DE102021119996A1

DE102021119996A1 - Verfahren zum Betreiben einer Handhabungsanlage, Handhabungsanlage sowie Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102021119996A1
Application number: DE102021119996.4A
Authority: DE
Inventors: Walter Schaaf
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2023-02-02
Also published as: AT525315A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Handhabungslage (10), umfassend wenigstens einen Manipulator (30), ein Magazin (26) mit einer Mehrzahl von Greifmodulen (22), welche jeweils wenigstens einen Greifendeffektor (28) aufweisen, wenigstens ein mit dem wenigstens einen Manipulator verbundenes und durch diesen verlagerbares Greifergrundmodul (20) mit einer Mehrzahl von Koppelstellen (24), an jeweils ein Greifmodul ankoppelbar ist, und eine Steuereinrichtung, umfassend Bereitstellen von Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers, Ermitteln einer Greifer-Konfiguration in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen, Zusammensetzen des Greifers durch sequentielles Anfahren des Greifergrundmoduls an die anzukoppelnden Greifmodule mittels des wenigstens einen Manipulators und Ankoppeln der Greifmodule an die jeweils zugeordneten Koppelstellen. Die Erfindung betrifft auch eine Handhabungsanlage sowie ein Computerprogrammprodukt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Handhabungsanlage gemäß Anspruch 1, eine Handhabungsanlage gemäß Anspruch 14 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 15.
Handhabungsanlagen dienen insbesondere zum Greifen und Handhaben von Gegenständen und finden beispielsweise in Produktionsumgebungen Verwendung, um Werkstücke zwischen verschiedenen Bearbeitungsorten zu transportieren oder während einer Bearbeitung positionsgenau zu halten. Solche Handhabungsanlage umfassen üblicherweise einen Greifer mit wenigstens einem Greifendeffektor zum Greifen des Gegenstands und einen Manipulator, bspw. einen Roboter, mittels dessen der Greifer und somit ein daran angeordnetes Greifobjekt verlagerbar ist.
Um Greifobjekte mit unterschiedlicher Form und Größe zuverlässig handhaben zu können, ist es wünschenswert eine Greifer-Konfiguration individuell auf das Greifobjekt anpassen zu können. Vor diesem Hintergrund sind beispielsweise Greifer bekannt, bei denen Position und/oder Anzahl der Greifendeffektoren manuell veränderbar ist. Bei solchen Greifern findet dann üblicherweise vor dem eigentlichen Handhabungsprozess ein manueller Einrichtungsprozess statt, um die Greifer bspw. an veränderte Greifanforderungen anzupassen. Dies führt regelmäßig dazu, dass die Greifer für unerwünscht lange Zeitdauern nicht bestimmungsgemäß verwendet werden können. Zudem ist es in der Praxis beispielsweise bekannt, Sauggreifer mit unterschiedlich großen Saugquerschnitten vorzuhalten und diese in Abhängigkeit von Geometrie und Beschaffenheit eines zu greifenden Gegenstands entsprechend auszuwechseln.
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, Gegenstände mit unterschiedlichen Formen und Größenverhältnissen zuverlässig automatisiert handhaben zu können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren zum Betreiben einer Handhabungsanlage mit konfigurierbarem Greifer zum Greifen eines Greifobjektes, insbesondere um ein Verfahren zum automatisierten Bereitstellen eines Greifers mittels einer Handhabungsanlage.
Die Handhabungsanlage umfasst wenigstens einen Manipulator. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Roboter handeln. Beispielsweise kann der Roboter mit einer Portal-Kinematik, Scara-Kinematik, klassischen 6-Achs-Kinematik, Delta-Kinematik oder Seilzug-Kinematik ausgebildet sein.
Die Anlage umfasst außerdem ein Magazin mit einer Mehrzahl von vorkonfigurierten Greifmodulen. Die Greifmodule weisen wenigstens einen Greifendeffektor zum Greifen eines Greifobjektes auf.
Die Handhabungsanlage umfasst außerdem ein Greifergrundmodul. Das Greifergrundmodul ist mit dem wenigstens einen Manipulator verbunden und durch diesen, vorzugsweise zumindest in alle drei Raumrichtungen, verlagerbar. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Greifergrundmodul über einen Roboterflansch an einem Roboterarm lösbar befestigt ist. Das Greifergrundmodul umfasst eine Mehrzahl von Koppelstellen, an welchen - zur Bildung des Greifers - jeweils ein Greifmodul, insbesondere lösbar, ankoppelbar ist. Durch Ankoppeln unterschiedlicher Greifmodule an das Greifergrundmodul kann insofern ein Greifer individuell zusammengesetzt werden.
Die Handhabungsanlage umfasst außerdem eine Steuereinrichtung mit einer Datenverarbeitungsanlage. Die Steuereinrichtung ist unter anderem dazu ausgebildet, den wenigstens einen Manipulator anzusteuern.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer solchen Vorrichtung und umfasst die folgenden Schritte, die insbesondere in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
Gemäß dem Verfahren werden zunächst Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers auf der Datenverarbeitungsanlage bereitgestellt. Die Randbedingungen umfassen Greifobjekt-Informationen, also Informationen zu einem zu greifenden Greifobjekt. Insbesondere können die Greifobjekt-Informationen Geometriedaten des Greifobjektes, beispielsweise umfassend Informationen zu dessen äußerer Form, und/oder Gewichtsdaten des Greifobjektes umfassen.
In einem weiteren Schritt wird dann in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen auf der Datenverarbeitungsanlage eine Greifer-Konfiguration rechentechnisch ermittelt. Die Greifer-Konfiguration repräsentiert dabei für jede Koppelstelle des Greifergrundmoduls Anzahl, insbesondere null oder eins, sowie Typ eines in einem späteren Schritt an die Koppelstelle anzukoppelnden Greifmoduls. Mit anderen Worten wird in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen für jede Koppelstelle ermittelt, ob überhaupt und, wenn ja, welches aus den in dem Magazin vorhandenen Greifmodulen angekoppelt werden soll. Die Greifer-Konfiguration umfasst insofern insbesondere eine Zuordnung zwischen in dem Magazin vorhandenen Greifmodulen und entsprechenden Koppelstellen des Greifergrundmoduls.
In Abhängigkeit der ermittelten Greifer-Konfiguration wird der Greifer dann zusammengesetzt. Insofern werden die gemäß der Greifer-Konfiguration ausgewählten Greifmodule an die ihnen jeweils zugeordneten Koppelstellen angekoppelt. Hierzu wird das Greifergrundmodul mittels des wenigstens einen Manipulators sequenziell an die gemäß der Greifer-Konfiguration anzukoppelnden Greifmodule angefahren und dann das jeweilige Greifmodul an die ihm zugeordnete Koppelstelle angekoppelt.
In einem weiteren Schritt kann dann der zusammengesetzte Greifer an das zu greifende Greifobjekt angefahren werden und dieser mittels des Greifers gegriffen werden. Zu diesem Zweck kann der Greifer mittels des gleichen wenigstens einen Manipulators verfahren werden, der zum Zusammensetzen des Greifers verwendet wurde. Es ist grundsätzlich aber auch denkbar, dass ein von diesem separat bereitgestellter Manipulator verwendet wird. Beispielsweise ist es denkbar, dass der zum Zusammensetzen des Greifers verwendete Manipulator den Greifer vor dem eigentlichen Handhabungsprozess an einen weiteren Manipulator übergibt, mittels dessen dann der zusammengesetzte Greifer an den zu greifenden Gegenstand angefahren wird.
Ein solches Verfahren ermöglicht es, in Abhängigkeit eines zu greifenden Gegenstandes, insbesondere einer äußeren Form des Gegenstandes und/oder eines Gewichts des Gegenstands, einen passenden Greifer automatisiert zu konfigurieren und dann modular zusammenzusetzen. Das Verfahren basiert insofern nicht auf dem Austausch von kompletten, vorkonfigurierten Greifern, sondern auf dem automatisierten Zusammensetzen eines Greifers aus einzelnen Modulen. Hierdurch können Gegenstände mit unterschiedlicher Größe und Formenvielfalt mit nur einer Handhabungsanlage zuverlässig gegriffen werden und zwar ohne, dass ein manueller Einrichtungsprozess erforderlich ist.
Das Ankoppeln der Greifmodule an die Koppelstellen des Greifergrundmoduls kann beispielsweise durch mechanisches Klemmen und/oder mechanisches Einrasten erfolgen, insbesondere durch eine mechanische Steckverbindung. Es ist auch denkbar, dass die Greifmodule durch eine Unterdruck- oder Magnetwirkung an dem Greifergrundmodul lösbar befestigbar sind. Zur Erleichterung eines Ankoppelvorgangs können an den Greifmodulen und/oder an dem Greifergrundmodul Einführhilfen, insbesondere Zentrierhilfen, vorgesehen sein, beispielsweise in Form von Nuten-Führungen, Schrägen (Fasen) und/oder Abrundungen.
Die Greifmodule können insbesondere eine Tragstruktur umfassen, an der die Greifendeffektoren angeordnet sind. Beispielsweise kann die Tragstruktur im einfachsten Fall aus Profilteilen, insbesondere Strangpress-Profilen, gebildet sein, was eine leichte und zugleich stabile Ausgestaltung der Greifmodule ermöglicht. Insbesondere kann die Tragstruktur einen oder mehrere Greiferarme umfassen. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Greifmodule einen Hauptarm und einen oder mehrere Seitenarme aufweisen, welche optional schwenkbar an dem Hauptarm gelagert sein können. Insbesondere kann an dem Seitenarm dann ein Greifendeffektor angeordnet sein. Es ist ferner denkbar, dass die Greifmodule Fluid-Kanäle, beispielsweise zur Versorgung eines Sauggreifers mit Unterdruck, umfassen. Die Greifmodule können insbesondere Greifarme unterschiedlicher Länge aufweisen.
Bei den Greifendeffektoren kann es sich beispielsweise um Sauggreifer, mechanische Klemmgreifer, Nadelgreifer, Bernoulli-Greifer, Strömungsgreifer und/oder Niederdruckgreifer handeln. Es ist denkbar, dass verschiedene Greifmodule verschiedene Greifendeffektor-Typen umfassen.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Magazin zusätzlich zu dem wenigstens einen Greifmodul wenigstens ein Blindmodul umfassen, welches keinen Greifendeffektor aufweist. Das wenigstens eine Blindmodul kann insbesondere dazu ausgebildet sein, nicht durch Greifmodule belegte Koppelstellen des Greifergrundmoduls zu belegen. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Koppelstellen eine Fluidführung, beispielsweise zur Versorgung eines Sauggreifers mit Unterdruck, umfassen. Dann können die Blindmodule dazu verwendet werden, eine Leckage, bspw. von Druckluft und/oder Unterdruck, an einer nicht durch ein Greifmodul belegten Koppelstelle zu verhindern.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Ermitteln der Greifer-Konfiguration das Auswählen einer Greifer-Konfiguration in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen, insbesondere der Greifobjekt-Informationen, umfassen. Beispielsweise ist es denkbar, dass auf einer Speichereinrichtung der Datenverarbeitungsanlage Greifer-Standardkonfigurationen bereitgestellt werden, insbesondere in einer Datenbank hinterlegt werden, und dann in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen eine Greifer-Konfiguration aus diesen Greifer-Standardkonfigurationen ausgewählt wird. Ein solches Verfahren kann mit vergleichsweise geringer Rechenkapazität und somit schnell durchgeführt werden. Insbesondere ist eine solche Ausgestaltung dann vorteilhaft, wenn nur eine begrenzte Art von Greifer-Konfigurationen möglich ist und/oder die zu handhabenden Greifobjekte nur eine geringe Variation untereinander aufweisen (bspw. die gleiche Grundform aufweisen und lediglich proportional größer oder kleiner ausgebildet sind).
Alternativ oder ergänzend kann das Ermitteln der Greifer-Konfiguration das rechentechnische Bewerten von, insbesondere auf einer Speichereinrichtung hinterlegten, Greifer-Standardkonfigurationen in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen umfassen. Insbesondere kann für jede ausgewählte Greifer-Standardkonfiguration ermittelt werden, ob oder wie gut diese die Randbedingungen erfüllt. Im Anschluss kann dann diejenige Greifer-Standardkonfiguration bestimmt werden, bei der die Randbedingungen überhaupt oder vorzugsweise optimal erfüllt sind.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung können zum Ermitteln der Greifer-Konfiguration zunächst Greifmodul-Informationen auf der Datenverarbeitungsanlage bereitgestellt werden, welche Informationen zu den in dem Magazin vorhandenen Greifmodulen repräsentieren. Insbesondere können die Greifmodul-Informationen Informationen zu dem jeweiligen Aufbau der Greifmodule (z.B. Position, Anzahl und/oder Typ des wenigstens einen Greifendeffektors bzw. der Tragstruktur) und/oder zu deren in dem Magazin vorhandene Anzahl und/oder zu deren Lagerungsposition in dem Magazin umfassen. Zur Ermittlung der Greifer-Konfiguration können dann in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen bestimmte Greifmodule aus den in dem Magazin vorhandenen Greifmodulen ausgewählt werden und diese einer jeweiligen Koppelstelle des Greifergrundmoduls zugeordnet werden.
Alternativ oder ergänzend kann das Ermitteln der Greifer-Konfiguration das Ermitteln von potentiellen Greifer-Konfigurationen umfassen, welche sich aus den im Magazin vorhandenen Greifmodulen und dem Greifergrundmodul zusammensetzen lassen. Insofern können rechentechnisch potentielle Greifer-Konfigurationen ermittelt werden, welche sich aus den vorhandenen Greifmodulen und dem Greifergrundmodul theoretisch zusammensetzen lassen würden. In einem weiteren Schritt können dann diese potentiellen Greifer-Konfigurationen in Abhängigkeit der Randbedingungen auf der Datenverarbeitungsanlage bewertet werden. Insbesondere kann diejenige Greifer-Konfiguration bestimmt werden, bei der die Randbedingungen überhaupt oder vorzugsweise optimal erfüllt sind. Die potentiellen Greifer-Konfigurationen können alle denkgesetzlich möglichen Konfigurationen umfassen oder nur solche, die technisch vorteilhaft realisierbar sind. Beispielsweise ist es denkbar, dass die potentiellen Greifer-Konfiguration unter der Randbedingung ermittelt werden, dass ein Maximalgewicht des zusammengesetzten Greifers einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet.
Die Randbedingungen, in Abhängigkeit derer eine die Greifer-Konfiguration ermittelt wird, können ferner Prozessbedingungen umfassen, welche Informationen zu einem durchzuführenden Handhabungsprozess repräsentieren. Insofern können zunächst Prozessbedingungen auf der Datenverarbeitungsanlage bereitgestellt werden, beispielsweise durch Eingeben und/oder Auswählen der Handhabungsprozessinformationen. Insbesondere können die Prozessbedingungen Beschleunigungsdaten hinsichtlich einer erwarteten maximalen Beschleunigung während eines Handhabungsprozesses umfassen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein Greifobjekt in einem nachfolgenden Handhabungsprozess zuverlässig und sicher gegriffen werden kann.
Alternativ oder ergänzend kann eine weitere Randbedingung darin bestehen, dass eine von dem entsprechend der Konfiguration zusammengesetzten Greifer bereitgestellte Haltekraft größer ist als ein vorgegebener, beispielsweise in der Datenverarbeitungsanlage hinterlegter, Schwellwert. Insbesondere kann die Greifer-Konfiguration unter der Randbedingung ermittelt werden, dass eine von dem Greifer bereitgestellte Haltekraft größer ist als eine Gewichtskraft des zu greifenden Greifobjektes, vorzugsweise größer als eine Summe aus Gewichtskraft des Greifobjektes und erwarteter maximaler Beschleunigungskraft während eines geplanten Handhabungsprozesses. Insofern kann sichergestellt werden, dass sich ein Greifobjekt während eines geplanten Handhabungsprozesses nicht von dem Greifer löst.
Alternativ oder ergänzend kann die Greifer-Konfiguration unter der Randbedingung ermittelt werden, dass die Greifendeffektoren zweier oder mehrerer Greifmodule in dem zusammengesetzten Greifer einen vorgegebenen, insbesondere in der Datenverarbeitungsanlage hinterlegten oder hinterlegbaren, Mindest- oder Höchstabstand zueinander aufweisen. Beispielsweise kann ein Höchstabstand zwischen zwei Greifendeffektoren derart gewählt sein, dass ein Greifobjekt zwischen den zwischen zwei Greifpunkten nicht durchhängt. Dies ist insbesondere bei biegeschlafen Bauteilen, wie z.B. dünnen Blechen, vorteilhaft.
Alternativ oder ergänzend kann die Greifer-Konfiguration ferner unter der Randbedingung ermittelt werden, dass die Greifendeffektoren in dem zusammengesetzten Greifer einen vorgegebenen Mindest- oder Höchstabstand von einem das Greifobjekt begrenzenden Rand aufweisen. Hierdurch kann beispielsweise gewährleistet werden, dass ein Randbereich des Greifobjektes für ein Bearbeitungswerkzeug oder einen weiteren Greifer zugänglich ist.
Die Greifer-Konfiguration kann außerdem unter der Randbedingung ermittelt werden, dass in dem zusammengesetzten Greifer eine Anzahl von Greifendeffektoren minimiert ist. Insbesondere kann die Greifer-Konfiguration derart ermittelt werden, dass eine Position der Greifendeffektoren derart gewählt ist, dass mit möglichst wenig Greifendeffektoren eine ausreichende Haltekraft bereitgestellt werden kann.
Eine weitere Randbedingung kann darin bestehen, dass die Koppelstellen sternförmig, entlang eines Halbkreises, oder in eine gemeinsame Richtung weisend an dem Greifergrundmodul angeordnet sind.
Die Ermittlung der Greifer-Konfiguration kann ferner unter der Randbedingung erfolgen, dass zumindest eine Teilmenge der Greifmodule relativ zueinander verschwenkbare Greiferarme aufweist.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Ermitteln der Greifer-Konfiguration das Ermitteln einer Anzahl von Greifpunkten auf dem Greifobjekt umfassen, welche zum sicheren Greifen des Greifobjektes erforderlich sind. Das Ermitteln der Anzahl von Greifpunkten kann insbesondere in Abhängigkeit der bereitgestellten Greifobjekt-Informationen erfolgen, insbesondere in Abhängigkeit der bereitgestellten Greifobjektinformationen und Handhabungsprozessinformationen. In einem weiteren Schritt können dann aus den im Magazin verfügbaren Greifmodulen Greifmodule ausgewählt und diese entsprechenden Koppelstellen zugeordnet werden, derart, dass die Positionen der Greifendeffektoren relativ zueinander den Positionen der Greifpunkte relativ zueinander exakt oder mit einer vorgegebenen Toleranz entsprechen.
Die Geometriedaten des zu greifenden Greifobjektes können insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass eine Geometrie, insbesondere eine äußere Form des Greifobjektes, mittels einer Erkennungseinrichtung erfasst wird. Insofern kann die Handhabungsanlage insbesondere eine Erkennungseinrichtung, beispielsweise eine Kameraeinrichtung, zum Erkennen einer Außenfläche eines Greifobjektes umfassen. Insbesondere kann das Erkennen einer Geometrie des Greifobjektes das Erfassen wenigstens eines datenverarbeitungsfähigen Abbildes des Greifobjektes sowie das Erzeugen von das Abbild repräsentierenden Daten umfassen. Eine äußere Form des Greifobjektes kann dann beispielsweise in Abhängigkeit der das Abbild repräsentierenden Daten auf der Datenverarbeitungsanlage identifiziert werden.
Es ist auch denkbar, dass das Bereitstellen der Geometriedaten des Greifobjektes durch Einlesen eines die Gesamtstruktur des zu greifenden Greifobjektes repräsentierenden Greifobjekt-Datensatzes auf die Datenverarbeitungsanlage erfolgt.
Es ist auch denkbar, dass das Bereitstellen der Geometriedaten durch Auswählen einer Greifobjekt-Standardgeometrie aus in einer auf der Datenverarbeitungsanlage hinterlegten Datenbank vorhandenen Greifobjekt-Standardgeometrien erfolgt.
Insbesondere wird vor dem Anfahren des Greifergrundmoduls an die Greifmodule zum Zusammensetzen des Greifers ein Steuerdatensatz in Abhängigkeit der ermittelten Greifer-Konfiguration auf der Datenverarbeitungsanlage ermittelt. Der Steuerdatensatz kann insbesondere Steueranweisungen für den wenigstens einen Manipulator repräsentieren, die bei Ausführung durch die Steuereinrichtung den wenigstens einen Manipulator dazu veranlassen, das Greifergrundmodul zum Zusammensetzen des Greifers an die gemäß der Greifer-Konfiguration ausgewählten Greifmodule in dem Magazin anzufahren und insbesondere diese an die jeweils zugeordnete Koppelstelle des Greifergrundmoduls anzukoppelnden. Das Ermitteln des Steuerdatensatzes kann insbesondere das Ermitteln eines Greifer-Konfigurations-Datensatzes umfassen, aus dem dann der Steuerdatensatz ermittelt wird. Der Greifer-Konfigurations-Datensatz kann insbesondere für jede Koppelstelle des Greifergrundmoduls Art, Anzahl und Position von Greifmodulen repräsentieren.
Vorzugsweise kann der Steuerdatensatz unter der Randbedingung ermittelt werden, dass eine Kollision zwischen bereits angekoppelten Greifmodulen und noch anzukoppelnden Greifmodulen vermieden wird. Insofern kann eine Reihenfolge der anzufahrenden Greifmodule entsprechend ermittelt und in dem Steuerdatensatz hinterlegt werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine Handhabungsanlage gemäß Anspruch 14 gelöst. Die vorstehend in Bezug auf das Verfahren erläuterten Vorteile und Merkmale einer Handhabungsanlage können zu deren Ausgestaltung dienen.
Die Handhabungsanlage umfasst wenigstens einen Manipulator, beispielsweise einen Roboter oder Kran. Die Handhabungsanlage umfasst außerdem ein Magazin mit einer Mehrzahl von vorkonfigurierten Greifmodulen, welche jeweils wenigstens einen Greifendeffektor, beispielsweise einen Sauggreifer, aufweisen. Die Handhabungsanlage umfasst außerdem wenigstens ein mit dem wenigstens einen Manipulator verbundenes und durch diesen verlagerbares, Greifergrundmodul mit einer Mehrzahl von Koppelstellen, an welchen - zur Bildung des Greifers - jeweils ein Greifmodul ankoppelbar ist. Die Handhabungsanlage umfasst außerdem eine Steuereinrichtung, die eine Datenverarbeitungsanlage umfasst und dazu ausgebildet ist, den Manipulator anzusteuern. Die Steuereinrichtung ist zudem dazu eingerichtet, das vorstehend erläuterte Verfahren auszuführen.
Das Verfahren zum Betreiben der Handhabungsanlage wird insbesondere computergestützt durchgeführt, mittels eines Computerprogramms für eine Datenverarbeitungsanlage, insbesondere für eine Datenverarbeitungsanlage, die zur Ansteuerung der vorstehend erläuterten Handhabungsanlage ausgelegt ist. Das Computerprogramm ist in einem entsprechenden Computerprogrammprodukt repräsentiert, welches Codiermittel umfasst, die bei der Ausführung durch die Datenverarbeitungsanlage diese veranlassen, folgende Schritte, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge, auszuführen:

Zunächst werden Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers empfangen. Insbesondere können zu diesem Zweck zunächst Betriebsinformationen, beispielsweise Greifobjektinformationen, Greifmodul-Informationen und/oder Handhabungsprozessinformationen, empfangen werden, welche Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers repräsentieren. Aus diesen Betriebsinformationen können dann entsprechende Randbedingungen für die Konfiguration des Greifers ermittelt werden.

In einem weiteren Schritt wird dann ein Greifer-Konfigurations-Datensatz ermittelt, welcher für jede Koppelstelle Anzahl sowie Typ eines an die Koppelstelle anzukoppelnden Greifmoduls aus den in dem Magazin vorhandenen Greifmodulen repräsentiert. Das Ermitteln des Greifer-Konfiguration-Datensatzes erfolgt derart, dass die vorgegebenen Randbedingungen erfüllt sind.
Sodann werden in einem weiteren Schritt Steuersignale in Abhängigkeit des Greifer-Konfigurations-Datensatzes generiert, welche bei Ausführung auf der Datenverarbeitungsanlage den Manipulator dazu veranlassen, das Greifergrundmodul an die ausgewählten Greifmodule in dem Magazin anzufahren, insbesondere diese an die jeweils zugeordnete Koppelstelle des Greifergrundmoduls anzukoppeln. Das Generieren der Steuersignale kann insbesondere das Ermitteln eines Steuerdatensatzes in Abhängigkeit des Greifer-Konfigurations-Datensatzes umfassen. Der Steuerdatensatz kann insbesondere Steueranweisungen für den wenigstens einen Manipulator repräsentieren, die bei Ausführung durch die Datenverarbeitungsanlage den Manipulator dazu veranlassen, das Greifergrundmodul an die ausgewählten Greifmodule anzufahren.
Das Computerprogramm umfasst insbesondere auch Codiermittel, welche die Datenverarbeitungsanlage dazu veranlassen, beim Ermitteln der Randbedingungen und/oder beim Ermitteln des Greifer-Konfiguration-Datensatzes die vorstehend erläuterten, vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens zum Betreiben der Handhabungsanlage zu realisieren.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1a schematische Darstellung einer beispielhaften Handhabungsanlage in einer Ausgangskonfiguration;
1b: die Handhabungsanlage gemäß 1a in einer Konfiguration mit bereits zusammengesetzten Greifer;
2: schematisches Flussdiagramm zur Erläuterung einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben einer Handhabungsanlage;
3 schematische Darstellungen verschiedener Ausgestaltungen eines Greifergrundmoduls;
4 schematische Darstellung zur Erläuterung eines Ankoppelns verschiedener Module an das Greifergrundmodul;
5 schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Greifmoduls; und
6 schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines zusammengesetzten Greifers.

In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung einer Handhabungsanlage, welche insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Handhabungsanlage 10 ist dazu ausgebildet, einen in Abhängigkeit eines zu greifenden Greifobjektes 12 individuell konfigurierten Greifer 14 zunächst automatisiert bereitzustellen und dann mit diesem Greifer 14 das Greifobjekt 12 zu handhaben (vgl. 1b). In dem dargestellten Beispiel ist die Handhabungsanlage 10 beispielhaft dazu ausgebildet, ein plattenförmiges Werkstück 16 von einem Werkstückstapel zu einer Bearbeitungsstation 18 zu transportieren und ggf. während einer Bearbeitung zu halten. Selbstverständlich sind auch andere Einsatzzwecke der Handhabungsanlage 10 oder andere Ausgestaltungen des Greifobjektes 12 denkbar.
Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann der Greifer 14 modular aus einem Greifergrundmodul 20 und einem oder mehreren Greifmodulen 22 bedarfsgerecht zusammengesetzt werden. Zu diesem Zweck umfasst das Greifergrundmodul 20 eine Mehrzahl von Koppelstellen 24 zur Ankopplung von jeweils einem Greifmodul 22.
Wie aus 1 ersichtlich, umfasst die Handhabungsanlage 10 ein Magazin 26, in welchem eine Mehrzahl von beispielhaft ausgebildeten Greifmodulen 22 gelagert sind, welche jeweils einen oder mehrere Greifendeffektoren 28 aufweisen. Das Magazin 26 umfasst in dem dargestellten Beispiel zudem drei optionale Blindmodule 46, welche keinen Greifendeffektor 28 aufweisen. Die Blindmodule 46 dienen insbesondere dazu, nicht durch Greifmodule 22 belegte Koppelstellen 24 des Greifergrundmoduls 20 zu belegen und ggf. abzudichten.
Wie bereits erwähnt, können die Greifmodule 22 an das Greifergrundmodul 20 bedarfsweise angekoppelt werden und somit ein individuell konfigurierter Greifer 14 bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck umfasst die Handhabungsanlage 10 einen Manipulator 30, welcher dazu ausgebildet ist, das Greifergrundmodul 20 zu verlagern und an die Greifmodule 22 anzufahren (vgl. 1b, bereits an das Greifergrundmodul 20 angekoppelte Greifmodule 22 sind in dem Magazin 26 strichliniert dargestellt). In dem dargestellten Beispiel ist der Manipulator 30 als Portalroboter 32 ausgebildet. Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen kann der Manipulator 30 beispielsweise auch als Roboter mit einer Scara-Kinematik, klassischen 6-Achs-Kinematik, Delta-Kinematik oder Seilzug-Kinematik ausgebildet sein.
Die Handhabungsanlage 10 umfasst außerdem eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) mit Datenverarbeitungsanlage zur Ansteuerung des Manipulators 30 und zur rechentechnischen Ermittlung einer Greifer-Konfiguration.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Verfahren zum Betreiben der Handhabungsanlage 10 beschrieben.
Gemäß dem Verfahren werden in einem ersten Schritt 100 Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers 14 auf der Datenverarbeitungsanlage der Steuereinrichtung bereitgestellt. Die Randbedingungen umfassen Greifobjekt-Informationen 102, welche insbesondere Geometriedaten des Greifobjektes 12 und/oder Gewichtsdaten des Greifobjektes 12 umfassen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein die Gesamtstruktur des Greifobjektes 12 repräsentierender Datensatz auf die Datenverarbeitungsanlage eingelesen werden und in einer Speichereinrichtung hinterlegt werden (Schritt 104 in 2). Alternativ oder ergänzend können die Greifobjekt-Informationen 102 auch dadurch bereitgestellt werden, dass eine Geometrie, insbesondere eine äußere Form des Greifobjektes 12, mittels einer Erkennungseinrichtung 34, bspw. einer Kamera, erfasst und datentechnisch verarbeitet wird (Schritt 106 in 2). Dann kann die Handhabungsanlage 10 eine Erkennungseinrichtung 34, bspw. eine Kameraeinrichtung, umfassen.
Die Randbedingungen umfassend in dem dargestellten Beispiel außerdem Greifmodul-Informationen 108 zu den im Magazin 26 vorhandenen Greifmodulen 22, insbesondere zu deren individuellem Aufbau und/oder deren Anzahl und Lagerposition im Magazin 26. Beispielsweise können die Greifmodul-Informationen in einer Datenbank 110 einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung hinterlegt sein.
Wie bereits erwähnt, können weitere Randbedingungen 112 für die Konfiguration des Greifers 14 bereitgestellt werden. Beispielsweise können Informationen zu dem Greifergrundmodul 20 bereitgestellt werden, insbesondere zu Anzahl und Anordnung der Koppelstellen. Die Randbedingungen können z.B. auch Prozessinformationen zu einem geplanten Handhabungsprozess und/oder Informationen zu einer zu erzielenden Haltekraft des Greifers 12 oder dessen Aufbau (z.B. Maximalabstand der Greifendeffektoren 28 zueinander) umfassen.
In einem nächsten Schritt 114 wird dann in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen eine Greifer-Konfiguration ermittelt, welche für jede Koppelstelle 24 des Greifergrundmoduls 20 Anzahl (null oder eins) und Typ eines anzukoppelnden Greifmoduls 22 repräsentiert. Wie bereits vorstehend als eine mögliche Ausgestaltung des Verfahrens erwähnt, ist es beispielsweise denkbar, dass in Abhängigkeit der Greifmodul-Informationen 108 und Informationen zu dem Greifergrundmodul zunächst potentielle Greifer-Konfigurationen rechentechnisch ermittelt werden, welche sich aus den im Magazin 26 vorhandenen Greifmodulen 22 und dem Greifergrundmodul 20 zusammensetzen lassen. Diese potentiellen Greifer-Konfigurationen können dann im Hinblick auf die weiteren Randbedingungen, z.B. im Hinblick auf eine bereitgestellte Haltekraft, bewertet werden und diejenige Greifer-Konfiguration ausgewählt werden, die die Randbedingungen vorzugsweise optimal erfüllt.
Die ermittelte Greifer-Konfiguration kann dann in Form eines Greifer-Konfigurations-Datensatzes abgespeichert werden.
In einem nächsten Schritt 116 wird dann in Abhängigkeit der ermittelten Greifer-Konfiguration, insbesondere in Abhängigkeit des Greifer-Konfigurations-Datensatzes, ein Steuerdatensatz ermittelt, welcher Steueranweisungen für den wenigstens einen Manipulator 30 repräsentiert, die bei Ausführung auf der Datenverarbeitungsanlage den Manipulator 30 dazu veranlassen, das Greifergrundmodul 20 zum Zusammensetzen des Greifers 14 an die gemäß der Greifer-Konfiguration ausgewählten Greifmodule 22 in dem Magazin 26 anzufahren und diese Greifmodule 22 an die jeweils zugeordnete Koppelstelle 24 des Greifergrundmoduls 20 anzukoppeln.
Sodann wird der Manipulator 30 in Abhängigkeit des Steuerdatensatzes angesteuert, um den Greifer 14 gemäß der ermittelten Greifer-Konfiguration zusammenzusetzen (Schritt 118 in 2).
In einem in 2 nicht dargestellten weiteren Schritt kann dann das zu greifende Greifobjekt 12 mittels des zusammengesetzten Greifers 14 gegriffen und entsprechend einer Handhabungsaufgabe bspw. transportiert oder gehalten werden.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 verschiedene beispielhafte Ausgestaltungen des Greifergrundmoduls 20 und der Greifmodule 22 erläutert.
Die 3 zeigt schematisch verschiedene Ausgestaltungen des Greifergrundmoduls 20. In dem dargestellten Beispiel weist das Greifergrundmodul einen zylindrischen Grundkörper 36 und eine Mehrzahl von daran angeordneten Koppelstellen 24 auf. Bei einer solchen Ausgestaltung können die Koppelstellen 24 beispielsweise entlang eines Umfangs um den Greifergrundkörper 36 verteilt angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass die Koppelstellen 24 in einem Halbkreis angeordnet sind oder nur in definierte Richtungen weisen. Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen kann das Greifergrundmodul 20 auch beliebige andere Grundformen aufweisen.
Wie bereits in 1 dargestellt, können die Greifmodule 22 unterschiedlich ausgebildet sein. Insbesondere weisen die Greifmodule 22 eine Tragstruktur 38 und einen oder mehrere daran angeordnete Greifendeffektoren 28 umfassen (vgl. 4). Die Tragstruktur 38 kann beispielsweise als Hohlprofil, insbesondere Strangpress-Profil, ausgebildet sein kann. Die 5 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Greifmoduls 22, bei dem die Tragstruktur 38 einen Hauptarm 40 und zwei Seitenarme 42-1, 42-2 umfasst, an denen jeweils ein Greifendeffektor 28 angeordnet ist. Die Seitenarme 42-1, 42-2 können beispielsweise über entsprechende Kupplungsstellen mit dem Hauptarm 40 verbunden sein. Es ist auch denkbar, dass die Seitenarme 42-1, 42-2 an dem Hauptarm 40 verschwenkbar gelagert sind.
Die Greifmodule 22 umfassen außerdem eine Ankoppelstelle 44, mittels welcher das Greifmodul 22 mit einer Koppelstelle 24 des Greifergrundmoduls 20 verbindbar ist (vgl. 4). Wie vorstehend erwähnt, ist es beispielsweise denkbar, dass eine Kopplung über eine mechanische Steckverbindung erfolgt.
Die 6 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines bereits zusammengesetzten Greifers 14, bei dem zwei Greifmodule 22 über die Koppelstellen 24 mit dem Greifergrundmodul 20 verbunden sind und diese Greifmodule 22 selbst Koppelstellen 48 zur Ankopplung von weiteren Greifmodulen 22' aufweisen. Insofern ist denkbar, dass gemäß dem Verfahren zunächst die (primären) Greifmodule 22 an das Greifergrundmodul 20 angekoppelt werden und dann die (sekundären) Greifmodule 22' an die (primären) Greifmodule 22 angekoppelt werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Handhabungslage (10) mit konfigurierbarem Greifer (14) zum Greifen eines Greifobjektes (12), die Handhabungsanlage (10) umfassend: - wenigstens einen Manipulator (30); - ein Magazin (26) mit einer Mehrzahl von Greifmodulen (22), welche jeweils wenigstens einen Greifendeffektor (28) aufweisen; - wenigstens ein mit dem wenigstens einen Manipulator (30) verbundenes und durch diesen verlagerbares Greifergrundmodul (20) mit mehreren Koppelstellen (24), an welchen - zur Bildung des Greifers (14) - jeweils ein Greifmodul (22) ankoppelbar ist; - eine Steuereinrichtung mit einer Datenverarbeitungsanlage, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Manipulator (28) anzusteuern, das Verfahren umfassend: - Bereitstellen, auf der Datenverarbeitungsanlage, von Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers (14), wobei die Randbedingungen Greifobjekt-Informationen (102) umfassen, insbesondere Geometriedaten des Greifobjektes (12) und/oder Gewichtsdaten des Greifobjektes (12) - Ermitteln, mit der Datenverarbeitungsanlage, einer Greifer-Konfiguration in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen, wobei die Greifer-Konfiguration für jede Koppelstelle (24) Anzahl sowie Typ eines an die Koppelstelle (24) anzukoppelnden Greifmoduls (22) repräsentiert; - Zusammensetzen des Greifers (14) durch sequentielles Anfahren des Greifergrundmoduls (20) an die anzukoppelnden Greifmodule (22) mittels des wenigstens einen Manipulators (30) und Ankoppeln der Greifmodule (22) an die jeweils zugeordneten Koppelstellen (24).
Verfahren nach Anspruchs 1, wobei das Ermitteln der Greifer-Konfiguration umfasst: Auswählen einer Greifer-Konfiguration aus in einer auf der Datenverarbeitungsanlage hinterlegten Datenbank vorhandenen Greifer-Standardkonfigurationen in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen, insbesondere der Greifobjekt-Informationen (102).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ermitteln der Greifer-Konfiguration umfasst: a. Bewerten von Greifer-Standardkonfigurationen in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen; b. Bestimmen der Greifer-Standardkonfiguration, bei der die Randbedingungen erfüllt sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ermitteln der Greifer-Konfiguration umfasst: a. Bereitstellen von Greifmodul-Informationen (108) auf der Datenverarbeitungsanlage, welche Informationen zu den in dem Magazin (26) vorhandenen Greifmodulen (22) repräsentieren, insbesondere deren jeweiliger Aufbau und/oder deren in dem Magazin (26) vorhandene Anzahl und/oder deren Lagerungsposition in dem Magazin (26); b. Auswählen von Greifmodulen (22) aus den in dem Magazin (26) vorhandenen Greifmodulen (22) und Zuordnen der ausgewählten Greifmodule (22) zu einer jeweiligen Koppelstelle (24) des Greifergrundmoduls (20) in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ermitteln der Greifer-Konfiguration umfasst: a. Ermitteln von potentiellen Greifer-Konfigurationen, welche sich aus den im Magazin (26) vorhandenen Greifmodulen (22) und dem Greifergrundmodul (20) zusammensetzen lassen; b. Bewerten der potentiellen Greifer-Konfigurationen in Abhängigkeit der Randbedingungen auf der Datenverarbeitungsanlage; c. Bestimmen der Greifer-Konfiguration, bei der die Randbedingungen erfüllt sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Randbedingungen Prozessbedingungen umfassen, welche Handhabungsprozessinformationen repräsentieren, insbesondere umfassend Beschleunigungsdaten hinsichtlich einer erwarteten maximalen Beschleunigung während eines Handhabungsprozesses.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine weitere Randbedingung darin besteht, dass eine von dem Greifer (14) bereitgestellte Haltekraft größer ist als eine Gewichtskraft des Greifobjektes (12), insbesondere größer als eine Summe aus Gewichtskraft des Greifobjektes (12) und erwarteter maximaler Beschleunigungskraft während eines Handhabungsprozesses.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine weitere Randbedingung darin besteht, dass die Greifendeffektoren (28) der Greifmodule (22) in dem zusammengesetzten Greifer (14) einen vorgegebenen Mindestabstand oder Höchstabstand zueinander oder von einem das Greifobjekt (12) begrenzenden Rand aufweisen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine weitere Randbedingung darin besteht, dass eine Anzahl von Greifendeffektoren (28) minimiert ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine weitere Randbedingung darin besteht, dass die Koppelstellen (24) sternförmig, entlang eines Halbkreises, oder in eine gemeinsame Richtung weisend an dem Greifergrundmodul (20) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bereitstellen von Geometriedaten des zu greifenden Greifobjektes (12) a. das Erkennen einer Geometrie, insbesondere einer äußeren Form, des Greifobjektes (12) mittels einer Erkennungseinrichtung (34) umfasst oder b. durch Einlesen eines die Gesamtstruktur des zu greifenden Greifobjektes (12) repräsentierenden Greifobjekt-Datensatzes auf die Datenverarbeitungsanlage erfolgt oder c. durch Auswählen einer Greifobjekt-Standardgeometrie aus in einer auf der Datenverarbeitungsanlage hinterlegten Datenbank vorhandenen Greifobjekt-Standardgeometrien erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vor dem Anfahren des Greifergrundmoduls (20) an die Greifmodule (22) zum Zusammensetzen des Greifers (14) ein Steuerdatensatz in Abhängigkeit der ermittelten Greifer-Konfiguration auf der Datenverarbeitungsanlage ermittelt wird, wobei der Steuerdatensatz Steueranweisungen für den wenigstens einen Manipulator (30) repräsentiert, die den wenigstens einen Manipulator (30) dazu veranlassen, das Greifergrundmodul (20) zum Zusammensetzen des Greifers (14) an die ausgewählten Greifmodule (22) in dem Magazin (26) anzufahren, insbesondere diese Greifmodule (22) an die jeweils zugeordnete Koppelstelle (24) des Greifergrundmoduls (20) anzukoppeln.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Steuerdatensatz, insbesondere eine Reihenfolge der anzufahrenden Greifmodule (22), unter der Randbedingung ermittelt wird, dass eine Kollision zwischen bereits angekoppelten Greifmodulen (22) und noch anzukoppelnden Greifmodulen (22) vermieden wird.
Handhabungsanlage (10), umfassend - wenigstens einen Manipulator (30); - ein Magazin (26) mit einer Mehrzahl von Greifmodulen (22), welche jeweils wenigstens einen Greifendeffektor (28) aufweisen; - wenigstens ein mit dem wenigstens einen Manipulator (30) verbundenes und durch diesen verlagerbares Greifergrundmodul (20) mit einer Mehrzahl von Koppelstellen (24), an welchen - zur Bildung des Greifers (14) - jeweils ein Greifmodul (22) ankoppelbar ist; - eine Steuereinrichtung, die eine Datenverarbeitungsanlage umfasst und dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Manipulator anzusteuern, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.
Computerprogrammprodukt für eine Datenverarbeitungsanlage zur Ansteuerung einer Handhabungsanlage nach Anspruch 14, wobei das Computerprogrammprodukt Codiermittel umfasst, die bei der Ausführung durch die Datenverarbeitungsanlage diese veranlassen, folgende Schritte auszuführen: a. Empfangen von Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers (14); b. Ermitteln eines Greifer-Konfigurations-Datensatzes, welcher für jede Koppelstelle (24) Anzahl sowie Typ eines an die Koppelstelle (24) anzukoppelnden Greifmoduls (22) repräsentiert; c. Generieren von Steuersignalen in Abhängigkeit des Greifer-Konfigurations-Datensatzes, welche den wenigstens einen Manipulator (30) dazu veranlassen, das Greifergrundmodul (20) an die gemäß des Greifer-Konfigurations-Datensatzes ausgewählten Greifmodule (22) in dem Magazin (26) anzufahren, insbesondere und die Greifmodule (22) an die jeweils zugeordnete Koppelstelle (24) des Greifergrundmoduls (20) anzukoppeln.