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Industrie-Roboter
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Die Erfindung betrifft einen Industrie-Roboter, wie er im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 angegeben ist.
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Ein derartiger Roboter ist beispielsweise aus der DT-OS 2 403 698
bekannt. Bei diesem bekannten Roboter wird die räumliche Stellung der Roboterglieder
im Raum durch Fernsehkameras gemessen. Dadurch soll vermieden werden, daß an den
Gelenken zwischen den Robotergliedern Meßgeber angebracht werden müssen, die dann
auch ü.ber die Gelenke hinweg verkabelt werden müssen. Solche Meßglieder haben den
Nachteil, daß sich ihre Meßfehler addieren, außerdem sind solche Meßgeber verhältnismäßig
aufwendig. In der gexlamlten Offenlegungsschr.ift wird vorgeschlagen, die Roboterglieder
mittels drei Fernsehkameras zu überwachen.
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Aus dem Aufsatz von Y. Tsuboi, E. Tsuda, T. Shiraishi und N. Kosaka
in der Druckschrift Tagungsbericht.11Montage- und Handhabungstechnik 1974" (Hannover),
5. 343 - 355 ist ein anderer Industrie -Roboter bekannt. Dieser Roboter besitzt
zwei Fernsehkameras.
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Eine Fernsehkamera ist über einem Arbeitstisch angeordnet, die andere
Fernsehkamera ist am Greifer des Roboters angeordnet. Die Fernsehkamera über dem
Tisch ermittelt die Zahl der Objekte und deren ungefähre Lage. Die Fernsehkamera
am Greifer bringt durch visuelle Rückkopplung den Arm des Roboters in die richtige
Lage.
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Mit einem solchen Roboter soll beispielsweise eine flache Baugruppe
mit Elementen bestückt werden.
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Bei dem zuerst beschriebenen Roboter müssen weitere Fernsehkameras
vorgesehen werden, mit denen der Arbeitstisch überwacht werden kann. Bei dem anderen
Industrie-Roboter begrenzt die Fernsehkamera am Greifer die Schnelligkeit der Greiferbewegungen.
Insbesondere verursacht diese Fernsehkamera eine verhältnismäßig
große
Trägheit des Greifers.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Roboter anzugeben, bei dem die
Suche nach den Bauelementen und die Kontrolle der Roboterbewegungen mit besonders
geringem konstruktivem Aufwand möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Roboter der eingangs genannten Art
gelöst, welcher erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen des Patentanspruches
1 ausgebildet ist.
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Der erfindungsgemäße Roboter besitzt also zwei Fernsehkameras, mit
denen der gesamte Arbeitstisch und alle Bewegungen der Roboterglieder überwacht
werden können. Dabei ist die eine Fernsehkamera in einer xy-Ebene bewegbar, die
andere Fernsehkamera in einer yz-Ebenes wobei x, y, z zueinander orthogonale Koordinaten
sind.
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Außerdem besitzt der Roboter einen Rechner, der so programmiert ist,
daß er Markerungen auf Bauelementen und diesen Markierungen entspmchende Zeichen
auf einem zu bestückenden Bauteil erkennen kann.
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Damit ist der Roboter in der Lage, beispielsweise jede Schaltung mit
Bauelementen zu bestücken, sofern eine Schaltungsplatte vorgesehen ist, die an den
Stellen, die mit Bauelementen bestückt werden sollen, mit Zeichen versehen ist,
die den Markierungen auf dem Bauelementen entsprechen. Dabei dürfen die Bauelemente
ungeordnet neben der Schaltungsplatte auf dem Arbeitstisch bereit gestellt werden.
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Vorteilhaft ist, daß Wegmeßsysteme an den Robotergliedern überflüssig
sind, da der Rechner über die Fernsehkameras ständig die Ist-Lage mit der Soll-Lage
der Roboterglieder vergleichen kann.
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Weiterhin ist vorteilhaft, daß mit denselben Fernsehkameras sowohl
die Lage der Roboterglieder als auch die Lage der ungeordneten Bauelemente bzw.
des zu bestückenden Bauteiles geortet wird. Dadurch vereinfachen sich die Steuersysteme,
die die Ist-Lage und die Soll-Lage der Bauelemente in entsprechende Bewegungen
des
Roboters übersetzen.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Figuren erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt ein Prinzipbild des Roboters, die Fig. 2 zeigt eine
Ausführungsform.
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Gemäß Fig. 1 sind zwei Fernsehkameras, eine xar-Kamera 1 und eine
zy-Kamera 2 im rechten Winkel zueinander angeordnet und erfassen den Arbeitsraum
eines Roboters 3.
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Im Arbeitsraum des Roboters befindet sich eine Arbeitsfläche 100,
auf der beispielsweise eine zu bestückende Leiterplatte 4 liegt.
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Diese Leiterplatte 4 weist an den zu bestückenden Stellen Zeichen
5 auf, die Symbolen auf entsprechenden Bauelementen 7. entsprechen.
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Diese Bauelemente liegen auf der Arbeitsfläche ungeordnet bereit,
mit Hilfe der auf den Bauelementen aufgebrachten Markierungen wählt ein Rechner
6 das richtige Bauelement aus. Der Greifer 8 des Roboters wird von der Steuerung
9 zum gewählten Bauelement geführt. Dabei wird die jeweilige Läge des Greifers von
den Kameras aufgenommen und an den Rechner gemeldet, der über die Steuerung die
Lage korrigiert. Dies kann nach Art eines Trigger-Systems erfolgen.
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Der Greifer ist an einem Greiferarm 80 angeordnet, wobei mit Pfeilen
die Bewegungsmöglichkeiten des Greifers bzw. des Greiferarms angedeutet sind. Der
Greifer kann vor- und zurückbewegt und um zwei zueinander senkrechte Achsen gedreht
werden. Der Arm kann in der Höhenlage verstellt und um seine Hochachse gedreht werden.
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Falls es die Genauigkeit der Positionierung der Bauelemente erfordert,
werden die Kameras mit ihren optischen Achsen über die jeweilige Position des jeweils
erkannten Bauelementes gefahren, zusätzlich können die Kameras mit Teleobjektiven
ausgerüstet sein, so daß der vergrößert aufgenommene Bildauschnitt vom Rechner verarbeitet
werden kann.
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Falls notwendig, können die Kameras jede Bewegung des Greifers mit
einer entsprechenden Bewegung in der xy- bzw. yz-Ebene verfolgen, so daß die optischen
Achsen der Kameras immer auf den Greifer gerichtet sind.
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Gemäß der Fig. 2 können die Fernsehkameras beispielsweise auf Schlitten
10, 20 angeordnet sein, so daß sie in jeweils einer Ebene frei verschiebbar sind.
Im übrigen besitzen die Elemente der Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen wie in der
Fig. 1.
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Der Roboter kann beispielsweise in der folgenden Weise arbeiten: In
einem Speicherteil des Rechners sind alle Markierungen bzw.
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Zeichen der Bauelemente eingespeichert.
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Am Anfang stehen die Fernsehkameras, der Greifer und der Greiferarm
in ihren Null-Stellungen.
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Jetzt wird die xy-Kamera 1 zeilenförmig über die Schaltungsplatte
bewegt, dabei werden die Zeichen auf der Schaltungsplatte registriert. Die Zeichen
auf der Leiterplatte werden mit den im Speicher eingespeicherten Zeichen verglichen.
Außerdem werden die Koordinaten der Zeichen auf der Leiterplatte zusammen mit den
Zeichen im Speicher eingespeichert.
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Ist ein Zeichen für ein Bauelement auf der Leiterplatte mit seinen
Koordinaten im Speicher eingespeichert, beginnt das Aufsuchen eines entsprechenden
Bauelementes im Teilelager. Dazu wird die xy-Kamera zeilenförmig über das Teilelager
geführt, die yz-Kamera führt dabei in der y-Richtung die gleichen Bewegungen aus
wie die xy-Kamera. Die Markierungen auf den Bauelementen werden mit den im Rechner
eingespeicherten Zeichen verglichen, bei Übereinstimmung wird der Suchlauf gestoppt.
Die yz-Kamera kann zur Feststellung der genauen Höhenlage des Bauelementes in z-Richtung
auf die gleiche Höhe wie das Bauelement gefahren werden. Durch die augenblickliche
Stellung der Fernsehkameras sind die Lagekoordinaten des Bauelementes festgelegt.
Diese Koordinaten können in den Speicher eingespeichert werden. Nun wird unter Kontrolle
durch die Fernsehkameras der Greifer zum Bauelement geführt. Das Bauteil wird aufgegriffen.
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Unter der Kontrolle der Fernsehkameras wird nun der Greiferarm mit
dem Bauteil zu dem Zeichen auf der Leiterplatte geführt, dann wird unter Kontrolle
der Fernsehkameras das Bauelement am bezeichneten Ort in die Leiterplatte eingesetzt.
Gleichzeitig wird über die Fernsehkameras noch eirirnal die Markierung des Bauelementes
mit dem Zeichen auf der Leiterplatte kontrolliert, rnw bei Übereinstimmung von Zeichen
und Markierung wird das Bauelement eingesetzt, im anderen Falle wird es wieder entfernt
und zum Teilelager geführt.
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Nach dem Einsetzen eines Bauteiles beginnt wiederum ein Suchlauf der
Fernsehkameras über der Leiterplatte, wie bereits oben geschildert.
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Aufgrund der Ausführungen ist erkennbar, daß der Roboter in der Lage
ist, beispielsweise jede beliebige Leiterplatte mit Bauelementen zu bestücken. ohne
auf die jeweilige Schaltung programmiert worden zu sein. Dadurch ist es möglich,
auch kleine Serien und sogar einzelne Schaltungen vollautomatisch und wirtschaftlich
zu bestücken.
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Der Rechner muß in der Lage sein, auch Schrägstellungen der Bauelemente
im Teilelager zu erkennen und an den Greiferarm undden Greifer entsprechende Befehle
zur Grade stellung dieses Bauelementes zu geben. Dazu muß der Rechner in der Lage
sein, aus den perspektivischen Verzerrungen der mit den Fernsehkameras erzeugten
Bilder der Bauelemente auf die Schräglage der Bauelemente zurückzuschließen. Dies
wird in der zweiten, eingangs genannten Druckschrift ebenfalls beschrieben.
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2 Patentansprüche 2 Figuren
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