DE102013107709B4

DE102013107709B4 - Greifrobotersystem mit Rollvorrichtung

Info

Publication number: DE102013107709B4
Application number: DE102013107709.9A
Authority: DE
Inventors: Masaru Oda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2033-07-20
Also published as: US8733810B2; JP5480340B2; CN103568017A; US20140028040A1; CN103568017B; DE102013107709A1; JP2014024143A

Abstract

Herausgreif-Robotersystem, das einen Roboter (10) umfasst, der konfiguriert ist, um mit Hilfe einer Hand (14), die an einem Vorderende eines Roboterarms (12) des Roboters angeordnet ist, zufällig angeordnete Werkstück (18) einzeln zu ergreifen, wobei die Hand umfasst: ein Basisteil (24), das am Vorderende des Roboterarms befestigt ist; ein Greifteil, das von zwei oder drei Fingern (16) gebildet wird, die schwenkbar an dem Basisteil angebracht sind, wobei das Greifteil ein herauszunehmendes Werkstück innerhalb eines Greifbereichs ergreifen kann, der durch die Finger bestimmt ist; und eine Rollenvorrichtung (26, 26a), die am Vorderende eines jeden Fingers angeordnet ist und eine Rolle (32) aufweist, die von einem Motor (28) angetrieben wird, wobei die Rollenvorrichtung dafür ausgelegt ist, das herauszunehmende Werkstück zwischen gegenüberliegenden Rollen zu ergreifen und das ergriffene Werkstück in den Greifbereich einzuziehen, und zwar durch eine Vorwärtsdrehung der Rollen, wobei die Hand zudem eine Greifteil-Stellvorrichtung (40, 44) aufweist, die ausgebildet ist, um eine Entfernung zwischen den zwei oder drei Fingern graduell zu verändern, damit der Status des Greifteils zwischen einem beschränkten Status, in dem der Öffnungsgrad der Finger beschränkt ist, damit die Finger eine vorbestimmte Greifkraft erzeugen, und einem freigegebenen Status, in dem der Öffnungsgrad der Finger keinen Beschränkungen unterliegt, umgeschaltet werden kann, wobei die Greifteil-Stellvorrichtung ein Rahmenteil (40) aufweist, durch das sich die zwei oder drei Finger (16) erstrecken, wobei das Rahmenteil dafür ausgelegt ist, in einer Richtung vom Basisteil (24) zu der Rollenvorrichtung (26, 26a) zu gleiten, damit nach und nach die Entfernung zwischen den zwei oder drei Fingern verändert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Robotersystem, das mit Hilfe eines Roboters ein Objekt herausgreift, wobei eine Rollvorrichtung an einem Finger einer Hand des Roboters angeordnet ist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Man kennt Roboter, die eine Kamera haben, mit der sie ein Objekt erfassen, das herauszugreifen ist, und eine Greifhand. Beispielsweise offenbart die ungeprüfte japanische Patentschrift (Kokai) JP 2004-230 513 A einen Werkstück-Herausnahmeroboter, bei dem eine Hand mit einer Greifvorrichtung und ein Sensorkopf an einem Vorderende eines Roboterarms angeordnet sind, und bei dem die Lage der Hand geeignet verändert wird, und zwar abhängig von einem Bild des Werkstücks, das der Sensorkopf erfasst.
Zudem offenbart die ungeprüfte japanische Patentschrift (Kokai) JP 2005-317 854 A einen Transferroboter, der eine Hand zum Halten eines plattenartigen Werkstücks in horizontaler Lage aufweist, wobei eine Anzahl Rollen und ein rotierender Antriebsmechanismus zum Drehen der Rollen an der Hand angebracht sind, damit das Werkstück in horizontaler Richtung befördert wird.
In der Vorrichtung der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr. JP 2004-230 513 A wird die Lage der Hand passend verändert, damit das herauszunehmende Werkstück ergriffen wird, und zwar entsprechend zur Lage des Werkstücks oder zur Lage der übereinander liegenden Werkstücke. Die Vorrichtung besitzt jedoch keine Funktion zum gezielten Einfügen des Werkstücks in die Hand. Befinden sich also die Werkstücke nahe beieinander, so kann ein weiteres Werkstück nahe am Zielwerkstück ein Hindernis darstellen, durch das das Zielwerkstück nicht ergriffen werden kann.
In der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr. JP 2005-317 854 A weist die Hand mit der Rollenvorrichtung eine ebene Handfläche auf. Damit kann die Hand zwar Werkstücke befördern, die in geordneter Weise zugeführt werden. Es ist aber schwierig für die Hand, Werkstücke herauszugreifen oder zu befördern, die unterschiedliche Formen haben und in zufälliger Weise angeordnet sind.
Die US 6 554 337 B2 offenbart ein Roboter-Greifsystem zum Greifen von Säcken mit einer deformierbaren Oberfläche, wobei die deformierbare Oberfläche des Sacks zwischen zwei Rollen eingeklemmt wird.
Die JP 2011-083882 A offenbart ein Roboter-Greifsystem mit einem Bildbearbeitungssystem zur Erkennung der Position eines Werkstücks.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Robotersystem bereitzustellen, das gezielt ein Werkstück in eine Hand einziehen kann und das die Werkstücke auch dann nacheinander und wirksam herausgreifen kann, wenn die Werkstücke zufällig angeordnet sind.
Die Aufgabe wird durch ein Herausgreif-Robotersystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß besitzt der Greifteil-Beschränkungsabschnitt ein Rahmenteil, durch das sich die zwei oder drei Finger erstrecken, wobei das Rahmenteil dafür ausgelegt ist, in einer Richtung vom Basisteil zu der Rollenvorrichtung zu gleiten, damit nach und nach die Entfernung zwischen den zwei oder drei Fingern verändert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Greifteil-Beschränkungsabschnitt einen Luftzylinder, der auf dem Basisteil benachbart zu einer Außenseite eines jeden Fingers angeordnet ist, und jeder Luftzylinder ist dafür ausgelegt, die Außenseite des Fingers zu berühren und Druck auf den Finger auszuüben, damit allmählich die Entfernung zwischen den zwei oder drei Fingern verändert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Greifrobotersystem zudem:
einen Bildsensor, der die Position und Lage eines jeden Werkstücks einer Anzahl Werkstücke erfasst, die zufällig angeordnet sind;
ein Referenzbewegungsprogramm, das vorab bezüglich eines Referenzwerkstücks gelehrt wird, wobei das Referenzbewegungsprogramm einen Roboterbewegungsbefehl enthält, der eine Folge von Lehrpunkten umfasst, und einen Befehl für die Hand, durch den das Referenzwerkstück mit Hilfe der Hand herausgenommen wird; und
einen Controller, der eine Funktion zum Korrigieren von Positionsinformation und Lageinformation an jedem Lehrpunkt der Folge in dem Referenzbewegungsprogramm hat, und zwar gestützt auf Information aus dem Bildsensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Robotersystem eine Fühlvorrichtung, die fühlt, dass das Werkstück in den Greifbereich gezogen ist.
Die Fühlvorrichtung kann ein photoelektrischer Sensor sein, der indirekt das Vorhandensein des Werkstücks im Greifbereich fühlt, indem er den Öffnungsgrad der Finger feststellt. Die Fühlvorrichtung kann auch ein photoelektrischer Sensor sein, der direkt das Vorhandensein des Werkstücks im Greifbereich fühlt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rollenvorrichtung eine Vorrichtung mit einem rotierenden Riemen, die enthält: einen Motor, eine Antriebsrolle, die durch den Motor in Drehung versetzt wird, und eine angetriebene Rolle, die über den Riemen mit der Antriebsrolle gedreht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Rollenvorrichtung einen Motor und zwei Antriebsrollen, die durch den Motor in Drehung versetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Rollenvorrichtung dafür ausgelegt, die Rolle in einer Rückwärtsrichtung zu drehen, damit das in dem Greifbereich ergriffene Werkstück durch einen Bereich zwischen den gegenüberliegenden Rollen freigegeben wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Hand eine Vorbelastungsvorrichtung, die jeden Finger nach innen vorbelastet, damit die Entfernung zwischen den Fingern kleinergleich einem vorbestimmten Wert ist, wenn sich die zwei oder drei Finger in dem freigegebenen Status befinden.
Die Vorbelastungsvorrichtung kann eine Feder sein, die die Finger miteinander verbindet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die genannten Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
Es zeigt:
1 eine Ansicht einer Ausführungsform eines Greifrobotersystems der Erfindung;
2 eine Ansicht eines Beispiels einer Roboterhand in 1;
3 eine Ansicht eines weiteren Beispiels der Roboterhand;
4 eine Ansicht eines Rahmenteils, das als Beschränkungsstruktur für die Hand dient;
5 eine Ansicht eines Luftzylinders, der als Beschränkungsstruktur für die Hand dient;
6 ein Flussdiagramm einer Prozedur zum Herausnehmen eines Werkstücks;
7 eine Ansicht eines Status, in dem ein Roboter in eine Annäherungsstartposition bewegt wird;
8A und 8B Ansichten eines Beispiels, in dem die Position des Rahmenteils von einem photoelektrischen Sensor erkannt wird;
9 eine Ansicht eines Vorgangs zum Ziehen des Werkstücks in ein Greifteil;
10A und 10B Ansichten eines Beispiels, bei dem das Vorhandensein des Werkstücks im Greifteil direkt von einem photoelektrischen Sensor erfasst wird;
11A und 11B Ansichten eines Beispiels, bei dem das Vorhandensein des Werkstücks im Greifteil indirekt von einem photoelektrischen Sensor erfasst wird;
12 eine Ansicht einer Prozedur zum Freigeben des Werkstücks aus dem Greifteil; und
13 eine Ansicht, die darstellt, dass die Hand drei Finger hat.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt die wesentlichen Teile eines Greifrobotersystems der Erfindung. Das Robotersystem umfasst einen Roboter 10 mit mehreren Gelenken (der beispielsweise sechs Freiheitsgrade aufweist). Der Roboter 10 besitzt einen Roboterarm 12 (teilweise dargestellt) und eine Hand 14, die am Vorderende des Roboterarms 12 angebracht ist. Die Position und Lage der Hand 14 kann durch einen Befehl aus dem skizzierten Controller 15 beliebig verändert werden. Die Hand 14 ist eine Greifhand, die mindestens zwei Finger 16 aufweist, und sie kann ein herauszunehmendes Werkstück 18 zwischen den gegenüberliegenden Fingern ergreifen und das Werkstück einzeln herausnehmen (in der Ausführungsform der Reihe nach). In der Ausführungsform befinden sich eine Anzahl Werkstücke 18 zufällig angeordnet in einem Behälter 20. Diese Werkstücke sind mit Hilfe der Hand 14 einzeln herauszunehmen und an einen vorbestimmten Ort zu befördern.
Der Roboter 10 besitzt einen Bildsensor, der die Position und Lage eines jeden Werkstücks 18 erkennt, wobei die Werkstücke zufällig angeordnet sind. Im Einzelnen umfasst der Bildsensor ein Erfassungsteil 22, (beispielsweise eine Kamera), das dafür ausgelegt ist, ein Bild der Werkstücke 18 im Behälter 20 aufzunehmen, und einen Bildprozessor (der sich beispielsweise im Controller 15 befindet), der das von der Kamera 22 aufgenommene Bild verarbeitet, wodurch die Position und Lage eines jeden Werkstücks 18 im Behälter 20 durch die Bildverarbeitung erkannt werden kann. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kamera 22 am Roboterarm 12 angebracht. Es ist jedoch nicht erforderlich, die Kamera 22 an einem beweglichen Teil anzubringen, etwa dem Roboterarm; die Kamera muss nur das Bild im Behälter 20 erfassen können. Die Kamera kann beispielsweise an einem festen Ort angebracht sein, der nicht der Roboter ist.
Der Controller 15 des Roboters 10 wird vorab einem Lernvorgang bezüglich eines Referenzwerkstücks unterzogen. Ein Referenzbewegungsprogramm, in dem ein Roboterbewegungsbefehl, der eine Folge von Lehrpunkten enthält, und ein Befehl für die Hand beschrieben sind, wird vorher in einem ROM oder RAM des Controllers gespeichert. Der Controller 15 kann die Positionsinformation und die Lageinformation eines jeden Punkts der Lehrpunkffolge korrigieren, und er kann den Roboterbewegungsbefehl und den Handbefehl passend korrigieren.
2 zeigt eine Ansicht, die die Anordnung der Hand 14 ausführlich darstellt. Die Hand 14 besitzt ein Basisteil 24, das am Vorderende des Roboterarms 12 angebracht ist, mindestens zwei (in der Ausführungsform zwei) Finger (oder ein Greifteil) 16, die schwenkbar an dem Basisteil 24 befestigt sind, und eine Rollenvorrichtung 26, die am Vorderende eines jeden Fingers 16 angebracht ist. Wie die teilweise vergrößerte Ansicht in 2 (Kreis 2A) zeigt, ist die Rollenvorrichtung 26 eine Vorrichtung mit einem rotierenden Riemen, für die ein kleiner Motor 28 im Finger 16 untergebracht ist, mit einer Antriebsrolle 32, die von dem Motor 28 über eine Antriebsübertragungsvorrichtung angetrieben wird, beispielsweise eine Riemenscheibe und einen Riemen, und mit einer angetriebenen Rolle 36, die sich zusammen mit der Antriebsrolle 32 dreht, und zwar mit Hilfe eines Riemens 34, der ein glatter Riemen oder ein Zahnriemen sein kann. Die Drehachsen der Antriebsrolle 32 und der angetriebenen Rolle 36 sind parallel zueinander, und die Achsen stehen im Wesentlichen senkrecht auf der Längsrichtung des Fingers 16. Der Motor 28 kann sich in beide Richtungen drehen; damit kann die Drehrichtung der Rollen 32 und 36 des Riemens 34 umgekehrt werden.
3 zeigt ein weiteres Beispiel der Rollenvorrichtung. Die Rollenvorrichtung 26a in 3 unterscheidet sich von der Rollenvorrichtung 26 in 2 dadurch, dass der Riemen 34 fehlt und dass zwei Antriebsrollen vorhanden sind. Genauer gesagt, siehe die teilweise vergrößerte Ansicht in 3 (Kreis 3A), ist die Rolle 36a am Vorderende des Fingers 16 keine angetriebene Rolle, sondern eine Antriebsrolle, die vom Motor 28 in Drehung versetzt wird, und zwar ähnlich wie die Rolle 32 über eine Antriebsübertragungsvorrichtung 38, etwa Riemen und Scheibe. Auch bei der Rollenvorrichtung 26a in 3 kann sich der Motor 28 in beide Richtungen drehen. Damit kann die Drehrichtung der Rollen 32 und 36 umgekehrt werden.
4 zeigt eine Beschränkungsstruktur der Finger, die an der Hand 14 angebracht ist. Die Hand 14 besitzt ein Rahmenteil 40, durch das sich alle Finger 16 erstrecken. Wie die teilweise vergrößerte Ansicht (Kreis 4A) zeigt, ist das Rahmenteil 40 dafür ausgelegt, dass es mit Hilfe einer Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) gleitet, und zwar in einer Richtung, die vom Basisteil 24 zur Rollenvorrichtung 26 verläuft (in der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen die vertikale Richtung). Wird das Rahmenteil 40 hin zum Basisteil 24 bewegt (in der erläuterten Ausführungsform wird das Rahmenteil 40 in eine Position bewegt, in der das Rahmenteil das Basisteil 24 umgibt (durch die strichpunktierte Linie dargestellt)), so ist der Schwenkbereich der Finger 16 durch das Rahmenteil 40 nicht beschränkt, und das von den Fingern 16 gebildete Greifteil erzeugt im Wesentlichen keine Greifkraft. Wird dagegen das Rahmenteil 40 hin zum Vorderende der Finger 16 bewegt (in der vergrößerten Ansicht mit durchgezogenen Linien dargestellt), so wird die Entfernung zwischen den zwei Fingern 16 nach und nach geringer, und die Greifkraft nimmt allmählich zu, wenn das Werkstück von den Finger 16 ergriffen wird. Somit kann man die von dem Greifteil erzeugte Greifkraft durch die Gleitbewegung des Rahmenteils 40 passend einstellen.
Man bevorzugt, siehe 4, dass die Hand 14 eine Vorbelastungsvorrichtung 42 aufweist, etwa eine Feder, die die Finger 16 so vorspannt, dass sich die Finger einander annähern. In der dargestellten Ausführungsform sind Abschnitte der beiden Finger 16 nahe am Basisteil 24 durch die Feder 42 verbunden. Wird das Greifteil sehr weit geöffnet (d. h., die Entfernung zwischen den Finger ist größer als die Abmessung des Werkstücks), während sich die Hand dem Werkstück nähert, um es herauszunehmen, so kann das Werkstück auch dann nicht eingezogen werden, wenn sich die Rollenvorrichtung in der Vorwärtsrichtung dreht, da sich die Rollen leer drehen. Auch dann wenn das Rahmenteil 40 den Schwenkbereich der Finger 16 nicht beschränkt, kann die Entfernung zwischen den Fingern 16 durch die Feder 42 auf einem vorbestimmten Wert oder weniger gehalten werden, wodurch eine leere Drehung der Rollenvorrichtung beim Herausnehmen des Werkstücks vermieden wird. Abhängig von der Form und/oder dem Gewicht der Finger kann die Entfernung zwischen den Fingern auch ohne die Feder 42 auf dem vorbestimmten Wert oder weniger gehalten werden. In diesem Fall braucht man die Feder nicht zu verwenden.
5 zeigt eine Ansicht, die ein anderes Beispiel für die Beschränkungsstruktur der Finger darstellt. Die Beschränkungsstruktur in 5 ist ein Luftzylinder 44, der am Basisteil 24 nahe an der Außenseite der Finger 16 angeordnet ist. Wie die teilweise vergrößerte Ansicht (Kreis 5A bzw. 5B) zeigt, besitzt der Luftzylinder 44 einen Hauptkörper 46, der an dem Basisteil 24 befestigt ist, und einen Kolben 48, der sich beweglich vom Hauptkörper 46 zum Finger 16 erstreckt. Ist der Kolben 48 in den Hauptkörper 46 zurückgezogen und berührt den Finger 16 nicht (Kreis 5B) so beschränkt der Luftzylinder 44 den Schwenkbereich der Finger 16 nicht. Dadurch erzeugt das von den Fingern 16 gebildete Greifteil im Wesentlichen keine Greifkraft. Ragt dagegen der Kolben 48 um eine vorbestimmte Entfernung aus dem Hauptkörper 46 heraus, so dass der Kolben den Finger 16 von außen berührt und einen Druck auf den Finger 16 ausübt (Kreis 5A), so wird die Entfernung zwischen den beiden Finger 16 allmählich verringert, wodurch die Greifkraft des Greifteils langsam zunimmt, wenn das Werkstück zwischen den Fingern 16 ergriffen wird. Somit kann man die vom Greifteil erzeugte Greifkraft mit Hilfe des Luftzylinders 44 passend einstellen. Die Vorbelastungsvorrichtung, etwa die Feder 42 in 4, kann in der Ausführungsform in 5 zusätzlich verwendet werden.
Im Weiteren wird ein Verfahren zum Herausnehmen des Werkstücks mit Hilfe des Greifrobotersystems anhand des Flussdiagramms in 6 usw. erklärt. Die Rollenvorrichtung und die Beschränkungsstruktur wird anhand der Ausführungsform in 2 und 4 erklärt; es ist jedoch offensichtlich, dass diese Komponenten in ähnlicher Weise auf die Ausführungsform in 3 und 5 angewendet werden können.
Zuerst, siehe 1, wird der Roboter 10 so betrieben, dass die Kamera 22 in eine Bildaufnahmeposition bewegt wird, in der die Kamera Werkstücke 18 in dem Behälter 20 (bevorzugt im gesamten Behälter 20) erfassen kann (Schritt S1). Nun erfasst die Kamera 22 ein Bild der Werkstücke 18 (Schritt S2).
Im folgenden Schritt S3 wird das von der Kamera 22 erhaltene Bild verarbeitet, damit man ein Zielwerkstück erfasst, das von der Hand 14 herauszunehmen ist. Die Einzelheiten des Erfassungsverfahrens werden nicht behandelt, da man herkömmliche Vorgehensweisen verwenden kann. Beispielsweise kann aus den sich überdeckenden Werkstücken ein Werkstück, das sich in der obersten Position befindet, als Zielwerkstück erkannt werden. Nach der Zielerfassung wird der Roboter 10 in eine Annäherungsstartposition bewegt, siehe 7 (Schritt S4). Im Einzelnen wird der Roboterarm 12 so betätigt, dass sich die Hand 14 einem Werkstück 18 nähert, das als Zielwerkstück erfasst wurde, wobei das Vorderende (bzw. die am Vorderende angeordnete Rollenvorrichtung 26) der Finger 16 der Hand 14 unmittelbar über dem Zielwerkstück 18 positioniert wird. Die Ausrichtung der Hand 14 wird zum Herausnehmen des Werkstücks 18 passend korrigiert.
Im folgenden Schritt 55 wird die am Vorderende der Finger 16 angeordnete Rollenvorrichtung 26 in einer Werkstück-Einziehrichtung (oder Vorwärtsrichtung) in Drehung versetzt. In diesem Zusammenhang bedeutet ”Werkstück-Einziehrichtung” eine Bewegungsrichtung der Oberflächen 50 der gegenüberliegenden Riemen 34 vom Vorderende der Finger 16 zum Basisteil 24 (in 2 die Richtung nach oben). Wie im Weiteren beschrieben ist wird das zwischen den Riemenoberflächen ergriffene Zielwerkstück zwischen die Finger gezogen.
Im folgenden Schritt S6 wird die Beschränkung der Finger 16 (oder des Greifteils) durch die genannte Beschränkungsstruktur gelöst. Im nächsten Schritt S7 wird geprüft, ob sich die Finger 16 im nicht beschränkten (oder freigegebenen) Status befinden. Als konkretes Mittel für diese Prüfung kann ein photoelektrischer Sensor 52, der in 8A und 8B dargestellt ist, verwendet werden. Der photoelektrische Sensor 52 kann in einem Bereich (beispielsweise dem Basisteil 24) angeordnet sein, der nicht mit dem Rahmenteil 40 bewegt wird. Dadurch kann festgestellt werden, ob das Rahmenteil 40 in einer Position angeordnet ist, in der die Finger 16 beschränkt sind (8A), oder in einer anderen Position, in der die Finger 16 nicht beschränkt sind (8B).
Ist bestätigt, dass sich das Greifteil im freigegebenen Status befindet, so nähert sich im folgenden Schritt S8 die Hand 14 dem Zielwerkstück so, dass die Rollenvorrichtung 26 am Vorderende der Finger das Zielwerkstück berührt, siehe 9(a). Da sich die Rollenvorrichtung 26 wie durch den Pfeil dargestellt in der Vorwärtsrichtung dreht, wird das Werkstück zwischen die gegenüberliegenden Riemen 34 gezogen. Dadurch, siehe 9(b), werden die Finger 16 geöffnet, so dass das Werkstück 18 weiter in den Greifbereich zwischen den Fingern hineingezogen wird.
Im folgenden Schritt S9 wird geprüft, ob sich das Werkstück 18 im Greifteil befindet (genauer ob das Werkstück 18 an einer vorbestimmten Stelle im Greifbereich zwischen den Fingern 16 ergriffen ist, siehe 9(c)). Als konkretes Mittel für diese Prüfung kann eine Fühlvorrichtung verwendet werden, die direkt die Anwesenheit des Werkstücks im Greifbereich erfühlt (konkret ein photoelektrischer Sensor 54). Der photoelektrische Sensor 54 besitzt beispielsweise ein Licht aussendendes Element und ein Licht empfangendes Element, die an entsprechenden Innenflächen der beiden Finger angeordnet sind. Dadurch kann gefühlt werden, ob ein Gegenstand (das Werkstück) zwischen den Elementen vorhanden ist (10B) oder nicht (10A).
Wahlweise, siehe 11A und 11B, kann eine Fühlvorrichtung verwendet werden, die indirekt die Anwesenheit des Werkstücks im Greifbereich erfühlt, indem der Öffnungsgrad der Finger erfasst wird (konkret ein photoelektrischer Sensor 56). Der photoelektrische Sensor 56 kann an einem Abschnitt angebracht werden (beispielsweise dem Basisteil 24), der nicht mit den Fingern 16 bewegt wird, und er ist dafür ausgelegt, festzustellen, ob der Öffnungsgrad des Greifteils (oder die Entfernung zwischen den Fingern) kleinergleich einem vorbestimmten Wert ist (11A) oder nicht (11B). Ist anders ausgedrückt der Öffnungsgrad des Greifteils kleinergleich dem vorbestimmten Wert (11A), so kann man feststellen, dass kein Werkstück zwischen den Fingern 16 (bzw. im Greifbereich) vorhanden ist. Ist dagegen der Öffnungsgrad des Greifteils größer als der vorbestimmte Wert (11B), so kann man feststellen, dass ein Werkstück zwischen den Fingern 16 vorhanden ist.
Ist im Schritt 59 bestätigt, dass ein Werkstück im Greifbereich vorhanden ist, so wird das Greifteil von der Beschränkungsstruktur beschränkt (Schritt S10). Genauer gesagt, siehe 9(d), wird das Rahmenteil 40 so abgesenkt, dass das Greifteil eine vorbestimmte Greifkraft erzeugt. Im Schritt S11 wird geprüft, ob sich die Finger 16 im beschränkten Status befinden. Für diese Prüfung kann man wie beschrieben den photoelektrischen Sensor 52 verwenden. Da – anders formuliert – das Rahmenteil 40 nicht unter eine gewisse Höhe abgesenkt werden kann, wenn das Werkstück 18 zwischen den Fingern 16 ergriffen ist (siehe 86), kann man durch Fühlen dieses Zustands feststellen, dass das Greifteil beschränkt ist und das Werkstück zwischen den Fingern hält.
Im folgenden Schritt S12 wird der Roboter so betrieben, dass das ergriffene Werkstück an einen vorbestimmten Ort befördert wird. Nun wird die Beschränkung der Hand 14 gelöst (Schritt S13), und es wird geprüft, ob die Finger 16 nicht mehr beschränkt sind (oder sich im freigegebenen Status befinden) (Schritt S14). Konkret wird aus dem in 12(a) dargestellten Status (entspricht 9(d)) das Rahmenteil 40 angehoben, damit die Beschränkung der Finger 16 aufgehoben wird (12(b)). Für diese Prüfung kann man wie beschrieben den photoelektrischen Sensor 52 verwenden.
Nun wird die Rollenvorrichtung 26 am Vorderende der Finger 16 in einer Werkstück-Loslassrichtung (bzw. in der Rückwärtsrichtung) gedreht (Schritt S15). In diesem Zusammenhang bedeutet ”Werkstück-Loslassrichtung” eine Bewegungsrichtung der Oberflächen 50 der gegenüberliegenden Riemen 34 vom Basisteil 24 zum Vorderende der Finger 16 (in 12 die Richtung nach unten). Das zwischen den Riemenoberflächen ergriffene Werkstück, siehe 12(a) und (c), wird vom Greifteil gelöst.
Das ergriffene Werkstück kann im Schritt S15 freigegeben werden, indem man die Beschränkung der Beschränkungsstruktur löst anstatt die rotierende Rollenvorrichtung 26 in der Rückwärtsrichtung zu drehen. Beispielsweise kann für den Fall, dass die Hand ein Rahmenteil 40 wie in 4 aufweist, das zwischen den Fingern 16 ergriffene Werkstück durch sein eigenes Gewicht fallengelassen werden, indem man einfach das Rahmenteil 40 anhebt (bzw. das Rahmenteil 40 auf das Basisteil 24 zu bewegt). Hat dagegen die Hand Luftzylinder 44 wie in 5, so kann das zwischen den Fingern 16 ergriffene Werkstück durch sein eigenes Gewicht fallengelassen werden, indem man einfach den Kolben 48 in den Hauptkörper 46 zurückzieht. Wird ein Luftzylinder 44 verwendet, so kann man auch das Vorderende des Kolbens 48 mit dem Finger 16 verbinden (beispielsweise kleben), so dass die Finger 16 beim Zurückziehen des Kolbens 48 zwangsweise geöffnet werden.
Im folgenden Schritt S16 wird geprüft, ob ein Werkstück 18 im Greifteil vorhanden ist. Für diese Feststellung kann man wie beschrieben die photoelektrischen Sensoren 54 oder 56 verwenden. Ist bestätigt, dass sich das Werkstück 18 von der Hand 14 gelöst hat (d. h. dass sich kein Werkstück 18 mehr im Greifteil befindet), so wird das Greifteil von der Beschränkungsstruktur beschränkt (Schritt S17). Ist mit Hilfe des photoelektrischen Sensors 52 usw. bestätigt, dass sich das Greifteil im beschränkten Status befindet (Schritt S18), kann man feststellen, dass der Greif- und Beförderungsvorgang für ein Werkstück abgeschlossen ist. Anschließend werden die Schritte S1 bis S18 wiederholt, um ein weiteres Werkstück zu ergreifen und zu transportieren.
Durch das passende Einstellen der Federkonstante der Feder 42 kann die Feder 42 auch die Funktion der Beschränkungsstruktur für das Greifteil übernehmen, wodurch das beschriebene Rahmenteil 40 und der beschriebene Luftzylinder 44 überflüssig werden. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, eine Feder 42 mit einer Federkonstante zu wählen, bei der die Finger 16 geeignet gegen die Vorspannkraft der Feder geöffnet werden können, wenn das Werkstück in den Greifbereich gezogen werden soll (von 9(a) bis 9(b)); die Finger 16 erzeugen eine passende Greifkraft, damit das Werkstück beim Ergreifen nicht hinunterfällt (9(c)); und die Finger 16 können gegen die Vorspannkraft der Feder passend geöffnet werden, wenn das Werkstück aus dem Greifbereich freigegeben werden soll (12(c) bis 12(d)).
In der obigen Ausführungsform bilden zwei Finger das Greifteil für das Werkstück. Wie in 13 skizziert ist kann eine Hand mit drei Klauen (oder ein Greifteil) 62 von drei Fingern 60 gebildet werden. In diesem Fall kann jeder der drei Finger 60, die mit einem Winkelabstand von 120 Grad angeordnet sind, in radialer Richtung bewegt werden. Die genannte Rollenvorrichtung wird am Vorderende eines jeden Fingers angebracht. In der vorstehenden Ausführungsform ist nur eine Feder zum Verbinden der beiden Finger nötig. Bei drei Fingern kann man bis zu drei Federn 64 anbringen. Ein solches Greifteil mit drei Klauen ist angebracht, wenn das herauszunehmende Werkstück kugelig ist oder eine ähnliche Form hat. Zudem ist es offensichtlich, dass man den Luftzylinder 44 oder das Rahmenteil 40 in ähnlicher Weise am Greifteil mit drei Fingern anbringen kann, wenn die Form des Rahmenteils 40 geeignet modifiziert wird.
Gemäß der Erfindung kann durch Berühren des Werkstücks mit der Rollenvorrichtung am Vorderende des Fingers das herauszunehmende Werkstück gezielt in die Hand gezogen werden. Zudem wird das Werkstück mit Hilfe der Beschränkungsstruktur fest ergriffen. Dadurch kann die Fehlerhäufigkeit beim Ergreifen des Werkstücks aus zufällig angeordneten Werkstücken verringert werden, und die Bearbeitungswirksamkeit des Handhabungsvorgangs kann verbessert werden. Da das Werkstück durch die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung der Rollenvorrichtung eingezogen und freigegeben werden kann, ist es nicht nötig, eine Grifflösevorrichtung am Greifteil anzuordnen. Dadurch kann die Hand vereinfacht werden und die Kosten für die Hand können sinken.
Die Position und Lage der Hand kann anhand des vom Bildsensor erhaltenen Bilds geeignet korrigiert werden, wodurch zufällig angeordnete Werkstücke passend herausgenommen werden können.
Durch den Einsatz der Fühlvorrichtung, die erfühlt, ob das Werkstück in den Greifbereich eingezogen ist, kann die Zuverlässigkeit des Herausnahmevorgangs verbessert werden. Durch das indirekte Erfühlen des Werkstücks durch das Erfassen des Öffnungsgrads der Finger kann der Fühlvorgang unabhängig von der Werkstückform erfolgen.
Bildet man die Rollenvorrichtung als Vorrichtung mit einem rotierenden Riemen aus, so können die Berührflächen zwischen der Rollenvorrichtung und dem Zielwerkstück vergrößert werden, wodurch das Werkstück mit höherer Sicherheit eingezogen werden kann. Andererseits ist die Rollenvorrichtung einfach aufgebaut, wenn kein Riemen verwendet wird, wodurch die Kosten der Vorrichtung gesenkt werden können und die Vorrichtung leicht gewartet werden kann.
Durch den Einsatz der Vorbelastungsvorrichtung, die jeden Finger nach innen vorspannt, damit die Entfernung zwischen den Fingern kleinergleich einem vorbestimmten Wert wird, wenn sich die Finger im freigegebenen Status befinden, kann ein leeres Drehen der Rollenvorrichtung beim Herausnehmen des Werkstücks vermieden werden.
Verwendet man eine kostengünstige Feder als Vorbelastungsvorrichtung, so können die Kosten des Systems gesenkt werden.

Claims

Herausgreif-Robotersystem, das einen Roboter (10) umfasst, der konfiguriert ist, um mit Hilfe einer Hand (14), die an einem Vorderende eines Roboterarms (12) des Roboters angeordnet ist, zufällig angeordnete Werkstück (18) einzeln zu ergreifen, wobei die Hand umfasst: ein Basisteil (24), das am Vorderende des Roboterarms befestigt ist; ein Greifteil, das von zwei oder drei Fingern (16) gebildet wird, die schwenkbar an dem Basisteil angebracht sind, wobei das Greifteil ein herauszunehmendes Werkstück innerhalb eines Greifbereichs ergreifen kann, der durch die Finger bestimmt ist; und eine Rollenvorrichtung (26, 26a), die am Vorderende eines jeden Fingers angeordnet ist und eine Rolle (32) aufweist, die von einem Motor (28) angetrieben wird, wobei die Rollenvorrichtung dafür ausgelegt ist, das herauszunehmende Werkstück zwischen gegenüberliegenden Rollen zu ergreifen und das ergriffene Werkstück in den Greifbereich einzuziehen, und zwar durch eine Vorwärtsdrehung der Rollen, wobei die Hand zudem eine Greifteil-Stellvorrichtung (40, 44) aufweist, die ausgebildet ist, um eine Entfernung zwischen den zwei oder drei Fingern graduell zu verändern, damit der Status des Greifteils zwischen einem beschränkten Status, in dem der Öffnungsgrad der Finger beschränkt ist, damit die Finger eine vorbestimmte Greifkraft erzeugen, und einem freigegebenen Status, in dem der Öffnungsgrad der Finger keinen Beschränkungen unterliegt, umgeschaltet werden kann, wobei die Greifteil-Stellvorrichtung ein Rahmenteil (40) aufweist, durch das sich die zwei oder drei Finger (16) erstrecken, wobei das Rahmenteil dafür ausgelegt ist, in einer Richtung vom Basisteil (24) zu der Rollenvorrichtung (26, 26a) zu gleiten, damit nach und nach die Entfernung zwischen den zwei oder drei Fingern verändert wird.
Herausgreif-Robotersystem nach Anspruch 1, zudem umfassend: einen Bildsensor (22), der die Position und Lage eines jeden Werkstücks einer Mehrzahl von Werkstücken (18) erfasst, die zufällig angeordnet sind; ein Referenzbewegungsprogramm, das vorab bezüglich eines Referenzwerkstücks gelehrt wird, wobei das Referenzbewegungsprogramm einen Roboterbewegungsbefehl enthält, der eine Folge von Lehrpunkten umfasst, und einen Befehl für die Hand, durch den das Referenzwerkstück mit Hilfe der Hand (14) herausgenommen wird; und einen Controller (15), der eine Funktion zum Korrigieren von Positionsinformation und Lageinformation an jedem Lehrpunkt der Folge in dem Referenzbewegungsprogramm hat, und zwar gestützt auf Information aus dem Bildsensor.
Herausgreif-Robotersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Robotersystem eine Fühlvorrichtung (54, 56) umfasst, die fühlt, dass das Werkstück (18) in den Greifbereich gezogen ist.
Herausgreif-Robotersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlvorrichtung ein photoelektrischer Sensor (56) ist, der indirekt das Vorhandensein des Werkstücks im Greifbereich fühlt, indem er den Öffnungsgrad der Finger (16) feststellt.
Herausgreif-Robotersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlvorrichtung ein photoelektrischer Sensor (54) ist, der direkt das Vorhandensein des Werkstücks im Greifbereich fühlt.
Herausgreif-Robotersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenvorrichtung (26) eine Vorrichtung mit einem rotierenden Riemen ist, die enthält: einen Motor (28), eine Antriebsrolle (32), die durch den Motor in Drehung versetzt wird, und eine angetriebene Rolle (36), die über den Riemen (34) mit der Antriebsrolle gedreht wird.
Herausgreif-Robotersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenvorrichtung (26a) einen Motor (28) und zwei Antriebsrollen (32, 36a) enthält, die durch den Motor in Drehung versetzt werden.
Herausgreif-Robotersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rollenvorrichtung (26, 26a) dafür ausgelegt ist, die Rolle (32) in einer Rückwärtsrichtung zu drehen, damit das in dem Greifbereich ergriffene Werkstück (18) durch einen Bereich zwischen den gegenüberliegenden Rollen freigegeben wird.
Herausgreif-Robotersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hand (14) eine Vorbelastungsvorrichtung (42) umfasst, die jeden Finger (16) nach innen vorbelastet, damit die Entfernung zwischen den Fingern kleinergleich einem vorbestimmten Wert ist, wenn sich die zwei oder drei Finger in dem freigegebenen Status befinden.
Herausgreif-Robotersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbelastungsvorrichtung eine Feder (42) ist, die die Finger miteinander verbindet.