DE102016206980B4 - Method for handling a body and handling device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Handhabung eines Körpers (12, 13) mittels einer Handhabungsvorrichtung (1), bei dem der Körper mittels einer Aufnahmevorrichtung (11) an einer ersten Position aufgenommen und zu einer zweiten Position transportiert wird, wobei zuerst mittels eines berührungsfreien Objekterkennungssystems (14) eine Repräsentation des Körpers (12, 13) gewonnen wird, darauf der Körper durch die Aufnahmevorrichtung (11) aufgenommen wird und mittels wenigstens eines taktilen Sensors (11c, 11d, 25, 26, 27) der Aufnahmevorrichtung (11) Merkmale des Körpers in der Aufnahmevorrichtung erfasst werden, wobei die erfassten Merkmale mit der Repräsentation des Körpers verknüpft werden, wobei aufgrund der durch das berührungsfreie Objekterkennungssystem (14) erfassten Repräsentation des Körpers (12, 13) wenigstens ein Merkmalsmuster (28) ermittelt wird, das bei der Erfassung durch den/die taktilen Sensoren möglich oder wahrscheinlich ist und wobei das/die ermittelten Merkmalsmuster mit den durch den/die taktilen Sensoren (11c, 11d, 25, 26, 27) erfassten Daten verglichen und das Aufnehmen des Körpers in der Aufnahmevorrichtung validiert wird. Method for handling a body (12, 13) by means of a handling device (1), in which the body is picked up by a receiving device (11) at a first position and transported to a second position, first by means of a non-contact object recognition system (14) Representation of the body (12, 13) is obtained, on the body by the receiving device (11) is received and by means of at least one tactile sensor (11c, 11d, 25, 26, 27) of the receiving device (11) features of the body in the receiving device whereby the detected features are associated with the representation of the body, whereby at least one feature pattern (28) is detected on the basis of the representation of the body (12, 13) detected by the non-contact object recognition system (14); the tactile sensors are possible or probable, and wherein the determined feature pattern (s) are associated with is compared by the tactile sensors (11c, 11d, 25, 26, 27) and validated the recording of the body in the receiving device.
Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Elektrotechnik und ist mit besonderem Vorteil bei der Bearbeitung und Verarbeitung sowie beim Sortieren und Handhaben von Teilen anwendbar, die wenigstens teilweise automatisiert stattfindet. Die Erfindung kann jedoch auch bei verschiedenen Arten von logistischen Anwendungen zum Einsatz kommen.The invention is in the field of mechanical engineering and electrical engineering and is particularly advantageous in the processing and processing as well as in the sorting and handling of parts applicable, which takes place at least partially automated. However, the invention can also be used in various types of logistical applications.
Konkreter bezieht sich die Erfindung auf die Handhabung von Körpern, die an einer ersten Position aufgenommen und zu einer zweiten Position transportiert werden. Dieser Vorgang kann auch Teil eines komplexeren Prozesses sein und ganz oder teilweise automatisiert werden.More concretely, the invention relates to the handling of bodies which are picked up at a first position and transported to a second position. This process can also be part of a more complex process and be fully or partially automated.
Solche Handhabungsverfahren sind grundsätzlich bekannt.Such handling methods are basically known.
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Die Druckschrift
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Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, die Handhabung eines Körpers mittels einer Handhabungsvorrichtung einfacher und zuverlässiger zu gestalten und eine gute Kontrolle darüber zu ermöglichen, wie der Körper gegriffen wird, dabei kann von einer vollständigen Rekonstruktion des Objektes abgesehen werden.It is an object of the present invention, in view of the prior art, to make the handling of a body by means of a handling device simpler and more reliable and to allow good control over how the body is grasped may be waived from a complete reconstruction of the object.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 15 beziehen sich auf mögliche Umsetzungen der Erfindung. Die Aufgabe wird zudem durch eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst, wobei der Patentanspruch 17 eine Umsetzung der Erfindung darstellt.The object is achieved with the features of the invention according to claim 1. The
Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Handhabung eines Körpers mittels einer Handhabungsvorrichtung, bei dem der Körper mittels einer Aufnahmevorrichtung an einer ersten Position aufgenommen und zu einer zweiten Position transportiert wird.Accordingly, the invention relates to a method of handling a body by means of a handling device in which the body is picked up by means of a receiving device at a first position and transported to a second position.
Dazu ist zudem vorgesehen, dass zuerst mittels eines berührungsfreien Objekterkennungssystems eine Repräsentation des Körpers gewonnen wird, dass darauf der Körper durch die Aufnahmevorrichtung aufgenommen wird und dass mittels wenigstens einen taktilen Sensors der Aufnahmevorrichtung Merkmale des Körpers in der Aufnahmevorrichtung erfasst werden, dass die erfassten Merkmale mit der Repräsentation des Körpers verknüpft werden und dass das Aufnehmen des Körpers in der Aufnahmevorrichtung validiert wird.For this purpose, it is additionally provided that a representation of the body is first obtained by means of a non-contact object recognition system, that the body is picked up by the receiving device and that features of the body are detected in the receiving device by means of at least one tactile sensor of the receiving device the representation of the body are linked and that the inclusion of the body is validated in the cradle.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise für sogenannte Bin-Picking-Systeme verwendet werden, bei denen aus einer ungeordneten Menge von Teilen mittels einer Greif- oder Aufnahmevorrichtung einzelne Teile (Körper) herausgegriffen werden. Dieser Vorgang wird bisher oft unter Verwendung von berührungslos gewonnenen Daten, also beispielsweise Bilddaten, gesteuert. Oft sind so gewonnene Bilddaten jedoch fehlerbehaftet und unvollkommen, da einerseits die ungeordnet zusammenliegenden Teile durch eine automatische Erkennung schwierig zu trennen sind und andererseits die Bilddaten an sich ungenau und fehlerbehaftet sein können. Dies ist besonders für Objekte mit transparenten und/oder spiegelnden Oberflächen der Fall. Oft wird deshalb bei bekannten Systemen ein Teil (Körper) gar nicht oder nicht in der vorhergesehenen Weise oder Position gegriffen.The method according to the invention can be used, for example, for so-called bin-picking systems in which individual parts (bodies) are picked out of a disordered quantity of parts by means of a gripping or receiving device. This process has hitherto often been controlled using contactless data, for example image data. Often, however, such image data obtained are flawed and imperfect, since on the one hand, the disordered parts together are difficult to separate by automatic detection and on the other hand, the image data can be inaccurate and error-prone. This is especially the case for objects with transparent and / or reflective surfaces. Often, therefore, in known systems, a part (body) is not grasped or not grasped in the anticipated manner or position.
Durch die funktionale Verbindung eines berührungsfreien Objekterkennungssystems einerseits und eines oder mehrerer taktiler Sensoren der Aufnahmevorrichtung andererseits kann das Greifen eines Körpers sehr viel erfolgreicher und besser kontrollierbar durchgeführt werden. Deshalb sind einerseits Greifvorgänge häufiger erfolgreich, und eine Position des gegriffenen Körpers in der Aufnahmevorrichtung ist durch die Erfindung besser erfassbar. Die Verwendung von berührungslos gewonnenen Daten einerseits und taktil gewonnenen Daten andererseits kann beispielsweise auch dazu genutzt werden, zunächst aufgrund der berührungslos gewonnenen Daten einen relativ grob gesteuerten Greifvorgang einzuleiten und später durch die taktilen Daten die Position des Körpers im Greifer (in der Aufnahmevorrichtung) wesentlich genauer zu erfassen. Damit kann beim Ablegen des Körpers mittels der Greifvorrichtung der Endzustand bzw. die Endposition sehr genau bestimmt werden.Due to the functional connection of a non-contact object recognition system on the one hand and one or more tactile sensors of the receiving device on the other hand, the gripping of a body can be performed much more successful and better controllable. Therefore, on the one hand gripping operations are often successful, and a position of the gripped body in the receiving device is better detected by the invention. The use of contactlessly obtained data on the one hand and tactile data on the other hand can also be used, for example, to initiate a relatively coarse gripping process based on the contactless data obtained, and later, through the tactile data, the position of the body in the gripper (in the receiving device) much more accurately capture. Thus, the final state or the end position can be determined very accurately when placing the body by means of the gripping device.
Sind mehrere taktile Sensoren vorgesehen, so können diese zumindest einige Millimeter voneinander beabstandet sein, um eine passende Ortsauflösung zu erreichen und ein Gesamtbild der Position des Körpers in der Aufnahmevorrichtung zu erzeugen. Die Ortsauflösung kann dabei besser sein als 5 mm, insbesondere besser als 3 mm. Jeder der taktilen Sensoren kann als binärer Sensor ausgestaltet sein, der nur eine Information über das Vorhandensein eines Drucks erzeugt, oder als Sensor, der das Maß des Drucks erfasst und signalisiert.If a plurality of tactile sensors are provided, they may be at least a few millimeters apart, in order to achieve a suitable spatial resolution and to produce an overall picture of the position of the body in the receiving device. The spatial resolution can be better than 5 mm, in particular better than 3 mm. Each of the tactile sensors may be configured as a binary sensor that generates only information about the presence of pressure, or as a sensor that senses and signals the amount of pressure.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Repräsentation eines zu greifenden Körpers gewonnen werden, indem seine Gestalt mit begrenzter Auflösung ermittelt und eine oder mehrere mögliche Greifpositionen oder -konfigurationen bestimmt werden. Damit kann zunächst sichergestellt werden, dass der Körper durch die Aufnahmevorrichtung überhaupt gegriffen werden kann. Die Gestalt und die Abmessungen des Körpers müssen jedoch nicht unmittelbar erfasst werden, beispielsweise durch ein Kamerasystem, eine andere bildgebende Einrichtung oder beispielsweise ein kapazitives Abtastsystem, sondern die Repräsentation eines Körpers kann auch das Abrufen von Informationen aus einer Referenzliste oder Datenbank umfassen, sobald eine bestimmte minimale Erstinformation durch das berührungslose Erfassungssystem gewonnen ist. Dies kann beispielsweise durch eine rudimentäre optische Erkennung, jedoch auch durch andere Erkennungsmerkmale, wie beispielsweise RFIDs, oder das Erkennen einer Farbkodierung oder einer anderen Markierung, zum Beispiel einer Schrift, im berührungsfreien Objekterkennungssystem oder einem hinterlegten Modell des Objektes geschehen. Damit erhält das System eine Information über Größe und Gestalt und gegebenenfalls die Lage des Körpers oder zumindest eines Objektmerkmals, so dass ein zu erwartendes Muster einer taktilen Rückmeldung beim Greifen des Körpers in der Aufnahmevorrichtung bereitgestellt werden kann. Dieses zu erwartende Muster kann mit dem tatsächlichen, von den Sensoren rückgemeldeten Muster zur Validierung des Greifens verglichen werden.In the context of the method according to the invention, a representation of a body to be gripped can be obtained by determining its shape with limited resolution and determining one or more possible gripping positions or configurations. This can first be ensured that the body can be grasped by the recording device at all. However, the shape and dimensions of the body do not need to be detected directly, such as by a camera system, other imaging equipment, or for example a capacitive sensing system, but the representation of a body may also include retrieving information from a reference list or database as and when a particular one of them is desired minimal initial information is obtained by the non-contact detection system. This can be done for example by a rudimentary optical detection, but also by other recognition features, such as RFIDs, or recognizing a color coding or other marking, for example, a font in the non-contact object recognition system or a stored model of the object. Thus, the system receives information about size and shape and optionally the position of the body or at least one object feature, so that an expected pattern of tactile feedback when gripping the body can be provided in the receiving device. This expected pattern can be compared to the actual patterns reported by the sensors to validate the gripping.
Es kann für eine genauere und zuverlässige Erfassung von Daten des Körpers in der Aufnahme vorgesehen sein, dass Merkmale des Körpers mittels wenigstens eines ortsauflösenden taktilen Sensors oder mehrerer taktiler Sensoren, insbesondere mehrerer ortsauflösender Sensoren, erfasst werden. Sind mehrere, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder auch mehr als fünf oder mehr als zehn taktile Sensoren vorgesehen, so können diese einzeln nicht ortsauflösend gestaltet sein.It may be provided for a more accurate and reliable capture of data of the body in the recording that features of the body be detected by at least one spatially resolving tactile sensor or multiple tactile sensors, in particular a plurality of spatially resolving sensors. If a plurality of, for example, two, three, four, five, or more than five or more than ten tactile sensors are provided, they can not be individually designed to be spatially resolved.
Ein zu erfassendes Merkmal eines Körpers kann eine Wölbung, Kante, Loch aber auch eine elastische Eigenschaft eines Objektes sein sowie Struktureigenschaften eines Körpers umfassen.A feature of a body to be detected may be a curvature, an edge, a hole but also an elastic property of an object as well as structural properties of a body.
Es kann auch vorgesehen sein, dass aufgrund der durch das berührungsfreie Objekterkennungssystem gewonnenen Repräsentation des Körpers wenigstens ein Merkmalsmuster ermittelt wird, dass bei der Erfassung durch die taktilen Sensoren möglich oder wahrscheinlich ist und dass das/die ermittelten Merkmalsmuster mit den durch den/die taktilen Sensoren erfassten Daten verglichen wird/werden. Aus den so gewonnen Vergleichsdaten kann ermittelt werden, ob der Körper in der gewünschten Position durch die Aufnahmevorrichtung gegriffen worden ist. Ergeben sich Abweichungen von der Wunschposition, so können diese bestimmt werden, und es kann die tatsächliche Position des Körpers in der Aufnahmevorrichtung bestimmt werden. Damit kann die Ansteuerung der Handhabungsvorrichtung derart korrigiert werden, dass eine gewünschte Endposition und -ausrichtung des Körpers beim Ablegen erzielbar ist.It can also be provided that, on the basis of the representation of the body obtained by the non-contact object recognition system, at least one feature pattern is determined that is possible or probable during the detection by the tactile sensors and that the determined feature pattern (s) coincides with that determined by the tactile sensor (s) collected data is / are compared. From the comparative data thus obtained, it can be determined whether the body has been gripped in the desired position by the receiving device. Deviations from the desired position can be determined and the actual position of the body in the receiving device can be determined. Thus, the control of the handling device can be corrected so that a desired end position and orientation of the body can be achieved when depositing.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs des/der ermittelten Merkmalsmuster(s) mit den erfassten Daten des/der taktilen Sensoren die Handhabungsvorrichtung angesteuert wird. Die Daten der taktilen Sensoren können beispielsweise einmalig beim Greifen des Körpers in der Aufnahmevorrichtung ermittelt und ausgewertet werden.It can also be provided that the handling device is activated depending on the result of the comparison of the determined feature pattern (s) with the acquired data of the tactile sensor (s). The data of the tactile sensors can for example be determined and evaluated once when gripping the body in the receiving device.
Es kann auch vorgesehen sein, dass beim Aufnehmen des Körpers in der Aufnahmevorrichtung die Greiferkonfiguration, insbesondere die Ausrichtung der Aufnahmevorrichtung, in Abhängigkeit von den durch das berührungsfreie Objekterkennungssystem gewonnenen Daten gewählt wird.It can also be provided that, when receiving the body in the receiving device, the gripper configuration, in particular the orientation of the receiving device, is selected as a function of the data obtained by the non-contact object recognition system.
Es ist auch denkbar, dass die Daten des/der taktilen Sensoren permanent während einer Zeitdauer oder mehrmals in zeitlichen Abständen nacheinander erfasst und Änderungen der Daten ermittelt werden und dass aus den Änderungen der Daten auf eine Kollision der Aufnahmevorrichtung oder des Körpers mit einem Hindernis oder auf ein Verrutschen des Körpers in der Aufnahmevorrichtung oder einen Verlust des Körpers aus der Aufnahmevorrichtung geschlossen wird. Damit kann beispielsweise ermittelt werden, ob der Körper seine Position in der Aufnahmevorrichtung verändert. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Körper während der Handhabung verrutscht oder gänzlich aus der Aufnahmevorrichtung herausrutscht. Dies kann durch Erfassung der Änderung der taktilen Rückmeldedaten registriert und gemeldet werden. Eine derartige Meldung kann durch ein oder in Verbindung mit einem Alarmsignal, beispielsweise optischer oder akustischer Natur, oder einen Haltebefehl an die mechanische Steuerung der Handhabungsvorrichtung erfolgen oder zu einem veränderten Prozessablauf führen, in dem das Objekt erneut zuordenbar gegriffen wird oder aber ein gänzliches neues Objekt gegriffen wird.It is also conceivable that the data of the tactile sensor (s) are continuously detected for a period of time or several times at intervals and changes in the data are determined and from the changes of the data on a collision of the recording device or the body with an obstacle or on Slipping of the body in the receiving device or loss of the body is closed from the receiving device. This can be used, for example, to determine whether the body changes its position in the receiving device. This can be done, for example, by the body slipping during handling or slipping completely out of the receiving device. This can be registered and reported by detecting the change in the tactile feedback data. Such a message can be made by or in connection with an alarm signal, such as optical or acoustic nature, or a halt command to the mechanical control of the handling device or lead to an altered process flow in which the object is resorted to attributable or a whole new object is seized.
Es kann auch vorgesehen sein, dass aus den Änderungen der Daten auf eine Kollision der Aufnahmevorrichtung oder des Körpers mit einem Hindernis geschlossen wird und die aktuelle Position der Handhabungsvorrichtung während der Kollision gespeichert und in nachfolgenden Handhabungsvorgängen vermieden wird. Hierzu können einerseits Änderungen der Kraftverteilung in einer statischen Betrachtung herangezogen werden, wie zum Beispiel eine Schwerpunktverschiebung oder eine andere Musterdifferenz.It can also be provided that from the changes of the data on a collision of the receiving device or the body is closed with an obstacle and the current position of the handling device is stored during the collision and avoided in subsequent handling operations. For this purpose, on the one hand, changes in the force distribution in a static analysis can be used, such as a shift in emphasis or another pattern difference.
Während der Kollision der Handhabungsvorrichtung oder der Aufnahmevorrichtung oder einer unmittelbaren Kollision des zu transportierenden Körpers mit einem Hindernis tritt jedoch auch ein bestimmtes dynamisches, zeitabhängiges Kräftemuster auf, in dem einerseits die rückgemeldeten taktilen Signale des/der Sensoren aus der Aufnahmevorrichtung sich schlagartig ändern und andererseits bestimmte dynamische Kräfte in der Aufnahmevorrichtung wirken, die beispielsweise zur Rückmeldung deutlich erhöhter Kräfte an einigen Sensoren und zur Rückmeldung deutlich verringerter Kräfte an anderen Sensoren führen können. Solche dynamischen Rückmeldemuster können detektiert und analysiert werden, so dass Kollisionen eindeutig identifizierbar sind. Solche dynamischen Rückmeldemuster können auch bei Inbetriebnahme der Handhabungsvorrichtung durch gezielt herbeigeführte Kollisionen erlernt werden. Auch bei Verwendung nur eines einzigen taktilen Sensors können schlagartige Kräfteänderungen registriert und auf diese Weise Kollisionen erkannt werden. Es kann dazu die Änderungsrate der Kräfte und/oder das Maß der Änderung erfasst und registriert werden.However, during the collision of the handling device or the receiving device or an immediate collision of the body to be transported with an obstacle also occurs a certain dynamic, time-dependent force pattern in which on the one hand change the feedback tactile signals of the / the sensors from the recording device abruptly and on the other hand certain dynamic forces act in the receiving device, which can lead, for example, to reporting significantly increased forces on some sensors and feedback significantly reduced forces on other sensors. Such dynamic feedback patterns can be detected and analyzed so that collisions are uniquely identifiable. Such dynamic feedback patterns can also be learned during commissioning of the handling device by deliberately induced collisions. Even when using only a single tactile sensor abrupt force changes can be registered and detected in this way collisions. For this purpose, the rate of change of the forces and / or the extent of the change can be recorded and registered.
Der Zeitpunkt und die Position der Aufnahmevorrichtung beim Auftreten einer Kollision lassen sich durch die Parameter der Steuerung der Handhabungsvorrichtung identifizieren und abspeichern. Ist der Ort der Aufnahmevorrichtung bekannt, an dem eine erhöhte Kollisionsgefahr besteht, so kann dieser Ort bei zukünftigen Handhabungsprozessen vermieden und weiträumig umfahren werden.The timing and position of the pick-up device upon the occurrence of a collision can be identified and stored by the parameters of the control of the handling device. If the location of the receiving device is known at which there is an increased risk of collision, this location can be avoided in future handling processes and can be bypassed over a wide area.
Es kann auch beispielsweise vorgesehen sein, dass, wenn auf ein Verrutschen des Körpers in der Aufnahmevorrichtung geschlossen wird, der Körper abgelegt und neu aufgenommen wird. Unter dem Verrutschen des Körpers in der Aufnahmevorrichtung kann beispielsweise verstanden werden, dass sich ein identifiziertes und überwachtes Körpermerkmal verschiebt, in dem zum Beispiel eine der durch die taktilen Sensoren registrierten Hauptachsen des Körpers sich um einen Winkel verschiebt, der eine bestimmte voreingestellte Schwelle überschreitet. It can also be provided, for example, that when the slipping of the body in the receiving device is concluded, the body is deposited and taken up again. For example, slipping of the body in the cradle may be understood to shift an identified and monitored body feature in which, for example, one of the major axes of the body registered by the tactile sensors shifts by an angle exceeding a certain preset threshold.
Bei der Gestaltung des eigentlichen Handhabungsvorgangs kann vorgesehen sein, dass das Aufnehmen des Körpers in der Aufnahmeeinrichtung das Erzeugen einer Andruckkraft umfasst, mit der der Körper gegen eine erste Greiffläche der Aufnahmevorrichtung gedrückt wird, auf der ein insbesondere ortsauflösender taktiler Sensor vorgesehen ist.In the design of the actual handling operation can be provided that the inclusion of the body in the receiving device comprises generating a pressing force with which the body is pressed against a first gripping surface of the receiving device on which a particular spatially resolving tactile sensor is provided.
Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Körper in der Aufnahmevorrichtung zwischen zwei Greifflächen gepresst wird, die jeweils einen ortsauflösenden Sensor aufweisen.For this purpose, for example, be provided that the body is pressed in the receiving device between two gripping surfaces, each having a spatially resolving sensor.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Körper durch eine Saugvorrichtung an eine Fläche der Aufnahmevorrichtung angepresst wird, die wenigstens einen insbesondere ortsauflösenden taktilen Sensor aufweist. Auch das Andrücken eines Körpers an eine Aufnahmevorrichtung durch magnetische Anziehungskräfte ist möglich, wobei die Fläche, an die der Körper in der Aufnahmevorrichtung gepresst wird, mit entsprechenden taktilen Sensoren ausgestattet sein kann.However, it can also be provided that the body is pressed by a suction device against a surface of the receiving device, which has at least one in particular spatially resolving tactile sensor. Also, the pressing of a body to a receiving device by magnetic attraction forces is possible, wherein the surface to which the body is pressed in the receiving device may be equipped with corresponding tactile sensors.
Es kann auch sein, dass zwischen dem taktilen Sensoren und dem Objekt ein oder mehrere Zwischenelemente liegen, die das Aufnahmeverhalten des Sensors beeinflussen sollen/ oder aber für das Wirkprinzip des Greifers notwendig sind, wie zum Beispiel ein Gummibelag.It may also be that between the tactile sensors and the object are one or more intermediate elements that are to influence the recording behavior of the sensor / or are necessary for the operating principle of the gripper, such as a rubber coating.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Körper in der Aufnahmevorrichtung einer zeitlich veränderlichen Andruckkraft ausgesetzt wird und dass das Nachgeben des Körpers in Abhängigkeit von der Andruckkraft erfasst wird. Durch das Variieren der Andruckkraft und das Registrieren der taktilen Rückmeldung in Form der Messdaten der taktilen Sensoren kann die Nachgiebigkeit des zu greifenden Körpers ermittelt werden. Diese kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass der Körper insgesamt biegbar ist oder dass er beispielsweise eine weiche oder stellenweise weiche Oberfläche aufweist. Auch das Vorhandensein von Kanten oder Erhebungen an dem zu greifenden Körper kann auf diese Weise mittels der Sensoren ertastet werden. Ändert durch den zunehmenden Druck der Körper schlagartig seine Position in der Aufnahmevorrichtung, beispielsweise dadurch, dass er beschädigt wird oder kippt, so ist dies durch eine ebenso schlagartige Änderung der Messdaten der taktilen Sensoren nachweisbar und berücksichtigbar.It can also be provided that the body in the receiving device is subjected to a temporally variable pressure force and that the yielding of the body is detected as a function of the pressing force. By varying the pressing force and registering the tactile feedback in the form of the measured data of the tactile sensors, the resilience of the body to be gripped can be determined. This can for example be given by the fact that the body is bendable as a whole or that he has, for example, a soft or in places soft surface. Also, the presence of edges or protrusions on the body to be gripped can be felt in this way by means of the sensors. Changes by the increasing pressure of the body abruptly its position in the receiving device, for example, the fact that it is damaged or tipped, this is detectable and considered by an equally sudden change in the measurement data of the tactile sensors.
Bei besonders schwierigen Handhabungsvorgängen, bei denen beispielsweise die berührungslose Erfassung von Anfangsdaten besonders schwierig oder unvollkommen ist, kann außerdem vorgesehen sein, dass vor dem Aufnehmen des Körpers ein mit einem ortsauflösenden taktilen Sensor versehener Teil der Aufnahmevorrichtung, insbesondere eine Greiffläche, gegen den Körper gedrückt wird und taktile Daten erfasst werden. Damit können in einem ersten Schritt die unvollkommenen berührungslos gewonnenen Daten, beispielsweise Kameradaten, durch die taktil gewonnenen Daten ergänzt werden, ohne dass der Körper zunächst ergriffen wird. Erst in einem zweiten Schritt kann dann der Körper mittels der Aufnahmevorrichtung gegriffen und der Greifvorgang durch weitere Auswertung von taktilen Daten validiert werden.In particularly difficult handling operations, in which, for example, the contactless detection of initial data is particularly difficult or imperfect, may also be provided that before receiving the body provided with a spatially resolving tactile sensor part of the receiving device, in particular a gripping surface is pressed against the body and tactile data are collected. Thus, in a first step, the imperfect, contactlessly obtained data, for example, camera data, can be supplemented by the tactile data without the body first being grasped. Only in a second step, the body can then be grasped by means of the receiving device and the gripping process can be validated by further evaluation of tactile data.
Bei der anfänglichen Datengewinnung durch ein berührungsloses Erfassungssystem kann vorgesehen sein, dass die Repräsentation des Körpers seine Lage und/oder Orientierung und/oder Form und/oder Größe umfasst. Dadurch kann auch die Konfiguration der Aufnahmevorrichtung, beispielsweise deren Ausrichtung und der Öffnungswinkel eines Greifers, optimiert werden.In the initial data acquisition by a non-contact detection system can be provided that the representation of the body includes its location and / or orientation and / or shape and / or size. As a result, the configuration of the receiving device, for example, its orientation and the opening angle of a gripper, can be optimized.
Es kann, wie oben bereits angedeutet, vorgesehen sein, dass durch das Objekterkennungssystem die Form und Größe des Körpers unmittelbar oder durch Vergleich mit Referenzwerten einer Datenbank ermittelt wird.It may be provided, as already indicated above, that the shape and size of the body is determined directly or by comparison with reference values of a database by the object recognition system.
Es kann auch für eine detailliertere Identifizierung oder Lokalisierung des Körpers vorgesehen sein, dass Kanten und/oder Absätze und/oder Vorsprünge und/oder Ausnehmungen des Körpers durch das Objekterkennungssystem unmittelbar ermittelt und daraus zu erwartende taktile Muster erzeugt werden. Bei Ausführung einer bestimmten Greiferkonfiguration zu einem identifiziert Merkmal kann so ein zu erwartendes taktiles Muster gewonnen werden. Weiterhin, wenn spezifische Merkmale identifiziert werden, können auch die restlichen Modelldaten reproduziert werden.It can also be provided for a more detailed identification or localization of the body, that edges and / or shoulders and / or projections and / or recesses of the body are directly determined by the object recognition system and tactile patterns expected to be generated therefrom. When executing a particular gripper configuration to an identified feature so an expected tactile pattern can be obtained. Furthermore, if specific features are identified, the remaining model data can also be reproduced.
Bei Rückgriff auf Referenzdaten kann auch das Vorhandensein von geometrischen Merkmalen, wie Erhebungen oder Kanten, ermittelt und nur noch die Lage dieser Merkmale durch das berührungsfreie Objekterkennungssystem und/oder die taktilen Sensoren ermittelt werden.When resorting to reference data, the presence of geometric features, such as elevations or edges, can be determined and only the position of these features can be determined by the non-contact object recognition system and / or the tactile sensors.
Fehlerhafte Greifvorgänge beim Greifen von Objekten können über den Abgleich mit den Erwartungswerten festgestellt werden. Im Zuge eines wiederholten Fehlgreifens in der gleichen Art und Weise kann auf eine Fehlkonfiguration der Greifvorrichtung (Offsets) geschlossen werden. Der Offset kann so direkt ermittelt werden und für eine Online-Kalibrierung der Bewegungsvorrichtung genutzt werden oder dem Bediener kann mitgeteilt werden, dass eine erneute Kalibrierung notwendig ist.Faulty gripping operations when gripping objects can be compensated with the Expected values are determined. In the course of a repeated failure in the same manner can be concluded that a misconfiguration of the gripper (offsets). The offset can thus be determined directly and used for on-line calibration of the motion device, or the operator can be told that recalibration is necessary.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die durch die taktilen Sensoren erfasste Gesamtkraft, die auf den Körper wirkt, oder eine diese repräsentierende Gesamtsignalstärke überwacht wird, und dass beim Absinken der Gesamtkraft unter eine erste Schwelle oder bei Überschreiten einer zweiten Schwelle auf eine Fehlfunktion der Aufnahmevorrichtung geschlossen wird. Beispielsweise kann bei mangelnder Funktion einer Ansaugvorrichtung ein Körper durch die Aufnahmevorrichtung langsam losgelassen werden, was grundsätzlich im Zuge der Handhabung von Bauteilen unerwünscht ist. Auch das Greifen in einem mechanischen, zangenartigen Greifer kann mängelbehaftet sein, wenn die Greifkraft beispielsweise bei Verwendung hydraulischer oder pneumatischer Krafterzeugungsmechanismen nachlässt. Vor solchen Fehlern kann durch die laufende Ermittlung der Anpresskraft des Körpers in der Aufnahmevorrichtung rechtzeitig gewarnt werden bzw. über eine Wartung informiert werden.It can also be provided that the total force detected by the tactile sensors, which acts on the body, or a total signal strength representing this is monitored, and that when the total force falls below a first threshold or if a second threshold is exceeded, a malfunction of the receiving device is closed. For example, a body can be slowly released by the receiving device in the absence of function of a suction device, which is generally undesirable in the course of handling components. Also, the gripping in a mechanical, pincer-like gripper may be deficient when the gripping force decreases, for example when using hydraulic or pneumatic force generating mechanisms. Before such errors can be warned in good time by the ongoing determination of the contact pressure of the body in the receiving device or informed about maintenance.
Die Erfindung bezieht sich außer auf ein Verfahren der oben genannten und erläuterten Art auch auf eine Handhabungsvorrichtung zur Handhabung eines Körpers, mit einer Aufnahmevorrichtung, mittels derer der Körper an einer ersten Position aufgenommen und zu einer zweiten Position transportiert wird, sowie mit einem berührungsfreien Objekterkennungssystem zur Gewinnung einer Repräsentation des Körpers, wobei die Aufnahmevorrichtung wenigstens einen ortsauflösenden taktilen Sensor zur Erfassung von Merkmalen des Körpers aufweist, und mit einer Verknüpfungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die taktil erfassten Merkmale mit der Repräsentation des Körpers zu verknüpfen und in Abhängigkeit vom Verknüpfungsergebnis das Aufnehmen des Körpers in der Aufnahmevorrichtung zu validieren.The invention relates, in addition to a method of the above-mentioned and explained type, also to a handling device for handling a body, comprising a receiving device, by means of which the body is received at a first position and transported to a second position, as well as with a non-contact object recognition system Obtaining a representation of the body, wherein the recording device comprises at least one spatially resolving tactile sensor for detecting features of the body, and with a linking device which is adapted to link the tactile sensed features with the representation of the body and depending on the result of the combination recording of the body in the cradle.
Die Handhabungsvorrichtung kann beispielsweise so gestaltet sein, dass eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung eines Zielortes des Körpers durch die Handhabungsvorrichtung vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinrichtung mit der Verknüpfungseinrichtung verbunden ist.By way of example, the handling device may be designed so that a control device is provided for controlling a destination of the body by the handling device, wherein the control device is connected to the linking device.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt
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1 schematisch eine Handhabungsvorrichtung in Form eines Roboters, der dazu eingerichtet ist, Teile aufzunehmen und abzulegen, -
2 ,3 ,4 verschiedene Ausführungsformen einer Aufnahmevorrichtung, -
5 einen zu handhabenden Körper in einer Aufnahmevorrichtung, -
6 ein erwartetes Muster eines Körpers in einer Aufnahmevorrichtung, -
7 eine mögliche tatsächliche Druckverteilung eines in der Aufnahmevorrichtung gehaltenen Körpers sowie -
8 schematisch eine Verknüpfungseinrichtung zur Verknüpfung der taktil erfassten Merkmale mit einer berührungsfrei gewonnenen Repräsentation des zu handhabenden Körpers.
-
1 schematically a handling device in the form of a robot, which is adapted to receive and deposit parts, -
2 .3 .4 various embodiments of a receiving device, -
5 a body to be handled in a receiving device, -
6 an expected pattern of a body in a cradle, -
7 a possible actual pressure distribution of a held in the receiving body and body -
8th schematically a linking device for linking the tactile detected features with a non-contact obtained representation of the body to be handled.
Die Schwenkbewegungen um die einzelnen Gelenke
Am Ende des Roboterarms
Um die Aufnahmevorrichtung und den Roboterarm
Auf den Innenseiten der Backen
Die taktilen Sensoren
Grundsätzlich ist es bekannt, mittels eines Kamerasystems
Ein solches Ausselektieren und gezieltes Greifen eines einzelnen Körpers ist jedoch fehlerbehaftet, da die durch ein Kamerasystem
Nähert sich die Aufnahmevorrichtung
Aus diesem Grund kann zunächst durch die Kamera
Im nächsten Schritt kann ein wahrscheinliches oder zu erwartendes Lagebild des erkannten Körpers erzeugt werden, das dieser bei einer Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung erzeugen sollte. Dieses Bild oder Muster wird mit einem tatsächlich durch taktile Sensoren in der Aufnahmevorrichtung
In
In
Das ideale Muster
Die Erfassung der tatsächlichen Druckverteilung mittels der taktilen Sensoren kann fortwährend oder in bestimmten zeitlichen Abständen während der Handhabung des Körpers
Die taktilen Sensoren
Die Verknüpfungseinrichtung
Wird die Erfassung der taktilen Signale ständig wiederholt, so kann bei einer schlagartigen Änderung der Signale eine Kollision registriert werden. Es kann auch lediglich eine Änderung registriert und auf das Überschreiten und/oder Unterschreiten bestimmter Schwellen geprüft werden. Durch Austausch der Daten zwischen der Verknüpfungseinrichtung
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