DE2636473A1

DE2636473A1 - Adaptives greifersystem

Info

Publication number: DE2636473A1
Application number: DE19762636473
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing Grad Hirt; Gerhard Dipl Phys Dr Isenberg; Zdravko Dipl Ing Krovinovic
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1976-08-13
Filing date: 1976-08-13
Publication date: 1978-02-23
Also published as: DE2636473B2; DE2636473C3

Description

Adaptives Greifersystem
Die automatische Handhabung verschiedenartiger Gegenstände mit unterschiedlicher Beschaffenheit erfordert ein Greifersystem, das ein feinfühliges Ergreifen, Aufnehmen, Positionieren und Absetzen der Gegenstände erlaubt. Dieses trifft besonders dann zu, wenn es sich um die Handhabung dünnwandiger Metallteile handelt, die beim Ergreifen nicht deformiert werden dürfen, oder wenn z. B. leichtbrüchige Teile aus Glas oder Keramik zu handhaben sind, die evtl. mit giftigen, radioaktiven oder explosiven Stoffen gefüllt sein können. Ein weiterer Anwendungsfall wäre z. B. auch die Handhabung von Schüttgütern in Papier- oder Plastiksäcken, die ebenfalls ein vorsichtiges Ergreifen erfordern.
Da hierfür menschenhandähnliche Universalgreifer zu kompliziert und aufwendig sind, kamen bisher meist nur zweigliedrige Greifer zur Anwendung, die an das zu handhabende Werkstück angepaßt waren und über Servoantriebe auf- und zugesteuert wurden. Dabei wurde die Greifkraft nicht besonders geregelt; sie wurde höchstens durch entsprechende Überlastsicherungen oder durch die Zwischenschaltung nachgiebiger Übertragungsglieder begrenzt.
Der Einsatz derartiger Greifer war daher auf ganz bestimmte Teile beschränkt, die keine so hohen Anforderungen an die Handhabung stellten wie die beispielsweise genannten.
Die nachstehend beschriebene Erfindung zeigt nun einen Lösungsweg für ein adaptives Greifersystem, das seine Greifkraft selbständig dem zu greifenden Gegenstand anpaßt, und zwar in einer Weise, daß dieser mit der geringstmöglichen Kraft sicher gehalten wird und angehoben werden kann. Die Steuerung der Greifkraft erfolgt dabei vorzugsweise elektronisch über eine Wägung des Gegenstandes, die gleichzeitig mit dessen Ergreifen und Heben vorgenommen wird. Vorteilhafterweise kann dies auch mit zur Gegenstandserkennung ausgenützt werden.
Die Funktionsweise wird im Prinzip durch Fig. 1 bis 5 verdeutlicht.
Fig. 1 zeigt den auf einer Auflagefläche 1 ruhenden Körper 2, der von zwei Greiferarmen 3 und 4 aufzunehmen und hochzuheben ist.
Zwischen den Armen 3 und 4 und dem Gegenstand 2 befinden sich Fingerglieder 5 und 6, die über ein in vertikaler Richtung nachgiebiges, elektronisches Wägesystem 7 verbunden sind. Zur Kraftübertragung zwischen den Greiferarmen und den Fingergliedern ist ein nachgiebiges Kraftübertragungsglied und elektronisches Meßsysten 8 eingefügt. Diese übertragungsglieder und Meßsysteme sind für beide Greiferarme nur einmal erforderlich. Es ist daher in Fig. 1 schematisch nur zwischen dem Greiferarm 4 und dem Fingerteil 6 gezeichnet.
In der Praxis wird man es zweckmäßig an den gemeinsamen Anlenk-und Antriebspunkt beider Greiferarme anordnen.
Beim Ergreifen, Heben und Absetzen des Gegenstandes laufen die in Fig. 2 schematisch skizzierten Vorgänge ab. Die Kurve 1 zeigt zeitlich stark gedehnt den Weg der Greiferarme in Richtung Heben und Senken (bei einem linearen Greifvorgang), die Kurve 3 den Verlauf der Greifkraft über der Zeit und die Kurve 4 das Meßsignal des Wägesystems.
Zum Zeitpunkt t1 sind die Greiferarme noch offen; bei t2 berühren die Greiferfinger den Gegenstand; bei t3 haben sich die Greiferfinger mit einer für die Wägung erforderlichen Mindestkraft PO an den Gegenstand angelegt; bei t4 beginnt die wachsende Belastung des Greifers während des Anhebens desselben, wobei die Greifkraft entsprechend der Zunahme des Wägesignals nachgeregelt wird; bei t5 ist der Greifarm voll belastet und hebt den Gegenstand von der Auflagefläche ab; das Signal des Wägesystems hat dabei seinen maximalen Wert erreicht, und die Greifkraft wird nicht mehr weiter gesteigert; bei t6 befindet sich der Greifer in Ruhe; der Gegenstand ist auf einen vorgegebenen Wert angehoben; bei t7 beginnt der Greiferarm mit dem Absenken des Gegenstandes; bei t8 berührt der Gegenstand wieder die Aufsetzfläche, die Greiferfinger werden entlastet, und die Greifkraft wird zurückgeregelt.
Die Vorgänge zu den Zeitpunkten 9, 10 und 11 sind wieder identisch mit den Zeitpunkten 4, 3 und 2.
Um den Greifvorgang wie beschrieben zu steuern, ist in der einfachsten Ausführung ein elektronischer Regler nach Fig. 3 erforderlich. Einem Summierverstärker 12 werden die Signale Gewicht G über den Verstärker 9, Greifkraft P über den Verstärker 10 und Anfangskraft PO 11 zugeführt. Der Ausgang des Summierers 12 wird zwei Komparatoren 13 und 14 zugeführt, die auf eine Steuerung 15 einwirken. Wird diese z. B. als Schrittmotorsteuerung ausgeführt, so liefert der Komparator 13, der zweckmäßig als Fensterkomparator ausgeführt wird, das Start/ Stop-Signal für die Motorsteuerung und der zweite Komparator 14 ein Signal für den Rechts- oder Linkslauf des Motors, je nachdem ob die Greifkraft zu-oder abnehmen soll. Bei dieser einfachsten Version des Regelkreises wurden bestimmte Vorgänge noch außer acht gelassen; so ist zunächst der Reibungskoeffizient zwischen den Greiferfingern und verschiedenen Gegenständen unterschiedlich und unbekannt. Dies erfordert eine Steilheit des Verstärkers 10, die mit Sicherheit auch bei kleinsten Reibungskoeffizienten ein Rutschen des Gegenstandes verhindert. Damit wiederum ergibt sich bei Gegenständen mit großem Reibungskoeffizienten eine unnötig große Greifkraft.
Erfindungsgemäß läßt sich dieser Nachteil dadurch beseitigen, daß zu Anfang des Greifvorganges ein geringes Gleiten zugelassen wird und hierbei der vorhandene Reibungskoeffizient ermittelt und bei der weiteren Regelung der Greifkraft berücksichtigt wird. Hierfür ist als zusätzlicher Sensor ein Geschwindigkeits- oder Wegaufnehmer 18 (Fig. 1) erforderlich, der die Relativbewegung zwischen dem Gegenstand 2 und dem Fingerteil 6 (Fig. 1) erfaßt. Der Sensor kann dazu z. B. auf dem Finger 6 montiert sein und mechanisch, magnetisch oder adhäsiv mit dem Gegenstand in Verbindung gebracht werden. Das Signal des Sensors 18 wird nur hinsichtlich Gegenstand gleitet oder gleitet nicht" ausgewertet. In einer Rechenschaltung (Fig. 4) wird der Reibungskoeffizient durch eine Divisionschaltung 16 aus den Signalen G und P ermittelt. In dem Augenblick, da der Geschwindigkeitssensor v18 kein Gleiten mehr feststellt, wird über einen.Komparator 19 eine Speicherschaltung 17 angesteuert, die den augenblicklichen Reibungswert festhält. Dieser Wert wird dann in einer Multiplizierschaltung 20 mit dem Gewichtssignal multipliziert und ergibt das optimale Greifkraftsignal.
Um Beschleunigungsänderungen im Bewegungsablauf des Greiferarmes zu kompensieren, kann das Greifkraftsignal noch über einen zweiten Multiplizierer 21 mit dem Signal eines Beschleunigungssensors 22 über einen Verstärker 23 korrigiert werden. Dieser Sensor wird zweckmäßigerweise auf einem der Greiferarme 3 oder 4 (Fig. 1) so montiert, daß er nur Beschleunigungsänderungen in Hubrichtung erfaßt. Die Einbeziehung der Rechenschaltung Fig. 4 in das Reglerschema Fig. 3 zeigt Fig. 5.
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Claims

Patentansprüche Adaptives Greifersystem für Industrieroboter zur automatischen Handhabung verschiedenartiger Gegenstände von unterschiedlicher Beschaffenheit, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kraft des Greif systems automatisch auf den minimal erforderlichen Wert einstellt.
2. Adaptives Greifersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Greifkraft über eine mit dem Heben des Gegenstandes gekoppelte Wägung desselben erfolgt.
3. Adaptives Greifersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferfinger zu Beginn des Anhebens sich mit einer für die Durchführung der Wägung des Gegenstandes erforderlichen Mindestkraft an diesen anlegen.
4. Adaptives Greifersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer vorzugsweise elektronischen Regelschaltung die Freifkraft entsprechend dem Wägesignal nachgeregelt wird.
5. Adaptives Greifersystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung der Greifkraft in Richtung Kleinstwert eine Rechenschaltung im Regler vorgesehen ist, mit deren Hilfe Unterschiede im Reibungswert zwischen Gegenstand und Greiferfinger erfaßt und korrigiert werden.
6. Adaptives Greifersystem nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur dynamischen Nachregelung der Greifkraft Rechenschaltungen im Regler vorgesehen sind, die weitere Parameter berücksichtigen, wie z. B. Änderungen im Beschleunigungsverhalten der Greiferarmbewegungen.
7. Adaptives Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Wägemeßsystem für die Gewichtsbestimmung und Gegenstands erkennung beinhaltet.
8. Adaptives Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Kraftübertragungsglied und Meßsystem für die Greifkraft beinhaltet.
9. Adaptives Greifersystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Sensor zur Erfassung einer Gleitbewegung zwischen Gegenstand und Greiferfingern aufweist, vorzugsweise einen Geschwindigkeits-oder Wegsensor.
10. Adaptives Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Beschleunigungssensor am Greiferarm aufweist, der Beschleunigungsänderungen der Armbewegungen erfaßt.
11. Adaptives Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Greifkraft über eine mit dem Heben des Gegenstandes gekoppelte Wägung desselben erfolgt.