DD272250A1

DD272250A1 - MULTIFFING GRIPPERS FOR MEASURING THE GRIPPING POWER AND SPATIAL REACTION FORMS AND MOMENTS

Info

Publication number: DD272250A1
Application number: DD31591088A
Authority: DD
Inventors: Heinz Thom; Harald Diesing; Klaus-Ulrich Schmucker
Original assignee: Adw Ddr Kybernetik Inf
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1989-10-04
Also published as: DE3914583A1; AT395124B; ATA69489A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrfingergreifer fuer Industrieroboter und Manipulatoren, der zusaetzlich die Greifkraft, die Reaktionskraefte und -momente misst. Er soll eine geringe Baugroesse und kleine Mess- und Uebertragungsfehler aufweisen, wobei der Messwertgeber vor Kollision geschuetzt ist. Erfindungsgemaess befinden sich die Drehpunkte der Kniehebel von Parallelogrammlenkern, an denen die Greiffinger befestigt sind, achssymmetrisch und gleichmaessig am Umfang verteilt auf dem Innenring eines an sich bekannten Verformkoerpers. Der Aussenring des Verformkoerpers ist am Greifergehaeuse befestigt, wobei der Innenring mit dem Aussenring ueber elastische Elemente verbunden ist, deren Verformung gemessen wird. Fig. 1The invention relates to a Mehrfingergreifer for industrial robots and manipulators, which additionally measures the gripping force, the reaction forces and moments. It should have a small building size and small measuring and transmission errors, whereby the transmitter is protected against collision. According erfindungsgemaess are the pivot points of the toggle of Parallelogrammlenkern to which the gripping fingers are fixed, axially symmetrical and gleichmaessig distributed around the circumference on the inner ring of a known Verformkoerpers. The outer ring of the Verformkoerpers is attached to the Greifergehaeuse, wherein the inner ring is connected to the outer ring via elastic elements whose deformation is measured. Fig. 1

Description

Mehrfechfingergreifor zur Erfassung der Greifkraft sowie räumlicher Reaktionskräfte und -momenteMulti-fencing rapier for detecting the gripping force as well as spatial reaction forces and moments

Area of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Greifer für Industrieroboter und Manipulatoren, der zusätzlich die Greifkraft und die räumlichen Reaktionskräfte und -momente, die während der Greif-, Handhabunge- und Montogeprozesse an den Greifelementen wirken, mißt. Dieser sensorisierte Greifer wird für die . Toile- und Werkzeugentnahme «us Vorrichtungen und Magazinen . kraftodaptive Fügevorgäi.ge und . kraftodaptive BahnnachführungThe invention relates to a gripper for industrial robots and manipulators, which additionally measures the gripping force and the spatial reaction forces and moments acting on the gripping elements during gripping, handling and assembling processes. This sensorized gripper is used for the. Toile and tool removal devices and magazines. force-adaptive joining prog. force-adaptive train tracking

verwendet. Der Einsatz dorartiger Greifer läßt höhere Positionierungstoleranzen zwischen Objekt und Zielpunkt des Industrie· roboters zu und ist vorzugsweise für die Montage geeignet.used. The use of dorartiger gripper allows higher positioning tolerances between object and target point of the industry · robot and is preferably suitable for mounting.

C harakteristik dos known prior art

In der bekannten Literatur sind ausschließlich Greifer mit kraftsensorisierten Greifelementen hauptsächlich zur Messung der Gre:Lfkreft und mit beträchtlichen Funktionseinechränkungen für Reaktionskräfte beschrieben worden. Darüber hinaus werden variationereicho Lösungen zur Erfassung der Reaktlons- und Schnittkräfte mit Kraft-Moment-Sensoren beschrieben, die völlig vom Greifer getrennt und unmittelbar am Roboterhandflansch befestigt sind.In the known literature, only grapples with force-sensed gripping elements have been described mainly for measuring the size and with considerable functional limitations for reaction forces. In addition, variable-range solutions for detecting the Reaktlons- and cutting forces with force-moment sensors are described, which are completely separated from the gripper and attached directly to the robot hand flange.

Mit im Greifelement befindlichen Krafteeneoren können zwar 3orthogoru.l9 Kraftkomponenten erfaßt werden, Jodoch ist die Auewertung nur durch schwierig zu ermittelnde zusätzliche Informationen wie z.B. Flngerpoeltion, Greifkraftanteil, möglich. Solche Anordnungen eind in ÜE-OS 2 934 414, DD-PS 245 616 beschrieben worden. Diese Lösungen haben die Nachteile* daß . sie die Baugröße/Abmeeeungen der Greifelemente ungünstigAlthough 3orthogoru.l9 force components can be detected by means of force sensors located in the gripping element, the evaluation can only be carried out by additional information which is difficult to ascertain, such as e.g. Floatpoeltion, gripping force component, possible. Such arrangements have been described in ÜE-OS 2,934,414, DD-PS 245 616. These solutions have the disadvantages * that. They unfavorable the size / Abmeeeungen the gripping elements

beeinflussen, . sie durch ihre ungünstigen Abmessungen den Zugriff zu onganeinanderliegenden Teilen unmöglich machen,influence, . their unfavorable dimensions make them impossible to access onaneinanderliegenden parts,

. ihre Punktionen bei Kollisionen der Greifelemente nicht mehr gewährleistet eind., their punctures in collisions of the gripping elements no longer guaranteed.

Der Eineatz einee eepereten Kraft-Mo«ent-8ensors zwischen Greifer und Roboterflanech zur Bestimmung der Reaktiontkräfto em Effektor (Greifer) hat die Nachteile, daß . der Abstand zwischen Meßeteile und dem KraftwirkungeortThe employment of an eeperen force-force sensor between gripper and robot flange for determining the reaction force effector (gripper) has the disadvantages that. the distance between measuring parts and the force effect location

zwangsläufig sehr groß ist, . die gemessenen Kräfte sich aus den realen Reaktionskräftenis necessarily very big,. the measured forces are the real reaction forces

und der Gretfermasse ergeben . die geometrischen Abmessungen des Greifers und der Abstand des Kraftwirkungeortee zum Sensor die Bestimmung der realenand give the Gretfermasse. the geometrical dimensions of the gripper and the distance of the force effect location to the sensor the determination of the real

Reactionokräfto aggravated. Aim of the invention mg

Ziel der Erfindung ist ein Greifer für Industrieroboter und Manipulatoren, der zusätzlich die Greifkraft, die Reaktionskräfte und -momente mißt. Dieeer Greifer soll eine geringe Baugröße und kleine Meß- und Obertragungefehler aufweisen, wobei der Meßwortgeber vor Kollision goschützt ist.The aim of the invention is a gripper for industrial robots and manipulators, which also measures the gripping force, the reaction forces and moments. Dieeer gripper should have a small size and small measuring and Obertragungefehler, the Meßwortgeber is goschützt before collision.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer mit integrierter Kraftmomentenseneorik zu schaffen, der außer seiner eigentlichen Punktion Greifen noch den vollständigen Kraftsensor nahe dem Kraftwirkungsort bei der Objektaufnahme, Objektabiego eowie während der Handhabung inebesondere beim Fügen von Teilen und die Greifkraft erfaßt, so daß mit diesen Meßdaten die Objekte kraftadaptiv gehandhabt werden können. Bei der Lösung dieser Aufgabe sollen die äußeren Abmessungen des Greifers und der Greifelemente nicht nachteilig beeinflußt werden. Der Meß- und Übertragungefehler ist durch eine möglichst nahe Anordnung des Verformkörpers mit Meßwertgeber an die Greifelemente zu minimieren. Durch den Einbau des Sensors im Greifer wird dieser vor Zerstörung infolge einer Kollision geschützt.The invention has for its object to provide a gripper with integrated Kraftmomentenseneorik, which except his actual puncture still grasps the complete force sensor near the place of action in the object recording, Objektabiego eowie during handling inebesondere when joining parts and the gripping force detected, so that with These measurements the objects can be handled force-adaptive. In the solution of this problem, the outer dimensions of the gripper and the gripping elements should not be adversely affected. The measurement and transmission error is to be minimized by a possible close arrangement of the deformed body with transmitter to the gripping elements. The installation of the sensor in the gripper protects it from destruction as a result of a collision.

ⁿ-findungsgemöß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Verformkörper für einen sechskomponentigen Kraft-Moment-Seneor in eine Schnit :stelle zwischen Gehäuse und kinematischer Kette ⁿ -findungsgemöß the object is achieved in that a molding element for a force-moment sechskomponentigen Seneor in a Schnit: spot between the housing and a kinematic chain

dee Mehrfingergreifere eingebunden wird. Oieeer GreifMechanismus ist nach dem bekannten Prinzip dee Zangengreifers aufgebaut, wobei die Greifelemente zueinander synchron parallele Bewegungen auf einer Kreisbahn, von einem Antrieb bewegt, ausführen. Die Verbindungen zwischen einem Greiferelement und dem ale starr zu betrachtonen Innenrir.g des Verformkörpere, sind über Achsen der zwei Glieder eines Parallelogrammlenkers dadurch gegeben, daß eich die Drehpunkte der Kniehebel der Parellelogremmlenker acheeneymmetriech und gleichmäßig am Umfang verteilt auf dem Innenring des Verformkörpero befinden. Oieeer Innenring des Verformkörpere 1st über elaetiecheElemonte mit einem ebenfnlle stabilen Außenring dee Vorformkörpere verbunden. Oieeer Außenring iet am Greifergehäuee befestigt. Oie Vorformungen der elastischen Elemente, die bei Vorhandensein von Grolfkraft und Reaktionskräften beim Handhebungeprozeß gegeben elnd, werden durch den Meßwertgeber ermittelt und ale Maß für die Bestimmung der Kräfte verwendet.Ale Meßwertgeber können sowohl auf den elastischen Elementen befestigte Dehnungsindikatoren als auch für indirekte Messungen Meßwertgeber zur Ermittlung dor Abetancleänderungen zwischen Außen» und Innenring verwendet werden.dee multi-finger gripper is involved. Oieeer gripping mechanism is constructed according to the known principle of the forceps gripper, wherein the gripping elements synchronously to each other parallel movements on a circular path, by a drive, run. The connections between a gripper element and the internal rigid element of the deformed body are given by the axes of the two links of a parallelogram link, in that the pivot points of the toggle levers of the parallelogram link are axially symmetrical and evenly distributed on the inner ring of the deformed body. The inner ring of the deformed body is connected to the preform body by means of an elite metal shell with a flat, stable outer ring. Oieeer outer ring attached to the Greifergehäuee. The preforms of the elastic elements, which are given in the presence of power of grind and reaction forces in the lifting process, are determined by the transmitter and used for the determination of the forces. All transducers can use strain gauges attached to the elastic elements as well as for indirect measurements Determination of Abetancleänderungen be used between outer and inner ring.

embodiments The invention will hereafter be in the art

nähe erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen sind dargestelltexplained. In the accompanying drawings are shown

Fig. 1 die Schnittdarstellung eines Dreiringorparallelgreifers einschließlich oines Koordinatensystems bezüglich der SensormeßebeneFig. 1 is a sectional view of a Dreiringorparallelgreifers including oines coordinate system with respect to the sensor scale level

Fig. 2 der Kulissenstein zur Zwangsführung eines Kniehebele des ParallelogrammlenkersFig. 2 of the sliding block for positive guidance of a knee lever of the parallelogram

Fig. 3 of the deformed dee force moment Seneore

Die synchrone Bewegungen der drei Greifelemente werden durch einen Schrittmotor 1 erzeugt. Der Schrittmotor 1 treibt über ein Schneckenradgetriebe 2 die Trapezepindel 3 an, auf der in ihrer Achsrichtung der zwangegeführte Kulissenstein 4 entsprechend der Motordrehrichtung bewegt wird.The synchronous movements of the three gripping elements are generated by a stepping motor 1. The stepper motor 1 drives via a worm gear 2 to the Trapezepindel 3, on which in its axial direction of the forced guided sliding block 4 is moved according to the direction of motor rotation.

In den Kulissenetein 4 werden in den drei gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten F'hrungeelementen 3 die Kniehebel 6 der drei Parallelogrammlenkbr zwangegeführt· Die Drehpunkte 7 der Kniehebel 6 der Parallelogrammlenker sind acheeymmetriech und gleichmäßig am Umfang auf den Innenring 8 dee Verformkörpere verteilt angeordnet, Ourch die geradlinige Bewegung dee Kulieeenetein 4 werden in den geneigten Führungenuten 5 die Kniehebel 6 um dan Drehpunkt 7 im Innenring 8 auf einer Kreiebahn bewegt, die der Schließ- bzw. Öffnungebewegung der Greifelemente enteprechen. Der Außenring IO dee Verformkörpere let an dem Greifergehäuee 11 befestigt. Der Außenring IO let mit dem Innenringe dee Verformkörpere über elaetieche elemente 9, auf (Ionen Dehnungeetreifen 12 zur Meeeung der Verformung geklebt elnd, verbunden. Bei oinem acheeymmetriechen Greifprozoß werden über den Drehpunkt 7 dee Kniehebele 6 nur Verformungen der elaetlechen Elemente 9 in positiver Z-R*chtung erzeugt, die ein Maß für die wirkende Greifkraft lot. Bei unsymmetrischem Greifen entstehen noch zusätzliche Vorformungen der elastischen Elemente 9 in den anderen Freiheittgraden, die gemessen, verarbeitet und zur Korrektur der Unsymmetrie genutzt worden können. Der nach dem Abschluß dee Greifprozeeoee erfaßte Kraftzuetand wird für die Messung der Reaktlonskräfte am Effektor ale Referenz« vektor verwendet. Die durch äußere Kroftwirkungon zusätzlich erzeugten Verformungen der elastischen Elemente 9 werden wie bekannt mit Dehnmeßstreifen gemessen, verarbeitet und die Daten von den Kräften und Momenten der Steuerung übergeben.In the gate set 4, the toggle levers 6 of the three parallelogram links are forced into the three evenly distributed guide elements 3. The pivot points 7 of the toggle levers 6 of the parallelogram links are acheeymmetrically and uniformly distributed on the circumference on the inner ring 8 of the deformation bodies rectilinear movement dee Kulieeenetein 4 are in the inclined guide grooves 5, the toggle 6 moves around dan fulcrum 7 in the inner ring 8 on a Kreiebahn that enteprechen the closing or opening movement of the gripping elements. The outer ring IO dee Verformkörpere let attached to the Greifergehäuee 11. The outer ring IO let is connected to the inner rings of the deformed bodies via elastic elements 9 (ion stretching straps 12 for the deformation of the deformation.) In the case of an achee symmetrical gripping process, only the deformations of the elliptical elements 9 in the positive ZR are over the pivot point 7 of the knee lever 6. In the case of asymmetrical gripping, additional preformations of the elastic elements 9 in the other degrees of freedom, which can be measured, processed and used to correct the imbalance, are created For the measurement of the Reaktlonskräfte effector on the reference vector used .. The deformations of the elastic elements 9 additionally generated by external Kroftwirkungon be as measured with strain gauges measured, processed and transferred the data of the forces and moments of control.

Claims

-S

claims

1. Mehrfingergreifer with Erfeeeung the gripping force eowie spatial reaction forces and moments, beetehend from a Greifergehäuee, a Trapezepindel, a forced Kulieeenetein with Führungsnut s, in which the toggle of Parallelogrammlenkern are attached to which Greiffingor are guided,

characterized in that eich the pivot points (7) of the toggle lever (6) of the Parallelogremmlenkor acheeymmetriech and evenly distributed on the circumference on the inner ring (Θ) of a known to eich Verformkörpere (8; 9tlO), the outer ring (10) on Greifergehäuee (11 ), wherein the inner ring (8) m: t the outer ring (10) connected via elastic elements (9) let and wherein transducers (12) are present, which measure the deformations of the elastic elements (9).

For this 3 sheets of drawings