DE102019004595A1 - Gripping device and robot and control method - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Greifvorrichtung zum Greifen von Objekten (8), die auf einer Fläche gelagert sind, mit zumindest zwei Greifeinheiten (1;2) mit Greiferelementen (3), die eine integrale Vorrichtung zur schwenkbaren Lagerung eines distalen Fingerelements (5) gegenüber einem proximalen Basiselement (6) aufweisen.The present invention relates to a gripping device for gripping objects (8) which are mounted on a surface, with at least two gripping units (1; 2) with gripper elements (3), which are an integral device for the pivotable mounting of a distal finger element (5 ) have opposite a proximal base element (6).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung, insbesondere für Roboter und Manipulatoren, einen diese verwendenden Roboter sowie ein Steuerungsverfahren zum Greifen von Objekten mittels eines Roboters.The present invention relates to a gripping device, in particular for robots and manipulators, a robot using them and a control method for gripping objects by means of a robot.
Greifvorrichtungen als Parallelgreifer mit zwei linear beweglichen Greifern oder Fingerelementen, als Zentrischgreifer mit zumindest drei Fingerelementen oder als Winkelgreifer mit versetzt zuspannenden Greifern für Roboter sind in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Die Greifvorrichtungen können darüber hinaus so ausgestaltet sein, dass sie einen Linear- bzw. Klauengriff ermöglichen, bei dem ein Objekt durch die Greifer der Greifvorrichtung nur an zwei einzelnen Stellen gegriffen wird, oder dass sie einen das Objekt mit den Greifern im Wesentlichen vollständig umschließenden bzw. Raumgriff gestatten, indem sich ggfs. die Greifer bzw. Fingerelemente der Greifvorrichtung an die Kontur des zu greifenden Objekts anpassen.Gripping devices as parallel grippers with two linearly movable grippers or finger elements, as centric grippers with at least three finger elements or as angular grippers with offset grippers for robots are known in the most varied of configurations. The gripping devices can also be designed in such a way that they enable a linear or claw grip in which an object is gripped by the gripper of the gripping device only at two individual points, or that they substantially completely enclose the object with the grippers or Allow spatial gripping by adapting the grippers or finger elements of the gripping device to the contour of the object to be gripped.
Aus der
Eine hinsichtlich der Mechanik ähnliche Konstruktion für eine Greifvorrichtung ist in der
Weitere Greifvorrichtungen mit einer einem Parallelogrammgetriebe ähnlichen Führung der Fingerelemente sind beispielsweise aus der
Aus der
Keines der vorhergehend geschilderten Greifvorrichtungen ist für sich jedoch in der Lage, ein Objekt zu greifen, das auf einer Fläche angeordnet und das selbst eher flach oder filigran ausgebildet ist, so dass sich die bekannten Greiftechniken, bei denen die Greiffinger vertikal über dem Objekt nach unten und dann seitlich verfahren werden (Parallelgriff), nicht eignen. Eine intrinsische Nachgiebigkeit derartiger Greifvorrichtungen ist, wenn überhaupt vorhanden, nur auf diese Art des Parallelgriffs ausgelegt. Hinzu komm das Problem, dass, wenn es sich um aus steifen Körpern gebildete Finger handelt, beim Herabfahren der Greiffinger um das Objekt, bevor diese sich um das Objekt schließen sollen, diese auf der Fläche auftreffen, wodurch ungewünschte Kräfte und Momente in die Finger, damit in den Effektor und letztendlich in den Roboterarm eingeleitet werden. Handelt es sich um Finger, die aus einem nachgiebigen Material hergestellt sind, kann es beim Auftreffen auf die Fläche zu Verformungen kommen, die ein weiteres seitliches Greifen unmöglich machen. Beide Fälle sind regelungstechnisch nicht oder, wenn überhaupt, nur mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand zu handhaben.However, none of the gripping devices described above is in itself capable of gripping an object that is arranged on a surface and that is itself rather flat or filigree, so that the known gripping techniques, in which the gripping fingers vertically down over the object and then be moved sideways (parallel grip), not suitable. An intrinsic resilience of such gripping devices, if any, is only designed for this type of parallel grip. In addition, there is the problem that, if the fingers are made of stiff bodies, when the gripping fingers are lowered around the object, before they are supposed to close around the object, they hit the surface, causing undesired forces and moments in the fingers, thus introduced into the effector and ultimately into the robot arm. If the fingers are made of a flexible material, deformations can occur when they hit the surface, which make it impossible to grasp from the side. Both cases cannot be handled in terms of control technology or, if at all, only with a disproportionately high effort.
Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Greifvorrichtung, insbesondere für Roboter der Leichtbauweise, zur Verfügung zu stellen, die einfach zu betätigen, vielseitig einsetzbar und darüber hinaus kostengünstig herzustellen ist und die das Greifen von Objekten gestattet, die auf einer Fläche gelagert sind und sich durch einen Parallelgriff mit von oben an das Objekt herangeführten Greiffingern nicht oder nur unzureichend aufnehmen lassen.Based on this, it is an object of the invention to provide an improved gripping device, in particular for lightweight robots, which is easy to operate, can be used in a variety of ways and, moreover, is inexpensive to manufacture and which allows objects to be gripped are mounted on a surface and cannot be picked up, or only insufficiently, by a parallel grip with gripping fingers brought up to the object from above.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Greifvorrichtung nach Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren nach Anspruch 11.This object is achieved with a gripping device according to claim 1 and with a method according to claim 11.
Demzufolge schlägt die Erfindung eine Greifvorrichtung zum Greifen von Objekten mit zumindest zwei Greifeinheiten vor, die durch eine gesteuerte Bewegung zwischen einer Freigabestellung und einer das Objekt greifenden Greifstellung überführbar sind, wobei die Greifeinheiten jeweils Greiferelemente aufweisen, die in der Greifstellung mit dem zu greifenden Objekt zur Anlage bringbar sind, und wobei die Greiferelemente zumindest eine Vorrichtung aufweisen, die die Greiferelemente in ein das Objekt greifendes distales Fingerelement und ein proximales Basiselement aufteilt, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, eine Bewegung des Fingerelements relativ zu dem Basiselement nur in einer Schwenkrichtung zu ermöglichen.Accordingly, the invention proposes a gripping device for gripping objects with at least two gripping units, which can be transferred by a controlled movement between a release position and a gripping position gripping the object, the gripping units each having gripper elements that are in the gripping position with the object to be gripped Abutment can be brought, and wherein the gripper elements have at least one device that divides the gripper elements into a distal finger element gripping the object and a proximal base element, the device being designed to allow movement of the finger element relative to the base element in only one pivoting direction.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung aktuatorisch antreibbar, d.h. kann aktiv angesteuert werden.In one embodiment, the device can be driven by an actuator, i.e. it can be actively controlled.
In einer anderen Ausführungsform ist die Vorrichtung durch eine äußere Krafteinwirkung betätigbar, d.h. diese wird passiv angesteuert, indem die Greiffinger an ein Widerlager, bspw. die Fläche, auf der das Objekt liegt, herangeführt und an diesem, bspw. durch den Roboter, entlang bewegt werden.In another embodiment, the device can be actuated by an external force, ie it is passively controlled in that the gripping fingers are brought up to an abutment, for example the surface on which the object lies, and moved along it, for example by the robot will.
Gemäß der Erfindung kann die Vorrichtung unter einer Vorspannung stehen, die ausgebildet ist, das Greiferelement in seine Ausgangslage zurückzuführen, wenn keine äußere Kraft einwirkt. Hierbei können diverse Federmechanismen zum Einsatz kommen.According to the invention, the device can be under a pretension which is designed to return the gripper element to its starting position when no external force acts. Various spring mechanisms can be used here.
Die Greiferelemente, bzw. das distale Fingerelement und das proximale Basiselement, können aus steifen Körpern bestehen oder vorzugsweise in sich nachgiebig ausgebildet, bspw. aus einem nachgiebigen Material hergestellt sein.The gripper elements, or the distal finger element and the proximal base element, can consist of rigid bodies or are preferably designed to be inherently flexible, for example made of a flexible material.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Greiferelement eine monolithische Struktur aus einem solchen nachgiebigen Material auf. Die Vorrichtung innerhalb der monolithischen Struktur kann durch eine entsprechende Materialverjüngung, integralen Hebel- und/oder Gelenkelementen oder dergleichen verwirklicht werden. Vorzugsweise lässt sich diese monolithische Struktur durch ein additives Verfahren, wie einem 3D-Druckverfahren, herstellen.In a preferred embodiment, the gripper element has a monolithic structure made of such a resilient material. The device within the monolithic structure can be realized by a corresponding material taper, integral lever and / or joint elements or the like. This monolithic structure can preferably be produced using an additive process, such as a 3D printing process.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Greifvorrichtung gemäß der Erfindung kann das distale Fingerelement eine gekrümmte oder gebogene Außenfläche bzw. Außenflanke aufweisen, die so konzipiert ist, dass sie eine Abrollbewegung an einer Fläche ermöglicht, auf der das zu greifende Objekt liegt, wobei die Krümmung der das Objekt greifenden Fläche bzw. Innenflanke des Fingerelements gegenüberliegt.In a further preferred embodiment of the gripping device according to the invention, the distal finger element can have a curved or curved outer surface or outer flank, which is designed so that it enables a rolling movement on a surface on which the object to be gripped lies, the curvature of the the object gripping surface or inner flank of the finger element is opposite.
Um ein besseres Aufnehmen des Objekts von der Fläche, ggfs. in Kombination mit einer solchen Abrollbewegung, zu verwirklichen, kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass das proximale Basiselement an einer Greiferbasis verschiebbar und/oder drehbar gelagert sowie aktuatorisch antreibbar ist.In order to better pick up the object from the surface, possibly in combination with such a rolling movement, it can also be provided that the proximal base element is displaceably and / or rotatably mounted on a gripper base and can be driven by an actuator.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch einen Roboter, vorzugsweise der Leichtbauweise für einen Einsatz im Zuge einer Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK), der eine Greifvorrichtung nach einem der oben geschilderten Ausführungen aufweist.The invention also relates to a robot, preferably of the lightweight construction for use in the course of a human-robot collaboration (HRC), which has a gripping device according to one of the designs described above.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuerverfahren zum Greifen eines auf einer Fläche angeordneten Objekts mittels eines Roboters, der eine Greifvorrichtung nach einem der oben geschilderten Ausführungen aufweist, mit den Schritten:
- a) Heranführen der Greifvorrichtung an das Objekt unter Anlage eines Greiferelements an die Fläche;
- b) Bewegen des Roboters derart, dass das distale Fingerelement des Greiferelements sich gegenüber dem proximalen Basiselement verschwenkt; und
- c) Heranführen des Greiferelements an das Objekt unter Eingriff des distalen Fingerelements unter das Objekt.
- a) moving the gripping device to the object with a gripper element resting on the surface;
- b) moving the robot in such a way that the distal finger element of the gripper element is pivoted relative to the proximal base element; and
- c) bringing the gripper element up to the object with engagement of the distal finger element under the object.
Bevorzugt werden dabei die Schritte b) und c) gleichzeitig unter einer entsprechenden Verlagerungsbewegung des Roboters durchgeführt.Preferably, steps b) and c) are carried out simultaneously with a corresponding displacement movement of the robot.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird vorzugsweise von einem Roboter durchgeführt, der nachgiebig und/oder feinfühlig geregelt ist.The method according to the invention is preferably carried out by a robot which is flexibly and / or sensitively controlled.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des anhand der anhängenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen
-
1 schematisch eine Greifvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Freigabestellung; und -
2 schematisch die Greifvorrichtung beim Greifen eines Objekts auf einer Fläche.
-
1 schematically a gripping device according to the invention in a release position; and -
2 schematically the gripping device when gripping an object on a surface.
In den
Die Greifvorrichtung weist für sich autarke Greifeinheiten
Die Greiferelemente
Der Gelenkmechanismus
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Greiferelemente
Ein auf einer ebenen Fläche angeordnetes Objekt
Die Außenflanke
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Greifvorrichtung liegt darin, dass bei Ungenauigkeiten beim Greifvorgang selbst bzw. bei zu starken Kräften und Momenten beim Auftreffen der Greiferelemente
In diesem Zusammenhang eignet sich eine solche Greifvorrichtung insbesondere für den Einsatz mit einem MRK-Roboter, der eine entsprechende Nachgiebigkeitsregelung aufweist, die ein solches „erfühlendes“ Greifen eines bspw. flachen, filigranen Objekts durch die Greifvorrichtung und den Roboter umzusetzen vermag.In this context, such a gripping device is particularly suitable for use with an HRC robot, which has a corresponding compliance control that is able to implement such a "sensory" gripping of a flat, filigree object, for example, by the gripping device and the robot.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- WO 2016/141266 A1 [0004]WO 2016/141266 A1 [0004]
- WO 2016/037288 A1 [0005]WO 2016/037288 A1 [0005]
- US 9533419 [0005]US 9533419 [0005]
- DE 102009015975 B4 [0006]DE 102009015975 B4 [0006]
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DE102019004595.5A DE102019004595A1 (en) | 2019-07-04 | 2019-07-04 | Gripping device and robot and control method |
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DE102019004595.5A DE102019004595A1 (en) | 2019-07-04 | 2019-07-04 | Gripping device and robot and control method |
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