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DD226827A1 - SLIDING SENSOR FOR MEASURING TWO-DIMENSIONAL SHIFTS - Google Patents

SLIDING SENSOR FOR MEASURING TWO-DIMENSIONAL SHIFTS Download PDF

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DD226827A1
DD226827A1 DD26706584A DD26706584A DD226827A1 DD 226827 A1 DD226827 A1 DD 226827A1 DD 26706584 A DD26706584 A DD 26706584A DD 26706584 A DD26706584 A DD 26706584A DD 226827 A1 DD226827 A1 DD 226827A1
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DD
German Democratic Republic
Prior art keywords
axis
universal joint
sensor
measuring
slip
Prior art date
Application number
DD26706584A
Other languages
German (de)
Inventor
Heinz Thom
Original Assignee
Akad Wissenschaften Ddr
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft den mechanisierten Greif- und Handhabungsvorgang in der Robotertechnik. Mit dem Rutschsensor kann die Verschiebung eines im Greifer befindlichen Objektes gemessen werden. Die Messdaten des zweidimensionalen Rutschsensors sollen einerseits fuer die Steuerung der Greifkraft und andererseits fuer die Korrektur der programmierten Bahnsteuerung genutzt werden, um beim Zugreifen das Objekt nicht zu beschaedigen, um Kollisionen zu verhindern und um sanftes Ablegen des Objektes zu ermoeglichen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass mit einer Hohlkugel, die in einem Kreuzgelenk gelagert ist, die kartesischen Komponenten der Verschiebung eines Objektes ueber den Drehwinkel der zwei Kreuzgelenkachsen gemessen werden. Fig. 1The invention relates to the mechanized gripping and handling process in robotics. With the slide sensor, the displacement of an object located in the gripper can be measured. The measurement data of the two-dimensional slip sensor should be used on the one hand for the control of the gripping force and on the other hand for the correction of the programmed path control, so as not to damage the object while accessing, to prevent collisions and to allow smooth depositing of the object. According to the invention, the object is achieved by measuring the Cartesian components of the displacement of an object over the angle of rotation of the two universal joint axes with a hollow ball which is mounted in a universal joint. Fig. 1

Description

-3- 670 65-3- 670 65

einem Bereich von etwa ± 35° 5 drehen kann. Damit die x-Achse 3 sich stets in die Horizontallage ausrichten kann, liegt der Massenschwerpunkt dieses mechanischen Systems mit möglichst großem Abstand außerhalb der sich drehenden z-Achse 6. Die Hohlkugel 1 erhält den erforderlichen Haftdruck (Tastdruck) für die rollende Reibung und die elastische Nachgiebigkeit durch zwei in Richtung der z-Achse 6 mit einem Abstand versetzten Blattfedermenbranen 7. Die Auslenkung der y-Achse wird nach dem Ablegen des Objektes (Kugel frei) durch Zugfedern 8 wieder in die Nullage zurückgeführt.a range of about ± 35 ° 5 can rotate. Thus, the x-axis 3 can always align in the horizontal position, the center of gravity of this mechanical system with the greatest possible distance outside the rotating z-axis 6. The hollow ball 1 receives the required pressure (tactile pressure) for the rolling friction and the elastic Resiliency by two in the direction of the z-axis 6 offset at a distance Blattfedermenbranen 7. The deflection of the y-axis is returned to the zero position after dropping the object (ball free) by tension springs 8 again.

Eine inkrementale Winkelmeßeinheit 9 für die x-Achse 3 — eine Hohlwelle — ist in die zwei Halbschalen der Hohlkugel 1 eingebaut und die Winkelmeßeinheit 10 für die y-Achse 4 im Lager des Kreuzgelenkes 2. Mit einer Kodierscheibe 9.1 z. B. 60er Teilung und einer speziellen Anordnung 9.2 (Fig. 2), wird für die x-Achse 3 eine Auflösung von As = 0,44 mm erreicht. Beim Zugreifen werden für die Steuerung der gewichtsabhängigen Greifkraft die Inkremente der x-Achse genutzt, da sich diese stets in horizontaler Lage befindet, wenn senkrechte Lage von Greiferbacke und Objekt vorausgesetzt werden. Da die während eines Bewegungsvorganges initiierten Beschleunigungskräfte nur geringe Verschiebungswege eines schon gegriffenen Objektes bewirken können, reicht der Meßbereich in der y-Achse 4 für die Korrektur der Steuerung von Greifkraft und Manipulatorbewegung völlig aus. Sofern durch einen Endschalter 11 die Anwesenheit eines Objektes im Greifer signalisiert wird, werden die Meßdaten des Rutschsensors von einem Vorverarbeitungsmodul entsprechend Fig. 3a für die Information einer Auswerteeinheit verarbeitet. Die Information der Lichtschranken der zwei Meßsysteme wird dabei zum Zeitpunkt tn in einen Speicher I eingeschrieben, Fig. 3. Bewegt sich nach dieser Zeit tn der Rutschsensor um mindestens ein Inkrement, so verändern sich die Informationen der Lichtschranken. Der Vergleicher registriert die Veränderungen und setzt einen Speicher II. Der Ausgang des Speichers Il gibt die Information an die Auswerteeinheit, daß die Greifkraft nicht ausreichend ist. Mit dem Setzen des Speichers Il beginnt der Speicher I die aktuellen Informationen der Lichtschranken zu speichern. Zuvor erhält man von einem Vergleicher den kodierten Betrag der Verschiebung. Ist die Information des Speichers Il von der Auswerteeinheit gelesen worden, so löscht das darauf folgende üuittierungssignal den Speicher Il und ein neuer Informationsstand des Rutschsensors kann registriert werden. Dieser Datenzyklus ist nur bei einem sensibilisierten Rutschsensor möglich. Den entsprechenden Programmablauf des Rutschsensors zeigt Fig. 4.An incremental Winkelmeßeinheit 9 for the x-axis 3 - a hollow shaft - is installed in the two half-shells of the hollow sphere 1 and the Winkelmeßeinheit 10 for the y-axis 4 in the bearing of the universal joint 2. With a coding disc 9.1 z. B. 60s division and a special arrangement 9.2 (Fig. 2), a resolution of As = 0.44 mm is achieved for the x-axis 3. When accessing the increments of the x-axis are used for the control of the weight-dependent gripping force, as this is always in a horizontal position, if vertical position of gripper jaw and object are assumed. Since the acceleration forces initiated during a movement process can only effect small displacement paths of an already gripped object, the measuring range in the y-axis 4 is completely sufficient for the correction of the control of the gripping force and the manipulator movement. If the presence of an object in the gripper is signaled by a limit switch 11, the measured data of the slip sensor are processed by a preprocessing module according to FIG. 3a for the information of an evaluation unit. The information of the light barriers of the two measuring systems is written at the time t n in a memory I, Fig. 3. Moves after this time t n of the slip sensor by at least one increment, so change the information of the photocells. The comparator registers the changes and sets a memory II. The output of the memory Il gives the information to the evaluation that the gripping force is insufficient. With the setting of the memory Il, the memory I begins to store the current information of the light barriers. Previously obtained from a comparator the encoded amount of the shift. If the information of the memory Il has been read by the evaluation unit, the subsequent acknowledgment signal deletes the memory II and a new information level of the slip sensor can be registered. This data cycle is only possible with a sensitized slide sensor. The corresponding program sequence of the slip sensor is shown in FIG. 4.

Claims (4)

-2- 670 65 Erfindungsansprüche:-2- 670 65 Invention claims: 1. Rutschsensor zum Messen zweidimensionaler Verschiebungen für die Handhabung von senkrecht stehenden prismatischen Objekten, der in eine Greifbacke eingebaut ist und bei dem sich die Meßachsen χ und y parallel zur Backenebene befinden und das Tastelement elastisch gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hohlkugel (1) als Tastelement drehbar in einem Kreuzgelenk (2) gelagert ist und zur Messung der kartesischen Komponenten der Verschiebung des Objektes über die Drehwinkel der Kreuzgelenkachsen inkrementale Winkelmeßeinheiten (9; 10) vorhanden sind, wobei die Winkelmeßeinheit (9) für die x-Achse (3), in der die Hohlkugel (1) direkt gelagert ist, innerhalb der Hohlkugel (1) angeordnet ist, daß der Schwerpunkt des Kreuzgelenkes, das in der zur x- und y-Achse (3; 4) senkrechten z-Achse (6) leicht drehbar gelagert ist, sich außerhalb der z-Achse (6) mit möglichst großem Abstand befindet und daß der Innenrahmen (2.1) des Kreuzgelenkes (2) für die x-Achse (3) mit der Außengabel (2.2) des Kreuzgelenkes (2) für die y-Achse (4) kraftschlüssig mittels federnder Elemente (8) verbunden ist, um die y-Achse (4) bei nicht wirkendem Drehmoment stets in ihrer Nullage zu halten.1. slip sensor for measuring two-dimensional displacements for the handling of vertical prismatic objects, which is installed in a jaw and in which the measuring axes χ and y are parallel to the jaw plane and the probe element is elastically mounted, characterized in that a hollow ball (1 ) is rotatably mounted as a probe element in a universal joint (2) and for measuring the Cartesian components of the displacement of the object on the rotation angle of the universal joint axes incremental Winkelmeßeinheiten (9; 10) are provided, wherein the Winkelmeßeinheit (9) for the x-axis (3 ), in which the hollow ball (1) is mounted directly within the hollow sphere (1) is arranged such that the center of gravity of the universal joint, in the x-axis and y-axis (3; 4) vertical z-axis (6) is easily rotatably mounted, located outside the z-axis (6) with the greatest possible distance and that the inner frame (2.1) of the universal joint (2) for the x-axis (3) with the Au engabel (2.2) of the universal joint (2) for the y-axis (4) is frictionally connected by means of resilient elements (8) to hold in its zero position, the y-axis (4) in non-acting torque always. 2. Rutschsensor nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endschalter (11) vorhanden ist, der bei einer bestimmten Auslenkung der Hohlkugel (1) mit dem Kreuzgelenk in Richtung der z-Achse (6) durch ein anwesendes Objekt einen Vorverarbeitungsmodul aktiviert.2. Slip sensor according to item 1, characterized in that a limit switch (11) is provided which activates a Vorverarbeitungsmodul by a present object at a certain deflection of the hollow sphere (1) with the universal joint in the direction of the z-axis (6). HierzuFor this 3 Seiten Zeichnungen3 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft den mechanischen Greif- und Handhabungsvorgang in der Robotertechnik unter Verwendung eines Rutschsensors. Mit dem Rutschsensor kann man die Verschiebung eines gegriffenen Objektes messen, sofern die Greifkraft nicht dem Gewicht des Objektes und den an ihm wirkenden Beschleunigungskräften entspricht. Die Meßdaten des zweidimensionalen Rutschsensors werden einerseits für die Steuerung der Greifkraft und andererseits für die Korrektur der programmierten Bahnsteuerung genutzt. Zerbrechliche Objekte werden beim mechanischen Zugreifen unter Anwendung der Greif kraftsteuerung nicht beschädigt. Mit der Korrektur der programmierten Bahnsteuerung verhütet man Kollisionen und ermöglicht ein sanftes Ablegen des Objektes.The invention relates to the mechanical gripping and handling process in robotics using a slip sensor. With the slip sensor can measure the displacement of a gripped object, provided that the gripping force does not correspond to the weight of the object and the acceleration forces acting on it. The measurement data of the two-dimensional slip sensor are used on the one hand for controlling the gripping force and on the other hand for the correction of the programmed path control. Fragile objects are not damaged during mechanical access using the gripping force control. With the correction of the programmed path control one avoids collisions and allows a gentle depositing of the object. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions In der DE-OS 2 500 142 wurde als Lösung für die Ermittlung der zweikomponentigen Verschiebung nur die Kombination von zwei eindimensional messenden Rutschsensoren beschrieben, deren Achsen in den Greifelementen um 90° versetzt angeordnet sind. Tastelement dieser Rutschsensoren sind dünne Scheiben. Nachteile dieser Anordnung von zwei eindimensional wirkenden Rutschsensoren sind, daß sie die Verschiebung an partiell verschiedenen Bereichen der Mantelfläche des Objektes messen, und daß die Meßgenauigkeit bei zunehmender senkrecht zur Meßrichtung wirkender Verschiebungskomponente durch zusätzliche Lagerreibungen beeinträchtigt wird.In DE-OS 2 500 142 only the combination of two one-dimensionally measuring slip sensors has been described as a solution for the determination of the two-component displacement, whose axes are arranged offset in the gripping elements by 90 °. Tastelement these slip sensors are thin slices. Disadvantages of this arrangement of two one-dimensionally acting slip sensors are that they measure the displacement at partially different areas of the lateral surface of the object, and that the measurement accuracy is affected by increasing bearing perpendicular to the direction of displacement component by additional bearing friction. Der in Ryosuke, Masucha; Kensuke, Hasegawa; Total sensory system for robot control and its design approach Proceedings 11. International Symposium ou Industrial Robots 7.-9. 10. 81, Japan S. 159-166, beschriebene eindimensional wirkende Rutschsensor hat als Tastelement eine Walze. In dieser ist das Meßsystem des Rutschsensors eingebaut. Der Einsatz dieser Rutschsensoren zum Messen von zweikomponentigen Verschiebungen hat die Nachteile, daß sie für den Einbau in den Greiferbacken zu großen Raum beanspruchen und ebenfalls die Verschiebung an partiell verschiedenen Bereichen der Mantelfläche des Objektes messen. In der Literatur sind Kugelgeber beschrieben worden (Sensor Review, Jan. 1984, S..49), die sich für die Steuerung von zwei Variablen eignen und schon ihren Einsatz in der Steuerung von Maschinen, Radarerkennung und Computergrafik gefunden haben. Diese Kugelgeber sind insbesondere wegen der Lagerung des Stellelementes, die Kugel, nicht als Sensor für die Industrierobotertechnik geeignet. Bei einer einfachen pneumatischen Lagerung einer Kugelhälfte z. B. beansprucht der Kugelgeber eine Vorzugslage und bei den für die Kugel vielfältig angewandten Gleitlagerungen sind die Lagerreibverluste dieser Kugelgeber für den Einsatz als Rutschsensor unzulässig groß.The one in Ryosuke, Masucha; Kensuke, Hasegawa; Total sensory system for robot control and its design approach Proceedings 11th International Symposium ou Industrial Robots 7.-9. 10. 81, Japan p. 159-166, described one-dimensional slide sensor has a roller as a scanning element. In this the measuring system of the slip sensor is installed. The use of these slip sensors for measuring two-component displacements has the disadvantages that they take up too much space for installation in the gripper jaws and also measure the displacement at partially different areas of the lateral surface of the object. Kugelgeber has been described in the literature (Sensor Review, Jan. 1984, p. 49), which are suitable for the control of two variables and have already found their use in the control of machines, radar detection and computer graphics. These ball transmitters are not suitable as a sensor for industrial robot technology, in particular because of the bearing of the actuating element, the ball. In a simple pneumatic storage of a ball half z. B. claimed the ball encoder a preferred position and in the various applications for the ball sliding bearings Lagerreibverluste this ball sensor for use as a slip sensor are unacceptably large. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist das Messen der zweidimensionalen Verschiebung von zwischen Greiferbacken befindlichen, insbesondere kleinen prismatischen Objekten, wobei nur eine kleine Fläche am Objekt für das Abtasten beansprucht wird.The aim of the invention is the measurement of the two-dimensional displacement of located between gripper jaws, in particular small prismatic objects, wherein only a small area on the object is claimed for the scanning. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vorzugsweise kleinen Rutschsensor zur Messung der zweidimensionalen Verschiebung in der Backenebene eines Greifers von senkrecht stehenden prismatischen Körpern zu schaffen, der mit nur einem Tastelement das Objekt punktförmig berührt.The invention has for its object to provide a preferably small slip sensor for measuring the two-dimensional displacement in the jaw plane of a gripper of vertical prismatic bodies, which touches the object punctiform with only one probe element. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Hohlkugel als Tastelement drehbar in einem Kreuzgelenk gelagert ist und zur Messung der kartesischen Komponenten der Verschiebung des Objektes über die Drehwinkel der Kreuzgelenkachsen inkrementale Winkelmeßeinheiten vorhanden sind, wobei die Winkelmeßeinheit für die x-Achse, in der die Hohlkugel direkt gelagert ist, innerhalb der Hohlkugel angeordnet ist. Der Schwerpunkt des Kreuzgelenkes, das in der zur x- und y-Achse senkrechten z-Achse leicht drehbar gelagert ist, befindet sich außerhalb der z-Achse mit möglichst großem Abstand. Der Innenrahmen des Kreuzgelenkes für die x-Achse ist mit der Außengabel des Kreuzgelenkes für die y-Achse kraftschlüssig mittels federnder Elemente verbunden, um die y-Achse bei nicht wirkendem Drehmoment stets in ihrer Nullage zu halten. Vorteilhafterweise besitzt der Rutschsensor einen Endschalter, der bei einer bestimmten Auslenkung der Hohlkugel mit dem Kreuzgelenk in Richtung der z-Achse durch ein anwesendes Objekt einen Vorverarbeitungsmodul aktiviert.According to the invention the object is achieved in that a hollow ball is mounted as a scanning element rotatable in a universal joint and for measuring the Cartesian components of the displacement of the object on the rotation angle of the universal joint axes incremental Winkelmeßeinheiten are present, wherein the Winkelmeßeinheit for the x-axis, in the Hollow ball is mounted directly within the hollow ball is arranged. The center of gravity of the universal joint, which is easily rotatably mounted in the z axis perpendicular to the x and y axes, is located outside the z axis with the greatest possible distance. The inner frame of the universal joint for the x-axis is frictionally connected to the outer fork of the universal joint for the y-axis by means of resilient elements in order to keep the y-axis always in its neutral position with no torque acting. Advantageously, the slip sensor has a limit switch, which activates a preprocessing module by means of a present object during a specific deflection of the hollow ball with the universal joint in the direction of the z-axis. Ausführungsbeispielembodiment Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörenden Zeichnungen zeigen Fig. 1: Schnittdarstellunrgen des zweidimensionalen Rutschsensors und Draufsicht auf Innenrahmen Fig. 2: die Anordnung von vier Lichtschranken zu einer KodierscheibeThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings: Figure 1: Schnittdarstellunrgen the two-dimensional slide sensor and plan view of inner frame Fig. 2: the arrangement of four light barriers to a coding disc Fig. 3: den Signalfluß des RutschsensorsFig. 3: the signal flow of the slip sensor Fig.FIG. 4: den Programmablauf des Rutschsensors4: the program sequence of the slip sensor Das Funktionsprinzip des zweidimensional messenden Rutschsensors ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Hohlkugel 1 in einem Kreuzgelenk 2 so gelagert ist, daß sie sich um die x-Achse 3 ohne Einschränkungen, allerdings um die 90° versetzte y-Achse 4 nur inThe operating principle of the two-dimensional measuring slip sensor is characterized in that a hollow ball 1 is mounted in a universal joint 2 so that they are around the x-axis 3 without restrictions, but offset by the 90 ° y-axis 4 only in
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4766389A (en) * 1986-09-03 1988-08-23 Extrude Hone Corporation Capacitor array sensors tactile and proximity sensing and methods of use thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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