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Laut VDI-Richtlinie 2860 handelt es sich bei Industrierobotern um universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen frei programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Derartige Roboter lassen sich mit Greifern ausrüsten und können Handhabungs- oder Fertigungsaufgaben ausführen.
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Aus dem Dokument
"GWS Wechseln-Greiferwechselsystem", erhältlich im Internet am 23.07.2015 unter http://www.schunk.de/schunk_files/attachments/GWS_064_DE.pdf, ist eine Greifer-Wechselaufnahme bekannt, welche zur Aufnahme unterschiedlicher Greifermodule eingerichtet ist, wobei jedes der Greifermodule zum Halten eines Objektes eingerichtet ist.
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Eine solche Greifer-Wechselaufnahme kann als Adapter an einem Roboterarm montiert werden, wodurch der Roboterarm mit unterschiedlichen Greifermodulen bestückt werden kann.
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Im Rahmen der Mensch-Roboter-Kollaboration muss die Sicherheit des Menschen in der Zusammenarbeit mit dem Roboter gewährleistet werden. Bekannt ist hierzu beispielsweise, den Roboter in einer abgesicherten Roboterzelle einzuhausen.
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Durch die vorliegende Erfindung soll eine Vorrichtung zur Anbindung an einen Roboter geschaffen werden, welche eine Alternative zum Stand der Technik bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, welche ein Greifermodul oder eine Greifer-Wechselaufnahme aufweist, welche zur Aufnahme des Greifermoduls eingerichtet ist, wobei das Greifermodul zum Halten eines Objektes eingerichtet ist. Die Vorrichtung besitzt eine mechanische Schnittstelle, welche zur mechanischen Anbindung der Vorrichtung an einen Roboter eingerichtet ist.
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Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch mindestens eine beweglich montierte Schutzabdeckung, wobei die Schutzabdeckung in einer geöffneten Position ein Ergreifen eines Objektes mit dem Greifermodul erlaubt und wobei die Schutzabdeckung in einer geschlossenen Position das Greifermodul und das Objekt zumindest teilweise abdeckt. Die Vorrichtung ist weiterhin durch mindestens einen Antrieb gekennzeichnet, welcher zum Bewegen der Schutzabdeckung von der geöffneten in die geschlossene Position eingerichtet ist.
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In einer ersten Variante ist die Vorrichtung selbst das Greifermodul, welches selbst die mechanische Schnittstelle aufweist. In einer zweiten Variante ist das Greifermodul fest in der Vorrichtung eingebaut, wobei letztere zumindest ein weiteres Bauteil aufweist, welches die mechanische Schnittstelle bereitstellt. In einer dritten Variante ist die Vorrichtung selbst die Greifer-Wechselaufnahme, in welcher das Greifermodul flexibel ausgetauscht werden kann. In einer vierten Variante ist die Greifer-Wechselaufnahme fest in der Vorrichtung eingebaut, wobei letztere zumindest ein weiteres Bauteil aufweist, welches die mechanische Schnittstelle bereitstellt.
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Die im Folgenden genannten Vorteile müssen nicht notwendigerweise durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs erzielt werden. Vielmehr kann es sich hierbei auch um Vorteile handeln, welche lediglich durch einzelne Ausführungsformen, Varianten oder Weiterbildungen erzielt werden.
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Die Vorrichtung erlaubt es, das Objekt mit der mindestens einen Schutzabdeckung einzuhausen. Die Schutzabdeckung ist hierzu eingerichtet, das Objekt zumindest teilweise abzudecken, und ausreichend groß, um das Objekt abzuschirmen.
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Die mindestens eine Schutzabdeckung kann an dem Greifermodul selbst, an der Greifer-Wechselaufnahme oder an einem anderen Bauteil der Vorrichtung montiert sein.
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Durch die Vorrichtung wird ein Adapter geschaffen, welcher ein Sicherheits-Greifersystem mit Objekteinhausung für eine sichere Mensch-Roboter-Interaktion bereitstellt. Die mindestens eine beweglich montierte Schutzabdeckung schützt den Menschen in der geschlossenen Position vor durch das Greifermodul ergriffenen, scharfkantigen Objekten, welche andernfalls zu Verletzungen der im Arbeitsraum befindlichen Personen führen könnten. Dank der Vorrichtung können daher auch scharfkantige oder spitze Objekte sicher durch den Roboter transportiert werden.
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Die Vorrichtung kann beispielsweise zur Anbindung von Greifermodulen an Industrieroboter, beispielsweise Delta-Roboter oder Gelenkarmroboter, eingesetzt werden. Zusätzlich hat die Vorrichtung den Vorteil, dass sie auch für Montageaufgaben eingesetzt werden kann.
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Die Schutzabdeckung bietet den Vorteil, dass Objekte, welche während einer Bewegung des Roboters, beispielsweise aufgrund von Fliehkräften, durch das Greifermodul nicht sicher gehalten werden und aus diesem herausgleiten, aufgefangen werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung eine erste Schutzabdeckung und ein erstes Drehgelenk, über welches die erste Schutzabdeckung beweglich gelagert ist. Ein erster Antrieb ist zum Bewegen der ersten Schutzabdeckung eingerichtet. Die Vorrichtung beinhaltet weiterhin eine zweite Schutzabdeckung und ein zweites Drehgelenk, über welches die zweite Schutzabdeckung beweglich gelagert ist. Ein zweiter Antrieb ist eingerichtet zur Bewegung der zweiten Schutzabdeckung. Beide Schutzabdeckungen umschließen das Greifermodul und das ergriffene Objekt in der geschlossenen Position vollständig.
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In einer Weiterbildung beinhaltet die Vorrichtung mindestens einen ersten Sensor, insbesondere einen Bildsensor oder einen Infrarot-Punktsensor, welcher insbesondere an der ersten Schutzabdeckung montiert ist.
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Der erste Sensor kann zwar auch an einem anderen Bauteil der Vorrichtung montiert sein. In diesem Fall ist sein Sichtbereich jedoch gegebenenfalls durch das Objekt oder die erste Schutzabdeckung eingeschränkt. Sofern es sich bei dem ersten Sensor um einen Bildsensor handelt, kann dies auch ein Infrarot-Bildsensor sein. Weiterhin kann der Bildsensor mit einer Optik ausgestattet werden, wodurch der erste Sensor als Kamera ausgebildet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung einen zweiten Sensor, welcher insbesondere ein Bildsensor oder ein Infrarot-Punktsensor ist, welcher an der zweiten Schutzabdeckung montiert ist.
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Sofern der erste Sensor und der zweite Sensor Bildsensoren sind, können diese beispielsweise CCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren sein. Als Infrarot-Punktsensor eignet sich jeweils beispielsweise ein Temperatur-Punktsensor.
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In einer Weiterbildung beinhaltet die Vorrichtung einen dritten Sensor, welcher ein Infrarot-Sensor ist und zur Überwachung eines Erfassungsbereichs eingerichtet ist, welcher größer ist als ein Erfassungsbereich des ersten Sensors.
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Der dritte Sensor dient zur Überwachung eines größeren Umfeldes oder größerer Entfernungen.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung eine Recheneinheit, welche zur Auswertung von Signalen des ersten Sensors eingerichtet ist, wobei insbesondere auch Signale des zweiten und/oder dritten Sensors verarbeitet werden. Die Recheneinheit ist weiterhin eingerichtet zur Detektion eines Hindernisses anhand der Signalauswertung.
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Die entsprechende Einrichtung der Recheneinheit besteht beispielsweise in einer geeigneten Programmierung.
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In einer Weiterbildung ist die Recheneinheit eingerichtet zur Signalauswertung während der Bewegung der ersten Schutzabdeckung und zur Ansteuerung des ersten Antriebs zur Unterbrechung oder Umkehrung der Bewegung bei Detektion des Hindernisses.
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Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass bei einem Verschließen der Schutzabdeckung geprüft wird, ob unerwartete Objekte in Verschlussrichtung vorhanden sind. In diesem Fall kann der Schließvorgang gestoppt und die Schutzabdeckung gegebenenfalls wieder etwas geöffnet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung eine Schnittstelle, welche eine Datenschnittstelle aufweist, welche insbesondere ausgestaltet ist als Feldbus-Schnittstelle, insbesondere für einen CAN-Bus oder einen Profibus, als serielle Schnittstelle, insbesondere FireWire, als Ethernet- oder Profinet-Anschluss und/oder als WLAN-Adapter.
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Vorteilhaft ist hierbei die Ausgestaltung der Datenschnittstelle als Feldbus-Schnittstelle, über welche die Vorrichtung neben anderen Feldgeräten, Sensoren und Aktoren in einer industriellen Anlage mit Automatisierungsgeräten verbunden werden kann.
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In einer Weiterbildung weist die Schnittstelle zusätzlich eine erste Steckverbindungskomponente auf, welche eine Steuerschnittstelle mit einer Mehrzahl von Kontakten bereitstellt, welche zur Übertragung von Steuersignalen geeignet sind. Alternativ oder ergänzend weist die Schnittstelle eine zweite Steckverbindungskomponente auf, welche eine elektrische Schnittstelle zur Anbindung an eine Lastversorgung bereitstellt.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Schnittstelle zusätzlich eine dritte Steckverbindungskomponente auf, welche eine pneumatische Schnittstelle mit Anschlüssen zur Zufuhr und Abfuhr von Druckluft bereitstellt.
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In einer Weiterbildung ist die Recheneinheit eingerichtet zur Ausgabe von Ergebnissen der Signalauswertung über die Datenschnittstelle.
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Dies hat den Vorteil, dass die Informationen der Sensoren in der Vorrichtung vorverarbeitet und komprimiert an eine darüber liegende Steuerung weitergeleitet werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste Sensor und der zweite Sensor Bildsensoren. Die Recheneinheit ist eingerichtet zur Auswertung von Signalen des ersten Sensors und des zweiten Sensors, wobei die Recheneinheit programmiert ist zur Berechnung einer 3D-Bildinformation aus 2D-Bildinformationen der Sensoren und zur Ausgabe der 3D-Bildinformation über die Datenschnittstelle, insbesondere komprimiert in Form von Vektoren.
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In einer Weiterbildung ist die mindestens eine Schutzabdeckung eine flächig ausgebildete Abdeckung oder eine gitterförmige Abdeckung, welche insbesondere aus Metallrohren oder Kunststoffrohren gefertigt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die mindestens eine Schutzabdeckung eine Formgebung einer Baggerschaufel, eines Kugelsegments, einer Halbschale oder eine Visiers auf.
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In einer Weiterbildung ist die mindestens eine Schutzabdeckung gepolstert. Alternativ oder ergänzend ist die mindestens eine Schutzabdeckung mit einer kapazitiven Sensorik auf ihrer Oberfläche ausgestattet.
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Der Roboterarm ist mit der Vorrichtung ausgerüstet. Der Roboter ist ebenfalls mit der Vorrichtung ausgerüstet.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen, sofern nichts anderes angegeben ist. Es zeigen:
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1 einen Adapter zur Anbindung eines Greifermoduls an einen Roboter mit einer geöffneten Schutzabdeckung,
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2 den Adapter aus 1 mit einer geschlossenen Schutzabdeckung,
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3 den Adapter aus 2, welcher an einem Roboterarm installiert ist.
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1 zeigt einen Adapter 1 zur Anbindung eines Greifermoduls 2 an einen Roboter. Das Greifermodul 2 greift mit Greifbacken 3 ein Objekt 4. Bei den Greifbacken 3 kann es sich alternativ auch um Greiferfinger handeln. Das Greifermodul 2 ist in einer ersten Variante fest in einem Bauteil 9 des Adapters 1 eingebaut. In einer zweiten Variante weist das Bauteil 9 eine Greifer-Wechselaufnahme auf, in welche unterschiedliche Greifermodule 2 eingesetzt werden können. Der Adapter 1 stellt somit ein Greiferbasissystem bereit, mit welchem sich unterschiedliche Greifermodule adaptieren lassen. An der dem Greifermodul 2 gegenüberliegenden Seite weist das Bauteil 9 eine mechanische Schnittstelle auf, welche zur mechanischen Anbindung des Adapters 1 an einen Roboter eingerichtet ist. Beispielsweise ist die mechanischen Schnittstelle zur Montage an einem Flansch eines Roboterarms geeignet.
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An dem Bauteil 9 ist ein erstes Drehgelenk 52 angeordnet, über welches eine erste Schutzabdeckung 5 beweglich gelagert ist. Ein erster Antrieb 53 ist zum Bewegen der ersten Schutzabdeckung 5 eingerichtet. Weiterhin ist an dem Bauteil 9 ein zweites Drehgelenk 62 angeordnet, über welches eine zweite Schutzabdeckung 6 beweglich gelagert ist, welche über einen zweiten Antrieb 63 bewegt werden kann. 1 zeigt die beiden Schutzabdeckungen 5, 6 in einer geöffneten Position, in der die Greiferbacken 3 des Greifermoduls 2 das Objekt 4 ergreifen können.
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An der ersten Schutzabdeckung 5 ist eine erste Kamera 51 montiert, welche beispielsweise aus einer Optik und einem CCD- oder CMOS-Bildsensor besteht. Ebenso ist an der zweiten Schutzabdeckung 6 eine zweite Kamera 61 montiert. Die Bilder der beiden Kameras 51, 61 können benutzt werden, um das Greifen des Objektes 4 durch die Greiferbacken 3 zu unterstützen. Hierzu erfolgt beispielsweise eine Bildauswertung der Kamerabilder in einer Recheneinheit 7. Die Ansteuerung der Greiferbacken 3 erfolgt durch die Recheneinheit 7 oder eine zentrale Steuerung. In letzterem Fall übermittelt die Recheneinheit 7 die Kamerabilder oder eine komprimierte Auswertung der Kamerabilder über eine Schnittstelle 8 an die zentrale Steuerung. Die Recheneinheit 7 kann weiterhin aus den beiden Kamerabildern der Kameras 51, 61 mittels bekannter Bildverarbeitungsalgorithmen, beispielsweise Kanten- und Objekterkennungsalgorithmen, eine dreidimensionale Bildinformation berechnen. Die Recheneinheit 7 kann die dreidimensionale Bildinformation hierbei auf Vektoren reduzieren, welche über die Schnittstelle 8 an die zentrale Steuerung übermittelt werden.
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Ein erster Durchmesser d1, welcher der Außendurchmesser des Bauteils 9 ist, beträgt beispielsweise 50 mm bis 100 mm. Es sind jedoch auch gänzlich andere Werte für den ersten Durchmesser d1 möglich, beispielsweise 10 mm oder 20 cm bis 50 cm. Ein zweiter Durchmesser d2 des gesamten Adapters 1 mit vollständig geöffneten Schutzabdeckungen 5, 6 beträgt in etwa das Doppelte des ersten Durchmesser d1, beispielsweise 100 bis 200 mm. Auch hier sind gänzlich andere Abmessungen realisierbar, beispielsweise 20 mm oder 40 cm bis 100 cm.
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Bei der Recheneinheit 7 handelt es sich beispielsweise um einen ARM-Prozessor oder einen DSP-Prozessor, welcher geeignet programmiert ist. Die Kameras 51, 61 können das für den Menschen sichtbare Lichtspektrum verarbeiten, aber auch als Infrarot-Kameras gewählt werden. Weiterhin können sie auch jeweils ein einfacher Infrarot-Punktsensor, beispielsweise ein Temperatur-Punktsensor sein.
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Die Schutzabdeckungen 5, 6 sind, wie in 1 gezeigt, aus Metall- oder Kunststoffrohren gefertigt, in deren Hohlräumen Kabel der Kameras 51, 61 geführt werden können. In einer anderen Variante, als dies in 1 gezeigt ist, können die Schutzabdeckungen 5, 6 flächig ausgebildet sein. In beiden Varianten können die Schutzabdeckungen beispielsweise eine Formgebung einer Baggerschaufel, eines Kugelsegments, einer Halbschale oder eines Visiers aufweisen. 1 zeigt die Variante, dass die beiden Schutzabdeckungen in der Form von Visieren ausgestaltet sind. Die Schutzabdeckungen 5, 6 können weiterhin an ihrer Außenseite gepolstert sein. Zusätzlich kann die Oberfläche der Schutzabdeckungen 5, 6 mit einer kapazitiven Sensorik ausgestattet sein. Dies bietet den Vorteil, dass Berührungen mit anderen Maschinen oder mit Personen erkannt werden können.
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Die Schnittstelle 8 weist zur Übertragung der Informationen der Recheneinheit 7 eine Datenschnittstelle auf, welche beispielsweise eine Feldbus-Schnittstelle, etwa für einen CAN-Bus oder einen Profibus, eine serielle Schnittstelle, beispielsweise FireWire, ein Ethernet- oder Profinet-Anschluss und/oder ein WLAN-Adapter ist.
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In einer Variante beinhaltet die Schnittstelle zusätzlich eine erste Steckverbindungskomponente, welche eine Steuerschnittstelle mit einer Mehrzahl von Kontakten bereitstellt, welche zur Übertragung von Steuersignalen von einer zentralen Steuerung geeignet sind. Es handelt sich hierbei beispielsweise um einen 25-poligen Steckverbinder. Die Schnittstelle 8 kann außerdem eine zweite Steckverbindungskomponente aufweisen, welche eine elektrische Schnittstelle zur Anbindung an eine Lastversorgung bereitstellt. Bei der Lastversorgung handelt es sich beispielsweise um eine 24 Volt-, 230 Volt- oder 400 Volt-Lastversorgung. In einer weiteren Variante weist die Schnittstelle eine dritte Steckverbindungskomponente auf, welche eine pneumatische Schnittstelle mit Anschlüssen zur Zufuhr und Abfuhr von Druckluft bereitstellt.
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Der Adapter stellt die Steuersignale, die elektrische Lastversorgung sowie die Druckluft vorteilhafterweise für das Greifermodul 2 bereit. Weiterhin kann die Druckluft oder die elektrische Energie zum Antrieb der Antriebe 53, 63 eingesetzt werden, welche beispielsweise als Elektromotoren oder Pneumatikzylinder ausgestaltet sind.
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Der Adapter 1 kann einen weiteren Sensor aufweisen, welcher ein Infrarot-Sensor ist und einen Erfassungsbereich überwacht, welcher wesentlich größer ist als die Erfassungsbereiche der Kameras 51, 61.
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Nachdem die Greiferbacken 3 das Objekt 4 ergriffen haben, werden die Schutzabdeckungen 5, 6 mittels der Antriebe 53, 63 über dem Greifermodul 2 und dem Objekt 4 geschlossen. Hierbei wertet die Recheneinnheit 7 Kamerabilder der Kameras 51, 61 aus, um ein Hindernis in Schließrichtung der Schutzabdeckungen 5, 6 zu detektieren. Sofern ein solches Hindernis detektiert wird, unterbricht die Recheneinheit 7 die Antriebe 53, 63 oder fährt die Schutzabdeckungen 5, 6 sogar ein wenig zurück. Durch das Zusammenspiel der Recheneinheit 7 mit den Kameras 51, 61 und den Antrieben 53, 63 wird der Adapter 1 mit Intelligenz versehen.
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2 zeigt den Adapter 1 aus 1, nachdem sich die Schutzabdeckungen 5, 6 über dem Greifermodul 2 und dem ergriffenen Objekt 4 vollständig geschlossen haben. In der geschlossenen Position wird das Greifermodul und das Objekt 4 zumindest teilweise abgedeckt. Vorteilhafterweise sind die Maschen der gitterförmigen Schutzabdeckungen 5, 6 so eng, dass das Objekt 4 während einer Bewegung des Adapters 1 nicht durch die Maschen fallen kann, sofern es durch die Greiferbacken nicht sicher gehalten wird.
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3 zeigt den Adapter 1 in der geschlossenen Position aus 2, welcher an einem Gelenk 11 eines Roboters 10 montiert ist. Der Roboter 10 verfügt über zwei Armglieder 12, welche über Gelenke 11 miteinander verbunden sind und auf einem Standfuß 13 montiert sind. Da sich in 3 die Schutzabdeckungen über dem ergriffenen Objekt geschlossen haben, kann der Roboter 10 seine Armglieder 12 mit hoher Geschwindigkeit verfahren, ohne Personen durch das gegebenenfalls scharfkantige Objekt 4 zu verletzen. Durch ausreichend enge Maschen der Schutzabdeckungen oder durch eine flächige Ausgestaltung der Schutzabdeckungen als geschlossene Halbschalen kann weiterhin sichergestellt werden, dass im Roboterbetrieb auch bei hohen Beschleunigungen oder Fliehkräften keine Risiken durch Wegfliegen des Objektes auftreten.
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Obwohl die Erfindung durch die Ausführungsbeispiele im Detail illustriert und beschrieben wurde, ist sie nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele, Varianten, Ausführungsformen und Weiterbildungen können auch frei miteinander kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- VDI-Richtlinie 2860 [0001]
- "GWS Wechseln-Greiferwechselsystem", erhältlich im Internet am 23.07.2015 unter http://www.schunk.de/schunk_files/attachments/GWS_064_DE.pdf [0002]
