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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, mit einem Grundkörper, mit einem Gegenkörper, wobei der Gegenkörper zu dem Grundkörper relativ bewegbar angeordnet ist, mit einer Mehrzahl von Sensoreinrichtungen zur Ausgabe von Sensorsignalen, wobei die Sensoreinrichtungen jeweils mindestens einen Sensor und mindestens einen Targetbereich umfassen, wobei der Sensor an einem der Körper und der Targetbereich an dem anderen Körper angeordnet ist und der Sensor jeweils zur Detektion des Targetbereichs ausgebildet ist, und mit einer Auswerteeinrichtung, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, aus den Sensorsignalen eine Relativposition zwischen dem Gegenkörper und dem Grundkörper zu bestimmen. Ferner betrifft die Erfindung eine Roboteranordnung mit der taktilen Sensorvorrichtung.
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Bei automatisierten Handhabungseinrichtungen werden vielfach Sensoren eingesetzt, um Messgrößen zu erfassen und wahlweise zu protokollieren oder im Rahmen von offenen oder geschlossenen Steuerkreisen die Handhabungseinrichtung zu steuern. Sensoren, die die Messgrößen mittels eines körperlichen Kontakts aufnehmen, werden auch als taktile Sensoren bezeichnet. Derartige taktile Sensoren werden beispielsweise bei Koordinatenmessmaschinen eingesetzt. Es ist jedoch auch bekannt, taktile Sensoren zur Detektion von Bauteilen oder von Bauteilgeometrien zu verwenden. Derartige taktile Sensoren weisen in der einfachsten Ausführungsform einen Schalter auf, welcher bei einem Kontakt des taktilen Sensors mit einem Messkörper in seinem Schaltzustand geändert wird, um auf diese Weise den Messkörper zu detektieren. Andere taktile Sensoren können beispielsweise eine Auslenkung eines taktilen Elements detektieren.
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So offenbart die Druckschrift
DE 10 2006 056 252 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, eine Vorrichtung zum Führen eines Energiestrahls, insbesondere eines Laserstrahls. Bei der Vorrichtung wird mittels eines taktilen Sensors die Position einer zu lötenden Kehlnaht erfasst. Eine Regelungseinrichtung steuert einen Aktor für den Laserstrahl in Abhängigkeit der detektierten Lage der Kehlnaht relativ zum taktilen Element so an, dass der Wirkpunkt des Laserstrahls an einer gewünschten Position an der Kehlnaht liegt.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Roboteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung weist einen Grundköper und einen Gegenkörper auf. Der Gegenkörper ist relativ zu dem Grundkörper bewegbar angeordnet. Vorzugsweise ist der Gegenkörper unmittelbar mit dem Grundkörper verbunden. Alternativ kann der Gegenkörper auch über eine Zwischenkonstruktion mit dem Grundkörper verbunden sein. Es ist vorgesehen, dass der Gegenkörper relativ zu dem Grundkörper ausgelenkt werden kann, beispielsweise wenn eine Kraft auf den Gegenkörper wirkt. Eine derartige Kraft kann beispielsweise in einer taktilen Roboterapplikation durch einen Kontakt mit einem Messobjekt auf den Gegenkörper übertragen werden.
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Die Sensorvorrichtung weist eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen auf, welche zur Ausgabe von Sensorsignalen ausgebildet sind. Die Sensorsignale können als analoge oder als digitale Signale realisiert sein. Die Sensoreinrichtungen weisen jeweils mindestens einen Sensor und jeweils mindestens einen Targetbereich auf. Der Sensor ist jeweils zur, insbesondere berührungslosen, Detektion des ihm zugeordneten Targetbereichs ausgebildet. Der Grundkörper und der Gegenkörper werden jeweils als Körper bezeichnet. Der Sensor ist an einem der Körper und der Targetbereich an dem anderen Körper angeordnet. So ist es möglich, dass der Sensor an dem Gegenkörper und der Targetbereich an dem Grundkörper angeordnet sind. Aus Gründen der Verlegung von Kabeln etc. oder allgemein ist es jedoch bevorzugt, dass der Sensor, insbesondere einige Sensoren, im Speziellen alle Sensoren, an dem Grundkörper und der Targetbereich, insbesondere einige Targetbereiche, im Speziellen alle Targetbereiche an dem Gegenkörper angeordnet ist bzw. sind. Vorzugsweise ist der Targetbereich, insbesondere einige Targetbereiche, im Speziellen alle Targetbereiche als passive Targetbereiche ausgebildet.
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Ferner weist die Sensorvorrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, wobei die Auswerteeinrichtung vorzugsweise als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet ist. Die Auswerteeinrichtung ist insbesondere programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet, eine Relativposition zwischen dem Gegenkörper und dem Grundkörper zu bestimmen.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, die Relativposition in drei translatorischen und in drei rotatorischen Freiheitsgraden zu bestimmen. Vorzugsweise sind die translatorischen Freiheitsgrade kartesisch zueinander angeordnet. Insbesondere ist die Sensorvorrichtung als eine 6-D (6-dimensionale) Sensorvorrichtung ausgebildet. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung zur Bestimmung und/oder Ausgabe von Koordinaten zu den sechs Freiheitsgraden ausgebildet.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass im Gegensatz zu den bekannten Sensoren die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung alle Dimensionen des Gegenkörpers relativ zu dem Grundkörper bestimmt, welche benötigt werden, um die Position des Gegenkörpers relativ zu dem Grundkörper vollständig zu kennen.
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Die Sensorvorrichtung ist besonders bevorzugt als eine taktile Sensorvorrichtung ausgebildet und für eine Roboteranordnung geeignet und/oder ausgebildet. Unter eine taktilen Sensorvorrichtung wird vorzugsweise eine Sensorvorrichtung verstanden, welche zur Detektion eines oder des Messobjekts in einen körperlichen Kontakt mit dem Messobjekt tritt. Die Roboteranordnung umfasst insbesondere einen Roboter und ein Werkzeug. Unter einem Roboter wird vorzugsweise jede Handhabungseinrichtung verstanden, welche eine Manipulation des Werkzeugs ermöglicht. So kann der Roboter als ein kartesischer Roboter, als ein Knickarmroboter, als ein Pick-and-Place-Roboter etc. ausgebildet sein. In der einfachsten Ausführungsform kann der Roboter auch als eine Linearachse oder als eine Schwenkachse ausgebildet sein.
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Die taktile Sensorvorrichtung weist den Grundkörper auf, wobei der Grundkörper mit dem Roboter verbindbar oder verbunden ist. Insbesondere weist der Grundkörper eine Schnittstelle zur Verbindung mit dem Roboter auf. Besonders bevorzugt ist der Grundkörper mit dem Roboter, insbesondere mit einer Roboterhand des Roboters, starr verbunden.
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Ferner weist die taktile Sensorvorrichtung den Gegenkörper auf, welcher als ein Taktilkörper ausgebildet ist, wobei der Taktilkörper mit dem Werkzeug verbindbar ist. Insbesondere weist der Taktilkörper eine Schnittstelle zur Verbindung mit dem Werkzeug auf. Besonders bevorzugt ist der Taktilkörper mit dem Werkzeug starr verbunden.
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In einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weisen der Gegenkörper und der Grundkörper jeweils einen Plattenabschnitt auf. Die Plattenabschnitte sind vorzugsweise zueinander zugewandt. Die Plattenabschnitte sind zueinander verkippbar, verdrehbar und verschiebbar angeordnet. Auf diese Weise können sich der Gegenkörper und der Grundkörper relativ zueinander im Rahmen der drei translatorischen und der drei rotatorischen Freiheitsgrade bewegen.
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Es ist besonders bevorzugt, dass der Gegenkörper relativ zu dem Grundkörper vorgespannt angeordnet ist, sodass sich dieser selbsttätig in einer Ausgangsposition relativ zu dem Grundkörper anordnet. Beispielsweise umfasst die Sensorvorrichtung eine Federeinrichtung zur Rückstellung des Gegenkörpers in die Ausgangsposition. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Gegenkörper selbsttätig in die Ausgangsposition zurückkehrt, wenn keine Kräfte auf den Gegenkörper z.B. von einem Messobjekt aufgebracht werden. Mit dieser Weiterbildung ist sichergestellt, dass an einer Steuereinrichtung insbesondere der Roboteranordnung die Position des Gegenkörpers relativ zu dem Grundkörper bekannt ist, soweit der Gegenkörper noch nicht in Kontakt mit dem Messobjekt ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung die Freiheitsgrade über eine Kalibrierung bestimmt. Beispielsweise ist es möglich, die Gegenkörper Sensorvorrichtung über eine Vielzahl von Stützpunkten einzuteachen. Alternativ ist es möglich, eine Tabelle oder eine andere Datensammlung mit Stützpunkten zu hinterlegen. In beiden Fällen ist es z.B. möglich, über Interpolationen die Freiheitsgrade, insbesondere die Koordinaten der Freiheitsgrade über Interpolationen ausgehend von den vorliegenden Daten zu bestimmen.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der drei translatorischen und der drei rotatorischen Freiheitsgrade über eine analytische und/oder numerische Berechnung. Bei der analytischen Berechnung wird die Sensorvorrichtung modelliert, sodass in Abhängigkeit der Sensorsignale die translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade berechnet werden können.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Targetbereiche jeweils als plane Referenzbereiche, insbesondere auf dem Taktilkörper, ausgebildet. Die Referenzbereiche definieren mit ihrer Flächenerstreckung jeweils eine Ebene. Die Ebenen sind zueinander unabhängig ausgerichtet, insbesondere gilt für alle Ebenen, dass sich eine der Ebenen mit einer anderen der Ebenen nur in einer Gerade schneidet. Vorzugsweise sind alle der möglichen Geraden unabhängig zueinander.
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Jedem der Referenzbereiche ist ein Sensor zugeordnet, wobei der Sensor jeweils als ein Abstandssensor ausgebildet ist. In dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die sechs Freiheitsgrade mittels sechs unabhängiger Sensoren bestimmt, sodass die Sensorvorrichtung in dieser Ausgestaltung die Position des Gegenkörpers relativ zu dem Grundkörper vollständig bestimmen kann.
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Vorzugsweise ist der Sensor als ein induktiver Sensor ausgebildet. Vorzugsweise ist der Taktilkörper zumindest abschnittsweise oder sogar vollständig metallisch ausgebildet. Die Referenzbereiche können als Bereiche des metallisch ausgebildeten Taktilkörpers realisiert sein. Bei alternativen Ausgestaltungen der Erfindung können die Sensoren jedoch auch als optische Sensoren, kapazitive Sensoren etc. ausgebildet sein.
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Besonders bevorzugt ist das Messprinzip berührungslos ausgebildet.
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Es ist besonders bevorzugt, dass in einer Referenzposition zwischen dem Grundkörper und dem Gegenkörper eine Messrichtung der Sensoren jeweils senkrecht auf dem zugeordneten Referenzbereich steht. Diese Ausgestaltung vereinfacht die analytische und/oder numerische Berechnung der Freiheitsgrade. Konstruktiv ist es bevorzugt, dass die Referenzposition der zuvor beschriebenen Ausgangsposition entspricht.
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Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung sind jeweils zwei Referenzbereiche zu einem Prismadach zusammengefasst. Die Prismendächer weisen jeweils eine Dachlinie auf, wobei die Dachlinien auf einem Kreis um eine Stapelrichtung des Grundkörpers und des Gegenkörpers vorzugswiese regelmäßig voneinander beabstandet sind und/oder einen Zwischenwinkel von 120 Grad einnehmen. Dies entspricht einer bevorzugten und/oder beispielhaften Auslegung. Insbesondere liegen die Dachlinien in einer gemeinsamen Ebene. Vorzugsweise schneiden sich die Dachlinien in einem gemeinsamen Punkt. Auch diese Ausgestaltung vereinfacht die analytische und/oder numerische Berechnung der Freiheitsgrade.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Targetbereiche als Magnetbereiche ausgebildet. Der Magnetbereiche sind vorzugsweise jeweils als ein Magnet, im Speziellen als ein Neodymmagnet ausgebildet. Der Sensor ist jeweils als ein Magnetfeldsensor realisiert. Besonders bevorzugt ist der Magnetfeldsensor als ein Hallsensor realisiert. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Magnetfeldsensoren jeweils als dreidimensionale Magnetfeldsensoren ausgebildet, welche ein Magnetfeld in allen drei Raumrichtungen messen können. Die Magnetfeldsensoren sind insbesondere ausgebildet, sowohl die Stärke als auch die Richtung eines Magnetfeldes zu ermitteln.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung weist eine erste Sensoreinrichtung drei Magnetfeldsensoren, insbesondere drei dreidimensionale Magnetfeldsensoren auf. Ferner weist die erste Sensoreinrichtung einen ersten Magneten, insbesondere Neodymmagneten, als Magnetbereich auf, welcher von den drei Magnetfeldsensoren erfasst wird. Beispielsweise sind die Magnetfeldsensoren in der Form eines Dreiecks, insbesondere eines gleichschenkligen Dreiecks, zueinander angeordnet. Vorzugsweise ist eine Ebene, die durch das Dreieck definiert wird, parallel zu der Ebene, die durch die Dachlinien definiert ist, wenn sich die Sensorvorrichtung in der Ausgangssituation und/oder in der Referenzposition befindet. Es ist bevorzugt, dass in der Ausgangssituation und/oder in einer Referenzposition der Magnetbereich in einer Projektion in Stapelrichtung zwischen, insbesondere mittig zu den drei Magnetfeldsensoren und/oder im Schwerpunkt des Dreiecks angeordnet ist.
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Ferner weist die Sensorvorrichtung bei der bevorzugten konstruktiven Realisierung eine zweite Sensoreinrichtung auf, welche mindestens einen Magnetfeldsensor, insbesondere mindestens einen dreidimensionalen Magnetfeldsensor, sowie einen zweiten Magnetbereich, insbesondere einen zweiten Magneten, im Speziellen einen zweiten Neodymmagneten, als Magnetbereich aufweist. Es ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Magnet voneinander beabstandet sind.
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Durch die erste Sensoreinrichtung ist es möglich, z.B. mittels einer Kreuzortung die Position des ersten Magneten und damit die Position des Taktilkörpers zu erfassen. Allerdings ist es nicht möglich, mit der ersten Sensoreinrichtung alle sechs Freiheitsgrade zu bestimmen. Insbesondere bleibt bei der Erfassung ein rotatorischer Freiheitsgrad um eine Gerade, welche senkrecht zu dem genannten Dreieck steht und durch den ersten verläuft geht, unbestimmt. Um diesen letzten Freiheitsgrad zu bestimmen, ist die zweite Sensoreinrichtung vorgesehen, die diesen rotatorischen Freiheitsgrad dadurch erfasst, dass die zweite Sensoreinrichtung beabstandet von der ersten Sensoreinrichtung angeordnet ist.
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Optional ist es möglich, dass die zweite Sensoreinrichtung zwei oder drei Magnetfeldsensoren aufweist. In dieser Ausgestaltung ergibt sich eine redundante Messung, die zu einer höheren Genauigkeit der Relativposition zwischen dem Grundkörper und dem Gegenkörper führen kann.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Roboteranordnung mit dem Roboter sowie mit dem Werkzeug, wobei das Werkzeug durch den Roboter geführt wird. Es ist vorgesehen, dass die Roboteranordnung eine insbesondere taktile Sensorvorrichtung aufweist, wie diese zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die taktile Sensorvorrichtung, insbesondere seriell, zwischen dem Roboter und dem Werkzeug angeordnet ist. Insbesondere sind der Grundkörper und der Gegenkörper, insbesondere der Taktilkörper zwischen dem Roboter und dem Werkzeug, insbesondere seriell, angeordnet.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist das Werkzeug als eine Tastspitze ausgebildet. Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Werkzeug als ein Greifer ausgebildet. Es ist vorgesehen, dass der Greifer starr mit dem Taktilkörper verbunden ist, sodass bei einer Lageveränderung des Greifers relativ zu dem Grundkörper aufgrund eines Ergreifens eines Messobjekts die Abweichung durch die taktile Sensorvorrichtung erfasst und über eine oder die Steuereinrichtung der Roboteranordnung weiter verarbeitet werden kann.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Blockdarstellung einer Roboteranordnung mit einer taktilen Sensorvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2a, b, c eine schematische dreidimensionale Darstellung, eine Seitenansicht sowie eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer taktilen Sensorvorrichtung;
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3a, b eine schematische Draufsicht und eine schematische Seitenansicht einer taktilen Sensorvorrichtung als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Roboteranordnung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Roboteranordnung 1 weist einen Roboter 2 auf, welcher in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein kartesischer Roboter ausgebildet ist. Alternativ hierzu kann der Roboter 2 auch als ein Knickarmroboter oder als eine andere Handhabungseinrichtung ausgebildet sein.
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Der Roboter 2 manipuliert ein Werkzeug 3, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Greifer 4 ausgebildet ist, welcher zwischen zwei Greifbacken 5a, b ein Messobjekt 6 hält. Beispielsweise kann die Roboteranordnung 1 ausgebildet sein mittels des Werkzeugs 3, insbesondere mittels des Greifers 4 ein Messobjekt 6 aus einer größeren Menge von gleichartigen Objekten herauszunehmen. Zwischen dem Roboter 2 und dem Werkzeug 3 ist eine insbesondere taktile Sensorvorrichtung 7 angeordnet. Somit wird das Werkzeug 3 über die taktile Sensorvorrichtung 7 von dem Roboter 2 getragen. Insbesondere bilden Roboter 2, taktile Sensorvorrichtung 7 und Werkzeug 3 eine serielle kinematische Kette.
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Die taktile Sensorvorrichtung 7 weist einen Grundkörper 8 sowie einen Taktilkörper 9 als einen Gegenkörper auf. Der Grundkörper 8 ist mit dem Roboter 2, insbesondere mit einer letzten Achse des Roboters 2 fest verbunden. Der Taktilkörper 9 ist dagegen mit dem Werkzeug 3, insbesondere mit dem Greifer 4 fest verbunden.
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Grundkörper 8 und Taktilkörper 9 sind selbsthaltend zueinander angeordnet, jedoch kann der Taktilkörper 9 gegenüber dem Grundkörper 8 verkippt, verdreht und verschoben werden. Beispielsweise ist der Taktilkörper 9 gegenüber dem Grundkörper 8 vorgespannt angeordnet, sodass sich dieser selbsttätig in einen Ausgangsposition zu dem Grundkörper 8 anordnet. Wird auf das Werkzeug 3 beispielsweise beim Greifen des Messobjekts 6 eine Kraft aufgebracht, weil das Werkzeug 3, insbesondere der Greifer 4, das Messobjekt 6 nicht exakt, insbesondere nicht kräftefrei, aufnehmen kann, so wird diese Kraft von dem Werkzeug 3 auf den Taktilkörper 9 übertragen, welcher gemeinsam mit dem Werkzeug 3 relativ zu dem Grundkörper 8 und zu dem Roboter 2 in der Lage verändert wird.
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Die taktile Sensorvorrichtung 7 weist eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen 10 auf, welche in den nachfolgenden Figuren noch beschrieben werden. Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen in den 2a, b, c, und 3a, b weist jede der Sensoreinrichtungen 10 mindestens einen Sensor 13 und mindestens einen Targetbereich 14 auf, wobei in den gezeigten Ausführungsbeispielen der Sensor 13 jeweils an dem Grundkörper 8 und der Targetbereich 14 an dem Taktilkörper 9 angeordnet ist. Der Sensor 13 ist jeweils zur Detektion des zugeordneten Targetbereichs 14 ausgebildet. Insbesondere ist der Targetbereich 14 als ein passiver Bereich ausgebildet. Die Sensoren 13 und/oder die Sensoreinrichtungen 10 erzeugen Sensorsignale, welche an eine Auswerteeinrichtung 11 weitergegeben werden. Die Auswerteeinrichtung 11 ist beispielsweise als ein Mikroprozessor oder als eine andere digitale oder analoge Datenverarbeitungseinrichtung realisiert. Die Auswerteeinrichtung 11 ist ausgebildet, ausgehend von den Sensorsignalen der Sensoreinrichtungen 10 eine Relativposition zwischen dem Taktilkörper 9 und dem Grundkörper 8 zu bestimmen. Dabei bestimmt die Auswerteeinrichtung 11 die Relativposition in drei translatorischen Freiheitsgraden X, Y, Z sowie in drei rotatorischen Freiheitsgraden R1, R2, R3. Die rotatorischen Freiheitsgrade R1, R2, R3 sind insbesondere als Drehwinkel um die translatorischen Freiheitsgrade X, Y, Z ausgebildet. Die translatorischen Freiheitsgrade X, Y, Z spannen insbesondere ein kartesisches Koordinatensystem auf. Somit wird durch die Auswerteeinrichtung 11 eine Koordinate auf einer X-Achse sowie eine Drehung R1 um diese X-Achse, eine Koordinate auf einer Y-Achse sowie eine Drehung R2 um diese Y-Achse und eine Koordinate auf der Z-Achse sowie eine Drehung R3 um diese Z-Achse bestimmt.
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Durch die Bestimmung der drei translatorischen Freiheitsgrade X, Y, Z sowie der drei rotatorischen Freiheitsgrade R1, R2, R3 ist die Relativposition zwischen dem Taktilkörper 9 und dem Grundkörper 8 vollständig erfasst. Optional kann vorgesehen sein, dass die Relativposition an eine Steuereinrichtung 12 der Roboteranordnung 1 weitergegeben wird, welche die Relativposition als eine Ist-Größe in einem Kontrollkreis, insbesondere Steuer- oder Regelkreis verwendet. Alternativ oder ergänzend kann die Relativposition protokolliert werden.
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Die 2a, b, c zeigen eine erste Ausführungsform einer taktilen Sensorvorrichtung 7, wobei in der 2a eine schematische dreidimensionale Darstellung, in der 2b eine seitliche Darstellung und in der 2c eine Draufsicht von oben in einer Stapelrichtung von Grundkörper 8 und Taktilkörper 9 dargestellt ist. Insbesondere aus der 2a ergibt sich, dass der Grundkörper 8 sowie der Taktilkörper 9 jeweils als ein Plattenabschnitt ausgebildet sind, welche in einer oder der Ausgangsposition parallel zueinander angeordnet sind.
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Die taktile Sensorvorrichtung 7 umfasst sechs Sensoreinrichtungen 10, wobei jede der Sensoreinrichtungen 10 einen Sensor 13 sowie einen diesen Sensor 13 zugeordneten Targetbereich 14 aufweist. Die Sensoren 13 sind jeweils als induktive Abstandssensoren ausgebildet. Der Targetbereich 8 ist jeweils als ein planer und/oder ebener Referenzbereich auf dem Taktilkörper 9 ausgebildet. Der Taktilkörper 9 ist insbesondere als ein Metallteil ausgebildet, sodass durch den induktiven Sensor 13 ein Abstand zu dem Targetbereich 14 detektiert werden kann. Die Sensoreinrichtungen 10 und/oder die Targetbereiche 14 sind jeweils paarweise zueinander angeordnet, wobei die Targetbereiche 14 bei jedem Paar ein Prisma 15 bilden. Das Prisma 15 definiert eine Dachlinie 16, wobei sich die Dachlinien 16 der drei Paare in einem gemeinsamen Mittelpunkt treffen. Die Prismen 15 sind in Umlaufrichtung um die Stapelrichtung um z.B. 120 Grad versetzt angeordnet. Durch die konstruktive Wahl der Targetbereiche 14, wie diese zuvor beschrieben wurden, werden durch die Targetbereiche 14 sechs Ebenen definiert, welche unabhängig voneinander sind. Insbesondere gilt für jede Ebene, dass diese sich mit jeder beliebigen anderen Ebene nur in einer Gerade schneidet. Dadurch wird durch die sechs Sensoren 13 in sechs voneinander unabhängigen Richtungen gemessen.
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In der 2b ist eine Seitenansicht auf die taktile Sensorvorrichtung 7 gezeigt, wobei nochmals zu erkennen ist, dass die Targetbereiche 14 als Schenkel des Prismas 15 angeordnet sind. Das Prisma 15 nimmt einen Dachwinkel von 120° ein. alternativ kann auch ein Dachwinkel von 120° gewählt werden. Die Sensoren 13 weisen jeweils eine Messrichtung 17 auf, wobei die Messrichtung 17 in der Ausgangsposition der taktilen Sensorvorrichtung senkrecht zu den Targetbereichen 13 ausgerichtet sind.
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In der 2c ist eine schematische Draufsicht auf die taktile Sensorvorrichtung gezeigt, die die geometrischen Verhältnisse in der beschriebenen Weise nochmals darstellt.
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Die Auswerteeinrichtung 11 kann programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch die Sensorsignale der Sensoren 13 in die Relativposition mit den sechs Freiheitsgraden umwandeln, indem beispielsweise Kalibrierinformationen in der Auswerteeinrichtung 11 hinterlegt sind. Es ist jedoch auch möglich, den konstruktiven Aufbau in einem mathematischen Modell darzustellen, sodass es möglich ist, auf Basis der Sensorsignale der Sensoren 13 die Relativposition mit den sechs Freiheitsgraden analytisch oder numerisch zu berechnen.
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In den 3a, b ist eine Draufsicht bzw. Seitenansicht einer taktilen Sensorvorrichtung 7 als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die taktile Sensorvorrichtung 7 zwei Sensoreinrichtungen auf, wobei eine erste Sensoreinrichtung 20 drei Sensoren 13 und einen Targetbereich 14 aufweist und die zweite Sensoreinrichtung 21 einen Sensor 13 sowie einen Targetbereich 14 aufweist. Die erste Sensoreinrichtung 20 und die zweite Sensoreinrichtung 21 sind voneinander beabstandet angeordnet. Dies erhöht zum einen die Messgenauigkeit, zum anderen wird sichergestellt, dass die Targetbereiche 14 sich nicht gegenseitig stören.
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Die Sensoren 13 sind bei der ersten und der zweiten Sensoreinrichtung 20, 21 jeweils als dreidimensionale Magnetfeldsensoren, insbesondere dreidimensionale Hallsensoren ausgebildet. Die Targetbereiche 14 sind als Magnete, in diesem Beispiel als Neodymmagnete ausgebildet. Die drei Sensoren 13 der ersten Sensoreinrichtung 20 sind in einem Dreieck angeordnet. In der gezeigten Draufsicht von oben ist der Targetbereich 14 in der Ausgangsposition der taktilen Sensorvorrichtung 7 zwischen den Sensoren 13 positioniert. Die Sensoren 13 sind mit dem Grundkörper 8, der Targetbereich 14 ist mit dem Taktilkörper 9 fest verbunden. Durch die Anordnung der drei Sensoren 13 kann die Position des Targetbereichs 14, ausgebildet als der Neodymmagnet, detektiert werden. Allerdings ist es mit der gezeigten Anordnung nicht möglich, eine Verschwenkung oder Drehung des Taktilkörpers 9 relativ zu dem Grundkörper 8 um eine Gerade, welche parallel zur Stapelrichtung ausgerichtet ist und durch den Targetbereich 14 verläuft, zu erfassen. Aus diesem Grund hat die zweite Sensoreinrichtung 21 die Aufgabe, diese – auch als Rollbewegung zu bezeichnende Relativbewegung – zu erfassen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt ein Sensor 13 der ersten Sensoreinrichtung 20 und der Sensor 13 der zweiten Sensoreinrichtung 21 auf einer gemeinsamen Linie, wobei die anderen zwei Sensoren 13 der ersten Sensoreinrichtung 20 auf beiden Seiten der Linie verteilt sind. In der 3b ist eine schematische Seitenansicht dargestellt, wobei die Magnetfelder 18 der Targetbereiche 14 dargestellt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006056252 A1 [0003]
