DE2601638A1

DE2601638A1 - Handhabungsautomat

Info

Publication number: DE2601638A1
Application number: DE19762601638
Authority: DE
Inventors: Horst Maertins; Gernot Maier; Peter Rothfuss; Ulrich Dipl Ing Stratemeier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-01-17
Filing date: 1976-01-17
Publication date: 1977-07-21
Also published as: CH612371A5; SE7700318L; JPS5289782A; FR2338203A1; IT1076532B; ES455096A1; US4151451A

Description

12.1.1976 Ot/Hm

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 STUTTGART 1

Handhab ungs aut omat

Die Erfindung betrifft einen Handhabungsautomat zur Durchführung automatisierbarer Vorgänge, insbesondere zur Positionierung von Werkstücken durch programmierbare Steuerung mittels Signalinformation.

-2-

709829/0554

Handhabungsautomate, allgemein auch Industrieroboter genannt, sind heute in den verschiedensten Ausführungsformen auf dem Markt. Sie dienen im allgemeinen der Zu- und Abführung, Zuteilung, Positionierung von Werkstücken und Werkzeugen im Bereich der Pertigungseinrichtungen. Der "Vorteil solcher Handhabungssysterne wird insbesondere in der physischen Entlastung des Menschen bei technischen Produktionsabläufen gesehen. In der Großserien- und Massenfertigung übernehmen solche Handhabungsautomaten monotone Arbeitsabläufe und führen zu einer Rationalisierung in der Serienfertigung. Der allgemeine Einsatz von Handhabungsautomaten erfolgt aus soziologischen Gründen, wie z.B. Arbeitskräftemangel, Arbeiten in menschenfeindlicher Umgebung, Arbeitszeitverkürzung, Vermeidung von monotoner Arbeit, Steigerung des Lebensstandards; aus technischen Gründen wie z.B. Arbeitsgenauigkeit, Arbeitsgeschwindigkeit, Ausdauer und wirtschaftlichen Gründen wie z.B. wachsende Konkurrenz, steigende Lohnkosten und maximale Ausnutzung von Anlagen.

Der Handhabungsautomat besteht im. allgemeinen aus einem Antrieb, einer Steuerung, einem Wegmeßsystern, einer.Kinematik und einem Greifer. Insgesamt stellt ein solches System eine komplizierte Einrichtung dar, deren Einsatz und Wartung besondere Fachkräfte erfordert. Der Antrieb erfolgt im allgemeinen pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch. Die Steuerung ist in den meisten Fällen als sogenannte Punktsteuerung ausgeführt. Diese wird eingesetzt, wenn Werkstücke oder Werkzeuge an genau definierten Stellen positioniert bzw. bearbeitet werden sollen. Dabei ist es unerheblich, auf welchen Bahnen dieser Punkt erreicht wird. Ein Wegmeßsystem wird benötigt, um eine genaue Positionierung* von Werkstücken oder Werkzeugen an bestimmten Stellen zu ermöglichen. Eine sinnvoll angewandte Kinematik von Handhabungsautomaten ermöglicht es, jeden beliebigen Raumpunkt zu erreichen. Hierzu genügen im räumlichen

709829/0BS4

System im allgemeinen drei Bewegungsachsen (Freiheitsgrade), im ebenen System zwei Bewegungsachsen.

Für die Handhabung von Werkstücken oder Werkzeugen werden Greifer verwendet die im speziellen Fall mit Erkennungssensoren ausgerüstet sein können.

Um verschiedene Bewegungsabläufe zu vollziehen, werden Handhabungsautomaten im allgemeinen programmiert. Hierfür muß zunächst der Programmablauf, d.h. die Folge der einzelnen Programmschritte festgelegt werden. Als Programmiermöglichkeiten sind die verschiedensten Methoden entwickelt worden, wie z.B. das Verschlauchen bei pneumatischer Steuerung, das Steckerfeld bei elektrischer Steuerung, Steckkarten, Nokkentrommeln, Lochstreifen, oder z.B. Lochkarten. All diese Programmierungsarten haben den Nachteil, daß sie einen hohen technischen Aufwand und geschultes Bedienungs-und Wartungspersonal erfordern.

Hiervon ausgehend liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen programmgesteuerten Handhabungsautomaten zu schaffen, der es ermöglicht, automatisierbare Vorgänge, die an einem Werkstück oder einem Werkzeug wiederholt vorkommen, automatisch auszuführen. Das Programm soll dabei einfach herzustellen, veränderbar, und auswechselbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der jeweils erforderliche Bewegungsvorgang eines bewegbaren Stückträgers durch einen oder mehrere ebenen Programmträger über einen oder mehrere Sensoren gesteuert wird, wobei der Programmträger eine Nachbildung des jeweils gewünschten Bewegungsablaufes des Stückträgers darstellt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das Programm einfach herzustellen und übersichtlich ist. Durch geeignete Programmträgerge*· staltung ist eine äußerst variable rrogrammierbarkeit gewährleistet. Im Vergleich zu numerisch programmierten Systemen

70982&/0B54 ^

■ 2601838·

stellt dies eine erheblich vereinfachte Lösung im Bezug auf die Programmierbarkeit, Bedienbarkeit und Wartung und in den Ahschaffungskosten dar. Der erfindungsgemäße Handhabungsautomat ist als selbstständig funktionstüchtige Einrichtung einsatzfähig.

In vorteilhafter Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß der Stückträger als Kreuztisch ausgeführt ist, wobei die Steuerung als Punksteuerung ausgeführt ist.

Bei einem Bewegungsablauf vorzugsweise in einer Ebene (X-Y-Ebene) ermöglicht der Kreuztiach die Aufnahme von Werkstücken oder Werkzeugen, wobei die auftretenden Bearbeitungskräfte im allgemeinen nur senkrecht zur Kreuztischebene angreifen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung beruht ferner darauf, daß der Programmträger unterhalb des bewegbaren Kreuztisches als auswechselbarer Programmeinschub angeordnet ist. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise einen schnellen Programmwechsel bei geänderter Aufgabenstellung an den Handhabungsautomaten. Ferner ist diese geschützte Unterbringung mit geringem Gesamtplatzbedarf von Vorteil.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Progrämmubertragung über mindestens einen optischen Sensor erfolgt, der mit dem bewegbaren Kreuztisch mechanisch verbunden ist. Durch diese vorteilhafte Anordnungsform ist die Bewegung des Kreuztisches mit dem optisch abtastenden Sensor verbunden, d.h. der Sensor fährt mit dem bewegbaren Kreuztisch über den feststehenden Programmträger. Dies ermöglicht einen im Maßstab 1 : 1 auszuführenden Programmträger, auf dem der genaue Verlauf des gewünschten Bewegungsvorganges des Kreuztisches dargestellt ist.

-5-709829/0554

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Programmträger als gezeichneter Programmeinschub mit graphischen Code-Signalen ausgebildet. Dadurch kann der Programmträger von jedem technischen Zeichner nach kurzer Einweisung angefertigt werden, indem der gewünschte Bewegungsablauf des Kreuztisches auf einem ebenen Programmträger graphisch festgehalten wird.

Die Ausgestaltung der Erfindung sieht ferner vor, daß die graphischen Code-Signale des Programmträgers durch eine Programmierlogik jeden gewünschten Bewegungsablauf des Kreuztisches ermöglichen. Durch diese vorteilhafte Ausführungsform ist eine Bewegung des Kreuztisches z. B. in X- und Y-Richtung, eine Befehlsvorgabe für einen Eilgans, einen Schleichgang, eine Vorgangsauslösung oder weitere Befehlsangaben möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der optisch abtastende Sensor'aus mindestens vier Lichtleitfaserleitungen, mindestens einer Beleuchtungseinheit und mindestens vier Fototransistoren besteht. Hierdurch wird eine genaue optische Abfrage der auf dem Programmträger enthaltenen Code-Signale durch optische Abtastung ermöglicht.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß der Antrieb des Kreuztisches in X- und Y-Richtung auf zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Laufschienen durch Gleichstrommotoren mit Zahnriemen als Übertragungsglied erfolgt. Dabei ist es vorteilhaft eine Gleitführung zu wählen, bei der die erforderliche Laufgenauigkeit durch einen seitlichen Pederandruck je Laufschienenpaar erreicht wird.

-6-709829/0554

2601838

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, daß je nach Aufbau^ des Programmträgers, die Programmübertragung über induktive, kapazitive, mechanische oder pneumatische Sensoren erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß je nach Aufgabenstellung und Anwendungsfall eine optimale Programmträgergestaltung ermöglicht wird, die insbesondere Maßstabsverhältnisse zwischen dem Programmträger und dem BewegungsVorgang des Kreuztisches berücksichtigt. Ferner kann eine optimale Kombination zwischen der Programmierbarkeit des Programmträgers und der Sensorbeschaffenheit geschaffen werden.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines optisch programmierbaren Handhabungsautomaten,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des optisch abtastenden Sensors,

Fig. 3 eine Unteransicht des optisch abtastenden Sensors, ' schematisch dargestellt, und

Fig. 4 ein Programmierungsbeispiel für einen bestimmten Bewegungsablauf des Kreuztisches.

Der Handhabungsautomat für die Werkstück- und/oder Werkzeughandhabung besteht im wesentlichen aus einem als Kreuztisch 11, ausgebildeter Stückträger, einem sich darunter befindenden Programmträger 12 und einem optisch abtastenden Sensor 13, der mit dem in X-Y-Riehtung bewegbaren Kreuztisch mechanisch verbunden ist. Eine Programmeinschubvorrichtung Ik gewährleistet ein rasches Auswechseln des Programmträgers 12. Dieser Prograramträge'r 12 besteht aus

709 8 29/0554

49 '

einer mit Zeichenkarton kaschierten ebenen Metallplatte, auf der mit Zeichentusche die anzufahrenden Arbeitspunkte als Code-Signale 15 aufgebracht sind, wobei die einzelnen Punkte durch Linienzüge verbunden sind. In Fig. 1 ist weiterhin die Tisch-Aufspannfläche 19 für Werkstücke und/oder Werkzeuge dargestellt. Der Antrieb der X-Achse 20 sowie der Y-Achse wird von zwei Bremsmotoren für den Schleichgang und zwei Bremsmotoren für den Eilgang erzeugt. Dies sind Gleichstrommotoren mit eingebauter Bremseinrichtung, mit Zahnnriemen als übertragungsglieder. Ferner sind in Fig. 1 die Energiezuführung 22 sowie die als Faltenbalge ausgebildeten Gleitbahnschützer 23 schematisch dargestellt.

In Fig. 2 und 3 ist schematisch die Wirkungsweise des optisch abtastenden Sensors 13 dargestellt. Eine Lichtleitfaserleitung 16 in Verbindung mit einer Beleuchtungseinheit 17 und einem Fototransistor 18 übernimmt die Aufgabe, das gezeichnete Code-Signal 15 des Programmträgers 12 abzutasten und in elektrische Signale umzuwandeln. In Fig. 4 ist ein Programmierungsbeispiel für einen bestimmten Bewegungsablauf des Kreuztisches 11 mit verschiedenen Code-Signalen (1 bis 10) dargestellt.

Folgende Anwendungsfälle wären z.B. mit dem Handhabungsautomaten durchführbar: Bohren von bestimmten Lochbildern, Setzen von Lötstifen auf Leiterplatten, Palettieren, Löten an veschiedenen Stellen eines Werkstückes, Schweißen eines Werkstückes usw. Der Vorgang würde dann wie folgt ablaufen: Zunächst wird ein Programmträger 12 mit einem entsprechenden Linienzug und Code-Signalen 15 versehen, die dem Bewegungsund Arbeitsablauf des Kreuztisches beim Bearbeitungsvorgang entsprechen. Hierfür werden entsprechend Fig. 4 die Linienzüge z.B. durch die Symbole für Eilgang ein, Eilgang aus, Schleichgang, Stop und Vorgang-Start ergänzt. So bedeutet z. B. in Fig. 4:

-8-

709829/0554

Punkt 1: von Richtung + X in Richtung - Y wechseln 2: Eilgang ein

3: Eilgang aus

k: voh Richtung.- Y in Richtung + X wechseln 5'· Eilgang ein

6: Eilgang ein

7: Vorgang-Auslösung

8: von Richtung +X in Richtung +Y wechseln

9: von Richtung +Y in Richtung + X wechseln 10: Eilgang ein

Diese Symbolzeichnung ist einfach herzustellen, leicht su korrigieren und zu verändern.

Eine Kreuzung von Linienzügen ist ebenfalls möglich: Ein "Stop", der im allgemeinen durch Ansprechen aller vier Fototransistoren des Sensors ausgelöst wird, wird nur dann durchgeführt, wenn zuvor ein "Eilgang aus" erkannt wurde.

Selbstverständlich bietet eine Erweiterung der Zahl der Einzelgeber von z.B. vier auf ach.t in bestimmter Anordnung eine erweiterte Programmierungsmöglichkeit sowie ein simultanes Fahren in beiden Achsrichtungen, vorzugsweise in der Diagonalen.

Der Programmträger 12 wird über die Programmeinschubsvorrichtung Ik unterhalb des Kreuztisches positioniert. Der mit dem Kreuztisch 11 mechanisch verbundene Sensor 13 tastet sodann die auf dem Programmträger aufgezeichneten Code-Signale ab und wandelt diese in elektrische Signale um. Diese werden dem elektronischen Steuerteil zugeführt. Die Bewegung des Kreuztisches in X- und Y-Richtung erfolgt entsprechend dem Verlauf auf dem Programmträger auf zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Laufschienen, angetrieben durch Gleichstrommotoren mit Zahnriemen als Übertragungsglieder.

709829/0554

-ft·

Insgesamt kann der Vorteil der Erfindung in der einfachen Programmierbarkeit des-.Handhab ungs aut omat en gesehen werden. Ein einfacher und schneller Programmwechsel sowie die Programmgestaltung selbst verdeutlichen die Vorteile der
vorliegenden' Erfindung.

709829/0554

/3 Leerseite

Claims

Ansprüche

(Y) Handhabungsautomat zur Durchführung automatisierbarer Vorgänge, insbesondere zur Positionierung von Werkstücken durch programmierbare Steuerung mittels Signalinformation, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils erforderliche Bewegungsvorgang eines bewegbaren Stückträgers durch einen oder mehrere ebene Programmträger (12) über einen oder mehrere Sensoren (13) gesteuert wird, wobei der Programmträger (12) eine Nachbildung des jeweils gewünschten Bewegungsablaufes des Stückträgers darstellt.
2. Handhabungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stückträger ein Kreuztisch (11) ist.
3· Handhabungsautomat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Punktsteuerung ist.
4. Handhabungsautomat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmträger (12) unterhalb des bewegbaren Kreuztisches (11) als auswechselbarer Programmeinschub (14) angeordnet ist.
5. Handhabungsautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Programniü::^rtragung über mindestens einen optisch abtastenden Sensor (13) erfolgt, der mit

709829/Q5S4

-11-

INSPECTED

dem bewegbaren Kreuztisch (11) mechanisch verbunden ist.
6. Handhabungsautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Programmträger (12) als gezeichneter Programmeinschub (14) mit graphischen Code-Signalen (15) ausgebildet ist.
7. Handhabungsautomat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die graphischen Code-Signale (15) des Programmträgers (12) durch eine Programmierlogik den Bewegungsablauf des Kreuztisches (11) steuern*
8. Handhabungsautomat nach Anspruch 5₉ dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor (13) aus mindestens vier Lichtleitfaserleitungen (1β), mindestens einer Beleuchtungseinheit (17) und mindestens vier Fototransistoren (18) besteht.
9. Handhabungsautomat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Kreuztisches in X- und Y-Richtung auf zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Laufschienen durch Gleichstrommotoren mit Zahnriemen als übertragungsglieder erfolgt.

-12-

709829/05S*
10. Handhabungautomat nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß^ je nach ΑμΠ^υ des Programmträgers (12) die Programmübertragung über optische, induktive, kapazitive, mechanische oder pneumatische Sensoren (13) erfolgt.

709829/0554