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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Befestigung an einer Aufnahme eines Roboters, eine Roboteranordnung mit dem Werkzeug und Roboter, ein Verfahren zum Steuern und/oder zur Überwachung der Roboteranordnung sowie eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens.
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Aus betriebsinterner Praxis ist es bekannt, mithilfe von Kraft-Momenten-Sensoren externe Kräfte und Momente, die auf einen Roboterflansch wirken, und/oder mithilfe von Momentensensoren Momente an Drehgelenken von Robotern zu erfassen und so insbesondere Kollisionen zu detektieren.
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Damit kann jedoch insbesondere ein Einklemmen zwischen verstellbaren Greiferbacken oder dergleichen nicht detektiert werden, da der Kraftfluss solcher Klemmkräfte nicht über solche Lastsensoren, sondern nur innerhalb des am Flansch befestigten Greifers verläuft.
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Die
US 2013/ 0 054 027 A1 schlägt vor, zur Realisierung eines kraftgeregelten Roboters, der einen Kraftsensor mit einer hohen Sensitivität und Steifigkeit aufweist, einen Endeffektor mit Fingermodulen zum Greifen eines Teils durch Zwischenschalten eines Kraftsensors mit einem Roboterarm zu koppeln, wobei der Kraftsensor eine auf die Fingermodule ausgeübte externe Kraft basierend auf einer Verschiebung des Endeffektors erfasst, die mit einem Rotationszentrum auf einer Längsachse des Roboterarms als Drehpunkt auftritt, um dadurch eine Operation des Roboterarms zu korrigieren. Ein Endeffektorgehäuse stützt Motoren zum Antrieb der Fingermodule an einer Position auf der Roboterarmseite bezüglich des Rotationszentrums des Kraftsensors. Dadurch kann nach der
US 2013/ 0 054 027 A1 die Steifigkeit des Sensors erhöht werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es zu, den Betrieb werkzeugführender Roboter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 7, 9, 10 und 12 stellen eine Roboteranordnung mit einem hier beschriebenen Werkzeug, ein Verfahren zum Steuern bzw. zur Überwachung einer hier beschriebenen Roboteranordnung bzw. eine Steuerung zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein (Roboter)Werkzeug eine ein- oder mehrteilige Werkzeugbasis auf, die, insbesondere zerstörungsfrei lösbar, in einer Ausführung form- und/oder reibschlüssig, an einer, insbesondere hierzu eingerichteten, Aufnahme, insbesondere einem (Roboter)Flansch, eines Roboters befestigbar bzw. befestigt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. verwendet wird bzw. ist.
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Der Roboter kann insbesondere ein(en) Roboterarm mit wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, Gelenken, insbesondere Drehgelenken, aufweisen, insbesondere sein, die durch, insbesondere elektrische, Antriebe des Roboter(arm)s bewegbar sind bzw. bewegt werden.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Roboter (wenigstens) einen Lastsensor auf, der Kräften und/oder Momenten zwischen einer Eingangsseite des Lastsensors und einer aufnahmeseitigen Ausgangsseite des Lastsensors erfassen, insbesondere messen, kann bzw. erfasst, insbesondere misst, bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Werkzeug ein ein- oder mehrteiliges erstes Werkzeugglied auf, das, in einer Ausführung beweglich bzw. verstellbar oder starr bzw. fest, an der Werkzeugbasis angeordnet, insbesondere befestigt und/oder geführt ist.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Werkzeug ein ein- oder mehrteiliges zweites Werkzeugglied auf, wobei das erste und zweite Werkzeugglied relativ zueinander verstellbar sind.
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Das Werkzeug ist in einer Ausführung ein (Roboter)Greifer, sein erstes und zweites Werkzeugglied entsprechend in einer Ausführung Greiferbacken. Dies stellt eine besonders vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung dar, so dass diese nachfolgend insbesondere mit Bezug hierauf erläutert wird, ohne jedoch in irgendeiner Form darauf beschränkt zu sein.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das zweite Werkzeugglied von der Werkzeugbasis getrennt bzw. separiert, in einer Ausführung, insbesondere durch einen Spalt, beabstandet, und stützt sich (bei an der Aufnahme befestigter Werkzeugbasis statt an der Werkzeugbasis bzw. Aufnahme) an der Eingangsseite des Lastsensors ab bzw. ist hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird hierzu verwendet. In einer Ausführung wird bzw. ist es (hierzu) mit der Eingangsseite des Lastsensors, insbesondere zerstörungsfrei lösbar, insbesondere form- und/oder reibschlüssig verbindbar bzw. verbunden, insbesondere an der Eingangsseite des Lastsensors befestigbar bzw. befestigt. In einer Ausführung weisen das zweite Werkzeugglied und/oder der Lastsensor bzw. seine Eingangsseite hierzu (jeweils) eine entsprechend(eingerichtete Schnittstelle auf. Das an der Werkzeugbasis angeordnete erste Werkzeugglied stützt sich hingegen (über die an der Aufnahme befestigte Werkzeugbasis) an der aufnahmeseitigen Ausgangsseite des Lastsensors ab. Somit ist in einer Ausführung das zweite Werkzeugglied nicht über die (an der) Aufnahme (befestigte Werkzeugbasis), sondern an der Eingangsseite des Lastsensors gelagert bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird hierzu verwendet.
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Damit wird in einer Ausführung der Kraft- und/oder Momentenfluss von Klemmkräften zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugglied bzw. dadurch induzierten Momenten durch den Lastsensor geführt bzw. der Lastsensor in den Kraft- und/oder Momentenfluss von Klemmkräften zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugglied bzw. dadurch induzierten Momenten eingebunden, der damit vorteilhaft zu deren Detektion genutzt werden kann. Entsprechend kann in einer Ausführung das Werkzeug selber sensorlos und damit robuster, günstiger und/oder kompakter ausgebildet werden.
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In einer Ausführung weist das Werkzeug einen, in einer Ausführung elektrischen, insbesondere elektromotorischen, hydraulischen und/oder pneumatischen, Antrieb auf, der das erste Werkzeugglied und/oder das zweite Werkzeugglied relativ zur Werkzeugbasis und damit das erste und zweite Werkzeugglied relativ zueinander verstellt bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird. In einer Ausführung ist somit das erste Werkzeugglied an der Werkzeugbasis (durch den Antrieb) verstellbar, es kann somit insbesondere (als) eine bewegliche Greiferbacke sein bzw. fungieren. Das zweite Werkzeugglied ist in einer Ausführung relativ zur Werkzeugbasis (orts)fest, es kann somit insbesondere (als) eine feste Greiferbacke sein bzw. fungieren. In einer Ausführung ist der Antrieb ganz oder teilweise an, insbesondere in, der Werkzeugbasis angeordnet.
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Durch solche Antriebe können in einer Ausführung, teilweise auch hohe, Klemmkräfte zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugglied auftreten, die mithilfe des roboterseitigen Lastsensors, der in deren Kraft- bzw. Momentenfluss eingebunden ist bzw. wird, detektiert werden können.
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In einer Ausführung weist das Werkzeug ein an der Werkzeugbasis abgestütztes, insbesondere angeordnetes bzw. befestigtes, ein- oder mehrteiliges Gehäuse auf, das das zweite Werkzeugglied, insbesondere ein Werkzeugelement des zweiten Werkzeugglieds, wenigstens teilweise abdeckt, insbesondere umgreift, insbesondere wenigstens teilweise eine von dem ersten Werkzeugglied abgewandte Außenfläche und/oder wenigstens teilweise eine dem ersten Werkzeugglied zugewandte Innenfläche und/oder wenigstens teilweise eine der Aufnahme zugewandte und/oder wenigstens teilweise eine von der Aufnahme abgewandte Stirnfläche des zweiten Werkzeugglieds, insbesondere Werkzeugelements.
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Hierdurch wird in einer Ausführung im Falle einer Kollision mit einer Umgebung anstelle des entsprechenden abgedeckten Oberflächenbereichs des zweiten Werkzeugglieds das Gehäuse beaufschlagt, so dass entsprechende Kollisionskräfte über das Gehäuse in die Werkzeugbasis abgeleitet und die Kollision so durch den Lastsensor erfasst werden können.
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Eine wenigstens teilweise Abdeckung der Außenfläche des zweiten Werkzeugglieds ist insbesondere bei einem sogenannten Außengreifer vorteilhaft, bei dem eine Greifobjekt-Außenwand zwischen einander zugewandten Innenflächen des ersten und zweiten Werkzeugglieds gegriffen wird und so die Außenfläche des zweiten Werkzeugglieds im Normalbetrieb nicht beaufschlagt wird. Eine wenigstens teilweise Abdeckung der Innenfläche des zweiten Werkzeugglieds ist entsprechend insbesondere bei einem sogenannten Innengreifer vorteilhaft, bei dem eine Greifobjekt-Innenwand mit voneinander abgewandten Flächen des ersten und zweiten Werkzeugglieds angefahren wird und so die dem ersten Werkzeugglied zugewandte Innenfläche des zweiten Werkzeugglieds im Normalbetrieb nicht beaufschlagt wird.
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In einer Ausführung weist das mehrteilige Gehäuse wenigstens einen an der Werkzeugbasis abgestützten, insbesondere angeordneten bzw. befestigten, ersten Gehäuseteil und einen daran beweglich, in einer Ausführung, insbesondere in Stoßrichtung des Werkzeuges, deformier-, schwenk- und/oder verschiebbar, in einer Ausführung teleskopierbar, angeordneten, insbesondere gelagerten bzw. geführten zweiten Gehäuseteil auf, welcher in einer Ausführung werkzeuggliedseitig bzw. auf der der Aufnahme abgewandten Seite des ersten Gehäuseteils angeordnet und/oder elastisch, insbesondere federnd, an dem ersten Gehäuseteil angeordnet, insbesondere gelagert bzw. -führt, in einer Ausführung, insbesondere in eine (Stoß)Richtung des Werkzeugs bzw. von der Aufnahme weg, vorgespannt, ist.
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Hierdurch kann der zweite Gehäuseteil in einer Ausführung bei (Umgebungs)Kontakt, insbesondere (ein)federnd, ausweichen und so das bzw. die Werkzeugglied(er) - wenigstens teilweise - freigeben, was insbesondere bei einem Innengreifer vorteilhaft sein kann. In einer Ausführung ist der zweite Gehäuseteil elastisch, insbesondere federnd, in eine(r) Normalstellung gegen einen (End)Anschlag vorgespannt.
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In einer Ausführung weist das erste Werkzeugglied ein, in einer Ausführung zerstörungsfrei, austauschbares, insbesondere zerstörungsfrei lösbar montiertes, ein- oder mehrteiliges Werkzeug-, insbesondere Kontaktelement auf, beispielsweise eine (erste) Greiferfläche bzw. -platte. Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung das zweite Werkzeugglied ein bzw. das, in einer Ausführung zerstörungsfrei, austauschbare(s), insbesondere zerstörungsfrei lösbar montierte(s), ein- oder mehrteiliges Werkzeug-, insbesondere Kontaktelement auf, beispielsweise eine (zweite) Greiferfläche bzw. -platte. Hierdurch kann der Werkzeugeinsatz, insbesondere ein Kontakt mit einem hierdurch handzuhabenden und/oder zu bearbeitenden Bauteil, verbessert werden.
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In einer Ausführung weist das Werkzeug zwei oder mehr verschieden(artig)e, mit- bzw. durcheinander austauschbare Werkzeug-, insbesondere Kontaktelemente für das erste Werkzeugglied auf bzw. sind zwei oder mehr verschieden(artig)e Werkzeug-, insbesondere Kontaktelemente vorhanden, die alternativ bzw. wechselweise an dem ersten Werkzeugglied montiert werden bzw. sind bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, sind bzw. verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ weist das Werkzeug zwei oder mehr verschieden(artig)e mit- bzw. durcheinander austauschbare Werkzeug-, insbesondere Kontaktelemente für das zweite Werkzeugglied auf bzw. sind zwei oder mehr verschieden(artig)e Werkzeug-, insbesondere Kontaktelemente vorhanden, die alternativ bzw. wechselweise an dem zweiten Werkzeugglied montiert werden bzw. sind bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, sind bzw. verwendet werden. Hierdurch kann der Werkzeugeinsatz, insbesondere ein Kontakt mit einem hierdurch handzuhabenden und/oder zu bearbeitenden Bauteil, weiter verbessert werden.
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Allgemein, insbesondere jedoch hierzu bzw. zur Abdeckung verschiedenartiger zweiter Werkzeugelemente, sind in einer Ausführung zwei oder mehr verschieden(artig)e Gehäuse vorhanden, die alternativ an der Werkzeugbasis abgestützt, insbesondere angeordnet bzw. befestigt, werden bzw. sind und das zweite Werkzeugglied, insbesondere dessen Werkzeugelement, wenigstens teilweise abdecken, bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, sind bzw. verwendet werden.
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In einer Ausführung durchgreift das zweite Werkzeugglied die Werkzeugbasis, insbesondere eine Durchgangsöffnung der Werkzeugbasis, insbesondere mit (Bewegungs)Spiel bzw. ist zwischen (Durchgangsöffnung der) Werkzeugbasis und zweitem Werkzeugglied ein Spalt vorhanden. Hierdurch kann die Werkzeugbasis das zweite Werkzeugglied in einer Ausführung teilweise abdecken. In einer alternativen Ausführung ist das zweite Werkzeugglied (außen) an einer Außenfläche der Werkzeugbasis vorbeigeführt. Hierdurch kann die Werkzeugbasis in einer Ausführung kompakt(er) bauen.
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In einer Ausführung ist eine Verstellachse, längs der das erste und zweite Werkzeugglied relativ zueinander verstellbar sind bzw. verstellt werden, windschief zu einer Drehachse der Aufnahme (orientiert), wenn die Werkzeugbasis an der Aufnahme befestigt ist. Hierunter wird insbesondere in fachüblicher Weise verstanden, dass die Verstellachse die Drehachse nicht schneidet, sondern von ihr beabstandet ist, und zudem nicht parallel zur Drehachse ist. In einer Ausführung bildet bei an der Aufnahme befestigter Werkzeugbasis die Verstellachse mit der Drehachse einen Winkel, der wenigstens 15°, insbesondere wenigstens 30°, in einer Ausführung wenigstens 60° beträgt. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung bei an der Aufnahme befestigter Werkzeugbasis die Verstellachse von der Drehachse um wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 25%, in einer Ausführung wenigstens 50%, eines maximalen Verstellwegs des ersten und zweiten Werkzeugglied relativ zueinander und/oder um wenigstens 5 mm, insbesondere wenigstens 10 mm, in einer Ausführung wenigstens 25 mm, beabstandet.
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Hierdurch bewirkt in einer Ausführung eine Klemmkraft zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugglied ein Moment um die Drehachse, das vorteilhaft von einem Momentensensor erfasst werden kann. Die Drehachse der Aufnahme ist in einer Ausführung eine letzte bzw. distale Drehachse des Roboters.
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In einer Ausführung kann der Lastsensor entsprechend einen ein- oder mehrachsigen Momentensensor aufweisen, insbesondere ein solcher sein, der Momente an einem der Aufnahme benachbarten bzw. letzten Drehgelenk des Roboters erfasst bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird, in einer Ausführung (hierzu) an, insbesondere in, dem Drehgelenk angeordnet ist.
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Gleichermaßen kann in einer Ausführung der Lastsensor einen ein- oder mehrachsigen Kraftsensor, Momentensensor oder, vorzugsweise sechsachsigen, Kraft-Momenten-Sensor aufweisen, insbesondere ein solcher sein, und/oder externe Kräfte und/oder Momente erfassen, die an der Aufnahme wirken, bzw. hierzu eingerichtet sein bzw. verwendet werden, in einer Ausführung (hierzu), insbesondere zerstörungsfrei lösbar, an, der Aufnahme angeordnet sein. Wenn in einer Ausführung Klemmkräfte zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugglied zwischen der Ein- und Ausgangsseite des Kraft-Momenten-Sensors sowohl eine Kraft als auch Moment induzieren, kann in einer Ausführung eine Klemmkraft auf Basis dieser Kraft und/oder dieses Moments ermittelt werden, wodurch in einer Ausführung die Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit erhöht werden kann. Gleichermaßen kann in einer Ausführung auf Basis dieser Kraft und dieses Moments eine Größe und ein Angriffspunkt der Klemmkraft ermittelt werden.
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Die vorliegende Erfindung kann insbesondere zur Detektion von Klemmkräften zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugglied verwendet werden. In einer Ausführung können damit solche Klemmkräfte bzw. die Verstellung des ersten und zweiten Werkzeugglieds relativ zueinander bzw. des ersten und/oder zweiten Werkzeugglieds relativ zur Werkzeugbasis bzw. der entsprechende Antrieb auf Basis einer solchen Detektion gesteuert, insbesondere geregelt, werden. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung auch der Roboter, insbesondere seine Pose und/oder Bewegung, auf Basis einer solchen Detektion gesteuert, insbesondere geregelt, werden, beispielsweise in einer nachgiebigen bzw. Kraft-Regelung oder dergleichen .
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Somit wird in einer Ausführung ein sensitives Roboterwerkzeug, insbesondere ein sensitiver Robotergreifer, zur Verfügung gestellt, der in einer Ausführung keinen eigenen Lastsensor aufweist, sondern stattdessen der bzw. den Lastsensor des Roboters (ge)nutzt.
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Mit besonderem Vorteil kann ein erfindungsgemäßes Roboterwerkzeug zur Überwachung, insbesondere von Klemmvorgängen zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugglied und/oder auf Kollision mit einer Umgebung, verwendet werden. Hierzu werden in einer Ausführung Kräfte und/oder Momente, die mit dem Lastsensor erfasst werden, mit wenigstens einem Grenzwert, insbesondere einem oberen und einem unteren Grenzwert bzw. einem Soll-Bereich, verglichen und in einen Kollisionsmodus umgeschaltet, falls ein oberer Grenzwert über- oder ein unterer Grenzwert unterschritten wird.
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Im ordnungsgemäßen Normalbetrieb können gewünschte Klemmkräfte zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugglied auftreten, insbesondere, um ein Bauteil zu greifen bzw. ein gegriffenes Bauteil reibschlüssig zu halten oder dergleichen.
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Befindet sich beim Zustellen ein unvorhergesehenes Hindernis zwischen dem ersten und zweiten Werkzeugglied, erhöht sich eine vom Lastsensor erfasste Last vor Erreichen einer geplanten Soll-Stellung. Entsprechend wird/werden in einer Ausführung der bzw. die Grenzwert(e) abhängig von einer Stellung des ersten und zweiten Werkzeugglieds relativ zueinander vorgegeben, insbesondere vor Erreichen einer Soll-Stellung, die in einer Ausführung um einen vorgegebenen Toleranzbereich vor einer vorgesehenen bzw. geplanten Schließstellung liegt, kleinere Grenzwerte) als nach Erreichen der Soll-Stellung.
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Verfährt der Roboter mit einem durch das Werkzeug geklemmten Bauteil, erfasst der Lastsensor in einer Ausführung aufgrund der Klemmkräfte und diesen überlagerten, insbesondere wenigstens teilweise durch das Bauteil aufgeprägten, statischen und dynamischen Lasten entsprechende Kräfte und/oder Momente, die entsprechend von einer Pose und/oder Bewegung des Roboters abhängen. Durch eine unvorhergesehene Kollision treten dabei zusätzliche Lasten auf, die den für einen kollisionsfreien Betrieb, insbesondere modellbasiert, prognostizierten Kräften und/oder Momenten entgegenwirken oder diese noch vergrößern können. Entsprechend wird/werden in einer Ausführung der bzw. die Grenzwert(e) abhängig von einer Pose und/oder Bewegung des Roboters, insbesondere auf Basis der Pose und/oder Bewegung und/oder eines (mathematischen, insbesondere statischen oder dynamischen) Modells des Roboters vorgegeben, insbesondere in den Kollisionsmodus umgeschaltet, falls mithilfe des Lastsensors erfasste Kräfte und/oder Momente um mehr als eine vorgegebene Toleranz von auf Basis einer Pose und/oder Bewegung und/oder eines (mathematischen, insbesondere statischen oder dynamischen) Modells des Roboters (für einen kollisionsfreien Betrieb) prognostizierten Kräften bzw. Momenten abweicht.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine (Roboter)Steuerung zum Steuern des Roboters, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf: Mittel zum Steuern, insbesondere Regeln, des Roboters und/oder des Antriebs des Werkzeugs auf Basis mit dem Lastsensor erfasster Kräfte und/oder Momente und/oder Mittel zum Vergleichen von mit dem Lastsensor erfassten Kräften und/oder Momenten mit wenigstens einem Grenzwert, insbesondere einem Soll-Bereich, und Umschalten in einen Kollisionsmodus, falls ein oberer Grenzwert über- oder ein unterer Grenzwert unterschritten wird, insbesondere Mittel zum Vorgeben des Grenzwerts bzw. Soll-Bereichs in Abhängigkeit von einer Stellung des ersten und zweiten Werkzeugglieds relativ zueinander und/oder einer Pose und/oder Bewegung des Roboters.
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Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Roboter steuern bzw. überwachen kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen.
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In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch die Steuerung bzw. ihr(e) Mittel.
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Ein Moment bezeichnet vorliegend ein Drehmoment bzw. antiparalleles Kräftepaar.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert,:
- 1: eine Roboteranordnung mit einem Roboter und einem Werkzeug nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
- 2: Verläufe von mit einem Lastsensor des Roboters erfassten Klemmkräften;
- 3: ein Verfahren zur Überwachung der Roboteranordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
- 4: eine Roboteranordnung mit einem Roboter und einem Werkzeug nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
- 5: eine Draufsicht auf das Werkzeug der 4 in Richtung einer Drehachse.
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1 zeigt eine Roboteranordnung mit einem Roboter 10, einer Steuerung 40 zum Steuern des Roboters und einem Werkzeug in Form eines (Außen)Greifers nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Der Greifer weist eine (Werkzeug- bzw. Greifer)Basis 20 auf, die an einer Aufnahme in Form eines Flanschs 11 des Roboters befestigt ist.
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Der Roboter weist einen Lastsensor in Form eines sechsachsigen Kraft-Momenten-Sensors 30 zur Messung von externen Kräften und Momenten am Flansch 11 mit einer Eingangsseite 31 und einer aufnahmeseitigen Ausgangsseite 32 auf.
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Der Greifer weist ein an der Basis 20 angeordnetes ersten Werkzeugglied in Form einer beweglichen Greiferbacke 21, ein von der Basis getrenntes und stattdessen an der Eingangsseite 31 befestigtes und dadurch daran abgestütztes zweites Werkzeugglied in Form einer fest(stehend)en Greiferbacke 24 sowie einen Antrieb 22 zum Verstellen der ersten Greiferbacke 21 relativ zur Basis 20 auf, durch den das erste und zweite Werkzeugglied 21, 24 relativ zueinander verstellbar sind.
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Beide Werkzeugglieder bzw. Greiferbacken 21, 24 weisen jeweils eine Greiferplatte 23 bzw. 25 auf, die gegen eine gestrichelt dargestellte andere Greiferplatte 23` bzw. 25` ausgetauscht werden kann.
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An der Basis 20 ist ein Gehäuse 26 befestigt und dadurch daran abgestützt, welches eine Außenfläche (oben in 1) und eine aufnahmeseitige Stirnseite (rechts in 1) der zweiten Greiferbacke 24, insbesondere eine Außenfläche ihrer montierten Greiferplatte 25, abdeckt.
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Falls die (ausgezogen dargestellte) Greiferplatte 25 gegen die alternative (gestrichelt dargestellte) Greiferplatte 25` ausgetauscht wird, wird auch das (in 1 ausgezogen dargestellte) Gehäuse 26 gegen ein gestrichelt dargestelltes alternatives Gehäuse 26` zur Abdeckung der (Außenfläche der) alternativen Greiferplatte 25` ausgetauscht. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann das Gehäuse auch mehrteilig sein, wobei dann in einer Ausführung nur ein entsprechender Teil zur Abdeckung der (Außenfläche der) jeweilig(montierten Greiferplatte ausgetauscht wird.
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Das zweite Werkzeugglied 24 durchgreift die Basis 20, in einer nicht dargestellten Abwandlung kann es auch an deren Außenfläche vorbeigeführt sein.
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Die Steuerung 40 führt ein in 3 gezeigtes Verfahren zur Überwachung der Roboteranordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung durch. Hierzu vergleicht sie in einem Schritt S10 mit dem Lastsensor 30 erfasste Kräfte F mit einem in 2 strich-doppelpunktiert angedeuteten Grenzwert F*, der von einer Zustellung s der ersten Greiferbacke 21 auf die zweite Greiferbacke 24 zu und damit von einer entsprechenden Stellung der ersten und zweiten Greiferbacke 21, 24 relativ zueinander abhängt, wie in 2 skizziert: bis zu einer Soll-Stellung s' kurz vor einer Schließstellung s*, in der eine lichte Weite zwischen den Greiferbacken 21, 24 eine Breite eines zu greifenden Bauteils entspricht, ist der Grenzwert F* niedriger als nach der Soll-Stellung.
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Wird bei Zufahren ein unvorhergesehenes Hindernis mit eingeklemmt, übersteigt die erfasste Klemmkraft F bereits vor der Soll-Stellung s' den aktuell geltenden Grenzwert F*, wie in 2 gestrichelt dargestellt. Daraufhin schaltet die Steuerung 40 in einen Kollisionsmodus um, in dem beispielsweise die Verstellung des Greifers und/oder eine Bewegung des Roboters gestoppt wird (3: S20).
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Anhand der 1 wird auch deutlich, dass eine Klemmkraft zwischen den beiden Greiferbacken 21, 24 bzw. ihren Greiferplatten 23, 25 zwischen der Ein- und Ausgangsseite 31, 32 des Kraft-Momenten-Sensors 30 sowohl eine entsprechende (Quer)Kraft als auch ein (Biege)Moment bewirkt. Entsprechend kann auf Basis dieser erfassten Kraft und dieses erfassten Moments bei bekannter Greifposition bzw. bekanntem Kraftangriff der Klemmkraft die Klemmkraft durch eine entsprechende Ausgleichsrechung präziser und zuverlässiger ermittelt werden. Falls hingegen Greifposition bzw. Kraftangriff nicht bekannt sind, kann diese(r) auf Basis der erfassten (Quer)Kraft und des erfassten (Biege)Moments ermittelt werden, da das induzierte (Biege)Moment vom Hebelarm bzw. Kraftangriff der Klemmkraft und damit der Greifposition abhängt.
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4 zeigt in 1 entsprechender Weise eine Roboteranordnung mit dem Roboter 10 und einem Werkzeug nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen identifiziert, so dass auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird.
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In der Ausführung der 4 ist der Lastsensor ein (Gelenk)Momentensensor 30 zur Messung von Momenten an dem der Aufnahme 11 benachbarten, letzten bzw. distalen Drehgelenk des Roboters 10 zum Drehen der Aufnahme 11 um dessen Drehachse 12.
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5 zeigt eine Draufsicht auf das Werkzeug der 4 in Richtung der Drehachse 12 (von links in 3), wobei zur übersichtlicheren Darstellung Elemente ausgeblendet und nur der Umriss der Basis 20 sowie die erste und zweite Greiferbacke 21, 24 mit ihren Greiferplatten 23, 25, die Drehachse 12 und der (Gelenk)Momentensensor 30 dargestellt sind.
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Wie hieraus erkennbar, ist die Verstellachse A des ersten und zweiten Werkzeugglieds bei an der Aufnahme befestigter Werkzeugbasis windschief zur Drehachse 12. Dadurch induziert eine Klemmkraft zwischen den beiden Greiferbacken 21, 24 bzw. ihren Greiferplatten 23, 25 ein Moment zwischen der Ein- und Ausgangsseite des (Gelenk)Momentensensors 30 um die Drehachse 12, der somit die Klemmkraft messen kann.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
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So kann in einer Abwandlung das Gehäuse 26 einen (werkzeug)basisfesten ersten Gehäuseteil und einen beweglichen, insbesondere in einer Längsrichtung verschiebbaren, zweiten Gehäuseteil (links in 1, 4) aufweisen, die in Längsrichtung (horizontal in 1, 4) ineinander verschiebbar und/oder federn so verbunden sind, dass eine unbelastete Normalstellung immer der (insbesondere gegen einen Endanschlag) ausgefahrene Zustand ist.
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Bei Längskontakt in Stoßrichtung des Greifers kann dieser zweite Gehäuseteil (gegenüber dem ersten Gehäuseteil) einfedern und so die Greiferbacke 24 zum Teil freigeben. Die Feder ist dabei vorzugsweise so dimensioniert, dass die Kraft beim Einfedern stark genug ist, um vom Sensor 30 detektiert zu werden, aber nicht so stark, dass der Greifprozess dadurch, beispielsweise durch Wegrutschen des Bauteils oder dergleichen, behindert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Roboter
- 11
- (Roboter)Flansch (Aufnahme)
- 12
- Drehachse
- 20
- (Werkzeug- bzw. Greifer)Basis
- 21
- erste Greiferbacke (erstes Werkzeugglied)
- 22
- Antrieb
- 23(‘)
- Greiferplatte
- 24
- zweite Greiferbacke (zweites Werkzeugglied)
- 25(‘)
- Greiferplatte
- 26(‘)
- Gehäuse
- 30
- Lastsensor
- 31
- Eingangsseite
- 32
- Ausgangsseite
- 40
- (Roboter)Steuerung
- A
- Verstellachse
- F
- Klemmkraft
- F*
- Grenzwert
- s
- (Zu)Stellung der ersten Greiferbacke
- s'
- Soll-Stellung
- s*
- Schließstellung
