WO2023174557A1 - Roboterbaugruppe zur bearbeitung und/oder handhabung eines werkstücks, absicherungselement für eine roboterbaugruppe und absicherungsbaugruppe - Google Patents

Roboterbaugruppe zur bearbeitung und/oder handhabung eines werkstücks, absicherungselement für eine roboterbaugruppe und absicherungsbaugruppe Download PDF

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WO2023174557A1
WO2023174557A1 PCT/EP2022/057192 EP2022057192W WO2023174557A1 WO 2023174557 A1 WO2023174557 A1 WO 2023174557A1 EP 2022057192 W EP2022057192 W EP 2022057192W WO 2023174557 A1 WO2023174557 A1 WO 2023174557A1
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unit
securing element
flange surface
robot assembly
section
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Oliver Krieg
Etienne Eichstaedt
Hermann Wieser
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Roundpeg Technologies Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16P—SAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
    • F16P3/00—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body
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    • F16P3/14—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39082—Collision, real time collision avoidance

Definitions

  • Robot assembly for processing and/or handling a workpiece, securing element for a robot assembly and securing assembly
  • the invention relates to a robot assembly for processing and/or handling a workpiece.
  • the robot assembly comprises a manipulator unit with a flange surface, with a flange surface central axis standing perpendicular to the flange surface and a flange surface transverse direction running parallel to the flange surface.
  • the robot assembly has an effector unit that is mounted on the flange surface and has an extension component along the flange surface central axis and an extension component along the flange surface transverse direction.
  • the invention is directed to a securing element for such a robot assembly.
  • the invention also relates to a protection assembly with such a protection element.
  • the flange surface center axis and the flange surface transverse direction are defined to intersect.
  • the flange surface central axis and the flange surface transverse direction are therefore not skewed.
  • the flange surface transverse direction and the flange surface central axis are also perpendicular to one another.
  • robot assemblies Many applications of robot assemblies require the robot assembly to share its workspace with humans. This happens, for example, in the context of human-robot cooperation. In such cases, it must be ensured that the people present within the working space of the robot assembly remain unharmed. Also AS: TOP Collisions of the robot assembly and its components with other non-human objects in the workspace must be avoided. For this purpose, it is known to equip robot assemblies with corresponding sensor units that are designed to detect distances to people and non-human objects. Based on this, movement of the robot assembly can be slowed down, changed in direction, stopped or prevented entirely.
  • the manipulator unit is understood to mean a programmable device by means of which the flange surface can be positioned in space in the desired manner.
  • the manipulator unit is designed as a robot arm.
  • the effector unit is understood to mean an assembly that is designed to interact with the workpiece to be machined and/or handled.
  • the effector unit can be designed as a gripper unit or as a tool unit.
  • a robot assembly of the type mentioned at the outset which includes a securing element which is attached to the manipulator unit and/or to the effector unit.
  • the securing element has an extension component along the flange surface central axis and is at least partially along the Flange surface positioned in the transverse direction next to the effector unit.
  • a fastening interface for fastening a sensor unit for collision protection is provided on the securing element.
  • the protection element can be monitored using sensors to protect against collisions.
  • the securing element therefore extends at least in sections radially outside of at least one section of the effector unit with respect to the flange surface central axis.
  • the securing element projects over at least part of the effector unit with respect to the flange surface.
  • a section of the securing element is always spaced from the effector unit. This applies in particular to an end of the securing element that is not attached to the manipulator unit and/or the effector unit. This results in an exposed position of the fastening interface for fastening a sensor unit. Alternatively, this results in an exposed section of the securing element, which can be detected indirectly or directly by sensors. Consequently, for the purpose of collision protection, the space around the effector unit can be monitored using sensors in particularly detailed and reliable manner.
  • the arrangement of the securing element means that a surrounding section of the effector unit, which is arranged at an end of the effector unit opposite the flange surface, can be reliably monitored by sensors. Due to the arrangement of the securing element, there is little or no concealment of this surrounding area by the effector unit. When interacting with a workpiece, a precise distinction can be made between the workpiece and other objects or a person. In addition, a workpiece picked up by the effector unit can also be reliably protected against collisions with a person or other objects by means of the securing element. Overall, the robot assembly together with any workpiece that may be picked up can be reliably protected against unwanted collisions.
  • sensor units in addition to a sensor unit that can be attached to the fastening interface of the securing element, further sensor units can be provided, for example on the manipulator unit and/or are mounted on the effector unit. These can also serve to protect against collisions.
  • All sensor units are signal-coupled to a control unit of the robot assembly, so that the robot assembly can be operated depending on detection results determined by the sensor units.
  • a sensor unit attached to the mounting interface or the sensor-monitored safety element can also be used for tasks that go beyond collision protection.
  • the sensor unit and/or the sensor-monitored security element can also be used for teaching, i.e. H. Can be used to teach certain points in the room. These can be points where you want to interact with a workpiece or the environment.
  • an environment can be detected by means of a sensor unit attached to the fastening interface or by means of the sensor-monitored securing element and this can be used to recalibrate the drive system and/or the position detection system of the robot assembly in order to compensate for load-dependent or aging-dependent influences.
  • an extension component of the securing element along the flange surface central axis is greater than an extension component of the securing element along the flange surface transverse direction.
  • the securing element extends comparatively far in the direction of an end of the effector unit facing away from the flange surface.
  • a sensor unit mounted on the fastening interface can therefore be used to secure particularly well the area around the effector unit that is remote from the flange surface. The same applies if the security element is monitored using sensors.
  • At least one distance sensor unit can be attached to the fastening interface of the securing element, the detection area of which extends to a side of the effector unit facing away from the flange surface.
  • the distance sensor unit can be a distance sensor unit of a safety device according to the international patent application PCT/EP2021/054849.
  • the distance sensor unit can be coupled in terms of signals with an evaluation unit of the safety device from the international patent application PCT/EP2021/054849.
  • a method for determining a minimum distance according to the international patent application PCT/EP2021/054849 can therefore be used to determine the position using the distance sensor unit.
  • the method for determining a minimum distance can be carried out in such a way that a minimum distance between the distance sensor unit and a workpiece, an object and/or a person in the environment of the robot assembly are or will be determined.
  • the distance sensor unit can be positioned on the manipulator unit or the effector unit and the method for determining a minimum distance can be carried out in such a way that a minimum distance between the distance sensor unit and the protection element is determined.
  • the method according to the international patent application PCT/EP2021/054849 for determining a minimum distance of an object from a device surface comprises the following steps:
  • Primary distance is the distance of the object from the distance sensor unit
  • Distance sensor unit lies and comes closest to the device surface, taking into account a spatial course of the device surface
  • distance sensor units can usually determine a distance, but cannot indicate where the distance is measured within the associated detection range. This problem is solved by determining the critical point and the associated minimum distance. It is impossible for the method to be used to determine a minimum distance that is greater than a real distance, for example due to a spatial course of the device surface. Rather, in case of doubt, a distance that is slightly too small is output. The procedure is therefore particularly safe.
  • the robot assembly according to the invention has a device surface. More specifically, the device surface is designed as a surface of the securing element, which includes the fastening interface for the distance sensor unit.
  • the robot assembly according to the invention can also be designed as a handling device in the sense of the international patent application PCT/EP2021/054849.
  • the following information must be known for the method: course of the device surface at least in the relevant area, position of the distance sensor unit on the device surface, detection range of the distance sensor unit. This information can easily be stored on a control unit that is designed to carry out the method. It is also understood that a detection range of a distance sensor unit is always selected so that the device surface does not shield it. Otherwise the distance sensor unit would not be able to be operated with the desired reliability.
  • the safety device is suitable for a handling device having a device surface, in particular for a robot or a robot assembly having a device surface.
  • the safety device comprises a first distance sensor unit which can be positioned on or in the device surface, i.e. on a surface of the securing element, and an evaluation unit which is coupled to the distance sensor unit for signaling purposes and is designed to carry out the method according to the international patent application PCT/EP2021/ when the distance sensor unit is mounted.
  • the safety device minimum distances from device surfaces, i.e. H. from a surface of the securing element.
  • devices equipped with the safety device for example the robot assembly according to the invention and in particular handling devices, can be operated reliably in work spaces in which potentially collision-prone objects and, in particular, people are present.
  • the securing element is rod-shaped and has a first end and a second end. The second end is opposite to the first end.
  • the securing element is connected via the first end to the manipulator unit and/or to the Effector unit attached.
  • the fastening interface for fastening a sensor unit is provided in the area of the second end. This means that the attachment interface is closer to the second end than the first end. This of course includes the special case that the fastening interface is arranged directly at the second end.
  • the securing element has the shape of a sensor or an antenna, with the fastening interface for fastening a sensor unit being positioned in the area of a sensor tip or antenna tip.
  • security elements can be referred to as security sensors or security antennas.
  • This detection area includes in particular those sections of the effector unit that are designed to interact with a workpiece and, if applicable, the workpiece. Collision protection is therefore particularly reliable and precise.
  • the robot assembly can always include several safety elements.
  • two or more rod-shaped securing elements can be provided.
  • the securing element is sleeve-shaped or sleeve-section-shaped.
  • the securing element runs completely or partially around an outer circumference of the effector unit.
  • the securing element is formed as a completely or partially circumferential collar. It can therefore be described as a hedging collar.
  • the rotation is to be understood as rotation with respect to the central axis of the flange surface. This also results in a particularly favorable detection range for a sensor unit that is mounted on the fastening interface of the securing element. The same applies if the security element is monitored using sensors.
  • the securing element can comprise a plastic material.
  • the securing element can comprise a support structure which is provided with a covering.
  • the support structure can comprise a plastic material.
  • the covering can also comprise a plastic material. It is also possible for the covering to comprise a textile material.
  • At least two fastening interfaces for fastening a sensor unit for collision protection can be provided on or adjacent to an edge of the securing element facing away from the flange surface.
  • the securing element is therefore designed to carry at least two sensor units. Consequently, the effector unit and any workpiece that may interact with it can be monitored using sensors with particular reliability and precision to prevent collisions.
  • the securing element has at least one opening.
  • a central axis of the at least one opening runs essentially radially to the flange surface central axis.
  • the at least one opening is preferably designed so that a person can look through it. This means that the effector unit and any workpiece that may interact with it can be observed if necessary. More preferably, the size of the opening is limited or shaped in such a way that a person cannot reach through the opening. The security element therefore provides protection against injury.
  • the securing element prefferably be transparent at least in sections. In this way, too, a person can observe the effector unit and any workpiece that may interact with it.
  • At least a portion of the securing element is movable along the flange surface central axis.
  • This section can therefore assume different positions along the central axis of the flange surface. In other words, this section can be moved along the central axis of the flange surface.
  • the fastening interface is provided for fastening a sensor unit for collision protection.
  • a sensor unit mounted thereon can thus detect different areas of an environment depending on the position of the section of the securing element along the central axis of the flange surface. The detection range can therefore be adjusted in particular depending on whether the effector unit is currently interacting with a workpiece, should interact, should not interact, or whether no workpiece interaction is intended.
  • the securing element is rod-shaped, this rod can be extended and retracted.
  • the securing element is designed to be telescopic for this purpose.
  • the securing element is in the form of a sleeve or a sleeve section, the sleeve or the sleeve section can be extended and retracted. In this case too, the securing element can be designed telescopically.
  • At least a section of the securing element can also be rotatable about at least a section of the effector unit with respect to the central axis of the flange surface.
  • the section of the securing element can therefore be rotated completely or partially around an outer circumference of the effector unit.
  • the section of the securing element can be mounted on an arcuate or ring-shaped rail.
  • the securing element can comprise at least one section made of elastically deformable material.
  • a security element can work tactilely. This means that it is designed to come into contact with objects in the vicinity of the robot assembly, workpieces and also people to prevent collisions. Due to the elastically deformable material, at least a section of the securing element deforms as soon as there is force or moment-loaded contact between it protection element and another object, workpiece or person occurs. Due to this deformation, at least a section of the securing element changes its spatial position. This is monitored using sensors. It is noted that that section of the securing element whose change in spatial position is monitored by sensors can, but does not have to, coincide with the section made of elastically deformable material.
  • the section of the securing element monitored by sensors with regard to its spatial bearings can therefore also be designed to be rigid in comparison to the section made of elastically deformable material. By monitoring the deformation, a collision with the effector unit can therefore be prevented. Such collision monitoring is simple and robust. In particular, sensor units used for collision protection can be mounted in comparatively less exposed positions.
  • a deformation sensor unit it is possible for a deformation sensor unit to be positioned on the manipulation unit or on the effector unit. This is designed to detect a deformation of the section made of elastically deformable material. As already explained, reliable collision protection can also be achieved in this way.
  • the securing element protrudes in the undeformed state along the flange surface central axis on a side facing away from the flange surface relative to the effector unit. This is particularly the case in a view perpendicular to the central axis of the flange surface.
  • the securing element always contacts an object, a workpiece or a person first. Only after a certain deformation of the securing element can the effector unit contact the object, the workpiece or the person. Undesirable collisions can therefore be reliably avoided.
  • the effector unit can comprise a movement unit or can be coupled to the manipulator unit via a movement unit, so that at least a section of the effector unit can be selectively moved out of an environment of the securing element is.
  • the effector unit can therefore assume two states. In a first state, it is in an environment of the protection element and is therefore protected against unwanted collisions by means of the protection element. In a second state, the effector unit is outside the environment of the protection element and is therefore at least no longer completely protected by the protection element with regard to unwanted collisions. The effector unit can therefore be selectively transferred to a less well-protected state. This can be used, for example, to hold a workpiece.
  • the securing element comprises a mounting section for attaching the securing element to a manipulator unit and/or to an effector unit of the robot assembly.
  • the securing element has a cantilever section which is designed to extend laterally next to at least a section of the effector unit.
  • a fastening interface for fastening a sensor unit for collision protection is provided on the cantilever section.
  • at least a section of the cantilever section can be monitored using sensors to prevent collisions.
  • the cantilever section therefore projects over at least part of the effector unit with respect to the flange surface. This allows a sensor unit to be mounted in a comparatively exposed location.
  • a comparatively exposed section of the protection element can be detected using sensors, so that comparatively simple but reliable collision protection for the effector unit can be implemented by means of the protection element.
  • the cantilever section can be rod-shaped, sleeve-shaped or sleeve-section-shaped.
  • a cantilever section shaped in this way an area of the environment of an effector unit, which lies at an end of the effector unit facing away from the flange surface, can be reliably protected against unwanted collisions.
  • a section of the securing element can be movable along the flange surface central axis. The length of the securing element can thus be adjusted along the central axis of the flange surface. In this way, a detection range of a sensor unit mounted on the protection element can be set easily and reliably. Alternatively, the detection range of a sensor-monitored security element can be easily adapted. Both enable reliable and flexible collision protection.
  • a section of the securing element prefferably be rotatable about at least a section of the effector unit with respect to the flange surface central axis. This makes it possible to protect a large area of the effector unit's surroundings with regard to possible collisions.
  • the securing element comprises at least one section made of elastically deformable material.
  • a deformation of the section made of elastically deformable material can be monitored using sensors.
  • the section of the securing element consequently deforms as soon as contact under force or moment occurs between the securing element and another object, workpiece or person. This represents simple and robust collision monitoring.
  • the task is solved by a protection assembly with a protection element according to the invention and a distance sensor unit.
  • the distance sensor unit is attached to the fastening interface of the securing element. Consequently, the distance sensor unit can be used to determine distances with high reliability and precision, even in an area around an end of an effector unit that faces away from a flange surface, and to prevent unwanted collisions.
  • the distance sensor unit can be a distance sensor unit of a safety device according to the international patent application PCT/EP2021/054849. This can be coupled for signaling purposes with an evaluation unit of the safety device from the international patent application PCT/EP2021/054849.
  • a method for determining a minimum distance according to the international patent application PCT/EP2021/054849 can therefore be used to determine the position using the distance sensor unit.
  • PCT/EP2021/054849 the content of which is hereby incorporated in its entirety into this application.
  • FIG. 1 shows schematically a robot assembly according to the invention with two protection assemblies according to the invention, each of which comprises a protection element according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows schematically a section of a further robot assembly according to the invention, with two protection assemblies according to the invention, each of which comprises a protection element according to the invention according to a second embodiment
  • Figure 3 is a perspective view of a section III of the robot assembly from Figure 2,
  • Figure 4 shows schematically a section of a robot assembly according to the invention, with a protection assembly according to the invention, which comprises a securing element according to the invention according to a third embodiment
  • FIG. 5 shows the section of the robot assembly from FIG. 4 in a different operating state
  • Figure 6 shows a detail VI from Figure 5
  • FIG. 7 shows schematically a section of another robot assembly according to the invention, with a protection assembly according to the invention, which includes a protection element according to the invention according to a fourth embodiment,
  • FIG. 9 shows schematically a section of a further robot assembly according to the invention, with a protection assembly according to the invention, which includes a protection element according to the invention according to a fifth embodiment,
  • FIG. 10 shows schematically a section of a further robot assembly according to the invention, with a protection assembly according to the invention, which includes a protection element according to the invention according to a sixth embodiment,
  • FIG. 11 shows a perspective view of a section XI of the robot assembly from FIG. 10 viewed along a direction XIa in FIG. 10,
  • Figure 12 shows schematically a section of a further robot assembly according to the invention, with a protection assembly according to the invention comprises a securing element according to the invention according to a seventh embodiment,
  • Figure 13 shows the section of the robot assembly from Figure 12 in a different operating state
  • FIG. 14 shows schematically a section of a further robot assembly according to the invention, with a protection assembly according to the invention, which includes a protection element according to the invention according to an eighth embodiment.
  • Figure 1 shows a robot assembly 10, which is designed to handle a workpiece 12.
  • the workpiece 12 can therefore be transferred from a first position to a second position by means of the robot assembly 10.
  • the robot assembly 10 includes a manipulator unit 14, which in the illustrated embodiment is designed as a robot arm of an industrial robot.
  • a first end of the manipulator unit 14 is fixed on a floor 16.
  • a flange surface 18 is provided at a second end of the manipulator unit 14, which is opposite the first end.
  • a flange surface center axis 20 is perpendicular to the flange surface 18.
  • a flange surface transverse direction 22 runs parallel to the flange surface 18 and perpendicular to the flange surface central axis 20, which is shown by a double arrow.
  • An effector unit 24 is mounted on the flange surface 18, which in the example shown is designed as a gripper unit for gripping the workpiece 12. This includes two schematically shown gripping arms 25a, 25b.
  • the effector unit 24 has an extension component along the flange surface central axis 20 and an extension component along the flange surface transverse direction 22.
  • the robot assembly 10 includes a protection assembly 26. More precisely, the robot assembly 10 from Figure 1 includes two protection assemblies 26.
  • Each of the protection assemblies 26 includes a protection element 28 which is rod-shaped.
  • the securing elements 28 also have an extension component along the flange surface central axis 20.
  • an extension component along the flange surface central axis 20 is larger than an extension component along the flange surface transverse direction 22.
  • Each of the securing elements 28 has a mounting section 30 at a first end 28a, via which it is attached to the manipulator unit 14 in the illustrated embodiment.
  • each of the securing elements 28 has a cantilever section 32, which extends laterally next to at least a section of the effector unit 24.
  • the securing elements 28 are positioned at least in sections along the flange surface transverse direction 22 next to the effector unit 24.
  • one of the cantilever sections 32 extends above the effector unit 24 and one of the cantilever sections 32 extends below the effector unit 24.
  • Both cantilever sections 32 therefore protrude over the effector unit 24. In the embodiment shown, the cantilever sections 32 also protrude over the workpiece 12.
  • Two fastening interfaces 34 are provided on each of the cantilever sections 32 for fastening an associated sensor unit 36 for collision protection.
  • the sensor units 36 are designed as distance sensor units 38.
  • a distance sensor unit 38 is therefore attached to each of the attachment interfaces 34.
  • the associated detection areas 40 of the distance sensor units 38 are each indicated by two thin boundary lines 40a, 40b. It is understood that the detection areas 40 are actually conical.
  • the detection areas 40 of the distance sensor units 38 positioned at a second end 28b of the securing elements 28 extend to a side of the effector unit 24 facing away from the flange surface 18.
  • the second end 28b is opposite the first end 28a. Distances that lie along the flange surface central axis 20 in front of the effector unit 24 can therefore also be recorded.
  • a workpiece 12 is received by the effector unit 24.
  • the detection areas 40 also extend to a side of the workpiece 12 facing away from the flange surface 18.
  • distance sensor units 42 are also mounted on the manipulator unit 14.
  • the distance sensor units 38 and the distance sensor units 42 are each connected in terms of signals to a control unit (not shown in detail).
  • the distance sensor units 38, 42 are designed to determine distances between components of the robot assembly 10 and people 44 and other objects 46 that are located in the working area of the robot assembly 10.
  • a movement of the robot assembly 10 can be slowed down, its direction adjusted, stopped or completely prevented by means of the control unit so that no undesirable collisions of components of the robot assembly 10 with the human 44 and/or the object 46 take place.
  • Figures 2 and 3 show a section of another robot assembly 10.
  • the two securing assemblies 26 with the securing elements 28 and the distance sensor units 38 are now attached to the effector unit 24 via the respective mounting sections 30.
  • the associated securing element 28 extends essentially along the flange surface central axis 20. It therefore has essentially no extension component along the flange surface transverse direction 22. Otherwise, the effector unit 24 is essentially identical to the effector unit 24 from FIGS. 2 and 3. Only the distance sensor units 42 are positioned slightly differently.
  • the distance sensor units 38, 42 are used as usual for collision protection.
  • the distance sensor unit 38 is used to teach in a predetermined recording position for receiving the workpiece 12 and to be able to approach it reliably during operation. This is particularly advantageous if a position of the workpiece 12 is subject to fluctuations or is only roughly known.
  • a reference contour 48 is provided on a workpiece carrier 47 from which the workpiece 12 is to be removed, which can be scanned by means of the distance sensor unit 38. In this way it is ensured that the workpiece 12 is picked up at the designated location by means of the effector unit 24.
  • FIG. 6 shows in this context a variant in which a total of three distance sensor units 38 are arranged on the securing element 28, so that the effector unit 24 can be aligned with high precision relative to the workpiece 12.
  • a force sensor unit can be provided.
  • FIGS 7 and 8 show a further robot assembly 10, for which only the differences compared to the embodiments already explained are explained. As usual, identical or corresponding components have the same reference numbers.
  • the securing element 28, to which a distance sensor unit 38 is attached is displaceable along the flange surface central axis 20.
  • a displacement drive 50 is provided, which is driven by the
  • Hedging element 28 is coupled.
  • the securing element 28 can thus be moved back and forth along the flange surface central axis 20.
  • the securing element 28 can be withdrawn from the workpiece carrier 47 for picking up and placing a workpiece 12 (see in particular FIG. 8). This results in a sufficiently large free space for the interaction of the effector unit 24 with the workpiece 12.
  • the distance sensor unit 38 attached to the securing element 28 can also be selectively deactivated.
  • the workpiece 12 is therefore not detected as a potentially collision-prone object.
  • Figure 9 shows another robot assembly 10, for which only the differences compared to the already explained embodiments are explained. As usual, identical or corresponding components have the same reference numbers.
  • the robot assembly 10 from FIG. 9 has a single protection assembly 26.
  • the securing element 28 extends along the flange surface central axis 20 and along the flange surface transverse direction 22.
  • the securing element 28 is also rod-shaped and has a fastening interface 34 at its second end, on which a distance sensor unit 38 is mounted.
  • the securing element 28 can now be rotated about the effector unit 24 with respect to the flange surface central axis 20. This is illustrated by the arrow 52 and an alternative position of the securing element 28 and the distance sensor unit 38 shown in dashed lines. However, it goes without saying that the securing element can be rotated continuously with the distance sensor unit 38. In addition to the positions shown in FIG. 9, intermediate positions can also be assumed. By rotating the securing element 28 with the distance sensor 38 about the flange surface central axis 20, an environment of the effector unit 24, which is located at an end of the effector unit 24 facing away from the flange surface 18, can be scanned for possible obstacles.
  • a robot assembly 10 can also be seen in Figures 10 and 11. As usual, this is explained based on the previous embodiments.
  • the securing element 28 is now sleeve-shaped. In the embodiment shown, it runs completely around an outer circumference of the effector unit 24.
  • the securing element 28 is designed as a securing collar.
  • the securing element 28, i.e. the securing collar, has a first end 28a, via which it is attached to the effector unit 24.
  • a second end 28b is opposite the first end 28a.
  • the second end 28b is thus formed by an edge of the securing element 28 facing away from the flange surface 18.
  • two fastening interfaces 34 are provided for fastening a sensor unit 36 for collision protection.
  • the sensor units 36 are designed as distance sensor units 38.
  • the securing element 28 also has a plurality of openings 54. Through these openings 54, the effector unit 24 and a workpiece 12 that may interact with it can be observed during operation of the robot assembly 10.
  • FIG. 12 Another robot assembly 10 is shown in Figures 12 and 13.
  • the securing element 28 is sleeve-shaped and runs completely around an outer circumference of the effector unit 24.
  • the securing element 24 protrudes along the flange surface central axis 20 on a side facing away from the flange surface 18 relative to the effector unit 24.
  • the securing element 28 is made of an elastically deformable material 56.
  • the sensor units 42 positioned on the effector unit 24 are designed to monitor deformation of the securing element 28 using sensors. This means that a deformation of the securing element 28 can be detected by means of the sensor units 42.
  • the sensor units 42 are therefore deformation sensor units 58 in the present example.
  • the deformation sensor units 58 are designed as distance sensor units.
  • FIG. 13 shows how the securing element 28 is deformed by coming into contact with an object 60 and this deformation is detected by the deformation sensor unit 58.
  • the securing element 28 is now designed in the shape of a sleeve section. In the embodiment shown, the securing element 28 only partially runs around the outer circumference of the effector unit 24.
  • the sleeve section-shaped securing element 28 has the shape of a half-shell.
  • the effector unit 24 now includes a movement unit 62, via which a section of the effector unit 24 can optionally be moved out of an environment of the securing element 28.
  • the section of the effector unit 24 can therefore assume a first position in which it is partially enclosed by the securing element 28. In a second position, the section of the effector unit 24 is not enclosed by the securing element 28.
  • the second position can be used, for example, if the effector unit is to pick up or put down a workpiece 12.
  • the first position is used in all other cases.
  • At least one distance sensor unit 38 is mounted exposed by means of the securing element 28 in such a way that objects 46 and/or people 44 that are in a surrounding area at one end of the effector unit 24, which is opposite the flange surface 18, are detected with high precision and reliability can be. This applies regardless of whether a workpiece 12 is gripped with the effector unit 24 or not. In other words, the at least one distance sensor unit 38 is mounted so that it can look around the effector unit 24 and possibly the workpiece 12.
  • At least a section of the securing element 28 is monitored by sensors and mounted exposed in such a way that objects 46 and/or people 44 that are in a surrounding section at an end of the effector unit 24 that is opposite the flange surface 18 are detected with high precision and reliability can be. This can also be done regardless of whether the effector unit 24 has gripped a workpiece or not. A deformation of the securing element 28 is determined using sensors.
  • Hedging element a first end of the hedging element b second end of the hedging element

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Abstract

Es wird eine Roboterbaugruppe (10) zur Bearbeitung und/oder Handhabung eines Werkstücks (12) beschrieben. Diese umfasst eine Manipulatoreinheit (14) mit einer Flanschfläche (18), eine Effektoreinheit (24), die an der Flanschfläche (18) montiert ist, und ein Absicherungselement (28), das an der Manipulatoreinheit (14) und/oder an der Effektoreinheit (24) befestigt ist. Das Absicherungselement (28) hat eine Erstreckungskomponente entlang einer Flanschflächen-Mittelachse (20) und ist zumindest abschnittsweise entlang einer Flanschflächen-Querrichtung (22) neben der Effektoreinheit (24) positioniert. Ferner ist am Absicherungselement (28) eine Befestigungsschnittstelle (34) zur Befestigung einer Sensoreinheit (36) zur Kollisionsabsicherung vorgesehen. Alternativ ist das Absicherungselement (28) zur Kollisionsabsicherung sensorisch überwachbar. Außerdem wird ein Absicherungselement (28) für eine solche Roboterbaugruppe (10) präsentiert. Ferner wird eine Absicherungsbaugruppe (26) mit einem derartigen Absicherungselement (28) und einer Abstandssensoreinheit (38) vorgestellt.

Description

Roboterbaugruppe zur Bearbeitung und/oder Handhabung eines Werkstücks, Absicherungselement für eine Roboterbaugruppe und Absicherungsbaugruppe
Die Erfindung betrifft eine Roboterbaugruppe zur Bearbeitung und/oder Handhabung eines Werkstücks. Die Roboterbaugruppe umfasst eine Manipulatoreinheit mit einer Flanschfläche, wobei senkrecht auf der Flanschfläche eine Flanschflächen-Mittelachse steht und parallel zur Flanschfläche eine Flanschflächen-Querrichtung verläuft. Zudem weist die Roboterbaugruppe eine Effektoreinheit auf, die an der Flanschfläche montiert ist, und eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Mittelachse sowie eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Querrichtung hat.
Ferner ist die Erfindung auf ein Absicherungselement für eine solche Roboterbaugruppe gerichtet.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Absicherungsbaugruppe mit einem derartigen Absicherungselement.
In diesem Zusammenhang sind die Flanschflächen-Mittelachse und die Flanschflächen- Querrichtung so definiert, dass sie sich schneiden. Die Flanschflächen-Mittelachse und die Flanschflächen-Querrichtung sind also nicht windschief. Die Flanschflächen-Querrichtung und die Flanschflächen-Mittelachse stehen ferner senkrecht aufeinander.
Zahlreiche Anwendungen von Roboterbaugruppen sehen vor, dass die Roboterbaugruppe ihren Arbeitsraum mit Menschen teilt. Das geschieht beispielsweise im Kontext einer Mensch- Roboter-Kooperation. In solchen Fällen muss sichergestellt werden, dass die innerhalb des Arbeitsraums der Roboterbaugruppe anwesenden Menschen unversehrt bleiben. Außerdem AS: TOP müssen Kollisionen der Roboterbaugruppe und ihrer Komponenten mit weiteren, nichtmenschlichen Objekten im Arbeitsraum vermieden werden. Hierfür ist es bekannt, Roboterbaugruppen mit entsprechenden Sensoreinheiten auszustatten, die dazu ausgebildet sind, Abstände zu Menschen und nicht-menschlichen Objekten zu detektieren. Darauf basierend kann eine Bewegung der Roboterbaugruppe verlangsamt, in ihrer Richtung geändert, gestoppt oder gänzlich verhindert werden.
Die Kollisionen gilt es dabei für die Manipulatoreinheit, die Effektoreinheit sowie ein gegebenenfalls mit der Effektoreinheit gekoppeltes Werkstück zu vermeiden. In diesem Zusammenhang wird unter der Manipulatoreinheit eine programmierbare Vorrichtung verstanden wird, mittels der sich die Flanschfläche in gewünschter Weise im Raum positionieren lässt. Beispielsweise ist die Manipulatoreinheit als Roboterarm ausgeführt. Unter der Effektoreinheit wird eine Baugruppe verstanden, die zur Interaktion mit dem zu bearbeitenden und/oder handzuhabenden Werkstück ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Effektoreinheit als Greifereinheit oder als Werkzeugeinheit ausgebildet sein.
Die oben erwähnte Kollisionsabsicherung der Roboterbaugruppe, d.h. das Vermeiden von Kollisionen zwischen der Roboterbaugruppe mit Menschen oder Objekten ist in Betriebssituationen, in denen die Effektoreinheit mit einem Werkstück in Interaktion tritt oder eine Interaktion mit dem Werkstück beendet, besonders herausfordernd, da es zwischen erwünschten Wechselwirkungen und unerwünschten Kollisionen zuverlässig zu unterscheiden gilt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Roboterbaugruppe anzugeben, die auch in solchen Situationen einen zuverlässigen Kollisionsschutz bietet.
Die Aufgabe wird durch eine Roboterbaugruppe der eingangs genannten Art gelöst, die ein Absicherungselement umfasst, welches an der Manipulatoreinheit und/oder an der Effektoreinheit befestigt ist. Das Absicherungselement hat eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Mittelachse und ist zumindest abschnittsweise entlang der Flanschflächen-Querrichtung neben der Effektoreinheit positioniert. Außerdem ist am Absicherungselement eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung einer Sensoreinheit zur Kollisionsabsicherung vorgesehen. Alternativ ist das Absicherungselement zur Kollisionsabsicherung sensorisch überwachbar. Das Absicherungselement erstreckt sich also zumindest abschnittsweise bezüglich der Flanschflächen-Mittelachse radial außerhalb wenigstens eines Abschnitts der Effektoreinheit. Man kann auch sagen, dass das Absicherungselement mit Bezug auf die Flanschfläche über wenigstens einen Teil der Effektoreinheit auskragt. Dabei ist stets ein Abschnitt des Absicherungselements von der Effektoreinheit beabstandet. Dies trifft insbesondere auf ein Ende des Absicherungselements zu, das nicht an der Manipulatoreinheit und/oder der Effektoreinheit befestigt ist. Dadurch ergibt sich eine exponierte Position der Befestigungsschnittstelle zur Befestigung einer Sensoreinheit. Alternativ ergibt sich ein exponierter Abschnitt des Absicherungselements, der sich mittelbar oder unmittelbar sensorisch erfassen lässt. Folglich kann zum Zwecke der Kollisionsabsicherung der Raum um die Effektoreinheit besonders detailliert und zuverlässig sensorisch überwacht werden. Insbesondere führt die Anordnung des Absicherungselements dazu, dass ein Umfeldabschnitt der Effektoreinheit, der an einem der Flanschfläche entgegengesetzten Ende der Effektoreinheit angeordnet ist, zuverlässig sensorisch überwacht werden kann. Eine Verdeckung dieses Umfeldabschnitts durch die Effektoreinheit ist aufgrund der Anordnung des Absicherungselements gering oder nicht vorhanden. Beim Interagieren mit einem Werkstück kann somit präzise zwischen dem Werkstück und anderen Objekten oder einem Menschen unterschieden werden. Darüber hinaus lässt sich mittels des Absicherungselements auch ein von der Effektoreinheit aufgenommenes Werkstück zuverlässig gegenüber Kollisionen mit einem Menschen oder anderen Objekten absichem. Insgesamt lässt sich also die Roboterbaugruppe zusammen mit einem gegebenenfalls aufgenommenen Werkstück zuverlässig gegenüber unerwünschten Kollisionen absichern.
Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzlich zu einer Sensoreinheit, die an der Befestigungsschnittstelle des Absicherungselements befestigt sein kann, noch weitere Sensoreinheiten vorgesehen sein können, die beispielsweise an der Manipulatoreinheit und/oder an der Effektoreinheit montiert sind. Auch diese können der Kollisionsabsicherung dienen.
Alle Sensoreinheiten sind signaltechnisch mit einer Steuerungseinheit der Roboterbaugruppe gekoppelt, sodass sich die Roboterbaugruppe in Abhängigkeit von mittels der Sensoreinheiten ermittelten Detektionsergebnissen betreiben lässt.
Optional lässt sich eine an der Befestigungsschnittstelle befestigte Sensoreinheit oder das sensorisch überwachte Absicherungselement auch für Aufgaben nutzen, die über die Kollisionsabsicherung hinausgehen. Beispielsweise können die Sensoreinheit und/oder das sensorisch überwachte Absicherungselement auch zum Einlernen, d. h. zum Teachen, gewisser Punkte im Raum genutzt werden. Dabei kann es sich um Punkte handeln, an denen mit einem Werkstück oder der Umgebung interagiert werden soll. Ferner kann mittels einer an der Befestigungsschnittstelle befestigten Sensoreinheit oder mittels des sensorisch überwachten Absicherungselements eine Umgebung erfasst werden und dies dafür genutzt werden, das Antriebssystem und/oder das Positionserfassungssystem der Roboterbaugruppe neu zu kalibrieren, um belastungsabhängige oder alterungsabhängige Einflüsse zu kompensieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Erstreckungskomponente des Absicherungselements entlang der Flanschflächen-Mittelachse größer als eine Erstreckungskomponente des Absicherungselements entlang der Flanschflächen-Querrichtung. In einer solchen Konfiguration erstreckt sich das Absicherungselement also vergleichsweise weit in Richtung eines der Flanschfläche abgewandten Endes der Effektoreinheit. Es lässt sich somit mittels einer an der Befestigungsschnittstelle montierten Sensoreinheit besonders gut ein der Flanschfläche abgewandtes Umfeld der Effektoreinheit absichern. Gleiches gilt, wenn das Absicherungselement sensorisch überwacht wird.
An der Befestigungsschnittstelle des Absicherungselements kann wenigstens eine Abstandssensoreinheit befestigt sein, deren Erfassungsbereich sich auf eine der Flanschfläche abgewandte Seite der Effektoreinheit erstreckt. Mittels einer solchen Abstandssensoreinheit lassen sich also insbesondere Abstände der Effektoreinheit von Menschen oder Objekten ermitteln, die auf einer der Flanschfläche entgegengesetzten Seite der Effektoreinheit positioniert sind. Vereinfacht gesagt kann eine solche Abstandssensoreinheit an der Effektoreinheit vorbei schauen. Es kann also ein Bereich eines Umfelds der Effektoreinheit besonders gut überwacht werden, der an einem der Flanschfläche abgewandten Ende der Effektoreinheit liegt.
Bei der Abstandssensoreinheit kann es sich um eine Abstandssensoreinheit einer Sicherheitseinrichtung gemäß der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 handeln. Dabei kann die Abstandssensoreinheit mit einer Auswerteeinheit der Sicherheitseinrichtung aus der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 signaltechnisch gekoppelt sein. Es lässt sich somit zur Ab Standsermittlung mittels der Abstandssensoreinheit ein Verfahren zur Ermittlung eines Minimalabstands gemäß der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 verwenden. Dabei kann in einer ersten Variante, in der die Abstandssensoreinheit an der Befestigungsschnittstelle des Absicherungselements befestigt ist, das Verfahren zur Ermittlung eines Minimalabstandes dahingehend ausgeführt werden, dass ein Minimalabstand zwischen der Abstandssensoreinheit und einem Werkstück, einem Objekt und/oder einem Menschen im Umfeld der Roboterbaugruppe ermittelt werden bzw. wird. In einer zweiten Variante, in der das Absicherungselement zur Kollisionsabsicherung sensorisch überwachbar ist, kann die Abstandssensoreinheit an der Manipulator einheit oder der Effektoreinheit positioniert sein und das Verfahren zur Ermittlung eines Minimalabstandes dahingehend ausgeführt werden, dass ein Minimalabstand zwischen der Abstandssensoreinheit und dem Absicherungselement ermittelt wird.
Betreffend das Verfahren zur Ermittlung eines Minimalabstands sowie der Sicherheitseinrichtung mit einer Abstandssensoreinheit und einer Auswerteeinheit wird auf die internationale Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 Bezug genommen, deren Inhalt hiermit vollumfänglich in diese Anmeldung aufgenommen wird. Das Verfahren gemäß der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 zur Ermittlung eines Minimalabstands eines Objekts von einer Vorrichtungsoberfläche, insbesondere zur Ermittlung eines Minimalab stands eines Objekts von einer Vorrichtungsoberfläche einer Handhabungsvorrichtung, umfasst die folgenden Schritte:
- Erfassen eines Primärab stands des Objekts mittels einer an oder in der
Vorrichtungsoberfläche positionierten ersten Abstandssensoreinheit, wobei der
Primärabstand der Abstand des Objekts von der Abstandssensoreinheit ist,
- Ermitteln eines kritischen Punkts, der im Primärabstand von der ersten
Abstandssensoreinheit sowie innerhalb eines Erfassungsbereichs der ersten
Abstandssensoreinheit liegt und dabei unter Berücksichtigung eines räumlichen Verlaufs der Vorrichtungsoberfläche der Vorrichtungsoberfläche am nächsten kommt, und
- Ermitteln des Minimalabstands des kritischen Punkts von der Vorrichtungsoberfläche.
Ein solches Verfahren lässt sich einfach und zuverlässig ausführen. In diesem Zusammenhang wird berücksichtigt, dass Abstandssensoreinheiten üblicherweise zwar einen Abstand ermitteln können, jedoch nicht angeben können, wo innerhalb des zugehörigen Erfassungsbereichs der Abstand gemessen wird. Diese Problematik wird durch das Ermitteln des kritischen Punktes und des zugehörigen Minimalabstandes gelöst. Dabei ist ausgeschlossen, dass mittels des Verfahrens ein Minimalabstand ermittelt wird, der beispielsweise aufgrund eines räumlichen Verlaufs der Vorrichtungsoberfläche größer ist als ein realer Abstand. Vielmehr wird im Zweifelsfall ein etwas zu kleiner Abstand ausgegeben. Das Verfahren ist also besonders sicher.
Die erfindungsgemäße Roboterbaugruppe weist in diesem Zusammenhang eine Vorrichtungsoberfläche auf. Genauer gesagt ist die Vorrichtungsoberfläche als eine Oberfläche des Absicherungselements ausgebildet, die die Befestigungsschnittstelle für die Abstandssensoreinheit umfasst. Die erfindungsgemäße Roboterbaugruppe kann zudem als Handhabungsvorrichtung im Sinne der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 ausgebildet sein.
Für das Verfahren müssen folgende Informationen bekannt sein: Verlauf der Vorrichtungsoberfläche zumindest im relevanten Bereich, Position der Abstandssensoreinheit auf der Vorrichtungsoberfläche, Erfassungsbereich der Abstandssensoreinheit. Diese Informationen lassen sich problemlos auf einer Steuereinheit hinterlegen, die zum Ausführen des Verfahrens ausgebildet ist. Es versteht sich zudem, dass ein Erfassungsbereich einer Abstandssensoreinheit stets so gewählt ist, dass die Vorrichtungsoberfläche diesen nicht abschirmt. Andernfalls wäre die Abstandssensoreinheit nicht mit der gewünschten Zuverlässigkeit betreibbar.
Die Sicherheitseinrichtung gemäß der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 ist für eine eine Vorrichtungsoberfläche aufweisende Handhabungsvorrichtung geeignet, insbesondere für einen eine Vorrichtungsoberfläche aufweisenden Roboter oder eine Roboterbaugruppe. Die Sicherheitseinrichtung umfasst eine an oder in der Vorrichtungsoberfläche, d.h. an einer Oberfläche des Absicherungselements, positionierbare erste Abstandssensoreinheit und eine Auswertungseinheit, die mit der Abstandssensoreinheit signaltechnisch gekoppelt und dazu ausgebildet ist, im montierten Zustand der Abstandssensoreinheit das Verfahren gemäß der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 auszuführen. Mittels der Sicherheitseinrichtung lassen sich also einfach und zuverlässig Minimalabstände von Vorrichtungsoberflächen, d. h. von einer Oberfläche des Absicherungselements, ermitteln. Dadurch können mit der Sicherheitseinrichtung ausgestattete Vorrichtungen, beispielsweise die erfindungsgemäße Roboterbaugruppe und insbesondere Handhabungsvorrichtungen, zuverlässig in solchen Arbeitsräumen betrieben werden, in denen potenziell kollisionsgefährdete Objekte und insbesondere auch Menschen anwesend sind.
In einer Variante ist das Absicherungselement stabförmig und weist ein erstes Ende sowie ein zweites Ende auf. Das zweite Ende ist dem ersten Ende entgegengesetzt. Dabei ist das Absicherungselement über das erste Ende an der Manipulatoreinheit und/oder an der Effektoreinheit befestigt. Die Befestigungsschnittstelle zur Befestigung einer Sensoreinheit ist im Bereich des zweiten Endes vorgesehen. Das bedeutet, dass die Befestigungsschnittstelle näher am zweiten Ende liegt als am ersten Ende. Das schließt selbstverständlich den Spezialfall ein, dass die Befestigungsschnittstelle direkt am zweiten Ende angeordnet ist. Mit anderen Worten hat das Absicherungselement die Form eines Fühlers oder einer Antenne, wobei die Befestigungsschnittstelle zur Befestigung einer Sensoreinheit im Bereich einer Fühlerspitze oder Antennenspitze positioniert ist. Derartige Absicherungselemente können als Absicherungsfühler oder Absicherungsantennen bezeichnet werden. Es ergibt sich somit ein besonders günstiger Erfassungsbereich für eine Sensoreinheit, die an der Befestigungsschnittstelle montiert ist. Dieser Erfassungsbereich umfasst insbesondere diejenigen Abschnitte der Effektoreinheit, die zur Interaktion mit einem Werkstück ausgebildet sind sowie gegebenenfalls das Werkstück. Eine Kollisionsabsicherung ist somit besonders zuverlässig und präzise.
Es versteht sich, dass die Roboterbaugruppe stets auch mehrere Absicherungselemente umfassen kann. Insbesondere können zwei oder mehr stabförmige Absicherungselemente vorgesehen sein.
In einer anderen Variante ist das Absicherungselement hülsenförmig oder hülsenabschnittsförmig. Das Absicherungselement läuft ganz oder teilweise um einen Außenumfang der Effektoreinheit um. Mit anderen Worten ist das Absicherungselement als ganz oder teilweise umlaufender Kragen gebildet. Es kann somit als Absicherungskragen bezeichnet werden. Dabei ist das Umlaufen als Umlaufen bezüglich der Flanschflächen- Mittelachse zu verstehen. Auch auf diese Weise ergibt sich ein besonders günstiger Erfassungsbereich für eine Sensoreinheit, die an der Befestigungsschnittstelle des Absicherungselements montiert ist. Gleiches gilt, wenn das Absicherungselement sensorisch überwacht wird.
Das Absicherungselement kann ein Kunststoffmaterial umfassen. Für den Fall, dass das Absicherungselement hülsenförmig oder hülsenabschnittsförmig ist, kann es eine Tragstruktur umfassen, die mit einer Bespannung versehen ist. Dabei kann die Tragstruktur ein Kunststoffmaterial umfassen. Die Bespannung kann ebenfalls ein Kunststoffmaterial umfassen. Auch ist es möglich, dass die Bespannung ein Textilmaterial umfasst.
Dabei können an oder benachbart zu einem der Flanschfläche abgewandten Rand des Absicherungselements wenigstens zwei Befestigungsschnittstellen zur Befestigung jeweils einer Sensoreinheit zur Kollisionsabsicherung vorgesehen sein. Das Absicherungselement ist also dazu ausgebildet, wenigstens zwei Sensoreinheiten zu tragen. Es lassen sich folglich die Effektoreinheit und ein gegebenenfalls mit dieser interagierendes Werkstück mit besonderer Zuverlässigkeit und Präzision zur Kollisionsabsicherung sensorisch überwachen.
In einer Ausführungsform weist das Absicherungselement wenigstens eine Öffnung auf. Beispielsweise verläuft eine Mittelachse der wenigstens einen Öffnung im Wesentlichen radial zur Flanschflächen-Mittelachse. Dabei ist bevorzugt die wenigstens eine Öffnung so gestaltet, dass ein Mensch hindurchschauen kann. Somit kann die Effektoreinheit sowie ein gegebenenfalls mit dieser zusammenwirkendes Werkstück bei Bedarf beobachtet werden. Weiter bevorzugt ist die Öffnung derart in ihrer Größe beschränkt oder geformt, dass ein Mensch nicht durch die Öffnung hindurchgreifen kann. Das Absicherungselement stellt also einen Verletzungsschutz dar.
Auch ist es möglich, dass das Absicherungselement zumindest abschnittsweise transparent ist. Auch auf diese Weise kann ein Mensch die Effektoreinheit und ein gegebenenfalls mit dieser zusammenwirkendes Werkstück beobachten.
In einer Alternative ist zumindest ein Abschnitt des Absicherungselements entlang der Flanschflächen-Mittelachse bewegbar. Dieser Abschnitt kann also entlang der Flanschflächen- Mittelachse unterschiedliche Positionen einnehmen. Mit anderen Worten ist dieser Abschnitt entlang der Flanschflächen-Mittelachse verschiebbar. Bevorzugt ist an dem bewegbaren Abschnitt die Befestigungsschnittstelle zur Befestigung einer Sensoreinheit zur Kollisionsabsicherung vorgesehen. Eine daran montierte Sensoreinheit kann somit in Abhängigkeit der Position des Abschnitts des Absicherungselements entlang der Flanschflächen-Mittelachse unterschiedliche Bereiche einer Umgebung erfassen. Der Erfassungsbereich lässt sich somit insbesondere in Abhängigkeit dessen einstellen, ob die Effektoreinheit gerade mit einem Werkstück interagiert, in Interaktion treten soll, außer Interaktion treten soll, oder ob keine Werkstück-Interaktion vorgesehen ist. Es lässt sich also in allen diesen Fällen eine besonders zuverlässige Kollisionsabsicherung realisieren. Für den Fall, dass das Absicherungselement stabförmig ausgebildet ist, ist dieser Stab aus- und einfahrbar. Beispielsweise ist das Absicherungselement zu diesem Zweck teleskopartig ausgebildet. Für den Fall, dass das Absicherungselement hülsen oder hülsenabschnittsförmig ist, ist die Hülse oder der Hülsenabschnitt aus- und einfahrbar. Auch in diesem Fall kann das Absicherungselement teleskopartig ausgebildet sein.
Auch kann zumindest ein Abschnitt des Absicherungselements bezüglich der Flanschflächen- Mittelachse um wenigstens einen Abschnitt der Effektoreinheit rotierbar sein. Der Abschnitt des Absicherungselements lässt sich also um einen Außenumfang der Effektoreinheit ganz oder teilweise rotieren. Dafür kann der Abschnitt des Absicherungselements an einer bogen- oder ringförmigen Schiene gelagert sein. Durch eine derartige Beweglichkeit lässt sich mit einem einzigen Absicherungselement und einer gegebenenfalls daran befestigten Sensoreinheit ein besonders großer Bereich einer Umgebung der Effektoreinheit hinsichtlich möglicher Kollisionen absichern.
Das Absicherungselement kann wenigstens einen Abschnitt aus elastisch verformbarem Material umfassen. Ein derartiges Absicherungselement kann taktil arbeiten. Das bedeutet, dass es dazu ausgebildet ist, zur Kollisionsabsicherung mit Objekten im Umfeld der Roboterbaugruppe, Werkstücken und auch Menschen in Kontakt zu treten. Aufgrund des elastisch verformbaren Materials verformt sich wenigstens ein Abschnitt des Absicherungselements, sobald ein kraft- oder momentenbelasteter Kontakt zwischen dem Absicherungselement und einem anderen Objekt, Werkstück oder Mensch auftritt. Aufgrund dieser Verformung ändert wenigstens ein Abschnitt des Absicherungselements seine räumliche Lage. Dies wird sensorisch überwacht. Es wird bemerkt, dass derjenige Abschnitt des Absicherungselements, dessen Änderung der räumlichen Lage sensorisch überwacht wird, mit dem Abschnitt aus elastisch verformbarem Material zusammenfallen kann, aber nicht muss. Der hinsichtlich seiner räumlichen Lager sensorisch überwachte Abschnitt des Absicherungselements kann also im Vergleich zum Abschnitt aus elastisch verformbarem Material auch starr ausgebildet sein. Durch die Überwachung der Verformung kann folglich eine Kollision mit der Effektoreinheit verhindert werden. Eine derartige Kollisionsüberwachung ist einfach und robust. Insbesondere lassen sich so zur Kollisionsabsicherung verwendete Sensoreinheiten an vergleichsweise wenig exponierten Positionen montieren.
Dabei ist es möglich, dass an der Manipulationseinheit oder an der Effektoreinheit eine Verformungssensoreinheit positioniert ist. Diese ist dazu ausgebildet, eine Verformung des Abschnitts aus elastisch verformbarem Material zu detektieren. Wie bereits erläutert lässt sich auch auf diese Weise eine zuverlässige Kollisionsabsicherung realisieren.
In einer Gestaltungsvariante ragt das Absicherungselement im unverformten Zustand entlang der Flanschflächen-Mittelachse auf einer der Flanschfläche abgewandten Seite gegenüber der Effektoreinheit vor. Dies ist insbesondere in einer Ansicht senkrecht zur Flanschflächen- Mittelachse der Fall. In einer solchen Konfiguration kontaktiert also stets zuerst das Absicherungselement ein Objekt, ein Werkstück oder einen Menschen. Erst nach einer gewissen Verformung des Absicherungselements kann die Effektoreinheit das Objekt, das Werkstück oder den Menschen kontaktieren. Es können unerwünschte Kollisionen also zuverlässig vermieden werden.
Außerdem kann die Effektoreinheit eine Bewegungseinheit umfassen oder über eine Bewegungseinheit mit der Manipulatoreinheit gekoppelt sein, sodass wenigstens ein Abschnitt der Effektoreinheit wahlweise aus einem Umfeld des Absicherungselements herausbewegbar ist. Die Effektoreinheit kann also zwei Zustände einnehmen. In einem ersten Zustand ist sie in einem Umfeld des Absicherungselements und wird daher mittels des Absicherungselements hinsichtlich unerwünschter Kollisionen abgesichert. In einem zweiten Zustand ist die Effektoreinheit außerhalb des Umfelds des Absicherungselements und wird daher zumindest nicht mehr vollständig mittels des Absicherungselements hinsichtlich unerwünschter Kollisionen abgesichert. Die Effektoreinheit kann also selektiv in einen weniger gut abgesicherten Zustand überführt werden. Das kann beispielsweise dazu dienen, ein Werkstück aufzunehmen.
Zusätzlich wir die Aufgabe durch ein Absicherungselement für eine erfindungsgemäße Roboterbaugruppe gelöst. Das Absicherungselement umfasst einen Montageabschnitt zur Befestigung des Absicherungselements an einer Manipulatoreinheit und/oder an einer Effektoreinheit der Roboterbaugruppe. Ferner weist das Absicherungselement einen Kragabschnitt auf, der dazu ausgebildet ist, sich seitlich neben zumindest einem Abschnitt der Effektoreinheit zu erstrecken. Am Kragabschnitt ist eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung einer Sensoreinheit zur Kollisionsabsicherung vorgesehen. Alternativ ist wenigstens ein Abschnitt des Kragabschnitts zur Kollisionsabsicherung sensorisch überwachbar. Der Kragabschnitt kragt also mit Bezug auf die Flanschfläche über wenigstens einen Teil der Effektoreinheit aus. Dadurch lässt sich eine Sensoreinheit an vergleichsweise exponierter Stelle montieren. Alternativ lässt sich ein vergleichsweise exponierter Abschnitt des Absicherungselements sensorisch erfassen, sodass sich mittels des Absicherungselements eine vergleichsweise einfache, aber zuverlässige Kollisionsabsicherung für die Effektoreinheit realisieren lässt.
Der Kragabschnitt kann stab förmig, hülsenförmig oder hülsenabschnittsförmig sein. Mittels eines derartig geformten Kragabschnitts lässt sich ein Bereich einer Umgebung einer Effektoreinheit, der an einem der Flanschfläche abgewandten Ende der Effektoreinheit liegt, zuverlässig hinsichtlich unerwünschter Kollisionen absichern. Ferner kann ein Abschnitt des Absicherungselements entlang der Flanschflächen-Mittelachse bewegbar sein. Somit ist das Absicherungselement in seiner Länge entlang der Flanschflächen- Mittelachse einstellbar. Auf diese Weise lässt sich ein Erfassungsbereich einer am Absicherungselement montierten Sensoreinheit einfach und zuverlässig einstellen. Alternativ lässt sich der Detektionsbereich eines sensorisch überwachbaren Absicherungselements leicht adaptieren. Beides ermöglicht eine zuverlässige und flexible Kollisionsabsicherung.
Auch ist es möglich, dass ein Abschnitt des Absicherungselements bezüglich der Flanschflächen-Mittelachse um wenigstens einen Abschnitt der Effektoreinheit rotierbar ist. Dadurch lässt sich ein großer Bereich einer Umgebung der Effektoreinheit hinsichtlich möglicher Kollisionen absichern.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das Absicherungselement wenigstens einen Abschnitt aus elastisch verformbarem Material. Dabei ist eine Verformung des Abschnitts aus elastisch verformbarem Material sensorisch überwachbar. Der Abschnitt des Absicherungselements verformt sich folglich, sobald ein kraft- oder momentenbelasteter Kontakt zwischen dem Absicherungselement und einem anderen Objekt, Werkstück oder Mensch auftritt. Das stellt eine einfache und robuste Kollisionsüberwachung dar.
Im Übrigen gelten für das Absicherungselement die bereits im Zusammenhang mit der Roboterbaugruppe erläuterten Effekte und Vorteile in analoger Weise.
Zudem wird die Aufgabe durch eine Absicherungsbaugruppe mit einem erfindungsgemäßen Absicherungselement und einer Abstandssensoreinheit gelöst. Dabei ist die Abstandssensoreinheit an der Befestigungsschnittstelle des Absicherungselements befestigt. Folglich lassen sich mit der Abstandssensoreinheit auch in einem Bereich um ein Ende einer Effektoreinheit, die einer Flanschfläche abgewandt ist, mit hoher Zuverlässigkeit und Präzision Abstände ermitteln und unerwünschte Kollisionen verhindern. Wie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Roboterbaugruppe erläutert kann dabei die Abstandssensoreinheit eine Abstandssensoreinheit einer Sicherheitseinrichtung gemäß der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 sein. Diese kann mit einer Auswerteeinheit der Sicherheitseinrichtung aus der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 signaltechnisch gekoppelt sein. Es lässt sich somit zur Ab Standsermittlung mittels der Abstandssensoreinheit ein Verfahren zur Ermittlung eines Minimalabstands gemäß der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 verwenden. Es wird also auch im Zusammenhang mit der Absicherungsbaugruppe auf die internationale Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 Bezug genommen, deren Inhalt hiermit vollumfänglich in diese Anmeldung aufgenommen wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
Figur 1 schematisch eine erfindungsgemäße Roboterbaugruppe mit zwei erfindungsgemäßen Absicherungsbaugruppen, die jeweils ein erfindungsgemäßes Absicherungselement gemäß einer ersten Ausführungsform umfassen,
Figur 2 schematisch einen Abschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Roboterbaugruppe, mit zwei erfindungsgemäßen Absicherungsbaugruppen, die jeweils ein erfindungsgemäßes Absicherungselement gemäß einer zweiten Ausführungsform umfassen,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts III der Roboterbaugruppe aus Figur 2,
Figur 4 schematisch einen Abschnitt noch einer erfindungsgemäßen Roboterbaugruppe, mit einer erfindungsgemäßen Absicherungsbaugruppe, die ein erfindungsgemäßes Absicherungselement gemäß einer dritten Ausfuhrungsform umfasst,
Figur 5 den Abschnitt der Roboterbaugruppe aus Figur 4 in einem anderen Betriebszustand,
Figur 6 ein Detail VI aus Figur 5,
Figur 7 schematisch einen Abschnitt einer anderen erfindungsgemäßen Roboterbaugruppe, mit einer erfindungsgemäßen Absicherungsbaugruppe, die ein erfmdungsgemäßes Absicherungselement gemäß einer vierten Ausfuhrungsform umfasst,
Figur 8 den Abschnitt der Roboterbaugruppe aus Figur 7 in einem anderen Betriebszustand,
Figur 9 schematisch einen Abschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Roboterbaugruppe, mit einer erfindungsgemäßen Absicherungsbaugruppe, die ein erfmdungsgemäßes Absicherungselement gemäß einer fünften Ausfuhrungsform umfasst,
Figur 10 schematisch einen Abschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Roboterbaugruppe, mit einer erfindungsgemäßen Absicherungsbaugruppe, die ein erfmdungsgemäßes Absicherungselement gemäß einer sechsten Ausfuhrungsform umfasst,
Figur 11 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts XI der Roboterbaugruppe aus Figur 10 betrachtet entlang einer Richtung XIa in Figur 10,
Figur 12 schematisch einen Abschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Roboterbaugruppe, mit einer erfindungsgemäßen Absicherungsbaugruppe, die ein erfindungsgemäßes Absicherungselement gemäß einer siebten Ausführungsform umfasst,
Figur 13 den Abschnitt der Roboterbaugruppe aus Figur 12 in einem anderen Betriebszustand, und
Figur 14 schematisch einen Abschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Roboterbaugruppe, mit einer erfindungsgemäßen Absicherungsbaugruppe, die ein erfmdungsgemäßes Absicherungselement gemäß einer achten Ausfuhrungsform umfasst.
Figur 1 zeigt eine Roboterbaugruppe 10, die dazu ausgebildet ist, ein Werkstück 12 handzuhaben. Das Werkstück 12 kann also mittels der Roboterbaugruppe 10 von einer ersten Position in eine zweite Position überführt werden.
Die Roboterbaugruppe 10 umfasst hierzu eine Manipulatoreinheit 14, die in der dargestellten Ausführungsform als Roboterarm eines Industrieroboters ausgebildet ist.
Im dargestellten Beispiel ist ein erstes Ende der Manipulatoreinheit 14 auf einem Boden 16 fixiert. An einem zweiten Ende der Manipulatoreinheit 14, das dem ersten Ende entgegengesetzt ist, ist eine Flanschfläche 18 vorgesehen.
Dabei steht senkrecht auf der Flanschfläche 18 eine Flanschflächen-Mittelachse 20.
Parallel zur Flanschfläche 18 und senkrecht zur Flanschflächen-Mittelachse 20 verläuft eine Flanschflächen-Querrichtung 22, die mittels eines Doppelpfeils dargestellt ist.
An der Flanschfläche 18 ist eine Effektoreinheit 24 montiert, die im dargestellten Beispiel als Greifereinheit zum Greifen des Werkstücks 12 ausgebildet ist. Diese umfasst zwei schematisch dargestellte Greifarme 25a, 25b. Die Effektoreinheit 24 hat eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen- Mittelachse 20 und eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Querrichtung 22.
Darüber hinaus umfasst die Roboterbaugruppe 10 eine Absicherungsbaugruppe 26. Genauer gesagt umfasst die Roboterbaugruppe 10 aus Figur 1 zwei Absicherungsbaugruppen 26.
Jede der Absicherungsbaugruppen 26 umfasst ein Absicherungselement 28, das stabförmig ist.
Dabei haben auch die Absicherungselemente 28 eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Mittelachse 20. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Mittelachse 20 größer als eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Querrichtung 22.
Jedes der Absicherungselemente 28 hat an einem ersten Ende 28a einen Montageabschnitt 30, über den es in der dargestellten Ausführungsform an der Manipulatoreinheit 14 befestigt ist.
Zudem hat jedes der Absicherungselemente 28 einen Kragabschnitt 32, der sich jeweils seitlich neben zumindest einem Abschnitt der Effektoreinheit 24 erstreckt. Mit anderen Worten sind die Absicherungselemente 28 zumindest abschnittsweise entlang der Flanschflächen- Querrichtung 22 neben der Effektoreinheit 24 positioniert.
In Figur 1 erstreckt sich einer der Kragabschnitte 32 oberhalb der Effektoreinheit 24 und einer der Kragabschnitte 32 unterhalb der Effektoreinheit 24.
Es kragen somit beide Kragabschnitte 32 über die Effektoreinheit 24 aus. In der dargestellten Ausführungsform kragen die Kragabschnitte 32 zudem über das Werkstück 12 aus.
Dabei sind an jedem der Kragabschnitte 32 zwei Befestigungsschnittstellen 34 zur Befestigung einer zugeordneten Sensoreinheit 36 zur Kollisionsabsicherung vorgesehen.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Sensoreinheiten 36 als Abstandssensoreinheiten 38 ausgebildet. Es ist also an jeder der Befestigungsschnittstellen 34 eine Abstandssensoreinheit 38 befestigt.
Die zugehörigen Erfassungsbereiche 40 der Abstandssensoreinheiten 38 sind jeweils durch zwei dünne Begrenzungslinien 40a, 40b angedeutet. Es versteht sich, dass die Erfassungsbereiche 40 in Realität kegelförmig sind.
Dabei ist anhand der Figur 1 direkt ersichtlich, dass sich die Erfassungsbereiche 40 der an einem zweiten Ende 28b der Absicherungselemente 28 positionierten Abstandssensoreinheiten 38 auf eine der Flanschfläche 18 abgewandte Seite der Effektoreinheit 24 erstrecken. Das zweite Ende 28b ist dem ersten Ende 28a entgegengesetzt. Es lassen sich somit auch Abstände erfassen, die entlang der Flanschflächen-Mittelachse 20 vor der Effektoreinheit 24 liegen.
In der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist ein Werkstück 12 durch die Effektoreinheit 24 aufgenommen. Dabei erstrecken sich die sich die Erfassungsbereiche 40 auch auf eine der Flanschfläche 18 abgewandte Seite des Werkstücks 12.
Auch an der Manipulatoreinheit 14 sind mehrere Abstandssensoreinheiten 42 montiert.
Die Abstandssensoreinheiten 38 und die Abstandssensoreinheiten 42 sind jeweils mit einer nicht näher dargestellten Steuerungseinheit signaltechnisch verbunden.
Dabei sind die Abstandssensoreinheiten 38, 42 dazu ausgebildet, Abstände zwischen Komponenten der Roboterbaugruppe 10 und Menschen 44 sowie weiteren Objekten 46 zu ermitteln, die sich im Arbeitsbereich der Roboterbaugruppe 10 befinden.
Wenn diese Abstände bekannt sind, kann mittels der Steuerungseinheit eine Bewegung der Roboterbaugruppe 10 so verlangsamt, in ihrer Richtung angepasst, gestoppt oder gänzlich verhindert werden, dass keine unerwünschten Kollisionen von Komponenten der Roboterbaugruppe 10 mit dem Mensch 44 und/oder dem Objekt 46 stattfinden.
Mit anderen Worten kann mittels der Abstandssensoreinheiten 38, 42 eine
Kollisionsabsicherung der Roboterbaugruppe 10 realisiert werden. Wie bereits erwähnt, kann hiervor ein Verfahren gemäß der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/054849 verwendet werden.
Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Abschnitt einer weiteren Roboterbaugruppe 10.
Dabei wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zur Ausführungsform gemäß Figur 1 eingegangen. Gleiche oder einander entsprechende Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zur Roboterbaugruppe 10 aus der Figur 1 wird nun eine andere Effektoreinheit 24 verwendet.
Die beiden Absicherungsbaugruppen 26 mit den Absicherungselementen 28 und den Abstandssensoreinheiten 38 sind nunmehr über die jeweiligen Montageabschnitte 30 an der Effektoreinheit 24 befestigt.
Darüber hinaus sind nun auch an der Effektoreinheit 24 zwei weitere Abstandssensoreinheiten 42 vorgesehen.
Noch eine Roboterbaugruppe 10 ist in den Figuren 4, 5 und 6 zu sehen.
Diese wird wieder basierend auf den bereits erläuterten Ausführungsformen beschrieben. Gleiche oder einander entsprechende Bauteile sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist nun lediglich eine einzige Absicherungsbaugruppe 26 vorgesehen.
Dabei erstreckt sich das zugehörige Absicherungselement 28 im Wesentlichen entlang der Flanschflächen-Mittelachse 20. Es hat also im Wesentlichen keine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Querrichtung 22. Im Übrigen ist die Effektoreinheit 24 im Wesentlichen zur Effektoreinheit 24 aus den Figuren 2 und 3 identisch. Einzig die Abstandssensoreinheiten 42 sind leicht anders positioniert.
In der Ausführungsform gemäß Figuren 4 bis 6 werden wie gehabt die Abstandssensoreinheiten 38, 42 zur Kollisionsabsicherung verwendet.
Zusätzlich wird die Abstandssensoreinheit 38 dafür genutzt, eine vorgegebene Aufnahmeposition zur Aufnahme des Werkstücks 12 einlernen und im Betrieb zuverlässig anfahren zu können. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Position des Werkstücks 12 schwankungsbehaftet ist oder nur grob bekannt ist.
Zu diesem Zweck ist an einem Werkstückträger 47, aus dem das Werkstück 12 entnommen werden soll, eine Referenzkontur 48 vorgesehen, die mittels der Abstandssensoreinheit 38 abgetastet werden kann. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass mittels der Effektoreinheit 24 das Werkstück 12 an der dafür vorgesehenen Stelle aufgenommen wird.
Figur 6 zeigt in diesem Zusammenhang eine Variante, bei der am Absicherungselement 28 insgesamt drei Abstandssensoreinheiten 38 angeordnet sind, sodass sich die Effektoreinheit 24 mit hoher Präzision gegenüber dem Werkstück 12 ausrichten lässt. Zusätzlich oder alternativ zu einer der drei Abstandssensoreinheiten 38 kann eine Kraftsensoreinheit vorgesehen sein.
Die Figuren 7 und 8 zeigen eine weitere Roboterbaugruppe 10, zu der wieder lediglich die Unterschiede gegenüber den bereits erläuterten Ausführungsformen erläutert werden. Wie gehabt tragen gleiche oder einander entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen.
In der Ausführungsform gemäß Figuren 7 und 8 ist das Absicherungselement 28, an dem wieder eine Abstandssensoreinheit 38 befestigt ist, entlang der Flanschflächen-Mittelachse 20 verschiebbar.
Hierzu ist ein Verschiebeantrieb 50 vorgesehen, der antriebsmäßig mit dem
Absicherungselement 28 gekoppelt ist. Mittels des Verschiebeantriebs 50 lässt sich somit das Absicherungselement 28 entlang der Flanschflächen-Mittelachse 20 vor- und zurückbewegen. Beispielsweise kann das Absicherungselement 28 zum Aufnehmen und Ablegen eines Werkstücks 12 aus dem Werkstückträger 47 zurückgezogen werden (siehe insbesondere Figur 8). Auf diese Weise ergibt sich ein ausreichend großer Freiraum zur Interaktion der Effektoreinheit 24 mit dem Werkstück 12.
Dabei kann die am Absicherungselement 28 befestigte Abstandssensoreinheit 38 auch selektiv deaktiviert werden. Somit wird das Werkstück 12 nicht als potenziell kollisionsgefährdetes Objekt detektiert.
Figur 9 zeigt noch eine andere Roboterbaugruppe 10, zu der wieder lediglich die Unterschiede gegenüber den bereits erläuterten Ausführungsformen erläutert werden. Wie gehabt tragen gleiche oder einander entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen.
Die Roboterbaugruppe 10 aus Figur 9 weist eine einzige Absicherungsbaugruppe 26 auf. Dabei erstreckt sich das Absicherungselement 28 entlang der Flanschflächen-Mittelachse 20 und entlang der Flanschflächen-Querrichtung 22.
Das Absicherungselement 28 ist weiterhin stabförmig und weist an seinem zweiten Ende eine Befestigungsschnittstelle 34 auf, an der eine Abstandssensoreinheit 38 montiert ist.
In der Ausführungsform gemäß Figur 9 ist nun das Absicherungselement 28 bezüglich der Flanschflächen-Mittelachse 20 um die Effektoreinheit 24 rotierbar. Das ist durch den Pfeil 52 sowie eine gestrichelt dargestellte Alternativposition des Absicherungselements 28 und der Abstandssensoreinheit 38 illustriert. Es versteht sich jedoch, dass sich das Absicherungselement mit der Abstandssensoreinheit 38 stufenlos rotieren lässt. Neben den in der Figur 9 dargestellten Positionen können also auch Zwischenpositionen eingenommen werden. Indem das Absicherungselement 28 mit der Abstandssensor 38 um die Flanschflächen- Mittelachse 20 rotiert wird, lässt sich eine Umgebung der Effektoreinheit 24, die an einem der Flanschfläche 18 abgewandten Ende der Effektoreinheit 24 liegt, hinsichtlich möglicher Hindernisse abscannen.
In den Figuren 10 und 11 ist noch eine Roboterbaugruppe 10 zu sehen. Wie gehabt wird diese basierend auf den vorhergehenden Ausführungsformen erläutert.
Gleiche oder einander entsprechende Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist nun das Absicherungselement 28 hülsenförmig. Es läuft dabei in der dargestellten Ausführungsform vollständig um einen Außenumfang der Effektoreinheit 24 um.
Mit anderen Worten ist das Absicherungselement 28 als Absicherungskragen ausgebildet.
Dabei weist das Absicherungselement 28, d.h. der Absicherungskragen, ein erstes Ende 28a auf, über das er an der Effektoreinheit 24 befestigt ist.
Ein zweites Ende 28b ist dem ersten Ende 28a entgegengesetzt. Das zweite Ende 28b ist somit durch einen der Flanschfläche 18 abgewandten Rand des Absicherungselements 28 gebildet.
Am zweiten Ende 28b sind zwei Befestigungsschnittstellen 34 zur Befestigung jeweils einer Sensoreinheit 36 zur Kollisionsabsicherung vorgesehen. Wie bisher sin die Sensoreinheiten 36 als Abstandssensoreinheiten 38 ausgeführt.
In der Ausführungsform aus den Figuren 10 und 11 weist das Absicherungselement 28 zudem mehrere Öffnungen 54 auf. Durch diese Öffnungen 54 kann im Betrieb der Roboterbaugruppe 10 die Effektoreinheit 24 und ein gegebenenfalls mit dieser interagierendes Werkstück 12 beobachtet werden.
Eine weitere Roboterbaugruppe 10 ist in den Figuren 12 und 13 gezeigt. Auch in dieser Variante ist das Absicherungselement 28 hülsenförmig und läuft vollständig um einen Außenumfang der Effektoreinheit 24 um.
Dabei ragt das Absicherungselement 24 entlang der Flanschflächen-Mittelachse 20 auf einer der Flanschfläche 18 abgewandten Seite gegenüber der Effektoreinheit 24 vor.
Ferner ist in der Variante aus den Figuren 12 und 13 das Absicherungselement 28 aus einem elastisch verformbaren Material 56 hergestellt.
Dabei sind am Absicherungselement 28 selbst keine Sensoreinheiten angebracht. Ebenfalls fehlen entsprechende Befestigungsschnittstellen.
Allerding sind die an der Effektoreinheit 24 positionierten Sensoreinheiten 42 dazu ausgebildet, eine Verformung des Absicherungselements 28 sensorisch zu überwachen. Das bedeutet, dass mittels der Sensoreinheiten 42 eine Verformung des Absicherungselements 28 erkannt werden kann.
Die Sensoreinheiten 42 sind demnach im vorliegenden Beispiel Verformungssensoreinheiten 58.
Die Verformungssensoreinheiten 58 sind als Abstandssensoreinheiten ausgeführt.
In der Figur 13 ist zu sehen, wie sich das Absicherungselement 28 durch Inkontakttreten mit einem Objekt 60 verformt und diese Verformung durch die Verformungssensoreinheit 58 detektiert wird.
Eine weitere Roboterbaugruppe 10 ist in Figur 14 gezeigt.
Dabei ist nun das Absicherungselement 28 hülsenabschnittsförmig ausgestaltet. In der dargestellten Ausführungsform läuft dabei das Absicherungselement 28 nur teilweise um den Außenumfang der Effektoreinheit 24 um. Das hülsenabschnittsförmige Absicherungselement 28 hat dabei die Form einer Halbschale.
Allerding umfasst nun die Effektoreinheit 24 eine Bewegungseinheit 62, über die ein Abschnitt Effektoreinheit 24 wahlweise aus einem Umfeld des Absicherungselements 28 herausbewegbar ist.
Der Abschnitt der Effektoreinheit 24 kann also eine erste Stellung einnehmen, in der er teilweise vom Absicherungselement 28 umschlossen ist. In einer zweiten Stellung ist der Abschnitt der Effektoreinheit 24 nicht vom Absicherungselement 28 umschlossen.
Die zweite Stellung kann beispielsweise verwendet werden, wenn die Effektoreinheit ein Werkstück 12 aufnehmen oder ablegen soll. Die erste Stellung wird in allen anderen Fällen verwendet.
In allen Ausführungsformen ist wenigstens eine Abstandssensoreinheit 38 mittels des Absicherungselements 28 derart exponiert montiert, dass Objekte 46 und/oder Menschen 44, die sich in einem Umfeldabschnitt an einem Ende der Effektoreinheit 24, das der Flanschfläche 18 entgegengesetzt ist, mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit detektiert werden können. Das gilt unabhängig davon, ob mit der Effektoreinheit 24 ein Werkstück 12 gegriffen ist oder nicht. Mit andere Worten ist die wenigstens eine Abstandssensoreinheit 38 so montiert, dass sie um die Effektoreinheit 24 und gegebenenfalls das Werkstück 12 herumschauen kann.
Alternativ dazu ist wenigstens ein Abschnitt des Absicherungselements 28 sensorisch überwacht und derart exponiert montiert, dass Objekte 46 und/oder Menschen 44, die sich in einem Umfeldabschnitt an einem Ende der Effektoreinheit 24, das der Flanschfläche 18 entgegengesetzt ist, mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit detektiert werden können. Auch dies kann unabhängig davon erfolgen, ob mit der Effektoreinheit 24 ein Werkstück gegriffen ist oder nicht. Es wird eine Verformung des Absicherungselements 28 sensorisch ermittelt. Bezugszeichenliste
Roboterbaugruppe
Werkstück
Manipulatoreinheit
Boden
Flanschfläche
Fl anschfl ächen-Mittel ach se
Flanschflächen-Querrichtung
Effektoreinheit a Greifarm b Greifarm
Absicherungsbaugruppe
Absicherungselement a erstes Ende des Absicherungselements b zweites Ende des Absicherungselements
Montageab schnitt
Kragabschnitt
Befestigungsschnittstelle
Sensoreinheit
Abstandssensoreinheit
Erfas sungsb er eich a Begrenzungslinie b Begrenzungslinie
Abstandssensoreinheit
Mensch
Objekt
Werkstückträger
Referenzkontur Verschiebeantrieb Pfeil Öffnung elastisch verformbares Material Verformungssensoreinheit Objekt Bewegungseinheit

Claims

Patentansprüche Roboterbaugruppe (10) zur Bearbeitung und/oder Handhabung eines Werkstücks (12), umfassend
- eine Manipulatoreinheit (14) mit einer Flanschfläche (18), wobei senkrecht auf der Flanschfläche (18) eine Flanschflächen-Mittelachse (20) steht und parallel zur Flanschfläche (18) eine Flanschflächen-Querrichtung (22) verläuft,
- eine Effektoreinheit (24), die an der Flanschfläche (18) montiert ist und eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Mittelachse (20) sowie eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Querrichtung (22) aufweist, und
- ein Absicherungselement (28), das an der Manipulatoreinheit (14) und/oder an der Effektoreinheit (24) befestigt ist und eine Erstreckungskomponente entlang der Flanschflächen-Mittelachse (20) hat, wobei das Absicherungselement (28) zumindest abschnittsweise entlang der Flanschflächen-Querrichtung (22) neben der Effektoreinheit (24) positioniert ist, und wobei am Absicherungselement (28) eine Befestigungsschnittstelle (34) zur Befestigung einer Sensoreinheit (36) zur Kollisionsabsicherung vorgesehen ist oder wobei das Absicherungselement (28) zur Kollisionsabsicherung sensorisch überwachbar ist. Roboterbaugruppe (10) nach Anspruch 1, wobei an der Befestigungsschnittstelle (34) des Absicherungselements (28) wenigstens eine Abstandssensoreinheit (38) befestigt ist, deren Erfassungsbereich (40) sich auf eine der Flanschfläche (18) abgewandte Seite der Effektoreinheit (24) erstreckt. Roboterbaugruppe (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Absicherungselement (28) stabförmig ist und ein erstes Ende (28a) sowie ein zweites Ende (28b) aufweist, welches dem ersten Ende (28a) entgegengesetzt ist, wobei das Absicherungselement (28) über das erste Ende (28a) an der Manipulatoreinheit (14) und/oder an der Effektoreinheit (24) befestigt ist, und wobei die Befestigungsschnittstelle (34) zur Befestigung einer Sensoreinheit (36) im Bereich des zweiten Endes (28b) vorgesehen ist. Roboterbaugruppe (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Absicherungselement (28) hülsenförmig oder hülsenabschnittsförmig ist und ganz oder teilweise um einen Außenumfang der Effektoreinheit (24) umläuft. Roboterbaugruppe (10) nach Anspruch 4, wobei an oder benachbart zu einem der Flanschfläche (18) abgewandten Rand des Absicherungselements (28) wenigstens zwei Befestigungsschnittstellen (34) zur Befestigung jeweils einer Sensoreinheit (36) zur Kollisionsabsicherung vorgesehen sind. Roboterbaugruppe (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Absicherungselement (28) wenigstens eine Öffnung (54) aufweist. Roboterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Abschnitt des Absicherungselements (28) entlang der Flanschflächen-Mittelachse (20) bewegbar ist. Roboterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Abschnitt des Absicherungselements (28) bezüglich der Flanschflächen-Mittelachse (20) um wenigstens einen Abschnitt der Effektoreinheit (24) rotierbar ist. Roboterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Absicherungselement (28) wenigstens einen Abschnitt aus elastisch verformbarem Material (56) umfasst. Roboterbaugruppe (10) nach Anspruch 9, wobei an der Manipulationseinheit (14) oder an der Effektoreinheit (24) eine Verformungssensoreinheit (58) positioniert ist, die dazu ausgebildet ist, eine Verformung des Abschnitts aus elastisch verformbarem Material (56) zu detektieren. Roboterbaugruppe (10) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Absicherungselement (28) im unverformten Zustand entlang der Flanschflächen-Mittelachse (20) auf einer der Flanschfläche (18) abgewandten Seite gegenüber der Effektoreinheit (24) vorragt. Roboterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Effektoreinheit (24) eine Bewegungseinheit (62) umfasst oder über eine Bewegungseinheit (62) mit der Manipulatoreinheit (14) gekoppelt ist, sodass wenigstens ein Abschnitt der Effektoreinheit (24) wahlweise aus einem Umfeld des Absicherungselements (28) herausbewegbar ist. Absicherungselement (28) für eine Roboterbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Montageabschnitt (30) zur Befestigung des Absicherungselements (28) an einer Manipulatoreinheit (14) und/oder an einer Effektoreinheit (24) der Roboterbaugruppe (10), und einem Kragabschnitt (32), der dazu ausgebildet ist, sich seitlich neben zumindest einem Abschnitt der Effektoreinheit (24) zu erstrecken, wobei am Kragabschnitt (32) eine Befestigungsschnittstelle (34) zur Befestigung einer Sensoreinheit (36) zur Kollisionsabsicherung vorgesehen ist oder wobei wenigstens ein Abschnitt des Kragabschnitts (36) zur Kollisionsabsicherung sensorisch überwachbar ist. Absicherungselement (28) nach Anspruch 13, wobei der Kragabschnitt (32) stabförmig, hülsenförmig oder hülsenabschnittsförmig ist. Absicherungsbaugruppe (26) mit einem Absicherungselement (28) nach Anspruch 13 oder 14 und einer Abstandssensoreinheit (38), wobei die Abstandssensoreinheit (38) an der Befestigungsschnittstelle (34) des Absicherungselements (28) befestigt ist.
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