DE202012013204U1 - manipulator - Google Patents

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Abstract

Manipulator (1) mit einem Fuß-Drehgelenk (4) und/oder mindestens einem Schwenk-Drehgelenk (5) und zumindest einem Arm (6), der einen Tool Center Point zur Bewegung im Raum aufweist, wobei an einem des zumindest einem Arm (6) mindestens eine Prozesseinheit (11) angeordnet ist, deren Steuerung oder Regelung durch mindestens eine ein Signal empfangende und/oder aussendende Messeinheit (2) erfolgt, welche die Manipulatorposition und/oder die Manipulatorgeschwindigkeit im Raum erfasst und ein die Manipulatorposition und/oder die Manipulatorgeschwindigkeit wiederspiegelndes Signal an die Prozesseinheit (11) übermittelt, wobei die Steuerung oder Regelung der Prozesseinheit (11) von der Manipulatorposition und/oder Manipulatorgeschwindigkeit abhängig ist.Manipulator (1) having a foot swivel joint (4) and / or at least one swivel swivel joint (5) and at least one arm (6) which has a tool center point for movement in space, wherein on at least one arm ( 6) at least one process unit (11) is arranged, whose control or regulation by at least one signal receiving and / or emitting measuring unit (2) takes place, which detects the manipulator position and / or the manipulator speed in space and the manipulator position and / or Manipulator speed reflecting signal to the process unit (11) transmitted, the control or regulation of the process unit (11) is dependent on the manipulator position and / or manipulator speed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Manipulator, insbesondere zum Dispensen, Kleben, Fräsen, Schneiden oder dgl., nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention relates to a manipulator, in particular for dispensing, gluing, milling, cutting or the like., According to the preamble of claim 1.

Manipulatoren, zur Unterstützung des Menschen bei Verfahrensabläufen, wie beispielsweise dem Dispensen, Kleben, Fräsen und Schneiden oder dgl., sind seit langem Stand der Technik. Insbesondere wird durch die Manipulatoren eine präzisere und schnellere Abarbeitung von einfachen bis hin zu hochkomplexen Vorgängen bei Verfahrensabläufen in der Serienproduktion ermöglicht.Manipulators to assist humans in processes such as dispensing, gluing, milling and cutting or the like have long been prior art. In particular, the manipulators allow a more precise and faster processing of simple to highly complex processes in process sequences in series production.

Im Gebrauchsmuster DE 200 04 882 U1 wird ein Manipulator zur manuellen Bewegung eines Arbeitskopfes im Raume gezeigt und beschrieben, wobei der Manipulator als Tragknickarm, bestehend aus einem über ein Zwischengelenk verbundenen Oberarm- und Unterarmabschnitt, um ein am Ende des Tragknickarmes am Boden befestigtes Fußlager schwenkbarer angeordnet und befestigt ist und der Oberarmabschnitt mit seinem einen Ende mit dem Drehgelenk verbunden ist und mit diesem einen stumpfen Winkel einschließt. Nachteilig ist hierbei, dass es durch diese Konstruktion nicht möglich ist, Produkte zu bearbeiten, die ihre Lage hinsichtlich der Reichweite des Tragknickarms ändern, da die Reichweite der Tragarme und die Funktion des Arbeitskopfes und somit das Anwendungsspektrum des Manipulators eingeschränkt ist.In utility model DE 200 04 882 U1 a manipulator for manual movement of a working head in space is shown and described, wherein the manipulator as Tragknickarm, consisting of a connected via an intermediate joint upper arm and lower arm portion is pivotally mounted and secured to a at the end of the Tragknickarmes bottom mounted Fußlager and the upper arm portion with its one end connected to the hinge and with this forms an obtuse angle. The disadvantage here is that it is not possible by this construction to edit products that change their position with respect to the range of Tragknickarms, since the range of the support arms and the function of the working head and thus the range of applications of the manipulator is limited.

Um diesen Nachteil zu überwinden, wird in der Offenlegungsschrift DE 30 45 094 A1 ein programmierbarer Manipulator mit Punkt und/oder Bahnsteuerung, bestehend aus einem Arbeitsarm mit Antriebseinheiten, Motorsteuerungen, Positionsgebern, Kräftesensoren, Drehmomentsensoren und einer freiprogrammierbaren Steuerung, gezeigt, der mittels eines Steuerarms auf verschiedene Arten, beispielsweise durch eine direkte Steuerung oder eine programmierte Bewegung, bedient werden kann. Nachteilig hieran ist, dass für den Manipulator ein teurer und platzraubender Steuerarm benötigt wird, der die Bedienung des Manipulators, ob direkt geführt oder programmiert, ermöglicht.To overcome this disadvantage is disclosed in the publication DE 30 45 094 A1 a programmable manipulator with point and / or path control, consisting of a working arm with drive units, motor controls, position sensors, force sensors, torque sensors and a programmable controller, which operates by means of a control arm in various ways, for example by a direct control or a programmed movement can be. The disadvantage of this is that a more expensive and space-consuming control arm is required for the manipulator, which allows the operation of the manipulator, whether directly guided or programmed.

Ein im Teach-in-Verfahren programmierbarer Lackierroboter mit einer am Ende des Arbeitsarmes angebrachten Handhabe zum manuellen Führen des Arbeitsarmes bzw. des Lackzerstäubungsorganes während der Programmierphase wird in der Offenlegungsschrift DE 35 26 958 A1 beschrieben. Hiermit sollen die Nachteile der beiden vorhergenannten Manipulator-vorrichtungen überwunden werden. Nachteilig ist an dieser Vorrichtung und dem Teach-in-Verfahren jedoch, dass hierzu ein hoher Programmieraufwand betrieben werden muss und zusätzlich hohe Anschaffungskosten für ein solches Teach-in-System anfallen.A in the teach-in process programmable painting robot with a mounted at the end of the working arm handle for manually guiding the working arm or the Lackzerstäubungsorganes during the programming phase is in the published patent application DE 35 26 958 A1 described. This is intended to overcome the disadvantages of the two aforementioned manipulator devices. A disadvantage of this device and the teach-in method, however, that for this purpose a high programming effort must be operated and in addition high initial costs incurred for such a teach-in system.

Die Erfindung und ihre VorteileThe invention and its advantages

Der erfindungsgemäße Manipulator, mit einem Fuß-Drehgelenk und/oder mindestens einem Schwenk-Drehgelenk und mindestens einem Arm, der einen Tool Center Point zur Bewegung im Raum aufweist, insbesondere zur Unterstützung des Menschen und zu präziserem sowie schnellerem Abarbeiten von einfachen bis hin zu hoch komplexen Verfahrensabläufen in der Serienproduktion, wie beispielsweise zum Dispensen, Kleben, Fräsen, Schneiden oder dgl., mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, hat dem gegenüber den Vorteil, dass mindestens eine Prozesseinheit an einer Anbindung (z. B. einer Plattform) angeordnet ist, deren Steuerung und/oder Regelung von einer Manipulatorposition und/oder Manipulatorgeschwindigkeit abhängig ist, wobei die Steuerung und/oder Regelung durch mindestens eine ein Signal empfangende und/oder aussendende Messeinheit erfolgt, die die Manipulatorgeschwindigkeit und/oder die Manipulatorposition im Raum erfasst und die das die Manipulatorgeschwindigkeit und/oder die Manipulatorposition wiederspiegelnde Signal an die Prozesseinheit übermittelt, wodurch eine große Prozesssicherheit bei gleichzeitig niedrigen Anschaffungskosten gewährleistet wird.The manipulator according to the invention, with a foot swivel joint and / or at least one swivel joint and at least one arm, which has a tool center point for movement in space, in particular for the support of humans and more precise and faster processing from simple to high complex processes in series production, such as for dispensing, gluing, milling, cutting or the like, with the characterizing features of claim 1, has the advantage that at least one process unit at a connection (eg, a platform) arranged is, the control and / or regulation of a manipulator position and / or manipulator speed is dependent, wherein the control and / or regulation by at least one signal receiving and / or transmitting measuring unit takes place, which detects the manipulator speed and / or the manipulator position in space and that the manipulator speed and / or the Manipulator position transmits reflecting signal to the process unit, whereby a high process reliability is ensured at the same time low acquisition costs.

Bevorzugt wird der Arm aus einem Rohr hergestellt. Die Verbindung der Gelenke des Manipulators kann auch anders realisiert werden, z. B. durch andersartige Hohlkörper. Die bevorzugt verwendeten Rohrverbindungen (Rohre) werden zur nicht sichtbaren Verlegung der Kabelleitungen genutzt, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist, d. h. die Kabelverbindungen können auch anderweitig am Manipulator installiert werden.Preferably, the arm is made of a tube. The connection of the joints of the manipulator can also be realized differently, for. B. by different types of hollow body. The preferred pipe connections (pipes) are used for the invisible laying of the cable lines, but this is not absolutely necessary, d. H. The cable connections can also be installed elsewhere on the manipulator.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators ist der Manipulator manuell bewegbar. Hieraus ergibt sich für das zu bearbeitende Werkstück, dass dieses nicht immer an derselben Position liegen muss. Falls eine Positionsüberwachung des Werkstücks nötig ist, ist diese zum einen mittels einer Optoelektronik (Kamera) und zum anderen auch mittels einer Überwachung der Lagekoordinaten möglich. Weitere Überwachungsstrategien sind möglich. Ein Ein- bzw. Ausschalten des Manipulators kann beispielsweise entweder direkt über den Bediener (z. B. Ein-/Ausschalter, Totmannschalter), eine Optoelektronik mit Werkstückerkennung oder eine Positionsüberwachung der Lagekoordinaten (Arbeitsbereich) erfolgen.According to an advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the manipulator is manually movable. It follows for the workpiece to be machined that this does not always have to be in the same position. If a position monitoring of the workpiece is necessary, this is possible on the one hand by means of optoelectronics (camera) and on the other hand also by means of a monitoring of the position coordinates. Further monitoring strategies are possible. The manipulator can be switched on or off either directly via the operator (eg on / off switch, dead man's switch), optoelectronics with workpiece recognition or position monitoring of the position coordinates (working range).

Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators weist die Prozesseinheit eine Dispensnadel auf und ist bei einer höheren Manipulatorgeschwindigkeit, welche durch die Handbewegung eines Bedieners erfolgt, ein höherer Durchfluss an Fluid durch die Dispensnadel gewährleistet. According to an advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the process unit has a dispensing needle and is at a higher manipulator speed, which is done by the hand movement of an operator, a higher flow of fluid through the dispensing needle guaranteed.

Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators wird der Durchfluss des Fluides spätestens nach Erreichen der für die Werkstückposition vorgesehene Fluidmenge unterbrochen, wenn ein Stillstand des Manipulators festgestellt wird.After an advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the flow of the fluid is interrupted at the latest after reaching the amount of fluid provided for the workpiece position when a stoppage of the manipulator is detected.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators leitet die Messeinheit die Daten an einen Computer weiter. Die Datenübertragung geschieht analog und/oder digital.According to an additional advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the measuring unit forwards the data to a computer. The data transmission is analog and / or digital.

Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators berechnet der Computer die Lagekoordinaten eines Tool Center Points aus der Lage des Manipulators, insbesondere mittels einer Koordinatentransformation.According to an advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the computer calculates the position coordinates of a tool center point from the position of the manipulator, in particular by means of a coordinate transformation.

Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators wird die Manipulatorposition in dem Computer über eine Abtastrate in die Manipulatorgeschwindigkeit umgerechnet.After an advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the manipulator position in the computer is converted over a sampling rate into the manipulator speed.

Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators ist die Abtastrate variabel.After an advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the sampling rate is variable.

Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators wird die Abtastrate in Abhängigkeit von der Manipulatorgeschwindigkeit automatisch angepasst.After an advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the sampling rate is automatically adjusted as a function of the manipulator speed.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators weist der Manipulator ein Fuß-Drehgelenk und drei Schwenk-Drehgelenke und vier Arme auf.According to an additional advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the manipulator has a foot pivot and three pivot hinges and four arms.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators besitzt der Manipulator eine Kinematik.According to an additional advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the manipulator has a kinematics.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators ist die Kinematik eine serielle, eine parallele, eine kartesische Kinematik oder dgl..According to a related advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the kinematics is a serial, a parallel, a Cartesian kinematics or the like.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators ist in mindestens einem Gelenk ein Gebersystem vorhanden.According to an additional advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, a donor system is present in at least one joint.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators übermittelt das Gebersystem über eine Messeinheit Daten an einen Computer. Die Datenübertragung geschieht analog und/oder digital.According to a related advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the encoder system transmits data to a computer via a measuring unit. The data transmission is analog and / or digital.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators erfolgt die Verarbeitung der Daten im Computer mittels eines Algorithmus.According to a related advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the processing of the data in the computer by means of an algorithm.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators ermittelt der Algorithmus eine Manipulatorgeschwindigkeit über eine Vorwärtstransformation der Achswinkel in kartesische Koordinaten und eine anschließende Berechnung der Positionsänderung über der Zeit.According to a related advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the algorithm determines a manipulator speed via a forward transformation of the axis angle into Cartesian coordinates and a subsequent calculation of the position change over time.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators wird die in einem Computer verarbeitete Manipulatorgeschwindigkeit und/oder die Manipulatorposition als Steuer- und/oder Regelgröße an die an einer Anbindung angeordneten Prozesseinheit übermittelt.According to an additional advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the processed in a computer manipulator speed and / or the manipulator position is transmitted as a control and / or controlled variable to the arranged at a connection process unit.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators sind an der Prozesseinheit unterschiedliche Aufsätze (z. B. Fräsköpfe) anordbar und/oder die Prozesseinheit ist an der Anbindung austauschbar angeordnet. Eine Befestigung der Prozesseinheit wird bevorzugt durch Verrastung, Verschraubung oder dgl. erreicht.According to an additional advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, different attachments (eg milling heads) can be arranged on the process unit and / or the process unit is arranged interchangeably at the connection. An attachment of the process unit is preferably achieved by latching, screwing or the like.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators ist die Prozesseinheit eine Prozesseinheit zum Dispensen, Kleben, Fräsen oder Schneiden.According to an additional advantageous embodiment of the manipulator according to the invention, the process unit is a process unit for dispensing, gluing, milling or cutting.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following description, the claims and the drawings removed.

Zeichnungdrawing

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigenPreferred embodiments of the subject invention are illustrated in the drawings and will be explained in more detail below. Show it

1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Manipulators, der über eine Messeinheit mit einem Computer verbunden ist, 1 a side view of the manipulator according to the invention, which is connected via a measuring unit with a computer,

2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Manipulators, 2 a perspective view of the manipulator according to the invention,

3 eine um 90° gedrehte Seitenansicht des erfindungsgemäßen Manipulators, gemäß 1, 3 a rotated by 90 ° side view of the manipulator according to the invention, according to 1 .

4 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Manipulators, in der die Gelenke abgewinkelt sind und 4 a side view of the manipulator according to the invention, in which the joints are angled and

5 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Manipulators mit abgewinkelten Armen. 5 a perspective view of the manipulator according to the invention with angled arms.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In 1 wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Manipulators 1 gezeigt. Der Manipulator 1 ist über eine Messeinheit 2 (Auswerteeinheit) mit einem Computer 3 verbunden. Die Anbindung des Computers 3 zur Auswertung, Aufzeichnung, Berechnung und Überwachung der ein- und ausgehenden Signale (z. B. Daten) kann sowohl über Datenleitungen (z. B. Kabel), wie in 1 gezeigt, als auch über Funkverbindung, wie beispielsweise Bluetooth oder dgl., oder andere Verbindungen erfolgen. Der Manipulator 1 weist ein Fuß-Drehgelenk 4, Dreh-Schwenkgelenke 5 und Arme 6 auf. Durch die oben beschriebene hintereinander geschaltete Anordnung von rotatorischen Gelenken, hier ein Fuß-Drehgelenk 4 und drei Dreh-Schwenkgelenke 5, bei einer gleichzeitigen Verbindung der Gelenke durch vier Arme 6, entsteht ein 5-Achs-System, welches in jedem Gelenk unabhängige Systemparameter (Freiheitsgrade) im Raum besitzt. Im Ausführungsbeispiel besitzt der Manipulator 1 eine serielle Kinematik, d. h. er besteht aus hintereinander geschalteten, rotatorischen Gelenken, die mit Armen 6, hier Verbindungsrohre, miteinander verbunden sind. Prinzipiell kann der Manipulator 1 jedoch mit jeder Art von Kinematik ausgerüstet werden. Hier ist beispielsweise auch eine Parallel-Kinematik, eine Kartesische-Kinematik oder dgl. vorstellbar. Die Arme 6 werden präferiert als Hohlkörper ausgestaltet, im Ausführungsbeispiel sind Rohrverbindungen eingesetzt. Die als Arme 6 verwendeten Hohlkörper besitzen gegenüber massiven Verbindern den Vorteil, dass die Datenleitungen (z. B. Kabel) innenliegend am Manipulator 1 verbaut werden können und darüber hinaus der Manipulator 1 leichter, d. h. er besitzt weniger Gewicht, wird. Das Fuß-Drehgelenk 4 wird nicht nur zur Erhöhung der unabhängigen Parameter des Manipulators 1 genutzt, sondern auch zur reversiblen Befestigung am für den Manipulator 1 vorgesehenen Standort. Das Fuß-Drehgelenk 4 macht zum einen eine Drehung des Manipulators in Richtung des Pfeils 7, d. h. in Umfangsrichtung, und zum anderen eine winklige Anordnung 8 zur Befestigungsstelle 9 oder dgl. des damit verbundenen Arms 6 möglich.In 1 is a preferred embodiment of the manipulator according to the invention 1 shown. The manipulator 1 is about a measurement unit 2 (Evaluation unit) with a computer 3 connected. The connection of the computer 3 For the evaluation, recording, calculation and monitoring of the incoming and outgoing signals (eg data) can be both data lines (eg cables), as in 1 shown, as well as via wireless connection, such as Bluetooth or the like., Or other connections. The manipulator 1 has a foot swivel 4 , Rotary swivel joints 5 and arms 6 on. By the above-described arrangement of rotary joints, in this case a foot swivel joint 4 and three rotary swivel joints 5 , with a simultaneous connection of the joints by four arms 6 , creates a 5-axis system, which has independent system parameters (degrees of freedom) in space in each joint. In the embodiment, the manipulator has 1 a serial kinematics, ie it consists of successively connected, rotary joints, with arms 6 , here connecting pipes, are interconnected. In principle, the manipulator 1 however be equipped with any kind of kinematics. Here, for example, a parallel kinematics, a Cartesian kinematics or the like. Imagine. The poor 6 are preferably designed as a hollow body, in the embodiment pipe joints are used. The as arms 6 Hollow bodies used have the advantage over solid connectors that the data lines (eg cables) are located on the inside of the manipulator 1 can be installed and beyond the manipulator 1 lighter, ie he has less weight, will. The foot swivel 4 will not only increase the independent parameters of the manipulator 1 but also for reversible attachment on for the manipulator 1 intended location. The foot swivel 4 makes on the one hand a rotation of the manipulator in the direction of the arrow 7 , ie in the circumferential direction, and on the other hand an angular arrangement 8th to the attachment point 9 or the like of the associated arm 6 possible.

Die Dreh-Schwenkgelenke 5 sind ebenfalls in Richtung des Pfeils 7, d. h. in Umfangsrichtung, drehbar und die Arme 6 können mittels der Dreh-Schwenkgelenke 5 in verschiedenen Winkeln zueinander positioniert werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Anbindung 10, hier ein Tool Center Point, am entferntesten Punkt vom Fuß-Drehgelenk 4 angeordnet. An der Anbindung 10 kann eine hier nicht dargestellte Prozesseinheit 11, wie beispielweise ein Dispenser, Fräser, Schrauber, Schneidwerkzeug usw., angeordnet sein, die beispielsweise zur Bearbeitung eines nicht dargestellten Werkstückes dient.The rotary swivel joints 5 are also in the direction of the arrow 7 , ie in the circumferential direction, rotatable and the arms 6 can by means of the rotary swivel joints 5 be positioned at different angles to each other. In the preferred embodiment, a connection 10 Here's a Tool Center Point, farthest from the foot swivel 4 arranged. At the connection 10 can a process unit, not shown here 11 , such as a dispenser, cutter, screwdriver, cutting tool, etc., be arranged, which serves for example for processing a workpiece, not shown.

Ein Gebersystem in jedem Gelenk ermittelt die Stellung jedes Gelenkes und übermittelt diese an die Messeinheit 2 (Auswerteeinheit) und an den Computer 3. Die Lage der Gelenke zueinander wird bevorzugt über die sogenannten Denavit-Hartenberg-Parameter definiert. Diese beschreiben Koordinatensysteme, deren z-Achse die Rotationsachsen der Gelenke darstellen. Das letzte Koordinatensystem ist hier gleichzeitig der sogenannte Tool Center Point (Manipulatorposition). Um die Positionen des Tool Center Point im Raum zur ermitteln wird mittels eines mathematischen Programms auf dem Computer 3 eine Vorwärtstransformation durchgeführt, um aus den Gelenkpositionen eine kartesische Koordinatenposition des Tool Center Point (Manipulatorposition) zu bekommen. Bei einer angeordneten Prozesseinheit 11 wird die Manipulatorposition durch eine Addition der Koordinaten der Prozesseinheit 11 zur Manipulatorposition auf eine neue Manipulatorposition mit einer Wirkstelle der Prozesseinheit 11 umgerechnet. Die ermittelte Manipulatorposition wird im Anschluss in einer weiteren Schleife des Algorithmus unter Verwendung des aus der Abtastrate resultierenden Zeitintervalls in eine Manipulatorgeschwindigkeit umgerechnet. Diese wird genutzt um die Prozesseinheit 11, z. B. eine Dispensnadel, zu steuern oder zu regeln. Eine höhere Geschwindigkeit des Manipulators 1, die z. B. durch eine schnellere Handbewegung des Bedieners erfolgt, bedeutet, dass ein höherer Durchfluss an Fluid durch die Dispensnadel gewährleistet sein muss, um eine gleichbleibende Bearbeitungsqualität des Werkstücks bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit zu gewährleisten. Bei entsprechend langsamerer Manipulatorgeschwindigkeit ist eine geringere Durchflussrate zu realisieren. Wird ein Stillstand des Manipulators 1 festgestellt, so wird der Durchfluss des Fluides spätestens nach Erreichen der für diese Werkstückposition vorgesehene Fluidmenge unterbrochen. Dadurch wird bewirk, dass an der Stelle des Werkstücks die vorgegebene gewünscht Fluidmenge aufgetragen wird.An encoder system in each joint determines the position of each joint and transmits it to the measuring unit 2 (Evaluation unit) and to the computer 3 , The position of the joints to each other is preferably defined by the so-called Denavit-Hartenberg parameters. These describe coordinate systems whose z-axes represent the axes of rotation of the joints. At the same time, the last coordinate system is the so-called Tool Center Point (manipulator position). To determine the positions of the tool center point in the room is by means of a mathematical program on the computer 3 performed a forward transformation to get from the joint positions a Cartesian coordinate position of the tool center point (manipulator position). In a arranged process unit 11 becomes the manipulator position by adding the coordinates of the process unit 11 to the manipulator position to a new manipulator position with an active point of the process unit 11 converted. The determined manipulator position is then converted into a manipulator speed in a further loop of the algorithm using the time interval resulting from the sampling rate. This is used around the process unit 11 , z. As a dispensing needle to control or regulate. A higher speed of the manipulator 1 that z. B. by a faster hand movement of the operator, means that a higher flow of fluid through the dispensing needle must be ensured in order to ensure a consistent quality of workmanship of the workpiece with high process reliability. With a correspondingly slower manipulator speed, a lower flow rate can be realized. Will a stoppage of the manipulator 1 determined, the flow of the fluid is interrupted at the latest after reaching the intended for this workpiece position amount of fluid. This will cause that at the location of the workpiece, the predetermined desired amount of fluid is applied.

Denkbar ist auch, dass automatisch die Abtastrate verändert wird, falls sich die Manipulatorgeschwindigkeit stark verändert. Gegebenenfalls wird auch die Prozesseinheit 11 abgeschaltet.It is also conceivable that the sampling rate is automatically changed if the manipulator speed changes greatly. If necessary, the process unit also becomes 11 off.

Das durch die Prozesseinheit 11 ausgeführte Verfahren wird durch die Steuerung und/oder Regelung der angeordneten Prozesseinheit 11 dauerhaft überwacht und die Bearbeitungsqualität auf dem gewünschten Niveau gehalten. Zusätzlich können zum einen die Verfahrbahnen, d. h. der zu bearbeitende Bereich, durch den Computer 3 oder den Bediener überwacht werden. Hierzu ist es entweder nötig die Verfahrbahnen vorab zu programmieren oder über ein Teach-In-System eine Bahnaufzeichnung vorzunehmen oder eine Arbeitsbereichs-überwachung mittels einer Optoelektronik (Kamera) durchzuführen. Danach kann ein Offset, in Form einer Hüllkurve, auf die aufgezeichnete Bahn berechnet werden um den Bediener bei seiner Arbeit und zugleich die Bearbeitungsqualität des Werkstücks zu überwachen. Bei einer Optoelektronik ist die Berechnung einer Hüllkurve nicht nötig, da die Kamera stets den Bearbeitungsprozess überwacht.That by the process unit 11 executed procedure is by the controller and / or Control of the arranged process unit 11 permanently monitored and the processing quality kept at the desired level. In addition, on the one hand the trajectories, ie the area to be processed, by the computer 3 or monitored by the operator. For this purpose, it is either necessary to program the trajectories in advance or to perform a trajectory recording via a teach-in system or to perform work area monitoring by means of optoelectronics (camera). Thereafter, an offset, in the form of an envelope, can be calculated on the recorded web to monitor the operator in his work and at the same time the machining quality of the workpiece. With an optoelectronics, the calculation of an envelope is not necessary because the camera always monitors the machining process.

In 2 wird die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Manipulators 1 in einer perspektivischen Seitenansicht gezeigt. 3 stellt das Ausführungsbeispiel in einer um 90° gedrehten Seitenansicht dar. In beiden Figuren sind die Messeinheit 2 und der Computer 3 nicht gezeigt.In 2 is the preferred embodiment of the manipulator according to the invention 1 shown in a perspective side view. 3 represents the embodiment in a rotated by 90 ° side view. In both figures, the measuring unit 2 and the computer 3 Not shown.

4 stellt die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Manipulators 1 in einer Seitenansicht dar, wobei die Gelenke in einer abgewinkelten Position zueinander stehen. Die in 4 gezeigte bevorzugte Ausführungsform wird in 5 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die Gelenkwinkel sind im Rahmen ihrer Ausführbarkeit frei wählbar. 4 represents the preferred embodiment of the manipulator according to the invention 1 in a side view, wherein the joints are in an angled position to each other. In the 4 shown preferred embodiment is shown in 5 shown in perspective view. The joint angles are freely selectable within their feasibility.

Alle hier dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All features shown here may be essential to the invention both individually and in any combination.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Manipulatormanipulator
22
Messeinheit (Auswerteeinheit)Measuring unit (evaluation unit)
33
Computercomputer
44
Dreh-FußgelenkTurning ankle
55
Dreh-SchwenkgelenkArticulating joint
66
Armpoor
77
Pfeilarrow
88th
Winklige AnordnungAngled arrangement
99
Befestigungsstellefastening point
1010
Anbindungconnection
1111
Prozesseinheitprocess unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 3526958 A1 [0005] DE 3526958 A1 [0005]

Claims (19)

Manipulator (1) mit einem Fuß-Drehgelenk (4) und/oder mindestens einem Schwenk-Drehgelenk (5) und zumindest einem Arm (6), der einen Tool Center Point zur Bewegung im Raum aufweist, wobei an einem des zumindest einem Arm (6) mindestens eine Prozesseinheit (11) angeordnet ist, deren Steuerung oder Regelung durch mindestens eine ein Signal empfangende und/oder aussendende Messeinheit (2) erfolgt, welche die Manipulatorposition und/oder die Manipulatorgeschwindigkeit im Raum erfasst und ein die Manipulatorposition und/oder die Manipulatorgeschwindigkeit wiederspiegelndes Signal an die Prozesseinheit (11) übermittelt, wobei die Steuerung oder Regelung der Prozesseinheit (11) von der Manipulatorposition und/oder Manipulatorgeschwindigkeit abhängig ist.Manipulator ( 1 ) with a foot swivel ( 4 ) and / or at least one pivot swivel ( 5 ) and at least one arm ( 6 ), which has a tool center point for movement in space, wherein on one of the at least one arm ( 6 ) at least one process unit ( 11 ) is arranged, whose control or regulation by at least one signal receiving and / or emitting measuring unit ( 2 ), which detects the manipulator position and / or the manipulator speed in space and transmits a signal reflecting the manipulator position and / or the manipulator speed to the process unit (FIG. 11 ), wherein the control or regulation of the process unit ( 11 ) is dependent on the manipulator position and / or manipulator speed. Manipulator (1), nach Anspruch 1, wobei der Manipulator (1) manuell bewegbar ist.Manipulator ( 1 ), according to claim 1, wherein the manipulator ( 1 ) is manually movable. Manipulator (1), nach Anspruch 2, wobei die Prozesseinheit (11) eine Dispensnadel aufweist und bei einer höheren Manipulatorgeschwindigkeit, welche durch eine schnellere Handbewegung eines Bedieners erfolgt, ein höherer Durchfluss an Fluid durch die Dispensnadel gewährleistet ist.Manipulator ( 1 ), according to claim 2, wherein the process unit ( 11 ) has a Dispensnadel and at a higher manipulator speed, which is done by a faster hand movement of an operator, a higher flow of fluid through the dispensing needle is guaranteed. Manipulator (1), nach Anspruch 3, wobei der Durchfluss des Fluides spätestens nach Erreichen der für die Werkstückposition vorgesehene Fluidmenge unterbrochen wird, wenn ein Stillstand des Manipulators festgestellt wird.Manipulator ( 1 ), according to claim 3, wherein the flow of the fluid is interrupted at the latest after reaching the amount of fluid provided for the workpiece position when a stoppage of the manipulator is detected. Manipulator (1), nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Messeinheit (2) Daten an einen Computer weiterleitet.Manipulator ( 1 ), according to one of the preceding claims, wherein the measuring unit ( 2 ) Forwards data to a computer. Manipulator (1), nach Anspruch 5, wobei der Computer (3) die Lagekoordinaten eines Tool Center Points aus der Lage des Manipulators (1) berechnet, insbesondere mittels einer Koordinatentransformation.Manipulator ( 1 ), according to claim 5, wherein the computer ( 3 ) the position coordinates of a tool center point from the position of the manipulator ( 1 ), in particular by means of a coordinate transformation. Manipulator (1), nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Manipulatorposition in dem Computer (3) über eine Abtastrate in die Manipulatorgeschwindigkeit umgerechnet wird.Manipulator ( 1 ), according to claim 5 or 6, wherein the manipulator position in the computer ( 3 ) is converted over a sampling rate in the manipulator speed. Manipulator (1), nach Anspruch 7, wobei die Abtastrate variabel ist.Manipulator ( 1 ) according to claim 7, wherein the sampling rate is variable. Manipulator (1), nach Anspruch 8, wobei die Abtastrate in Abhängigkeit von der Manipulatorgeschwindigkeit automatisch angepasst wird.Manipulator ( 1 ), according to claim 8, wherein the sampling rate is adjusted automatically in dependence on the manipulator speed. Manipulator (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Manipulator (1) ein Fuß-Drehgelenk (4) und drei Schwenk-Drehgelenke (5) und vier Arme (6) aufweist.Manipulator ( 1 ), according to one of the preceding claims, wherein the manipulator ( 1 ) a foot swivel ( 4 ) and three pivot hinges ( 5 ) and four arms ( 6 ) having. Manipulator (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Manipulator (1) eine Kinematik besitzt.Manipulator ( 1 ), according to one of the preceding claims, wherein the manipulator ( 1 ) has a kinematics. Manipulator (1), nach Anspruch 11, wobei die Kinematik eine serielle, eine parallele, eine kartesische Kinematik oder dgl. ist.Manipulator ( 1 ), according to claim 11, wherein the kinematics is a serial, a parallel, a Cartesian kinematics or the like. Manipulator (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in mindestens einem Gelenk ein Gebersystem vorhanden ist.Manipulator ( 1 ), according to one of the preceding claims, wherein in at least one joint, a donor system is present. Manipulator (1), nach Anspruch 13, wobei das Gebersystem über eine Messeinheit (2) Daten an einen Computer (3) übermittelt.Manipulator ( 1 ), according to claim 13, wherein the encoder system via a measuring unit ( 2 ) Data to a computer ( 3 ) transmitted. Manipulator (1), nach Anspruch 14, wobei die Verarbeitung der Daten im Computer (3) mittels eines Algorithmus erfolgt.Manipulator ( 1 ) according to claim 14, wherein the processing of the data in the computer ( 3 ) is done by means of an algorithm. Manipulator (1), nach Anspruch 15, wobei der Algorithmus eine Manipulatorgeschwindigkeit über eine Vorwärtstransformation der Achswinkel in kartesische Koordinaten und eine anschließende Berechnung der Positionsänderung über der Zeit ermittelt.Manipulator ( 1 ), according to claim 15, wherein the algorithm determines a manipulator speed via a forward transformation of the axis angles into Cartesian coordinates and a subsequent calculation of the position change over time. Manipulator (1), nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die in einem Computer (3) verarbeitete Manipulatorgeschwindigkeit und/oder die Manipulatorposition als Steuer- und/oder Regelgröße an die an einer Anbindung (10) angeordneten Prozesseinheit (11) übermittelt wird.Manipulator ( 1 ), according to one of claims 14 to 16, wherein in a computer ( 3 ) processed manipulator speed and / or the manipulator position as a control and / or controlled variable to the at a connection ( 10 ) arranged process unit ( 11 ) is transmitted. Manipulator (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Prozesseinheit (11) unterschiedliche Aufsätze anordbar sind und/oder die Prozesseinheit (11) an der Anbindung (10) austauschbar angeordnet ist.Manipulator ( 1 ), according to one of the preceding claims, wherein at the process unit ( 11 ) different attachments can be arranged and / or the process unit ( 11 ) at the connection ( 10 ) is arranged interchangeably. Manipulator (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesseinheit (11) eine Prozesseinheit (11) zum Dispensen, Kleben, Fräsen oder Schneiden ist.Manipulator ( 1 ), according to one of the preceding claims, characterized in that the process unit ( 11 ) a process unit ( 11 ) is for dispensing, gluing, milling or cutting.
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