DE3810054A1 - Verfahren und vorrichtung zur bewegungsfuehrung von mehrachsigen manipulatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewegungsführung von mehrachsigen Manipulatoren, insbesondere von Industrierobo­ tern, mittels einer handbetätigten Führungseinrichtung, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Manipulatoren, insbesondere Industrieroboter können selbstän­ dig mittels eines Manipulatorwerkzeugs Arbeiten ausführen. Zuvor muß jedoch dem Manipulator gelehrt werden, welche Bewe­ gungen er ausführen soll, damit das Manipulatorwerkzeug die gewünschten Arbeiten ausführen kann. Das Manipulatorwerkzeug muß dabei üblicherweise in der Lage sein, eine 6-dimensionale Bewegung auszuführen, nämlich eine 3-dimensionale transla­ torische und eine ebenfalls 3-dimensionale rotatorische Bewe­ gung. Erst durch eine derartige 6-dimensionale Bewegung kann das Manipulatorwerkzeug in die gewünschten Stellungen (Posi­ tionen und Orientierungen) bewegt werden.

Beim sogenannten Teach-In-Verfahren zur Programmierung von Industrierobotern wird der Roboter in markante, den späteren Bewegungsablauf charakterisierende Stellungen bewegt, die für die spätere Programmabarbeitung als Interpolationsstellungen gespeichert werden. Üblicherweise werden die Bewegungen des Roboters während der Teach-In-Programmierung über eine Druck­ tastenverfahreinheit geführt. Diese Art der Bewegungsführung ist unergonomisch und sehr zeitaufwendig. Moderne Steuerungen unterstützen zwar den Bediener, indem sie durch eine Koordi­ natentransformation den Roboter bei Betätigung einer Verfahr­ taste in festen, kartesischen Koordinaten bewegen, dennoch muß sich der Bediener ständig die Lage des Programmierkoordi­ natensystems vor Augen halten.

Eine wesentliche Verbesserung stellen deshalb Steuerknüppel oder Kraft-Momenten-Sensoren zur Bewegungsführung des Manipu­ lators dar. So ist aus der DE-OS 32 40 251 ein Verfahren der ingangs angegebenen Art bekannt, das einen sechsachsigen, in eine Hohlkugel eingebauten Kraft-Momenten-Sensor als Vorrich­ tung zur Bewegungsführung einsetzt. Der Kraft-Momenten-Sensor mißt dabei die von der Hand des Bedieners auf das Zentrum der Kugel ausgeübten Kräfte und Momente. An eine raumfeste Platt­ form montiert und über eine geeignete Steuerung mit dem Robo­ ter verbunden, ermöglicht die Sensorkugel die Bewegungsfüh­ rung des Roboters dergestalt, daß eine auf die Sensorkugel ausgeübte Kraft eine Bewegung des Roboters in Kraftrichtung mit kraftproportionaler Geschwindigkeit bewirkt, während ein auf die Sensorkugel ausgeübtes Moment eine Drehung des Roboterwerkzeugs um die Momentachse mit momentenpropor­ tionaler Winkelgeschwindigkeit verursacht.

Zur Bewegungsführung großer Roboter sind ortsfest montierte Kraft-Momenten-Sensoren nur schwer einsetzbar. Auf mobilen Plattformen befestigt besteht aber kein konstanter Bezug mehr zwischen den Koordinatensystemen von Roboter und Kraft-Momen­ ten-Sensor. Dies kann zu einer Irritation und sogar einer Ge­ fährdung des Bedieners führen, da sich der Roboter, abhängig von der Ausrichtung des Kraft-Momenten-Sensors, auf den Be­ diener zubewegen kann, obwohl dieser den Roboter von sich wegführen will. Hinderlich ist außerdem, daß der Bediener eine Plattform mitführen muß, die die Kräfte und Momente des Sensors aufnimmt.

In der DE-OS 27 31 041 sowie in der DE-PS 32 23 896 wird schließlich vorgeschlagen, zur Off-Line Erfassung einer zu pro­ grammierenden Roboterbewegung ein Trägheitsnavigationssystem einzusetzen. Abweichend von diesem Vorschlag ließe sich ein Trägheitsnavigationssystem auch zur On-Line Bewegungsführung eines Roboters verwenden. Dabei vollzieht das Roboterwerkzeug die Bewegungen und Drehungen des Trägheitsnavigationssystems nach. Diese Art der Bewegungsführung ähnelt der (zweiachsigen) Steuerung eines Bildschirmcursors mit einer sogenannten "Maus".

Allerdings ermöglicht ein Trägheitsnavigationssystem eine simul­ tane, sechsachsige Bewegungsführung. Mittels des Trägheitsnavi­ gationssystems bei den bekannten Verfahren werden die auf seis­ mische Massen und Kreisel ausgeübten Linear- und Winkelbeschleu­ nigungen gemessen und daraus durch zweifache Integration über die Zeit die Verschiebungen und Verdrehungen des Trägheitsna­ vigationssystems ermittelt. Da Meßfehler quadratisch mit der Zeit ansteigen, müssen bei diesem bekannten Verfahren sehr ge­ naue Sensoren eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und zuverlässig arbeitendes Verfahren zur Bewegungsführung von mehrachsigen Manipulatoren unter Verwendung einer handbetätigten Führungseinrichtung zu schaffen; weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Als technische Lösung wird mit der Erfindung verfahrens­ mäßig vorgeschlagen, daß die Bewegungsführung in die Vorgabe aufeinanderfolgender translatorischer und rotatorischer Bewe­ gungen des Manipulatorwerkzeugs aufgeteilt wird, daß die trans­ latorischen Bewegungen durch die Ausrichtung einer frei im Raum beweglichen Führungseinrichtung und ihr Endpunkt durch eine zeitbegrenzte Geschwindigkeitsvorgabe erzeugt werden, daß die rotatorischen Bewegungen jeweils durch eine Änderung der räum­ lichen Winkellage der Führungseinrichtung erzeugt werden und daß die jeweilige räumliche Orientierung der Führungseinrichtung ermittelt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewegungsführung von mehr­ achsigen Manipulatoren, insbesondere von Industrierobotern, mittels einer frei im Raum beweglichen, handbetätigten Führungs­ einrichtung zeichnet sich durch Zuverlässigkeit und Einfachheit aus. So werden zunächst die translatorischen und rotatorischen Bewegungen des Manipulatorwerkzeugs nacheinander ausgeführt, wo­ bei die rotatorischen Bewegungen, beispielsweise zur räumlichen Orientierung der Handachse eines Industrieroboters, vorzugsweise nach den translatorischen Bewegungen ausgeführt werden, mittels denen das Manipulatorwerkzeug zunächst an den Arbeitsort verfah­ ren wird. Diese Aufteilung der Bewegungen erleichtert dem Benut­ zer die Koordination. Die frei im Raum bewegliche Führungsein­ richtung, die erfindungsgemäß parallel zur gewünschten transla­ torischen Bewegung des Manipulatorwerkzeugs ausgerichtet wird,

dient dabei gewissermaßen als Zeiger, dem die translatorische Bewegung des Manipulatorwerkzeugs folgt, wobei die eigentliche Bewegung durch zeitbegrenzte Geschwindigkeitsvorgaben erzeugt wird. Nach Abschluß der translatorischen Bewegungen folgen die rotatorischen Bewegungen des Manipulatorwerkzeugs, und zwar der­ gestalt, daß eine Änderung der räumlichen Winkellage der Füh­ rungseinrichtung direkt eine entsprechende Änderung der räum­ lichen Winkellage des Manipulatorwerkzeugs erzeugt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die jeweilige räum­ liche Orientierung der Führungseinrichtung mit Hilfe zweier nicht paralleler Felder ermittelt. Dabei sind nur die Rich­ tungen, d. h. die Verhältnisse der Komponenten der Messungen der beiden Felder von Interesse, wobei aus diesen Richtungen ein Mikrocomputersystem über eine Koordinatentransformation die Ori­ entierung der Führungseinrichtung in Raumkoordinaten errechnen kann. Die jeweilige räumliche Orientierung der Führungseinrich­ tung kann auf diese Weise mit sehr großer Genauigkeit bestimmt werden.

Die beiden Felder können in einer ersten Alternative in Form von magnetischen und/oder elektromagnetischen Feldern (künstlich) erzeugt werden. In einer bevorzugten Alternative können jedoch als Felder das Erdmagnetfeld und das Gravitationsfeld verwendet werden, so daß die Felder nicht künstlich erzeugt werden müssen.

Dabei wird aus der Richtung des Gravitationsfeldes die Neigung der Führungsvorrichtung gegen die Horizontale bestimmt, während die Messung der Richtung des Erdmagnetfeldes zur Berechnung des Azimuts der Führungseinrichtung, d.h. des Winkels der Drehung um die Lotachse dient.

Alternativ zu den beiden nicht parallelen Feldern kann die je­ weilige räumliche Orientierung der Führungseinrichtung auch mit Hilfe von mechanischen Trägheitskreiseln oder mit Hilfe von op­ tischen Kreiseln ermittelt werden. Die Ermittlung der räumlichen Orientierung mit Hilfe von mechanischen Trägheitskreiseln ba­ siert auf der bekannten Trägheitsnavigation, indem die Lage gegenüber einer kreiselstabilisierten Plattform gemessen wird.

Mit Hilfe der optischen (Laser-)Kreisel werden entsprechend die auf die Führungseinrichtung einwirkenden Winkelbeschleunigungen gemessen und daraus durch zweifache Integration über die Zeit die räumlichen Verdrehungen der Führungseinrichtung berechnet.

Bei beiden Kreiselmessungen werden dabei weit höhere Präzisions­ anforderungen gestellt als bei der Bestimmung der räumlichen Orientierung der Führungseinrichtung mit Hilfe raumfester Felder.

Um beispielsweise beim Wechsel zwischen verschieden ausgerichte­ ten Robotern oder bei lokalen Störungen des Erdmagnetfeldes die Referenzrichtung der Führungseinrichtung festzulegen, wird in einer Weiterbildung des Verfahrens zu Beginn der Bewegungsfüh­ rung die jeweilige Abweichung einer der Verfahrachsen des Mani­ pulators im Verhältnis zur Richtung der beiden Felder mittels der Führungseinrichtung festgestellt und zur Korrektur der Werte der nachfolgenden Orientierungsbestimmung gespeichert. Auf diese Weise können die Raumkoordinaten der Führungseinrichtung mit den Roboterkoordinaten zur Deckung gebracht werden.

Vorzugweise erfolgt die rotatorische Bewegung des Manipulator­ werkzeugs aufgrund der Änderung der räumlichen Winkellage der Führungseinrichtung mittels eines Maßstabfaktors. Der Maßstab­ faktor ist dabei vorzugsweise derart, daß die rotatorische Bewe­ gung des Manipulatorwerkzeugs bezüglich zur Änderung der räum­ lichen Winkellage der Führungseinrichtung verkleinert und somit eine Feineinstellung ermöglicht wird. Auf diese Weise läßt sich das Manipulatorwerkzeug sehr präzise orientieren.

Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt vor, daß zur Anpassung der Bewegungsführung an vom je­ weiligen Manipulator vorgegebene Vorzugsrichtungen die aus der Orientierung der Führungseinrichtung ermittelten Werte innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches jeweils einem Wert eines auf die Vorzugsrichtung abgestimmten Winkelrasters zugeordnet werden. Dies bedeutet in der Praxis, daß, wenn die Führungsein­ richtung innerhalb eines bestimmten Kugelsektors ausgerichtet wird, das Manipulatorwerkzeug in einer diesem Kugelsektor zuge­ ordneten, vorgegebenen Vorzugsrichtung bewegt bzw. um diese Vor­ zugsachse gedreht wird. Dies erweist sich beispielsweise bei Fügeoperationen von Vorteil, bei denen sich der Roboter exakt entlang einer Linie bewegen muß.

Schließlich wird mit der Erfindung verfahrensmäßig vorge­ schlagen, daß durch die Führungseinrichtung des Manipulatorwerk­ zeug in markante, den späteren Bewegungsablauf charakterisieren­ de Stellungen (Positionen und Orientierungen) bewegt wird, die für eine spätere Programm-Abarbeitung als Interpolationsstel­ lungen gespeichert werden. Mittels der Führungseinrichtung wird somit das Manipulatorwerkzeug zu bestimmten Stellungen bewegt. Zwischen diesen vorgegebenen und abgespeicherten Soll-Stellungen verfährt das Programm dann selbständig das Manipulatorwerkzeug.

Ausgehend von einer Vorrichtung mit einer handbetätigten Führungseinrichtung, in der Sensoren angeordnet sind, wird er­ findungsgmäß zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, daß die Führungseinrichtung mit einem pistolenartigen Gehäuse ausge­ führt ist, in dem Sensoren zur Erfassung der Ausrichtung des Ge­ häuses bezüglich zweier Felder angeordnet sind.

Ein derartiges pistolenartiges Gehäuse ist für den Benutzer leicht handhabbar und kann auch leicht ausgerichtet werden, indem die Führungseinrichtung in der Art einer Pistole von dem Benutzer gehalten wird.

Die Sensoren, die zur Erfassung der Ausrichtung des Gehäuses be­ züglich der beiden Felder in diesem angeordnet sind, sind vor­ zugsweise 3-D-Beschleunigungsaufnehmer für die Gravitationsfeld­ messung sowie 3-D-Magnetometer für die Erdmagnetfeldmessung. Diese 3-D-Beschleunigungsaufnehmer sowie 3-D-Magnetometer sind relativ preiswerte Bauteile, die auf zuverlässige Weise das Gravitationsfeld sowie das Erdmagnetfeld in den Koordinaten der Führungseinrichtung messen können. Dabei werden nicht die abso­ luten Beträge, sondern nur die Richtungen gemessen, da für die Erfassung der Ausrichtung des Gehäuses nur die Verhältnisse der Komponenten der Gravitations- und Magnetfeldmessung von Interes­ se sind.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist am Ge­ häuse eine Taste für die Umkehr der Bewegungsrichtung angeord­ net. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die translatorische Bewegungsrichtung des Manipulatorwerkzeugs umgekehrt werden kann, ohne daß das Gehäuse der Führungseinrichtung in die anti­ parallele Richtung gedreht werden muß. Dies erleichtert ganz er­ heblich die Betätigung der Führungseinrichtung.

Weiterhin ist vorzugsweise am Gehäuse eine Taste zur Vorgabe der Verfahrgeschwindigkeit bei der translatorischen Bewegung des Ma­ nipulatorwerkzeugs angeordnet. Die Geschwindigkeit kann dabei mit dem Tastendruck oder mit dem Tastenweg linear oder logarith­ misch zunehmen, wobei im letzteren Fall eine Feinregulierung je nach Tastendruck oder Tastenweg möglich ist.

Weiterhin ist am Gehäuse ein Schalter für die aufeinanderfolgen­ de Aufteilung der Bewegungsführung angeordnet. Mittels dieses Schalters kann von der translatorischen Bewegung des Manipula­ torwerkzeugs auf die rotatorische Bewegung umgeschaltet werden und umgekehrt.

Ein weiterer Schalter am Gehäuse dient zur Anpassung der Bewe­ gungsführung von am jeweiligen Manipulator vorgegebene Vorzugs­ richtungen. Wird somit das Gehäuse innerhalb eines bestimmten Kugelsektors ausgerichtet, so bewegt sich das Manipulatorwerk­ zeug nur in einer vorgegebenen Vorzugsrichtung bzw. dreht sich um eine vorgegebene Vorzugsachse, die dem entsprechenden Kugel­ sektor zugeordnet ist.

Eine weitere Taste am Gehäuse kann zum Ausrichten der Referenz­ richtung der Führungseinrichtung bezüglich des Koordinatensy­ stems des Manipulators dienen, so daß auf diese Weise eine Kor­ rektur der Werte der Orientierungsbestimmungen der Führungsein­ richtung möglich ist.

Um eine unbeabsichtigte Betätigung der Führungseinrichtung zu verhindern, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vor­ geschlagen, daß am Pistolengriff des Gehäuses eine Sicherheits­ taste zur Aktivierung der Führungseinrichtung angeordnet ist. Diese Sicherheitstaste ist dabei vorzugsweise an der Rückseite des Pistolengriffs angeordnet, so daß die Sicherheitstaste zwangsläufig betätigt wird, wenn der Benutzer den Pistolengriff des Gehäuses umfaßt.

Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß am unteren Ende des Pistolengriffs des Gehäuses ein Steckverbinder zum An­ schluß der Führungseinrichtung an einen Rechner angeordnet ist. Auf diese Weise läßt sich eine kaum störende Verbindung zu dem Rechner herstellen, die die Beweglichkeit der Führungseinrich­ tung im Raum kaum beeinträchtigt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der eine Vor­ richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bewegungsführung von mehrachsigen Manipulatoren an einem Ausfüh­ rungsbeispiel rein schematisch dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Führungsein­ richtung mit einem pistolenartigen Gehäuse zur Bewe­ gungsführung eines mehrachsigen Industrieroboters;

Fig. 2 die Führungseinrichtung aus Fig. 1 von hinten;

Fig. 3 eine etwas verkleinerte Darstellung der Führungsein­ richtung aus Fig. 1 in zwei unterschiedlichen Aus­ richtungen;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Industrierobo­ ters, dessen Manipulatorwerkzeug entsprechend den beiden Ausrichtungen der Führungseinrichtung aus Fig. 3 verschwenkt ist.

Eine Führungseinrichtung 1, die der Bewegungsführung eines mehr­ achsigen Industrieroboters 2 dient, besitzt ein pistolenartig ausgebildetes Gehäuse 3 mit einem angeformten Pistolengriff 4. Am unteren Ende dieses Pistolengriffs 4 ist ein Steckverbinder St angeordnet, an den ein nicht dargestelltes Kabel angeschlos­ sen werden kann, das die Verbindung zu einem Rechner herstellt. Ansonsten ist die Führungseinrichtung 1 frei im Raum bewegbar, wenn sie von einem Benutzer am Pistolengriff 4 gehalten wird.

Innerhalb des Gehäuses 3 sind (nicht sichtbare) 3-D-Beschleuni­ gungsaufnehmer sowie 3-D-Magnetometer untergebracht. Diese messen das Gravitationsfeld sowie das Erdmagnetfeld in den Koor­ dinaten der Führungseinrichtung 1. Bei der Messung sind nicht die absoluten Beträge sondern nur die Richtungen, d.h. die Ver­ hältnisse der Komponenten der Gravitations- und Magnetfeldmes­ sung von Interesse, aus denen der angeschlossene Rechner über eine Koordinatentransformation die Orientierung der Führungsein­ richtung 1 in Raumkoordinaten errechnen kann. Dabei wird aus der Richtung des Gravitationsfeldes die Neigung der Führungseinrich­ tung 1 gegen die Horizontale bestimmt, während die Messung der Richtung des Erdmagnetfeldes zur Berechnung des Azimuts der Vorrichtung dient, d.h. des Winkels der Drehung um die Lotachse. Alternativ dazu kann auch die Richtung eines künstlich erzeugten magnetischen und/oder magnetischen Feldes gemessen werden.

Wie in den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, sind am Gehäuse 3 eine Mehrzahl von Schaltern und Tasten angeordnet, deren Funktions­ weise nachfolgend anhand eines praktischen Ausführungsbeispieles zur Bewegungsführung des Werkzeuges 5 des Roboters 2 erklärt werden soll.

Zunächst nimmt der Benutzer die Führungseinrichtung 1 in die Hand und umgreift dabei den Pistolengriff des Gehäuses 3. Dabei drückt der Benutzer mit seiner Hand eine Sicherheitstaste S nach innen, wodurch erst die Führungseinrichtung 1 in die Bereit­ schaftsstellung gebracht wird, mit der Bewegungsführungen ausge­ löst werden können.

Um beispielsweise beim Wechsel zwischen verschieden ausgerich­ teten Robotern 2 oder bei lokalen Störungen des Erdmagnetfeldes die Referenzrichtung der Führungseinrichtung 1 festzulegen, wird diese am Koordinatensystem des Roboters 2 ausgerichtet und dabei die Taste RF betätigt. Das Mikrocomputersystem übernimmt in diesem Moment die Orientierung der Führungseinrichtung 1 als Offsetwert. Durch Verrechnung dieses Offsetwertes werden die Raumkoordinaten mit den Roboterkoordinaten zur Deckung gebracht.

Nach dieser "Eichung" kann mit der Bewegungsführung des Werk­ zeugs des Roboters 2 begonnen werden, wobei zunächst eine trans­ latorische Bewegung für die Position des Werkzeugs 5 und an­ schließend eine rotatorische Bewegung für die Orientierung des Werkzeugs 5 vorgenommen wird.

Für die translatorische Bewegung des Werkzeugs 5 in eine ganz bestimmte Richtung Z wird das Gehäuse 3 der Führungseinrichtung 1 parallel zu dieser Richtung Z entsprechend ausgerichtet, wobei die Führungseinrichtung 1 gewissermaßen als Richtungszeiger dient. Durch Betätigen der Taste V wird dann die Bewegungsge­ schwindigkeit des Werkzeugs 5 vorgegeben, wobei die Geschwindig­ keit linear oder nichtlinear (beispielsweise logarithmisch) mit dem Tastendruck oder dem Tastenweg zunehmen kann. Hat das Werk­ zeug 5 die Endposition erreicht, wird die Taste V losgelassen und somit die Bewegung angehalten. Das Werkzeug 5 hat somit die Endposition erreicht.

Eine gleichzeitige Betätigung der Taste R zusammen mit der Taste V bewirkt die Umkehrung der linearen Bewegungsrichtung des Werk­ zeugs 5, ohne daß die Führungseinrichtung 1 in die antiparallele Richtung gedreht werden muß.

Nach Abschluß der translatorischen Bewegungen für die Positio­ nierung des Werkzeugs 5 muß dieses mittels rotatorischer Bewe­ gungen orientiert werden, um so die endgültige Stellung des Werkzeugs 5 zu erreichen. Zu diesem Zweck betätigt der Benutzer den Schalter W. Dadurch werden alle Änderungen der räumlichen (Dreh-) Orientierung der Führungseinrichtung 1 vom Werkzeug 5 nachvollzogen, wobei zur Feineinstellung ein Maßstabsfaktor zwischen den Drehungen der Führungseinrichtung 1 und denen des Werkzeugs 5 berücksichtigt werden kann. Diese rotatorische Bewe­ gung ist in den Fig. 3 und 4 durch den Pfeil P veranschaulicht. In Fig. 3 ist dargestellt, wie sich die Führungseinrichtung 1 in einer nach unten geneigten Ausgangsstellung befindet. Eine ent­ sprechende nach unten geneigte Ausgangsstellung weist das Werk­ zeug 5 auf, wie dies in Fig. 4 zu erkennen ist. Wird an­ schließend die Führungseinrichtung 1 in Richtung des Pfeiles P in die Horizontale nach oben geschwenkt, folgt das Werkzeug die­ ser Verschwenkbewegung und nimmt ebenfalls eine horizontale End­ stellung ein. Durch zusätzliche Verschwenkbewegungen um die bei­ den anderen möglichen Drehachsen kann insgesamt eine 3-dimensio­ nale Drehung des Werkzeugs 5 erreicht werden.

Schließlich ist in Fig. 2 noch ein Schalter A an der Rückseite des Gehäuses 3 zu erkennen. Nach Betätigen dieses Schalters A bewegt sich das Werkzeug 5 nur in vorgegebene Vorzugsrichtungen bzw. dreht sich nur um vorgegebene Vorzugsachsen, und zwar in Abhängigkeit der Ausrichtung der Führungseinrichtung 1 innerhalb eines bestimmten Kugelsektors, dem eine bestimmte Vorzugsrich­ tung bzw. Vorzugsachse zugeordnet ist. Dies kann beispielsweise bei Fügeoperationen sinnvoll sein, bei denen sich das Werkzeug 5 exakt entlang einer Linie bewegen muß.

Bezugszeichenliste

 1 Führungseinrichtung
 2 Industrieroboter
 3 Gehäuse
 4 Pistolengriff
 5 Werkzeug
St Steckverbinder
S Sicherheitstaste
RF Taste
V Taste
R Taste
W Schalter
A Schalter
Z Richtung
P Pfeil

Claims (19)

1. Verfahren zur Bewegungsführung von mehrachsigen Manipula­ toren, insbesondere von Industrierobotern, mittels einer handbetätigten Führungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegungsführung in die Vorgabe aufeinanderfolgen­ der translatorischer und rotatorischer Bewegungen des Mani­ pulatorwerkzeugs aufgeteilt wird,
daß die translatorischen Bewegungen durch die Ausrichtung einer frei im Raum beweglichen Führungseinrichtung und ihr Endpunkt durch eine zeitbegrenzte Geschwindigkeitsvorgabe erzeugt werden,
daß die rotatorischen Bewegungen jeweils durch eine Ände­ rung der räumlichen Winkellage der Führungseinrichtung er­ zeugt werden
und daß die jeweilige räumliche Orientierung der Führungs­ einrichtung ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige räumliche Orientierung der Führungseinrichtung mit Hilfe zweier nicht paralleler Felder ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Felder in Form von magnetischen und/oder elektro­ magnetischen Feldern erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Felder das Erdmagnetfeld und das Gravitationsfeld verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige räumliche Orientierung der Führungseinrichtung mit Hilfe von mechanischen Trägheitskreiseln ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige räumliche Orientierung der Führungseinrichtung mit Hilfe von optischen Kreiseln ermittelt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Bewegungsführung die jeweilige Abweichung einer der Verfahrachsen des Mani­ pulators im Verhältnis zur Richtung der beiden Felder mittels der Führungseinrichtung festgestellt und zur Kor­ rektur der Werte der nachfolgenden Orientierungsbestim­ mungen gespeichert wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die rotatorische Bewegung des Manipulatorwerkzeugs aufgrund der Änderung der räumlichen Winkellage der Führungseinrichtung mittels eines Maßstab­ faktors erfolgt.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der Bewegungs­ führung an vom jeweiligen Manipulator vorgegebene Vorzugs­ richtungen die aus der Orientierung der Führungsein­ richtung ermittelten Werte innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches jeweils einem Wert eines auf die Vorzugsrichtungen abgestimmten Winkelrasters zugeordnet werden.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Führungseinrichtung das Manipulatorwerkzeug in markante, den späteren Bewe­ gungsablauf charakterisierende Stellungen (Positionen und Orientierungen) bewegt wird, die für eine spätere Pro­ gramm-Abarbeitung als Interpolationsstellungen gespeichert werden.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach minde­ stens einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer handbetä­ tigten Führungseinrichtung (1), in der Sensoren angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (1) mit einem pistolenartigen Gehäuse (3) ausgeführt ist, in dem Sensoren zur Erfassung der Ausrichtung des Gehäuses (3) bezüglich zweier Felder angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren 3-D-Beschleunigungsaufnehmer für die Gravita­ tionsfeldmessung sowie 3-D-Magnetometer für die Erdmagnet­ feldmessung sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß am Gehäuse (3) eine Taste (R) für die Umkehr der Bewegungsrichtung angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (3) eine Taste (V) zur Vorgabe der Verfahrgeschwindigkeit angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (3) ein Schalter (W) für die aufeinanderfolgende Aufteilung der Bewegungs­ führung angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (3) ein Schalter (A) zur Anpassung der Bewegungsführung an vom jeweiligen Manipulator vorgegebene Vorzugsrichtungen angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (3) eine Taste (RF) zum Ausrichten der Referenzrichtung der Führungseinrich­ tung (1) bezüglich zum Koordinatensystem des Manipulators angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß am Pistolengriff (4) des Ge­ häuses (3) eine Sicherheitstaste (S) zur Aktivierung der Führungseinrichtung (1) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Pistolen­ griffs (4) des Gehäuses (3) ein Steckverbinder (St) zum Anschluß der Führungseinrichtung (1) an einen Rechner an­ geordnet ist.