DE102016103929A1

DE102016103929A1 - Verfahren zur Weg-Planung für ein mit einem Roboterarm durchgeführtes Array-basiertes Pick-und-Place und Kompensator zur Verwendung in dem Verfahren

Info

Publication number: DE102016103929A1
Application number: DE102016103929.2A
Authority: DE
Inventors: Chen-Ming WONG; Shu Hung Liu
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Ein Verfahren zur Weg-Planung eines mit einem Roboterarm durchgeführtes Array-basiertes Pick-und-Place ist gekennzeichnet durch: während jedes Vorgangs des mit dem Roboterarm durchgeführten Pick-und-Place Verfahrens, erfassen ein X-Achsen-Positionssensor (12) und ein Y-Achsen-Positionssensor (14) Koordinatenfehlers eines Pick-und-Place Punkts, so dass ein Kontroller einen Position-Kompensationswert gemäß der Vektorsumme der Koordinatenfehler berechnet, die Pick-und-Place Position des Roboterarms gemäß dem Position-Kompensationswert korrigiert, und die Koordinaten des nächsten Pick-und-Place Punkts erzeugt. Durch Wiederholen des vorstehend aufgeführten Verfahrensablaufs ist es möglich Array-basierte Pick-und-Place Aufgaben vollständig durchzuführen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Roboterarme und insbesondere ein Verfahren zur Planung des Wegs für ein Array basiertes Pick-und-Place, das mit einem Roboterarm durchgeführt wird, und einen Kompensator zur Verwendung in dem Verfahren.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Array-basiertes Pick-und-Place Verfahren (Aufnehmen-und-Ablegen), das mit einem Roboterarm durchgeführt wird, geht mit einer Anhäufung von Fehlern einher. Als Ergebnis kann der Roboterarm nur innerhalb eines begrenzten Arbeits-Zeitraums betrieben werden. Die EP 2190634 als Stand der Technik offenbart eine Kompensation in der X-Y-Ebene mit einer linearen Führung und einer parallelen Vier-Stangen-Verbindung und unter Verwendung eines Feder-Sensors, um ein Alarmsignal bei zu weit zurückgelegten Weg zurückzugeben, wobei ein Roboterarm seinen Betrieb einstellte. Der Feder-Sensor der EP 2190634 kann jedoch nicht die Entfernung feststellen, die ein Roboterarm in der X-Y Richtung zurücklegte. Darüber hinaus bewirkt das von dem Feder-Sensor ausgesendete Alarmsignal, dass der Roboterarm den Betrieb einstellte und somit den Rest des Array-basierten Pick-und-Place Verfahrens nicht mehr durchführte.
Die US 4,745,681 offenbart eine Erfassung mit Kraftsensoren, die in der Nähe eines Greifers angeordnet sind, wobei Gas mit Druck in ein Stiftloch eingebracht oder dadurch entlassen wird, der Greifer wiederholt bewegt wird, so dass ein Stift mit dem Loch so gut wie möglich ausgerichtet werden kann, wenn ein unausgeglichener Gasdruck erfasst wird, und wobei der Stift mit dem Greifer in das Stiftloch eingebracht wird, sobald die Kraftsensoren erfassen, dass der Gasdruck einheitlich verteilt ist. Die in der US 4,745,681 beanspruchte Erfindung weist jedoch die folgenden Nachteile auf Es dauert zu lange auf einen Ausgleich der Gasdruck-Niveaus zu warten; die Kosten sind zu hoch, da der Greifer vier Sensoren benötigt; es kann nicht auf Präzisions-Produkte angewendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren für eine Planung des Wegs für Array-basiertes Pick-und-Place (Aufnehmen-und Ablegen) bereitzustellen, das mit einem Roboterarm durchgeführt wird, um so nicht nur Array-basierte Pick-und-Place Aufgaben vollständig durch Signal-Rückkoppelung und Positionskompensation durchzuführen, sondern auch eine Anhäufung von Fehlern zu eliminieren.
Um diese und andere Aufgaben zu lösen liefert die vorliegende Erfindung ein Weg/Pfad/Strecken-Planungs-Verfahren, welches die folgenden Schritte umfasst:
(Schritt a) Betreiben eines Roboterarms, um eine Ursprungs-Kalibrierung durchzuführen; (Schritt b) Bilden einer Koordinaten-Position eines nächsten Pick-und-Place Punkts mit einem Kontroller; (Schritt c) Instruieren des Roboterarms mittels des Kontrollers, ein Pick-und-Place Verfahren gemäß der Koordinaten-Position des nächsten Pick-und-Place Punkts durchzuführen: (Schritt d) Erfassen einer X-Achsen-Versetzung und einer Y-Achsen-Versetzung des Roboterarms während des Pick-und-Place Verfahrens und Rückkoppeln eines Erfassungsergebnisses zu dem Kontroller, mit einem X-Achsen-Positionssensor und einem Y-Achsen-Positionssensor; (Schritt e) Berechnen eines Koordinatenfehlers des Pick-und-Place Punkts gemäß der X-Achsen-Versetzung und der Y-Achsen-Versetzung des Roboterarms mit dem Kontroller; (Schritt f) und Berechnen eines Position-Kompensationswerts des Roboterarms gemäß dem Koordinatenfehler mit dem Kontroller, wobei auf Schritt f Schritt b folgt.
Vorzugsweise bestimmt der Kontroller bei Beendigung eines Durchgangs des Pick-und-Place Verfahrens, ob der endgültige Pick-und-Place Punkt identifiziert wurde, wobei bei einer positiven Bestimmung der Kontroller den Roboterarm instruiert, den Betrieb einzustellen und bei einer negativen Bestimmung Schritt d auszuführen. Mittels wiederholter Rückkoppelung und Kompensation ist es nicht nur möglich eine Amplifizierung von Fehlern zu eliminieren, sondern auch Array-basierte Pick-und-Place Arbeiten vollständig durchzuführen.
KURZE BESCHREIBUNG MEHRERER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Flußdiagramm der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Kompensators;
3 ist eine Explosionsansicht des von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Kompensators; und
4 ist eine schematische Ansicht der Weg-Planung der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICH BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
In 1 umfasst ein Weg-Planungs-Verfahren der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte:
Schritt a (S1): Betreiben eines Roboterarms, um eine Ursprungs-Kalibrierung durchzuführen.
Schritt b (S2): Erzeugen einer Koordinaten-Position eines nächsten Pick-und-Place Punkts mit einem Kontroller.
Schritt c (S3): Instruieren des Roboterarms, mit dem Kontroller, um ein Pick-und-Place Verfahren gemäß der Koordinaten-Position des nächsten Pick-und-Place Punkts durchzuführen.
Schritt d (S4): Erfassen einer X-Achsen-Versetzung und einer Y-Achsen-Versetzung des Roboterarms während des Pick-und-Place Verfahrens und Rückkoppeln eines Erfassungsergebnisses zu dem Kontroller, mit einem X-Achsen-Positionssensor 12 und einem Y-Achsen-Positionssensor 14, wie in 3 gezeigt.
In der Ausführungsform sind Der X-Achsen-Positionssensor 12 und Der Y-Achsen-Positionssensor 14 zusammen in einem Kompensator 10 des Roboterarms angeordnet. In 3 umfasst der von der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Kompensator 10 nicht nur den X-Achsen-Positionssensor 12 und den Y-Achsen-Positionssensor 14, sondern auch ein erstes Element 16, ein zweites Element 18, eine lineare X-Achsen Führung 20, eine lineare Y-Achsen Führung 22, zwei gegenüberliegende X-Achsen Rückstell-Feder-Elemente 24, und zwei gegenüberliegende Y-Achsen Rückstell-Feder-Elemente 26.
Die obere Oberfläche des ersten Elements 16 ist mit dem Roboterarm verbunden.
Die obere Oberfläche des zweiten Elements 18 ist mit der unteren Oberfläche des ersten Elements 16 verbunden. Die untere Oberfläche des zweiten Elements 18 ist mit einem End-Werkzeug (nicht gezeigt) verbunden.
Die lineare X-Achsen Führung 20 ist auf der oberen Oberfläche des zweiten Elements 18 angeordnet, so dass sich das zweite Element 18 in einer X-Achsen-Richtung bezüglich des ersten Elements 16 durch die lineare X-Achsen Führung 20 bewegen kann.
Die lineare Y-Achsen Führung 22 ist auf der oberen Oberfläche des zweiten Elements 18 angeordnet, so dass sich das zweite Element 18 in einer X-Achsen-Richtung relativ zu dem ersten Element 16 durch die lineare Y Achsen Führung 22 bewegen kann.
Die X-Achsen Rückstell-Feder-Elemente 24 sind horizontal zwischen dem ersten Element 16 und dem zweiten Element 18 angeordnet und in der X-Achsen-Richtung ausgerichtet, um eine Rückstellende Kraft auf das zweite Element 18 auszuüben, wodurch das zweite Element 18 in seine Ursprungsposition zurückkehren kann, wenn es keiner Kraft von der Seite ausgesetzt ist.
Die Y-Achsen Rückstell-Feder-Elemente 26 sind horizontal zwischen dem ersten Element 16 und dem zweiten Element 18 angeordnet und in der Y-Achsen-Richtung ausgerichtet, um auf das zwei Element 18 eine Rückstellkraft auszuüben, wodurch das zweite Element 18 in deren Ursprungsposition zurückkehren kann, wenn keine seitliche Kraft darauf ausgeübt wird.
Der X-Achsen-Positionssensor 12 ist an einem Ende der linearen X-Achsen Führung 20 angeordnet, um die durch die lineare X-Achsen Führung 20 zurückgelegte Strecke zu erfassen.
Der Y-Achsen-Positionssensor 14 ist an einem Ende der linearen Y-Achsen Führung 22 angeordnet, um die durch die lineare X-Achsen Führung 22 zurückgelegte Strecke zu erfassen.
Schritt e (S5): Berechnen des Koordinatenfehlers des Pick-und-Place Punkts von Schritt b gemäß der X-Achsen-Versetzung und der Y-Achsen-Versetzung des Roboterarms mit dem Kontroller.
Schritt f (S6): Berechnen eines Position-Kompensationswert des Roboterarms gemäß dem Koordinatenfehler von Schritt e mit dem Kontroller. Auf Schritt f folgt Schritt b.
Die vorstehend aufgeführten Schritte werden nachstehend in 4, Tabelle 1 erläutert und mittels sechs Array-basierten Pick-und-Place Punkten beispielhaft dargestellt. Die Ursprungskoordinaten sind als P0 bezeichnet. Die dem ersten Pick-und-Place Punkt zugeordneten und durch den Kontroller erzeugt Koordinaten sind als P1 bezeichnet. Der Kontroller erhält von P1 Koordinatenfehler ε_1xy nachdem das Pick-und-Place Verfahren an P1 durchgeführt wurde. Anschließend erzeugt der Kontroller den zweiten Pick-und-Place Punkt. Die Koordinaten des zweiten Pick-und-Place Punkt sind als P2 bezeichnet. Der Kontroller erhält Koordinatenfehler ε_2xy von P2 nachdem das Pick-und-Place Verfahren an P2 durchgeführt wurde. Anschließend erzeugt der Kontroller den dritten Pick-und-Place Punkt. Die Koordinaten des dritten Pick-und-Place Punkts werden als P3 bezeichnet. Während des mittels des Kontrollers an P3 Pick-und-Place durchgeführten Verfahrens, berechnet der Kontroller einen Position-Kompensationswert gemäß den beiden zuvor erhaltenen Koordinatenfehlers ε_1xy, ε_2xy, so dass der Kontroller die Pick-und-Place Position des Roboterarms zu P3' gemäß dem berechneten Position-Kompensationswert korrigiert und verändert und Koordinatenfehler ε_3xy von P3 erhält. Die Koordinaten des vierten Pick-und-Place Punkts werden als P4 bezeichnet. Während des mittels des Kontrollers an P4 durchgeführten Pick-und-Place Verfahrens, berechnet der Kontroller einen Position-Kompensationswert gemäß dem zuvor erhaltenen Koordinatenfehler ε_1xy, so dass der Kontroller die Pick-und-Place Position des Roboterarms zu P4' gemäß dem berechneten Position-Kompensationswert korrigiert und verändert und Koordinatenfehler ε_4xy von P4 erhält. Die Koordinaten des fünften Pick-und-Place Punkts werden als P5 bezeichnet. Während des mittels des Kontrollers an P5 durchgeführten Pick-und-Place Verfahrens, berechnet der Kontroller einen Position-Kompensationswert gemäß den zwei zuvor erhaltenen Koordinatenfehler ε_3xy, ε_4xy, so dass der Kontroller die Pick-und-Place Position des Roboterarms zu P5' gemäß dem berechneten Position-Kompensationswert korrigiert und verändert und Koordinatenfehler ε_5xy von P5 erhält. Details des Rests des Verfahrensablaufs kann analog abgeleitet werden. Tabelle 1

Ursprungsposition Koordinatenfehler Korrigierte Position

P1 ε_1xy P1

P2 ε_2xy P2

P3 ε_3xy P3' = P3 + ε_1xy + ε_2xy

P4 ε_4xy P4' = P4 + ε_1xy

P5 ε_5xy P5' = P5 + ε_3xy + ε_4xy
Nach Beendigung eines Vorgangs des Pick-und-Place Verfahrens bestimmt der Kontroller, ob der endgültige Pick-und-Place Punkt identifiziert wurde. Bei einer positiven Bestimmung instruiert der Kontroller den Roboterarm den Betrieb einzustellen. Bei negativer Bestimmung wird Schritt d ausgelöst.
Die vorliegende Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass: bei jedem Vorgang des mit dem Roboterarm durchgeführten Pick-und-Place Verfahrens erfassen die X-Achsen- und Y-Achsen-Positionssensoren 12, 14 Koordinatenfehlers eines Pick-und-Place Punkts, so dass der Kontroller gemäß der Summe der Vektoren der Koordinatenfehler einen Position-Kompensationswert errechnet und die Pick-und-Place Position des Roboterarms gemäß dem Positions-Kompensationswert korrigiert. Durch Wiederholen des vorstehend aufgeführten Verfahrensablaufs ist es möglich nicht nur eine Amplifizierung von Fehlern zu eliminieren, sondern auch Array-basierte Pick-und-Place-Aufgaben vollständig durchzuführen, wodurch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2190634 [0002, 0002]
US 4745681 [0003, 0003]

Claims

Verfahren zur Weg-Planung für ein mit einem Roboterarm durchgeführtes Array-basiertes Pick-und-Place, welches umfasst: Schritt a: Betreiben eines Roboterarms zur Durchführung einer Ursprungs-Kalibrierung; Schritt b: Erzeugen einer Koordinaten-Position eines nächsten Pick-und-Place Punkts mit einem Kontroller; Schritt c: Instruieren des Roboterarm mit dem Kontroller ein Pick-und-Place Verfahren gemäß der Koordinaten-Position des nächsten Pick-und-Place Punkts durchzuführen; Schritt d: Erfassen einer X-Achsen-Versetzung und einer Y-Achsen-Versetzung des Roboterarms während des Pick-und-Place Verfahrens mit einem X-Achsen-Positionssensor und a Y-Achsen-Positionssensor und Rückkoppeln eines Erfassungsergebnis zu dem Kontroller; Schritt e: Berechnen eines Koordinatenfehlers des Pick-und-Place Punkts von Schritt b gemäß der X-Achsen-Versetzung und der Y-Achsen-Versetzung des Roboterarms mit dem Kontroller; und Schritt f: Berechnen eines Position-Kompensationswerts des Roboterarms gemäß dem Koordinatenfehler von Schritt e mit dem Kontroller, wobei Schritt b auf Schritt f folgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach Beendigung eines Vorgangs des Pick-und-Place Verfahrens in Schritt c, der Kontroller bestimmt, ob ein endgültiger Pick-und-Place Punkt identifiziert wurde, wobei bei einer positiven Bestimmung der Kontroller den Roboterarm instruiert, den Betrieb einzustellen, und bei einer negativen Bestimmung Schritt d ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der X-Achsen-Positionssensor (12) und der Y-Achsen-Sensor (14) zusammen in einem Kompensator (10) des Roboterarms angeordnet sind.
Kompensator (10) nach Anspruch 3, welcher umfasst: ein erstes Element (16); ein zweites Element (18), das mit einer unteren Oberfläche des ersten Elements (16) verbunden ist; eine lineare X-Achsen Führung (20), die an dem zweite Element (18) angeordnet ist, so dass sich das zweite Element (18) in einer X-Achsen Richtung relativ zu dem ersten Element (16) durch die lineare X-Achsen Führung (20) bewegen kann; eine lineare Y-Achsen Führung (22), die an dem zweiten Element (18) angeordnet ist, so dass sich das zweite Element (18) in einer Y-Achsen Richtung relativ zu dem ersten Element (16) durch die lineare Y-Achsen Führung (22) bewegen kann; zwei abgewandte X-Achsen Rückstell-Feder-Elemente (24), die zwischen dem ersten Element (18) und dem zweiten Element (18) angeordnet und in der X-Achsen Richtung ausgerichtet sind, um eine Rückstellkraft auf das zweite Element (18) auszuüben; zwei abgewandte Y-Achsen Rückstell-Feder-Elemente (26), die zwischen dem ersten Element (16) und dem zweiten Element (18) angeordnet und in der Y-Achsen Richtung ausgerichtet sind, um eine Rückstellkraft auf das zweite Element (18) auszuüben; einen X-Achsen-Positionssensor (12), der an einem Ende der linearen X-Achsen Führung (24) angeordnet und angepasst ist, eine durch die lineare X-Achsen Führung (20) zurückgelegte Wegstrecke zu erfassen; und einen Y-Achsen-Positionssensor (14), der an einem Ende der linearen Y-Achsen Führung (26) angeordnet und angepasst ist, eine durch die lineare Y-Achsen Führung (22) zurückgelegte Wegstrecke zu erfassen.