DD270881A1

DD270881A1 - Rutschsensor zum messen zweidimensionaler verschiebungen

Info

Publication number: DD270881A1
Application number: DD31322088A
Authority: DD
Inventors: Heinz Thom; Peter Zier
Original assignee: Adw Ddr Kybernetik Inf
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1989-08-16
Also published as: DE3904365A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf den Greif- und Handhabevorgang in der Robotertechnik. Mit dem Rutschsensor wird die Verschiebung eines im Greifer befindlichen Objektes gemessen. Mit Hilfe dieser Messdaten kann sowohl die Greifkraft fuer das Greifen empfindlicher Objekte gesteuert als auch die programmierte Bahnsteuerung korrigiert werden, um Kollisionen zu verhindern und um ein sanftes Ablegen des Objektes zu ermoeglichen. Dabei soll nur eine kleine Flaeche am Objekt fuer das Abtasten beansprucht werden und die Funktion unabhaengig von der Lage des Greifers sein. Erfindungsgemaess ist eine Kugel, deren Bewegung ueber zwei Reibraeder mit angeschlossenen inkrementalen Gebern abgenommen und gemessen wird, pneumatisch in einem geschlossenen Gehaeuse mit einer Oeffnung, aus der die Kugel teilweise herausragt gelagert, wobei sich die Duesen fuer die Druckluft in zwei Ebenen befinden. Die Luftaustrittsoeffnungen sind so angeordnet, dass ein einwandfreier Betrieb gewaehrleistet ist. Fig. 2

Description

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine teilgeschnittene Draufsicht und eine Seitenansicht, Fig. 2: eine Schnittdarstellung des zweidimensionalen Rutschsensors.

Eine Kugel 4, die als Hohlkugel oder als Vollkugel ausgebildet sein kann, befindet sich in nach der Montage festverbundenen zwei Gehäusehälften 1 und 2 mit innenliegender Kalotte, deren Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der Kugel ist. In der einen Gehäusehälfte 1, die mit der Arbeitsfläche 8 versehen ist, befindet sich in der Arbeitsfläche eine runde Öffnung 3, aus der ein Teil der Kugel 4 herausragt. Jiese Arbeitsfläche ist gleichzeitig die Greiffläche einer Greifbacke. Die Luftzuführung in beide Kalotten erfolgt über Kanäle 5 und Düsen 6 in den Gehäusehälften, wobei die Austri'Höffnungen der Düsen 6 in von innen in die Kalotten eingebrachten zylindrischen Senkungen 7 enden. Diese Senkungen sind zur Ausbildung eines Luftpolsters notwendig.

Die Düsen 6 und Senkungen 7 weisen zum Mittelpunkt der Kalotte und befinden sich auf einem Kreisring, der parallel zu der mit der Öffnung 3 für die Kugel 4 versehenen Arbeitsfläche 8 liegt. Der Winkel zwischen der Kugelachse, die parallel zur Arbeitsfläche liegt vom Kugelmittelpunkt aus, und den Düsen 6 beträgt am günstigsten 45°. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel zu den Düsen der Gehäusehälfte mit der Arbeitsfläche nur etwa 30°, da wegen der Kugelöffnung ein größerer Winkel nicht möglich ist.

Entgegengesetzt zur runden Öffnung 3 in der Arbeitsfläche 8, aus der die Kugel 4 herausragt, befindet sich in der anderen Gehäusehälfte zur Verbindung des Druckraumes mit der Außenluft eine Luftaustrittsöffnung 9. Weiterhin ist eine zwischen den Gehäusehälften parallel zur Arbeitsfläche in Höhe der Kugelachse befindliche Ringnut 10 mit weiteren Luftaustrittsöffnungen 11 versehen.

Durch Aussparungen s'.id mittig zur Ringnut 10 mit inkrementalen Gebern 15 fest verbundene Reibräder 14 so in das Gehäuse eingeführt, daß die Achsen der Reibräder 14 einen Winkel von 90° bilden und die Reibräder 14 die Kugel 4 mit ihrem äußeren Rand an den voneinander abgewandten Seiten tangential berühren. Im Betrieb strömt über die Düsen 6 und die Senkungen 7 Druckluft in die Kalotte und somit in den Raumspalt um die Kugeloberfläche und bildet ein die Kugel haltendes Luftpolster. Da sich die Düsen in beiden Gehäusehälften befinden, ist die Funktion unabhängig von der Lage des Rutschsensor. Durch die konstruktiv bedingten Öffnungen in der Kalotte—Durchbräche für die Reibräder, Öffnung, durch welche die Kugel herausragt— strömt die Luft wieder ab. Um zu verhindern, daß durch dieses asymmetrische Ausströmen der Luft Verklemmungen auftreten, sind weitere Luftaustrittsöffnungen im Gehäuse vorhanden, durch welche eine annähernde Symmetrie wieder hergestellt wird. Dies ist einmal eine Luftaustrittsöffnung 9, die entgegengesetzt zur Öffnung in der Arbeitsfläche in die Kalotte der zweiten Gehäusehälfte 2 eingebracht wurde und dies sind weiterhin Luftaustrittslöcher 11, die sich in einer parallel zur Arbeitsfläche 8 in Höhe der Kugelachse befindlichen Ringnut 10 befinden. Dadurch kann sich die ausströmende Luft bequem verteilen. Wird die Kugc I durch einen wegrutschenden zwischen den Greifbacken eines Greifers befindlichen Körper aufgrund seines Gewichtes oder von durch die Bewegung des Greifers hervorgerufene Beschleunigungen bewegt, so kann über die angetriebenen Reibrader und inkrementellen Geber ein Rutschen des Körpers ermittelt und durch entsprechendes Erhöhen der Greif kraft dieses Rutschen abgestellt werden. Das hat insbesondere bei solchen Körpern besondere Bedeutung, die durch unkontrollierte Greifkräfte zerstört werden. Die Kugel 4 erhält den erforderlichen Haftdruck (Tastdruck) für dit rollende Reibung und die elastische Nachgiebigkeit durch zwei in Richtung der z-Achse mit einem Abstand versetzte am Gehäuse befestigte festeingespannte Blattfedermembranen 12. Wenn durch ein Objekt im Greifer ein Druck auf die Kugel ausgeübt wird, erfolgt infolge der elastischen Befestigung ein Nachgeben der beiden Gehäusehälften mit der Kugel 4 und ein Endschalter 13 wird betätigt. Dadurch werden die Meßdaten des Rutschsensors zur Weiterverarbeitung freigegeben.

Claims

Rutschsensor zum Messen zweidimensionaler Verschiebungen, der in einem Greifer eingebaut ist und bei dem eine Kugel als Tastelement elastisch gelagert ist, unter Verwendung zweier inkrementaler Geber, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kugelgehäuse für die Kugel, die pneumatisch gelagert ist, aus zwei nach der Montage fest verbundenen Gehäusehälften (1; 2) mit jeweils inneliegender Kalotte, deren Form und Abmaße sich aus dem Kugeldurchmesser und dem notwendigen Luftspalt ergibt, besteht, wobei sich in der Arbeitsfläche (8) der ersten Gehäusehälfte (1) eine runde Öffnung (3) befindet, aus der die Kugel (4) teilweise herausragt, daß die Luftzuführung in beide Kalotten über Kanäle (5) und Düsen (6) erfolgt, wobei die Austrittsöffnungen der Düsen (6) in von innen in die Kalotten eingebrachten zylindrischen Senkungen (7) enden, die Richtungen der Düf.en (6) und der Senkungen (7) zum Mittelpunkt der Kugel weisen und wobei sich die Düsen (6) mit den Senkungen (7) auf einem Kreisring befinden, der parallel zu der Arbeitsfläche (8) angeordnet ist, daß sich in der zweiten Gehäusehälfte (2) in Verlängerung des Mittelpunktes der Betätigungsfläche der Kugel rechtwinklig zur Arbeitsfläche (8) der ersten Gehäusehälfte (1) eine Luftaustrittsöffnung (9) befindet und eine zwischen den Gehäusehälften parallel zur Arbeitsfläche (8) in Höhe der Kugelachse befindlichen Ringnut (10) mit weiteren Luftaustrittslöchern (11) versehen ist und daß mittig zur Ringnut (10) in das Kugelgehäuse Aussparungen für zwei mit den inkrementalen Gebern (15) verbundene Reibräder (14) eingebracht sind, wobei die Reibräder (14) so angeordnet und befestigt sind, daß ihre Achsen einen Winke! von 90° bilden und die Reibräder (14) die Kugel (4) mit ihrem äußeren Rand tangential berühren.

Hierzu
2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft den mechanischen Greif- und Handhabungsvorgang in der Robotertechnik unter Verwendung eines zweikomponentigen Rutschsensors. Mit dem Rutschsensor kann man die Verschiebung eines gegriffenen Objektes messen, sofern die Greifkraft nicht dem Gewicht des Objektes und d«,n an ihm wirkenden Beschleunigungskräften entspricht. Die Meßdaten des zweidimensionalen Rutschsensors werden einerseits für die Steuerung der Greifkraft und andererseits für die Korrektur der programmierten Bahnsteuerung genutzt. Zerbrechliche Objekte werden beim mechanischen Zugreifen unter Anwendung der Greifsteuerung nicht beschädigt. Mit der Korrektur der programmierten Bahnsteuerung verhütet man Kollisionen und ermöglicht ein sanftes Ablegen des Objektes.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der DE-OS 2 500142 wurde als Lösung für die Ermittlung der zweikomponentigen Verschiebung nur die Kombination von zwei eindimensional messenden Rutschsensoren beschrieben, deren Achsen in den Greifelomenten um 90° vesetzt angeordnet sind. Tastelement dieser Rutschsensoren sind dünne Scheiben. Nachteile dieser Anordnung von zwei eindimensional wirkenden Rutschsensoren sind, daß sie die Verschiebung an partiell versct.iedenen Bereichen der Mantelfläche des Objektes messen, und daß die Meßgenauigkeit bei zunehmender senkrecht zur Meßrichtung wirkender Verschiebungskomponente durch zusätzliche Lagerreibungon beeinträchtigt wird. Es wurde auch ein Regelungsverfahren zur Verstellung der Greifbacken veröffentlicht, bei dem ein Rutschen des gegriffenen Körpers vermieden wird (DE-OS 3332147). Hierbei werden die Greifkraft und die Reibkraft über Sensoren, die Verbiegungswände und Dehnungsmeßstreifen aufweisen, gemessen. Über eine Beziehung, in die noch ein Reibfaktor (It. Tabelle) und ein Sicherheitsfaktor eingeht, folgt dann die Regelung. Diese Lösung ist durch das indirekte Meßprinzip relativ ungenau und auch nicht völlig lageunabhängig.

Weiterhin wurde in DD-WP 226827 eine Lösung zum Messen zweidimensionaler Verschiebungen btxannt, bei dem eine Kugel in einem Kreuzgelenk gelagert ist. Die kartesischen Komponenten der Verschiebung des Objektes werden über den Drehwinkel der i.wei Kreuzgelenkbacken gemessen. Nachteile dieser Lösung sind hoher mechanischer Aufwand und ein eingeschränkter Meßbereich in der y-Achse.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist das einfache, sichere und genaue Messen der zweidimensionalen Verschiebung von zwischen Greiferbacken befindlichen Objekten, wobei nur eine kleine Fläche am Objekt für das Abtasten beansprucht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vorzugsweise kleinen Rutschsensor zur Messung der zweidimenrjonalen Verschiebung von Körpern in der Backenebene des Greifers, unabhängig von der Lage des Greifers, zu schaffen, der nur mit einem Tastelement das Objekt punktförmig berührt.

Ei findungsgemäC wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Kugel in einem Kugelgehäuse pneumatisch gelagert wird. Das Kugelgehäuse besteht aus zwei nach der Montage fest verbundenen Gehäusehälften mit jeweils innenliegender Kalotte, deren Form und Abmaße sich aus dem Kugeldurchmesser und dem notwendigen Luftspalt ergibt. In der Arbeitsfläche der ersten Gehäusehälfte befindet sich eine runde Öffnung, aus der die Kugel teilweise herausragt. In beide Kalotten erfolgt die Luftzuführung über Kanäle und Düsen. Die Austrittsöffnungen der Düsen enden in von innen in die Kalotten eingebrachten zylindrischen Senkungen, die sich auf einem Kreisring befinden, der parallel zur Arbeitsfläche angeordnet ist. Die Richtungen der Düsen und der Senkungen weisen zum Mittelpunkt der Kugel.

In der zweiten Gehäusehälfte befindet sich in Verlängerung des Mittelpunktes der aus der Öffnung herausragenden Betätigungsfläche der Kugel rechtwinklig zur Arbeitsfläche der ersten Gehäusehälfte eine Luftaustrittsöffnung zur Verbinrlnna des Druckraumes mit der Außenluft. Eine zwischen den Gehäusehälften parallel zur Arbeitsfläche in Höhe der Kugelachse befindliche Ringnut Ist mit weiteren Luftaustrittslöchern versehen. In das Kugelgehäuse sind mittig zur Ringnut Aussparungen für zwei mit den inkrementalen Gebern verbundene Reibräder eingebracht, wobei die Reibräder so angeordnet und befestigt sind, daß ihre Achsen einen Winkel von 90° bilden und die Reibräder die Kugel mit ihrem äußeren Rand tangential berühren.