DE102019107854B3 - Robotergreifer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer (100) sowie ein Verfahren zum Betrieb eines ebensolchen Robotergreifers (100). Der vorgeschlagene Robotergreifer (100) weist auf: zumindest eine Antriebseinheit (101) zum Antrieb eines Abtriebsstrangs (102) mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE(103), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1; eine Steuereinheit (104) zur Ansteuerung der Antriebseinheit (101) mit einer Speichereinheit (106); ein mit der Steuereinheit (104) verbundenes Sensorsystem (105) mit zumindest einem Sensor (120) und einer Auswerteeinheit (107) zur Ermittlung von Kräften/Momenten F(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE(103) ausgeübt werden; wobei die Steuereinheit (104) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass sie auf vorbestimmte Kräfte/Momente F(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE(103) ausgeübt werden, derart reagiert, dass die Antriebseinheit (101) die Wirkelemente WE(103) derart ansteuert, dass die Wirkelemente WE(103) vorbestimmte zugeordnete Operationen OPSausführen.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers.
• Robotergreifer (auch genannt: „Greifer“ oder „Greifsystem“ oder „Effektor“ oder „Endeffektor“) sind im Stand der Technik bekannt. Robotergreifer sind typischerweise am distalen Ende von Robotermanipulatoren angeordnet und übernehmen Aufgaben, wie das Greifen und/oder Halten von Objekten/Werkzeugen.
• Ein Robotergreifer umfasst typischerweise eine Antriebseinheit, einen Abtriebsstrang (auch genannt: kinematisches System), der Wirkelemente bewegt, eine mechanische Schnittstelle zum lösbar-festen Verbinden des Robotergreifers beispielsweise mit einem Robotermanipulator, eine Energie-Schnittstelle zur Zuführung einer für den Betrieb des Robotergreifers erforderlichen Energie, sowie eine Steuersignal-Schnittstelle zur Zuführung von Steuersignalen (bspw. von einer zentralen Robotersteuereinheit).
• Wirkelemente sind diejenigen Elemente des Robotergreifers, die beim Greifen und Halten eines Objekts einen direkten Kontakt zu dem Objekt haben und dabei eine Greifkraft auf das Objekt ausüben können. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie ein Robotergreifer ein Objekt halten kann. Man unterscheidet hierbei bspw. unterschiedliche Wirkpaarungen: Kraftpaarung, Formpaarung, Stoffpaarung. Weiterhin gibt es eine Vielzahl von Ausgestaltungen der Wirkelemente selbst, beispielsweise als Greiferbacke (bei einem Parallelbackensgreifer) oder als mehrgliedrigen Finger (bei einer künstlichen Hand).
• Die Antriebseinheit erzeugt die für den Greif- oder Haltevorgang benötigte Bewegungsenergie. Die Antriebseinheit treibt den Abtriebsstrang an und erzeugt somit entsprechende Bewegungen der Wirkelemente. Dadurch wird das Öffnen, Schließen und Halten eines Objekts durch den Robotergreifer möglich.
• Der Abtriebsstrang dient zum Übertragen der von der Antriebseinheit erzeugten Bewegungsenergie zu den Wirkelementen. Er überführt somit eine Bewegung der Antriebseinheit in eine Abtriebsbewegung des Robotergreifers, d.h. in eine entsprechende Bewegung der Wirkelemente.
• Aus dem Dokument DE 10 2016 111 173 A1 ist ein Verfahren zu Betreiben einer Greif - bzw- Spannvorrichtung bekannt. Dieses Verfahren zum Betreiben einer in Bewegungsrichtung bewegbare Backe, und einem an der Backe angeordneten Greif - bzw. Spannfinger, umfasst die folgenden Schritte: A. Bewegen des Greif - beziehungsweise Spannfingers von einer Ausgangsposition zu einer voreingestellten Werkstückposition zum Greifen bbzw. Spannen eines Werkstücks, wobei mit einem ersten Sensor eine Größe erfasst wird, die eine entgegen der Bewegungsrichtung wirkende Kraft charakterisiert; und B. Veranlassen einer Aktion, wenn die erfasste Größe vor Erreichen der Werkstückposition einen Grenzwert überschreitet. Weiterer Stand der Technik ergibt sich aus folgenden Dokumenten DE 10 2017 111 008 A1 , DE 10 2016 208 362 A1 , DE 10 2016 207 942 A1 , DE 10 2015 008 577 A1 , DE 10 2015 007 436 A1 .
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Robotergreifer bereitzustellen, der eine einfachere Bedienung ermöglicht.
• Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
• Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Robotergreifer aufweisend: zumindest eine Antriebseinheit zum Antrieb eines Abtriebsstrangs mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE_n, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1; eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Antriebseinheit; eine Speichereinheit; ein mit der Steuereinheit verbundenes Sensorsystem mit zumindest einem Sensor und einer Auswerteeinheit zur Ermittlung von Kräften/Momenten F_ext,WEn(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n ausgeübt werden; wobei die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass sie auf vorbestimmte Kräfte/Momente F_ext,WEn(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n ausgeübt werden, derart reagiert, dass die zumindest eine Antriebseinheit die Wirkelemente WE_n derart ansteuert, dass die Wirkelemente WE_n vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS_n ausführen.
• Die Antriebseinheit wandelt vorliegend eine dem Robotergreifer bereitgestellte Energie (bspw. pneumatische Energie, hydraulische Energie oder elektrische Energie) in mechanische Energie, d.h. in eine Bewegung um. Diese Bewegung ist vorteilhaft eine Translations- und/oder eine Rotationsbewegung. Vorteilhaft ist die Antriebseinheit ein Elektromotor, der bereitgestellte elektrische Energie (Spannung U, Strom I), in eine mechanische Rotation wandelt. Je nach Anwendung eignen sich natürlich auch andere Antriebseinheiten, wie bspw. ein Hydraulikmotor oder ein Pneumatikmotor) zum Antrieb des Abtriebsstrangs. Vorteilhaft treibt die Antriebseinheit mehrere Wirkelemente WE_n, insbesondere zwei Wirkelemente WE_n=1,2, an. Vorteilhaft weist der Robotergreifer mehrere Antriebseinheiten auf, die jeweils ein oder mehrere Wirkelemente WE_n antreiben. Die Antriebseinheit kann insbesondere ein Getriebe zur Unter- oder Übersetzung einer Rotationsbewegung umfassen.
• Der Abtriebsstrang (auch genannt: kinematisches System) überträgt die von der Antriebseinheit erzeugte mechanische Bewegung auf ein oder mehrere Wirkelemente WE_n, sodass sich diese entsprechend bewegen. Zur mechanischen Realisierung des Abtriebsstrangs in einem Robotergreifer sind im Stand der Technik eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt. Besonders vorteilhaft umfasst der Abtriebsstrang einen Riemen, insbesondere einen Zahnriemen.
• Der Sensor kann einen oder mehrere der in der folgenden nicht abschließenden Liste genannten Sensoren umfassen: einen Positionssensor zur Ermittlung einer Position q_AE der Antriebseinheit AE und/oder einen Positionssensor zur Ermittlung einer Position q_AS des Abtriebsstrangs AS und/oder einen Geschwindigkeitssensor zur Ermittlung einer Antriebseinheitsgeschwindigkeit q̇_AE der Antriebseinheit AS und/oder einen Geschwindigkeitssensor zur Ermittlung einer Abtriebsstranggeschwindigkeit q̇_AS des Abtriebsstrangs As und/oder einen Drehmomentsensor zur Ermittlung eines Drehmoments τ_AE der Antriebseinheit AE und/oder einen Drehmomentsensor zur Ermittlung eines Drehmoments τ_AS im Abtriebsstrang AS und/oder einen Stromsensor zur Ermittlung eines Motorstroms I_M eines Elektromotors der Antriebseinheit AE. Bei mehrphasig angesteuerten Elektromotoren umfasst der Begriff „Motorstrom“ auch die Ströme in den verschiedenen Phasen.
• Vorteilhaft sind auf den Wirkelementen WE_n keine Sensoren angeordnet. Dadurch entfällt eine entsprechende Kabelverbindung zu Sensoren auf den Wirkelementen WE_n. Die Wirkelemente WE_n sind vorteilhaft auch austauschbar. So können vorteilhaft verschiedenarte Wirkelemente WE_n mit dem Abtriebsstrang AS verbunden werden, um beispielsweise unterschiedliche Wirkpaarungen, wie Kraftpaarung, Formpaarung, Stoffpaarung beim Greifen oder Halten zu ermöglichen.
• Vorteilhaft erfolgt die Ermittlung der extern auf die Wirkelemente WE_n einwirkenden Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) auf Basis eines vorgegebenen Dynamikmodells des Robotergreifers. Das Dynamikmodell ist ein mathematisches Modell, das es erlaubt, die Komponenten des Robotergreifers und deren dynamischen Wechselwirkungen zu simulieren. Das Dynamikmodell liegt insbesondere der Steuereinheit für die Steuerung und Regelung der Antriebseinheit AE zu Grunde.
• Vorteilhaft erfolgt die Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n unter Nutzung eines Störgrößenbeobachters, insbesondere durch einen Leistungsbeobachter oder einen Impulsbeobachter oder einen Geschwindigkeitsbeobachter oder einen Beschleunigungsbeobachter. Vorteilhaft werden zur Kollisionsüberwachung eine oder mehrere der gemessenen Größen: q_AE, q_AS, q̇_AE, q̈_AE q̇_AS , q̈_AS τ_AE, τ_AS, I_M verwendet. Dabei können die Größen: q̇_AE, q̈_AE bzw. q̇_AS, q̈_AS auch auf Basis entsprechender Zeitableitungen aus den Größen: q_AE bzw. q_AS ermittelt werden. Vorteilhaft erfolgt die Kollisionsüberwachung auf Basis eines Vergleiches einer Soll- und einer Ist-Position für q_AE, q_AS.
• Der vorgeschlagene Robotergreifer ermöglicht insbesondere eine einfache Steuerung des Robotergreifers durch eine haptische Gesteneingabe eines Bedieners. Die Steuerung des Robotergreifers kann dadurch intuitiv gestaltet werden. Beispielsweise lässt sich ein Auseinanderbewegen/Öffnen der Wirkelemente WE_n (bspw. OPS_n=1) durch einmaliges Antippen eines der Wirkelemente WE_n mit einer vorgegebenen Mindestkraft triggern und ein Aufeinanderzufahren/Schließen der Wirkelemente WE_n (bspw. OPS_n=2) durch zweimaliges Antippen eines der Wirkelemente WE_n mit einer vorgegebenen Mindestkraft triggern. Je nach vorgegebenen Kräften/Momenten F_ext,WEn(t) bzw. vorgegebenen Zeitverläufen der Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) und deren jeweiliger Zuordnung zu entsprechenden Operationen ist eine Vielzahl von Steuereingaben definierbar und durch einen Bediener nutzbar. Bisher notwendige Schalter/Taste am Robotergreifer zum Triggern solcher Operationen können somit entfallen. Da die Zuordnung zwischen vorgegebenen Kräften/Momenten F_ext,WEn(t) bzw. vorgegebenen Zeitverläufen der Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) zu den Operationen OPS_n vorteilhaft variabel vorgebbar ist, bspw. durch eine entsprechende Programmierung der Steuereinheit des Robotergreifers oder entsprechende Vorgabe neuer solcher Zuordnungen auf der Speichereinheit etc., sind die externen Eingaben (vorgegebene Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) bzw. vorgegebene Zeitverläufe der externen Kräfte/Momente F_ext,WEn(t)) sowie deren Zuordnung zu Operationen OPS_n zu dem vorteilhaft für verschiedene Bediener individualisierbar.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung des Robotergreifers zeichnet sich dadurch aus, dass der Robotergreifer zumindest in einen Lern-Betriebsmodus und in einen weiteren Betriebsmodus schaltbar ist, und die Operationen OPS_n nur in dem Lern-Betriebsmodus ausgeführt werden. Der Lern-Betriebsmodus ist vorteilhaft ein so genannter „Teach-In-Betriebsmodus, bei dem bspw. Greifvorgänge durch manuelles, teilaktives oder autonomes Bewegen der Wirkelemente WE_n gelernt werden.
  Der andere Betriebsmodus ist vorteilhaft ein Normal-Betriebsmodus, bei dem der Robotergreifer bspw. gemäß eines auf einem zentralen Robotersteuerungsrechner ausgeführten Steuerprogramms angesteuert wird..
• Erfindungsgemäß zeichnet sich der vorgeschlagene Robotergreifer dadurch aus, dass die Auswerteeinheit derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass die je Wirkelement WE_n ermittelten Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) jeweils in eine Klasse K_n,h einer Menge H von vorgegebenen Klassen H = {K_n,h} mit n = 1, 2, ..., N und h = 1, 2, ..., H als Klassifizierungsergebnis K_n,h* klassifiziert werden; auf der Speichereinheit eine Zuordnung aller Klassen K_n,h zu zugeordneten Operationen OPS(K_n,h) gespeichert ist; und die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass abhängig von dem Klassifizierungsergebnis K_n,h* vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS(K_n,h*) durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheit ausgeführt werden. Dabei bezeichnet der Stern (*) ein aktuelles Klassifizierungsergebnis ermittelter Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) .
• Vorteilhaft ist die Auswerteeinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass die Klassifikation F_ext,WEn(t) in eine Klasse K_n,h mittels Positionssensoren erfasste Positionen POS_WEn(t) der Wirkelemente WE_n und/oder deren erste, zweite und/oder dritte Zeitableitung berücksichtigt. Dies ermöglicht eine weitere verfeinerte Vorgabe verschiedener externen Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) und zugeordneter Operationen OPS_n.
• Vorteilhaft ist die Auswerteeinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass unterschiedliche Beträge, Richtungen und/oder unterschiedliches Zeitverhalten der ermittelten Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) bei der Klassifizierung berücksichtigt werden.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Robotergreifers zeichnet sich dadurch aus, dass der Robotergreifer weiterhin eine Schnittstelle zum Datenaustausch mit einer externen Steuereinheit aufweist, wobei an der Schnittstelle vorteilhaft bereitgestellt wird: seitens der Steuereinheit: ein aktueller Zustand des Robotergreifers, und/oder seitens der Steuereinheit: eine aktuelle Ansteuerung der Antriebseinheit, und/oder seitens der externen Steuereinheit: von dieser erzeugte Steuerdaten zur Ansteuerung der Antriebseinheit, und/oder seitens des Sensorsystems: ermittelte Kräfte/Momente F_ext,WEn(t), und/oder seitens der externen Steuereinheit: ein Soll-Zustand der Robotergreifers.
• Vorteilhaft ist die Schnittstelle als Funkschnittstelle zum drahtlosen Datenaustausch mit der externen Steuereinheit ausgebildet. Vorteilhaft nutzt die Funkschnittstelle einen 5G- oder 6G-Standard zum Datenaustausch. Dieser ermöglicht insbesondere kurze Latenzzeiten und kann daher kabelgebundene Verbindungen zu derartigen externen Steuereinheiten ersetzen.
• Vorteilhaft weist der Robotergreifer weiterhin eine elektro-mechanische Schnittstelle auf, mittels der der Robotergreifer mechanisch und elektrisch an einen Roboter oder Robotermanipulator lösbar-fest koppelbar ist.
• Vorteilhaft weist der Robotergreifer weiterhin eine Anzeigeeinheit zur Anzeige des aktuellen Betriebsmodus des Robotergreifers und/oder eines aktuellen Zustands Robotergreifers und/oder einer aktuell ausgeführten Operation OPS/OPS(VE_n)/ OPS(K_n,h*) auf.
• Vorteilhaft weist der Robotergreifer weiterhin einen Taster oder Schalter zum Umschalten des aktuellen Betriebsmodus des Robotergreifers auf.
• Die vorbestimmten Operationen OPS(VE_n) umfassen vorteilhaft eine oder mehrere der Operationen aus folgender, nicht abschließender Liste:
• es wird keine Operation oder Aktivität ausgeführt
• Öffnen der Wirkelemente WE_n
• Schließen der Wirkelemente WE_n
• Versetzen Robotergreifers aus einem Ruhezustand in einen aktiven Zustand Versetzen des Robotergreifers aus einem aktiven Zustand in einen Ruhezustand Versetzen des Robotergreifers in den Lern-Betriebsmodus
• Ermitteln eines Durchmessers eines gegriffenen oder zu greifenden Objekts Versetzen des Robotergreifers in einen Betriebsmodus, in dem die Steuereinheit als Slave einer mit der Steuereinheit verbindbaren externen Master-Steuereinheit arbeitet
• Versetzen des Robotergreifers in einen Betriebsmodus, in dem die Steuereinheit als Mastereinheit arbeitet
• Ermitteln einer Greifkraft der Wirkelemente WE_n
• Optimieren einer Greifkraft der Wirkelemente WE_n
• Ändern eines aktuellen Betriebsmodus des Robotergreifers Steuern einer graphischen Benutzeroberfläche einer Anzeigevorrichtung des Robotergreifers oder einer externen Anzeigevorrichtung,
• Erzeugen von Steuerdaten zur Ansteuerung der externen Steuereinheit und Bereitstellen dieser Steuerdaten an der Schnittstelle.
• Vorteilhaft weist der Robotergreifer ein Gehäuse auf, in das die Antriebseinheit, der Abtriebsstrang, die Steuereinheit, das Sensorsystem, die Speichereinheit und die Auswerteeinheit integriert sind. Das Gehäuse wird vorteilhaft nur von der Wirkelementen WE_n überragt.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Roboter, einen Humanoiden oder einen Robotermanipulator mit einem Robotergreifer, wie vorstehend beschrieben. Der Robotergreifer ist vorteilhaft am distalen Ende des Roboter Manipulators angeordnet.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers, der aufweist: zumindest eine Antriebseinheit zum Antrieb eines Abtriebsstrangs mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE_n, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1; eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Antriebseinheit; eine Speichereinheit; ein mit der Steuereinheit verbundenes Sensorsystem mit einer Auswerteeinheit zur Ermittlung von Kräften/Momenten F_ext,WEn(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n (103) ausgeübt werden; wobei die Steuereinheit auf vorbestimmte Kräfte/Momente F_ext,WEn(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n ausgeübt werden, die Antriebseinheit derart ansteuert, dass die Wirkelemente WE_n vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS_n ausführen.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens ist der Robotergreifer zumindest in einen Lern-Betriebsmodus oder in einen weiteren Betriebsmodus schaltbar, wobei die Operationen OPS_n nur in dem Lern-Betriebsmodus ausgeführt werden.
• Erfindungsgemäß zeichnet sich das vorgeschlagene Verfahren dadurch aus, dass die Auswerteeinheit die je Wirkelement WE_n ermittelten Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) jeweils in eine Klasse K_n,h einer Menge H von vorgegebenen Klassen H = {K_n,h} mit n = 1, 2, ..., N und h = 1, 2, ..., H als Klassifizierungsergebnis K_n,h* klassifiziert; wobei auf der Speichereinheit eine Zuordnung aller Klassen K_n,h zu zugeordneten Operationen OPS(K_n,h) gespeichert ist, und die Steuereinheit abhängig von dem Klassifizierungsergebnis K_n,h* vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS(K_n,h*) durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheit ausgeführt.
• Vorteilhaft berücksichtigt die Auswerteeinheit bei der Klassifikation von den ermittelten externen Kräften/Momenten F_ext,WEn(t) in eine Klasse K_n,h mittels Positionssensoren erfasste Positionen POS_WEn(t) der Wirkelemente WE_n und/oder deren erste, zweite und/oder dritte Zeitableitung.
• Vorteilhaft berücksichtigt die Auswerteeinheit unterschiedliche Beträge, Richtungen und/oder unterschiedliches Zeitverhalten der ermittelten Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) bei der Klassifizierung.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Robotergreifer weiterhin eine Schnittstelle zum Datenaustausch mit einer externen Steuereinheit aufweist, wobei an der Schnittstelle bereitgestellt wird/werden: seitens der Steuereinheit: ein aktueller Zustand des Robotergreifers und/oder seitens der Steuereinheit: eine aktuelle Ansteuerung der Antriebseinheit und/oder seitens der externen Steuereinheit: von dieser erzeugte Steuerdaten zur Ansteuerung der Antriebseinheit und/oder seitens des Sensorsystems: ermittelte Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) und/oder seitens der externen Steuereinheit: ein Soll-Zustand der Robotergreifers.
• Vorteilhaft weist der Robotergreifer eine Anzeigeeinheit aufweist, wobei auf der Anzeigeeinheit ein aktuellen Betriebsmodus des Robotergreifers und/oder ein aktueller Zustand des Robotergreifers und/oder eine aktuell ausgeführte Operation OPS/OPS(VE_n)/ OPS(K_n,h*) angezeigt wird/werden.
• Vorteilhaft umfassen die vorbestimmten Operationen OPS(VE_n) eine oder mehrere der Operationen aus folgender, nicht abschließender Liste:
• es wird keine Operation oder Aktivität ausgeführt
• Öffnen der Wirkelemente WE_n
• Schließen der Wirkelemente WE_n
• Versetzen Robotergreifers aus einem Ruhezustand in einen aktiven Zustand Versetzen des Robotergreifers aus einem aktiven Zustand in einen Ruhezustand Versetzen des Robotergreifers in den Lern-Betriebsmodus
• Ermitteln eines Durchmessers eines gegriffenen oder zu greifenden Objekts Versetzen des Robotergreifers in einen Betriebsmodus, in dem die Steuereinheit als Slave einer mit der Steuereinheit verbindbaren externen Master-Steuereinheit arbeitet
• Versetzen des Robotergreifers in einen Betriebsmodus, in dem die Steuereinheit als Mastereinheit arbeitet
• Ermitteln einer Greifkraft der Wirkelemente WE_n
• Optimieren einer Greifkraft der Wirkelemente WE_n
• Ändern eines aktuellen Betriebsmodus des Robotergreifers,
• Steuern einer graphischen Benutzeroberfläche einer Anzeigevorrichtung des Robotergreifers oder einer externen Anzeigevorrichtung,
• Erzeugen von Steuerdaten zur Ansteuerung der externen Steuereinheit und Bereitstellen dieser Steuerdaten an der Schnittstelle.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnungen - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• Es zeigen:
• 1 einen stark schematisierten Aufbau eines vorgeschlagenen Robotergreifers und
• 2 einen stark schematisierten Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens
• 1 zeigt einen stark schematisierten Aufbau eines vorgeschlagenen Robotergreifers 100, der als Parallelbackengreifer ausgeführt ist. Der Robotergreifer 100 umfasst: eine Antriebseinheit 101, die vorliegend als Elektromotor mit einem nachgeschalteten Getriebe 110 ausgebildet ist und die zum Antrieb eines Abtriebsstrangs 102 mit einer Anzahl N=2 von Wirkelementen WE_n=1,2 103 (auch genannt: Greifbacken) dient. Die Antriebseinheit 101 treibt über den Antriebsstrang 102 die Wirkelemente WE_n=1,2 103 derart an, dass sie sich entweder aufeinander zu oder voneinander Wegbewegen und somit sich der Abstand der Wirkelemente WE_n=1,2 103 entsprechend ändert.
• Der Parallelbackensgreifer weist weiterhin eine Steuereinheit 104 zur Steuerung der Antriebseinheit 101 und ein mit der Steuereinheit 104 verbundenes Sensorsystem zur Ermittlung von extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n=1,2 aufgebrachten Kräften/Momenten F_ext,WEn(t), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1 auf. Die Steuereinheit 104 ist weiterhin mit einer Speichereinheit 106 verbunden.
• Das Sensorsystem umfasst vorliegend folgende Sensoren 105: einen Positionssensor zur Ermittlung einer Motorposition q_AE des Elektromotors, einen Stromsensor zur Ermittlung eines Motorstroms I_AE des Elektromotors sowie einen zwischen das Getriebe 110 und den Abtriebsstrang 102 geschalteten Drehmomentsensor zur Ermittlung des Drehmoments τ_AS im Abtriebsstrang 102. Die Messgrößen q_AE, I_AE und τ_AS werden der Auswerteeinheit 107 zur Ermittlung der externen aufgebracht Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) übermittelt. Die von der Auswerteeinheit 107 Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) werden ermittelten Steuereinheit 104 bereitgestellt.
• Der Parallelbackengreifer 100 weist weiterhin eine Schnittstelle 111 für elektrische Energie sowie Steuersignale einer externen Steuereinheit auf. Die Schnittstelle 111 ist durch zumindest eine Signalleitung 112 und zumindest eine elektrische Leitung 113 mit der Steuereinheit 104 verbunden. Die elektrische Leitung 113 versorgt den Robotergreifer mit elektrischer Energie.
• Wird der Parallelbackengreifer 100 beispielsweise als Effektor mit einem Manipulator eines Roboters verbunden, so werden über die Schnittstelle 111 beispielsweise Steuersignale einer zentralen Steuereinheit des Roboters sowie elektrische Energie für den Parallelbackengreifer 100 bereitgestellt.
• Die Ermittlung der auf die Wirkelemente WE_n=1,2 103a, 103b wirkenden externen Kräfte/Momente F_ext,Wen=1,2(t) erfolgt in der Auswerteeinheit 107 vorteilhaft auf Basis eines vorgegebenen Dynamikmodells des Parallelbackengreifers 100. Weiterhin erfolgt die Ermittlung der externen Kräfte/Momente F_ext,Wen=1,2(t) in der Steuereinheit 107 vorteilhaft unter Nutzung eines Störgrößenbeobachters.
• Die Steuereinheit 104 ist vorliegend derart ausgeführt und eingerichtet, dass sie auf vorbestimmte Kräfte/Momente F_ext,Wen=1,2(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n=1,2 103 ausgeübt werden, derart reagiert, dass die Antriebseinheit 101 die Wirkelemente WE_n=1,2 103 derart ansteuert, dass die Wirkelemente WE_n=1,2 103 vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS_n=1,2 ausführen, wobei vorliegend der Robotergreifer 100 zumindest in einen Lern-Betriebsmodus oder in einen weiteren Normal-Betriebsmodus schaltbar ist und vorstehend beschriebene Ansteuerung der Antriebseinheit und damit die Ausführung der Operationen OPS_n=1,2 nur in dem Lern-Betriebsmodus erfolgen.
• Auf der Speichereinheit 106 sind hierzu je Wirkelement WE_n=1,2 103 eine Anzahl M_n=1,2 vorgegebene zeitabhängige Kräfte/Momente F_Mn=1,2(t) gespeichert. Die Auswerteeinheit 107 vergleicht die von der Auswerteeinheit 107 ermittelten externen Kräfte/Momente F_ext,Wen=1,2(t) mit den vorgegebenen Kräften/Momenten F_Mn=1,2(t) und ermittelt Vergleichsergebnisse VE_n=1,2.
• Die Steuereinheit 104 ist weiterhin derart ausgeführt und eingerichtet, dass abhängig von den ermittelten Vergleichsergebnissen VE_n vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS(VE_n) durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheit 101 ausgeführt werden, wobei die Zuordnungen OPS(VE_n) auf der Speichereinheit 106 gespeichert sind.
• 2 zeigt einen stark schematisierten Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Betrieb eines Robotergreifers 100, der aufweist: zumindest eine Antriebseinheit 101 zum Antrieb eines Abtriebsstrangs 102 mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE_n 103, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, eine Steuereinheit 104 zur Ansteuerung der Antriebseinheit 101; eine Speichereinheit 106, ein mit der Steuereinheit 104 verbundenes Sensorsystem mit zumindest einem Sensor 105 und einer Auswerteeinheit 107. Das Verfahren umfasst folgende Schritte.
• In einem Schritt 201 erfolgt ein Ermitteln von Kräften/Momenten F_ext,WEn(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n 103 ausgeübt werden. In einem Schritt 202 erfolgt ein Vergleichen der ermittelten Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) und/oder daraus abgeleiteter Parameter mit vorbestimmten Kräfte/Momente F_ext,WEn(t)* und/oder daraus abgeleiteten Parametern zur Ermittlung von Vergleichsergebnissen VE_n. In Schritt 203 erfolgt ein Ansteuern der Antriebseinheit 101 derart, dass die Wirkelemente WE_n 103 vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS_n(VE_n) ausführen.
• Bezugszeichenliste

100

Robotergreifer

101

Antriebseinheit

102

Abtriebsstrang

103, 103a, 103b

Greiferbacken, Wirkelemente WE_n

104

Steuereinheit

105

Sensoren

106

Speichereinheit

107

Auswerteeinheit

110

Getriebe

111

Schnittstelle

112

Signalleitung

113

elektrische Leitung zur Energieversorgung des Robotergreifers

201-203

Verfahrensschritte

Claims (6)

1. Robotergreifer (100) aufweisend: - zumindest eine Antriebseinheit (101) zum Antrieb eines Abtriebsstrangs (102) mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE_n (103), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, - eine Steuereinheit (104) zur Ansteuerung der Antriebseinheit (101) - eine Speichereinheit (106); - ein mit der Steuereinheit (104) verbundenes Sensorsystem mit zumindest einem Sensor (105) und einer Auswerteeinheit (107) zur Ermittlung von Kräften/Momenten F_ext,WEn(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n (103) ausgeübt werden, wobei die Steuereinheit (104) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass sie auf vorbestimmte Kräfte/Momente F_ext,WEn(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n (103) ausgeübt werden, derart reagiert, dass die Antriebseinheit (101) die Wirkelemente WE_n (103) derart ansteuert, dass die Wirkelemente WE_n (103) vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS_n ausführen dadurch gekennzeichnet, dass - die Auswerteeinheit (107) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass die je Wirkelement WE_n (103) ermittelten Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) jeweils in eine Klasse K_n,h einer Menge H von vorgegebenen Klassen H = {K_n,h} mit n = 1, 2, ..., N und h = 1, 2, ..., H als Klassifizierungsergebnis K_n,h* klassifiziert werden, - auf der Speichereinheit (106) eine Zuordnung aller Klassen K_n,h zu zugeordneten Operationen OPS(K_n,h) gespeichert ist, und - die Steuereinheit (104) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass abhängig von dem Klassifizierungsergebnis K_n,h* vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS(K_n,h*) durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheit (101) ausgeführt werden.
2. Robotergreifer (100) nach Anspruch 1, bei dem der Robotergreifer (100) zumindest in einen Lern-Betriebsmodus oder in einen weiteren Betriebsmodus schaltbar ist und die Operationen OPS_n nur in dem Lern-Betriebsmodus ausgeführt werden.
3. Robotergreifer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, weiterhin aufweisend eine Anzeigeeinheit zur Anzeige eines aktuellen Betriebsmodus des Robotergreifers (100) und/oder eines aktuellen Zustands Robotergreifers (100) und/oder einer aktuell ausgeführten Operation OPS_n/OPS(VE_n)/ OPS(K_n,h*).
4. Roboter oder Humanoide mit einem Robotergreifer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
5. Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers (100), der aufweist: - zumindest eine Antriebseinheit (101) zum Antrieb eines Abtriebsstrangs (102) mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE_n (103), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, - eine Steuereinheit (104) zur Ansteuerung der Antriebseinheit (101), - eine Speichereinheit (106), - ein mit der Steuereinheit (104) verbundenes Sensorsystem mit zumindest einem Sensor (105) und einer Auswerteeinheit (107) mit folgenden Schritten: - Ermitteln (201) von Kräften/Momenten F_ext,WEn(t), die extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n (103) ausgeübt werden, - Vergleichen (202) der ermittelten Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) und/oder daraus abgeleiteter Parameter mit vorbestimmten Kräften/Momenten F_ext,WEn(t)* und/oder daraus abgeleiteten Parametern zur Ermittlung von Vergleichsergebnissen VE_n, und - Ansteuern (203) der Antriebseinheit (101) derart, dass die Wirkelemente WE_n (103) vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS_n(VE_n) ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass - die Auswerteeinheit (107) die je Wirkelement WE_n (103) ermittelten Kräfte/Momente F_ext,WEn(t) jeweils in eine Klasse K_n,h einer Menge H von vorgegebenen Klassen H = {K_n,h} mit n = 1, 2, ..., N und h = 1, 2, ..., H als Klassifizierungsergebnis K_n,h* klassifiziert, - auf der Speichereinheit (106) eine Zuordnung aller Klassen K_n,h zu zugeordneten Operationen OPS(K_n,h) gespeichert ist, und die Steuereinheit (104) abhängig von dem Klassifizierungsergebnis K_n,h* vorbestimmte zugeordnete Operationen OPS(K_n,h*) durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheit (101) ausgeführt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Robotergreifer (100) zumindest in einen Lern-Betriebsmodus oder in einen weiteren Betriebsmodus schaltbar ist und die Operationen OPS_n nur in dem Lern-Betriebsmodus ausgeführt werden.

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