DE102019107851B4

DE102019107851B4 - Robotergreifer sowie Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers

Info

Publication number: DE102019107851B4
Application number: DE102019107851.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Spenninger; Tim Rokahr
Original assignee: Franka Emika GmbH
Current assignee: Franka Emika GmbH
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: JP2024023695A; US20220184812A1; WO2020193340A1; DE102019107851A1; CN113631331A; EP3946829A1; JP2022526351A; KR20220020249A

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers, wobei der Robotergreifer (100) umfasst:- zumindest eine Antriebseinheit AE (101) zum Antrieb eines Abtriebsstrangs AS (102) mit einer Anzahl N von Wirkelementen WEn(103), wobei jedes Wirkelement WEn(103) einen körperfest relativ zum Robotergreifer angeordneten Arbeitsbereich ABnaufweist, in dem das jeweilige Wirkelement WEnbewegbar ist und den es erreichen kann,- eine Steuereinheit (104) zur Steuerung der zumindest einen Antriebseinheit AE (101), und- ein mit der Steuereinheit (104) verbundenes Sensorsystem (105) zur Ermittlung von extern auf die einzelnen Wirkelemente WEn(103) aufgebrachten Kräften/Momenten Fext,WEn(t), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, wobei die Steuereinheit (104) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass für die Wirkelemente WEn(103) eine Kollisionsüberwachung ausführbar ist, und dass bei einem für ein Wirkelement WEn(103) erkanntes Kollisionsereignis die Antriebseinheit AE (101) gemäß einer vorgegebenen Operation angesteuert wird, mit folgenden Schritten:- für die Wirkelemente WEnBereitstellen (201) jeweils eines definierten Bereichs Bninnerhalb des jeweiligen Arbeitsbereichs ABn, und- Durchführen (202) der Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WEn(103) nur dann, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WEn(103) außerhalb des zugeordneten Bereichs Bnbefinden und Deaktivieren der Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WEn, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WEnzumindest teilweise innerhalb des zugeordneten Bereichs Bnbefinden, wobei der Robotergreifer (100) ein Parallelbackengreifer mit zwei Wirkelementen WEn=1,2(103) ist, wobei- ein gemeinsamer Arbeitsbereich AB der zwei Wirkelemente WEn=1,2(103) und ein gemeinsamer Bereich B durch jeweilige Abstandsbereiche definiert sind, die Abstände A der Wirkelemente WEn=1,2(103) voneinander angeben,- der Arbeitsbereich AB alle Abstände A der Wirkelemente WEn=1,2(103) von einem minimalen Abstand AMINbis zu einem maximalen Abstand AMAX, den die Wirkelemente WEn=1,2jeweils voneinander einnehmen können, umfasst,- der Bereich B alle Abstände A der Wirkelemente WEn=1,2(103) von AMINbis zu einem vorgegebenen Abstand ABumfasst, wobei gilt: AmIN≤ A < ABoder AMIN≤ A≤ ABund AB< AMAX, und- eine Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WEn=1,2(103) nur dann ausgeführt wird, sofern die Wirkelemente WEn=1,2(103) einen Abstand A > oder ≥ ABhaben.

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 der Robotergreifer beispielsweise mit einem Robotermanipulator, eine Energie-Schnittstelle zur Zuführung einer für den Betrieb des Robotergreifers erforderlichen Energie, sowie eine Steuersignal-Schnittstelle zur Zuführung von Steuersignalen (bspw. von einer zentralen Robotersteuereinheit).
Wirkelemente sind diejenigen Elemente des Robotergreifers, die beim Greifen und Halten eines Objekts einen direkten Kontakt zu dem Objekt haben und dabei eine Greifkraft auf das Objekt ausüben können. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie ein Robotergreifer ein Objekt halten kann. Man unterscheidet hierbei bspw. unterschiedliche Wirkpaarungen: Kraftpaarung, Formpaarung, Stoffpaarung. Weiterhin gibt es eine Vielzahl von Ausgestaltungen der Wirkelemente selbst, beispielsweise als Greiferbacke (bei einem Parallelbackengreifer) oder als mehrgliedrigen Finger (bei einer künstlichen Hand).
Die Antriebseinheit erzeugt die für den Greif- oder Haltevorgang benötigte Bewegungsenergie. Die Antriebseinheit treibt den Abtriebsstrang an und erzeugt somit entsprechende Bewegungen der Wirkelemente. Dadurch wird das Öffnen, Schließen und Halten eines Objekts durch den Robotergreifer möglich.
Der Abtriebsstrang dient zum Übertragen der von der Antriebseinheit erzeugten Bewegungsenergie zu den Wirkelementen. Er überführt somit eine Bewegung der Antriebseinheit in eine Abtriebsbewegung des Robotergreifers, d.h. in eine entsprechende Bewegung der Wirkelemente.
Aus der DE 10 2017 111 008 A1 geht ein Roboter hervor, der ein Werkzeug mit einem stoßdämpfenden Element aufweist. Der Roboter weist unter anderem einen Detektor auf, der vorgesehen ist, um eine auf einen Roboterarm des Roboters einwirkende externe Kraft zu erfassen. Auf Basis der erfassten externen Kraft wird von einer Steuervorrichtung ermittelt, ob ein Arbeitswerkzeug des Roboterarms mit einer Person kollidiert ist.
Aus der DE 10 2016 208 362 A1 geht ein Verfahren zum automatischen Steuern eines Industrieroboters mittels einer Robotersteuerung hervor. Das Verfahren umfasst die Schritte des Vorgebens einer zum Greifen eines Gegenstandes durch einen Klemmgreifer zugeordneten Klemmbreite des Gegenstandes, des Vorgebens eines Höchstwertes einer Sicherheitsklemmkraft, des Ansteuerns eines Motors derart, dass der zumindest teilweise geöffnete Klemmgreifer eine Schließbewegung ausführt, des fortlaufenden Messens einer Klemmkraft an dem Klemmgreifer während des Ansteuerns des Motors derart, dass der zumindest teilweise geöffnete Klemmgreifer die Schließbewegung ausführt, des Bestimmens der momentanen Greiferöffnungsweite des Klemmgreifes, wenn die momentan gemessene Klemmkraft den vorgegebenen Höchstwert der Sicherheitsklemmkraft überschreitet, und des Anhaltens des Motors, wenn bei Überschreiten des vorgegebenen Höchstwerts der Sicherheitsklemmkraft die momentane Greiferöffnungsweite größer ist, als die dem Gegenstand zugeordnete Klemmbreite.
Aus der DE 10 2016 207 942 A1 geht unter anderem eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines Werkstücks mit einer ersten und einer zweiten Spannbacke hervor, wobei die erste Spannbacke unter Vermittlung eines an einem Basisteil der Vorrichtung mittels Antrieb linear verstellbar gelagerten ersten Schlittens relativ zum Basisteil verstellbar ist. Der Antrieb des ersten Schlittens ist mittels einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit weg- und/oder kraftgesteuert. Der erste Schlitten besteht aus einem unmittelbar mit dem Antrieb wirkverbundenen Primärschlittenteil sowie einem am Primärschlittenteil linearer verstellbar gelagerten, jedoch infolge Beaufschlagung mit einer Federkraft eine Grundstellung zu demselben einnehmenden Sekundärschlittenteil, mit dem die erste Spannbacke verbunden ist.
Aus der DE 10 2016 111 173 A1 geht ein Verfahren zum Betreiben einer Greif- bzw. Spannvorrichtung mit wenigstens einer in einer Bewegungsrichtung bewegbaren Backe, und einem an der Backe angeordneten Greif- bzw. Spannfinger hervor. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bewegen des Greif- bzw. Spannfingers von einer Ausgangsposition zu einer voreingestellten Werkstückposition zum Greifen bzw. Spannen eines Werkstücks, wobei mit einem ersten Sensor eine Größe erfasst wird, die eine entgegen der Bewegungsrichtung wirkende Kraft charakterisiert, und Veranlassen einer Aktion wenn die erfasste Größe vor Erreichen der Werkstückposition einen Grenzwert überschreitet.
Aus der DE 102015008577 A1 geht eine Robotersteuerungsvorrichtung hervor, die so konfiguriert ist, dass sie einen Zustandsübergang zwischen einem Zustand, wobei eine Last eines Werkstücks nicht auf einen Roboter übertragen wird, und einem Zustand erkennt, wobei die gesamte Last des Werkstücks durch eine Hand auf den Roboter übertragen wird, und sie einen Bereich definiert, der den Roboter und die Hand zum Zeitpunkt des Beginns des Zustandsübergangs umfasst, innerhalb eines Zustandsraums, der den Zustand des Roboters und der Hand ausdrückt.
Aus der DE 10 2015 007 436 A1 ist eine Greifvorrichtung mit Greifelementen bekannt, deren Klemmkraft unabhängig vom Greiferantrieb auf einen einstellbaren Wert begrenzt bar ist. Dabei kann die Greifvorrichtung nach jeder Überlastung mit geringem Aufwand in den vorigen regulären Betriebszustand zurückversetzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Robotergreifer bereitzustellen, der einen Betrieb mit verbesserter Sicherheit 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 ein Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers, wobei der Robotergreifer umfasst: zumindest eine Antriebseinheit AE zum Antrieb eines Abtriebsstrangs AS mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE_n, wobei die Wirkelemente WE_n jeweils einen körperfest relativ zum Robotergreifer angeordneten Arbeitsbereich AB_n aufweisen, in dem die jeweiligen Wirkelemente WE_n bewegbar sind und den sie erreichen können; eine Steuereinheit zur Steuerung der zumindest einen Antriebseinheit AE, und ein mit der Steuereinheit verbundenes Sensorsystem zur Ermittlung von extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n aufgebrachten Kräfte/Momenten F_ext,WEn(t), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1; wobei die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass für die Wirkelemente WE_n eine Kollisionsüberwachung ausführbar ist, und dass bei einem für ein Wirkelement WE_n erkannten Kollisionsereignis die Antriebseinheit AE gemäß einer vorgegebenen Operation angesteuert wird, mit folgenden Schritten: für die Wirkelemente WE_n Bereitstellen jeweils eines Bereichs B_n innerhalb des jeweiligen Arbeitsbereichs AB_n, und Durchführen der Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n nur dann, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n außerhalb des Bereichs B_n befinden und Deaktivieren der Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n zumindest teilweise innerhalb des zugeordneten Bereichs B_n befinden.
Die Antriebseinheit AE 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 AE kann insbesondere ein Getriebe zur Unter- oder Übersetzung einer Rotationsbewegung umfassen.
Der Abtriebsstrang AS (auch genannt: kinematisches System) überträgt die von der Antriebseinheit AE erzeugte mechanische Bewegung auf ein oder mehrere Wirkelemente WE_n, sodass sich diese entsprechend bewegen. Zur mechanischen Realisierung des Abtriebsstrangs AS in einem Robotergreifer sind im Stand der Technik eine Vielzahl von Realisierungen bekannt. Besonders vorteilhaft umfasst der Abtriebsstrang AS einen Riemen, insbesondere einen Zahnriemen.
Die Arbeitsbereiche AB_n der Wirkelemente WE_n geben jeweils einen körperfest relativ zum Robotergreifer angeordneten Bereich an, in dem die Wirkelemente WE_n bewegbar sind und den sie erreichen können. Die Arbeitsbereiche AB_n definieren sich damit insbesondere durch den Bereich, der bei maximal geöffneten Wirkelementen WE_n zwischen den Wirkelementen WE_n aufgespannt wird. Da die Arbeitsbereiche AB_n körperfest relativ zum Robotergreifer definiert sind, bleiben die Arbeitsbereiche AB_n unabhängig von der Position und Lage des Robotergreifers stets gleich.
Erfindungsgemäß weist der Robotergreifer ein Sensorsystem zur Ermittlung von extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n aufgebrachten Kräften/Momenten F_ext,WEn(t) auf, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1. Kräfte/Momente, die auf andere Teile des Robotergreifers ausgeübt werden, beispielsweise auf ein Gehäuse des Robotergreifers, werden mithin von diesem Sensorsystem nicht erfasst.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens wird/werden mit einem Positionssensor eine Position q_AE der Antriebseinheit AE ermittelt und/oder mit einem Positionssensor eine Position q_AS des Abtriebsstrangs ermittelt und/oder mit einem Geschwindigkeitssensor eine Antriebseinheitsgeschwindigkeit q̇ _AE der Antriebseinheit AE ermittelt und/oder mit einem Geschwindigkeitssensor eine Abtriebsstranggeschwindigkeit q̇ _AS des Abtriebsstrangs AS ermittelt und/oder mit einem Drehmomentsensor ein Drehmoment τ_AE der Antriebseinheit AE ermittelt und/oder mit einem Drehmomentsensor ein Drehmoment τ_AS im Abtriebsstrang AS ermittelt und/oder mit einem Stromsensor einen Motorstrom IM eines Elektromotors der Antriebseinheit AE ermittelt.
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.
Das Bereitstellen der Bereiche B_n innerhalb der Arbeitsbereiche AB_n kann beispielsweise durch entsprechende Eingaben an der Steuereinheit, durch das Auslesen eines entsprechenden Datenspeichers der Steuereinheit, durch eine Datenübermittlung an die Steuereinheit via einer Datenschnittstelle des Robotergreifers, durch einen manuellen oder automatisierten „Teach-In“-Vorgang am Robotergreifer nach folgendem Abspeichern in einem Datenspeicher der Steuereinheit erfolgen.
Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass eine Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n nur dann ausgeführt wird, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n außerhalb der zugeordneten Bereiche B_n befinden und Deaktivieren der Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n zumindest teilweise innerhalb der jeweils zugeordneten Bereiche B_n befinden.
Die Bereiche B_n werden vorteilhaft abhängig von einer Außengeometrie AG eines zu greifenden Objekts definiert. Dabei kann die Außengeometrie AG beispielsweise bei einem kugelförmigen Objekt durch den Durchmesser des Objekts definiert sein. Dabei werden die Bereiche B_n vorteilhaft derart gewählt/definiert, dass die Bereiche B_n die Außengeometrie AG (den Rand/die Oberfläche des Objekts) des zu greifenden Objekts sowie einen sich daran nach außen anschließenden Differenzbereich ΔB_n umfassen: B_n = AG + ΔB_n. Dabei werden die Größe der Differenzbereichs ΔB_n je nach Aufgabenstellung, anzuwendenden Sicherheitsnormen (zum Beispiel Klemmschutz) und/oder der Empfindlichkeit/Bruchfestigkeit des zu greifenden Objekts gewählt.
Während der Ausführung des Verfahrens, bei dem es gilt, ein Objekt zu greifen, wird demzufolge die Kollisionsüberwachung/Kollisionsdetektion nur außerhalb der Bereiche B_n, d.h. außerhalb einer Zone (Differenzbereich ΔB_n) um ein für ein Greifen optimal positioniertes Objekt, ausgeführt. Innerhalb dieser Zone ist in diesem Beispiel die Kollisionsüberwachung/Kollisionsdetektion deaktiviert.
Vorteilhaft sind die Arbeitsbereiche AB_n jeweils ein dreidimensionaler oder ein zweidimensionaler oder ein eindimensionaler Bereich. Vorteilhaft sind die Bereiche B_n jeweils ein dreidimensionaler oder ein zweidimensionaler oder ein eindimensionaler Bereich.
Erfindungsgemäß ist der Robotergreifer als ein Parallelbackengreifer mit zwei Wirkelementen WE_n=1,2 ausgeführt, wobei ein gemeinsamer Arbeitsbereich AB und ein gemeinsamer Bereich B durch Abstandsbereiche der Wirkelemente WE_n=1,2 definiert werden. Der Arbeitsbereich AB definiert sich dabei als der Abstandsbereich von einem minimalen Abstand A_MIN bis zu einem maximalen Abstand A_MAX, den die Wirkelemente WE_n=1,2 voneinander einnehmen können. Der Bereich B wird je nach Aufgabenstellung entsprechend durch einen maximalen Abstandsgrenzwert A_B vorgegeben und enthält somit alle Abstände A von A_MIN bis zum Abstand A_B.
Somit ist der Bereich B durch die Abstände A der Wirkelemente WE_n=1,2 voneinander definiert, für die gilt: A_MIN ≤ A < A_B oder A_MIN ≤ A ≤ A_B und A_B < A_MAX. Eine Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n=1,2 wird erfindungsgemäß nur dann ausgeführt, sofern die Wirkelemente WE_n=1,2 einen Abstand A haben, für den gilt: A > A_B oder A ≥ A_B.
Bevorzugt weisen die Wirkelemente (Greiferbacken) des Parallelbackensgreifers keine Sensoren auf.
Die verfahrensgemäße Aktivierung bzw. Deaktivierung der Kollisionsüberwachung abhängig von einer aktuellen Stellung der Wirkelemente WE_n und abhängig von den definierten Bereichen B_n erfolgt grundsätzlich unabhängig davon, ob ein Objekt derart relativ zum Robotergreifer angeordnet ist, dass es vom Robotergreifer auch gegriffen werden kann. D.h., auch dann, wenn zwischen den Wirkelementen WE_n kein Objekt angeordnet ist, wird eine Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n nur dann ausgeführt, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n außerhalb des zugeordneten Bereichs B_n befinden und die Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n wird deaktiviert, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n zumindest teilweise innerhalb des zugeordneten Bereichs B_n befinden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Robotergreifers zeichnet sich dadurch aus, dass der Robotergreifer einen Sensor aufweist, mit dem eine Anwesenheit oder Abwesenheit eines Objekts in einem Greifbereich des Robotergreifers erfasst werden kann, d.h. dass der Sensor erfasst, dass ein Objekt derart angeordnet ist, dass es vom Robotergreifer aktuell auch gegriffen werden kann. Wird von diesem Sensor ein Objekt im Greifbereich ermittelt, so wird die Kollisionsüberwachung für diejenigen Wirkelemente WE_n dann deaktiviert, sofern sie sich zumindest teilweise innerhalb der vorgegebenen Bereiche B_n befinden. Wird von diesem Sensor kein Objekt im Greifbereich ermittelt, so erfolgt vorteilhaft keine Deaktivierung der Kollisionsüberwachung innerhalb der Bereiche B_n. In diesem Fall wird die Kollisionsüberwachung im gesamten Arbeitsbereich des Robotergreifers ausgeführt.
Der Sensor zur Ermittlung eines Objekts in dem Greifbereich des Robotergreifers ist vorteilhaft bspw. ein Kamerasensor, ein Ultraschallsensor, ein Lasersensor, ein Infrarotsensor, ein kapazitiver Sensor, ein induktiver Sensor, ein Mikrowellensensor oder eine Kombination davon.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Kollisionsüberwachung auf Basis eines vorgegebenen Dynamikmodells des Robotergreifers erfolgt. Das Dynamikmodell ist ein mathematisches Modell, das es erlaubt, die Komponenten des Robotergreifers und deren dynamische Wechselwirkungen zu simulieren. Das Dynamikmodell liegt insbesondere der Steuereinheit für die Steuerung und Regelung der Antriebseinheit 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, q̇ _AE q_AS , q̈_AS τ_AE, τ_AS, I_M verwendet.
Dabei können die Größen: q̇_AE, q̇ _AE bzw. q_AS , q̈_AS auch auf Basis entsprechender Zeitableitungen aus den Größen: q̇ _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 .
Gemäß einer Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Operation aus folgenden Möglichkeiten einer nicht abschließenden Liste gewählt:

- Stoppen der Antriebseinheit AE,
- Ansteuern der Antriebseinheit AE zur Gravitationskompensation,
- Ansteuern der Antriebseinheit AE zur Reibungskompensation,
- Ansteuern der Antriebseinheit AE derart, dass ein kontrolliertes kontinuierliches voneinander Wegbewegen der Wirkelemente WE_n erfolgt,
- Ansteuern der Antriebseinheit AE derart, dass ein reflexartiges voneinander Wegbewegen der Wirkelemente WE_n erfolgt.

In vorteilhafter Weise erfolgt das Definieren der Bereiche B_n innerhalb der Arbeitsbereiche AB_n durch einen manuellen oder automatisierten Teach-In-Vorgang am Robotergreifer. Vorteilhaft umfasst der Teach-In-Vorgang folgende Schritte:

- Greifen eines Objekts derart, dass jedes der Wirkelemente WE_n das Objekt mechanisch kontaktiert, wobei der dabei von den Wirkelementen WE_n eingeschlossene Bereich die Bereiche AG_n definiert,
- Ermitteln der Bereiche B_n indem die Bereiche AG_n nach außen um vorgegebene Delta-Bereiche AB_n erweitert werden, so dass gilt: B_n = AG_n + AB_n, und
- Speichern von B_n.

Das Speichern von B_n erfolgt bevorzugt auf eine Speichereinheit des Robotergreifers.
Durch eine geeignete Wahl der Bereiche B_n werden insbesondere Klemmengefahren bei einem Betrieb des Greifers in Kollaboration mit einem Menschen, insbesondere beim automatisiert ausgeführten Greifvorgang des Robotergreifers, verhindert oder zumindest erheblich reduziert.
Soll beispielsweise eine Kugel mit einem Durchmesser von 5 cm (AG =5 cm) mit einem Parallelbackengreifer gegriffen werden, und ist vorteilhaft für die zwei Greiferbacken ein gemeinsamer Bereich B = AG + ΔB durch einen Abstand der Greiferbacken von 5,5 cm definiert. Dadurch verbleiben bei mittiger Anordnung der Kugel zwischen den Greiferbacken zu jeder Seite der Kugel 2,5 mm (= ΔB/2) bevor eine Kollisionsüberwachung bei einem weiteren Aufeinanderzubewegen der Greiferbacken deaktiviert wird. Die 2,5 mm auf jeder Seite der Kugel sind vorteilhaft derart bemessen, dass kein Finger eines Menschen zwischen Greiferbacke und Kugel passt.
Das vorgeschlagene Verfahren verbessert damit insbesondere die Sicherheit bei einer Kollaboration zwischen Robotergreifer und einem Bediener.
Der Robotergreifer kann, sofern er mit einem Manipulator eines Roboters verbunden ist, Steuerbefehle von einer zentralen Steuereinheit des Roboters erhalten. Diese Steuerbefehle werden der Steuereinheit des Robotergreifers übermittelt. Die Steuereinheit des Robotergreifers setzte diese Steuerbefehle um und steuert grundsätzlich die Antriebseinheit entsprechend an, wobei die erfindungsgemäße Kollisionsüberwachung sowie die erfindungsgemäße Aktivierung bzw. Deaktivierung der Kollisionsüberwachung lokal auf der Steuereinheit des Robotergreifers ausgeführt wird. Vorteilhaft werden von der Steuereinheit des Robotergreifers als erkannte Kollisionen für die Wirkelemente WE_n an eine zentrale Steuereinheit des Roboters übermittelt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Robotergreifer umfassend: zumindest eine Antriebseinheit AE zum Antrieb eines Abtriebsstrangs AS mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE_n, wobei die Wirkelemente WE_n jeweils körperfest relativ zum Robotergreifer angeordnete Arbeitsbereiche AB_n aufweisen, in denen die Wirkelemente WE_n jeweils bewegbar sind und die sie erreichen können; eine Steuereinheit zur Steuerung und Regelung der zumindest einen Antriebseinheit AE; und ein mit der Steuereinheit verbundenes Sensorsystem zur Ermittlung von extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n aufgebrachten Kräften/Momenten F_ext,WEn(t), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1; wobei die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass für die Wirkelemente WE_n eine Kollisionsüberwachung ausführbar ist; die Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n nur dann durchgeführt wird, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n außerhalb eines innerhalb des Arbeitsbereichs AB_n liegenden vorgegebenen zugeordneten Bereichs B_n befinden; die Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n deaktiviert wird, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n zumindest teilweise innerhalb des zugeordneten Bereichs B_n befinden; und sofern für ein Wirkelement WE_n ein Kollisionsereignis erkannt wird, die Antriebseinheit gemäß einer vorgegebenen Operation angesteuert wird.
Die Antriebseinheit AE ist vorteilhaft ein Elektromotor oder ein Hydraulikaktuator oder ein Pneumatikaktuator. Die Antriebseinheit AE kann zusätzlich eine Getriebeeinheit umfassen.
Vorteilhaft sind die Arbeitsbereiche AB_n jeweils ein dreidimensionaler oder ein zweidimensionaler oder ein eindimensionaler Bereich. Vorteilhaft sind die Bereiche B_n jeweils ein dreidimensionaler oder ein zweidimensionaler oder ein eindimensionaler Bereich.
Erfindungsgemäß ist der Robotergreifer als ein Parallelbackengreifer mit zwei Wirkelementen WE_n=1,2 ausgeführt, wobei ein gemeinsamer Arbeitsbereich AB und ein gemeinsamer Bereich B durch Abstandsbereiche der Wirkelemente WE_n=1,2 definiert werden. Der Arbeitsbereich AB definiert sich dabei als der Abstandsbereich von einem minimalen Abstand A_MIN bis zu einem maximalen Abstand A_MAX, den die Wirkelemente WE_n=1,2 voneinander einnehmen können. Der Bereich B wird je nach Aufgabenstellung entsprechend durch einen maximalen Abstandsgrenzwert A_B vorgegeben und enthält somit alle Abstände A von A_MIN bis zum Abstand A_B.
Somit ist der Bereich B durch die Abstände A der Wirkelemente WE_n=1,2 voneinander definiert, für die gilt: A_MIN ≤ A < A_B oder A_MIN ≤ A ≤ A_B und A_B < A_MAX. Erfindungsgemäß wird eine Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n=1,2 nur dann ausgeführt, sofern die Wirkelemente WE_n=1,2 einen Abstand A haben, für den gilt: A > A_B oder A ≥ A_B.
Besonders bevorzugt weisen die Wirkelemente (Greiferbacken) des Parallelbackensgreifers keine Sensoren auf.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Robotergreifers weist das Sensorsystem einen oder mehrere der folgenden Sensoren auf: einen Positionssensor zur Ermittlung einer Position q̇ _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 AE und/oder einen Geschwindigkeitssensor zur Ermittlung einer Abtriebsstranggeschwindigkeit q̇_AS des Abtriebsstrangs AS und/oder einen Drehmomentsensor zur Ermittlung eines Drehmoments τ_AE der Antriebeinheit AE und/oder einen Drehmomentsensor zur Ermittlung eines Drehmoments τ_AS im Abtriebsstrang AS und/oder einen Stromsensor zur Ermittlung des Motorstroms IM eines Elektromotors der Antriebseiheit AE.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des vorgeschlagenen Robotergreifers ist die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass die Kollisionsüberwachung auf Basis eines vorgegebenen Dynamikmodells des Robotergreifers erfolgt.
Vorteilhaft ist die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass die Kollisionsüberwachung unter Nutzung eines Störgrößenbeobachters erfolgt, 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 , q̇ _AE q̇_AS, q_AS τ_AE, τ_AS, I_M verwendet. Dabei können die Größen: q_AE, q̇ _AE bzw. q̇_AS , q̈_AS auch auf Basis entsprechender Zeitableitungen aus den Größen: q̇ _AE bzw. q_AS ermittelt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Robotergreifers zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebseinheit AE ein Motor ist, der über ein Getriebe an den Abtriesstrang AS gekoppelt ist, und dass ein Drehmomentsensor zur Ermittlung eines Drehmoments τ_AS im Abtriebsstrang AS zwischen Getriebe und Abtriebsstrang geschaltet ist. Der Motor ist vorteilhaft ein Elektromotor.
Vorteilhaft ist die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass die Operation aus folgenden Möglichkeiten einer nicht abschließenden Liste gewählt wird:

Vorteilhaften weist der Robotergreifer ein Gehäuse auf, in das zumindest die Antriebseinheit AE und die Steuereinheit integriert sind. Die Steuereinheit umfasst vorteilhaft einen Prozessor, eine Speichereinheit sowie eine Schnittstelle zur Vorgabe von Soll-Steuergrößen, beispielsweise von einem Zentralrechner zur Steuerung eines Roboters, mit dem der Robotergreifer verbunden ist.
Die Erfindung betrifft schließlich einen Roboter oder Humanoiden mit einem Robotergreifer, wie vorstehend beschrieben.
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 Verfahrensablauf, und
2 einen stark schematisierten Aufbau eines vorgeschlagenen Robotergreifers

1 zeigt einen stark schematisierten Ablauf eines Verfahrens zum Betrieb eines Robotergreifers, wobei der Robotergreifer umfasst: zumindest eine Antriebseinheit AE zum Antrieb eines Abtriebsstrangs AS mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE_n, wobei die Wirkelemente WE_n jeweils einen körperfest relativ zum Robotergreifer angeordneten Arbeitsbereich aufweisen, in dem die Wirkelemente WE_n bewegbar sind und den sie erreichen können, eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit AE, und ein mit der Steuereinheit verbundenes Sensorsystem zur Ermittlung von extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n aufgebrachten Kräften/Momenten F_ext,WEn(t), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1.
Die Steuereinheit ist derart ausgeführt und eingerichtet, dass für die Wirkelemente WE_n eine Kollisionsüberwachung autonom und lokal (d.h. ohne Erfordernis einer externen Steuereinheit oder eines externen Prozessors) ausführbar ist, und dass bei einem für ein Wirkelement WE_n erkannten Kollisionsereignis die Antriebseinheit gemäß einer vorgegebenen Operation autonom und lokal angesteuert wird.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, die beim Betrieb des Robotergreifers insbesondere beim Greifen eines Objekts durch den Robotergreifer ausgeführt werden.
In einem ersten Schritt 201 erfolgt für die Wirkelemente WE_n jeweils ein Bereitstellen eines definierten Bereiches B_n innerhalb der zugeordneten Arbeitsbereichs AB_n.
Bei der Ansteuerung des Robotergreifers zur Ausführung einer Greifaufgabe, bspw. gesteuert durch eine externe zentrale Steuereinheit eines Roboters, mit dem der Robotergreifer verbunden ist, erfolgt in Schritt 202 von der Steuereinheit des Robotergreifers ein autonomes Durchführen der Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n immer dann, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n außerhalb des Bereichs B befinden und ein Deaktivieren der Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n zumindest teilweise innerhalb des Bereichs B befinden.
Vorteilhaft erzeugt die Steuereinheit des Robotergreifers ein Kollisionssignal, sofern für eines der Wirkelemente WE_n eine Kollision erkannt wird. Vorteilhaft erzeugt die Steuereinheit des Robotergreifers ein Deaktivierungssignal, sofern die Kollisionsüberwachung für ein Wirkelement WE_n deaktiviert wird. Vorteilhaft stellt der Robotergreifer das Kollisionssignal und/oder das Deaktivierungssignal an eine Schnittstelle bereit, sodass diese an externe Steuereinheiten weitergeleitet werden können.
In einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Kollisionsüberwachung für alle Wirkelemente WE_n deaktiviert, sofern sich zumindest ein Wirkelement WE_n zumindest teilweise innerhalb des zugeordneten Bereichs B_n befindet.
2 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 A der Wirkelemente WE_n=1,2 103 entsprechend ändert.
Die zwei Wirkelemente WE_n=1,2 103 weisen einen gemeinsamen körperfest relativ zum Robotergreifer angeordneten Arbeitsbereich AB auf, in dem die Wirkelemente WE_n=1,2 103 bewegbar sind bzw. den sie einnehmen können. Der Arbeitsbereich AB setzt sich vorliegend aus einem ersten Arbeitsbereich AB_n=1 der in 2 dargestellten oberen Greifbacke 103a, welcher von der dargestellten Position A_MAX,n=1 bis zu einer Mitte (Strich-Punkt-Punkt-Linie) reicht und einem zweiten Arbeitsbereich AB_n=2 der in 2 dargestellten unteren Greifbacke 103b, welcher von der dargestellten Position A_MAX,n=2 bis zu der Mitte (Strich-Punkt-Punkt-Linie) reicht, zusammen.
Der zusammengesetzte Arbeitsbereich AB des Parallelbackengreifers entspricht somit vorliegend allen Abständen A der Wirkelemente WE_n=1,2 103 von A = 0 (minimaler Abstand der Wirkelemente WE_n=1,2) bis zu bzw. einschließlich dem maximalen Abstand AMAX = |A_MAX,N=1 - A_MAX,n=2|, den die Wirkelemente WE_n=1,2 103 voneinander einnehmen können (in der 2 als AB gekennzeichnet).
Der Parallelbackensgreifer weist weiterhin eine Steuereinheit 104 zur Steuerung der Antriebseinheit 101 und ein mit der Steuereinheit 104 verbundenes Sensorsystem 105 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.
Das Sensorsystem 105 umfasst vorliegend einen Positionssensor zur Ermittlung einer Motorposition q̇ _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. Die Messgrößen q_AE, I_AE und τ_AS werden der Steuereinheit 104 bereitgestellt.
Der Parallelbackengreifer 100 weist weiterhin eine Schnittstelle 111 für elektrische Energie sowie ein Steuersignal einer externen Steuereinheit auf. Die Schnittstelle 111 ist durch zumindest eine Signalleitung 112 und zumindest eine elektrische Leitung 113 mit der Steuereinheit 104 verbunden.
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 Steuereinheit 104 ist derart ausgeführt und eingerichtet, dass für die Wirkelemente WE_n=1,2 103 eine Kollisionsüberwachung ausführbar ist; die Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n=1,2 103 nur dann durchgeführt wird, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n=1,2 103 außerhalb eines innerhalb des Arbeitsbereichs AB liegenden vorgegebenen Bereichs B befinden; die Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n=1,2 103 deaktiviert wird, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n=1,2 103 zumindest teilweise innerhalb des Bereichs B befinden, und sofern für ein Wirkelement WE_n=1,2 ein Kollisionsereignis erkannt wird, die Antriebseinheit 101 gemäß einer vorgegebenen Operation angesteuert wird.
Diese Kollisionsüberwachung wird grundsätzlich unabhängig von Steuerbefehlen beispielsweise eine externe Roboterstörung ausgeführt.
Der Bereich B, d.h. derjenige Bereich in dem die Kollisionsüberwachung erfindungsgemäß deaktiviert ist, wird vorliegend je nach Aufgabenstellung entsprechend durch einen Abstandsgrenzwert A_B vorgegeben, wobei der Bereich B durch einen Abstand A der Wirkelemente WE_n=1,2 voneinander definiert ist, für den gilt: A < A_B oder A ≤ A_B und A_B < A_MAX. In dieser Weiterbildung wird eine Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n=1,2 nur dann ausgeführt, sofern die Wirkelemente WE_n=1,2 einen Abstand > oder ≥ A_B haben. Besonders bevorzugt weisen die Wirkelemente (Greiferbacken) des Parallelbackensgreifers keine Sensoren auf.
In 2 werden die vorstehend angegebenen Bereiche für eine Situation veranschaulicht, bei der eine Kugel (im Querschnitt) mittig zwischen den Greiferbacken 103a, 103b angeordnet ist, wobei sich die Greiferbacken 103a, 103b jeweils in der Position ihrer maximalen Auslenkung, d.h. ihres maximalen Abstandes befinden. Der dargestellte maximale Abstand der Greiferbacken definiert den Arbeitsbereich AB. Der innerhalb des Arbeitsbereichs AB liegende Bereich B gibt den Bereich an, in dem eine Kollisionsüberwachung deaktiviert ist. Der Bereich B wird vorliegend durch den Durchmesser D = AG der Kugel sowie durch eine Sicherheitszone ΔB/2 zu beiden Seiten der Kugel definiert.
Werden beim Greifen der Kugel, bei dem die Greiferbacken aus der gezeigten Position aufeinander zu bewegt werden, auf die Greiferbacken externe Kräfte/Momente ausgeübt, dann wird eine entsprechende Kollision detektiert, sofern sich die Greiferbacken jeweils außerhalb des Bereichs B befinden. Die dedizierte Kollision führt zu einer vorgegebenen Operation, insbesondere zu einem Stopp der Antriebseinheit. Weiterhin wird ein Kollisionssignal an der Schnittstelle 111 zur Weiterleitung an eine externe Steuereinheit bereitgestellt.
Die Kollisionsüberwachung in der Steuereinheit 104 erfolgt auf Basis eines vorgegebenen Dynamikmodells des Parallelbackengreifers 100. Weiterhin erfolgt die Kollisionsüberwachung in der Steuereinheit 104 unter Nutzung eines Störgrößenbeobachters.
Bezugszeichenliste

100: Robotergreifer
101: Antriebseinheit
102: Abtriebsstrang
103: Wirkelemente WE_n
104: Steuereinheit
105: Sensorsystem
110: Getriebe
111: Schnittstelle für elektrische Energie und Steuersignal einer externen Steuereinheit
112: Steuersignalleitung
113: elektrische Energieleitung
201, 202: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers, wobei der Robotergreifer (100) umfasst: - zumindest eine Antriebseinheit AE (101) zum Antrieb eines Abtriebsstrangs AS (102) mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE_n (103), wobei jedes Wirkelement WE_n (103) einen körperfest relativ zum Robotergreifer angeordneten Arbeitsbereich AB_n aufweist, in dem das jeweilige Wirkelement WE_n bewegbar ist und den es erreichen kann, - eine Steuereinheit (104) zur Steuerung der zumindest einen Antriebseinheit AE (101), und - ein mit der Steuereinheit (104) verbundenes Sensorsystem (105) zur Ermittlung von extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n (103) aufgebrachten Kräften/Momenten F_ext,WEn(t), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, wobei die Steuereinheit (104) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass für die Wirkelemente WE_n (103) eine Kollisionsüberwachung ausführbar ist, und dass bei einem für ein Wirkelement WE_n (103) erkanntes Kollisionsereignis die Antriebseinheit AE (101) gemäß einer vorgegebenen Operation angesteuert wird, mit folgenden Schritten: - für die Wirkelemente WE_n Bereitstellen (201) jeweils eines definierten Bereichs B_n innerhalb des jeweiligen Arbeitsbereichs AB_n, und - Durchführen (202) der Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n (103) nur dann, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n (103) außerhalb des zugeordneten Bereichs B_n befinden und Deaktivieren der Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n zumindest teilweise innerhalb des zugeordneten Bereichs B_n befinden, wobei der Robotergreifer (100) ein Parallelbackengreifer mit zwei Wirkelementen WE_n=1,2 (103) ist, wobei - ein gemeinsamer Arbeitsbereich AB der zwei Wirkelemente WE_n=1,2 (103) und ein gemeinsamer Bereich B durch jeweilige Abstandsbereiche definiert sind, die Abstände A der Wirkelemente WE_n=1,2 (103) voneinander angeben, - der Arbeitsbereich AB alle Abstände A der Wirkelemente WE_n=1,2 (103) von einem minimalen Abstand A_MIN bis zu einem maximalen Abstand A_MAX, den die Wirkelemente WE_n=1,2 jeweils voneinander einnehmen können, umfasst, - der Bereich B alle Abstände A der Wirkelemente WE_n=1,2 (103) von A_MIN bis zu einem vorgegebenen Abstand A_B umfasst, wobei gilt: A_mIN ≤ A < A_B oder A_MIN ≤ A≤ A_B und A_B < A_MAX, und - eine Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n=1,2 (103) nur dann ausgeführt wird, sofern die Wirkelemente WE_n=1,2 (103) einen Abstand A > oder ≥ A_B haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, bei dem die Kollisionsüberwachung auf Basis eines vorgegebenen Dynamikmodells des Robotergreifers (100) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Kollisionsüberwachung unter Nutzung eines Störgrößenbeobachters erfolgt, insbesondere durch einen Leistungsbeobachter oder einen Impulsbeobachter oder einen Geschwindigkeitsbeobachter oder einen Beschleunigungsbeobachter.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Sensorsystem (105) mit einem Positionssensor eine Position q̇ _AE der Antriebseinheit AE (101) ermittelt und/oder mit einem Positionssensor eine Position q_AS des Abtriebsstrangs AS (102) ermittelt und/oder mit einem Geschwindigkeitssensor eine Antriebseinheitsgeschwindigkeit q̇ _AE der Antriebseinheit AE (101) ermittelt und/oder mit einem Geschwindigkeitssensor eine Abtriebsstranggeschwindigkeit q̇_AS des Abtriebsstrangs AS (102) ermittelt und/oder mit einem Drehmomentsensor ein Drehmoment τ_AE der Antriebseinheit AE (101) ermittelt und/oder mit einem Drehmomentsensor ein Drehmoment τ_AS im Abtriebsstrang AS (102) ermittelt und/oder mit einem Stromsensor einen Motorstrom IM der Antriebseinheit AE (101) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem zur Kollisionsüberwachung eine oder mehrere der gemessenen Größen: q_AE, q_AS, q̇_AE, q_AS , τ_AE, τ_AS, I_M verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Operation aus Folgenden gewählt wird: - Stoppen der Antriebseinheit AE (101), - Ansteuern der Antriebseinheit AE (101) zur Gravitationskompensation, - Ansteuern der Antriebseinheit AE (101) zur Reibungskompensation im System Antriebseinheit AE (101) - Abtriebsstrang AS (102), - Ansteuern der Antriebseinheit AE (101) derart, dass ein kontrolliertes kontinuierliches voneinander Wegbewegen der Wirkelemente WE_n erfolgt, - Ansteuern der Antriebseinheit AE (101) derart, dass ein reflexartiges voneinander Wegbewegen der Wirkelemente WE_n erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Definieren (201) der Bereiche B_n innerhalb der Arbeitsbereiche AB_n durch einen manuellen oder automatisierten Teach-In-Vorgang am Robotergreifer erfolgt, und der Teach-In-Vorgang folgende Schritte umfasst: - Greifen eines Objekts derart, dass jedes der Wirkelemente WE_n (103) das Objekt mechanisch kontaktiert, wobei der dabei von den Wirkelementen WE_n (103) eingeschlossene Bereich die Bereiche AG_n definiert, - Ermitteln der Bereiche B_n indem die Bereiche AG_n nach außen um vorgegebene Delta-Bereiche ΔB_n erweitert werden, so dass gilt: B_n = AG_n + AB_n, und - Speichern von B_n.
Robotergreifer (100) umfassend: - zumindest eine Antriebseinheit AE (101) zum Antrieb eines Abtriebsstrangs AS (102) mit einer Anzahl N von Wirkelementen WE_n (103), wobei die Wirkelemente WE_n (103) jeweils körperfest relativ zum Robotergreifer (100) angeordnete Arbeitsbereiche AB_n aufweisen, in denen die Wirkelemente WE_n (103) jeweils bewegbar sind und die sie erreichen können, - eine Steuereinheit (104) zur Steuerung und Regelung der zumindest einen Antriebseinheit AE (101), und - ein mit der Steuereinheit (104) verbundenes Sensorsystem (105) zur Ermittlung von extern auf die einzelnen Wirkelemente WE_n (103) aufgebrachten Kräften/Momenten F_ext,WEn(t), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, wobei die Steuereinheit (104) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass - für die Wirkelemente WE_n (103) eine Kollisionsüberwachung ausführbar ist, - die Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n (103) nur dann durchgeführt wird, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n (103) außerhalb eines innerhalb des Arbeitsbereichs AB_n liegenden vorgegebenen zugeordneten Bereichs B_n befinden, - die Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n (103) deaktiviert wird, wenn sich die jeweiligen Wirkelemente WE_n (103) zumindest teilweise innerhalb des zugeordneten Bereichs B_n befinden, und - sofern für ein Wirkelement WE_n (103) ein Kollisionsereignis erkannt wird, die Antriebseinheit (101) gemäß einer vorgegebenen Operation angesteuert wird, wobei der Robotergreifer (100) ein Parallelbackengreifer mit zwei Wirkelementen WE_n=1,2 (103) ist, wobei - ein gemeinsamer Arbeitsbereich AB der zwei Wirkelemente WE_n=1,2 (103) und ein gemeinsamer Bereich B durch jeweilige Abstandsbereiche definiert sind, die Abstände A der Wirkelemente WE_n=1,2 (103) voneinander angeben, - der Arbeitsbereich AB alle Abstände A der Wirkelemente WE_n=1,2 (103) von einem minimalen Abstand AMIN bis zu einem maximalen Abstand A_MAX, den die Wirkelemente WE_n=1,2 jeweils voneinander einnehmen können, umfasst, - der Bereich B alle Abstände A der Wirkelemente WE_n=1,2 (103) von AMIN bis zu einem vorgegebenen Abstand A_B umfasst, wobei gilt: A_MIN ≤ A < A_B oder A_MIN ≤ A≤ A_B und A_B < A_MAX, und eine Kollisionsüberwachung für die Wirkelemente WE_n=1,2 (103) nur dann ausgeführt wird, sofern die Wirkelemente WE_n=1,2 (103) einen Abstand A > oder ≥ A_B haben..
Robotergreifer (100) nach Anspruch 8, bei dem das Sensorsystem (105) aufweist: einen Positionssensor zur Ermittlung einer Position q̇ _AE der Antriebseinheit AE (101) und/oder einen Positionssensor zur Ermittlung einer Position q_AS des Abtriebsstrangs AS (102) und/oder einen Geschwindigkeitssensor zur Ermittlung einer Antriebseinheitsgeschwindigkeit q̇ _AE der Antriebseinheit AE (101) und/oder einen Geschwindigkeitssensor zur Ermittlung einer Abtriebsstranggeschwindigkeit q̇_AS des Abtriebsstrangs AS (102) und/oder einen Drehmomentsensor zur Ermittlung eines Drehmoments τ_AE der Antriebeinheit AE (101) und/oder einen Drehmomentsensor zur Ermittlung eines Drehmoments τ_AS im Abtriebsstrang AS (102) und/oder einen Stromsensor zur Ermittlung eines Motorstroms IM eines Elektromotors der Antriebseinheit AE (101).
Robotergreifer (100) nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Antriebseinheit AE (101) ein Motor ist, der über ein Getriebe (110) an den Abtriesstrang (102) gekoppelt ist, und ein Drehmomentsensor zur Ermittlung eines Drehmoments τ_AS im Abtriebsstrang AS (102) zwischen Getriebe (110) und Abtriebsstrang AS (102) geschaltet ist.
Roboter oder Humanoid mit einer Robotergreifer (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10.