DE102006028219A1

DE102006028219A1 - Verfahren zum Ansteuern eines Endeffektors, insbesondere einer Greifeinrichtung, und System hierfür

Info

Publication number: DE102006028219A1
Application number: DE200610028219
Authority: DE
Inventors: Andreas Hoch
Original assignee: Schunk GmbH and Co KG
Current assignee: Schunk GmbH and Co KG
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-20
Also published as: DE202006020963U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines Endeffektors, insbesondere einer Greifeinrichtung, zum Greifen, Handhaben und/oder Bedienen von Objekten sowie ein zugehöriges Greif-, Handhabungs-, Manipulations- und/oder Bediensystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines Endeffektors, insbesondere einer Greifeinrichtung, zum Greifen, Handhaben, Manipulieren und/oder Bedienen von Objekten. Die Erfindung betrifft auch ein System zum Greifen, Handhaben, Manipulieren und/oder Bedienen von Objekten zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Insbesondere in der Servicerobotik müssen mit zugehörigen Servicerobotern, die entsprechende Endeffektoren aufweisen, eine Vielzahl von geometrisch unterschiedlichen Objekten gegriffen, gehandhabt, manipuliert und/oder bedient werden. Hierfür werden in der Regel mehrfingrige und mehrgliedrige Endeffektoren beispielsweise in Form von Greifeinrichtungen verwendet, die über eine hohe Anzahl von Freiheitsgraden verfügen. Als problematisch hat sich hierbei die Programmierung der Bewegung des Endeffektors als solchen und dessen beweglichen Bauteilen, wie beziehungsweise verschieblich gelagerte Backen oder bewegliche Finger, herausgestellt.
Die anzufahrenden Positionen der Endeffektoren, bzw. deren Bauteile, können beispielsweise durch sogenanntes Teachen ermittelt werden. Beim Teachen werden die entsprechenden Positionen manuell schrittweise angefahren und die einzelnen Bewegungsschritte werden in einem Speicher hinterlegt.
Eine andere Möglichkeit ist, durch Simulation in einer CAD-Umgebung mittels einer entsprechenden 3D-Objekterfassung entsprechende Positionen und insbesondere Berühr- und Greifstellen beziehungsweise zugehörige Parameter zu berechnen. Diese Daten können dann ebenfalls in einem entsprechenden Speicher beziehungsweise einer Steuerung hinterlegt werden.
Die genannten Verfahren haben den Nachteil, dass für den Serviceroboter beziehungsweise den Endeffektor bisher unbekannte Objekte, die nicht durch die entsprechenden Verfahren mit dem jeweiligen Endeffektor bereits erfasst worden sind, keine Möglichkeit besteht, vor Ort Ansteuerparameter zu erhalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ansteuern eines Endeffektors bereitzustellen, dass auf einfache Art und Weise funktionssicher arbeitet. Mit dem Verfahren sollen insbesondere für den jeweiligen Endeffektor bisher unbekannte Objekte gegriffen, gehandhabt, manipuliert und/oder bedient werden können, wobei auf die zugehörigen Ansteuerparameter vor Ort zugegriffen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass über die ein Objekt identifizierende Identifikation einmal gewonnene Ansteuerparameter aus einer Datenbank zum Greifen, Manipulieren, Bedienen und/oder Handhaben der jeweiligen Objekte verwendet werden können. Die Identifikation des Objekts bildet folglich die Eingangsgröße der Datenbank, welche daraus resultierend geeignete Daten, beispielsweise einen Griff des Objekts, rückmeldet. Insofern ist es nicht erforderlich, mit dem jeweiligen Endeffektor durch Teachen oder durch Simulation Ansteuerparameter vor Ort zu ermitteln; eine Berechung der Ansteuerparametern vor Ort kann entfallen.
Die Erfindung nützt dabei die Tatsache, dass bereits heute eine Vielzahl von Konsumgegenständen mit Identifikationsmerkmalen, beispielsweise in Form von Funketiketten, versehen sind, in denen das jeweilige Objekt identifizierende Identifikationsdaten abgelegt sind. Funketiketten sind in der Regel Bestandteil der RFID-Technologie (Radio Frequency Identification), bei der über Reader (Sende- und Empfangseinheit) Daten aus dem Funketikett (auch Transponder genannt) ausgelesen werden.
Als weitere Identifikationsmerkmalen kommen insbesondere in Betracht: Barcodeetiketten, Data Martix Codes und/oder Magnetstreifen. Eine Identifikation kann auch kameragestützt erfolgen, beispielsweise über das Erscheinungsbild des Objekts und/oder über mit der Kamera eindeutig identifizierbare Zeichen und/oder Beschriftungen (Marken, Identifikations-Nummern).
Vorteilhafterweise ist die Datenbank auf einem Netzwerk abgelegt und/oder über ein Netzwerk abrufbar. Dies hat den Vorteil, dass mehrere Nutzer gleichzeitig Daten in die Datenbank einlesen beziehungsweise Daten aus der Datenbank auslesen können.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die in der Datenbank hinterlegten Ansteuerparameter von Nutzer- und/oder Interessengemeinschaften bereitgestellt und/oder aktualisiert werden. Solche Gemeinschaften können beispielsweise Hersteller der jweiligen Objekte, Hersteller von Endeffektoren bzw. von Greifeinrichtungen und/oder Dienstleister sein, die Ansteuerparameter ermitteln und diese in der Datenbank ablegen.
Das entsprechende Netzwerk kann ein den Nutzer- und/oder Interessengemeinschaften zugängliches Intranet sein oder das öffentlich zugängliche Internet (WorldWideWeb).
Die in der jeweiligen Datenbank abgelegten, einem zu greifenden, handzuhabenden, manipulierenden oder zu bedienenden Objekt zugeordneten Ansteuerparameter können insbesondere beinhalten:

– Die Ausgangsposition des Endeffektors (z.B. einer Greifeinrichtung) bzw. dessen Bauteile (z.B. deren Greifbacken oder Greiffinger),
– die Bewegungsparameter des Endeffektors und/oder dessen Bauteile,
– Ort, Richtung und Größe von eingeleiteten Kräften und deren zeitliche Änderung,
– Aufgabenparameter zur Abarbeitung einer Aufgabe und/oder
– Endpositionen.

Vorteilhaft ist insbesondere, wenn erwähnte Aufgabenparameter zur Abarbeitung einer Greifaufgabe hinterlegt sind. Derartige Greifaufgaben können beispielsweise zur Herbeiführung einer Zustandsänderung des Objekts vorgesehen sein, wie beispielsweise Öffnen eines Verschlusses, Aufschrauben eines Deckels, Herausnehmen eines Objekts aus einer speziellen Umgebung oder Umhausung, wie beispielsweise eines Gefrier- oder Kühlschrankes, oder dergleichen.
Gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei einer durch den Endeffektor herbeigeführten Zustandsänderung des Objekts die Zustandsänderung derart auf das Objekt, beziehungsweise insbesondere dessen Funketikett, geschrieben wird, dass sie auch von anderen Systemen ausgelesen werden kann. Eine Zustandsänderung kann beispielsweise, wie bereits erwähnt, ein Öffnen eines Verschlusses, ein Aufschrauben eines Deckels, ein Herausnehmen eines Objekts aus einer bestimmten Umgebung, wie beispielsweise eines Gefrier- oder Kühlschranks, oder dergleichen, sein. Das Schreiben der Zustandsänderung auf das Objekt hat den Vorteil, dass ein Auslesen der Zustandsänderung auch von anderen, das insbesondere Funketikett auslesenden Systemen, erkannt werden kann. Beispielsweise kann ein Kühlschrank, der mit einem Reader ausgestattet ist, erkennen, wann ein Objekt durch beispielsweise eine Greifvorrichtung geöffnet wurde und kann daraus die Resthaltbarkeit des Objekts bestimmen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit wenigstens einem Endeffektor zum Greifen, Handhaben, Manipulieren und/oder Bedienen von Identifikationsmerkmale aufweisenden Objekten, mit einer den Endeffektor ansteuernden Steuereinheit, mit einer Identifikationseinheit zum Erkennen der Identifikationsmerkmale und mit einer Verbindungseinheit zur Verbindung der Steuereinheit mit einer Datenbank, auf der die den Objekten zugeordnete Ansteuerparameter abrufbar abgelegt sind.
Die Verbindungseinheit kann dabei vorteilhafterweise in die Steuereinheit integriert sein. Die Verbindungseinheit kann über eine entsprechende Leitung oder über Funk mit der entsprechenden Datenbank verbunden sein.
Die Identifikationsmerkmale können dabei insbesondere in einem am Objekt angeordneten und lesbaren und/oder beschreibbaren Etikett abgelegt sein. Bei dem Etikett kann es sich insbesondere um ein Funketikett handeln, welches auf der RFID-Technologie basiert. Die Identifikationseinheit ist dann als zugehöriger Reader ausgebildet. Ebenfalls denkbar ist, dass das Etikett ein Code-Etikett ist und die Identifikationseinheit ein zugehöriger Codeleser.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist denkbar, dass die Identifikationsmerkmale Erscheinungsmerkmale des Objekts sind, welche mit einer Kamera gestützten Einheit erkannt werden können. Erscheinungsmerkmale können beispielsweise die äußere Form des Objekts und/oder auf dem Objekt angeordnete Beschriftungen oder Bezeichnungen sein.
Wie bereits erwähnt, ist vorteilhaft, wenn das Objekt ein beschreibbares Etikett aufweist und wenn die Identifikationseinheit derart ausgebildet ist, dass sie nach einer durch den Endeffektor herbeigeführten Zustandsänderung des Objekts die Zustandsänderung auf das Etikett schreibt. Dadurch können auch andere Systeme, die entsprechende Identifikationseinheiten aufweisen, den Zustand des jeweiligen Objekts erkennen.
Das erfindungsgemäße System kann dabei als Serviceroboter ausgebildet sein, der wenigstens einen im Raum beweglichen Roboterarm und einen am freien Ende des Roboterarms angeordneten Endeffektor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;
2 eine vergrößerte Ansicht von zwei Endeffektoren des Systems gemäß 1.
In der 1 ist ein Handhabungssystem in Form eines Serviceroboters 10 dargestellt, der über zwei im Raum bewegbare Roboterarme 12, 14 verfügt. An den freien Enden der beiden Roboterarme 12, 14 ist jeweils ein mit mehreren Freiheitsgraden bewegbar angeordneter Effektor in Form von jeweils einer Greifeinrichtung 16, 18 vorgesehen. Anstelle von Greifeinrichtungen können auch andere Endeffektoren Verwendung finden. Neben Greifeinrichtungen sind Bedienelemente zum Bedienen von Objekten, beispielsweise von Maschinen oder Gerätschaften. Insbesondere können einer menschlichen Hand nachempfundene Endeffektoren zum Einsatz kommen.
Bei den Greifeinrichtungen 16, 18 handelt es sich um Parallel- oder Zentrischgreifer, die zwei oder drei aufeinander zu und voneinander weg bewegbare Greiferbacken 20 aufweisen. An den Greiferbacken sind je nach Greifaufgabe entsprechende starre Greiffinger 22 angeordnet. Die Greiffinger können selbstverständlich auch beweglich und mehrgliedrig, beispielsweise eines menschlichen Fingers nachempfunden, ausgebildet sein.
In den 1 und 2 ist ein zu greifendes Objekt in Form eines Behältnisses 24 dargestellt, das einen abschraubbaren Deckel 26 umfasst.
Wie aus 2 deutlich wird, weist das Behältnis 24 ein Identifikationsmerkmale des Objekts enthaltendes Etikett 28 auf. Bei dem Etikett 28 kann es sich beispielsweise um ein RFID-Funketikett handeln, das zur eindeutigen Identifikation des Objekts dient.
Über eine an der Greifereinrichtung 16 angeordnete Identifikationseinheit in Form eines Reader 30 können die auf dem Etikett 28 abgelegten Daten ausgelesen werden. Der Reader 30 ist dabei mit einer in 1 angedeuteten Steuereinheit 32 verbunden, die wiederum über eine Antenne 34 mit einem Netzwerk 36, insbesondere dem Internet (www), verbunden ist. Über das Netzwerk ist eine Datenbank abfragbar, aus der die Steuereinheit 32 dem identifizierten Behältnis 24 zugeordnete Ansteuerparameter auslesen kann. Aufgrund dieser Ansteuerparameter kann ein positionsgenaues und das Behältnis 24 nicht beschädigendes Greifen des Objekts 24 erfolgen.
Soll beispielsweise der Deckel 26 des Behältnisses 24 aufgeschraubt werden, so können zur Abarbeitung dieser Greifaufgabe entsprechende Ansteuerparameter aus der Datenbank über das Netzwerk 36 entnommen werden. Die beiden Greifeinrichtungen 16, 18 werden dann aufgrund der zugehörigen Ansteuerparameter ein Aufschrauben des Deckels 26 dadurch bewirken, dass die Greifeinrichtung 18 das Behältnis im unteren Abschnitt festhält und die Greifeinrichtung 16 am Deckel 26 angreift und mit einer rotatorischen Bewegung den Deckel 26 abschraubt.
Eine derartige Zustandsänderung, nämlich das Öffnen des Behältnisses 24, kann über den Reader 30 auf das vorzugsweise beschreibbar ausgebildete Etikett 28 geschrieben werden. Wird das Behältnis 24 beispielsweise in einem geeigneten System, beispielsweise in einem einen Reader aufweisenden Kühl- oder Abstellschrank abgestellt, so kann dieses System die Resthaltbarkeit des Inhalts des geöffneten Behältnisses bestimmen.

Claims

Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines Endeffektors (16, 18), insbesondere einer Greifeinrichtung, zum Greifen, Handhaben, Manipulieren und/oder Bedienen von Objekten (24), wobei die Objekte (29) identifiziert werden und aus einer Datenbank, in der den Objekten zugeordnete Ansteuerparameter hinterlegt sind, die den identifizierten Objekten zugeordneten Ansteuerparameter zur Ansteuerung des Endeffektors (16, 18) entnommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenbank auf einem Netzwerk (36) abgelegt ist und/oder über ein Netzwerk (36) abrufbar ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Datenbank hinterlegten Ansteuerparameter von Nutzer- und/oder Interessengemeinschaften bereit gestellt und/oder aktualisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk (36) ein den Nutzer- und/oder Interessengemeinschaften zugängliches Intranet oder das öffentlich zugängliche Internet ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerparameter beinhalten können: – Ausgangsposition des Endeffektors und/oder dessen Bauteile, – Bewegungsparameter des Endeffektors und/oder dessen Bauteile, – Ort, Richtung und Größe von durch den Endeffektor eingeleiteten Kräften und deren zeitliche Änderung, – Aufgabenparameter zur Abarbeitung einer Aufgabe und/oder – Endpositionen des Endeffektors und/oder dessen Bauteile.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer durch den Endeffektor (16, 18) herbeigeführten Zustandsänderung des Objekts die Zustandsänderung am Objekt derart vermerkt wird, dass sie von anderen Systemen ausgelesen werden kann.
Greif-, Handhabungs-, Manipulier- und/oder Bediensystem zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einem Endeffektor (16, 18) zum Greifen, Handhaben, Manipulieren und/oder Bedienen von Identifikationsmerkmalen aufweisenden Objekten (24), mit einer den Endeffektor ansteuernden Steuereinheit (32), mit einer Identifikationseinheit (30) zum Erkennen der Identifikationsmerkmale und mit einer Verbindungseinheit (34) zur Verbindung der Steuereinheit (32) mit einer Datenbank, auf der die den Objekten zugeordnete Ansteuerparameter abrufbar abgelegt sind.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Datenbank in einem Netzwerk (36) befindet und/oder über ein Netzwerk abrufbar ist.
System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (34) in die Steuereinheit integriert ist.
System nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationsmerkmale in einem am Objekt angeordneten und lesbaren und/oder beschreibbaren Etikett abgelegt sind.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Etikett ein Funketikett ist und die Identifikationseinheit ein zugehöriger Reader ist und/oder dass das Etikett ein Code-Etikett ist die Identifikationseinheit ein zugehöriger Codeleser ist.
System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Identifikationsmerkmale Erscheinungsmerkmale des Objekts herangezogen werden und die Identifikationseinheit ein kameragestützte Einheit ist.
System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt ein beschreibbares Etikett aufweist und dass die Identifikationseinheit (30) derart ausgebildet ist, dass sie nach einer durch den Endeffektor (16, 18) herbeigeführten Zustandsänderung des Objekts (24) die Zustandsänderung auf das Etikett (28) schreibt.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 13, insbesondere Serviceroboter (10), mit wenigstens einem im Raum beweglichen Roboterarm (12, 14), wobei der Endeffektor (16, 18) am freien Ende des Roboterarms (12, 14) angeordnet ist.