DE2841284C2 - Vorrichtung zum Programmieren eines Handhabungsgeräts - Google Patents

Vorrichtung zum Programmieren eines Handhabungsgeräts

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DE2841284C2 DE2841284A DE2841284A DE2841284C2 DE 2841284 C2 DE2841284 C2 DE 2841284C2 DE 2841284 A DE2841284 A DE 2841284A DE 2841284 A DE2841284 A DE 2841284A DE 2841284 C2 DE2841284 C2 DE 2841284C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Programmieren eines in mehreren Achsen bewegbaren Handhabungsgeräts mittels eines von Hand geführten Griffs, der mit mindestens einem Glied des Handhabungsgeräts verbunden ist, die beim Führen des Griffs bewirkten Kraftkomponenten auf ein Bauteil wirken, das elastisch mit dem Glied des Handhabungsgeräts verbunden ist und Meßwertgeber vorgesehen sind, die diese Kraftkomponenten in elektrische Signale umsetzen, die ein zu speicherndes Programm bestimmen, das die Antriebsmotoren des Handhabungsgeräts steuert. . Moderne Handhabungsgeräte weisen üblicherweise am Ende eines mehrgliedrigen Armes eine Hand auf, welche Handhabungen ausführt. Beispielsweise trägt die Hand eine Schweißvorrichtung, welche zum Zusam-
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menschweißen von Karosserieteilen dient. Hierbei soll die Hand bestimmte Bahnkurven im Raum ausführen.
Bei einem bekannten Roboter ist eine erste vertikale Drehachse vorhanden. Der mehrgliedrige Arm vermag horizontale und vertikale Bewegungen und durch Oberlagerung dieser Bewegungen sich ergebende Schwenkbewegungen auszuführen. D:e am Ende des Arms angeordnete Hand ist um eine erste Drehachse drehbar, welche in Achsrichtung des Arms verläuft. Die Hand weist eine dazu rechtwinkelige weitere Drehathse auf und letztlich eine zur weiteren Drehachse rechtwinkelig verlaufenden vierten Drehachse.
Es ist außerordentlich schwierig, die Antriebsmotoren für die verschiedenen Bewegungen des Handhabungsgeräts so zu steuern, daß die gewünschte Bahnkurve sich ergibt. Üblicherweise wird die Bahnkurve in lineare Streckenabschnitte aufgeteilt, so daß die Bahnkurve streckenweise durchfahren wird. Der Programmieraufwand zur programmierten Steuerung der Antriebsmotoren ist hierbei sehr groß.
Um den Programmieraufwand zu verringern, ist es bekannt, das Arm-, Hand-, Gliederaggregat des Handhabungsgeräts durch ein Lehrgerüst zu umgeben, das dem Arm-, Hand-, Gliederaggregat parallel zugeordnet ist. Das Lehrgerüst ist mehrgliedrig ausgebildet und läßt Relativbewegungen zum Arm-, Hand-, Gliederaggregat zu. Die Glieder des Lehrgerüsts sind mit einer der Zahl der Drehachslinien entsprechenden Zahl von Schaltern versehen. Das Lehrgerüst besteht im wesentlichen aus drei Gliedern, die über Drehlager miteinander verbunden sind und i.ich elastisch über Federn am Arm-, Hand-, Gliederaggregat abstützen. Bei Relativbewegungen zwischen den Arm- und den Handgliedern und den Gliedern des Lehrgerüsts werden die vorerwähnten Schalter betätigt, deren Signale aufgezeichnet werden und ein Steuerprogramm für die Antriebsmotoren des Handhabungsgeräts bestimmen.
Der außerordentlich komplizierte Aufbau des Lehrgerüsts macht diese Art von Programmiervorrichtung sehr teuer. Das unvermeidliche Spiel zwischen den einzelnen Gliedern führt zwangsläufig dazu, daß eine Fehlprogrammierung stattfindet, die umso größer ist, je größer dieses Spiel sich bei den Schaltern auswirkt. Eine Fehlprogrammierung wird noch dadurch bewirkt, daß das Eigengewicht des Lehrgerüsts je nach dessen Stellung zu Signalen bei den Schaltern führt, obwohl keine entsprechende Kraft von Hand auf den am Lehrgerüst angeordneten Handgriff ausgeüot wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Fehler sich in sogenannten Zappelkurven auswirken, d. h. die gewünschte Bahnkurve wird nicht kontinuierlich sondern sprungweise und z. T. rückführend durchfahren. ·
Zur Anpassung des Programmablaufs eines Handhabungsgeräts an sich verändernde Arbeitsbedingungen wie beispielsweise sich in der Höhe verändernde Werkstückstapel ist es bekannt, zwischen dem Greifer des Handhabungsgeräts und dem Glied, das diesem Greifer trägt, eine Meßvorrichtung anzuordnen, die auf Kräfte anspricht, wenn der Greifer gegen ein Hindernis anläuft. Hierdurch wird der jeweils ablaufende Programmschritt gestoppt. Diese Meßvorrichtung besteht aus zwischen dem Glied und dem Greifer in einer Reihe angeordneten starren Bauteilen, die über Federn elastisch so miteinander verbunden sind, daß sie Relativbewegungen zueinander entsprechend den Achsen, in denen der Greifer bewegbar ist, auszuführen vermögen. Die beim Anstoßen des Greifers gegen ein
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65 Hindernis auftretenden Kräfte führen zu Relativbewegungen zwischen den starren Bauteilen, die von zwischen den Bauteilen angeordneten Meßwertgebern in elektrische Signale umgesetzt werden.
Hierbei handelt es sich um keine Programmiervorrichtung sondern um einen Oberlastschutz für den Greifer. Da die starren Bauteile und somit auch die Meßwertgeber in einer Reihe oder Kette zwischen dem Greifer und dem Glied des Handhabungsgeräts angeordnet sind, treten zwangsläufig Oberlagerungen der von den Meßwertgebern gemessenen Relativbewegungen auf, die bei Verwendung der Vorrichtung als Programmiervorrichtung zu Fehlprogrammen führen würden. Letztlich wirkt das Gewicht des Greifers je nach seiner Stellung unterschiedlich auf die Meßwertgeber, was nicht kompensierbar ist.
Zur Programmierung der Bewegungsbahn eines Handhabungsgeräts ist es letztlich bekannt, auf dem Werkzeug, das später vom Handhabungsgerät geführt werden soll, ein Trägheitsmeßsystem anzuordnen und dann das Werkzeug von Hand zu führen. Hierdurch können jedoch pur Verzögerungen und Beschleunigungen längs der jeweiligen Bewegungsbahn gemessen werden, nicht jedoch die Bewegungsbahn selbst, so daß hiermit nur die Geschwindigkeitsabläufe längs der jeweiligen Bewegungsbahn programmierbar sind, nicht jedoch die Bewegungsbahn selbst.
Es besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß damit eine einfache und praktisch spielfreie Nachführung des Gliedes des Handhabungsgeräts längs der gewünschten Bahnkurve möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die von der Hand des Handhabungsgeräts auszuführenden Bewegungen verlaufen in kartesischen Koordinaten ausgedrückt in X-, Y- und Z-Richtung und bestehen weiterhin aus Drehbewegungen um die X-, und Z-Achse. Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich auf Bewegungen in diesen kartesischen Koordinatensystem, jedoch gilt entsprechendes auch für Bewegungen, wenn diese Polarkoordinaten ausgedrückt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Übersicht eines Handhabungsgeräts, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung Anwendung findet;
F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung;
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie C-D in F i g. 2 und F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie A-Bm F i g. 2.
Im gezeigten Beispiel ist die Programmiervorrichtung 23 am letzten Glied der Hand 27 des Handhabungsgeräts angeordnet. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, die Programmiervorrichtung 23 auch arn vorletzten oder drittletzten Glied der Hand vorzusehen, wobei dann die Drehbewegungen des letzten bzw. vorletzten Handgliedes separat programmiert werden müssen.
Das Handaggregat 27 ist an einem Armaggregat 26 des Handhabungsgeräts 22 angeordnet. Die Bewegungen des Arms 26 können aufgeteilt werden in Bewegungen in Richtung der Achsen x', y'und z' sowie in eine Drehbewegung dy' um die V-Achse. Das erste Glied der Hand 27 vermag eine Drehbewegung um die x'-Achse auszuführen, welche in Fig. 1 mit dx'\ bezeichnet ist. Das zweite Handglied vermag eine Drehbewegung um die z'-Achse auszuführen, wobei
diese Drehbewegung mit dz' bezeichnet ist. Lelzlich ist ein drittes Handglied vorhanden, das eine Drehbewegung um eine Achse parallel zur x'-Achse auszuführen vermag, wobei diese Drehbewegung mit dx'i bezeichnet ist. Alle diese Bewegungen können auf die Programmiervorrichtung 23 bezogen werden und zwar dort auf lineare Bewegungen in der X-, Y- und Z-Achse und auf Drehbewegungen dx, dy und dz um diese Achsen. Es besteht nunmehr die Aufgabe, ein Steuerprogramm mittels der Programmiervorrichtung 23 zu erstellen, derart, daß die Spitze P eines von der Hand 27 getragenen Werkzeugs 25 eine beliebige Raumkurve 24 vollzieht.
Die Programmiervorrichtung ist in den F i g. 2 bis 4 im einzelnen gezeigt. In Fig. 2 stellt die linke Hälfte einen Schnitt durch das Mittelteil 13 und die Hülse 14 des Griffs 23 dar, während in der rechten Hälfte der F i g. 2 lediglich die Hülse 14 geschnitten ist, das Mittelteil 13 also in Ansicht dargestellt ist.
Das Mittelteil 13 des Griffs 23 ist im vorliegenden Beispiel mit dem letzten Glied der Hand 27 starr verbunden. Dieses Mittelteil 13 wird von einer Hülse 14 umgeben. Im Bereich der beiden Enden der Hülse 14 sind am Mittelteil 13 je vier Zungen 15, 16 vorgesehen. Die vier Zungen 15 und die vier Zungen 16 sind zueinander um jeweils 90° versetzt um die Achse des Mittelteils 13 angeordnet. Die Zungenenden tragen jeweils die Hülse 14, wobei die Lagerung jeweils so vorgenommen ist, daß die Zungenenden sich relativ zur Hülse 14 bewegen können. Auf jeder der Zungen 15,16 ist ein Dehnmeßstreifen aufgebracht, welche mit den Bezugsziffern 1 bis 8 versehen sind. Die Zungen 15, 16 und ihre Dehnmeßstreifen 1 bis 8 verlaufen in Längsrichtung des Griffes 23.
Die linken und rechten unteren Zungen 15, 15, 15" tragen die Dehnmeßstreifen 7 und 8. Die vorderen und hinteren unteren Zungen 15' und 15'" tragen die Dehnmeßstreifen 2 und 1. An der oberen Seite tragen die linken und rechten Zungen 16, 16" die Dehnmeßstreifen 6 und 5, während die vorderen und hinteren Zungen die Dehnmeßstreifen 4 und 3 tragen. In Fig. 3 ist die Lage der oberen Dehnmeßstreifen 3 bis 6 in Klammern angegeben.
Im mittleren Bereich des Mittelteils 13 sind zwei weitere Zungen 17, 17' vorgesehen, deren freie Enden gegeneinander zeigen und weiche in Richtung der Achse des Mittelteils 13 verlaufen. Diese Zungen 17,17' tragen ebenfalls den Meßstreifen 9,10. Gegen die freien Enden dieser beiden Zungen 17, 17' liegt spielfrei eine Schraube 18 der Hülse 14 an.
Letztlich sind zwei Zungen 20, 20' am Mittelteil 13 vorgesehen, welche längs des Umfangs des Mittelteils 13 und quer zu seiner Achse verlaufen. Die freien Enden der Zungen 20, 20' weisen gegeneinander und die Zungen tragen den Meßstreifen 11, IZ Gegen die freien Enden der Zungen 20,20' liegt spielfrei eine Schraube 19 der Hülse 14 an.
Die verschiedenen Leitungen zu den Dehnmeßstreifen sind in einem Rohr 21 geführt, welches vom Inneren des Mittelteils 13 nach unten abgeht.
Soll sich die Hand 27 des Handhabungsgeräts in Richtung der X-Achse bewegen, dann wird die Hülse 14 von Hand in Pfeilrichtung X bewegt, wodurch die Dehnmeßstreifen 6, 7 gedehnt werden, da ihre zugehörigen Zungen sich infolge der auf sie wirkenden Kraft biegen. Eine Signalgabe über die Dehnmeßstreifen 6 und 7 signalisiert also eine Bewegung in X-Richtung- Soll eine genau entgegengesetzte Bewegung ausgeführt werden, dann wird auf die Hülse 14 von Hand ein Druck entgegen der Pfeilrichtung Xausgeübt, so daß nunmehr die Dehnmeßstreifen 5 und 8 ein Signal abgeben.
Soll eine Bewegung in Y-Richtung ausgeführt werden, wird die Hülse 14 in diese Richtung gedrückt, wodurch die Dehnmeßstreifen 2 und 4 Signale erzeugen. Soll eine Bewegung entgegen dieser Pfeilrichtung Y ausgeführt werden, dann wird die Hülse 14 entgegen der Pfeilrichtung ^gedrückt, was zu einer Signalerzeugung in den Dehnmeßstreifen 1,3 führt.
1st beabsichtig, eine Bewegung in Z-Richtung auszuführen, wird die Hülse 14 nach oben gedrückt, wodurch die Schraube 18 die Zunge 17 biegt, was zu einer Signalgabe beim Dehnmeßstreifen 9 führt. Bei einer beabsichtigten Bewegung entgegen der Pfeilrichtung Z wird die Hülse 14 nach unten gezogen, was bewirkt, daß die Schraube 18 die Zunge 17' durchbiegt. so daß der Dehnmeßstreifen 10 ein Signal erzeugt.
Damit sind sämtliche Linearbewegungen in Richtung der X-, Y- und Z-Achse programmierbar. Natürlich können auch überlagerte Bewegungen durchgeführt werden, beispielsweise in Pfeilrichtung 28, wodurch die Dehnmeßstreifen 1,3,6,7 Signale erzeugen.
Soll eine Drehbewegung dy um die K-Achse ausgeführt werden, wird die Hülse 14 um diese Achse gedreht, wodurch die Zungen 16 und 15" gebogen werden, was zur Signalerzeugung bei den Dehmeßstreifen 6 und 8 führt. Eine Drehbewegung entgegen der Pfeilrichtung dy führt zur Signalerzeugung bei den Dehnmeßstreifen 5 und 7. Bei einer an der Hülse 14 ausgeübten Drehbewegung dx um die X-Achse werden die Dehnmeßstreifen 1 und 4 zur Signalerzeugung bewegt, während bei einer entgegengesetzten Bewegung die Dehnmeßstreifen 2 und 3! Signale hervorrufen.
Bei einer Drehbewegung dz um die Z-Achse läuft die Schraube 19 gegen die Zunge 20' an, so daß der Dehnmeßstreifen 12 ein Signal erzeugt. Bei einer entgegengesetzten Drehbewegung wird der Dehnmeßstreifen 11 zur Signalerzeugung angeregt.
Auch hier sind natürlich Überlagerungen der Drehbewegungen untereinander und mit den Linearbewegungen möglich.
Anstelle der Dehnmeßstreifen 1 und 12 können natürlich auch induktive und/oder kapazitivie Meßwertgeber verwendet werden. Es ist auch möglich, die jeweils paarweise beaufschlagten Meßwertgeber durch einen einzigen Geber zu ersetzten, der, wenn ein Druck auf ihn ausgeübt wird, ein Signal erzeugt, das unterschiedlich ist zu denjenigen, welches er erzeugt, wenn auf ihn eine Zugkraft wirkL Die bei Drehbewegungen um die X- und Y-Achse paarweise wirksamen Dehnmeßstreifen 1 bis 8 können durch zwei Meßwertgeber ersetzt sein, die rechtwinkelig zueinander angeordnet sind und die jeweils unterschiedliche Signale abgeben, wenn eine Drehbewegung um eine der Achsen in der einen oder anderen Richtung ausgeführt wird.
Anstelle der Dehnmeßstreifen 1 bis 12 können auch Schalter vorgesehen sein, welche Ja-Nein-Signale erzeugen. Die Größe der Kräfte zwischen der Hülse 14 und dem Mittelteil 13 messende Meßwertgeber sind jedoch zu bevorzugen, da die gemessene Größe der jeweiligen Kraft umgesetzt werden kann, um die Verstellmotoren des Handhabungsgeräts 22 schnell oder langsam laufen zu lassen.
Die nachfolgende Tabele zeigt, bei welchen Bewegungen welche Meßwertgeber 1 bis 12 Signale erzeugen.
Bewegung Signalerzeugung
bei
linear
+ ,V 6 und 7
-X 5 und 8
+ Y 2 und 4
— Y I und 3
+ Z 9
-Z 10
Drehung
+ dx 1 und 4
-dx 2 und 3
+ dy 6 und 8
-dy 7 und 5
+ dz 12
-dz 11
Hierzu 2 Blall Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Programmieren eines in mehreren Achsen bewegbaren Handhabungsgeräts mittels eines von Hand geführten Griffs, der mit mindestens einem Glied des Handhabungsgeräts verbunden ist, die beim Führen des Griffs bewirkten Kraftkomponenten auf ein Bauteil wirken, das elastisch mit dem Glied des Handhabungsgeräts verbunden ist und Meßwertgeber vorgesehen sind, die diese Kraftkomponenten in elektrische Signale umsetzen, die ein zu speicherndes Programm bestimmen, das die Antriebsmotoren des Handhabungsgeräts steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil eine Hülse (14) des Griffs (23) ist, diese Hülse (14) einen Mittelteil (13) dec Griffs (23) umgibt, der starr mit dem letzten zu programmierenden Glied des Handhabungsgeräts verbunden ist, die Hülse (14) zum Mittelteil (13) in den Achsen beweglich ist, in denen sich das mit dem Mittelteil (13) verbundene Glied zu bewegen vermag und zwischen Mittelteil (13) und Hülse (14) die Meßwertgeber (1 bis 12) angeordnet sind, welche die In den Bewegungsrichtungen der Hülse (14) relativ zum Mittelteil (13) auftretenden Kraftkomponenten erfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,'dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von zwei rechtwinkelig zueinander stehenden Achsen (X, Y) für jede Achse mindestens ein Meßwertgeberpaar (7, 8 bzw. 1, 2) für jede Achse (X, Y) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (1, 2, 7, 8) um 90° zueinander •versetzt an dem Mittelteil (13) angeordnet sind, wobei einander gegenüberliegende Meßwertgeber (1, 2 bzw. 7, 8) jeweils ein Meßwertgeberpaar (1, 2 bzw. 7, 8) bilden, die auf Kräfte quer zur Achse des Mittelteils (13) ansprechen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von zwei rechtwinkelig zueinander stehenden Achsen (X, Z) für jede Achse mindestens ein Meßwertgeberpaar (7,8 bzw. 9,10) für jede Achse (X, Z) vorgesehen ist, die Meßwertgeber (7, 8) des einen Paares um 180° versetzt zueinander um den Mittelteil (13) angeordnet sind und auf Kräfte quer zur Achse des Mittelteils (13) ansprechen und die Meßwertgeber (9, 10) des anderen Paares längs der Achse des Mittelteils (13) angeordnet sind und auf Kräfte längs dieser Achse ansprechen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von drei rechtwinkelig zueinander stehenden Achsen (X, Y, Z) für jede Achse mindestens ein Meßwertgeberpaar (7,8; 1,2; 9,10) vorgesehen ist, die Meßwertgeber (1, 2, 7,8) zweier Paare um 90° zueinander versetzt um den Mittelteil (13) und die Meßwertgeber (9,10) des dritten Paares längs der Achse des Mittelteils (13) angeordnet sind, wobei die einander gegenüberliegenden, jeweils ein Paar der die zwei Paare bildenden Meßwertgeber (1,2; 7, 8) auf Kräfte quer und die beiden Meßwertgeber (9, 10) des dritten Paares auf solche längs der Achse des Mittelteils (13) ansprechen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von Drehbewegungen in einer quer zur Achse des Mittelteils (13) verlaufendem Achse (Y) mindestens ein erstes
Meßwertgeberpaar (6, 8) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (6,8) um 180° versetzt zueinander je an einem Ende des Mittelteils (13) angeordnet sind und auf Drehbewegungen um diese Achse (Y) ansprechen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Meßwertgeberpaar (5, 7) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (5, 7) symmetrisch zu denjenigen des ersten Meßwertgeberpaares (6,8) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von Drehbewegungen um zwei senkrecht zueinander und jeweils quer zur Achse des Mittelteils (13) verlaufenden Achsen (X, Y) ein mindestens weiteres Meßwertgeberpaar (2, 3) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (2, 3) um 180° versetzt zueinander und um 90° versetzt zu denjenigen des ersten Meßwertgeberpaares (6, 8) je an einem Ende des Mittelteils (13) angeordnet sind und jedes Paar (2, 3; 6, 8) auf Drehbewegungen um die zugehörige Achse (X, Y) anspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein viertes Meßwertgeberpaar (1, 4) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (1, 4) symmetrisch zu denjenigen des weiteren Meßwertgeberpaares (2,3) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von Drehbewegungen um eine längs der Achse des Mittelteils (13) verlaufenden Achse (Z) ein Meßwertgeberpaar (11, 12) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (11, 12) am Umfang des Mittelteils (13) angeordnet sind, und auf Drehbewegungen um diese Achse (Z) ansprechen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeberpaare (1 bis 12) ersetzt sind durch je einen Meßwertgeber, der bei einer Druckbeanspruchung ein Signal erzeugt, das zu demjenigen bei Zugbeanspruchung unterschiedlich ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber (1 bis 12) auf vom Mittelteil (13) abgehenden elastischen Zungen (15, 16, 17, 20) angeordnet sind, an deren Enden sich die Hülse (14) abstützt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber (1 bis 12) Dehnmeßstreifen sind.
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