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Die Erfindung betrifft ein Sensormodul zum Erfassen von Parametern eines Roboteraufbaus. Ein derartiges Modul kommt beispielsweise bei der Inbetriebnahme von Industrierobotern zum Einsatz. Auch zum Kalibrieren bzw. zum erneuten Kalibrieren während des laufenden Betriebs von Industrierobotern ist ein derartiges Sensormodul geeignet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System mit einem Sensormodul sowie ein Verfahren zum Erfassen von Parametern.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Erfassung von Parametern eines Roboteraufbaus zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird durch ein Sensormodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Das Sensormodul ist zum Erfassen von Parametern eines Roboteraufbaus ausgebildet, wobei der Roboteraufbau zumindest einen Manipulator für Positionieraufgaben aufweist. Dazu weist das Sensormodul:
- - zumindest eine Fläche auf, die zur Interaktion mit dem Manipulator ausgebildet ist und
- - zumindest einen Sensor, der zum Ermitteln einer Kraft und/oder eines Drucks ausgebildet ist, die/der vom Manipulator auf die Fläche einwirkt.
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Der Roboteraufbau kann dabei als Roboterarm oder jegliche weitere Art von Roboter ausgebildet sein. Der Manipulator kann dabei als ein Greifer, ein Saug-Greifer oder weitere Formen von Manipulatoren zur Manipulation eines Werkstücks ausgebildet sein. Es ist möglich, dass die Fläche an den Greifer angepasst ist. Es ist ebenso möglich, dass die Fläche so ausgestaltet ist, dass sie eine möglichst gute Greifoberfläche aufweist oder je nach Anforderung an einen Test eine möglichst herausfordernde Greifoberfläche für den Greifer beziehungsweise für den Manipulator aufweist. Je nach Testumgebung kann die Fläche auch austauschbar gestaltet sein, um für eine Vielzahl von Manipulatoren Parameter ermitteln zu können.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zumindest einen Beschleunigungssensor auf. Dieser kann z.B. nachdem der Manipulator das Sensormodul aufgenommen hat die auf das Sensormodul einwirkenden Beschleunigungen ermitteln. So können Beschleunigungsparameter ermittelt werden, bspw. zur Überprüfung einer bestehenden Regelung, ob beispielsweise die zu handhabende Ware beschädigt werden kann. Auch können so Erschütterungen ermittelt werden, die durch das Einwirken des Manipulators auf das Sensormodul entstehen. Durch eine Integration des Beschleunigungswertes könnten weiterhin Geschwindigkeitswerte ermittelt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zumindest eine Energieversorgungseinrichtung auf. Die Energieversorgungseinrichtung kann dabei dergestalt sein, dass sie einen kabellosen Betrieb des Sensormoduls für zumindest ein Testprogramm ermöglicht. Hier haben sich zum Beispiel Lithium-Ionen-Akkus als vorteilhaft erwiesen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zumindest eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit kann dabei so ausgebildet sein, dass die im Sensormodul vorhandenen Sensoren anbindet, ansteuert und/oder ausliest. Auch erste Parameterermittlungen können so bereits direkt in der Sensoreinheit durchgeführt werden. Die Auswerteeinheit kann dazu einen Microcontroller oder einen Prozessor aufweisen. Testprogramme können dabei in der Auswerteeinheit hinterlegt sein. Kommen mehrere Sensormodule zum Einsatz, so können jeweils voneinander verschiedene Testprogramme in den Sensormodulen vorgesehen sein, sodass der Roboteraufbau abhängig vom jeweiligen Sensormodul ein Testprogramm durchläuft.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zumindest einen Temperatursensor und/oder einen Feuchtigkeitssensor auf. So können Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit direkt am Manipulator ermittelt werden. Dies ist insbesondere bei temperaturempfindlichen bzw. klimasensitiven Prozessen von Vorteil. Ein vollständigeres Bild des Prozesses, bzw. der Parameter kann so ermittelt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zumindest eine Kommunikationsschnittstelle auf. Die Kommunikationsschnittstelle kann dabei insbesondere zur Übertragung von aktuellen Messwerten, insbesondere durch Echtzeitprotokolle, ausgebildet sein. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen eine drahtlose Schnittstelle zu implementieren. Dazu können proprietäre Schnittstellen, als auch als offene Schnittstellen wie Beispielsweise WLAN oder Bluetooth verwendet werden. Es ist ebenso denkbar, dass eine drahtgebundene Schnittstelle verwendet wird, die kann in Einzelfällen eine schnellere Übertragungsgeschwindigkeit aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zumindest eine erste und eine zweite Fläche auf, die insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Flächen zum Greifen mit einem als Greifer ausgeführten Manipulator ausgebildet sind. Als Sensoren können hier Kraftsensoren zum Einsatz kommen, die eine zwischen der ersten und der zweiten Fläche wirkende Kraft erfassen. Weiterhin ist denkbar, dass die jeweils auf die erste bzw. auf die zweite Fläche wirkende Kraft erfasst werden kann, um ggf. Ungleichheiten in der Kraftentfaltung ermitteln zu können.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zumindest eine dritte Fläche auf, die zum Greifen mit einem als Saug-Greifer ausgeführten Manipulator ausgebildet ist. Einer der Sensoren kann dabei zum Erfassen eines durch den Saug-Greifer auf die dritte Fläche ausgeübten Drucks ausgebildet sein.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch ein System gelöst, dass zumindest ein erfindungsgemäßes Sensormodul und eine Koordinationseinheit aufweist. Die Koordinationseinheit ist dabei zur Kommunikation mit dem Sensormodul ausgebildet. Die Koordinationseinheit kann dabei dazu ausgebildet sein Sensordaten in Rohform oder bereits in ausgewerteter Form von einem oder mehreren Sensormodulen empfangen, weitere Auswertungen durchführen, z.B. Parameter ermitteln und Parameter und/oder Sensordaten anderen Geräten, wie beispielsweise Robotersteuerungen, zur Verfügung stellen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Koordinationseinheit zur Ansteuerung eines Roboteraufbaus ausgebildet, der zumindest einen Manipulator aufweist. Die Koordinationseinheit steuert dabei den Roboteraufbau so an, dass dieser mit dem Manipulator ein Testprogramm am Sensormodul durchführt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Koordinationseinheit zum Ermitteln von Parametern des Manipulators ausgebildet ist. Die Koordinationseinheit kann dabei beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie eine Robotersteuerung zum Durchlaufen des Testprogramms steuert und dadurch ein oder mehrere Parameter des Roboteraufbaus ermittelt.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Erfassen von Parametern eines Roboteraufbaus gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Sensormoduls,
- - Durchführen eines Testprogramms, umfassend ein Manipulieren des Sensormoduls mit einem Manipulator des Roboteraufbaus und
- - Erfassen zumindest der Parameter, die durch das Manipulieren mit dem Sensormodul aufgenommen werden. Weitere Parameter, wie eine Positioniergenauigkeit, können ebenso durch das Sensormodul aufgenommen oder erfasst werden.
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Mit dem Verfahren kann ein bisher nicht kalibrierter Roboteraufbau kalibriert werden oder ein bereits im laufenden Betrieb befindlicher Roboteraufbau überprüft werden, um sicherzustellen, dass dieser noch gemäß Spezifikation arbeitet. Es ist denkbar, dass das erfindungsgemäße Sensormodul in regelmäßigen Abständen durch den Roboteraufbau während des Betriebs manipuliert wird, um regelmäßig Qualitätsdaten und/oder Kalibrierungsdaten zu erfassen. In anderen Worten könnte jedes n-te Mal anstatt eines Werkstücks das Sensormodul durch den Roboteraufbau gegriffen, angehoben und/oder neu positioniert werden.
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Das Testprogramm kann dabei folgende Schritte aufweisen:
- - Greifen des Sensormoduls mit einem Manipulator des Roboteraufbaus,
- - Anheben des Sensormoduls, insbesondere unter Veränderung der Orientierung des Sensormoduls und
- - erneutes Positionieren auf derselben oder einer neuen Position.
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Beispielsweise durch externe Sensoren kann eine Positioniergenauigkeit mit in die Auswertung und Ermittlung der Parameter einfließen. Eine Kombination der durch das Sensormodul durchgeführten Messungen mit weiteren Parametern, die beispielsweise durch eine Robotersteuerung zur Verfügung gestellt werden, ist vorteilhaft.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch einen Roboteraufbau mit einem Sensormodul und
- 2 ein Sensormodul im Detail.
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1 zeigt einen Roboteraufbau 10 mit einem Manipulator 12 und einem weiteren Manipulator 13. Der Manipulator 12 ist hier als Greifer gezeigt, der Manipulator 13 ist hier als ein Saug-Greifer gezeigt. Der Manipulator 12 ist dabei in der Lage eine Kraft F bzw. einen Druck p auszuüben. Analog kann der Saug-Greifer 13 eine Saug-Kraft F bzw. einen Saug-Druck p ausüben. Ein Sensormodul 100 ist gezeigt, das dabei eine erste Fläche 111, eine zweite Fläche 112 sowie eine dritte Fläche 113 aufweist. Die erste Fläche 111 und die zweite Fläche 112 sind dabei parallel zueinander an gegenüberliegenden Seiten des in diesem Fall quaderförmig ausgeführten Moduls 100 angeordnet. Die dritte Fläche 113 ist auf der Oberseite des Sensormoduls 100 so ausgebildet, dass der weitere Manipulator 13, der als Saug-Greifer ausgebildet ist, dazu kompatibel ist und das Sensormodul an der dritten Fläche 113 greifen kann.
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Eine Beschleunigung a ist schematisch eingezeichnet, wobei diese in allen Dimensionen erfasst werden kann. Dazu kann das Sensormodul einen Beschleunigungssensor aufweisen, der in allen Raumrichtungen und um alle Achsen eine Beschleunigung erfassen kann. Eine Umgebungstemperatur T ist ebenso gezeigt, diese kann durch ein entsprechendes Sensormodul 100 mit Temperatursensor erfasst werden.
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2 zeigt ein Sensormodul 100 im Detail. Das Sensormodul 100 weist dabei wie in 1 gezeigt eine erste Fläche 111, eine zweite Fläche 112 sowie eine dritte Fläche 113 auf. Die erste und die zweite Fläche 111, 112 weisen dabei Sensoren auf, die zur Erfassung von Greifkräften F, hier nicht eingezeichnet, ausgebildet sind. Derartige Sensoren können beispielsweise Dehnmesstreifen aufweisen.
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2 weist weiterhin eine Auswerteeinheit 120 auf, die beispielsweise eine Recheneinheit aufweist, insbesondere einen Mikrocontroller. Die Auswerteeinheit 120 weist weiterhin eine Kommunikationsschnittstelle 122 auf, die in diesem Fall als eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist. Weiterhin ist eine Energieversorgungseinrichtung 160 gezeigt, die Beispielweise als ein Lithium-Ionen-Akku ausgebildet sein kann.
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Zur Erfassung der Umgebungstemperatur T weist das Sensormodul 100 einen Temperatursensor 152 auf. Eine Luftfeuchtigkeit kann durch einen Feuchtigkeitssensor 153 erfasst werden. So können die klimatischen Verhältnisse um das Sensormodul 100 mit in die Ermittlung von Parametern einfließen. Die Energieversorgungseinrichtung 160 kann beispielsweise über eine induktive Ladeeinrichtung 162 mit Energie versorgt werden wieder aufgeladen werden. Alternativ kann das Sensormodul 100 drahtgebunden mit Energie versorgt werden oder durch einen Stecker trennbar drahtgebunden aufgeladen werden.
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Das Sensormodul 100 kann dabei problemlos für gängige Robotersysteme in der Elektronikfertigung verwendet werden. Die Nutzung des Sensormoduls 100 ist dabei ebenso für verschiedene Hersteller wie für verschiedene Arten von Manipulatoren möglich. Vorteilhaft ermöglicht ein erfindungsgemäßes Sensormodul 100 eine Verringerung des Aufwands des Einrichtens bzw. des Umrüstens von Robotersystemen. Das Sensormodul 100 kann dabei weiterhin zum Protokollieren von gewissen Qualitätsstandards aus der Produktion, in der ein Roboteraufbau 10 zum Einsatz kommt, verwendet werden. Auch ein erneutes Kalibrieren eines Roboteraufbaus 10 ist möglich.
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3 zeigt ein System, mit einer Koordinationseinheit 200, die mit einer Robotersteuerung 15 eines Roboteraufbaus 10 kommuniziert und diese beispielsweise zum Ausführen eines Testprogramms ansteuert. Weiterhin sind zwei Sensormodule 100 zu sehen, die jeweils eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 122 aufweisen und zur drahtlosen Kommunikation mit der Koordinationseinheit 200 ausgebildet sind, die zu diesem Zweck eine Kommunikationsschnittstelle 222 aufweist. Die Koordinationseinheit 200 kann dementsprechend den Roboteraufbau 10 derart ansteuern, dass unter Verwendung der beiden Sensormodule 100 ein Testprogramm durchgeführt wird. So können die Sensormodule 100 positioniert werden und beispielsweise gestapelt oder an- bzw. nebeneinander angeordnet werden. So kann auch eine relative Positioniergenauigkeit zweier Werkstücke zueinander überprüft werden.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Sensormodul 100 zum Erfassen von Parametern F, p, a, T eines Roboteraufbaus 10, der zumindest einen Manipulator 12 für Positionieraufgaben aufweist. Das Sensormodul 100 weist:
- - zumindest eine Fläche 111, 112, 113 auf, die zur Interaktion mit dem Manipulator 12, 13 ausgebildet ist und
- - zumindest einen Sensor auf, der zum Ermitteln einer Kraft F und/oder eines Drucks p ausgebildet ist, die/der vom Manipulator 12 auf die Fläche 111, 112, 113 einwirkt. Dier Erfindung betrifft weiterhin ein System sowie ein Verfahren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Roboteraufbau
- 12
- Manipulator
- 15
- Robotersteuerung
- F
- Greif-Kraft
- p
- Druck
- a
- Beschleunigung
- T
- Temperatur
- 100
- Sensormodul
- 111
- erste Fläche
- 112
- zweite Fläche
- 113
- dritte Fläche
- 120
- Auswerteeinheit
- 122
- Kommunikationsschnittstelle
- 150
- Beschleunigungssensor
- 152
- Temperatursensor
- 153
- Feuchtigkeitssensor
- 160
- Energieversorgungseinrichtung
- 162
- induktive Ladeeinrichtung
- 200
- Koordinationseinheit
- 222
- Kommunikationsschnittstelle
