DE3243341C2

DE3243341C2 -

Info

Publication number: DE3243341C2
Application number: DE3243341A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Tokio/Tokyo Jp Kitano; Yoshimasa Yokohama Kanagawa Jp Itoh
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1989-04-20
Also published as: GB2110427B; DE3243341A1; CA1181837A; GB2110427A; JPS5887603A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der DE 31 45 874 A1 (ältere Anmeldung) ist ein Roboter für Lehr- und Wiedergabebetrieb beschrieben, dessen Arm von einer Transport einrichtung bewegt wird. Ein Nachteil dieses Roboters ist es, daß dann, wenn die Lage des zu bearbeitenden Werkstücks von der Lage des Werkstücks im Lehrbetrieb stark abweicht, sehr viel Korrekturbewegungen zur Aus richtung notwendig sind, weil die Stellung des Arms zum Werkstück bei Beginn des Wiedergabebetriebs nicht mit Hilfe von Erkennungssignalen der Erkennungsvorrichtung zur Erfassung einer vorgegebenen Bezugsstellung des Werk stücks korrigiert wird. Der bekannte Roboter braucht daher viel Zeit für Korrekturbewegungen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern eines Industrie-Roboters zu schaffen, mit dem zufrieden stellende Arbeiten bei minimalem Zeitaufwand ausgeführt werden können, und zwar selbst dann, wenn die Position der Werkstücke im Wiedergabebetrieb und/oder die Position der zu bearbeitenden Bereiche der Werkstücke bei allen Werkstücken verschieden ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 zusammen mit dessen Ober begriff.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1;

Fig. 3 und 4 perspektivische Ansichten von Einzelheiten eines Gelenks und seiner wesentlichen Teile;

Fig. 5 und 6 anschauliche Ansichten der von einer Fernseh kamera empfangenen Schlitzbilder; und

Fig. 7 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Funk tion des Ausführungsbeispiels in Fig. 1.

In den Figuren umfaßt ein Roboter-Hauptkörper oder Industrie-Roboter 1 eines mehrgelenkigen Roboters eine Platt form 2 und einen schwenkbaren Arm 3. Der schwenkbare Arm 3 umfaßt einen gegenüber der Plattform 2 in Rich tung A drehbaren Drehtisch 4, einen gegenüber dem Dreh tisch 4 in Richtung B drehbaren Stützpfosten 5, einen gegenüber dem Stützpfosten 5 in Richtung C drehbaren Arm 6 und ein freibiegbares Gelenk 7 der sogenannten flexiblen Art.

An einer zylindrischen Spitze 8 des Gelenks 7 ist ein erster Bügel 9 befestigt, an dem mit Hilfe eines Verbin dungsteils 10 ein zweiter Bügel 12 drehbar um eine Ach se 11 befestigt ist. An dem zweiten Bügel 12 ist eine Schlitzlichtquelle 16, die ein Schlitzbild 15 auf die Oberfläche 14 eines zu bearbeitenden Werkstücks 13 projiziert, angebracht sowie eine Fernsehkamera 17, die mit Hilfe von Halbleitersensoren oder ähnlichem das Schlitzbild 15 auf der Oberfläche 14 und einem Werk zeug 18 empfängt. Eine drehbare Achse 19 ist zur dreh baren Befestigung des zweiten Bügels 12 an den ersten Bügel 9 in der Achse 11 angebracht, in ihrem mittleren Bereich an der Fernsehkamera 17 befestigt und mit bei den Enden drehbar an seitlichen Fortsätzen 20, 21 des ersten Bügels 9 festgemacht. An einem Ende der drehba ren Achse 19 ist ein Zahnscheibensegment 22 befestigt, das mit einem Ritzel 23 kämmt, welches auf einer Aus gangswelle eines Untersetzungsgetriebes 24 sitzt. Das Untersetzungsgetriebe 24 ist mit einem Motor 25 verbun den, der ein gutes Ansprechverhalten wie ein kernloser Motor hat und an dem ersten Bügel 9 befestigt ist. Aufgrund der Funktion des Motors 25 als Korrektionsvor richtung werden die Schlitzlichtquelle 16, die Fernseh kamera 17 und das Werkzeug 18 zusammen um die Achse 11 in Richtung H verdreht.

Die Licht aufnehmende optische Achse 26 der Fernsehka mera 17, also ihre Mittellinie 26, fluchtet mit der Mittellinie der zylindrischen Spitze 8 des Gelenks 7 und steht auf der Achse 11 senkrecht. Eine optische Achse 27 der Schlitzlichtquelle 16 schneidet die op tische Achse 26 und die Achse 11 schiefwinklig. Das Werkzeug 18 umfaßt eine Dichtungsdüse 31, die mit ihrem Vorderende 28 die Werkstückoberfläche 14 leicht berührt und Dichtungsmasse 30 aus dem Vorderende 28 auf einen Bereich 29 des zu dichtenden Werkstücks 13 aufbringt, einem Düsenhalter 32, der die Düse 31 nachgiebig ent lang der Abdichtungsrichtung D und senkrecht dazu ver schiebbar hält, und ein Verbindungsteil 33, das den Düsenhalter 32 an dem zweiten Bügel 12 befestigt. Der Düsenhalter 32 kann Vertikalfehler am Vorderende 28 der Düse 31 beim Wiedergabebetrieb absorbieren. Die Düse 31 liegt in einer Ebene, die die optischen Achsen 26, 27 einschließt und das Vorderende 28 der Düse 31 liegt im Schnittpunkt der optischen Achsen 26 und 27. Die Platt form 2 wird von einer Transporteinrichtung 34 getragen, das eine endlose Kette umfaßt und der Industrie-Roboter 1 wird durch den Betrieb einer Kette der Transporteinrich tung 34 in der Richtung F bewegt, die senkrecht auf der Richtung E steht, in der das Werkstück 13 von einer Transporteinrichtung 35 bewegt wird. Die Transportein richtung 34 wird ihrerseits von einer Transporteinrich tung 36 getragen, die ein endloses Kettenband umfaßt, und die Transporteinrichtung 34 und damit der Industrie-Roboter 1 werden durch den Betrieb der Kette der Trans porteinrichtung 36 in Richtung G parallel zur Rich tung E bewegt. Die Transporteinrichtung 35 umfaßt bei spielsweise einen Endlosbandförderer und befördert die Werkstücke 13 fortlaufend in Richtung E.

Wie unten beschrieben werden wird, speichert eine Steuereinrichtung 37, die einen Mikrocomputer oder ähn liches aufweist, die Lagedaten für den schwenkbaren Arm 3 des Industrie-Roboters 1 in einer Speichereinheit 38 als Lehrdaten gemäß einem Steuerprogramm ab, das zuvor in der Speichereinheit 38 im Lehrbetrieb gespeichert wurde, liest die Lehrdaten aus, die in der Speicherein heit 38 ebenfalls gemäß dem Steuerprogramm gespeichert wurden, und steuert geschützt auf die im Wiedergabebe trieb entsprechend ausgelesenen Lehrdaten den schwenk baren Arm 3 des Industrie-Roboters 1. Die Steuereinrichtung 37 steuert auch die Funktion der Transporteinrichtun gen 34 und 36 und die Transporteinrichtung 35 mit Hilfe des Signals eines Detektors 39, der optisch oder magne tisch das Herannahen von Werkstücken 13 erfaßt, des Signals einer Bildverarbeitungseinrichtung 40 und mit Hilfe des in der Speichereinheit 38 gespeicherten Steuerprogramms. Die Bildverarbeitungseinrichtung 40 vergleicht die von der Fernsehkamera 17 empfangenen Bilder mit vorher in der Speichereinheit 41 gespeicherten Bezugsbildern und gibt als Ausgangssignal ein auf dem Ergebnis des Vergleichs beruhendes Steuersignal an die Steuereinrichtung 37 und den Motor 25 ab.

Die Funktion des dargestellten mehrgelenkigen Roboters 50 wird im folgenden erklärt. Im Lehrbetrieb wird die Transporteinrichtung 35 angehalten und das Werk stück 13 in einer vorgegebenen Lage auf das Band der Transporteinrichtung 35 gebracht. Dann wird der Industrie-Roboter 1 manuell zum stillstehenden Werkstück 13 bewegt, während das Vorderende 28 an die Anfangsstelle 51 eines Abdichtungsvorgangs gebracht, die Achse 11 parallel zum zu bearbeitenden Dichtungsbereich 29 eingestellt, die optische Achse 26 senkrecht auf die bearbeitete Werk stückoberfläche 14 gestellt und der Schnittpunkt der optischen Achsen 26 und 27 auf die Anfangsstelle 51 eingestellt wird. Danach wird das Vorderende 28 entlang dem Dichtungsbereich 29 zur Endstelle 52 verschoben, wo bei die oben beschriebenen Lageverhältnisse beibehalten werden. Während das Vorderende 28 von der Anfangs stelle 51 zur Endstelle 52 verschoben wird, werden alle Stellungen für den schwenkbaren Arm 3 nacheinander als Lehrdaten gespeichert, d. h. es wird unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 37 ein Arbeitsprogramm in die Speichervorrichtung 38 eingespeichert. Jede Stel lung für den schwenkbaren Arm 3 kann beispielsweise von einem an jedem Gelenk des schwenkbaren Arms 3 angebrach ten Potentiometer erfaßt werden. Im Wiedergabebereich wird die Transporteinrichtung 34 von der Transportein richtung 36 entgegen der Richtung A bewegt und unter Überwachung der Steuereinrichtung 37 in die Anfangslage am äußersten rechten Rand in Fig. 2 gebracht. Nachdem die Transporteinrichtung 35 durch die Steuereinrich tung 37 mit dem Arbeitsbeginn-Signal in Betrieb gesetzt wurde, werden die Werkstücke 13 nacheinander in Rich tung E bewegt. Wenn die Lagebeziehung zwischen dem ersten herangebrachten Werkstück 13 und der Transport einrichtung 34 gleich der im Lehrbetrieb eingestellten Lagebeziehung ist, werden die in der Speichervorrich tung 38 gespeicherten Lehrdaten aufgrund eines Signals des Detektors 39 ausgelesen, der unter Überwachung der Steuereinrichtung 37 die genannte Stellung optisch oder magnetisch erfaßt; dadurch wird der Industrie-Roboter 1 so gesteuert, daß das Vorderende 28 durch die Lehrdaten an die Anfangsstelle 51 gebracht wird, während anderer seits die Transportvorrichtung 36 unter Überwachung der Steuereinrichtung 37 so betrieben wird, daß der Industrie-Roboter 1 synchron in der Bewegungsrichtung E des Werk stücks 13 bewegt wird. Industrie-Roboter 1 und Werkstück 13 werden also gleich schnell in Richtung E bewegt. Nach dem das Vorderende 28 an die Anfangsstelle 51 gebracht wurde, untersucht die Bildverarbeitungseinrichtung 40 des Roboters 50 die von der Fernsehkamera 17 empfange nen Schlitzbilder 15. Wenn sich die Schlitzlichtquel le 16, die Fernsehkamera 17, das Werkzeug 18 und der Dichtungsbereich 29 in der gleichen Lagebeziehung wie im Lehrbetrieb befinden, empfängt die Fernsehkamera 17 Schlitzbilder 52 als ein Erkennungssignal. Wenn sich andererseits die Schlitzlichtquelle 16, die Fernsehka mera 17, das Werkzeug 18 und der Dichtungsbereich 29 des Werkstücks 13 in einer anderen Lagebeziehung als im Lehrbetrieb befinden, empfängt die Fernsehkamera 17 beispielsweise Schlitzbilder 54 als Erkennungssignal. Bei den dem Schlitzbild 15 entsprechenden Abbildun gen 55 in den Schlitzbildern 54 verkörpert der Abstand 58 in Richtung F zwischen der Stelle 56 für den abge knickten Bereich, der sich an dem Absatz des Dichtungs bereichs 29 ergibt, und der Mitte 57 des Schlitzbil des 54 die Abweichung in der Richtung F zwischen dem Vorderende 28 und dem Dichtungsbereich 29. Wenn die Schlitzbilder 53 von der Fernsehkamera 17 aufgenommen werden, betätigt die Steuereinrichtung 37 des Roboters 50 direkt den schwenkbaren Arm 3, um das Vorderende 28 in Richtung D zu bewegen und zwar aufgrund eines Anzei gesignals der Bildverarbeitungsvorrichtung 40, so daß die Abdichtung im Dichtungsbereich 29 von der Anfangs stelle 51 bis zur Endstelle 52 entsprechend den Lehr daten ausgeführt wird. Für den Fall, daß Schlitzbilder 54 von der Fernsehkamera 17 empfangen werden, gibt die Bildverarbeitungseinrichtung 40 als Ausgangssignal ein dem Abstand 58 entsprechendes Signal an die Steuer einrichtung 37 des Roboters 50 ab, die die Transportein richtung 34 betätigt, um den Industrie-Roboter 1 entsprechend dem Anzeigesignal der Bildverarbeitungseinrichtung 40 in Richtung F zu bewegen, bis die Schlitzbilder 53 empfangen werden. Wenn als Ergebnis der Bewegung des Industrie-Roboters 1 in Richtung F die Schlitzbilder 53 empfangen werden, beginnt der Roboter 50 die Abdichtung im Dichtungsbereich 29 wie oben beschrieben. Während der Abdichtung im Dichtungsbereich 29 von der Anfangs stelle 51 bis zur Endstelle in Übereinstimmung mit den Lehrdaten, überwacht die Bildverarbeitungsvorrich tung 40 die von der Fernsehkamera 17 aufgenommenen Schlitzbilder. Wenn im Velauf der Abdichtung aufgrund einer Verschiebung des Dichtungsbereichs 29 die Schlitz bilder 54 empfangen werden, betätigt die Bildverarbei tungseinrichtung 40 den umschaltbaren Motor 25, um die Schlitzlichtquelle 16, die Fernsehkamera 17 und das Werkzeug 18 um die Achse 11 in Richtung H zu drehen, so daß das Schlitzbild 53 empfangen wird, und stellt das Vorderende 28 auf den Dichtungsbereich 29 ein. Der Ab stand 58 kann dadurch erfaßt werden, daß die empfange nen Schlitzbilder 54 mit dem Schlitzbild 53 verglichen werden, das zuvor als Bezugsbild in der Speicherein heit 41 in Form von Digital-Signalen gespeichert wur de. Wenn die Abdichtung im Dichtungsbereich 29 entspre chend den Lehrdaten vollendet wurde, veranlaßt die Steuereinheit 37 die Transporteinrichtung 36 die Bewe gung des Industrie-Roboters 1 in Richtung E zu beenden und bewegt dann den Industrie-Roboter 1 mit Hilfe der Transport einrichtung 36 entgegengesetzt zur Richtung E, um den Industrie-Roboter 1 in die Ausgangsstellung zu bringen. Wenn der Industrie-Roboter 1 in Ausgangsstellung gebracht ist, wie derholt der Roboter 50 die Abdichtung in gleicher Weise beim nächsten herangebrachten Werkstück 13.

In dem Ausführungsbeispiel wurden die Erklärungen für eine Verschiebung des zu bearbeitenden Bereichs in Rich tung F gemacht, beispielsweise eines Dichtungsbereichs 29, der sich die Transportvorrichtung 35 in Rich tung E erstreckt. Für den Fall, daß sich der Dichtungs bereich 29 beispielsweise in Richtung F erstreckt, wird die Schlitzlichtquelle 16 verschoben, so daß die Schlitzbilder auf der Werkstückoberfläche 14 senkrecht zur Richtung F erzugt werden und die Bewegungsgeschwin digkeit des Industrie-Roboters 1 in Richtung E wird durch die Transporteinrichtung 36 entsprechend den Schlitzbildern richtig eingestellt, wodurch das Vorderende 28 unter Berücksichtigung von Verschiebungen des Dichtungsbe reichs 29 in oder entgegen der Richtung E genau auf die Anfangsstelle 51 des Abdichtungsvorgangs eingestellt wird. Dadurch, daß der erste Bügel 9 an dem Gelenk 7 so angebracht ist, daß die Achse 11 parallel zum Dichtungs bereich 29 verläuft, kann bei Verschiebungen des Dich tungsbereichs 29 entgegen der Richtung E das Vorderen de 28 genau dem Dichtungsbereich 29 von der Anfangsstel le 51 bis zur Endstelle 52 folgen, um ihn ebenso abzu dichten, wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel, selbst wenn der Dichtungsbereich 29 sich in oder entge gen der Richtung E verschiebt. Der zu bearbeitende Be reich muß nicht notwendig gerade sein, wie oben be schrieben, sondern kann auch gekrümmt sein. In diesem Fall ist eine Erkennungsvorrichtung zur Erfassung ge krümmter Bereiche an der Spitze 8 des Gelenks 7 be festigt und beide Transporteinrichtungen 34 und 36 wer den entsprechend einem Erfassungssignal von der Erken nungsvorrichtung gesteuert. Zuerst wird das Vorderen de 28 an eine Bezugsstelle des zu bearbeitenden Be reichs gebracht und während des den Lehrdaten entspre chenden Arbeitsvorgangs an diesem Bereich wird das Vor derende 28 der Verschiebung dieses Bereichs durch eine auf dem Erfassungsignal der Erkennungsvorrichtung be ruhenden Betätigung der Transporteinrichtungen 34 und 36 nachgeführt. Obwohl als Bezugsstelle die Anfangsstel le 51 des Arbeitsvorgangs an dem Werkstück 13 gewählt wurde, kann dies statt dessen auch eine Ecke 59 des Werkstücks 13 sein. In diesem Fall werden im Lehr betrieb die Bilder der Ecke 59 in der Speicherein heit 41 gespeichert. Im Wiedergabebetrieb wird das Vor derende 28 zuerst auf der Ecke 59 eingestellt, um deren Bilder zu erfassen. Die so gewonnenen Bilder werden mit den gespeicherten verglichen, um die Verschiebung des Werkstücks 13 zu erfassen; die Transporteinrichtun gen 34 und 36 werden so gesteuert, daß Verschiebungen des Industrie-Roboters 1 kompensiert werden. Während in die sem Fall Verschiebungen der einzelnen Werkstücke 13 auf der Transporteinrichtung 35 einfach kompensiert werden können, kann die Verschiebung des zu bearbeitenden Be reichs selbst nicht leicht ausgeglichen werden. Deshalb ist es in den Fällen wünschenswert, die Bezugsstelle in dem zu bearbeitenden Bereich zu wählen, in denen die Arbeitsbereiche für jedes Werkstück 13 etwas verschie den sind. Darüber hinaus kann die Erfindung nicht nur für Dichtungsroboter verwendet werden, sondern auch für Schweiß- oder Beschichtungsroboter, für die ein an die Arbeitsweise angepaßtes Werkzeug ausgewählt wird, also ein Schweißbrenner zum Schweißen bzw. eine Spritzdüse zum Beschichten.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Industrie-Roboters (1)

- mit einer Speichereinheit (41) zum Einspeichern eines Arbeitsprogramms während eines Lehrbetriebes,
- mit einem schwenkbaren Arm (3), der ein Werkzeug (18) an seiner Spitze (8) aufweist, das während eines Wiedergabebetriebes in Übereinstimmung mit dem in der Speichereinheit (41) gespeicherten Arbeitsprogramm in vorbestimmte Positionen zu einem Werkstück (13) bringbar ist,
- mit einer Erkennungsvorrichtung (17) an der Spitze (8) des Armes (3) zur Erfassung eines zu bearbei tenden Bereichs (29) des Werkstücks (13),
- mit einer Korrekturvorrichtung (22, 23, 24, 25) zur Korrektur der Position des vom Industrie-Ro boter (1) bewegten Werkzeugs (18) gegenüber dem zu bearbeitenden Bereich (29) im Wiedergabebetrieb aufgrund der Erfassungssignale von der Erkennungs vorrichtung (17),
- mit einer ersten Transporteinrichtung (34) zur Bewegung des Industrie-Roboters (1) in eine erste Bewegungsrichtung (F) und
- mit einer zweiten Transporteinrichtung (36) zur Bewegung des Industrie-Roboters (1) in eine die erste Bewegungsrichtung (F) kreuzende zweite Be wegungsrichtung (G), durch die der Industrie-Robo ter (1) bei Beginn des Wiedergabebetriebs derart bewegt wird, daß das Werkzeug (18) programmge steuert in dem zu bearbeitenden Bereich (29) des Werkstücks (13) positioniert wird,

dadurch gekennzeichnet,

- daß dann der Industrie-Roboter (1) von der ersten und zweiten Transporteinrichtung (34, 36) aufgrund der Erfassungssignale von der Erkennungsvorrichtung (17) derart in die erste und zweite Bewegungs richtung (F, F) bewegt wird, daß bei Beginn des Wiedergabebetriebes das Werkzeug (18) in dieselbe Position bezüglich einer Bezugsstelle (51) auf dem Werkstück gebracht wird, in die es im Lehr betrieb gebracht worden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bewegungsrichtung (F) senkrecht zur zweiten Bewegungsrichtung (G) verläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gkennzeich net, daß das Werkstück (13) durch eine dritte Trans porteinrichtung (35) in dieselbe Bewegungsrichtung (E) wie die zweite Bewegungsrichtung (G) bewegt wird, wobei die Bewegung des Werkstückes (13) im Wiedergabe betrieb synchron mit der Bewegung des Industrie-Ro boters (1) durch die zweite Transporteinrichtung (36) erfolgt.