DE202015004398U1 - Mobile manipulator system with monitoring system - Google Patents
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Abstract
Mobiles Manipulatorsystem (1), umfassend: zumindest einen Manipulator (20), der von einer Steuereinrichtung (30) gesteuert wird; zumindest eine mobile Plattform (10), an welcher der Manipulator (20) angeordnet ist; ein Überwachungssystem (100; 200; 300), zum Erkennen einer Bewegung der mobilen Plattform (10), wobei das Überwachungssystem (100; 200; 300) umfasst: zumindest einen Sensor (140; 240; 340), der an der mobilen Plattform oder am Manipulator angeordnet ist, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist eine Bewegung der mobilen Plattform (10) zu detektieren, zumindest eine Überwachungslogik (101; 202; 303), die dazu eingerichtet ist, ein Sensorsignal zu empfangen und ein Ausgabesignal zu erzeugen, welches angibt, dass eine Bewegung der mobilen Plattform (10) stattgefunden hat.A mobile manipulator system (1) comprising: at least one manipulator (20) controlled by a control device (30); at least one mobile platform (10) on which the manipulator (20) is arranged; a monitoring system (100; 200; 300) for detecting movement of the mobile platform (10), the monitoring system (100; 200; 300) comprising: at least one sensor (140; 240; 340) attached to the mobile platform or is arranged on the manipulator, wherein the sensor is adapted to detect a movement of the mobile platform (10), at least one monitoring logic (101; 202; 303) which is adapted to receive a sensor signal and to generate an output signal indicating in that a movement of the mobile platform (10) has taken place.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft mobile Manipulator-Systeme, welche zumindest einen Manipulator und eine mobile Plattform umfassen, wobei weiterhin ein Überwachungssystem bereitgestellt wird, welches dazu eingerichtet ist eine Bewegung der mobilen Plattform zu erkennen.The invention relates to mobile manipulator systems comprising at least one manipulator and a mobile platform, further providing a monitoring system configured to detect movement of the mobile platform.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Mobile Manipulator-Systeme umfassen typischerweise eine mobile Plattform und einen Manipulator. Beispielsweise kann ein mobiles Manipulator-System ein LBR iiwa Springer der KUKA AG sein. Ein Manipulator ist ein Gerät, welches die physikalische Interaktion mit der Umgebung ermöglicht. Insbesondere kann der Manipulator ein Industrieroboter sein, wobei ein Industrieroboter ein automatisch geführter, mit drei oder mehr frei programmierbaren Bewegungsachsen ausgerüsteter Mehrzweckmanipulator ist, der in industriellen Anwendungen eingesetzt wird. Typischerweise führen solche Manipulatoren Greifer, Werkzeuge oder Werkstücke. Um Greifer, Werkzeuge oder Werkstücke exakt führen zu können, muss die Position und Orientierung des Manipulators im Manipulatorsystem bekannt sein.Mobile manipulator systems typically include a mobile platform and a manipulator. For example, a mobile manipulator system may be a LBR iiwa Springer of KUKA AG. A manipulator is a device that enables physical interaction with the environment. In particular, the manipulator may be an industrial robot, wherein an industrial robot is an automatically guided multipurpose manipulator equipped with three or more freely programmable axes of motion used in industrial applications. Typically, such manipulators carry grippers, tools or workpieces. To be able to guide grippers, tools or workpieces exactly, the position and orientation of the manipulator in the manipulator system must be known.
Wird der Manipulator an einer mobilen Plattform angebracht, so kann dieser mobil in industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine mobile Plattform eine Linearachse umfassen, und so eine Bewegung des Manipulators in zumindest einer Koordinatenrichtung ermöglichen. Ebenso kann eine mobile Plattform in zwei Richtungen bewegbar sein, indem beispielsweise zwei Linearachsen miteinander kombiniert werden. Weiterhin ist es möglich, dass die mobile Plattform frei auf einer Ebene bewegt werden kann. In diesem Fall ist die mobile Plattform typischerweise mit Rädern ausgestattet.If the manipulator is attached to a mobile platform, it can be used in mobile applications in industrial applications. For example, a mobile platform may comprise a linear axis, thus enabling movement of the manipulator in at least one coordinate direction. Likewise, a mobile platform can be moved in two directions, for example by combining two linear axes. Furthermore, it is possible that the mobile platform can be moved freely on one level. In this case, the mobile platform is typically equipped with wheels.
Eine mobile Plattform kann automatisiert betrieben oder manuell bewegt werden. Ist die mobile Plattform automatisiert betrieben, so kann sie beispielsweise über Elektromotoren, pneumatische Motoren, hydraulische Motoren oder dergleichen angetrieben werden. Ist die mobile Plattform manuell betrieben, so kann die mobile Plattform beispielsweise über Lenk- und Bockrollen an den Einsatzort geschoben werden. Ebenso kann die mobile Plattform weitere bekannte Rollen- und/oder Räderformen aufweisen.A mobile platform can be automated or moved manually. If the mobile platform is operated automatically, then it can be driven, for example, via electric motors, pneumatic motors, hydraulic motors or the like. If the mobile platform is operated manually, the mobile platform can be pushed to the place of use, for example, via castors and fixed castors. Likewise, the mobile platform may have other known roles and / or wheel shapes.
Um am Einsatzort ortsfest fixiert zu werden, verfügt die mobile Plattform typischerweise über zumindest eine Bremse, welche die Bewegung der mobilen Plattform blockieren kann. Eine derartige Bremse kann beispielsweise manuell betätigt werden oder über einen entsprechenden Steller, wie beispielsweise einen Elektromotor, einen Hubzylinder oder Gleichen betätigt werden. Eine entsprechende Bremse kann auf ein Rad der mobilen Plattform oder auf alle Räder der mobilen Plattform wirken. Vorzugsweise kann die mobile Plattform durch Betätigen eines Bremsschalters, Bremshebels oder dergleichen ortsfest fixiert werden.To be fixed in place at the job site, the mobile platform typically has at least one brake that can block the movement of the mobile platform. Such a brake can for example be operated manually or via a corresponding actuator, such as an electric motor, a lifting cylinder or the like are operated. A corresponding brake can act on a wheel of the mobile platform or on all wheels of the mobile platform. Preferably, the mobile platform can be fixed by pressing a brake switch, brake lever or the like.
Die ortsfeste Fixierung der mobilen Plattform am Einsatzort ist wichtig, da der Manipulator zur Bestimmung der Position und Orientierung des Manipulators im Manipulatorsystem referenziert werden muss. Sollen beispielsweise Werkstücke gegriffen und positioniert werden, so muss der Manipulator die Position der Werkstücke exakt anfahren können. Bewegt sich nun die mobile Plattform, auf welcher der Manipulator angeordnet ist, so verändert sich die Position des Manipulators, wodurch der Manipulator im Folgenden mit einem unbekannten Versatz operieren würde.The stationary fixation of the mobile platform at the site is important because the manipulator must be referenced to determine the position and orientation of the manipulator in the manipulator system. If, for example, workpieces are to be gripped and positioned, then the manipulator must be able to approach the position of the workpieces exactly. If the mobile platform on which the manipulator is located now moves, the position of the manipulator changes, with the result that the manipulator would subsequently operate with an unknown offset.
Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, gemäß welchen mobile Plattformen mit anderen Strukturen starr verbunden werden, um deren Position konstant zu halten. Jedoch besteht weiterhin das Problem, dass eine dennoch stattfindende Bewegung der mobilen Plattform nicht erkannt wird. Bleibt eine solche Bewegung unerkannt, würde der Manipulator beispielsweise Werkstücke, die er greifen, positionieren und/oder orientieren soll nicht greifen, oder mit einem unbekannten Versatz positionieren und/oder orientieren. Dies führt möglicherweise zu einer Störung im Produktionsprozess oder sogar zu Schäden an Objekten und/oder Personen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile auszuräumen.From the prior art solutions are known according to which mobile platforms are rigidly connected to other structures in order to keep their position constant. However, there is still the problem that a still occurring movement of the mobile platform is not recognized. If such a movement remains unrecognized, the manipulator would, for example, not grasp or position workpieces which it grips, should position, or position with an unknown offset and / or orient. This may result in disruption to the production process or even damage to objects and / or people. It is therefore an object of the present invention to overcome the disadvantages mentioned.
Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die Aufgabe wird gelöst durch ein mobiles Manipulator-System nach Anspruch 1.The object is achieved by a mobile manipulator system according to
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein mobiles Manipulator-System umfassend: Zumindest einen Manipulator der von einer Steuereinrichtung gesteuert wird; zumindest eine mobile Plattform, an welcher der Manipulator angeordnet ist; ein Überwachungssystem, zum Erkennen einer Bewegung der mobilen Plattform, wobei das Überwachungssystem umfasst: Zumindest einen Sensor, der an der mobilen Plattform oder am Manipulator angeordnet ist, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist eine Bewegung der mobilen Plattform zu detektieren; und zumindest eine Überwachungslogik, die dazu eingerichtet ist, ein Sensorsignal zu empfangen und ein Ausgabesignal zu erzeugen, welches angibt, dass eine Bewegung der mobilen Plattform stattgefunden hat.In particular, the object is achieved by a mobile manipulator system comprising: at least one manipulator which is controlled by a control device; at least one mobile platform on which the manipulator is arranged; a monitoring system for detecting movement of the mobile platform, the monitoring system comprising: at least one sensor disposed on the mobile platform or on the manipulator, the sensor configured to detect movement of the mobile platform; and at least one monitoring logic configured to receive a sensor signal and generate an output signal indicating that movement of the mobile platform has occurred.
Wird ein Überwachungssystem zum Erkennen einer Bewegung der mobilen Plattform bereitgestellt, so kann erkannt werden, ob eine Bewegung der mobilen Plattform stattgefunden hat. Somit können Fehler, die auf einer ungewollten Bewegung der mobilen Plattform beruhen vermieden werden. Der zumindest eine Sensor kann beispielsweise ein optischer Sensor, ein magnetischer Sensor oder ein Beschleunigungssensor sein. Grundsätzlich ist jeder Sensor geeignet, der eine Veränderung in der Position, eine Veränderung in der Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung erfassen kann. If a monitoring system for detecting a movement of the mobile platform is provided, then it can be detected whether a movement of the mobile platform has taken place. Thus, errors that are due to an unwanted movement of the mobile platform can be avoided. The at least one sensor may be, for example, an optical sensor, a magnetic sensor or an acceleration sensor. In principle, any sensor capable of detecting a change in position, a change in speed and / or an acceleration is suitable.
Wird basierend auf einem Sensorsignal ein Ausgabesignal erzeugt, welches angibt, dass eine Bewegung der mobilen Plattform stattgefunden hat, so kann beispielsweise eine Steuereinrichtung des Manipulators sicherheitsrelevante Modi starten. Vorzugsweise wird das Überwachungssystem dann aktiviert, wenn die mobile Plattform an einem Zielort positioniert ist, an welchem der Manipulator eingesetzt werden soll. Das Überwachungssystem kann sowohl Hardware als auch Software umfassen. Am Zielort wird der Manipulator typischerweise referenziert. Das Erreichen des Zielortes kann beispielsweise durch das Feststellen einer Bremse der mobilen Plattform detektiert werden. Ebenso kann der Beginn der Referenzierung des Manipulators ein Erreichen des Zielortes indizieren. Weitere Eingaben, welche angeben dass der Zielort der mobilen Plattform erreicht wurde sind ebenso denkbar, so kann beispielsweise ein Bediener manuell bestätigen, dass der Zielort erreicht wurde.If an output signal is generated based on a sensor signal, which indicates that a movement of the mobile platform has taken place, a control device of the manipulator can start safety-relevant modes, for example. Preferably, the monitoring system is activated when the mobile platform is positioned at a destination where the manipulator is to be deployed. The monitoring system may include both hardware and software. At the destination, the manipulator is typically referenced. The reaching of the destination can be detected, for example, by detecting a brake of the mobile platform. Likewise, the beginning of the referencing of the manipulator can indicate that the destination has been reached. Other inputs indicating that the destination of the mobile platform has been reached are also conceivable, for example an operator may manually confirm that the destination has been reached.
Beispielhaft kann nach Erreichen des Zielortes ein Taster aktiviert werden, welcher indiziert, dass der Zielort erreicht wurde. Anschließend kann eine Bremse, welche beispielsweise auf ein Rad der mobilen Plattform wirkt, die mobile Plattform ortsfest fixieren.By way of example, after reaching the destination, a button can be activated which indicates that the destination has been reached. Subsequently, a brake which acts, for example, on a wheel of the mobile platform, fix the mobile platform stationary.
Nach der Aktivierung des Überwachungssystems überwacht der Sensor zyklisch, ob sich die mobile Plattform bewegt. Wird eine Bewegung festgestellt, so wird ein Signal, welches angibt dass eine Bewegung stattgefunden hat, erzeugt. Alternativ kann ein Freigabesignal bereitgestellt werden, wenn keine Bewegung der mobilen Plattform detektiert wurde. Ein Freigabesignal kann beispielsweise die Bewegung des Manipulators erlauben.After activating the monitoring system, the sensor cyclically monitors whether the mobile platform is moving. When a movement is detected, a signal indicating that movement has occurred is generated. Alternatively, a release signal may be provided if no movement of the mobile platform has been detected. For example, a release signal may allow movement of the manipulator.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den Manipulator zu stoppen falls das Ausgabesignal angibt, dass eine Bewegung der mobilen Plattform stattgefunden hat. Das Stoppen des Manipulators nach dem Detektieren einer Bewegung der mobilen Plattform verhindert mögliche Schäden im Produktionsprozess und/oder an den Werkstücken. Insbesondere können Schäden an Personen, welche sich in der Umgebung des Manipulators befinden vermieden werden. Insbesondere wenn ein Manipulator eines mobilen Manipulator-Systems ohne Schutzzaun betrieben wird, ist die Detektion einer Bewegung der mobilen Plattform wichtig. Typischerweise wird in diesen Anwendungsfällen der Arbeitsbereich des Roboters mit Sensoren überwacht. Verschiebt sich nun die mobile Plattform, so verschiebt sich auch der Arbeitsbereich des Roboters, so dass möglicherweise ein Teil des verschobenen Arbeitsbereichs nicht mehr überwacht wird. Hierdurch entstehen mögliche Gefährdungen für in der Umgebung befindliche Objekte und Personen. Daher ist das Stoppen des Manipulators nach Detektion einer Bewegung der mobilen Plattform vorteilhaft, um Schäden vorzubeugen.Preferably, the control means is arranged to stop the manipulator if the output signal indicates that movement of the mobile platform has taken place. Stopping the manipulator after detecting movement of the mobile platform prevents possible damage in the production process and / or on the workpieces. In particular, damage to persons located in the vicinity of the manipulator can be avoided. In particular, when a manipulator of a mobile manipulator system is operated without a safety fence, the detection of movement of the mobile platform is important. Typically, in these applications, the work area of the robot is monitored with sensors. As the mobile platform shifts, the robot's workspace also shifts so that part of the displaced workspace may no longer be monitored. This creates potential hazards to surrounding objects and people. Therefore, stopping the manipulator after detecting movement of the mobile platform is advantageous to prevent damage.
Vorzugsweise ist der zumindest eine Sensor ein optischer Sensor und besonders bevorzugt eine Kamera. Ein optischer Sensor ist vorteilhaft, da mit einem optischen Sensor vorhandene Objekte erkannt und ausgewertet werden können. Ist der optische Sensor eine Kamera, so kann beispielsweise die Auswertung der Bilddaten ergeben, dass eine Bewegung der mobilen Plattform stattgefunden hat. Vorzugsweise ist der optische Sensor auf ein Rad der mobilen Plattform gerichtet, wobei der optische Sensor weiterhin dazu eingerichtet ist zumindest einen Teil des Rades zyklisch zu erfassen.Preferably, the at least one sensor is an optical sensor and more preferably a camera. An optical sensor is advantageous since existing objects can be detected and evaluated with an optical sensor. If the optical sensor is a camera, for example, the evaluation of the image data can reveal that a movement of the mobile platform has taken place. Preferably, the optical sensor is directed to a wheel of the mobile platform, wherein the optical sensor is further configured to cyclically detect at least a portion of the wheel.
Ist der optische Sensor beispielsweise auf ein Rad der mobilen Plattform gerichtet, so kann durch einen zyklischen Vergleich der Sensordaten festgestellt werden, ob sich ein Rad bewegt. Verändern sich die erfassten Bilddaten, so ist davon auszugehen, dass sich das Rad bewegt hat. Vorzugsweise ist ein typisches Muster auf das Rad aufgebracht, wie beispielsweise ein Profil. Ist der optische Sensor dazu eingerichtet das Muster zu erkennen, so kann aus einem Vergleich von zumindest zwei nacheinander aufgenommenen optischen Sensordaten ausgewertet werden, wie sich die mobile Plattform bewegt hat. Werden mehrere Räder der mobilen Plattform mit einem optischen Sensor überwacht, lassen sich Informationen über die Strecke der Bewegung der mobilen Plattform und über die Richtung der Bewegung der mobilen Plattform ermitteln. Dies erlaubt beispielsweise eine Anpassung der Referenzierung des Manipulators, welcher auf der mobilen Plattform angeordnet ist.If the optical sensor is directed, for example, to a wheel of the mobile platform, it can be determined by a cyclic comparison of the sensor data whether a wheel is moving. If the recorded image data changes, it can be assumed that the wheel has moved. Preferably, a typical pattern is applied to the wheel, such as a profile. If the optical sensor is configured to recognize the pattern, then it can be evaluated from a comparison of at least two consecutively recorded optical sensor data as the mobile platform has moved. When multiple wheels of the mobile platform are monitored with an optical sensor, information about the distance of the movement of the mobile platform and the direction of movement of the mobile platform can be obtained. This allows, for example, an adaptation of the referencing of the manipulator, which is arranged on the mobile platform.
Vorzugsweise ist der optische Sensor auf ein Objekt in der Umgebung der mobilen Plattform gerichtet, wobei das Objekt vorzugsweise der Boden ist und wobei der optische Sensor weiterhin dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der Umgebung zyklisch zu erfassen. Ist der optische Sensor auf die Umgebung gerichtet, so kann durch einen Vergleich der optischen Sensordaten eine Bewegung der mobilen Plattform detektiert werden. Ein Vergleich von optischen Sensordaten, die mit Bezug auf die Umgebung erfasst werden, ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die mobile Plattform in staubiger Umgebung eingesetzt werden soll. In einem solchen Anwendungsszenario kann durch die Räder Staub aufgewirbelt werden und so eine zuverlässige Erfassung und/oder Auswertung der Sensordaten erschwert werden, wenn der Sensor auf eines der Räder gerichtet ist. Ist der optische Sensor auf ein Objekt in der Umgebung gerichtet, so kann der Sensor besser vor etwaigen Verschmutzungen, wie etwa Staub, geschützt werden.Preferably, the optical sensor is directed to an object in the vicinity of the mobile platform, wherein the object is preferably the ground, and wherein the optical sensor is further configured to cyclically detect at least a portion of the environment. If the optical sensor is directed towards the surroundings, a movement of the mobile platform can be detected by a comparison of the optical sensor data. A comparison of optical sensor data, with reference to the For example, it is advantageous if the mobile platform is to be used in a dusty environment. In such an application scenario, dust can be whirled up by the wheels and thus a reliable detection and / or evaluation of the sensor data can be made more difficult if the sensor is aimed at one of the wheels. If the optical sensor is aimed at an object in the environment, the sensor can be better protected against possible dirt, such as dust.
Vorzugsweise ist der zumindest ein Sensor ein Beschleunigungssensor, wobei der Beschleunigungssensor dazu eingerichtet ist, Beschleunigungen der mobilen Plattform in zumindest einer horizontalen Ebene zu erfassen. Überschreiten die erfassten Beschleunigungen einen definierten Schwellwert, so kann davon ausgegangen werden, dass die mobile Plattform bewegt wurde. Insbesondere sind Beschleunigungssensoren vorteilhaft, da diese vollständig von einem Gehäuse umgeben werden können und somit vor umgebungsbedingten Störungen wie Schmutz, Staub, Feuchte und dergleichen geschützt werden können.Preferably, the at least one sensor is an acceleration sensor, wherein the acceleration sensor is adapted to detect accelerations of the mobile platform in at least one horizontal plane. If the detected accelerations exceed a defined threshold, it can be assumed that the mobile platform has been moved. In particular, acceleration sensors are advantageous because they can be completely surrounded by a housing and thus protected from environmental disturbances such as dirt, dust, moisture and the like.
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
Im Folgenden ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei zeigt:The invention is described below by way of example with reference to the figures. Showing:
Insbesondere zeigt
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Mobiles Manipulator-SystemMobile manipulator system
- 1010
- Mobile PlattformMobile platform
- 11, 1211, 12
- Räderbikes
- 2020
- Manipulatormanipulator
- 3030
- Steuereinrichtungcontrol device
- 100, 200, 300100, 200, 300
- Überwachungssystemmonitoring system
- 101, 201, 301101, 201, 301
- Überwachungslogikmonitoring logic
- 102, 202, 303102, 202, 303
- Steuereinrichtungcontrol device
- 103, 203, 303103, 203, 303
- Motorengine
- 104, 204, 304104, 204, 304
- Bremsebrake
- 111, 211, 311111, 211, 311
- kugelförmiges Radspherical wheel
- 120, 220120, 220
- Lichtquellelight source
- 140, 240140, 240
- Optischer SensorOptical sensor
- 340340
- Beschleunigungssensoraccelerometer
Claims (6)
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DE202015004398.4U DE202015004398U1 (en) | 2015-06-19 | 2015-06-19 | Mobile manipulator system with monitoring system |
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DE202015004398U1 true DE202015004398U1 (en) | 2016-09-21 |
Family
ID=57110123
Family Applications (1)
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DE202015004398.4U Expired - Lifetime DE202015004398U1 (en) | 2015-06-19 | 2015-06-19 | Mobile manipulator system with monitoring system |
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Cited By (2)
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CN106625571A (en) * | 2017-03-12 | 2017-05-10 | 周佰利 | Multifunctional nut demounting robot |
CN113119058A (en) * | 2020-01-15 | 2021-07-16 | 精工爱普生株式会社 | Robot control method and robot system |
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2015
- 2015-06-19 DE DE202015004398.4U patent/DE202015004398U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
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R157 | Lapse of ip right after 6 years |