EP3302898A1 - Robotic gripper and method for operating same - Google Patents

Robotic gripper and method for operating same

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Publication number
EP3302898A1
EP3302898A1 EP17703108.5A EP17703108A EP3302898A1 EP 3302898 A1 EP3302898 A1 EP 3302898A1 EP 17703108 A EP17703108 A EP 17703108A EP 3302898 A1 EP3302898 A1 EP 3302898A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gripping surface
robotic gripper
gripping
gripped
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17703108.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jörn Vogel
Hannes Höppner
Roman Weitschat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP3302898A1 publication Critical patent/EP3302898A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0023—Gripper surfaces directly activated by a fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/081—Touching devices, e.g. pressure-sensitive
    • B25J13/084—Tactile sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B25J15/12—Gripping heads and other end effectors having finger members with flexible finger members
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
    • G01L5/228—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping using tactile array force sensors

Definitions

  • the invention relates to a robotic gripper and a method for operating such.
  • gripping planning The gripping of objects with an unknown geometry by a robotic gripper is a great challenge. Complex calculations are necessary to determine an optimal gripping configuration (so-called gripping planning). This is due to the low flexibility of robotic grippers and the lack of flexibility of the gripping surfaces of the gripper.
  • Granular grippers are known from the prior art which offer the possibility of gripping different types of objects without first knowing the geometric shape or the orientation of the object.
  • the granular gripper on a filled granules with a granule chamber, through which the gripping surface is formed The gripping surface can thus be adapted to the geometric shape of the object to be gripped.
  • the granule chamber is connected to a vacuuming device and can thereby be hardened.
  • the object can be used for further processing steps, such as packing or manipulating the object.
  • the object of the invention is to provide a robotic gripper by means of which the position and orientation of the gripped object can be determined after gripping.
  • the robotic gripper according to the invention has a gripping surface which is formed by a deformable body which is deformable in such a way that the shape of the gripping surface changes as a result. In this way, an object can be gripped positively by the gripping surface.
  • the gripper according to the invention is characterized in that the gripping surface formed by the deformable body has an elastic tactile sensor skin for detecting gripping and contact forces.
  • the body and the gripping surface are at least partially passively deformable by the object to be gripped. This can be done by the gripping surface by the robot on the zu is pressed so that at least a part of the deformation of the gripping surface and the deformable body is caused by the object to be gripped. Conversely, this means that the controller of the robot has neither directly caused this deformation nor is aware of the nature of this deformation. The robot merely causes indirect deformation by pressing the gripping surface onto the object. The type of deformation is unknown to the robot.
  • the deformable body is a chamber which is filled with a granulate or fluid.
  • it may be a granule chamber filled with a granulate, the granules being freely movable in the granulate chamber, so that the shape of the gripping surface can be adapted to an object to be gripped.
  • the granule chamber can be connected or connected to a vacuuming device and thus can be vacuumed, so that the gripping surface formed by the granulate chamber is hardenable.
  • the granules Due to the vacuum created in the granule chamber by the vacuuming device, the granules are compressed. As a result, the granule chamber contracts slightly, so that the object, which is enclosed by the granule chamber, is clamped. By vacuuming the granule chamber thus the object can be gripped safely.
  • the deformable chamber may be filled with a fluid and be variable in shape by an actuating device.
  • the chamber has a convex gripping surface when the actuating device is not actuated, while it has a concave gripping surface when the actuating device is actuated.
  • One Such designed robotic gripper is offered for example by the company Festo under the name FlexShapeGripper.
  • the tactile sensor skin is preferably realized with an electrical measuring principle and changes its electrical resistance or its electrical capacitance as its curvature changes.
  • it may for example be traversed by a plurality of electrically conductive wires which change their electrical resistance with a change in their curvature.
  • the tactile sensor skin may be formed according to one of the following publications:
  • the tactile sensor skin additionally has a temperature sensor for detecting the temperature of the gripped object.
  • the tactile sensor skin itself may also be designed as a temperature sensor, so that it is not necessary to provide a separate temperature sensor.
  • the tactile sensor skin may additionally comprise a conductivity sensor for detecting the electrical and / or thermal conductivity of the object being grasped. If both parameters are to be measured, two separate sensors must of course be provided here.
  • the invention further relates to a method for operating a robotic gripper, in particular as has been described so far.
  • the method comprises the following steps: A gripping surface formed by a deformable body, in particular a chamber, is pressed onto the object to be gripped.
  • the body or the chamber is deformable such that thereby changes the shape of the gripping surface, so that in this way an object can be positively gripped by the gripping surface.
  • the gripping surface is that surface over which the contact between the robotic gripper and the object to be gripped is established.
  • the contact forces occurring on the gripping surface are detected during the gripping process or after the gripping process by a tactile sensor skin formed on the gripping surface. It is preferred that not only the size of the contact force but also the number of contact points and the position of these contact points are determined via the tactile sensor skin. As a result, then the shape and position of the object can be determined.
  • the method may have all the features described in connection with the device according to the invention and vice versa.
  • the method comprises a passive deformation of the deformable body and the gripping surface by the object to be gripped while the gripping surface is pressed onto the object.
  • the chamber is filled with a granulate and the granules in the granular chamber during the pressing of the gripping surface on the object is freely movable so that the shape of the gripping surface adapts to the object to be gripped. Subsequently, a vacuuming of the granule chamber, so that a hardening of the gripping surface formed by this takes place. The vacuuming thus results in a simultaneous contraction and hardening of the granular chamber, so that the gripped object is clamped. It is preferred that when a maximum allowable contact force is exceeded, the object is released and again gripped in a different orientation. As a result, it may possibly be achieved that the maximum permissible contact force is not exceeded in the new gripping configuration. This can improve the grip of fragile objects.
  • an object of unknown orientation may be gripped by the robotic gripper.
  • the contact forces measured on the tactile sensor skin determine the orientation of the object relative to the robotic gripper.
  • the article is then rotated by the robotic gripper due to its now known orientation and handed over in a desired orientation.
  • the robotic gripper can be attached to a robot arm, which is moved in such a way that the now known orientation of the gripped object corresponds to the desired orientation and the object can thus be transferred in the desired orientation.
  • the tactile sensor skin can itself be designed as an elastic bellows, which forms the granule chamber. Alternatively, the tactile sensor skin can also be applied to an elastic bellows through which the granule chamber is formed.
  • the knowledge of the orientation of the object after it has been grasped makes it possible to dispense with complex image-based measuring systems for detecting the alignment. This can be of particular importance when a larger number of objects with complex geometries are to be used undefined, for example from a box.
  • the gripper according to the invention does not have to be complicated to adapt to new objects, as is the case with conventional grippers.
  • a granulate having different properties and particle sizes can be used.
  • the granules may have a particle size between 50 and 1,000 micrometers. It can be used a homogeneous or inhomogeneous granules.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an embodiment of the gripper according to the invention
  • Figure 2 is a schematic bottom view of the same embodiment.
  • the gripping surface 12 of the robotic gripper 10 according to the invention is formed by the granule chamber 14 in the embodiment according to FIG. This is connected to a vacuuming device, not shown.
  • the contact surface 12 is pressed in the non-vacuum state on the object to be gripped 20 so that their shape adapts to the shape of the article 20.
  • the granule chamber 14 is vacuumed so that the gripping surface contracts and hardens and retains the shape of the article 20. This can be used safely.
  • the elastic sensor skin 16 on the gripping surface 12 is mounted, contact forces are measured, which occur on the gripping surface 12.
  • the electrical sensor skin 16 has a plurality of electrically conductive wires 18 whose electrical resistance changes when they are deformed. These wires may, for example, have piezoelectric properties.
  • FIG. 2 shows the same robotic gripper 10 from below. It is possible to grip the article 20 without knowing its exact orientation. The orientation of the article 20 relative to the robotic gripper 10 is determined by the sensor skin 16 so that the article 20 can be transferred in a desired orientation.

Abstract

The invention relates to a robotic gripper (10) having a gripping surface (12) which is formed by a deformable body (14). Said deformable body is deformable in such a way that, as a result, the shape of the gripping surface (12) changes so that an object (20) can be gripped in a positively locking manner by the gripping surface (12). The invention is characterized in that the gripping surface (12) has an elastic tactile sensor skin (16) for detecting gripping and contact forces.

Description

Robotischer Greifer sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen  Robotic gripper and method for operating such
Die Erfindung betrifft einen robotischen Greifer sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen . The invention relates to a robotic gripper and a method for operating such.
Das Greifen von Gegenständen mit einer unbekannten Geometrie durch einen robotischen Greifer stellt eine große Herausforderung dar. Es sind aufwendige Berechnungen notwendig, um eine optimale Greifkonfiguration zu ermitteln (sogenannte Greifplanung). Dies liegt an der geringen Flexibilität von robotischen Greifern und an der fehlenden Nachgiebigkeit der Greifflächen des Greifers. The gripping of objects with an unknown geometry by a robotic gripper is a great challenge. Complex calculations are necessary to determine an optimal gripping configuration (so-called gripping planning). This is due to the low flexibility of robotic grippers and the lack of flexibility of the gripping surfaces of the gripper.
Aus dem Stand der Technik sind granuläre Greifer bekannt, die die Möglichkeit bieten, unterschiedliche Arten von Objekten zu greifen, ohne vorher die geometrische Form oder die Ausrichtung des Objekts zu kennen. Hierzu weist der granuläre Greifer eine mit einem Granulat gefüllte Granulatkammer auf, durch die die Greiffläche gebildet wird. Die Greiffläche kann somit an die geometrische Form des zu greifenden Gegenstandes angepasst werden. Die Granulatkammer ist mit einer Vakuumiervorrichtung verbunden und kann hierdurch verhärtet werden. Granular grippers are known from the prior art which offer the possibility of gripping different types of objects without first knowing the geometric shape or the orientation of the object. For this purpose, the granular gripper on a filled granules with a granule chamber, through which the gripping surface is formed. The gripping surface can thus be adapted to the geometric shape of the object to be gripped. The granule chamber is connected to a vacuuming device and can thereby be hardened.
Mit einem derartigen granulären Greifer ist es zwar möglich, ein unbekanntes Objekt in beliebiger Ausrichtung zu greifen. Dennoch ist die Ausrichtung des Objekts nach dem Greifen unbekannt. Die Kenntnis über die Ausrichtung des Objekts kann hierbei für weitere Verarbeitungsschritte wie beispielsweise ein Verpacken oder Manipulieren des Objekts verwendet werden. With such a granular gripper it is indeed possible to grasp an unknown object in any orientation. Nevertheless, the orientation of the object after grasping is unknown. Knowledge of the orientation of the In this case, the object can be used for further processing steps, such as packing or manipulating the object.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen robotischen Greifer bereitzustellen, durch den die Lage und Ausrichtung des gegriffenen Gegenstands nach dem Greifen bestimmbar ist. The object of the invention is to provide a robotic gripper by means of which the position and orientation of the gripped object can be determined after gripping.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8. The object is achieved according to the invention by the features of claims 1 and 8.
Der erfindungsgemäße robotische Greifer weist eine Greiffläche auf, die durch einen verformbaren Körper gebildet wird, der derart verformbar ist, dass sich hierdurch die Form der Greiffläche ändert. Hierdurch kann ein Gegenstand formschlüssig durch die Greiffläche gegriffen werden. The robotic gripper according to the invention has a gripping surface which is formed by a deformable body which is deformable in such a way that the shape of the gripping surface changes as a result. In this way, an object can be gripped positively by the gripping surface.
Der erfindungsgemäße Greifer ist gekennzeichnet dadurch, dass die durch den verformbaren Körper gebildete Greiffläche eine elastische taktile Sensorhaut zur Erfassung von Greif- und Kontaktkräften aufweist. The gripper according to the invention is characterized in that the gripping surface formed by the deformable body has an elastic tactile sensor skin for detecting gripping and contact forces.
Durch diese ist es möglich, Lage und Ausrichtung eines gegriffenen Gegenstandes im gegriffenen Zustand zu bestimmen. Weiterhin ist es möglich, die Kontaktkraft zwischen der Greiffläche und dem gegriffenen Gegenstand zu bestimmen. Diese kann beispielsweise dahingehend überwacht werden, dass eine maximal zulässige Kontaktkraft nicht überschritten wird. Hierdurch können zum Beispiel fragile Gegenstände geschützt gegriffen werden. Weiterhin ist die Ermittlung anderer Parameter des Gegenstandes, beispielsweise seiner Größe, seiner geometrischen Form etc. durch die elastische taktile Sensorhaut möglich. Through this it is possible to determine the position and orientation of a gripped object in the gripped state. Furthermore, it is possible to determine the contact force between the gripping surface and the gripped object. This can be monitored, for example, to the effect that a maximum permissible contact force is not exceeded. As a result, for example, fragile objects can be gripped protected. Furthermore, the determination of other parameters of the object, for example, its size, its geometric shape, etc. by the elastic tactile sensor skin is possible.
Es ist bevorzugt, dass der Körper und die Greiffläche zumindest teilweise passiv durch den zu greifenden Gegenstand verformbar sind. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Greiffläche durch den Roboter auf den zu greifenden Gegenstand gedrückt wird, so dass zumindest ein Teil der Verformung der Greiffläche und des verformbaren Körpers durch den zu greifenden Gegenstand hervorgerufen wird. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass die Steuerung des Roboters diese Verformung weder direkt verursacht hat noch von der Art dieser Verformung Kenntnis hat. Der Roboter verursacht lediglich eine indirekte Verformung, indem er die Greiffläche auf das Objekt drückt. Die Art der Verformung ist dem Roboter nicht bekannt. It is preferred that the body and the gripping surface are at least partially passively deformable by the object to be gripped. This can be done by the gripping surface by the robot on the zu is pressed so that at least a part of the deformation of the gripping surface and the deformable body is caused by the object to be gripped. Conversely, this means that the controller of the robot has neither directly caused this deformation nor is aware of the nature of this deformation. The robot merely causes indirect deformation by pressing the gripping surface onto the object. The type of deformation is unknown to the robot.
In bevorzugter Ausführungsform ist der verformbare Körper eine Kammer, die mit einem Granulat oder Fluid gefüllt ist. In a preferred embodiment, the deformable body is a chamber which is filled with a granulate or fluid.
Beispielsweise kann es sich um eine mit einem Granulat gefüllte Granulatkammer handeln, wobei das Granulat in der Granulatkammer frei beweglich ist, so dass die Form der Greiffläche an einen zu greifenden Gegenstand anpassbar ist. Die Granulatkammer ist mit einer Vakuumiervorrichtung verbindbar oder verbunden und somit vakuumierbar, so dass die durch die Granulatkammer gebildete Greiffläche verhärtbar ist. For example, it may be a granule chamber filled with a granulate, the granules being freely movable in the granulate chamber, so that the shape of the gripping surface can be adapted to an object to be gripped. The granule chamber can be connected or connected to a vacuuming device and thus can be vacuumed, so that the gripping surface formed by the granulate chamber is hardenable.
Durch den durch die Vakuumiervorrichtung entstehenden Unterdruck in der Granulatkammer wird das Granulat komprimiert. Hierdurch zieht sich die Granulatkammer leicht zusammen, so dass das Objekt, welches von der Granulatkammer umschlossen ist, eingeklemmt wird. Durch das Vakuumieren der Granulatkammer kann somit das Objekt sicher gegriffen werden. Due to the vacuum created in the granule chamber by the vacuuming device, the granules are compressed. As a result, the granule chamber contracts slightly, so that the object, which is enclosed by the granule chamber, is clamped. By vacuuming the granule chamber thus the object can be gripped safely.
Die prinzipielle Ausgestaltung eines granulären Greifers ist aus dem Stand der Technik bekannt. The basic design of a granular gripper is known from the prior art.
In alternativer Ausführungsform kann die verformbare Kammer mit einem Fluid gefüllt sein und durch eine Betätigungsvorrichtung in ihrer Form veränderbar sein . Die Kammer weist bei nicht betätigter Betätigungsvorrichtung eine konvexe Greiffläche auf, während sie bei betätigter Betätigungsvorrichtung eine konkave Greiffläche aufweist. Ein derart ausgestalteter robotischer Greifer wird beispielsweise durch die Firma Festo unter der Bezeichnung FlexShapeGripper angeboten. In an alternative embodiment, the deformable chamber may be filled with a fluid and be variable in shape by an actuating device. The chamber has a convex gripping surface when the actuating device is not actuated, while it has a concave gripping surface when the actuating device is actuated. One Such designed robotic gripper is offered for example by the company Festo under the name FlexShapeGripper.
Die taktile Sensorhaut ist vorzugsweise mit einem elektrischen Messprinzip realisiert und ändert bei einer Veränderung ihrer Krümmung ihren elektrischen Widerstand oder ihre elektrische Kapazität. Hierzu kann sie beispielsweise von einer Vielzahl von elektrisch leitenden Drähten durchzogen sein, die bei einer Veränderung ihrer Krümmung ihren elektrischen Widerstand ändern. The tactile sensor skin is preferably realized with an electrical measuring principle and changes its electrical resistance or its electrical capacitance as its curvature changes. For this purpose, it may for example be traversed by a plurality of electrically conductive wires which change their electrical resistance with a change in their curvature.
Die taktile Sensorhaut kann ausgebildet sein gemäß einer der folgenden Veröffentlichungen : The tactile sensor skin may be formed according to one of the following publications:
DE 10 2007 020 131 B4 DE 10 2007 020 131 B4
DE 10 2010 034 719 AI DE 10 2010 034 719 Al
DE 10 2010 034 704 AI DE 10 2010 034 704 AI
In bevorzugter Ausführungsform weist die taktile Sensorhaut zusätzlich einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des gegriffenen Objekts auf. Hierbei kann die taktile Sensorhaut selbst auch als Temperatursensor ausgebildet sein, so dass es nicht notwendig ist, einen gesonderten Temperatursensor vorzusehen. In a preferred embodiment, the tactile sensor skin additionally has a temperature sensor for detecting the temperature of the gripped object. In this case, the tactile sensor skin itself may also be designed as a temperature sensor, so that it is not necessary to provide a separate temperature sensor.
Weiterhin kann die taktile Sensorhaut zusätzlich einen Leitfähigkeitssensor zur Erfassung der elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit des gegriffenen Objekts aufweisen . Sollen beiden Parameter gemessen werden, müssen hier selbstverständlich zwei separate Sensoren vorgesehen werden. Furthermore, the tactile sensor skin may additionally comprise a conductivity sensor for detecting the electrical and / or thermal conductivity of the object being grasped. If both parameters are to be measured, two separate sensors must of course be provided here.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines robotischen Greifers, insbesondere wie er bisher beschrieben wurde. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Es wird eine durch einen verformbaren Körper, insbesondere eine Kammer, gebildete Greiffläche auf den zu greifenden Gegenstand gedrückt. Hierbei ist der Körper bzw. die Kammer derart verformbar, dass sich hierdurch die Form der Greiffläche ändert, so dass hierdurch ein Gegenstand formschlüssig durch die Greiffläche gegriffen werden kann. Als Greiffläche wird hierbei diejenige Fläche bezeichnet, über die der Kontakt zwischen dem robotischen Greifer und dem zu greifenden Gegenstand hergestellt wird. The invention further relates to a method for operating a robotic gripper, in particular as has been described so far. The method comprises the following steps: A gripping surface formed by a deformable body, in particular a chamber, is pressed onto the object to be gripped. Here, the body or the chamber is deformable such that thereby changes the shape of the gripping surface, so that in this way an object can be positively gripped by the gripping surface. In this case, the gripping surface is that surface over which the contact between the robotic gripper and the object to be gripped is established.
Erfindungsgemäß werden die an der Greiffläche auftretenden Kontaktkräfte während des Greifvorgangs oder nach dem Greifvorgang durch eine an der Greiffläche ausgebildete taktile Sensorhaut erfasst. Es ist bevorzugt, dass über die taktile Sensorhaut nicht nur die Größe der Kontaktkraft sondern auch die Anzahl der Kontaktpunkte und die Position dieser Kontaktpunkte ermittelt werden. Hieraus resultierend kann dann die Form und Lage des Objekts ermittelt werden. According to the invention, the contact forces occurring on the gripping surface are detected during the gripping process or after the gripping process by a tactile sensor skin formed on the gripping surface. It is preferred that not only the size of the contact force but also the number of contact points and the position of these contact points are determined via the tactile sensor skin. As a result, then the shape and position of the object can be determined.
Das Verfahren kann sämtliche Merkmale aufweisen, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurden und umgekehrt. The method may have all the features described in connection with the device according to the invention and vice versa.
Es ist bevorzugt, dass das Verfahren ein passives Verformen des verformbaren Körpers und der Greiffläche durch den zu greifenden Gegenstand, während die Greiffläche auf den Gegenstand gedrückt wird, umfasst. It is preferred that the method comprises a passive deformation of the deformable body and the gripping surface by the object to be gripped while the gripping surface is pressed onto the object.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kammer mit einem Granulat befüllt ist und das Granulat in der Granulatkammer während des Drückens der Greiffläche auf den Gegenstand derart frei beweglich ist, dass sich die Form der Greiffläche an den zu greifenden Gegenstand anpasst. Anschließend erfolgt ein Vakuumieren der Granulatkammer, so dass ein Verhärten der durch diese gebildeten Greiffläche erfolgt. Durch das Vakuumieren erfolgt somit ein gleichzeitiges Zusammenziehen und Verhärten der Granulatkammer, so dass das gegriffene Objekt eingeklemmt wird. Es ist bevorzugt, dass bei Überschreiten einer maximal zulässigen Kontaktkraft das Objekt losgelassen und erneut in einer anderen Ausrichtung gegriffen wird. Hierdurch kann möglicherweise erreicht werden, dass in der neuen Greifkonfiguration die maximal zulässige Kontaktkraft nicht überschritten wird. Hierdurch kann das Greifen von fragilen Objekten verbessert werden. Furthermore, it is preferred that the chamber is filled with a granulate and the granules in the granular chamber during the pressing of the gripping surface on the object is freely movable so that the shape of the gripping surface adapts to the object to be gripped. Subsequently, a vacuuming of the granule chamber, so that a hardening of the gripping surface formed by this takes place. The vacuuming thus results in a simultaneous contraction and hardening of the granular chamber, so that the gripped object is clamped. It is preferred that when a maximum allowable contact force is exceeded, the object is released and again gripped in a different orientation. As a result, it may possibly be achieved that the maximum permissible contact force is not exceeded in the new gripping configuration. This can improve the grip of fragile objects.
Weiterhin kann eine Anpassung der Kontaktkraft durch eine Regelung des Unterdrucks der Vakuumiervorrichtung erfolgen. Insbesondere ist es möglich, dass beim Überschreiten einer maximal zulässigen Kontaktkraft die Pumpleistung der Vakuumiervorrichtung reduziert wird. Furthermore, an adjustment of the contact force by a regulation of the negative pressure of the vacuuming done. In particular, it is possible that the pumping capacity of the vacuuming device is reduced when a maximum permissible contact force is exceeded.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein Gegenstand mit unbekannter Ausrichtung durch den robotischen Greifer gegriffen werden. Durch die an der taktilen Sensorhaut gemessenen Kontaktkräfte wird die Ausrichtung des Gegenstands relativ zum robotischen Greifer ermittelt. Der Gegenstand wird anschließend vom robotischen Greifer aufgrund seiner nunmehr bekannten Ausrichtung gedreht und in einer gewünschten Ausrichtung übergeben . Hierzu kann der robotische Greifer an einem Roboterarm befestigt sein, der derart bewegt wird, dass die nunmehr bekannte Ausrichtung des gegriffenen Gegenstands der gewünschten Ausrichtung entspricht und der Gegenstand somit in der gewünschten Ausrichtung übergeben werden kann. In another preferred embodiment, an object of unknown orientation may be gripped by the robotic gripper. The contact forces measured on the tactile sensor skin determine the orientation of the object relative to the robotic gripper. The article is then rotated by the robotic gripper due to its now known orientation and handed over in a desired orientation. For this purpose, the robotic gripper can be attached to a robot arm, which is moved in such a way that the now known orientation of the gripped object corresponds to the desired orientation and the object can thus be transferred in the desired orientation.
Weiterhin ist es möglich, durch die taktile Sensorhaut zu prüfen, ob der gegriffene Gegenstand vorgegebene Fertigungstoleranzen einhält. Furthermore, it is possible to check through the tactile sensor skin, whether the gripped object complies with predetermined manufacturing tolerances.
Die taktile Sensorhaut kann selbst als elastischer Balg ausgebildet sein, der die Granulatkammer bildet. Alternativ kann die taktile Sensorhaut auch auf einem elastischen Balg aufgebracht werden, durch den die Granulatkammer gebildet wird. Die Kenntnis der Ausrichtung des Objekts nach seinem Greifen ermöglicht es, auf komplexe bildgestützte Messsysteme zur Erfassung der Ausrichtung zu verzichten. Dies kann von besonderer Bedeutung sein, wenn eine größere Anzahl von Objekten mit komplexen Geometrien Undefiniert, beispielsweise aus einer Box gegriffen werden sollen. Der erfindungsgemäße Greifer muss ferner nicht aufwendig an neue Objekte angepasst werden, wie dies bei herkömmlichen Greifern der Fall ist. The tactile sensor skin can itself be designed as an elastic bellows, which forms the granule chamber. Alternatively, the tactile sensor skin can also be applied to an elastic bellows through which the granule chamber is formed. The knowledge of the orientation of the object after it has been grasped makes it possible to dispense with complex image-based measuring systems for detecting the alignment. This can be of particular importance when a larger number of objects with complex geometries are to be used undefined, for example from a box. Furthermore, the gripper according to the invention does not have to be complicated to adapt to new objects, as is the case with conventional grippers.
Erfindungsgemäß kann ein Granulat mit unterschiedlichen Eigenschafften und Korngrößen verwendet werden. Das Granulat kann eine Korngröße zwischen 50 und 1.000 Mikrometern aufweisen. Es kann ein homogenes oder inhomogenes Granulat verwendet werden. According to the invention, a granulate having different properties and particle sizes can be used. The granules may have a particle size between 50 and 1,000 micrometers. It can be used a homogeneous or inhomogeneous granules.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert. In the following, preferred embodiments of the invention will be explained with reference to figures.
Es zeigen : Show it :
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers, FIG. 1 shows a schematic side view of an embodiment of the gripper according to the invention,
Figur 2 eine schematische Ansicht von unten derselben Ausführungsform. Figure 2 is a schematic bottom view of the same embodiment.
Die Greiffläche 12 des erfindungsgemäßen robotischen Greifers 10 wird in der Ausführungsform gemäß Figur 1 durch die Granulatkammer 14 gebildet. Diese ist mit einer nicht dargestellten Vakuumiervorrichtung verbunden. Die Kontaktfläche 12 wird in nicht vakuumiertem Zustand auf den zu greifenden Gegenstand 20 gedrückt, so dass sich ihre Form an die Form des Gegenstandes 20 anpasst. Anschließend wird die Granulatkammer 14 vakuumiert, so dass sich die Greiffläche zusammenzieht und verhärtet wird und die Form des Gegenstands 20 beibehält. Dieser kann somit sicher gegriffen werden . Durch die elastische Sensorhaut 16, die auf der Greiffläche 12 angebracht ist, werden Kontaktkräfte gemessen, die an der Greiffläche 12 auftreten. Hierzu weist die elektrische Sensorhaut 16 eine Vielzahl von elektrisch leitenden Drähten 18 auf, deren elektrischer Widerstand sich ändert, wenn diese verformt werden. Diese Drähte können beispielsweise piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. The gripping surface 12 of the robotic gripper 10 according to the invention is formed by the granule chamber 14 in the embodiment according to FIG. This is connected to a vacuuming device, not shown. The contact surface 12 is pressed in the non-vacuum state on the object to be gripped 20 so that their shape adapts to the shape of the article 20. Subsequently, the granule chamber 14 is vacuumed so that the gripping surface contracts and hardens and retains the shape of the article 20. This can be used safely. By the elastic sensor skin 16, on the gripping surface 12 is mounted, contact forces are measured, which occur on the gripping surface 12. For this purpose, the electrical sensor skin 16 has a plurality of electrically conductive wires 18 whose electrical resistance changes when they are deformed. These wires may, for example, have piezoelectric properties.
In Figur 2 ist derselbe robotische Greifer 10 von unten dargestellt. Es ist möglich, den Gegenstand 20 zu greifen, ohne seine genaue Ausrichtung zu kennen. Durch die Sensorhaut 16 wird die Ausrichtung des Gegenstands 20 relativ zum robotischen Greifer 10 bestimmt, so dass der Gegenstand 20 in einer gewünschten Ausrichtung übergeben werden kann. FIG. 2 shows the same robotic gripper 10 from below. It is possible to grip the article 20 without knowing its exact orientation. The orientation of the article 20 relative to the robotic gripper 10 is determined by the sensor skin 16 so that the article 20 can be transferred in a desired orientation.

Claims

Patentansprüche claims
1. Robotischer Greifer (10) mit einer Greiffläche (12), die durch einen verformbaren Körper (14) gebildet wird, der derart verformbar ist, dass sich hierdurch die Form der Greiffläche (12) ändert, so dass hierdurch ein Gegenstand (20) formschlüssig durch die Greiffläche (12) greifbar ist, d a d u rc h g e ke n n z e i c h n e t , d a s s die Greiffläche (12) eine elastische taktile Sensorhaut (16) zur Erfassung von Greif- und Kontaktkräften aufweist. A robotic gripper (10) having a gripping surface (12) formed by a deformable body (14) deformable to change the shape of the gripping surface (12) so as to form an object (20). positively gripping by the gripping surface (12) is tangible, that the gripping surface (12) has an elastic tactile sensor skin (16) for detecting gripping and contact forces.
2. Robotischer Greifer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (14) und die Greiffläche (12) zumindest teilweise passiv durch den zugreifenden Gegenstand (20) verformbar sind. 2. robotic gripper (10) according to claim 1, characterized in that the body (14) and the gripping surface (12) are at least partially passively deformable by the accessing object (20).
3. Robotischer Greifer (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verformbare Körper (14) eine Kammer ist, die mit einem Granulat oder Fluid gefüllt ist. 3. robotic gripper (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the deformable body (14) is a chamber which is filled with a granule or fluid.
4. Robotischer Greifer (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat in der Granulatkammer (14) frei beweglich ist, so dass die Form der Greiffläche (12) an einen zu greifenden Gegenstand (20) anpassbar ist, wobei die Granulatkammer (14) mit einer Vakuumiervorrichtung verbindbar oder verbunden ist und somit vakuumierbar ist, so dass die durch die Granulatkammer (14) gebildete Greiffläche (12) zum Greifen eines Gegenstands (20) zusammenziehbar und verhärtbar ist. 4. robotic gripper (10) according to claim 3, characterized in that the granules in the granule chamber (14) is freely movable, so that the shape of the gripping surface (12) to an object to be gripped (20) is adaptable, wherein the granule chamber (14) can be connected or connected to a vacuuming device and is therefore vacuumable, so that the gripping surface (12) formed by the granulate chamber (14) is contractible and hardenable for gripping an article (20).
5. Robotischer Greifer (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Fluid gefüllte Kammer (14) durch eine Betätigungsvorrichtung in ihrer Form veränderbar ist, wobei die Kammer (14) bei nicht betätigter Betätigungsvorrichtung eine konvexe Greiffläche (12) aufweist und bei betätigter Betätigungsvorrichtung eine konkave Greiffläche (12) aufweist. 5. robotic gripper (10) according to claim 3, characterized in that the fluid-filled chamber (14) by an actuating device in its shape is variable, wherein the chamber (14) when the actuating device is not actuated, a convex gripping surface (12) and having actuated actuator a concave gripping surface (12).
6. Robotischer Greifer (10) nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die taktile Sensorhaut (16) zusätzlich einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des gegriffenen Gegenstands (20) und/oder einen Leitfähigkeitssensor zur Erfassung der elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit des gegriffenen Gegenstands (20) aufweist. 6. robotic gripper (10) according to any one of claims 1-5, characterized in that the tactile sensor skin (16) in addition a temperature sensor for detecting the temperature of the gripped object (20) and / or a conductivity sensor for detecting the electrical and / or thermal conductivity of the gripped object (20).
7. Robotischer Greifer (10) nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die taktile Sensorhaut (16) elektrisch leitend ist und bei einer Veränderung ihrer Krümmung ihren elektrischen Widerstand ändert. 7. robotic gripper (10) according to any one of claims 1-6, characterized in that the tactile sensor skin (16) is electrically conductive and changes their electrical resistance with a change in their curvature.
8. Verfahren zum Betreiben eines robotischen Greifers (10), insbesondere eines robotischen Greifers nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: 8. A method for operating a robotic gripper (10), in particular a robotic gripper according to one of claims 1-7, wherein the method comprises the following steps:
Drücken einer durch einen verformbaren Körper, insbesondere eine Kammer (14), gebildeten Greiffläche (12) auf den zu greifenden Gegenstand (20), wobei der Körper (14) derart verformbar ist, dass sich hierdurch die Form der Greiffläche (12) ändert, so dass hierdurch ein Gegenstand (20) formschlüssig durch die Greiffläche (12) greifbar ist, Erfassen der an der Greiffläche (12) auftretenden Kontaktkräfte während des Greifvorgangs oder nach dem Greifvorgang durch eine an der Greiffläche (12) angebrachte elastische taktile Sensorhaut (16). Pressing a gripping surface (12) formed by a deformable body, in particular a chamber (14), onto the object (20) to be gripped, the body (14) being deformable in such a way as to change the shape of the gripping surface (12), so that in this way an object (20) can be gripped positively by the gripping surface (12), Detecting the contact forces occurring on the gripping surface (12) during the gripping process or after the gripping process by means of an elastic tactile sensor skin (16) attached to the gripping surface (12).
9. Verfahren zum Betreiben eines robotischen Greifers (10) nach Anspruch9. A method for operating a robotic gripper (10) according to claim
8, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Schritte: 8, characterized by the following additional steps:
Passives Verformen des verformbaren Körpers (14) und der Greiffläche (12) durch den zu greifenden Gegenstand (20), während die Greiffläche (12) auf den Gegenstand (20) gedrückt wird. Passively deforming the deformable body (14) and the gripping surface (12) by the article (20) to be gripped while pressing the gripping surface (12) onto the article (20).
10. Verfahren zum Betreiben eines robotischen Greifers (10) nach Anspruch10. A method for operating a robotic gripper (10) according to claim
9, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat im verformbaren Körper (14) während des Drückens der Greiffläche (12) auf den Gegenstand (20) derart frei beweglich ist, dass sich die Form der Greiffläche (12) an den zu greifenden Gegenstand (20) anpasst, wobei anschließend ein Vakuumieren der Granulatkammer (14) erfolgt, so dass ein Zusammenziehen und Verhärten der durch diese gebildeten Greiffläche (12) erfolgt. 9, characterized in that the granules in the deformable body (14) during the pressing of the gripping surface (12) on the object (20) is freely movable such that the shape of the gripping surface (12) to the gripping object (20) Subsequently, a vacuuming of the granule chamber (14) takes place, so that a contraction and hardening of the gripping surface (12) formed by this takes place.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer maximal zulässigen Kontaktkraft der Gegenstand (20) losgelassen und erneut in einer anderen Ausrichtung gegriffen wird. 11. The method according to any one of claims 8 - 10, characterized in that when exceeding a maximum permissible contact force of the object (20) is released and used again in a different orientation.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung der Kontaktkraft durch eine Regelung des Drucks der Vakuumiervorrichtung erfolgt, insbesondere indem bei Überschreiten einer maximal zulässigen Kontaktkraft die Pumpleistung der Vakuumiervorrichtung reduziert wird. 12. The method according to any one of claims 8 - 11, characterized in that an adjustment of the contact force by regulating the pressure of the Vakuumiervorrichtung takes place, in particular by the pumping power of the Vakuumiervorrichtung is reduced when a maximum allowable contact force is exceeded.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenstand (20) mit unbekannter Ausrichtung durch den robotischen Greifer (10) gegriffen wird, wobei durch die an der taktilen Sensorhaut (16) gemessenen Kontaktkräfte die Ausrichtung des Gegenstands (20) relativ zum robotischen Greifer (10) ermittelt wird und der Gegenstand (20) anschließend vom robotischen Greifer (10) aufgrund seiner nunmehr bekannten Ausrichtung gedreht wird und in einer gewünschten Ausrichtung übergeben wird. 13. The method according to any one of claims 8 - 12, characterized in that an object (20) of unknown orientation is gripped by the robotic gripper (10), wherein by the measured contact forces on the tactile sensor skin (16), the orientation of the object ( 20) relative to the robotic gripper (10) is determined and the object (20) is subsequently rotated by the robotic gripper (10) on the basis of its now known orientation and is transferred in a desired orientation.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die taktile Sensorhaut (16) geprüft wird, ob der gegriffene Gegenstand (20) vorgegebene Fertigungstoleranzen einhält. 14. The method according to any one of claims 8 - 13, characterized in that is checked by the tactile sensor skin (16), whether the gripped object (20) complies with predetermined manufacturing tolerances.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch die taktile Sensorhaut (16) die Form eines unbekannten Gegenstands bestimmt wird. 15. The method according to any one of claims 8 - 14, characterized in that the shape of an unknown object is determined by the tactile sensor skin (16).
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