WO2014205475A1 - Verfahren zum robotergestützten stapeln von gegenständen - Google Patents

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WO2014205475A1
WO2014205475A1 PCT/AT2014/050148 AT2014050148W WO2014205475A1 WO 2014205475 A1 WO2014205475 A1 WO 2014205475A1 AT 2014050148 W AT2014050148 W AT 2014050148W WO 2014205475 A1 WO2014205475 A1 WO 2014205475A1
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WO
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actuator
manipulator
deflection
force
workpiece
Prior art date
Application number
PCT/AT2014/050148
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English (en)
French (fr)
Inventor
Paolo Ferrara
Ronald Naderer
Original Assignee
Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US14/392,324 priority patent/US9937622B2/en
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Priority to US15/905,353 priority patent/US10449675B2/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1687—Assembly, peg and hole, palletising, straight line, weaving pattern movement
    • 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
    • G05B2219/39194—Compensation gravity
    • 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
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40006—Placing, palletize, un palletize, paper roll placing, box stacking

Definitions

  • the invention relates to a robot-assisted method for positioning or stacking objects, for example for stacking workpieces with the aid of a manipulator.
  • a simple robot suitable for such purposes is described in the publication DE 40 18 684 C2.
  • a pivoting arm is mounted, which is further subdivided and variable in its length.
  • a separate receiving device for the object to be manipulated is attached.
  • the robot control of an industrial robot is usually programmed in such a way that the so-called “Tool Center Point” (TCP) passes through predetermined, previously planned trajectories, whereby there are various methods of planning such trajectories
  • TCP Tool Center Point
  • the robot program is usually tuned to the objects to be manipulated, for example, the robot controller must "know" how high the object is when stacking objects, eg "grab workpiece", "release workpiece”. to place the next item on the previous one. For example, assume the first item (eg, a box with a product packaged therein, such as a fragile item or item) Food) is placed on the ground with the object (the box) being 20 cm high. The robot then has to position the next object so that its underside is 20 cm above the ground before the object is released.
  • TCP Tool Center Point
  • next but one object is then positioned 40 cm above the ground to set it down on the previous one, and so on.
  • the robot when inserting an article into a housing or package, the robot must "know" the shape and position of the housing or package. Robots intended for such tasks are also known as “palletizing robots.”
  • the above description outlines an ideal case in which the dimensions of the object to be positioned or stacked and possibly of the housing are known and exactly maintained. For example, if the actual height of an item deviates from a nominal size, then the manipulator may collide with the previous item (if its height is greater than the desired height) when depositing the next item, or the item will be released too early and fall to the previous level (FIG. if its height is less than the desired height).
  • the robot program can be designed such that an object is always released at a certain distance above the plane in which it should ideally be parked. In this case, however, the object always falls a short distance.
  • the problem underlying the present invention is to find a method which allows for "soft" positioning or stacking of objects
  • the method should be robust with respect to variations in the actual dimensions and target positions of the objects
  • the problem is solved by a method according to claim 1.
  • Different embodiments of the method are subject of the dependent claims
  • a method for positioning, in particular for palletizing objects, is described a manipulator with an additional actuator arranged between the manipulator and the object to be positioned
  • the method comprises gripping the object and moving the object, by means of the manipulator, to e Ine starting position near a shelf on which the object is to be positioned and stored.
  • the method further comprises moving the article with the aid of the manipulator towards the storage surface, wherein the actuator is controlled so that the actuator force compensates for the weight of the object, or wherein the actuator force is controlled so that an adjustable minimum net actuator force on a End stop of the actuator acts (which can be zero in the limit). Furthermore, the deflection of the actuator is monitored and detected a change in the deflection. The movement of the manipulator is stopped upon detection of a change in the deflection of the actuator, after which the object can be released.
  • the method comprises driving the actuator such that the actuator force in the vertical direction corresponds to the weight of the object; and the introduction of safety measures if the deflection of the actuator has changed by at least a predefinable value.
  • the device comprises a manipulator with a robot arm movable in a horizontal plane and with a lifting device which is designed to position the robot arm in a vertical direction.
  • the device further comprises an actuator, which is arranged between the workpiece and the object to be positioned, and a robot controller, which is designed to control the actuator such that in the vertical direction, the actuator force approximately compensates for the weight of the object.
  • the robot controller is further adapted to monitor the deflection of the actuator and initiate security measures as soon as this deflection exceeds a predetermined value.
  • FIG. 1 shows an example of an industrial robot which is suitable for stacking or positioning objects
  • FIG. 2 shows an actuator arranged on the robot, which is located mechanically between the robot and the object to be manipulated and which permits an approximately free of relative friction between the robot and the object;
  • Figure 3 schematically shows a first part of a Pallettiervorgangs
  • Figure 4 schematically shows a second part of a Pallettiervorgangs
  • Figure 5 is a schematic representation of the pressure control for weight force compensation by the actuator; and Figure 6 is a schematic representation of possible emergency shutdown scenarios according to the described embodiments.
  • the same reference numerals designate the same or similar components with the same or similar meaning.
  • FIG. 1 shows an example of a manipulator (robot) which is suitable for coping with the stacking and positioning tasks mentioned at the outset.
  • the manipulator 10 comprises a robot arm 12 which can be moved up and down along a stationary column 11 with a lifting device in the vertical direction.
  • the column is firmly connected to a bracket 15, which in turn can be firmly anchored to the ground or with a foundation.
  • the robot arm 12 comprises two joints 13 and 14, wherein the robot arm is articulated via the joint 14 on the lifting device.
  • the joint 13 connects two segments of the robot arm (upper arm or proximal segment, forearm and distal segment, respectively).
  • the hinges 13 and 14 are designed so that the arm can perform a movement in a horizontal plane.
  • the vertical position of this horizontal plane can be determined by the lifting device.
  • an actuator 20 is attached, which - to a small extent - can perform a vertical movement ZREL relative to the robot arm.
  • the actuator 20 may also be rotatably articulated to the robot arm 12 so that the actuator 20 is rotatable about its own (longitudinal) axis (pivot 16).
  • the actuator 20 connects a tool (e.g., a gripper) to the robot arm, and the vertical position ZREL of the tool relative to the robot arm (deflection of the actuator) is adjustable by means of the actuator 20.
  • Actuator 20 is, in particular, a friction-free actuator, in which connection it is understood without friction that the static friction force acting between moving parts of the actuator is negligibly small, in particular less than 5% of the current actuator force.
  • the actuator force is the force exerted by the actuator 20 on the tool (eg the gripper).
  • the actuator 20 is a linear actuator, which may for example be designed as an electric direct drive or as a pneumatic actuator. In the case of pneumatic actuators, it is possible to use actuators which are (friction) friction-free or approximately frictionless, such as bellows cylinders or pneumatic muscles, which work, for example, against a spring element which effects a restoring force.
  • the actuator 20 may also include a double-acting pneumatic cylinder.
  • Actuators with such low static friction are referred to as "friction-free" actuators
  • Conventional actuators have about 20 times more static friction
  • the actuator may have, for example, recirculating ball bearings
  • a friction force that is one Newton higher would result in approximately 10 Newton higher inaccuracy in the dynamic force control (ie, with a changing position of the actuator) is needed to allow the most gentle possible removal of the object to be positioned (or stacked) and to avoid impact as much as possible.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of an exemplary embodiment of the actuator 20 from FIG. 1.
  • the actual control element is a compressed air operated bellows cylinder 1 14, which operates against a spring 1 15.
  • the actuator 20 includes a first flange portion 1 10 as an interface to the industrial robot (manipulator), and a second flange 1 1 1, on which, for example, a gripper can be arranged.
  • a housing part 1 12 With the first flange 1 10 a housing part 1 12 is rigidly connected, in which both a control valve 1 13 and a free of friction Shaft guide (shaft 1 16, (ball screw) shaft guide 1 17) with the return spring 1 15 are arranged.
  • a bellows 1 18 is provided as a cover between the flange 1 10 and 1 1 1.
  • This cover can also be designed for use in harsh environment liquid and / or dustproof.
  • the actuating element acts between the first housing part 1 12 and a second, rigidly connected to the holder 1 1 1 housing part 1 12 'as a frictionless, gearless actuator.
  • the actuator comprises a displacement sensor (not shown or hidden by the waveguide 17) and a pressure sensor. By measuring the pressure in the bellows cylinder and the position of the bellows cylinder (with the help of the displacement sensor), the actuator force can be calculated.
  • connections for the supply and exhaust duct 1 19 can be arranged for example in the first housing part 1 12.
  • the connection to the supply air duct is connected eg via a hose to a compressor.
  • this includes two end stops.
  • the maximum deflection ZREL.max can be 100 mm, for example, and is usually between 50 mm and 250 mm.
  • FIGS. 3 and 4. For a positioning task, ie for positioning or palletizing (stacking) objects, the workpiece to be positioned (object 50) is first moved by the manipulator (eg the manipulator 10 according to FIG. 1) to a start position ZSTART.
  • This start position ZSTART is located near the desired storage position ZA at which the workpiece 50 should come to rest at the end.
  • this starting position ZSTART is in the vertical direction above the desired storage position ZA, wherein the vertical distance (ZSTART ZA) between the starting position ZSTART and storage position ZA substantially a safe distance, which must be kept in order not to run the risk of colliding with the already stacked objects.
  • the actuator 20, which is arranged between the workpiece 50 and the manipulator 10, is in this phase of the positioning operation in its end position with maximum deflection ZREi_, max, the actuator 20 pressing against the stop with a (adjustable) minimum force FMIN.
  • This (negative) minimum force FMIN is chosen as small as possible, usually in the range from -1 0 to -1 Newton.
  • the weight FG of the object must be compensated by the actuator almost completely (except for the said minimum force FMIN).
  • Fx - (FG + FMIN)
  • FMIN - (FG + FX)
  • the corresponding information are known to the robot controller of the manipulator.
  • the filing process can begin.
  • the manipulator 1 0 is controlled so that the actuator 20 moves along with the workpiece starting from the start position ZSTART on the storage position ZA, the actuator 20 is still (only) with the minimum net force FMIN presses against the end stop and full deflection ZREi_, max.
  • the workpiece 50 contacts the workpiece 51 underneath (or in general the desired storage area). Due to the movement of the manipulator 10 (and thus of the actuator 20 and of the workpiece 50), the actuator 20 is brought together immediately after the contact between the workpiece 50 and the depositing surface at the position ZA. is pressed and the net actuator force FMIN no longer acts on the end stop but on the support surface (eg top side of the workpiece 51). At the same time, the deflection ZREL of the actuator 20 decreases (dzREL./dt ⁇ 0). The robot controller does not need to know the actual storage position ZA, the storage position ZA also does not have to be measured.
  • a change in the deflection can be evaluated. For example, an evaluation of the inequality dzREiVdt ⁇ 0 or ZREL ⁇ ZREL, max can be carried out in order to detect the contact between workpiece 50 and depositing surface. Since both the position of the manipulator 10 and the deflection ZREL are known at this time, this information can be used to scan unknown objects or to recognize their dimensions (eg the vertical coordinate of the contacted surface). From the combination of different minimum forces FMIN and the resulting deflection ZREL after contact, a "compliance" or "stiffness" of the contacted object can also be detected.
  • the determination of the compliance can be done in contact between the object to be positioned and the shelf (ie when depositing) or contact between the object to be gripped and the actuator (ie when gripping).
  • the movement of the manipulator 10 is stopped, with the velocity v not having to be abruptly zeroed, but also slowly reduced to zero to reduce the dynamic forces .
  • the time available to brake the manipulator 10 is determined essentially by the maximum lift ZREL, max-ZREL, min of the actuator 20.
  • the force control of the minimum net actuator force FMIN is active during the entire filing process. This situation is shown in FIG. In this way, it is ensured that in the phase from the first contact between actuator 20 and workpiece until stopping the vertical movement of the manipulator 10 of this never a force is exerted on the workpiece, which is higher than the (adjustable) minimum force FMIN.
  • the weight of the workpiece 50 is transferred to the depositing surface. That is, the net actuator force is increased until the actuator force Fx is zero and the net actuator force is equal to the weight force FG. Thereafter, the force control (while maintaining the current displacement ZREL of the actuator 20) is turned off and the workpiece are released. Afterward, the actuator 20 is moved away from the deposited workpiece by further reduction of the deflection ZREL and / or by manipulation of the manipulator, and the next workpiece can be fetched.
  • the described method offers the advantage that only the start position XSTART of the robot controller (of the manipulator 10) has to be known. This can be easily calculated if, for example, the maximum dimension (height) of the workpiece 50 is known and the number of workpieces already stored plus a possible safety distance. Even with relatively large tolerances of the dimensions of the workpieces thus a collision is excluded.
  • the actual storage position ZA eg the actual height of the stack
  • the detection of the actual storage position takes place with the aid of the actuator 20 whose deflection ZREL is monitored, wherein the net actuator force FMIN is regulated to a value close to zero until the workpiece is deposited at its storage position ZA in order to minimize the impact forces during contact to keep.
  • the actuator 20 may be important for the actuator 20 to be practically free of friction, ie for a change in the actuator position ZREL (eg when the actuator is compressed), no significant slip-stick effect occurs.
  • FIG. 5 shows three different states of the actuator (weight force FG) loaded with a workpiece 50.
  • the actuator 20 (see Figs. 1 to 4) is represented in this illustration by a pneumatic cylinder 1 14 ', which can be used as an alternative to the bellows 1 14 (see FIG. 2).
  • the cylinder is operated so that the workpiece 50 is raised when the cylinder pressure pz exceeds a minimum value ⁇ / ⁇ .
  • the weight (weight force FG) of the workpiece 50 pulls the actuator into the lower one 5, denoted ZA in FIG. 5.
  • the workpiece floats, so to speak, at a (predefinable) desired position zc.
  • the positions ZA, ZB, ZC and ZD shown in FIG. 5 do not represent absolute positions of the workpiece 50 but displacements of the actuator 20.
  • the absolute position of the workpiece 50 is represented by the position of the manipulator 10 (see FIG. 1) determines which of the deflection of the actuator 20 is superimposed.
  • the setpoint position zc is therefore to be understood as a relative position with respect to the position predefined by the manipulator (compare FIG. 1).
  • FIG. 6 shows two different safety measures which can be carried out in different situations in order to prevent, for example, a (too strong) crushing of a person or a thing.
  • a (too strong) crushing of a person or a thing In the left representation in Fig. 6 is again the normal case of the weight force compensation shown.
  • the workpiece 50 is positioned by means of the manipulator 10 (see Fig.
  • At least two measures can be distinguished, namely an emergency stop of the manipulator 10 and the actuator 20 with slow vertical movement of the manipulator 10 (emergency stop type A) and rapid vertical movement of the manipulator 10 (emergency stop type B).
  • the power supply for the motors of the manipulator 10 is interrupted and the brakes (if present) of the lifting device (see Fig. 1 column 1 1) attack immediately.
  • the braking distance is short, for example 1 mm, whereas with fast (maximum) manipulator movement the braking distance can be significantly longer (eg 9 mm). This braking distance must also absorb the actuator 20, whereby this is further compressed.
  • this can be done automatically with the help of a spring during power off.
  • the compressed air in the reserve tank is sufficient to lift the weight to the upper stop (minimum deflection ZB of the actuator) and to keep it around 1 minute despite leakage in the cylinder.
  • the difference between "critical deflection" ZD of the actuator, in which the emergency stop of type B is performed, and the minimum deflection ZB of the actuator is significantly greater than the maximum braking distance of the manipulator 10, so that the workpiece at emergency stop effectively (against movement With a difference (ZB-ZD) of 25 mm and a braking distance of 9 mm, the workpiece 50 would effectively be raised by 16 mm, raising at a higher speed than the maximum speed of the manipulator 10 during the operation brakes.
  • the manipulator 10 can further raise the workpiece 50 and, if necessary, return to a starting position or continue the process interrupted by the emergency stop.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Positionieren, insbesondere zum Palletieren von Gegenständen beschrieben. Das Verfahren wird mit Hilfe eines Manipulators mit einem zusätzlichen Aktor durchgeführt, der zwischen Manipulator und dem zu positionierenden Gegenstand angeordnet ist. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst das Verfahren das Greifen des Gegenstandes und das Bewegen des Gegenstandes, mit Hilfe des Manipulators, an eine Startposition in der Nähe einer Ablagefläche, auf der der Gegenstand positioniert und abgelegt werden soll. Das Verfahren umfasst weiter das Bewegen Gegenstandes mit Hilfe des Manipulators hin zur Ablagefläche, wobei der Aktor so angesteuert wird, dass die Aktorkraft die Gewichtskraft des Gegenstandes kompensiert, oder wobei die Aktorkraft so geregelt wird, dass eine einstellbare minimale Netto-Aktorkraft auf einen Endanschlag des Aktors wirkt (welche im Grenzfall Null sein kann). Des Weiteren wird die Auslenkung des Aktors überwacht und eine Veränderung der Auslenkung detektiert. Die Bewegung des Manipulators wird bei Detektion einer Veränderung der Auslenkung des Aktors gestoppt, worauf der Gegenstand losgelassen werden kann.

Description

Verfahren zum robotergestützten Stapeln von Gegenständen
Die Erfindung betrifft ein robotergestütztes Verfahren zum Positionieren oder Stapeln von Gegenständen, beispielsweise zum Stapeln von Werkstücken mit Hilfe eines Manipulators.
In der automatisierten Fertigung besteht häufig das Problem eine Vielzahl von gleichartigen oder ähnlichen Gegenständen zu stapeln. Beispielsweise werden fertige, ggf. schon verpackte Gegenstände auf Paletten zum Zwecke des Trans- ports gestapelt, oder es werden halbfertige Werkstücke an einer (Zwischen-) Lagerposition gestapelt, um sie zu einem späteren Zeitpunkt weiter zu verarbeiten. Eine ähnliche Aufgabe ist das Be- und Entladen von Schachteln und Kisten mit Gegenständen zum Zwecke des Transports. In der Massenproduktion werden dazu Industrieroboter mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden eingesetzt (Manipulato- ren), welche in der Lage sind, Gegenstände praktisch beliebig zu positionieren.
Ein einfacher für derartige Zwecke geeigneter Roboter ist in der Publikation DE 40 18 684 C2 beschrieben. An einer Standsäule ist ein schwenkbarer Auslegerarm angebracht, der noch weiter unterteilt und in seiner Länge veränderbar ist. An dem Ende des Auslegerarms ist eine separate Aufnahmevorrichtung für den zu manipulierenden Gegenstand angebracht.
Die Robotersteuerung eines Industrieroboters ist üblicherweise so programmiert, dass der sogenannte„Tool Center Point" (TCP) vorgegebene, vorab geplante Be- wegungsbahnen (Trajektorien) durchläuft, wobei es verschiedenste Methoden gibt, derartige Bewegungsbahnen zu planen. Die geplanten Bewegungsbahnen und die entlang der Bahnen durchgeführten Tätigkeiten (z.B.„Werkstück greifen", „Werkstück loslassen") werden zusammen als Roboterprogramm bezeichnet. Das Roboterprogramm ist normalerweise auf die zu manipulierenden Gegenstände abgestimmt. So muss die Robotersteuerung z.B. beim Stapeln von Gegenständen „wissen" wie hoch der Gegenstand ist, um den nächsten Gegenstand auf den vorherigen abzusetzen. Angenommen der erste Gegenstand (z. B. eine Schachtel mit einem darin verpackten Produkt, beispielsweise einem fragilen Gegenstand oder Lebensmittel) wird auf den Boden gestellt, wobei der Gegenstand (die Schachtel) 20 cm hoch ist. Der Roboter muss den nächsten Gegenstand dann so positionieren, dass dessen Unterseite 20 cm über dem Boden zu liegen kommt, bevor der Gegenstand losgelassen wird. Der übernächste Gegenstand wird dann 40 cm über dem Boden positioniert, um ihn auf dem vorherigen abzusetzen, und so weiter. In ähnlicher weise muss der Roboter beim Einsetzen eines Gegenstands in ein Gehäuse oder in eine Verpackung die Form und die Position des Gehäuses bzw. der Verpackung„kennen". Für derartige Aufgaben bestimmte Roboter sind auch unter der Bezeichnung„Palletierroboter" bekannt.
Die obige Beschreibung skizziert einen Idealfall, bei dem die Abmessungen des zu positionierenden bzw. zu stapelnden Gegenstands und ggf. des Gehäuses bekannt sind und exakt eingehalten werden. Weicht z.B. die tatsächliche Höhe eines Gegenstandes von einem Sollmaß ab, dann kann der Manipulator beim Absetzen des nächsten Gegenstandes mit dem vorherigen Gegenstand kollidieren (wenn dessen Höhe größer ist als die Sollhöhe), oder der Gegenstand wird zu früh losgelassen und fällt auf den vorherigen (wenn dessen Höhe kleiner ist als die Sollhöhe). Beim Stapeln addieren sich die Toleranzen der einzelnen Gegenstände. Um Kollisionen zu vermeiden kann das Roboterprogramm so ausgestaltet sein, dass ein Gegenstand immer in einem gewissen Abstand über der Ebene losgelassen wird, in der er im Idealfall abgestellt werden soll. In diesem Fall fällt der Gegenstand jedoch immer ein kurzes Stück. In vielen Anwendungen mag das Fallenlassen der Gegenstände über eine kurze Distanz (einige wenige mm) kein Problem sein, jedoch gibt es auch einige Anwendungen, bei denen mit den zu manipulie- renden Gegenständen vorsichtig umgegangen werden muss und ein„sanftes" Manipulieren der Gegenstände notwendig ist. Mit herkömmlichen Industrierobotern (ohne aufwändiger Zusatzsensorik) ist ein derartiges„sanftes" Manipulieren nicht möglich, weil die Robotersteuerung den Manipulator so steuert, dass der TCP die (z.B. punktweise definierte) Bewegungsbahn exakt zu einem Zielpunkt (einer Sollposition) hin durchläuft; der Roboter fährt also immer (vorher-) bestimmte, deterministische Positionen an und kann (zufällige) Abweichungen und Toleranzen bei den zu manipulierenden Gegenständen nicht berücksichtigen. Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem besteht also darin, ein Verfahren zu finden, das„sanftes" Positionieren oder Stapeln von Gegenständen ermöglicht. Das Verfahren soll robust sein im Hinblick auf Variationen in den tatsächlichen Abmessungen und den Zielpositionen der Gegenstände. Insbeson- dere sollen die Gegenstände auf Kontakt abgelegt und keinesfalls fallengelassen werden. Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Unterschiedliche Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es wird ein Verfahren zum Positionieren, insbesondere zum Palletieren von Gegenständen beschrieben. Das Verfahren wird mit Hilfe eines Manipulators mit einem zusätzlichen Aktor durchgeführt, der zwischen dem Manipulator und dem zu positionierenden Gegenstand angeordnet ist. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst das Verfahren das Greifen des Gegenstandes und das Bewegen des Gegenstandes, mit Hilfe des Manipulators, an eine Startposition in der Nähe einer Ablagefläche, auf der der Gegenstand positioniert und abgelegt werden soll. Das Verfahren umfasst weiter das Bewegen Gegenstandes mit Hilfe des Manipulators hin zur Ablagefläche, wobei der Aktor so angesteuert wird, dass die Aktorkraft die Gewichtskraft des Gegenstandes kompensiert, oder wobei die Ak- torkraft so geregelt wird, dass eine einstellbare minimale Netto-Aktorkraft auf einen Endanschlag des Aktors wirkt (welche im Grenzfall Null sein kann). Des Weiteren wird die Auslenkung des Aktors überwacht und eine Veränderung der Auslenkung detektiert. Die Bewegung des Manipulators wird bei Detektion einer Veränderung der Auslenkung des Aktors gestoppt, worauf der Gegenstand losgelas- sen werden kann.
Gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung umfasst das Verfahren das Ansteuern des Aktors derart, dass die Aktorkraft in vertikaler Richtung der Gewichtskraft des Gegenstands entspricht; und das Einleiten von Sicherheitsmaßnahmen, wenn sich die Auslenkung des Aktors um mindestens einen vorgebbaren Wert verändert hat. Des Weiteren wird eine Vorrichtung zum Positionieren von Gegenständen beschrieben. Gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Manipulator mit einem in einer horizontalen Ebene beweglichen Roboterarm und mit einer Hubvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Roboterarm in ver- tikaler Richtung zu positionieren. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren einen Aktor, der zwischen Werkstück und dem zu positionierenden Gegenstand angeordnet ist, und eine Robotersteuerung, die dazu ausgebildet ist, den Aktor derart anzusteuern, dass in vertikaler Richtung die Aktorkraft die Gewichtskraft des Gegenstandes näherungsweise kompensiert. Die Robotersteuerung, ist des Weiteren dazu ausgebildet, die Auslenkung des Aktors zu überwachen und Sicherheitsmaßnahmen einzuleiten, sobald diese Auslenkung einen vorgebbaren Wert übersteigt.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Abbildungen und die weitere Beschreibung sollen helfen, die Erfindung besser zu verstehen. Die dargestellten Details sind dabei nicht zwangsläufig als Einschränkung zu verstehen, vielmehr wird Wert darauf gelegt, das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip zu erläutern. In den Abbildungen zeigt: Figur 1 ein Beispiel eines Industrieroboters, der zum Stapeln oder Positionie- ren von Gegenständen geeignet ist;
Figur 2 einen am Roboter angeordneten Aktor, der mechanisch zwischen Ro- boter und dem zu manipulierenden Gegenstand liegt und der eine annähernd haftreibungsfreie Relativbewegung zwischen Roboter und Gegenstand ermöglicht;
Figur 3 schematisch einen ersten Teil eines Pallettiervorgangs; Figur 4 schematisch einen zweiten Teil eines Pallettiervorgangs;
Figur 5 eine schematische Darstellung der Druckregelung zur Gewichtskraftskompensation durch den Aktor; und Figur 6 eine schematische Darstellung möglicher Notaus-Szenarien gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleicher bzw. ähnlicher Bedeutung.
In Figur 1 ist ein Beispiel eines Manipulators (Roboters) dargestellt, der geeignet ist, die eingangs genannten Stapel- und Positionieraufgaben zu bewältigen. Der Manipulator 10 umfasst einen Roboterarm 12, der entlang einer feststehenden Säule 1 1 mit einer Hubvorrichtung in vertikaler Richtung auf- und ab bewegt werden kann. Im vorliegenden Beispiel ist die Säule ist fest mit einer Halterung 15 verbunden, welche wiederum fest am Boden oder mit einem Fundament verankert sein kann. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Roboterarm 12 zwei Gelenke 13 und 14, wobei der Roboterarm über das Gelenk 14 an der Hubvorrichtung angelenkt ist. Das Gelenk 13 verbindet zwei Segmente des Roboterarms (Oberarm bzw. proximales Segment, Unterarm bzw. distales Segment). Die Gelenke 13 und 14 sind so ausgestaltet, dass der Arm eine Bewegung in einer horizontalen Ebene ausführen kann. Die vertikale Position dieser horizontalen Ebene kann durch die Hubvorrichtung festgelegt werden. An dem dem Gelenk 14 gegenüberliegenden Ende des Roboterarmes ist ein Aktor 20 befestigt, welcher - in geringem Umfang - eine vertikale Bewegung ZREL relativ zu dem Roboterarm ausführen kann. Optional kann der Aktor 20 auch drehbar an den Roboterarm 12 angelenkt sein, sodass der Aktor 20 um die eigene (Längs-) Achse drehbar ist (Drehgelenk 16). Der Aktor 20 verbindet ein Werkzeug (z.B. einen Greifer) mit dem Roboterarm, wobei die vertikale Position ZREL des Werkzeugs relativ zum Roboterarm (Auslenkung des Aktors) mit Hilfe des Aktors 20 einstellbar ist.
Der Aktor 20 ist insbesondere ein haftreibungsfreier Aktor, wobei in diesem Zu- sammenhang unter haftreibungsfrei verstanden wird, dass die zwischen beweglichen Teilen des Aktors wirkende Haftreibkraft vernachlässigbar gering ist, insbesondere kleiner als 5% der aktuellen Aktorkraft. Die Aktorkraft ist die vom Aktor 20 auf das Werkzeug (z.B. den Greifer) ausgeübte Kraft. Der Aktor 20 ist ein Linearaktor, der z.B. als elektrischer Direktantrieb ausgeführt sein kann oder auch als pneumatischer Aktor. Bei pneumatischen Aktoren kommt der Einsatz von (haft-) reibungsfreien oder annähernd reibungsfreien Aktoren wie z.B. Balgzylindern oder Luftmuskeln in Betracht, die z.B. gegen ein Federelement, das eine Rückstellkraft bewirkt, arbeiten. Der Aktor 20 kann auch einen doppelt wirkenden Pneumatikzylinder aufweisen. In diesem Fall ist keine Feder zum Ausüben einer Rückstellkraft nötig. Problematisch ist bei Positionieraufgaben - und insbesondere beim Stapeln von Gegenständen - die zwischen den beweglichen Teilen der Aktoren wirkende Haftreibung. Ein Balgzylinder bzw. ein Luftmuskel weist selbst keine Haftreibung auf, da keine zueinander beweglichen Teile aneinander gleiten müssen. Auch bei Pneumatikzylindern kann eine vernachlässigbare Haftreibung im Zylinder erreicht werden. Das heißt, bei einer maximalen Aktorkraft von 200 Newton beträgt die für die Überwindung der Haftreibung nötige Kraft (z.B. bei einer Haftreibung von 1 % der Maximalkraft) gerade einmal 2 Newton. Aktoren mit derartig geringer Haftreibung werden als„haftreibungsfreie" Aktoren bezeichnet. Herkömmliche Aktoren weisen eine rund 20-Mal größere Haftreibung auf. Um eine (nennenswerte) Haftreibung auch in den Lagern zu vermeiden, kann der Aktor z.B. Kugelumlauflager aufweisen. Die praktische Haftreibungsfreiheit des Ak- tors ist für eine präzise Kraftregelung von großem Vorteil. Eine um ein Newton höhere Reibkraft hätte im obigen Beispiel eine ca. um 10 Newton höhere Unge- nauigkeit bei der dynamischen Kraftregelung (d.h. bei sich ändernder Position des Aktors) zur Folge. Eine exakte Kraftregelung wird benötigt, um ein möglichst sanftes Ablegen des zu positionierenden (bzw. zu stapelnden) Gegenstandes zu er- möglichen und Stöße weitestgehend zu vermeiden.
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausgestaltung des Aktors 20 aus Figur 1 . Im vorliegenden Fall ist das eigentliche Stellelement ein druckluftbetriebener Balgzylinder 1 14, welcher gegen eine Feder 1 15 arbeitet. Der Aktor 20 umfasst einen ersten Flanschteil 1 10 als Schnittstelle zum Industrieroboter (Manipulator), sowie einen zweiten Flanschteil 1 1 1 , an der beispielsweise ein Greifer angeordnet sein kann. Mit dem ersten Flanschteil 1 10 ist ein Gehäuseteil 1 12 starr verbunden, in dem sowohl ein Regelventil 1 13 als auch eine haftreibungsfreie Wellenführung (Welle 1 16, (Kugelumlauf-) Wellenführung 1 17) mit der Rückstellfeder 1 15 angeordnet sind. Zum Schutz gegen Staub und sonstigen Verunreinigungen ist ein Faltenbalg 1 18 als Abdeckung zwischen den Flanschteilen 1 10 und 1 1 1 vorgesehen. Diese Abdeckung kann auch für den Einsatz in rauer Umgebung flüssigkeits- und/oder staubdicht ausgebildet sein. Als haftreibungsfreies, getriebeloses Stellelement dient der Balgzylinder 1 14. Das Stellelement wirkt zwischen dem ersten Gehäuseteil 1 12 und einem zweiten, mit der Halterung 1 1 1 starr verbundenen Gehäuseteil 1 12'. Um eine Kraftregelung zu ermöglichen, umfasst der Aktor einen Wegsensor (nicht dargestellt, bzw. von der Wellenführung 1 17 ver- deckt) und einen Drucksensor. Durch Messung des Drucks im Balgzylinder und die Position des Balgzylinders (mit Hilfe des Wegsensors) kann die Aktorkraft berechnet werden. Da die Kinematik des Roboters bekannt ist, kann über die gemessenen Größen auch die auf den zu manipulierenden Gegenstand ausgeübte Kraft ermittelt (und folglich auch geregelt werden) werden. Anschlüsse für den Zu- und Abluftkanal 1 19 können z.B. im ersten Gehäuseteil 1 12 angeordnet sein. Der Anschluss zum Zuluftkanal ist z.B. über einen Schlauch mit einem Kompressor verbunden.
Unabhängig von der tatsächlichen Realisierung des Aktors 20 umfasst dieser zwei Endanschläge. Der erste Endanschlag definiert die minimale Auslenkung (ZREL=0) des Aktors 20 und der zweite Endanschlag definiert die maximale Auslenkung (zREL=ZREL,max) des Aktors 20. Die maximale Auslenkung ZREL.max kann beispielsweise 100 mm sein und liegt üblicherweise zwischen 50 mm und 250 mm. Im Folgenden wird auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen. Für eine Positionieraufgabe, d.h. zum Positionieren oder Palettieren (Stapeln) von Gegenständen wird das zu positionierende Werkstück (Gegenstand 50) mit Hilfe des Manipulators (z.B. der Manipulator 10 gemäß Fig. 1 ) zunächst mal zu einer Startposition ZSTART hinbewegt. Diese Startposition ZSTART befindet sich in der Nähe der ge- wünschten Ablageposition ZA, an der das Werkstück 50 am Ende zum Liegen kommen soll. Bei einem Palletierprozess ist diese Startposition ZSTART in vertikaler Richtung über der gewünschten Ablageposition ZA, wobei der vertikale Abstand (ZSTART-ZA) zwischen Startposition ZSTART und Ablageposition ZA im Wesentlichen ein Sicherheitsabstand ist, der eingehalten werden muss, um nicht Gefahr zu laufen mit den bereits gestapelten Gegenständen zu kollidieren. Der Aktor 20, welcher zwischen Werkstück 50 und Manipulator 1 0 angeordnet ist, befindet sich in dieser Phase des Positioniervorgangs in seiner Endposition mit maximaler Aus- lenkung ZREi_,max, wobei der Aktor 20 mit einer (einstellbaren) Minimalkraft FMIN gegen den Anschlag drückt. Diese (negative) Minimalkraft FMIN ist dabei so klein wie möglich gewählt, üblicherweise in Bereichen von -1 0 bis -1 Newton. Die Gewichtskraft FG des Gegenstandes muss dabei vom Aktor fast vollständig (bis auf die genannte Minimalkraft FMIN) kompensiert werden. Diese Situation ist in Fig. 3 darge- stellt. Das Aktor zieht das Werkstück 50 mit einer (negativen) Kraft Fx nach oben, während die (positive) Gewichtskraft des Gegenstandes 50 nach unten wirkt. Dabei gilt Fx= -(FG+FMIN), d.h. die auf den Endanschlag des Aktors 20 wirkende Nettokraft ist die oben erwähnte Minimalkraft FMIN=-(FG+FX). Das Gleichgewicht zwischen Aktorkraft Fx und Gewichtkraft FG kann durch Kräfte die aus der Beschleu- nigung des Manipulators 1 0 entstehen auch gestört werden. Diese Störkraft kann gegebenenfalls gemessen oder berechnet und entsprechend berücksichtigt werden. Die entsprechenden Informationen (z.B. Positionsdaten und deren erste und zweite Ableitung) sind der Robotersteuerung des Manipulators bekannt. Nachdem das Werkstück 50 in die Startposition ZSTART gebracht wurde, kann der Ablagevorgang beginnen. Dazu wird der Manipulator 1 0 so angesteuert, dass sich der Aktor 20 samt Werkstück ausgehend von der Startposition ZSTART auf die Ablageposition ZA hinbewegt, wobei der Aktor 20 immer noch (nur) mit der minimalen Nettokraft FMIN gegen den Endanschlag drückt und volle Auslenkung ZREi_,max auf- weist. Die Geschwindigkeit v ist einstellbar, und bei konstanter Geschwindigkeit ist die momentane Position z(t) des Werkstücks 50 gleich ZSTART-V-Ϊ (wobei die Geschwindigkeit v ein positiver Wert ist und Z(t=o)=zsTART).
Zu dem Zeitpunkt tA, zu dem das Werkstück die Ablageposition ZA erreicht, kontak- tiert das Werkstück 50 das darunter liegende Werkstück 51 (oder allgemein die gewünschte Ablagefläche). Aufgrund der Bewegung des Manipulators 1 0 (und damit des Aktors 20 und des Werkstücks 50) wird unmittelbar nach dem Kontakt zwischen Werkstück 50 und Ablagefläche an der Position ZA der Aktor 20 zusam- mengedrückt und die Netto-Aktorkraft FMIN wirkt nicht mehr auf den Endanschlag sondern auf die Ablagefläche (z.B. Oberseite des Werkstücks 51 ). Gleichzeitig nimmt die Auslenkung ZREL des Aktors 20 ab (dzREL./dt<0). Die Robotersteuerung muss die tatsächliche Ablageposition ZA nicht kennen, die Ablageposition ZA muss auch nicht gemessen werden. Zur Kontakterkennung kann eine Veränderung der Auslenkung ausgewertet werden. Zum Beispiel kann eine Auswertung der Ungleichung dzREiVdt < 0 oder ZREL<ZREL,max erfolgen, um den Kontakt zwischen Werkstück 50 und Ablagefläche zu erkennen. Da zu diesem Zeitpunkt sowohl die Position des Manipulators 10 bekannt ist als auch die Auslenkung ZREL, können diese Information verwendet werden, um unbekannte Gegenstände abzutasten, bzw. dessen Dimensionen (z.B. die vertikale Koordinate der kontaktierten Oberfläche) zu erkennen. Aus der Kombination unterschiedlicher Minimalkräfte FMIN und der enstehenden Auslenkung ZREL nach Kontakt, kann auch eine„Nachgiebigkeit" oder „Steifigkeit" des kontaktierten Gegenstandes erkannt werden. Dies ermöglicht z.B. die Erkennung einer unstabilen (und daher nachgiebigen) Ablagefläche, beispielsweise beim Stapel von Kartons, wenn der untere Karton, auf dem ein anderer abgelegt werden soll, beschädigt ist. Die Ermittlung der Nachgiebigkeit kann dabei bei Kontakt zwischen zu positionierenden Gegenstand und Ablagefläche (also beim Ablegen) oder bei Kontakt zwischen zu greifenden Gegenstand und Aktor (also beim Greifen) erfolgen.
Sobald der Kontakt (d.h. das Ablegen des Werkstücks 50) erkannt wurde wird die Bewegung des Manipulators 10 gestoppt, wobei die Geschwindigkeit v nicht abrupt auf Null gesetzt werden muss, sondern auch langsam auf Null reduziert wer- den kann, um die dynamischen Kräfte zu reduzieren. Die Zeit, welche zur Verfügung steht, um den Manipulator 10 zu bremsen, wird im Wesentlichen durch den maximalen Hub ZREL, max-ZREL, min des Aktors 20 bestimmt. Die Kraftregelung der minimalen Netto-Aktorkraft FMIN ist während des gesamten Ablagevorgangs aktiv. Diese Situation ist in Fig. 4 dargestellt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass in der Phase von dem ersten Kontakt zwischen Aktor 20 und Werkstück bis zum Stoppen der vertikalen Bewegung des Manipulators 10 von diesem nie eine Kraft auf das Werkstück ausgeübt wird, die höher ist als die (einstellbare) Minimalkraft FMIN. Am Ende des Ablagevorgangs, sobald der Manipulator 10 still steht und die Auslenkung des Aktors 20 wieder konstant ist, wird das Gewicht des Werkstücks 50 auf die Ablagefläche übertragen. Das heißt die Netto- Aktorkraft wird erhöht bis die Aktorkraft Fx Null ist und die Netto-Aktorkraft gleich der Gewichtskraft FG. Danach kann die Kraftregelung (unter Beibehaltung der aktuellen Auslenkung ZREL des Aktors 20) abgeschaltet und das Werkstück losgelassen werden. Im Anschluss wird der Aktor 20 durch weitere Reduktion der Auslenkung ZREL und/oder durch Verfahren des Manipulators von dem abgelegten Werkstück weg bewegt und es kann das nächste Werkstück geholt werden.
Das beschriebene Verfahren bietet den Vorteil, dass nur die Startposition XSTART der Robotersteuerung (des Manipulators 10) bekannt sein muss. Diese lässt sich leicht berechnen, wenn beispielsweise die maximale Abmessung (Höhe) des Werkstücks 50 bekannt ist sowie die Anzahl der bereits abgelegten Werkstücke zuzüglich eines eventuellen Sicherheitsabstandes. Auch bei verhältnismäßig großen Toleranzen der Abmessungen der Werkstücke ist somit eine Kollision ausgeschlossen. Die tatsächliche Ablageposition ZA (Z. B. die aktuelle Höhe des Stapels) muss der Robotersteuerung nicht bekannt sein und daher auch nicht gemessen werden. Die Detektion der tatsächlichen Ablageposition erfolgt mit Hilfe des Aktors 20, dessen Auslenkung ZREL überwacht wird, wobei bis zur Ablage des Werkstücks an seiner Ablageposition ZA die Netto-Aktorkraft FMIN auf einen Wert nahe Null geregelt wird, um die Stoßkräfte beim Kontakt so gering wie möglich zu halten. In diesem Zusammenhang kann es wichtig sein, dass der Aktor 20 praktisch haftreibungsfrei ist, das heißt bei einer Veränderung der Aktorposition ZREL (Z. B. beim zusammendrücken des Aktors) kein signifikanter Slip-Stick-Effekt auftritt.
Auch wenn die Kontaktkräfte mit Hilfe des oben beschriebenen Aktors (Aktor 20, Fig. 1 bis 4) sehr klein gehalten werden können, kann es bei einigen Anwendun- gen notwendig sein, Sicherheitsmaßnahmen vorzusehen, die z.B. ein ungewolltes Einquetschen von Gegenständen oder Personen verhindern sofern es zu einer ungeplanten Kollision zwischen einem vom Roboter manipulierten Werkstück (Werkstück 50, Fig. 3 bis 6) und einem anderen Gegenstand oder einem Körper- teil einer Person kommt. Die Abmessungen eines Gegenstandes können auch außerhalb einer gewissen Toleranz liegen. Auch dann kann neben der Vermeidung von Schäden, die übergeordnete Steuerung auch eine Nachricht (ein Signal) darüber bekommen.
In Figur 5 sind drei verschiedene Zustände des mit einem Werkstück 50 belasteten Aktor (Gewichtskraft FG) dargestellt. Der Aktor 20 (siehe Fig. 1 bis 4) wird in dieser Darstellung durch einen Pneumatikzylinder 1 14' repräsentiert, der alternativ zu dem Balg 1 14 (siehe Fig. 2) verwendet werden kann. Der Zylinder wird so be- trieben, dass das Werkstück 50 angehoben wird, wenn der Zylinderdruck pz einen Mindestwert ρκ/ι übersteigt. Das mit„Fall 1 " bezeichnete Beispiel in Fig. 5 zeigt den Fall eines Druckabfalls im Zylinder 1 14' des Aktors 20 (Aktorkraft Fx=0). Als Folge davon zieht das Gewicht (Gewichtskraft FG) des Werkstücks 50 den Aktor in die untere Endposition, in Fig. 5 mit ZA bezeichnet. Das mit„Fall 2" bezeichnete Bei- spiel in Fig. 5 zeigt den Fall eines„Überdrucks" (ρζ>ρκ/ι) im Zylinder 1 14' des Aktors 20 (Aktorkraft FX»FG). Als Folge davon zieht der Aktor das Werkstück 50 (Gewichtskraft FG) nach oben bis in die untere Endposition des Aktors 20, in Fig. 5 mit ZB bezeichnet. Das mit„Fall 3" bezeichnete Beispiel in Fig. 5 zeigt den (Normal-) Fall der Gewichtskraftkompensation. Das heißt, der Zylinderdruck pz wird auf jenen Druck ρκ/ι geregelt, der minimal nötig ist, um die Gewichtskraft FG des Werkstücks zu kompensieren (Aktorkraft Fx ist gleich der Gewichtskraft FG). Das Werkstück schwebt sozusagen an einer (vorgebbaren) Sollposition zc. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass die in Fig. 5 dargestellten Positionen ZA, ZB, ZC und ZD keine absoluten Positionen des Werkstücks 50 repräsentieren sondern Auslenkungen des Aktors 20. Die Absolutposition des Werkstücks 50 wird durch die Position des Manipulators 10 (siehe Fig. 1 ) bestimmt, welcher die Auslenkung des Aktors 20 überlagert ist. In dem in Fig. 5 dargestellten„Fall 3" ist die Soll- Position zc also als Relativposition in Bezug auf die vom Manipulator vorgegebenen Position zu verstehen (vgl. Fig. 1 ).
In Figur 6 sind zwei unterschiedliche Sicherheitsmaßnahmen dargestellt, die in unterschiedlichen Situationen durchgeführt werden können, um beispielsweise ein (allzu starkes) Einquetschen einer Person oder einer Sache zu verhindern. In der linken Darstellung in Fig. 6 ist noch einmal der Normalfall der Gewichtskraftkompensation dargestellt. Das Werkstück 50 wird mit Hilfe des Manipulators 10 positioniert (siehe Fig. 1 ) und der Aktor 20 sorgt für ein„Schweben" des Werkstücks 50 bei einer Aktorauslenkung zc (Aktorkraft Fx gleich Gewichtskraft FG, keine Haft- reibung). Sofern beim Absenken des Werkstücks 50 (beispielsweise im Zuge eines Stapelprozesses oder einer Positionieraufgabe wie weiter oben beschrieben) das Werkstück mit einem Hindernis kollidiert wirkt auf das Werkstück 50 eine Kollisionskraft FK, welche den Aktor 20„zusammendrückt", die Auslenkung z des Aktors 20 wird also geringer (z < zc). Relativ zum Aktor 20 wird das Werkstück 50 angehoben; die Bewegung des Werkstücks 50 wird durch das Hindernis blockiert während der Manipulator 10 sich weiterbewegt. Sobald die Aktorauslenkung eine Mindestauslenkung ZD unterschreitet (z < ZD) wird ein Sicherheitsmaßnahme durchgeführt, beispielsweise ein Nothalt.
Gemäß den hier beschriebenen Beispielen der Erfindung können zumindest zwei Maßnahmen unterschieden werden, nämlich ein Nothalt des Manipulators 10 und des Aktors 20 bei langsamer Vertikalbewegung des Manipulators 10 (Nothalt Typ A) und bei schneller Vertikalbewegung des Manipulators 10 (Nothalt Typ B). In beiden Fällen wird die Stromzufuhr für die Motoren des Manipulators 10 unterbrochen und die Bremsen (sofern vorhanden) der Hubvorrichtung (vgl. Fig. 1 Säule 1 1 ) greifen sofort. Bei langsamer Manipulatorbewegung ist der Bremsweg kurz, beispielsweise 1 mm, wohingegen bei schneller (maximaler) Manipulatorbewegung der Bremsweg signifikant länger sein kann (z.B. 9 mm). Diesen Bremsweg muss ebenfalls der Aktor 20 aufnehmen, wodurch dieser weiter zusammengedrückt wird. Die Differenz zwischen„kritischer Auslenkung" ZD des Aktors, bei der die Sicherheitsmaßnahme (Nothalt Typ B) durchgeführt wird, und der minimalen Auslenkung ZB des Aktors muss daher größer sein (ausgelegt werden), als der maximale Bremsweg. Bei nur langsamer Vertikalbewegung des Manipulators 10 (Nothalt Typ A) werden des Weiteren die Ventile des pneumatischen Stellgliedes im Aktor 20 (im vorliegenden Fall die Ventile des Zylinders 1 14') gesperrt, und das Werkstück senkt sich nur mehr langsam aufgrund der Leckage im Zylinder 1 14' (z.B. weniger als 50 mm/s). Dadurch bleibt einer eingeklemmten Person genügend Zeit, um zu reagieren. Bei schneller Vertikalbewegung des Manipulators 10 (Nothalt Typ B) wird der der Zuluftkanal des Zylinders auf einen mit Druckluft gefüllten Reservetank 120 geschaltet. Dies kann bei Stromabschaltung z.B. automatisch mit Hilfe einer Feder erfolgen. Die Druckluft im Reservetank reicht aus, um das Gewicht bis zum oberen Anschlag (minimale Auslenkung ZB des Aktors) anzuheben und trotz Leckage im Zylinder rund 1 Minute zu halten. Die Differenz zwischen„kritischer Auslenkung" ZD des Aktors, bei der der Nothalt vom Typ B durchgeführt wird, und der minimalen Auslenkung ZB des Aktors ist dabei deutlich größer als der maximale Bremsweg des Manipulators 10, sodass das Werkstück beim Nothalt effektiv (gegen die Bewegung des Manipulators beim Bremsen) angehoben wird. Bei einer Differenz (ZB- ZD) von 25 mm und einem Bremsweg von 9 mm würde das Werkstück 50 effektiv um 16 mm angehoben. Das Anheben erfolgt dabei mit höherer Geschwindigkeit als die maximale Geschwindigkeit des Manipulators 10 beim Bremsen.
Zur Wiederaufnahme des Betriebs wird an den Aktor wieder der normale Betriebsdruck angelegt, wodurch das Werkstück angehoben wird, danach kann der Manipulator 10 das Werkstück 50 weiter anheben und ggf. zu einer Ausgangsposition zurückfahren oder den durch den Nothalt unterbrochenen Vorgang fortsetzen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Positionieren, insbesondere zum Palletieren von Gegenständen mit Hilfe eines Manipulators mit einem zusätzlichen Aktor, der zwischen Manipula- tor und dem zu positionierenden Gegenstand angeordnet ist; das Verfahren um- fasst:
Greifen des Gegenstandes und bewegen des Gegenstandes, mit Hilfe des Manipulators, an eine Startposition (ZSTART) in der Nähe einer Ablagefläche, auf der der Gegenstand positioniert und abgelegt werden soll;
Bewegen Gegenstandes mit Hilfe des Manipulators hin zur Ablagefläche, wobei der Aktor so angesteuert wird, dass die Aktorkraft die Gewichtskraft des Gegenstandes kompensiert, oder wobei die Aktorkraft so geregelt wird, dass eine einstellbare minimale Netto-Aktorkraft auf einen Endanschlag des Aktors wirkt;
Überwachen der Auslenkung des Aktors und Detektieren einer Veränderung der Auslenkung;
Stoppen der Bewegung des Manipulators bei Detektion einer Veränderung der Auslenkung des Aktors;
Loslassen des Gegenstandes.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 bei dem vor dem Loslassen des Gegenstandes die Aktorkraft reduziert wird, beispielsweise auf Null reduziert wird, sodass die Netto-Aktorkraft im Wesentlichen durch die Gewichtskraft des Gegenstandes bestimmt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem bei der Regelung der Netto-Aktorkraft die Beschleunigungskräfte berücksichtigt werden, welche durch die Bewegung des Manipulators bewirkt werden.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Aktor annähernd haftreibungsfrei ist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Bewegung des Manipulators gestoppt wird, wenn die Auslenkung des Aktors sich um einen ersten vorgegebenen Wert verändert hat.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden, wenn die Auslenkung des Aktors um mindestens einen vorgebbaren zweiten Wert verändert hat.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem der Aktor ein pneumatischer Aktor ist und bei dem als Sicherheitsmaßnahme der Manipulator gebremst wird und ein Zuluftkanal des pneumatischen Aktors mit einer Druckluft-Quelle verbunden wird, wodurch der Aktor eine Bewegung durchführt, die die Bewegung des Manipulators während des Bremsvorgangs zumindest teilweise kompensiert.
8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem der Aktor ein pneumatischer Aktor ist und bei dem als Sicherheitsmaßnahme der pneumatische Aktor mit Hilfe von Ventilen gesperrt wird, sodass eine Bewegung nur mehr aufgrund von Leckage im Aktor möglich ist.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Greifen oder Positionieren eines Gegenstandes durch Detektieren einer Veränderung der Auslenkung ein Kontakt zwischen dem Aktor und dem Gegenstand oder zwischen dem Gegenstand und einer Ablagefläche erkannt wird und aus der Auslenkung und der Position des Manipulators bei Kontakt eine Abmessung des Gegenstan- des und ggf. Abweichungen von einer Soll-Abmessung ermittelt wird.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Greifen oder Positionieren eines Gegenstandes durch Detektieren einer Veränderung der Auslenkung ein Kontakt zwischen dem Aktor und dem Gegenstand oder zwischen dem Gegenstand und einer Ablagefläche erkannt wird und aus der Auslenkung und der Aktorkraft eine Nachgiebigkeit oder Steifigkeit des Gegenstandes oder der Ablagefläche ermittelt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Robotersteuerung benachrichtigt wird, wenn eine Abweichung von der Soll-Abmessung einen vorgegebenen Wert übersteigt.
1 1 . Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Greifen des Gegenstandes umfasst:
Überwachen der Auslenkung des Aktors und Detektieren einer Veränderung der Auslenkung;
Stoppen der Bewegung des Manipulators bei Kontakt zwischen Ak- tor und Gegenstand, wobei die Erkennung des Kontakts durch Detektion einer Veränderung der Auslenkung des Aktors erfolgt.
12. Verfahren zum Positionieren von Gegenständen mit Hilfe eines Manipulators mit einem zusätzlichen Aktor, der zwischen Werkstück und dem zu positionieren- den Gegenstand angeordnet ist; das Verfahren umfasst:
Ansteuern des Aktors derart, dass die Aktorkraft in vertikaler Richtung der Gewichtskraft des Gegenstands entspricht; und
Einleiten von Sicherheitsmaßnahmen, wenn die Auslenkung des Aktors um mindestens einen vorgebbaren zweiten Wert verändert hat.
13. Vorrichtung zum Positionieren von Gegenständen, die aufweist:
einen Manipulator mit einem in einer horizontalen Ebene beweglichen Roboterarm und einer Hubvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Roboterarm in vertikaler Richtung zu positionieren;
einen Aktor, der zwischen Werkstück und dem zu positionierenden
Gegenstand angeordnet ist, und
eine Robotersteuerung, die dazu ausgebildet ist,
den Aktor derart anzusteuern, dass in vertikaler Richtung die Aktorkraft die Gewichtskraft des Gegenstandes näherungsweise kompensiert und die Auslenkung des Aktors zu überwachen und Sicherheitsmaßnahmen einzuleiten, sobald diese Auslenkung einen vorgebbaren Wert übersteigt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017134122A1 (de) 2016-02-04 2017-08-10 Otto Suhner Ag Vorrichtung zum automatischen wechsel von schleifscheiben
WO2021243924A1 (zh) * 2020-06-01 2021-12-09 梅卡曼德（北京）机器人科技有限公司 托盘空间规划方法、码垛方法及其装置、及电子设备

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106247102B (zh) * 2016-08-31 2019-01-15 山东豪迈机械制造有限公司 一种多位置悬停装置
RU2657266C1 (ru) * 2017-02-21 2018-06-09 Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук" Способ управления аварийным торможением манипулятора
CN108698225B (zh) * 2017-08-24 2022-05-17 深圳蓝胖子机器智能有限公司 机器人码放货物的方法及机器人
CN107479581B (zh) * 2017-09-21 2021-01-26 北京京东尚科信息技术有限公司 货箱码放控制装置、***、方法和存储介质
JP6608894B2 (ja) * 2017-09-27 2019-11-20 ファナック株式会社 ロボットシステム
CN113272509B (zh) * 2018-08-29 2023-03-03 快砖知识产权私人有限公司 夹持设备
DE102019105022B3 (de) 2019-02-27 2020-03-19 Seconsys GmbH Kontaktflanschsystem und Verfahren zum Bearbeiten einer Werkstückoberfläche
US11724386B2 (en) 2019-05-27 2023-08-15 Ati Industrial Automation, Inc. Robotic tool holder with passive compliance
DE102019115562A1 (de) * 2019-06-07 2020-12-10 Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh Ausgleich von lagetoleranzen beim der robotergestützten oberflächenbearbeitung
CN112053398B (zh) * 2020-08-11 2021-08-27 浙江大华技术股份有限公司 物体抓取方法、装置、计算设备和存储介质
JP7495864B2 (ja) 2020-10-28 2024-06-05 株式会社アマダ ワーク搬送システム及びワーク搬送方法
US11745956B2 (en) * 2021-03-29 2023-09-05 Dexterity, Inc. Tray handling autonomous robot
US11731287B2 (en) 2021-04-16 2023-08-22 Dexterity, Inc. Robotic tray gripper

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4018684C2 (de) 1989-06-14 1994-11-10 Mitsubishi Electric Corp Industrieroboter
US20060259165A1 (en) * 2003-08-07 2006-11-16 Stommen Bernard J A Positioning apparatus gravity compensation device and method for compensating gravitationsl forces
DE102011006679A1 (de) * 2011-03-16 2012-09-20 Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh Aktive Handhabungsvorrichtung und Verfahren für Kontaktaufgaben

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100312437B1 (ko) * 1992-11-10 2001-12-28 제임스 이. 미러 도장막연마방법및그장치
US5448146A (en) * 1993-01-29 1995-09-05 Board Of Regents, The University Of Texas System Method for applying constant force with nonlinear feedback control and constant force device using same
JPH0930649A (ja) * 1995-07-13 1997-02-04 Mitsubishi Electric Corp ピックアップ装置
WO1999037442A1 (fr) * 1998-01-22 1999-07-29 Nitta Corporation Meuleuse-presseuse
US20030132726A1 (en) * 2001-10-16 2003-07-17 Dohring Mark E. Admittance enhancement in force feedback of dynamic systems
JP3702257B2 (ja) * 2002-08-23 2005-10-05 ファナック株式会社 ロボットハンドリング装置
JP2006035397A (ja) * 2004-07-29 2006-02-09 Fanuc Ltd 搬送ロボットシステム
AT503728B1 (de) * 2006-02-24 2008-09-15 Paolo Dipl Ing Ferrara Roboterarm
BE1017038A5 (nl) * 2006-03-07 2007-12-04 Elaut N V Grijpinrichting en werkwijze voor het regelen van de grijpkracht.
DE102006049956A1 (de) * 2006-10-19 2008-04-24 Abb Ag System und Verfahren zur automatisierten Ver- und/oder Bearbeitung von Werkstücken
EP2500150B1 (de) 2008-08-29 2014-05-14 ABB Research Ltd. Elastische Vorrichtung für das Werkzeug am Ende des Arms eines Industrieroboters
US8601897B2 (en) * 2009-11-30 2013-12-10 GM Global Technology Operations LLC Force limiting device and method
DE102009058607A1 (de) 2009-12-17 2011-06-22 KUKA Laboratories GmbH, 86165 Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Manipulators
DE102010003697B4 (de) * 2010-04-07 2012-12-06 Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh Aktive Handhabungsvorrichtung und Verfahren für Kontaktaufgaben
JP5311294B2 (ja) * 2010-04-28 2013-10-09 株式会社安川電機 ロボットの接触位置検出装置
US9014857B2 (en) * 2012-01-13 2015-04-21 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Methods and computer-program products for generating grasp patterns for use by a robot
DE102012012988A1 (de) * 2012-06-29 2014-04-17 Liebherr-Verzahntechnik Gmbh Vorrichtung zur automatisierten Handhabung von Werkstücken
CN203331026U (zh) * 2013-07-22 2013-12-11 青岛萨沃特自动化设备有限公司 一种用于搬运和码垛的三轴机械装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4018684C2 (de) 1989-06-14 1994-11-10 Mitsubishi Electric Corp Industrieroboter
US20060259165A1 (en) * 2003-08-07 2006-11-16 Stommen Bernard J A Positioning apparatus gravity compensation device and method for compensating gravitationsl forces
DE102011006679A1 (de) * 2011-03-16 2012-09-20 Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh Aktive Handhabungsvorrichtung und Verfahren für Kontaktaufgaben

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017134122A1 (de) 2016-02-04 2017-08-10 Otto Suhner Ag Vorrichtung zum automatischen wechsel von schleifscheiben
US11020836B2 (en) 2016-02-04 2021-06-01 Otto Suhner Ag Device for automatically changing grinding discs
WO2021243924A1 (zh) * 2020-06-01 2021-12-09 梅卡曼德（北京）机器人科技有限公司 托盘空间规划方法、码垛方法及其装置、及电子设备
US11797927B2 (en) 2020-06-01 2023-10-24 Mech-Mind Robotics Technologies Ltd. Tray space planning method, palletizing method and apparatus thereof, and electronic device

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