CH644547A5

CH644547A5 - Verfahren zum bewirken einer eilbewegung eines roboterarmes sowie zum weichen bremsen dieser bewegung und anschliessenden anhalten, und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens.

Info

Publication number: CH644547A5
Application number: CH139980A
Authority: CH
Inventors: Roland Kaufeldt
Original assignee: Satt Kaufeldt Ab
Priority date: 1979-02-21
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1984-08-15
Also published as: GB2045468A; SE7901531L; JPS55115105A; FR2449515A1; NL8000934A; GB2045468B; DE3006153A1; SE419709B; IT1140639B; IT8020011A0; US4319864A; IT8020011A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewirken einer Eilbewegung eines beweglichen Roboterarmes sowie zum weichen Bremsen dieser Bewegung und anschliessenden Anhalten des Roboterarmes in einer von mehreren über einer Strecke frei wählbaren, genau definierten Stillstandslagen.

Wenn Roboterarme in der Industrie verwendet werden, so geschieht dies meistens, um ein Werkzeug oder einen son-5 stigen Gegenstand, der an einem Ende des Roboterarmes gehalten ist, nacheinander in verschiedenen Verfahrlagen des Roboterarmes gebrauchen zu können. Der Roboterarm sollte so rasch wie möglich von der einen zur anderen dieser Verfahrlagen bewegt werden und am Ende jeder solchen Be-ia wegung weich abgebremst werden, da ein Aufstossanhalten eine geringe Präzision in bezug auf Lageeinhaltung und ungewisse Reproduzierbarkeit verursacht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Roboterarm als solcher eine gewisse Masse hat, zu der noch diejenige des Werkzeuges oder sonstigen 15 Gegenstandes hinzukommt. Zum Erreichen einer hohen Eil-bewegungsgeschwindigkeit und eines weichen Bremsens mit anschliessendem Anhalten genau in der jeweils gewollten Stillstandslage, muss also das Problem des raschen und allmählichen Absenkens der kinetischen Energie des Roboter-20 armes und des daran gehaltenen Gegenstandes gelöst werden.

Beim Benützen von einer oder von zwei Endlagen einer Vorrichtung zum Antrieb des Roboterarmes, beispielsweise von einer Endlage oder beiden Endlagen eines Hydraulik-25 Zylinders, wobei der Roboterarm in die eine Endlage oder in die eine oder andere der beiden Endlagen verbracht wird, treten keine Schwierigkeiten auf. Diese Schwierigkeiten treten erst auf, wenn der Roboterarm nacheinander in mehreren über einer Verfahrstrecke verteilten Lagen angehalten 30 werden soll, weil es dann schwierig ist, eine gute Wiederholbarkeit bzw. Reproduzierbarkeit dieser Lagen zu erreichen, jeweils nach weichem Abbremsen.

Die Erfindung verfolgt den Zweck, diese Schwierigkeiten 35 zu überwinden, bei wiederholtem Bewegen des Roboterarmes in mehrere vorgewählte Stillstandslagen. Die Lösung dieser Aufgabe wird in einem Verfahren und einer Einrichtung gesehen, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen umschrieben sind. Bevorzugte Ausführungen sind in den abhän-40 gigen Ansprüchen umschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Einrichtung,

45 Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, und

Fig. 3 eine Einzelheit aus Fig. 2 in grösserem Massstab.

Nach der Fig. 1 hat ein auf einem Sockel 1 o. dgl. befestigter Block 2 einen daran einstückig ausgebildeten Tragarm 3 sowie eine Öffnung, in welcher ein Roboterarm längs-50 beweglich geführt ist. Voraussetzungsgemäss ist an dem in Fig. 1 linkseitigen Ende des Roboterarmes 4 ein Werkzeug gehaltert, das beispielsweise als eine Greifhand 13 ausgebildet sein kann.

An seinem vom Block entfernten Ende trägt der Tragarm 55 3 einen rasch drehenden Motor 5, und an seinem dem Block 2 benachbarten Ende trägt er einen langsam drehenden Motor 6. Dieser ist über eine zugeordnete Kupplung 14 mit einem Antriebsrad 7 in Antriebsverbindung setzbar. Ein Zahnriemen oder eine Kette 8 umläuft dieses Antriebsrad 7 60 und auch ein Antriebsrad 9, das auf der Welle des raschdrehenden Motors 5 sitzt. Ein Klotz 10 ist mit einem einen Trum des Zahnriemens 8 und auch mit dem Roboterarm 4 fest verbunden, so, dass, wenn sich dieses Trum in der einen oder anderen Richtimg bewegt, der Roboterarm 4 dieser Be-65 wegung genau folgt. Eine Bremse 11, die z. B. elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar sein kann, ist dazu geeignet, den Roboterarm in irgendeiner wählbaren, definierten Lage festzuhalten.

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Ein zweiter Tragarm 12 ist auch am Block 2 befestigt und erstreckt sich parallel zum ersten Tragarm 3 und unter demselben. Auf ihm sitzen mehrere Geber A-E in bestimmten, aber frei wählbaren Lagen längs dessen Länge. Diese Geber sind in diese Lagen verstellbar. Ein Sensor G ist fest am Roboterarm 4 angebracht, so, dass er nacheinander mit jedem der Geber A-E zusammenarbeiten kann.

Die Geber A-E können beispielsweise mit einer kom-puterisierten Steuereinheit (nicht gezeigt) verbunden sein, die dem Zwecke dient, die Lagen zu bestimmen, in welchen der Roboterarm nacheinander angehalten werden soll nach jeweiligem Bewegen in seiner Längsrichtung. Wenn das Werkzeug 13 oder der sonstige an seinem linksseitigen Ende gehalterte Gegenstand in der jeweiligen Anhaltelage seine Funktion ausgeführt hat und dann der Roboterarm zur nächstfolgenden Stillstandslage bewegt werden soll, so wird dies dadurch erreicht, dass dem rasch drehenden Motor 5 aus der komputerisierten Steuereinheit ein Inbetriebssetzungssignal zugeführt wird, wonach dieser Motor den Zahnriemen 8 mit entsprechend hoher Geschwindigkeit bewegt samt dem Klotz 10 und dem Roboterarm 4. Es sei nun angenommen, dass der Roboterarm 4 nach links bewegt werde und dass das Betriebsprogramm des Roboters so sei, dass der Geber E durch die komputerisierte Steuereinheit betätigt werde. Wenn nun der Sensor G an Vorsprung Efv (vgl. Fig. 2 und 3) vorbeiherläuft, so gibt er ein Vorsignal ab, das die Abschaltung des Motors 5 und die Einschaltung des Motors 6 sowie der Kupplung 14 bewirkt. Die Kupplung 14 wird nunmehr den Roboterarm so verlangsamen, dass dessen Geschwindigkeit derjenigen entspricht, die durch den Motor 6 bestimmt ist. Mit dieser reduzierten Geschwindigkeit wird nun der Roboterarm seine Bewegung nach links fortsetzen bis der Sensor G den Vorsprung Es des Gebers E erreicht. Alsdann wird der Sensor G ein Schlusssignal abgeben, welches die Betätigung der Bremse 11 und damit einhergehend die Abschaltung des Motors 6 und der Kupplung 14 bewirkt. Auf diese Weise erreicht der Roboterarm 4 die gewünschte Stillstandslage rasch und zuletzt mit dem gewünschten Mass an Verlangsamung. Diese Verlangsamung wird durch die Kupplung 14 bewirkt. In der Stillstandslage ist der Roboterarm festgehalten durch die erhebliche Haltekraft der Bremse 11.

Wenn der Roboterarm wieder bewegt werden soll, so wird zuerst die Bremse 11 abgeschaltet und zugleich der schnell drehende Motor 5 eingeschaltet; der oben beschriebene Vorgang wird dann wiederholt, wobei am Ende desselben ein Vorsignal und dann ein Endsignal durch einen anderen mit dem Sensor G und mit der komputerisierten Steuereinheit zusammenarbeitenden Geber erzeugt werden, wobei der Roboterarm erneut aus seiner raschen Bewegung leicht abgebremst und dann wieder in einer frei wählbaren, genau definierten Stillstandslage längs seiner Bewegungsstrecke festgehalten wird.

Der Sensor G kann gewünschtenfalls und wie gezeigt eine Spitze haben und jeder der Geber A-E kann wie gezeigt mit drei Vorsprüngen Efs, Es und Efv versehen sein, die zur Zusammenarbeit mit dieser Spitze bestimmt sind. Dabei ist der mittlere Vorsprung Es in gleichen Abständen von den beiden äusseren Vorsprüngen Efs und Efv angeordnet, in Längsrichtung des Roboterarmes und der beiden Tragarme.

Das System erlaubt es auch, den Roboterarm bzw. seine Bewegungen so zu programmieren, dass er gewisse Stellungen «überspringen» kann. Es ist nämlich erwünscht, dass ein Vorfall, der im eingestellten Programm vorgesehen ist, eine Änderung desjenigen Teiles des Programmes sollte bewirken können, der nach einem solchen Vorfall zum Ablauf kommt. Solches ist möglich mit einer Robotersteuerung und einem Roboterantrieb, wie sie hier dargelegt sind.

Damit der Roboterarm zum Stillstand gelangt in genau der vorbestimmten Lage unbekümmert darum, ob er sich dieser Lage von links oder von rechts her nähert, kann dafür gesorgt werden, dass der Sensor G, der das relevante Signal gibt, eine Bewegung längs des Roboterarmes 4 ausführt, die der physikalischen Erstreckung des Sensors G und den Vorsprung Es am Geber G oder einem entsprechenden Sensor entspricht. Normalerweise gibt es keine Möglichkeit zur Erzielung einer präzisen Einstellung der Anhaltelage des Roboterarmes ganz unbekümmert darum, ob sich letzterer dieser Lage von links oder von rechts her nähert, bei Robotersteuerungen, die nach dem Prinzip «Punkt zu Punkt» arbeiten.

In der Praxis können mit Vorteil die die Vorsignale und Endsignale abgebenden Geber in Lagen (Schichten) oder auf verschiedenen Niveaus beispielsweise am Tragarm 12 vorgesehen sein; auf diese Weise ist es möglich zu erreichen, dass gewünschte Stillstandslagen des Roboterarmes in einem Abstand gleich Null von einer vorhergehenden solchen Lage gelegen sind.

Die Geber und die Sensoren können aus willkürlich zusammenarbeitenden, und das Speisen der Mittel des einen Typs (z. B. der Geber) kann in einer willkürlichen, geeigneten Weise erfolgen, was auch gilt für die Abgabe von Signalen aus den Mitteln des anderen Typs (des Sensors im vorliegenden Fall).

Der Schutzumfang ist nicht beschränkt auf das, in der Zeichnung dargestellte und oben beschriebene Ausführungsbeispiel und auch dessen Benützungsart; so ist es nicht notwendig, zwei Motoren zu verwenden; vielmehr könnten diese beiden Motoren durch einen einzigen Motor ersetzt sein,

falls dieser letztere mit einer Übertragung eines solchen Typs versehen ist, dass sie die gleiche Betriebsweise erlaubt wie mit den beiden vorhin beschriebenen Motoren. Ferner kann die Kupplung jedes gewünschten Typs sein, falls sie befähigt ist, ihre Aufgabe im System auszuführen, nämlich das Energieniveau so herabzusetzen, dass die Anhaltelage des Roboterarmes einheitlich bestimmt werden kann, sogar, falls die am Roboterarm angehängte Last beispielsweise zwischen 0 und 45 kg variiert. Die Kupplung kann beispielsweise eine solche des hydraulischen oder pneumatischen Typs sein und sie kann druckgesteuert sein, was besagt, dass der Bremsvorgang sehr weich ist und stufenlos steuerbar ist.

Schliesslich sei erwähnt, dass es möglich ist, eine beliebige Anzahl von Sensoren für das Vorsignal bzw. das Endsignal vorzusehen; auch nach dem Intervall beispielsweise zwischen dem Vorsignal für die Bewegung nach links (Efs) und dem Endsignal (Es) und dasjenige des Vorsignals für die Bewegung nach rechts (Efs) und dem Endsignal (Es) können einstellbar sein in bezug auf die relevante Last (des Roboterarms plus diejenige des jeweils getragenen Gegenstandes).

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zum Bewirken einer Eilbewegung eines Roboterarmes (4) sowie zum weichen Bremsen dieser Bewegung und anschliessenden Anhalten des Roboterarmes in einer von mehreren über einer Strecke frei wählbaren, genau definierten Stillstandslagen, bei welchem ein rasch drehender Motor (5) den Roboterarm (4) antreibt, um ihn von einer ersten in eine zweite Stillstandslage zu bewegen in einem ersten Teil der Roboterarmbewegung, sodann ein langsam drehender Motor (6) in Betrieb gesetzt wird, während einem zweiten Teil besagter Bewegung, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der durch den rasch drehenden Motor (5) angetriebene Roboterarm nahe an die zweite Stillstandslage herangekommen ist, ein Vorsignal an die beiden Motoren (5, 6) abgegeben wird durch Wechselwirkung zwischen einem ersten vorbestimmten Vorsprung (Efv) eines stationären Gebers (E) und einem auf dem Roboterarm angeordneten Sensor (G), zum Ausserbetriebsetzen des rasch drehenden Motors und Inbetriebsetzen des langsam drehenden Motors (6) und einer ihm beigeordneten Kupplung (14) zwecks Verlangsamens des Roboterarmes bis zu einer Geschwindigkeit, die derjenigen des langsam drehenden Motors entspricht, und dass der Sensor (6) bei der anschliessenden Weiterbewegung des Roboterarmes mit einem zweiten vorbestimmten Vorsprung (Es) des Gebers (E) in Wechselwirkung gelangt zur Abgabe eines Endsignals, welches die Betätigung einer Bremse (11) bewirkt, die den Roboterarm dann in der zweiten Stillstandslage an- und festhält, bei gleichzeitiger Ausserbetriebsetzung des langsam drehenden Motors (6) und der Kupplung (14).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Roboterarm (4) angeordnete Sensor (G) und der auf einem stationären Arm (12) angeordnete Geber (E) zusammenwirken sowohl zur Abgabe des Vorsignales wie auch des Endsignales unbekümmert um den Bewegungssinn des Roboterarmes, wodurch die zweite Stillstandslage einheitlich definiert ist, sowohl beim einen wie auch beim anderen Bewegungssinn.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen ersten Tragarm (3); einen von demselben getragenen, schnell drehenden Motor (5) mit Antriebsrad (9); einen auch vom Tragarm getragenen, langsam drehenden Motor (6), mit dem ein zweites Antriebsrad (7) über eine Kupplung (14) in Antriebs Verbindung setzbar ist; ein die beiden Antriebsräder umlaufendes Übertragungsorgan (8), dessen Trume parallel zum Tragarm und auch zum Roboterarm (4) verlaufen, der mit einem derselben verbunden ist; einen zum ersten Tragarm (3) parallelen und in bezug auf denselben stationären zweiten Tragarm (12), auf dem mehrere Geber (A-E) auf dessen Länge verteilt angeordnet sind, und einen Sensor (G), der auf dem Roboterarm angeordnet ist, um mit den Gebern bzw. mit mindestens einem derselben in Wirkverbindung treten zu können.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (G) eine Spitze hat und dass jeder der besagten Geber (A-E) drei zum Zusammenwirken mit dieser Spitze bestimmte Vorsprünge (Efs, Es, Efv) hat, die in Längsrichtung der Arme in gleichen Abständen voneinander gelegen sind.