DE3445849A1

DE3445849A1 - Industrie-roboter

Info

Publication number: DE3445849A1
Application number: DE19843445849
Authority: DE
Inventors: Udo 7121 Pleidelsheim Ley; Werner 7000 Stuttgart Tremmel
Original assignee: Duerr Automation and Foerdertechnik 7889 Grenzach Wyhlen GmbH; Duerr Automation and Fordertechnik GmbH
Current assignee: Duerr GmbH
Priority date: 1984-12-15
Filing date: 1984-12-15
Publication date: 1986-06-19

Description

Industrie-Roboter
Die Erfindung betrifft einen Industrie-Roboter mit einem bewegbaren Roboterarm und einem daran montierten Greifer für in wenigstens einer Positionierungsebene angeordnete Teile sowie mit einer Steuerung, welche ein optisches Teileerkennungssystem zum Feststellen einer Lage des Teils in seiner jeweiligen Positionierungsebene sowie zum für ein Greifen erforderlichen Positionieren des Greifers besitzt und welche an dem Greifer angeordnete taktile Sensoren zum Nachweis eines Greifens des Teils oder eines Fehlgreifens umfasst.
Derartige Industrie-Roboter sind im allgemeinen dazu eingesetzt, Teile zu greifen, aufzunehmen und an einer anderen Stelle wieder abzusetzen. Durch das optische Teileerkennungssystem ist es nicht notwendig, dass die Teile zum Greifen für den Roboter in einer genau definierten Lage zur Verfügung gestellt werden, sondern es reicht aus, wenn die Teile auf einer vorgegebenen Positionierungsebene angeordnet sind. Das optische Teileerkennungssystem ermittelt die Lage des Teils in der Positionierungsebene relativ zur Stellung des Greifers, wobei sich diese Lage einerseits aus den Lagekoordinaten in der Positionierungsebene, d.h. der Entfernung vom Greifer, und andererseits aus der Verdrehung des Teils relativ zum Greifer bezüglich einer senkrecht auf der Positionierungsebene stehenden Achse zusammensetzt. Aus dieser Lage des Teils wird dann errechnet, wie der Greifer parallel zur Positionierungsebene bewegt und um seine senkrecht auf dieser Positionierungsebene stehende Achse gedreht werden muss, um das Teil greifen zu können.
Des weiteren ist es einem derartigen optischen Teileerkennungssystem möglich, bei unterschiedlichen, vom Roboter aufzunehmenden Teilen zu erkennen, um welches der unterschiedlichen Teile es sich handelt, und gegebenenfalls den Roboter zu veranlassen, aus einem Magazin den richtigen Greifer für das jeweilige Teil auszuwählen.
Beim Einsatz derartiger Industrie-Roboter wird von den Anwendern gefordert, dass die Teile dem Roboter in möglichst wenig definierter Lage zum Greifen zur Verfügung gestellt werden können, da damit ein aufwendiges Positionieren der Teile vor dem Greifen durch den Roboter entfallen kann.
Die bisher bekannten Industrie-Roboter mit optischem Teileerkennungssystem sind mit einem Greifer ausgerüstet, der zwar alle in der Positionierungsebene an beliebigen Stellen angeordnete und um eine senkrecht zu der Positionierungsebene stehende Achse um beliebige Winkel gedrehte Teile erfassen kann, der jedoch nicht in der Lage ist, bezüglich der Positionierungsebene gekippte oder geneigte Teile zu greifen, da für ein sicheres, beschädigungsfreies Greifen der Greifer des Roboters an einer zu fassenden Stelle des Teils zumindest teilweise formschlüssig angreifen muss, und ein Formschluss nur nach einer genauen Ausrichtung des Greifers zu dem Teil herstellbar ist.
Es sollen jedoch auch in derartigen Neigungs- oder Fehllagen angeordnete Teile durch den Greifer des Roboters erfassbar sein, damit auch die Teile bezüglich der Positionierungsebene mit geringerer Präzision ausgerichtet sein können.
Dies ermöglicht beispielsweise die Verwendung von Billigpaletten zum Stapeln der Teile, die für diese keine definierte Positionierungsebene darstellen, sondern auf denen die Teile in unterschiedlichen Neigungs- oder Fehllagen bezüglich einer virtuellen Positionierungsebene vorliegen.
Ferner sind Roboter bekannt, die kein optisches Teileerkennungssystem besitzen, bei denen jedoch der Greifer eine fest mit dem Roboterarm verbundene Halterung besitzt, an welcher eine Greifeinheit mittels mehrerer Elastomer- oder Gummielemente gehalten ist. Zusätzlich ist der Greifer noch mit einem taktilen Sensor versehen, der der Steuerung des Roboters meldet, wenn der Greifer auf einen Widerstand stösst, so dass die Bewegung unterbrochen werden kann. Aufgrund der Lagerung der Greifeinheiten mittels der Elastomer- oder Gummtelemente kann sich diese zumindest in Grenzen einem bezüglich seiner Positionierungsebene geneigten Teil anpassen und ausserdem entgegengesetzt zur Greifrichtung geringfügig verschoben werden, so dass ein "weiches" Greifen der Teile möglich ist und eine genaue relative Orientierung der Greifeinheit zu dem zu greifenden Werkstück im Gegensatz zu fest am Roboterarm gehaltenen Greifern, nicht mehr erforderlich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Industrie-Roboter der gattungsgemässen Art derart zu verbessern, dass auch innerhalb eines Toleranzbereichs in einer Neigungs- oder Fehllage angeordnete Teile erfassbar sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Industrie-Roboter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das optische Teileerkennungssystem so ausgebildet ist, dass es auch gegenüber der Positionierungsebene bis zu einem bestimmten Winkel in Neigungslagen angeordnete Teile als mit dem Greifer zu erfassende Teile identifiziert, und dass der Greifer eine am Roboterarm montierte Halterung sowie eine an dieser beweglich gelagerte und sich zum Greifen den Neigungslagen der vom optischen Teileerkennungssystem als erfassbar identifizierten Teile anpassende Greifeinheit umfasst.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass nunmehr durch die Kombination eines auch in Neigungslagen angeordnete Teile erkennenden Teileerkennungssystems und eines sich ebenfalls der Neigungslage dieser Teile anpassenden Greifers auch bezüglich der Positionierungsebene unterschiedlich geneigte Teile von dem Roboter störungsfrei und sicher erfasst werden können.
Bei der bisherigen Ausführungsform der Erfindung wurden keine Angaben darüber gemacht, wie die bewegliche Lagerung der Greifeinheit an der Halterung erfolgen soll. Beispielsweise können die bereits vom Stand der Technik her bekannten Elastomerelemente Verwendung finden, die jedoch den Nachteil haben, dass sie nur eine äusserst begrenzte Lebensdauer aufweisen, da sie in dem Greifer, vor allem wenn die Teile schwer sind und schnell bewegt werden sollen, grossen Scherbeanspruchungen ausgesetzt sind, denen sie nicht standhalten.
Weitaus vorteilhafter ist es daher, wenn die Greifeinheit mittels einen grossen Bewegungsspielraum bezüglich der Halterung zulassender Federn an dieser gehalten ist, so dass ein noch "weicheres" Greifen des Teils möglich ist. Ferner bieten die Federn den Vorteil, dass sie auch bei Belastung durch Scherkräfte keine wesentlich geringere Lebensdauer besitzen.
Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele eines Industrie-Rdeters mit einem flexiblen Greifer haben den grossen Nachteil, dass die Greifeinheit nach dem Greifen des Teils keine definierte Stellung mehr einnimmt, sondern die Anordnung der Greifeinheit relativ zu ihrer Halterung davon abhängt, wie schwer das Teil ist und welche Momente von diesem auf die Greifeinheit wirken, so dass zwar in Fehllagen orientierte Teile vom Roboter aufgenommen, jedoch von diesem nicht in einer exakt vorgebbaren Lage abgesetzt werden können, da die Kopplung zwischen dem Teil zusammen mit der mit diesem formschlüssig verbundenen Greifeinheit und der fest am Roboterarm montierten Halterung nicht starr, sondern entsprechend der Härte der Elastomerelemente flexibel ist. Des weiteren hat diese flexible Kopplung bei sich schnell bewegenden Robotern noch den Nachteil, dass die Teile bezüglich des Roboterarms unkontrollierbare Pendelbewegungen ausführen können und somit ein grosser Vorteil des Roboters, nämlich die exakte Führung und Positionierung eines Teils, nicht ausnützbar ist.
Aus diesen Gründen ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Industrie-Roboters von Vorteil, wenn die Greifeinheit von einer bezüglich der Halterung definierten Ausgangsstellung, in der sie gegen feste Widerlager der Halterung anliegt, entgegen der Wirkung von elastischen Kraftspeichern bezüglich der Halterung und folglich auch bezüglich der Positionierungsebene kippbar und parallel zu dieser sowie entgegengesetzt zu einer Greifrichtung begrenzt bewegbar ist, da sich einerseits der Greifer der Neigungs-oder Fehllage eines Teils anpassen kann, andererseits jedoch nach dem Greifen des Teils eine starre Kopplung zwischen Roboterarm und Teil erreichbar ist, so dass das Teil von dem Roboter in einer genau definierten Position abgesetzt werden kann. Dabei sind die elastischen Kraftspeicher so einstellbar, dass sich die Greifeinheit bezüglich der Halterung nur oberhalb eines gewissen Schwellwertes einer auf die Greifeinheit wirkenaen Kraft bezüglich der Halterung verschiebt oder gegenüber dieser verkippt, so dass die Greifeinheit alleine oder mit dem Teil, ohne dass sie durch zusätzliche Kräfte beaufschlagt ist, relativ zur Halterung eine definierte Position einnimmt und sich nur bei Kräften, die den vorwählwählbaren Schwellwert übersteigen, relativ zu der Halterung bewegt.
Bei den bisher beschriebenen Merkmalen des Greifers wurden keine Angaben darüber gemacht, ob die einmal aufgrund äußerer Kräfte aus ihrer Ausgangsstellung herausbewegte Greifeinheit nach Wegfall dieser Kräfte aufgrund der Wirkung der elastischen Kraftspeicher in jedem Fall wieder in die Ausgangsstellung überführt wird. Dies ist zwar durch eine entsprechende Ausgestaltung und Anordnung der elastischen Kraftspeicher erreichbar, wesentlich einfacher ist es jedoch, wenn die Halterung Führungselemente besitzt, die so ausgebildet sind, daß die Greifeinheit aus allen möglichen, nicht der Ausgangsstellung entsprechenden Stellungen in die definierte Ausgangsstellung überführbar ist.
Damit die Führungselemente nach Wegfall der auf die Greifeinheit wirkenden Kräfte.diese nicht ruckartig, sondern möglichst stetig in die Ausgangsstellung zurückführen, ist es vorteilhaft, wenn die Führungselemente so ausgestaltet sind, daß sie ausgehend von der Ausgangsstellung mit zunehmender Verschiebung der Greifeinheit entgegen der Greifrichtung ein zunehmend grösseres Verkippen und Verschieben der Greifeinheit bezüglich der Positionierungsebene zulassen.
Bei der Ausgestaltung der Greifeinheit selbst sind unterschiedliche Ausführungen vor allem hinsichtlich der Anordnung von Greifbacken und von für diese erforderlichen Betätigungselementen denkbar. Zum Beispiel wurde bei der einleitend beschriebenen, mittels Elastomerelementen gelagerten Greifeinheit das Betätigungselement für die Greifbacken an der Halterung angeordnet, um eine zusätzliche Belastung der Elastomerelemente durch das Betätigungselement zu vermeiden. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist es jedoch von Vorteil, wenn die Greifeinheit Greifbacken sowie ein Betätigungselement umfasst, die zusammen eine Einheit bilden, welche als Ganzes gegenüber der Halterung bewegbar ist, so daß in jeder Stellung der Greifeinheit eine einwandfreie Betätigung der Greifbacken gewährleistet ist. Außerdem stellt dieses Ausführungsbeispiel die einfachste Lösung dar, bei der auch sämtliche Probleme bei der Kraftübertragung von den Betätigungselementen auf die Greifbacken vermieden werden.
Wenn das Greifen und anschließende Halten eines Teils nur von der Wirkung der Betätigungselemente auf die Greifbacken abhängig ist, besteht die Gefahr, daß bei einem Ausfall der Steuerung auch die Kraftwirkung auf die Greifbacken entfällt und das Teil von diesen nicht mehr gehalten werden kann und deshalb fallen gelassen wird. Dies ist in der Regel mit einer Beschädigung des Teils verbunden, die selbstverständlich unerwünscht ist. Aus diesem Grund ist es günstig, wenn die Greifeinheit einen elastischen Kraftspeicher umfasst, der das Betätigungselement oder die Greifbacken in Richtung einer das Teil greifenden Stellung beaufschlagt. In diesem Fall hat das Betätigungselement beispielsweise beim öffnen der Greifbacken zum Lösen des Teils gegen die Wirkung des Kraftspeichers zu arbeiten. Es ist jedoch andererseits bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, daß die Greifbacken ausschließlich durch den Kraftspeicher in der das Teil greifenden Stellung gehalten werden, so daß das Betätigungselement nur zum öffnen der Greifbacken erforderlich ist.
Zur Steuerung des Betätigungselements und der Greifbacken sowie zur Rückmeldung von deren Stellung an die Steuerung ist vorgesehen, daß die Greifeinheit mit drei Sensoren ausgerüstet ist, von denen jeweils einer betätigt ist, wenn die Greifbacken in einer gespreizten Stellung, in einer ein Teil spannenden Stellung und in einer geschlossenen, das Teil freigebenden Stellung sind.
Diese Sensoren bilden einen Teil der taktilen Sensoren zum Nachweis eines Greifens des Teils oder eines Fehlgreifens, wobei noch zusätzlich ein taktiler Sensor erforderlich ist, der der Steuerung meldet, daß die Greifeinheit das zu greifende Teil berührt, also z.B.
in einer dafür vorgesehenen Öffnung des Teils sitzt.
Hierfür könnte beispielsweise ein weiterer taktiler Sensor im Bereich der Greifbacken vorgesehen sein. Es ist jedoch weitaus vorteilhafter, das Verschieben oder Verkippen der Greifeinheit bezüglich der Halterung zum Nachweis eines Berührens von Greifeinheit und Teil auszunützen, so daß vorteilhafterweise an der Halterung ein taktiler Sensor angeordnet ist, der durch Verschieben und/oder Verkippen der Greifeinheit bezüglich der Ausgangsstellung betätigbar ist. Diese Anordnung des Sensors gewährleistet einen sicheren Sitz der Greifeinheit in oder auf dem zu greifenden Teil, da der Sensor erst anspricht, wenn die Greifeinheit so weit gegenüber der Halterung verschoben ist, daß sie sich auch den möglichen Fehllagen eines Teils angepasst hat.
Der Nachweis eines Greifens des Teils oder eines Fehlgreifens ist nur durch ein Zusammenwirken aller genannten Sensoren möglich und wird im einzelnen in der Detailbeschreibung näher erläutert.
Bei störungsfreiem Betrieb des Roboters ist der Greifer durch den die Verschiebung der Greifeinheit bezüglich der Halterung detektierenden Sensor, der veranlasst, dass die Steuerung die Bewegung des Roboterarms in Greifrichtung stoppt, ausreichend abgesichert. Es ist jedoch immer möglich, daß die Steuerung, vor allem deren Rechner, ausfällt und folglich die Verschiebung der Greifeinheit bezüglich der Halterung nicht registriert wird. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Halterung einen Crash-Schlitten umfasst, auf welchem die Greifeinheit gehalten ist und welcher von einer Betriebsstellung entgegengesetzt zur Greifrichtung in eine Abschaltstellung verschiebbar ist, in der durch den Crash-Schlitten ein Not-Aus-Schalter des Industrie-Roboters betätigt ist. Dieser Crash-Schlitten ermöglicht zum einen bei einem Anfahren des Werkstücks durch den Roboter, daß die auf diesem gehaltene Greifeinheit entgegengesetzt zur Greifrichtung ausweichen kann und somit nicht beschädigt wird, und zum anderen ein Abschalten des Industrie-Roboters durch den gleichzeitig von dem Crash-Schlitten betätigten Not-Aus-Schalter.
Damit das Werkstück samt Greifeinheit im Normalbetrieb des Industrie-Roboters bezüglich des Roboterarms eine definierte Stellung einnimmt, muß auch der Crash-Schlitten im Normalbetrieb in seiner Betriebsstellung bleiben und darf sich nicht - beispielsweise bedingt durch Trägheitskräfte - aus dieser entfernen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn der Crash-Schlitten in seiner Betriebsstellung durch elastische Kraftspeicher beaufschlagt ist, die relativ zu den elastischen Kraftspeichern, welche die Greifeinheit bezüglich des Crash- Schlittens in ihrer Ausgangsstellung halten, größere Kräfte für ein Bewegen des Crash-Schlittens erfordern, so daß zuerst die Greifeinheit bezüglich des Crash-Schlittens aus ihrer Ausgangsstellung heraus um einen maximal möglichen Weg verschoben wird und erst dann eine Verschiebung des Crash-Schlittens relativ zur Halterung erfolgt.
Vorteilhafterweise ist bei einer derartigen Ausbildung der elastischen Kraftspeicher vorgesehen, daß ein maximal möglicher Weg, um den die Greifeinheit relativ zum Crash-Schlitten verschiebbar ist, durch Anschlagelemente begrenzt ist und folglich zuerst die Greifeinheit an diesen anliegt,bevor der Crash-Schlitten entgegen der Wirkung der Kraftspeicher verschoben wird.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde stets davon ausgegangen, daß die Steuerung nur ein optisches Teileerkennungssystem zum Feststellen der zu greifenden Teile besitzt. Das optische Teileerkennungssystem hat jedoch den Nachteil, daß es Teile, die sich außerhalb des hier vorgegebenen Toleranzbereichs befinden, d.h. relativ zur Positionierungsebene sehr stark geneigt oder um 900 verkippt sind, nicht als Teile erkennt, sondern ignoriert. Desgleichen ist das optische Teileerkennungssystem auch nicht in der Lage, andersartig#e Teile, die irrtümlicherweise auf der Positionierungsebene angeordnet und nicht zum Greifen durch den Roboter vorgesehen sind, als solche zu ermitteln. Dies kann zur Folge haben, daß der Greifer des Roboters mit derartigen Teilen kollidiert, cadurch diese Teile beschädigt und auch selbst beschädigt wird. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn der Greifer mit einem Ultraschall-Sensor zum Ermitteln von Teilen versehen ist, die durch das optische Teileerkennungssystem nicht erfassbar sind. Damit bietet sich insbesondere die Möglichkeit, eine durch den Industrie-Roboter abgeräumte Positionierungsebene anschließend darauf zu prüfen, ob noch nicht erfasste Teile vorhanden sind oder ob die Positionierungsebene vollständig abgeräumt wurde, was zum Beispiel dann vorteilhaft ist, wenn die Teile, durch jeweils als Positionierungsebene dienende Zwischenlagen getrennt, auf einer Palette gestapelt zur Verfügung stehen. In diesem Fall überprüft der Roboter zuerst, ob die Zwischenlage abgeräumt ist und wird dann, wenn dies zutrifft, die Zwischenlage entfernen, so daß anschließend eine weitere Lage von auf der darunterliegenden Zwischenlage angeordneten Teilen einem Zugriff durch den Roboter zur Verfügung steht.
Wenn die Zwischenlage nicht abgeräumt ist, kann der Roboter angehalten und eine Bedienungsperson benachrichtigt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden. Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Portal-Roboters; Fig. 2 eine Frontansicht eines teilweise aufgebrochenen Greifers vor einem Greifen eines Teils; Fig. 3 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht des Greifers in Fig. 2; Fig. 4 eine Seitenansicht des teilweise aufgebrochenen#Greifers in. Fig. 2; Fig. 5 eine Ansicht gemäß Fig. 3 nach vermeintlichem Greifen eines Teils und Fig. 6 eine Ansicht gemäß Fig. 2 mit einem Crash-Schlitten in Abschaltstellung.
Fig. 1 zeigt im einzelnen einen als Ganzes mit 10 bezeichneten Portal-Roboter, welcher ein Grundgestell 12 besitzt. Dieses umfasst einen rechteckigen Rahmen 14 mit zwei parallelen Längsträgern 16 und zwei parallelen Querträgern 18, der sich mittels vier, jeweils an einer Ecke des Rahmens 14 angeordneten Stützen 20 auf einer Bodenfläche abstützt.
Auf den parallel zueinander verlaufenden Längsträgern 16 sind Laufschienen 24 vorgesehen, zwischen denen sich eine in Längsrichtung auf diesen Laufschienen 24 verfahrbare Brücke 22 erstreckt. Diese Brücke 22 trägt ihrerseitswiederum eine in Längsrichtung der Brücke 22, d.h. zwischen den beiden Laufschienen 24, verfahrbare Laufkatze 26, an welcher ein sich parallel zu den Stützen 20 in Richtung auf die Bodenfläche erstreckender und auch in dieser Richtung verfahrbarer Roboterarm 28 gehalten ist.
Sowohl die Verschiebung der Brücke 22 in Längsrichtung der Laufschienen 24 wie auch die Verschiebung der Laufkatze 26 in Längsrichtung der Brücke 22 und auch das Verfahren des Roboterarms 28 in Richtung auf die Bodenfläche erfolgt über hier nicht zeichnerisch dargestellte Stellmotoren, welche über eine Steuerung 30 ansteuerbar und kontrollierbar sind.
Ein in Richtung der Bodenfläche weisendes Ende des Roboterarms 28 ist mit einem ebenfalls über einen Stellmotor betätigbaren Drehgelenk 31 versehen, welches eine Drehung eines Greifers 32 sowie einer mit dem Greifer verbundenen Fernsehkamera 34 um eine Längsachse des Roboterarms 28 erlaubt.
Die Fernsehkamera 34 ist ein Sensorteil eines optischen Telleerkennungssystems, das in der Lage ist, den Typ von zu erfassenden Teilen sowie deren Lage zu erkennen und über einen entsprechenden Rechner, der Teil der Steuerung 30 ist, den Greifer in eine zum Greifen eines Teils geeignete Position zu steuern. Beispielsweise sei hier das industrielle Bildverarbeitungssystem IBS der Firma AEG genannt, das mit einer Kamera des Typs LDH 26 der Firma Philips arbeitet unf folgende Funktionsbausteine aufweist: IBS VA / IBS AD / IBS VI / IBS UP / IBS SP / IBS KO / IBS SK. Zur Steuerung sämtlicher Bewegungsfunktionen des Roboters ist beispielsweise die Steuerung Robotronik 500 der Firma AEG vorgesehen.
Innerhalb eines Arbeitsraums des Roboters, d.h. eines Bereichs, der vom Greifer 32 überstrichen werden kann, sind die Teile angeordnet, die die Kamera 34 erkennen soll und die dann vom Greifer 32 erfasst und anschliessend in definierter Stellung, beispielsweise auf einer Fertigungslinie 36, abgesetzt werden sollen. Als Beispiel für die zu erfassenden Teile sind in Fig. 1 Zylinderblöcke 38 dargestellt, welche auf einer Palette 40 in mehreren Lagen 42 gestapelt sind, wobei die einzelnen Lagen 42 derZylinderblöcke. 38 durch Zwischenlagen 44, beispielsweise in Form von Holzplatten, voneinander getrennt sind.
Des weiteren ist im Arbeitsraum des Greifers 32 noch eine Ablage 46 für einen Zwischenlagengreifer 48 vorgesehen, der gleichzeitig auch zum Greifen der Paletten 40 geeignet ist. Es kann aber auch auf der Ablage 46 noch ein weiterer zusätzlicher Palettengreifer angeordnet sein. Sowohl der Zwischenlagengreifer 48 wie auch eventuell ein Palettengreifer ist durch den Greifer 32 erfassbar oder gegen diesen auswechselbar, wobei beide Vorgänge automatisch mittels der Steuerung 30 durchführbar sind. Der Zwischenlagengreifer 48 sowie auch der Palettengreifer sind ihrerseits durch die Steuerung 30 betätigbar und können gegebenenfalls mit taktilen Sensoren versehen sein.
Im folgenden wird die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Greifers 32 im einzelnen beschrieben. Wie in den Figuren 2 bis 6 im einzelnen dargestellt, umfasst der Greifer 32 eine als Ganzes mit 50 bezeichnete Halterung, an welcher eine als Ganzes mit 52 bezeichnete Greifeinheit beweglich geführt ist, die im Anschluß an die Halterung 50 detailliert beschrieben wird.
Die Halterung 50 umfasst ein sich von dem Drehgelenk 31 in Richtung der Bodenfläche erstreckendes Rohrstück 54, an dessen der Bodenfläche zugewandtem Ende zwei im Abstand zueinander angeordnete und sich seitlich zu der Längsachse des Rohrstücks 54 erstreckende Seitenteile 56 montiert sind. Die Seitenteile tragen an ihren einander zugewandten Innenseiten 58 jeweils eine parallel zu diesen im Abstand verlaufende Rundführung 60, deren Längsachse ebenfalls parallel zur Längsachse des Rohrstücks 54 ausgerichtet ist. Beide Rundführungen 60 sind mit ihren unteren, der Bodenfläche zugewandten Enden jeweils in einer unteren, an den Seitenteilen 56 befestigten Halterung 62 und mit ihren oberen Enden in einer oberen, ebenfalls an dem jeweiligen Seitenteil 56 befestigten Halterung 64 gelagert.
Die beiden einander gegenüberliegenden Rundführungen 60 dienen zur Führung eines ebenfalls noch zur Halterung 50 gehörenden Crash-Schlittens 66, der zwei die Rundführungen 60 umschließende Hülsen 68 aufweist, die in ihren Endbereichen Lager 70 tragen, welche ein möglichst leichtes Gleiten der Hülsen 68 längs der Rundführungen 60 erlauben. Des weiteren umfasst der Crash-Schlitten noch eine an den Hülsen 68 gehaltene Bodenplatte 72, welche sich zwischen den beiden Seitenteilen 56 erstreckt. Durch die Hülsen 68 ist der Crash-Schlitten 66 längs der Rundführungen 60 und somit auch parallel zur Längsachse des Rohrstücks 54 oder zur Längsachse des Roboterarms 28 verschieblich. In seiner Betriebsstellung ist der Crash-Schlitten jedoch so weit in Richtung auf die Bodenfläche verschoben, daß die beiden Hülsen 68 auf der unteren Halterung 62 der Rundführungen 60 aufsitzen. Zur Aufrechterhaltung dieser Betriebsstellung sind Spiralfedern 74 vorgesehen, welche die Rundführungen 60 umgeben und sich einerseits auf der oberen Halterung 64 abstützen und andererseits auf ei nen dieser zugewandten oberen Rand der Hülse 68 drücken und somit diese in der Betriebsstellung halten, wenn keine weiteren Kräfte an dem Crash-Schlitten 66 angreifen.
Damit für die Steuerung 30 erkennbar ist, daß sich der Crash-Schlitten 66 aus seiner Betriebsstellung herausbewegt hat, ist an einer sich zwischen den Seitenteilen erstreckenden Traverse 76,die in einem der Bodenfläche abgewandten oberen Bereich dieser Seitenteile 56 gehalten ist, mittels einem Haltewinkel 78 ein Endschalter 80 vorgesehen. Dieser ist durch eine an einer der Hülsen 68 montierten Lasche 82 dann betätigbar, wenn sich der Crash-Schlitten 66 um eine noch später näher zu definierende Strecke nach oben, von der Bodenfläche weg aus seiner Betriebsstellung herausbewegt hat.
An dem Crash-Schlitten 66 ist die als Ganzes mit 52 bezeichnete Greifeinheit mittels dreier, an den Eckpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks auf der Bodenplatte 72 angeordneter Stehbolzen 84 gehalten, die sich, ausgehend von der Bodenplatte 72, nach oben, d.h. in entgegengesetzter Richtung zur Bodenfläche, erstrecken.
In ihrem Fußbereich sind die Stehbolzen 84 als Kegel 86 ausgebildet, auf denen eine mit entsprechend kegelförmig ausgebildeten Bohrungen 9O ausgestattete Grundplatte 88 aufsitzt, wobei sich die Stehbolzen 84 durch diese Bohrungen 90 hindurch nach oben erstrecken. Die durch die Kegel 86 und die entsprechend geformten Bohrungen 90 gebildeten Kegelsitze haben zur Folge, daß die Grundplatte 88 in ihrer Ausgangsstellung immer in derselben, genau definierten Position liegt. Damit die Grundplatte 88 ohne Einwirkung äußerer Kräfte auf die Greifeinheit 52 in dieser Ausgangsstellung verbleibt, sind die Stehbolzen 84 an ihren oberen, von der Grundplatte 88 abgewandten Enden mit einem Bund 94 versehen, auf dem sich Druckfedern 92 abstützen, die mit ihrem anderen Ende eine Scheibe 95 beaufschlagen und diese gegen die Grundplatte 88 drücken, so daß insgesamt die Grundplatte 88 durch die Druckfedern 92 in Richtung der Bodenplatte 72 des Crash-Schlittens 66 beaufschlagt ist und in ihrer durch die Kegelsitze definierten Ausgangsstellung verbleibt.
Auf der Grundplatte 88 sind vier, die Ecken eines Rechtecks bildende Stäbe 96 montiert, die sich senkrecht zur Grundplatte 88 nach oben erstrecken und einen Pneumatikzylinder 98 abstützen, der eine parallel zur Längsrichtung der Stäbe verschiebliche Kolbenstange 100 besitzt, die sich von dem Pneumatikzylinder 98 in Richtung der Grundplatte 88 erstreckt, diese in einer Bohrung durchdringt und unterhalb der Grundplatte 88, d.h. in Richtung der Bodenfläche, eine Zugseele 102 bildet. Rund um diese Zugseele 102 sind in gleichen Winkelabständen drei Greifbacken 104 angeordnet, welche unterhalb der Grundplatte 88 in einem Gehäuse 106 mittels eines Bolzens 108 drehbar gelagert sind, und zwar so, daß ein unteres, der Grundplatte 88 abgewandtes Ende 110 der Greifbacken 104 bezüglich einer Längsachse 112 der Zugseele 102 in radialer Richtung schwenkbar ist.
Die Figuren 2 und 3 zeigen die Greifbacken 104 in "geöffnetem" Zustand, d.h. die unteren Enden 110 der Greifbacken 104 sind so weit wie möglich in Richtung der Längsachse 112 verschwenkt, so daß die Greifbacken 104 in eine Bohrung 114 des zu greifenden Teils, in diesem Fall des Zylinderblocks 38, einführbar sind.
Dazu ist ein Kolben des Pneumatikzylinders 98 in seiner unteren Stellung, so daß die Kolbenstange 100 und die Zugseele 102 soweit wie möglich nach unten in Richtung der Bodenfläche verschoben sind. Der unterhalb der unteren Enden 110 liegende Bereich der Zugseele 102 besitzt eine in radialer Richtung der Längsachse 112 schräg nach außen verlaufende Fläche 116, so daß die Greifbacken 104 bei nach oben verschobener Zugseele 102 in radialer Richtung der Längsachse 112 spreizbar sind, da die schräge Fläche 116 der Zugseele 102 die unteren Enden 110 der Greifbacken 104 in radialer Richtung nach außen drückt. Derartige gespreizte Stellungen der Greifbacken 104 sind in den Figuren 4 und 5 dargestellt.
Damit bei einem Ausfall der Ansteuerung des Pneumatikzylinders 98, d.h. beispielsweise bei einem Stromausfall der Anlage, ein bereits durch Spreizen der Greifbacken 104 erfasstes Teil nicht wieder losgelassen wird, besitzt die Greifeinheit 52 noch eine Druckfeder 118, welche sich einerseits auf der Grundplatte 88 abstützt und andererseits einen Deckel 120 einer die Druckfeder 118 umgebenden Glocke 122 in Richtung des Pneumatikzylinders 98 drückt und somit bei einem Funktionsausfall des Pneumatikzylinders 98 die mit der Glocke 122 verbundene Kolbenstange 100 nach oben drückt, so dass die Greifbacken 104 in gespreiztem Zustand verbleiben.
Des weiteren ist die Glocke 122 in ihrem der Druckplatte 88 zugewandten Bereich mit einem in radialer Richtung der Kolbenstange 100 nach außen abstehenden Rand 124 versehen, welcher bei nach unten verschobener Kolbenstange 100 an die Greifbacken 104 angeformte Stifte 126 betätigt. Die Greifbacken 104 bilden bezüglich ihrer drehbaren Lagerung mittels der Bolzen 108 einen zweiarmigen Hebel, wobei ein Hebelarm ausgehend von dem Bolzen 108 im wesentlichen in radialer Richtung zur Längsachse 112 der Zugseele 102 verläuft und Stifte 126 trägt und ein anderer Arm, d.h. der sich vom Bolzen 108 bis zum unteren Ende 110 erstreckende Teil der Greifbacken, im wesentlichen parallel zur Längsachse 112 verläuft.
Ein Beaufschlagen der Stifte 126 führt zu einem Verschwenken der unteren Enden 110 in Richtung der Längsachse 112, so daß in nach unten verschobenem Zustand der Zugseele 102 sichergestellt ist, daß die Greifbacken 104 ihren geöffneten Zustand einnehmen.
Zwischen der Grundplatte 88 und dem Pneumatikzylinder 98 ist an den vier Stäben 96 noch eine Platte 128 gehalten, welche eine Öffnung 130 besitzt, durch die die Kolbenstange 100 durchgreift. Diese Platte 128 begrenzt eine Bewegung der Kolbenstange nach oben dadurch, daß der Deckel 120, wie in Fig. 5 dargestellt, die Öffnung 130 nicht passieren kann und an der Platte 128 anliegt.
Die maximal mögliche Bewegung der Kolbenstange 100 und somit auch der Zugseele 102 ist durch den Abstand zwischen der Platte 128 und den Stiften 126, die beide als Anschläge für die Glocke 122 dienen, im wesentlichen begrenzt. Zum Erfassen verschiedener Stellungen der Kolbenstange 100 und der Zugseele 102 sind an der Greifeinheit 52, d.h. an deren Stäben 96, insgesamt drei Endschalter 132, 134 und 136 angeordnet. Die beiden seitlich der Stäbe 96, im wesentlichen unterhalb des Rohrstücks 54 übereinander angeordneten Endschalter 132 und 134 sind über eine Kulisse 138 betätigbar, welche auf dem Deckel 120 der Glocke 122 befestigt ist und sich von diesem in Richtung der Endschalter 132 und 134 erstreckt. Zwei jeweils einen dieser Endschalter 132, 134 betätigende Führungsbahnen sind dabei so ausgebildet, daß bei ganz nach unten verschobener Kolbenstange 100 der Endschalter 132 betätigt und der Endschalter 134 nicht betätigt ist (Fig. 3). Im Gegensatz dazu ist bei ganz nach oben verschobener Kolbenstange der Enschalter 132 nicht betätigt, der Endschalter 134 durch die Kulisse 138 betätigt und der an einem der Stäbe 96 gehaltene Endschalter 136 durch eine von der Glocke 122 in radialer richtung der Kolbenstange 100 abstehende Fahne 140 ebenfalls betätigt. In einer Zwischenstellung, in welcher die Kolbenstange 100 nicht vollständig nach oben verschoben ist (Fig. 4), ist nur der Endschalter 134 durch die Kulisse 138 betätigt, und die anderen Endschalter 132 und 136 sind frei.
Zum Feststellen einer Verschiebung oder einer Verkippung der Grundplatte 88 der Greifeinheit 52 bezüglich ihrer Ausgangsstellung besitzt die Grundplatte 88 einen an ihrem äußeren Rand angeordneten Nocken 142, welcher so geformt ist, daß er ab einer noch später zu erläuternden Verschiebung oder Verkippung der Grundplatte 88 bezüglich ihrer Ausgangsstellung einen weiteren Endschalter 144 betätigt, der über eine Lagerfahne 146 an der Bodenplatte 72 des Crash-Schlittens 66 gehalten ist. Der Nocken 142 ist dabei so geformt, daß der Endschalter 144 auch betätigt ist, wenn die Grundplatte 88 um eine maximal mögliche Distanz relativ zur Bodenplatte 72 verschoben ist und dabei an Anschlägen 148 anliegt, die an dem Crash-Schlitten 66 gehalten sind.
Diese Anschläge 148 sind so ausgebildet, daß die Grundplatte in ihrer gegenüber der Ausgangsstellung maximal verschobenen Position parallel zu der Bodenplatte 72, jedoch relativ zu dieser nach oben verschoben steht.
An einer Aussenseite eines der Seitenteile 56 ist nocn ein Ultraschall-Sensor 150 (z.B. der Typ BERO 35 G 1667 -1BJ87-der Firma Siemens) so angeordnet, dass eine aktive Fläche 152 dieses Ultraschall-Sensors 150 nach unten, dohe in Richtung der Bodenfläche weist. Die Funktion dieses Ultraschall-Sensors wird später ausführlich erläutert.
Der als Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellte Industrie-Roboter hat die Aufgabe, die ungeordnet angelieferten Lagen 42 von Zylinderbiöcken 38 von der Palette 40 abzustapeln und in einer definierten Stellung auf der Fertigungslinie 36, d.h. auf einem zu dieser gehörenden Transportband, abzusetzen. Die Stellung, in der die Zylinderblöcke abgesetzt werden sollen, ist genau vorgegebenen und kann somit fest in der Steuerung. 30 programmiert sein. Das Problem ist, daß der Roboter automatisch die genaue Position und Stellung der Zylinderblöcke 38 auf der Palette 40 erkennen und den Greifer 32 entsprechend steuern muß.
Hierzu dient die genannte Fernsehkamera 34, welche ausgehend von einer Ausgangsposition eine Aufnahme von den Zylinderköpfen von oben macht. Diese Aufnahme wird dann digitalisiert und im Speicher des Rechners der Steuerung 30 mit einem bereits abgespeicherten Bild durch Vergleich der einzelnen Grauabstufungen zur Deckung gebracht. Wenn mehrere unterschiedliche Typen von Zylinderblöcken 38 erfasst werden sollen, erfolgt dies dadurch, daß Bilder von sämtlichen möglichen Typen von Zylinderblöcken in dem Rechner abgespeichert sind und die Aufnahme der Fernsehkamera sukzessive mit den einzelnen Bildern verglichen wird, bis der Rechner feststellt, welcher der Typen vorliegt.
Aus der Verschiebung, welche notwendig ist, um die durch die Fernsehkamera gemachte Aufnahme mit dem abgespeicherten Bild zur Deckung zu bringen, wird errechnet, um welche Strecken der Greifer 32 in Längsrichtung der Längsträger 16, d.h. in X-Achse, in Längsrichtung der Brücke 22, d.h. in Y-Achse, zu verschieben ist und um welchen Winkel der Greifer 32 um die Längsachse des Roboterarms 28, d.h. um die C-Achse, gedreht werden muß. Anschließend wird durch entsprechende Steuerung der einzelnen Stellmotoren diese Position angefahren, so daß der Greifer 32 über dem entsprechenden Zylinderblock 38 steht und nur noch durch Verfahren in Längsrichtung des Roboterarms 28, d.h. in Z-Richtung, in die entsprechende Bohrung 114 des Zylinderblocks 38 mit den Greifbacken 104 und der Zugseele 102 eingeführt wird. Selbstverständlich ist bereits beim Vergleich der von der Fernsehkamera 34 gemachten Aufnahme mit dem gespeicherten Bild festgelegt, welche der verschiedenen Bohrungen des Zylinderblocks 38 von dem Greifer angefahren werden soll.
Beim Absenken des Greifers 32 in Z-Richtung taucht dieser nun mit den Greifbacken 104 und der Zugseele 102 vollständig in die vorher ausgewählte Bohrung 114 ein. Die Beendigung dieser Bewegung in Z-Richtung kann nicht mehr durch die Fernsehkamera kontrolliert werden, sondern hierzu ist hauptsächlich der Endschalter 144 vorgesehen, der zusammen mit den Endschaltern 132, 134 und 136 in der Lage ist, der Steuerung anzuzeigen, ob der Greifer wie vorgesehen in der entsprechenden Bohrung 114 des Zylinderkopfs 38 sitzt oder ob der Greifer beispielsweise neben dieser Bohrung auf dem Zylindeiblock 38 aufsitzt.
Des weiteren ist bei diesem Eintauchen die bereits eingangs erwähnte Notwendigkeit gegeben, daß sich der Greifer 32, sofern erforderlich, den Fehllagen der Zylinderblöcke 38 anpasst und somit noch ein sicheres Greifen ermöglicht, das bei den bisher bekannten starren Greifern nicht möglich war oder zu einer Beschädigung der Bohrung 114 des jeweiligen Zylinderblocks 38 führte.
Der Greifer 32 wird nun mit den Greifbacken 104 in geöffneter und der Zugseele 102 in ganz nach unten verschobener Stellung so lange in Z-Richtung verschoben, bis die Greifbacken 104 und die Zugseele 102 vollständig in dieBohrung 114 des Zylinderblocks 38 eingetaucht sind und das Gehäuse 106, wie in Fig. 4 dargestellt, auf dem Zylinderblock 38 aufsitzt. Dadurch wird die gesamte Greifeinheit 52 nach oben, d.h. entgegengesetzt zu einer Greifrichtung, verschoben und folglich die Grundplatte 88 gegen die Wirkung der Druckfedern 92 von der Bodenplatte 72 des Crash-Schlittens 66 weg ebenfalls nach oben verschoben. Befindet sich dabei der Zylinderblock 38 in einer geringen Fehllage, d.h. ist er gegenüber seiner Positionierungsebene geneigt, so ist mit der Verschiebung der Greifeinheit 52 gleichzeitig noch ein Verkippen der gesamten Greifeinheit möglich, da die Bohrungen 90 in der Grundplatte 88 als Doppelkegel ausgeführt sind und somit eine Bewegung der Grundplatte 88 senkrecht zu einer Längsachse der Stehbolzen 84 ermöglichen, so daß neben einem Verkippen der Grundplatte 88 sogar noch eine Verschiebung parallel zu einer Oberfläche dieser Grundplatte 88 möglich ist, wenn die Grundplatte 88 soweit angehoben wird, daß die Kegel 86 der Stehbolzen 84 nicht mehr zur Wirkung kommen.
Die Greifeinheit 52 umfasst auch den Pneumatikzylinder 98 sowie die Kolbenstange 100, die sich bis zur Zugseele 102 fortsetzt, und die an den Stäben 96 gehaltenen Endschalter 132, 134 und 136, die, wie in Fig. 4 deutlich zu sehen, ebenfalls mit verkippt werden.
Durch diese Verschiebung der Grundplatte 88 kommt der Nocken 142 zur Wirkung, der den an der Bodenplatte 72 gehaltenen Endschalter 144 betätigt, der zur Registrierung der Relativbewegung der Grundplatte 88 bezüglich der Bodenplatte 72 vorgesehen ist. Erst bei Betätigung dieses Endschalters 144 wird die Bewegung des Roboterarms 28 in Z-Richtung gestoppt. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird nach Stopp der Verschiebung des Roboterarms in Z-Richtung die Zugseele 102 über die Kolbenstange 100 betätigt, d.h. der Kolben des Pneumatikzylinders wird nach oben verschoben und dadurch die Zugseele 102 angezogen, wodurch die schräge Fläche 116 zur Wirkung kommt und das untere Ende 110 der Greifbacken 104 in radialer Richtung zur Längsachse 112 der Zugseele 102 nach außen drückt, so daß diese Greifbacken 104 sich in der Bohrung verspannen und vor allem das untere Ende 110 der Greifbacken mit einem unteren Rand der Bohrung 114 einen Formschluß eingeht. Selbstverständlich ist das hier beschriebene Greifen des Teils den speziellen Gegebenheiten eines Zylinderblocks 38 angepasst, d.h.
daß die Greifbacken und auch die Zugseele entsprechend einem jeweils zu greifenden Bereich des Teils ausgebildet sein müssen, so daß die Ausgestaltung der Greifbacken 104 und deren Betätigung über die Zugseele 102 hier nur beispielhaft für alle, dem Fachmann bekannten Ausgestaltungen von Greifbacken beschrieben sind.
Durch das nach oben Verschieben der Zugseele 102 wird ebenfalls die Kolbenstange und mit dieser die Glocke 122 und die Kulisse 138 nach oben verschoben. Wie bereits beschrieben, ist in der geöffneten Stellung der Greifbacken 104 durch die Kulisse 138 der untere Endschalter 132 betätigt und der obere Endschalter 134 sowie der Endschalter 136 in unbetätigtem Zustand.
Durch das nach oben Verschieben der Kulisse 138 wird der Endschalter 134 betätigt und gleichzeitig der Endschalter 132 durch die Kulisse freigegeben.
Die als oberer Anschlag für die Glocke 122 und somit die Verschiebung der Kolbenstange 100 dienende Platte 128 ist so angeordnet, daß beim Greifen des jeweiligen Zylinderblocks38 die obere Anschlagstellung noch nicht erreicht wird, sondern ein gewisser Abstand zwischen dem Deckel 120 der Glocke 122 und der Platte 128 verbleibt. Damit betätigt auch die an der Glocke 122 gehaltene Fahne 140 den Endschalter 136 nicht, da diese, wie bereits beschrieben, so angeordnet ist, daß sie den Endschalter 136 nur in der oberen Anschlagstellung der Glocke 122 betätigen soll.
Zusammenfassend registriert also die Steuerung nach Einführen der Greifbacken 104 in die entsprechende Bohrung 114 und Aufsetzen der gesamten Greifeinheit auf den Zylinderblock 38 sowie Spreizen der Greifbacken 104, dass der Endschalter 144 und der Endschalter 134 betätigt sind, wohingegen die Endschalter 132 und 136 nicht betätigt sind. Damit erkennt die Steuerung 30, daß der Zylinderblock 38 richtig gegriffen ist, und somit kann das vorprogrammierte Abstapeln des Zylinderblock 38 von der Palette 40 und das Überführen dieses Zylinderblocks auf die Fertigungslinie 36 erfolgen. Dies geschieht entsprechend dem eingegebenen Programm, da der Rechner einerseits die Stellung, in der er den Zylinderblock 38 auf der Fertigungslinie 36 absetzen soll, genau kennt, und andererseits auch die Koordinaten abgespeichert hat, um die der Greifer 32, ausgehend von einer Ausgangsstellung bewegt wurde, um den Zylinderblock 38 zu greifen, so daß der Steuerung 30 sämtliche Daten zur Überführung des Zylinderblocks 38 auf die Fertigungslinie 36 bekannt sind.
Bei diesem Überführen des Zylinderblocks 38 in die genau definierte Stellung auf der Fertigungslinie 36 kommen die Vorteile des erfindungsgemäßen Greifers 32 zum Tragen, die sich darin äußern, daß nach Anheben des Greifers 32 die Grundplatte 88 aufgrund der Wirkung der Druckfedern 92 wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt wird und durch die Kegel 86 und die Bohrungen 90 die genau definierte Ausgangsstellung wieder einnimmt, so daß jetzt der Zylinderblock 38 relativ zur Halterung 50 in einer exakt definierten Stellung steht und sämtlichen Bewegungen dieses Greifers 32 genau folgt.
Außer dieser bestimmungsgemäßen Funktion des Greifers 32 muß jedoch auch damit gerechnet werden, daß der Greifer 32 die Bohrung 114 in dem Zylinderblock 38 nicht findet und somit beim Anfahren der Bohrung 114 durch Verschiebung des Greifers 32 in Z-Richtung neben dieser Bohrung auf dem Zylinderblock oder vollständig neben diesem Zylinderblock aufsetzt, was beispielsweise durch Fehler beim Vergleich der von der Fernsehkamera 34 gemachten Aufnahme mit dem abgespeicherten Bild leicht möglich ist, da der Rechner der Steuerung 30 dann den Greifer 32 in eine falsche Ausgangsposition steuert. Auch diese Funktionen müssen möglichst weitgehend in der Steuerung abgefangen werden, damit sowohl eine Zerstörung des Greifers als auch des zu greifenden Teils, in diesem Fall des Zylinderblocks 38, vermeidbar ist.
Fig. 5 zeigt beispielsweise ein Aufsetzen des Greifers, in diesem Fall jetzt mittels der Zugseele 102, neben der Bohrung 114 des Zylinderblocks 38. Dadurch wird ebenfalls die gesamte Greifeinheit 52 verkippt, zumindest jedoch nach oben entgegengesetzt zur Greifrichtung verschoben, so daß der Endschalter 144 genauso betätigt wird, wie wenn die Greifbacken 104 und die Zugseele 102 in ordnungsgemäßer Weise in die Bohrung 114 eingetaucht wären. In diesem Moment ist also für die Steuerung 30 nicht erkennbar, daß ein Fehlgreifen erfolgt ist.
Die Steuerung 30 betätigt daher den Pneumatikzylinder 98, d.h. sie verschiebt die Zugseele 102 nach oben, um die Greifbacken 104 zu spreizen. Diese finden jedoch keinen Widerstand in der Bohrung 114, so daß im Gegensatz zum regulären Greifen, wie in Fig. 4 dargestellt, die Kolbenstange 100 bis zu ihrem Anschlag nach oben verschoben ist und der Deckel 120 der Glocke 122 an der als Anschlag dienenden Platte 128 anliegt. In dieser Stellung der Kolbenstange 100 ist zwar ebenfalls der Endschalter 134 betätigt und der Endschalter 132 frei, dagegen ist jedoch auch, im Vergleich zum regulären Greifen in Fig. 4, der Endschalter 136 durch die Fahne 140 betätigt. Die Steuerung 30 erkennt also ein Fehlgreifen dadurch, daß der Endschalter 136 zusätzlich betätigt ist. In diesem Fall wird dann der Greifer 32 als Ganzes wieder in Z-Richtung nach oben verfahren und das Anfahren des Zylinderblocks 38 wiederholt, d.h. es wird mit der Fernsehkamera 34 wieder eine Aufnahme gemacht und diese im Rechnersystem wieder mit dem abgespeicherten Bild verglichen.
Es muß jedoch aber auch die Möglichkeit einkalkuliert werden, daß ein Abschalten der Bewegung des Greifers 32 in Z-Richtung durch ein von dem Endschalter 144 der Steuerung 30 übermitteltes Signal aufgrund eines Fehlers in dieser Steuerung oder aufgrund irgendwelcher anderer Defekte nicht erfolgt, so daß in diesem Fall der Greifer 32 mit voller Kraft gegen den Zylinderblock 38 oder bei einem Fehlgreifen neben diesen Zylinderblock 38 gedrückt würde und somit eine Zerstörung des Greifers 32, des Zylinderblocks 38 oder beider die Folge wäre. Aus diesem Grund ist die Halterung 50 der Greifeinheit 52 noch mit dem Crash-Schlitten 66 ausgestattet. Beim Anfahren in Greifrichtung, d.h. in Z-Richtung, wird, wie bereits beschrieben, zunächst die Grundplatte 88 gegen die Wirkung der Druckfedern 92 nach oben verschoben, undder Nocken 142 betätigt den Endschalter 144. Da, wie bereits gesagt, ein Steuerungsfehler vorliegt, erreicht dieses Signal die Steuerung nicht, und die Bewegung des Roboterarms 38 in Z-Richtung wird nicht gestoppt. Dadurch wird die Grundplatte 88 gegen die Wirkung der Druckfedern weiter nach oben gedrückt und erreicht die Anschläge 148, so daß nun die Bewegung in Z-Richtung nicht mehr durch eine Gegenbewegung der Greifeinheit 52, d.h. der Grundplatte 88, aufgefangen werden kann. In diesem Fall kommt der Crash-Schlitten 66 zum Tragen, da die Anschläge 148 an der Bodenplatte 72 des Crash-Schlittens 66 gehalten sind, so daß nunmehr die Bewegung in Z-Richtung durch eine Bewegung der Greifeinheit 52 mitsamt dem Crash-Schlitten 66 entgegen der Greifrichtung aufgefangen wird, wobei sich jetzt die Hülsen 68 des Crash-Schlittens 66 gegen die Wirkung der Federn 74 längs der Rundführungen 60 nach oben bewegen. Dabei betätigt die Fahne 82 den Endschalter 80, der im Gegensatz zum Endschalter 144 kein Signal an die Steuerung 30 abgibt, sondern direkt oder indirekt einen Not-Aus-Schalter betätigt und somit den gesamten Portal-Roboter 10 stillsetzt.
Damit der Crash-Schlitten 66 nicht bereits bei normalem Anfahren eines Zylinderblocks 38 verschoben wird, müssen die Federn 74 bezüglich ihrer Härte so gewählt werden, daß sie erst zur Wirkung kommen, wenn die Grundplatte 88 bereits an den Anschlägen 148 anliegt, d.h sie müssen wesentlich härter als die Druckfedern 92 sein.
Schließlich soll noch auf eine weitere Absicherung gegenüber Fehlern in der Steuerung 30 oder Ausfall des gesamten Industrie-Roboters 10 hingewiesen werden, die durch die Druckfeder 118 erfolgt. Wenn beispielsweise gemäß Fig. 4 ein Zylinderblock 38 in ordnungsgemäßer Weise gegriffen wurde und bereits von dem Portal-Roboter 10 angehoben und in Richtung der Fertigungslinie 36 transportiert wird, müsste der Pneumatikzylinder 98 die Kolbenstange 100 und somit die Zugseele 102 ständig im nach oben verschobenen Zustand halten, damit die Greifbacken 104 gespreizt bleiben und der Zylinderblock 38 nicht fallengelassen wird. Um dabei Funktionsausfälle des Pneumatikzylinders 98 abzufangen, ist die Druckfeder 118 vorgesehen, die die Kolbenstange 100 ständig nach oben beaufschlagt, so daß die einmal gespreizten Greifbacken 104 auch bei einem Ausfall des Pneumatikzylinders 98 in gespanntem Zustand verbleiben.
Dies kann sogar soweit ausgenützt werden, daß der Pneumatikzylinder 98 nur zum Öffnen der Greifbacken 104, d.h. zum nach unten Verschieben der Kolbenstange 100 und der Zugseele 102 verwendet wird, wobei er in diesem Fall gegen die Kraft der Druckfeder 118 arbeitet.
Zum Spreizen der Greifbacken 104 wäre es dann ausreichend, wenn der Pneumatikzylinder nicht mehr die Kolbenstange 100 nach unten drück, d.h. diese loslässt und diese dann unter Wirkung der Druckfeder 118 nach oben verschoben wird, worauf ein Spreizen der Greifbacken 104 erfolgt. Somit wäre es bei dieser besonders vorteilhaften Funktionsweise ausreichend, wenn der Pneumatikzylinder 98 nur beim Öffnen der Greifbacken 104, d.h. beim Anfahren des Zylinderblocks 38 und natürlich auch beim Lösen der Greifbacken nach Absetzen auf der Fertigungslinie 36 zum Einsatz kommt.
Gemäß der obenstehenden Erläuterung der Funktionsweise des Portal-Roboters 30 wird eine Lage 42 von Zylinderblöcken 38 durch den Greifer angefahren, gegriffen, aufgenommen und auf der Fertigungslinie 36 abgesetzt, wobei jeweils vor Anfahren eines Zylinderblocks 38 mit der Fernsehkamera 34 ein Bild aufgenommen wird. Ist nun eine Lage vollständig abgeräumt, so erkennt die Fernsehkamera 34 keinen anzufahrenden Zylinderkopf mehr und meldet an die Steuerung 30, daß die jeweilige Lage 42 vollständig entfernt ist.
Sofern alle Zylinderköpfe 38 ordnungsgemäss gestapelt waren und nur geringe Fehllagen aufgewiesen haben, die von der Kamera 34 erkannt und durch den diesen Fehllagen anpassbaren Greifer 32 auch erfasst wurden, wäre ein Entfernen der Zwischenlage 44 richtig. Ist jedoch einer der Zylinderköpfe 38 aufgrund seiner zu starken Fehllage, d.h. weil er z.B. vollständig umgekippt wurde, durch die Fernsehkamera nicht erkannt worden, so meldet diese trotzdem an die Steuerung 30, daß die jeweilige Lage 42 vollständig abgeräumt ist, da sie keines der in ihrer Aufnahme vorkommenden Muster einem der abgespeicherten Bilder zuordnen kann. Ein Entfernen der Zwischenlage 44 würde jedoch dazu führen, daß der jeweils umgekippte Zylinderkopf heruntergestoßen wird,auf die Bodenfläche fällt und somit auch beschädigt wird. Aus diesem Grund ist zusätzlich seitlich des Greifers 32, wie bereits beschrieben, ein Ultraschall-Sensor 150 angeordnet, dessen aktive Fläche 152 in Richtung der Bodenfläche, d.h. somit auch in Greifrichtung weist. Wird nun von dem optischen Teileerfassungssystem mittels der Fernsehkamera 34 der Steuerung 30 gemeldet, daß die jeweilige Lage 42 vollständig abgeräumt ist, so wird anschließend der Greifer 32 nochmals über die gesamte, vermeintlich bereits abgeräumte Lage 42 hinwegbewegt, wobei der am Greifer 32 gehaltene Ultraschall-Sensor 150 die gesamte Zwischenlage 44 abfährt und prüft, ob nicht noch irgendwelche Gegenstände auf der Zwischenlage 44 verblieben sind. Ist dies der Fall, meldet er an die Steuerung 30, dass hier eine Unregelmässigkeit vorliegt. Die Steuerung 30 setzt dann den Portal-Roboter 10 als Ganzes still und gibt ein Signal, so daß eine überwachungsperson diesen Gegenstand beseitigen kann.
Bei diesem Abfahren der jeweiligen Zwischenlage 44 kann bevorzugterweise auch wieder zunächst das optische Teileerfassungssystem mit der Fernsehkamera 34 zum Einsatz kommen, das dazu eingesetzt wird, die äußeren Dimensionen der jeweiligen Zwischenlage 44 zu erfassen und den Greifer 32 so zu steuern, daß der Ultraschall-Sensor 150 nur die jeweilige Zwischenlage 44 abfährt und nicht über diese hinaus fährt.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die äußeren Abmessungen der Zwischenlage 44 nicht durch das optische Teileerfassungssystem erkannt werden, sondern daß dazu der Ultraschall-Sensor 150 direkt eingesetzt wird, d.h. daß der Greifer 32 durch die Steuerung 30 an einen Punkt gefahren wird, der mit Sicherheit über der Zwischenlage 44 liegt und daß anschließend der Roboterarm 28 so lange in Z-Richtung verfahren wird, bis der Greifer 32 einen derartigen Abstand von der Zwischenlage 44 aufweist, daß der für den Ultraschall-Sensor eingestellte Schaltbereich erreicht wird. In diesem Fall fährt dann der Ultraschall-Sensor die Zwischenlage 44 ab und erkennt selbsttätig, wenn die Bewegung des Greifers 32 den Bereich der Zwischenlage 44 verlassen würde, und leitet dann über die Steuerung 30 eine umgekehrte Bewegung des Greifers 32 ein.
Wird nun auch von dem Ultraschall-Sensor 150 zusammen mit der Steuerung 30 erkannt, dass die Zwischenlage leer ist, dann nsird von dem Greifer 32 der auf der Ablage 46 abgesetzte Zwischenlagengreifer 48 erfasst. In diesem Fall wird ebenfalls das optische Teileerkennungssystem mit der Fernsehkamera 34 dazu eingesetzt, die genaue Position der Zwischenlage 44 zu erkennen und den Zwischenlagengreifer so zu steuern, dass die Zwischenlage 44 in der richtigen Art und Weise erfasst und auf einem eigens dafür vorgesehenen Stapel für Zwischenlagen 44 abgelegt wird, dessen Ort bereits vorher der Steuerung 30 fest vorgegeben wurde. Nach Ablegen der Zwischenlagen 44 wird der Zwischenlagengreifer 48 wieder auf der Ablage 46 abgesetzt, so dass die nächste Lage 42 von Zylinderblöcken 38 gemäss dem bereits beschriebenen Verfahren auf die Fertigungslinie 36 umgesetzt werden kann.

Claims

Patentansprüche 1. Industrie-Roboter mit einem bewegbaren Roboterarm und einem daran montierten Greifer für in wenigstens einer Positionierungsebene angeordnete Teile sowie mit einer Steuerung, welche ein optisches Teileerkennungssystem zum Feststellen einer Lage des Teils in seiner jeweiligen Positionierungsebene sowie zum für ein Greifen erforderlichen Positionieren des Greifers besitzt und welche an dem Greifer angeordnete taktile Sensoren zum Nachweis eines Greifens des Teils oder eines Fehlgreifens umfasst, d a d u r c h gekennzeichnet, ass das optische Teileerkennungssystem (Fernsehkamera 34, Steuerung 30) so ausgebildet ist, dass es auch gegenüber der Positionierungsebene (Zwischenlage 44; Palette 40) bis zu einem bestimmten Winkel in Neigungslagen angeordnete Teile (Zylinderblöcke 38) als mit dem Greifer (32) zu erfassende Teile (Zylinderblöcke 38) identifiziert, und dass der Greifer (32) eine am Roboterarm (28) montierte Halterung (50) sowie eine an dieser beweglich gelagerte und sich zum Greifen den Neigungslagen der vom optischen Teileerkennungssystem (Fernsehkamera 34, Steuerung 30) als erfassbar identifizierten Teile (Zylinderblöcke 38) anpassende Greifeinheit (52) umfasst.
2. Industrie-Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinheit (52) mittels einen grossen Bewegungsspielraum bezüglich der Halterung (50) zulassender Federn (Druckfedern 92) an dieser gehalten ist.
3. Industrie-Roboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinheit (52) von einer bezüglich der Halterung (50) definierten Ausgangsstellung, in der sie gegen feste Widerlager (Kegel 86) der Halterung (50) anliegt, entgegen der Wirkung von elastischen Kraftspeichern (Druckfedern 92) bezüglich der Halterung (50) und folglich auch bezüglich der Positionierungsebene kippbar und parallel zu dieser sowie entgegengesetzt zu einer Greifrichtung begrenzt bewegbar ist.
4. Industrie-Roboter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (50) Führung elemente (Stehbolzen 84, Kegel 86) besitzt, die so ausgew bildet sind, dass die Greifeinheit (52) aus allen möglichen, nicht der Ausgangsstellung entsprechenden Stellungen in die definierte Ausgangsstellung überführbar ist
5. Industrie-Roboter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (Stehbolzen 84, Kegel 86) so ausgestaltet sind, dass sie ausgehend von der Ausgangsstellung mit zunehmender Verschiebung der Greifeinheit (52) entgegen der Greifrichtung ein zunehmend grösseres Verkippen und Verschieben der Greifeinheit (52) bezüglich der Positionierungsebene zulassen.
6. Industrie-Roboter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinheit (52) Greifbacken (104) sowie ein Betätigungselement (Pneumatikzylinder 98, Zugseele 102) umfasst.
7. Industrie-Roboter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinheit (52) einen elastischen Kraftspeicher (Druckfeder 118) umfasst, der das Betätigungselement (Pneumatikzylinder 98, Zugseele 102) oder die Greifbacken (104) in Richtung einer das Teil (Zylinderblock 38) greifenden Stellung beaufschlagt.
8. Industrie-Roboter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinheit mit drei Sensoren (Endschalter 132,134 und 136) ausgerüstet ist, von denen jeweils einer betätigt ist, wenn die Greifbacken (104) in einer gespreizten Stellung, in einer ein Teil (Zylinderblock 38) spannenden Stellung und in einer geschlossenen, das Teil (Zylinderblock 38) freigebenden Stellung sind.
9. Industrie-Roboter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Halterung (50) ein taktiler Sensor (Endschalter 144) angeordnet ist, der durch Verschieben und/oder Verkippen der Greifeinheit (52) bezüglich der Ausgangsstellung betätigbar ist.
10. Industrie-Roboter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (50) einen Crash-Schlitten (66) umfasst, auf welchem die Greifeinheit (52) gehalten ist und welcher von einer Betriebsstellung entgegengesetzt zur Greifrichtung in eine Abschaltstellung verschiebbar ist, in der durch den Crash-Schlitten (66) ein Not-Aus-Schalter (Endschalter 80) des Industrie-Roboters (10) betätigt ist.
11. Industrie-Roboter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Crash-Schlitten (66) in seiner Betriebsstellung durch elastische Kraftspeicher (Federn 74) beaufschlagt ist.
12. Industrie-Roboter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein maximal möglicher Weg, um den die Greifeinheit (52) relativ zu.. Crash-Schlitten (66) verschiebbar ist, durch Anschlagelemente (148) begrenzt ist.
13. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer (32) mit einem Ultraschall-Sensor (150) zum Ermitteln von Teilen versehen ist.