DE102018003270A1

DE102018003270A1 - Method for inserting objects into a common receiving device

Info

Publication number: DE102018003270A1
Application number: DE102018003270.2A
Authority: DE
Inventors: Saskia Golz; Tobias Ende; Sven Parusel; Lorenz Mösenlechner
Original assignee: Franka Emika GmbH
Current assignee: Franka Emika GmbH
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2019-10-24
Also published as: WO2019206923A1; TW202005761A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einfügen von unterschiedlichen Gegenständen (12;13;14;16;18;21) in eine gemeinsame Aufnahmevorrichtung (7) mittels eines Robotermanipulators (1) sowie einen Robotermanipulator (1) zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The present invention relates to a method for inserting different objects (12; 13; 14; 16; 18; 21) into a common receiving device (7) by means of a robot manipulator (1) and a robot manipulator (1) for carrying out such a method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einfügen von zumindest zwei Gegenständen in eine gemeinsame Aufnahmevorrichtung mittels eines Robotermanipulators. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Robotermanipulator zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The present invention relates to a method for inserting at least two objects into a common receiving device by means of a robot manipulator. Furthermore, the invention relates to a robot manipulator for carrying out such a method.

Diverse Produkte, wie beispielsweise Mobilfunkgeräte, werden zusammen mit ihren Zubehörteilen, wie Ladekabel, Adapter, Kopfhörer, Bedienungsanleitung, SIM-Kartenstecker usw., in einer gemeinsamen Verpackung untergebracht, bevor diese ausgeliefert und angeboten werden.Various products, such as mobile phones, along with their accessories, such as charging cables, adapters, headphones, operating instructions, SIM card plugs, etc., are housed in a common packaging before they are delivered and offered.

Die zu verpackenden Teile weisen in der Regel eine unterschiedliche Abmessung und Form sowie ein unterschiedliches Gewicht und unterschiedliche Materialeigenschaften auf. Zwar sind die Verpackungen mit den entsprechenden Einlagen, die Fächer, Kammern oder sonstige Aufnahmegeometrien für die einzelnen Teile aufweisen, für sich als auch in ihrem jeweiligen Zusammenwirken vordefiniert bzw. aufeinander abgestimmt, dennoch können sich diese, was ihre Handhabbarkeit angeht, so stark hinsichtlich Dimension und Gewicht voneinander unterscheiden, dass das Verpacken der gesamten Einheit bis heute nahezu vollständig manuell durchgeführt wird.The parts to be packaged usually have a different size and shape and a different weight and different material properties. Although the packaging with the corresponding deposits, the subjects, chambers or other receiving geometries for the individual parts have predefined for themselves and in their respective interaction or coordinated, yet they can, as far as their handling, as strong in dimension and weight differ from each other, that the packaging of the entire unit is performed almost completely manually until today.

Derartige manuelle Verfahren haben den Nachteil, dass die Geschwindigkeit der Bestückung in Bezug auf die Verpackung in der Regel begrenzt ist und von der Geschicklichkeit des Verpackers abhängt.Such manual methods have the disadvantage that the speed of loading in relation to the package is usually limited and depends on the skill of the packager.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und robustes sowie kostengünstigeres Verfahren zum Einfügen von mehreren Gegenständen in eine für diese Gegenstände gemeinsame Aufnahmevorrichtung mittels eines Robotermanipulators zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe, einen Robotermanipulator zur Verfügung zu stellen, der ausgebildet ist, ein solches Verfahren durchzuführen.Against this background, it is an object of the present invention to provide a simple and robust and more cost-effective method for inserting a plurality of objects into a recording device common to these objects by means of a robot manipulator. Moreover, it is an object to provide a robot manipulator that is configured to perform such a method.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Einfügen von Gegenständen in eine gemeinsame Aufnahmevorrichtung mittels eines Robotermanipulators nach Anspruch 1 sowie mit einem Robotermanipulator nach Anspruch 16.This object is achieved with a method for inserting objects into a common receiving device by means of a robot manipulator according to claim 1 and with a robot manipulator according to claim 16.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung folglich ein Verfahren zum Einfügen von Gegenständen, die sich hinsichtlich Form, Abmessungen, Materialeigenschaften und/oder Gewicht unterscheiden, in eine gemeinsame Aufnahmevorrichtung, mittels eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators eines Roboters und zur Steuerung des Robotermanipulators, wobei der Robotermanipulator an seinem distalen Ende einen Effektor aufweist, der zur Aufnahme und/oder zum Greifen der Gegenstände ausgebildet ist, wobei in Bezug auf die Aufnahmevorrichtung und auf jeden Gegenstand jeweils eine Einfügetrajektorie und entlang der Einfügetrajektorie für Orte der Einfügetrajektorie eine Soll-Orientierung des einzufügenden Gegenstandes definiert sind, wobei die Einfügetrajektorien zum Einfügen eines jeden Gegenstands voneinander abweichen oder zumindest zum Teil deckungsgleich verlaufen.In a first aspect, therefore, the invention relates to a method for inserting objects which differ in shape, dimensions, material properties and / or weight, into a common receiving device, by means of an actuator-driven robot manipulator of a robot and to control the robot manipulator, wherein the robot manipulator has at its distal end an effector, which is designed for receiving and / or gripping the objects, with respect to the recording device and each object each defines a Einfügettrajektorie and along the insertion trajectory for locations of the insertion trajectory a desired orientation of the object to be inserted are, wherein the insertion trajectories for inserting each item differ from each other or at least partially congruent.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen sich dabei die Soll-Orientierungen der Einfügetrajektorien zum Einfügen eines jeden Gegenstands voneinander unterscheiden.In one development of the method according to the invention, the desired orientations of the insertion trajectories for inserting each object should differ from one another.

Die einzufügenden Gegenstände können sich nicht nur hinsichtlich ihrer Form und ihren Abmessungen sowie ihres Gewichts unterscheiden, sondern auch was ihre Materialeigenschaften angeht. So können die Gegenstände aus einem harten, unnachgiebigen Material ggfs. mit einem hohen Gewicht oder aus einem sehr leichten, ggfs. nachgiebigen und flexiblen Material bestehen, was für sich genommen jeweils unterschiedliche Voraussetzungen für die Handhabung durch einen Robotermanipulator schafft.The items to be inserted can differ not only in their shape and their dimensions and their weight, but also in terms of their material properties. Thus, the objects of a hard, unyielding material if necessary. With a high weight or from a very light, if necessary. Compliant and flexible material, which in itself creates different conditions for handling by a robot manipulator.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann darüber hinaus die folgenden Verfahrensschritte aufweisen:

a) Aufnehmen eines ersten Gegenstandes durch den Effektor aus einer diesem Gegenstand zugeordneten Ablagevorrichtung,
b) Überführen des Gegenstands mittels des Robotermanipulators in eine Ausgangsposition der Einfügetrajektorie für diesen Gegenstand,
c) Einfügen des Gegenstands mittels des Robotermanipulators entlang der Einfügetrajektorie in eine diesem Gegenstand

zugeordnete Aufnahme innerhalb der Aufnahmevorrichtung, bis der Gegenstand in der diesem zugordneten Aufnahme vollständig aufgenommen ist,
wobei das Erkennen des Zustands, wie weit das Einfügen des Gegenstands fortgeschritten ist, und/oder das Erkennen, ob das Einfügen des Gegenstands erfolgreich abgeschlossen ist, dadurch definiert ist, dass zumindest eine vorgegebene Grenzwertbedingung für ein am Effektor wirkendes Moment und/oder eine am Effektor wirkende Kraft erreicht oder überschritten wird, und/oder eine bereitgestellte Kraft-/Momenten-Signatur und/oder eine Positions-/Geschwindigkeitssignatur am Effektor erreicht oder überschritten wird.The method according to the invention may additionally comprise the following method steps:

a) picking up a first object by the effector from a storage device associated with this article,
b) transferring the object by means of the robot manipulator into an initial position of the insertion trajectory for this object,
c) inserting the object by means of the robot manipulator along the insertion trajectory into an object

associated recording within the recording device, until the object is completely recorded in the assigned this recording,
wherein the detection of the state, how far the insertion of the object has progressed, and / or the recognition, whether the insertion of the object is successfully completed, is defined by the fact that at least one predetermined limit condition for a moment acting on the effector and / or am Effector acting force is reached or exceeded, and / or a provided force / moment signature and / or a position / speed signature is reached or exceeded at the effector.

Die Definition bzw. Bestimmung der jeweiligen Einfügetrajektorien richtet sich jeweils an die Art und Beschaffenheit der Gegenstände einerseits und an die Ausgestaltung und Position der für diese Gegenstände innerhalb der Aufnahmevorrichtung vorgesehenen Aufnahmen andererseits.The definition or determination of the respective insertion trajectories depends in each case on the species and the nature of the objects on the one hand and the design and position of the receptacles provided for these objects within the receptacle on the other hand.

Die Aufnahmen können hierbei unterschiedlich ausgestaltet sein. So kann es sich um einfache Fächer mit einer vordefinierten Tiefe handeln, in die die Gegenstände unter Berücksichtigung vorgegebener Toleranzen einfach ablegbar sind. Die Ränder solcher Fächer können in Abstimmung mit den einzufügenden Gegenständen konturiert sein, sich verjüngen oder eine Fase aufweisen, was das Einfügen erleichtert. Denkbar ist auch die Ausbildung von verliersicheren, aber lösbaren Steckverbindungen. Bei den Aufnahmen kann es sich auch um umlaufende Ränder in der Aufnahmevorrichtung selbst handeln, auf denen Gegenstände ablegbar sind.The recordings can be configured differently. So it can be simple subjects with a predefined depth, in which the items are easily stored taking into account predetermined tolerances. The edges of such compartments may be contoured, tapered, or chamfered in accordance with the items to be inserted, which facilitates insertion. Also conceivable is the formation of captive, but releasable connectors. The recordings can also be circumferential edges in the recording device itself, on which objects can be stored.

Die Aufnahmevorrichtung, z. Bsp. eine Verpackung für mehrere Gegenstände, bildet quasi den begrenzten Raum, der vorzugsweise stationär zum Roboter positioniert ist und innerhalb von welchem der Robotermanipulator die einzelnen Gegenstände in einer hierfür vorgesehenen Reihenfolge und Anordnung sequentiell ablegen soll.The receiving device, for. For example, a package for a plurality of objects, forms, as it were, the limited space which is preferably stationarily positioned relative to the robot and within which the robot manipulator is to store the individual objects sequentially in a sequence and arrangement provided for this purpose.

Darüber hinaus definieren die für die einzelnen Gegenstände innerhalb der Aufnahmevorrichtung vorgesehenen individuellen Aufnahmen für sich jeweils eine dreidimensionale Position im Raum selbst.Moreover, the individual receptacles provided for the individual objects within the recording device define in each case a three-dimensional position in the space itself.

Dieser begrenzte Raum, sozusagen die Verpackungshülle, kann auch dafür genutzt werden, dass die Innenbegrenzungen (bzw. -wände) und/oder die Außenbegrenzungen (bzw. -wände) der Aufnahmevorrichtung zumindest teilweise als Führungsflächen zum Einfügen von Gegenständen dienen, wobei die Einfügetrajektorien in Bezug auf diese Gegenstände auf die Ausrichtung der Innenbegrenzungen und/oder Außenbegrenzungen der Aufnahmevorrichtung abgestimmt sind.This limited space, so to speak the packaging casing, can also be used for the fact that the inner boundaries (or walls) and / or the outer boundaries (or walls) of the receiving device at least partially serve as guide surfaces for inserting objects, the insertion trajectories in Regarding these objects are matched to the orientation of the inner boundaries and / or outer boundaries of the receiving device.

Das Verfahren weist darüber hinaus noch die weiteren Schritte auf:

d) nach der Beendigung des Einfügens des Gegenstands Freigeben des Gegenstandes durch den Effektor,
e) Überführen des Effektors zu einem weiteren Gegenstand mittels des Robotermanipulators entlang einer vorgegebenen Überführungstrajektorie,
g) Aufnehmen des weiteren Gegenstands durch den Effektor aus einer diesem Gegenstand zugeordneten Ablagevorrichtung; und
h) Durchführen der Schritte b) und c) für diesen Gegenstand.

The method also has the further steps:

d) upon completion of the insertion of the article, releasing of the article by the effector;
e) transfer of the effector to another object by means of the robot manipulator along a predetermined transfer trajectory,
g) receiving the further object by the effector from a storage device associated with this item; and
h) performing steps b) and c) for this item.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, dass der Schritt c) unter kraftgeregelten und/oder impedanzgeregelten translatorischen Bewegungen des Robotermanipulators in der Soll-Orientierung der jeweiligen Einfügetrajektorie für einen Gegenstand ausgeführt wird.An essential feature of the invention is that the step c) is carried out under force-controlled and / or impedance-controlled translational movements of the robot manipulator in the desired orientation of the respective insertion trajectory for an object.

In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung kann zusätzlich oder alternativ der Schritt c) unter kraftgeregelten und/oder impedanzgeregelten Dreh-/Kippbewegungen und/oder translatorische lateralen Bewegungen des Robotermanipulators relativ zu den Soll-Orientierungen der Einfügetrajektorien für einen Gegenstand ausgeführt werden.In an advantageous variant of the method according to the invention, additionally or alternatively, step c) can be carried out under force-controlled and / or impedance-controlled rotational / tilting movements and / or translational lateral movements of the robot manipulator relative to the desired orientations of the insertion trajectories for an object.

Sowohl die seitlichen Translations- als auch die Dreh-/Kippbewegungen dienen einerseits dazu, Toleranzabweichungen zwischen dem Gegenstand und der Einfügeöffnung der für diesen Gegenstand definierten Aufnahme entgegenzuwirken, um sicherzustellen, dass sich der Gegenstand leichter einfügen lässt. Andererseits können sie dazu dienen, beim Einfügeprozess Reibungswiderstände zu überwinden, die bei einer streng linearen Führung zwischen zwei Flächen auftreten.On the one hand, both the lateral translational and the rotational / tilting movements serve to counteract tolerance deviations between the object and the insertion opening of the receptacle defined for this object in order to ensure that the object can be inserted more easily. On the other hand, they can serve to overcome frictional resistances in the insertion process, which occur in a strictly linear guidance between two surfaces.

Das Verfahren kann darüber hinaus ausgebildet sein, dass, sofern beim Einfügen der Gegenstände mittels des Robotermanipulators entlang der jeweiligen Einfügetrajektorie in die für die Gegenstände vorgesehenen Aufnahmen in der Aufnahmevorrichtung ein Fehler auftritt, das Einfügen des Gegenstandes mittels des Robotermanipulators in die für diesen vorgesehene Aufnahme mit einer veränderten Einfügetrajektorie und/oder mit veränderten Parametern für die kraftgeregelten und/oder impedanzgeregelten translatorischen und/oder Dreh-/Kippbewegungen des Gegenstands relativ zur jeweiligen Soll-Orientierung wiederholt werden kann.In addition, the method may be designed so that, if the insertion of the objects by means of the robot manipulator along the respective insertion trajectory into the recordings provided for the objects in the recording device an error occurs, the insertion of the object by means of the robot manipulator in the recording provided for this a changed insertion trajectory and / or with changed parameters for the force-controlled and / or impedance-controlled translational and / or rotational / tilting movements of the object relative to the respective desired orientation can be repeated.

Damit die oben genannten einzelnen Verfahrensschritte im Zuge des Bestückens einer Verpackung mit unterschiedlich konfigurierten Gegenständen bzw. Einzelteilen automatisiert durchgeführt werden können, ist es von Vorteil, dass diese Schritte vorzugsweise mittels eines Roboters ausgeführt werden, der nachgiebig und/oder feinfühlig ausgestaltet ist.In order for the abovementioned individual method steps to be carried out automatically in the course of equipping a package with differently configured objects or individual parts, it is advantageous that these steps are preferably carried out by means of a robot which is made yielding and / or sensitive.

Roboter mit positionsgesteuerten Achsen eignen sich für derartige Schritte des Verfahrens grundsätzlich nicht, da zur Positionsregelung die von außen auf den Roboter einwirkenden Kräfte gemessen werden müssen, die die Basis für ein gewünschtes dynamisches Verhalten bilden, das über eine inverse Kinematik dann auf den Roboter übertragen wird, auch Admittanzregelung genannt.Robots with position-controlled axes are in principle not suitable for such steps of the method, since the position control must be measured from the outside acting on the robot forces that form the basis for a desired dynamic behavior, which is then transmitted via an inverse kinematics on the robot , also called admittance regulation.

Der Programmmieraufwand wäre im vorliegenden Fall auf Grund der an vielen unterschiedlichen Positionen durchzuführenden, von ihrer Art her sich abwechselnden Tätigkeiten, wie u.a.

- die exakte und zerstörungsfreie Entnahme von Gegenständen aus jeweils diesen Gegenständen zugeordneten Ablagevorrichtungen, wobei die Ablagevorrichtungen unterschiedlich im Raum im Verhältnis zum Roboter positioniert sind,
- die Überführung der aufgenommenen Gegenstände zu einer exakten Ausgangsposition einer Einfügetrajektorie in Bezug auf eine für den jeweiligen Gegenstand hinsichtlich Ausgestaltung und Position individualisierte Aufnahme innerhalb der Aufnahmevorrichtung; und
- das exakte und zerstörungsfreie Einsetzen der Gegenstände in diese individuellen Aufnahmen; für einen streng positionsgeregelten Roboter schlichtweg zu hoch.

The program would be in the present case due to the many different positions to be performed, by their nature, alternating activities, such as

the exact and non-destructive removal of objects from respective storage devices associated with these objects, the storage devices being positioned differently in space in relation to the robot,
the transfer of the recorded objects to an exact starting position of an insertion trajectory with respect to an individualized for the respective object in terms of design and position recording within the receiving device; and
- The exact and non-destructive insertion of the objects in these individual recordings; for a strictly position-controlled robot simply too high.

Die geforderte Positionsregelung müsste hierfür so hochgenau erfolgen, damit die einzelnen, vorhergehend geschilderten Schritte überhaupt realisierbar wären, was in wirtschaftlicher Hinsicht einer Programmierung im Rahmen einer Positionssteuerung entgegensteht, von der Fehleranfälligkeit ganz zu schweigen.The required position control would have to be so highly accurate, so that the individual, previously described steps would be feasible at all, which precludes an economic in terms of programming in the context of a position control, not to mention the error rate.

Derartige positionsgeregelte Roboter wären auf Grund des zum Einsatz kommenden Regelprinzips ebenso nicht in der Lage, Fehler oder Abweichungen zu erkennen, beispielsweise wenn aus irgendwelchen Gründen die Ist-Position des einzufügenden Gegenstands beim Aufnehmen durch den Effektor aus einer Ablagevorrichtung von der hierfür vorgesehenen Soll-Position etwas abweicht, um entsprechend darauf zu reagieren. Ein einwandfreies Einfügen der Gegenstände in die Aufnahme der Ablagevorrichtung wäre auch nur möglich, wenn die Gegenstände hierfür exakt in der durch die Programmierung vorgegebenen Position in den im Arbeitsbereich des Roboters stationär angeordneten Ablagevorrichtungen abgelegt sind.Such position-controlled robots would also not be able to detect errors or deviations due to the control principle used, for example, if for some reason the actual position of the object to be inserted when picked up by the effector from a storage device of the designated position provided for this purpose something deviates to react accordingly. A proper insertion of the objects in the recording of the storage device would also be possible only if the objects are stored for this purpose exactly in the position predetermined by the programming in the stationary in the working area of the robot storage devices.

Zur Durchführung des Verfahrens ist es ein Kern der Erfindung, dass der zum Einsatz kommende, zumindest eine Roboter eine solche integrierte Nachgiebigkeitsregelung aufweist oder mit einer intrinsischen Nachgiebigkeit oder mit einer Kombination aus aktiver und passiver Nachgiebigkeit ausgestattet ist, wobei das Verfahren auch bevorzugt von derart programmierbaren, mehrachsigen Robotermanipulatoren von Robotern der Leichtbauweise durchgeführt werden soll.For carrying out the method, it is a core of the invention that the deployed, at least one robot has such an integrated compliance control or is equipped with an intrinsic compliance or with a combination of active and passive compliance, the method also preferably being programmable , multi-axis robotic manipulators of lightweight construction robots.

In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass die Nachgiebigkeitsregelung zum Beispiel auf der sogenannten Impedanzregelung basiert, die im Gegensatz zu der bereits erwähnten Admittanzregelung eine Drehmomentenregelung auf Gelenkebene zum Gegenstand hat. Hierbei werden in Abhängigkeit eines gewünschten dynamischen Verhaltens und unter Berücksichtigung der Abweichungen einer tatsächlichen Lage von einer definierten Solllage und/oder einer tatsächlichen Geschwindigkeit von einer Sollgeschwindigkeit und/oder einer tatsächlichen Beschleunigung von einer Sollbeschleunigung Kräfte bzw. Momente bestimmt, die dann über die bekannte Kinematik des Roboters, die sich aus der Anzahl und Anordnung der Gelenke und Achsen des Manipulators und damit Freiheitsgrade ergibt, auf entsprechende Gelenkdrehmomente abgebildet werden, die über die Drehmomentenregelung eingestellt werden. Die hierfür in den Gelenken integrierten Momentensensorelemente erfassen das jeweils am Abtrieb des Getriebes der im Gelenk befindlichen Antriebseinheit vorherrschende eindimensionale Drehmoment, das als Messgröße die Elastizität des Gelenks im Rahmen der Regelung berücksichtigen kann. Insbesondere erlaubt die Verwendung einer entsprechenden Drehmomentensensorvorrichtung, im Gegensatz zur Verwendung nur eines Kraftmomentensensors am Effektor, wie bei der Admittanzregelung, auch die Messung von Kräften, die nicht auf den Effektor, sondern auf die Glieder des Roboters sowie auf einen vom dem Roboter gehaltenen oder durch diesen zu bearbeitenden Gegenstand beim Einfügen in eine Gegenstandsaufnahme ausgeübt werden. Die Drehmomente können auch über Kraftsensoren in der Struktur und/oder Basis des Robotersystems gemessen werden. Insbesondere können auch Gelenkmechanismen zwischen den einzelnen Achsen des Manipulators zum Einsatz kommen, die eine mehrachsige Drehmomenterfassung erlauben. Denkbar sind auch translatorische Gelenke, die mit entsprechenden Kraftsensoren ausgestattet sind.In this context, it should be mentioned that the compliance control is based, for example, on the so-called impedance control, which, in contrast to the already mentioned admittance control, involves a joint-level torque control. In this case, depending on a desired dynamic behavior and taking into account the deviations of an actual position from a defined desired position and / or an actual speed of a desired speed and / or an actual acceleration of a desired acceleration forces or moments are determined, which then on the known kinematics of the robot, which results from the number and arrangement of the joints and axes of the manipulator and thus degrees of freedom, are mapped to corresponding joint torques, which are set via the torque control. The torque sensor elements integrated into the joints for this purpose detect the one-dimensional torque that prevails at the output of the transmission of the drive unit located in the joint, which can take into account the elasticity of the joint as part of the control as a measured variable. In particular, the use of a corresponding torque sensor device, as opposed to using only a force moment sensor on the effector, as in the admittance control, also allows the measurement of forces not on the effector but on the members of the robot as well as on or held by the robot be applied to this object to be machined when inserting into an object recording. The torques can also be measured via force sensors in the structure and / or base of the robot system. In particular, joint mechanisms between the individual axes of the manipulator can be used, which allow a multi-axis torque detection. Also conceivable are translational joints, which are equipped with corresponding force sensors.

Die auf diese Weise realisierte Nachgiebigkeitsregelung und Feinfühligkeit erweist sich für die vorliegende Erfindung in vielerlei Hinsicht als vorteilhaft.The flexibility control and sensitivity realized in this way proves to be advantageous for the present invention in many respects.

Grundsätzlich gestattet es eine solche Nachgiebigkeitsregelung, dass der für das gedachte Verfahren bzw. für einzelne Verfahrensschritte davon genutzte Roboter in die Lage versetzt wird, gesteuerte Eigenbewegungen durchzuführen, wobei diese Eigenbewegungen dann einzelnen Schritten des Verfahrens entsprechen. Darüber hinaus wäre ein solcher Roboter in diesem Zusammenhang auch in der Lage, die unterschiedlichen Positionen der Gegenstände und der Ablagevorrichtungen sowie der Aufnahmen innerhalb der Aufnahmevorrichtung ggfs. eigenständig zu „suchen“ und beschädigungsfrei zu „ertasten“, was sich für unterschiedlich konfigurierte und dimensionierte Gegenstände einer Gesamtheit von Vorteil erweist.In principle, such a compliance control allows the robot used for the intended method or for individual method steps thereof to be able to carry out controlled intrinsic movements, these proper movements then corresponding to individual steps of the method. In addition, such a robot in this context would also be able to "seek" independently and "damage-free" the different positions of the objects and the storage devices and the recordings within the recording device independently of one another, which is the case for differently configured and dimensioned objects an entirety proves beneficial.

Ein weiterer Vorteil der Nachgiebigkeitsregelung liegt darin, dass diese grundsätzlich eine ungenauere bzw. nicht genau positionierte Ablage der einzufügenden Gegenstände erlaubt, wodurch sowohl die Ablagevorrichtungen als auch die diesen Gegenständen zugeordneten Aufnahmen in der Aufnahmevorrichtung mit höheren Toleranzen gefertigt werden können. Dadurch bedingte Ungenauigkeiten können durch eine entsprechende nachgiebige Regelung über eine damit verbundene Reduktion der Kontaktkräfte beim Aufnehmen und Einfügen der Gegenstände in entsprechender Art und Weise ausgeglichen werden. Auch ist es möglich, dass hierdurch die Aufnahmen selbst aus einem nachgiebigen, flexiblen Material bestehen können. Another advantage of the compliance control is that this principle allows a less accurate or not exactly positioned storage of the objects to be inserted, whereby both the storage devices and the images associated with these items can be made in the receiving device with higher tolerances. Resulting inaccuracies can be compensated by a corresponding compliant control of an associated reduction of the contact forces when picking and inserting the objects in a corresponding manner. It is also possible that thereby the recordings themselves can consist of a flexible, flexible material.

Der Robotermanipulator ist vorteilhaft dazu ausgeführt und eingerichtet, einen ausgezeichneten Punkt des Effektors, beispielsweise den sogenannten „Tool Center Point“ (TCP) bzw. einen ausgezeichneten Punkt des Gegenstands (beispielsweise seinen Schwerpunkt oder geometrischen Mittelpunkt) entlang der vorgegebenen Einfügetrajektorie zu bewegen, wobei der Schwerpunkt durch den jeweiligen Gegenstand individuell bestimmt wird.The robot manipulator is advantageously designed and arranged to move an excellent point of the effector, for example the so-called "Tool Center Point" (TCP) or an excellent point of the object (for example its center of gravity or geometric center) along the given insertion trajectory Focus is determined individually by the respective object.

Die Einfügetrajektorie wird daher vorteilhaft abhängig von der relativen Ausgangsposition des am Effektor angeordneten Gegenstandes zu seiner Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung, von der Geometrie des Gegenstandes und von der Geometrie der Aufnahme, wie der Tiefe und ob Ränder vorhanden sind bzw. der Öffnungsweite davon, vorgegeben.The insertion trajectory is therefore advantageously dependent on the relative starting position of the effector arranged on the object to its inclusion in the recording device, the geometry of the object and the geometry of the recording, such as the depth and whether edges are present or the opening width thereof given.

Beim Einfügen von Gegenständen ist die Einfügetrajektorie vorzugsweise eine auf die Aufnahme bzw. deren Einfügeöffnung gerichtete gerade Linie. Denkbar sind jedoch auch dreidimensionale, ein- oder mehrfach gekrümmte Kurven, bis der Gegenstand mit der Aufnahme in Kontakt gelangt. Das weitere Einfügen in die Aufnahme kann dann streng linear entlang einer linearen Einfügetrajektorie oder auch über gekrümmte Bewegungen erfolgen.When inserting objects, the insertion trajectory is preferably a straight line directed at the receptacle or its insertion opening. However, it is also conceivable three-dimensional, one or more curved curves until the object comes into contact with the recording. Further insertion into the recording can then take place strictly linearly along a linear insertion trajectory or else via curved movements.

Die Bewegung des Effektors entlang der jeweiligen Einfügetrajektorien kann bis kurz vor Erreichen der Aufnahme mit einer relativ hohen Geschwindigkeit erfolgen. Danach bewegt sich der Effektor mit einer wesentlich langsameren Geschwindigkeit auf die Einfügeöffnung der Aufnahme zu, bis der Gegenstand mit dieser Einfügeöffnung bzw. deren Rändern oder einer zulaufenden Verjüngung davon in Kontakt gelangt. Eine sich nach innen verjüngende Einfügeöffnung der Aufnahme kann gleichzeitig als eine Art Führung für den Gegenstand dienen, mit der ein nachgiebig geregelter Roboter beim Einfügen in Wechselwirkung agiert.The movement of the effector along the respective insertion trajectories can take place at a relatively high speed until shortly before the acquisition. Thereafter, the effector moves at a much slower speed to the insertion of the receptacle until the article comes into contact with this insertion or their edges or a tapered taper thereof. An inwardly tapered insertion aperture of the receptacle may also serve as a kind of guide for the object with which a compliantly controlled robot interacts when inserted.

Grundsätzlich muss der Robotermanipulator erkennen, wie der tatsächliche Zustand des Einfügeprozesses ist, was gemäß der Erfindung durch die vorhergehend erwähnten Grenzwertbedingungen und/oder einzelnen Signaturen realisiert wird. Unter diesen Signaturen sind prinzipiell konkrete Merkmalseigenschaften von am Robotermanipulator erfassten Kräften und/oder Momenten bzw. Positionen und/oder Geschwindigkeiten zu verstehen, die über einen einfachen Grenzwert hinausgehen. Darunter können z. Bsp. ein bestimmtes Zeitverhalten der gemessenen Kräfte, Momente, Positionen und/oder Geschwindigkeiten fallen, ebenso wie Merkmalseigenschaften, die von diesen Parametern abhängen. Durch die vorhergehend erwähnten Maßnahmen kann die Erfolgsquote des Einfügeprozesses wesentlich gesteigert werden. Es ist daher nicht notwendig, dass die einzufügenden Gegenstände exakt innerhalb der Ablagevorrichtung positioniert sind, und darüber hinaus ist es auch nicht notwendig, dass der Effektor die Gegenstände exakt aufnehmen muss. Der nachgiebig geregelte Robotermanipulator ist in der Lage, beim Einfügeprozess die erwähnten Ausgleichsmaßnahmen anzuwenden.Basically, the robot manipulator has to recognize what the actual state of the insertion process is, which according to the invention is realized by the aforementioned limit conditions and / or individual signatures. In principle, these signatures are to be understood as meaning tangible feature properties of forces and / or moments or positions and / or speeds detected at the robot manipulator, which exceed a simple limit value. Including z. For example, a certain time behavior of the measured forces, moments, positions and / or velocities will fall, as well as feature properties that depend on these parameters. The measures mentioned above can significantly increase the success rate of the insertion process. It is therefore not necessary for the items to be inserted to be positioned accurately within the storage device, and moreover, it is not necessary for the effector to accurately pick up the items. The compliant controlled robotic manipulator is able to apply the aforementioned counterbalancing measures during the insertion process.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann ein einzufügender Gegenstand eine Aufnahme für den nachfolgend einzufügenden Gegenstand aufweisen. Des Weiteren kann der zuletzt anzubringende Gegenstand ausgebildet sein, die Aufnahmevorrichtung zu verschließen. Es kann sich beispielsweise um einen Deckel handeln, der auf die Aufnahmevorrichtung aufgesetzt oder über diese gestülpt wird, wobei sozusagen die Aufnahmevorrichtung, wenn auch stationär angeordnet, in den Deckel eingefügt wird.In one development of the invention, an object to be inserted may have a receptacle for the object to be inserted subsequently. Furthermore, the last object to be attached can be designed to close the receiving device. It may be, for example, a lid which is placed on the receiving device or slipped over this, whereby, so to speak, the receiving device, although arranged stationary, is inserted into the lid.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computersystem mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, auf der Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.Another aspect of the invention relates to a computer system having a data processing device, wherein the data processing device is configured such that a method as described above is performed on the data processing device.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, wobei die Steuersignale so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, ausgeführt wird.Another aspect of the invention relates to a digital storage medium having electronically readable control signals, wherein the control signals may interact with a programmable computer system such that a method as described above is performed.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn der Programmcode auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, sowie ein Computer-Programm mit Programmcodes zur Durchführung dieses Verfahrens, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung abläuft.Moreover, the invention relates to a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method as described above, when the program code is executed on a data processing device, and a computer program with program codes for carrying out this method, if the program runs on a data processing device.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Roboter mit einem aktorisch angetriebenen Robotermanipulator, wobei der Robotermanipulator an seinem distalen Ende einen Effektor aufweist, der zur Aufnahme eines Gegenstandes ausgeführt ist, aufweisend eine Steuereinheit, die derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, ausführbar ist. Another aspect of the invention relates to a robot having an actuator-driven robot manipulator, the robot manipulator having at its distal end an effector adapted to receive an object, comprising a control unit configured and arranged such that a method as above described, is executable.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Roboter gemäß der Erfindung um einen Gelenkarmroboter der Leichtbauweise mit einem Robotermanipulator mit zumindest 6, vorzugsweise 7 Freiheitsgraden.The robot according to the invention is preferably a lightweight lightweight articulated robot with a robot manipulator having at least 6, preferably 7 degrees of freedom.

Da der Effektor des Robotermanipulators in der Lage sein muss, unterschiedlich beschaffene und dimensionierte Gegenstände zu greifen, kommt gemäß der Erfindung bevorzugt ein Vakuumheber zum Einsatz. Dieser ist mit der Steuerung des Roboters so verknüpft, dass die Steuereinheit erkennt, wenn der Vakuumheber einen Gegenstand zum Aufnehmen bzw. Anheben berührt oder wenn ein Gegenstand vollständig in einem Fach abgelegt wurde, um diesen dann entsprechend zur Ausbildung eines verliersicheren Kontakts zwischen diesem und dem Gegenstand zu aktivieren oder zum Freigeben des Gegenstands zu deaktivieren. Beide Zustände können durch über den Vakuumheber auf den Effektor und damit Robotermanipulator einwirkende Gegenkräfte und Gegenmomente, die bspw. durch die Gelenksensorik erfasst werden, erkannt und ausgewertet werden.Since the effector of the robotic manipulator must be able to grip differently designed and dimensioned objects, a vacuum lifter is preferably used according to the invention. This is linked to the control of the robot so that the control unit recognizes when the vacuum lifter touches an object for picking up or when an object has been completely placed in a compartment, to this then to form a captive contact between this and the Activate item or disable item to release the item. Both states can be detected and evaluated by means of the vacuum lifter on the effector and thus robot manipulator acting counter-forces and counter-moments, which are detected, for example, by the joint sensor.

Gemäß der Erfindung soll der Roboter im Zusammenhang mit dem Bestücken einer Verpackung für ein Produkt mit mehreren Komponenten beliebiger Ausgestaltung verwendet werden. Eine bevorzugte Anwendung betrifft das Bestücken einer Verpackung für ein Mobilfunkgerät mit diesem und mehreren Zubehörteilen.According to the invention, the robot is to be used in connection with the loading of a packaging for a product with a plurality of components of any configuration. A preferred application relates to populating a package for a mobile device with this and several accessories.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des anhand der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

1 schematisch einen Aufbau einer Roboterstation zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2a - 2e exemplarisch die Handhabung eines ersten Gegenstands gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
3a - 3c exemplarisch die Handhabung eines zweiten Gegenstands gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
4a - 4d exemplarisch die Handhabung eines dritten Gegenstands gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
5a - 5e exemplarisch die Handhabung eines vierten Gegenstand gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
6a - 6d exemplarisch die Handhabung eines fünften Gegenstands gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; und
7a - 7e exemplarisch die Handhabung eines sechsten Gegenstands gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Further advantages and features of the invention will become apparent from the description of the embodiment illustrated with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 schematically a structure of a robot station for carrying out the method according to the invention;
2a - 2e exemplarily the handling of a first article according to the method of the invention;
3a - 3c exemplarily the handling of a second article according to the method of the invention;
4a - 4d an example of the handling of a third object according to the method of the invention;
5a - 5e an example of the handling of a fourth article according to the method of the invention;
6a - 6d exemplarily the handling of a fifth article according to the inventive method; and
7a - 7e an example of the handling of a sixth article according to the inventive method.

1 zeigt schematisch einen Aufbau einer Roboterstation zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel des Verpackens eines Mobilfunkgeräts mit seinen Zubehörteilen in einer einzigen Verpackung. 1 schematically shows a structure of a robot station for carrying out the method according to the invention using the example of packaging a mobile device with its accessories in a single package.

Das vorgeschlagene Verfahren zum Einfügen von mehreren Gegenständen in eine gemeinsame Aufnahmevorrichtung wird mittels eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators 1 eines Roboters realisiert, der an seinem distalen Ende einen Effektor 2 aufweist, der zur Aufnahme und/oder zum Greifen der Gegenstände ausgeführt ist. Hierzu ist ein Vakuumerzeuger 3 vorgesehen, der direkt an dem Effektor 2 angebracht ist und diesem gegenüberliegend einen Vakuumheber 4 mit einem Saugknopf 5 aufweist.The proposed method for inserting a plurality of objects into a common receiving device is by means of an actuator-driven robot manipulator 1 of a robot realized at its distal end an effector 2 has, which is designed for receiving and / or gripping the objects. This is a vacuum generator 3 provided directly to the effector 2 is attached and this opposite a vacuum lifter 4 with a suction button 5 having.

Vor dem stationär angeordneten Roboter sind in definierten stationären Positionen mehrere Ablagevorrichtungen angeordnet.In front of the stationarily arranged robot several storage devices are arranged in defined stationary positions.

Eine erste Ablagevorrichtung 6, auf der die zu bestückende Aufnahmevorrichtung angeordnet ist, im vorliegenden Beispiel die untere Hälfte einer Verpackung 7 mit einer Einlage 8, die bereits Aufnahmen bzw. Fächer 9.1 und 9.2 für weitere Gegenstände aufweist. Des Weiteren ist in der Verpackung 7 ein umlaufender, abgesetzter Rand 10 vorgesehen, wie die vergrößerte Darstellung der 2c zeigt.A first storage device 6 on which the receiving device to be assembled is arranged, in the present example, the lower half of a package 7 with a deposit 8th who already have shots or subjects 9.1 and 9.2 for other items. Furthermore, in the packaging 7 a circumferential, offset edge 10 provided, as the enlarged view of the 2c shows.

Daneben befinden sich eine zweite Ablagevorrichtung 11 in der Form einer Rutsche, in der mehrere Gegenstände abgelegt sind, Kopfhörersets 12, Adapter bzw. Stecker 13 und Mobilfunkgeräte 14.Next to it are a second storage device 11 in the form of a slide, in which several objects are stored, headset sets 12 , Adapter or plug 13 and mobile devices 14 ,

Auf der anderen Seite der Ablagevorrichtung 6 befinden sich eine dritte Ablagevorrichtung 15, in der eine Bedienanleitung oder ein Umschlag 16 für den SIM-Kartenpin abgelegt ist; eine vierte Ablagevorrichtung 17, in der eine Zwischenablage 18 mit einem Fach 19 für das Mobilfunkgerät 14 abgelegt ist, und eine fünfte Ablagevorrichtung 20, die den Deckel 21 für die Aufnahmevorrichtung bzw. Verpackung 7 trägt.On the other side of the storage device 6 There is a third storage device 15 in which a user manual or an envelope 16 is stored for the SIM card pin; a fourth storage device 17 in which a clipboard 18 with a tray 19 for the mobile device 14 is stored, and a fifth storage device 20 that the lid 21 for the receiving device or packaging 7 wearing.

In den 2a bis 2d ist die Handhabung eines ersten Gegenstands 12 mittels des Robotermanipulators 1 gezeigt.In the 2a to 2d is the handling of a first item 12 by means of the robot manipulator 1 shown.

Der Robotermanipulator 1 bewegt sich zu der Ablagevorrichtung 11 und greift mit seinem Vakuumheber 4 das Kopfhörerset 12, hebt dieses an und überführt es zu einem Ausgangspunkt in der für diesen Gegenstand vorgesehenen Einfügetrajektorie T₁₂ ( 2b, c). The robot manipulator 1 moves to the storage device 11 and grabs his vacuum lifter 4 the headphone set 12 , lifts this and transfers it to a starting point in the insertion trajectory provided for this object T ₁₂ ( 2b, c ).

Dies ist in der 2c schematisch dargestellt. In der einfachsten und daher auch bevorzugten Ausführung ist die Einfügetrajektorie T₁₂ so gewählt, dass sie für einzelne Orte R_T der Einfügetrajektorie T₁₂ jeweils eine gemeinsame Soll-Orientierung O_soll aufweist, wobei sich die Einfügetrajektorie T₁₂ zwischen dem Fach 9.1 und dem Effektor 2 so erstreckt, dass diese auf der einen Seite exakt senkrecht über und mittig zu dem Fach 9.1 verläuft und auf der anderen Seite genau mit dem Tool Center Point TCP des Effektors 2 verbunden ist. Folglich orientiert sich die Einfügetrajektorie T₁₂ und damit die Soll-Orientierung O_soll (R_T ) für einzelne Orte R_T immer an dem Fach 9.1 und dem einzufügenden Gegenstand 12.This is in the 2c shown schematically. In the simplest and therefore preferred embodiment is the insertion trajectory T ₁₂ so chosen for individual places R _T the insertion trajectory T ₁₂ each a common target orientation O _shall where the insertion trajectory is T ₁₂ between the subject 9.1 and the effector 2 so that it extends on one side exactly perpendicular above and in the middle of the compartment 9.1 runs and on the other side exactly with the Tool Center Point TCP of the effector 2 connected is. Consequently, the insertion trajectory is oriented T ₁₂ and thus the target orientation O _shall ( R _T ) for individual places R _T always on the subject 9.1 and the object to be inserted 12 ,

Dies gestattet es dem Robotermanipulator 1 in einem nachfolgenden Schritt, den Gegenstand 12 streng linear über eine nach unten gerichtete translatorische Bewegung dem Fach 9.1 zuzuführen, und einzufügen (2d). Danach wird der Vakuumerzeuger 3 deaktiviert, der Vakuumheber 4 gibt den Gegenstand 12 frei und der Robotermanipulator 1 bewegt sich entlang einer Ausgangstrajektorie A₁₂ , die deckungsgleich zu der Eingangstrajektorie T₁₂ ist, über eine translatorische Bewegung nach oben (s. Pfeil in der 2e).This allows the robot manipulator 1 in a subsequent step, the subject 12 strictly linear over a downward translational movement of the tray 9.1 supply and insert ( 2d ). Thereafter, the vacuum generator 3 disabled, the vacuum lifter 4 gives the object 12 free and the robot manipulator 1 moves along an exit trajectory A ₁₂ , which coincide with the entrance trajectory T ₁₂ is, via a translational movement upward (see arrow in the 2e) ,

In den 3a bis 3c ist die Handhabung eines zweiten Gegenstands 13 mittels des Robotermanipulators 1 gezeigt.In the 3a to 3c is the handling of a second item 13 by means of the robot manipulator 1 shown.

Nachdem der Robotermanipulator 1 den Gegenstand 12 in dem hierfür vorgesehenen Fach 9.1 abgelegt hat, bewegt sich dieser entlang einer definierten Überführungstrajektorie (nicht dargestellt) wieder zu der Ablagevorrichtung 11, um den zweiten Gegenstand, einen Stecker 13, in analoger Weise aufzunehmen (3a) und zu einem Ausgangspunkt in der diesem Gegenstand 13 zugeordneten Einfügetrajektorie T₁₃ zu überführen (3b).After the robot manipulator 1 the object 12 in the appropriate compartment 9.1 has stored, this moves along a defined transfer trajectory (not shown) back to the storage device 11 to the second object, a plug 13 to record in an analogous way ( 3a) and to a starting point in this subject 13 associated insertion trajectory T ₁₃ to convict ( 3b) ,

Auch hier ist die Einfügetrajektorie T₁₃ so gewählt, dass sie für einzelne Orte R_T der Einfügetrajektorie T₁₃ jeweils eine gemeinsame Soll-Orientierung O_soll aufweist, wobei sich die Einfügetrajektorie T₁₃ zwischen dem Fach 9.2 und dem Effektor 2 so erstreckt, dass diese auf der einen Seite exakt senkrecht über und mittig zu dem Fach 9.2 verläuft und auf der anderen Seite genau mit dem Tool Center Point TCP des Effektors 2 verbunden ist. Folglich orientiert sich die Einfügetrajektorie T₁₃ und damit die Soll-Orientierung O_soll(RT) für einzelne Orte R_T immer an dem Fach 9.2 und dem einzufügenden Gegenstand 13.Again, the insertion trajectory T ₁₃ so chosen for individual places R _T the insertion trajectory T ₁₃ each a common target orientation O _shall where the insertion trajectory is T ₁₃ between the subject 9.2 and the effector 2 so that it extends on one side exactly perpendicular above and in the middle of the compartment 9.2 runs and on the other side exactly with the Tool Center Point TCP of the effector 2 connected is. Consequently, the insertion trajectory is oriented T ₁₃ and thus the target orientation O _{should (RT)} for individual places R _T always on the subject 9.2 and the object to be inserted 13 ,

Die Einfügetrajektorie T₁₃ verläuft folglich parallel zu der Einfügetraj ektorie T₁₂ .The insertion trajectory T ₁₃ thus runs parallel to the insertion trajectory T ₁₂ ,

Danach gibt der Effektor 2 den Gegenstand 13 in analoger Weise frei und bewegt sich entlang einer entsprechenden Ausgangstrajektorie A₁₃ nach oben (3c), um sich mittels des Robotermanipulators 1 entlang einer weiteren (nicht dargestellten) Überführungstrajektorie zu der Ablagevorrichtung 15 zu bewegen.Then the effector gives 2 the object 13 in an analogous manner and moves along a corresponding output trajectory A ₁₃ up ( 3c ) to get in touch with the robot manipulator 1 along another transfer trajectory (not shown) to the storage device 15 to move.

In den 4a bis 4d ist die Handhabung eines dritten Gegenstands 16 mittels des Robotermanipulators 1 gezeigt.In the 4a to 4d is the handling of a third item 16 by means of the robot manipulator 1 shown.

Hierbei handelt es sich um einen Papierumschlag 16, der weich und nachgiebig ist. Beim Entnehmen des Umschlags 16 vollführt der Robotermanipulator 1 gemeinsam mit seinem Effektor 2 kraftgeregelte und/oder impedanzgeregelte Dreh-/Kippbewegungen, damit sich der Umschlag 16 auf Grund seiner Materialeigenschaften nicht an den Rändern der Ablagevorrichtung 15 verkantet, was durch den Pfeil in 4b angedeutet ist. Dieser Vorgang besitzt für sich eine eigenständige erfinderische Bedeutung. Danach überführt der Robotermanipulator 1 den Gegenstand 16 zu einem Ausgangspunkt in der diesem Gegenstand zugordneten Einfügetrajektorie T₁₆ unter Berücksichtigung der entsprechenden Soll-Orientierung O_soll (4c), und fügt diesen über eine nach unten gerichtete translatorische Bewegung, ggfs. unter Einwirkung von weiteren leichten Dreh-/Kippbewegungen, ein (4d).This is a paper envelope 16 which is soft and yielding. When removing the envelope 16 performs the robot manipulator 1 together with his effector 2 Force-controlled and / or impedance-controlled turning / tilting movements, so that the envelope 16 due to its material properties not at the edges of the storage device 15 canted, what by the arrow in 4b is indicated. This process has an independent inventive meaning. Afterwards, the robot manipulator transfers 1 the object 16 to a starting point in the insertion trajectory assigned to this object T ₁₆ taking into account the corresponding target orientation O _shall ( 4c ), and adds this via a downward translational movement, if necessary, under the action of further slight rotational / tilting movements ( 4d ).

In den 5a bis 5e ist die Handhabung eines vierten Gegenstands 18 mittels des Robotermanipulators 1 gezeigt.In the 5a to 5e is the handling of a fourth item 18 by means of the robot manipulator 1 shown.

Hierbei handelt es sich um eine Zwischenablage 18 mit einem Fach 19 zur Aufnahme des Mobilfunkgeräts 14, die aus einem nachgiebigen, aber etwas stabileren Material als der Umschlag 16 besteht.This is a clipboard 18 with a tray 19 for receiving the mobile device 14 made of a yielding, but somewhat sturdier material than the envelope 16 consists.

Der Vakuumheber 4 entnimmt die Zwischenablage 18 aus der Ablagevorrichtung 17 (5a) und überführt diese zu einem Ausgangspunkt der diesem Gegenstand 18 zugordneten Einfügetrajektorie T_18.1 (5b). Hierbei wird der Gegenstand 18 mit einer Stirnseite leicht auf den Rand 10 der Aufnahmevorrichtung 7 aufgesetzt (5b) und dann mittels des Robotermanipulators 1 durch eine seitlich gerichtete (in der Darstellung der 5b nach hinten gerichtete) translatorische Bewegung entlang der Einfügetrajektorie T_18.1 so lange auf dem Rand 10 verschoben, bis die Zwischenablage 18 an dem stirnseitigen Ende der Verpackung 7 zur Anlage gelangt ist (5c). Hierbei kann der Robotermanipulator 1 zusätzlich zu dem Rand 10 die Innenwand der Verpackung 7 als Führung benutzen, an dem die Zwischenablage 18 entlang geführt wird.The vacuum lifter 4 removes the clipboard 18 from the storage device 17 ( 5a) and translates this to a starting point of this object 18 assigned insertion trajectory T _18.1 ( 5b) , This is the subject 18 with one end slightly on the edge 10 the cradle 7 set up ( 5b) and then by means of the robot manipulator 1 by a laterally directed (in the representation of 5b backward) translational motion along the insertion trajectory T _18.1 so long on the edge 10 moved until the clipboard 18 at the front end of the package 7 has arrived at the plant ( 5c ). Here, the robot manipulator 1 in addition to the edge 10 the inner wall of the packaging 7 as a guide to the clipboard 18 is guided along.

Danach kippt der Robotermanipulator 1 den Gegenstand 18, quasi um die durch den stirnseitigen Randabschnitt gebildete Achse, entlang einer weiteren Einfügetrajektorie T_18.2 nach unten ( 5d), bis die Zwischenablage 18 vollständig auf dem Rand 10 abgelegt ist (5e). Then the robot manipulator tilts 1 the object 18 , virtually around the axis formed by the frontal edge portion, along another insertion trajectory T _18.2 downward ( 5d ) until the clipboard 18 completely on the edge 10 is stored ( 5e) ,

Im vorliegenden Fall besteht der Einfügeprozess für den Gegenstand 18 folglich aus einer Kombination von Bewegungen entlang unterschiedlich ausgerichteten Einfügetrajektorien, einer zweidimensionalen translatorischen Bewegung entlang der Einfügetrajektorie T_18.1 und einer dreidimensionalen Kippbewegung entlang der Einfügetrajektorie T_18.2 .In the present case, the insertion process consists of the object 18 hence, a combination of movements along differently aligned insertion trajectories, a two-dimensional translational motion along the insertion trajectory T _18.1 and a three-dimensional tilting movement along the insertion trajectory T _18.2 ,

In den 6a bis 6d ist die Handhabung eines fünften Gegenstands 14 mittels des Robotermanipulators 1 gezeigt.In the 6a to 6d is the handling of a fifth item 14 by means of the robot manipulator 1 shown.

In bekannter Weise bewegt sich der Robotermanipulator 1 wieder zu der Ablagevorrichtung 11 und greift dort mittels des Vakuumhebers 4 ein Mobilfunkgerät 14 (6a), das bekanntermaßen starr ist und ein entsprechend höheres Gewicht als die vorherigen Teile aufweist. Der Vorteil der als Rutschmechanismus ausgebildeten Ablagevorrichtung 11 liegt darin, dass nach dem Entnehmen des Gegenstands 14 der nächste Gegenstand 14 einfach an die richtige Entnahmeposition für den Robotermanipulator 1 für nachfolgende Aufnahmeprozesse nachrutscht (6b), ebenso wie dies für die Gegenstände 12 und 13 der Fall ist.The robot manipulator moves in a known manner 1 back to the storage device 11 and accesses there by means of the vacuum lifter 4 a mobile device 14 ( 6a) , which is known to be rigid and has a correspondingly higher weight than the previous parts. The advantage of the designed as a sliding mechanism storage device 11 lies in the fact that after removing the object 14 the next item 14 simply to the correct removal position for the robot manipulator 1 for subsequent recording processes slips ( 6b) , as well as for the objects 12 and 13 the case is.

Danach überführt der Robotermanipulator 1 den Gegenstand 14 in der bereits beschriebenen Weise analog zu einem Ausgangspunkt in einer dem Gegenstand 14 zugeordnete Einfügetrajektorie T₁₄ mit entsprechenden Soll-Orientierungen. Durch eine einfache, nach unten gerichtete translatorische Bewegung (6c) wird das Mobilfunkgerät 14 in das hierfür vorgesehene Fach 19 der Zwischenablage 18 eingefügt, bevor der Vakuumheber 4 den Gegenstand 14 freigibt und der Robotermanipulator 1 sich entlang einer weiteren Ausgangstrajektorie A₁₄ zurückzieht (6d).Afterwards, the robot manipulator transfers 1 the object 14 in the manner already described, analogous to a starting point in an object 14 associated insertion trajectory T ₁₄ with appropriate target orientations. By a simple, downward translatory movement ( 6c ) becomes the mobile device 14 in the appropriate compartment 19 the clipboard 18 inserted before the vacuum lifter 4 the object 14 releases and the robot manipulator 1 along a further exit trajectory A ₁₄ withdraws ( 6d ).

In den 7a bis 7e ist die Handhabung eines letzten Gegenstands 21 mittels des Robotermanipulators 1 gezeigt.In the 7a to 7e is the handling of a final item 21 by means of the robot manipulator 1 shown.

Nachdem der Robotermanipulator 1 sich zu einer weiteren Ablagevorrichtung 20 bewegt hat, greift er mittels des Vakuumhebers 4 einen Deckel 21 für die Verpackung 7 (7a), hebt diesen an (7b) und überführt diesen zu einem Ausgangspunkt in der Einfügetrajektorie T₂₁ , und bewegt diesen entlang dieser Einfügetrajektorie T₂₁ nach unten, wobei der Robotermanipulator 1 zusätzlich leichte Dreh-/Kippbewegungen vollführt, was durch entsprechende Pfeile angedeutet ist ( 7c - 7e). Hierdurch lässt sich der Deckel 21 leichter auf die Verpackung 7 aufschieben, indem die Reibung vermindert wird und Luft aus dem Inneren entweichen kann, analog wie dies bei einem Aufschieben des Deckels 21 von Hand der Fall wäre. Beim Aufsetzen des Deckels 21 kann der Robotermanipulator 1 die Außenwände der Verpackung 7 zur Führung benutzen, wobei sich durch die impedanz- bzw. kraftgeregelten, translatorischen und/oder Dreh-/Kippbewegungen der Deckel 21 entlang der Außenwände verschieben lässt, wovon jeweils zwei einander gegenüberliegen. Der Vorgang, beim Aufschieben eines Deckels, bzw. eines Gegenstands, der zumindest zwei sich schneidende Flächen aufweist, mittels eines Robotermanipulators alternativ oder zusätzlich Dreh- und/oder Kippbewegungen zu vollführen, besitzt eine eigenständige erfinderische Bedeutung.After the robot manipulator 1 to another storage device 20 has moved, he attacks by means of the vacuum lifter 4 a lid 21 for the packaging 7 ( 7a) , raise this one ( 7b) and transforms it into a starting point in the insertion trajectory T ₂₁ , and moves it along this insertion trajectory T ₂₁ down, the robot manipulator 1 additionally performs slight turning / tilting movements, which is indicated by corresponding arrows ( 7c - 7e) , This allows the lid 21 easier on the packaging 7 postpone by reducing the friction and air can escape from the interior, as in the case of pushing the lid 21 would be the case by hand. When placing the lid 21 can the robot manipulator 1 the outer walls of the packaging 7 use for leadership, which is due to the impedance or force-controlled, translational and / or rotational / tilting movements of the lid 21 move along the outer walls, of which two each face each other. The process, when pushing a lid, or an object having at least two intersecting surfaces to perform by means of a robot manipulator alternatively or additionally rotational and / or tilting movements, has an independent inventive meaning.

Es ist zu erkennen, dass die Einfügetraj ektorie T₂₁ , T₁₄ und T₁₆ im Wesentlichen die gleiche Orientierung O_soll aufweisen können, während die Einfügetrajektorien T₁₂ und T₁₃ hierzu parallel versetzt sind und sich die Einfügetrajektorien T_18.1 und T_18.2 in Bezug auf ihre Orientierungen wiederum von all diesen unterscheiden.It can be seen that the Einsetzgetraj ektorie T ₂₁ . T ₁₄ and T ₁₆ essentially the same orientation O _shall while the insertion trajectories T ₁₂ and T ₁₃ are offset in parallel and the insertion trajectories T _18.1 and T _18.2 turn different from theirs in terms of their orientations.

Allen vorgenannten Einfügebewegungen ist gemeinsam, dass der Robotermanipulator 1 mit seiner Steuereinheit ausgestaltet ist, auf Grund von zumindest einer vorgegebenen idealen Grenzwertbedingung G_i , bspw. einer sich bei einem vollständig in die Aufnahme eingefügtem Gegenstand ergebenden Gegenkraft, oder auf Grund einer idealen Kraft-/Momentensignatur und/oder Positions-/Geschwindigkeitssignatur S_i , zu erkennen, wie weit der Einfügeprozess jeweils fortgeschritten ist bzw. ob der jeweilige Gegenstand vollständig in der hierfür vorgesehenen Aufnahme einfügt ist.All of the aforementioned insertion movements have in common that the robot manipulator 1 is designed with its control unit, on the basis of at least one predetermined ideal limit condition G _i , For example, an opposing force resulting in an object completely inserted into the receptacle, or due to an ideal force / torque signature and / or position / speed signature S _i to recognize how far the insertion process has advanced or whether the respective object is completely inserted in the recording provided for this purpose.

Erkennt die Sensorik des Roboters, bspw. durch die in den Gelenken des Robotermanipulators 1 angeordneten Drehmoment- und ggfs. Kraftsensoren, dass ein Einfügen des jeweiligen Gegenstands in seine Aufnahme nicht ohne Weiteres möglich war, weil der Gegenstand nicht exakt in die Aufnahme im Zuge der translatorischen oder sonstige Einfügebewegung entlang der jeweiligen Einfügetrajektorie eingreifen konnte, was ebenfalls durch entsprechende vorgegebene Grenzwertbedingungen G_i und/oder Signaturen S_i definiert sein kann, kann der Robotermanipulator 1 gemeinsam mit seinem Effektor 2 kraftgeregelte und/oder impedanzgeregelte Dreh-/Kippbewegungen und/oder laterale translatorische Bewegungen ausführen (in den Figuren nicht dargestellt), bis der Gegenstand in die Aufnahme genau eingreift und bevor der Robotermanipulator 1 die abschließende translatorische oder sonstige Einfügebewegung vollführt.Detects the sensors of the robot, for example by the in the joints of the robot manipulator 1 arranged torque and, if necessary. Force sensors that insertion of the respective object in his recording was not readily possible because the object could not intervene exactly in the recording in the course of translational or other insertion movement along the respective insertion trajectory, which also by appropriate predetermined limit conditions G _i and / or signatures S _i can be defined, the robot manipulator 1 together with his effector 2 perform force-controlled and / or impedance-controlled rotational / tilting movements and / or lateral translational movements (not shown in the figures) until the object engages the recording exactly and before the robot manipulator 1 Performs the final translatory or other insertion movement.

Der Robotermanipulator 1 ist folglich so ausgestaltet, dass er beim Einfügeprozess die Einfügeöffnung der jeweilige Aufnahmen oder sogar des Randes 10 selbst „fühlt“ bzw. „ertastet“. Die Dreh-/Kippbewegungen können dabei wenige Grad bis weniger als 1 Grad zur Soll-Orientierung O_soll und die lateralen Bewegungen wenige Millimeter oder nur eine Bruchteil davon zur Soll-Orientierung O_soll umfassen.The robot manipulator 1 is thus designed so that it during the insertion process, the insertion of the respective images or even the edge 10 even "feels" or "feels". The turning / tilting movements can be a few degrees to less than 1 degree to the target orientation O _shall and the lateral movements a few millimeters or only a fraction of it to the target orientation O _shall include.

Alle Bewegungen der vorhergehend genannten Verfahrensschritte lassen sich beliebig oft wiederholen, so dass das Verpacken eines solchen Gegenstands automatisiert und zuverlässig durchgeführt werden kann. Die Taktzeiten der Bestückung lassen sich reduzieren, wodurch sich das automatisierte Verfahren wirtschaftlicher gestaltet.All movements of the aforementioned method steps can be repeated as often as desired so that the packaging of such an item can be carried out automatically and reliably. The cycle times of the assembly can be reduced, which makes the automated process more economical.

Die Bewegungen des Robotermanipulators 1 in allen vorhergehen geschilderten Verfahrensschritten selbst sind kraft- und/oder impedanzgeregelt und können von einem Benutzer dem Roboter geteacht oder programmiert werden, vorzugsweise durch eine vorgegebene App-Steuerung, die einzelne Verfahrensschritte innerhalb des gesamten erfindungsgemäßen Verfahrens abbildet.The movements of the robot manipulator 1 in all previously described method steps themselves are force and / or impedance-controlled and can be taught or programmed by a user to the robot, preferably by a predetermined app control, which maps individual process steps within the entire process according to the invention.

Claims

Method for inserting objects (12; 13; 14; 16; 18; 21) which differ in terms of shape, dimensions, material properties and / or weight into a common receiving device (7) by means of an actuator-driven robot manipulator (1) Robot and for controlling the robotic manipulator (1), the robotic manipulator (1) having at its distal end an effector (2) adapted to receive and / or grasp the objects (12; 13; 14; 16; 18; 21) in each case one insertion trajectory (T _i ) and along the insertion trajectory (T _i ) for locations (R _Ti ) are formed with respect to the receiving device (7) and to each object (12; 13; 14; 16; 18; 21). the insertion trajectory (T _i ) defines a target orientation (O _soll (R _Ti )) of the object to be inserted (12; 13; 14; 16; 18; 21), the insertion trajectories (T _i ) for inserting each object from each other deviate or at least partially congruent.

Method according to Claim 1 in which the desired orientations (O _soll (R _Ti )) of the insertion trajectories (T _i ) for inserting each item (12; 13; 14; 16; 18; 21) differ from each other.

Method according to Claim 1 or 2 comprising the following method steps: a) picking up a first article (12) by the effector (12) from a depositing device (11) associated with said article (12), b) transferring the article (12) by means of the robotic manipulator (1) into one Starting position of the insertion trajectory (T ₁₂ ) for this object (12), c) inserting the object (12) by means of the robot manipulator (1) along the insertion trajectory (T ₁₂ ) into a receptacle (9.1) within the receiving device associated with this object (12) (7) until the object (12) is completely received in the receptacle (9.1) associated therewith, the detection of the condition, how far the insertion of the object (12) has progressed, and / or the recognition of whether the insertion of the object (12) has taken place Article (12) is successfully completed, is defined by the fact that at least one predetermined limit condition (G _i ) for acting on the effector (2) moment and / or acting on the effector (2) Kr aft is reached or exceeded, and / or a provided force / moment signature (S _i ) and / or a position / speed signature (S _i ) at the effector (2) is reached or exceeded.

Method according to Claim 3 further comprising: d) upon completion of the insertion of the article (12), releasing the article (12) through the effector (2), e) transferring the effector (2) to another article (13; 14; 16; 18; 21) by means of the robotic manipulator (1) along a predetermined transfer trajectory, g) receiving the further object (13; 14; 16; 18; 21) by the effector (2) from a said article (13; 14; 16; 18; 21 ) associated storage device (11; 15; 17; 20); and h) performing steps b) and c) for said article (13; 14; 16; 18; 21).

Method according to Claim 3 or 4 in which the step c) under force-controlled and / or impedance-controlled translational movements of the robot manipulator (1) in the desired orientation (O _soll (R _Ti )) of the respective insertion trajectory (T _i ) for an object (13; 14; 16; 18, 21) is executed.

Method according to Claim 3 . 4 or 5 in which the step c) under force-controlled and / or impedance-controlled rotational / tilting movements and / or translational lateral movements of the robot manipulator (1) relative to the desired orientations (O _soll (R _Ti )) of the insertion trajectories (T _i ) for a Object (13; 14; 16; 18; 21).

Method according to Claim 6 in which, provided that the objects (13; 14; 16; 18; 21) are inserted by means of the robot manipulator (1) along the respective insertion trajectory (T _i ) into those for the objects (13; 14; 16; 18; 21) provided recordings (7; 9.1; 9.2; 19) in the receiving device (7) an error occurs, the insertion of the article (13; 14; 16; 18; 21) by means of Robot manipulator (1) in the provided for this recording (7; 9.1; 9.2; 19) with a modified insertion trajectory (T *) and / or with changed parameters for the force-controlled and / or impedance-controlled translational and / or rotational / tilting movements of the object (13; 14; 16; 18; 21) relative to the respective desired orientation (O _soll (R _Ti )) is repeated.

Method according to one of Claims 3 to 7 in which an article (18) has a receptacle (19) for the subsequent article (14).

Method according to one of Claims 3 to 7 in that the last object (21) for the receiving device (7) is designed to close this receiving device (7).

Method according to one of the preceding claims, wherein the inner boundaries of the receiving device (7) at least partially serve as guide surfaces for inserting objects (12; 13; 14; 16; 18; 21), wherein the insertion trajectories (T _i ) with respect to these Objects (12; 13; 14; 16; 18; 21) are adapted to the orientation of the inner boundaries of the receiving device (7).

Method according to one of the preceding claims, in which the outer limits of the receiving device (7) serve at least partially as guide surfaces for inserting objects (12; 13; 14; 16; 18; 21), the insertion trajectories (T _i ) being based on the orientation of the objects Outside limits of the receiving device (7) are tuned.

Computer system having a data processing device, wherein the data processing device is configured such that a method according to one of the preceding Claims 1 to 11 is executed on the data processing device.

Digital storage medium with electronically readable control signals, wherein the control signals can cooperate with a programmable computer system such that a method according to one of the preceding Claims 1 to 11 is performed.

Computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to one of the preceding Claims 1 to 11 when the program code is executed on a data processing device.

Computer program with program codes for carrying out the method according to one of the preceding Claims 1 to 11 when the program runs on a data processing device.

A robot comprising an actuator-driven robotic manipulator (1), the robotic manipulator (1) having at its distal end an effector (2) adapted to receive an object (12; 13; 14; 16; 18; 21) comprising Control unit, which is designed and arranged such that a method according to one of Claims 1 to 11 is executable.

Using a robot after Claim 16 for loading a package (7) for a product (14) having a plurality of components (12; 13; 16; 18; 21).

Using a robot after Claim 16 for loading a package (7) for a mobile device (14) with a plurality of accessories (12; 13; 16; 18; 21).