-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Manipulieren, insbesondere zum Ergreifen, eines Objekts mittels eines Roboters nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Bei der Manipulation von Objekten mittels robotischer Werkzeuge, beispielsweise robotischer Greifer, muss sichergestellt werden, dass während des Manipulierens ein Schwellenwert für eine von dem Manipulator auf das Objekt ausgeübte Kraft nicht über- beziehungsweise unterschritten wird. Beim Überschreiten der Handhabungskräfte kann es zu Beschädigungen des Objekts kommen, beim Unterschreiten dagegen, insbesondere beim Ergreifen von Objekten, kann es der Fall sein, dass nicht genügend Kraft zum Halten des Objekts aufgebracht wird, so dass dieses aus dem Manipulator rutscht und hierdurch ebenfalls beschädigt wird.
-
Bei der Verwendung von Greifwerkzeugen, die keine eigene Sensorik aufweisen, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2008 020 489 A1 bekannt sind, muss die Programmierung des Roboters daher besonders exakt sein, da nur durch exakte Wegvorgaben und eine exakte Positionierung des Roboters sichergestellt werden kann, dass die vom Roboter auf das Objekt ausgeübte Kraft sich im Sollbereich befindet.
-
Um eine Kraftüberschreitung zu verhindern, ist ferner bekannt, Greifwerkzeuge von Robotern so zu gestalten, dass bewegungsabhängige Momente zwischen Gegenstand und Manipulator weitestgehend ausgeschaltet werden. Ein solches Greifwerkzeug ist aus der
DE 10 223 670 A1 bekannt. Derartige Greifwerkzeuge sind mechanisch besonders aufwändig und daher teuer.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches auf einfache Art und Weise ein sicheres Manipulieren von Objekten ohne Beschädigung mittels eines Roboters ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Bei einem derartigen Verfahren zum Manipulieren, insbesondere zum Ergreifen, eines Objekts mittels eines Roboters wird während des Manipulierens des Objekts ein Schwellenwert für eine von einem Manipulator des Roboters auf das Objekt ausgeübte Kraft nicht über- beziehungsweise unterschritten. Dies wird erfindungsgemäß sichergestellt, in dem die von dem Manipulator auf das Objekt ausgeübte Kraft indirekt über einen Kraftsensor oder über Drehmomentensensoren des Roboters bestimmt wird, welcher in einem von dem Manipulator verschiedenen Bereich des Roboters angeordnet ist. Dies ermöglicht die Verwendung von Manipulatoren ohne eigene Kraft-/Momentensensorik und ohne eine besondere Mechanik, die bewegungsabhängige Momente ausschaltet, während gleichzeitig eine Kontrolle der vom Roboter auf das Objekt ausgeübten Kräfte möglich ist. Durch Beobachtung dieser Kräfte kann sichergestellt werden, dass rechtzeitig Gegenreaktionen durchgeführt werden, wenn die ausgeübte Kraft den Schwellenwert über- beziehungsweise unterschreitet.
-
Damit können zuverlässig Beschädigungen der manipulierten Objekte verhindert werden, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass beim Ergreifen von Objekten immer die notwenige Haltekraft ausgeübt wird, so dass es nicht zu einem Verrutschen des Objektes im Manipulator kommen kann. Zur Durchführung des Verfahrens ist dabei keine exakte Kenntnis der Lage beziehungsweise der Relativlage zwischen Roboter und Objekt notwendig, durch die Kraftrückmeldung über den Kraftsensor oder die Momentensensoren des Roboters kann das Verfahren flexibel genug gestaltet werden, um kleine Fehlpositionierungen oder dergleichen ausgleichen zu können.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die von dem Manipulator auf das Objekt ausgeübte Kraft über eine Kupplungsvorrichtung zum Verbinden des Manipulators mit dem Roboter auf den Kraftsensor übertragen. Eine derartige Kupplung erlaubt den schnellen Wechsel zwischen unterschiedlichen Manipulatoren, wobei alle solche Manipulatoren keine eigenen Kraft-/Momentensensoren besitzen müssen. Damit kann eine Vielzahl von Werkzeugen für den Roboter bereitgestellt werden, ohne hohen Investitionsaufwand zur Bereitstellung von kraftsensitiven Manipulatoren leisten zu müssen.
-
Vorzugsweise wird lediglich die auf einen Teilbereich des Manipulators wirkende kraft indirekt bestimmt. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Tastelement oder einen Tastfortsatz handeln. Dies vereinfacht die Bestimmung der tatsächlich wirkenden Kraft und ermöglicht es beispielsweise, aufgrund der durch die Kraftrückmeldung bestimmbaren Relativlage zwischen Tastelement beziehungsweise Teilbereich und Objekt auch die Relativlage zwischen dem Manipulator und Objekt zu bestimmen, ohne eine Vielzahl von komplexen Messungen beziehungsweise Berechnungen durchführen zu müssen.
-
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
-
1 eine Darstellung eines Manipulators eines Roboters zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
-
2 und 3 der Manipulator gemäß 1 in unterschiedlichen Stadien des Manipulierens eines Objekts.
-
Ein insgesamt mit 10 bezeichneter Manipulator für einen Roboter 12 ist über eine Schnellkupplung 14 mit diesem Roboter 12 verbunden und umfasst zwei Greifbacken 16, welche relativ zueinander beweglich sind, sowie einen Tastfortsatz 18. Der Manipulator 10 weist keinen eigenen Antrieb und keine eigene Sensorik auf. Um ein Ergreifen von Objekten unter kontrollierter Kraftanwendung zu ermöglichen, ist der Manipulator 10 mechanisch mit Momentensensoren des Roboters 12 gekoppelt, welche außerhalb des Manipulators selbst, also beispielsweise in den Drehgelenken des Roboters 12 angeordnet sind. Aus der Messung dieser Drehmomente kann die am Manipulator 10 wirkende Kraft berechnet werden. Alternativ kann beispielsweise an den Armen des Roboters 12 einer oder mehrere Kraftsensoren vorgesehen werden. Die verwendeten Sensoren sind in den Figuren nicht dargestellt. Der Verzicht auf einen in den Manipulator 10 integrierten Kraftsensor und/oder Momentensensor macht den Manipulator 10 besonders kostengünstig, wobei durch die indirekte Messung der zwischen Manipulator 10 und manipulierten Objekten wirkenden Kräften dennoch sichergestellt werden kann, dass diese Kräfte vorgegebene Schwellenwerte nicht über- beziehungsweise unterschreiten. Durch eine solche Kraftmessung kann beispielsweise sichergestellt werden, dass Objekte beim Ergreifen nicht beschädigt werden, wobei gleichzeitig die aufgewendeten Kräfte hoch genug sind, um das Objekt nicht aus den Greifbacken 16 gleiten zu lassen.
-
Neben der Kontrolle der auf ein ergriffenes Objekt wirkenden Kräfte ermöglicht diese indirekte Kraftmessung beispielsweise auch die Bestimmung einer Relativlage zwischen einem zu ergreifenden Objekt und dem Manipulator 10. Durch Heranfahren des Manipulators 10 an eine vermutete Position des Objekts kann das Objekt durch die Kraftrückmeldung ertastet werden. Ein solcher Vorgang ist in den 2 und 3 dargestellt. Die 2 zeigt, fährt der Roboter 12 zunächst eine vermutete Position des Objekts an, bis ein Endstück 20 des Tastfortsatzes 18 in Kontakt mit dem zu ergreifenden Objekt 22 kommt. Durch Abfahren der Kontur des Objektes 22 kann zudem dessen Lageorientierung genauer bestimmt werden. Befindet sich das Endstück 20 des Tastfortsatzes 18 wie in 3 gezeigt in seiner Endposition, wird der Manipulator 10 durch den Arm des Roboters 12 so geschwenkt, dass die Greifbacken 16 des Manipulators das Objekt 22 ergreifen können. Dabei kann durch den Roboter 12 eine Kraft detektiert werden, wenn er infolge der Tatsache, dass das Objekt 22 nicht an der erwarteten Position liegt, beim Greifen eines Objektes 22 von seiner Position ausgelenkt wird.
-
Durch die Schnellkupplung 14 zwischen dem Manipulator 10 und dem Roboter 12 kann der Manipulator 10 bedarfsgerecht ausgetauscht werden. Da im Manipulator 10 selbst keine komplexe Sensorik vorhanden ist, können für den Roboter 12 daher kostengünstig unterschiedlichste Manipulationswerkzeuge zur Manipulation unterschiedlicher Objekte vorgehalten werden. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Manipulator 10 auch keinen eigenen aktiven Antrieb besitzt, sondern vielmehr von einer Achse des Roboters 12 angetrieben wird. Dies senkt den Preis des Manipulators 10 weiter. Selbstverständlich kann die geschilderte indirekte Sensorik auch zusammen mit einem Manipulator mit integrierten Aktuatoren Anwendung finden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008020489 A1 [0003]
- DE 10223670 A1 [0004]
