BE1020656A3

BE1020656A3 - LINKED (ELECTRO) MECHANICAL SYSTEMS FOR MANIPULATING AN OBJECT.

Info

Publication number: BE1020656A3
Application number: BE201200289A
Authority: BE
Inventors: Ruben Smits; Peter Soetens; Eli Reekmans
Original assignee: Intermodalics B V B A
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2014-02-04

Description

Gekoppelde (elektro-) mechanische systemen voor het manipuleren van een voorwerpLinked (electro) mechanical systems for manipulating an object

Algemeen domein van de uitvindingGeneral domain of the invention

De uitvinding situeert zich in het domein van (deels) gekoppelde (elektro-)mechanische (deel-) systemen, de bijhorende regelaars en opstelling van sensoren en actuatoren, en computer programma's voor aansturing van de regelaars.The invention is situated in the domain of (partially) coupled (electro) mechanical (sub) systems, the associated controllers and arrangement of sensors and actuators, and computer programs for controlling the controllers.

Achtergrond van de uitvindingBACKGROUND OF THE INVENTION

Het gebruik van een systeem ter ondersteuning van operatoren voor het manipuleren van voorwerpen met een bepaald gewicht, groter dan de operator kan tillen, zoals het gebruik van een hefslurf met een door de operator te bedienen handgreep zijn gekend, bijvoorbeeld in DE 102008028205. Deze technieken vereisen steeds menselijke interventie en zijn gebaseerd op de operator zijn mogelijkheid om in geval van overbelasting de handgreep te lossen.The use of a system to support operators for manipulating objects with a certain weight, greater than the operator can lift, such as the use of a lifting hose with a handle to be operated by the operator are known, for example in DE 102008028205. These techniques always require human intervention and are based on the operator's ability to release the handle in the event of an overload.

Het inzetten van mechanische hulpmiddelen zoals een hefsysteem bestaande uit een robotarm, voor manipulatie van een voorwerp in meer dan 1 ruimtelijke dimensie is gekend, bijvoorbeeld in DE 19959285, waarbij grijpelementen op een bepaalde manier met de robotarm worden gecombineerd. Deze technieken verhogen weliswaar de inzet van de arm in meer dimensies, maar het systeem blijft beperkt tot de tilcapaciteit van die ene robotarm.The use of mechanical aids such as a lifting system consisting of a robot arm for manipulating an object in more than 1 spatial dimension is known, for example in DE 19959285, in which gripping elements are combined with the robot arm in a certain way. Although these techniques increase the deployment of the arm in more dimensions, the system remains limited to the lifting capacity of that one robot arm.

Doel van de uitvindingObject of the invention

Het doel van de uitvinding is om over systemen, ter ondersteuning voor het manipuleren van voorwerpen met een bepaald gewicht, groter dan een geautomatiseerd deelsysteem kan tillen, te beschikken, waarbij het totale systeem zo ontworpen is (door een geschikte combinatie van deelsystemen en/of door voldoende regel intelligentie) zodat overbelasting of overdimensionering van (deel-) systemen voorkomen wordt, zonder operator ingrepen.The object of the invention is to have systems for supporting manipulation of objects of a certain weight that can be lifted larger than an automated subsystem, the overall system being designed in this way (by a suitable combination of subsystems and / or by sufficient control intelligence) so that overloading or over-dimensioning of (sub) systems is prevented, without operator intervention.

Samenvatting van de uitvindingSummary of the invention

In een eerste aspect van de uitvinding wordt een systeem beschreven geschikt voor het manipuleren van een voorwerp, het systeem omvattende een le deelsysteem geschikt voor het manipuleren van een voorwerp in x- vrijheidsgraden (x variërende tussen 1 en 6); een 2e deelsysteem minstens geschikt voor het manipuleren van een voorwerp in 1 vrijheidsgraad van die x-vrijheidsgraden; en een 3* deelsysteem, zijnde het voorwerp of geschikt voor het bevestigen van een voorwerp, waarbij het 2e deelsysteem, langs die 1 vrijheidsgraad door middel van een krachtoverbrengende verbinding verbonden is met het 3e deelsysteem; en waarbij het le deelsysteem door middel van een krachtoverbrengende verbinding verbonden is (in het bijzonder langs minstens 1 vrijheidsgraad anders dan die 1 vrijheidsgraad) met het 3e deelsysteem.In a first aspect of the invention a system is described suitable for manipulating an object, the system comprising a subsystem suitable for manipulating an object in x degrees of freedom (x varying between 1 and 6); a second subsystem at least suitable for manipulating an object in 1 degree of freedom of those x degrees of freedom; and a 3 * subsystem, being the article or suitable for attaching an article, wherein the 2nd subsystem, along that 1 degree of freedom, is connected to the 3rd subsystem by means of a force-transmitting connection; and wherein the le subsystem is connected to the 3rd subsystem by means of a force-transmitting connection (in particular along at least 1 degree of freedom other than that 1 degree of freedom).

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een systeem beschreven, geschikt voor het manipuleren van een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan een voorafbepaald minimum in x-vrijheidsgraden, omvattende een le deelsysteem geschikt voor het manipuleren van een voorwerp in x-vrijheidsgraden, waarbij dit le deelsysteem minstens in 1-vrijheidsgraad slechts een maximale kracht of koppel, kan realizeren die niet voldoende is om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaald minimum te manipuleren; een 2* deelsysteem minstens geschikt voor het manipuleren van een voorwerp in die minstens 1- vrijheidsgraad waarvoor het le deelsysteem niet voldoende kracht of koppel kan realizeren om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaald minimum te manipuleren, waarbij het 2* deelsysteem, minstens een extra kracht of koppel gelijk aan het verschil tussen de nodige totale kracht of koppel voor het manipuleren van een voorwerp met gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaald minimum en de maximale kracht of koppel dat het le deelsysteem, kan realizeren in die minstens 1 vrijheidsgraad; en een 3e deelsysteem, zijnde het voorwerp of een systeem geschikt voor het bevestigen van een voorwerp; waarbij het 2e deelsysteem, langs die minstens 1 vrijheidsgraad waarvoor het le deelsysteem niet voldoende kracht of koppel kan realizeren om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaald minimum te manipuleren, door middel van een krachtoverbrengende verbinding verbonden is met het 3e deelsysteem; waarbij het le deelsysteem, langs minstens 1 vrijheidsgraad anders dan die minstens 1- vrijheidsgraad waarvoor het le deelsysteem niet voldoende kracht of koppel kan realizeren om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaald minimum te manipuleren, door middel van een krachtoverbrengende verbinding verbonden is met het 3e deelsysteem.An embodiment of the invention describes a system suitable for manipulating an object with a weight and / or moment of inertia greater than a predetermined minimum in x-freedom degrees, comprising a sub-system suitable for manipulating an object in x-freedom degrees , wherein this partial subsystem can realize at least in a degree of freedom only a maximum force or torque that is not sufficient to manipulate an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum; a 2 * subsystem at least suitable for manipulating an object in that at least 1 degree of freedom for which the le subsystem cannot realize sufficient force or torque to manipulate an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum, wherein the 2 * subsystem, at least an extra force or torque equal to the difference between the necessary total force or torque for manipulating an object with weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum and the maximum force or torque that the le subsystem can realize in that at least 1 degree of freedom; and a 3rd subsystem, being the object or a system suitable for attaching an object; wherein the 2nd subsystem, along that at least 1 degree of freedom for which the le subsystem cannot realize sufficient force or torque to manipulate an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum, is connected to the 3rd by means of a force-transmitting connection subsystem; wherein the le subsystem, along at least 1 degree of freedom other than that at least 1 degree of freedom for which the le subsystem cannot realize sufficient force or torque to manipulate an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum, by means of a force-transmitting connection is connected to the 3rd subsystem.

In een verdere uitvoeringsvorm worden het le en 2e deelsysteem niet zelf direct met elkaar verbonden.In a further embodiment, the le and 2nd subsystem itself are not directly connected to each other.

In een andere uitvoeringsvorm, bestaan de krachtoverbrengende verbindingen uit een starre verbinding.In another embodiment, the force transmitting connections consist of a rigid connection.

In een verdere uitvoeringsvorm omvat het systeem verder een regelsysteem voor het aansturen van de le en 2e deelsystemen, waarbij het regelsysteem zodanig ontworpen is dat de totale kracht of koppel in die minstens 1 vrijheidsgraad, waarvoor het le deelsysteem niet voldoende kracht of koppel kan realiseren om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaalde minimum te manipuleren, minstens kleiner is dan de maximale kracht of koppel die het le deelsysteem kan realiseren in die minstens 1 vrijheidsgraad.In a further embodiment the system further comprises a control system for controlling the le and 2e subsystems, wherein the control system is designed such that the total force or torque in that at least 1 degree of freedom, for which the le subsystem cannot realize sufficient force or torque to manipulate an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum, is at least smaller than the maximum force or torque that the subsystem can realize in that at least 1 degree of freedom.

In een verdere uitvoeringsvorm zijn de koppelingen (verbindingen) tussen de le en 3e deelsystemen zodanig ontworpen dat de koppeling kan worden verbroken indien de totale kracht of koppel in die minstens 1 vrijheidsgraad, waarvoor het le deelsysteem niet voldoende kracht of koppel kan realiseren om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaalde minimum te manipuleren, op de plaats van de koppeling tussen le en 3e deelsystemen, groter is dan de maximale kracht of koppel die het le deelsysteem kan realiseren in die minstens 1 vrijheidsgraad (bv bij uitval elektriciteit).In a further embodiment the couplings (connections) between the le and 3e subsystems are designed such that the coupling can be broken if the total force or torque in that at least 1 degree of freedom, for which the le subsystem cannot realize sufficient force or torque around an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum manipulation, at the location of the coupling between le and 3rd subsystems, is greater than the maximum force or torque that the le subsystem can realize in that at least 1 degree of freedom (eg in the event of failure) electricity).

In een verdere uitvoeringsvorm is het 2e deelsysteem enkel geschikt voor het manipuleren van een voorwerp in die minstens 1 vrijheidsgraad waarvoor het le deelsysteem niet voldoende kracht of koppel kan realiseren om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaalde minimum te manipuleren, waarbij het 2e deelsysteem minstens een extra kracht of koppel gelijk aan het verschil tussen de nodige totale kracht of koppel voor het manipuleren van een voorwerp met gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaalde minimum en de maximale kracht of koppel dat het 1* deelsysteem kan realiseren in die minstens 1 vrijheidsgraad.In a further embodiment the second subsystem is only suitable for manipulating an object in that at least 1 degree of freedom for which the subsystem cannot realize sufficient force or torque to manipulate an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum, the 2nd subsystem having at least one additional force or torque equal to the difference between the necessary total force or torque for manipulating an object with weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum and the maximum force or torque that the 1 * subsystem can realize in that at least 1 degree of freedom.

In een verdere uitvoeringsvorm is het le deelsysteem, langs alle (maximaal) x-1 vrijheidsgraden anders dan die minstens 1- vrijheidsgraad waarvoor het le deelsysteem niet voldoende kracht of koppel kan realiseren om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaalde minimum te manipuleren, door middel van een krachtoverbrengende verbinding verbonden is met het 3e deelsysteem.In a further embodiment, the le subsystem is, along all (maximum) x-1 degrees of freedom other than that at least 1 degree of freedom for which the le subsystem cannot realize sufficient force or torque to an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum to be manipulated, is connected to the 3rd subsystem by means of a power transmission connection.

In een verdere uitvoeringsvorm kan het 2e deelsysteem worden verplaatst langs al de vrijheidsgraden van het le deelsysteem - anders dan die minstens 1 vrijheidsgraad - die door middel van een krachtoverbrengende verbinding verbonden zijn met het 2e deelsysteem.In a further embodiment the 2nd subsystem can be moved along all the degrees of freedom of the le subsystem - other than that at least 1 degree of freedom - which are connected to the 2nd subsystem by means of a force-transmitting connection.

In een verdere uitvoeringsvorm heeft het le deelsysteem sensoren gekoppeld aan het regelsysteem, meer bepaald kracht of koppel sensoren, geschikt voor het bepalen van de krachten of koppels die op het le deelsysteem worden uitgeoefend.In a further embodiment, the le subsystem has sensors coupled to the control system, more particularly force or torque sensors, suitable for determining the forces or torques exerted on the le subsystem.

In een verdere uitvoeringsvorm is het le deelsysteem een seriële robot.In a further embodiment, the le subsystem is a serial robot.

In een verdere uitvoeringsvorm is de actieve vrijheidsgraad van het 2e deelsysteem geactueerd door een hefsysteem.In a further embodiment, the active degree of freedom of the 2nd subsystem is actuated by a lifting system.

In een verdere uitvoeringsvorm is het 3e deelsysteem een massa met een grijper.In a further embodiment, the 3rd subsystem is a mass with a gripper.

In een verdere uitvoeringsvorm is de beweging van het 2e deelsysteem in alle beweegbare vrijheidsgraden, anders dan die minstens 1 vrijheidsgraad, passief.In a further embodiment, the movement of the 2nd subsystem is passive in all movable degrees of freedom, other than that at least 1 degree of freedom.

In een verdere uitvoeringsvorm is de koppeling tussen het le en 3e deelsysteem actief (zijnde in operatie door concrete aansturing) (bijvoorbeeld een elektromagneet).In a further embodiment the coupling between the le and 3rd subsystem is active (being in operation by concrete control) (for example an electromagnet).

In een alternatieve uitvoeringsvorm van elk van de voorgaande uitvoeringsvormen en de equivalente andere aspecten van de uitvinding verder beschreven zijn er y vrijheidsgraden met beperkingen voor het le deelsysteem en x-y kracht of koppel analoge aanvul condities voor het 2e deelsysteem, meer bepaald het leveren van krachten en/of koppels om x-y vrijheidsgraden (mee) aan te sturen.In an alternative embodiment of each of the foregoing embodiments and the other equivalent aspects of the invention further described, there are y degrees of freedom with limitations for the le subsystem and xy force or torque analog replenishment conditions for the 2nd subsystem, more particularly the delivery of forces and / or couples to control xy degrees of freedom.

In een tweede aspect van de uitvinding wordt een regelsysteem beschreven voor het aansturen van een systeem uit het eerste aspect van de uitvinding, het regelsysteem, omvattende: middelen (elektronische inlees systemen) om signalen met betrekking tot de effectieve positie van het voorwerp in x-vrijheidsgraden in te lezen; middelen (elektronische inlees systemen) om signalen met betrekking tot de gewenste positie van het voorwerp in x-vrijheidsgraden in te lezen; middelen (elektronische uitstuur systemen) om signalen met betrekking tot de aansturing van le en 2e deelsystemen uit te sturen; en middelen (CPU of gespecialiseerde chip ontwerp) om op basis van de ingelezen signalen de aanstuursignalen van het le en 2e deelsysteem te berekenen zodat de totale kracht of koppel uitgeoefend op het eerste deelsysteem in die minstens 1-vrijheidsgraad, waarvoor het le deelsysteem niet voldoende kracht of koppel kan realiseren om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaalde minimum te manipuleren, minstens kleiner is dan de maximale kracht of koppel die het le deelsysteem kan realiseren in die minstens 1 vrijheidsgraad.In a second aspect of the invention, a control system is described for controlling a system from the first aspect of the invention, the control system, comprising: means (electronic read-in systems) to x-signal signals relating to the effective position of the object. read in degrees of freedom; means (electronic reading systems) for reading signals relating to the desired position of the object in x-freedom degrees; means (electronic control systems) for sending signals relating to the control of le and 2nd subsystems; and means (CPU or specialized chip design) for calculating the driving signals of the le and 2nd subsystem on the basis of the read-in signals so that the total force or torque exerted on the first subsystem in that at least 1 degree of freedom, for which the le subsystem is not sufficient force or torque can be realized to manipulate an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum, which is at least smaller than the maximum force or torque that the le subsystem can realize in that at least 1 degree of freedom.

In een verdere uitvoeringsvorm van dit aspect van de uitvinding kan de totale kracht of koppel in die minstens 1 vrijheidsgraad, waarvoor het le deelsysteem niet voldoende kracht of koppel kan realiseren om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaalde minimum te manipuleren, op de plaats van de koppeling tussen le en 3e deelsystemen, door het regelsysteem naar een voorafbepaalde minimale waarde (bijvoorbeeld nul) worden gebracht.In a further embodiment of this aspect of the invention, the total force or torque can be in that at least 1 degree of freedom, for which the subsystem cannot realize sufficient force or torque to manipulate an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum , at the location of the coupling between le and 3rd subsystems, are brought by the control system to a predetermined minimum value (e.g. zero).

In een verdere uitvoeringsvorm bevat het regelsysteem middelen (elektronische inlees systemen) om signalen met betrekking tot kracht of koppel op de plaats van de koppeling tussen le en 3e deelsystemen in te lezen.In a further embodiment the control system comprises means (electronic read-in systems) for reading signals with regard to force or torque at the location of the coupling between le and 3e subsystems.

In een verdere uitvoeringsvorm bevat het regelsysteem middelen (CPU of gespecialiseerde chip ontwerp) om op basis van de ingelezen signalen een aanstuursignaal van de koppeling te berekenen zodat de koppeling wordt verbroken indien de totale kracht of koppel in die minstens 1 vrijheidsgraad, waarvoor het le deelsysteem niet voldoende kracht of koppel kan realiseren om een voorwerp met een gewicht en/of traagheidsmoment groter dan het voorafbepaalde minimum te manipuleren, groter is dan de maximale kracht of koppel die het le deelsysteem kan realiseren in die minstens 1 vrijheidsgraad; en middelen (elektronische uitstuur systemen) om een signaal ter aansturing van de koppeling uit te sturen.In a further embodiment the control system comprises means (CPU or specialized chip design) for calculating a control signal of the coupling on the basis of the read-in signals so that the coupling is broken if the total force or torque in that at least 1 degree of freedom, for which the le subsystem cannot realize sufficient force or torque to manipulate an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum, is greater than the maximum force or torque that the subsystem can realize in that at least 1 degree of freedom; and means (electronic control systems) for sending a signal to control the coupling.

In een derde aspect van de uitvinding wordt een door computer leesbaar medium beschreven (zoals een harde schijf of diskette) waarop door een computer uitvoerbare instructies worden bewaard, deze verzameling van instructies zijn zo opgesteld dat de nodige inlees, uitstuur en berekeningsbewerkingen zoals nodig in een van de regelsystemen zoals hierboven beschreven, kunnen worden uitgevoerd op een gecomputeriseerd systeem.In a third aspect of the invention a computer-readable medium (such as a hard disk or floppy disk) is described on which computer-executable instructions are stored, this set of instructions are arranged such that the necessary reading, sending and calculation operations as required in a of the control systems as described above can be implemented on a computerized system.

Korte beschrijving van de figurenBrief description of the figures

Figuur 1 toont het systeem bestaande uit een le deelsysteem (10) en 2e deelsysteem (20), elk gekoppeld via verbindingen (30)(40) respectievelijk aan een 3e deelsysteem (50), dat ofwel de te manipuleren last is (bv een stempel in een productie proces), ofwel een deelsysteem waaraan een last kan worden bevestigd (gehangen), bijvoorbeeld via een grijper.Figure 1 shows the system consisting of a 1st subsystem (10) and 2nd subsystem (20), each coupled via connections (30) (40) and, respectively, to a 3rd subsystem (50), which is either the load to be manipulated (eg a punch in a production process), or a subsystem to which a load can be attached (hung), for example via a gripper.

Figuur 2 illustreert het verband tussen keuze van koppelingen (zoals de verbindingen (30)(40)), de eigenschappen van de deelsystemen (zoals (10) en/of (20)) en de nood aan een beschikbare meting (via sensoren) en functionaliteit van de (centrale) regelaar (100)(110).Figure 2 illustrates the relationship between choice of couplings (such as the connections (30) (40)), the properties of the subsystems (such as (10) and / or (20)) and the need for an available measurement (via sensors) and functionality of the (central) controller (100) (110).

Figuur 3 illustreert het le, 2e en 3e deelsysteem (10)(20) en (50) zoals in Figuur 1, de regelaar (100), hier bijvoorbeeld bestaande uit een centraal gedeelte (110), dat de individuele regelaars (120), (130) van het le respectievelijk 2e deelsysteem aanstuurt. In dit voorbeeld werd een modelgebaseerde aanpak waarbij de kinematica van de deelsystemen wordt gemodelleerd gebruikt. Verder worden de meetsignalen (hier positiemetingen) aangegeven. Als alternatieven worden ook krachtmetingen en mechanische koppelingen aangegeven.Figure 3 illustrates the le, 2e and 3rd subsystem (10) (20) and (50) as in Figure 1, the controller (100), here for example consisting of a central part (110), which the individual controllers (120), (130) of the le and 2nd subsystem respectively. In this example, a model-based approach in which the kinematics of the subsystems is modeled was used. Furthermore, the measurement signals (here position measurements) are indicated. Force measurements and mechanical couplings are also indicated as alternatives.

Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van het systeem bestaande uit een le deelsysteem (10) dat een seriele robot is en 2e deelsysteem (20), dat een hefsysteem is.Figure 4 shows an embodiment of the system consisting of a subsystem (10) that is a serial robot and a 2nd subsystem (20) that is a lifting system.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvindingDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Het systeem bestaat uit twee of meer deelsystemen (machines zoals seriële robots, parallelle robots, x-y systemen, hefsystemen, ...) die samen een voorwerp manipuleren. De deelsystemen en het voorwerp zijn door een selectieve set van koppelingen (verbindingen) direct of indirect verbonden. Elk deelsysteem of machine is in staat een of meerdere vrijheidsgraden van het voorwerp actief te regelen door een krachtoverbrengende verbinding in minstens die vrijheidsgraden tussen de machine en het voorwerp. Vrijheidsgraden die door de ene machine geregeld worden kunnen door de andere (complementaire) machine volledig gevolgd of gedeeltelijk mee gestuurd worden zodat deze (complementaire) machine geen of verminderde krachten dient te leveren om de beweging in die vrijheidsgraad te verwezenlijken. De complementaire machine dient een aantal vrijheidsgraden aan te sturen en een aantal te volgen zodat het geen of verminderde krachten dient te leveren in deze richtingen.The system consists of two or more subsystems (machines such as serial robots, parallel robots, x-y systems, lifting systems, ...) that together manipulate an object. The subsystems and the object are connected directly or indirectly through a selective set of couplings (connections). Each subsystem or machine is capable of actively controlling one or more degrees of freedom of the object by a force-transmitting connection in at least those degrees of freedom between the machine and the object. Degrees of freedom controlled by one machine can be fully followed or partially controlled by the other (complementary) machine so that this (complementary) machine must provide no or reduced forces to realize the movement in that degree of freedom. The complementary machine must control a number of degrees of freedom and follow a number so that it must provide no or reduced forces in these directions.

De uitvinding wordt derhalve gekarakteristeerd door het specifieren van de geschiktheid (in termen van bewegingvrijheid van de last) van een le en 2e deelsysteem elk in een voorafbepaalde (in het bijzonder compatibele) set van vrijheidsgraden en hun koppeling door middel van een krachtoverbrengende verbinding met een 3e deelsysteem, zijnde het voorwerp of geschikt voor het bevestiging aan een voorwerp. Verder worden het 1* en 2e systeem gekarakteristeerd door hun geschiktheid (in termen van beschikken over voldoende kracht of koppel) om een voorwerp of last met een bepaalde specificatie (in termen van gewicht of koppel) te manipuleren, meer in het bijzonder hoe deze deelsystemen elkaar onderling aanvullen.The invention is therefore characterized by specifying the suitability (in terms of freedom of movement of the load) of a le and 2nd subsystem each in a predetermined (in particular compatible) set of degrees of freedom and their coupling by means of a power transfer connection to a 3rd subsystem, being the object or suitable for attachment to an object. Furthermore, the 1 * and 2nd system are characterized by their ability (in terms of having sufficient power or torque) to manipulate an object or load with a specific specification (in terms of weight or torque), more particularly how these subsystems complement each other.

Het volgen van deze vrijheidsgraden kan indien (1) de vrijheidsgraad mechanisch ontkoppeld is; en/of (2) de machine 'backdrivable' (gedefinieerd als beweegbaar zonder actieve aansturing) is in die vrijheidsgraad; en/of (3) een krachtbepaling mogelijk is in die vrijheidsgraad; en/of (4) softwarematig de vrijheidsgraden van beide machines ontkoppeld kunnen worden zonder kracht meting of krachtschatting uit positiemeting. In het eerste geval zijn in principe geen verdere aanvullingen aan het systeem nodig (hardware noch software) om een acceptabel (of zelfs perfect) volggedrag te bereiken met de regelaar. In het tweede en derde geval kan het volggedrag bereikt worden door softwarematig respectievelijk .de positiefout en de gemeten kracht onder een bepaalde waarde te regelen door het actief aansturen van die vrijheidsgraad (onder positie-, snelheids- of krachtcontrole). Het systeem kan derhalve uit extra elementen zoals sensoren en/of actuatoren bestaan, additionele regelaar specificaties, regelaars en zelfs parameter schatters.You can follow these degrees of freedom if (1) the degree of freedom is mechanically decoupled; and / or (2) the machine is 'backdrivable' (defined as movable without active control) in that degree of freedom; and / or (3) a force determination is possible in that degree of freedom; and / or (4) the degrees of freedom of both machines can be disconnected by software without force measurement or force estimation from position measurement. In the first case, no further additions to the system are required (hardware or software) in order to achieve acceptable (or even perfect) tracking behavior with the controller. In the second and third case, the tracking behavior can be achieved by software respectively controlling the position error and the measured force below a certain value by actively controlling that degree of freedom (under position, speed or force control). The system can therefore consist of additional elements such as sensors and / or actuators, additional controller specifications, controllers and even parameter estimators.

Als voorbeeld wordt een systeem bestaande uit een machine met beperkte krachten in z-richting (zwaartekracht richting) gecombineerd met een hefsysteem uitgewerkt, doch de uitvinding is niet beperkt daartoe. Een schematische voorstelling wordt gegeven in Figuur 4.As an example, a system consisting of a machine with limited forces in the z direction (gravity direction) combined with a lifting system is worked out, but the invention is not limited thereto. A schematic representation is given in Figure 4.

Het systeem bestaat uit een eerste machine (deelsysteem) die ontworpen is om een voorwerp in een aantal gespecifieerde richtingen te manipuleren. Deze machine is ontworpen voor een bepaalde maximum last en kan dus slechts een beperkte kracht uitoefenen. Deze machine is bijvoorbeeld een seriële robot. Typisch worden deze krachtbeperkingen het eerst bereikt in de richting van de zwaartekracht ten gevolge van de te manipuleren last. Door het toevoegen van een tweede machine, bijvoorbeeld een extra seriële robot of een hefsysteem (mogelijke hefsystemen zijn pneumatische zuigers, hydraulische zuigers, kettingtakels, draadtakels, lineaire motoren,...), die extra krachten kan leveren wordt het last-bereik van de eerste machine uitgebreid.The system consists of a first machine (subsystem) that is designed to manipulate an object in a number of specified directions. This machine is designed for a certain maximum load and can therefore only exert a limited force. This machine is, for example, a serial robot. Typically, these force limitations are first achieved in the direction of gravity due to the load to be manipulated. By adding a second machine, for example an additional serial robot or a lifting system (possible lifting systems are pneumatic pistons, hydraulic pistons, chain hoists, wire hoists, linear motors, ...), which can provide extra forces, the load range of the first machine expanded.

Het simultaan manipuleren met twee machines vereist dat de beweging van beide machines compatibel moet zijn en synchroon uitgevoerd worden op zo'n manier dat de krachten op beide systemen binnen de gespecifieerde maximale waarden blijven. Om ervoor te zorgen dat de bewegingen van beide machines synchroon uitgevoerd worden, worden beide machines vanuit dezelfde regelaar of controller aangestuurd. Indien de machines reeds uitgerust zijn met een controller, moet de bestaande controller een interface voorzien voor externe controle of moet het mogelijk zijn deze controller te vervangen.Simultaneous manipulation with two machines requires that the motion of both machines must be compatible and be executed synchronously in such a way that the forces on both systems remain within the specified maximum values. To ensure that the movements of both machines are executed synchronously, both machines are controlled from the same controller or controller. If the machines are already equipped with a controller, the existing controller must provide an interface for external control or it must be possible to replace this controller.

Om ervoor te zorgen dat de bewegingen van beide machines compatibel zijn, zijn er verschillende mogelijkheden die afhankelijk zijn van de volgende factoren: (1) de aard van de verbinding tussen de machine en het voorwerp, ttz of de relatieve beweging tussen de machine en het voorwerp in een bepaalde richting (translatie of rotatie) al dan niet beperkt is, gaande van een volledig beperkte verbinding (star) tot een vrij-roterende cardan-verbinding waardoor alle relatieve rotaties onbeperkt zijn (binnen een bepaald bereik), (2) de beweegbaarheid van de machine, ttz de vrijheidsgraden van de machine, dit gaat van 1 enkele vrijheidsgraad van bijvoorbeeld een lineaire slede, over 3 vrijheidsgraden van bijvoorbeeld een portaalkraan tot 6 vrijheidsgraden van een industriële robot en (3) de controleerbaarheid van de vrijheidsgraden van de machine, ttz dit zijn de vrijheidsgraden die direct gecontroleerd kunnen worden, in het geval van een vrij-bewegende portaalkraan kan bijvoorbeeld enkel de hoogte richting gecontroleerd zijn terwijl de beweging in het vlak passief is, door bijvoorbeeld een losse swingarm uit te rusten met een vrije radiale rail.To ensure that the movements of both machines are compatible, there are several options that depend on the following factors: (1) the nature of the connection between the machine and the object, ie the relative movement between the machine and the object in a certain direction (translation or rotation) is limited or not, ranging from a completely limited connection (rigid) to a free-rotating cardan connection whereby all relative rotations are unlimited (within a certain range), (2) the machine mobility, ie the degrees of freedom of the machine, this ranges from 1 single degree of freedom of, for example, a linear carriage, over 3 degrees of freedom of, for example, a gantry crane, to 6 degrees of freedom of an industrial robot and (3) the controllability of the degrees of freedom of the machine , ie these are the degrees of freedom that can be directly controlled, for example, in the case of a free-moving gantry crane, only be checked in the direction of the direction while the movement in the plane is passive, for example by equipping a loose swing arm with a free radial rail.

Een compatibele beweging van de twee deelsystemen kan bekomen worden in software op twee manieren of combinaties daarvan.A compatible movement of the two subsystems can be achieved in software in two ways or combinations thereof.

In een eerste manier wordt de gesloten lus gecreëerd door de twee systemen en het te manipuleren voorwerp kinematisch gemodelleerd en met behulp van dit model worden de nodige deelbewegingen van de twee systemen wiskundig oplost uit de gewenste beweging van het voorwerp. Een mogelijke techniek daarvoor is iTaSC.In a first way, the closed loop is created by the two systems and the object to be manipulated kinematically modeled and with the aid of this model the necessary partial movements of the two systems are mathematically solved from the desired movement of the object. ITaSC is a possible technique for this.

In een tweede manier wordt het volg-gedrag van een of beide systemen in een of meerdere richtingen bekomen met behulp van kracht- of impedantiecontrole. In welke richtingen een deelsysteem een volggedrag moet vertonen om tot een compatibele beweging te komen hangt af van de aard van de verbindingen en de controleerbaarheid van de vrijheidsgraden van elk deelsysteem.In a second way, the tracking behavior of one or both systems is obtained in one or more directions by means of force or impedance control. In which directions a subsystem must exhibit a tracking behavior in order to arrive at a compatible movement depends on the nature of the connections and the controllability of the degrees of freedom of each subsystem.

Om ervoor te zorgen dat de krachten ten gevolge van de last binnen de maximaal toegelaten waarden blijft, moet er per richting van het voorwerp die door beide systemen controleerbaar is en die met elk deelsysteem beperkend (door de krachtoverbrengende koppeling of verbinding) verbonden is, bepaald worden welke van beide deelsystemen de beweging volgens die richting zal opleggen en dus het belangrijkste deel van de kracht zal dragen en welke van beide deelsystemen een volggedrag zal vertonen en slechts een beperkt deel van de last zal dragen.In order to ensure that the forces due to the load remain within the maximum permitted values, it must be determined per direction of the object that can be controlled by both systems and that is limiting to each subsystem (due to the force-transmitting coupling or connection) become of which of both subsystems will impose the movement in that direction and thus bear the most important part of the force and which of both subsystems will show a tracking behavior and will only carry a limited part of the load.

De tabel in Figuur 2 geeft een overzicht van de verschillende mogelijkheden per deelsysteem.The table in Figure 2 provides an overview of the various options per subsystem.

De linkse drie kolommen beschrijven de mogelijke combinaties van bepaalde eigenschappen van de deelsystemen. De rechtse twee kolommen geven voor elk systeem weer welke metingen en type regelaar nodig zijn om de hierboven beschreven sturing mogelijk te maken. Het nummer 0 (niet)/l (wel) geeft aan of een systeem bepaalde eigenschap heeft. Het teken X geeft aan wanneer de aanwezigheid van een bepaalde eigenschap niet belangrijk is.The three columns on the left describe the possible combinations of certain properties of the subsystems. The two columns on the right indicate for each system which measurements and controller type are required to enable the control described above. The number 0 (not) / l (yes) indicates whether a system has a specific property. The X mark indicates when the presence of a certain property is not important.

'Passieve' dof (degree offreedom) = vrijheidsgraad waarin het deelsysteem dient te volgen.'Passive' dof (degree of freedom) = degree of freedom in which the subsystem must follow.

Figuur 3 geeft een overzicht van het volledige regelschema met de verschillende alternatieven. De stippellijn geeft de mechanische verbinding weer tussen de verschillende deelsystemen. De gekleurde lijnen geven de alternatieve configuraties weer indien de mechanische koppeling tussen het le of 2e deelsysteem en het 3e deelsysteem krachtoverbrengend verbonden is langs meer dan de respectievelijk x en (y-x) vrijheidsgraden. Indien een systeem gedeeltelijk backdrivable is kan de krachtschatting gebaseerd zijn op een een positiefout, anders moet een rechtstreekse krachtmeting gebruikt worden.Figure 3 gives an overview of the complete control scheme with the various alternatives. The dotted line shows the mechanical connection between the various subsystems. The colored lines represent the alternative configurations if the mechanical coupling between the le or 2nd subsystem and the 3rd subsystem is power transmission connected along more than the x and (y-x) degrees of freedom respectively. If a system is partially backdrivable, the force estimation may be based on a positive error, otherwise a direct force measurement must be used.

Zoals hierboven besproken kan een volg-gedrag van de eerste machine bereikt worden door actief de krachten in de kracht-beperkte richting onder een bepaalde waarde te regelen. Het meten van deze kracht kan direct, door een krachtsensor te plaatsen op de plaats van de koppeling, of indirect, door krachten op andere locaties (bijvoorbeeld de joints van een seriële robot) om te rekenen naar een kracht op de plaats van de koppeling. Het beperken van deze kracht kan dan bijvoorbeeld door het sturen van een snelheids-signaal in de richting van de gemeten kracht, proportioneel met de gemeten kracht, dit wordt ook wel compliant controle genoemd. Alternatieve controlemogelijkheden zijn het verleggen van de positiewenswaarde in de richting van de gemeten kracht, het krachtgestuurd controleren van de machine,...As discussed above, a tracking behavior of the first machine can be achieved by actively controlling the forces in the force-limited direction below a certain value. Measuring this force can be done directly, by placing a force sensor at the location of the coupling, or indirectly, by converting forces at other locations (for example, the joints of a serial robot) into a force at the location of the coupling. Limiting this force can then, for example, be controlled by sending a speed signal in the direction of the measured force, proportional to the measured force, this is also called compliant control. Alternative control options are shifting the position desired value in the direction of the measured force, force-controlled checking of the machine, ...

Indien het hefsysteem slechts een enkele vrijheidsgraad kan controleren, dan dient het de overige vrijheidsgraden passief te volgen. Dit is mogelijk door deze vrijheidsgraden mechanisch te ontkoppelen. De rotatievrijheidsgraden worden typisch ontkoppeld door een rotatievrije verbinding tussen het hefsysteem en het voorwerp. Mogelijke rotatievrije verbindingen zijn kogelgewrichten, dubbele cardanassen, koppeling met ringen, ... De translaties in het horizontale vlak (x en y) kunnen enerzijds ontkoppeld worden door een passief overhead systeem (mogelijke passieve overhead systemen zijn x-y bruggen, r-theta bruggen, ...) of anderzijds kan een actief overhead systeem de translaties volgen die door de eerste machine aan het voorwerp worden opgelegd (mogelijke actieve overhead systemen zijn x-y bruggen, r-theta bruggen,...)If the lifting system can only control a single degree of freedom, it must passively follow the other degrees of freedom. This is possible by mechanically decoupling these degrees of freedom. The degrees of freedom of rotation are typically disconnected by a rotation-free connection between the lifting system and the object. Possible rotation-free connections are ball joints, double cardan shafts, coupling with rings, ... The translations in the horizontal plane (x and y) can be disconnected on the one hand by a passive overhead system (possible passive overhead systems are xy bridges, r-theta bridges, ...) or alternatively an active overhead system can follow the translations imposed on the object by the first machine (possible active overhead systems are xy bridges, r-theta bridges, ...)

In een uitvoeringsvorm waarbij het tweede deelsysteem de volledige last kan dragen, bijvoorbeeld als het tweede deelsysteem een verticale tilhulp is zoals een takel, kan de verbinding tussen het eerste deelsysteem en de last (het derde deelsysteem) beveiligd worden tegen het incompatibel bewegen van deelsystemen 1 en 2. Eén incompatibele beweging kan het gevolg zijn van het uitvallen van de centrale regelaar, 1 van beide deelregelaars of alle regelaars tezamen, bijvoorbeeld in het geval van een stroompanne. Door een koppeling te voorzien die automatisch breekt indien de stroom uitvalt (en derhalve de actuatie sowieso wegvalt) of de kracht te groot wordt kan het eerste deelsysteem gevrijwaard worden in geval van fouten of een stroompanne. Een voorbeelden van zulke koppelingen is een magneetkoppeling.In an embodiment in which the second subsystem can carry the full load, for example if the second subsystem is a vertical lifting aid such as a hoist, the connection between the first subsystem and the load (the third subsystem) can be secured against incompatible movement of subsystems 1 and 2. One incompatible movement can result from the failure of the central controller, 1 of both sub-controllers or all controllers together, for example in the event of a power failure. By providing a coupling that automatically breaks if the power fails (and therefore the actuation fails anyway) or the force becomes too great, the first subsystem can be safeguarded in the event of errors or a power failure. An example of such couplings is a magnetic coupling.

Het regelsysteem of regelaar, al dan niet geïmplementeerd als 1 systeèm of als een samenspel van diverse deelsystemen (met gepaste synchronisatie), kan worden uitgevoerd op een algemeen of een gespecialiseerd computer systeem, uitgerust met de nodige software (instructies) en de nodige inlees en uitstuur elektronica. De inlees elektronica kan onder meer de kracht tussen het le en 3e deelsysteem inlezen gemeten door middel van kracht- en/of koppelsensoren. Alternatief kan er een positiefout worden ingelezen waarbij dan via berekeningen deze kracht wordt bepaald.The control system or controller, whether or not implemented as a single system or as a combination of various subsystems (with appropriate synchronization), can be implemented on a general or specialized computer system, equipped with the necessary software (instructions) and the necessary reading and send out electronics. The read-in electronics can, among other things, read in the force between the le and 3e subsystem measured by means of force and / or torque sensors. Alternatively, a position error can be read in which then this power is determined via calculations.

In een uitvoeringsvorm kan het regelsysteem worden gebaseerd op feedback regeling, hierbij wordt de krachtschatting tussen het le deelsysteem en 3e deelsysteem en/of tussen het 2e en 3e deelsysteem gebruikt om een compatibele gecontroleerde beweging te bekomen tussen het le en 2e deelsysteem. Als alternatief kunnen de koppelingen tussen de deelsystemen kinematisch gemodelleerd worden. Op basis van dit kinematisch model kan rechtstreeks een compatibele beweging berekend worden voor het le en 2e deelsysteem op basis van de gewenste beweging van het 3e deelsysteem . Dit is een feedforward controle. De feedback en feedforward controle kunnen gecombineerd worden om een hogere performantie te bekomen.In one embodiment the control system can be based on feedback control, in which the force estimation between the le subsystem and 3rd subsystem and / or between the 2nd and 3rd subsystem is used to obtain a compatible controlled movement between the le and 2nd subsystem. Alternatively, the couplings between the subsystems can be modeled kinematically. Based on this kinematic model, a compatible movement can be calculated directly for the le and 2nd subsystem based on the desired movement of the 3rd subsystem. This is a feed forward check. The feedback and feedforward control can be combined to achieve a higher performance.

Meer specifiek kunnen de volgende parameters worden gedefinieerd: q_m_sl: gemeten (gedeeltelijk) positie van deelsysteem 1 q_m_s2: gemeten (gedeeltelijk) positie van deelsysteem 2 q_m_s3: gemeten (gedeeltelijk) positie van deelsysteem 3 State_d_s3: gewenste positie van deelsysteem 3 u_sl: controle-output voor deelsysteem 1 u_s2: controle-output voor deelsysteem 2More specifically, the following parameters can be defined: q_m_sl: measured (partial) position of subsystem 1 q_m_s2: measured (partial) position of subsystem 2 q_m_s3: measured (partial) position of subsystem 3 State_d_s3: desired position of subsystem 3 u_sl: control- output for subsystem 1 u_s2: control output for subsystem 2

De regelaar bepaalt de werkelijke positie van deelsysteem 3 met behulp van de gemeten positie van deelsysteem 1 en/of deelsysteem 2 en/of deelsysteem 3. Dit is mogelijk doordat deelsysteem 1 en deelsysteem 2 (deels) verbonden zijn met deelsysteem 3 door middel van een kracht- en positie-overbrengende verbinding voor x-vrijheidsgraden in het geval van deelsysteem 1 en voor minstens 1 vrijheidsgraad in het geval van deelsysteem 2:The controller determines the actual position of subsystem 3 using the measured position of subsystem 1 and / or subsystem 2 and / or subsystem 3. This is possible because subsystem 1 and subsystem 2 are (partly) connected to subsystem 3 by means of a force and position transferring connection for x degrees of freedom in the case of subsystem 1 and for at least 1 degree of freedom in the case of subsystem 2:

! ' f! 'f

Uit de werkelijke en de gewenste positie van deelsysteem 3/voorwerp bepaalt een regelwet, bijvoorbeeld een PID controllewet, de output voor de beweging van deelsysteem 3/voorwerp:From the actual and desired position of subsystem 3 / object, a control law, for example a PID control law, determines the output for the movement of subsystem 3 / object:

Uit de output voor de beweging van deelsysteem 3 wordt de output voor deelsysteem 1 en 2 bepaald op basis van het opgestelde kinematisch model:From the output for the movement of subsystem 3, the output for subsystem 1 and 2 is determined based on the kinematic model prepared:

De output van deelsysteem 3 wordt verdeeld over de output naar deelsysteem 1 en 2, waarbij deelsysteem 1 de minstens 1 vrijheidsgraad volgt en de overige vrijheidsgraden stuurt en deelsysteem 2 de minstens 1 vrijheidsgraad stuurt en de overige vrijheidsgraden volgt.The output from subsystem 3 is divided over the output to subsystems 1 and 2, where subsystem 1 follows the at least 1 degree of freedom and controls the other degrees of freedom and subsystem 2 controls the at least 1 degree of freedom and follows the other degrees of freedom.

De uitvinding betreft eveneens een ontwerpomgeving voor het ontwerpen en exploreren van systemen zoals hierboven beschreven en bijhorende regelaars en/of code daarvoor, waarbij als input specificaties voor het totale systeem, beschrijvingen van te gebruiken deelsystemen (bijvoorbeeld uit een bibliotheek van zo'n systemen) (mogelijkheden: (i) bij kracht of koppel capaciteit, beperkingen (ii) backdrivable of niet), een verzameling van mogelijke koppelingen (verbindingen) worden ingevoerd en geheel of gedeeltelijk automatisch verdere vereisten zoals noodzakelijke sensoren en actuatoren, regelaar specificaties tot en met code worden gegenereerd en uitgelezen. Dergelijke omgeving kan eventueel ook het gedrag simuleren. De omgeving kan de verschillende mogelijkheden eventueel oplijsten maar in een verdere uitvoeringsvorm implementeert de berekeningsmethode de kennis rond mogelijke combinaties bijvoorbeeld zoals aangegeven in Figuur 2, in het bijzonder het verband tussen de vrijheidsgraden, de deelsysteem capaciteiten langs die vrijheidsgraden, de systeemkoppelingen en de mogelijkheid om feedback en/of feedforward regeling te doen als functie van de deelsysteem specificaties en de eventuele noodzaak tot extra metingen (derhalve sensoren).The invention also relates to a design environment for designing and exploring systems as described above and associated controllers and / or code therefor, wherein as input specifications for the total system, descriptions of subsystems to be used (for example from a library of such systems) (possibilities: (i) with power or torque capacity, limitations (ii) backdrivable or not), a collection of possible couplings (connections) are entered and fully or partially automatically further requirements such as necessary sensors and actuators, controller specifications up to and including code are generated and read out. Such an environment may also simulate behavior. The environment may optionally list the various possibilities, but in a further embodiment the calculation method implements the knowledge about possible combinations, for example as indicated in Figure 2, in particular the relationship between the degrees of freedom, the subsystem capacities along those degrees of freedom, the system couplings and the possibility of feedback and / or feedforward regulation as a function of the subsystem specifications and the possible need for additional measurements (therefore sensors).

De uitvinding definieert ook systemen, zo aangepast om als 3e deelsysteem te fungeren, in een systeem zoals beschreven in het eerste aspect van de uitvinding. Zo'n systeem kan een component zijn in een productie proces zoals een stempel. Alternatief is het zo’n systeem een massa met een middel om een voorwerp te bevestigen, zoals een grijper. Deze systemen bevatten middelen om de krachtoverbrengende verbindingen aan te brengen op zo’n wijze dat de krachten (of koppel) in de richting van de begrenzende vrijheidsgraad kunnen worden weerstaan. Ook systemen (zoals elektro-mechanische machines) geschikt om als le of 2e deelsysteem te fungeren, kunnen worden voorzien van middelen om de krachtoverbrengende verbindingen aan te brengen op zo'n wijze dat de krachten (of koppel) in de richting van de begrenzende vrijheidsgraad kunnen worden weerstaan. De uitvinding behelst dus ook het aanbieden van een pakket van onderdelen, bestaande uit twee of meer van de volgende lijst van elementen: systemen geschikt om als le of 2e deelsysteem te fungeren, een 3e deelsysteem, en bijhorende regelaars.The invention also defines systems, adapted to act as a 3rd subsystem, in a system as described in the first aspect of the invention. Such a system can be a component in a production process such as a stamp. Alternatively, such a system is a mass with a means for attaching an object, such as a gripper. These systems include means for applying the force-transmitting connections in such a way that the forces (or torque) in the direction of the limiting degree of freedom can be resisted. Also systems (such as electro-mechanical machines) suitable to act as le or 2nd subsystem can be provided with means to make the force-transmitting connections in such a way that the forces (or torque) in the direction of the limiting degree of freedom can be resisted. The invention therefore also comprises the provision of a package of components consisting of two or more of the following list of elements: systems suitable to act as le or 2nd subsystem, a 3rd subsystem, and associated controllers.

Claims

A system suitable for manipulating an object with a weight and / or moment of inertia greater than a predetermined minimum in x degrees of freedom, comprising: a le subsystem (10) suitable for manipulating an object in x degrees of freedom, wherein this le subsystem at least in 1 degree of freedom can only realize a maximum force or torque that is not sufficient to manipulate an object with a weight and / or moment of inertia greater than the predetermined minimum; and a 2nd subsystem (20) at least suitable for manipulating an object in that at least 1 degree of freedom, wherein the 2nd subsystem has at least one additional force or torque equal to the difference between the necessary total force or torque for manipulating an object and the maximum force or torque that the le subsystem can realize in that at least 1 degree of freedom; and a 3rd subsystem (50), being the object or suitable for attachment to an object; wherein the 2nd subsystem, along said at least 1 degree of freedom, is connected to the 3rd subsystem by means of a force-transmitting connection (30); and wherein the le subsystem, along at least 1 degree of freedom other than that at least 1 degree of freedom, is connected to the 3rd subsystem by means of a force-transmitting connection (20).

A system as in claim 1, further comprising a control system for controlling le and 2nd subsystems, the control system designed such that the total force or torque exerted on the le subsystem in that at least 1 degree of freedom is at least smaller than the maximum force or couple that the le subsystem can realize in that at least 1 degree of freedom.

A system as in claim 1 or 2, wherein the connection (10) between le and 3rd subsystems is designed such that the coupling can be broken if the total force or torque in that at least 1 degree of freedom, at the location of the coupling between le and 3rd subsystems, is greater than the maximum force or torque that the le subsystem can realize in that at least 1 degree of freedom.

A system as in claim 1, 2 or 3, wherein the 2nd subsystem - only suitable for manipulating an object in that at least 1 degree of freedom.

A system as in claim 1, 2, 3 or 4 wherein wherein the le subsystem, along all x-1 degrees of freedom other than that at least 1 degree of freedom, is connected to the 3rd subsystem by means of a force-transmitting connection.

A system as in claim 1, 2, 3, 4 or 5 wherein the 2nd subsystem can be moved along all degrees of freedom of the le subsystem - other than at least 1 degree of freedom - which are connected to the 2nd subsystem by means of a force-transmitting connection .

A system as in any of the preceding claims, further comprising force or torque sensors, suitable for determining the forces or torque applied to the subsystem coupled to the control system.

A system as in any of the preceding claims, wherein the subsystem is a serial robot.

A system as in claim 6, wherein the active degree of freedom of the 2nd subsystem is actuated by a lifting system.

A system as in claim 9, wherein the lifting system is a vacuum system.

A system as in any of the preceding claims, wherein the 3rd subsystem is a mass with a gripper.

A system as in claims 6, 7, 8, 9, 10 or 11, wherein the movement of the 2nd subsystem is passive in all movable degrees of freedom, other than that at least 1 degree of freedom.

A system as in claim 3, wherein the link between the le and 3rd subsystem is active.

A system as in claim 13, wherein the coupling between the le and 3rd subsystem is an electromagnet.

A control system for controlling a system as in any of the preceding claims, the control system, comprising means for reading signals relating to the effective position of the object in x-freedom degrees; means for reading signals relating to the desired position of the object in x degrees of freedom; means for sending signals relating to the control of le and 2nd subsystems; and means for calculating the control signals of the le and 2nd subsystem on the basis of the read-in signals so that the total force or torque in that at least 1 degree of freedom is at least smaller than the maximum force or torque that the le subsystem can realize in that at least 1 degree of freedom.

The control system of claim 15, wherein the total force or torque in said at least 1 degree of freedom, at the location of the coupling between le and 3rd subsystems, is brought to a predetermined minimum value.

A computer-readable medium on which computer-executable instructions are stored, this set of instructions are arranged such that the necessary read-in, read-out and calculation operations as needed in one of the control systems of claims 15 or 16 can be performed on a computerized system.

A design and simulation environment suitable for execution on a computer environment, the design and simulation environment is suitable for designing systems such as and / or associated controllers and / or code therefor as described in one of the preceding claims, the environment comprising; input means (read-in electronics) for reading in specifications for the total system and / or descriptions of subsystems to be used and / or possible connections (connections); calculating means for fully or partially automatically generating further requirements such as sensors and actuators, controller specifications up to and including code; and output means (readout electronics such as displays) for reading out the generated requirements, specifications and code.

19 A system, adapted to act as a 3rd subsystem, in a system as in claim 1.

A system adapted to act as le or 2nd subsystem, in a system as in claim 1.