WO2017182567A1 - Endeffektor-vorrichtung - Google Patents

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WO2017182567A1
WO2017182567A1 PCT/EP2017/059394 EP2017059394W WO2017182567A1 WO 2017182567 A1 WO2017182567 A1 WO 2017182567A1 EP 2017059394 W EP2017059394 W EP 2017059394W WO 2017182567 A1 WO2017182567 A1 WO 2017182567A1
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WO
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end effector
manipulator
effector device
user
mounting flange
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/059394
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas ESER
Hans Glatz
Michael KÖHL
Original Assignee
Kuka Roboter Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Kuka Roboter Gmbh filed Critical Kuka Roboter Gmbh
Publication of WO2017182567A1 publication Critical patent/WO2017182567A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
    • G05B19/423—Teaching successive positions by walk-through, i.e. the tool head or end effector being grasped and guided directly, with or without servo-assistance, to follow a path
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/021—Optical sensing devices
    • B25J19/022—Optical sensing devices using lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0081—Programme-controlled manipulators with master teach-in means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39427—Panel on arm, hand of robot, controlled axis

Definitions

  • the invention relates to an end effector device which can be attached to a manipulator and to manipulator systems comprising an end effector device.
  • Manipulator systems typically include a manipulator as well as a
  • Control device which is set up to control the manipulator.
  • Typical manipulator systems are used in industrial applications and serve, for example, for the assembly or production of workpieces.
  • the manipulators of the manipulator systems are set up to interact with the environment.
  • industrial robots are used as manipulators, which
  • Motion axes feature Industrial robots are designed to carry end effectors, wherein an end effector may be, for example, a tool or a gripper.
  • the manipulator leading the end effector must be programmed according to the application. This can be done by means of suitable programming languages or the manipulator can be geteached. This means that a user manually guides the manipulator and characteristic positions of the manipulator or the end effector are detected. In the application, these positions can be approached again.
  • the position of the tool center point of the end effector is captured.
  • the position of all movement axes of the manipulator can be detected. Accordingly, complete tracks of the manipulator can be recorded in order to be able to start it off again in the application.
  • Teaching is typically done by first manually guiding the manipulator to a desired position and then entering a command to capture the current position / lane at a programmer. This must be the Users typically release the manipulator with at least one hand, which may change the desired position of the manipulator.
  • the user must be trained to teach the manipulator, since it can sometimes be difficult to move the manipulator in the desired position.
  • the manipulator or an end effector by means of the manipulator or an end effector
  • the end effector must first be positioned over the workpiece before the actual gripping movement can be performed. For untrained users, it may be difficult to properly position the manipulator or end effector over the workpiece so that a successful gripping motion can be performed.
  • the object of the present invention is to at least partially overcome the above disadvantages.
  • the object is achieved by an end effector device according to claim 1 and by a manipulator system according to claim 7.
  • the object is achieved by an end effector device for attachment to a manipulator, wherein the end effector device a
  • End effector interface or an end effector which is designed as a gripper or as a tool comprises, wherein the End binorterrorism or the end effector determine an impact direction. Furthermore, the end effector device comprises a
  • Handle portion which is dimensioned so that it can be gripped by a user to manually guide the End monoor- device when the
  • End monoor- device is attached to a manipulator, and at least one input device which is adapted to detect inputs of the user for controlling and / or programming of the manipulator. Moreover, the
  • End effector device a projection device that emits a light beam, which is aligned in the direction of impact of the end effector.
  • the projection device is designed and / or suitable, preferably by the light beam, to project a marking, in particular a target marking, onto an object not belonging to the end-effector device, in particular a workpiece.
  • the (target) mark is at a distance between a workpiece and the projection device or end effector device of FIG. 50 cm preferably less than 3 cm, more preferably less than 2 cm and particularly preferably less than 1 cm.
  • the emitted light beam may be substantially directed and / or coherent and / or monochrome. More preferably, the light beam is directed such that the radiation angle is smaller io ° preferably less than 5 0, more preferably less than 3 °, and less Rushzugtesten i °.
  • the projection device comprises a laser or an LED with corresponding (light) sources according to the prior art,
  • the mark or target mark is a point.
  • the marking or target marking has a cross, a circle or any other shape.
  • the marking or target marking must be designed and / or suitable, preferably shaped, such that the user recognizes the marking or target marking as such, since the latter is aligned in such a way that it reaches the target point of the end-effector device in the case of an imaginary movement in the direction of impact Z direction dictates.
  • the end effector interface is configured to couple the end effector device to an end effector, such as a grasper and / or a tool.
  • the end effector can be, for example, a gripper or a tool, wherein the tool can preferably be used for industrial production.
  • Typical tools are welding tools, such as welding electrodes or
  • the handle region and the input device are preferably sized and arranged to allow ergonomic grasping and / or manipulation when the end effector device is attached to the manipulator.
  • the input device may be attached to or near the handle region so that a user does not need to manipulate the manual manipulation of the end effector device to make inputs to control and / or program the manipulator.
  • the manual guiding or guiding can be
  • End effector takes place in the desired direction.
  • the arrangement allows inputs to be made to control and / or program the manipulator without having to let go of the end effector device.
  • This allows efficient teaching of the manipulator.
  • the inputs for controlling and / or programming the manipulator may include inputs which cause a control device of the manipulator to detect a current position and / or orientation of the end effector device and / or a path of the manipulator. Further entries are also possible.
  • control mode of the input device For example, by means of the input device, the control mode of the input device
  • Manipulators are changed. For example, can be switched from a position control in a force control. It is also possible to make further inputs for controlling and / or programming the manipulator by means of the input device.
  • the end effector such as a gripper, can be actuated.
  • the projection device can in particular be attached to the end effector device such that it is in the direction of impact of the end effector /
  • End monolithic light beam or an imaginary extension of the light beam
  • End effector interface intersects.
  • the projection device may be mounted centrally in a gripper.
  • the light beam points to a position that the end effector would reach in the impact direction. This may be, for example, a gripping position, which simplifies teaching since the user receives immediate feedback on how the end effector is aligned relative to a workpiece to be gripped / machined.
  • the input device may comprise at least one input key, wherein the input key is an enabling key, a function key or a teach button, wherein the teach button is adapted to a control device of the
  • Manipulator to cause to detect a current position and / or orientation and / or a path of the end effector device, wherein the
  • Input device preferably comprises an enabling button and a teach button and / or a function button.
  • An enabling button increases safety for a user carrying the end-effector device attached to a manipulator. For example, must the enabling button must be pressed to enable manual guiding. Furthermore, the enabling button can be assigned so that when the enabling button is not or no longer pressed an emergency stop of the manipulator is triggered and / or the manipulator is moved to a safe position. Particularly preferably, the enabling button can be a 3-position enabling button and / or a deadman switch.
  • a function key is a key which can be assigned any function for controlling and / or programming the manipulator or the end effector. For example, pressing the function button results in turning on / off an end effector (e.g., gripping by a gripper) and / or changing a manipulator control mode.
  • several function buttons can be provided.
  • one or more function buttons can be formed in the form of a rocker switch. For example, a rocker switch can be used to raise or lower manipulator parameters, such as a permitted manipulator speed.
  • a teach button simplifies the teaching of positions and / or orientations and / or paths of the end effector device or of the entire manipulator. The assignment of the teach button can be selected application-specific.
  • a single press of the teach button may cause a controller of the manipulator to detect a current position and / or orientation of the end effector device and trigger a permanent push - during the duration of the push - to detect a path.
  • a first press may start detecting a web and a second press may end detecting the web.
  • Other functions can also be stored. For example, a double-click can lead to the opening / closing of a gripper, or the control mode of the manipulator can be switched over.
  • the pressing of the switch for a predetermined period of time may be occupied by an input for controlling and / or programming. For example, the last taught position can be deleted by pressing the Teach button for 5 seconds.
  • the input device preferably has a deadman switch and a teach button.
  • the input device does not have to have a mechanical or recognizable connection of the individual buttons or switches or rockers to one another; these buttons or switches or rockers can be distributed as desired on the end effector in order to allow easy handling by the user.
  • the end effector device may further comprise means for measuring the distance in the direction of impact of the end effector, wherein the means for distance measurement preferably comprises the projection device.
  • the distance measuring means for measuring a distance d between the end effector and a structure (surface) of the environment, such as a workpiece, is arranged in the impact direction.
  • the distance measurement allows, for example, a simplified positioning of the end effector when manually guided by hand.
  • the user guides the end effector, for example, until a desired, predefined distance between end effector and workpiece is reached. This can be an optimal grip height.
  • control device of the manipulator can switch to a mode in which the end effector can only be moved in an x and y direction.
  • the x direction and y direction are preferably orthogonal to the direction of impact z of the end effector. If the end effector is guided to a desired position, then moving the end effector
  • End effector in the impact direction are performed by the manipulator itself, i. a manual guiding of the end effector in the direction of impact is not necessary.
  • the movement in the direction of impact can be automatically stopped when it is detected that the end effector has reached a working height. This can be, for example, a predefined distance to the workpiece, which enables laser welding or the like.
  • the movement in the direction of impact for example, be stopped when a gripper has reached a gripping position. This can be done by means of force and / or torque monitoring at the end effector or in the joints of the
  • a change in pressure at the suction nozzles of the gripper may indicate successful gripping and stop the movement in the direction of impact.
  • the procedure described above is also possible if no distance measurement is carried out in the impact direction.
  • the user may define a current distance between the end effector and the workpiece as the desired distance (for example, by means of a function key), thus blocking an impact movement of the end effector.
  • the end effector may be a suction gripper, which comprises at least one suction nozzle, preferably at least two suction nozzles and particularly preferably at least three suction nozzles.
  • the projection device is preferable arranged centrally between the annular suction nozzles or arranged centrally in the one suction nozzle or centrally between the two suction nozzles.
  • Other gripper types are also possible.
  • the end effector may be on
  • the end effector device may comprise a mounting flange, wherein the mounting flange is coupled to a mounting flange of the manipulator and wherein the handle portion between the mounting flange of the End monoor- device and the end effector is arranged. This allows a particularly ergonomic manual guiding of the end effector device.
  • the mounting flange of the End monoor- device is used in particular
  • the end effector device may comprise at least one interface for the transmission of data and / or energy.
  • This interface may be integrally formed with the mounting flange, so that the interfaces in coupling the
  • the end-effector device may include a display device configured to provide feedback to a user about the user's inputs to control and / or program the manipulator.
  • a display device may be, for example, an optical display device, which may comprise at least one LED. Particularly preferred is the
  • Display device as a controllable light strip, such as an LED strip, configured, which is arranged circumferentially around at least part of the End binor- device, whereby the display device is visible from all sides for a user.
  • a controllable light strip such as an LED strip
  • the display device may reject whether an input of the
  • the display device can be set up to notify the user in which direction the manipulator should move / move. Moreover, the display device can avoid whether, for example, an enabling button is pressed correctly. If the enabling button is pressed correctly and / or the guiding of the manipulator is released manually, the display device can, for example, light up green. If the enabling button is not pressed correctly and / or the manipulator is not manually released, then the display device can, for example, glow red.
  • a manipulator system comprising at least one manipulator and a control device which is set up for controlling the manipulator, wherein an end effector device, as described above, is attached to the manipulator.
  • Fig. L is a schematic representation of a manipulator system
  • Fig. 2 is a schematic representation of an end effector device
  • Fig. 3 is a schematic representation of another end effector device.
  • FIG. 1 shows a manipulator system 1 which comprises a manipulator 10 and a control device 20.
  • the control device 20 is set up to control the manipulator 10.
  • An end effector device 100 is attached to a manipulator flange of the manipulator 10. The end effector device 100 is described in more detail with reference to FIG. 2.
  • the end effector device 100 is described in more detail with reference to FIG. 2.
  • the end effector device 100 is described in more detail with reference to FIG. 2.
  • End effector device 100 a projection device 140, which a
  • a light spot or a target mark is projected onto a workpiece 50, which is arranged at a distance "d" to the end effector device
  • Positioning of the end effector device 100 relative to the workpiece 50 can be simplified when the end effector device 100 is manually guided by a user.
  • Fig. 2 shows the end effector device 100 of Fig. 1 in detail.
  • the end effector device 100 includes an end effector 110, which in the present
  • Embodiment is designed as a mechanical gripper. However, other end effectors such as tools or other grippers may be provided. Furthermore, the end effector device 100 includes a handle portion 120 that allows ergonomic grasping by a user. An input device 130, which comprises at least two input buttons 132, 134, is arranged on the handle region 120. The input buttons 132, 134 may, for example, a
  • Enabling button include a teach button or a function button.
  • the end effector device comprises a
  • Projection device 140 which emits a light beam 142 in the direction of impact z of the end effector.
  • the projection device 140 is aligned in such a way that the light beam 142 or an imaginary extension of the
  • Light beam 142 the tool center point of the end effector 110 intersects.
  • the projection device 140 may include a laser so that the emitted light beam 142 is a laser beam.
  • the end effector device 100 is attached to a manipulator 10 by means of a mounting flange 150.
  • the mounting flange 150 serves for mechanical fastening.
  • the mounting flange 150 may include interfaces such as a data interface 152 and / or an energy interface 154. These interfaces 152, 154 may be integrally formed or formed such that a separate connection with corresponding interfaces of the manipulator is necessary.
  • a display device 160 e.g. a light strip, may be circumferentially disposed about the end effector device 100 and configured to provide feedback to a user about the user's inputs to control and / or program the manipulator 10.
  • Fig. 3 shows the end effector device 200.
  • the end effector device 200 has an end effector 210, which is designed as a suction gripper.
  • the suction gripper 210 comprises at least two suction nozzles 212, 214.
  • the suction gripper 210 may be coupled to the end effector device 200 by means of an end effector interface 350.
  • the vacuum gripper 210 may be integrally formed with the end effector device 200.
  • the end effector device 200 further includes a handle portion 220 and an input device 230 including the input keys 232 and 234.
  • the input buttons 232, 234 can enable button, function button and / or teach button be.
  • the end effector device 200 comprises a projection device 240, which emits a light beam 242 in the direction of impact z of the end effector 210.
  • the end effector device 200 may be coupled to a manipulator (not shown).
  • a display device 260 Surrounding the end-effector device 200 is a display device 260 which can give the user feedback, for example about the state of the end-effector device and / or about inputs of the user for controlling and / or programming the manipulator.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Endeffektor-Vorrichtung zur Anbringung an einem Manipulator. Die Endeffektor-Vorrichtung umfasst eine Endeffektorschnittstelle oder einen Endeffektor, welcher als Greifer oder als Werkzeug ausgebildet ist, die eine Stoßrichtung bestimmen, einen Handgriffbereich, welcher so dimensioniert ist, dass er von einem Benutzer gegriffen werden kann, um die Endeffektor-Vorrichtung manuell zu führen, wenn die Endeffektor-Vorrichtung an einem Manipulator angebracht ist, zumindest eine Eingabeeinrichtung, welche dazu eingerichtet ist Eingaben des Benutzers zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators zu erfassen und eine Projektionsvorrichtung, die einen Lichtstrahl emittiert, welcher in der Stoßrichtung des Endeffektors ausgerichtet ist.

Description

ENDEFFEKTOR-VORRICHTUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Endeffektor -Vorrichtung, welche an einem Manipulator angebracht werden kann, sowie Manipulatorsysteme, die eine Endeffektor- Vorrichtung umfassen.
Hintergrund der Erfindung
Manipulatorsysteme umfassen typischerweise einen Manipulator sowie eine
Steuereinrichtung, welche zur Steuerung des Manipulators eingerichtet ist. Typische Manipulatorsysteme kommen in industriellen Anwendungen zum Einsatz und dienen beispielsweise der Montage oder der Fertigung von Werkstücken. Die Manipulatoren der Manipulatorsysteme sind dazu eingerichtet mit der Umgebung zu interagieren. Insbesondere werden als Manipulatoren Industrieroboter eingesetzt, welche
Handhabungsmaschinen sind, die über mehrere frei programmierbare
Bewegungsachsen verfügen. Industrieroboter sind dazu eingerichtet Endeffektoren zu führen, wobei ein Endeffektor beispielsweise ein Werkzeug oder ein Greifer sein kann.
Um einen Endeffektor bzw. einen Manipulator in einem industriellen
Fertigungsprozess einsetzen zu können, muss der Manipulator, der den Endeffektor führt, entsprechend der Anwendung programmiert werden. Dies kann mittels geeigneter Programmiersprachen erfolgen oder der Manipulator kann geteached werden. Dies bedeutet, dass ein Benutzer den Manipulator manuell führt und charakteristische Positionen des Manipulators bzw. des Endeffektors erfasst werden. Im Anwendungsfall können diese Positionen erneut angefahren werden.
Typischerweise wird die Position des Tool-Center- Points des Endeffektors erfasst. Ebenso kann auch die Stellung aller Bewegungsachsen des Manipulators erfasst werden. Entsprechend können vollständige Bahnen des Manipulators aufgezeichnet werden, um diese im Anwendungsfall erneut abfahren zu können.
Das Teachen erfolgt typischerweise, indem der Manipulator zunächst manuell in eine gewünschte Position geführt wird und anschließend an einer Programmiereinrichtung ein Befehl zum Erfassen der aktuellen Position/Bahn eingegeben wird. Dazu muss der Benutzer den Manipulator typischerweise mit zumindest einer Hand loslassen, wodurch sich die gewünschte Position des Manipulators verändern kann.
Weiterhin muss der Benutzer zum Teachen des Manipulators entsprechend geschult sein, da es mitunter schwierig sein kann den Manipulator in die gewünschte Position zu bewegen. Soll beispielsweise mittels des Manipulators bzw. eines Endeffektors ein
Werkstück gegriffen werden, so muss der Endeffektor zunächst über dem Werkstück positioniert werden, bevor die eigentliche Greifbewegung ausgeführt werden kann. Für ungeschulte Benutzer kann es schwierig sein den Manipulator, bzw. den Endeffektor, korrekt über dem Werkstück zu positionieren, sodass eine erfolgreiche Greifbewegung ausgeführt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die obigen Nachteile zumindest teilweise auszuräumen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Endeffektor- Vorrichtung nach Anspruch l sowie durch ein Manipulatorsystem nach Anspruch 7 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Endeffektor- Vorrichtung zur Anbringung an einem Manipulator gelöst, wobei die Endeffektor- Vorrichtung eine
Endeffektorschnittstelle oder einen Endeffektor, welcher als Greifer oder als Werkzeug ausgebildet ist, umfasst, wobei die Endeffektorschnittstelle bzw. der Endeffektor eine Stoßrichtung bestimmen. Weiterhin umfasst die Endeffektor- Vorrichtung einen
Handgriffbereich, welcher so dimensioniert ist, dass er von einem Benutzer gegriffen werden kann, um die Endeffektor- Vorrichtung manuell zu führen, wenn die
Endeffektor- Vorrichtung an einem Manipulator angebracht ist, sowie zumindest eine Eingabeeinrichtung, welche dazu eingerichtet ist Eingaben des Benutzers zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators zu erfassen. Überdies umfasst die
Endeffektor- Vorrichtung einen Projektionsvorrichtung, die einen Lichtstrahl emittiert, welcher in der Stoßrichtung des Endeffektors ausgerichtet ist.
Bevorzugt ist die Projektionsvorrichtung dazu ausgelegt und/oder geeignet, bevorzugt durch den Lichtstrahl, eine Markierung, insbesondere eine Zielmarkierung, auf ein nicht zur Endeffektor- Vorrichtung gehörendes Objekt, insbesondere ein Werkstück zu projizieren. Bevorzugt ist die (Ziel-)Markierung in einem Abstand zwischen einem bzw. dem Werkstück und der Projektionsvorrichtung bzw. Endeffektor- Vorrichtung von 50 cm bevorzugt kleiner 3 cm besonders bevorzugt kleiner 2 cm und besonders bevorzugt kleiner 1 cm.
Dabei kann der emittierte Lichtstrahl im Wesentlichen gerichtet und/oder kohärent und/oder monochrom sein. Besonders bevorzugt ist der Lichtstrahl derart gerichtet, dass der Abstrahlwinkel kleiner io° bevorzugt kleiner 50, besonders bevorzugt kleiner 3° und am bevorzugtesten kleiner i° ist.
Vorzugsweise umfasst die Projektionsvorrichtung ein Laser oder eine LED mit entsprechend aus dem Stand der Technik zugehörigen (Licht-)Quellen,
Ausrichtelementen, Umrichtelementen, Blenden, Spiegelanordnungen und/oder Weiteres. Weiter vorzugsweise ist die Markierung bzw. Zielmarkierung ein Punkt. Es wäre aber auch denkbar, dass die Markierung oder Zielmarkierung ein Kreuz, ein Kreis oder jegliche andere Form aufweist. Hierbei muss die Markierung oder Zielmarkierung derart ausgelegt und/oder geeignet, bevorzugt geformt, sein, dass der Benutzer die Markierung bzw. Zielmarkierung als solche erkennt, da diese derart ausgerichtet ist, dass diese den Zielpunkt der Endeffektor- Vorrichtung bei gedachter Bewegung in Stoßrichtung bzw. Z-Richtung vorgibt.
Die Endeffektorschnittstelle ist dazu eingerichtet die Endeffektor- Vorrichtung mit einem Endeffektor, wie beispielsweise einem Greifer und / oder einem Werkzeug zu koppeln. Der Endeffektor kann beispielsweise ein Greifer oder ein Werkzeug sein, wobei das Werkzeug vorzugsweise zur industriellen Fertigung eingesetzt werden kann. Typische Werkzeuge sind Schweißwerkzeuge, wie Schweißelektroden oder
Schweißlaser, Nietwerkzeuge, Montagewerkzeuge, wie Stopfensetzer- Werkzeuge, Schraubwerkzeuge und/oder dergleichen.
Der Handgriffbereich sowie die Eingabeeinrichtung sind vorzugsweise so dimensioniert und angeordnet, dass sie ein ergonomisches Greifen und/oder Bedienen erlauben, wenn die Endeffektor- Vorrichtung an dem Manipulator angebracht ist. Beispielsweise kann die Eingabeeinrichtung an oder in der Nähe des Handgriffbereichs angebracht sein, sodass ein Benutzer beim manuellen Führen der Endeffektor- Vorrichtung nicht umzugreifen braucht, um Eingaben zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators vorzunehmen. Das manuelle Führen bzw. Handführen kann
beispielsweise bedeuten, dass die durch den Benutzer in den Handgriff eingebracht Kraft in den Antrieben und Gebern des Manipulators erkannt wird und daraufhin die Steuerung die Antriebe langsam in die gewünschte Richtung bewegt bzw. eine entsprechende Bewegung in den Antrieben erzeugt, dass eine Bewegung des
Endeffektors in die gewünschte Richtung erfolgt.
Insbesondere erlaubt die Anordnung Eingaben zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators vorzunehmen, ohne die Endeffektor- Vorrichtung loslassen zu müssen. Dies erlaubt ein effizientes Teachen des Manipulators. Weiterhin können die Eingaben zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators Eingaben umfassen, welche eine Steuereinrichtung des Manipulators dazu veranlassen eine aktuelle Position und/oder Orientierung der Endeffektor-Vorrichtung und/oder eine Bahn des Manipulators zu erfassen. Weitere Eingaben sind ebenso möglich.
Beispielsweise kann mittels der Eingabevorrichtung der Regelungsmodus des
Manipulators gewechselt werden. Beispielsweise kann so von einer Positionsregelung in eine Kraftregelung umgeschalten werden. Ebenso ist es möglich mittels der Eingabevorrichtung weitere Eingaben zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators vorzunehmen. So kann beispielsweise der Endeffektor, wie etwa ein Greifer, betätigt werden.
Die Projektionsvorrichtung kann insbesondere so an der Endeffektor- Vorrichtung angebracht sein, dass diese in Stoßrichtung des Endeffektors/der
Endeffektorschnittstelle strahlt und/oder der erzeugte Lichtstrahl (bzw. eine gedachte Verlängerung des Lichtstrahls) den Tool-Center- Point des Endeffektors/der
Endeffektorschnittstelle schneidet. Beispielsweise kann der die Projektionsvorrichtung mittig in einem Greifer angebracht sein. Somit zeigt der Lichtstrahl auf eine Position, die der Endeffektor in Stoßrichtung erreichen würde. Dies kann beispielsweise eine Greifposition sein, wodurch das Teachen vereinfacht wird, da der Benutzer eine unmittelbare Rückmeldung erhält, wie der Endeffektor relativ zu einem zu greifenden / zu bearbeitenden Werkstück ausgerichtet ist.
Weiterhin kann die Eingabeeinrichtung zumindest einen Eingabetaster umfassen, wobei der Eingabetaster ein Zustimmtaster, ein Funktionstaster oder ein Teach-Taster ist, wobei der Teach-Taster dazu eingerichtet ist eine Steuereinrichtung des
Manipulators dazu zu veranlassen, eine aktuelle Position und/oder Orientierung und/oder eine Bahn der Endeffektor- Vorrichtung zu erfassen, wobei die
Eingabeeinrichtung vorzugsweise einen Zustimmtaster und einen Teach-Taster und/oder einen Funktionstaster umfasst.
Ein Zustimmtaster erhöht die Sicherheit für einen Benutzer, der die Endeffektor- Vorrichtung, welche an einem Manipulator angebracht ist, führt. Beispielsweise muss der Zustimmtaster gedrückt sein, um das manuelle Führen freizuschalten. Weiterhin kann der Zustimmtaster so belegt sein, dass wenn der Zustimmtaster nicht bzw. nicht mehr gedrückt wird ein Not-Halt des Manipulators ausgelöst wird und/oder der Manipulator in eine sichere Position verfahren wird. Besonders bevorzugt kann der Zustimmtaster ein 3-Stellungs-Zustimmtaster und/ oder ein Totmannschalter sein.
Ein Funktionstaster ist ein Taster, welcher mit einer beliebigen Funktion zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators bzw. des Endeffektors belegt sein kann. Beispielsweise führt das Drücken des Funktionstasters zum Ein-/Ausschalten eines Endeffektors (z.B. zum Greifen mittels eines Greifers) und/oder zum Wechsel eines Regelungsmodus des Manipulators. Ebenso können mehrere Funktionstaster vorgesehen sein. Weiterhin kann ein oder mehrere Funktionstaster in Form einer Tastwippe ausbildet sein. Eine Tastwippe kann beispielsweise genutzt werden, um Manipulatorparameter, wie eine zulässige Manipulatorgeschwindigkeit, herauf oder herabzusetzen. Ein Teach-Taster vereinfacht das Teachen von Positionen und/oder Orientierungen und/oder Bahnen der Endeffektor- Vorrichtung bzw. des gesamten Manipulators. Die Belegung des Teach-Tasters kann dabei anwendungsspezifisch gewählt sein.
Beispielsweise kann ein einmaliges Drücken des Teach-Tasters eine Steuereinrichtung des Manipulators dazu zu veranlassen, eine aktuelle Position und/oder Orientierung der Endeffektor- Vorrichtung zu erfassen und ein dauerhaftes Drücken - während der Dauer des Drückens - das Erfassen einer Bahn auslösen.
Alternativ kann ein erstes Drücken das Erfassen einer Bahn starten und ein zweites Drücken das Erfassen der Bahn beenden. Weitere Funktionen können ebenso hinterlegt sein. Beispielsweise kann ein Doppelklick zum Öffnen/ Schließen eines Greifers führen, oder es kann der Regelungsmodus des Manipulators umgeschalten werden. Weiterhin kann das Drücken des Schalters für eine vorherbestimmte Zeitdauer mit einer Eingabe zum Steuern und/oder Programmieren belegt sein. Beispielsweise kann durch das 5-sekündiges Drücken des Teach-Tasters die zuletzt geteachte Position gelöscht werden. Bevorzugt weist die Eingabeeinrichtung einen Totmannschalter und einen Teach- Taster auf. Hierbei muss die Eingabeeinrichtung keine mechanische oder erkennbare Verbindung der einzelnen Taster bzw. Schalter oder Wippen zueinander aufweisen, diese Taster bzw. Schalter oder Wippen können beliebig am Endeffektor verteilt angeordnet sein, um eine einfache Handhabung durch den Benutzer zu ermöglichen. Die Endeffektor- Vorrichtung kann weiterhin ein Mittel zur Abstandsmessung in der Stoßrichtung des Endeffektors umfassen, wobei das Mittel zur Abstandsmessung vorzugsweise die Projektionsvorrichtung umfasst. Insbesondere ist das Mittel zur Abstandsmessung zur Messung eines Abstands d zwischen dem Endeffektor und einer Struktur (bzw. Oberfläche) der Umgebung, wie etwa einem Werkstück, in Stoßrichtung eingerichtet.
Die Abstandsmessung ermöglicht beispielsweise eine vereinfachte Positionierung des Endeffektors beim manuellen Führen von Hand. Hierzu führt der Benutzer den Endeffektor beispielsweise bis ein gewünschter, vordefinierter Abstand zwischen Endeffektor und Werkstück erreicht ist. Dies kann eine optimale Greifhöhe sein.
Anschließend kann die Steuereinrichtung des Manipulators in einen Modus schalten, in dem der Endeffektor nur noch in einer x- und y- Richtung bewegt werden kann. Die x- Richtung und y- Richtung sind dabei vorzugsweise orthogonal zur Stoßrichtung z des Endeffektors. Ist der Endeffektor an eine gewünschte Position geführt, so kann das Bewegen des
Endeffektors in der Stoßrichtung durch den Manipulator selbst durchgeführt werden, d.h. ein manuelles Führen des Endeffektors in Stoßrichtung ist nicht notwendig. Die Bewegung in Stoßrichtung kann automatisch gestoppt werden, wenn erkannt wird, dass der Endeffektor eine Arbeitshöhe erreicht hat. Dies kann beispielsweise ein vordefinierter Abstand zum Werkstück sein, der ein Laserschweißen oder dergleichen ermöglicht. Ebenso kann die Bewegung in Stoßrichtung beispielsweise dann gestoppt werden, wenn ein Greifer eine Greifposition erreicht hat. Dies kann mittels Kraft- und/oder Momentenüberwachung am Endeffektor oder in den Gelenken des
Manipulators erfolgen. Ebenso kann, wenn ein Sauggreifer verwendet wird, eine Druckänderung an den Saugdüsen des Greifers ein erfolgreiches Greifen anzeigen und die Bewegung in Stoßrichtung stoppen. Das vorhergehend beschriebene Vorgehen ist auch möglich, wenn keine Abstandsmessung in Stoßrichtung durchgeführt wird.
Beispielsweise kann der Benutzer in diesem Fall einen aktuellen Abstand zwischen Endeffektor und Werkstück als gewünschten Abstand definieren (zum Beispiel mittels eines Funktionstasters), wodurch eine Bewegung in Stoßrichtung des Endeffektors blockiert wird.
Insbesondere kann der Endeffektor ein Sauggreifer sein, welcher zumindest eine Saugdüse, bevorzugt zumindest zwei Saugdüsen und besonders bevorzugt zumindest drei Saugdüsen umfasst. In diesem Fall ist die Projektionsvorrichtung vorzugsweise mittig zwischen den ringförmig angeordneten Saugdüsen angeordnet oder mittig in der einen Saugdüse bzw. mittig zwischen den beiden Saugdüsen angeordnet. Weitere Greifertypen sind ebenso möglich. Beispielsweise kann der Endeffektor ein
magnetischer Greifer, ein mechanischer Greifer und/oder dergleichen sein. Weiterhin kann die Endeffektor- Vorrichtung einen Montageflansch umfassen, wobei der Montageflansch mit einem Montageflansch des Manipulators koppelbar ist und wobei der Handgriffbereich zwischen dem Montageflansch der Endeffektor- Vorrichtung und dem Endeffektor angeordnet ist. Dies erlaubt ein besonders ergonomisches manuelles Führen der Endeffektor- Vorrichtung. Der Montageflansch der Endeffektor- Vorrichtung dient insbesondere der
mechanischen Befestigung der Endeffektor- Vorrichtung am Manipulator. Weiterhin kann die Endeffektor- Vorrichtung zumindest eine Schnittstelle zur Übertragung von Daten und/oder Energie umfassen. Diese Schnittstelle(n) können integral mit dem Montageflansch ausgebildet sein, sodass die Schnittstellen beim Koppeln des
Montageflansches mit einem Montageflansch des Manipulators direkt mit
korrespondierenden Schnittstellen des Manipulators verbunden werden. Ebenso können die Schnittstellen so ausgeführt sein, dass sie separat verbunden werden müssen. Hierzu können Kabel, Leitungen und/oder Schläuche, wie Druckluftschläuche mit bekannten Steckverbindern genutzt werden. Überdies kann die Endeffektor- Vorrichtung eine Anzeigeeinrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, einem Benutzer eine Rückmeldung über die Eingaben des Benutzers zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators zu geben. Eine Anzeigeeinrichtung kann beispielsweise eine optische Anzeigeeinrichtung sein, wobei diese zumindest eine LED umfassen kann. Insbesondere bevorzugt ist die
Anzeigeeinrichtung als ein ansteuerbares Leuchtband, wie beispielsweise ein LED- Band, ausgestaltet, welches umfänglich um zumindest einen Teil der Endeffektor- Vorrichtung angeordnet ist, wodurch die Anzeigeeinrichtung von allen Seiten für einen Benutzer einsehbar ist.
Beispielsweise kann die Anzeigeeinrichtung rückmeiden, ob eine Eingabe des
Benutzers korrekt erfasst wurde und/oder in welchem Modus der Manipulator betrieben wird (z.B. Teach-Modus, Modus mit reduzierter Maximalgeschwindigkeit, Anwendungsmodus, Kraftregelungs-Modus, Positionsregelungs-Modus, usw.)
Weiterhin kann die Anzeigeeinrichtung dazu eingerichtet sein dem Benutzer rückzumelden, in welche Richtung sich der Manipulator bewegt/bewegen soll. Überdies kann die Anzeigeeinrichtung rückmeiden, ob z.B. ein Zustimmtaster korrekt gedrückt ist. Ist der Zustimmtaster korrekt gedrückt und/oder ist das Führen des Manipulators von Hand freigegeben, so kann die Anzeigeeinrichtung beispielsweise grün leuchten. Ist der Zustimmtaster nicht korrekt gedrückt und/oder ist das Führen des Manipulators von Hand nicht freigegeben, so kann die Anzeigeeinrichtung beispielsweise rot leuchten.
Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Manipulatorsystem umfassend zumindest einen Manipulator und eine Steuereinrichtung, welche zum Steuern des Manipulators eingerichtet ist, wobei an dem Manipulator eine Endeffektor- Vorrichtung, wie oben beschrieben, angebracht ist.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. l eine schematische Darstellung eines Manipulatorsystems; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Endeffektor- Vorrichtung, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Endeffektor Vorrichtung.
Insbesondere zeigt Fig. 1 ein Manipulatorsystem 1, welches einen Manipulator 10 sowie eine Steuereinrichtung 20 umfasst. Die Steuereinrichtung 20 ist zur Steuerung des Manipulators 10 eingerichtet. An einem Manipulatorflansch des Manipulators 10 ist eine Endeffektor- Vorrichtung 100 angebracht. Die Endeffektor- Vorrichtung 100 ist unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher beschrieben. Insbesondere umfasst die
Endeffektor- Vorrichtung 100 eine Projektionsvorrichtung 140, welche einen
Lichtpunkt bzw. eine Zielmarkierung auf ein Werkstück 50 projiziert, welches im Abstand„d" zur Endeffektor- Vorrichtung angeordnet ist. Somit kann die
Positionierung der Endeffektor- Vorrichtung 100 relativ zu dem Werkstück 50 vereinfacht werden, wenn die Endeffektor- Vorrichtung 100 manuell durch einen Benutzer geführt wird.
Fig. 2 zeigt die Endeffektor- Vorrichtung 100 aus Fig. 1 detailliert. Die Endeffektor- Vorrichtung 100 umfasst einen Endeffektor 110, der in der vorliegenden
Ausführungsform als mechanischer Greifer ausgebildet ist. Jedoch können auch andere Endeffektoren, wie Werkzeuge oder andere Greifer vorgesehen sein. Weiterhin umfasst die Endeffektor- Vorrichtung 100 einen Handgriffbereich 120, der ein ergonomisches Greifen durch einen Benutzer ermöglicht. An dem Handgriffbereich 120 ist eine Eingabeeinrichtung 130 angeordnet, welche zumindest zwei Eingabetaster 132, 134 umfasst. Die Eingabetaster 132, 134 können zum Beispiel einen
Zustimmtaster, einen Teach-Taster oder einen Funktionstaster umfassen.
Wie in Fig. 2 gezeigt umfasst die Endeffektor- Vorrichtung einen
Projektionsvorrichtung 140, welche einen Lichtstrahl 142 in der Stoßrichtung z des Endeffektors ausgibt. Insbesondere bevorzugt ist die Projektionsvorrichtung 140 in der Art ausgerichtet, dass der Lichtstrahl 142 oder eine gedachte Verlängerung des
Lichtstrahls 142 den Tool Center Point des Endeffektors 110 schneidet. Somit kann einem Benutzer beim Handführen der Endeffektor- Vorrichtung 100 angezeigt werden, an welcher Position der Endeffektor 110 in Stoßrichtung z auf ein Werkstück 50 trifft. Dadurch kann das Handführen und/oder Teachen vereinfacht werden. Weiterhin kann die Projektionsvorrichtung 140 einen Laser umfassen, sodass der emittierte Lichtstrahl 142 ein Laserstrahl ist.
Die Endeffektor- Vorrichtung 100 wird mittels eines Montageflansches 150 an einem Manipulator 10 angebracht. Insbesondere dient der Montageflansch 150 zur mechanischen Befestigung. Überdies kann der Montageflansche 150 Schnittstellen, wie eine Datenschnittstelle 152 und/oder eine Energieschnittstelle 154 umfassen. Diese Schnittstellen 152, 154 können integral ausgebildet sein oder derart ausgebildet sein, dass ein separates verbinden mit korrespondierenden Schnittstellen des Manipulators notwendig ist. Eine Anzeigeeinrichtung 160, z.B. ein Leuchtband, kann umfänglich um die Endeffektor- Vorrichtung 100 angeordnet sein und dazu eingerichtet sein, einem Benutzer eine Rückmeldung über die Eingaben des Benutzers zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators 10 zu geben.
Fig. 3 zeigt die Endeffektor- Vorrichtung 200. Insbesondere verfügt die Endeffektor- Vorrichtung 200 über einen Endeffektor 210, welcher als Sauggreifer ausgebildet ist. Der Sauggreifer 210 umfasst zumindest zwei Saugdüsen 212, 214. Der Sauggreifer 210 kann mittels einer Endeffektorschnittstelle 350 mit der Endeffektor- Vorrichtung 200 gekoppelt sein. Ebenso kann der Saugreifer 210 mit der Endeffektor- Vorrichtung 200 integral ausgebildet sein.
Die Endeffektor- Vorrichtung 200 umfasst weiterhin einen Handgriffbereich 220 sowie eine Eingabeeinrichtung 230, welche die Eingabetaster 232 und 234 umfasst. Die Eingabetaster 232, 234 können Zustimmtaster, Funktionstaster und/oder Teach-Taster sein. Ebenso umfasst die Endeffektor- Vorrichtung 200 eine Projektionsvorrichtung 240, welche in der Stoßrichtung z des Endeffektors 210 einen Lichtstrahl 242 ausgibt. Mittels eines Montageflansches 250, der eine Datenschnittstelle 252 und eine
Energieschnittstelle 254 umfassen kann, kann die Endeffektor- Vorrichtung 200 mit einem Manipulator (nicht gezeigt) gekoppelt werden. Um die Endeffektor- Vorrichtung 200 ist umfänglich eine Anzeigeeinrichtung 260 angeordnet, welche dem Benutzer Rückmeldung, beispielsweise über den Zustand der Endeffektor- Vorrichtung und/oder über Eingaben des Benutzers zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators geben kann.
Bezugszeichenliste
1 Manipulatorsystem
10 Manipulator
20 Steuereinrichtung
50 Werkstück
100, 200 Endeffektor- Vorrichtung
110, 210 Endeffektor
120, 220 Handgriffbereich
ISO, 23O Eingabeeinrichtung
132, 232 Zustimmtaster
134, 234 Teach-Taster
I40, 24O Proj ektionsvorrichtung
142, 242 Lichtstrahl
I5O, 25O Montageflansch
152, 252 Datenschnittstelle
154, 254 Energieschnittstelle
l60, 26O Anzeigeeinrichtung
350 Endeffektorschnittstelle
d Abstand
z Stoßrichtung

Claims

Ansprüche l bis 10
1. Endeffektor- Vorrichtung (ioo; 200) zur Anbringung an einem Manipulator (10), wobei die Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) umfasst:
eine Endeffektorschnittstelle (350) oder einen Endeffektor (110; 210), welcher als Greifer oder als Werkzeug ausgebildet ist, die eine Stoßrichtung (z) bestimmen; einen Handgriffbereich (120; 220), welcher so dimensioniert ist, dass er von einem Benutzer gegriffen werden kann, um die Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) manuell zu führen, wenn die Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) an einem
Manipulator (10) angebracht ist,
zumindest eine Eingabeeinrichtung (130; 230), welche dazu eingerichtet ist Eingaben des Benutzers zum Steuern und/oder Programmieren des Manipulators (10) zu erfassen; und
eine Projektionsvorrichtung (140; 240), die einen Lichtstrahl emittiert, welcher in der Stoßrichtung (Z) des Endeffektors (110; 210) ausgerichtet ist.
2. Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) nach Anspruch 1, wobei die
Eingabeeinrichtung (130; 230) zumindest einen Eingabetaster (132; 232, 134; 234) umfasst, wobei der Eingabetaster (132; 232, 134; 234) ein Zustimmtaster (132; 232), ein Funktionstaster oder ein Teach-Taster (134; 234) ist, wobei der Teach-Taster dazu eingerichtet ist eine Steuereinrichtung (20) des Manipulators (10) dazu zu veranlassen, eine aktuelle Position und/oder Orientierung und/oder eine Bahn der Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) zu erfassen, wobei die Eingabeeinrichtung (130; 230) vorzugsweise einen Zustimmtaster (132; 232) und einen Teach-Taster (134; 234) und/oder einen Funktionstaster umfasst.
3. Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) weiterhin ein Mittel zur Abstandsmessung (d) in der Stoßrichtung (z) des Endeffektors (110; 210) umfasst, wobei das Mittel zur Abstandsmessung vorzugsweise die Projektionsvorrichtung (140; 240) umfasst.
4. Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Endeffektor (110; 210) ein Sauggreifer ist, welcher zumindest eine Saugdüse (212, 214), bevorzugt zumindest zwei Saugdüsen (212, 214) und besonders bevorzugt zumindest drei Saugdüsen (212, 214) umfasst.
5. Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Endeffektor- Vorrichtung weiterhin
einen Montageflansch (150; 250) umfasst, welcher Montageflansch (150; 250) mit einem Montageflansch des Manipulators (10) koppelbar ist und wobei der
Handgriffbereich (120; 220) zwischen dem Montageflansch (150; 250) der Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) und dem Endeffektor (110; 210) angeordnet ist.
6. Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) weiterhin eine
Anzeigeeinrichtung (160; 260) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, einem Benutzer eine Rückmeldung über die Eingaben des Benutzers zum Steuern und/oder
Programmieren des Manipulators (10) zu geben.
7. Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Projektionsvorrichtung (140; 240) dazu ausgelegt und/oder geeignet ist, eine Markierung, insbesondere eine Zielmarkierung, auf ein nicht zur Endeffektor- Vorrichtung gehörendes Objekt, insbesondere ein Werkstück zu projizieren.
8. Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Projektionsvorrichtung (140; 240) einen Laser umfasst.
9. Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Lichtstrahl gerichtet ist und bevorzugt derart gerichtet, dass der Abstrahlwinkel kleiner io° bevorzugt kleiner 50, besonders bevorzugt kleiner 30 und am bevorzugtesten kleiner i° ist.
10. Manipulatorsystem (1), umfassend zumindest einen Manipulator (10) und eine Steuereinrichtung (20), welche zum Steuern des Manipulators (10) eingerichtet ist, wobei an dem Manipulator (10) eine Endeffektor- Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angebracht ist.
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