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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Manipulators, der eine beispielsweise als Knickarmroboter oder kartesicher Roboter ausgeführte Bewegungsvorrichtung aufweist.
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Derartige Manipulatoren werden beispielsweise für Montageaufgaben, zur Werkzeughandhabung, beim Palettieren, Entgraten, Kunststofffräsen, Punktschweißen, Laserschweißen oder Lackieren, Beschichten eingesetzt. In der Druckschrift
DE 10 2015 214 003 A1 ist ein mit einem Knickarmroboter (auch Gelenkarmroboter genannt) ausgeführter Manipulator beschrieben, der mit einer seriellen Kinematik ausgeführt ist, bei der mehrere Gelenkarme, die beispielsweise mit rotierenden Hauptachsen ausgeführt sein können, mit einander in Wirkverbindung stehen. An dem letzten Gelenkarm der seriellen Gelenkarmanordnung des Knickarmroboters ist ein Roboterflansch angeordnet, der über eine Ausgleichsvorrichtung mit einem werkzeugseitigen Flansch verbunden ist, an dem ein Werkzeug, beispielsweise ein Greifer, ein Taster oder ein Lackierwerkzeug angesetzt werden kann. Derartige Roboter haben eine sehr hohe Positioniergenauigkeit. Dabei können allerdings insbesondere bei Abgriff- und Fügeaufgaben (Pick-And-Place) aufgrund einer unbekannten oder ungenauen Positionierung des Werkstücks oder durch die Aufsummierung von Positionsabweichungen über die Zeit, resultierend aus der Wiederholgenauigkeit derartiger Roboter, Störungen auftreten. Um derartige Positionstoleranzen zu kompensieren, ist die Ausgleichsvorrichtung gemäß der
DE 10 2015 214 003 A1 so ausgeführt, dass eine Relativverschiebung zwischen dem Werkzeugflansch und dem Roboterflansch zur Kompensation der Positionstoleranzen ermöglicht ist. Dabei wird eine Relativbewegung des Werkzeugflansches und des Roboterflansches in mehreren Bewegungsfreiheitsgraden ermöglicht, wobei diese sowohl als Translationsfreiheitsgrade als auch als Rotationsfreiheitsgrade ausgebildet sein können.
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In der
DE 10 2015 219 332 A1 ist ein Manipulator beschrieben, bei dem die Relativposition zwischen dem Roboterflansch und dem Werkzeugflansch über eine taktile Positionsmesseinrichtung erfassbar ist.
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Aus der
DE 10 2015 214 003 A1 ist ein weiterer Manipulator bekannt. Für den Fall, dass eine Relativverschiebung des Werkzeugflansches und des Roboterflansches, beispielsweise aufgrund einer exakten Werkstückpositionierung, nicht erwünscht ist, kann die Ausgleichsvorrichtung in einem ersten Betriebszustand in einer Grundposition/Nulllage verriegelt werden, während in einem zweiten Betriebszustand die vorbeschriebene Relativverschiebung zwischen Roboterflansch und Werkzeugflansch zugelassen wird, wobei die beiden Komponenten vorzugsweise über eine Federanordnung in Richtung der Nulllage vorgespannt sind.
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In der nachveröffentlichten
DE 10 2021 204 730 A1 erfolgt eine Weiterbildung der oben genannten Manipulatoren dahingehend, dass die Relativposition bei einer Verschiebung der Ausgleichsvorrichtung aus ihrer, vorzugsweise federvorgespannten, Grundposition heraus optisch über Leuchtmittel angezeigt wird, so dass der Auslenkungszustand und der Betriebszustand der Ausgleichsvorrichtung vom Nutzer sehr schnell erfasst werden kann.
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Die DE 10 2019 12 8931 A1 zeigt eine Ausgleichseinheit für eine Automatisierungsanlage. Die Ausgleichseinheit umfasst Antriebsmittel. Es können Positonssensoren zur Messung der Ausgleichsbewegung vorgesehen sein.
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Die
DE 10 2019 115 562 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Ausgleich von Lagetoleranzen bei der robotergestützten Oberflächenbearbeitung. Es können Positionssensoren zur Messung der Ausgleichsbewegung vorgesehen sein.
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Die
DE 10 2019 112 001 A1 zeigt eine Überlastschutzeinrichtung für Handhabungsgeräte. Diese bewegt sich erst, wenn die Kraft eines Magneten überwunden ist. Positionssensoren sind nicht vorgesehen.
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Die
DE 11 2017 005 053 T5 zeigt eine Ausgleichseinheit, welche in einer Referenzposition verriegelbar ist. Positionssensoren sind nicht vorgesehen.
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Die
DE 37 36 064 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Ausgleich von Positionierungenauigkeiten, wobei eine Arretierung möglich ist. Positionssensoren sind nicht vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Manipulators zu schaffen, durch das eine Handhabung/Manipulation von nicht exakt positionierten Gegenständen vereinfacht ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betrieb eines Manipulators ausgelegt, der zumindest eine Bewegungsvorrichtung, beispielsweise einen Knickarmroboter (Gelenkarmroboter) oder kartesischen Roboter, aufweist. Diese Bewegungsvorrichtung ist mit einer Ausgleichsvorrichtung versehen, die gemäß den vorbeschriebenen Ausführungen eine Relativverschiebung eines ersten Teils (Roboterflansches) gegenüber einem zweiten Teil (Werkzeugflansch) ermöglicht.
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Letzteres trägt ein Werkzeug, das beispielsweise als Greifer, Schweißzange, Taster, Lackierwerkzeug, ausgeführt sein kann.
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Unter dem Begriff „Roboterflansch“ und „Werkzeugflansch“ wird in der vorliegenden Anmeldung eine Anordnung verstanden, die einerseits mit der Bewegungsvorrichtung (Knickarmroboter, kartesischer Roboter, sonstiges Handlingsgerät) verbunden ist und somit die Schnittstelle zu dieser Bewegungsvorrichtung ausbildet und bei der andererseits über eine werkzeugseitige Schnittstelle ein beliebiges Werkzeug, beispielsweise ein Taster, ein Greifer, eine Schweißzange, ein Lackierwerkzeug ansetzbar ist.
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Diese Bewegungsvorrichtung ist so ausgeführt, dass das Werkzeug (auch Endeffektor genannt) in wenigstens zwei ersten Freiheitsgraden bewegbar ist.
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Die Ausgleichsvorrichtung ist erfindungsgemäß so ausgelegt, dass sie zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebszustand umschaltbar ist, wobei im ersten Betriebszustand der Roboterflansch starr mit dem Werkzeugflansch verbunden ist, während im zweiten Betriebszustand eine Nulllage zwischen dem Roboterflansch und dem Werkzeugflansch definiert ist. In dem zweiten Betriebszustand ist der Werkzeugflansch in wenigstens zwei zweiten Freiheitsgraden elastisch federnd mit dem Roboterflansch verbunden, wobei die beiden Komponenten über die Ausgleichsvorrichtung in Richtung der Nulllage vorgespannt sind.
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Der erfindungsgemäße Manipulator hat des Weiteren eine Steuereinheit, über die die vorbeschriebenen Komponenten ansteuerbar sind bzw. über die eventuell erfasste Positionen ausgewertet werden.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst der zweite, eine Relativverschiebung des Roboterflansches und des Werkzeugflansches zulassende Betriebszustand eingestellt, so dass diese beiden Komponenten aus der, vorzugsweise federvorgespannten, Nulllage heraus verkippt, verdreht oder verschoben werden können. Über die Steuereinheit wird dann das Werkzeug (Endeffektor) mittels der Bewegungsvorrichtung entlang der vorbestimmten Bewegungsbahn, vorzugsweise in Richtung einer Soll-Position, bewegt, wobei (bei einer Fehlpositionierung des Gegenstands) das Werkzeug auf den zu manipulierenden Gegenstand oder einen diesen aufnehmenden Träger aufläuft, so dass entsprechend die Ausgleichsvorrichtung aus der Nulllage herausbewegt wird, so dass der Roboterflansch und der Werkzeugflansch relativ zu einander verkippt, verdreht oder verschoben werden.
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Diese Relativverlagerung wird über die Positionsmesseinrichtung erfasst, wobei nicht notwendiger Weise lediglich der Verlagerungsweg, sondern auch die zur Verschiebung erforderliche Kraft gemessen werden kann.
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Nach dieser Relativverlagerung wird über die Steuereinheit die Bewegungsvorrichtung derart angesteuert, dass das Werkzeug entgegen der vorbeschriebenen Bewegungsbahn verstellt wird, bis es den zu manipulierenden Gegenstand gerade nicht mehr berührt und entsprechend die Ausgleichsvorrichtung in die, vorzugsweise federvorgespannte, Nulllage zurückbewegt wird.
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In dem Fall, in dem der zu manipulierende Gegenstand auf einem Träger, beispielsweise einer Palette oder dergleichen angeordnet ist, können mehrere derartige Einrichtvorgänge durchgeführt werden, um die exakte Position des Trägers und damit der auf diesem aufgenommenen Gegenstände zu ermitteln. In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann der erste Betriebszustand eingestellt, bei dem die Ausgleichsvorrichtung verriegelt ist. In der Folge erfolgt die Bewegung des Werkzeugs entlang der vorbestimmten Bewegungsbahn, wobei bei dieser Ansteuerung der Bewegungsvorrichtung die gemessene Verlagerung beziehungsweise die gemessenen Verlagerungen berücksichtigt wird.
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Erfindungsgemäß erfolgt somit mittels des Verfahrens zunächst eine Art „Einrichten“ des Manipulators, bei dem die Ist-Position des zu manipulierenden Gegenstands beziehungsweise eines diesen tragenden Trägers / Halters erfasst und in der Steuereinheit abgelegt wird, so dass bei der folgenden Ansteuerung des Manipulators die Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position berücksichtigt und somit eine exakte Positionierung des Gegenstands gewährleistet ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Bewegungsvorrichtung so ausgelegt, dass sie entlang von bis zu sechs ersten Freiheitsgraden verstellbar ist.
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Die Ausgleichsvorrichtung kann so ausgelegt sein, dass sie mit sechs zweiten Freiheitsgraden verstellbar ist.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn der Werkzeugflansch und der Roboterflansch in allen Betriebszuständen elastisch federnd in Richtung der Nulllage vorgespannt sind. Selbstverständlich ist auch eine andere Nulllagenpositionierung möglich.
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Die Erfassung der Relativverschiebung ist besonders einfach, wenn der erfindungsgemäße Manipulator mit einer Leuchteinrichtung ausgeführt ist, deren Leuchtzustand in Abhängigkeit von der über die Positionsmesseinrichtung erfasste Relativlage eingestellt wird.
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Dabei kann die Leuchteinrichtung mit mehreren Leuchtmitteln ausgeführt sein, die in Abhängigkeit von der Relativlage angesteuert werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bewegung des Werkzeugs nach dem Auflaufen auf den Gegenstand in Abhängigkeit von der durchzuführenden Tätigkeit oder gegenstandsabhängig gesteuert wird. D.h. die Größe der Relativverlagerung kann aufgaben-/gegenstandsabhängig variieren.
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Zu der vorbeschriebenen Einrichtung kann ein Taster verwendet werden, der dann nach der Bestimmung der Ist-Position gegen ein zur Erledigung der jeweiligen Aufgabe (Pick-And-Place, Lackieren, Schweißen, etc.) erforderliches Werkzeug ausgewechselt wird.
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Die Positionsmesseinrichtung kann so ausgelegt sein, dass wahlweise oder parallel sowohl der Verlagerungsweg als auch die zur Verlagerung erforderliche Kraft erfasst wird. Dabei kann beispielsweise über Überschreiten der erfassten Kraft darauf geschlossen werden, dass sich das Werkzeug bzw. der zu manipulierende Gegenstand nicht in der Soll-Position befindet oder aber nicht entlang der Soll-Bewegungsbahn verfahren wird.
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Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angesteuerte Manipulator kann mit mehreren Bewegungsvorrichtungen (Knickarmroboter, kartesischer Roboter, etc.) ausgeführt sein, die jeweils in der vorbeschriebenen Weise „eingerichtet“ werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der zu manipulierende Gegenstand auf einen Träger, beispielsweise einer Palette, einem Halter oder dergleichen angeordnet. Prinzipiell können auch mehrere Gegenstände auf einem derartigen Träger gehalten sein. Erfindungsgemäß kann dabei in der vorbeschriebenen Weise die Position des Trägers und damit dessen Relativlage zu einer Sollposition bestimmt werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Bestimmung der Relativlage an unterschiedlichen Bereichen des Trägers durchgeführt, sodass dessen exakte Lage im Raum bestimmt wird und dann entsprechend das Werkzeug in Kenntnis dieser Position zur Manipulation des Gegenstandes angesteuert wird.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Manipulators mit einem Knickarmroboter;
- 2 Detaildarstellungen des Knickarmroboters während eines Einrichtvorgangs;
- 3 Betriebszustände des Manipulators gemäß 1 während des erfindungsgemäßen (Einricht-)Verfahrens;
- 4 eine Prinzipdarstellung einer Ausgleichsvorrichtung des Manipulators gemäß den 1 bis 3;
- 5 ein konkretes Ausführungsbeispiel einer Ausgleichsvorrichtung eines Manipulators gemäß den 1 bis 4;
- 6 ein Ausführungsbeispiel eines Manipulators mit mehreren Bewegungsvorrichtungen und
- 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Position eines den zu manipulierenden Gegenstands aufnehmenden Träger bestimmt wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Manipulators 1 beschrieben, bei dem als Bewegungsvorrichtung ein Knickarmroboter 2 verwendet wird. Selbstverständlich können auch andere Bewegungsvorrichtungen, beispielsweise kartesische Roboter oder sonstige Handlingsgeräte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden.
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Der in 1 stark schematisiert dargestellte Manipulator 1 hat eine als Knickarmroboter 2 ausgeführte Bewegungsvorrichtung, über die ein Gegenstand 4 manipuliert werden kann. Dabei kann über den Knickarmroboter 2 beispielsweise eine Pick-And-Place-Funktion, ein Schweißvorgang, ein Lackiervorgang, ein mechanischer Bearbeitungsvorgang oder dergleichen durchgeführt werden. Derartige Knickarmroboter 2 sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass detaillierte Ausführungen entbehrlich sind. Die Ansteuerung des Manipulators 1 erfolgt über eine Steuereinheit 6, die in Signal- und Datenverbindung mit Stellgliedern und Messeinrichtungen des Manipulators 1 steht, um diese entsprechend anzusteuern.
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Der angedeutete Knickarmroboter 2 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als 6-Achs-Roboter mit einem Roboterfuß 8, zwei seriell angeordneten Gelenkarmen 10, 12 und einem am zweiten Gelenkarm 12 angelenkten Werkzeugarm 14 ausgeführt, die jeweils verschwenkbar und um ihre Längsachse drehbar gelagert sind. Die jeweiligen Antriebselemente und Stellglieder sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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An den Endabschnitt des Werkzeugarms 14 ist ein Endeffektor angeordnet, der je nach Aufgabenstellung konzipiert ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Endeffektor als Greifer 16 ausgebildet, über den der zu manipulierende Gegenstand 4 gehalten werden kann, um beispielsweise eine Pick-And-Place-Aufgabe zu erfüllen. Zwischen dem Greifer 16 und dem Gelenkarm 14 ist eine Ausgleichsvorrichtung 18 angeordnet, die im Prinzip aus einem roboterseitigen Roboterflansch 20 und einem Werkzeugflansch 22 bestehen kann, die relativ verschiebbar zueinander angeordnet sind. Der Werkzeugflansch 22 ist dabei so ausgelegt, dass unterschiedliche Werkzeuge montierbar sind, während der Roboterflansch 20 im Hinblick auf die Befestigung an den Roboter, insbesondere den jeweiligen Werkzeugarm 14, ausgelegt ist. Wie im Folgenden noch näher beschrieben wird, ist die Ausgleichsvorrichtung 18 beispielsweise über eine Federanordnung in eine dargestellte Nulllage vorgespannt, in der der Greifer 16 und die Ausgleichsvorrichtung 18 sowie der Werkzeug 14 koaxial zueinander angeordnet sind. Die Ausgleichsvorrichtung 18 ist des Weiteren mit einer in 1 nicht dargestellten Positionsmesseinrichtung ausgeführt, über die eine Relativverlagerung des Roboterflansches 20 mit Bezug zum Werkzeugflansch 22 aus der dargestellten Nulllage heraus gemessen und an die Steuereinheit 6 gemeldet werden kann.
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Diese Relativverlagerung ist in den 2 und 3 dargestellt. Wie vorstehend ausgeführt, sind der Roboterflansch 20 und der Werkzeugflansch 22 selbsthaltend, beispielsweise federvorgespannt, zu einander angeordnet, wobei jedoch der Werkzeugflansch 22 mit Bezug zum Roboterflansch 20 verkippt, verdreht oder verschoben werden kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ausgleichsvorrichtung 18 beispielsweise so ausgelegt, dass der Werkzeugflansch 22 in in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall zu konfigurierenden, Bewegungsfreiheitsgraden bewegt werden kann. So ist es beispielsweise - wie in 3 unten dargestellt - möglich, den Werkzeugflansch 22 in einer translatorischen Bewegung TX, TY und TZ entlang der X-Achse, Y-Achse bzw. Z-Achse sowie in rotatorischen Bewegungsfreiheitsgraden RZ, RY, RX um die X-Achse, Y-Achse bzw. Z-Achse mit Bezug zum Roboterflansch 20 bzw. zum Werkzeugarm 14 zu bewegen. Über eine derartige Ausgleichsvorrichtung 18 können Positionstoleranzen zwischen einer Soll-Position und einer Ist-Position des Gegenstands (Werkstücks) kompensiert werden. Treten derartige Toleranzen auf, so ist es ohne einer derartigen Ausgleichsvorrichtung 18 nur schwer möglich, den Gegenstand 4 zu greifen oder abzulegen, so dass es stattdessen zu einer Kollision oder Fehlpositionierung kommen kann. Die an sich bekannte Ausgleichsvorrichtung 18 erlaubt eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeugflansch 22 und dem Roboterflansch 20, so dass sich der Werkzeugflansch 22 mit dem Werkzeug, im vorliegenden Fall dem Greifer 16 selbsttätig auf die Position des Gegenstands 4 beim Greifen bzw. Ablegen einstellen, insbesondere einjustieren kann.
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Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt. Gemäß der Abbildung links in 2 ist der Gegenstand 4 gegenüber der strichpunktiert angedeuteten Soll-Position um das Maß Δs versetzt angeordnet, so dass beim Schließen des Greifers 16 oder beim Verfahren des Greifers 16 die Gefahr einer Kollision mit dem Gegenstand 4 oder zumindest ein fehlerhaftes Greifen besteht. Durch die federelastische Ausgleichsvorrichtung 18 wird es ermöglicht, dass beim Greifen der Werkzeugflansch 22 gegenüber dem Roboterflansch 20 verlagert wird (siehe rechte Abbildung in 2), so dass sich der Greifer 16 auf die Ist-Position des Gegenstands 4 einstellen kann. Der Versatz/die Verlagerung zwischen dem Werkzeugflansch 22 und dem Roboterflansch 20 entspricht dann dem Maß Δs. Diese Verlagerung erfolgt in den Bewegungsfreiheitsgraden, die die Ausgleichvorrichtung 18 zulässt.
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Wie oben erwähnt, ist die Ausgleichsvorrichtung 18 mit einem Verriegelungsmechanismus ausgeführt, der es ermöglicht, die Ausgleichsvorrichtung 18 in der Nulllage zu verriegeln, so dass die vorbeschriebene Relativbewegung zwischen Roboterflansch 20 und Werkzeugflansch 22 nicht möglich ist.
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In dem Fall, in dem eine Fehlpositionierung des Gegenstands 4 vorliegt, wird zunächst, wie in 3 angedeutet, der Verriegelungsmechanismus 24 entriegelt, so dass in einem ersten Betriebszustand die vorbeschriebene Relativverschiebung zwischen dem Roboterflansch 20 und dem Werkzeugflansch 22 möglich ist. Der Knickarmroboter 2 wird dann über die Steuereinheit 6 so angesteuert, dass der Greifer 16 (oder ein sonstiges Werkzeug) während seiner Bewegung hin zur Soll-Position in Anlage an den zu manipulierenden Gegenstand 4 gelangt. Die aufgrund der Fehlpositionierung des Gegenstands 4 resultierende Relativverlagerung um das Maß Δs wird dann über die nicht dargestellte Positionsmesseinrichtung erfasst und an die Steuereinheit 6 gemeldet. Nach Erfassung dieser Verlagerung Δs wird der Greifer 16 in die mit dem Bezugszeichen 16` gekennzeichnete Position zurück verfahren, in der er den Gegenstand 4 gerade nicht berührt. In einem folgenden Verfahrensschritt wird dann der Verriegelungsmechanismus gesperrt (in 3 mit dem Bezugszeichen 24' gekennzeichnet), so dass der Roboterflansch 20 und der Werkzeugflansch 22 in der vorbestimmten Nulllage verriegelt sind und eine passgenaue Manipulation des Gegenstands 4 ermöglicht ist.
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In einem folgenden Verfahrensschritt wird dann über die Steuereinheit 6 der Gelenkarmroboter 2 derart angesteuert, dass der Gegenstand 4 in Kenntnis der vorbestimmten Verlagerung Δs, beispielsweise ergriffen und in der vorbestimmten Weise manipuliert werden kann.
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Dieses Einrichten mit der Bestimmung der Verlagerung Δs kann beispielsweise auch über einen Taster erfolgen, wobei nach Bestimmung des Maßes Δs der Taster gegen das jeweilige erforderliche Werkzeug, beispielsweise den Greifer 16, ausgewechselt wird, so dass dieser exakt positioniert werden kann.
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Das Grundkonzept einer derartigen Ausgleichsvorrichtung 18 ist in 4 dargestellt. Dementsprechend ist bei dieser Ausgleichsvorrichtung 18, wie vorstehend erwähnt, der Roboterflansch 20 mit dem Werkzeugflansch 22 (oder diesem zugeordneten Komponenten) über angedeutete Gelenkeinrichtungen 26a, 26b, 26c verbunden, die es ermöglichen, den Werkzeugflansch 22 gemäß den vorbeschriebenen Bewegungsfreiheitsgraden TX, TY, TZ, RX, RY, RZ zu bewegen. Diese Gelenkeinrichtungen 26 können beispielsweise, wie im vorbeschriebenen Stand der Technik erläutert, als Kugelgelenkanordnung ausgeführt sein, die über eine Federanordnung in Richtung der in 4 dargestellten Nulllage vorgespannt sind. Beim Auflaufen des Greifers 16 (oder sonstigen Werkzeugs) kann dann der Werkzeugflansch 22 entlang der beschriebenen Bewegungsfreiheitsgrade gegenüber dem Roboterflansch 20 verlagert werden, um die beschriebene Positionstoleranz zu kompensieren und den Einrichtvorgang durchzuführen. Diese Verlagerung ist natürlich nur bei der beschriebenen Entriegelung möglich. Das Maß der Verlagerung Δs wird, wie erläutert, über eine Positionsmesseinrichtung bestimmt.
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5 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel einer derartigen Ausgleichsvorrichtung 18. Diese ist detailliert in der nachveröffentlichten Patentanmeldung beschrieben, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente beschrieben sind. Dementsprechend ist die Ausgleichsvorrichtung 18 über den Roboterflansch 20 an den Werkzeugarm 14 des Knickarmroboters 2 angesetzt. An diesem Roboterflansch 20 ist eine erste Baugruppe 28 der Ausgleichsvorrichtung 18 befestigt, die federelastisch mit dem Werkzeugflansch 22 verbunden ist, der Teil einer zweiten Baugruppe 30 ist. Der Aufbau dieser Baugruppen 28, 30 ist in der vorbeschriebenen nachveröffentlichten Patentanmeldung erläutert. Beide Baugruppen 28, 30 sind über einen Faltenbalg 31 mit einander verbunden, so dass der Innenraum der Ausgleichsvorrichtung 18 auch bei größeren Verlagerungen Δs nach außen hin abgedeckt ist. Wie anhand 4 erläutert, sind die erste Baugruppe 28 und die zweite Baugruppe 30, genauer gesagt der Roboterflansch 20 und der Werkzeugflansch 22 über Gelenkeinrichtungen 26 mit einander verbunden, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch drei Kugeln 32a, 32b, 32c gebildet ist, wobei die dritte Kugel nicht sichtbar ist. Diese Kugeln sind über eine Federanordnung 34 verstellbar in der ersten Baugruppe 28 (dem Roboterflansch 20 zugeordnet) geführt, wobei die Federvorspannung so ausgelegt ist, dass die Kugeln 32 gegen werkzeugflanschseitig gelagerte Kugelsitze 36 vorgespannt sind.
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Zur Verriegelung der Kugeln 32 mit Bezug zu den Kugelsitzen 36 ist eine Verriegelung 38 mit einem Elektromotor 40 vorgesehen, der über die Steuereinheit 6 so angesteuert werden kann, dass die Kugeln 32 mit Bezug zu dem jeweiligen Kugelsitz 36 lagefixiert sind, so dass die erste Baugruppe 28 (Roboterflansch 20) und die zweite Baugruppe 30 (Werkzeugflansch 22) in der Nulllage (siehe strichpunktierte Linie in 5) lagefixiert sind.
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Der jeweilige Zustand der Ausgleichsvorrichtung 18 (erster Betriebszustand: verriegelt; zweiter Betriebszustand: Relativverlagerung möglich) wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Außenumfang der ersten Baugruppe 28 angeordnete Leuchteinrichtung 42 mit Leuchtmitteln angezeigt, deren Farbe und/oder Struktur in Abhängigkeit vom Betriebszustand und der Relativverlagerung Δs verändert wird, so dass der Einrichter den jeweiligen Betriebszustand sehr schnell anhand der optischen Information ablesen kann.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Relativverlagerung Δs über eine Positionsmesseinrichtung 44 erfasst, die beispielsweise mit einer taktilen Sensorvorrichtung ausgeführt sein kann, wobei optische Sensoren oder dreidimensionale Magnetfeldsensoren oder dergleichen anwendbar sind. Jedem der beispielsweise an der ersten Baugruppe 28 befestigten Sensoren ist dann entsprechend ein Targetbereich zugeordnet, der an der zweiten Baugruppe 30 angeordnet ist. Je nach Relativpositionierung der Sensoren zu den Targetbereichen werden dann entsprechend Sensorsignale erzeugt, so dass bei einer Relativverlagerung und der damit einhergehenden Veränderung der Sensorsignale das Maß Δs der Verlagerung bestimmbar ist. Diese Sensorsignale werden an eine in die Steuereinheit 6 integrierte Auswerteeinrichtung weitergeleitet und entsprechend ausgewertet. Der konkrete Aufbau einer derartigen taktilen Sensorvorrichtung ist in der eingangs genannten
DE 10 2015 219 332 A1 erläutert, so dass im Hinblick auf weitere Details auf diese Druckschrift verwiesen wird.
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Beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Manipulator 1 mit einem einzigen Knickarmroboter 2 ausgeführt. 6 zeigt eine Variante, bei der der Manipulator 1 mit drei Knickarmrobotern 2a, 2b, 2c ausgeführt ist, die jeweils mit einer vorbeschriebenen Ausgleichsvorrichtung 18a, 18b, 18c ausgeführt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Gegenständen 4 jeweils in einer Palette 46a, 46b, 46c angeordnet, wobei jede dieser Paletten 46a, 46b, 46c einem der Knickarmroboter 2a, 2b, 2c zugeordnet ist. Die Ansteuerung der Knickarmroboter 2a, 2b, 2c erfolgt über eine gemeinsame Steuereinheit 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Einrichten beispielsweise mit Bezug zu den jeweiligen Paletten 46a, 46b, 46c erfolgen, wenn davon ausgegangen werden kann, dass die Gegenstände 4 innerhalb der Paletten 46a, 46b, 46c passgenau positioniert sind. Dabei ist es auch denkbar, dass bei einer exakten Relativpositionierung der Paletten 46a, 46b, 46c zu einander lediglich ein Einrichtvorgang beispielsweise durch Ansteuerung des Knickarmroboters 2a in der vorbeschriebenen Weise erfolgt und die dabei ermittelte Verlagerung der Palette 46 gegenüber der Soll-Position zur korrekten Ansteuerung der Knickarmroboter 2a, 2b, 2c genutzt wird. Selbstverständlich ist jedoch auch ein individueller Einrichtvorgang für jeden Knickarmroboter 2a, 2b, 2c möglich.
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Ähnlich wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind bei der Variante gemäß 7 eine Vielzahl von Gegenständen 4 auf einer Palette 46 oder einem sonstigen Träger positioniert. Zur exakten Bestimmung der Lageposition der Palette 46 wird diese in der vorbeschriebenen Weise mehrfach entlang des Umfangs oder einer Außenkontur angefahren, wobei in 7 beispielhaft die Ausgleichsvorrichtung 18', 18'', 18''' in drei derartigen Positionen dargestellt ist, sodass entsprechend eine Vielzahl von Relativverlagerungen Δs', Δs'', Δs'''... erfasst werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Palette rechteckförmig ausgebildet, sodass entsprechend Längsseiten 48, 50 und Stirnseiten 52, 54 angefahren / angetastet werden können, um die exakte Position der Palette 46 zu erfassen. Selbstverständlich kann dieser Träger auch mit einer anderen Geometrie ausgeführt sein. Prinzipiell ist es auch möglich, zusätzlich die Position des oder der Gegenstände 4 innerhalb der Palette 46 zu bestimmen, sodass während des Manipuliervorganges eine Kollision mit der Palette 46 oder dem Gegenstand 4 aufgrund einer Fehlpositionierung ausgeschlossen ist.
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Zur einfacheren Bestimmung der Relativposition kann beispielsweise die Palette 46 auch mit vorbestimmten „Einrichtvorsprüngen“ ausgeführt sein, die beim beschriebenen Einrichten angefahren werden, um die Position der Palette 46 oder des Trägers zu erfassen.
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Beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel wurde das Maß der Verlagerung Δs erfasst. Prinzipiell ist es auch möglich, über eine geeignete Sensorik alternativ oder zusätzlich die Kraft zu erfassen, die zur Relativverlagerung des Werkzeugflansches 22 mit Bezug zum Roboterflansch 20 aufgebracht werden muss, so dass auch diese Kraft zur Vermeidung von Beschädigungen, insbesondere bei Kollisionen, berücksichtigt werden.
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Offenbart ist ein Verfahren zum Betrieb eines Manipulators, der eine Bewegungsvorrichtung, eine Ausgleichsvorrichtung und ein Werkzeug aufweist, wobei bei einem Einrichten eine Relativverlagerung der Ausgleichsvorrichtung gegenüber einer Soll-Position erfasst und bei der folgenden Ansteuerung des Manipulators berücksichtigt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Manipulator
- 2
- Knickarmroboter
- 4
- Gegenstand
- 6
- Steuereinheit
- 8
- Roboterfuß
- 10
- Gelenkarm
- 12
- Gelenkarm
- 14
- Werkzeugarm
- 16
- Greifer
- 18
- Ausgleichsvorrichtung
- 20
- Roboterflansch
- 22
- Werkzeugflansch
- 24
- Verriegelung
- 26
- Gelenkeinrichtung
- 28
- erste Baugruppe
- 30
- zweite Baugruppe
- 31
- Faltenbalg
- 32
- Kugel
- 34
- Federanordnung
- 36
- Kugelsitz
- 38
- Verriegelung
- 40
- Elektromotor
- 42
- Leuchtmittel
- 44
- Positionsmesseinrichtung
- 46
- Palette
- 48
- Längsseite
- 50
- Längsseite
- 52
- Stirnseite
- 54
- Stirnseite
