SE532222C2 - En robot för gripande av föremål - Google Patents

Description

25 30 35 BBQ 2.22 och anordnad för gripande av föremålen. Roboten innefattar en rörlig robotarrn med en gripare och en sensor är anordnad på den rörliga robotarmen. Sensom är ansluten till en styrenhet för styrning av robotarmen och sensorn innefattar en linjelaser och en optisk mottagare anordnad att ta emot reflekterat laserljus. En i förväg definierad reflektion i form av en referenskurva är inprogrammerad i styrenheten. Styrenheten är anordnad att jämföra laserljus som reflekteras från det föremål som skall gripas med den i förväg definierade reflektionen och att styra robotarmen så att robotarmen flyttas till dess att det reflekterade laserljuset stämmer överens med den i förväg definierade reflektionen.

Uppfinningen avser vidare även ett förfarande för gripande av föremål som hanteras i en industriell process. Förfarandet innefattar användning av en robot vilken robot har en rörlig robotarm med en gripare och på vilken rörliga robotarm en sensor är anordnad.

Sensom är kopplad till en styrenhet för styrning av den rörliga robotarmen. En i förväg definierad reflektion i form av en referenskurva är inprogrammerad i styrenheten.

Sensom innefattar en linjelaser och en optisk mottagare anordnad att ta emot reflekterat laserljus. Förfarandet innefattar belysning av ett föremål som skall gripas med laserljus från sensoms linjelaser; och mottagande i den optiska mottagaren av laserlj us som reflekterats från föremålet som skall gripas. Förfarandet innefattar vidare jämförelse av det reflekterade laserljuset med den i förväg definierade reflektion samt förflytming av robotarmen till dess att det reflekterade laserljuset stämmer överens med den i förväg definierade reflektionen. Slutligen innefattar förfarandet gripande av föremålet när det reflekterade laserljuset stämmer överens med den i förväg definierade reflektionen.

Föremålet eller föremålen som skall gripas kan befinna sig i rörelse.

KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Figur l visar schematiskt en robot och ett hanteringssystem.

Figur 2 visar, i perspektiv, en sensor monterad på en robotarm 3.

Figur 3 visar en sensor avsedd att användas i sarnband med uppfinningen.

Figur 4 visar schematiskt hur en industrirobot griper ett föremål.

Figur 5 visar schematiskt hur en sensor monterad på en rörlig robotarm detekterar ett föremål som skall gripas. 10 15 20 25 30 35 »f l lï-IJ Vi! Figur 6 är en förstoring av området VI i Figur 5.

Figur 7 visar schematiskt och principiellt en del av ett reglertörlopp i samband med att ett föremål grips av den uppflnningsenliga roboten.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFIN INGEN Med hänvisning till Figur 1 och Figur 4 innefattar uppfinningen en robot l för gripande av föremål 2. Roboten 1 är lärnpligen en industrirobot med åtminstone två frihetsgrader.

Till exempel kan roboten 1 vara en industrirobot med 6 axlar. Robotarmen 3 och/eller dess gripare 4 kan vridas kring dessa axlar eller förskjutas linjärt längs en eller flera av dessa axlar på i och för sig känt sätt. Som framgår av Figur 1 kan föremålen 2 vara föremål som förflyttas av en transportör l 1. Roboten l innefattar en rörlig robotarm 3 med en gripare 4. På den rörliga robotarmen 3 är en sensor 5 är anordnad. Sensom 5 är ansluten till en styrenhet 6 för styrning av robotarrnen. Som framgår bäst av Figur 3 har sensorn 5 innefattar en linjelaser 8 och en optisk mottagare 9 anordnad att ta emot reflekterat laserljus. Som framgår av Figur 3 kan linj elasern 8 och den optiska mottagaren 9 vara anordnade inuti ett yttre skal 7 som skyddar linjelasern 8 och den optiska mottagaren 9. Ett exempel på en linjelaser 8 lämplig för ändamålet kan vara en Lasirism SNF laser med en våglängd på 635 till 1550 nrn men även andra komponenter kan användas.

I Figur 2 visas en möjlig utföringsforrn där sensorn 5 är anordnad längst ut på robotarrnen 3. Griparen 4 kan även den vara anordnad längst ut på samma robotarm 3 så att griparen 4 är fast anordnad i förhållande till griparen 4. Griparen 4 rör sig då tillsammans med sensom 5 så att sensom 5 alltid befinner sig i exakt samma läge i förhållande till griparen 4. Griparen 4 kan vara, till exempel en gripare med mekaniska fingrar men man kan även tänka sig andra sätt att förverkliga griparen 4. Till exempel kan griparen 4 vara utrustad med sugkoppar eller magneter. I Figur 2 visas robotarrnen 3 utan sin gripare 4 men det skall förstås att en gripare kan vara anordnad på monteringsflänsen 13 i Figur 2.

Linj elasem 8 och den optiska mottagaren 9 kan vara riktade på olika sätt i förhållande till varandra. I vissa utföringsforrner kan linjelasern 8 och den optiska mottagaren vara riktade i en vinkel i förhållande till varandra som ligger mellan 10° och 65°. Vid praktiska försök har uppñnnaren funnit att tillförlitligheten i mätningen tenderar att bli lägre om vinkeln är mindre än 10° medan sensom blir onödigt skrymmande och 10 15 20 25 30 35 klumpig om vinkeln är större än 65°. Man kan dock tänka sig utföringsformer där vinkeln kan vara mer än 65°. Till exempel kan vinkeln ligga i intervallet l()° till 90°.

Med hänvisning till Figur l kan uppfinriingen även förstås i termer av ett hanterings- system för föremål 2 som skall hanteras i en industriell process. Hanteringssystemet innefattar den ovan beskrivan roboten samt en transportör ll. Det skall dock inses att transportören ll kan anta andra former. Till exempel skulle transportören ll kunna utgöras av ett transportband. I Figur l visas en transportör ll i vilken hängande föremål 2 förs framåt i riktning av pilen. Roboten 1 är placerad i anslutning till transportören ll och anordnad för gripande av föremålen 2 som förs framåt av transportören 11.

Funktionen hos den uppñnningsenliga roboten l är den följ ande. Som visas i Figur l förs föremål 2 framåt av transportören ll. Föremålen 2 som fraktas framåt av transportören ll kan utgöras av till exempel kaniaxlar som skall monteras i en motor men uppfinningen kan givetvis tillämpas på i princip vilka föremål som helst. När ett föremål 2 som skall gripas passerar roboten 1 blir föremålet 2 belyst av sensoms 5 linjelaser 8 som visas i till exempel Figur 5 och Figur 6. När linjelasern 8 belyser föremålet 2 kommer laserljuset att bilda en kurva B på föremålet 2 vilket framgår av Figur 6. Laserljuset reflekteras och tas emot av sensoms 5 optiska mottagare 9 som då läser av en signal motsvarande kurvan B. Den optiska mottagaren 9 är kopplad till en styrenhet 6 som innefattar programvara som definierar ett virtuellt ”sikte” 12. En referenskurva C är programmerad i Styrenheten 6 som kan innefatta en dator.

Referenskurvan C motsvarar en förväntad form på lairvan B och en i förväg definierad punkt på referenskurvan C befinner sig i centrum för siktet l2 (mitt i hårkorset i Figur l). Då giiparen 4 befinner sig i korrekt läge för att gripa ett föremål 2 skall också en i förväg definierad punkt på den avlästa kurvan B befinna sig i centrum för siktet 12, det vill säga kurvan B och referenskurvan C skall sarnmanfalla. Den i förväg definierade punkten kan utgöras av, till exempel, ett maximum/minimum på kurvan B eller av en mittpunkt på en kurva som utgörs av en rät linje. Positionen för ett läge på föremålet 2 görs om till en signal som jämförs med börvärdet enligt referenskurvan C. Vid ett korrekt läge på föremålet 2 i förhållande till griparen 4 skall läget på den avlästa kurvan B sarnmanfalla med läget för referenskurvan C. l Figur 1 visas sidavvikelsen i ett tvådimensionellt koordinatsystem som öx. I och med att man utnyttjar laser finns även möjligheten att mäta avståndet mellan föremålet 2 och sensom 5. En avvikelse från korrekt avstånd registreras som öy i Figur l. Styrenheten 6 omvandlar avvikelsen/ avvikelsema öx, öy från börvärdet till en signal till roboten l att ändra läget på robotarmen 3 så att avvikelsema skall elimineras eller reduceras under ett tröskelvärde. 10 15 20 25 30 35 532 232 Det reflekterade laserlj uset jämförs alltså med en i förväg definierad reflektion och robotarmen 3 flyttas till dess att det reflekterade laserljuset stämmer överens med den i förväg definierade reflektionen. Styrenheten 6 kan innefatta en förstärkare 14 för att förstärka den signal som går till roboten l för styrning av roboten l.

Som framgår av vad som angetts ovan är styrenheten 6 programmerad att fastställa en avvikelse (ett avstånd) i djupled samt en avvikelse i sidled till det föremål 2 som skall gripas och till att korrigera läget för robotarmen 3 så att avvikelserna elimineras eller understiger ett förutbestämt tröskelvärde varefter föremålet grips.

Som visas i Figur l kan föremålen 2 som skall gripas befinna sig i rörelse. Till exempel kan föremålen 2 hänga i en transportör ll som befinner sig i rörelse. Alternativt kan transportören 1 1 stanna framför roboten 1 och låta roboten l gripa ett föremål medan detta fortfarande pendlar vilket också antyds schematiskt i Figur 1.

När ett rörligt föremål skall gripas måste insvängning till rätt läge ske snabbt. I Figur 7 visas ett exempel på ett tänkt förlopp där ett pendlande föremål skall gripas. Kurvan F representerar svängningen hos föremålet som skall gripas medan kurvan R representerar rörelsen hos robotarmen 3 med dess gripare 4. Som framgår av Figur 7 närmar man sig snabbt ett tillstånd där robotarmen följer föremålet 2 och kan gripa detta i rörelsen. Med ”rätt läge” förstås här läget hos föremålet 2 som skall gripas och som i sig kan befinna sig i rörelse.

Om föremålet som skall gripas befinner sig i rörelse registreras rörelsen av styrenheten 6 som styr robotarmen 3 att helt enkelt följa det föremål som skall gripas.

Den uppfmníngsenliga roboten kan användas även för andra syften än att gripa olika föremål. När roboten l gripit ett föremål kan det vara aktuellt att låta roboten l placera föremålet 2 som gripits i en låda eller på ett i förväg bestämt underlag (ej visat i figurema) där föremål 2 skall mellanlagras eller förpackas. När roboten l släppt ett föremål 2 på ett sådant ställe kan sensorn 5 användas för att göra en avläsning av föremålets 2 läge. Om man det då fastställs att ett föremål 2 blivit felaktigt placerat kan man ta hänsyn till det när nästa föremål skall placeras därintill. Anta till exempel att man skall placera tre föremål 2A, 2B och 2C bredvid varandra i en låda eller på ett underlag. Ett första föremål 2A antas vara redan placerat i sitt läge. Roboten l lägger nu ett andra föremål 2B bredvid det första föremålet 2A. Därefter aktiveras sensorn 5 för att kontrollera läget på det andra föremålet 2B. Om det då visar sig att det andra 10 15 20 25 532 2.32 föremålet 2B ligger i ett korrekt läge kan man gå vidare med att placera det tredje föremålet 2C i korrekt läge. Om det i stället visar sig att det andra föremålet 2B lagts förskjutet i sidled i förhållande till det första föremålet 2A kan man kompensera för detta genom att lägga det tredje föremålet ZC på den plats som ursprungligen var avsedd för det andra föremålet 2B. Den uppfinningsenliga roboten kan alltså användas för att lägga ett flertal föremål bredvid varandra och genom utnyttjande av sensorn 5 kontrollera läget av varje nedlagt föremål 2 och utgående från det detekterade läget på tidigare nedlagda föremål bestämma var nästa föremål som läggs ner skall placeras.

Genom att man använder en sensor med linjelaser kan man uppnå en mätning av avståndet till detaljen vilket man inte kan göra genom traditionell tvådirnensionell teknik. En 2-D kamera klarar detektion i planet (sida och höjd) medan man enligt den nu föreliggande uppfinningen kan fastställa avvikelse i sidled samt avvikelse i djupled från ett korrekt gripläge. Därigenom kan man effektivt styra robotarmens gripare 4 till ett korrekt läge för gripande av det föremål som skall gripas. Gripande är möjligt även när föremålet som skall gripas befinner sig i rörelse.

Genom att sensorn 5 är anordnad på själva robotarmen 3 kan styrningen förenklas väsentligt, styrenheten behöver inte veta det exakta läget för vare sig robotarmen 3 eller föremålet 2, det räcker att man kan fastställa robotarmens 3 läge i förhållande till föremålet 2, det vill säga deras relativa läge i förhållande till varandra. Industriroboten är alltså anordnad/programmerad att styras så att robotarmens relativa läge i förhållande till det relativa läget på det föremål som skall gripas, även när föremålet 2 rör sig. Detta leder till en snabb och tillförlitlig styrning vilket är särskilt viktigt då rörliga föremål skall gripas.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. Robot (1) för gripande av föremål (2) vilken robot (1) innefattar en rörlig robotarm (3) med en gripare (4) och på vilken rörliga robotarm (3) en sensor (5) är anordnad vilken sensor är ansluten till en styrenhet (6) för styrning av robotarmen, och vilken sensor (5) innefattar en linjelaser (8) och en optisk mottagare (9) anordnad att ta emot reflekterat laserljus, kännetecknad av att en i förväg definierad reflektion i form av en referenskurva (C) är inprogrammerad i styrenheten (6) och att styrenheten (6) är anordnad att jämföra laserljus som reflekteras från föremålet (2) som skall gripas med den i förväg definierade reflektionen och styra robotarmen (3) så att robotarmen (3) flyttas till dess att det reflekterade laserljuset stämmer överens med den i förväg definierade reflektionen.

2. . Robot enligt krav l, kännetecknad av att sensom (5) är fast anordnad i förhållande till griparen (4).

3. . Robot enligt krav l, kännetecknad av att linjelasern (8) och den optiska mottagaren (9) är riktade i en vinkel i förhållande till varandra som ligger mellan l0° och 65°.

4. . Hanteringssystem för föremål (2) som skall hanteras i en industriell process vilket hanteringssystem innefattar en transportör (1 l) på vilken föremål (2) kan föras framåt och en robot (1) placerad i anslutning till transportören (1 1) och anordnad för gripande av föremål (2) som förs framåt av transportören (11) vilken robot (1) innefattar en rörlig robotarm (3) med en gripare (4) och en sensor (5) som är anordnad på den rörliga robotarmen (3) och vilken sensor är ansluten till en styrenhet (6) för styrning av robotarmen (3) varvid sensom (5) innefattar en linjelaser (8) och en optisk mottagare (9) anordnad att ta emot reflekterat laserljus, kännetecknad av att en i förväg defmierad reflektion i form av en referenskurva (C) är inprogranirnerad i styrenheten (6) och att styrenheten (6) är anordnad att jämföra laserljus som reflekteras från föremålet (2) som skall gripas med den i förväg definierade reflektionen och styra robotarmen (3) så att robotarmen (3) flyttas till dess att det reflekterade laserljuset stärrnner överens med den i förväg definierade reflektionen. 10 15 20

5. Förfarande för gripande av föremål (2) som hanteras i en industriell process vilket förfarande innefattar användning av en robot (1) vilken robot (1) har en rörlig robotarm (3) med en gripare (4) och på vilken rörliga robotarm (3) en sensor (5) är anordnad och vilken sensor (5) är kopplad till en styrenhet (6) för styming av den rörliga robotarmen (3), kännetecknat av att sensom (5) innefattar en linjelaser (8) och en optisk mottagare (9) anordnad att ta emot reflekterat laserljus, att förfarandet innefattar belysning av ett föremål (2) som skall gripas med laserljus från sensoms (5) linj elaser (8); mottagande i den optiska mottagaren (9) av laserljus som reflekterats från föremålet som skall gripas; jämförelse av det reflekterade laserljuset med en i förväg definierad reflektion som i form av en referenskurva (C) är inprogramnierad i styrenheten (6); förflyttning av robotarmen (3) till dess att det reflekterade laserljuset stämmer överens med den i förväg definierade reflektionen; och gripande av föremålet (2) när det reflekterade laserljuset stämmer överens med den i förväg definierade reflektionen. . Förfarande enligt krav 5, kännetecknat av att föremålet (2) som skall gripas befinner sig i rörelse.