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BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Roboterabrichtverfahren
und eine Roboterabrichteinrichtung, und sie betrifft insbesondere ein Verfahren
und eine Einrichtung zum manuellen Führen und zur Punktlokalisierungsabrichtung
von Robotern unter Einschluß von Grob- und Feinbetriebsweise.
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Industrielle Roboter sind in der Lage, jede Anzahl von Aufgaben an
jedem der Punkte innerhalb ihrer speziellen Arbeitsumhüllungskurven bzw. -reichweiten
zu erfüllen. Ein Roboter ist typischerweise mit einem Computerprogramm versehen,
das Instruktionen für die Aufgabe hat, die an jedem speziellen Ort erfüllt werden
soll. Jedoch müssen die Orte dem Roboter "gelehrt" werden, was hier auch damit bezeichnet
wird, daß der Roboter auf die Orte bzw. Punktlokalisierungen "abgerichtet" werden
muß, d.h., der Roboterarm muß zu jedem gewählten Ort innerhalb der Arbeitsumhüllungskurve
bzw. -reichweite geführt werden, wobei seine Koordinaten in dem Roboterspeicher
registriert werden, bevor er irgendeinen neuen Satz von programmierten Aufgaben
in Angriff nimmt. Es sei darauf hingewiesen, daß in den meisten Anwendungsfällen
der Weg zwischen den Punkten während des Lern- bzw. Abrichtprozesses irrelevant
ist.
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Es werden derzeit eine Anzahl von Verfahren zum Abrichten von Robotern
angewandt. Diese umfassen typischerweise einen Fernsteuerantriebsmechanismus, der
von einer Bedienungspson betätigt wird, welche den Roboter durch einen manuell gesteuerten
Weg zu dem gewünschten Ort leitet, indem sie die Roboterarme so lenkt, daß sie sich
in Schritten oder kontinuierlich in der Richtung bewegen, die von der Bedienungperson
angegeben worden ist. Typischerweise werden hie-i, I Schalter zum Lenken des Roboters
derart, daß er sich zu
ner gegebenen Zeit in einer oder zwei Achsen bewegt, verwendet,
oder es wird eine Tastatur verwendet, in der gewisse Tasten den Roboter so lenken,
daß er sich um eine vorbestimmte Entfernung in einer gegebenen Richtung bewegt.
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Das ist aus mehreren Gründen ein sehr zeitaufwendiger Prozeß. Erstens
ist der Roboter aus Sicherheitsgründen, da die Bedienungsperson in der Nähe des
Roboters steht, während sie seine Bewegungen führt, so ausgelegt, daß er sich während
der Lern- bzw. Abrichtphase mit seiner langsamsten Bewegungsgeschwindigkeit bewegt.
Zweitens muß der Roboter aus Gründen der Aufzeichnung in einer Anordnung, die im
wesentlichen eine geschlossene Bedienungsperson-Roboter-Schleife ist, manuell zu
jedem der Orte geführt werden, und zwar zu einem nach dem anderen. Die Bedienungsperson
stellt fest, zu welchem Punkt sich der Roboter in Ansprechung auf den vorhergehenden
Befehl bewegt, und dementsprechend entscheidet sie, in welcher Richtung und mit
welchem Schritt er sich als nächstes bewegen soll. Drittens gestatten die meisten
konventionellen Lehr- bzw. Abrichteinrichtungen aus Sicherheitsgründen die Bewegung
längs nur einer Achse auf einmal, was eine manuelle Führung schwieriger macht. Viertens
muß das System auf eine speziell ausgelegte Betriebsweise zum Lehren bzw. Abrichten
des Roboters geändert werden, was sowohl durch zusätzliche Hardware als auch durch
zusätzliche Software durchgeführt wird.
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Zwar können in konventionellen Systemen Änderungen des Maßstabs bewirkt
werden, d.h. es kann die Größe des Schritts, die durch irgendeinen gegebenen Schalter
oder irgendeine gegebene Taste angegeben wird, geändert werden. Jedoch erfordert
dies eine Änderurig der Lehr- bzw. Abrichtsoftware.
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Allgemein ist keine lokaler Maßstab auf dem Lehr- bzw. Abrichtmonitor
verfügbar.
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Es ist außerdem eine Einrichtung zum Lenken der Roboterbc-.' wegung
bekannt, die als Steuerknüppel bezeichnet wird und zum Erzielen einer direkten und
kontinuierlichen Steuerung der Roboterbewegung dient. Die Nachteile des Steuerknüppels
bestehen insbesondere darin, daß er leicht zu Bruch gehen kann, relativ teuer und,
da er ein mechanisches Bauteil ist, unzuverlässig ist.
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Auf dem Gebiet der Computer ist eine Anzahl von Einrichtungen zum
Einlesen von Zeichnungen in den Speicher eines Com puters, die als Digitalisierer
bzw. Analog-Digital-Wandler bezeichnet werden, auf dem Markt verfügbar. Diese weisen
typischerweise ein Blatt auf, das über einem Elektronikgitter oder einer Elektronikmatrix
liegt, die an den Computer angekoppelt ist. Ein Läufer, der ein Solenoid besitzt,
kann entlang der Oberfläche des Digitalisierers bzw. Analog-Digital-Wandlers bewegt
werden, und beim Betätigen des Läufersolenoids werden die x- und y-Koordinaten des
Orts des Läufers auf der Matrix abgefühlt und im Computer aufgezeichnet. Auf diese
Weise kann eine Zeichnung dadurch, daß der Läufer entlang den Linien in der Zeichnung
von einem Punkt zum anderen bewegt wird, im Computerspeicher registriert werden.
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Es sind außerdem optische Digitalisierer bzw. Analog-Digital-Wandler
bekannt,. die eine Mehrzahl von Lichtquellen und eine Mehrzahl von Spiegeln und/oder
Lichtdetektoren zum Abfühlen des Orts des Läufters aufweisen.
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Es ist auch bekannt, den Computer derart zu instruieren, daß er jedem
Satz von Koordinaten, wenn er sie aufnimmt, eine Bezugsbezeichnung zuordnet oder
daß er eine Linie zwschen aufeinanderfolgenden Punkten zieht oder daß er eirser
Kreis um einen gegebenen Punkt zieht. In entsprechender t-: se ist es außerdem bekannt,
den Läufer derart zu verwebt
daß man den sichtbaren Läufer auf dem
Computerschirm so bewegt, daß er von der Bedienungsperson gesehen wird.
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Schließlich gibt es auf dem Computermarkt eine Einrichtung, die als
eine Maus bekannt ist, wobei es sich typischerweise um einen frei bewegbaren Kasten
handelt, der auf seiner einen Seite Schrittkodierer aufweist. Allgemein besitzt
eine solche Maus eine Spurkugel oder vorstehende drehbare Kodierer zum Rollen der
Kugel längs einer Oberfläche und zum Erzeugen einer Ausgangsanzeige bzw. eines Ausgangssignals
des relativen Orts der Maus. Diese Maus wird typischerweise dazu verwendet, durch
entsprechende Bewegung des Computerläufers eine Zeichnung auf einem Computerschirm
zu erzeugen.
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Kurz zusammengefaßt sollen mit der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung
und ein Verfahren zum schnellen und genauen Führen von Roboterarmen zu verschiedenen
Orten für die Punktabrichtung bzw. -unterweisung zur Verfügung gestellt werden,
mit denen die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird infolgedessen ein Verfahren
zum Abrichten bzw. Unterweisen eines Roboters in der Punktlokalisation zur Verfügung
gestellt, das die Verfahrensschritte des Anzeigens bzw. Angebens des gewünschten
Punkts auf einer Digitalisierungstafel bzw. Analog-Digital-Wandler-Tafel und des
Veranlassens des Roboterarms, daß dieser zu dem angegebenen bzw. angezeigten Punkt
springt, umfaßt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren außerdem
die Verfahrens schritte des Führens des Roboterarms durch Bewegen eines Läufers
entlang der Digitalisierungstafel bzw. Analog-Digital-Wandler-Tafel und des Veranlassens
des Roboterarms, daß sich dieser um eine entsprechende E;---
fernung in der entsprechenden Richtung bewegt, nachdem der Roboterarm
gesprungen ist, auf.
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Weiterhin umfaßt das Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
außerdem das Variieren des Maßstabs, so daß eine Führung zur genauen gewünschten
Punktlokalisierung ermöglicht wird. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt
des Aufzeichnens des Orts bzw. Punkts in dem Roboterspeicher, nachdem der Roboter
dahin geführt worden ist, umfassen.
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Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Lehren,
Abrichten, Unterweisen o.dgl. eines Roboters zur Punktlokalisierung zur Verfügung
gestellt, das die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Ankoppeln eines Elektronikmatrixelements
an die Roboterregel- bzw. -steuereinrichtung, Bewegen eines Führungs- und Zeiger-
bzw. Zeigeelements auf eine gewünschte Punktlokalisierung auf der Oberfläche des
Matrixelements, welche der Lokalisierung auf der Arbeitsoberfläche entspricht, Veranlassen,
daß das Führungs-und Zeiger- bzw. Zeigeelement ein Signal erzeugt, Veranlassen,
daß das Elektronikmatrixelement abgetastet wird, und zwar so, daß das Führungselementsignal
abgefühlt und ein Ausgangssignal in Ansprechung darauf erzeugt wird, welches der
Lokalisierung des Führungs- und Zeiger- bzw. Zeigeelements auf dem Matrixelement
entspricht, und Veranlassen, daß sich der Roboterarm zu einem Ort in seiner Arbeitsumhüllungskurve
bzw. -reichweite in Ansprechung auf das Ausgangssignal bewegt, welcher dem Ort des
Führungs- und Zeiger- bzw. Zeigeelements auf dem Matrixelement entspricht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verfahren
das Anordnen bzw. Placieren des Robotc--ls in einer Springbetriebsweise, in welcher
bewirkt wird, d sich der Roboterarm mit einem Springen relativ hoher Ccschwindigkeit
zu
dem angegebenen Ort bewegt, und zwar vorzugsweise längs des kürzesten Wegs, und
danach Anordnen bzw.
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Placieren des Rotobers in einer Führungsbetriebsweise, in welcher
bewirkt wird, daß sich der Roboterarm im wesentlichen kontinuierlich bewegt, und
zwar in Ansprechung auf die Bewegung des Führungs- und Zeiger- bzw. Zeigeelements
entlang der Oberfläche des Matrixelements.
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Außerdem wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Punktabrichteinrichtung
zur Verfügung gestellt, die eine Einrichtung zum wahlweisen Veranlassen eines Roboterarms
derart, daß sich dieser zu einem ungefähren Ort in seiner Arbeitsumhüllungskurve
bzw. -reichweite in einem Springen relativ hoher Geschwindigkeit bewegt und dann
zum wahlweisen Veranlassen des Roboterarms derart, daß sich dieser von dem ungefähren
Ort zu einem speziellen bzw. genauen Ort in seiner Arbeitsumhüllungskurve bzw. -reichweite
in inkrementellen bzw. schrittweisen Bewegungen bewegt, umfaßt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Einrichtung zum
Veranlassen des Roboterarms, derart, daß sich dieser bewegt, ein Elektronikmatrixelement
auf, das an die Roboterregel- bzw. -steuereinrichtung angekoppelt ist, und ein Führungs-
und Zeiger- bzw. Zeigeelement, das dazu geeignet ist, um bzw. über die Oberfläche
des Matrixelements bewegt zu werden, wobei das Führungs- und Zeiger- bzw. Zeigeelement
eine Einrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Signals aufweist und wobei das Elektronikmatrixelement
eine Einrichtung zum Abfühlen bzw. Detektieren des Führungselementsignals und zum
Erzeugen eines Ausgangssignals in Ansprechung hierauf, welches dem Ort des Führungs-
und Zeiger-bzw. Zeigeelements auf dem Matrixelement entspricht, besitzt, sowie eine
Einrichtung, die auf das Ausgangssignal zum Instruieren des Roboterarms derart,
daß sich dieser zu einem Ort in seiner Arbeitsumhüllungskurve bzw. -reichweite
bewegt,
welcher dem Ort des Führungs- und Zeiger- bzw. Zeigeelements auf dem Matrixelement
entspricht.
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Schließlich umfaßt das Führungs- und Zeiger- bzw. Zeigeelement gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Betriebsweisenregel- bzw.
-steuereinrichtung zum wahlweisen Bewirken einer Bewegung in einer Springbetriebsweise
oder in einer Führungsbetriebsweise.
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Das Verfahren und die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung
werden zu ihrem weiteren Verständnis und zu ihrer weiteren Würdigung nachfolgend
anhand einer in nähere Einzelheiten gehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert; es zeigen: Figur 1 eine
Aufsichtsdarstellung einer Roboterpunktabrichtungseinrichtung, die gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und arbeitet; Figur 2 eine Detailansicht
von oben auf die Steuertafel und die Matrixoberfläche der Einrichtung nach Figur
1; Figur 3 eine Detailansicht der Führungs- und Zeiger- bzw.
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Zeigeeinrichtung der in Figur 1 dargestellten Einrichtung; Figur
4 ein schematisches Datenfließdiagramm einer Softwaretreiberunterstützungsoperation
der Einrichtung nach Figur 1 von der Roboterseite; und Figur 5 ein Blockschaltbild
einer bevorzugten Ausführungsform einer Ortidentifizierungseinrichtung, welche die
Zeiger- bzw. Zeige- und Führungseinrichtung,
die Matrix und den internen Computer miteinander verbindet.
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In der nun folgenden, in nähere Einzelheiten gehenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sei zunächst auf Figur 1 Bezug genommen,
in der eine Roboterführungs- und -punktabrichtungseinrichtung zum Abrichten eines
Roboters (10) auf Punktlokalisierungen bzw. -orte gezeigt ist, die gemaß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist und arbeitet. Diese Einrichtung ist besonders geeignet zur
Punktabrichtung von Robotern des Scara- und des cartesischen Typs für X-Y-Tafeln
und für andere Einrichtungen, die in Zusammenbau-, Nimm-auf-und-placiere- und Palettisierungsanwendungen
involviert sind. Die Bezeichnung "Roboter", wie sie hier verwendet wird, umfaßt
insbesondere alle diese Einrichtungen, ist jedoch nicht auf solche Roboter beschränkt.
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Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Einrichtung
zum manuellen Führen eines Roboterarms. Sie kann in jeder Anzahl bzw. Art von Anwendungen
benutzt werden. Sie wird nachstehend unter spezieller Bezugnahme des Abrichtens,
Lehrens bzw. Unterweisens von Punktlokalisierungen beschrieben, wobei es sich jedoch
nur um ein Beispiel handelt, da das eine Anwendung ist, für die sie speziell geeignet
ist.
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Die Punktabrichtungseinrichtung ist an den Roboter (10) über die Roboterregel-
bzw. -steuereinrichtung (12) oder einen anderen Rechner angekoppelt, welche bzw.
welcher eine Programmierungslogik zum Übersetzen der Ausgangsdaten, die von einem
internen Computer der Punktabrichtungseinrichtung herkommen, in Roboterbewegungsbefehle,
die von dem Roboter ausgeführt werden sollen, aufweist. Diese Einrichtung ist mit
der Roboterregel- bzw. -steuereinrichtung zum Beispiel
mit einem
seriellen Standardverbindungsglied RS232 als Schnittstelle verbunden.
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Die Punktabrichtungseinrichtung selbst weist eine Tafel (13) auf,
die ein Gehäuse für eine Matrix (14), eine Mehrzahl von Tasten, eine Sichtwiedergabeeinrichtung
und einen internen Mikroprozessor (nicht gezeigt) bildet. Ein mobiles Führungs-
und Zeiger- bzw. Zeigeelement (16) ist mit der Tafel (13) verbunden, und zwar vorliegend
durch ein flexibles Kabel. Jedes dieser Elemente ist in näheren Einzelheiten aus
den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Die Matrix (14) umfaßt eine Digitalisierungstafel
bzw. eine Analo-Digital-Wandler-Tafel die eine Anordnung von parallelen Leitern
(18) besitzt, welche in einer Kett- und Schußfädenmatrix (horizontal und vertikal,
x und y) angeordnet sind. Während des Lehr- bzw. Abrichtvorgangs wird eine kurze
Darstellung (20), welche die Arbeitsumhüllungskurve bzw. -reichweite des Roboters
simuliert und Angaben der Punkte, die gelehrt bzw. auf die der Roboter abgerichtet
werden soll, aufweist, auf der Matrix angeordnet, wie weiter unten in näheren Einzelheiten
erörtert ist. Die kurze Darstellung (20) repräsentiert die Arbeitsoberfläche des
Roboters in einem Maßstab, der den Dimensionen der Roboterarme angemessen ist.
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Die Tafel (13) weist eine Mehrzahl von Schaltertasten auf, die funktionell
in drei Gruppen unterteilt sind: Operationstasten (22), wie beispielsweise Kalibrierungs-
bzw. Eichtasten und Tasten für spezielle Zwecke; Bewegungssteuertasten (24), d.h.
Sprungtasten zum Bewegen des Roboterarms und zum Manipulieren einer Werkzeuganbringung;
und Punktlehr- bzw. -abrichttasten, die einen numerischen Tastenblock (26) zum Wählen
einer Ortszahl umfassen. Außerdem ist eine Flüssigkristallsichtwiedergabeeinrichtung
(28) vorgesehen, die vorzugsweise vier Ziffern aufweist und zur Sichtwiedergabe
der gewählten Ortszahl dient.
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Zur Sicherheit ist die Einheit mit einem Notstoppknopf (30) versehen,
der den Roboter in einem Notfall von der Stromversorgung trennt. Vorzugsweise ist
der Notstoppknopf (30) direkt an die Roboterregel- bzw. -steuereinrichtung angekoppelt.
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Es sei nun auf Figur 3 Bezug genommen, in der ein Beispiel eines Führungs-
und Zeiger- bzw. Zeigeelements (16) gezeigt ist. Das Element (16) weist eine Solenoidspule
(32) auf, die beispielsweise in einer durchsichtigen Platte (34), zum Beispiel in
oder an einer Perspex- bzw. Plexiglas- bzw. Acrylglasplatte oder einer sonstigen
Platte aus durchsichtigem Kunststoff, Glas o.dgl., angebracht ist, und eine Mehrzahl
von Operationstasten (36). Das Element (16) ist außerdem mit einem Drücke-um-zu-aktivieren-Schalter
(38) versehen, um eine unbeabsichtigte Bewegung des Roboters zu verhindern.
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Weiter ist auf dem Führungselement (16) ein Balkendiagramm bzw. eine
Balkenanzeige (40) vorgesehen. Das Balkendiagramm bzw. die Balkenanzeige (40) weist
vorzugsweise eine Mehrzahl von lichtemittierenden Dioden (LEDs) auf, wobei diejenige
Anzahl von lichtemittierenden Dioden, die zu einem bestimmten Zeitpunkt aufleuchtet,
das augenblickliche Niveau der Auflösung der Matrix anzeigt.
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Ein Beispiel geeigneter Tasten und Schalter auf der Tafel (13) und
eines geeigneten Führungs- und Zeiger- bzw. Zeigeelements (16) ist in den nachfolgenden
Tabellen angegeben.
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Die genaue Funktion von jeder der Tasten ist weiter unten in näheren
Einzelheiten beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß andere Tasten und
Schalter zum Ausführen von anderen und/oder zusätzlichen Funktionen zusätzlich oder
alternativ vorgesehen sein können. Die Anordnung der Tasten ist entweder als CP
(Zentralprozesso-> (auf der Tafel 13) oder als GPE (Führungs- und Zeiger- b.
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Zeigeelement) (auf dem Führungselement (16)) in den Tabellen angegeben.
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TABELLE I Operations- bzw. Betriebstasten Taste Ort Funktion CAL
O CP Um den (0,0) Bezugspunkt der x- und y-Achse der Matrix zu definieren, so daß
dieser demjenigen des Roboters entspricht CAL Z CP Um den Abstand zu definieren,
um den der Roboterarm in der Z-Richtung vom höchsten möglichen Punkt zu dem Arbeitsabstand
über der Arbeitsoberfläche bewegt wird E STOP CP Notstopp F1-F3 CP Verfügbar, um
vom Benutzer festgesetzt zu werden MODE GPE Änderung der Operationsbetriebsweise:
Springen oder Führen GPE Machen die Auflösung niedriger in der Führungsbetriebsweise
> GPE Machen die Auf lösung höher in der Führungsbetriebsweise PTG GPE Drücke-um-zu-aktivieren-mechanischer-Schalter,
der zum Aktivieren der Führungsbetriebsweise benutzt wird.
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TABELLE II Bewegungssteuertasten Taste Ort Funktion HOME CP Um den
Roboter zu seinem Startpunkt oder Heimat-Punkt zurückzubringen
TABELLE
II (Forsetzung) Taste Ort Funktion -> CP Um den Roboter nach rechts zu bewegen
(in der -X-Richtung) CP CP Um den Roboter nach links zu bewegen (in der +X-Richtung)
t CP Um den Roboter von der Bedienungsperson weg zu bewegen (in der -Y-Richtung)
+ CP Um den Roboter nach der Bedienungsperson hin zu bewegen (in der +Y-Richtung)
CP CP Um den Roboter aufwärts zu bewegen (+Z) Z; CP Um den Roboter abwärts zu bewegen
(-Z) CP CP - Um ein Werkzeug, das an dem Roboterarm angebracht ist, im Gegenuhrzeigersinn
zu drehen CP CP Um ein Werkzeug, das an dem Roboterarm angebracht ist, im Uhrzeigersinn
zu drehen G<--> CP Um ein Werkzeug zu manipulieren (d.h., einen Greifer zu
öffnen), das an dem Roboterarm angebracht ist G-><- CP Um ein Werkzeug zu
manipulieren (d.h., einen Greifer zu schließen), das an dem Roboterarm angebracht
ist JUMP GPE Um zu veranlassen, daß der Roboterarm direkt zu dem Punkt auf bzw.
in der Arbeitsumhüllungskurve bzw. -reichweite springt, der demjenigen entspricht,
den das GPE (Führungs- und Zeiger- bzw. Zeigeelement) auf der Matrixoberfläche der
Tafel anzeigt
TABELLE III Punktabrichtungstasten Tasten Ort Funktion
0 - 9 CP Definieren die serielle Zahl des Punkts, der registriert wird (d.h. im
Bereich 0 < N < 9999) DEC CP Zum Vermindern der existierenden seriellen Zahl
um 1 INC CP Zum Erhöhen der existierenden seriellen Zahl um 1 CLR CP Ortlöschung
- löscht eine gewählte Punktlokalisierung aus dem Robotercomputerspeicher REC GPE
Ortaufzeichnung - zeichnet eine gewählte Punktlokalisierung im Robotercomputerspeicher
auf VER CP Verifizierung - veranlaßt den Roboter, von seiner gegenwärtigen Position
zu einem gewählten Punkt zu springen, um den Punkt zu verifizieren, der im Roboterspeicher
aufgezeichnet ist.
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In den Tabellen I bis III sollten die folgenden Punkte mit Bezug auf
die Bewegungssteuertasten, die durch einen Pfei] bezeichnet sind, beachtet und gemerkt
werden: 1. Jedes Niederdrücken der Taste bewirkt eine Bewegung des Arms um einen
Betrag, der durch die Auflösung bestimmt ist, die auf dem Führungselement (16) gewählt
worden ist, 2. Der Kopf des Pfeils zeigt die Richtung der Roboterbewegung vom Gesichtspunkt
der Bedienungsperson her an.
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3. Die Richtung der Bewegung längs der Achsen ist definiert relativ
zu dem Koordinatensystem des Roboters, bei dr
es sich im vorliegenden
Fall um ein rechtshändiges cartesisches System handelt.
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4. Bei den Bewegungssteuertasten ist ein verlängerter bzw.
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längerer Druck als eine Reihe von Niederdrückvorgängen der Taste
zu verstehen, wobei jedes Intervall, das länger als eine halbe Sekunde ist, eine
gesonderte Betätigung der Taste bildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Tasten flache Membranentasten,
die keine Federreaktion (nicht fühlbar) haben, die jedoch vorzugsweise eine höhrbare
Rückmeldung aufweisen, wie beispielsweise mittels eines Summers.
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Weiter ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Summer (nicht
gezeigt) vorgesehen. Zusätzlich zum Vorsehen einer höhrbaren Rückmeldung, wenn eine
Taste niedergedrückt wird, gibt der Summer ein Warnsignal im Falle eines Operations-
bzw. Betriebsfehlers ab.
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Es ist ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die
Punktlehr- bzw. -abrichtungseinrichtung zwei Operationsbetriebsweisen hat. Die erste
ist eine grobe Springbetriebsweise, in welcher der Roboterarm dahingehend instruiert
wird, daß er auf dem kürzestmöglichen Weg zu einem Ort in der Arbeitsumhüllungskurve
bzw. -reichweite springt, welcher den gewünschten Ort auf der Arbeitsoberfläche
approximiert. Die zweite ist eine Feinabstimmungsführungsbew triebsweise, in der
der Roboterarm kontinuierlich oder in relativ kleinen Schritten zu dem genauen gewünschten
Ort geführt wird, und zwar ohne Korrelation zu der simulierten Arbeitsumhüllungskurve
bzw. -reichweite.
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Es sei nun der Betrieb der Punktabrichtungseinrichtung nach der vorliegenden
Erfindung unter weiterer Bezugnahme au
die Figuren 1 bis 3 erläutert.
Auf der Matrix (14) wird eine Simulation (20) der Arbeitsumhüllungskurve bzw. -reichweite
oder des Werkstücks des speziellen Roboters oder der speziellen Maschine angeordnet.
Wie man aus Figur 2 sehen kann, sind die notwendigen Punkte, auf die der Roboter
abgerichtet werden soll, auf der Simulation (20) angegeben, und zwar möglicherweise
mit der gewünschten seriellen Zahl, die benachbart hierzu verzeichnet ist. Die Einrichtung
wird so kalibriert bzw. geeicht, daß die (0,0) Bezugsstelle der Matrix mit derjenigen
des Roboters (bei 42 in Figur 2 angegeben) fluchtet, was durch Niederdrücken der
Taste CAL 0 geschieht. Das System wird dann visuell getestet, indem man den HOME-Befehl
erwirkt, um zu veranlassen, daß sich der Roboter in seine Heim- bzw. Ausgangsposition
bewegt. Dadurch wird sichergestellt, daß alle Übertragungsleitungen richtig verbunden
sind und daß das System operativ ist.
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Der MODE-Schalter (Betriebsweisenschalter) bringt den Roboter automatisch
(Vorgabewert) in die Springbetriebsweise.
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Das Führungs- und Zeigeelement (16) wird auf der Matrix (14) angeordnet,
und zwar so, daß die Mitte der Spule auf den gewünschten Punkt auf der Simulation
gerichtet ist. Die entsprechende serielle Zahl wird manuell auf dem numerischen
Tastenfeld eingegeben. Der JUMP-Schalter (Springschalter) auf der Führungseinrichtung
wird niedergedrückt, und der Ort des Führungselements wird durch die Elektronik
der Einrichtung bestimmt, wobei der interne Mikroprozessor Daten zur Robotersteuereinrichtung
(12) überträgt. Die entsprechenden Roboterkoordinaten werden bestimmt, und die Robotersteuereinrichtung
lenkt den Roboterarm so, daß dieser zu dem Ort springt, welcher demjenigen des Führungselements
(16) entspricht. Der Roboterarm bewegt sich über den Weg, der die kürzeste Zeit
erfordert, mit hoher Geschwindigkeit von seiner vorherigen Position zu der neu angegebenen
Position.
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Es ist zu bevorzugen, daß sich der Roboterarm in seiner maximalen
Höhe in der Springbetriebsweise bewegt, damit er Hindernisse auf der Arbeitsoberfläche
vermeidet. Der Roboterarm senkt sich dann an dem angegebenen Punkt ab. Das ermöglicht
es dem Roboterarm, sich mit seiner schnellsten Geschwindigkeit längs des die geringste
Zeit erfordernden Wegs zu dem angegebenen Punkt zu bewegen, und zwar unabhängig
von den Konturen der aktuellen Arbeitsoberfläche. Die Strecke der Abwärtsbewegung
kann gewünschtenfalls fest sein, indem man die CAL Z-Taste (Z-Kalibrier- bzw. -Eichtaste)
benutzt.
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Wenn der Roboterarm nun den angenäherten Ort in der Springbetriebsweise
erreicht hat, wird das System in die Führungsbetriebsweise umgeschaltet, in welcher
der Roboterarm kontinuierlich oder in relativ kleinen Schritten zu dem genauen gewünschten
Ort geführt wird. Um von der Springbetriebsweise in die Führungsbetriebsweise umzuschaltet,
wird die MODE-Taste (Betriebsweisentaste) auf dem Führungselement (16) niedergedrückt.
Durch Benutzen der Auflösungsänderungstasten auf dem Führungselement (16) wird die
gewünschte Auflösung eingestellt. Das bedeutet, daß das gewünschte Verhältnis von
einer Entfernungseinheit auf der Matrix zu einer Entfernungseinheit der Bewegung
in Roboterkoordinaten über das Führungselement eingegeben und auf der Balkenanzeige
(40) angezeigt wird.
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In der Führungsbetriebsweise erfüllt das Führungselement (16) eine
"Maus"-Funktion, um den Roboterarm von der ungefähren Punktlokalisierung, an welcher
er während des Sprin gens angekommen ist, zu seinem präzisen Ort zu führen, und
zwar vorzugsweise mit einer Auswahl von einer Anzahl von verfügbaren Auflösungsniveaus
der Digitalisierungsmatrix bzw. Analog-Digital-Wandler-Matrix. Aus Sicherheitsgründen
wird das Führungselement (16) in der Führungsbetriebswe1-nur
dann
aktiviert, wenn man die Niederdrück-um-zu-aktivieren-Taste betätigt. Dadurch wird
eine unbeabsichtigte Bewegung des Roboters in Ansprechung auf eine versehentliche
Bewegung des Führungselements verhindert.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Springbetriebweise eine Bestimmung
des Orts des Führungselements und des entsprechenden Orts des Robotersarms relativ
zu dessen Heim- bzw.
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Ausgangspunkt und zur Arbeitsumhüllungskurve durch den Computer liefert.
Andererseits beinhaltet die Führungsbetriebsweise eine Bestimmung der Änderung des
Orts des Führungselements, d.h. wieviel und in welcher Richtung sich das Führungselement
von irgendeinem Anfangsort bewegt hat, und der Roboterarm bewegt sich in einer entsprechenden
Weise von dem Ort, zu dem er während der Springbetriebsweise gesprungen ist. Auf
diese Weise ist eine Referenz zu der Simulation (20) auf der Matrix in der Führungsbetriebsweise
unnötig. Der Ort des Roboterarms wird von der Bedienungsperson visuell geprüft,
und es werden die erforderlichen Einstellungen ausgeführt.
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Um in der Führungsbetriebsweise zu sein, wird die MODE-Taste des Führungselements
(16) niedergedrückt, wodurch die Operationsbetriebsweise von der Springbetriebsweise
zu der Fürungsbetriebsweise geändert wird. In der Führungsbetriebsweise placiert
die Bedienungsperson das Führungselement irgendwo auf der Matrix (14), vorzugsweise
nach der Mitte zu, um die größte Bewegungsfreiheit zu ermöglichen, und sie bewegt
das Führungselement in der Richtung, in der sich nach ihrem Wunsch der Roboter bewegen
soll. Die Laufstrecke des Roboterarms ist der Verschiebungsstrecke des Zeige- und
Führungselements auf der Matrix proportional, und zwar entsprechend der gewählten
Auflösung. Die Auflösung kann jederzeit von der Bedienungsperson verändert werden,
indem diese die mit < und > bezeichneten Tasten auf
dem Führungselement
benutzt. In der dargestellten Ausführungsform stehen der Bedienungsperson 10 abgestufte
Auflösungsniveaus zur Verfügung.
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In der Führungsbetriebsweise bewegt sich der Roboter vorzugsweise
längs der horizontalen Oberfläche, wenn die Arbeitsoberfläche planar bzw. eben ist.
Wenn die Arbeitsoberfläche nicht planar bzw. nicht eben ist, kann die Höhe des Roboterarms
nötigenfalls auf jede gewünschte Höhe eingestellt werden, indem man die mit dem
aufwärtsgerichteten und die mit dem abwärtsgerichteten Pfeil versehene Z-Taste benutzt.
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In der Führungsbetriebsweise kann die Einrichtung entweder für kontinuierliche
oder schrittweise Roboterbewegung vorgesehen sein oder benutzt werden. Wenn der
Roboter kontinuierlich bewegt werden soll, wird die Niederdrück-um-zu-aktivieren-Taste
während der gesamten Führungsbewegung niedergedrückt, und der Ort des Führungselements
wird mit einer festgelegten Rate von beispielsweise 1 bis 20 msec signalisiert.
Aufgrund der Partizipation einer menschlichen Bedienungsperson kann eine Verzögerung
zwischen der aktuellen Roboterposition und der Relativposition des Führungselements
vorhanden sein. Diese Verzögerung wird durch die relativ lange bzw. große Zeitkonstante
des Roboters verursacht, die ein verzögertes Ansprechen bewirkt, und durch die langsame
Ausführungsgeschwindigkeit des Lern- bzw. Abrichtprogramms, wie weiter unten in
näheren Einzelheiten erörtert wird. Daher ist es in der kontinuierlichen Führungsbetriebsweise
erforderlich, daß die Bedienungspersoii relativ langsame Bewegungen ausführt, um
es dem Roboterarm zu ermöglichen, Schritt zu halten.
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Alternativ kann das Führungselement für eine inkrementelle bzw. schrittweise
Führungsbetriebsweise vorgesehen sei
oder benutzt werden, welche
es der Bedienungsperson gestattet, den Roboterarm dahingehend zu instruieren, daß
er sich in schrittweisen Sprüngen jeder gewünschten Länge bewegt, anstatt daß er
kontinuierlich folgt. Das wird dadurch erreicht, daß man das Führungselement zu
dem neuen Ort bewegt und die JUMP-Taste (Springtaste) niederdrückt. Dadurch wird
bewirkt, daß der Ort des Führungselement in diesem Augenblick der Robotersteuereinrichtung
signalisiert wird, die ihrerseits bewirkt, daß sich der Roboter um einen entsprechenden
Betrag bewegt.
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Wenn nun der Roboterarm zu dem genauen gewünschten Ort in der x- und
y-Achse geführt worden ist, können, sofern notwendig, weitere Einstellungen bezüglich
dessen Höhe über der Arbeitsoberfläche (Z-Richtung), wie auch bezüglich der gewünschten
Ausrichtung eines an dem Arm angebrachten Werkzeugs, sofern ein solches vorgesehen
ist, ausgeführt werden. Diese Einstellungen werden mittels der Bewegungssteuertasten
auf der Tafel (13) durchgeführt. Wenn dann die gewünschte- Position und Ausrichtung
erreicht ist, werden alle Koordinaten und anderen Parameter durch Niederdrücken
der Aufzeichnungstaste in dem Speicher der Robotersteuereinrichtung aufgezeichnet.
Die Parameter werden zusammen mit der seriellen Zahl der Punktlokalisierung bzw.
des Punktorts aufgezeichnet und sind zum Gebrauch durch die Robotersteuereinrichtung
beim Ausführen ihrer Arbeitssoftware verfügbar.
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In dem Fall, in dem eine Punktlokalisierung unrichtig aufgezeichnet
worden ist, oder im Falle einer Änderung von einer der Arbeitslokalisierungen bzw.
von einem der Arbeitsorte kann eine aufgezeichnete Punktlokalisierung aus dem Robotercomputerspeicher
gelöscht werden. Das wird dadurch erreicht, daß man die serielle Zahl des Punkts
auf dem Tastenfeld eingibt und die Löschtaste drückt.-Die serielle Zahl kann dann
"wiederverwendet" werden, d.h. es können
gewünschtenfalls neue
Koordinaten für den Punkt, der diese serielle Zahl hat, aufgezeichnet werden.
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Nachdem die gesamte Reihe von Punktlokalisierungen eine nach der anderen
im Computerspeicher aufgezeichnet worden ist, können die Punkte überprüft werden,
um sicherzustellen, daß der Roboterarm für eine spezielle serielle Zahl an dem richtigen
Ort ankommt. Ein Eingeben der seriellen Zahl des gewünschten Punkts, gefolgt von
dem Befehl "Verifizieren" instruiert den Roboterarm dahingehend, daß er sich zu
den Koordinaten und in die Ausrichtung bewegt, die bei bzw. in Verbindung mit dieser
seriellen Zahl aufgezeichnet worden sind. Die Punkte können einer nach dem anderen
dadurch verifiziert werden, daß man manuell die seriellen Zahlen erhöht oder vermindert
und die Taste "verifiziert" drückt, oder die Einrichtung kann für eine automatische
Verifizierungsfunktion ausgebildet oder eingerichtet sein, in der die seriellen
Zahlen in numerischer Reihenfolge verifiziert werden, wobei der Roboterarm während
einer Zeit, die zum visuellen Verifizieren der Position durch die Bedienungsperson
ausreicht, pausiert.
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Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird durch Punktabrichtungssoftware
geregelt bzw. gesteuert, die für den speziellen Roboter spezifisch ist und als Schnittstelle
zwischen der Tafel und der Roboterregel- bzw. -steuereinrichtung wirkt. Die Software
ermöglicht es der Roboterregel- bzw. -steuereinrichtung, zu interpretieren bzw.
diese zu interpretieren, und sie ermöglicht es dem Roboter, den Instruktionen von
der Einrichtung zu folgen. In Figur 4 ist ein Datenfließdiagramm von repräsentativer
Software dargestellt, und zu deren Verständnis wird auf die nachfolgende "Bezugszeichenliste
zur Figur 4" verwiesen.
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Bezugszeichenliste zu Figur 4 D1 - Punktlehr- bzw. -abrichtdatenübertragungssatz
D2 - Punktlehr- bzw. -abrichtdatenbotschaft D3 - Bewegungsrichtung D4 - Punktlehr-
bzw. -abrichtdatenkoordinaten D5 - Arbeitsumhüllungskurvendimensionen D6 - Robotergeschwindigkeit
D7 - Armkoordinaten D8 - Bewegungsschrittlänge D9 - Punktlehr- bzw. -abrichtdatenauflösung
Dl0 - Bewgungsrichtung Dll - Ortslehr- bzw.--abrichtungsbefehl D12 - Ortsidentifizierung
D13 - Bewegungsbefehl Dl4 - Ortsidentifizierung D15 - gegenwärtige Armposition D16
- Ortskoordinaten F1 - - Roboterparameterliste F2 - Ortsliste P1 - Punktlehr- bzw.
-abrichtdatenübertragungshantierer P2 - Botschaftsinterpretierer P3 - Skalierer
P4 - Armbewegungsbefehlsgenerator P5 - Ortsdateihantierer P6 - Roboterbewegungsregel-
bzw. -steuereinrichtung.
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Es sei darauf hingewiesen, daß jede geeignete Einrichtung der Ortsidentifikation
zwischen der Tafel (13) und dem Führungs- und Zeigeelement (16) vorgesehen sein
kann, und zwar kann dies eine induktive, kapazitive, optische und/ oder elektromagnetische
Einrichtung sein, jedoch ist die
Einrichtung nicht auf diese Arten
beschränkt, sondern kann auch eine Einrichtung von irgendeiner anderen Art sein.
Eine Blockschaltbilddarstellung einer geeigneten Anordnung zum Identifizieren des
Orts der Führungseinrichtung auf der Matrix ist in Figur 5 gezeigt.
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Im einzelnen ist in Figur 5 eine Matrix (50) gezeigt, die eine Anordnung
von Leitern (52) aufweist, welche parallel zur x-Achse angeordnet sind, sowie eine
Anordnung von Leitern (54), die parallel zur y-Achse angeordnet sind. Die Leiter
(52) sind an die Eingänge eines ersten Analogwählers (56) angekoppelt, während die
Leiter (54) an die Eingänge eines zweiten Analogwählers (58) angekoppelt sind.
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Ein Taktimpulsgeber (60), der von einem Mikroprozessor (61) in der
Tafel (13) betätigt wird, liefert Taktimpulse an drei unterschiedliche Elemente.
Erstens wird jeder Impuls der Spule des Führungselements (GPE) zugeführt, die mit
(62) bezeichnet ist. Das Vorhandensein des Impulses induziert eine Polarität in
den Matrixleitern, deren Stärke von dem Abstand des Leiters von der Mitte der Spule
abhängt. Zweitens stellt jeder Impuls einen Zähler (64) vor bzw. weiter, so daß
dadurch angegeben wird, welcher Leiter abgetastet wird. Und drittens wird der Impuls
gleichzeitig einem der Wähler (56) und (58) zugeführt und bewirkt dort, daß der
Wähler vor- bzw. weitergestellt wird, so daß er einen einzelnen Leiter (52) oder
(54) abtastet, welcher demjenigen entspricht, der im Zähler (64) angegeben ist.
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Wenn in dem Leiter, der abgetastet wird, ein induzierter Strom abgefühlt
bzw. detektiert wird, dann wird die Anzeige bzw. Angabe vom Wähler durch einen Verstärker
(66) und einen Signalaufbereiter, die zusammen mit (68) bezeichnet sind, zu einem
Nulldetektor (70) zugeführt, wo die Polarität des detektierten Signals bestimmt
wird. Das Abtasten
schreitet von einem Leiter zum nächstbenachbarten
Leiter fort, bis die Mitte der Spule (62) passiert wird. Da die Leiter auf einer
Seite der Spule eine andere Polarität als die Leiter auf der anderen Seite der Spule
haben, wird eine Änderung der Polarität durch den Durchgang der Polarität durch
Null im Nulldetektor (70) festgestellt, wenn die Spule bzw. deren Mitte passiert
wird. Wenn der Nulldetektor (70) eine Polaritätsänderung feststellt, liefert er
ein Ausgangssignal, um das Fortschreiten bzw. Weiterzählen des Zählers zu stoppen.
Die Leiter (52) und (54) sind vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen angeordnet,
so daß sich ein regelmäßiges Koordinatengitter ergibt.
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Dieses Verfahren wird sowohl entlang der x-Achse als auch entlang
der y-Achse ausgeführt, und dadurch, daß bestimmt wird, wo die Polaritätsänderung
in jeder Achse auftritt, wird der Ort des Führungselements durch den Mikroprozessor
(61) bestimmt. Diese Koordinaten werden der Roboterregel-bzw. -steuereinrichtung
eingegeben, welche sie in Roboterkoordinaten in dem angemessenen Maßstab übersetzt
und den Roboterarm instruiert, sich entsprechend zu bewegen. Alternativ kann jedes
andere Verfahren zum Identifizieren des Orts des Führungselements angewandt werden.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschränkt, was
als Beispiel dargestellt und vorstehend beschrieben worden ist, sondern sie läßt
sich vielmehr im Rahmen des Gegenstands der Erfindung, wie er in den Patentansprüchen
angegeben ist, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er sich
den gesamten Unterlagen entnehmen läßt, in vielfältiger Weise abwandeln und ausführen.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Ausdrücke "schrittweise" und "in
relativ kleinen Schritten" in der vorstehenden Beschreibung insbesondere die Ausdrücke
"inkrementell" und "in relativ kleinen Inkrementen" umfassen.
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