bewegt werden, eine CCD-Kamera mit einer Beleuchtungseinrichtung angeordnet wird. Die Informationen der CCD-Kamera werden einer Mikrorechnersteuerung zugeführt, die in der Lage ist, diese Informationen zu verarbeiten und als Steuersignale für die Industrierobotersteuerung, für die Beleuchtungssteuerung und für die Greiffingersteuerung bereitzustellen.According to the invention the object is achieved in that a CCD camera is arranged with a lighting device in the center of a cylindrical gripper body with four at right angles to each other arranged gripper fingers, which are moved by an NC-controlled motor via a spindle and clamping nut. The information from the CCD camera is supplied to a microcomputer controller which is capable of processing this information and providing it as control signals for the industrial robot control, for the lighting control and for the gripper finger control.

Zweckmäßigerweise werden von diesen Steuerungsaufgaben möglichst viele von dem Industrieroboter realisiert.Conveniently, as many of the industrial robot realized by these control tasks.

An jedem Greiffingervorderteil sind auswechselbare Greifelemente befestigt, wodurch ein flexibler Einsatz des Greifers für unterschiedlich geometrisch geformte Werkstücke gesichert wird.Interchangeable gripping elements are fastened to each gripper finger front part, whereby a flexible use of the gripper for differently geometrically shaped workpieces is ensured.

Der Greifer ist in bekannter Weise, federnd und elektronisch überwacht, am Industrieroboterhandgelenk befestigt.The gripper is in a known manner, resiliently and electronically monitored, attached to the industrial robot wrist.

Das Erkennen der Werkstücke erfolgt durch die CCD-Kamera während der Suchbewegung des Industrieroboters. Diese Suchbewegung erfolgt auf einer definierten Bahn, die je nach Bauart des Industrieroboters in zweckmäßiger Weise nach Geometrie und Geschwindigkeitsverlauf zu wählen ist.The workpieces are detected by the CCD camera during the search movement of the industrial robot. This search movement takes place on a defined path which, depending on the design of the industrial robot, is expediently to be selected according to geometry and speed profile.

Die Suchbewegung ist zunächst auf das kollisionsfreie Überstreichen einer möglichst großen Fläche der gesamten Szene ausgelegt und wendet sich dann dem einzelnen erkannten Objekt zu, dabei erfaßt die CCD-Kamera die Geometrie des Werkstückes und ermittelt mit Hilfe der Industrierobotersteuerung die Lage seines Mittelpunktes/des Greifpunktes. Auf diesen Greifpunkt wird die Greifermittelachse mittels des Industrieroboters und seiner Steuerung gebracht, die Greiferfinger werden auf die ermittelte Werkstückgeometrie mit Hilfe des NC-gesteuerten Spannmotors eingestellt und die Greiffinger mittels Industrieroboterbewegung positioniert.The search motion is initially designed for the collision-free sweeping over the largest possible area of the entire scene and then turns to the single detected object, while the CCD camera detects the geometry of the workpiece and determined by means of the industrial robot control the position of its center / the gripping point. At this gripping point, the gripper central axis is brought by means of the industrial robot and its control, the gripper fingers are adjusted to the determined workpiece geometry using the NC-controlled clamping motor and the gripper fingers positioned by means of industrial robot movement.

Danach erfolgt das Bewegen des Greifers mittels Industrieroboter in Richtung des Werkstückes bis der Greifpunkt erreicht ist, dieser Punkt wird durch bekannte geeignete Sensoren festgestellt, die Greiffinger werden mittels Spannmotor, Bewegungsspindel und Spannmutter geschlossen und das Werkstück ist gegriffen. Danach erfolgt das kollisionsfreie Entnehmen, das Handhaben und die Übergabe des Werkstückes an den Bearbeitungsprozeß und nach Beendigung die anschließende Rückführung des Werkstückes in bekannter Weise.Thereafter, the movement of the gripper by means of industrial robot in the direction of the workpiece until the gripping point is reached, this point is determined by known suitable sensors, the gripping fingers are closed by means of clamping motor, spindle and clamping nut and the workpiece is gripped. Thereafter, the collision-free removal, handling and transfer of the workpiece to the machining process and after completion of the subsequent return of the workpiece in a known manner.

Möglich ist aber auch eine Weiterverarbeitung im gegriffenen Zustand, z. B. in technologischen Prozessen in denen die Kamera weiter aktiv bleibt und den Prozeß mit überwacht z. B. beim Schweißen, Schleifen und der Montage.But it is also possible further processing in the gripped state, z. B. in technological processes in which the camera remains active and monitors the process with z. As in welding, grinding and assembly.

Mit dem erfindungsgemäßen Greifer wird somit durch das Erkennen der Werkstückart, der Werkstückgeometrie und der Werkstücklage der durchgängige Automatikbetrieb auch bei wechselndem Werkstücksortiment ermöglicht, ohne daß der Bediener eingreift und somit neben der Einsparung an Investitionskosten für die peripheren Einrichtungen sich ein verringerter Arbeitskräfteeinsatz ergibt. With the gripper according to the invention thus by detecting the workpiece type, the workpiece geometry and the workpiece position of the continuous automatic operation even with changing workpiece assortment allows, without the operator intervenes and thus results in addition to the savings in investment costs for the peripheral facilities, a reduced labor input.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:

Fig. 1: — eine Seitenansicht des Greifers in Schnittdarstellung Fig. 2: —eine Draufsicht des Greifers von unten gesehen (A-A) Fig. 3: —Greifelement für den Außengriff Fig.4: —Greifelement für den Außehgriff in Draufsicht (B-B) Fig. 5 u. 6; — Greifelemente wie in Fig. 3 und 4 für den Innengriff Fig.7u.8: —Greifelemente für den Wellengriff1: a side view of the gripper in a sectional view FIG. 2: a top view of the gripper seen from below (AA) FIG. 3 gripping element for the outer handle FIG. 4 gripping element for the outer handle in a plan view (BB) FIG 5 u. 6; - Gripping elements as shown in Fig. 3 and 4 for the inner handle Fig.7u.8: - gripping elements for the shaft handle

In Fig. 1 ist der Greifer in Entnahmeposition ohne die Greifelemente 15,17,19 dargestellt.In Fig. 1, the gripper is shown in the removal position without the gripping elements 15,17,19.

Der Greifer ist an dem Industrieroboterflansch 4 mittels federnder Aufhängung 5 befestigt und besteht aus dem topfförmigen Greifkörper 6 in dessen Mittelpunkt die CCD-Kamera 7 mit der Beleuchtungseinrichtung 8 angeordnet ist. Die Greifeinrichtung besteht aus den am Greiferkörper 6 montierten vier Greiferfingern 9, dem Antriebsmotor 10, der Spindel 11 und der Spannmutter 12.The gripper is attached to the industrial robot flange 4 by means of resilient suspension 5 and consists of the cup-shaped gripping body 6 in the center of the CCD camera 7 is arranged with the illumination device 8. The gripping device consists of the gripper body 6 mounted four gripper fingers 9, the drive motor 10, the spindle 11 and the clamping nut 12th

An jedem der vier Greiferfinger 9 befindet sich eine Greifelementaufnahme 13 zur Bestückung mit den Greifelementen 15 für Außengriff, 17 für Innengriff oder 19 für den Wellengriff.At each of the four gripper fingers 9 is a gripper element holder 13 for assembly with the gripping elements 15 for external handle, 17 for inner handle or 19 for the shaft handle.

Am Bespiel der Beschickung einer Werkzeugmaschine und ausgehend von der automatischen Bereitstellung der Werkstücke in Flachpaletten wird der technologische Ablauf beim Einsatz des Greifers in einer flexiblen Fertigungszelle erläutert. Die Werkstücke 1, 2 oder 3 liegen ungeordnet auf einer Flachpalette in gleicher Lage.On the example of the loading of a machine tool and starting from the automatic provision of the workpieces in flat pallets, the technological process when using the gripper in a flexible manufacturing cell is explained. The workpieces 1, 2 or 3 are disorderly on a flat pallet in the same position.

Die ungefähre Position der Flachpalette und ihre Größe sind in der Industrierobotersteuerung programmiert. Der Industrieroboter beginnt, ausgelöst durch ein Signal des abgeschlossenen Palettenwechsels, mit der Suchbewegung, dabei nimmt die CCD-Kamera 7 die Palettenszene von der kollisionssicheren Höhe auf.The approximate position of the flat pallet and its size are programmed in the industrial robot control. The industrial robot starts, triggered by a signal of the completed pallet change, with the search movement, while the CCD camera 7 takes the pallet scene of the collision-safe height.

Aus dem betrachteten Abschnitt wird das zu entnehmende Werkstück 1, 2 oder 3 gewählt, nachdem die Werkstückgeometrie durch Vergleichen im Rechner erkannt wurde. Der Industrieroboter bringt nach den erkannten Werkstückdaten die Greifelemente 15,17 oder 19 in Greifposition senkrecht über das Werkstück und auf den Durchmesser eingestellt. Durch Drehen des Handgelenkes werden die Greiferfinger 9 für das kollisionsfreie Eintauchen positioniert.From the considered section, the workpiece 1, 2 or 3 to be removed is selected after the workpiece geometry has been detected by comparisons in the computer. The industrial robot brings after the detected workpiece data, the gripping elements 15,17 or 19 in gripping position vertically over the workpiece and set to the diameter. By rotating the wrist, the gripper fingers 9 are positioned for collision-free immersion.

Die Höhe der Greifposition wird durch einen hier nicht näher beschriebenen Höhensensor an derfedernden Aufhängung 5 beim Erreichen signalisiert und die Eintauchbewegung der Greiferfinger 9 gestoppt. Der Antriebsmotor 10unddieSpindel11 mit der Spannmutter 12 bewegen über eine Umlenkkurve die Greiferfinger 9 zum Spannen (Spannbewegung 14,16 oder 18). Der Spannmotor 10 und die Spindel 11 beenden ihre Einwirkung wenn die Spannkraft oder wenn eine bestimmte Durchmesserunterschreitung erreicht ist.The height of the gripping position is signaled by a height sensor, not described in more detail here, on the resilient suspension 5 when it is reached, and the dipping movement of the gripper fingers 9 is stopped. The drive motor 10 and the spindle 11 with the clamping nut 12 move over a deflection curve the gripper fingers 9 for clamping (clamping movement 14,16 or 18). The clamping motor 10 and the spindle 11 stop their action when the clamping force or when a certain diameter underrun is reached.

Damit ist das Werkstück 1,2 oder 3 sicher gegriffen, wird aus der Palette genommen und dem Bearbeitungsprozeß zugeführt. Nach der Bearbeitung wird das Werkstück 1,2 oder 3 aus der Maschine entnommen und in umgekehrter Reihenfolge abgelegt.Thus, the workpiece is 1,2 or 3 safely gripped, taken from the pallet and fed to the machining process. After machining, the workpiece 1,2 or 3 is removed from the machine and stored in reverse order.

Claims

-1 - 251 72; Claim:

1. Flexible gripper with workpiece detection, consisting of a cylindrical gripper body with four hanging arranged gripper fingers with interchangeable gripping elements
and a separate drive, characterized in that in the center of the gripper axis a
CCD camera is arranged with lighting devices and the gripper finger drive from an arranged in the gripper NC-controlled drive motor, a spindle and a clamping nut
is formed.