WO2022028828A1 - Device and method for capturing velocities of arm segments of a robot - Google Patents

Device and method for capturing velocities of arm segments of a robot Download PDF

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WO2022028828A1
WO2022028828A1 PCT/EP2021/069568 EP2021069568W WO2022028828A1 WO 2022028828 A1 WO2022028828 A1 WO 2022028828A1 EP 2021069568 W EP2021069568 W EP 2021069568W WO 2022028828 A1 WO2022028828 A1 WO 2022028828A1
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carrier
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    • B25J13/088—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/027—Electromagnetic sensing devices

Definitions

  • the invention relates to a device having the features of the preamble of claim 1 .
  • the invention further relates to a method for operating the device having the features of the preamble of claim 9 .
  • the invention relates to a system having the features of the preamble of claim 11 .
  • SCARA robots are industrial robots with arm segments that can be swiveled around axes of rotation. Due to its fast and repeatable movement, this type of robot is used in particular for "pick-and-place applications" to move an element from a starting position to a target position.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device which enables a robot with pivotable arm segments, in particular a SCARA robot, to be operated particularly safely.
  • the invention is based on the object of creating a possibility with which existing robots of the type mentioned can be retrofitted in order to be able to implement such safe operation.
  • This object is achieved according to the invention by a device having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 8 .
  • this object is achieved according to the invention by a system having the features of claim 10 .
  • the device has a multi-part carrier system with at least two carriers, that the carriers can be rotated about defined axes, that in the installed state a first axis of rotation is fixed and a first carrier is arranged so that it can rotate about the first axis of rotation, that the first carrier has a first longitudinal axis which is normal to the first axis of rotation, that a further axis of rotation is arranged on the first longitudinal axis, around which a further carrier with a further longitudinal axis is arranged to rotate, the further axis of rotation being normal to the further longitudinal axis and parallel to the first Axis of rotation is that the device further comprises at least two sensors for acquiring data on the movement of the carrier, a first sensor having a fixed position relative to the first carrier and at least one further sensor having a fixed position relative to the further carrier and that the sensors have a means for transmitting data.
  • Each sensor collects data about the movement of the carrier to which it has a fixed position.
  • the device according to the invention makes it possible to know at any time and for each section of the carrier the speed at which the carriers are moving. From this, conclusions can be drawn as to the speed with which the segments of the robot's arm are moving. Consequently, it can also be determined whether areas of the arm segments are moving faster or slower than a predetermined speed. This makes it possible to operate a robot that is equipped with a device according to the invention in a particularly safe manner.
  • each carrier has a sensor that can preferably measure acceleration and angular velocity by means of acceleration sensors and/or gyroscopes. This data is recorded independently of the SCARA robot system and forwarded to a computing unit. The computing unit can then evaluate the data.
  • each carrier and consequently each segment has its own sensor, not only the speed of the tool on the robot arm can be determined, but also the speed of the carrier and consequently the arm segments to each other and a joint between the segments.
  • the sensors have gyroscopes.
  • gyroscopes With gyroscopes, rotational movements in particular can be recorded particularly precisely. Angular velocities can be determined from this. If the distance between the sensors and the axes of rotation is known, these provide information about how fast all areas of the carrier and consequently the robot arm are moving.
  • the sensors have acceleration sensors. From the known values, namely the distance to the axes of rotation and the fact that it must be a rotational movement, the acceleration or Velocity an angular velocity can be determined, from which in turn - with known geometry of the segments - the speed of the segments at each individual point of the segments or. Sections can be calculated .
  • the device has a means for regulating the operation of the robot, in particular for interrupting the operation. If areas of the arm are found to be moving faster than specified, the robot can be stopped in this way.
  • the means for regulating the operation of the robot is preferably independent of the robot itself. A very simple implementation of such a means is, for example, a device that interrupts the power supply to the robot outside of the robot.
  • Fig. 1 is a view of an exemplary device associated with a SCARA robot and 2 shows an exemplary method shown as a flow chart.
  • FIG. 1 shows a SCARA robot with a base 1 which is connected to a first arm segment 2 which is rotatably driven about a first axis of rotation 3 .
  • a further arm segment 5 is arranged on the first arm segment 2 about a further axis of rotation 4, also driven in a rotatable manner.
  • a working area 6 is arranged on the further arm segment 5 and has a tool drive 7 , a tool arm 8 and a tool 9 .
  • the tool arm 8 can be moved vertically in the example shown.
  • the tool 9 can be designed according to the respective work requirements; suction cups or grippers are common.
  • a two-part carrier system 10 of the device with two sensors 11, 12 is arranged on the arm segments 2, 5.
  • the carrier system 10 consists of two carriers 16, 17 that are not connected to one another, ie the carriers are loose from one another. It is largely unimportant where the carrier 16, 17 the sensors 11, 12 are arranged. However, it is necessary that the points at which the sensors 11, 12 are arranged on the carriers 16, 17 are known, in particular that the respective distance of the sensors 11, 12 from the axes of rotation 3, 4 is known. Thus, from the speed or acceleration at one point of the carrier 16, 17, the acceleration or speed for all areas of the corresponding arm segment 2, 5 can be determined. For this determination, the data recorded by the sensors 11, 12 are transmitted to a computing unit 13.
  • the transmission is carried out by the signals 14, 15 shown symbolically.
  • cable or wireless means are selected for transmission when implementing the invention can be decided by the person skilled in the art on the basis of the respective circumstances to be decided.
  • Wireless transmission methods have the advantage that they are easier to install, whereas signals transmitted via cable are less susceptible to interference.
  • the determination itself is carried out using simple trigonometry, knowing that the distance of the sensors 11, 12 from the respective axes of rotation 3, 4 always remains the same. Once the angular velocity has been recorded by the sensors 11, 12, the velocity of the arm segments 2, 5 can also be measured at each point ie, be determined at any distance from the axis of rotation 3, 4.
  • FIG. 1 also shows an additional sensor 18 which detects a vertical movement (indicated by the arrow 19) of the tool arm 8.
  • This sensor 18 can be a linear encoder, for example. Measurement data generated by the sensor 18 can also be transmitted as a signal 21 to a computing unit. If all signals 14, 15, 21 are transmitted to the same arithmetic unit 13, an absolute movement performed by the tool can be determined from the information about the arm movement, which is supplied by the device according to the invention, and the information about the vertical movement.
  • One or more sensors 18 of the same or different type, which detect the vertical movements of the tool arm 8, can be used directly on the tool arm 8 or indirectly on supports, as a preferred further development of the invention. In this case they can be part of a system according to the invention. However, it is also possible to advantageously use sensors 18 for detecting the vertical movements of the tool arm 8, or consequently of the tool 9, independently of the invention.
  • Fig. 2 shows an example of a method for operating device according to the invention.
  • the sensors 11, 12 measure data about the movement of the carrier, for example speed, acceleration and/or angular velocity; this is done in steps 101 and 102 .
  • further sensors can also be provided, for example if the device is to be used in connection with a robot with more arm segments than those previously mentioned as examples.
  • step 103 Data 104 , 105 (and optionally 106 ) generated in the course of this are then forwarded to the computing unit 13 and processed there in a step 107 .
  • the result from step 107 is checked. It is determined whether an area of the arm is moving faster than a predefined speed.
  • step 109 If it is determined in step 108 that an area of the arm is moving too quickly, an escalation is triggered in step 109. In the simplest case, the operation of the robot is simply stopped, for example by interrupting the power supply. If the checking reveals that no area of the robot moves outside of the specified parameters, operation can continue (step 110) and the method begins again.

Abstract

The invention relates to a device for capturing velocities and accelerations of movable arm segments (2, 5) of a robot, more particularly a SCARA robot, comprising a multi-part support system (10) having at least two supports (16, 17). The supports (16, 17) can be rotated about defined axes (3, 4). In the installed state, a first axis of rotation (3) is fixed and a first support (16) can be rotated about the first axis of rotation (3). The first support (16) has a first longitudinal axis, which is normal to the first axis of rotation (3). An additional axis of rotation (4) is located on the first longitudinal axis, about which additional axis of rotation an additional support (17), having an additional longitudinal axis, can be rotated. The additional axis of rotation (4) is normal to the additional longitudinal axis and parallel to the first axis of rotation (3). The device also has at least two sensors (11, 12) for capturing data about the motion of the supports (16, 17). A first sensor (11) has a fixed position relative to the first support (16), and at least one additional sensor (12) has a fixed position relative to the additional support (17). The sensors (11, 12) have a means for transmitting data.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM ERFASSEN VON GESCHWINDIGKEITEN VON ARMSEGMENTEN EINES ROBOTERS DEVICE AND METHOD FOR DETECTING SPEEDS OF ARM SEGMENTS OF A ROBOT
Die Erfindung betri f ft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegri f fs von Anspruch 1 . The invention relates to a device having the features of the preamble of claim 1 .
Die Erfindung betri f ft weiters ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegri f fs von Anspruch 9 . The invention further relates to a method for operating the device having the features of the preamble of claim 9 .
Darüber hinaus betri f ft die Erfindung ein System mit den Merkmalen des Oberbegri f fs von Anspruch 11 . In addition, the invention relates to a system having the features of the preamble of claim 11 .
SCARA-Roboter sind Industrieroboter mit um Rotationsachsen verschwenkbaren Armsegmenten . Dieser Robotertyp wird aufgrund seiner schnellen und wiederholgenauen Bewegung insbesondere für „Pick-and-Place-Anwendungen" verwendet , um ein Element von einer Ausgangsposition zu einer Zielposition zu bewegen . SCARA robots are industrial robots with arm segments that can be swiveled around axes of rotation. Due to its fast and repeatable movement, this type of robot is used in particular for "pick-and-place applications" to move an element from a starting position to a target position.
Beim Betreiben eines SCARA-Roboters gibt es verschiedene Anforderungen . Neben den of fensichtlichen Anforderungen an Präzision und Geschwindigkeit , ist vor allem das möglichst sichere Betreiben eines SCARA-Roboters von übergeordneter Bedeutung . There are various requirements when operating a SCARA robot. In addition to the obvious requirements for precision and speed, the safest possible operation of a SCARA robot is of overriding importance.
Aufgrund des Gewichts und der Geschwindigkeit , welche die Armsegmente eines SCARA-Roboters erreichen können, ist es für eine Bedienperson potentiell gefährlich, in den Arbeitsbereich eines SCARA-Roboters zu kommen . Ebenso können eventuell im Arbeitsbereich befindliche Gerätschaften beschädigt werden . Für einen sicheren Betrieb ist es daher essenziell , die Geschwindigkeit der Bewegungen zu kennen und insbesondere nach oben zu begrenzen . Due to the weight and speed that a SCARA robot's arm segments can reach, it is potentially dangerous for an operator to enter the work area of a SCARA robot. Any equipment located in the work area can also be damaged. It is therefore essential for safe operation to know the speed of the movements and in particular to limit them upwards.
Im Stand der Technik wird dies üblicherweise durch interne Sensoren im Arm selbst gelöst , die eine Winkelbeschleunigung der Antriebe an den Segmenten erfassen . Die tatsächliche Geschwindigkeit der einzelnen Segmente und des Arbeitsbereichs wird dann aus diesen Daten errechnet . Kleine Mess fehler und Rauschen können sich dabei mathematisch fortsetzen, was eine präzise Messung nicht nur sehr schwierig macht , sondern sich auch mit der Zeit verschlimmert . In the prior art, this is usually done by internal Sensors in the arm itself that record angular acceleration of the drives on the segments. The actual speed of each segment and work area is then calculated from this data. Small measurement errors and noise can mathematically propagate, which not only makes a precise measurement very difficult, but also worsens over time.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde , eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein besonders sicheres Betreiben eines Roboters mit verschwenkbaren Armsegmenten, insbesondere eines SCARA-Roboters , ermöglicht . Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde , eine Möglichkeit zu schaf fen, mit der bestehende Roboter des genannten Typs nachgerüstet werden können, um ein solches , sicheres Betreiben realisieren zu können . The invention is therefore based on the object of providing a device which enables a robot with pivotable arm segments, in particular a SCARA robot, to be operated particularly safely. In particular, the invention is based on the object of creating a possibility with which existing robots of the type mentioned can be retrofitted in order to be able to implement such safe operation.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 . Darüber hinaus wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein System mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst . This object is achieved according to the invention by a device having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 8 . In addition, this object is achieved according to the invention by a system having the features of claim 10 .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein mehrteiliges Trägersystem mit wenigstens zwei Trägern aufweist , dass die Träger um definierte Achsen rotatorisch bewegbar sind, dass im Einbauzustand eine erste Rotationsachse fix und ein erster Träger um die erste Rotationsachse rotierend bewegbar angeordnet ist , dass der erste Träger eine erste Längsachse aufweist , die normal zur ersten Rotationsachse steht , dass auf der ersten Längsachse , eine weitere Rotationsachse angeordnet ist , um die ein weiterer Träger mit einer weiteren Längsachse rotierend angeordnet ist , wobei die weitere Rotationsachse normal zur weiteren Längsachse und parallel zur ersten Rotationsachse steht , dass die Vorrichtung weiters wenigstens zwei Sensoren zum Erfassen von Daten über die Bewegung der Träger aufweist , wobei ein erster Sensor eine feste Position relativ zum ersten Träger hat und wenigstens ein weiterer Sensor eine feste Position relativ zum weiteren Träger hat und dass die Sensoren ein Mittel zum Übertragen von Daten aufweisen . According to the invention, it is provided that the device has a multi-part carrier system with at least two carriers, that the carriers can be rotated about defined axes, that in the installed state a first axis of rotation is fixed and a first carrier is arranged so that it can rotate about the first axis of rotation, that the first carrier has a first longitudinal axis which is normal to the first axis of rotation, that a further axis of rotation is arranged on the first longitudinal axis, around which a further carrier with a further longitudinal axis is arranged to rotate, the further axis of rotation being normal to the further longitudinal axis and parallel to the first Axis of rotation is that the device further comprises at least two sensors for acquiring data on the movement of the carrier, a first sensor having a fixed position relative to the first carrier and at least one further sensor having a fixed position relative to the further carrier and that the sensors have a means for transmitting data.
Jeder Sensor erfasst dabei die Daten über die Bewegung des Trägers , zu dem er eine Feste Position hat . Each sensor collects data about the movement of the carrier to which it has a fixed position.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann j ederzeit und für j eden Abschnitt des Trägers bekannt sein, mit welcher Geschwindigkeit sich die Träger bewegen . Daraus können Rückschlüsse gezogen werden, mit welcher Geschwindigkeit sich die Segmente des Arms des Roboters bewegen . Folglich kann auch festgestellt werden, ob sich Bereiche der Armsegmente schneller oder langsamer als eine vorgegebene Geschwindigkeit bewegen . Dadurch ist es möglich, einen Roboter, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist , besonders sicher zu betreiben . The device according to the invention makes it possible to know at any time and for each section of the carrier the speed at which the carriers are moving. From this, conclusions can be drawn as to the speed with which the segments of the robot's arm are moving. Consequently, it can also be determined whether areas of the arm segments are moving faster or slower than a predetermined speed. This makes it possible to operate a robot that is equipped with a device according to the invention in a particularly safe manner.
Es ist dabei besonders vorteilhaft , dass lediglich Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen gemessen werden . Da es lediglich um die Sicherheit des Roboters - nicht aber um die Aufgaben, die der Roboter selbst zu erfüllen hat - geht , können viele Berechnungen entfallen, was das System stabiler und sicherer macht und dafür sorgt , dass weniger Rechenleistung benötigt wird, als wenn man die ganzen Bewegungen nachvoll ziehen würde . It is particularly advantageous that only speeds and/or accelerations are measured. Since it is only about the safety of the robot - but not about the tasks that the robot itself has to perform - many calculations can be omitted, which makes the system more stable and safer and ensures that less computing power is required than if you would understand all the movements.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass eine solche Vorrichtung einfach zu bereits bestehenden Robotern mit segmentierten Armen nachgerüstet werden kann . Erfindungsgemäß weist j eder Träger einen Sensor auf , der bevorzugt Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit mittels Beschleunigungssensoren und/oder Gyroskopen messen kann . Diese Daten werden unabhängig vom System des SCARA-Roboters erfasst und an eine Recheneinheit weitergeleitet . Die Recheneinheit kann dann die Daten auswerten . A further advantage of the invention is that such a device can easily be retrofitted to existing robots with segmented arms. According to the invention, each carrier has a sensor that can preferably measure acceleration and angular velocity by means of acceleration sensors and/or gyroscopes. This data is recorded independently of the SCARA robot system and forwarded to a computing unit. The computing unit can then evaluate the data.
Dadurch, dass j eder Träger und folglich auch j edes Segment über einen eigenen Sensor verfügt , kann nicht nur die Geschwindigkeit des Werkzeugs am Roboter-Arm ermittelt werden, sondern auch die Geschwindigkeit der Träger und folglich der Armsegmente zueinander sowie eines Gelenkes zwischen den Segmenten . Since each carrier and consequently each segment has its own sensor, not only the speed of the tool on the robot arm can be determined, but also the speed of the carrier and consequently the arm segments to each other and a joint between the segments.
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung weisen die Sensoren Gyroskope auf . Durch Gyroskope lassen sich insbesondere rotatorische Bewegungen besonders präzise erfassen . Daraus können Winkelgeschwindigkeiten ermittelt werden . Diese geben bei bekanntem Abstand der Sensoren zu den Rotationsachsen Aufschluss darüber, wie schnell sich alle Bereiche des Trägers und folglich des Roboter-Armes bewegen . According to a preferred embodiment of the invention, the sensors have gyroscopes. With gyroscopes, rotational movements in particular can be recorded particularly precisely. Angular velocities can be determined from this. If the distance between the sensors and the axes of rotation is known, these provide information about how fast all areas of the carrier and consequently the robot arm are moving.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung weisen die Sensoren Beschleunigungssensoren auf . Über die bekannten Werte , nämlich die Entfernung zu den Rotationsachsen und dem Umstand, dass es eine rotatorische Bewegung sein muss , kann aus der Beschleunigung bzw . Geschwindigkeit eine Winkelgeschwindigkeit bestimmt werden, woraus wiederum - bei bekannter Geometrie der Segmente - die Geschwindigkeit der Segmente an j edem einzelnen Punkt der Segmente bzw . Abschnitte berechnet werden kann . According to a further preferred embodiment of the invention, the sensors have acceleration sensors. From the known values, namely the distance to the axes of rotation and the fact that it must be a rotational movement, the acceleration or Velocity an angular velocity can be determined, from which in turn - with known geometry of the segments - the speed of the segments at each individual point of the segments or. Sections can be calculated .
Eine Kombination der beiden vorgenannten Systeme ist nicht nur denkbar, sondern sogar besonders vorteilhaft , da sich durch die Kombination der Messdaten bzw . deren Vergleich die Genauigkeit erhöht . A combination of the two aforementioned systems is not only conceivable, but even particularly advantageous, since the combination of the measurement data or their comparison the accuracy elevated .
Es ist wichtig zu beachten, dass lediglich Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erfasst werden . Die erforderlichen Berechnungen sind, insbesondere verglichen mit Systemen, die die Lage des Arms überwachen, wesentlich einfacher . Dadurch werden weniger Rechenressourcen benötigt und die Berechnungen können schneller und mit wesentlich geringerer Fehleranfälligkeit durchgeführt werden . It is important to note that only velocities and accelerations are recorded. The calculations required are much simpler, particularly when compared to systems that monitor the position of the arm. As a result, fewer computing resources are required and the calculations can be carried out more quickly and with significantly less susceptibility to error.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung verfügt die Vorrichtung über ein Mittel zum Regulieren des Betriebs des Roboters , insbesondere zum Unterbrechen des Betriebs . Wenn festgestellt wird, dass sich Bereiche des Arms schneller bewegen, als es vorgegeben wurde , kann so der Roboter angehalten werden . Das Mittel zum Regulieren des Betriebs des Roboters ist bevorzugt unabhängig vom Roboter selbst . Eine sehr einfache Umsetzung eines solchen Mittels ist beispielsweise eine Vorrichtung, die die Energieversorgung des Roboters außerhalb des Roboters unterbricht . According to a further preferred embodiment of the invention, the device has a means for regulating the operation of the robot, in particular for interrupting the operation. If areas of the arm are found to be moving faster than specified, the robot can be stopped in this way. The means for regulating the operation of the robot is preferably independent of the robot itself. A very simple implementation of such a means is, for example, a device that interrupts the power supply to the robot outside of the robot.
Weitere bevorzugte Aus führungs formen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche . Further preferred embodiments of the invention are the subject matter of the remaining dependent claims.
Auch wenn die Erfindung im Folgenden im Zusammenhand mit einem SCARA-Roboter beschrieben ist , kann sie auch im Zusammenhang mit anderen Robotern mit segmentierten Armen vorteilhaft verwendet werden . Although the invention is described below in connection with a SCARA robot, it can also be advantageously used in connection with other robots with segmented arms.
Nachstehend ist ein bevorzugtes Aus führungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben . Es zeigt : A preferred exemplary embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the drawings. It shows :
Fig . 1 eine Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung im Zusammenhang mit einem SCARA-Roboter und Fig. 2 ein beispielhaftes Verfahren dargestellt als Fluss di agramm. Fig. 1 is a view of an exemplary device associated with a SCARA robot and 2 shows an exemplary method shown as a flow chart.
Fig. 1 zeigt einen SCARA-Roboter mit einer Basis 1, die mit einem ersten Armsegment 2, das um eine erste Rotationsachse 3 rotierbar angetrieben ist, verbunden ist. Am ersten Armsegment 2 ist um eine weitere Rotationsachse 4, ebenfalls rotierbar angetrieben, ein weiteres Armsegment 5 angeordnet. Am weiteren Armsegment 5 ist ein Arbeitsbereich 6 angeordnet, der einen Werkzeugantrieb 7, einen Werkzeugarm 8 und ein Werkzeug 9 aufweist. Der Werkzeugarm 8 ist im gezeigten Beispiel vertikal verfahrbar. Das Werkzeug 9 kann nach den jeweiligen Arbeitsanforderungen gestaltet sein; üblich sind Saugnäpfe oder Greifer . 1 shows a SCARA robot with a base 1 which is connected to a first arm segment 2 which is rotatably driven about a first axis of rotation 3 . A further arm segment 5 is arranged on the first arm segment 2 about a further axis of rotation 4, also driven in a rotatable manner. A working area 6 is arranged on the further arm segment 5 and has a tool drive 7 , a tool arm 8 and a tool 9 . The tool arm 8 can be moved vertically in the example shown. The tool 9 can be designed according to the respective work requirements; suction cups or grippers are common.
An den Armsegmenten 2, 5 ist ein zweiteiliges Trägersystem 10 der Vorrichtung mit zwei Sensoren 11, 12, angeordnet. Das Trägersystem 10 besteht im gezeigten Beispiel aus zwei nicht miteinander verbundenen Trägern 16, 17, d.h. die Träger sind lose voneinander. Dabei ist es weitgehend unbedeutend, an welcher Stelle der Träger 16, 17 die Sensoren 11, 12 angeordnet sind. Es ist allerdings erforderlich, dass die Stellen, an denen die Sensoren 11, 12 an den Trägern 16, 17 angeordnet sind, bekannt sind, insbesondere dass der jeweilige Abstand der Sensoren 11, 12 zu den Rotationsachsen 3, 4 bekannt ist. So kann aus der Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung an einer Stelle des Trägers 16, 17, die Beschleunigung bzw. Geschwindigkeit für alle Bereiche des entsprechenden Armsegmentes 2, 5 bestimmt werden. Für dieses Bestimmen werden die von den Sensoren 11, 12 erfassten Daten an eine Recheneinheit 13 übertragen. Im dargestellten Beispiel erfolgt das Übertragen durch die symbolisch dargestellten Signale 14, 15. Ob bei der Umsetzung der Erfindung Kabel oder drahtlose Mittel zum Übertragen gewählt werden, kann vom Fachmann aufgrund der jeweiligen Gegebenheiten entschieden werden. Dabei haben drahtlose Übertragungsmethoden den Vorteil, dass sie einfacher zu installieren sind, wohingegen über Kabel übertragene Signale weniger störungsanfällig sind. A two-part carrier system 10 of the device with two sensors 11, 12 is arranged on the arm segments 2, 5. In the example shown, the carrier system 10 consists of two carriers 16, 17 that are not connected to one another, ie the carriers are loose from one another. It is largely unimportant where the carrier 16, 17 the sensors 11, 12 are arranged. However, it is necessary that the points at which the sensors 11, 12 are arranged on the carriers 16, 17 are known, in particular that the respective distance of the sensors 11, 12 from the axes of rotation 3, 4 is known. Thus, from the speed or acceleration at one point of the carrier 16, 17, the acceleration or speed for all areas of the corresponding arm segment 2, 5 can be determined. For this determination, the data recorded by the sensors 11, 12 are transmitted to a computing unit 13. In the example shown, the transmission is carried out by the signals 14, 15 shown symbolically. Whether cable or wireless means are selected for transmission when implementing the invention can be decided by the person skilled in the art on the basis of the respective circumstances to be decided. Wireless transmission methods have the advantage that they are easier to install, whereas signals transmitted via cable are less susceptible to interference.
Das Bestimmen selbst erfolgt über simple Trigonometrie unter Kenntnis der stets gleichbleibenden Entfernung der Sensoren 11, 12 von den jeweiligen Rotationsachsen 3, 4. Ist die Winkelgeschwindigkeit durch die Sensoren 11, 12 einmal erfasst, kann auch die Geschwindigkeit der Armsegmente 2, 5 an jedem Punkt, d.h.in jedem Abstand zur Rotationsachse 3, 4, bestimmt werden . The determination itself is carried out using simple trigonometry, knowing that the distance of the sensors 11, 12 from the respective axes of rotation 3, 4 always remains the same. Once the angular velocity has been recorded by the sensors 11, 12, the velocity of the arm segments 2, 5 can also be measured at each point ie, be determined at any distance from the axis of rotation 3, 4.
Fig. 1 zeigt weiters einen zusätzlichen Sensor 18, der eine Vertikalbewegung (angedeutet durch den Pfeil 19) des Werkzeugarmes 8 erfasst. Dieser Sensor 18 kann beispielsweise ein Linearencoder sein. Auch vom Sensor 18 erzeugte Messdaten können als Signal 21 an eine Recheneinheit übermittelt werden. Werden alle Signale 14, 15, 21 an dieselbe Recheneinheit 13 übermittelt, kann aus den Informationen über die Armbewegung, welche von der erfindungsgemäßen Vorrichtung geliefert werden, und den Informationen über die Vertikalbewegung eine absolute Bewegung bestimmt werden, welche das Werkzeug ausführt. 1 also shows an additional sensor 18 which detects a vertical movement (indicated by the arrow 19) of the tool arm 8. This sensor 18 can be a linear encoder, for example. Measurement data generated by the sensor 18 can also be transmitted as a signal 21 to a computing unit. If all signals 14, 15, 21 are transmitted to the same arithmetic unit 13, an absolute movement performed by the tool can be determined from the information about the arm movement, which is supplied by the device according to the invention, and the information about the vertical movement.
Ein oder mehr gleich- oder verschiedenartige Sensoren 18, die die vertikalen Bewegungen des Werkzeugarmes 8 erfassen, können dabei unmittelbar am Werkzeugarm 8 oder mittelbar auf Trägern, als bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zum Einsatz kommen. In diesem Fall können sie Teil eines Erfindungsgemäßen Systems sein. Es ist aber auch möglich, Sensoren 18 zum Erfassen der Vertikalbewegungen des Werkzeugarmes 8, bzw. in der Folge des Werkzeugs 9, unabhängig von der Erfindung vorteilhaft zu verwenden . One or more sensors 18 of the same or different type, which detect the vertical movements of the tool arm 8, can be used directly on the tool arm 8 or indirectly on supports, as a preferred further development of the invention. In this case they can be part of a system according to the invention. However, it is also possible to advantageously use sensors 18 for detecting the vertical movements of the tool arm 8, or consequently of the tool 9, independently of the invention.
Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung . Zunächst messen die Sensoren 11 , 12 Daten über die Bewegung der Träger, beispielsweise Geschwindigkeit , Beschleunigung und/oder Winkelgeschwindigkeit ; dies erfolgt in den Schritten 101 und 102 . Optional können auch weitere Sensoren vorgesehen sein, beispielsweise wenn die Vorrichtung im Zusammenhang mit einem Roboter mit mehr als den bislang beispielhaft genannten Armsegmenten verwendet werden soll . Dies ist durch den optionalen Schritt 103 dargestellt . Im Zuge dessen erzeugte Daten 104 , 105 (und optional 106 ) werden dann an die Recheneinheit 13 weitergeleitet und in dieser in einem Schritt 107 verarbeitet . Im darauf folgenden Schritt 108 wird das Ergebnis aus Schritt 107 überprüft . Dabei wird festgestellt , ob sich ein Bereich des Armes schneller als in einer vordefinierten Geschwindigkeit bewegt . Fig. 2 shows an example of a method for operating device according to the invention. First, the sensors 11, 12 measure data about the movement of the carrier, for example speed, acceleration and/or angular velocity; this is done in steps 101 and 102 . Optionally, further sensors can also be provided, for example if the device is to be used in connection with a robot with more arm segments than those previously mentioned as examples. This is represented by optional step 103 . Data 104 , 105 (and optionally 106 ) generated in the course of this are then forwarded to the computing unit 13 and processed there in a step 107 . In the subsequent step 108, the result from step 107 is checked. It is determined whether an area of the arm is moving faster than a predefined speed.
Wenn in Schritt 108 festgestellt wird, dass sich ein Bereich des Armes zu schnell bewegt , wird in Schritt 109 eine Eskalation ausgelöst . Im einfachsten Fall wird der Betrieb des Roboters einfach angehalten, beispielsweise durch Unterbrechen der Stromzufuhr . Wenn das Überprüfen ergibt , dass sich kein Bereich des Roboters außerhalb der festgelegten Parameter bewegt , kann der Betrieb fortgesetzt werden ( Schritt 110 ) und das Verfahren beginnt von vorn . If it is determined in step 108 that an area of the arm is moving too quickly, an escalation is triggered in step 109. In the simplest case, the operation of the robot is simply stopped, for example by interrupting the power supply. If the checking reveals that no area of the robot moves outside of the specified parameters, operation can continue (step 110) and the method begins again.

Claims

9 9
Ansprüche : Vorrichtung zum Erfassen von Geschwindigkeiten und Beschleunigungen von bewegbaren Armsegmenten (2, 5) eines Roboters, insbesondere eines SCARA-Roboters , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein mehrteiliges Trägersystem (10) mit wenigstens zwei Trägern (16, 17) aufweist, dass die Träger (16, 17) um definierte Achsen (3, 4) rotatorisch bewegbar sind, dass im Einbauzustand eine erste Rotationsachse (3) fix und ein erster Träger (16) um die erste Rotationsachse (3) rotierend bewegbar angeordnet ist, dass der erste Träger (16) eine erste Längsachse aufweist, die normal zur ersten Rotationsachse (3) steht, dass auf der ersten Längsachse, eine weitere Rotationsachse (4) angeordnet ist, um die ein weiterer Träger (17) mit einer weiteren Längsachse rotierend angeordnet ist, wobei die weitere Rotationsachse (4) normal zur weiteren Längsachse und parallel zur ersten Rotationsachse (3) steht, dass die Vorrichtung weiters wenigstens zwei Sensoren (11, 12) zum Erfassen von Daten über die Bewegung der Träger (16, 17) aufweist, wobei ein erster Sensor (11) eine feste Position relativ zum ersten Träger (16) hat und wenigstens ein weiterer Sensor (12) eine feste Position relativ zum weiteren Träger (17) hat und dass die Sensoren (11, 12) ein Mittel zum Übertragen von Daten aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (11, 12) Mittel zum Übertragen von Daten an eine Recheneinheit (13) aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Übertragen am Trägersystem (10) angeordnet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (11, 12) fest mit den Trägern (16, 17) verbunden sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (13) mit einem Mittel zum Regulieren des Betriebs des Roboters, insbesondere zum Unterbrechen der Stromzufuhr des Roboters, verbunden ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (11, 12) Gyroskope aufweisen . Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (11, 12) Beschleunigungssensoren aufweisen. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von den Sensoren (11, 12) Daten über die Bewegung der Träger (16, 17) erfasst werden, dass die Daten dann von den Sensoren (11, 12) an eine Recheneinheit (13) übermittelt werden, dass die Recheneinheit (13) die Bewegung der Träger (16, 17) ermittelt, dass die Recheneinheit (13) die ermittelte Bewegung mit vorgegebenen Werten vergleicht, und dass die Recheneinheit (13) eine Eskalation auslöst, wenn die ermittelte Bewegung über den vorgegebenen Werten liegt und dass die Schritte wiederholt werden, wenn die Bewegung die vorgegebenen Werte nicht überschreitet. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eskalation ein Anhalten des Roboters, insbesondere durch Unterbrechen der Stromzufuhr des Roboters, herbeiführt. System bestehend aus einem Roboter, insbesondere einem SCARA- 11 Claims : Device for detecting speeds and accelerations of movable arm segments (2, 5) of a robot, in particular a SCARA robot, characterized in that the device has a multi-part carrier system (10) with at least two carriers (16, 17) that the supports (16, 17) can be rotated about defined axes (3, 4), that in the installed state a first axis of rotation (3) is fixed and a first support (16) is arranged so that it can rotate about the first axis of rotation (3), that the first carrier (16) has a first longitudinal axis which is normal to the first axis of rotation (3), that a further axis of rotation (4) is arranged on the first longitudinal axis, around which a further carrier (17) with a further longitudinal axis is arranged to rotate , wherein the further axis of rotation (4) is normal to the further longitudinal axis and parallel to the first axis of rotation (3), that the device further has at least two sensors (11, 12) for detecting Dat en about the movement of the carriers (16, 17), wherein a first sensor (11) has a fixed position relative to the first carrier (16) and at least one further sensor (12) has a fixed position relative to the further carrier (17). and that the sensors (11, 12) have a means for transmitting data. Device according to Claim 1, characterized in that the sensors (11, 12) have means for transmitting data to a computing unit (13). Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the means for transmission are arranged on the carrier system (10). Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the sensors (11, 12) are fixed to the supports (16, 17). Device according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the computing unit (13) is connected to means for regulating the operation of the robot, in particular for interrupting the power supply to the robot. Device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the sensors (11, 12) have gyroscopes. Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the sensors (11, 12) have acceleration sensors. Method for operating a device according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the sensors (11, 12) acquire data about the movement of the carriers (16, 17), that the data is then transmitted by the sensors (11, 12 ) are transmitted to a processing unit (13), that the processing unit (13) determines the movement of the carrier (16, 17), that the processing unit (13) compares the determined movement with specified values, and that the processing unit (13) an escalation triggers if the detected movement is above the specified values and that the steps are repeated if the movement does not exceed the specified values. Method according to Claim 8, characterized in that the escalation causes the robot to stop, in particular by interrupting the power supply to the robot. System consisting of a robot, in particular a SCARA 11
Roboter, und einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Roboter eine Basis (1) , mit einem in wenigstens zwei Armsegmente (2, 5) segmentierten Arm und einen Arbeitsbereich (6) aufweist und wobei ein erstes ArmsegmentRobot, and a device according to any one of claims 1 to 7, wherein the robot has a base (1), with an arm segmented into at least two arm segments (2, 5) and a work area (6) and wherein a first arm segment
(2) mit einem ersten Gelenk rotierbar angetrieben mit der Basis (1) verbunden ist und ein weiteres Segment (5) über ein weiteres Gelenk rotierbar angetrieben mit dem ersten Gelenk(2) is rotatably connected to the base (1) with a first joint and a further segment (5) is rotatably driven with the first joint via a further joint
(2) verbunden ist und sich der Arbeitsbereich (6) von der Basis (1) aus betrachtet an einem letzten Segment befindet, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Träger (16, 17) zu einem Armsegment (2, 5) korrespondiert und dass die Rotationsachsen(2) and the working area (6) is on a last segment as seen from the base (1), characterized in that each support (16, 17) corresponds to an arm segment (2, 5) and that the axes of rotation
(3, 4) , um welche die Träger (16, 17) zueinander bewegbar sind, und die Achsen, um welche die Gelenke rotieren, ineinander liegen. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Träger (16, 17) fest mit dem korrespondierenden Armsegment (2, 5) verbunden ist. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das System nach einem Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 betrieben wird . (3, 4) about which the supports (16, 17) can be moved relative to one another, and the axes about which the joints rotate lie one inside the other. System according to Claim 10, characterized in that each support (16, 17) is fixed to the corresponding arm segment (2, 5). System according to claim 11, characterized in that the system is operated according to a method according to claim 8 or 9.
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