DE4303264A1 - Bediengerät zur Bewegungsvorgabe und Programmierung von Robotern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bediengerät zur Bewegungsvorgabe und Programmie­ rung von Robotern gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Derartige Bediengeräte sind in der industriellen Robotertechnik bekannt und wer­ den allgemein eingesetzt. Sie ermöglichen die Steuerung von Roboterbewegungen in verschiedenen Koordinatensystemen, aber auch die Erstellung von Roboterprogram­ men. Der Roboter kann in beliebige, für ihn erreichbare Positionen gefahren werden. Dies geschieht mittels Eingabetasten auf dem Bediengerät oder mit integriertem Steuerknüppel. Diese bekannten Bediengeräte bieten die Möglichkeit in Achs-, Welt- und Werkzeugkoordinaten zu verfahren. Beim Verfahren in Roboterachskoordinaten werden die Achsen des Roboters einzeln bewegt, bis die gewünschte Position erreicht ist. Beim Verfahren in Weltkoordinaten wird durch die Rückwärtstransformation die Konfiguration des Roboters berechnet, um eine bestimmte Position im Weltkoordina­ tensystem zu erreichen. Die Werkzeugkoordinaten beziehen sich auf ein am Werk­ zeug definiertes Koordinatensystem und auf die damit gekoppelten Roboterbewegungen. Bei diesen Bediengeräten ist es möglich, zwischen den einzel­ nen Koordinatensystemen zu wählen. Die Verfahrbarkeit des Roboters in die entspre­ chende Richtung wird durch Drücken von einzelnen Richtungs- und Verfahrtasten im Bediengerät bewirkt. Trotz der vielen Möglichkeiten die Bewegungen des Roboters vorzugeben, die ein solches Bediengerät bietet, ist eine genaue Bewegungsvorgabe nur in Richtung einzelner Koordinaten möglich. Das Verfahren des Roboters gleichzei­ tig und kontrolliert zwischen verschiedenen Koordinaten ist mit dem herkömmlichen Gerät nicht möglich. Zwar können gleichzeitig zwei Tasten, z. B. die x- und y-Verfahrta­ ste gedrückt werden, jedoch ist ein kontrolliertes und genaues Verfahren zwischen die­ sen beiden Koordinaten nicht möglich. Eine genaue Verfahrbarkeit eines Roboters bei solchen komplizierten Bewegungsabläufen ist nur dann möglich, wenn ein Umschalten zwischen den Koordinatensystemen vorgenommen wird. Die Verfahrbarkeit des Robo­ ters längs beliebiger Kurvenbahnen ist durch die Bewegungsvorgabe mittels eines derartigen Bediengerätes nur sehr schwer möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Bediengerät zur Bewegungsvorgabe und Programmierung von Robotern so weiterzubilden, daß Robo­ terbewegungen in allen sechs Freiheitsgraden gleichzeitig und kontrolliert vorgege­ ben werden können.

Diese Aufgabe ist durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Danach ist vorgesehen, daß das Bediengerät zusätzlich zu seiner gattungsgemäßen Ausbildung über eine Sensoranordnung zur räumlichen Positions- und Bewegungserfassung verfügt und daß die Bewegungen des Bediengeräters direkt in die Roboterbewegungen umgesetzt werden. Praktisch bedeutet dies, daß das Bediengerät zur Bewegungsvorgabe benützt wird, indem das Bediengerät bewegt wird. Der Roboter folgt den Bewegungen des Bediengerätes. Somit sind Verfahrwege bzw. Bewegungen des Roboters in zwei oder mehreren Freiheitsgraden möglich, wobei diese mit hoher Präzision ausgeführt werden, weil der Roboter der Bewegung des Bediengerätes bzw. der Handbewegung der Bedienperson unmittelbar folgt. Be­ sonders vorteilhaft ist dabei, daß durch das Betätigen von Eingebetasten des Bediengerätes bestimmte Freiheitsgrade abgewählt werden können, so daß die Robo­ terbewegungen den Bewegungen des Bediengerätes nur in bestimmten Koordinaten folgen. So kann z. B. eine unruhige Gerätführung durch die Hand des Bedieners durch das Abwählen eines oder mehrerer Freiheitsgrade unterdrückt werden. Dadurch ist so­ wohl eine kontrollierte Vorgabe von Freiheitsgraden als auch ein kontrolliertes, gleich­ zeitiges Arbeiten mit mehreren Freiheitsgraden möglich. Es haben bereits Versuche stattgefunden, bei denen ein derartiges Sensorsystem in/an der Hand der Bedienper­ son angeordnet war. Dabei hat sich jedoch herausgestellt, daß zwar die Handbewe­ gungen der Bedienperson in die Roboterbewegungen unmittelbar umgesetzt werden konnten, daß jedoch dem Verfahren enge Grenzen gesetzt waren, u. a. durch die eingeschränkte Beweglichkeit des menschlichen Handgelenkes; so z. B. war eine kon­ tinuierliche Drehung um mehr als 180° nicht möglich. Darüberhinaus hat sich heraus­ gestellt, daß insbesondere linearen Bewegungen immer willkürliche Bewegungen der Bedienerhand überlagert waren.

Die Sensoranordnung besteht vorteilhafterweise aus einem 3D-Sensorsystem, d. h. aus einem System, das in der Lage ist, Bewegungen in allen sechs Freiheitsgraden zu erfassen und entsprechende Signale an einen Rechner weiterzugeben. In einer kon­ kreten Ausführungsform besteht dieses System aus einer Signalquelle und einem Sensorempfänger. Vorzugsweise handelt es sich um auf magnetischer Basis arbeiten­ de Sensoren. Die durch die Signalquelle ausgesandten Signale werden durch den Sensorempfänger relativ zur Signalquelle in allen sechs Freiheitsgraden erfaßt, durch einen Rechner ausgewertet, über eine Standardschnittstelle (parallele oder serielle) an eine konventionelle Robotersteuerung weitergegeben und dort zu Roboterbewe­ gungen gewandelt.

Vorteilhafterweise kann das Verhältnis Roboterbewegung zur Bewegung des Bediengerätes frei bestimmt werden. Dies ist besonders für feine, hochpräzise Bewe­ gungen des Roboters wichtig. Die Handbewegungen des Bedieners können beliebig skaliert werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß die herkömmlichen Verfahrtasten des Bediengerätes zur Programmierung von verfeinerten, hochpräzisen Bewegungen des Roboters ver­ wendet werden können. Zu diesen programmierten Bewegungen kommen dann im Verlauf des Bearbeitungsprozesses die durch die Hand der Bedienungsperson ge­ steuerten Bewegungen des Bediengerätes hinzu.

Das erfindungsgemäße Bediengerät ist mobil und kann an verschiedene Roboter angepaßt werden. Es sind keine kostenintensiven Hardwareaufbauten erforderlich. Das Bediengerät ist nahezu uneingeschränkt einsatzfähig.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 Eine Ansicht des Bediengerätes.

Fig. 2 Schematische Darstellung der Signalwege für das Sensorsystem.

Fig. 3 Schematische Darstellung des Steuerungsablaufes mit dem erfindungsge­ mäßen Bediengerät.

In Fig. 1 ist ein Handbediengerät 8 dargestellt. Sichtbar sind die Verfahr- oder Rich­ tungstasten 1, Programmiertasten bzw. Tasten zum Umschalten zwischen verschiede­ nen Koordinatensystemen 11, ein Display 2, ein Notabschalter 3 sowie einen Zustimmungsschalter 4. Mittels Eingabetasten 11 können sowohl verschiedene Koor­ dinatensysteme als auch die Zahl der Freiheitsgrade gewählt werden.

Das in Fig. 2 dargestellte 3D-Sensorsystem weist auf magnetischer Basis arbeiten­ de Sensoren auf und besteht aus einer Signalquelle 5 und einem Sensorempfänger 6. Dieser Sensor 6 empfängt das Magnetfeld des Senders 5, und diese Informationen werden an einen Mikrorechner 7 gegeben, der die Signale auswertet und die Positions­ werte der Empfängers 6 in allen 6 Freiheitsgraden bestimmt. Diese Positionswerte 12 werden an eine Standardschnittstelle weitergegeben.

n Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Bediengerät 8 schematisch dargestellt, wobei entsprechende Positionswerte 12 von der Standardschnittstelle an eine Robotersteue­ rung 9 weitergegeben werden. Die Robotersteuerung 9 setzt die Positionswerte in Ro­ boterbewegungen unmittelbar um.

Claims (7)

1. Bediengerät zur Bewegungsvorgabe und Programmierung von Robotern mit Ver­ fahr- und Richtungstasten, bei denen zur Bewegungsvorgabe verschiedene Koor­ dinatensysteme und eine unterschiedliche Anzahl von Freiheitsgraden gewählt werden können, wobei die Vorgaben des Gerätes über eine Robotersteuerung auf den Roboter übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensoran­ ordnung (5, 6) zur räumlichen Positions- und Bewegungserfassung des Bediengerätes (8) in allen sechs Freiheitsgraden vorhanden ist, und die Bewegun­ gen des Bediengerätes (8) direkt in die Roboterbewegungen eines Roboters (10) umgesetzt werden.

2. Bediengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranord­ nung (5,6) ein 3D-Sensorsystem ist.

3. Bediengerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Sen­ sorsystem aus einer Signalquelle (5) und einem Sensorempfänger (6) besteht, die durch auf magnetischer Basis arbeitende Sensoren gebildet sind.

4. Bediengerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensorsignale durch einen Rechner (7) ausgewertet und als Po­ sitionswerte (12) über eine Standardschnittstelle an eine konventionelle Robotersteuerung (9) weitergegeben und in Roboterbewegungen umgewandelt werden.

5. Bediengerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis zwischen den Bewegungen des Bediengerätes (8) und den Roboterbewegungen anforderungsspezifisch wählbar ist.

6. Bediengerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine kontrollierte Vorgabe der Anzahl der Freiheitsgrade durch die Eingabetasten (11) des Bediengerätes (8) erfolgt.

7. Bediengerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Roboterbewegungen durch die räumliche Bewegung und/oder durch das Drücken der Eingabetasten (1, 11) des Bediengerätes (8) vorgegeben werden.