DE19653830C1

DE19653830C1 - Verfahren für die Bewegungsvorgabe eines Industrieroboters

Info

Publication number: DE19653830C1
Application number: DE19653830A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Wahrburg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-21
Filing date: 1996-12-21
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2016-12-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Bewegungs vorgabe eines Industrieroboters, der einen mehrgelenkigen Roboterarm und eine Roboterarmsteuerung mit Rechner auf weist. Der Roboterarm ist mit Antrieben ausgerüstet und weist Sensoren auf, welche die Stellung des Roboterarmes in einem in der Roboterarmsteuerung definierten Werkzeug- Koordinatensystem erfassen. An dem freien Ende des Roboter armes ist ein Bearbeitungswerkzeug, ein Greifer od. dgl. angeordnet.

Bei dem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art, von dem die Erfindung ausgeht (DE 25 30 261 C2) wird mit einer Programmiereinrichtung mit einem von Hand bewegbaren mehr gliedrigen Lehrgerüst gearbeitet. Eine Bedienungsperson führt mit Hilfe des Lehrgerüstes die verschiedenen Arbeits gänge aus bzw. steuert dabei die verschiedenen Arbeitsposi tionen an. Daten für den Bewegungsablauf und die Arbeits positionen werden einer elektronischen Vorrichtung zuge führt und gespeichert. Anschließend wird die Program miereinrichtung mit dem Lehrgerüst von der elektronischen Vorrichtung getrennt und die elektronische Vorrichtung mit einem Industrieroboter verbunden. Auf Basis der gespeicher ten Daten kann der Industrieroboter den Arbeitsvorgang bzw. die Bewegungsvorgänge wiederholen. Das bekannte Verfahren ist verhältnismäßig aufwendig. Im übrigen erfordert die beschriebene Verfahrensweise ein hohes Geschick des Bedie nungspersonals.

Fernerhin ist ein programmgesteuerter und sensorgeführter Industrieroboter bekannt (DE 36 27 560 C3), bei dem Bewegungsabläufe über ein Arbeitsprogramm eingeleitet und durchgeführt werden. Mit Hilfe von Sensoren werden Ist-Werte des Arbeitsablaufes registriert und nachfolgend Korrekturgrößen ermittelt, die als Stellbefehle an Antriebs- und Stellorgane geleitet werden. - Fernerhin ist ein Meßroboter bekannt (EP 312 119 A2), der am freien Ende eines Roboterarms eine mehrgelenkige Sensoreinrichtung mit einem Taster trägt. Mit dem Taster können Bezugspunkte an einem zu vermessenden Objekt angefahren werden. Eine schnelle präzise und zugleich funktionssichere Einrichtung von Arbeitspositionen des Roboterarmes ist auch bei diesen bekannten Maßnahmen nur eingeschränkt möglich.

Grundsätzlich ist es aus der Praxis bekannt, bei der Ein richtung eines Industrieroboters den Bewegungsablauf und die Arbeitspositionen des Roboterarmes festzulegen und zu speichern. Bei diesem sogenannten "Teach-in" wird der Robo terarm mit Hilfe eines Bediengerätes, welches die Antriebe des Roboterarmes ansteuert, motorisch in die vorgesehenen Arbeitspositionen bewegt. Die den angefahrenen Arbeitsposi tionen zugeordneten Stellungen des Roboterarmes werden erfaßt und im Rechner gespeichert. Das präzise Ansteuern einer bestimmten Arbeitsposition mit Hilfe des Bediengerä tes erfordert beachtliches Geschick des Bedienungspersonals und ist zeitaufwendig. Bei Fehlbedienungen besteht die Gefahr, daß das an dem Roboterarm befestigte Werkzeug beschädigt oder sogar zerstört wird. Die beschriebenen Nachteile ergeben sich auch dann, wenn das Bediengerät mit einer 3D-Sensoranordnung zur räumlichen Positions- und Bewegungserfassung ausgerüstet ist und Bewegungen des Bediengerätes direkt in Bewegungen des Roboterarmes umge setzt werden (DE 43 03 264 A1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem die Arbeits positionen des Roboterarmes schnell und präzise eingerich tet werden können, und zwar ohne Gefahr der Beschädigung eines an dem Roboterarm befestigten Werkzeuges.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Erstellung eines Roboterprogrammes für einen Indu strieroboter, der einen mehrgelenkigen Roboterarm und eine Roboterarmsteuerung mit Rechner aufweist, wobei
die Positionen des Roboterarmes mittels Sensoren in einem in der Roboterarmsteuerung definierten Werkzeug- Koordinatensystem erfaßt werden,
der Roboterarm in einem Arbeitsbetrieb mit einem an seinem freien Ende angeschlossenen Werkzeug in Arbeitspositionen bewegt wird, die von dem im Rechner gespeicherten Roboter programm vorgegeben werden, und in einem Programmierbetrieb das Werkzeug durch eine für eine dreidimensionale Objekt vermessung geeignete Sensoreinrichtung ersetzt wird, die an Bezugspunkte herangeführt wird, während der Roboterarm in einer vorher festgelegten Grundstellung verharrt,
die den Bezugspunkten zugeordneten Stellungen der Sen soreinrichtung, auf das Werkzeug-Koordinatensystem bezogen, meßtechnisch erfaßt werden und aus der Grundstellung des Roboterarmes und den an den Bezugspunkten vermessenen Positionen der Sensoreinrichtung die Arbeitspositionen ermittelt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Sensoreinrichtung ein mehrgelenkiger, manuell führbarer Tastarm, der Gelenke mit Sensoren zur Erfassung der Gelenkstellung aufweist und wird der Tastarm manuell an die Bezugspunkte herangeführt und werden die den Bezugspunkten zugeordneten Stellungen des Tastarmes mittels der Sensoren erfaßt sowie die Meßwerte dem Rechner zuge führt.

Der am Ende des Roboterarmes befestigte Tastarm weist drei bis sechs Gelenke auf und verfügt dadurch über eine ent sprechend große Zahl von Freiheitsgraden. Um nur die Position eines später vom Roboterarm anzufahrenden Punktes aufzunehmen, reichen drei Freiheitsgrade. Soll auch die vollständige Orientierung des Roboterarmes im Zuge des "Teach-in" festgelegt werden, ist ein Tastarm mit sechs Gelenken, also sechs Freiheitsgraden, erforderlich. Ein Tastarm mit vier oder fünf Freiheitsgraden ermöglicht eine teilweise Festlegung der Orientierung.

Mehrgelenkige Tastarme mit Sensoren zur Erfassung der Gelenkstellung sind an sich bekannt. Sie stellen passive, ausschließlich manuell führbare Meßinstrumente dar, die im Rahmen der bekannten Maßnahmen als transportable Geräte zur Vermessung von Werkstücken eingesetzt werden. Die Erfindung setzt ein mit der Erkenntnis, daß der endseitige Anschluß eines mehrgelenkigen Tastarmes an einem programmgesteuer ten, aktiven Roboterarm beachtliche Vorteile mit sich bringt, die bei der Erstellung des Roboterprogrammes, also dem "Teach-in", genutzt werden können. Während der Tastarm bewegt wird, bleibt der Roboterarm in einer zuvor ange fahrenen, bekannten Position stehen. Es können beliebig viele Bezugspunkte mit dem Tastarm erfaßt werden. Es besteht ferner die Möglichkeit, den Roboterarm nach Auf nahme eines Satzes von Bezugspunkten in weitere, ebenfalls vorbestimmte Grundpositionen zu verfahren und dort weitere Sätze von Bezugspunkten zu erfassen. Erfindungsgemäß wird bei der Erstellung des Roboterprogrammes das an dem Robo terarm angeordnete Werkzeug, beispielsweise ein Werkzeug für die Werkstückbearbeitung oder ein Greifer, durch den Tastarm ersetzt.

Als Sensoreinrichtung ist auch ein dreidimensionales Loka lisierungssystem einsetzbar, das eine Ortung des zu vermes senden Objektes durch die Wechselwirkung von Sender- und Empfängerelementen durchführt. Solche mit einer Datenfern übertragung arbeitende Lokalisierungssysteme sind im Prinzip bekannt und können auf optischen, induktiven oder Ultraschall-Meßverfahren basieren. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Sensoreinrichtung eine Meßanordnung mit Datenfernübertragung verwendet werden, die einen stationären Empfänger, einen manuell führbaren Taststift mit einem ersten Sender sowie ein an der Montageplatte angeordneten zweiten Sender aufweist, wobei die beiden Sender mehrere Signalgeber in einer fest vorgegebenen räumlichen Zuordnung aufweisen, die Ortungs signale abgeben. Erfindungsgemäß werden die Ortungssignale beider Sender von dem Empfänger erfaßt und wird daraus die Position und Ausrichtung des Taststiftes sowie der Montage platte in einem raumfesten, dreidimensionalen Koordinaten system ermittelt. Die ermittelten Raumkoordinaten des Tast stiftes sowie der Montageplatte werden dem Rechner zuge führt, der die Raumkoordinaten des Taststiftes unter Zuord nung zu den Raumkoordinaten der Montageplatte in die Koor dinaten des Werkzeug-Koordinatensystems transformiert.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß aus den an den Bezugspunkten vermessenen Stellungen der Sensoreinrichtung in Verbindung mit der zugeordneten Grundstellung des Robo terarmes ein ablauffähiges Roboterprogramm erstellt wird, wobei den mit der Sensoreinrichtung abgegriffenen Bezugs punkten entsprechende Arbeitspositionen des Roboterarmes zugeordnet werden. Das Roboterprogramm kann direkt in die Robotersteuerung überspielt werden.

Es ist möglich, das beschriebene Verfahren mit einem Verfahren zur Offline- Programmierung von Robotern zu verknüpfen. Bei der Offline- Programmierung wird das Roboterprogramm von einem externen Rechner aus Konstruktionsdaten eines zu bearbeitenden Werk stückes, die beispielsweise als CAD-Daten vorliegen, generiert. Allerdings besteht bei der Offline-Programmie rung der bisher in der Praxis noch nicht zufriedenstellend gelöste Nachteil, daß die Zuordnung zwischen dem zu bear beitenden Werkstück und der tatsächlichen Stellung des Roboterarmes nicht genau bekannt ist. Toleranzen innerhalb des Roboterarmes sowie Zuordnungsfehler bei der Positionie rung des Werkstückes können sich zu beachtlichen Bearbeitungsungenauigkeiten addieren.

Das kann dadurch vermieden werden, daß aus Konstruktionsdaten eines zu bearbeitenden Werkstückes ein Roboterprogramm erstellt wird, daß mit der Sensoreinrichtung Bezugspunkte an dem Werkstück abgetastet werden, welches nach Maßgabe des Roboterprogrammes positioniert worden ist, und daß die mit der Sensoreinrichtung aufgenommenen Koordinaten der Bezugspunkte mit den vom Roboterprogramm vorgegebenen Koor dinaten an diesen Bezugspunkten verglichen werden sowie das Roboterprogramm nach Maßgabe einer dabei festgestellten Abweichung korrigiert wird. Durch das erfindungsgemäße Ver fahren wird die unbekannte Position eines zu bearbeitenden Werkstückes durch Antasten ausgewählter Punkte mit Hilfe der Sensoreinrichtung, vorzugsweise eines an dem Roboterarm angeordneten Tastarmes, ermittelt. Daraus ergibt sich die Verschiebung zwischen der tatsächlichen und der bei der Offline-Programmierung zunächst angenommenen Position. Das Offline-Programm wird entsprechend korrigiert und ist danach uneingeschränkt verwendbar. Die Vorteile der Offline-Programmierung eines Industrieroboters sind unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Praxis in vollem Umfange nutzbar.

Zur Erhöhung der erzielbaren Genauigkeit weist die Sensoreinrichtung zweckmäßig eine Tastspitze auf, die schablonenförmig an die Kontur des zu vermessenden Werk stückes in den anzutastenden Bezugspunkten angepaßt ist. Auf diese Weise können die Bezugspunkte sehr exakt getroffen werden.

Claims

1. Verfahren zur Erstellung eines Roboterprogramms für einen Industrieroboter, der einen mehrgelenkigen Roboterarm und eine Roboterarmsteuerung mit Rechner aufweist, wobei
die Positionen des Roboterarmes mittels Sensoren in einem in der Roboterarmsteuerung definierten Werkzeug- Koordinatensystem erfaßt werden,
der Roboterarm in einem Arbeitsbetrieb mit einem an seinem freien Ende angeschlossenen Werkzeug in Arbeitspositionen bewegt wird, die von dem im Rechner gespeicherten Roboterprogramm vorgegeben werden, und in einem Programmierbetrieb das Werkzeug durch eine für eine dreidimensionale Objektvermessung geeignete Sensoreinrichtung ersetzt wird, die an Bezugspunkte herangeführt wird, während der Roboterarm in einer vorher festgelegten Grundstellung verharrt,
die den Bezugspunkten zugeordneten Stellungen der Sensoreinrichtung, auf das Werkzeug-Koordinatensystem bezogen, meßtechnisch erfaßt werden und
aus der Grundstellung des Roboterarmes und den an den Bezugspunkten vermessenen Positionen der Sensorein richtung die Arbeitspositionen ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung ein mehrgelenkiger, manuell führbarer Tastarm ist, der Gelenke mit Sensoren zur Erfassung der Gelenkstellung auf weist und wobei der Tastarm manuell an die Bezugspunkte herangeführt und die den Bezugspunkten zugeordneten Stellungen des Tastarmes mittels der Sensoren erfaßt sowie die Meßwerte dem Rechner zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensorein richtung eine Tastspitze aufweist, die schablonenförmig an die Kontur des zu vermessenden Werkstückes in den anzu tastenden Bezugspunkten angepaßt ist.