DE7828226U1

DE7828226U1 - Vorrichtung zum Programmieren eines Handhabungsgeräts

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Publication number: DE7828226U1
Application number: DE7828226U
Authority: DE
Original assignee: HA Schlatter AG
Current assignee: HA Schlatter AG
Priority date: 1978-09-22
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1987-01-02
Also published as: DE2841284C2; NL189595C; NL189595B; NL7906827A; USRE31581E; JPS5547521A; CA1139404A; JPS6411430B2; SE7907758L; GB2036376B; ATA608979A; CH639310A5; AT365503B; DE2841284A1; FR2436655A1; GB2036376A; SE443530B; FR2436655B1

Description

Dipl.-Ing.

RolfCharrier

Patentanwalt

Rehlingenstraße 8 · Postfach 260

D-8900 Augsburg 31

Telefon 0821/36015+36016 - 6 -

Telex 53 3 275

Postscheckkonto: München Nr. 1547 89-801

■7724/16/Ch/Gr Augsburg, 21. September 1978

H. A. Schlatter AG CH-8952 Schlieren

Vorrichtung zum Programmieren eines Handhabungsgeräts

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Programmieren eines in mehreren Achsen bewegbaren Handhabungsgeräts mittels eines von Hand geführten Griffs und mittels Meßwertgebern, die die durch das Führen des Griffs bewirkten Kraftkomponenten in elektrische Signale umsetzen, die ein zu speicherndes Programm bestimmen, das die Antriebsmotoren des Handhabungsgeräts steuert.

Moderne Handhabungsgeräte weisen üblicherweise am Ende eines mehrgliedrigen Armes eine Hand auf, welche Handhabungen ausführt. Beispielsweise trägt die Hand eine Schweißvorrichtung, welche zum Zusammenschweißen von Karosserieteilen dient. Hierbei soll die Hand bestimmte

Bahnkurven im Raum ausführen.

Bei einem bekannten Roboter ist eine erste vertikale Drehachse vorhanden. Der mehrgliedrige Arm vermag

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horizontale und vertikale Bewegungen und durch überla -gerung dieser Bewegungen sich ergebende Schwenkbewegungen auszuführen. Die am Ende des Arms angeordnete Hand ist um eine erste Drehachse drehbar, welche in Achsrichtung des Arms verläuft. Die Hand weist eine dazu rechtwinkelige weitere Drehachse auf und letztlich eine zur weiteren Drehachse rechtwinkelig verlaufenden vierten Drehachse.

Es ist außerordentlich schwierig, die Antriebsmotoren für die verschiedenen Bewegungen des Handhabungsgeräts so zu steuern, daß die gewünschte Bahnkurve sich ergibt, üblicherweise wird die Bahnkurve in lineare Streckenabschnitte aufgeteilt, so daß die Bahnkurve streckenweise durchfahren wird. Der Programmieraufwand zur programmierten Steuerung der Antriebsmotoren ist hierbei sehr groß.

Um den Programmieraufwand zu verringern, ist es bekannt, das Arm- Hand- Gliederaggregat des Handhabungsgeräts durch ein Leergerüst zu umgeben, das dem Arm-Hand -Gliederaggregat parallel zugeordnet ist. Das Leergerüst ist mehrgliedrig ausgebildet und läßt Relativbewegungen zum Arm-Hand-Gliederaggregat zu. Die Glieder des Leergerüsts sind mit einer der Zahl der Drehachslinien entsprechenden Zahl von Schaltern versehen. Das Leergerüst besteht im wesentlichen aus drei Gliedern, die über Drehlager miteinander verbunden sind und sich über Federn am Arm-Hand-Gliederaggregat abstützen. Bei ReIativbewegungen zwischen den Arm- und den Handgliedern und den Gliedern des Leergerüsts werden die vorerwähnten Schalter betätigt, deren Signale aufgezeichnet werden und ein Steuerprogramm für die Antriebsmotoren des Handhabungsgeräts bestimmen.

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Der außerordentlich komplizierte Aufbau des Leergerüsts macht diese Art von Programmiervorrichtung sehr teuer. Das unvermeidliche Spiel zwischen den einzelnen Gliedern des Leergerüsts und zwischen diesen Gliedern und den Hand- und Armgliedern führt zwangsläufig dazu, daß eine Fehlproqrammierung stattfindet, die umso größer ist, je größer dieses Spiel sich bei den Schaltern auswirkt. Eine Fehlprogrammierung wird noch dadurch bewirkt, daß das Eigengewicht des Leergerüsts je nach dessen Stellung zu Signalen der Schalter führt, obwohl keine entsprechende Kraft von Hand auf den am Leergerüst angeordneten Handgriff ausgeübt wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Fehler sich in sogenannten Zappelkurven auswirken, d.h. die gewünschte Bahnkurve wird nicht kontinuierlich sondern sprungweise und z.T. rückführend durchfahren. Der Aufwand, der zur Korrektur einer solchen Zappelkurve notwendig ist, ist weitaus größer als die Durchführung der eingangs erwähnten Programmiermethode, so daß die Programmierung über ein Leergerüst keine praktische Anwendung fand.

Es besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Programmieren eines in mehreren Achsen bewegbaren Handhabungsgeräts so auszubilden, daß damit eine einfache und praktisch spielfreie Nachführung der Hand des Handhabungsgeräts längs der gewünschten Bahnkurve möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die von der Hand des Handhabungsgeräts auszuführenden Bewegungen verlaufen in kartesischen Koordinaten ausgedrückt in X-, Y- und Z-Richtung und bestehen weiterhin aus Drehbewegungen um die X-, und Z-Achse. Die nach-

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folgenden Erläuterungen beziehen sich auf Bewegungen in diesen kartesischen Koordinatensystem, jedoch gilt entsprechendes auch für Bewegungen, wenn diese Polarkoordinaten ausgedrückt werden.

Ein Ausführungsbeispyiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Übersicht eines Handhabungsgeräts, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung Anwendung findet;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung; Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie C-D in Fig. 2 und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie A-B in Fig. 2.

Im gezeigten Beispiel ist die Programmiervorrichtjng 23 am letzten Glied der Hand 27 des Handhabungsgeräts angeordnet. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, die Programmiervorrichtung 23 auch am vorletzten oder drittletzten Glied der Hand vorzusehen, wobei dann die Drehbewegungen des letzten bzw. vorletzten Handgliedes separat programmiert werden müssen.

Das Handaggregat 27 ist an einem Armaggregat 26 des Handhabungsgeräts 22 angeordnet. Die Bewegungen des Arms 26 können aufgeteilt werden in Bewegungen in Richtung der Achsen x¹, y' urd z¹ sowie in eine Drehbewegung dy¹ um die Y-Achse. Das erste Glied der Hand 27 vermag eine Drehbewegung um die x¹ Achse auszuführen, welche inFig. 1 mit dx¹, bezeichnet ist. Das zweite

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Handglied vermag eine Drehbewegung um die z¹ Achse auszuführen, wobei diese Drehbewegung mit dz¹ bezeichnet ist. Letztlich ist ein drittes Handglied vorhanden, -das eine Drehbewegung um eine Achse parallel zur x¹ Achse auszuführen vermag, wobei diese Drehbewegung mit dx'. bezeichnet ist. Alle diese Bewegungen können auf die Programmiervorrichtung 23 bezogen werden und zwar dort auf lineare Bewegungen in der X-, Y- und Z-Achse und auf Drehbewegungen dx, dy und dz um diese Achsen. Es besteht nunmeh⁵* die Aufgabe, ein Steuerprogram:;; mittels der Prograsimiervorrichtung 23 zu erstellen, derart, daß die Spitze P eines von der Hand 27 getragenen Werkzeugs 25 eine beliebige Raumkurve 24 vollzieht. ¥■

ä Die Programmiervorrichtung ist in den Fig. 2 bis 4 im

^ einzelnen gezeigt. In Fig. 2 stellt die linke Hälfte

einen Schnitt durch das Mittelteil 13 und die Hülse des Griffs 23 dar, während in der rechten Hälfte der Fig. 2 lediglich die Hülse 14 geschnitten ist, das Mittelteil 13 also in Ansicht dargestellt ist.

Das Mittelteil 13 des Griffs 23 ist im vorliegenden Beispiel mit dem letztenGlied der Hand 27 starr verbunden. Dieses Mittelteil 13 wird von einer Hülse 14 umgeben. Im Bereich der beiden Enden der Hülse 14 sind am Mittelteil 13 je vier Zungen 15, 16 vorgesehen. Die vier Zungen 15 und die vier Zungen 16 sind zueinander um jeweils 90° versetzt um die Achse des Mittelteils 13 angeordnet. Die Zungencnüen tragen jeweils die Hülse 14, wobei die Lagerung jeweils so vorgenommen ist, daß die Zungenenden sich relativ zur Hülse 14 bewegen können. Auf jeder der Zungen 15, 16 ist ein Dehnmeßstreifen aufgebracht, welche mit den Bezugsziffern 1 bis 8 versehen sind. Die Zungen 15, 16 und ihre Dehnmeßstreifen 1 bis 8 verlaufen in Längsrichtung des

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Griffes 23.

Die linken und rechten unteren Zungen 15, 15, 15·' tragen die Dehnmeßstreifen 7 und 8. Die vorderen und hinteren unteren Zungen 15' und 15' " tragen die Dehnmeßstreifen 2 und 1. An der oberen Seite tragen die

linken und rechten Zungen 16, 16'' die Dehnmeßstreifen 6 und 5, während die vorderen und hinteren Zungen die Dehnmeßstreifen ^!> und 3 tragen. In Fig. 3 ist die Lage d er oberen Dehnmeßstreifen 3 bis 6 in Klammern angegeben.

Im mittleren Bereich des Mittelteils 13 sind zwei weitere Zungen 17, 17' vorgesehen, deren freie Enden gegeneinander zeigen und welche in Richtung der Achse des Mittelteils 13 verlaufen. Diese Zungen 17, 17' tragen ebenfalls den Meßstreifen 9, 10.Gegen die freien Enden dieser beiden Zungen 17, 17' liegt spielfrei eine Schraube 18 der Hülse 14- an.

Letztlich sind zwei Zungen 20, 20' am Mittelteil 13 vorgesehen, welche längs des Umfangs des Mittelteils 13 und quer zu seiner Achse verlaufen. Die freien Enden der Zungen 20, 20' weisen gegeneinander und die Zungen tragen den Meßs':reif en 11, 12. Gegen die freien Enden der Zungen 20, 20' liegt spielfrei eine Schraube 19 der Hülse 14 an.

Die verschiedenen Leitungen zu den Dehnmeßstreifen sind in einem Rohr 21 geführt, welches vom Inneren des Mittelteils 13 nach unten abgeht.

Soll sich die Hand 27 des Handhabungsgeräts in Richtung der X-Achse bewegen, dann wird die Hülse 1* von Hand in Pfeilrichtung X bewegt, wodurch die Dehnmeßstreifen

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6, 7 gedehnt werden, da ihre zugehörigen Zungen sich infolge der auf sie wirkenden Kraft biegen. Eine Signalgabe über die Dehnmeßstreifen 6 und 7 signalisiert also eine Bewegung in X-Richtung. Soll eine genau entgegengesetzte Bewegung ausgeführt werden, dann wird auf die Hülse Ik von Hand ei/i Druck entgegen der Pfeilrichtung X ausgeübt, so daß nunmehr die Dehnmeßstreifen 5 und &thgr; ein Signal abgeben.

Soll eine Bewegung in Y-Richtung ausgeführt werden, wird die Hülse 14· in diese Richtung gedrückt, wodurch die Dehnmeßstreifen 2 und k Signale erzeugen. Soll eine Bewegung entgegen dieser Pfeilrichtung Y ausgeführt werden, dann wird die Hülse 1* entgegen der Pfeilrichtung Y gedrückt, was zu einer Signalerzeugung in den Dehnmeßstreifen 1, 3 führt.

Ist beabsichtigt, eine Bewegung in Z-Richtung auszuführen, wird die Hülse Ik nach oben gedrückt, wodurch die Schraube 18 die Zunge 17 biegt, was zu einer Signalgabe beim Dehnmeßstreifen 9 führt. Bei einer beabsichtigten Bewegung entgegen der Pfeilrichtung Z wird die Hülse Ik n?oh unten gezogen, was bewirkt, daß die Schraube 18 die Zunge 17' durchbiegt, so daßder Dehnmeßstreifen 10 ein Signal erzeugt.

Damit sind sämtliche Linearbewegungen in Richtung der X-, Y- und Z-Achse programmierbar. Natürlich können auch überlagerte Bewegungen durchgeführt werden, beispielsweise in Pfeilrichtung 28, wodurch die Dehnmeßstreifen 1, 3, 6, 7 Signale erzeugen.

Soll eine Drehbewegung dy um die Y-Achse ausgeführt werden, wird die Hülse Ik um diese Achse gedreht, wodurch die Zungen 16 und 15^fl gebogen werden, was zur

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Signalerzeugung bei den Dehnmeßstreifen 6 und 8 führt. Eine Drehbewegung entgegen der Pfeilrichtung dy führt zur Signalerzeugung bei den Dehnmeßstreifen 5 und 7. Bei einer an der Hülse 14 ausgeübten Drehbewegung dx um die X-Achse werden die Dehnmeßstreifen 1 und 4· zur Signalerzeugung bewegt, während bei ei.ner entgegengesetzten Bewegung die Dehnmeßstreifen 2 und 3 Signale hervorrufen.

Bei einer Drehbewegung dz um die Z-Achse läuft die Schraube 19 gegen die Zunge 20* an, so daß der Dehnmeßstreifen 12 ein Signal erzeugt. Bei einer entgegengesetzten Drehbewegung wird der Dehnmeßstreifen 11 zur Signalerzeugung angeregt.

Auch hier sind natürlich Überlagerungen der Drehbewegungen untereinander und mit den Linearbewegungen möglich.

Anstelle der Dehnmeßstreifen 1 bis 12 können natürlich auch induktive und/oder kapazitive Meßwertgeber verwendet werden. Es ist auch möglich, die jeweils paarweise beaufschlagten Meßwertgeber durch einen einzigen Geber zu ersetzen, der, wenn ein Druck auf ihn ausgeübt wird, ein Signal erzeugt, das unterschiedlich ist zu denjenigen, welches er erzeugt, wenn auf ihn eine Zugkraft wirkt. Die bei Drehbewegungen um die X- und -Y-Achse paarweise wirksamen Dehnmeßstreifen 1 bis 8 können durch zwei Meßwertgeber ersetzt sein, die rechtwinkelig zueinander angeordnet sind und die jeweils unterschiedliche Signale abgeben, wenn eine Drehbewegung um eine der Achsen in der einen oder anderen Richtung ausgeführt wird.

Anstelle der Dehnmeßstreifen 1 bis 12 können auch Schalter vorgesehen sein, welche Oa-Nein-Signale er-

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zeugen. Die Größe der Kräfte zwischen der Hüls3 IA- und dem Mittelteil 13 messende Meßwertgeber sind jedoch zu bevorzugen, da die gemessene Größe der jeweiligen Kraft umgesetzt werden kann, um die Verstellmotoren des Handhabungsgeräts 22 schnell oder langsam laufen.

zu lassen.

Die nachfolgende Tabelle zeigt, bei welchen Bewegungen welche Meßwertgeber 1 bis 12 Signale erzeugen.

Bewegung Signalerzeugung bei

linear +X -X +Y -Y +Z -Z

Dehnung +dx -dx +dy -dy +dz -dz

6	und	7
5	und	8
2	und	k
1	und	3
2
10
1	und
2	und	3
6	und	8
7	und	5
12
11

Claims

Jk Patao^yhsprliche

1. Vorrichtung zum Programmieren eines ii? mehreren Achsen bewegbaren Handhabungsgeräts mittels eines von Hand geführten Griffs und mittels Meßwertgebern, die die durch das Führen des Griffs bewirkten Kraftkomponenten in elektrische Signale umsetzen, die ein zu speicherndes Programm bestimmen, das die Antriebsmotoren des Handhabungsgeräts steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Griff (23) einen starr mit einem Glied des Handhabungsgeräts (22) verbundenen Mittelteil (23) und eine den Mittelteil

(13) umgebende Hülse (14) aufweist, die Hülse (14) zum Mittelteil (13) in den Achsen beweglich ist, in denen sich das mit dem Mittelteil (13) verbundene Glied zu bewegen vermag und zwischen Mittelteil (13) und Hülse (14) Meßwertgeber (1 bis 12) angeordnet sind, welche die in den Btwegungsrichtungen der Hülse

(14) relativ zum Mittelteil (13) auftretenden Kräfte erfassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von zwei rechtwinkelig zueinander stehenden Achsen (X, Y) für jede Achse mindestens ein Meßwertgeberpaar (z. B.

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7, 8 und 1, 2) für jede Achse (X, Y) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (1, 2, 7, 8) um 90° zueinander versetzt an den Mittelteil (13) angeordnet sind, wobei einander gegenüberliegende Meßwertgeber (1, 2) und (7,8) jeweils ein Meßwertgeberpaar (1,2 und 7,8) bilden, die auf Kräfte quer zur Achse des Mittelteils (13) ansprechen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e -&eegr; &eegr; zeichnet, daß zur Programmierung von zwei rechtwinkelig zueinander stehenden Achsen (X, Z) für jede Achse mindestens ein Meßwertgeberpaar (z. B. 7,8 und 9,10) für jede Achse (X,Z) vorgesehen ist, die Meßwertgeber (7,8) des einen Paares um 180° versetzt zueinander um den Mittelteil (13) angeorndet sind und auf Kräfte quer zur Achse des Mittelteils (13) ansprachen und die Meßwertgeber (9, 10) des anderen Paares längs der Achse des Mittelteils (13) angeordnet sind und auf Kräfte längs dieser Achse

ansprechen.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch g e -

kennzeichnet, daß zur Programmierung von

*' drei rechtwinkelig zueinander stehenden Achsen (X,Y,

Z) für jede Achse mindestens ein Meßwertgeberpaar (z, B. 7,8; 1,2; 9,10) vorgesehen ist, die Meßwertgeber (1,2 ,7,8) zweier Paare um 90^c' zueinander versetzt um den Mittelteil (13) und die Meßwertgeber (9,10) des dritten Paares längr der Achse des Mittelteils (13) angeordnet sind, wobei die einander gegenüberliegenden, jeweils ein Paar der die zwei Paare bildenden Meßwertgeber (1,2;7,8) auf Kräfte quer und die beiden Meßwertgeber (9,10) des dritten Paares auf solche längs der Achse des Mittelteils (13) ansprechen.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeberpaare (l,2;7,8;9,10) durch je einen Meßwertgeber ersetzt sind, die bei einer Druckbeanspruchung ein Signal erzeugen, das zu demjenigen bei Zugbeanspruchung »unterschiedlich ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von Drehbewegungen in einer quer zur Achse des Mittelteils (13) verlaufenden Achse (z. B. Y) mindestens ein erstes Meßwertgeberpaar (&zgr;. &Bgr;. 6,8) vorgesehen ist, de»*en Meßwertgeber (6,8) um 18t/⁰ versetzt zueinander je an einem Ende des Mittelteils (13) angeordnet sind, und auf Drehbewegungen um diese Achse (Y) ansprechen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e &eegr; &eegr; -zeichnet, daß ein zweites Meßwertgeberpaar

(5.7) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (5,7) symmetrisch zu denjenigen des ersten Meßwertgeberpaares

(6.8) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von Drehbewegungen um zwei senkrecht zueinander und jeweils quer zur Achse des Mittelteils (13) verlaufenden Achsen (X,Y) ein weiteres Meßwertgeberpaar (&zgr;. &Bgr;. 2,3) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (2,3) um 180° versetzt zueinander und um 90° versetzt zu denjenigen des ersten Meßwertgeberpaares (6,8) je an einem Ende des Mittelteils (13) angeordnet sind ur,a jedes Paar (2,3; 6,8) auf Drehbewegungen um die zugehörige Achse (X,Y) ansprechen.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein viertes Meßwertgeberpaar (1,4) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (1,4) symmetrisch zu denjenigen des weiteren Meßwertgeberpaares (2,3) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Programmierung von Drehbewegungen um eine längs der Achse des Mittelteils (13) verlaufenden Achse (Z) ein Meßwertgeberpaar (11,12) vorgesehen ist, deren Meßwertgeber (11,12) am Umfang des Mittelteils (13) angeordnet sind, und auf Drehbewegungen um diese Achse (Z) ansprechen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeberpaare (6,8;5,7; 2,3; 1,4;11,12) ersetzt sind durch je einen Meßwertgeber, der bei einer Druckbeanspruchung ein Signal erzeugt, das zu demjenigen bei Zugbeanspruchung unterschiedlich ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9. dadurch g e -kennzeichnet, daß die zwei jeweils einer Drehachse (X, Y) zugeordneten Meßwertgeberpaare (5,7; 6,8 bzw. 2,3; 1,4) durch einen Meßwertgeber· ersetzt sind, der am Mittelteil (13) in der jeweiligen Drehachse angeordnet, bei einer Drehbewegung in der einen Richtung ein Signal erzeugt, das zu demjenigen bei einer Drehbewegung in der anderen Richtung unterschiedlich ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber um 90° versetzt zueinander am Mittelteil (13) angeordnet sind.

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14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet ,daß die Meßwertgeber (1 bis 12) auf vom Mittelteil (13) abgehenden elastischen Zungen (15*16,17,20) angeordnet sind, an deren Enden sich die Hülse (14) abstützt. _y

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e k e &eegr; &eegr; -zeichnet, daß die Meßwertgeber (1 bis \2) Dehnmeßstreifen sind.