DE3243341A1

DE3243341A1 - Industrie-roboter

Info

Publication number: DE3243341A1
Application number: DE19823243341
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Yokohama Kanagawa Itoh; Yutaka Tokyo Kitano
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1983-06-01
Also published as: DE3243341C2; CA1181837A; GB2110427B; GB2110427A; JPS5887603A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Industrie-Roboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Werden unter Verwendung eines Roboters mit Lehr- und Wiedergabebetrieb Dichtungs-, Beschichtungs-, Schweißarbeiten oder ähnliches an einem Werkstück ausgeführt, müssen die zu bearbeitenden Bereiche des Werkstücks nach einem Lehrbetrieb im Wiedergabebetrieb genau ausgerichtet sein .

Wenn alle Werkstücke nacheinander von einer Transporteinrichtung mit einem Förderband befördert werden und während des Transports gedichtet, beschichtet, geschweißt oder ähnliches werden, ist das genaue Ausrichten aller Werkstücke bezüglich des Manipulators des Roboters nach einem Lehrbetrieb zeitraubend und schwierig. Selbst wenn alle Werkstücke bezüglich des Manipulators an der Stelle des Lehrbetriebs genau ausgerichtet werden können, bleiben immer noch ungelöste Probleme, da bei jedem Werkstück die /u bearbeitenden Bereiche, genauer die Lage der Bereiche, die bearbeitet werden sollen, auch bei Werkstücken mit identischer Form immer etwas verschieden ist. Dieses Problem kann im wesentlichen mit einem Roboter gelöst werden, der an dem Manipulator eine Erkennungsvorrichtung zur Erfassung der zu bearbeitenden Bereich aufweist und der geeignet ist, einen Wiedergabebetrieb auszuführen und dabei

3b gleichzeitig Lagekorrekturen durch Drehen oder Schwen-

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ken einer Dichtungsdüse, einer Sprühdüse oder eines Schweißbrenners gemäß einem Erfassungssignal der Erkennungsvorrichtung durchzuführen, um das Vorderende der Düsen bzw. des Schweißbrenners zu den Arbeitsbereichen zu bewegen. Wenn die lagesteuerung des Vorderendes durch viele zur Lagekorrektur dienende Einzelschritte durchgeführt wird, kann es manchmal vorkommen, daß keine ausreichende Dichtung, Beschichtung oder Verschweißung er/ielt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Industrie-Roboter zu schaffen, der in der Lage ist, zufriedenstellende Arbeiten auszuführen, selbst wenn die Stellungen der Werkstücke im Wiedergabebetrieb und/oder die Stellungen

-15 der zu bearbeitenden Bereiche der Werkstücke bei allen Werkstücken verschieden ist.

Ziel der Erfindung ist es ferner, einen Industrie-Roboter zu schaffen, bei dem die Zahl der Lagekorrektur-Schritte im Wiedergabebetrieb verringert werden kann und somit die Verwendung einer Korrekturvorrichtung mit einem engeren Arbeitsbereich möglich ist.

Darüberhinaus ist es Ziel der Erfindung, einen Industrie-Roboter zu schaffen, der Korrekturen schnell durchführt und die Arbeiten in dem zu bearbeitenden Bereich genau ausführt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

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Figur 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Figur 2 eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels aus Figur 1;

Figuren perspektivische Ansichten von Einzelheiten eines Gelenks und seiner wesentlichen Teile;

-|ο Figuren anschauliche Ansichten der von einer Fernseh
kamera empfangenen Schlitzbilder; und

Figur 7 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktion des Ausführungsbeispiels in Figur 1.

In den Figuren umfaßt ein Roboter-Hauptkörper oder Manipulator 1 eines mehrgelenkigen Roboters eine Plattform 2 und einen schwenkbaren Arm 3. Der schwenkbare Arm 3 umfaßt einen gegenüber der Plattform 2 in Richtung A drehbaren Drehtisch 4, einen gegenüber dem Drehtisch 4 in Richtung B drehbaren Stützpfosten 5, einen gegenüber dem Stützpfosten 5 in Richtung C drehbaren Arm 6 und ein freibiegbares Gelenk 7 der sogenannten flexiblen Art. Der Aufbau des Manipulators 1 wurde in US-SN 185 023 und 195 947 beschrieben und Einzelheiten des Gelenks 7 in US-SN 338 055.

An einer zylindrischen Spitze 8 des Gelenks 7 ist ein erster Bügel 9 befestigt, an dem mit Hilfe eines Verbindungsteils 10 ein zweiter Bügel 12 drehbar um eine Achse 11 befestigt ist. An dem zweiten Bügel 12 ist eine Schlitzlichtquelle 16, die ein Schlitzbild 15 auf die Oberfläche 14 eines zu bearbeitenden Werkstücks 13 ß^ projiziert, angebracht, sowie eine fernsehkamera 17, die

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mit Hilfe von Hal bl ei tersensorcn. oder ahn] J c-.hem das Sch 1 it/bi Id 15 auf der Oberfläche 14 und einem Werkzeug 18 empfängt. Eine drehbare Achse 19 ist zur drehbaren Befestigung des zweiten Bügels 12 an den ersten Bügel 9 in der Achse 11 angebracht, in ihrem mittleren Bereich an der Fernsehkamera 17 befestigt und mit beiden Enden drehbar an seitlichen Fortsätzen 20, 21 des ersten Bügels 9 festgemacht. An einem Ende der drehbaren Achse 19 ist ein Zahnscheibensegrnent 22 befestigt, das mit einem Ritzel 23 kämmt, welches auf einer Ausgangswelle eines Untersetzungsgetriebes 24 sitzt. Das Untersetzungsgetriebe 24 ist mit einem Motor 2b verbunden, der ein gutes Ansprechverhalten wie ein kernloser Motor hat und an dem ersten Bügel 9 befestigt ist.

Aufgrund der Funktion des Motors 25 als Korrektionsvorrichtung werden die Schlitzlichtquelle 16, die Fernsehkamera 17 und das Werkzeug 18 zusammen um die Achse 11 in Richtung H verdreht.

Die Licht aufnehmende optische Achse 26 der Fernsehkamera 17, also ihre Mittellinie 26, fluchtet mit der Mittellinie der zylindrischen Spitze 8 des Gelenks 7 und steht auf der Achse 11 senkrecht. 'Eine optische Achse 27 der Schlitzlichtquelle 16 schneidet die optische Achse 26 und die Achse 11 schiefwinklig. Das Werkzeug 18 umfaßt eine Dichtungsdüse 31, die mit ihrem Vorderende 28 die Werkstückoberfläche 14 leicht berührt und Dichtungsmasse 30 aus dem Vorderende 28 auf einen Bereich 29 des zu dichtenden Werkstücks 13 aufbringt, einem Düsenhalter 32, der die Düse 31 nachgiebig entlang der Abdichtungsrichtung D und senkrecht dazu verschiebbar hält, und ein Verbindungsteil 33, das den Düsenhalter 32 an dem zweiten Bügel 12 befestigt. Der Düsenhalter 32 kann Vertikalfehler am Vorderande 28 der Düse 31 beim Wiedergabebetrieb absorbieren. Die Düse 31

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liegt in einer Ebene, die die optischen Achsen 26, 27 einschließt und das Vorderende 28 der Düse 31 liegt im Schnittpunkt der optischen Achsen 26 und 27. Die Plattform 2 wird von einer Transporteinrichtung 34 getragen, das eine endlose Kette umfaßt und der Manipulator 1 wird durch den Betrieb einer Kette der Transporteinrichtung 34 in der Richtung F bewegt, die senkrecht auf der Richtung E steht, in der das Werkstück 13 von einer Transporteinrichtung 35 bewegt wird. Die Transporteinrichtung 34 wird ihrerseits von einer Transporteinrichtung 36 getragen, die ein endloses Kettenband umfaßt, und die Transporteinrichtung 34 und damit der Manipulator 1 werden durch den Betrieb der Kette der Transporteinrichtung 36 in Richtung G parallel zur Richtung E bewegt. Die Transporteinrichtung 35 umfaßt beispielsweise einen Endlosbandförderer und befördert die Werkstücke 13 fortlaufend in Richtung E.

Wie unten beschrieben werden wird, speichert eine Steuereinrichtung 37, die einen Mikrocomputer oder ähnliches aufweist, die Lagedaten für den schwenkbaren Arm 3 des Manipulators 1 in einer Speichereinheit 38 als Lehrdaten gemäß einem Steuerprogramm 'ab, das zuvor in der Speichereinheit 38 im Lehrbetrieb gespeichert wurde, liest die Lehrdaten aus, die in der Speichereinheit 38 ebenfalls gemäß dem Steuerprogramm gespeichert wurden, und steuert gestützt auf die im Wiedergabebetrieb entsprechend ausgelesenen Lehrdaten den schwenkbaren Arm 3 des Manipulators 1. Die Steuereinrichtung 37 steuert auch die Funktion der Transporteinrichtungen 34 und 36 und die Transporteinrichtung 35 mit Hilfe des Signals eines Detektors 39, der optisch oder magnetisch das Herannahen von Werkstücken 13 erfaßt, des Signals einer Bildverarbeitungseinrichtung 40 und mit Hilfe des in der Speichereinheit 38 gespeicherten

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Steuerprogramms. Einzelheiten über den Lehr- und Wiedergabebetrieb mit dem Manipulator 1 sind in den erwähnten US-Anmeldungen 185 023 und 195 947 beschrieben. Die Bildverarbeitungseinrichtung 40 vergleicht die von der Fernsehkamera 17 empfangenen Bilder mit vorher in der Speichereinheit 41 gespeicherten Bezugsbildern und gibt als Ausgangssignal ein auf dem Ergebnis dos Vergleichs beruhendes Steuersignal an die Steuere.inr i c-htung 37 und den Motor 25 ab. Einzelheiten über die Bildvorarbeitungseinrichtung 40 .sind aus der US-Anmeldung 322 375 hekannt.

Die Funktion des dargestellen mehrgelenkigen Roboters 50 wird im folgenden erklärt. Nach dem Lehrbetrieb wird die Transporteinrichtung 35 angehalten und das Werkstück 13 in einer vorgegebenen Lage auf das Band der Transporteinrichtung 35 gebracht. Dann wird der Manipulator 1 manuell zum stillstehenden Werkstück 13 bewegt, während das Vorderende 28 an die Anfangsstelle 51 eines Abdichtungsvorgangs gebracht, die Achse 11 parallel zum zu bearbeitenden Dichtungsbereich 29 eingestellt, die optische Achse 26 senkrecht auf die bearbeitete Werkstücksoberfläche 14 gestellt und der Schnittpunkt der optischen Achsen 26 und 27 auf die Anfangsstelle 51 eingestellt wird. Danach wird das Vorderende 28 entlang dem Dichtungsbereich 29 zur Endstelle 52 verschoben, wobei die oben beschriebenen l.ageverhältnisse beibehalten werden. Während das Vorderende 28 von der Anfangsstelle 51 zur Endstelle 52 verschoben wird, werden alle . Stellungen für den schwenkbaren Arm 3 nacheinander als Lehrdaten gespeichert, d.h. es wird unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 37 ein Arbeitsprogramm in die Speichervorrichtung 38 eingespeichert. Jede Stellung für den schwenkbaren Arm 3 kann beispielsweise von einem an jedem Gele.nk des schwenkbaren Arms 3 angebrach-

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ten Potentiometer erfaßt werden. Im Wiedergabebereich wird die Transporteinrichtung 34 von der Transporteinrichtung 36 entgegen der Richtung A bewegt und unter Überwachung der Steuereinrichtung 37 in die Anfangslage am äußersten rechten Rand in Figur 2 gebracht. Nachdem die Transporteinrichtung 35 durch die Steuereinrichtung 37 mit dem Arbeitsbeginn-Signal in Betrieb gesetzt wurde, werden die Werkstücke 13 nacheinander in Richtung E bewegt. Wenn die Lagebeziehung zwischen dem ersten herangebrachten Werkstück 13 und der Transporteinrichtung . 34 gleich der im Lehrbetrieb eingestellten Lagebeziehung ist, werden die in der Speichervorrichtung 38 gespeicherten Lehrdaten aufgrund eines Signals des Detektors 39 ausgelesen, der unter Überwachung der

-| 5 Steuereinrichtung 37 die genannte Stellung optisch oder magnetisch erfaßt; dadurch wird der Manipulator 1 so gesteuert, daß das Vorderende 28 durch die Lehrdaten an die Anfangsstelle 51 gebracht wird, während andererseits die Transportvorrichtung 36 unter Überwachung der Steuereinrichtung 37 so betrieben wird, daß der Manipulator 1 synchron in der Bewegungsrichtung E des Werkstücks 13 bewegt wird. Manipulator 1 und Werkstück 13 werden also gleich schnell in Richtung E'bewegt. Nachdem das Vorderende 28 an die Anfangsstelle 51 gebracht wurde, untersucht die Bildverarbeitungseinrichtung 40 des Roboters 50 die von der Fernsehkamera 17 empfangenen Schlitzbilder 15. Wenn sich die Schlitzlichtquelle 16, die Fernsehkamera 17, das Werkzeug 18 und der Dichtungsbereich 29 in der gleichen Lagebeziehung wie im Lehrbetrieb befinden, empfängt die Fernsehkamera 17 Schlitzbilder 52 als ein Erkennungssignal. Wenn sich andererseits die Schlitzlichtquelle 16, die Fernsehkamera 17, das Werkzeug 18 und der Dichtungsbereich 29 des Werkstücks 13 in einer anderen Lagebeziehung als im

3J₃ Lehrbetrieb befinden, empfängt die Fernsehkamera 17

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beispielsweise Schlitzbilder 54 als Erkennungssignal. Bei den dem Schlitzbild 15 entsprechenden Abbildungen 55 in den Schlitzbildern 54 verkörpert der Abstand 58 in Richtung F zwischen der Stelle 56 für den abgeknickten Bereich, der sich an dem Absatz des Dichtungsbereichs 29 ergibt, und der Mitte 57 des Schlitzbildes 54 die Abweichung in der Richtung F zwischen dem Vorderende 28 und dem Dichtungsbereich 29. Wenn die Schi it/bilder b3 von der Fernsehkamera 17 aufgenommen werden, betätigt die Steuereinrichtung 37 des Roboters 50 direkt den schwenkbaren Arm 3, um das Vorderende 28 in Richtung D zu bewegen und zwar aufgrund eines Anzeigesignals der Bildverarbeitungsvorrichtung 40, so daß die Abdichtung im Dichtungsbereich 29 von der Anfangsstelle 51 bis zur Endstelle 52 entsprechend den Lehrdaten ausgeführt wird. Für den Fall, daß Schlitzbilder 54 von der Fernsehkamera 17 empfangen werden, gibt die Bildverarbeitungseinrichtung 40 als Ausgangssignäl ein dem Abstand 58 entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 37 des Roboters 50 ab, die die Transporteinrichtung 34 betätigt, um den Manipulator 1 entsprechend dem Anzeigesignal der Bildverarbeitungseinrichtung 40 in Richtung F zu bewegen, bis die Schlitzbilder 53 empfangen werden. Wenn als Ergebnis der Bewegung des Manipulators 1 in Richtung F die Schlitzbilder 53 empfangen werden, beginnt der Roboter 50 die Abdichtung im Dichtungsbereich 29 wie oben beschrieben. Während der Abdichtung im Dichtungsbereich 29 von der Anfangsstelle 51 bis zur Endstelle 52 in Übereinstimmung mit den. Lehrdaten, überwacht die Bildverarbeitungsvorrichtung 40 die von der Fernsehkamera 17 aufgenommenen Schlitzbilder, Wenn im Verlauf der Abdichtung aufgrund einer Verschiebung des Dichtungsbereichs 29 die Schlitzbilder 54 empfangen werden, betätigt die Bildverarbeitungseinrichtung 40 den umscha]tbaren Motor 25, um die

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Schi itzlichtquelle 16, die Fernsehkamera 17 und das Werkzeug 18 um die Achse 11 in Richtung H zu drehen, so daß das Schlitzbild 53 empfangen wird, und stellt das Vorderende 28 auf den Dichtungsbereich 29 ein. Der Abstand 58 kann dadurch erfaßt werden, daß die empfangenen Schlitzbilder 54 mit dem Schlitzbild 53 verglichen werden, das zuvor als Bezugsbild in der Speichereinheit 41 in Form von Digital-Signalen gespeichert wurde. Wenn die Abdichtung im Dichtungsbereich 29 entsprechend den Lehrdaten vollendet wurde, veranlaßt die Steuereinheit 37 die Transporteinrichtung 36 die Bewegung des Manipulators 1 in Richtung E zu beenden und bewegt dann den Manipulator 1 mit Hilfe der Transporteinrichtung 36 entgegengesetzt zur Richtung E, um den

-15 Manipulator 1 in die Ausgangsstellung zu bringen. Wenn der Manipulator 1 in Ausgangsstellung gebracht ist, wiederholt der Roboter 50 die Abdichtung in gleicher Weise beim nächsten herangebrachten Werkstück 13.

Iⁿ dem Ausführungsbeispiel wurden die Erklärungen für eine Verschiebung des zu bearbeitenden Bereichs in Richtung F gemacht, beispielsweise eines Dichtungsbereichs 29, der sich wie die Transportvorrichtung 35 in Richtung E erstreckt. Für den Fall, daß sich der Dichtungsbereich 29 beispielsweise in Richtung F erstreckt, wird die Schlitzlichtquelle 16 verschoben, so daß die Schlitzbilder auf der Werkstückoberfläche 14 senkrecht zur Richtung F erzeugt werden und die Bewegungsgeschwindigkeit des Manipulators 1 in Richtung E wird durch die Transporteinrichtung 36 entsprechend den Schlitzbildern richtig eingestellt, wodurch das Vorderende 28 unter Berücksichtigung von Verschiebungen des Dichtungsbereichs 29 in oder entgegen der Richtung E genau auf die Anfangsstelle 51 des Abdichtungsvorgangs eingestellt wird. Dadurch, daß der erste Bügel 9 an dem Gelenk 7 so

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angebracht ist, daß die Achse 11 parallel zum Dichtungsbereich 29 verläuft, kann bei Verschiebungen des Dichtungsbereichs 29 entgegen der Richtung E das Vorderende 28 genau dem Dichtungsbereich 29 von der Anfangsstel- ^ Ie 51 bis zur Endstelle 52 folgen., um ihn ebenso abzudichten, wie im vorangehenden Aüsführungsbeispiel, selbst wenn der Dichtungsbereich 29 sich in oder entgegen der Richtung E verschiebt. Der zu bearbeitende Bereich muß nicht notwendig gerade sein, wie oben be-

"Ό schrieben, sondern kann auch gekrümmt sein. In diesem Fall ist eine Erkennungsvorrichtung zur Erfassung gekrümmter Bereiche an der Spitze 8 des Gelenks 7 befestigt und beide Transporteinrichtungen 34 und 36 werden entsprechend einem Erfassungssignal, von der Erkennungsvorrichtung gesteuert. Zuerst wird das Vorderende 28 an eine Bezugsstelle des zu bearbeitenden Bereichs gebracht und während des den Lehrdaten entsprechenden Arbeitsvorgangs an diesem Bereich wird das Vorderende 28 der Verschiebung dieses Bereichs durch eine auf dem Erfassungsignal der Erkennungsvorrichtung beruhenden Betätigung der Transporteinrichtungen 34 und 36 nachgeführt. Obwohl als Bezugsstelle die Anfangsstelle 51 des Arbeitsvorgangs an dem Werkstück 13 gewählt wurde, kann dies stattdessen auch eine Ecke 59 des Werkstücks 13 sein. In diesem Fall werden im Lehrbetrieb die Bilder der Ecke 59 in der Speichereinheit 41 gespeichert. Im Wiedergabebetrieb wird das Vorderende 28 zuerst auf der Ecke 59 eingestellt, um deren Bilder zu erfassen. Die so gewonnenen Bilder werden mit den gespeicherten verglichen, um die Verschiebung des Werkstücks 13 zu erfassen; die Transporteinrichtungen 34 und 36 werden so gesteuert, daß Verschiebungen des Manipulators 1 kompensiert werden. Während in diesem Fall Verschiebungen der einzelnen Werkstücke 13 auf der Transporteinrichtung 35 einfach kompensiert werden

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können, kann die Verschiebung des zu bearbeitenden Bereichs selbst nicht leicht ausgeglichen werden. Deshalb ist es in den Fällen wünschenswert, die Bezugsstelle in dem zu bearbeitenden Bereich ?u wählen, in denen die Arbeitsbereiche für jedes Werkstück 13 etwas verschieden sind. Darüberhinaus kann die Erfindung nicht nur für Dichtungsroboter verwendet werden, sondern auch für Schweiß- oder Besch i chtungsroboter, für die ein an die Arbeitsweise angepaßtes Werkzeug ausgewählt wird, also ei" Schweißbrenner zum Schweißen b/w. eine Spritzdüse /um Beschichten.

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Claims

Ansprüche

Tndustrie-Roboter, gekennzeichnet durch:

- eine Speichereinheit (41) zur Speicherung eines Arbeitsprogramms;

- einen Manipulator (1) mit einem Werkzeug (18) an dessen Spitze (8), das gemäß dem in der Speichereinheit (41) gespeicherten Arbeitsprogramm in die richtige Lage bezüglich einem Werkstück (13) bringL)ar ist;

- eine Erkennungsvorrichtung, die zusammen mit dem Werkzeug (18) an dem Manipulator (1) vorgesehen ist und zur Erfassung eines zu bearbeitenden Bereichs (29) eines Werkstücks (13) dient;

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- eine Korrekturvorrichtung (22, 23, 24, 25) zur Korrektur der Stellung des Werkzeugs (18) gegenüber dem zu bearbeitenden Bereich (?9) aufgrund von Erfassungsignalen der Erkennungsvorrichtung; und

- Transporteinrichtungen (34, 36) zur Bewegung des Manipulators (1) aufgrund von Erfassungsignalen der Erkennungsvorrichtung bezüglich einer Bezugsstelle (51), so daß das Werkzeug (18) an die Bezugsstelle (51) des Werkstücks (13) bringbar ist.
2. Industrie-Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungsvorrichtung eine Fern-

sehkamera (17) zur Aufnahme von Bildern (53, 54) umfaßt, die auf das Werkstück (13) pr.oji/iert werden.
3. Industrie-Roboter nach Anspruch 2, dadurch gekenn-

zeichnet, daß in der Erkennungsvorrichtung ein von der Fernsehkamera (17) aufgenommenes Bild mit einem vorher gespeicherten Bezugsbild vergleichbar ist.
4. Industrie-Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Manipulator (1) einen schwenkbaren Arm (3) und eine Plattform (2) zur drehbaren Halterung des schwenkbaren Arms (3) aufweist, und

- daß die Plattform (2) auf den Transporteinricht.ungen (34, 36) angebracht ist.
5. Industrie-Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekenn-3^ zeichnet,

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- daß der Roboter (50) eine Transporteinrichtung (35) zur Beförderung des Werkstücks (13) aufweist ; und

- daß eine Transporteinrichtung (36) zur Bewegung 5 des manipulators (1) in der gleichen Richtung E

wie das von der Transporteinrichtung (35) beförderte Werkstück (13) dient.
6. Industrie-Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekenri-10 zeichnet, daß eine Bezugsstelle (51) auf dem zu bearbeitenden Bereich (29) einstellbar ist.

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