WO2020193339A1 - Robotergreifer und verfahren zum betrieb eines robotergreifers - Google Patents

Robotergreifer und verfahren zum betrieb eines robotergreifers Download PDF

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WO2020193339A1
WO2020193339A1 PCT/EP2020/057541 EP2020057541W WO2020193339A1 WO 2020193339 A1 WO2020193339 A1 WO 2020193339A1 EP 2020057541 W EP2020057541 W EP 2020057541W WO 2020193339 A1 WO2020193339 A1 WO 2020193339A1
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robot gripper
observer
torque
output
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PCT/EP2020/057541
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Tim Rokahr
Andreas SPENNINGER
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Franka Emika Gmbh
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    • B25J9/16—Programme controls
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41357—Belt

Definitions

  • the invention relates to a robot gripper.
  • Robot grippers also called: “gripper” or “gripping system” or “effector” or “end effector” are known in the prior art. Robot grippers are typically arranged at the distal end of robot manipulators and perform tasks such as gripping and / or holding objects / tools.
  • a robot gripper typically includes a drive unit, a drive train (also called a kinematic system) that moves the active elements, a mechanical interface for releasably and firmly connecting the robot gripper, for example to a robot manipulator, an energy interface for supplying the energy required for operating the robot gripper , as well as a control signal interface for
  • Supply of control signals (e.g. from a central robot control unit).
  • Active elements are those elements of the robot gripper which, when gripping and holding an object, have direct contact with the object and can exert a gripping force on the object.
  • a robotic gripper can hold an object. A distinction is made here between, for example, different pairs of effects: pairing of forces, pairing of shapes, pairing of substances.
  • pairing of forces pairing of shapes
  • pairing of substances pairing of substances.
  • Configurations of the active elements themselves for example as gripper jaws (in the case of a parallel jaw gripper) or as multi-part fingers (in the case of an artificial hand).
  • the drive unit generates what is required for the gripping or holding process
  • the drive unit drives the output train and thus generates corresponding movements of the active elements. This makes it possible for the robot gripper to open, close and hold an object.
  • the output train is used to transmit the generated by the drive unit
  • Kinetic energy to the active elements It thus converts a movement of the drive unit into an output movement of the robot gripper, ie into a corresponding movement of the active elements.
  • the object of the invention is to provide a robot gripper with which a “more sensitive” gripping and holding of objects is possible.
  • a first aspect of the invention relates to a robotic gripper comprising: a
  • Electric motor AE which drives an output train AS via a transmission, the output train AS having at least two active elements WE1 and WE2, furthermore having the following sensors: a position sensor for detecting a position q M of the electric motor AE, a torque sensor connected between the transmission and the output train AS for Detection of an output torque T AS of the output train AS, and a current sensor for detecting the motor current I AE of the electric motor AE; and a control unit for controlling / regulating the electric motor AE on the basis of a predetermined dynamic model of the robot gripper, the measured sensor data: q ⁇ , T AS , I A u and a setpoint provided at an interface of the robot gripper, the setpoint being a setpoint position q S0LL or a target speed q S0LL or a target acceleration q SOLL or a target torque T SOLL of the electric motor AE or the output train AS.
  • the drive unit generates a movement, in particular a translational and / or a rotary movement. This movement is used via the output train AS to drive the active elements WE1, WE2.
  • the output train AS (also called: kinematic system) transmits the mechanical movement generated by the drive unit AE to one or more active elements WE n , so that they move accordingly.
  • a large number of implementations are known in the prior art for the mechanical implementation of the output train AS in a robot gripper.
  • the proposed robot gripper allows a more precise and more sensitive force measurement (i.e. a measurement of the forces with improved resolution), force control and
  • Gearbox and output train AS increases the sensitivity and accuracy of the
  • the robot gripper has a housing into which the electric motor AE, the transmission, the sensors mentioned and the control unit are integrated, the active elements WE1 and WE2 projecting beyond the housing.
  • the output train AS advantageously has a belt, in particular a toothed belt.
  • the active elements WE1 and WE2 are advantageously detachably and firmly connected to the output train AS. As a result, the active elements are exchangeable and can be adapted accordingly to a specific task.
  • the dynamic model is advantageously used to compensate for friction effects and / or wear effects occurring in the system: electric motor AE - gearbox - output train AS.
  • the dynamic model is a mathematical model that describes the (ideal) dynamic interaction of the named components of the robot gripper. Any deviations caused by wear and / or friction can be determined or recognized by implementing a disturbance variable observer.
  • control unit therefore uses it to control / regulate the motor, in particular to
  • Friction compensation or wear compensation a disturbance variable observer, in particular a performance observer or an impulse observer or a speed observer or an acceleration observer.
  • control unit has a controller with torque feedback.
  • the torque feedback can be interpreted physically as scaling ("shaping") of the motor inertia. If the “perceived” motor inertia is reduced, the sensitivity of the proposed robot gripper also increases, which in combination with the friction compensation described above significantly increases the sensitivity or the force resolution of the proposed one
  • Robot gripper compared to the robot grippers known in the prior art.
  • the robot gripper is advantageously designed as a parallel jaw gripper.
  • the at least two active elements WE1, WE2 are advantageously connected to the output train AS in a detachable and fixed manner and are therefore interchangeable. In particular, are on the two
  • Active elements WE1, WE2 no sensors available, so that a corresponding cabling of the active elements is omitted and easier interchangeability of
  • the active elements are / can be connected as a modular pair
  • Another aspect of the invention relates to a robot or a humanoid with a robot gripper, as described above. Another aspect of the invention relates to a method for operating a
  • Robot gripper wherein the robot gripper has: an electric motor AE which drives an output train AS via a gear, the output train AS having at least two active elements WE1 and WE2; the following sensors: a position sensor for detecting a position q m of the electric motor AE, a torque sensor connected between the gearbox and the output train AS for detecting a
  • Motor current 1 AE of the electric motor AE ; and a control unit for controlling / regulating the electric motor AE.
  • the procedure consists of the following steps:
  • the setpoint being a setpoint position q S0LL or a setpoint speed q S0LL or a setpoint acceleration q S0LL or a setpoint torque T SOLL of the electric motor AE or the output train AS, and
  • Sensor data q AE , T AS , I M and the at least one setpoint.
  • a disturbance variable observer in particular a power observer or a pulse observer or a pulse observer, is used to control / regulate the electric motor AE
  • the disturbance variable observer is advantageous for friction compensation and Wear compensation of the system: electric motor AE - gearbox - output train AS used.
  • Torque feedback takes place in a regulator of the control unit.
  • an inertia of the electric motor AE is advantageously scalable.
  • the proposed method enables a significant improvement in
  • the robot gripper 100 comprises: an electric motor AE 101 with a downstream gear 102 and a
  • the electric motor AE 101 drives the active elements WE1, WE2 via the drive train 103 in such a way that they move together either towards one another or away from one another and thus the distance between the active elements WE1, WE2 changes accordingly.
  • the parallel jaw gripper also has a control unit 107 for controlling the Electric motor AE 101 and a sensor system 105 connected to the control unit 107.
  • the sensor system 105 comprises the following sensors: a position sensor for determining a motor position q AE of the electric motor, a current sensor for determining a motor current I AE of the electric motor and a torque sensor connected between the transmission 110 and the output train 102 for determining the
  • Torque T AS in output train 102 The measured variables q AE , I M and T AS are made available to control unit 107.
  • the parallel jaw gripper 100 also has an interface 11 for electrical energy and control signals from an external control unit.
  • the interface 1 1 1 is connected to the control unit 107 by at least one signal line 1 12 and at least one electrical line 1 13.
  • the electrical line 1 13 supplies the robot gripper with electrical energy.
  • the interface 1 1 1, for example
  • Control signals from a central control unit of the robot and electrical energy for the parallel jaw gripper 100 are provided.
  • the control unit 107 controls / regulates the electric motor AS 101 on the basis of a
  • the measured sensor data q ⁇ , T AS > 1 M and a setpoint provided at an interface 1 1 1 of the robot gripper, the setpoint being a setpoint position q S0LL or a setpoint speed q SOLL or a setpoint Acceleration q S0LL or a target torque T SOLL of the electric motor AS 101 or the output train AS 103 specifies.
  • the control unit 107 is also designed and set up such that for
  • Control / regulation of the electric motor AS 101 is a disturbance variable observer, in particular a power observer or a pulse observer or a
  • the disturbance variable observer is used in particular for friction compensation and for Wear compensation of the system: electric motor AE 101 - gearbox 102 - output train AS 103 used.
  • the control unit 107 is designed and set up in such a way that a torque return takes place in a regulator of the control unit and the inertia of the electric motor AE 101 is scaled through the torque return.
  • the torque feedback is advantageously carried out with at: With:
  • T Target torque to the current controller or output from a "full state

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer (100) und ein Verfahren zum Betrieb eines ebensolchen Robotergreifers (100). Der vorgeschlagene Robotergreifer (100) weist auf: einen Elektromotor AE (101) der über ein Getriebe (102) einen Abtriebsstrang AS (103) antreibt, wobei der Abtriebsstrang AS (103) zumindest zwei Wirkelemente WE1 und WE2 aufweist; folgende Sensoren (104): einen Positionssensor zur Erfassung einer Position q des Elektromotors AE (101), einen zwischen Getriebe (102) und Abtriebsstrang AS (103) geschalteten Drehmomentsensor zur Erfassung eines Abtriebsmoments τ AS des Abtriebsstrangs AS (103); und einen Stromsensor zur Erfassung des Motorstroms I AE des Elektromotors AE (101); und eine Steuereinheit (107) zur Steuerung/Reglung des Elektromotors (101) auf Basis eines vorgegebenen Dynamikmodells des Robotergreifers, der gemessenen Sensordaten: q AE , τ AS , I AE und eines an einer Schnittstelle (111) des Robotergreifers bereitgestellten Sollwertes, wobei der Sollwert eine Soll-Position q SOLL oder eine Soll-Geschwindigkeit (Formula (A)) oder eine Soll-Beschleunigung (Formula (B)) oder ein Soll- Moment τ SOLL des Elektromotors AE (101) oder des Abtriebsstrangs AS (103) ist.

Description

Robotergreifer und Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers
Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer.
Robotergreifer (auch genannt:„Greifer“ oder„Greifsystem“ oder„Effektor“ oder „Endeffektor“) sind im Stand der Technik bekannt. Robotergreifer sind typischerweise am distalen Ende von Robotermanipulatoren angeordnet und übernehmen Aufgaben, wie das Greifen und/oder Halten von Objekten/Werkzeugen.
Ein Robotergreifer umfasst typischerweise eine Antriebseinheit, einen Abtriebsstrang (auch genannt: kinematisches System), der Wirkelemente bewegt, eine mechanische Schnittstelle zum lösbar-festen Verbinden der Robotergreifer beispielsweise mit einem Robotermanipulator, eine Energie-Schnittstelle zur Zuführung einer für den Betrieb des Robotergreifers erforderlichen Energie, sowie eine Steuersignal-Schnittstelle zur
Zuführung von Steuersignalen (bspw. von einer zentralen Robotersteuereinheit).
Wirkelemente sind diejenigen Elemente des Robotergreifers, die beim Greifen und Halten eines Objekts einen direkten Kontakt zu dem Objekt haben und dabei eine Greifkraft auf das Objekt ausüben können. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie ein Robotergreifer ein Objekt halten kann. Man unterscheidet hierbei bspw. unterschiedliche Wirkpaarungen: Kraftpaarung, Formpaarung, Stoffpaarung. Weiterhin gibt es eine Vielzahl von
Ausgestaltungen der Wirkelemente selbst, beispielsweise als Greiferbacke (bei einem Parallelbackengreifer) oder als mehrgliedrigen Finger (bei einer künstlichen Hand).
Die Antriebseinheit erzeugt die für den Greif- oder Haltevorgang benötigte
Bewegungsenergie. Die Antriebseinheit treibt den Abtriebsstrang an und erzeugt somit entsprechende Bewegungen der Wirkelemente. Dadurch wird das Öffnen, Schließen und Halten eines Objekts durch den Robotergreifer möglich.
Der Abtriebsstrang dient zum Übertragen der von der Antriebseinheit erzeugten
Bewegungsenergie zu den Wirkelementen. Er überführt somit eine Bewegung der Antriebseinheit in eine Abtriebsbewegung des Robotergreifers, d.h. in eine entsprechende Bewegung der Wirkelemente. Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Robotergreifer bereitzustellen, mit dem ein „feinfühligeres“ Greifen und Halten von Objekten möglich ist.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Robotergreifer aufweisend: einen
Elektromotor AE, der über ein Getriebe einen Abtriebsstrang AS antreibt, wobei der Abtriebsstrang AS zumindest zwei Wirkelemente WE1 und WE2 aufweist, weiterhin aufweisend folgende Sensoren: einen Positionssensor zur Erfassung einer Position qM des Elektromotors AE, einen zwischen Getriebe und Abtriebsstrang AS geschalteten Drehmomentsensor zur Erfassung eines Abtriebsmoments TAS des Abtriebsstrangs AS, und einen Stromsensor zur Erfassung des Motorstroms IAE des Elektromotors AE; und eine Steuereinheit zur Steuerung/Regelung des Elektromotors AE auf Basis eines vorgegebenen Dynamikmodells des Robotergreifers, der gemessenen Sensordaten: q^ , TAS , IA u und eines an einer Schnittstelle des Robotergreifers bereitgestellten Sollwertes, wobei der Sollwert eine Soll-Position qS0LL oder eine Soll-Geschwindigkeit qS0LL oder eine Soll-Beschleunigung qSOLL oder ein Soll-Moment TSOLL des Elektromotors AE oder des Abtriebsstrangs AS ist.
Die Antriebseinheit erzeugt eine Bewegung, insbesondere eine translatorische und/oder eine rotatorische Bewegung. Diese Bewegung wird über den Abtriebsstrang AS zum Antrieb der Wirkelemente WE1 , WE2 genutzt.
Der Abtriebsstrang AS (auch genannt: kinematisches System) überträgt die von der Antriebseinheit AE erzeugte mechanische Bewegung auf ein oder mehrere Wirkelemente WEn, sodass sich diese entsprechend bewegen. Zur mechanischen Realisierung des Abtriebsstrangs AS in einem Robotergreifer sind im Stand der Technik eine Vielzahl von Realisierungen bekannt. Der Steuereinheit stehen vorteilhaft zur Steuerung des Elektromotors M folgende Größen zur Verfügung: ein geschätztes Motormoment (= IAE‘Drehmomentkonstante), die Motorposition qM , die Motorgeschwindigkeit qM als Zeitableitung von qAE (oder über einen zusätzlichen Motorgeschwindigkeitssensor) und das gemessene Drehmoment TAS im Abtriebsstrang AS.
Der vorgeschlagene Robotergreifer erlaubt eine genauere und sensiblere Kraftmessung (d.h. eine Messung der Kräfte mit verbesserter Auflösung), Kraftregelung und
Kraftüberwachung der von den Wirkelementen WE1 und WE2 aufgenommenen bzw. übertragenen Kräfte. Insbesondere die zusätzliche Drehmomentmessung TAS zwischen
Getriebe und Abtriebsstrang AS erhöht die Feinfühligkeit bzw. Genauigkeit der
Kraftmessung gegenüber den im Stand der Technik bekannten Robotergreifern.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Robotergreifers zeichnet sich dadurch aus, dass der Robotergreifer ein Gehäuse aufweist, in das der Elektromotor AE, das Getriebe, die genannten Sensoren und die Steuereinheit integriert sind, wobei die Wirkelemente WE1 und WE2 das Gehäuse überragen.
Vorteilhaft weist der Abtriebsstrang AS einen Riemen, insbesondere einen Zahnriemen auf. Vorteilhaft sind die Wirkelemente WE1 und WE2 lösbar-fest mit dem Abtriebsstrang AS verbunden. Dadurch sind die Wirkelemente austauschbar und entsprechend an eine spezielle Aufgabenstellung anpassbar.
Das Dynamikmodell wird vorteilhaft zur Kompensation von in dem System: Elektromotor AE - Getriebe - Abtriebsstrang AS auftretenden Reibungseffekten und/oder Verschleiß- Effekten genutzt. Das Dynamikmodell ist ein mathematisches Modell welches das (ideale) dynamische Zusammenwirken der genannten Komponenten des Robotergreifers beschreibt. Auftretende Abweichungen durch Verschleiß und/oder Reibung lassen sich durch eine Implementierung eines Störgrößenbeobachters ermitteln bzw. erkennen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des vorgeschlagenen Robotergreifers nutzt daher die Steuereinheit zur Steuerung/Regelung des Motors, insbesondere zur
Reibungskompensation bzw. Verschleißkompensation, einen Störgrößenbeobachter, insbesondere einen Leistungsbeobachter oder einen Impulsbeobachter oder einen Geschwindigkeitsbeobachter oder einen Beschleunigungsbeobachter.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Robotergreifers zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinheit einen Regler mit Drehmomentrückführung aufweist. Die Drehmomentrückführung kann physikalisch als Skalierung (engl.„Shaping“) der Motorträgheit interpretiert werden. Wird die„gefühlte“ Motorträgheit dabei verringert, erhöht sich die Feinfühligkeit des vorgeschlagenen Robotergreifers ebenfalls, was in Kombination mit der vorstehend beschriebenen Reibungskompensation eine deutliche Erhöhung der Feinfühligkeit bzw. der Kraftauflösung des vorgeschlagenen
Robotergreifers gegenüber den im Stand der Technik bekannten Robotergreifern ermöglicht.
Der Robotergreifer ist vorteilhaft als ein Parallelbackengreifer ausgeführt.
Vorteilhaft sind die zumindest zwei Wirkelemente WE1 , WE2 mit dem Abtriebsstrang AS lösbar-fest verbunden und damit austauschbar. Insbesondere sind an den zwei
Wirkelementen WE1 , WE2 keine Sensoren vorhanden, sodass eine entsprechende Verkabelung der Wirkelemente entfällt und eine leichtere Austauschbarkeit der
Wirkelemente gegeben ist.
Der vorgeschlagene Robotergreifer weist folgende Vorteile auf:
- die mit dem Abtriebsstrang verbundenen Wirkelemente sind austauschbar, was beispielsweise im Bereich medizinischer Anwendungen von Vorteil ist,
- aufgrund der nicht vorhandenen Sensoren in den Wirkelementen, wird die Masse der Wirkelemente reduziert, was die Feinfühligkeit des Gesamtsystems verbessert und das Getriebe weniger belastet,
- die Wirkelemente sind/können modular als Paar verschaltet sein,
- die Sensoren des vorgeschlagenen Robotergreifers sind einfach kalibrierbar.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Roboter oder einen Humanoiden mit einem Robotergreifer, wie vorstehend beschrieben. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines
Robotergreifers, wobei der Robotergreifer aufweist: einen Elektromotor AE der über ein Getriebe einen Abtriebsstrang AS antreibt, wobei der Abtriebsstrang AS zumindest zwei Wirkelemente WE1 und WE2 aufweist; folgende Sensoren: einen Positionssensor zur Erfassung einer Position qm des Elektromotors AE, einen zwischen Getriebe und Abtriebsstrang AS geschalteten Drehmomentsensor zur Erfassung eines
Abtriebsmoments TAS des Abtriesstrangs AS und einen Stromsensor zur Erfassung des
Motorstroms 1AE des Elektromotors AE; und eine Steuereinheit zur Steuerung/Regelung des Elektromotors AE.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Vorgeben eines Dynamikmodells des Robotergreifers,
Messen und Bereitstellen der Sensordaten: qM , TAS , IAE
an einer Schnittstelle des Robotergreifers Bereitstellen zumindest eines Sollwertes, wobei der Sollwert eine Soll-Position qS0LL oder eine Soll-Geschwindigkeit qS0LL oder eine Soll-Beschleunigung qS0LL oder ein Soll-Moment TSOLL des Elektromotors AE oder des Abtriebsstrangs AS ist, und
Steuern/Regeln des Elektromotors AE auf Basis des Dynamikmodells, der
Sensordaten: qAE , TAS , IM und des zumindest einen Sollwerts.
Vorteilhaft steuert bzw. regelt die Steuereinheit den Elektromotor M auf Basis folgender Größen: geschätztes Motormoment (= IAE‘Drehmomentkonstante), Motorposition q^ , Motorgeschwindigkeit qAE (als Zeitableitung von qAE oder ermittelt durch einen zusätzlichen Motorgeschwindigkeitssensor am Elektromotor) und Drehmoment TAS im Abtriebsstrang AS.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zur Steuerung/Regelung des Elektromotors AE ein Störgrößenbeobachter, insbesondere ein Leistungsbeobachter oder ein Impulsbeobachter oder ein
Geschwindigkeitsbeobachter oder ein Beschleunigungsbeobachter benutzt wird.
Vorteilhaft wird der Störgrößenbeobachter zur Reibungskompensation und Verschleißkompensation des Systems: Elektromotor AE - Getriebe - Abtriebsstrang AS benutzt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zur Regelung bzw. Ansteuerung des Elektromotors AE eine
Drehmomentrückführung in einen Regler der Steuereinheit erfolgt. Vorteilhafter Weise wird dadurch eine Skalierbarkeit einer Trägheit des Elektromotors AE erreicht.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine deutliche Verbesserung der
Auflösung/Sensitivität/Feinfühligkeit der Kraftmessung, der Kraftregelung aber auch bei der Kraftüberwachung und steigert damit die Feinfühligkeit oder Sensitivität des vorgeschlagenen Robotergreifers bei Greif- oder Haltevorgängen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnungen - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
Fig. 1 einen stark schematisierten Aufbau eines vorgeschlagenen
Robotergreifers, und
Fig. 2 einen stark schematisiertes Ablaufschema eines vorgeschlagenen
Verfahrens
Fig. 1 zeigt einen stark schematisierten Aufbau eines vorgeschlagenen Robotergreifers 100, der als Parallelbackengreifer ausgeführt ist. Der Robotergreifer 100 umfasst: einen Elektromotor AE 101 mit einem nachgeschalteten Getriebe 102 und einem
nachgeschalteten Abtriebsstrang 103 mit zwei Wirkelementen WE1 und WE2. Der Elektromotor AE 101 treibt über den Antriebsstrang 103 die Wirkelemente WE1 , WE2 derart an, dass sie sich gemeinsam entweder aufeinander zu oder voneinander wegbewegen und somit sich der Abstand der Wirkelemente WE1 , WE2 entsprechend ändert.
Der Parallelbackengreifer weist weiterhin eine Steuereinheit 107 zur Steuerung des Elektromotors AE 101 und ein mit der Steuereinheit 107 verbundenes Sensorsystem 105 auf.
Das Sensorsystem 105 umfasst vorliegend folgende Sensoren: einen Positionssensor zur Ermittlung einer Motorposition qAE des Elektromotors, einen Stromsensor zur Ermittlung eines Motorstroms IAE des Elektromotors sowie einen zwischen das Getriebe 1 10 und den Abtriebsstrang 102 geschalteten Drehmomentsensor zur Ermittlung des
Drehmoments TAS im Abtriebsstrang 102. Die Messgrößen qAE , IM und TAS werden der Steuereinheit 107 bereitgestellt.
Der Parallelbackengreifer 100 weist weiterhin eine Schnittstelle 1 1 1 für elektrische Energie sowie Steuersignale einer externen Steuereinheit auf. Die Schnittstelle 1 1 1 ist durch zumindest eine Signalleitung 1 12 und zumindest eine elektrische Leitung 1 13 mit der Steuereinheit 107 verbunden. Die elektrische Leitung 1 13 versorgt den Robotergreifer mit elektrischer Energie.
Wird der Parallelbackengreifer 100 beispielsweise als Effektor mit einem Manipulator eines Roboters verbunden, so werden über die Schnittstelle 1 1 1 beispielsweise
Steuersignale einer zentralen Steuereinheit des Roboters sowie elektrische Energie für den Parallelbackengreifer 100 bereitgestellt.
Die Steuereinheit 107 steuert/regelt den Elektromotor AS 101 auf Basis eines
vorgegebenen Dynamikmodells des Robotergreifers, der gemessenen Sensordaten: q^ , TAS > 1M und eines an einer Schnittstelle 1 1 1 des Robotergreifers bereitgestellten Sollwertes, wobei der Sollwert eine Soll-Position qS0LL oder eine Soll-Geschwindigkeit qSOLL oder eine Soll-Beschleunigung qS0LL oder ein Soll-Moment TSOLL des Elektromotors AS 101 oder des Abtriebsstrangs AS 103 vorgibt.
Die Steuereinheit 107 ist weiterhin derart ausgeführt und eingerichtet, dass zur
Steuerung/Regelung des Elektromotors AS 101 ein Störgrößenbeobachter, insbesondere ein Leistungsbeobachter oder ein Impulsbeobachter oder ein
Geschwindigkeitsbeobachter oder ein Beschleunigungsbeobachter benutzt wird. Der Störgrößenbeobachter wird insbesondere zur Reibungskompensation und zur Verschleißkompensation des Systems: Elektromotor AE 101 - Getriebe 102 - Abtriebsstrang AS 103 benutzt. Weiterhin ist die Steuereinheit 107 derart ausgeführt und eingerichtet, dass in einem Regler der Steuereinheit eine Drehmomentrückführung erfolgt und durch die Drehmomentrückführung eine Skalierung einer Trägheit des Elektromotors AE 101 erfolgt.
Vorteilhaft erfolgt die Drehmomentrückführung mit einem t :
Figure imgf000010_0001
mit:
T : Soll-Moment an den Stromregler bzw. Ausgang aus einem„Fullstate-
Feedbackregler“
KT : Verstärkungsfaktor, Gain > 1
t, : Soll-Drehmoment
Tj : Ist- Drehmoment
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele
eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der
Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa einer weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird. Bezugszeichenliste
100 Robotergreifer
101 Elektromotor AE
102 Getriebe
103 Abtriebsstrang AS
104 Sensoren
107 Steuereinheit
1 1 1 Schnittstelle
1 12 Signalleitung
1 13 elektrische Leitung zur Energieversorgung

Claims

Patentansprüche
1. Robotergreifer (100) aufweisend:
einen Elektromotor AE (101 ), der über ein Getriebe (102) einen
Abtriebsstrang AS (103) antreibt, wobei der Abtriebsstrang AS (103) zumindest zwei Wirkelemente WE1 und WE2 aufweist,
folgende Sensoren (104):
einen Positionssensor zur Erfassung einer Position qAE des Elektromotors AE (101 ),
- einen zwischen Getriebe (102) und Abtriebsstrang AS (103) geschalteten Drehmomentsensor zur Erfassung eines Abtriebsmoments TAS des Abtriebsstrangs AS (103); und
- einen Stromsensor zur Erfassung eines Motorstroms IAE des Elektromotors AE (101 ), und
eine Steuereinheit (107) zur Steuerung/Reglung des Elektromotors AE (101 ) auf Basis
- eines vorgegebenen Dynamikmodells des Robotergreifers
der gemessenen Sensordaten: qAE TAS , IM und
- eines an einer Schnittstelle (1 1 1 ) des Robotergreifers bereitgestellten Sollwertes, wobei der Sollwert eine Soll-Position qS0LL oder eine Soll-
Geschwindigkeit qS0LL oder eine Soll-Beschleunigung qS0LL oder ein Soll- Moment TSOLL des Elektromotors AE (101 ) oder des Abtriebsstrangs AS (103) ist.
2. Robotergreifer (100) nach Anspruch 1 ,
bei dem die Wirkelemente WE1 und WE2 lösbar-fest mit dem Abtriebsstrang AS (103) verbunden sind.
3. Robotergreifer (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
bei dem die Steuereinheit (107) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass sie zur Steuerung/Regelung des Elektromotors AE (101 ) einen Störgrößenbeobachter, insbesondere einen Leistungsbeobachter oder einen Impulsbeobachter oder einen Geschwindigkeitsbeobachter oder einen Beschleunigungsbeobachter, nutzt.
4. Robotergreifer (100) nach Anspruch 3,
bei dem die Steuereinheit (107) den Störgrößenbeobachter zur
Reibungskompensation und/oder zur Verschleißkompensation des Systems:
Elektromotor AE (101 ) - Getriebe (102) - Abtriebsstrang AS (103) nutzt.
5. Robotergreifer (100) nach Anspruch 4,
bei dem die Steuereinheit (107) einen Regler mit Drehmomentrückführung aufweist.
6. Roboter oder Humanoid mit einem Robotergreifer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers (100), wobei der Robotergreifer (100) aufweist:
einen Elektromotor AE (101 ) der über ein Getriebe (102) einen Abtriebsstrang AS (103) antreibt, wobei der Abtriebsstrang AS (103) zumindest zwei Wirkelemente WE1 und WE2 aufweist,
folgende Sensoren (104): einen Positionssensor zur Erfassung einer Position qAE des Elektromotors AE, einen zwischen Getriebe (102) und Abtriebsstrang AS (103) geschalteten Drehmomentsensor zur Erfassung eines
Abtriebsmoments TAS des Abtriesstrangs AS (103) und einen Stromsensor zur Erfassung des Motorstroms IAE des Elektromotors AE (101 ), und eine Steuereinheit (107) zur Steuerung/Regelung des Elektromotors AE (101 ), mit folgenden Schritten:
Vorgeben (201 ) eines Dynamikmodells des Robotergreifers (100), Messen und Bereitstellen (202) der Sensordaten: qm , TAS , IAE
an einer Schnittstelle des Robotergreifers (100) Bereitstellen (203) zumindest eines Sollwertes, wobei der Sollwert eine Soll-Position qS0LL oder eine Soll-Geschwindigkeit qS0LL oder eine Soll-Beschleunigung qS0LL oder ein Soll-Moment TSOLL ist, und
Steuern/Regeln (204) des Elektromotors AE (101 ) abhängig von dem Dynamikmodell, den Sensordaten: q , TAS ,
Figure imgf000013_0001
und dem zumindest einen Sollwert.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
bei dem zur Steuerung/Regelung des Elektromotors AE (101 ) ein
Störgrößenbeobachter, insbesondere ein Leistungsbeobachter oder ein
Impulsbeobachter oder ein Geschwindigkeitsbeobachter oder ein
Beschleunigungsbeobachter benutzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
bei dem der Störgrößenbeobachter zur Reibungskompensation und/oder zur Verschleißkompensation des Systems: Elektromotor AE (101 ) - Getriebe (102) - Abtriebsstrang AS (103) benutzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
bei dem durch eine Drehmomentrückführung in einem Regler der Steuereinheit (107) eine Skalierung einer Trägheit des Elektromotors AE (101 ) erfolgt.
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