DE102011086941B4

DE102011086941B4 - Industrieroboter

Info

Publication number: DE102011086941B4
Application number: DE102011086941.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Rödig
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: DE102011086941A1

Abstract

Industrieroboter, aufweisend – eine Bewegungssteuervorrichtung (30), – einen an die Bewegungssteuervorrichtung (30) angeschlossenen Manipulator (1), der mehrere um Achsen (A1, A2, A3, A4, A5, A6) bewegbare Glieder aufweist und der ein Werkzeug (8) trägt, dem ein Werkzeugbezugspunkt (10) zugeordnet ist, – ein an die Bewegungssteuervorrichtung (30) angeschlossenes Programmierhandgerät (15), das zum Handverfahren des Manipulators (1) eingerichtet ist, und – eine mit der Bewegungssteuervorrichtung (30) verbundene Hilfssteuervorrichtung (12) zum automatisch unterstützten manuellen Ausrichten des Werkzeugs (8) bezüglich eines Bauteils (26), aufweisend – ein erstes Erfassungsmittel (16), das ausgebildet ist, eine in der Bewegungssteuervorrichtung (30) gespeicherte Orientierung des Bauteils (26) zu erfassen, – ein zweites Erfassungsmittel (17), das ausgebildet ist, die Orientierung des Werkzeugbezugspunktes (10) aus den der Bewegungssteuervorrichtung (30) bekannten Achsstellungen des Manipulators (1) zu erfassen, zu bestimmen, insbesondere zu berechnen, – sowie ein Anzeigemittel (14) zur Darstellung der erfassten Orientierung des Bauteils (26) als ein erstes Symbol (21) und zur Darstellung der erfassten Orientierung des Werkzeugbezugspunktes (10) als ein zweites Symbol (19), – wobei die Hilfssteuervorrichtung (12) eingerichtet ist, aufgrund einer durch ein Handverfahren des Manipulators (1) mittels des Programmierhandgeräts (15) geänderten Orientierung des Werkzeugs (8), wenigsten eines der beiden Symbole (19, 21) in einer neuen, der geänderten Orientierung des Werkzeugs (8) entsprechenden Position auf dem Anzeigemittel (14) darzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter, aufweisend eine Bewegungssteuervorrichtung, einen an die Bewegungssteuervorrichtung angeschlossenen Manipulator, der mehrere um Achsen bewegbare Glieder aufweist und der ein Werkzeug trägt, dem ein Werkzeugbezugspunkt zugeordnet ist, und ein an die Bewegungssteuervorrichtung angeschlossenes Programmierhandgerät, das zum Handverfahren des Manipulators eingerichtet ist.
Die WO 98/00766 A1 beschreibt ein Verfahren zum Teachen eines programmgesteuerten Roboters bezüglich der Arbeits- oder Bahnpunkte an einem Werkstück mittels einer referierten optischen Vermessungseinrichtung, die eine Vermessungskamera und ein zangenförmiges Handgerät mit mindestens einem Positionsmelder aufweist, wobei die Arbeits- oder Bahnpunkte durch die Stellungen des Handgeräts im an das Werkstück angepressten Zustand vorgegeben sind, welche simulierten Werkzeugangriffen in der jeweiligen Werkzeugorientierung entsprechen und die Lage der Positionsmelder von der Vermessungskamera aufgenommen, sowie gespeichert wird und hieraus die Position der Arbeits- oder Bahnpunkte berechnet und in die Steuerung des Roboters übergeben wird. Eine zugehörige Vorrichtung zum Teachen eines programmgesteuerten Roboters bezüglich der Arbeits- oder Bahnpunkte an einem Werkstück weist eine referierte optische Vermessungseinrichtung auf, die eine Vermessungskamera und ein zangenförmiges Handgerät mit mindestens einem Positionsmelder umfasst. Dabei können an den Zangenarmen den Werkzeugangriff simulierende Anpressköpfe angeordnet sein.
Die EP 1 875 991 A2 beschreibt ein Messsystem mit einer Lichtempfangsvorrichtung und einem Mehrgelenksroboter, der derart ausgebildet ist, dass die Lichtempfangsvorrichtung relativ zu einem zu messenden Ziel verlagerbar ist.
Die US 2005/0107920 A1 beschreibt eine Korrekturvorrichtung für angelernte Positionen eines Roboterprogramms, bei dem mittels einer Kamera und einem Positionsrechner eine Positionsänderung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück optisch erfasst wird und anschließend die Robotersteuerung auf Grundlage der von der Kamera erfassten Bilder und deren Auswertung durch den Positionsrechner die angelernte Position im Roboterprogramm korrigiert.
Die WO 01/00370 A1 beschreibt ein Kalibrierverfahren von Manipulatoren, bei dem optische Messeinrichtungen dazu vorgesehen sind, in einer Messkaskade nacheinander die optische Messeinrichtung selbst, dann den Manipulator und abschließend eine Zuordnung des Manipulators zum Werkstück zu kalibrieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Industrieroboter zu schaffen, bei dem ein vom Industrieroboter getragenes Werkzeug bezüglich eines Bauteils beim Handverfahren auf einfache Weise ausgerichtet werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Industrieroboter, aufweisend:

– eine Bewegungssteuervorrichtung,
– einen an die Bewegungssteuervorrichtung angeschlossenen Manipulator, der mehrere um Achsen bewegbare Glieder aufweist und der ein Werkzeug trägt, dem ein Werkzeugbezugspunkt zugeordnet ist,
– ein an die Bewegungssteuervorrichtung angeschlossenes Programmierhandgerät, das zum Handverfahren des Manipulators eingerichtet ist, und
– eine mit der Bewegungssteuervorrichtung verbundene Hilfssteuervorrichtung zum automatisch unterstützten manuellen Ausrichten des Werkzeugs bezüglich eines Bauteils, aufweisend
– ein erstes Erfassungsmittel, das ausgebildet ist, eine in der Bewegungssteuervorrichtung (30) gespeicherte Orientierung des Bauteils zu erfassen,
– ein zweites Erfassungsmittel, das ausgebildet ist, die Orientierung des Werkzeugbezugspunktes aus den der Bewegungssteuervorrichtung (30) bekannten Achsstellungen des Manipulators (1) zu erfassen, zu bestimmen, insbesondere zu berechnen,
– sowie ein Anzeigemittel zur Darstellung der erfassten Orientierung des Bauteils als ein erstes Symbol und zur Darstellung der erfassten Orientierung des Werkzeugbezugspunktes als ein zweites Symbol,
– wobei die Hilfssteuervorrichtung eingerichtet ist, aufgrund einer durch ein Handverfahren des Manipulators mittels des Programmierhandgeräts geänderten Orientierung des Werkzeugs, wenigsten eines der beiden Symbole in einer neuen, der geänderten Orientierung des Werkzeugs entsprechenden Position auf dem Anzeigemittel darzustellen.

Die Bewegungssteuervorrichtung dient dazu, die Glieder des Manipulators durch Ansteuern von Antrieben des Manipulators zu bewegen. Die Antriebe ihrerseits bewegen dabei die Achsen des Manipulators. Jeweils zwei Glieder des Manipulators können dabei ein Gelenk bilden, welches die jeweilige Achse darstellt, die von einem zugeordneten Antrieb bewegt wird. Die Bewegungssteuervorrichtung kann einrichtet sein, die Antrieb des Manipulators zu steuern oder zu regeln. Die Bewegungssteuervorrichtung kann auch als Robotersteuerung bezeichnet werden.
Der Manipulator kann einen Handflansch aufweisen, an dem ein Werkzeug befestigt ist. Das Werkzeug kann beispielsweise eine vom Manipulator bewegte Schweißzange, ein Greifer oder ein sonstiger Endeffektor sein, der ein Bauteil, wie beispielsweise ein Werkstück oder sonstiges Objekt beeinflusst, handhabt, montiert und/oder bearbeitet.
Über ein an die Bewegungssteuervorrichtung steuerungstechnisch angeschlossenes Programmierhandgerät, welches ein Handbediengerät bildet, kann der Manipulator unter anderem durch Handverfahren bewegt, d. h. seine Glieder durch Antreiben der den Gelenken zugeordneten Antriebe zueinander verstellt, d. h. handverfahren werden. Dazu kann das Programmierhandgerät Handfahrtasten aufweisen, welche den Manipulator beispielsweise durch achsbezogenes Verändern der Winkelstellung zweier Glieder des Manipulators zueinander und/oder durch Verschieben der räumlichen Position eines Werkzeugsbezugspunktes des Werkzeugs oder des Handflansches des Manipulators im Raum in kartesischen Koordinaten eine Bewegung ausführen lassen können. Der Werkzeugsbezugspunkt kann auch als Werkzeugarbeitspunkt oder Tool-Center-Point (TCP) bezeichnet werden.
Mittels des Programmierhandgeräts kann eine Handeingabeprogrammierung erfolgen. Dabei kann der Manipulator durch manuelles Bedienen des Programmierhandgeräts in seinen Gelenkstellungen angetrieben verstellt werden, bis der Manipulator eine gewünschte Pose einnimmt und beispielsweise der Werkzeugbezugspunkt eine gewünschte Position und Orientierung im Raum einnimmt. Die Position und Orientierung des Werkzeugbezugspunkts kann dann als ein Stützpunkt in einem Roboterprogramm, beispielsweise im Rahmen einer Pose-zu-Pose-Steuerung oder eine Bahnsteuerung gespeichert werden.
Oftmals besteht ein Bedarf das vom Manipulator geführte Werkzeug bezüglich eines Bauteils exakt auszurichten. So sollen beispielsweise die beiden gegenüberliegenden Spitzen einer Schweißzange möglichst genau senkrecht zu zwei punktzuschweißenden, überlappenden ebenen Blechen als Bauteil ausgerichtet auf das Bauteil einwirken. Oder beispielsweise ein vom Manipulator geführtes Bohr- oder Fräswerkzeug soll senkrecht auf eine Oberfläche eines Bauteils spanend einwirken.
Bisher musste dazu das Werkzeug durch reines manuelles Betätigen des Programmierhandgeräts und Bewegen der Antriebe bzw. der Gelenke des Manipulators iterativ in die gewünschte, d. h. eine vorbestimmte Orientierung gebracht werden. Dazu wurden mechanische Hilfsmittel, wie beispielsweise Magnetpins, Winkelmesseisen oder Wasserwaagen benutzt.
Erfindungsgemäß wird nun ein Werkzeug bezüglich eines Bauteils beim Handverfahren auf einfache Weise durch eine Hilfssteuervorrichtung ausgerichtet, so dass mechanische Hilfsmittel wegfallen können und eine optische Kontrolle des Ergebnisses vereinfacht ist.
Eine erfindungsgemäße Hilfssteuervorrichtung kann Teil der Bewegungssteuervorrichtung sein oder als eine separate Steuervorrichtung getrennt von der Bewegungssteuervorrichtung ausgebildet sein. Die Hilfssteuervorrichtung kann teilweise oder vollständig als Hardware und/oder Software ausgeführt sein.
Indem die Hilfssteuervorrichtung die Orientierung des Werkzeugs, insbesondere des Werkzeugbezugspunktes automatisch erkennt, kann eine Abweichung der Orientierung des Werkzeugs, insbesondere des Werkzeugbezugspunktes von einer gewünschten, d. h. vorbestimmten Orientierung bezüglich des Bauteils an einem Anzeigemittel für einen Benutzer, d. h. Roboterprogrammierer optisch dargestellt werden. Insbesondere wird für einen Benutzer, d. h. Roboterprogrammierer ein Grad der Abweichung der Orientierung des Werkzeugs, insbesondere des Werkzeugbezugspunktes von einer gewünschten, d. h. vorbestimmten Orientierung bezüglich des Bauteils leichter erkennbar, wodurch die gewünschte Orientierung schneller gefunden werden kann.
Die Orientierung des Werkzeugs, insbesondere des Werkzeugbezugspunktes kann dabei aus den der Bewegungssteuervorrichtung bekannten Achsstellungen des Manipulators erfasst bzw. bestimmt, insbesondere berechnet werden. Die Orientierung des Bauteils kann insbesondere in der Bewegungssteuervorrichtung fest hinterlegt, d. h. gespeichert sein. Somit kann die Hilfsvorrichtung die Orientierung des Werkzeugs, insbesondere des Werkzeugbezugspunktes und die Orientierung des Bauteils sensorlos erfassen. Mithin können separate Sensoren entfallen. Auch können mechanische Messgeräte, wie Winkelmesseisen und Wasserwagen entfallen.
Auf dem Anzeigemittel können Abweichungen der Orientierung des Werkzeugs, insbesondere des Werkzeugbezugspunktes von einer gewünschten, d. h. vorbestimmten Orientierung bezüglich des Bauteils durch eine Darstellung von zugeordneten Symbolen auf dem Anzeigemittel auch dann differenziert optisch dargestellt und visuell wahrgenommen werden, wenn die tatsächliche Abweichung bei bloßer unmittelbarer Betrachtung von Werkzeug und Bauteil mit den Augen eines Benutzers, insbesondere Roboterprogrammierers nicht mehr eindeutig wahrgenommen werden kann. So kann auch bei der Umsetzung der tatsächlichen Winkelabweichung der Orientierung des Werkzeugs, insbesondere des Werkzeugbezugspunktes von einer gewünschten, d. h. vorbestimmten Orientierung bezüglich des Bauteils in eine Positionsdifferenz zweier Symbole auf dem Anzeigemittel eine Größenübersetzung und/oder eine Maßeinheitsübersetzung realisiert werden. So kann beispielsweise eine Winkelabweichung als eine Wegdifferenz, insbesondere als ein Abstand der beiden Symbole dargestellt werden. Es kann insbesondere auch eine beispielsweise sehr kleine Winkelabweichung von wenigen Winkelgraden oder Winkelminuten als eine deutliche Wegdifferenz, insbesondere als ein deutlicher Abstand der beiden Symbole von beispielsweise mehreren Zentimetern dargestellt werden. Gegebenenfalls kann eine solche Übersetzung vom Benutzter, beispielsweise am Programmierhandgerät manuell einstellbar sein.
In einer erfindungsgemäßen Ausführung kann das erste Symbol einen ersten Bezugspunkt und das zweite Symbol einen zweiten Bezugspunkt aufweisen und die Hilfssteuervorrichtung eingerichtet sein, die Bezugspunkte der beiden Symbole aufeinander ausgerichtet, insbesondere deckungsgleich auf dem Anzeigemittel darzustellen, wenn die Orientierung des Werkzeugbezugspunktes eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des Bauteils einnimmt. Beispielsweise können die beiden Symbole als grafische Pfeile dargestellt sein, deren Pfeilspitzen die Bezugspunkte bilden. Dabei können die beiden Pfeile in einem vertikalen oder horizontalen Abstand voneinander aufeinander zugerichtet dargestellt sein, wobei die beiden Bezugspunkte der beiden Symbole dann aufeinander ausgerichtet sind, wenn sich die beiden Pfeilspitzen berühren. In einem alternativen Beispiel kann das eine Symbol ein Fadenkreuz sein und das andere Symbol ein Punkt, wobei die Zentren von Fadenkreuz und Punkt als Bezugspunkte deckungsgleich auf dem Anzeigemittel dargestellt werden, wenn der Werkzeugbezugspunkt die gewünschte Orientierung eingenommen hat.
Generell kann ein Eingabemittel vorgesehen sein, durch das die Orientierung des Bauteils der Hilfssteuervorrichtung zugeführt werden kann. So kann beispielsweise ein oder mehrere Winkelwerte der Orientierung des Bauteils numerisch durch manuelle Eingabe auf dem Programmierhandgerät eingegeben werden. Alternativ können die Orientierungen des Bauteils aus der Bewegungssteuervorrichtung übernommen werden, wenn diese dort bereits hinterlegt, d. h. gespeichert sind. So können die Orientierungen des Bauteils beispielsweise bereits im Roboterprogramm als belegte Variablen definiert sein.
Eine vorbestimmte Orientierung des Bauteils kann somit insbesondere durch das Eingabemittel in Form wenigstens eines Winkelstellungswertes der Hilfssteuervorrichtung zuführbar sein.
In allen Ausführungen kann die Hilfssteuervorrichtung eingerichtet sein, das die Orientierung des Bauteils darstellende erste Symbol an einer festen Position auf dem Anzeigemittel und das die Orientierung des Werkzeugbezugspunktes darstellende zweite Symbol dynamisch positioniert in Abhängigkeit der momentanen Orientierung des Werkzeugs auf dem Anzeigemittel anzuzeigen.
Dies bedeutet, dass ein das Bauteil repräsentierende Symbol statisch auf dem Anzeigemittel dargestellt wird und ein den Werkzeugbezugspunkt repräsentierendes Symbol sich auf dem Anzeigemittel virtuell bewegt, wenn der Manipulator bzw. das Werkzeug bewegt wird. Insoweit wird die Position des den Werkzeugbezugspunkt repräsentierenden Symbols fortlaufend, d. h. dynamisch aktualisiert. Das Anzeigemittel kann beispielsweise ein Display, d. h. eine optische Datenanzeige oder ein Bildschirm sein. Das Anzeigemittel kann Teil des Programmierhandgerätes sein. Ein am Programmierhandgerät zu anderen Zwecken bereits vorhandenes Display kann als erfindungsgemäßes Anzeigemittel genutzt, insbesondere mitgenutzt werden.
In einer Variante kann das erste Symbol ein Fadenkreuz mit zu einem Zentrum konzentrischen Kreisen und das zweite Symbol eine Kreisfläche oder ein Punkt sein. In einer anderen Darstellungsform können die beiden Symbole auch in Art von Kimme und Korn oder beispielsweise als Pfeile ausgeführt sein.
Die Hilfsvorrichtung kann in einer Ausführungsform eingerichtet sein, eine Änderung des Werkzeugbezugspunktes um eine erste Raumrichtung, insbesondere eine Umorientierung des Werkzeugs um eine erste Raumrichtung durch eine vertikale Verschiebung des zweiten Symbols auf dem Anzeigemittel anzuzeigen und eine Änderung des Werkzeugbezugspunktes um eine zweite, zur ersten orthogonalen Raumrichtung, insbesondere eine Umorientierung des Werkzeugs um eine zweite, zur ersten orthogonalen Raumrichtung durch eine horizontale Verschiebung des zweiten Symbols auf dem Anzeigemittel anzuzeigen.
Somit können die Orientierungen zweier Raumrichtungen gleichzeitig auf dem Anzeigemittel dargestellt werden.
Die Hilfssteuervorrichtung kann eingerichtet sein, aufgrund zweier von drei möglichen Raumrichtungen ausgewählter Raumrichtungen, die den ausgewählten Raumrichtungen zugeordneten Orientierungen des Werkzeugbezugspunktes als vertikale und horizontale Position des zweiten Symbols auf dem Anzeigemittel anzuzeigen. Insbesondere kann die Hilfssteuervorrichtung eingerichtet sein, durch eine Eingabe eines Benutzers, beispielsweise am Programmierhandgerät, zwischen Darstellungen einer einzigen Raumrichtung, zweier Raumrichtungen und/oder anderer Kombinationen von zwei Raumrichtungen zu wechseln.
Das Programmierhandgerät kann ausgebildet sein, über ein Eingabemittel die zur Darstellung auf dem Anzeigemittel gewünschten Orientierungen des Werkzeugbezugspunktes manuell auswählbar zu machen.
Die Hilfssteuervorrichtung kann eingerichtet sein, als eine vorbestimmte Orientierung die Schwerkraftrichtung automatisch vorzugeben. Dazu kann ein separater Schwerkraftsensor vorgesehen sein oder aber die Schwerkraftrichtung kann aus einer bekannten festen Orientierung des Manipulatorsfußes bekannt sein. Insoweit kann beispielsweise die Schwerkraftrichtung rechnerisch aus der bekannten Orientierung eines Basiskoordinatensystems des Manipulators bestimmt werden. Das Basiskoordinatensystem kann beispielsweise fest verbunden mit einem Grundgestell des Manipulators definiert sein.
Insgesamt betrachtet kann es bei der Programmierung von Industrierobotern wichtig sein, eine Wirkrichtung von Werkzeugen zu einem zu bearbeitenden oder handzuhabenden Bauteil möglichst genau beizubehalten bzw. zu treffen.
Es ist üblich, dass bei der Programmierung von Industrierobotern mechanische Hilfsmittel wie beispielsweise Magnetpins, Winkelmesseisen oder Wasserwaagen einzusetzen, um eine gewünschte Orientierung vorzugeben.
Eine Zentriersymbolik kann als so genannte „Libelle” als eine Zusatzanzeige direkt auf der Anzeigeeinrichtung eines Programmierhandgerätes oder der Steuervorrichtung eingeblendet werden.
Vermessene Positions- und Orientierungswerte eines Werkzeugbezugspunktes des verwendeten Werkzeugs können automatisch berücksichtigt werden. Die Bauteilposition kann durch Eingabe eines Winkelwertes auf einfache Weise einstellbar sein.
Somit ergibt sich ein vorteilhaft einfaches Werkzeug für den Programmierer und Inbetriebnehmer. Es kann eine präzisere Werkzeugpositionierung als mit mechanischen Hilfsmitteln ermöglicht werden.
Ebenfalls kann eine schnellere Ausrichtung des Werkzeugbezugspunktes bezüglich des Bauteils erfolgen.
Dadurch kann sich eine Qualitätsverbesserung von Roboterprogrammen ergeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Figuren dargestellt.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Industrieroboters mit einer Schweißzange als Werkzeug,
2 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Hilfssteuervorrichtung;
3 eine grafische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines ersten Symbols als Zentriersymbol und eines zweiten Symbols als ein unzentriertes TCP-Symbol;
4 eine schematische Darstellung der Schweißzange nach 1 in einer unausgerichteten Orientierung entsprechend der Position des unzentrierten TCP-Symbols gemäß 3;
5 eine grafische Darstellung des Ausführungsbeispiels eines ersten Symbols als Zentriersymbol gemäß 3 und eines zweiten Symbols als ein zentriertes TCP-Symbol; und
6 eine schematische Darstellung der Schweißzange nach 1 in einer ausgerichteten Orientierung entsprechend der Position des zentrierten TCP-Symbols gemäß 5.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters mit einer Bewegungssteuervorrichtung 30 und einem Manipulator 1, der ein Werkzeug 8 trägt, dargestellt.
Der Manipulator 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf einem Sockel 2 befestigt. Der Manipulator 1 umfasst ein fest auf dem Sockel 2 angeordnetes Grundgestell 3, ein drehbar um eine Vertikalachse A1 auf dem Grundgestell 3 gelagertes Karussell 4, eine um eine horizontale Schwingenachse A2 schwenkbar gelagerte Schwinge 5, einen um eine horizontale Auslegerachse A3 drehbar an der Schwinge 5 gelagerten Ausleger 6 und eine Manipulatorhand 7 mit drei Handachsen A4, A5 und A6.
Die Manipulatorhand 7 trägt das Werkzeug 8, welches in diesem Ausführungsbeispiel als Schweißzange zum Punktschweißen von Bauteilen 26, 26a (siehe 4, 6) ausgebildet ist und hier zwei gegenüberstehende Elektroden 9 als Schweißzangenspitzen aufweist. Dem Werkzeug 8 ist ein Werkzeugkoordinatensystem 11 mit einem Werkzeugbezugspunkt 10, der auch als Tool Center Point (TCP) bezeichnet werden kann, zugeordnet, der in diesem Beispiel zentral an der Unterseite der oberen Elektrode 9 angeordnet ist. Selbstverständlich sind auch andere geeignete Positionen für den Werkzeugbezugspunkt 10 möglich.
Ein so genanntes Basiskoordinatensystem 28 liegt üblicherweise in einem rotatorischen Zentrum der Vertikalachse A1.
Zur Positionierung des Werkzeugs 8 mit den Elektroden 9, d. h. des Werkzeugbezugspunkts 10, in eine Zielposition führt der Manipulator 1 bestimmte Bewegungsabläufe anhand eines Programms der zugeordneten Bewegungssteuervorrichtung 30 aus.
Mit anderen Worten, der Manipulator 1 bewegt das Werkzeug 8 auf einem durch das Programm vorbestimmten Weg zu dem zu bearbeitenden Bauteil 26 bzw. den zu verbindenden Bauteilen 26a, 26b (4, 6) und fährt den Werkzeugbezugspunkt 10 beispielsweise an die zu bearbeitenden Bauteile 26a, 26b in eine durch das Programm vorbestimmte Zielposition heran. In dieser Zielposition ist es wichtig, dass die Orientierung des Werkzeugs 8 zu den zu bearbeitenden Bauteilen 26a, 26b möglichst genau eingenommen wird. Die Bewegungsabläufe sind Bewegungen des Werkzeugs 8 mit dem Werkzeugbezugspunkt 10 um die Achsen A1 bis A6 des Manipulators 1, sowohl einzeln als auch in Kombination.
Die Programmierung des Industrieroboters und seiner Bewegungsabläufe erfolgt mittels eines geeigneten Programmierhandgeräts 15, das an die Bewegungssteuervorrichtung 30 des Industrieroboters 1 angeschlossen oder in diese integriert ist.
Die 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Hilfssteuervorrichtung 12. Die Hilfssteuervorrichtung 12 umfasst eine Steuereinrichtung 13, ein Anzeigemittel 14 und ein Eingabemittel 23. Das Eingabemittel 23 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel Teil des Programmierhandgeräts 15. Die Hilfssteuervorrichtung 12 kann z. B. in der Bewegungssteuervorrichtung 30 integriert sein, wobei z. B. das Anzeigemittel 14 und das Programmierhandgeräts 15 Teil der Bewegungssteuervorrichtung 30 sein können.
Die Steuereinrichtung 13 ist mittels einer Verbindung 25 an die Bewegungssteuervorrichtung 30 des Industrieroboters angeschlossen. Die Hilfssteuervorrichtung 12 umfasst neben der der Steuereinrichtung 13 auch das Anzeigemittel 14 und das Eingabemittel 23 des Programmierhandgeräts 15.
Der Hilfssteuervorrichtung 12 ist auch ein erstes Erfassungsmittel 16 für die Orientierung des Bauteils 26, 26a, 26b und ein zweites Erfassungsmittel 17 für die Orientierung des Werkzeugbezugspunktes 10 bzw. für die Orientierung des Werkzeugs 8 zugehörig.
Das Anzeigemittel 14 weist beispielsweise einen Displaybereich 14a auf, welcher in mehrere Abschnitte aufgeteilt ist. In einem Hauptabschnitt 14b können z. B. Anzeigen für das Programmieren in unterschiedlicher Form angezeigt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Positionierabschnitt 20 für die Darstellung des Zentriersymbols 21 zusammen mit dem TCP-Symbol 21d vorgesehen. In einem weiteren Anzeigeabschnitt 22 können alphanumerische Anzeigen, z. B. für Winkelangaben, dargestellt werden.
Das Programmierhandgerät 15 kann mit dem Eingabemittel 23, z. B. mehrere Tasten oder ein Joystick, und mit einer Tastatur 24 ausgerüstet sein. Mit dem Eingabemittel 23 ist es möglich, das TCP-Symbol 21d in den am Eingabemittel 23 angedeuteten Richtungen in dem Positionierabschnitt 20 des Anzeigemittels 14 zu verschieben.
Die Steuereinrichtung 13 erzeugt mit Hilfe eines Zentriersymbolgenerators 18a das erste Symbol 21, d. h. das Fadenkreuz 21a und mit dem TCP-Symbolgenerator 18b das TCP-Symbol 19.
Die dazugehörigen Daten werden dem Anzeigemittel 14 zugeleitet, welche beide Symbole 21 und 19 in einem ihren Orientierungen entsprechenden Verhältnis zueinander auf dem Positionierabschnitt 20 im Displaybereich 14a entsprechend den Vorgaben der Steuereinrichtung 13 darstellt.
Dabei wird die dreidimensionale Ist-Orientierung des Werkzeugbezugspunkts 10 des Werkzeugs 8, dargestellt durch das TCP-Symbol 21d in eine zweidimensionale Darstellung auf dem Positionierabschnitt 20 umgesetzt. Natürlich kann auch eine dreidimensionale Berechnung und Darstellung mit entsprechender dreidimensionaler oder perspektivischer Anzeige möglich sein.
Ein Programmierer oder/und Inbetriebnehmer, welcher den Werkzeugbezugspunkt 10 des Werkzeugs 8 in die korrekte Wirkrichtung der Zielposition auszurichten hat, muss nun über das Eingabemittel 23 das TCP-Symbol 21d auf dem Positionierabschnitt 20 so verstellen, dass das TCP-Symbol 21d im Zentrum 21c des Zentriersymbols 21 angeordnet ist.
Dazu ist das Eingabemittel 23 über die Steuereinrichtung 13 nicht nur mit der Darstellung des TCP-Symbols 21d auf dem Positionierabschnitt 20 gekoppelt, sondern auch über die Steuereinrichtung 13 mit der Bewegungssteuervorrichtung 30 des Industrieroboters und somit mit dem Werkzeug 8 zur gleichzeitigen Ausrichtung des Werkzeugbezugspunkts 10 bzw. des Werkzeugs 8 und zur Speicherung der dazugehörigen Daten in der Bewegungssteuervorrichtung 30 gekoppelt. Wird durch das Eingabemittel 23 das TCP-Symbol 21d auf dem Positionierabschnitt 20 bewegt, so dreht sich entsprechend auch das Werkzeug 8 und damit der Werkzeugbezugspunkt 10 um die jeweilige Orientierung.
Wie in 3 gezeigt, weist das Zentriersymbol 21 ein Fadenkreuz 21a mit um das Zentrum 21c konzentrischen Zentrierkreisen 21b auf. Das TCP-Symbol 21d ist hier als eine schwarze Kreisfläche bzw. als Punkt ausgebildet. Das TCP-Symbol 21d ist noch unzentriert und entsprechend einer noch nicht erreichten gewünschten Orientierung des Werkzeugbezugspunkts 10 des in 4 gezeigten Werkzeugs 8 in diesem Ausführungsbeispiel im unteren rechten Quadranten des Zentriersymbols 21 angeordnet.
Das Werkzeug 8 in 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Punktschweißzange mit gegenüberstehenden Elektroden 9, wobei der Werkzeugbezugspunkt 10 an der Unterseite der oberen Elektrode 9 angeordnet sein kann. Zwischen den Elektroden 9 befinden sich die Bauteile 26a, 26b, nämlich ein erstes Bauteil 26a, welches mit dem anderen Bauteil 36b in einem Verbindungsabschnitt überlappt und hier in einer Horizontalen 29 angeordnet ist. Das Werkzeug 8 ist in einer noch nicht ausgerichteten Orientierung gezeigt, wobei das Werkzeug 8 in einem Winkel α zur Senkrechten der Horizontalen 29 und somit zu den zu verbindenden Bauteilen 26a, 26b geneigt ist. Der Winkel α ist hierbei die Winkelabweichung zu der gewünschten Orientierung. Die korrekte, gewünschte Orientierung des Werkzeugbezugspunkts 10 zu den zu bearbeitenden Bauteilen 26a, 26b steht hier senkrecht auf der Horizontalen 29. Mit anderen Worten, das Werkzeugkoordinatensystem 11 ist um die auf der Zeichenebene der 4 senkrecht stehende Achse um den Winkel α zu einem Bauteilkoordinatensystem 27 der zu verbindenden Bauteile 26a, 26b verdreht. Der Werkzeugbezugspunkt 10 ist dann in die korrekte, gewünschte Orientierung ausgerichtet, wenn dieser Winkel α zu Null wird.
Durch Verschieben des TCP-Symbols 21d auf dem Positionierabschnitt 20 mittels des Eingabemittels 23 wird der zentrierte bzw. ausgerichtete Zustand des Werkzeugs 8 bzw. des Werkzeugbezugspunkts 10 zum Verbindungsabschnitt 26b der Bauteile 26, 26a zwar optisch automatisch unterstützt, aber weiterhin manuell durch Handverfahren des Manipulators hergestellt.
So zeigt 5 in einer schematischen Darstellung des Ausführungsbeispiels des Zentriersymbols 21 nach 3 mit dem zentrierten TCP-Symbol 21d im Zentrum 21c der Zentrierkreise 21b und des Fadenkreuzes 21a. Das dazugehörige ausgerichtete Werkzeug 8 mit dem so umorientierten, auf die korrekte, gewünschte Orientierung ausgerichteten Werkzeugbezugspunkt 10 ist in 6 gezeigt.
Der Zentriervorgang des TCP-Symbols 21d, bei welchem das TCP-Symbol 21d in das Zentrum 21c des Zentriersymbols 21 auf dem Positionierabschnitt 20 des Displaybereichs 14a bewegt werden kann, erleichtert dem Programmierer bzw. dem Inbetriebnehmer das Ausrichten des Werkzeugbezugspunkts 10 des Werkzeugs 8 durch eine einfache optische Rückkopplung auf dem Anzeigemittel 14.

Claims

Industrieroboter, aufweisend – eine Bewegungssteuervorrichtung (30), – einen an die Bewegungssteuervorrichtung (30) angeschlossenen Manipulator (1), der mehrere um Achsen (A1, A2, A3, A4, A5, A6) bewegbare Glieder aufweist und der ein Werkzeug (8) trägt, dem ein Werkzeugbezugspunkt (10) zugeordnet ist, – ein an die Bewegungssteuervorrichtung (30) angeschlossenes Programmierhandgerät (15), das zum Handverfahren des Manipulators (1) eingerichtet ist, und – eine mit der Bewegungssteuervorrichtung (30) verbundene Hilfssteuervorrichtung (12) zum automatisch unterstützten manuellen Ausrichten des Werkzeugs (8) bezüglich eines Bauteils (26), aufweisend – ein erstes Erfassungsmittel (16), das ausgebildet ist, eine in der Bewegungssteuervorrichtung (30) gespeicherte Orientierung des Bauteils (26) zu erfassen, – ein zweites Erfassungsmittel (17), das ausgebildet ist, die Orientierung des Werkzeugbezugspunktes (10) aus den der Bewegungssteuervorrichtung (30) bekannten Achsstellungen des Manipulators (1) zu erfassen, zu bestimmen, insbesondere zu berechnen, – sowie ein Anzeigemittel (14) zur Darstellung der erfassten Orientierung des Bauteils (26) als ein erstes Symbol (21) und zur Darstellung der erfassten Orientierung des Werkzeugbezugspunktes (10) als ein zweites Symbol (19), – wobei die Hilfssteuervorrichtung (12) eingerichtet ist, aufgrund einer durch ein Handverfahren des Manipulators (1) mittels des Programmierhandgeräts (15) geänderten Orientierung des Werkzeugs (8), wenigsten eines der beiden Symbole (19, 21) in einer neuen, der geänderten Orientierung des Werkzeugs (8) entsprechenden Position auf dem Anzeigemittel (14) darzustellen.
Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Symbol (21) einen ersten Bezugspunkt und das zweite Symbol (19) einen zweiten Bezugspunkt aufweist und die Hilfssteuervorrichtung (12) eingerichtet ist, die Bezugspunkte der beiden Symbole (19, 21) aufeinander ausgerichtet, insbesondere deckungsgleich auf dem Anzeigemittel (14) darzustellen, wenn die Orientierung des Werkzeugbezugspunktes (10) eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des Bauteils (26) einnimmt.
Industrieroboter nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend ein Eingabemittel (23), durch das die Orientierung des Bauteils (26) der Hilfssteuervorrichtung (12) zuführbar ist.
Industrieroboter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorbestimmte Orientierung des Bauteils (26) durch das Eingabemittel (23) in Form wenigstens eines Winkelstellungswertes der Hilfssteuervorrichtung (12) zuführbar ist.
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Hilfssteuervorrichtung (12) eingerichtet ist, das die Orientierung des Bauteils (26) darstellende erste Symbol (21) an einer festen Position auf dem Anzeigemittel (14) und das die Orientierung des Werkzeugbezugspunktes (10) darstellende zweite Symbol (19) dynamisch positioniert in Abhängigkeit der momentanen Orientierung des Werkzeugs (8) auf dem Anzeigemittel (14) anzuzeigen.
Industrieroboter nach Anspruch 5, bei dem das erste Symbol (21) ein Fadenkreuz (21a) mit zu einem Zentrum (21c) konzentrischen Kreisen (21b) und das zweite Symbol (19) eine Kreisfläche oder ein Punkt ist.
Industrieroboter nach Anspruch 6, bei dem die Hilfsvorrichtung (12) eingerichtet ist, eine Änderung des Werkzeugbezugspunktes (10) um eine erste Raumrichtung, insbesondere eine Umorientierung des Werkzeugs (8) um eine erste Raumrichtung durch eine vertikale Verschiebung des zweiten Symbols (19) auf dem Anzeigemittel (14) anzuzeigen und eine Änderung des Werkzeugbezugspunktes (10) um eine zweite, zur ersten orthogonalen Raumrichtung, insbesondere eine Umorientierung des Werkzeugs (8) um eine zweite, zur ersten orthogonalen Raumrichtung durch eine horizontale Verschiebung des zweiten Symbols (19) auf dem Anzeigemittel (14) anzuzeigen.
Industrieroboter nach Anspruch 7, bei dem die Hilfssteuervorrichtung (12) eingerichtet ist, aufgrund zweier von drei möglichen Raumrichtungen ausgewählter Raumrichtungen, die den ausgewählten Raumrichtungen zugeordneten Orientierungen des Werkzeugbezugspunktes (10) als vertikale und horizontale Position des zweiten Symbols (19) auf dem Anzeigemittel (14) anzuzeigen.
Industrieroboter nach Anspruch 8, bei dem das Programmierhandgerät (15) ausgebildet ist, über ein Eingabemittel (23) die zur Darstellung auf dem Anzeigemittel (14) gewünschten Orientierungen des Werkzeugbezugspunktes (10) manuell auswählbar zu machen.
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei dem die Hilfssteuervorrichtung (12) eingerichtet ist, als eine vorbestimmte Orientierung die Schwerkraftrichtung automatisch vorzugeben.