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Die Erfindung betrifft ein lineares Kupplungselement zur Aufnahme in einer Gliederanordnung eines Manipulatorarmes eines Roboters sowie eine entsprechende Gliederanordnung eines Manipulatorarmes eines Roboters.
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Solche Kupplungselemente sind an zugehörigen Robotern unter anderem vorgesehen, um das manuell geführte Verstellen der Pose eines Manipulatorarms an einem Roboter, wie beispielsweise eines Industrieroboters zu ermöglichen. Dabei weist der Roboter eine Robotersteuerung auf, welche dazu ausgebildet beziehungsweise eingerichtet ist, um die in der Gliederanordnung befindlichen Gliedelemente dementsprechend mit gegebenen Einstellungsvorgaben einer CPU aneinander anzupassen.
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Aus der
EP 2 851 162 A2 ist ein Manipulatorarm mit zugehörigen Robotersteuerungen, insbesondere Industrieroboter bekannt. Industrieroboter mit derartigen Manipulatorarmen sind Arbeitsmaschinen, die zur automatischen Handhabung beziehungsweise Bearbeitung von Objekten mit Werkzeugen ausgerüstet werden können und in mehreren Bewegungsachsen beispielsweise hinsichtlich Orientierung, Position und Arbeitsablauf der Werkzeuge programmierbar sind. Industrieroboter weisen üblicherweise wenigstens einen Manipulatorarm mit mehreren über Gelenke verbundene Gliedelemente auf. Dabei sind die Gliedelemente einzeln beziehungsweise in Gruppen über programmierbare Robotersteuerungen (Steuervorrichtungen) ansteuerbar. Die während des Betriebs ausgeführten Bewegungsabläufe des Manipulatorarms werden automatisch gesteuert bzw. geregelt.
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Die Gliedelemente werden über Antriebe bewegt, insbesondere elektrische Antriebe, die von der Robotersteuerung angesteuert werden. Bezüglich der Bewegungsachsen des Industrieroboters, welche die Bewegungsfreiheitsgrade der Gelenke repräsentieren, können solche Industrieroboter beispielsweise ein Werkzeug, wie ein Schweißgerät umfassen. Der Manipulatorarm weist dazu an dessen Ende - als letztes Gliedelement - einen Schweißbrenner auf, welcher eine Schweißspitze führt, über welche der Schweißvorgang an den zu bearbeitenden Bauteilen vorgenommen wird. Der Schweißbrenner kann mittels eines anderen Gelenks schwenkbar gelagert sein. An den Verbindungen kann dabei ein Ausleger mittels eines weiteren Gelenks schwenkbar gelagert sein. Der Ausleger trägt dabei ein Führungselement, wobei insoweit der Armausleger und/oder das Führungselement mehrere weitere Gelenke aufweisen können.
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Ein mehrere über Gelenke verbundene Gliedelemente aufweisender Manipulatorarm kann als ein Knickarmroboter mit mehreren seriell nacheinander angeordneten Gliedelementen und Gelenken konfiguriert sein, insbesondere kann der Manipulatorarm als ein mehrachsiger Knickarmroboter ausgebildet sein.
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Derartige Gliederanordnungen mit zugehörigen Robotersteuerungen, eines Industrieroboters, können aber insbesondere auch in sogenannter Leichtbauweise ausgeführt sein, die sich zunächst von üblichen Industrierobotern dadurch unterscheiden, dass sie eine für die Mensch-Maschine-Interaktion günstige Baugröße aufweisen und dabei eine zu ihrem Eigengewicht relativ hohe Tragfähigkeit aufweisen. Daneben können Leichtbauroboter insbesondere kraftgeregelt statt positionsgeregelt betrieben werden, was beispielsweise ein manuelles Verstellen der Pose des Manipulatorarmes vereinfacht. Außerdem kann dadurch eine sichere Mensch-Maschine-Interaktion erreicht werden, da beispielsweise unbeabsichtigte Kollisionen des Manipulatorarmes mit Personen entweder verhindert oder zumindest derart abgeschwächt werden können, dass den Personen kein Schaden entsteht.
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Ein solcher Manipulatorarm bzw. ein solcher Leichtbauroboter kann mehr als sechs Freiheitsgrade aufweisen, so dass insoweit ein überbestimmtes System geschaffen wird, wodurch derselbe Punkt im Raum in gleicher Orientierung in mehreren verschiedenen Posen des Manipulatorarms erreicht werden kann. Der Leichtbauroboter kann auf externe Krafteinwirkungen in geeigneten Weisen reagieren. Zur Kraftmessung können Kraftsensoren verwendet werden, die in allen drei Raumrichtungen Kräfte und Drehmomente messen können. Alternativ oder ergänzend können die externen Kräfte auch sensorlos, beispielsweise anhand der gemessenen Motorströme der Antriebe an den Gelenken des Leichtbauroboters abgeschätzt werden. Als Regelungskonzepte kann beispielsweise eine indirekte Kraftregelung durch Modellierung des Leichtbauroboters als mechanischer Widerstand (Impedanz) oder eine direkte Kraftregelung verwendet werden.
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Bei derartigen für die Mensch-Maschine-Interaktion vorgesehenen Industrierobotern wird der Manipulatorarm vorzugsweise nachgiebig ausgestaltet, d. h. durch die zu einer Befehlseingabe vom Bediener manuell auf ihn ausgeübte Kräfte in erkennbarer Weise bewegbar. Dies kann durch eine reine Proportional-Positionsregelung mit entsprechend geringen Proportionalitätskonstanten realisiert werden. Gleichermaßen kann ein solch nachgiebiger Manipulator auch kraftgeregelt sein, sich dabei insbesondere aber auch in einer steifen Positionsregelung befinden. Hierzu können beispielsweise in seiner Steuerung anhand eines mathematischen Ersatzmodells die Kräfte errechnet werden, die in seiner aktuellen Stellung Gewichts- und Reibungskräfte gerade kompensieren. Werden diese Kräfte den Kraftregelungen der Motoren des Manipulators als Sollgrößen aufgeschaltet, kann der Manipulator bereits durch relativ geringe Kräfte aus seiner aktuellen Stellung bewegt werden.
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Eine weitere Möglichkeit, einen Manipulator nachgiebig, d. h. durch die zur Befehlseingabe auf ihn ausgeübten Kräfte bewegbar zu machen, besteht darin, die auf ihn ausgeübten Kräfte zu erfassen und auf diese mit einer entsprechenden Bewegung in Richtung dieser Kräfte und, vorzugsweise, mit einer der Größe der Kräfte entsprechenden Bewegungsgeschwindigkeit zu reagieren. Bei einem solchen nachgiebigen Manipulator führen also die auf ihn zur Befehlseingabe ausgeübten Kräfte zu einer messbaren, vorzugsweise auch vom Bediener erkennbaren Bewegung des Manipulators genau in diejenige Richtung, die durch das manuelle Führen durch eine Bedienperson des Manipulators vorgegeben wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein lineares Kupplungselement zur Aufnahme in einer Gliederanordnung eines Manipulatorarmes eines Roboters sowie eine entsprechende Gliederanordnung eines Manipulatorarmes eines Roboters vorzuschlagen, bei dem das manuelle Führen durch eine Bedienperson vereinfacht ist und gegenüber dem Stand der Technik präziser ausführbar ist, um damit das manuelle Führen und Verstellen der Pose eines Manipulatorarms eines Industrieroboters zu verbessern, insbesondere die Handhabung und/oder Programmierung des Industrieroboters durch eine Bedienperson zu vereinfachen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein lineares Kupplungselement gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10.
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Erfindungsgemäß weist das Kupplungselement einen Auflagebereich und wenigstens zwei Konnektorbereiche auf, wobei der Auflagebereich zwischen den Konnektorbereichen angeordnet ist und eine Formvariation zur Anpassung an eine menschliche Hand aufweist, welche eine vorbestimmte Griffposition der Hand einer Bedienperson zwischen den Konnektorbereichen unterstützt, wobei die Hand um die Achse des Manipulatorarmes im Auflagebereich des Kupplungselementes angeordnet ist. Somit liegt die Achse des Manipulatorarmes bei der Verstellung am Kupplungselement in vorteilhafter Weise innerhalb des Griffes der Hand. Hierdurch kann eine Bedienperson ein Verstellen des Manipulatorarmes einfach vornehmen und es ist möglich Einstellungen der Pose des Roboters sehr präzise auszuführen. Erfindungsgemäße Kupplungselemente können grundsätzlich zwischen zwei Gliedelementen eines Manipulatorarmes angeordnet werden, wobei in einer besonderen Ausführungsform vorgesehen ist, dass Kupplungselement vor dem Werkzeug als letztem Gliedelement und dem vorangehenden vorletzten Gliedelement des Manipulatorarmes anzuordnen ist. Mit der Anordnung des erfindungsgemäßen Kupplungselementes werden das Verstellen und das Einrichten des Werkzeugs innerhalb des Betätigungsfeldes des Roboters verbessert. Dadurch, dass die Bedienperson die Bewegungsachse zwischen den anliegenden Gliedelementen umgreift und beim Verstellen des Manipulatorarmes nicht verlässt, wird vermieden, dass bei Veränderung der Pose des Manipulatorarmes und damit der einzelnen Gliedelemente, die Hand oder einzelne Finger zwischen den einzelnen Gliedelementen eingeklemmt werden können. Dies ermöglicht eine sichere Mensch-Maschine-Interaktion und verhindert Kollisionen zwischen Bedienperson und Roboter während der Einstellung. Für die Vorgehensweise bei der Mensch-Maschinen-Interaktion ist somit keine besondere Aufmerksamkeit notwendig, wodurch Arbeitsvorgänge besonders an Industrierobotern verbessert werden.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Anspruch 1 oder 2 ist vorgesehen, dass der Auflagebereich mit einem Funktionsfeld korrespondiert, welches mit zumindest mehr als einem betätigbaren Tasten- und/oder Sensorelement ausgestattet ist. Damit ist es möglich, während des Einfügens auf den Manipulatorarm steuernde Signale an die Robotersteuerung zu senden, in dem über das Funktionsfeld bzw. Tasten- und Sensorelemente Signale erzeugt werden, die über entsprechende Zuleitungen an die Robotersteuerung geleitet werden. Dadurch dass mehr als ein betätigtes Tasten- bzw. Sensorelement erfindungsgemäß vorgesehen sind, kann eine Mehrzahl von Funktionen, welche die Zahl der Tasten- bzw. Sensorelemente deutlich übersteigt, zur Belegung vorgesehen werden.
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In einer besonderen Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Kupplungselementes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 ist weiter vorgesehen, dass jedes Tasten- und/oder Sensorelement in der von der Hand eingenommenen Griffposition mit zumindest einem Finger, vorzugsweise einer Fingerkuppe des Fingers korrespondiert. Somit kann ohne die Griffposition am Kupplungselement zu verändern, während die Pose des Manipulatorarmes geändert wird, gleichzeitig detailgenaue Positionssignale an die Robotersteuerung gesendet werden.
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Hierzu ist gemäß der Erfindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 des linearen Kupplungselements vorgesehen, dass jedes Tasten- und/oder Sensorelement mit einer Steuerung des Roboters und/oder eines der benachbarten Gliedelemente elektronisch verbunden ist und bei Betätigung eine vorbestimmte Schaltung aufbaubar ist. Zumindest über die Steuerung des Roboters ist vorgesehen, dass das Drücken der Tasten oder Sensorelemente vorbestimmte Prozesse in der Robotersteuerung auslöst. Diese vorbestimmten Prozesse werden durch ein Softwareprodukt bereitgestellt und können über eine zentrale Eingabeeinheit, vorzugsweise einem Eingabebildschirm oder einer Eingabetastatur, unmittelbar dem Kupplungselement, bzw. den Steuereinheiten der Gliedersteuerung der Gliederanordnung zugeordnet werden.
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Um eine geeignete Zuordnung über die zentrale Eingabeeinheit vornehmen zu können, ist erfindungsgemäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 vorgesehen, dass jedem einzelnen Tasten- und/oder Sensorelement oder einer Kombination mehrerer Tasten- und/oder Sensorelemente mittels der Schaltung wenigstens eine Funktion zugeordnet ist, mit welcher der Roboter und/oder ein vom Roboter geführtes Gliedelement bei Betätigung ansteuerbar ist.
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Erfindungsgemäß ist nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen, dass mittels des linearen Kupplungselementes der CPU die Schaltung eines oder mehrere der folgenden Funktionen ansteuerbar ist:
- - kraftgesteuertes Manipulieren des Roboters und/oder eines vom Roboter geführten Gliedelementes;
- - Freischalten des Manipulatorarmes in einzelnen oder mehreren Freiheitsgraden;
- - Übermitteln von Parameter an eine CPU zur Ansteuerung des Roboters und/oder des vom Roboter geführten Gliedelementes;
- - Empfangen von Daten einer CPU zur Ansteuerung des Roboters und/oder des vom Roboter geführten Gliedelementes;
- - Steuerung einer CPU zur Berechnung und Einstellung von Steuerungsparametern des Roboters mittels eines Software-Produkts;
- - Interaktion mit einer oder mehreren Eingabeeinheiten, insbesondere eines Eingabebildschirms oder einer Eingabetastatur, einer CPU zur Einstellung von Steuerungsparametern des Roboters mittels eines Software-Produkts;
- - Speichern von mittels eines Software-Produktes von der CPU ermittelten Steuerungsdaten für einen automatischen Prozess;
- - Aktivieren und Deaktivieren eines automatischen Prozesses.
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Durch die Zuordnung und Verknüpfung der einzelnen Tasten- und/oder Sensorelemente oder einer Kombination mehrerer Tasten- und/oder Sensorelemente mittels der Schaltung können somit Funktionen durch einfachen oder mehrmaligen Druck der Bedienelemente oder einer Kombination davon realisiert werden. Dabei sind Funktionen möglich wie beispielsweise an einem erfindungsgemäßen Schweißroboter die Punktauswahl, wobei mindestens ein Raumpunkt (Vorpunkt oder Home-Punkt) gesetzt werden kann, welcher nicht auf dem zu schweißenden Bauteil liegt, und es ermöglicht den Roboter kollisionsfrei zum Bauteil zu führen; Schweißen-Start beziehungsweise das Setzen mindestens eines Schweißpunktes (Linear- oder Zirkularpunkt) zur Initiierung des Schweißvorganges beziehungsweise der Schweißnaht; Schweißen-Ende zum Beenden des Schweißvorganges. Um vom so geschweißten Bauteil kollisionsfrei wegzufahren kann ein abschließender Raumpunkt („Post-Point“) gesetzt werden.
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Die Punkte können entweder über das Benutzerinterface der Software über das Touchpad des Roboters gesetzt werden, oder es kann dazu der mittlere Punktauswahl-Knopf verwendet werden. Durch mehrmaliges Drücken des Punktauswahl-Knopf schaltet ein vorgesehenes Software-Produkt durch die verschiedenen Funktionen und kann so die Funktion des gerade verwendeten Prozessabschnitts (Punktart beim Schweißen) auswählen, so dass diese Funktion für einen oder mehrere Male an verschiedenen Orten des Kupplungselementes oder der damit verbunden Gliedelemente verwendet werden kann. Mit je einem weiteren Druck auf den Knopf wird zum nächsten Punkt geschaltet in einer Reihenfolge, die über das Software-Produkt oder eine fest programmierte Hardware-Einheit vorgegeben wird. Dies ermöglicht dem Benutzer nicht nur die Auswahl des jeweils richtigen Punktes im Bewegungsraum des Manipulatorarmes des Roboters, um beispielsweise das Erstellen von Schweißprogrammen zu vereinfachen, sondern kann auch ganze Bewegungsabläufe vorgeben oder zur Berechnung festsetzen, so dass beispielsweise beim Schweißen eine vorbestimmte oder ausgewählte Naht (mit Anfang und Ende), dazu eine vorbestimmte Nahtform (linear, sinusförmig, zickzack), ein vorbestimmter oder ausgewählter Nahttyp über die Bedienelemente ansteuerbar und über die Robotersteuerung und seine CPU berechenbar ist.
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Mit einer Funktion Bewegen führt der Roboter so lange kraftgeführte Bewegungen aus, solange die Bedienperson durch Krafteinwirkung auf das Kupplungselement die Pose ändert. Die Bewegung wird beim Schweißwerkzeug beispielsweise in Bezug auf die Spitze des Drahtes des Schweißbrenners (Tool Center Point - TCP) in vorzugsweise drei möglichen Konfigurationen ausgeführt, welche die Bedienperson zuvor jeweils in der Robotersteuerung über die Eingabemittel des Roboters und das Software-Produkt ausgewählt hat.
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Weitere Funktionen sind erfindungsgemäß vorgesehen, wie beispielsweise Freilauf, Linearbewegung oder Umorientieren. Beim Freilauf werden einzelne oder alle der vorhandenen Bewegungsachsen des Roboters freigeschaltet und bewegen sich dem Kraftimpuls folgend, der insbesondere auf das Kupplungselement einwirkt. Weitere Gliedelemente der Gliederanordnung können bei Bedarf zur Aufnahme weiterer Kraftimpulse vorgesehen sein. Somit kann der Manipulatorarm des Roboters einfach im Bewegungsraum, z.B. zwecks Erstellung von Bewegungsprofilen, bewegt werden. Bei der Linearbewegung sind die Bewegungsachsen des Roboters so freigeschaltet, dass eine Bewegung nur relativ zu einer Achse des Koordinatensystems möglich ist. Dies ermöglicht das Führen des Roboters in einer linearen Bewegung, wobei die Orientierung des Werkzeugs, wie eines Schweißbrenners, relativ zum Werkstück konstant gehalten werden kann. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Bewegung des Werkzeugs entlang eines Werkstücks auf einer linearen Bahn. Am Beispiel eines Schweißroboters ermöglicht es, dass der Schweißbrenner am Werkstück über den gesamten Verlauf der Schweißnaht in einem konstanten Winkel zum Werkstück (schleppendes- oder stechendes Schweißen) gehalten wird. Beim Umorientieren sind die Bewegungsachsen so geschaltet, dass das Werkzeug auf einem Punkt zentriert bleibt und sich die Pose des Manipulatorarmes um das Zentrum herum orientiert. Dies ermöglicht im vorgenannten Beispiel das genaue Positionieren des Schweißbrenners, so dass die Schweißnaht im optimalen Anstellwinkel (schleppendes- oder stechendes Schweißen) ausgeführt wird.
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Entsprechend kann jedes Tasten- und/oder Sensorelement die von der Robotersteuerung temporär oder permanent zur Verfügung gestellten Funktionen als jeweils aktuell mögliche Tastenfunktion am Kupplungselement bereitstellen. Die Bedienperson kann also bereits bevor Sie den Vorgang des Einrichtens des Werkzeugs und wie im Beispiel beschrieben des Schweißvorganges durch die Mensch-Maschine-Interaktion direkt am Kupplungselement vornimmt, die dazu erforderlichen Funktionen an der Robotersteuerung voreinstellen, so dass es nicht erforderlich wird, während des Einrichtens des Werkzeugs über das Kupplungselement dieses nochmals loszulassen, um Festlegungen vorzunehmen. Die Einrichtung des Werkzeugs und des Bewegungsablaufes der Gliederanordnung des Manipulatorarmes kann somit ohne weitere externe Mittel am Kupplungselement direkt vorgenommen werden.
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In diesem Sinne fungieren die Tasten- und/oder Sensorelemente als eine Art Fernbedienung für die Robotersteuerung, sobald die Festlegung durch die CPU erfolgt ist.
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Von der Erfindung sind beliebige Roboter umfasst, eine besondere erfinderische Ausgestaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 betrifft einen Industrieroboter, wobei ein vom Roboter geführtes Gliedelement ein Werkzeug ist, insbesondere ein Schweißwerkzeug. In vorteilhafter Weise lassen sich somit individuelle Bearbeitungskonfigurationen einstellen, durch welche bei der Bearbeitung mit dem Werkzeug, beispielsweise zum Schweißen, eine einfache Programmierung durch die unmittelbare Bedienperson möglich ist und verfahrensabhängige Besonderheiten berücksichtigt werden können. Dabei kann die Auswahl der Funktionen und die Aufschaltung und Verknüpfung mit den Tast- und Sensorelementen bereits herstellerseitig vorgegeben sein, zentral ausgeführt werden, beispielsweise über Netzwerke oder direkt am Arbeitsplatz vorgenommen werden.
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Erfindungsgemäß ist nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 hierzu vorgesehen, dass die Schaltung der Tasten- oder Sensorelemente und/oder die Steuerung der Gliederelemente mittels eines Software-Produkts an den Tasten- oder Sensorelementen und/oder an einer oder mehreren Eingabeeinheiten einer CPU einstellbar ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Konnektorbereiche Verbindungsmittel zur elektronischen und/oder mechanischen Kupplung der benachbarten Gliedelemente aufweist. Dies schließt die Verbindung und den Zusammenschluss der Gliedelemente einer Gliederanordnung mit dem Kupplungselement über ein Netzwerk mit ein. Dazu kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, eine drahtgeführte oder eine drahtfreie Verbindung einzusetzen. Ebenso ist von der Erfindung umfasst, dass bei Bedarf in der Gliederanordnung des Manipulatorarmes mehrere Kupplungselemente eingesetzt werden, welche untereinander oder über eine oder mehrere Steuereinheiten miteinander koordiniert werden.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 sieht vor, dass der Auflagebereich und das Funktionsfeld eine feste oder veränderbare Anordnung aufweisen, welche die Ergonomie von rechten, linken und/oder unterschiedlich großer Händen unterstützt. Damit die Zuordnung der Griffposition der Hand einer Bedienperson und mit der Lage der Tasten- und/oder Sensorelemente auch für individuelle Handgrößen möglich ist, ist von der Erfindung vorgesehen, dass die Lage und die Abstände von Auflagebereich und Funktionsfeld einstellbar sind. In vorteilhafter Weise kann so die Mensch-Maschine-Interaktion auf eine Bedienperson eingerichtet werden oder über die Robotersteuerung für verschiedene Bedienpersonen ausgewählt werden, wobei sowohl eine manuelle als auch eine automatische Einstellung von der Erfindung umfasst ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt 1 eine perspektivische Ansicht auf ein unbeschaltetes, lineares Kupplungselement der Erfindung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein lineares Kupplungselement gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10. Dieses weist zur Aufnahme in einer Gliederanordnung eines Manipulatorarmes eines Roboters, insbesondere eines in der Zeichnung nicht dargestellten Industrieroboters mit einem aus mehr als einem Gliedelement zusammengesetzten Manipulatorarm, einen Auflagebereich 2 und wenigstens zwei Konnektorbereichen 3 auf, wobei der Auflagebereich 2 zwischen den Konnektorbereichen 3 angeordnet ist und eine Formvariation 4 zur Anpassung an eine menschliche Hand aufweist, welche eine vorbestimmte Griffposition der Hand einer Bedienperson zwischen den Konnektorbereichen 3 unterstützt, wobei die Hand um die Achse A des Manipulatorarmes im Auflagebereich des Kupplungselementes angeordnet ist. Somit liegt die Achse A des Manipulatorarmes bei der Verstellung am Kupplungselement 1 innerhalb des Griffes der Hand und die Bewegung erfolgt entlang Achsen A. Hierdurch kann eine Bedienperson ein Verstellen des Manipulatorarmes einfach vornehmen und es ist möglich, Einstellungen der Pose des Roboters präziser auszuführen. Dabei ist das Kupplungselement 1 Teil der Gliederanordnung des Manipulatorarmes.
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Erfindungsgemäße Kupplungselemente 1 können grundsätzlich an jeder Stelle zwischen zwei Gliedelementen eines Manipulatorarmes angeordnet werden, wobei in einer besonderen Ausführungsform vorgesehen ist, dass Kupplungselement 1 vor dem in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten Werkzeug als letztem Gliedelement und dem vorangehenden vorletzten Gliedelement des Manipulatorarmes anzuordnen. Mit der Anordnung des erfindungsgemäßen Kupplungselementes 1 werden das Verstellen und das Einrichten des Werkzeugs innerhalb des Betätigungsraums des Roboters verbessert. Dadurch, dass die Bedienperson die Bewegungsachse zwischen den anliegenden Gliedelementen umgreift und beim Verstellen des Manipulatorarmes nicht verlässt, wird vermieden, dass bei Veränderung der Pose des Manipulatorarmes und damit der einzelnen Gliedelemente, die Hand oder einzelne Finger zwischen den einzelnen Gliedelementen dem Kupplungselement 1 eingeklemmt werden können. Dies ermöglicht eine sichere Mensch-Maschine-Interaktion und verhindert Kollisionen zwischen Bedienperson und Roboter während der Einstellung.
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Für die Vorgehensweise bei der Mensch-Maschinen-Interaktion ist somit keine besondere zusätzliche Aufmerksamkeit notwendig, wodurch Arbeitsvorgänge besonders an Industrierobotern verbessert werden.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist weiter vorgesehen, dass der Auflagebereich 2 ein Funktionsfeld 5 aufweist, welches mit zumindest mehr als einem betätigbaren Tasten- und/oder Sensorelement 6 ausgestattet ist. Damit ist es möglich, während des Einwirkens auf den Manipulatorarm steuernde Signale an die Robotersteuerung zu senden, in dem über das Funktionsfeld 5 bzw. Tasten- und Sensorelemente 6 Signale erzeugt werden, die über entsprechende Zuleitungen an die Robotersteuerung geleitet werden. Für die Zuleitungen sind insbesondere Kabelzugänge 7 vorgesehen. Dadurch, dass mehr als ein betätigtes Tasten- bzw. Sensorelement 6 erfindungsgemäß vorgesehen ist, kann eine Mehrzahl von Funktionen, welche die Zahl der Tasten- bzw. Sensorelemente 6 deutlich übersteigt, zur Belegung vorgesehen werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass Kombinationen von Tasten 6 oder mehrfaches Aktivieren der Tasten- bzw. Sensorelemente 6 unterschiedlichen Funktionen zugeordnet werden.
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In einer besonderen Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Kupplungselementes 1 ist weiter vorgesehen, dass jedes Tasten- und/oder Sensorelement 6 in der von der Hand eingenommenen Griffposition mit zumindest einem Finger, vorzugsweise einer Fingerkuppe des Fingers korrespondiert. Somit können ohne die Griffposition am Kupplungselement zu verändern, während die Pose des Manipulatorarmes geändert wird, gleichzeitig detailgenaue Positions- oder Funktionssignale an die Robotersteuerung gesendet werden.
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Hierzu ist gemäß der Erfindung des linearen Kupplungselements 1 vorgesehen, dass jedes Tasten- und/oder Sensorelement 6 mit einer ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellten Steuerung des Roboters und/oder eines der benachbarten Gliedelemente elektronischen verbunden ist und bei Betätigung eine vorbestimmte Schaltung aufbaubar ist, wobei die Schaltung eine bestimmte Funktion zur Ausführung bringt. Zumindest über die Steuerung des Roboters ist vorgesehen, dass das Drücken der Tasten oder Sensorelemente 6 vorbestimmte Prozesse in der Robotersteuerung auslöst. Diese vorbestimmten Prozesse werden durch ein Softwareprodukt bereitgestellt und können über eine zentrale Eingabeeinheit, vorzugsweise einem Eingabebildschirm oder einer Eingabetastatur, unmittelbar dem Kupplungselement 1, bzw. den Steuereinheiten der Gliedersteuerung der Gliederanordnung zugeordnet werden.
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Um eine geeignete Zuordnung über die zentrale Eingabeeinheit vornehmen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jedem einzelnen Tasten- und/oder Sensorelement 6 oder einer Kombination mehrerer Tasten- und/oder Sensorelemente 6 mittels der Schaltung wenigstens eine Funktion zugeordnet ist, mit welcher der Roboter und/oder ein vom Roboter geführtes Gliedelement bei Betätigung ansteuerbar ist.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass mittels des linearen Kupplungselementes 1 die Schaltung der CPU eines oder mehrere der folgenden Funktionen ansteuerbar ist:
- - kraftgesteuertes Manipulieren des Roboters und/oder eines vom Roboter geführten Gliedelementes;
- - Freischalten des Manipulatorarmes in einzelnen oder mehreren Freiheitsgraden;
- - Übermitteln von Parameter an eine CPU zur Ansteuerung des Roboters und/oder des vom Roboter geführten Gliedelementes;
- - Empfangen von Daten einer CPU zur Ansteuerung des Roboters und/oder des vom Roboter geführten Gliedelementes;
- - Steuerung einer CPU zur Berechnung und Einstellung von Steuerungsparametern des Roboters mittels eines Software-Produkts;
- - Interaktion mit einer oder mehreren Eingabeeinheiten, insbesondere eines Eingabebildschirms oder einer Eingabetastatur, einer CPU zur Einstellung von Steuerungsparametern des Roboters mittels eines Software-Produkts;
- - Speichern von mittels eines Software-Produktes von der CPU ermittelten Steuerungsdaten für einen automatischen Prozess;
- - Aktivieren und Deaktivieren eines automatischen Prozesses.
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Durch die Zuordnung und Verknüpfung der einzelnen Tasten- und/oder Sensorelemente 6 oder einer Kombination mehrerer Tasten- und/oder Sensorelemente 6 mittels der Schaltung können somit Funktionen durch einfachen oder mehrmaligen Druck der Bedienelemente 6 oder einer Kombination davon realisiert werden. In diesem Sinne fungieren die Tasten- und/oder Sensorelemente 6 als eine Art Fernbedienung für die Robotersteuerung, sobald die Festlegung durch die CPU erfolgt ist.
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Von der Erfindung sind beliebige Roboter umfasst, eine besondere erfinderische Ausgestaltung betrifft einen Industrieroboter, wobei ein vom Roboter geführtes Gliedelement ein Werkzeug ist, insbesondere ein Schweißwerkzeug. In vorteilhafter Weise lassen sich somit individuelle Bearbeitungskonfigurationen einstellen, durch welche bei der Bearbeitung mit dem Werkzeug, beispielsweise zum Schweißen, eine einfache Programmierung durch die unmittelbare Bedienperson möglich ist und verfahrensabhängige Besonderheiten berücksichtigt werden können. Dabei kann die Auswahl der Funktionen und die Aufschaltung und Verknüpfung mit den Tast- und Sensorelementen bereits herstellerseitig vorgegeben sein, zentral ausgeführt werden, beispielsweise über Netzwerke oder direkt am Arbeitsplatz vorgenommen werden.
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Die Konnektorbereiche 3 weisen Verbindungsmittel 8 zur elektronischen und/oder mechanischen Kupplung der benachbarten Gliedelemente auf. Dies schließt die Verbindung und den Zusammenschluss der Gliedelemente einer Gliederanordnung mit dem Kupplungselement 1 über ein Netzwerk mit ein. Dazu kann erfindungsgemäß vorgesehen sein eine drahtgeführte 7 oder eine drahtfreie Verbindung einzusetzen. Ebenso ist von der Erfindung umfasst, dass bei Bedarf in der Gliederanordnung des Manipulatorarmes mehrere Kupplungselemente 1 eingesetzt werden, welche untereinander oder über eine oder mehrere Steuereinheiten miteinander koordiniert werden.
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Der Auflagebereich 2 und das Funktionsfeld 5 weisen eine feste Anordnung auf, welche die Ergonomie von einer Hand unterstützt. Damit die Zuordnung der Griffposition der Hand einer Bedienperson und die Lage der Tasten- und/oder Sensorelemente 6 auch für individuelle Handgrößen möglich ist, ist von der Erfindung vorgesehen, dass die Lage und die Abstände von Auflagebereich 2 und Funktionsfeld 5 einstellbar sind. In vorteilhafter Weise kann so die Mensch-Maschine-Interaktion auf eine Bedienperson eingerichtet werden oder über die Robotersteuerung für verschiedene Bedienpersonen ausgewählt werden, wobei sowohl eine manuelle als auch eine automatische Einstellung von der Erfindung umfasst ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- lineares Kupplungselement
- 2
- Auflagebereich
- 3
- Konnektorbereiche
- 4
- Formvariation
- 5
- Funktionsfeld
- 6
- Tasten- und Sensorelement
- 7
- Kabelzugänge
- 8
- Verbindungsmittel
- A
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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