WO2019068547A1 - Method for producing a plug-in connection - Google Patents

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WO2019068547A1
WO2019068547A1 PCT/EP2018/076242 EP2018076242W WO2019068547A1 WO 2019068547 A1 WO2019068547 A1 WO 2019068547A1 EP 2018076242 W EP2018076242 W EP 2018076242W WO 2019068547 A1 WO2019068547 A1 WO 2019068547A1
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PCT/EP2018/076242
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Sebastian Schädler
Andreas Münster
Tobias Burtscher
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Thyssenkrupp Presta Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • G05B2219/39506—Grip flexible wire at fixed base, move gripper to top of wire and grip

Abstract

The present invention relates to a method for inserting an electric plug (3) in the plug-in direction (x) into a socket (5) up to a contact position in which the contact elements of the plug (3) are in electrical contact with corresponding counter-contact elements of the socket (5), comprising the steps: - gripping the plug (3) in the gripper (7) of a robot manipulator, - positioning the plug (3) in a desired plug-in position relative to the socket (5) transverse to the plug-in direction (x), - moving the plug (3) in the plug-in direction (x) for inserting into the socket (5) up to the contact position. To make automated production of a plug-in connection by means of a robot more efficient and reliable, the invention proposes the following steps: - moving the plug in the plug-in direction (x) up to a search position in which the plug (3) mechanically touches the socket (5) outside the contact position, - performing a search movement of the plug (3) in a search plane (S) that is transverse to the plug-in direction (x), - detecting a match between an actual position of the plug (3) and the desired plug-in position, - moving the plug (3) from the search position in the plug-in direction (x) up to the contact position.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Steckverbindung Stand der Technik  Method for producing a plug-in connection prior art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstecken eines elektrischen Steckers in Steckrichtung in eine Steckbuchse bis in eine Kontaktposition, in der sich Kontaktelemente des Steckers in elektrischem Kontakt mit korrespondierenden Gegenkontaktelementen der Steckbuchse befinden, umfassend die Schritte: The invention relates to a method for inserting an electrical plug in the plug-in direction into a socket into a contact position in which contact elements of the plug are in electrical contact with corresponding mating contact elements of the socket, comprising the steps:
- Greifen des Steckers im Greifer eines Robotermanipulators, Gripping the plug in the gripper of a robot manipulator,
- Positionieren des Steckers in einer Soll-Steckposition relativ zur Steckbuchse quer zur Steckrichtung,  Positioning the plug in a desired plug-in position relative to the plug-in socket transversely to the plug-in direction,
- Bewegen des Steckers in Steckrichtung zum Einführen in die Steckbuchse bis in die Kontaktposition. - Move the plug in the direction of insertion for insertion into the socket to the contact position.
Zur Herstellung elektrischer Verbindungen sind Steckverbindungen bekannt, bei denen ein elektrische Kontaktelemente aufweisender Stecker mechanisch mit einer korrespondierende Gegenkontaktelemente aufweisenden Steckbuchse verbunden wird zur Erzeugung einerFor the production of electrical connections plug-in connections are known in which a plug having electrical contact elements is mechanically connected to a corresponding mating contact elements having plug socket for generating a
Kontaktposition, in welcher die Kontaktelemente die entsprechenden Gegenkontaktelemente elektrisch kontaktieren. Contact position in which the contact elements electrically contact the corresponding mating contact elements.
In weit verbreiteten Ausführungsformen wird der Stecker in einer vorgegebenen räumlichen Orientierung in einer linearen Bewegung in Steckrichtung, welche im Folgenden der x-Rich- tung eines rechtwinkligen Koordinatensystems entspricht, in eine korrespondierende Aufnahme der Steckbuchse eingesetzt, beispielsweise in Form einer zumindest einen Abschnitt des Steckers formschlüssig aufnehmenden, gegen die Steckrichtung offenen Stecköffnung, auch als Aufnahmeöffnung bezeichnet. In widely used embodiments, the plug is inserted in a predetermined spatial orientation in a linear movement in the insertion direction, which in the following corresponds to the x-direction of a rectangular coordinate system, into a corresponding receptacle of the receptacle, for example in the form of at least one section of the plug positively receiving, open against the insertion direction plug-in opening, also referred to as a receiving opening.
Das Einsetzen des Steckers setzt voraus, dass der der Stecker deckungsgleich und präzise in der Soll-Steckposition, auch als Einsteckposition bezeichnet, in Steckrichtung vor der Steckbuchse positioniert wird, so dass er anschließend mit einer geradlinigen Bewegung in Steckrichtung, in x-Richtung, bis in die endgültige Kontaktposition eingeführt werden kann. Um eine sichere und genaue relative Positionierung der Kontaktelemente zu den korrespondierenden Gegenkontaktelementen zu erreichen, weisen Stecker und Steckbuchse geringe Toleranzen auf, so dass der Stecker quer zur Steckrichtung (x-Richtung) in dem rechtwinkli- gen Koordinatensystem entsprechend genau in der bezüglich der Steckrichtung senkrecht stehenden y-z-Ebene ausgerichtet werden muss. The insertion of the plug requires that the plug congruent and precisely in the desired plug position, also referred to as plug-in position is positioned in the insertion direction in front of the socket, so that he then with a rectilinear movement in the insertion direction, in the x direction, to into the final contact position. In order to achieve a secure and accurate relative positioning of the contact elements to the corresponding mating contact elements, plug and socket have small tolerances, so that the plug transversely to the plug-in direction (x-direction) in the rectangular According to the coordinate system must be aligned exactly in the yz plane perpendicular to the direction of insertion.
In einer automatisierten Fertigung wird angestrebt, die immer weiter steigende Zahl von elek- trischen Steckverbindungen mittels Robotern herzustellen, die flexibel einsetzbare Robotermanipulatoren aufweisen, beispielsweise zumindest einen Roboterarm mit einem bevorzugt mehrachsig bewegbaren Greifer. Dadurch ist es grundsätzlich möglich, einen Stecker im Greifer zu greifen, und positionsgenau in die Soll-Steckposition vor die Steckbuchse zu bringen, und anschließend in Steckrichtung einzuführen. Dank hochauflösender Sensorik ist im Prinzip eine präzise Positionierung relativ zur Steckbuchse möglich. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass bereits aufgrund unvermeidbarer, minimaler Abweichungen der Stecker beim Einführen in Steckrichtung in der Steckbuchse verkanten kann. Um diese unerwünschten Effekte automatisiert mittels einer geeigneten Sensorik und Regelung auszugleichen, ist bislang ein erheblicher Aufwand erforderlich, oder die Montagezeit wird erhöht. Daher ist es immer noch weit verbreitet, Steckverbindungen manuell von menschlichen Mitarbeitern herstellen zu lassen. In an automated production, the aim is to produce the ever-increasing number of electrical plug-in connections by means of robots which have flexibly usable robot manipulators, for example at least one robot arm with a preferably multi-axially movable gripper. As a result, it is basically possible to grasp a plug in the gripper, and to bring it into position exactly in front of the socket in the desired plug-in position, and then insert it in the plug-in direction. Thanks to high-resolution sensors, precise positioning relative to the socket is possible in principle. In practice, however, shows that already due to unavoidable, minimal deviations of the plug when inserting in the insertion direction in the socket can tilt. To compensate for these undesirable effects automatically by means of suitable sensors and control, so far, a considerable effort is required, or the assembly time is increased. Therefore, it is still widely used to manually make connections by human employees.
Im Zuge einer rationellen Produktion, und auch um monotone manuelle Tätigkeiten zu verringern, wird angestrebt, die Herstellung von elektrischen Steckverbindungen durch Roboter ausführen zu lassen. In the course of a rational production, and also to reduce monotonous manual activities, the aim is to make the production of electrical connectors by robots.
Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein rationelles und zuverlässiges Verfahren zur automatisierten Herstellung einer Steckverbindung mittels eines Roboters anzugeben. In view of the above-described problem, it is an object of the present invention to provide a rational and reliable method for automated production of a connector by means of a robot.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous developments emerge from the subclaims.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte: According to the invention, the method comprises the steps:
- Annähern des Steckers in Steckrichtung bis in eine Suchposition, in welcher der Stecker die Steckbuchse außerhalb der Kontaktposition mechanisch berührt, - approaching the plug in the insertion direction to a search position in which the plug mechanically contacts the socket outside the contact position,
- Durchführen einer Suchbewegung des Steckers in einer quer zur Steckrichtung ste- henden Suchebene, Performing a search movement of the plug in a search plane transverse to the plug-in direction,
- Erkennen einer Übereinstimmung einer Ist-Position des Steckers mit der Soll-Steckposition, - Bewegen des Steckers aus der Suchposition in Steckrichtung bis in die Kontaktposition. Detecting a match of an actual position of the plug with the desired plug-in position, - Moving the plug from the search position in the direction of insertion to the contact position.
Der Stecker wird in dem Greifer aufgenommen und in der Steckrichtung orientiert vor der Steckbuchse positioniert. Erfindungsgemäß wird der Stecker in Steckrichtung gegen die Steckbuchse bewegt, also in x-Richtung angenähert, bis der Stecker in einem Suchbereich, der sich in einem Bereich um die Aufnahmeöffnung erstreckt, von außen an der Steckbuchse mechanisch anschlagen kann. Anders ausgedrückt wird zunächst eine mechanische Berührung zwischen Stecker und Steckbuchse ermöglicht, wodurch eine Suchposition definiert wird. In der Suchposition liegt der Stecker in Steckrichtung vor dem Erreichen der Kontaktposition an der Steckbuchse an. Anders ausgedrückt tritt der Stecker noch nicht in die Aufnahme der Steckbuchse ein, sondern befindet sich in x-Richtung in Höhe der Öffnung der Steckbuchse, deren offener Aufnahmequerschnitt sich in einer Ebene quer zur Steckrichtung erstreckt, welche die sich in y-z-Richtung erstreckende Suchebene bildet. The plug is received in the gripper and positioned in the direction of insertion in front of the socket. According to the connector is moved in the insertion direction against the socket, ie in the x-direction approached until the plug in a search area extending in an area around the receiving opening, can mechanically strike from the outside of the socket. In other words, a mechanical contact between plug and socket is initially made possible, whereby a search position is defined. In the search position, the plug is in the direction of insertion before reaching the contact position on the socket. In other words, the plug does not yet enter the receptacle of the socket, but is located in the x direction at the level of the opening of the socket whose open receiving cross section extends in a plane transverse to the insertion direction, which forms the search plane extending in the yz direction ,
Der Anschlag des Steckers an der Steckbuchse kann dadurch erkannt werden, dass die in Steckrichtung über den Stecker auf den Greifer ausgeübte Kraft gemessen wird, beispielsweise mittels eines zwischen Greifer und dem Robotermanipulator angeordneten Kraft-sen- sors. The stop of the plug on the socket can be recognized by measuring the force exerted on the gripper in the plug-in direction via the plug, for example by means of a force sensor arranged between the gripper and the robot manipulator.
In der Suchposition, wenn sich der Stecker in Höhe der Suchebene befindet, aber noch nicht in Steckrichtung in die Aufnahme der Steckbuchse eingeführt ist, und folglich die Kontaktposition noch nicht erreicht hat, wird erfindungsgemäß durch eine Bewegung des Greifers eine Suchbewegung des Steckers quer zur Steckrichtung durchgeführt, und dazu in der y-z-Su- chebene bewegt. Während der Suchbewegung liegt der Stecker von außen innerhalb des Suchbereichs an der Steckbuchse an, wobei der Suchbereich durch einen definierten Flächenbereich an der Außenseite der Steckbuchse gebildet wird, welcher den offenen Querschnitt der Aufnahme der Steckbuchse einschließt. Der Suchbereich hat eine Fläche, nämlich die Suchfläche, die größer ist als die offene Querschnittsfläche der Aufnahme der Steck- buchse, welche ihrerseits mit dem Querschnitt des Steckers korrespondiert, der in der Soll- Steckposition im Wesentlichen deckungsgleich in dem offenen Querschnitt der Steckbuchse positioniert ist. In the search position, when the plug is at the level of the search level, but not yet introduced in the insertion direction in the receptacle of the socket, and consequently has not reached the contact position, according to the invention by a movement of the gripper, a seek movement of the plug transversely to the direction of insertion and moved in the yz-seek plane. During the search movement, the plug abuts against the socket from the outside within the search range, wherein the search range is formed by a defined surface area on the outside of the socket, which encloses the open cross-section of the receptacle of the socket. The search area has a surface, namely the search area, which is larger than the open cross-sectional area of the receptacle of the socket, which in turn corresponds to the cross-section of the plug, which is positioned in the desired plug-in position substantially congruent in the open cross-section of the socket ,
Die Suchfläche des Suchbereichs kann kleiner sein als die 2-fache offene Querschnittsfläche der Aufnahme der Steckbuchse, bevorzugt kleiner als die 1 ,5-fache offene Querschnittsfläche. Während der Suchbewegung gleitet der Stecker innerhalb des Suchbereichs auf der Außenseite der Steckbuchse. Bei Suchbewegung kann der Stecker im Bereich der Soll-Einsteckposition entlang einer kontinuierlichen Suchbahn bewegt werden. Dazu wird der Stecker auf einer durchgehenden Linie in der Suchebene innerhalb des Suchbereichs bewegt. Dadurch wird erreicht, dass zu- mindest eine momentane Ist-Position des Steckers innerhalb der Suchbewegung mit der Soll-Steckposition übereinstimmt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Übereinstimmung erkannt, wie weiter unten noch beschrieben wird, und der dann in y-z-Richtung positionsgenau angeordnete Stecker aus der Suchposition in Steckrichtung in die Steckbuchse eingeführt und bis in die Kontaktposition bewegt. The search area of the search area may be smaller than the 2-fold open cross-sectional area of the receptacle of the socket, preferably smaller than the 1.5 times open cross-sectional area. During the search motion, the plug slides within the search area on the outside of the socket. During seek movement, the plug can be moved in the region of the desired insertion position along a continuous search path. For this purpose, the plug is moved on a continuous line in the search plane within the search area. This ensures that at least one instantaneous actual position of the plug within the search movement coincides with the desired plug-in position. In the method according to the invention, this match is recognized, as will be described below, and then inserted in the yz direction positionally arranged connector from the search position in the insertion direction into the socket and moved to the contact position.
Dadurch, dass die Suchbewegung entlang einem zweidimensionalen Suchmuster über einen Flächenabschnitt der Suchebene verläuft, kann der gesamte Suchbereich von dem Stecker flächig überstrichen werden, so dass die Ist-Position des Steckers beim Durchlaufen der das Suchmuster formenden Suchbahn mit der Soll-Steckposition zu Deckung kommt. Das Such- muster kann gleichmäßig-rasterförmig ausgestaltet sein, so dass der Stecker den Suchbereich so lange rastert bzw. abscannt, bis eine Übereinstimmung zwischen Ist-position und Soll-Steckposition erkannt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Suchmuster chaotisch im Sinne einer zufälligen, stochastischen Bewegung ausgestaltet sein, wodurch mit hoher Wahrscheinlichkeit die angestrebte Übereinstimmung erreicht wird. Because the search movement runs along a two-dimensional search pattern over a surface section of the search plane, the entire search region can be swept over the surface by the plug, so that the actual position of the plug as it passes through the search pattern forming search path coincides with the desired plug position , The search pattern can be uniformly grid-shaped, so that the connector scans or scans the search area until a match between the actual position and the desired plug-in position is detected. Alternatively or additionally, the search pattern can be configured chaotically in the sense of a random, stochastic movement, as a result of which the desired agreement is achieved with a high degree of probability.
Dadurch, dass die Suchbewegung erfindungsgemäß innerhalb eines relativ kleinen Suchbereichs durchgeführt wird, und der Stecker während der Suchbewegung bereits an der Steckbuchse anliegt, kann die Soll-Steckposition mit der erforderlichen Genauigkeit schnell erreicht werden, und unmittelbar nach dem Erkennen der Übereinstimmung kann der Stecker von dem Robotermanipulator in Steckrichtung in die Aufnahme der Steckbuchse eingefädelt, d.h. in x-Richtung eingeführt werden und bis zum Erreichen der Kontaktposition in die Steckbuchse eingesteckt werden. Das Verfahren kann schnell und zuverlässig mittels eines Robotermanipulators durchgeführt werden, wodurch eine automatisierte Herstellung einer Steckverbindung schneller und mit geringerem Aufwand als im Stand der Technik realisiert werden kann. Characterized in that the search movement is carried out according to the invention within a relatively small search range, and the plug during the search movement already applied to the socket, the target plug position can be achieved quickly with the required accuracy, and immediately after the detection of the match, the plug of the Robotemanipulator threaded in the direction of insertion into the receptacle of the socket, ie be inserted in the x-direction and plugged into the socket until reaching the contact position. The method can be performed quickly and reliably by means of a robot manipulator, whereby an automated production of a connector can be realized faster and with less effort than in the prior art.
Es kann vorgesehen sein, dass die Suchbewegung bogenförmig geschwungene Bewegungsabschnitte umfasst, wie spiralförmige oder Lissajous-Figuren-ähnliche Bewegungsbahnen. Durch Überlagerung von Schwingungen in y-z-Richtung, beispielsweise Sinusschwin- gungen, können derartige Bewegungsbahnen in der Suchebene erzeugt werden. Dadurch können als Suchmuster definierte, mit hoher Bahngeschwindigkeit durchlaufbare harmonische Bewegungsmuster realisiert werden. Beispielsweise ermöglichen spiralförmige Bewe- gungsbahnen ein im Wesentlichen kreisförmiges Abrastern bzw. Scannen des Suchbereichs, und Lissajous-Figuren-ähnliche Bewegungsbahnen verlaufen in einem rechteckigen Suchbereich. Vorzugsweise wird der Stecker bei der Suchbewegung oszillierend bewegt. Durch schwingende Suchbewegungen kann die angestrebte Übereinstimmung zwischen Ist-Position und Soll-Steckposition schnell und zuverlässig erreicht werden, und die Erkennung der Übereinstimmung kann durch mehrfaches Scannen erleichtert werden. Bevorzugt ist die Auslenkung der Suchbewegung kleiner als der Abstand der Suchebene von der Kontaktposition. Durch die Auslenkung der Suchbewegung wird der Stecker innerhalb des oben genannten Suchbereichs bewegt, wobei die Auslenkung in y-z-Richtung die Fläche des Suchbereichs in der Suchebene bestimmt. Die Auslenkung kann relativ klein sein, insbesondere kleiner als der Weg in Steckrichtung von der Suchposition bis in die Kontaktposition, der den Abstand der Suchebene von der Kontaktposition definiert. Die Begrenzung der Auslenkung, und die damit einhergehende Begrenzung des Suchbereichs ermöglicht eine schnelle Auffindung der Soll-Steckposition. It can be provided that the search movement comprises arcuately curved movement sections, such as spiral or Lissajous-figure-like trajectories. By superposition of oscillations in the yz-direction, for example sinusoidal vibrations, such trajectories can be generated in the search plane. As a result, it is possible to realize harmonic motion patterns that are defined as search patterns and can be traversed at a high path speed. For example, helical movements enable a substantially circular scanning of the search area, and Lissajous figure-like trajectories run in a rectangular search area. The plug is preferably moved in an oscillating manner during the search movement. By means of oscillating search movements, the desired agreement between actual position and desired plug-in position can be achieved quickly and reliably, and recognition of the match can be facilitated by repeated scanning. The deflection of the search movement is preferably smaller than the distance of the search plane from the contact position. Due to the deflection of the search movement, the plug is moved within the above-mentioned search range, wherein the deflection in yz-direction determines the area of the search range in the search level. The deflection can be relatively small, in particular smaller than the path in the insertion direction from the search position to the contact position, which defines the distance of the search plane from the contact position. The limitation of the deflection, and the concomitant limitation of the search range enables a quick finding of the desired plug-in position.
Alternativ kann die Auslenkung der Suchbewegung derart bestimmt werden, dass der wäh- rend der Suchbewegung von dem Stecker überstrichene Suchbereich kleiner ist als die 2-fa- che offene Querschnittsfläche der Aufnahme der Steckbuchse oder der Querschnittsfläche des Steckers, bevorzugt kleiner als die 1 ,5-fache offene Querschnittsfläche der Aufnahme oder des Steckers. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stecker während der Suchbewegung mit einer Anfädelkraft von außen in Steckrichtung gegen die Steckbuchse angedrückt wird. Die Anfädelkraft ist definitionsgemäß die Kraft, mit welcher der Stecker von dem Robotermanipulator in Steckrichtung gegen die Steckbuchse belastet wird. Mit der Anfädelkraft wird der Stecker während der Suchbewegung in der Suchebene gegen den Suchbe- reich angedrückt. Dadurch kann eine zuverlässige und einfache mechanische Erkennung der Übereinstimmung einer Übereinstimmung einer Ist-Position des Steckers mit der Soll-Steckposition erfolgen: Wenn die Bahn der Suchbewegung die Soll-Steckposition schneidet, befindet sich der Stecker exakt in der Soll-Steckposition, und wird durch die Anfädelkraft aus der Suchposition in Steckrichtung in Richtung auf die Kontaktposition zu in die Steckbuchse ein- gefädelt, d.h. in passgenauer Übereinstimmung von Ist-Position und Soll-Steckposition in die Steckbuchse eingesetzt. Dabei verlässt der Stecker die Suchebene in Steckrichtung und rastet mechanisch in die Öffnung der Aufnahme der Steckbuchse ein. Diese Position des Steckers wird als Einfädelposition bezeichnet. In der Einfädelposition ist der Stecker durch das Einrasten in y-z-Richtung in der Steckbuchse fixiert. Durch anschließendes Aufbringen einer Einsteckkraft, die größer sein kann als die Anfädelkraft, kann der Stecker in Steckrichtung weiter in die Steckbuchse eingeführt werden, bis er die Kontaktposition erreicht. Alternatively, the deflection of the search movement can be determined in such a way that the search area swept by the plug during the search movement is smaller than the 2-fold open cross-sectional area of the receptacle of the receptacle or the cross-sectional area of the plug, preferably smaller than the ones 1, 5 -fold open cross-sectional area of the receptacle or plug. An advantageous embodiment of the invention provides that the plug is pressed during the search movement with a threading force from the outside in the insertion direction against the socket. The threading force is by definition the force with which the plug is loaded by the robot manipulator in the insertion direction against the socket. With the threading force, the plug is pressed against the search area during the search movement in the search plane. As a result, a reliable and simple mechanical detection of the correspondence of an actual position of the plug with the desired plug-in position can be made: If the path of the search movement intersects the desired plug-in position, the plug is exactly in the desired plug-in position, and is the threading force from the search position in the insertion direction in the direction of the contact position to threaded into the socket, that is used in exact match of the actual position and target insertion position in the socket. In this case, the plug leaves the search plane in the insertion direction and mechanically locks in the opening of the receptacle of the socket. This position of the Plug is called threading position. In the threading position, the plug is fixed in the socket by the engagement in yz-direction. By subsequently applying an insertion force, which may be greater than the threading force, the plug can be further inserted in the plug-in direction in the socket until it reaches the contact position.
Durch die während der gleitenden Suchbewegung aufgebrachte Anfädelkraft kann die Übereinstimmung von Ist-Position und Soll-Steckposition ohne weitere Sensorik aufgefunden werden. Außerdem sorgt die Anfädelkraft durch das beschriebene Einrasten des Steckers in der Steckbuchse für eine sichere Positionierung in der Einfädelposition, so dass beim weiteren Einstecken mittels des Robotermanipulators kein Verkanten des Steckers auftreten kann. Folglich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die automatisierte Herstellung einer Steckverbindung durch Einstecken des Steckers in eine Steckbuchse mit geringerem Aufwand, zuverlässiger und schneller als im Stand der Technik. Die Anfädelkraft wird bevorzugt so gewählt, dass der Stecker während der Suchbewegung leicht auf der Steckbuchse entlanggleiten kann und sicher in die Einfädelposition einrastet. Die Einsteckkraft, die nach dem Erkennen und Auffinden der Soll-Steckposition auf den Stecker ausgeübt wird, ist bevorzugt größer als die Anfädelkraft, um die Kontaktposition sicher zu erreichen. By applied during the sliding search movement Anfädelkraft the match of actual position and target insertion position can be found without further sensors. In addition, the threading force by the described engagement of the plug in the socket ensures a secure positioning in the threading, so that when plugging further by means of the robot manipulator no tilting of the plug can occur. Consequently, the inventive method allows the automated production of a connector by plugging the plug into a socket with less effort, more reliable and faster than in the prior art. The threading force is preferably chosen so that the plug during the search movement can easily slide along the socket and securely locks in the threading. The insertion force which is exerted on the plug after the detection and finding of the desired plug-in position is preferably greater than the threading force in order to safely reach the contact position.
Es kann vorgesehen sein, dass die Anfädelkraft während der Suchbewegung gemessen wird, und zur Erkennung der Übereinstimmung der Ist-Position des Steckers mit der Soll- Steckposition ausgewertet wird. Solange der Stecker während der Suchbewegung auf der Steckbuchse gleitet, bleibt die Anfädelkraft im Wesentlichen gleich, und der gemessene Kraftbetrag kann über einen Regelkreis nachgeregelt und konstant gehalten werden. Sobald der Stecker die Soll-Steckposition passiert und wie beschrieben in die Steckbuchse einrastet, fällt die Anfädelkraft kurz ab, und erzeugt eine Regelschwankung. Der Abfall der Anfädelkraft wird durch die Kraftmessung erfasst, und kann zum Erkennen der Übereinstimmung einer Ist-Position des Steckers mit der Soll-Steckposition genutzt werden. Dieses über die Anfädelkraft gesteuerte Vorgehen kann durch einen kraftgeregelten Robotermanipulator realisiert werden. It can be provided that the threading force is measured during the search movement, and is evaluated to detect the coincidence of the actual position of the plug with the desired plug position. As long as the plug slides during the search movement on the socket, the threading force remains substantially the same, and the measured amount of force can be readjusted via a control loop and kept constant. As soon as the plug passes the desired plug-in position and locks into the socket as described, the threading force falls off briefly, producing a control fluctuation. The drop in the threading force is detected by the force measurement, and can be used to detect the coincidence of an actual position of the plug with the desired plug-in position. This procedure, which is controlled by the threading force, can be realized by a force-controlled robot manipulator.
Es kann vorgesehen sein, dass beim Erreichen der Einfädelposition eine Einsteckkraft in Steckrichtung auf den Stecker ausgeübt wird, die größer ist als die Anfädelkraft, und der Ste- cker mit der Steckkraft bis in die Kontaktposition bewegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass während der Suchbewegung die Momentanposition des Steckers gemessen wird, und zur Erkennung der Übereinstimmung der Ist-Position des Steckers mit der Soll-Steckposition ausgewertet wird. Die gemessene Ist-Position des Steckers kann genutzt werden, um eine Übereinstimmung mit der Soll-Steckpositi- on festzustellen, oder für eine Überprüfung genutzt werden. It can be provided that when the threading position is reached, an insertion force in the direction of insertion is exerted on the plug, which is greater than the threading force, and the plug is moved with the insertion force into the contact position. Alternatively or additionally, it may be provided that during the search movement the instantaneous position of the plug is measured, and evaluated for detecting the coincidence of the actual position of the plug with the desired plug-in position. The measured actual position of the plug can be used to determine compliance with the desired plug-in position, or used for a check.
Ein elektrischer Stecker ist in der Regel am Ende eines Kabels angebracht, welches eine oder mehrere elektrisch leitende Adern und eine die umgebende Isolierung in Form eines Kabelschlauchs aufweist. Zur Anpassung an die Einbausituation ist das Kabel flexibel. An electrical plug is usually attached to the end of a cable having one or more electrically conductive wires and the surrounding insulation in the form of a cable tube. To adapt to the installation situation, the cable is flexible.
Eine häufig auftretende Montagesituation ist, dass das Kabel mit einem geräteseitigen Ende fest an einer elektrischen Komponente, beispielsweise einem Motor, einem Sensor oder dergleichen fest verbunden ist, und an seinem freien, steckerseitigen Ende den Stecker aufweist, der zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einer korrespondierenden Steck- buchse einer Energieversorgung, einer Schalt- oder Steuereinheit oder dergleichen verbunden werden muss. A frequently occurring mounting situation is that the cable with a device-side end is firmly connected to an electrical component, such as a motor, a sensor or the like, and at its free, plug-side end of the plug, for establishing an electrical connection with a corresponding socket of a power supply, a switching or control unit or the like must be connected.
Zur automatisierten Herstellung der Steckverbindung mittels eines Robotermanipulators ist nach dem Stand der Technik ein Verfahren zum Einstecken eines am Ende eines Kabels angebrachten elektrischen Steckers in Steckrichtung in eine Steckbuchse bekannt, umfassend die Schritte: For the automated production of the plug-in connection by means of a robot manipulator, a method for plugging in an electrical plug in the plug-in direction at the end of a cable is known from the prior art, comprising the steps:
- Greifen des Steckers zwischen den Greifbacken des Greifers eines Robotermanipulators,Gripping the plug between the gripping jaws of the gripper of a robot manipulator,
- Positionieren des Steckers in einer Soll-Steckposition relativ zur Steckbuchse. - Positioning of the plug in a desired insertion position relative to the socket.
Bedingt durch die Flexibilität des Kabels ist die Position des daran angebrachten Steckers im nicht montierten Zustand nicht eindeutig räumlich definiert. Um den Stecker von dem Greifer greifen zu können, muss der Greifer in geöffneter Position relativ zum Stecker positioniert werden, so dass sich der Stecker zwischen den geöffneten Greifbacken befindet. Dann wer- den die Greifbacken gegeneinander bewegt, bis sie in Griffposition mit einer vorbestimmten Greifkraft am Stecker anliegen und der Stecker im Greifer gehalten wird. Due to the flexibility of the cable, the position of the attached plug in the unassembled state is not clearly defined spatially. In order to be able to grasp the plug from the gripper, the gripper must be positioned in the open position relative to the plug so that the plug is located between the open gripper jaws. Then the jaws are moved against each other until they rest in the gripping position with a predetermined gripping force on the plug and the plug is held in the gripper.
Problematisch ist, dass das flexible Kabel ohne weitere Hilfsmittel nicht aus einer genauen Lage entnommen werden kann, und das Kabel durch eine ungünstige Lage das automati- sierte Greifen des Steckers mittels eines Robotermanipulators stören kann. Aus diesem Grund wird bisher die Herstellung einer Steckverbindung manuell von menschlichem Monteuren ausgeführt. Da die elektrischen Steckverbindungen, insbesondere in mechatroni- sehen System in Kraftfahrzeugen, häufig sicherheitskritisch sind, muss der Montageprozess über weitere Maßnahmen abgesichert werden, wie zum Beispiel durch doppelte Werkerprüfung, Stichprobenprüfungen oder aufwändiges Testequipment. Aufgrund der manuell ausgeführten Montage ist auch eine Erfassung und Auswertung der Prozesskräfte nicht möglich. The problem is that the flexible cable can not be removed from an exact position without further aids, and the cable can interfere with the automated gripping of the plug by means of a robot manipulator due to an unfavorable position. For this reason, the production of a connector is currently performed manually by human technicians. Since the electrical connectors, in particular in mechatronic If vehicle systems are frequently critical to safety, the assembly process must be safeguarded by means of additional measures, such as double worker testing, random checks or complex test equipment. Due to the manual installation, it is not possible to record and evaluate the process forces.
Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein rationelles und zuverlässiges Verfahren zur automatisierten Herstellung einer Steckverbindung mittels eines Roboters anzugeben, insbesondere das Greifen des Steckers im Greifer eines Robotermanipulators. In view of the above-described problem, it is an object of the present invention to provide a rational and reliable method for automated production of a connector by means of a robot, in particular the gripping of the plug in the gripper of a robot manipulator.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is achieved by a method having the features of claim 12. Advantageous further developments emerge from the subclaims.
Erfindungsgemäß sieht das Verfahren vor, dass zum Greifen des Steckers der Greifer eines Robotermanipulators im Verlauf des Kabels angesetzt wird, und an dem Kabel entlang geführt wird, bis mittels eines am Robotermanipulator angebrachten Sensors der Stecker im Bereich des Greifers detektiert wird, und der Greifer am Stecker in Griffposition gebracht wird. Um den Greifer im Verlauf des Kabels anzusetzen, wird der Greifer relativ zum Kabel positioniert, so dass sich das Kabel in seinem Verlauf zwischen geräteseitigem und steckerseitigem Ende zwischen den Greifbacken befindet. Das Ansetzen des Greifers kann beispielsweise in einer Ansetzposition der Nähe des geräteseitigen Endes des Kabels erfolgen, wo das Kabel mit einer elektrischen Komponente fest verbunden ist. Diese Ansetzposition ist dann bereits durch die bei der Montage vorgegebene räumliche Orientierung der elektrischen Komponente, beispielsweise eines Motors räumlich vorgegeben. Der Greifer kann von dem Robotermanipulator zum Erfassen des Kabels in geöffneter Stellung zu dieser Ansetzposition bewegt werden, so dass die Greifbacken den Bereich umfassen, in dem das Kabel an der elektrischen Komponente fest angebracht ist, beispielsweise nach außen aus einer Außenwand der Komponente oder einem Gerätegehäuse nach außen austritt. Dadurch kann das Kabel im einfachsten Fall bereits durch die definierte räumliche Positionierung des Greifers sicher gefunden werden. Gegebenenfalls kann auch eine Sensorik zum Auffinden des Kabels vorgesehen sein, beispielsweise durch ein System zur Lageerfassung der elektrischen Komponente. According to the invention, the method provides that for gripping the plug, the gripper of a robot manipulator is attached in the course of the cable, and is guided along the cable until, by means of a sensor attached to the robot manipulator, the plug is detected in the region of the gripper, and the gripper on Plug is brought into the gripping position. To attach the gripper in the course of the cable, the gripper is positioned relative to the cable, so that the cable is in its course between the device side and steckerseitigem end between the jaws. The attachment of the gripper can for example take place in a Ansetzposition the vicinity of the device-side end of the cable, where the cable is firmly connected to an electrical component. This attachment position is then already spatially predetermined by the predetermined during assembly spatial orientation of the electrical component, such as a motor. The gripper may be moved by the robot manipulator for detecting the cable in an open position to this attachment position, so that the gripping jaws comprise the area in which the cable is firmly attached to the electrical component, for example, outwardly from an outer wall of the component or a device housing exits to the outside. As a result, the cable can be found in the simplest case already by the defined spatial positioning of the gripper safely. Optionally, a sensor for finding the cable may be provided, for example by a system for detecting the position of the electrical component.
Dass sich das Kabel tatsächlich zwischen den Greifbacken befindet, kann mittels eines geeigneten Sensors erfasst werden. Beispielsweise kann an dem Greifer eine Sensoreinrich- tung angebracht sein, beispielsweise ein optischer Sensor oder ein Kraftsensor, mit dem er- fasst und unterschieden werden kann, ob sich der Greifer im Verlauf des Kabels befindet und an dem Kabel angesetzt ist, oder ob sich der Stecker zwischen den Greifbacken befindet. Es kann vorgesehen sein, dass der Greifer kraftsensitiv ausgebildet ist, und beispielsweise mindestens einen Kraftsensor aufweist oder an einem Kraftsensor angebracht ist. Mittels des Kraftsensors, der beispielsweise an den Greifbacken angebracht sein kann, kann die auf die Greifbacken ausgeübte Greifkraft gemessen und einer Greifkraftregelung zugeführt werden. Über die Greifkraftregelung kann auf die mechanische Beschaffenheit des im Greifer befindli- chen Gegenstands geschlossen werden, beispielsweise kann unterschieden werden, ob sich ein flexibles, nachgiebiges Kabel zwischen den Greifbacken befindet, oder ein relativ dazu dickerer, starrer Stecker. The fact that the cable is actually located between the gripping jaws can be detected by means of a suitable sensor. For example, a sensor device can be attached to the gripper. be attached, for example, an optical sensor or a force sensor with which can be detected and distinguished whether the gripper is in the course of the cable and is attached to the cable, or whether the plug is located between the jaws. It can be provided that the gripper is designed to be force-sensitive, and has, for example, at least one force sensor or is attached to a force sensor. By means of the force sensor, which may for example be attached to the gripper jaws, the gripping force exerted on the gripper jaws can be measured and fed to a gripper force control. About the gripping force control can be concluded on the mechanical nature of the befindlicher in the gripper object, for example, it can be distinguished whether there is a flexible, flexible cable between the jaws, or a relatively thicker, rigid plug.
Alternativ oder zusätzlich kann an dem Greifer beispielsweise ein optischer, induktiver oder ein nach einem anderen Messverfahren arbeitender Sensor angebracht sein, der eine klare und eindeutige Erkennung ermöglicht, ob sich das Kabel oder der Stecker zwischen den Greifbacken des Greifers befindet. Alternatively or additionally, for example, an optical, inductive or a sensor operating according to another measuring method can be attached to the gripper, which enables a clear and unambiguous recognition as to whether the cable or the plug is located between the gripper jaws of the gripper.
Im nächsten Schritt wird der Greifer von dem geräteseitigen Ende zum steckerseitigen, freien Ende an dem Kabel entlang bewegt. Hierzu werden die Messergebnisse des genannten Sensors ausgewertet, die beispielsweise an dem Greifer angebracht sind. Über eine Folgesteuerung kann der Greifer von dem Robotermanipulator dem Verlauf des Kabels zum steckerseitigen Ende nachgeführt werden, auch wenn das Kabel unregelmäßig im Raum verläuft. In the next step, the gripper is moved from the device-side end to the plug-side, free end along the cable. For this purpose, the measurement results of said sensor are evaluated, which are attached for example to the gripper. By means of a sequential control, the gripper can be tracked by the robot manipulator from the course of the cable to the plug-side end, even if the cable runs irregularly in space.
Wenn der Greifer das steckerseitige Ende des Kabels erreicht, befindet sich der dort angebrachte Stecker zwischen den geöffneten Greifbacken. Mittels des Sensors, der wie beschrieben optische, mechanische oder andere charakteristische Messgrößen erfassen kann,, ist sicher und eindeutig feststellbar, dass sich nunmehr der Stecker zwischen den Greifba- cken befindet und der Greifer durch Schließen der Greifbacken am Stecker geschlossen wird, d.h. in Griffposition gebracht werden kann. Dadurch kann ein sicheres Greifen des Steckers im Greifer des Robotermanipulators erfolgen. When the gripper reaches the plug-side end of the cable, the plug attached there is located between the open gripper jaws. By means of the sensor, which can detect optical, mechanical or other characteristic measured variables as described, it can be clearly and reliably determined that now the plug is located between the gripper jaws and the gripper is closed by closing the gripper jaws on the plug, i. can be brought into grip position. This allows a secure gripping of the plug in the gripper of the robot manipulator done.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Greifen des Steckers zwischen den Greif- backen des Greifers eines Robotermanipulators realisiert werden, welches vorteilhaft als Verfahrensschritt eingesetzt werden kann in dem eingangs genannten Verfahren nach Anspruch 1 zum Einstecken eines elektrischen Steckers in Steckrichtung in eine Steckbuchse bis in eine Kontaktposition, in der sich Kontaktelemente des Steckers in elektrischem Kontakt mit korrespondierenden Gegenkontaktelementen der Steckbuchse befinden, umfassend die Schritte: The inventive method, a gripping of the plug between the jaws of the gripper of a robot manipulator can be realized, which can be used advantageously as a method step in the aforementioned method according to claim 1 for inserting an electrical plug in the plugging direction into a socket to a contact position in which contact elements of the plug are in electrical contact with corresponding mating contact elements of the socket, comprising the steps:
- Greifen des Steckers im Greifer eines Robotermanipulators,  Gripping the plug in the gripper of a robot manipulator,
- Positionieren des Steckers in einer Soll-Steckposition relativ zur Steckbuchse quer zur Steckrichtung, Positioning the plug in a desired plug-in position relative to the plug-in socket transversely to the plug-in direction,
- Bewegen des Steckers in Steckrichtung zum Einführen in die Steckbuchse bis in die Kontaktposition. Die in den Unteransprüchen 2 bis 1 1 beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens können mit dem Verfahren nach Anspruch 12 kombiniert werden.  - Move the plug in the direction of insertion for insertion into the socket to the contact position. The embodiments of the method described in subclaims 2 to 11 can be combined with the method according to claim 12.
Präzise umschließt der Greifer (iiwa) den Kabelschlauch (das Kabel) und bewegt seine Finger (Greifbacken) bis zum Stecker an dessen Ende. Kaum hat er ihn erreicht, schüttelt er das kleine Plastikteil (Stecker) so lange, bis er es sicher gegriffen hat. Jetzt muss der Stecker in die Buchse (Steckbuchse) eines Steuergerätes: ein kurzer Schwenk in Richtung des Ziels, vorsichtiges Aufsetzen, gefolgt von leichtem Rütteln (oszillierende Bewegung in der Suchebene quer zur Steckrichtung) - bis der Stecker langsam in die Buchse (Steckbuchse) eintritt und am Ende festsitzt (in Kontaktposition). Precisely, the gripper (iiwa) encloses the cable tube (the cable) and moves its fingers (gripping jaws) to the connector at the end. As soon as he has reached him, he shakes the small plastic part (plug) until he has seized it safely. Now, the plug into the socket (socket) of a control unit: a short swing towards the target, careful touchdown, followed by gentle shaking (oscillating movement in the search plane transverse to the direction of insertion) - until the plug slowly into the socket (socket) occurs and stuck in the end (in contact position).
Dann greift der Robotermanipulator (iiwa) abermals den Schlauch (das Kabel) und drückt ihn vorsichtig in eine Befestigungslasche am Lenkgetriebe. Alles sitzt, Aufgabe erledigt. Wer den Robotermanipulator (iiwa) bei der Arbeit beobachtet, könnte ihn fast für einen Menschen halten - so sehr ähneln seine Vorgehensweise und seine Bewegungen der Art und Weise, wie Arbeiter in der Produktion diesen Handgriff ausführen würden. Aber iiwa ist kein Mensch, sondern ein einarmiger Leichtbau-Roboter, mit dem die Experten an neuen Anwendungen für die intelligenten Maschinen arbeiten.„Advanced" hat dabei einen ganz konkreten Sinn: Heute nutzen wir Roboter vor allem, um Teile in der Produktion zu handhaben. Dabei kommt es auf die präzise Wiederholung von Abläufen an. Wir wollen sie in Zukunft aber auch für wertschöpfende Tätigkeiten einsetzen - etwa um Stecker einzustecken oder in Fügeprozessen. Dafür sind aber neue Fertigkeiten gefragt. Es reicht in Zukunft nicht mehr aus, unermüdlich und auf den Mikrometer genau den immer gleichen Ablauf zu wiederholen. Stattdessen müssen die Roboter lernen, mit Unsicherheiten umzugehen und flexibel auf Rückmeldungen aus dem Prozess zu reagieren, iiwa weiß beispielsweise nicht genau, wo der Stecker liegt, den er in die Buchse stecken soll. Darum sucht er mit seinen beiden Stahlfingern (des Greifers) zuerst den Kabelschlauch (das Kabel) und fährt danach an ihm längs, bis er den Ste- cker erreicht hat. Drucksensoren signalisieren dem Roboter, wenn er etwas gegriffen hat und ob die Kraft beim Einstecken in die Buchse (Steckbuchse) groß genug war. Then the robot manipulator (iiwa) once again grips the hose (the cable) and pushes it carefully into a fastening tab on the steering gear. Everything fits, task done. Anyone watching the robot manipulator (iiwa) at work could almost take him for a human being - so much so does his approach and movements resemble the way workers in production would handle it. But iiwa is not a human, but a one-arm lightweight robot, with which the experts are working on new applications for the intelligent machines. "Advanced" has a very specific meaning: Today, we mainly use robots to handle parts in production In the future, we also want to use them for value-adding activities - such as plugging in or joining processes - but this requires new skills - it will not be enough in the future, tirelessly and on Instead, robots need to learn to handle uncertainties and respond flexibly to feedback from the process, for example, they do not know exactly where the plug is to be plugged into the socket first with his two steel fingers (the gripper) the cable hose (the cable) and then moves along it, until he cker has achieved. Pressure sensors signal the robot when it has grabbed something and whether the force was large enough when plugged into the socket.
Kameras kommen hier nicht zum Einsatz - darum erinnert das Vorgehen des Robotermani- pulators (von iiwa) ein wenig an einen Menschen, der mit verbundenen Augen eine Aufgabe erledigen muss und sich über die Rückmeldungen seiner Finger vorantastet. Cameras are not used here - that's why the robot manipulator's (iiwa's) approach is a bit reminiscent of a person blindfolded with a task and anticipating the feedback of his fingers.
Für die Produktion verspricht der Einsatz der sensiblen Roboter geringere Kosten, eine bessere Qualität und mehr Flexibilität. Auch die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine wird sich von Grund auf verändern, weil moderne Roboter dank ihrer Sensorik inzwischen Rücksicht auf ihre Umgebung nehmen können. Kommt ihnen ein Mensch zu nahe, bleiben sie zum Beispiel einfach stehen. Dadurch können sie jetzt ihre Käfige verlassen und gemeinsam mit Menschen in der Produktion eingesetzt werden. Neben den sensitiven Robotern ist darum die Kollaboration von Mensch und Roboter der zweite Schwerpunkt des Teams. Die Kollaboration ist die Endstufe einer Entwicklung, die von den abgesonderten Robotern über die Koexistenz und die Kooperation mit Menschen führt. Der Mensch kann dann jederzeit in den Prozess eingreifen, während der Roboter einfach weiterarbeitet - das ist für uns die Königsdisziplin. Gemeinsam mit seinem Team arbei- tet er daran, die Roboter-Revolution Wirklichkeit werden zu lassen. Das Interesse ist groß: Regelmäßig trifft er sich mit potenziellen Anwendern zu Workshops, um Einsatzszenarien zu bewerten. Mitarbeiter, der die Umsetzung der Konzepte und die Programmierung im Advanced Robotics Lab vorantreibt, diskutiert dabei mit Fertigungsplanern und Kollegen aus den Werken die Anforderungen und erarbeitet Lösungsideen. Wir lassen zu Beginn viele Einzel- heiten des Montageprozesses außer Acht, um uns bei den Konzeptstudien nicht in technischen Details zu verlieren. Eine Idee ist bereits umgesetzt: Der Roboter „Albert" ist heute fester Bestandteil der Belegschaft und montiert mit großem Geschick Dichtungsringe in Sensorgehäuse. Die Idee für den zweiarmigen Roboter vom Typ Yumi stammt natürlich aus dem Advanced Robotics Lab. Drei weitere Projekte werden gerade umgesetzt. Schnelligkeit und Flexibilität sind die Markenzeichen des Advanced Robotics Lab. Dem jungen Team stehen für seine Versuche zwei Roboter zu Verfügung, außerdem können die Entwickler kurzfristig Teile anfertigen oder von einem 3-D-Drucker herstellen lassen. Und wenn dennoch etwas fehlt, beschaffen sie sich spontan Standardartikel wie Aluminiumprofile und passen sie mit einfachen Mitteln an, oder sie verwenden auch mal Materialen aus dem Modellbau, um so schnell wie möglich einen Greifer oder eine Aufspannvorrichtung zu realisieren. Die Steuerungssoftware für die Roboter entsteht ebenfalls innerhalb weniger Tage in Teamarbeit; auf einer Tafel hat das Team gerade notiert, wie sich die sieben Achsen von iiwa für das neueste Projekt bewegen sollen. Hier geht es nicht um ausgefeiltes Engineering, sondern um schnelle und pragmatische Lösungen - wenn beispielsweise der Greifer eines Roboters mit Spezi- alknete und Schrauben für den Umgang mit Dichtungsringen fit gemacht werden muss. Wir können unseren Partnern durch Rapid Prototyping innerhalb einer Woche nach der Ideenfin- dung einen ersten Stand präsentieren. Das ist völlig ausreichend, um die Erfolgsaussichten zu bewerten. Zudem verhindert dieser Ansatz, dass tolle Ideen vorschnell verworfen werden. Bis der Roboter dann For production, the use of sensitive robots promises lower costs, better quality and more flexibility. The collaboration between man and machine will also change from the ground up, because modern robots, thanks to their sensors, can now take their environment into consideration. If a person gets too close to them, they simply stop, for example. As a result, they can now leave their cages and work with people in production. In addition to the sensitive robots, therefore, the collaboration between humans and robots is the second focus of the team. Collaboration is the final stage of a development that leads from the separate robots to coexistence and cooperation with humans. The human being can then intervene in the process at any time, while the robot simply continues to work - that's the supreme discipline for us. Together with his team, he is working to make the robot revolution a reality. There is a great deal of interest: he regularly meets with potential users for workshops to assess usage scenarios. Employees, who drive the implementation of the concepts and the programming in the Advanced Robotics Lab, discuss the requirements with production planners and colleagues from the plants and develop solution ideas. At first, we disregard many details of the assembly process in order not to lose ourselves in technical details in the concept studies. One idea has already been put into practice: The "Albert" robot is now an integral part of the workforce and is a great way to assemble sealing rings in sensor housings.The idea for the two-armed Yumi robot comes from the Advanced Robotics Lab, of course. Speed and flexibility are the hallmarks of the Advanced Robotics Lab, and the young team has two robots to work with, as well as developers who can quickly make parts or have them made by a 3-D printer, and if something goes wrong, they can get it Spontaneously standard items such as aluminum profiles, and adapt them with simple means, or they sometimes use materials from the model making, as quickly as possible to realize a gripper or a jig.The control software for the robot is also within a few days in teamwork, on one Tafel just wrote down the team, how the seven axes of iiwa are for the newest Project should move. This is not about sophisticated engineering, but about fast and pragmatic solutions - for example, if the gripper of a robot with special kneading and screws for handling sealing rings has to be made fit. Thanks to rapid prototyping, we can present our partners a first booth within a week of finding their ideas. That is quite sufficient to evaluate the chances of success. In addition, this approach prevents great ideas from being hastily discarded. Until the robot then
tatsächlich in der Produktion im Einsatz ist, dauert es noch einige Monate. Dort kann er dann beweisen, dass Mensch und Maschine bestens im Team zusammenarbeiten können. is actually in production for a few months. There he can then prove that man and machine can work well together in a team.
Beschreibung der Zeichnungen Description of the drawings
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen: Advantageous embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. In detail show:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer ersten Montagesituation, FIG. 1 shows a schematic view of a first mounting situation,
Figur 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Montagesituation, FIG. 2 shows a schematic view of a second mounting situation,
Figur 3 eine schematische Ansicht einer dritten Montagesituation, FIG. 3 shows a schematic view of a third mounting situation,
Figur 4 eine schematische Ansicht einer vierten Montagesituation, FIG. 4 shows a schematic view of a fourth mounting situation,
Figur 5 eine schematische Ansicht in Steckrichtung auf die Steckbuchse in der dritten Figure 5 is a schematic view in the insertion direction of the socket in the third
Montagesituation von Figur 3.  Mounting situation of Figure 3.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In the various figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually named or mentioned only once in each case.
In den Figuren 1 bis 4 sind beim Montageprozess aufeinanderfolgende Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein flexibles, langgestrecktes elektrisches Kabel 1 ist an seinem gerateseitigen Ende 1 1 fest mit einer elektrischen Komponente 2, beispielsweise einem Motor, verbunden, und weist an seinem steckerseitigen Ende 12 einen Stecker 3 auf. Eine zweite elektrische Komponente, beispielsweise eine Steuereinheit 4, weist eine Steckbuchse 5 auf. FIGS. 1 to 4 show successive phases of the method according to the invention during the assembly process. A flexible, elongated electrical cable 1 is at its device-side end 1 1 fixed to an electrical component 2, such as a motor, connected, and has at its plug-side end 12 a plug 3. A second electrical component, for example a control unit 4, has a socket 5.
Die Steckbuchse 5 korrespondiert mit dem Stecker 3, derart, dass der Stecker 3 in einer Steckrichtung x zur Herstellung einer elektrischen Verbindung in die Steckbuchse 5 einge- steckt werden kann. Die Steckbuchse 5 weist hierzu eine zumindest einen Abschnitt des Steckers formschlüssig aufnehmende, gegen die Steckrichtung x offene Aufnahmeöffnung 51 auf. The socket 5 corresponds to the plug 3, such that the plug 3 can be plugged into the socket 5 in an insertion direction x for the purpose of establishing an electrical connection. For this purpose, the socket 5 has a receptacle opening 51 which receives a form-locking receptacle at least over a section of the plug and is open towards the plugging direction x.
Die Steckrichtung x erstreckt sich in Richtung der x-Achse eines rechtwinkligen Koordinaten- Systems, dessen y- und z-Achse senkrecht dazu stehen. The plug-in direction x extends in the direction of the x-axis of a rectangular coordinate system whose y- and z-axis are perpendicular to it.
Ein Robotermanipulator umfasst einen Roboteram 6, an dem ein mehrachsig im Raum bewegbarer Greifer 7 angebracht ist. Der Greifer 7 weist Greifbacken 71 auf, die aus einer geöffneten Stellung gegeneinander motorisch in eine Griffstellung bewegt werden können, wie mit den gegeneinander gerichteten Pfeilen angedeutet. A robot manipulator comprises a robot 6 to which a multi-axially movable gripper 7 is attached. The gripper 7 has jaws 71, which can be moved from an open position against each other by motor in a grip position, as indicated by the arrows directed against each other.
Weiterhin sind an dem Greifer 7 Sensoren 72 und 73 angebracht, beispielsweise Kraftsensoren, mit denen die von dem Roboterarm 6 auf den Greifer 7 ausgeübte Kraft in Steckrichtung x gemessen werden kann, und/oder die optisch, induktiv oder nach anderen Messprinzipien arbeiten, und mit denen ein zwischen den Greifbacken 71 befindlicher Gegenstand, insbesondere das Kabel 1 und der Stecker 3, detektierbar sind. Furthermore, sensors 72 and 73 are mounted on the gripper 7, for example force sensors, with which the force exerted by the robot arm 6 on the gripper 7 force can be measured in the insertion direction x, and / or operate optically, inductively or according to other measurement principles, and with where an object located between the jaws 71, in particular the cable 1 and the plug 3, are detectable.
In der ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Greifer 7 in geöffneter Stellung wie in Figur 1 gezeigt in Ansetzposition gebracht, und dazu im Verlauf des Kabels 1 angesetzt, beispielsweise wie dargestellt im Bereich des gerateseitigen Endes 1 1 des Kabels 1 , so dass dieses sich zwischen den Greifbacken 71 befindet. Diese Ansetzposition wird von den Sensoren 72, 73 detektiert. In the first phase of the method according to the invention, the gripper 7 is brought in the open position as shown in Figure 1 in Ansetzposition, and attached in the course of the cable 1, for example, as shown in the region of the device-side end of the cable 1 1 1, so that this is located between the jaws 71. This attachment position is detected by the sensors 72, 73.
Aus der Ansetzposition wird der Greifer 7 von dem Roboterarm 6 an dem Kabel 1 in Rich- tung auf das steckerseitige Ende 12 entlangbewegt, wie mit den Pfeilen angedeutet ist, die dem Verlauf des Kabels 1 folgen. Dadurch wird der in Figur 2 dargestellte Zustand erreicht, in dem sich der Stecker 3 zwischen den Greifbacken 71 des Greifers 7 befindet. Dort erfolgt das Greifen des Steckers 7, indem die Greifbacken 71 aus der geöffneten Stellung gegeneinander in die Griffposition bis gegen den Stecker 7 bewegt werden, so dass der Stecker 7 im Greifer 7 gehalten wird. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Greifen des Steckers 3 realisiert. From the attachment position, the gripper 7 is moved by the robot arm 6 on the cable 1 in the direction of the plug-side end 12, as indicated by the arrows which follow the course of the cable 1. As a result, the state shown in Figure 2 is reached, in which the plug 3 is located between the gripping jaws 71 of the gripper 7. There takes place the gripping of the plug 7, by the gripping jaws 71 are moved from the open position against each other in the grip position against the plug 7, so that the plug 7 is held in the gripper 7. As a result, the inventive method for gripping the plug 3 is realized.
Anschließend wird der Greifer 7 von dem Roboterarm 6 in die in Figur 3 dargestellte Suchposition gebracht, in welcher der Stecker 3 an die Steckbuchse 5 angenähert wird und in Steckrichtung x ausgerichtet ist. Dabei schlägt der Stecker 3 mit seiner in Steckrichtung x vorn liegenden Vorderseite an der - in der Figur links befindliche - Außenseite der Steckbuchse 5 an. Die Berührung erfolgt in der Suchebene S, welche sich senkrecht zu Steckrichtung x parallel zur y-z-Ebene erstreckt. Subsequently, the gripper 7 is brought by the robot arm 6 in the search position shown in Figure 3, in which the plug 3 is approximated to the socket 5 and is aligned in the insertion direction x. In this case, the plug 3 strikes with its front in the insertion x front on the - left in the figure - outside of the socket 5 at. The contact takes place in the search plane S, which extends perpendicular to the insertion direction x parallel to the y-z plane.
In der Suchposition befindet sich der Stecker 3 noch außerhalb der Kontaktposition, und ist noch nicht in die Aufnahmeöffnung 51 der Steckbuchse 5 eingeführt. Während der Stecker 3 von dem Roboterarm 6 mit einer Anfädelkraft F gegen die Steckbuchse 5 angedrückt wird, führt der Greifer 7 eine Suchbewegung in der y-z-Ebene aus, wobei der Stecker 3 außen auf der Steckbuchse 5 entlanggleitet. Bei der Suchbewegung wird der Stecker 3 auf einer in einer zweidimensionalen, flächigen Suchbahn innerhalb eines Suchbereichs 52 bewegt, der sich um die Aufnahmeöffnung 51 erstreckt, wie schematisch in einer Ansicht in x-Richtung in Figur 5 dargestellt ist. Dabei wird die Ist-Position des Steckers 3 quer zur Steckrichtung x so lange im Verlauf einer Suchbahn in der y-z-Ebene - bevorzugt kontinuierlich - verändert, bis der Querschnitt des Steckers 3 vollständig innerhalb des Querschnitts der Aufnahmeöffnung 51 liegt, und somit die Soll- Steckposition erreicht ist. Die Suchbewegung kann wie in Figur 5 schematisch angedeutet in spiralförmigen oder anderen, beispielsweise Lissajous-Figuren-ähnlichen oder zufälligen Bewegungsbahnen erfolgen. Durch die während der Suchbewegung anliegende Anfädelkraft F wird der Stecker 3, wenn er dabei die Soll-Steckposition passiert, in die Steckbuchse 5 eingerastet, d.h. bei passgenauer Übereinstimmung von Ist-Position und Soll-Steckposition in die Steckbuchse 5 eingefädelt bzw. eingesetzt. Der Stecker 3 wird dabei durch die Anfädelkraft aus der Suchebene heraus geringfügig in Steckrichtung x auf die Kontaktposition zu in die sogenannte Einfädel- position bewegt, ohne dass dazu eine aufwendige Regelung oder dergleichen erforderlich wäre. In der Einfädelposition ist der Stecker 3 in y-z-Richtung in der Steckbuchse 5 fixiert. Durch anschließendes Aufbringen einer Einsteckkraft, die bevorzugt größer ist als die Anfä- delkraft F, kann der Stecker geradlinig und ohne Verkanten in Steckrichtung x weiter in die Steckbuchse 5 eingeführt werden, bis die in Figur 4 dargestellte, endgültige Kontaktposition erreicht wird. In the search position, the plug 3 is still outside the contact position, and is not yet inserted into the receiving opening 51 of the socket 5. While the plug 3 is pressed by the robot arm 6 with a threading force F against the socket 5, the gripper 7 performs a seek movement in the yz plane, wherein the plug 3 slides along the outside of the socket 5. In the seek motion, the plug 3 is moved on one in a two-dimensional, planar search path within a search area 52 which extends around the receiving opening 51, as shown schematically in an x-direction view in FIG. In this case, the actual position of the plug 3 transversely to the insertion direction x as long as a search path in the yz plane - preferably continuously - changed until the cross section of the plug 3 is completely within the cross section of the receiving opening 51, and thus the target Plug position is reached. The search movement, as indicated schematically in FIG. 5, can take place in spiral or other, for example, Lissajous-like or random trajectories. By fitting during the search thread F Einfädelkraft the plug 3, if he passes the desired plug position, snapped into the socket 5, that is threaded or inserted in exact match of actual position and target plug position in the socket 5. The plug 3 is thereby moved by the threading force out of the search plane slightly in the insertion direction x to the contact position in the so-called threading position, without the need for a complex control or the like would be required. In the threading position, the plug 3 is fixed in the yz direction in the socket 5. By subsequently applying an insertion force, which is preferably greater than the starting delkraft F, the plug can be inserted in a straight line and without tilting in the insertion direction x further into the socket 5 until the final contact position shown in Figure 4 is reached.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Kabel  1 cable
1 1 geräteseitiges Ende  1 1 device-side end
12 steckerseitiges Ende  12 plug-side end
2 elektrischen Komponente 2 electrical component
3 Stecker 3 plugs
4 Steuereinheit  4 control unit
5 Steckbuchse  5 socket
51 Aufnahmeöffnung  51 receiving opening
52 Suchbereich (Flächenabschnitt) 52 search area (area section)
6 Roboterarm 6 robot arm
7 Greifer  7 grippers
71 Greifbacken  71 gripping jaws
72, 73 Sensoren  72, 73 sensors
X Steckrichtung  X insertion direction
S Suchebene  S search level
F Anfädel kraft  F threading force

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zum Einstecken eines elektrischen Steckers (3) in Steckrichtung (x) in eine Steckbuchse (5) bis in eine Kontaktposition, in der sich Kontaktelemente des Method for inserting an electrical plug (3) in the insertion direction (x) into a socket (5) into a contact position in which contact elements of the
Steckers (3) in elektrischem Kontakt mit korrespondierenden Gegenkontaktelemen- ten der Steckbuchse (5) befinden, umfassend die Schritte:  Plug (3) are in electrical contact with corresponding mating contact elements of the socket (5), comprising the steps:
- Greifen des Steckers (3) im Greifer (7) eines Robotermanipulators, - gripping the plug (3) in the gripper (7) of a robot manipulator,
- Positionieren des Steckers (3) in einer Soll-Steckposition relativ zur Steckbuchse (5) quer zur Steckrichtung (x),  Positioning of the plug (3) in a desired plug-in position relative to the socket (5) transversely to the plug-in direction (x),
- Bewegen des Steckers (3) in Steckrichtung (x) zum Einführen in die Steckbuchse (5) bis in die Kontaktposition, gekennzeichnet durch die Schritte:  - Moving the plug (3) in the plugging direction (x) for insertion into the socket (5) to the contact position, characterized by the steps:
- Annähern des Steckers in Steckrichtung (x) bis in eine Suchposition, in welcher der Stecker (3) die Steckbuchse (5) außerhalb der Kontaktposition mechanisch berührt,- Approach of the plug in the insertion direction (x) to a search position in which the plug (3) mechanically touches the socket (5) outside the contact position,
- Durchführen einer Suchbewegung des Steckers (3) in einer quer zur Steckrichtung (x) stehenden Suchebene (S), - Carrying out a search movement of the plug (3) in a transverse to the plug-in direction (x) standing search plane (S),
- Erkennen einer Übereinstimmung einer Ist-Position des Steckers (3) mit der Soll- Steckposition,  Detecting a match of an actual position of the plug (3) with the desired plug-in position,
- Bewegen des Steckers (3) aus der Suchposition in Steckrichtung (x) bis in die Kontaktposition.  - Moving the plug (3) from the search position in the insertion direction (x) to the contact position.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der Suchbewegung der Stecker (3) im Bereich der Soll-Einsteckposition entlang einer kontinuierlichen Suchbahn bewegt wird. A method according to claim 1, characterized in that during the search movement of the plug (3) is moved in the region of the desired insertion position along a continuous search path.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Suchbewegung entlang einem zweidimensionalen Suchmuster über einen Suchbereich (52) der Suchebene (S) verläuft. A method according to claim 2, characterized in that the search movement along a two-dimensional search pattern over a search area (52) of the search plane (S).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Suchbewegung bogenförmig geschwungene Bewegungsbahnen umfasst, wie spiralförmige oder Lissajous-Figuren-ähnliche Bewegungsbahnen. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the search movement comprises arcuately curved trajectories, such as spiral or Lissajous figure-like trajectories.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (3) bei der Suchbewegung oszillierend bewegt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the plug (3) is moved oscillating during the search movement.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung der Suchbewegung kleiner ist als der Abstand der Suchebene (S) von der Kontaktposition. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the deflection of the search movement is smaller than the distance of the search plane (S) from the contact position.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (3) während der Suchbewegung mit einer Anfädelkraft (F) von außen in Steckrichtung (x) gegen die Steckbuchse angedrückt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the plug (3) during the search movement with a threading force (F) from the outside in the insertion direction (x) is pressed against the socket.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dass die Anfädelkraft (F) während der Suchbewegung gemessen wird, und zur Erkennung der Übereinstimmung der Ist-Position des Steckers (3) mit der Soll-Steckposition ausgewertet wird. 8. The method according to claim 7, that the threading force (F) is measured during the search movement, and is evaluated to detect the coincidence of the actual position of the plug (3) with the desired plug position.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Übereinstimmung der Ist-Position mit der Soll-Steckposition der Stecker (3) durch die Anfädelkraft (F) aus der Suchebene (S) heraus in Steckrichtung (x) auf die Kontaktposition zu in eine Einfädelposition bewegt wird. 9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that in a match of the actual position with the desired insertion position of the plug (3) by the threading force (F) from the search plane (S) out in the insertion direction (x) on the Contact position is moved to a threading position.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen der Einfädelposition eine Steckkraft in Steckrichtung auf den Stecker (3) ausgeübt wird, die größer ist als die Anfädelkraft (F), und der Stecker (3) mit der Steckkraft bis in die Kontaktposition bewegt wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that when reaching the threading position a plug force in the insertion direction on the plug (3) is exercised, which is greater than the threading force (F), and the plug (3) with the insertion force into the Contact position is moved.
1 1. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Suchbewegung die Momentanposition des Steckers (3) gemessen wird, und zur Erkennung der Übereinstimmung der Ist-Position des Steckers (3) mit der Soll-Steckposition ausgewertet wird. 1 1. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that during the search movement, the instantaneous position of the plug (3) is measured, and is evaluated to detect the coincidence of the actual position of the plug (3) with the desired plug position.
12. Verfahren zum Einstecken eines am Ende eines Kabels angebrachten Steckers (3) in Steckrichtung (x) in eine Steckbuchse (5), umfassend die Schritte: 12. A method for inserting a plug attached to the end of a cable (3) in the insertion direction (x) in a socket (5), comprising the steps:
- Greifen des Steckers (3) zwischen den Greifbacken (71 ) des Greifers (7) eines Robotermanipulators (6), - gripping the plug (3) between the gripping jaws (71) of the gripper (7) of a robot manipulator (6),
- Positionieren des Steckers (3) in einer Soll-Steckposition relativ zur Steckbuchse (5), - Bewegen des Steckers (3) zum Einführen in die Steckbuchse (5), dadurch gekennzeichnet, Positioning the plug (3) in a desired plug-in position relative to the socket (5), Moving the plug (3) for insertion into the socket (5), characterized
dass zum Greifen des Steckers (3) der Greifer (7) eines Robotermanipulators im Verlauf des Kabels (1 ) angesetzt wird, und an dem Kabel (1 ) entlang geführt wird, bis mittels eines am Robotermanipulator angebrachten Sensors (72, 73) der Stecker (3) im Bereich des Greifers (7) detektiert wird, und der Greifer (7) am Stecker (3) in Griffposition gebracht wird.  in that, for gripping the plug (3), the gripper (7) of a robot manipulator is attached in the course of the cable (1) and guided along the cable (1) until the plug is attached by means of a sensor (72, 73) attached to the robot manipulator (3) in the region of the gripper (7) is detected, and the gripper (7) on the plug (3) is brought into gripping position.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (72, 73) an dem Greifer (7) angeordnet ist. 13. The method according to claim 12, characterized in that the sensor (72, 73) on the gripper (7) is arranged.
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