DE2530261C2 - Programmiereinrichtung für einen Manipulator - Google Patents

Description

sorgt und sorgt für die Speicherung dieser elektrischen Signale. Oberhalb des Drehkopfes 2 ist mit Hilfe eines Scharniers 7 das Ende eines ersten Arms 6 befestigt

Dieser erste Arm 6 kann sich im und gef en den Uhrzeigersinn in Pfeilrichtung 9 und 10 um das Scharnier 7 drehen. Diese Drehbewegungen des ersten Arms 6 werden von einem in den anliegenden Figuren nicht abgebildeten Geber in elektrische Signale umgewandelt, welche mit Hilfe eines Kabels 11 in den oben genannten Speicher gesandt werden, in welchem diese elektrischen Signale gespeichert werden.

Das andere Ende dieses ersten Arms 6 ist mit Hilfe eines Scharniers 12 mit dem Ende eines zweiten Arms 13 verbunden. Dieser zweite Arm kann sich in den beiden von den Pfeilen 15 und 14 angezeigten Richtungen, d. h. im und gegen den Uhrzeigersinn, um das Scharnier 12 drehen.

Die Drehbewegungen dieses zweiten Arms 13 um den ersten Arm 6 werden ebenfalls von einem nicht abgebildeten Geber in entsprechende elektrische Signa-Ie umgewandelt, weiche mit Hilfe eines Kabels 16 zur Speicherung in den oben genannten Speicher gesandt werden. Das andere Ende des zweiten Arms 13 ist mit Hilfe eines Scharniers 17 mit einem Arbeitsgerät 18 verbunden, welches im vorliegenden Beispiel aus einer Spritzpistole besteht Diese Spritzpistole 18 kann daher in den beiden von den Pfeilen 19 und 20 angegebenen Richtungen, d. h. im und gegen den Uhrzeigersinn, um das Scharnier 17 gedreht werden. Die Drehbewegungen der Spritzpistole 18 um das Scharnier 17 werden wie oben beschrieben von einem in den anliegenden Figuren nicht abgebildeten Geber in elektrische Signale umgewandelt, welche mit Hilfe eines Kabels 21 für die Speicherung in den oben genannten Speicher gesandt werden.

Die bisher beschriebene, aus der Unterlage 1, dem Drehkopf 2, dem ersten und dem zweiten Arm 6 bzw. 13 und der Spritzpistole 18 bestehende Programmiereinrichtung 29 ist geometrisch ähnlich wie ein Manipulator 22 zum Lackieren ausgelegt, der im folgenden als »Roboter« bezeichnet ist Dieser »Roboter« 22 besteht analog zur oben genannten Programmiereinrichtung 29 aus einer Unterlage la, auf welcher ein Drehkopf 2a vorgesehen ist, der in den von den Pfeilen 4a und 5a angegebenen Richtungen die gleichen Bewegungen wie der Drehkopf 2 ausführen kann. Oberhalb des Drehkopfs 2a ist mit Hilfe eines Scharniers 7a das Ende eines ersten Arms 5a befestig?, dessen anderes Ende mit Hilfe des Scharniers 12a mit dem entsprechenden Ende eines zweiten Arms 13a verbunden ist.

Der erste und zweite Arm 6a bzw. 13a sind mit Bezug auf den Drehkopf 2a bzw. auf diesen ersten Arm 6a mit den gleichen Bewegungen versehen, welche der erste und der zweite Arm 6 bzw. 13 der Programmiereinrichtung 29 ausführen können. Diese Bewegungen des ersten und zweiten Arms des Roboters 22 sind mit den Pfeilen 9a, 10a, 15a und 14a angegeben. Am freien Ende des zweiten Arms 13a des Roboters 22 ist eine Spritzpistole 18a vorgesehen.

Die oben genannten Bewegungen des »Roboters« 22

werden durrh Scharniere 7a. Via und 17a ermöixlirht genden Figuren nicht abgebildet ist Die Bewegung des »Roboters« 22 wird vorzugsweise mit aus Nocken bestehenden Scharniergelenken erzielt welche vor allem für die Verwendung in Umgebungen geeignet sind, wo starke Verunreinigungen in Form von Farbe und Staub vorliegen können. Analog zur oben beschriebenen Programmiereinrichtung werden die Bewegungen des »Roboters« 22 fortlaufend von in den anliegenden Figuren nicht abgebildeten Meßwertgebern, insbesondere von »Resolvern«, verfolgt, welche in Punkten angeordnet sind, die den Punkten in der Programmiereinrichtung entsprechen, in denen ebenfalls Meßwertgeber angeordnet sind. Die Aufgabe der im »Roboter« vorgesehenen Geber, welche mit der elektronischen Vorrichtung 8, und zwar insbesondere mit Hilfe von Kabeln 23,25,26 und 34 mit dem zu dieser Vorrichtung gehörenden Speicher in Verbindung stehen, wird weiter unten erklärt In der elektronischen Vorrichtung 8 sind außer dem schon genannten Speicher Organe vorgesehen, welche die Bewegungen des »Roboters« mit einem in diesem Speicher gespeicherten Programm in Verbindung setzen, sowie eine zentrale Steuereinheit, deren Aufgabe weiter unten beschrieben wird.

Für die Speicherung der Daten werden vorzugsweise statische Einheiten verwendet welche den Einsatz von mechanischen Vorrichtungen wie Bänder oder Platten vollkommen überflüssig machen und somit die Zuverlässigkeit, die Wiederholbarkeit und die Zugänglichkeit entscheidend verbessern. Die eventuell statisch gespeicherten Programme können auf herkömmliche Art und Weise auf normalen Tonbandkassetten registriert werden, um das Programm ins Archiv aufzunehmen, oder um das gleiche Programm in einer ähnlichen elektronischen Vorrichtung zu verwenden, welche in großer Entfernung für die Steuerung eines entsprechenden »Roboters« vorgesehen ist

Es folgt nun die Beschreibung einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Programmiereinrichtung. Es wird angenommen, daß eine Vielzahl von Objekten, zum Beispiel eine Vielzahl von Karosserien 28 von Personenkraftwagen lackiert werden müssen (siehe anliegende F i g. 2). Jedem »Roboter« 22 wird eine bestimmte Aufgabe übertragen, das heißt die Lackierung eines bestimmten Karosserieteils 28. Jeder »Roboter« befolgt die Anweisungen des im Speicher der entsprechenden elektronischen Vorrichtung 8 gespeicherten Programms.

Für die Herstellung dieses Programms benutzt man die oben beschriebene Programmiereinrichtung 29.

Nachdem die Kabel 3, 11, 16 und 21 am Speicher angeschlossen worden sind, ergreift ein erfahrener Bedienungsmann die Spritzpistole 18 und führt die Lackierung eines Karosserieteils so gut als möglich aus. Die bewegliche Konstruktion, welche aus dem Drehkopf 2, dem ersten Arm 6, dem zweiten Arm 13, sowie aus den Scharnieren 7, 12 und 17 besteht, ist erheblich leichter und handlicher als die entsprechende ähnliche Konstruktion des »Roboters« 22, und die bei der Handhabung der Spritzpistole zu überwindende Trägheit und Reibung ist erheblich geringer. Während dieser Lackierung pinpc CrPapnctQnHpc Humh Ai*n prfghrpnpn

welche die Drehung des ersten Arms 6a mit Bezug auf den Drehkopf 2a, die Drehung des zweiten Arms 13a mit Bezug auf den ersten Arm 6a, die Drehung der Spritzpistole 18a mit Bezug auf den zweiten Arm 13a erlauben. Die Drehung des Drehkopfs 2a um eine senkrechte Achse wird durch ein entprechendes Scharnier mit senkrechter Achse ermöglicht, welches in den anlienungsmann speichern die in der Programmiereinrichtung 29 vorhandenen Geber den Weg und die Richtung der Spritzpistole sowie die abgegebene Farbmenge.

Nachdem der Bedienungsmann den Karosserieteil 28 fertig lackiert hat, sind die entsprechenden Arbeitsabläufe vollständig gespeichert. Will man in den Speicher einen optimal ausgeführten Lackierungsvorgang einge-

5 6 -

ben, kann dieser erfahrene Bedienungsmann den glei- '■;..

chen Vorgang auf den entsprechenden Teilen von mehreren Karosserien 28 ausführen. Unter den lackierten ^ Karosserien wird dann die am optimalsten lackierte aus- ,;. gewählt.

Die von diesen Gebern der Programmiereinrichtung .;-.'.'

29 in die elektronische Vorrichtung 8 eingegebenen Da- .;

ten werden von der zentralen Steuereinheit, welche aus )'/

einem im digitalen Verfahren zweckmäßig program- $

mierten Minicomputer besteht, in den Speicher geleitet, ι ο

Nachdem das Programm gespeichert worden ist, wird $■'!

die Verbindung zwischen der elektronischen Vorrich- ||

tung 8 und den Kabeln 3, 11, 16 und 21 unterbrochen, gj^:

während die elektronische Vorrichtung 8 mit den zu den iä

im »Roboter« 22 vorgesehenen Gebern führenden Ka- 15 f|

bein 23, 24, 25 und 26 verbunden wird. Nun kann der i

»Roboter« 22 den Lackierungsvorgang wiederholt auf einer Vielzahl von gleichen Karosserien 28 ausführen. Jede Bewegung des »Roboters« wird in einem geschlossenen Kreislauf von entsprechenden, in der elektronisehen Vorrichtung vorgesehenen Organen kontrolliert, wozu die in diesem »Roboter« vorhandenen Geber verwendet werden; jeder Geber sendet die dem ihm zugeordneten Scharnier entsprechenden elektrischen Signale zur zentralen Steuereinheit, welche diese Signale mit den vom Speicher gegebenen elektrischen Signalen vergleicht

Falls die Stellung der Spritzpistole 18a im Raum und zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht mit der vom Speicher angegebenen Stellung übereinstimmt, betätigt die

zentrale Steuereinheit die Servoventile der hydrauli- '-Jl

sehen Stellglieder, um auf diese Art und Weise die Lage- '

abweichung unabhängig von den Umweltsbedingungen '

wie Temperatur, Druck und Belastung zu korrigieren.

Da im Speicher der elektronischen Vorrichtung 8 acht 35 J

verschiedene Programme gespeichert- werden können, kann der »Roboter« also auf Befehl ebenso viele Lakkierungsvorgänge ausführen. Da jedes Programm auf einer eigenen Tonbandkassette registriert wird, genügt es, falls man einen speziellen Lackierungsvorgang abändem will, die entsprechenden Daten auf eine Tonbandkassette aufzunehmen und die Daten für den neuen Lakkierungsvorgang darin einzufügen. Diese neuen Daten können sowohl mit der Programmiereinrichtung 29 erzielt, als auch von einer bereits archivierten Tonbandkassette abgeleitet werden, fallls es sich um vorher bereits ausgeführte Arbeitsabläufe handelt.

Die Vorteile der oben beschriebenen Programmiereinrichtung entsprechen genau den Zielen, welche sich die vorliegende Erfindung gesetzt hatte.

Da die bewegliche Konstruktion dieser Programmiereinrichtung aus Armen mit geringem Gewicht und ' Platzbedarf besteht, wird die Herstellung des zu speichernden Programms in keiner Weise durch mechanische Einflüsse beihindert, weil beinahe keine Reibungen und nur eine geringe Trägheit auftreten. Ein weiterer Vorteil ist durch den beschränkten Platzbedarf bedingt,

dank welchem der Bedienungsmann die Spritzpistole :

leicht und schnell! handhaben kann, so daß eine gleichmäßige Farbverteilung auch auf unregelmäßigen Oberflächen erzielt wird. -i

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

1 2

betätigt wird. Solche Manipulatoren werden vorzugs-Patentansprüche: weise für die Handhabung von gesundheitsgefährlichen

Substanzen, wie radioaktive Substanzen, eingesetzt, mit

!. Programmiereinrichtung für einen Manipulator denen die Bedienungsperson selbst nicht in Berührung mit einem von Hand bewegbaren mehrgliedrigen 5 kommen solL Solche Einrichtungen lassen aber nur zu, Lehrgerüst, dessen Glieder und deren Bewegungs- daß der Manipulator jeweils die Bewegungen ausführt, freiheitsgrade um Achsen jenen des Manipulators die ihm vom Steuerpult und von der Bedienungsperson entsprechen, und mit Geberorganen für die jeweili- aus vorgegeben werden. Eine selbsttätige automatische gen Positionen der Glieder des Lehrgerüsts, da- Arbeitsweise kann mit solchen Einrichtungen nicht erdurch gekennzeichnet, daß das Lehrgerüst 10 zielt werden.

(29) zur Bestimmung der Arbeitspositionen des Ma- Bekannt ist es auch (ZWF 68, 1973, Heft 8, Seite 381

nipulators (22) unabhängig vom Manipulator ohne bis 387), die Programmierung eines Roboters durch Antriebseinrichtung bewegbar und bedienbar ist, Führung von Hand vorzunehmen, wobei dabei Resolver daß das Lehrgerüst (29) einen um mehrere Achsen als Positionsgeber vorgesehen werden. Auch eine sol-(7, 12, 17) von Hand bewegbaren mehrgliedrigen 15 ehe Art der Programmierung weist aber die eingangs Arm (2,6,13) aufweist und daß zur Bestimmung der bereits aufgeführten Nachteile einer schlechten Hand-Arbeitspositionen jeder Bewegungsachse (7,12,17) habungauf.

des mehrgliedrigen Arms (2, 6,13) des Lehrgerüsts Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

(29) als Geberorgan ein Funktionsdrehmelder (Win- Programmiereinrichtung der eingangs genannten Art so keldrehmelder) zugeordnet ist, der Positionssignale 20 auszubilden, daß die Programmierung leicht und schnell an eine Speichereinrichtung (8) abgibt, die mit der und damit auch präzise von der Bedienungsperson aus-Antriebseinrichtung des Manipulators (22) zur geführt werden kann.

Steuerung des Manipulators (22) entsprechend den Diese Aufgabe wird bei einer Programmiereinrich-

mit dem Lehrgerüst (29) ermittelten Positionen ver- tung der eingangs genannnten Art durch die kennzeichbindbar ist 25 nenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst Durch

2. Programmiereinrichtung nach Anspruch 1, da- die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Bediedurch gekennzeichnet, daß die Funktionsdrehmelder nungsperson unter Zuhilfenahme des Lehrgerüstes den als elektrische Meßwertgeber in der Art von Resol- gewünschten Arbeitsvorgang oder Handhabungsvorvern ausgebildet sind. gang ohne nennenswerte Behinderung ausführen und

3. Programmiereinrichtung nach Anspruch 1, da- 30 daher in der ihr von der Handarbeit her gewohnten Art durch gekennzeichnet, daß sie (29) auf der gleichen schnell, zügig und auch genau durchführen. Reibungs-Unterlage (1) wie der Manipulator (22) angeordnet oder Trägheitswiderstände des mit den Antrieben verist. sehenen Manipulators selbst, brauchen daher nicht

4. Programmiereinrichtung nach Anspruch 1, da- überwunden zu werden. Trotzdem wird es möglich, die durch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung 35 einzelnen Arbeitsabläufe exakt zu speichern und auf (8) ein elektronischer Speicher ist, der zum wieder- diese Weise ein Programm für den Manipulator zu erholbaren Ausführen der Arbeitsabläufe durch den stellen, das dessen anschließenden, unabhängigen und Manipulator (22) einsetzbar ist beliebig wiederholbaren mechanischen Arbeitseinsatz

ermöglicht.

40 Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in

den Unteransprüchen gekennzeichnet, wobei durch Verwendung eines an sich bekannten elektronischen

Die Erfindung betrifft eine Programmiereinrichtung Speichers auch der Einsatz verschiedener zu beliebigen für einen Manipulator nach dem Oberbegriff des Pa- Zeitpunkten erstellter Programme zur Steuerung des tentanspruches 1. 45 Manipulators möglich ist.

Eine solche Programmiereinrichtung ist bereits vor- Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles

geschlagen worden (Patentanmeldung gemäß DE-OS in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden 35 156). Bei dem älteren Vorschlag ist ein programm- beschrieben. Es zeigt

gesteuerter Manipulator vorgesehen, der so ausgebildet Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin-

ist, daß ein Teil von ihm, der in der Art eines Hand-Arm- 50 dungsgemäßen Programmiereinrichtung und eine sche-Gliederaggregates ausgebildet ist, von einer Bedie- matische Darstellung einer entsprechenden Arbeitsmanungsperson von Hand als Lehrgerüst verfahrbar ist. schine;

Über Schalter werden dann die Positionen des Lehrge- F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines Verwen-

rüstes abgegriffen und bei der Programmierung der dungsbeispiels dieser Arbeitsmaschine.
Programmiereinrichtung des Manipulators berücksich- 55 In F i g. 1 ist eine Programmiereinrichtung 29 mit eitigt. Nachteilig ist, daß der Bedienungsmann den Mani- ner Unterlage 1 gezeigt, auf welcher ein kegelstumpfarpulator selbst bewegen und dabei die dort auftretenden tiger Drehkopf 2 mit von unten nach oben abnehmen-Reibungen und Trägheitsmomente überwinden muß. dem Durchmesser angeordnet ist.
Nachteilig ist auch, daß solche Manipulatoren für den Dieser kegelstumpfartige Drehkopf 2 kann sich in den

Betrieb ausgelegt sind. Sie sind daher nicht handlich, 60 beiden von den Pfeilen 4 und 5 angezeigten Richtungen was Ha^ij führt, daß d?r Βθα!βϋϊ!ϋ^σ5ΐϋ2ϋϋ di? äuszufüh- um eine senkrechte Achse drehen. Die Drehbewe"!!!!- renden Arbeiten, beispielsweise Lackierarbeiten an gen dieses Drehkopfes werden von einem geeigneten, in Kraftfahrzeugkarosserien, nur sehr schwer und unge- F i g. 1 nicht abgebildeten Meßwertgeber, insbesondere nau ausführen kann. von einem »Resolver«, in entsprechende elektrische Si-

Bekannt ist auch (DE-AS 12 77 525) eine gesonderte 65 gnale umgewandelt, welche mit Hilfe eines Kabels 3 zu Steuereinrichtung für einen Manipulator vorzusehen, einem in einer elektronischen Vorrichtung 8 vorgeseheweiche ein Steuerpult aufweist, von dem aus eine in der nen Speicher gesandt werden. Diese elektronische Vor-Art eines menschlichen Armes ausgelegter Manipulator richtung 8 wird durch eine Speiseeinrichtung 27 ver-