Erfassen von Parametern eines Roboteraufbaus

Die Erfindung betrifft ein Sensormodul zum Erfassen von Para metern eines Roboteraufbaus. Ein derartiges Modul kommt bei spielsweise bei der Inbetriebnahme von Industrierobotern zum Einsatz. Auch zum Kalibrieren bzw. zum erneuten Kalibrieren während des laufenden Betriebs von Industrierobotern ist ein derartiges Sensormodul geeignet. Die Erfindung betrifft wei terhin ein System mit einem Sensormodul sowie ein Verfahren zum Erfassen von Parametern.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Erfassung von Parametern eines Roboteraufbaus zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird durch ein Sensormodul gemäß Anspruch 1 ge löst. Das Sensormodul ist zum Erfassen von Parametern eines Roboteraufbaus ausgebildet, wobei der Roboteraufbau zumindest einen Manipulator für Positionieraufgaben aufweist. Dazu weist das Sensormodul:

- zumindest eine Fläche auf, die zur Interaktion mit dem Ma nipulator ausgebildet ist und

- zumindest einen Sensor, der zum Ermitteln einer Kraft und/oder eines Drucks ausgebildet ist, die/der vom Manipula tor auf die Fläche einwirkt.

Der Roboteraufbau kann dabei als Roboterarm oder jegliche weitere Art von Roboter ausgebildet sein. Der Manipulator kann dabei als ein Greifer, ein Saug-Greifer oder weitere Formen von Manipulatoren zur Manipulation eines Werkstücks ausgebildet sein. Es ist möglich, dass die Fläche an den Greifer angepasst ist. Es ist ebenso möglich, dass die Fläche so ausgestaltet ist, dass sie eine möglichst gute Greifober fläche aufweist oder je nach Anforderung an einen Test eine möglichst herausfordernde Greifoberfläche für den Greifer be ziehungsweise für den Manipulator aufweist. Je nach Testumge bung kann die Fläche auch austauschbar gestaltet sein, um für eine Vielzahl von Manipulatoren Parameter ermitteln zu kön nen.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zu mindest einen Beschleunigungssensor auf. Dieser kann z.B. nachdem der Manipulator das Sensormodul aufgenommen hat die auf das Sensormodul einwirkenden Beschleunigungen ermitteln. So können Beschleunigungsparameter ermittelt werden, bspw. zur Überprüfung einer bestehenden Regelung, ob beispielsweise die zu handhabende Ware beschädigt werden kann. Auch können so Erschütterungen ermittelt werden, die durch das Einwirken des Manipulators auf das Sensormodul entstehen. Durch eine Integration des Beschleunigungswertes könnten weiterhin Ge- schwindigkeitswerte ermittelt werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zu mindest eine Energieversorgungseinrichtung auf. Die Energie versorgungseinrichtung kann dabei dergestalt sein, dass sie einen kabellosen Betrieb des Sensormoduls für zumindest ein Testprogramm ermöglicht. Hier haben sich zum Beispiel Lithi um-Ionen-Akkus als vorteilhaft erwiesen.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zu mindest eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit kann dabei so ausgebildet sein, dass die im Sensormodul vorhande nen Sensoren anbindet, ansteuert und/oder ausliest. Auch ers te Parameterermittlungen können so bereits direkt in der Sen soreinheit durchgeführt werden. Die Auswerteeinheit kann dazu einen Microcontroller oder einen Prozessor aufweisen. Test programme können dabei in der Auswerteeinheit hinterlegt sein. Kommen mehrere Sensormodule zum Einsatz, so können je weils voneinander verschiedene Testprogramme in den Sensormo dulen vorgesehen sein, sodass der Roboteraufbau abhängig vom jeweiligen Sensormodul ein Testprogramm durchläuft.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zu mindest einen Temperatursensor und/oder einen Feuchtigkeits sensor auf. So können Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit direkt am Manipulator ermittelt werden. Dies ist insbesondere bei temperaturempfindlichen bzw. klimasensitiven Prozessen von Vorteil. Ein vollständigeres Bild des Prozesses, bzw. der Parameter kann so ermittelt werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zu mindest eine Kommunikationsschnittstelle auf. Die Kommunika tionsschnittstelle kann dabei insbesondere zur Übertragung von aktuellen Messwerten, insbesondere durch Echtzeitproto- kolle, ausgebildet sein. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen eine drahtlose Schnittstelle zu implementieren. Dazu können proprietäre Schnittstellen, als auch als offene Schnittstel len wie Beispielsweise WLAN oder Bluetooth verwendet werden. Es ist ebenso denkbar, dass eine drahtgebundene Schnittstelle verwendet wird, die kann in Einzelfällen eine schnellere Übertragungsgeschwindigkeit aufweist.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zu mindest eine erste und eine zweite Fläche auf, die insbeson dere parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Flächen zum Greifen mit einem als Greifer ausgeführten Manipulator ausgebildet sind. Als Sensoren können hier Kraftsensoren zum Einsatz kommen, die eine zwischen der ersten und der zweiten Fläche wirkende Kraft erfassen. Weiterhin ist denkbar, dass die jeweils auf die erste bzw. auf die zweite Fläche wirkende Kraft erfasst werden kann, um ggf. Ungleichheiten in der Kraftentfaltung ermitteln zu können.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensormodul zu mindest eine dritte Fläche auf, die zum Greifen mit einem als Saug-Greifer ausgeführten Manipulator ausgebildet ist. Einer der Sensoren kann dabei zum Erfassen eines durch den Saug- Greifer auf die dritte Fläche ausgeübten Drucks ausgebildet sein.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein System gelöst, dass zu mindest ein erfindungsgemäßes Sensormodul und eine Koordina tionseinheit aufweist. Die Koordinationseinheit ist dabei zur Kommunikation mit dem Sensormodul ausgebildet. Die Koordina tionseinheit kann dabei dazu ausgebildet sein Sensordaten in Rohform oder bereits in ausgewerteter Form von einem oder mehreren Sensormodulen empfangen, weitere Auswertungen durch führen, z.B. Parameter ermitteln und Parameter und/oder Sens ordaten anderen Geräten, wie beispielsweise Robotersteuerun gen, zur Verfügung stellen.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Koordinationsein heit zur Ansteuerung eines Roboteraufbaus ausgebildet, der zumindest einen Manipulator aufweist. Die Koordinationsein heit steuert dabei den Roboteraufbau so an, dass dieser mit dem Manipulator ein Testprogramm am Sensormodul durchführt.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Koordinationsein heit zum Ermitteln von Parametern des Manipulators ausgebil det ist. Die Koordinationseinheit kann dabei beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie eine Robotersteuerung zum Durchlaufen des Testprogramms steuert und dadurch ein oder mehrere Parameter des Roboteraufbaus ermittelt.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Erfassen von Parametern eines Roboteraufbaus gelöst. Das Verfahren um fasst die Schritte:

- Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Sensormoduls,

- Durchführen eines Testprogramms, umfassend ein Manipulieren des Sensormoduls mit einem Manipulator des Roboteraufbaus und

- Erfassen zumindest der Parameter, die durch das Manipulie ren mit dem Sensormodul aufgenommen werden. Weitere Parame ter, wie eine Positioniergenauigkeit, können ebenso durch das Sensormodul aufgenommen oder erfasst werden.

Mit dem Verfahren kann ein bisher nicht kalibrierter Roboter aufbau kalibriert werden oder ein bereits im laufenden Be trieb befindlicher Roboteraufbau überprüft werden, um sicher zustellen, dass dieser noch gemäß Spezifikation arbeitet. Es ist denkbar, dass das erfindungsgemäße Sensormodul in regel mäßigen Abständen durch den Roboteraufbau während des Be- triebs manipuliert wird, um regelmäßig Qualitätsdaten und/oder Kalibrierungsdaten zu erfassen. In anderen Worten könnte jedes n-te Mal anstatt eines Werkstücks das Sensormo dul durch den Roboteraufbau gegriffen, angehoben und/oder neu positioniert werden.

Das Testprogramm kann dabei folgende Schritte aufweisen:

- Greifen des Sensormoduls mit einem Manipulator des Roboter aufbaus,

- Anheben des Sensormoduls, insbesondere unter Veränderung der Orientierung des Sensormoduls und

- erneutes Positionieren auf derselben oder einer neuen Posi tion.

Beispielsweise durch externe Sensoren kann eine Positionier genauigkeit mit in die Auswertung und Ermittlung der Parame ter einfließen. Eine Kombination der durch das Sensormodul durchgeführten Messungen mit weiteren Parametern, die bei spielsweise durch eine Robotersteuerung zur Verfügung ge stellt werden, ist vorteilhaft.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert. Es zeigen:

FIG 1 schematisch einen Roboteraufbau mit einem Sensormo dul und

FIG 2 ein Sensormodul im Detail.

FIG 1 zeigt einen Roboteraufbau 10 mit einem Manipulator 12 und einem weiteren Manipulator 13. Der Manipulator 12 ist hier als Greifer gezeigt, der Manipulator 13 ist hier als ein Saug-Greifer gezeigt. Der Manipulator 12 ist dabei in der La ge eine Kraft F bzw. einen Druck p auszuüben. Analog kann der Saug-Greifer 13 eine Saug-Kraft F bzw. einen Saug-Druck p ausüben. Ein Sensormodul 100 ist gezeigt, das dabei eine ers te Fläche 111, eine zweite Fläche 112 sowie eine dritte Flä che 113 aufweist. Die erste Fläche 111 und die zweite Fläche 112 sind dabei parallel zueinander an gegenüberliegenden Sei ten des in diesem Fall quaderförmig ausgeführten Moduls 100 angeordnet. Die dritte Fläche 113 ist auf der Oberseite des Sensormoduls 100 so ausgebildet, dass der weitere Manipulator 13, der als Saug-Greifer ausgebildet ist, dazu kompatibel ist und das Sensormodul an der dritten Fläche 113 greifen kann.

Eine Beschleunigung a ist schematisch eingezeichnet, wobei diese in allen Dimensionen erfasst werden kann. Dazu kann das Sensormodul einen Beschleunigungssensor aufweisen, der in al len Raumrichtungen und um alle Achsen eine Beschleunigung er fassen kann. Eine Umgebungstemperatur T ist ebenso gezeigt, diese kann durch ein entsprechendes Sensormodul 100 mit Tem peratursensor erfasst werden.

FIG 2 zeigt ein Sensormodul 100 im Detail. Das Sensormodul 100 weist dabei wie in FIG 1 gezeigt eine erste Fläche 111, eine zweite Fläche 112 sowie eine dritte Fläche 113 auf. Die erste und die zweite Fläche 111, 112 weisen dabei Sensoren auf, die zur Erfassung von Greifkräften F, hier nicht einge zeichnet, ausgebildet sind. Derartige Sensoren können bei spielsweise Dehnmesstreifen aufweisen.

FIG 2 weist weiterhin eine Auswerteeinheit 120 auf, die bei spielsweise eine Recheneinheit aufweist, insbesondere einen Mikrocontroller. Die Auswerteeinheit 120 weist weiterhin eine Kommunikationsschnittstelle 122 auf, die in diesem Fall als eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist. Weiterhin ist eine Energieversorgungseinrichtung 160 gezeigt, die Beispielweise als ein Lithium-Ionen-Akku ausgebildet sein kann.

Zur Erfassung der Umgebungstemperatur T weist das Sensormodul 100 einen Temperatursensor 152 auf. Eine Luftfeuchtigkeit kann durch einen Feuchtigkeitssensor 153 erfasst werden. So können die klimatischen Verhältnisse um das Sensormodul 100 mit in die Ermittlung von Parametern einfließen. Die Energie versorgungseinrichtung 160 kann beispielsweise über eine in- duktive Ladeeinrichtung 162 mit Energie versorgt werden wie der aufgeladen werden. Alternativ kann das Sensormodul 100 drahtgebunden mit Energie versorgt werden oder durch einen Stecker trennbar drahtgebunden aufgeladen werden.

Das Sensormodul 100 kann dabei problemlos für gängige Robo tersysteme in der Elektronikfertigung verwendet werden. Die Nutzung des Sensormoduls 100 ist dabei ebenso für verschiede ne Hersteller wie für verschiedene Arten von Manipulatoren möglich. Vorteilhaft ermöglicht ein erfindungsgemäßes Sensor modul 100 eine Verringerung des Aufwands des Einrichtens bzw. des Umrüstens von Robotersystemen. Das Sensormodul 100 kann dabei weiterhin zum Protokollieren von gewissen Qualitäts standards aus der Produktion, in der ein Roboteraufbau 10 zum Einsatz kommt, verwendet werden. Auch ein erneutes Kalibrie ren eines Roboteraufbaus 10 ist möglich.

FIG 3 zeigt ein System, mit einer Koordinationseinheit 200, die mit einer Robotersteuerung 15 eines Roboteraufbaus 10 kommuniziert und diese beispielsweise zum Ausführen eines Testprogramms ansteuert. Weiterhin sind zwei Sensormodule 100 zu sehen, die jeweils eine drahtlose Kommunikationsschnitt stelle 122 aufweisen und zur drahtlosen Kommunikation mit der Koordinationseinheit 200 ausgebildet sind, die zu diesem Zweck eine Kommunikationsschnittstelle 222 aufweist. Die Ko ordinationseinheit 200 kann dementsprechend den Roboteraufbau 10 derart ansteuern, dass unter Verwendung der beiden Sensor module 100 ein Testprogramm durchgeführt wird. So können die Sensormodule 100 positioniert werden und beispielsweise ge stapelt oder an- bzw. nebeneinander angeordnet werden. So kann auch eine relative Positioniergenauigkeit zweier Werk stücke zueinander überprüft werden.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Sensormodul 100 zum Erfassen von Parametern F, p, a, T eines Roboteraufbaus 10, der zumindest einen Manipulator 12 für Positionieraufga ben aufweist. Das Sensormodul 100 weist:

- zumindest eine Fläche 111, 112, 113 auf, die zur Interakti- on mit dem Manipulator 12, 13 ausgebildet ist und - zumindest einen Sensor auf, der zum Ermitteln einer Kraft F und/oder eines Drucks p ausgebildet ist, die/der vom Manipu lator 12 auf die Fläche 111, 112, 113 einwirkt. Dier Erfin- düng betrifft weiterhin ein System sowie ein Verfahren.

BezugsZeichen

10 Roboteraufbau

12 Manipulator

15 Robotersteuerung

F Greif-Kraft p Druck a Beschleunigung

T Temperatur

100 Sensormodul

111 erste Fläche

112 zweite Fläche

113 dritte Fläche

120 Auswerteeinheit

122 Kommunikationsschnittstelle

150 Beschleunigungssensor

152 Temperatursensor

153 Feuchtigkeitssensor

160 EnergieVersorgungseinrichtung

162 induktive Ladeeinrichtung

200 Koordinationseinheit

222 Kommunikationsschnittstelle