CN113631330A - 示教用于机器人夹持器中的物品的保持力 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于示教用以通过机器人操纵器(3)的夹持器(5)来保持物品(9)的保持力的方法，其中，夹持器(5)具有能可逆地弹性变形的夹持器夹板(7)，所述方法具有下列步骤：‑闭合(S1)夹持器(5)直至夹持器夹板(7)在夹持器夹板(7)的接触部位(5)上接触物品(9)；‑在夹持器夹板(7)的联接部位(13)上向夹持器夹板支承件(11)外部施加(S2)预期的闭合力，使得联接部位(13)相对于接触部位(15)在夹持器夹板(7)弹性变形的情况下被推移；‑操控(S3)夹持器驱动器(17)用以保持联接部位(13)的当前位置，且终止将外部施加的闭合力施加到联接部位(13)上；‑获知并存储(S4)夹持力或夹持力矩的值，其中，夹持力或夹持力矩由夹持器夹板(7)的弹性变形引起并由夹持器夹板(7)作用到联接部位(13)上。

Description

示教用于机器人夹持器中的物品的保持力
技术领域
本发明涉及一种用于示教用以通过机器人操纵器的夹持器来保持物品的保持力的方法，以及一种机器人系统，其具有机器人操纵器、计算单元和布置在机器人操纵器上的夹持器，其中，机器人系统用于示教用以通过机器人操纵器的夹持器来保持物品的保持力。
背景技术
发明内容
本发明的任务是，获知用于通过机器人操纵器的夹持器来保持物品的保持力。
本发明从独立权利要求的特征中获得。有利的改进方案和设计方案是从属权利要求的主题。
本发明的第一方面涉及一种用于示教用以通过机器人操纵器的夹持器来保持物品的保持力的方法，其中，所述夹持器具有能可逆地弹性变形的夹持器夹板，所述方法具有下列步骤：
-闭合夹持器直至夹持器夹板在夹持器夹板的接触部位上接触物品；
-在夹持器夹板的联接部位上向夹持器夹板支承件外部施加希望的闭合力，使得联接部位相对于接触部位在夹持器夹板弹性变形的情况下被推移；
-操控夹持器驱动器用以保持联接部位的当前位置，且终止将外部施加的闭合力施加到联接部位上；
-获知并存储夹持力或夹持力矩的值，其中，所述夹持力或所述夹持力矩由夹持器夹板的弹性变形引起并由夹持器夹板作用到联接部位上。
术语“能可逆地弹性变形”意味着，如完美的弹簧那样的夹持器夹板决不会在变形时消散能量，而是这些能量可以完全可逆地又被给出。在变形情况下因此弹簧力起相反作用，且在返回变形到夹持器夹板的原始形状时也长时间地起作用，直至原始形状又被建立。夹持器夹板优选在其整个长度上具有能可逆地弹性变形的材料和/或相应的结构，或可以优选替换于此良好近似地区段式被视为刚性体且仅特定区段、尤其是在其联接部位上的区段是能可逆地弹性变形的。这些弹性区段可以尤其通过能可逆地变形的材料、例如弹簧来构成。相比于联接部位，作用到接触部位上的效应总是保持相同。
优选地，夹持器具有刚好两个夹持器夹板，它们被实施用于，彼此相向地移动以闭合夹持器，并类似于此地彼此远离运动以打开夹持器。操控机器人驱动器用以保持联接部位的当前位置优选响应于使用者的输入而进行。使用者优选首先输入该输入，然后自动地通过相应操控夹持器驱动器将夹持器夹板的位置、尤其是夹持器夹板的联接部位的位置在输入期间保留在当前位置上，由此可以松开使用者的闭合力，而不使夹持器夹板的联接部位被推移。利用该保持力或者说利用该保持力矩，克服弹簧力来保持夹持器夹板支承件，该弹簧力由能可逆地弹性弯曲的夹持器夹板被施加到夹持器夹板支承件上。
在终止施加外部希望的闭合力到夹持器夹板的联接部位上的瞬间，因此外部施加的希望的闭合力通过夹持器驱动器的用于将夹持器夹板支承件与联接部位一起克服夹持器夹板的弹簧力进行保持的保持力来替代。在此，不论是联接部位还是整个系统的另外的部件都不运动。因为现在初始的外部施加的闭合力不再在联接部位之间的力流中经由夹持器夹板被传递到物品上，而是从夹持器夹板的接触部位沿着夹持器夹板经由夹持器夹板的联接部位被传递直至夹持器夹板支承件并最终进而也被传递直至夹持器驱动器，所以在该扩宽的力流中可以在原则上任意的部位上测量力或力矩，该力矩由夹持器夹板经由联接部位被传递到夹持器夹板支承件上直至夹持器驱动器。为了测量该夹持力矩或该夹持力，因此适合的尤其是力传感器和力矩传感器。
在此，物品尤其是被视为刚性本体，但是其同样不仅能够表现出完美的可逆的弹性行为也能够表现出塑性行为，因为这不会阻碍夹持力和或夹持力矩的获知。夹持器夹板与物品的接触部位尤其处在夹持器夹板的自由末端上，相反，夹持器夹板的与该自由末端相对置的末端尤其是形成夹持器夹板与对应的夹持器夹板支承件的联接部位。夹持器夹板优选狭长地构成，其中，在施加希望的外部闭合力到联接部位上时，夹持器夹板绕对应的横轴线弯曲，该横轴线垂直于夹持器夹板的对应的纵轴线。因此，夹持器夹板接收弯曲力矩，该弯曲力矩在放松时又被提供作为存储的弹簧力且可以被用于使夹持器夹板返回变形到夹持器夹板的原始形状。因此，在没有摩擦损失的情况下，闭合力最终也精确地相应于夹持力，或者说闭合力无损失地与所观察的杠杆臂相关地被转化成夹持力矩。
本发明的一有利效果是，使用者可以利用其手动力、尤其是利用手力将夹持器的作用到物品上用以保持物品的希望的夹持力在示教过程中(英文：Teaching或Teach-In)告知机器人系统，而在此不必在一装置上输入数字值。可逆的弹性的夹持器夹板允许了针对进行示教的使用者的手力的直接触觉反馈，使得该使用者可以通过感受所施加的闭合力来调整力并可以将该力告知机器人系统用以存储。当要通过静摩擦力保留在夹持器夹板之间的物品是容易被损坏的物品时，这具有特别大的优点。如果物品例如是水果、如葡萄，那么该物品不允许以过度大的力来挤压，因为否则其被损坏。这种物品通过人的直观夹持因此可以通过根据本发明的方法直接被传递到机器人操纵器并尤其是其夹持器上。用于机器人操纵器的夹持力的示教进一步有利地在仅非常短的时间内发生。
利用夹持器夹板中的弹性相对于利用传送带中的弹性或还有驱动系、例如传动装置的其他部分中的弹性提供了明显的优点。如果尤其是替代或附加于弹性夹持器夹板使用弹性传送带，那么根据本发明第一方面的方法会原则上可不受限地实施，因为在该情况下在手动施加闭合力情况下也使得联接部位相对于夹持器夹板在物品上的接触部位并克服弹簧力被推移。但是实际上，本方法的准确性会受到不利影响，并且在某些情况下会导致不希望的材料疲劳。
根据一有利实施方式，夹持器夹板支承件是在闭合传送带上的区段且夹持器夹板的联接部位是夹持器夹板的传送带侧末端，其中，夹持器夹板与物品的接触部位处在夹持器夹板的自由末端的区域中，其中，夹持器夹板的自由末端和夹持器夹板的联接部位分别沿着夹持器夹板之一的对应纵轴线相对置。传送带尤其是带齿传送带或楔形传送带，其中，闭合传送带的表述指的是，传送带的始端和末端彼此无缝连接，使得传送带环绕式经由一个或多个传送带盘运转或也可以被驱动。
根据另一有利实施方式，所述夹持力在力传感器中获知，其中，所述力传感器获知传送带上施加的力。这有利地借助于传送带盘上的力测量或还有利用光学器件，例如经由干涉测量来进行。有利地，因此测量由夹持器夹板传递到夹持器夹板支承件上的夹持力或直接在力流中到夹持器驱动器上所传递的夹持力矩，这造成可靠且准确的测量。
根据另一有利实施方式，所述夹持力在转矩传感器中获知，其中，所述转矩传感器布置在传送带盘上。传送带盘尤其用于张紧传送带，用于使传送带转向，或还用于驱动传送带。
根据另一有利实施方式，所述夹持力在转矩传感器中获知，其中，所述转矩传感器布置在夹持器驱动器上。有利地，在夹持器驱动器上存在转矩传感器的情况下可以使用技术上的标准解决方案，而不附加地需要力传感器。在此，夹持器驱动器上的转矩传感器尤其基于通用的转矩传感器，就像它们从机器人操纵器的关节驱动中已知的那样。
根据另一有利实施方式，通过操控夹持器驱动器来进行夹持器的夹持器夹板的闭合，直至夹持器夹板在夹持器夹板的接触部位上接触物品。尤其通过夹持器力的力反馈来进行操控夹持器驱动器用于使夹持器夹板闭合，直至在夹持器夹板的接触部位上物品与夹持器夹板接触，其中，尤其是有利地在夹持器夹板与物品的接触力被确定之后，直接停止夹持器夹板的闭合，以便以尽可能低的初始力来开始示教过程。
根据另一有利实施方式，通过手动引导夹持器夹板来进行夹持器的夹持器夹板的闭合，直至夹持器夹板在夹持器夹板的接触部位上接触物品。有利地可以通过该实施方式能够实现特别直观且快速的方法，以针对机器人系统示教作用到物品上的希望的夹持器力。因为在该实施方式的情况下，使用者的手尤其是仅需要执行唯一一个过程用于将夹持器夹板闭合抵靠物体并用于接下来进行外部施加所希望的闭合力。
根据另一有利实施方式，外部施加的希望的闭合力是手动施加的力。
根据另一有利实施方式，外部施加的希望的闭合力是由第二机器人操纵器的第二夹持器施加的力。
本发明的另一方面涉及一种机器人系统，其具有机器人操纵器、计算单元和布置在机器人操纵器上的夹持器，其中，所述机器人系统用于示教用以通过机器人操纵器的夹持器来保持物品的保持力，其中，所述夹持器具有能可逆地弹性变形的夹持器夹板，其中，所述计算单元被实施用于，在所述夹持器夹板的联接部位上向夹持器夹板支承件外部施加希望的闭合力，使得所述联接部位相对于所述接触部位在夹持器夹板弹性变形情况下被推移之后，操控夹持器驱动器用以保持所述联接部位的当前位置，使得在终止将外部施加的力施加到联接部位上之后使所述联接部位保留其位置，且其中，所述计算单元被实施用于，获知并存储夹持力或夹持力矩的值，其中，所述夹持力或所述夹持力矩由所述夹持器夹板的弹性变形引起且由夹持器夹板作用到联接部位上。
所提出的机器人系统的优点和优选改进方案通过结合所提出的方法的前述实施方案的类似的和适宜的转用来得出。
附图说明
其它的优点、特征和细节由以下的说明中得出，在其中(必要时参考附图)详细地描述至少一个实施例。相同的、类似的和/或功能相同的部件设有相同的附图标记。
其中：
图1示出了根据本发明一实施例的用于示教用以通过机器人操纵器的夹持器来保持物品的保持力的方法；
图2示出了根据本发明另一实施例的夹持器；以及
图3示出了根据本发明另一实施例的具有机器人操纵器、计算单元和布置在机器人操纵器上的夹持器的机器人系统。
附图中的图示是示意性且非按比例的。
具体实施方式
图1示出了用于示教用以通过机器人操纵器3的夹持器5来保持物品9的保持力的方法，其中，所述夹持器5具有能可逆地弹性变形的夹持器夹板7，所述方法具有下列步骤：
-闭合S1夹持器5直至夹持器夹板7在夹持器夹板7的接触部位15上接触物品9，其中，通过操控夹持器驱动器17进行所述夹持器5的夹持器夹板7的闭合，直至夹持器夹板7在夹持器夹板7的接触部位15上接触物品9；
-在夹持器夹板7的联接部位13上向夹持器夹板支承件11外部施加S2希望的闭合力，使得联接部位13相对于接触部位15在夹持器夹板7弹性变形的情况下被推移；
-操控S3夹持器驱动器17用以保持联接部位13的当前位置，且终止将外部施加的闭合力施加到联接部位13上；以及
-获知并存储S4夹持力或夹持力矩的值，其中，所述夹持力或所述夹持力矩由夹持器夹板7的弹性变形引起并由夹持器夹板7作用到联接部位13上。
图2示出了夹持器5。夹持器5具有由塑料制成的狭长的夹持器夹板7。夹持器夹板7分别具有自由末端并与之相对置地具有联接部位13，所述联接部位分别与相同的传送带进行连接，尽管在该传送带的相对置侧上。传送带构成传送带支承件11，其中，传送带的处在对应的联接部位13上的区段被称作为对应的传送带支承件11。因此，夹持器夹板支承件11是闭合传送带上的特定区段，且夹持器夹板7的联接部位13是夹持器夹板7的传送带侧末端。夹持器夹板7与物品9的接触部位15在此处在夹持器夹板7的自由末端的区域中。传送带由夹持器驱动器7驱动，在该夹持器驱动器上也布置有转矩传感器。
图3示出了具有机器人操纵器3、计算单元19和布置在机器人操纵器3上的夹持器5的机器人系统1，如在图2中示出的夹持器那样。机器人系统1用于示教用以通过机器人操纵器3的夹持器5来保持物品9的保持力。夹持器5具有由塑料制成的能完全可逆地弹性变形的夹持器夹板7。机器人操纵器3的计算单元19被实施用于，在所述夹持器夹板7的联接部位13上向夹持器夹板支承件11外部施加希望的闭合力，使得联接部位13相对于接触部位15在夹持器夹板7弹性变形情况下被推移之后，操控夹持器驱动器17用以保持联接部位13的当前位置，使得在终止将外部施加的力施加到联接部位13上之后使联接部位13保留其位置。此外，所述计算单元19被实施用于，获知并存储夹持力或夹持力矩的值，其中，所述夹持力或所述夹持力矩由夹持器夹板7的弹性变形引起且由夹持器夹板7作用到联接部位13上。
尽管本发明在细节上通过优选的实施例被较详细地图解和阐释，但是本发明不被这些公开的示例所限制并且本领域技术人员可以从中推导出另外的变型方案，而不离开本发明的保护范围。因此清楚的是，存在多个变型方案可能性。同样清楚的是，示例性所提到的实施方式实际仅表示示例，这些示例不以任何方式被理解为例如保护范围、应用可能性或本发明配置的限制。确切的说，前面的说明和附图描述使本领域技术人员能够具体地转换示例性实施方式，其中，本领域技术人员在了解所公开的发明构思的情况下可以进行例如在示例性实施方式中提到的各个元件的功能或布置方面的各种改变，而不会脱离权利要求及其法律等同物、例如说明书中的进一步阐释所限定的保护范围。
附图标记列表
1机器人系统
3机器人操纵器
5夹持器
7夹持器夹板
9物品
11夹持器夹板支承件
13联接部位
15接触部位
17夹持器驱动器
19计算单元
S1闭合
S2外部施加
S3操控
S4获知并存储

Claims (10)

1.一种用于示教用以通过机器人操纵器(3)的夹持器(5)来保持物品(9)的保持力的方法，其中，所述夹持器(5)具有能可逆地弹性变形的夹持器夹板(7)，所述方法具有下列步骤：
-闭合(S1)所述夹持器(5)直至所述夹持器夹板(7)在所述夹持器夹板(7)的接触部位(5)上接触所述物品(9)；
-在所述夹持器夹板(7)的联接部位(13)上向夹持器夹板支承件(11)外部施加(S2)希望的闭合力，使得所述联接部位(13)相对于所述接触部位(15)在所述夹持器夹板(7)弹性变形的情况下被推移；
-操控(S3)夹持器驱动器(17)用以保持所述联接部位(13)的当前位置，且终止将外部施加的闭合力施加到所述联接部位(13)上；
-获知并存储(S4)夹持力或夹持力矩的值，其中，所述夹持力或夹持力矩由所述夹持器夹板(7)的弹性变形引起并由所述夹持器夹板(7)作用到所述联接部位(13)上。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述夹持器夹板支承件(11)是闭合传送带上的区段且所述夹持器夹板(7)的所述联接部位(13)是所述夹持器夹板(7)的传送带侧末端，且其中，所述夹持器夹板(7)与所述物品(9)的所述接触部位(15)处在所述夹持器夹板(7)的自由末端的区域中。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述夹持力在力传感器中获知，其中，所述力传感器获知施加在所述传送带上的力。
4.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述夹持力在转矩传感器中获知，其中，所述转矩传感器布置在传送带盘上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述夹持力在转矩传感器中获知，其中，所述转矩传感器布置在所述夹持器驱动器(17)上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其中，通过操控所述夹持器驱动器(17)来进行所述夹持器(5)的夹持器夹板(7)的闭合，直至所述夹持器夹板(7)在所述夹持器夹板(7)的接触部位(15)上接触所述物品(9)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其中，通过手动引导所述夹持器夹板(7)来进行所述夹持器(5)的夹持器夹板(7)的闭合，直至所述夹持器夹板(7)在所述夹持器夹板(7)的接触部位(15)上接触所述物品(9)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，
其中，所述外部施加的希望的闭合力是手动施加的力。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，
其中，所述外部施加的希望的闭合力是由第二机器人操纵器的第二夹持器施加的力。
10.一种机器人系统(1)，其具有机器人操纵器(3)、计算单元(19)和布置在所述机器人操纵器(3)上的夹持器(5)，其中，所述机器人系统(1)用于示教用以通过所述机器人操纵器(3)的夹持器(5)来保持物品(9)的保持力，其中，所述夹持器(5)具有能可逆地弹性变形的夹持器夹板(7)，其中，所述计算单元(19)被实施用于，在所述夹持器夹板(7)的联接部位(13)上向夹持器夹板支承件(11)外部施加希望的闭合力，使得所述联接部位(13)相对于所述接触部位(15)在所述夹持器夹板(7)弹性变形情况下被推移之后，操控夹持器驱动器(17)用以保持所述联接部位(13)的当前位置，使得在终止将外部施加的力施加到所述联接部位(13)上之后使所述联接部位(13)保留其位置，且其中，所述计算单元(19)被实施用于，获知并存储夹持力或夹持力矩的值，其中，所述夹持力或所述夹持力矩由所述夹持器夹板(7)的弹性变形引起且由所述夹持器夹板(7)作用到所述联接部位(13)上。
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