DE102010039540B4

DE102010039540B4 - Handbediengerät zum manuellen Bewegen eines Roboterarms

Info

Publication number: DE102010039540B4
Application number: DE102010039540.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hollman; Gerhard Schnaubelt; Günther Dörner; Rainer Spatzier-Beck
Original assignee: KUKA Laboratories GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: DE102010039540C5; DE102010039540A1

Abstract

Handbediengerät zum manuellen Bewegen eines Roboterarms (2) eines Roboters (1), aufweisend mehrere, voneinander unabhängig betreibbare Verfahrmittel (14, 15, 16a-n), mittels derer jeweils der Roboterarm (2) unabhängig voneinander manuell bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Handbediengerät (10, 10a) eingerichtet ist, dass gleichzeitig jedem der Verfahrmittel (14, 15, 16a-n) jeweils ein dem Roboter (1) zugeordnetes Bezugskoordinatensystem (6, Ka–Kn) zugeordnet ist oder jedem der Verfahrmittel (14, 15, 16a–n) jeweils ein dem Roboter (1) zugeordnetes Bezugskoordinatensystem (6, Ka–Kn) derart zuordbar ist, dass jedem der Verfahrmittel (14, 15, 16a-n) sein Bezugskoordinatensystem (6, Ka–Kn) zugeordnet ist, um ein unmittelbares Wechseln der Verfahrmittel (14, 15, 16a-n) zum manuellen Bewegen des Roboterarms (2) zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Handbediengerät zum manuellen Bewegen eines Roboterarms.
Roboter sind Arbeitsmaschinen, die zur automatischen Handhabung und/oder Bearbeitung von Objekten mit Werkzeugen ausgerüstet werden können und in mehreren Bewegungsachsen beispielsweise hinsichtlich Orientierung, Position und Arbeitsablauf programmierbar sind. Roboter weisen üblicherweise einen Roboterarm oder Manipulator mit mehreren Achsen und programmierbare Steuerungen (Steuervorrichtungen) auf, die während des Betriebs die Bewegungsabläufe des Roboters steuern bzw. regeln.
Der Roboterarm kann auch mittels eines Handbediengerätes manuell bewegt werden. Das Handbediengerät, das mit der Steuervorrichtung kommuniziert, umfasst dazu eine oder mehrere Verfahrmittel, z. B. eine 3D-Maus. Um ein manuelles Bewegen des Roboterarms zu ermöglichen, wird vor dem Auswählen des gewollten Verfahrmittels diesem ein dem Roboter zugeordnetes Bezugskoordinatensystem zugeordnet. Soll das Verfahrmittel gewechselt werden, muss zunächst das aktuelle Verfahrmittel abgewählt und dann das nächste Verfahrmittel angewählt werden. Nach dem Abwählen, d. h. Deaktivieren des aktuellen und dem Auswählen des neuen Verfahrmittels muss außerdem dem neuen Verfahrmittel ein Bezugskoordinatensystem zugeordnet werden, damit mit dem neuen Verfahrmittel der Roboterarm manuell bewegbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Handbediengerät mit mehreren Verfahrmitteln zum manuellen Bewegen eines Roboterarms anzugeben, welches eine vereinfachte Bedienung erlaubt.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Handbediengerät zum manuellen Bewegen eines Roboterarms eines Roboters, aufweisend mehrere, voneinander unabhängig betreibbare Verfahrmittel, mittels derer jeweils der Roboterarm unabhängig voneinander manuell bewegbar ist, wobei das Handbediengerät eingerichtet ist, dass gleichzeitig jedem der Verfahrmittel jeweils ein dem Roboter zugeordnetes Bezugskoordinatensystem zugeordnet ist oder jedem der Verfahrmittel jeweils ein dem Roboter zugeordnetes Bezugskoordinatensystem derart zuordbar ist, dass jedem der Verfahrmittel sein Bezugskoordinatensystem zugeordnet ist, um ein unmittelbares Wechseln der Verfahrmittel zum manuellen Bewegen des Roboterarms zu ermöglichen. Damit mit dem relevanten Verfahrmittel der Roboterarm bewegt werden kann, ist es nötig, dass diesem ein dem Roboter zugeordnetes Bezugskoordinatensystem zugeordnet ist. Da erfindungsgemäß jedem der Verfahrmittel jeweils ein Bezugskoordinatensystem gleichzeitig zugeordnet ist bzw. derart zuordbar ist, dass jedem der Verfahrmittel sein Bezugskoordinatensystem gleichzeitig zugeordnet ist, kann für das manuelle Bewegen des Roboterarms unmittelbar zwischen den Verfahrmitteln gewechselt werden ohne zunächst das aktuelle Verfahrmittel abzuwählen und das neu Verfahrmittel zu konfigurieren. Somit sind während der manuellen Bewegung alle Verfahrmittel bereits aktiviert bzw. konfiguriert, d. h. jeweils mit ihren Bezugskoordinatensystemen versehen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Roboter, aufweisend einen Roboterarm mit mehreren, bezüglich Achsen bewegbaren Gliedern, eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, Antriebe zum Bewegen der Glieder des Roboterarms anzusteuern, und das mit der Steuervorrichtung verbindbare erfindungsgemäße Handbediengerät.
Das erfindungsgemäße Handbediengerät kann derart eingerichtet sein, dass das zuordbare Bezugskoordinatensystem aus einer Menge von dem Roboter zugeordneten Bezugskoordinatensystemen auswählbar ist.
Ein Verfahrmittel des erfindungsgemäßen Handbediengerätes kann als eine 6D-Maus, die auch als Space-Maus bezeichnet wird, ausgeführt sein. Eine 6D-Maus erlaubt eine manuelle Bewegung des Roboterarms in sechs Freiheitsgraden.
Ein Verfahrmittel des erfindungsgemäßen Handbediengerätes kann als Verfahrtasten, insbesondere als mehrere Wipp-Tasten ausgebildet sein.
Mögliche Bezugskoordinatensysteme sind z. B. Folgende:

– ein bezüglich des Roboterarms ortsfestes Basis Koordinatensystem, das auch als Weltkoordinatensystem bezeichnet wird.
– ein Achsen des Roboterarms zugeordnetes achsenspezifisches Koordinatensystem,
– ein Werkstück Koordinatensystem und/oder
– ein Werkzeug Koordinatensystem.

Beim achsenspezifischen Koordinatensystem kann z. B. jede der Achsen des Roboterarms in positiver und negativer Richtung verfahren werden. Das Werkstück Koordinatensystem ist beispielsweise ein rechtwinkliges Koordinatensystem, das seinen Ursprung an einem mit dem Roboter zu bearbeitenden Werkstück hat. Das Werkzeug Koordinatensystem ist beispielsweise ein rechtwinkliges Koordinatensystem, dessen Ursprung am Werkzeug bzw. Endeffektor liegt, das gegebenenfalls an einer Befestigungsvorrichtung des Roboterarms befestigt ist.
Es kann z. B. vorgesehen sein, dass wenigstens zwei der Verfahrmittel dasselbe Bezugskoordinatensystem zugeordnet oder zuordbar ist. Es ist aber auch möglich, dass wenigstens zwei der Verfahrmittel verschiedene Bezugskoordinatensysteme zugeordnet oder zuordbar sind.
Um z. B. zu vermeiden, dass während des manuellen Bewegens des Roboterarms gleichzeitig zwei Verfahrmittel betätigt werden, kann es nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Handbediengerätes vorgesehen sein, dass während des Bedienens eines der Verfahrmittel das andere oder die anderen Verfahrmittel für eine Bedienung gesperrt sind.
Das erfindungsgemäße Handbediengerät ist somit eingerichtet, dass nach dem Wechsel in eine Betriebsart zum manuellen Bewegen einer Kinematik bzw. eines Roboterarms alle Eingabegeräte bzw. Verfahrmittel des Handbediengerätes aktiviert sind. Somit ist es gegebenenfalls möglich, dass mehrere Eingabegeräte bzw. Verfahrmittel gleichzeitig aktiviert sind, für jedes Eingabegerät bzw. Verfahrmittel unterschiedliche Bezugskoordinatensysteme gesetzt werden können, oder ein anderes Eingabegerät bzw. Verfahrmittel ohne explizite Umschaltung unmittelbar verwendet werden kann.
Gegebenfalls ist das erfindungsgemäße Handbediengerät eingerichtet, dass das selektierte Bezugskoordinatensystem jedem Eingabegerät getrennt zugeordnet wird, vor dem Verwenden eines aktivierten Eingabegerätes/Verfahrmittels gegebenenfalls notwendige Daten für das selektierte Bezugskoordinatensystem gesetzt werden, oder alle Eingabegeräte/Verfahrmittel standardmäßig aktiviert sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
1 einen Roboter,
2 ein Handbediengerät zum manuellen Bewegen des Roboterarms des Roboters der 1 und
3 ein Handbediengerät in schematisierter Form.
Die 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Roboter 1 mit einem Roboterarm 2 und mit einer Steuervorrichtung 3.
Der Roboterarm 2 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere nacheinander angeordnete und mittels Gelenke verbundene Glieder. Bei den Gliedern handelt es sich insbesondere um ein ortsfestes oder bewegliches Gestell 4 und ein relativ zum Gestell 4 um eine vertikal verlaufende Achse A1 drehbar gelagertes Karussell. Weitere Glieder des Roboterarms 2 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Schwinge, ein Ausleger und eine vorzugsweise mehrachsige Roboterhand, an der eine als Flansch 5 ausgebildete Befestigungsvorrichtung für einen nicht näher dargestellten Endeffektor angeordnet ist.
Die Schwinge ist am unteren Ende z. B. an einem nicht näher dargestellten Schwingenlagerkopf auf dem Karussell um eine vorzugsweise horizontale Achse A2 schwenkbar gelagert. Am oberen Ende der Schwinge ist wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise horizontale Achse A3 der Ausleger schwenkbar gelagert. Dieser trägt endseitig die Roboterhand mit ihren vorzugsweise drei Achsen A4–A6.
Dem Roboter 1 bzw. dessen Roboterarm 2 ist ein Welt bzw. Roboter Basis Koordinatensystem 6 zugeordnet, das ortsfest bezüglich des Gestells 4 des Roboterarms 2 ist. Das Basis Koordinatensystem 6 ist insbesondere ein kartesisches Koordinatensystem.
Um den Roboter 1 bzw. dessen Roboterarm 2 zu bewegen, umfasst dieser in allgemein bekannter Weise mit der Steuervorrichtung 3 verbundene Antriebe, die insbesondere elektrische Antriebe sind. Auf der Steuervorrichtung 3, die beispielsweise als ein PC ausgeführt ist, läuft ein Rechenprogramm, das, wie es dem Fachmann im Prinzip bekannt ist, die elektrischen Antriebe derart ansteuert, dass der Roboterarm 2 bzw. der Flansch 5 eine vorgegebene Bewegung ausführt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann der Roboter 1 mittels eines an die Steuervorrichtung 3 anschließbaren und in der 2 näher dargestellten Handbediengerätes 10 programmiert werden bzw. kann der Roboterarm 2 mittels des Handbediengerätes 10 manuell bewegt werden. Das Handbediengerät 10 umfasst z. B. eine Elektronik, die einen Mikroprozessor umfasst, um mit der Steuervorrichtung 3 kommunizieren zu können.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst das Handbediengerät 10 eine als Touch-Screen 11 ausgebildete Anzeige, eine Not-Aus Taste 12 und einen als Schloss ausgebildeten Umschalter 13. Mittels des Umschalters 13 bzw. eines nicht näher dargestellten Schlüssels kann mittels des Handbediengerätes 10 der Roboter 1 von seinem Automatik- in seinen Handbetrieb zum manuellen Bewegen umgeschaltet werden. Beim Aktivieren der Not-Aus Taste 12 stoppt der Roboter 1 seine Bewegung automatisch. Mittels des Touch-Screens 11 kann menugeführt das Handbediengerät 10 eingestellt werden.
Das Handbediengerät 10 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels derart eingerichtet, dass mit ihm der Roboterarm 1 manuell bewegt werden kann. Aufgrund der manuellen Bewegung kann z. B. eine Bahn, auf der im Automatikbetrieb sich beispielsweise der Flansch 5 bewegen soll, programmiert werden, wie dies dem Fachmann im Prinzip bekannt ist und daher nicht näher erläutert wird.
Um den Roboterarm 2 manuell bewegen zu können, umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Handbediengerät 10 zwei verschiedene und insbesondere voneinander unabhängig manuell betätigbare Eingabemittel bzw. Verfahrmittel 14, 15. Eines der beiden Verfahrmittel 14 ist z.B. als eine 6D-Maus 14a und das andere Verfahrmittel 15 ist beispielsweise als mehrere Wipp-Tasten 15a–h ausgeführt. Die 6D-Maus 14a, die auch als Space-Maus bezeichnet wird, erlaubt, wenn aktiviert, eine Bewegung des Roboterarms 2 in sechs Freiheitsgraden. Mittels der Wipp-Tasten 15a–15f kann ebenfalls der Roboterarm 2 manuell bewegt werden. Die Wipp-Tasten 15g, h sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels vorgesehen, eventuell vorhandene Zusatzachsen manuell zu bewegen.
Um den Roboterarm 2 mittels der Verfahrmittel 14, 15 bewegen zu können, benötigen diese ein ihnen zugeordnetes Bezugskoordinatensystem. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist es mittels des Handbediengerätes 10, insbesondere mittels des Toch-Screens 11 möglich, jedem der Verfahrmittel 14, 15 sein eigenes Bezugskoordinatensystem zuzuordnen. Insbesondere ist es vorgesehen, den jeweiligen Verfahrmitteln 14, 15 ein Bezugskoordinatensystem aus einer Menge von Bezugskoordinatensystemen zuzuordnen.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann insbesondere ein achsenspezifisches Koordinatensystem oder das Welt bzw. Basis Koordinatensystem 6 ausgewählt werden. Beim achsenspezifischen Koordinatensystem kann jede der Achsen A1–A6 des Roboterarms 2 in positiver und negativer Richtung verfahren werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Werkstück Koordinatensystem und/oder ein Werkzeug Koordinatensystem wählbar ist. Das Werkstück Koordinatensystem ist beispielsweise ein rechtwinkliges Koordinatensystem, das seinen Ursprung an einem mit dem Roboter 1 zu bearbeitenden Werkstück hat. Das Werkzeug Koordinatensystem ist beispielsweise ein rechtwinkliges Koordinatensystem, dessen Ursprung am Werkzeug bzw. Endeffektor liegt, das gegebenenfalls am Flansch 5 des Roboterarms 2 befestigt ist.
Die 3 zeigt in verallgemeinerter bzw. schematisierter Form ein Handbediengerät 10a, welches mehrere Verfahrmittel 16a–n umfasst, mit denen sich unabhängig voneinander der Roboterarm 2 manuell bewegen lässt.
Für ein manuelles Verfahren bzw. Bewegen des Roboterarms 2 mittels des Handbediengerätes 10, 10a ordnet im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Bedienperson zunächst jedem der Verfahrmittel 14, 15, 16a–n ein eigenes Bezugskoordinatensystem K1–Kn zu. So kann es z. B. vorgesehen sein, dass den Verfahrtasten bzw. Wipp-Tasten 15a–15f das achsenspezifische Koordinatensystem zugeordnet wird. Dann ist es möglich, wenn die Wipp-Tasten 15a–f zum manuellen Bewegen des Roboterarms 2 benützt werden, z. B. durch Betätigen der Wipp-Taste 15a die Achse A1, durch Betätigen der Wipp-Taste 15b die Achse A2, durch Betätigen der Wipp-Taste 15c die Achse A3, durch Betätigen der Wipp-Taste 15d die Achse A4, durch Betätigen der Wipp-Taste 15e die Achse A5, und durch Betätigen der Wipp-Taste 15g die Achse A6 manuell zu bewegen. Der 6D-Maus 14a kann z. B. das Basis Koordinatensystem 6 zugeordnet werden. So ist es möglich, den einzelnen Verfahrmitteln 14, 15, 16a–n jeweils dasselbe Bezugskoordinatensystem oder auch verschiedene Bezugskoordinatensysteme zuzuordnen.
Nachdem den einzelnen Verfahrmitteln 14, 15, 16a–n jeweils ein Bezugskoordinatensystem Ka–n zugeordnet wurde, kann mit jedem der Verfahrmitteln 14, 15, 16a–n der Roboterarm 2 manuell bewegt werden. Insbesondere ist es möglich, für das manuelle Bewegen zwischen den einzelnen Verfahrmitteln 14, 15, 16a–n zu wechseln. Da den einzelnen Verfahrmitteln 14, 15, 16a-n bereits jeweils ein Bezugskoordinatensystem Ka–Kn fest zugeordnet ist, kann zwischen den einzelnen Verfahrmitteln 14, 15, 16a-n unmittelbar gewechselt werden, ohne vorher dem aktuell gewählten Verfahrmittel 14, 15, 16a-n ein Bezugskoordinatensystem Ka–n zuzuordnen.
Um zu vermeiden, dass gleichzeitig mit mehr als einem der Verfahrmittel 14, 15, 16a-n der Roboterarm 2 manuell bewegt wird, kann es vorgesehen sein, während des aktuellen Verwendens eines der Verfahrmittel 14, 15, 16a-n das bzw. die restlichen Verfahrmittel 14, 15, 16a-n zu sperren. Sobald das aktuelle Verfahrmittel 14, 15, 16a-n nicht bedient wird, kann unmittelbar der Roboterarm 2 mit dem anderen bzw. einer der anderen Verfahrmittel 14, 15, 16a-n manuell bewegt werden.

Claims

Handbediengerät zum manuellen Bewegen eines Roboterarms (2) eines Roboters (1), aufweisend mehrere, voneinander unabhängig betreibbare Verfahrmittel (14, 15, 16a-n), mittels derer jeweils der Roboterarm (2) unabhängig voneinander manuell bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Handbediengerät (10, 10a) eingerichtet ist, dass gleichzeitig jedem der Verfahrmittel (14, 15, 16a-n) jeweils ein dem Roboter (1) zugeordnetes Bezugskoordinatensystem (6, Ka–Kn) zugeordnet ist oder jedem der Verfahrmittel (14, 15, 16a–n) jeweils ein dem Roboter (1) zugeordnetes Bezugskoordinatensystem (6, Ka–Kn) derart zuordbar ist, dass jedem der Verfahrmittel (14, 15, 16a-n) sein Bezugskoordinatensystem (6, Ka–Kn) zugeordnet ist, um ein unmittelbares Wechseln der Verfahrmittel (14, 15, 16a-n) zum manuellen Bewegen des Roboterarms (2) zu ermöglichen.
Handbediengerät nach Anspruch 1, das eingerichtet ist, dass das zuordbare Bezugskoordinatensystem aus einer Menge von dem Roboter (1) zugeordneten Bezugskoordinatensystemen (6, Ka–Kn) auswählbar ist.
Handbediengerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest eines der Verfahrmittel (14, 15, 16a–n) als eine 6D-Maus (14a) und/oder als mehrere Wipp-Tasten (15a–f) ausgebildet ist.
Handbediengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das zugeordnete oder zuordbare Bezugskoordinatensystem (6, Ka–Kn) ein bezüglich dem Roboterarm (2) ortsfestes Basis Koordinatensystem, ein Achsen (A1–A6) des Roboterarms (2) zugeordneten achsenspezifisches Koordinatensystem, ein Werkstück Koordinatensystem und/oder ein Werkzeug Koordinatensystem ist.
Handbediengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem wenigstens zwei der Verfahrmittel (14, 15, 16a-n) dasselbe Bezugskoordinatensystem (6, Ka–Kn) zugeordnet oder zuordbar ist, oder bei dem wenigstens zwei der Verfahrmittel (14, 15, 16a-n) verschiedene Bezugskoordinatensysteme (6, Ka–Kn) zugeordnet oder zuordbar sind.
Handbediengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem während des Bedienens eines der Verfahrmittel (14, 15, 16a-n) das andere oder die anderen Verfahrmittels (14, 15, 16a-n) für eine Bedienung gesperrt sind.
Roboter, aufweisend einen Roboterarm (2) mit mehreren, bezüglich Achsen (A1–A6) bewegbaren Gliedern, eine Steuervorrichtung (3), die eingerichtet ist, Antriebe zum Bewegen der Glieder des Roboterarms (2) anzusteuern, und ein mit der Steuervorrichtung (3) verbindbares Handbediengerät (10, 10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.