DE4303264C2 - Handbediengerät zur Bewegungsvorgabe und Programmierung von Robotern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Handbediengerät zur Bewegungsvorgabe und Pro­ grammierung von Robotern gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Derartige Bediengeräte sind in der industriellen Robotertechnik bekannt und wer­ den allgemein eingesetzt. Sie ermöglichen die Steuerung von Roboterbewegungen in verschiedenen Koordinatensystemen, aber auch die Erstellung von Roboterprogram­ men. Der Roboter kann in beliebige, für ihn erreichbare Positionen gefahren werden. Dies geschieht mittels Eingabetasten auf dem Bediengerät oder mit integriertem Steuerknüppel. Diese bekannten Bediengeräte bieten die Möglichkeit in Achs-, Welt- und Werkzeugkoordinaten zu verfahren. Beim Verfahren in Roboterachskoordinaten werden die Achsen des Roboters einzeln bewegt, bis die gewünschte Position erreicht ist. Beim Verfahren in Weltkoordinaten wird durch die Rückwärtstransformation die Konfiguration des Roboters berechnet, um eine bestimmte Position im Weltkoordina­ tensystem zu erreichen. Die Werkzeugkoordinaten beziehen sich auf ein am Werk­ zeug definiertes Koordinatensystem und auf die damit gekoppelten Roboterbewegungen. Bei diesen Bediengeräten ist es möglich, zwischen den einzel­ nen Koordinatensystemen zu wählen. Die Verfahrbarkeit des Roboters in die entspre­ chende Richtung wird durch Drücken von einzelnen Richtungs- und Verfahrtasten im Bediengerät bewirkt. Trotz der vielen Möglichkeiten die Bewegungen des Roboters vorzugeben, die ein solches Bediengerät bietet, ist eine genaue Bewegungsvorgabe nur in Richtung einzelner Koordinaten möglich. Das Verfahren des Roboters gleichzei­ tig und kontrolliert zwischen verschiedenen Koordinaten ist mit dem herkömmlichen Gerät nicht möglich. Zwar können gleichzeitig zwei Tasten, z. B. die x- und y-Verfahrta­ ste gedrückt werden, jedoch ist ein kontrolliertes und genaues Verfahren zwischen die­ sen beiden Koordinaten nicht möglich. Eine genaue Verfahrbarkeit eines Roboters bei solchen komplizierten Bewegungsabläufen ist nur dann möglich, wenn ein Umschalten zwischen den Koordinatensystemen vorgenommen wird. Die Verfahrbarkeit des Robo­ ters längs beliebiger Kurvenbahnen ist durch die Bewegungsvorgabe mittels eines derartigen Bediengerätes nur sehr schwer möglich.

Ein Handbediengerät der eingangs genannten Art ist in der DE 38 10 054 A1 als Stand der Technik beschrieben. Darüber hinaus ist aus dieser Druckschrift ein Programmierzeiger zur Bewegungsführung von mehrachsigen Manipulatoren bekannt, bei dem die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit des Roboters durch das Richten des Programmierzeigers in eine gewünschte Rich­ tung und durch Drücken einer Taste erfolgt. Die Bewegungsführung wird dabei in die Vorgabe aufeinanderfolgender translatorischer (Position des Werkzeugs) und rotatorischer Bewegungen (Orientierung des Werkzeugs) aufgeteilt (vergl. auch Industrie-Anzeiger 83/1988, Seiten 38 und 43.

Die DE 27 31 041 B2 beschreibt eine Programmiervorrichtung, die kontinuier­ lich die Daten von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung einer Spritz­ pistole aufzeichnet. Die aufgezeichneten Daten werden später von einem Mani­ pulator wiedergegeben.

Aus "3 Space User's Manual", Polhemus, a Kaiser Aerospace & Elektronics Company, August 1990, S. 1.1.-1.8, sind Sensoren bekannt, die gleich­ zeitig Bewegungen in 6 Freiheitsgraden erfassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Bediengerät zur Bewegungsvorgabe und Programmierung von Robotern so weiterzubilden, daß Robo­ terbewegungen in allen sechs Freiheitsgraden gleichzeitig und kontrolliert vorgege­ ben werden können.

Diese Aufgabe ist durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Danach ist vorgesehen, daß das Bediengerät zusätzlich zu seiner gattungsgemäßen Ausbildung über eine Sensoranordnung zur räumlichen Positions- und Bewegungserfassung verfügt und daß die Bewegungen des Bediengeräters direkt in die Roboterbewegungen umgesetzt werden. Praktisch bedeutet dies, daß das Bediengerät zur Bewegungsvorgabe benützt wird, indem das Bediengerät bewegt wird. Der Roboter folgt den Bewegungen des Bediengerätes. Somit sind Verfahrwege bzw. Bewegungen des Roboters in zwei oder mehreren Freiheitsgraden möglich, wobei diese mit hoher Präzision ausgeführt werden, weil der Roboter der Bewegung des Bediengerätes bzw. der Handbewegung der Bedienperson unmittelbar folgt. Be­ sonders vorteilhaft ist dabei, daß durch das Betätigen von Eingebetasten des Bediengerätes bestimmte Freiheitsgrade abgewählt werden können, so daß die Robo­ terbewegungen den Bewegungen des Bediengerätes nur in bestimmten Koordinaten folgen. So kann z. B. eine unruhige Gerätführung durch die Hand des Bedieners durch das Abwählen eines oder mehrerer Freiheitsgrade unterdrückt werden. Dadurch ist so­ wohl eine kontrollierte Vorgabe von Freiheitsgraden als auch ein kontrolliertes, gleich­ zeitiges Arbeiten mit mehreren Freiheitsgraden möglich. Es haben bereits Versuche stattgefunden, bei denen ein derartiges Sensorsystem in/an der Hand der Bedienper­ son angeordnet war. Dabei hat sich jedoch herausgestellt, daß zwar die Handbewe­ gungen der Bedienperson in die Roboterbewegungen unmittelbar umgesetzt werden konnten, daß jedoch dem Verfahren enge Grenzen gesetzt waren, u. a. durch die eingeschränkte Beweglichkeit des menschlichen Handgelenkes; so z. B. war eine kon­ tinuierliche Drehung um mehr als 180° nicht möglich. Darüberhinaus hat sich heraus­ gestellt, daß insbesondere linearen Bewegungen immer willkürliche Bewegungen der Bedienerhand überlagert waren.

Die Sensoranordnung besteht aus einem System, das in der Lage ist, Bewegungen in allen sechs Freiheitsgraden zu erfassen und entsprechende Signale an einen Rechner weiterzugeben. In der kon­ kreten Ausführungsform besteht dieses System aus einer Signalquelle und einem Sensorempfänger. Vorzugsweise handelt es sich um auf magnetischer Basis arbeiten­ de Sensoren. Die durch die Signalquelle ausgesandten Signale werden durch den Sensorempfänger relativ zur Signalquelle in allen sechs Freiheitsgraden erfaßt, durch einen Rechner ausgewertet, über eine Standardschnittstelle (parallele oder serielle) an eine konventionelle Robotersteuerung weitergegeben und dort zu Roboterbewe­ gungen gewandelt.

Vorteilhafterweise kann das Verhältnis Roboterbewegung zur Bewegung des Bediengerätes frei bestimmt werden. Dies ist besonders für feine, hochpräzise Bewe­ gungen des Roboters wichtig. Die Handbewegungen des Bedieners können beliebig skaliert werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß die herkömmlichen Verfahrtasten des Bediengerätes zur Programmierung von verfeinerten, hochpräzisen Bewegungen des Roboters ver­ wendet werden können. Zu diesen programmierten Bewegungen kommen dann im Verlauf des Bearbeitungsprozesses die durch die Hand der Bedienungsperson ge­ steuerten Bewegungen des Bediengerätes hinzu.

Das erfindungsgemäße Bediengerät ist mobil und kann an verschiedene Roboter angepaßt werden. Es sind keine kostenintensiven Hardwareaufbauten erforderlich. Das Bediengerät ist nahezu uneingeschränkt einsatzfähig.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1: Eine Ansicht des Bediengerätes.

Fig. 2: Schematische Darstellung der Signalwege für das Sensorsystem.

Fig. 3: Schematische Darstellung des Steuerungsablaufes mit dem erfindungsge­ mäßen Bediengerät.

In Fig. 1 ist ein Handbediengerät 8 dargestellt. Sichtbar sind die Verfahr- oder Rich­ tungstasten 1, Programmiertasten bzw. Tasten zum Umschalten zwischen verschiede­ nen Koordinatensystemen 11, ein Display 2, ein Notabschalter 3 sowie einen Zustimmungsschalter 4. Mittels Eingabetasten 11 können sowohl verschiedene Koor­ dinatensysteme als auch die Zahl der Freiheitsgrade gewählt werden.

Das in Fig. 2 dargestellte Sensorsystem weist auf magnetischer Basis arbeiten­ de Sensoren auf und besteht aus einer Signalquelle 5 und einem Sensorempfänger 6. Dieser Sensor 6 empfängt das Magnetfeld des Senders 5, und diese Informationen werden an einen Mikrorechner 7 gegeben, der die Signale auswertet und die Positions­ werte der Empfängers 6 in allen 6 Freiheitsgraden bestimmt. Diese Positionswerte 12 werden an eine Standardschnittstelle weitergegeben.

In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Bediengerät 8 schematisch dargestellt, wobei entsprechende Positionswerte 12 von der Standardschnittstelle an eine Robotersteue­ rung 9 weitergegeben werden. Die Robotersteuerung 9 setzt die Positionswerte in Ro­ boterbewegungen unmittelbar um.

Claims (3)

1. Handbediengerät zur Bewegungsvorgabe und Programmierung von Robo­ tern in sechs Freiheitsgraden mit Verfahr- und Richtungstasten, bei denen zur Bewegungsvorgabe verschiedene Koordinatensysteme gewählt werden können, wobei die Vorgaben des Handbediengeräts über eine Roboter­ steuerung auf den Roboter übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer Signalquelle (5) und einem Sensorempfänger (6) beste­ hende Anordnung zur räumlichen Positions- und Bewegungserfassung des Handbediengeräts (8) in allen sechs Freiheitsgraden vorhanden ist, und die Bewegungen des Handbediengeräts (8) in Bewegungen des Roboters (10) direkt umgesetzt werden, wobei die Ausgangssignale des Sensorempfän­ gers (6) durch einen Rechner (7) ausgewertet und als Positionswerte (12) über eine Standardschnittstelle an die Robotersteuerung (9) weitergegeben und in Roboterbewegungen umgewandelt werden.

2. Handbediengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ hältnis zwischen den Bewegungen des Handbediengeräts (8) und den Roboterbewegungen anforderungsspezifisch wählbar ist.

3. Handbediengerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontrollierte Einschränkung der Anzahl der Freiheitsgrade durch die Eingabetasten (11) des Handbediengeräts (8) erfolgt.