DE102018127921B4 - Robots and methods for determining a range of motion by means of a robot - Google Patents

Robots and methods for determining a range of motion by means of a robot Download PDF

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Abstract

Roboter mit einem Roboterarm (1), der zumindest zwei relativ zueinander bewegliche Glieder (2) aufweist und ausgebildet ist, mit einem Objekt zu interagieren, und der zumindest eine Sensoreinrichtung zur Kraft- und/oder Momentenerfassung aufweist, wobei zumindest eine Kraftmessvorrichtung (5) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, eine Kontaktkraft (FK) zu messen, die bei Kontakt des Roboterarms (1) mit einem Objekt (7;8) als Reaktion einer durch einen Benutzer auf das Objekt (7;8) mittels des Roboterarms (1) ausgeübten Kraft (FH) resultiert, wobei eine Steuerung (6) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, die mittels der Kraftmessvorrichtung (5) gemessene Kontaktkraft (FK) zu erfassen, und die des Weiteren ausgebildet ist, einen eindimensionalen Kontakt oder einen zwei- oder dreidimensionalen Verlauf einer Bewegung des Roboterarms (1) durch Führen des Roboterarms (1) durch den Benutzer in Bezug auf das Objekt (7;8) unter Kontakt zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (6) darüber hinaus ausgebildet ist, aus dem Kontakt oder dem Verlauf der Bewegung die Position und Lage des Objekts (7;8) sowie dessen zwei- oder dreidimensionale Form zu erkennen.Robot with a robot arm (1) which has at least two members (2) which can be moved relative to one another and is designed to interact with an object, and which has at least one sensor device for force and / or torque detection, with at least one force measuring device (5) is provided, which is designed to measure a contact force (FK) that occurs when the robot arm (1) comes into contact with an object (7; 8) as a reaction of a user to the object (7; 8) by means of the robot arm (1 ) exerted force (FH) results, wherein a control (6) is provided which is designed to detect the contact force (FK) measured by means of the force measuring device (5) and which is also designed to have a one-dimensional contact or a two-dimensional contact. or to detect the three-dimensional course of a movement of the robot arm (1) by guiding the robot arm (1) by the user in relation to the object (7; 8) under contact, characterized in that the controller (6) d is also designed to recognize the position and location of the object (7; 8) and its two- or three-dimensional shape from the contact or the course of the movement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter und ein Verfahren zur Bestimmung eines für einen Roboter zur Verfügung stehenden Bewegungsraums mit Hilfe des Roboters.The present invention relates to a robot and a method for determining a range of motion available for a robot with the aid of the robot.

Mittels Roboter, insbesondere auch Roboter der Leichtbauweise, können unterschiedliche Tätigkeiten verrichtet werden. Das Spektrum reicht von einfachen Pick & Place-Tätigkeiten über Bearbeitungen von Werkstücken und das Heben bzw. Tragen von Gegenständen bis zu Interaktionen mit dem menschlichen Körper, wie beispielsweise in der Chirurgie.Different activities can be carried out by means of robots, in particular also robots of lightweight construction. The spectrum ranges from simple pick & place activities to processing workpieces and lifting or carrying objects to interactions with the human body, such as in surgery.

Grundsätzlich ist es auch bekannt, dass Roboter, sei es positionsgeregelte Industrieroboter oder kraft- und/oder momentgeregelte Manipulatoren, zusätzliche Kraftsensoren oder Kraftmesseinrichtungen aufweisen, die ausgebildet und eingerichtet sind, beim Teachen, bei der Positionsregelung oder bei der Bewegungssteuerung in einer entsprechenden Weise Einfluss zu nehmen.In principle, it is also known that robots, be they position-controlled industrial robots or force- and / or torque-controlled manipulators, have additional force sensors or force measuring devices that are designed and set up to influence teaching, position control or motion control in a corresponding manner to take.

Aus der DE 10 2015 004 484 A1 ist beispielweise ein positionsgeregeltes Robotersystem bekannt, bei dem am Ende des Roboterarms ein Kraftsensor vorgesehen ist, der in der Lage ist, eine durch einen Benutzer an diesem Ende aufgebrachte Eingabekraft zu erfassen mit dem Ziel, dadurch die Sollposition des Roboterarms zu ändern. Entsprechende Informationen in Bezug auf das Gewicht bzw. die Masse eines durch den Roboterarm gehaltenen Gegenstands bzw. Werkzeugs müssen der Steuerung des Robotersystems vorab mitgeteilt werden, damit die Positionssteuerung durchführbar ist.From the DE 10 2015 004 484 A1 For example, a position-controlled robot system is known in which a force sensor is provided at the end of the robot arm, which is able to detect an input force applied by a user at this end with the aim of changing the target position of the robot arm. Corresponding information relating to the weight or the mass of an object or tool held by the robot arm must be communicated to the controller of the robot system in advance so that the position control can be carried out.

Des Weiteren ist es aus der DE 10 2015 214 170 A1 bekannt, für zumindest ein Glied eines mehrgliedrigen Roboterarms eine Kraftmesseinrichtung vorzusehen, die mit Strukturbauteilen des Glieds oder angrenzender Glieder zusammenwirkt und ausgebildet ist, eine Kraft an dem Glied in einer vorgegebenen Richtung zu messen mit dem Ziel, die Positioniergenauigkeit des Roboters zu verbessern.Furthermore, it is from the DE 10 2015 214 170 A1 known to provide a force measuring device for at least one limb of a multi-limbed robot arm, which cooperates with structural components of the limb or adjacent limbs and is designed to measure a force on the limb in a predetermined direction with the aim of improving the positioning accuracy of the robot.

Konstruktionsbedingt und hinsichtlich seiner Kinematik ist einem Roboterarm bzw. Manipulator ein maximal zur Verfügung stehender Bewegungsraum zugeordnet, dessen Grenzen sich durch die jeweils maximale Erstreckung bzw. Reichweite seiner Glieder in dreidimensionaler Hinsicht ergeben. Innerhalb eines solchen Bewegungsraums kann der Roboterarm die jeweils vorgesehenen Tätigkeiten durchführen. Stationäre Hindernisse innerhalb eines solchen Bewegungsraums durch bspw. Objekte, Böden, Wände usw. müssen dem Robotersystem mitgeteilt, d.h. in der Regel einprogrammiert werden, was sich insbesondere bei positionsgeregelten Robotersystemen als sehr aufwändig und fehleranfällig erweist.As a result of the design and with regard to its kinematics, a robot arm or manipulator is assigned a maximum available movement space, the limits of which result from the respective maximum extension or range of its members in three-dimensional terms. The robot arm can carry out the activities provided in each case within such a movement space. Stationary obstacles within such a movement space, e.g. objects, floors, walls, etc., must be communicated to the robot system, i.e. usually programmed in, which proves to be very complex and error-prone, especially with position-controlled robot systems.

Allgemein sind aus dem Stand der Technik bei Robotern diverse Kraftsensoren bekannt, die in der Lage sind, von außen auf den Roboter einwirkende Kräfte zu messen. Des Weiteren ist es bekannt, die bei Kontakt eines Roboterarms, bspw. mittels seines Endeffektors, mit einem Objekt oder einer Fläche auftretenden Kontaktkräfte über die tatsächlich messbaren Antriebskräfte und/oder Antriebsmomente in Verbindung mit einem dynamischen Modell zu bestimmen, wie z. Bsp. die DE 10 2009 058 607 A1 lehrt. In general, various force sensors are known from the prior art for robots, which are able to measure external forces acting on the robot. Furthermore, it is known to determine the contact forces occurring upon contact of a robot arm, for example by means of its end effector, with an object or a surface via the actually measurable drive forces and / or drive torques in conjunction with a dynamic model, such as e.g. E.g. the DE 10 2009 058 607 A1 teaches.

Keines der bekannten Systeme ist jedoch ausgelegt, derartige Kräfte zur Bestimmung der Eigenschaften eines für einen Roboterarm vorgesehenen Bewegungsraums weitergehend, insbesondere im Rahmen einer Mensch-Roboter-Kollaboration zu nutzen.However, none of the known systems is designed to use such forces to determine the properties of a movement space provided for a robot arm, in particular in the context of a human-robot collaboration.

Ein Roboter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der DE 10 2007 062 108 A1 bekannt. Roboter und Roboterarme, die für eine beliebige Interaktion mit einem Objekt ausgelegt sind, zeigen beispielsweise die DE 10 2017 008 916 A1 , die DE 10 2017 003 000 B4 , die DE 10 2016 100 727 A1 , die DE 10 2016 006 704 A1 und die DE 10 2015 220 614 A1 .A robot according to the preamble of claim 1 is for example from DE 10 2007 062 108 A1 known. Robots and robotic arms designed for any interaction with an object, for example, show the DE 10 2017 008 916 A1 , the DE 10 2017 003 000 B4 , the DE 10 2016 100 727 A1 , the DE 10 2016 006 704 A1 and the DE 10 2015 220 614 A1 .

Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Kraftmesseinrichtung, die mit einem Roboterarm zusammenwirkt, einer neuen Auswertungsmöglichkeit zuzuführen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein einfaches Verfahren zur Bestimmung eines für einen Roboter vorzusehenden Bewegungsraums zur Verfügung zu stellen.Based on this, it is an object of the invention to provide a force measuring device that interacts with a robot arm with a new evaluation option. Another object is to provide a simple method for determining a movement space to be provided for a robot.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Roboter nach Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren zur Bestimmung eines Bewegungsraums für einen Roboter nach Anspruch 9.This object is achieved with a robot according to claim 1 and with a method for determining a range of motion for a robot according to claim 9.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Roboter mit einem Roboterarm, der zumindest zwei relativ zueinander bewegliche Achsen bzw. Glieder aufweist und ausgebildet ist, mit einem Objekt zu interagieren, und der zumindest eine Sensoreinrichtung zur Kraft- und/oder Momenterfassung aufweist, wobei zumindest eine Kraftmessvorrichtung vorgesehen ist, die ausgebildet ist, eine Kontaktkraft zu messen, die bei Kontakt des Roboterarms mit einem Hindernis als Reaktion einer durch einen Benutzer auf das Hindernis mittels des Roboterarms ausgeübten Kraft resultiert.In a first aspect, the invention relates to a robot with a robot arm, which has at least two axes or members that are movable relative to one another and is designed to interact with an object, and which has at least one sensor device for force and / or torque detection, with at least a force measuring device is provided which is designed to measure a contact force which results when the robot arm comes into contact with an obstacle as a reaction to a force exerted by a user on the obstacle by means of the robot arm.

Als Hindernis ist dabei jeglicher, vorzugsweise stationärer Gegenstand zu verstehen, der sich in Reichweite des Roboterarms befindet, wie Boden, Wände, Behälter, Arbeitsstationen, Ablagen, Fördereinrichtungen usw.. Der Gegenstand muss nicht zwangsläufig starr sein, sondern kann auch eine gewisse Elastizität oder Nachgiebigkeit aufweisen, wie beispielsweise menschliches Gewebe.An obstacle is to be understood as any, preferably stationary object that is in Range of the robot arm is located, such as the floor, walls, containers, workstations, shelves, conveyors, etc. The object does not necessarily have to be rigid, but can also have a certain elasticity or flexibility, such as human tissue.

Unter Roboter im Sinne der Erfindung kann ein Industrieroboter oder auch ein Knickarmroboter der Leichtbauweise mit insbesondere zumindest sechs seriell aufeinander folgenden Drehachsen verstanden werden. Gemäß der Erfindung soll es sich jedoch vorzugsweise um einen Roboter handeln, der kraft- und/oder momentengeregelt statt lediglich positionsgeregelt betrieben werden kann und für eine Mensch-Roboter-Kollaboration ausgelegt ist.A robot in the sense of the invention can be understood to mean an industrial robot or also an articulated arm robot of lightweight construction with in particular at least six axes of rotation following one another in series. According to the invention, however, it should preferably be a robot which can be operated with force and / or torque control instead of just position control and is designed for human-robot collaboration.

Derartige Leichtbauroboter sind in der Regel über die Sensoreinrichtung ausgelegt, auf diverse externe Krafteinwirkungen in geeigneter Weise zu reagieren, wobei die Sensoreinrichtung durch jeweils an den Gelenken angeordnete bzw. in den Antrieben der Gelenke implementierte Drehmomentsensoren gebildet wird, wodurch Drehmomente und/oder Kräfte in mehreren Raumrichtungen erfasst bzw. gemessen werden können. Alternativ oder ergänzend können die externen Kräfte auch anhand der gemessenen Motorströme der Antriebe an den Gelenken des Leichtbauroboters abgeschätzt werden. Als Regelungskonzepte können beispielsweise eine indirekte Kraftregelung durch Modellierung des Leichtbauroboters als mechanischer Widerstand (Impedanzregelung) oder eine direkte Kraftregelung verwendet werden.Such lightweight robots are usually designed via the sensor device to react in a suitable manner to various external force effects, the sensor device being formed by torque sensors arranged on the joints or implemented in the drives of the joints, whereby torques and / or forces in several Spatial directions can be detected or measured. As an alternative or in addition, the external forces can also be estimated on the basis of the measured motor currents of the drives on the joints of the lightweight robot. For example, an indirect force control by modeling the lightweight robot as a mechanical resistance (impedance control) or a direct force control can be used as control concepts.

Der Roboter ist des Weiteren dazu eingerichtet, eine für die sichere Mensch-Roboter-Kollaboration geeignete Nachgiebigkeit des Roboterarms bei Bedarf zur Verfügung zu stellen, was einen Handfahrbetrieb durch den Benutzer ermöglicht, d.h. der Roboterarm kann durch den Benutzer im freien Raum beliebig manuell bewegt und dadurch gezielt geführt werden, wobei sich die Gelenke, ggfs. in Abhängigkeit vorgegebener Steifigkeitsparametrierungen, und damit die Glieder des Roboterarms entsprechend verstellen lassen.The robot is also set up to provide a flexibility of the robot arm that is suitable for safe human-robot collaboration when required, which enables manual operation by the user, ie the robot arm can be moved and manually moved by the user in free space are thereby guided in a targeted manner, with the joints, if necessary depending on predetermined rigidity parameterizations, and thus the links of the robot arm being able to be adjusted accordingly.

Der Kern der Erfindung liegt folglich darin, dass die zumindest eine weitere Kraftmesseinrichtung, die prinzipiell beliebig ausgestaltet sein kann, ausgebildet ist, als Kontaktkraft eine Gegenkraft zu messen, die schlichtweg daraus resultiert, dass der Benutzer den Roboterarm, bspw. seinen Endeffektor, mit einem Hindernis in Kontakt bringt und dabei eine, wenn auch noch so geringe (Druck-)Kraft ausübt.The essence of the invention is therefore that the at least one further force measuring device, which in principle can be designed as desired, is designed to measure a counterforce as a contact force, which simply results from the user touching the robot arm, for example its end effector, with a Bringing the obstacle into contact and thereby exerting a force, no matter how small.

Die Gegenkraft hängt selbstverständlich von der Höhe der durch den Benutzer aufgebrachten Kraft ab; gemäß der Erfindung kann das erstmalige Auftreten und Erfassen einer Kontaktkraft jedoch steuerungstechnisch herangezogen werden, die Position und Lage eines Hindernisses zu erkennen, das sich im maximal zur Verfügung stehenden Bewegungsraum des Roboterarms befindet. Das Berühren des Objekts an mehreren Positionen ermöglicht des Weiteren dann einen Rückschluss auf die zwei- oder dreidimensionale Form des Objekts, wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren noch erläutert werden soll.The counterforce depends of course on the level of force applied by the user; According to the invention, however, the first occurrence and detection of a contact force can be used for control purposes to identify the position and location of an obstacle that is located in the maximum available movement space of the robot arm. Touching the object at several positions then also enables a conclusion to be drawn about the two- or three-dimensional shape of the object, as will be explained in connection with the method according to the invention.

Hierzu ist eine Robotersteuerung vorgesehen, die ausgebildet ist, die mittels der Kraftmessvorrichtung gemessene Kontaktkraft zu erfassen und darüber hinaus die durch den Roboterarm im Rahmen der Interaktion mit dem Objekt ausgeübten Antriebskräfte und/oder Antriebsmomente der Antriebe in den Gelenken zwischen den Achsen bzw. Gliedern von der mittels der Kraftmessvorrichtung gemessenen Kontaktkraft zu unterscheiden. For this purpose, a robot controller is provided which is designed to record the contact force measured by means of the force measuring device and also the drive forces and / or drive torques of the drives in the joints between the axes or links of the robot arm during the interaction with the object to distinguish the contact force measured by means of the force measuring device.

Insbesondere ist die Robotersteuerung ausgelegt und eingerichtet, einen eindimensionalen Kontakt oder einen zwei- oder dreidimensionalen Verlauf einer Bewegung des Roboterarms durch Führen des Roboterarms durch den Benutzer in Bezug auf das Objekt unter Kontakt zu erfassen. Mit anderen Worten, der Benutzer kann mit dem Roboterarm das Objekt an einem Punkt gezielt berühren, so dass die Steuerung erkennt, dass in Bezug auf eine Bewegung des Roboters in der durchgeführten Richtung ein Hindernis existiert. Ein solcher eindimensionaler Kontakt würde bereits ausreichen, um über ein entsprechend in der Steuerung hinterlegtes Raum- und/oder Bewegungsmodell oder über eine getrennte Programmierung zu erkennen, dass sich senkrecht zur Bewegungsrichtung des Roboterarms und/oder senkrecht zur Basis des Roboterarms eine vertikale Wand befindet, in der dieser Punkt liegt.In particular, the robot controller is designed and set up to detect a one-dimensional contact or a two- or three-dimensional course of a movement of the robot arm by guiding the robot arm by the user in relation to the object under contact. In other words, the user can selectively touch the object at one point with the robot arm, so that the controller recognizes that an obstacle exists with regard to a movement of the robot in the direction carried out. Such a one-dimensional contact would already be sufficient to recognize via a corresponding space and / or movement model stored in the controller or via separate programming that a vertical wall is perpendicular to the direction of movement of the robot arm and / or perpendicular to the base of the robot arm, in which this point lies.

Denkbar ist es auch, dass der Benutzer den Roboterarm an dem Objekt, an einer Fläche davon unter ständiger Aufrechterhaltung des Kontakts entlang fährt, was nicht zwangsläufig linear erfolgen muss, um die Ausdehnung bzw. Erstreckung dieser Fläche des Objekts zu erfassen. Letztendlich kann eine solche Bewegung des Roboterarms unter Kontakt mit dem Objekt auch in allen möglichen Raumrichtungen, und zwar sowohl in einer kontinuierlichen als auch diskontinuierlichen Art und Weise, erfolgen, was Rückschlüsse über die äußere dreidimensionale Form des Objekts zulässt. Gleiches trifft auf einem Raum zu, bei dem die Wände, der Boden und die Decke die abtastbaren Grenzen bilden.It is also conceivable that the user drives the robot arm along the object, along a surface thereof, while constantly maintaining contact, which does not necessarily have to be linear in order to detect the extent or extent of this surface of the object. Ultimately, such a movement of the robot arm in contact with the object can also take place in all possible spatial directions, both in a continuous and discontinuous manner, which allows conclusions to be drawn about the external three-dimensional shape of the object. The same applies to a room in which the walls, floor and ceiling form the palpable boundaries.

Der sich dabei einstellende Kontaktkraftverlauf entspricht im Prinzip einem Abtasten der Gestalt eines Objekts oder der Erstreckung bzw. Ausdehnung eines Raums. Da das dem Roboterarm zugeordnete Koordinatensystem in der Regel vorab bekannt ist, lässt sich so die genaue Position, Lage und Form des Objekts relativ zu der Position und Beweglichkeit des Roboterarms bestimmen. Damit ist ein Abtasten bzw. „Mapping“ des gesamten dem Roboterarm zu Verfügung stehenden Bewegungsraums mit allen seinen Hindernissen und Schranken möglich, was sich für nachfolgende Operationen bspw. beim Teachen des Roboterarms nutzen lässt.The contact force profile that is established in this case corresponds in principle to a scanning of the shape of an object or the extension or expansion of a room. Since the coordinate system assigned to the robot arm is usually known in advance, the exact position, location and determine the shape of the object relative to the position and mobility of the robot arm. This makes it possible to scan or “map” the entire range of motion available to the robot arm with all its obstacles and barriers, which can be used for subsequent operations, for example when teaching the robot arm.

Gemäß der Erfindung ist es jedoch auch denkbar, dass der Roboterarm nicht stationär, sondern selbst beweglich ist, bspw. ein auf einer mobilen Basis angeordneter Roboterarm, wodurch über den Roboterarm durch ein entsprechendes Führen durch den Benutzer auch zwei- oder dreidimensionale Strukturen unter Aufrechterhaltung des Kontakts abgefahren werden können, die größer sind als der nominell dem Roboterarm auf Grund seiner Kinematik zugeordnete Bewegungsraum.According to the invention, however, it is also conceivable that the robot arm is not stationary, but rather movable itself, for example a robot arm arranged on a mobile base, whereby two- or three-dimensional structures can also be created via the robot arm through appropriate guidance by the user while maintaining the Contacts can be traversed, which are larger than the nominally assigned to the robot arm due to its kinematics movement space.

Die Kraftmesseinrichtung kann in jeder bekannten Ausführung eines Kraftsensors realisiert sein und insbesondere mehrere Freiheitsgrade umfassen. Kraftmessung im Sinne der Erfindung beinhaltet hierbei auch eine Momentenmessung.The force measuring device can be implemented in any known version of a force sensor and in particular include several degrees of freedom. Force measurement in the sense of the invention also includes a moment measurement.

In einer Ausführungsform kann die zumindest eine Kraftmessvorrichtung an der äußeren Gehäusestruktur des Roboterarms angeordnet sein, bspw. an den Gehäuseschalen eines Manipulators. Weist der Roboterarm einen Endeffektor zur Interaktion mit dem Objekt auf, kann die Kraftmessvorrichtung an dem Endeffektor angeordnet oder vorzugsweise in diesen integriert sein. Denkbar ist auch, dass der Roboterarm, vorzugsweise an seinem distalen Ende, eine Eingabevorrichtung für den Benutzer zur Steuerung und/oder Programmierung des Roboters aufweist, wobei die Kraftmessvorrichtung an der Eingabevorrichtung angeordnet oder vorzugsweise in dieser integriert sein kann.In one embodiment, the at least one force measuring device can be arranged on the outer housing structure of the robot arm, for example on the housing shells of a manipulator. If the robot arm has an end effector for interacting with the object, the force measuring device can be arranged on the end effector or preferably integrated into it. It is also conceivable that the robot arm, preferably at its distal end, has an input device for the user for controlling and / or programming the robot, wherein the force measuring device can be arranged on the input device or preferably integrated in it.

In einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung kann die Kraftmessvorrichtung im Inneren der Gehäusestruktur des Roboterarms angeordnet sein. Denkbar ist die Anordnung an Strukturbauteilen im Inneren von Gehäuseschalen eines Manipulators. Vorzugsweise kann die Kraftmessvorrichtung in die bestehende Sensoreinrichtung in den Gelenken zwischen Achsgliedern integriert sein, wobei entweder hierfür zusätzliche Sensoren zum Einsatz kommen oder die bestehenden Drehmoment- und/oder Kraftsensoren in den Gelenken regelungstechnisch über entsprechende Algorithmen eine Auswertung zulassen derart, dass die Robotersteuerung in die Lage versetzt wird, zwischen der extern von dem Benutzer ausgeübten Kraft bzw. dem ausgeübten Moment und den jeweils vorherrschenden Antriebskräften und/oder Antriebsmomenten, auch in Bezug auf eine aktivierte Gravitationskompensation, eindeutig zu unterscheiden.In a further embodiment according to the invention, the force measuring device can be arranged inside the housing structure of the robot arm. The arrangement on structural components inside the housing shells of a manipulator is conceivable. Preferably, the force measuring device can be integrated into the existing sensor device in the joints between axle members, either additional sensors are used for this purpose or the existing torque and / or force sensors in the joints allow an evaluation in terms of control technology using appropriate algorithms in such a way that the robot controller enters the Is placed in a position to clearly differentiate between the force exerted externally by the user or the exerted moment and the respectively prevailing driving forces and / or driving torques, also with regard to an activated gravitation compensation.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung daher ein Verfahren zur Bestimmung eines Bewegungsraums für einen Roboter mit einem Roboterarm, der zumindest zwei relativ zueinander bewegliche Glieder aufweist und ausgebildet ist, mit einem Objekt zu interagieren, und der zumindest eine Sensoreinrichtung zur Kraft- und/oder Momentenerfassung und zumindest eine Kraftmessvorrichtung aufweist, mit den Schritten:

  • - Aktivieren eines gravitationskompensierten Zustands für den Roboterarm;
  • - Führen des Roboterarms in Bezug auf ein Objekt durch einen Benutzer in einer zwei- oder dreidimensionalen Bewegungsfolge;
  • - Messen einer Kontaktkraft oder eines Kontaktkraftverlaufs, die/der als Reaktion auf die durch den Benutzer bei Kontakt mit dem Objekt mittels des Roboterarms ausgeübten Kraft oder Kraftfolge resultiert; und
  • - Erfassen einer zwei- oder dreidimensionalen Struktur in Bezug auf den Bewegungsraum, bei der eine Kontaktkraft oder ein Kontaktkraftverlauf beim Führen des Roboterarms entlang des Objekts gemessen wurde.
In a further aspect, the invention therefore relates to a method for determining a range of motion for a robot with a robot arm, which has at least two members that are movable relative to one another and is designed to interact with an object, and the at least one sensor device for force and / or Has torque acquisition and at least one force measuring device, with the steps:
  • - Activation of a gravitation-compensated state for the robot arm;
  • - Guiding the robot arm in relation to an object by a user in a two- or three-dimensional sequence of movements;
  • Measurement of a contact force or a contact force profile that results as a reaction to the force or force sequence exerted by the user upon contact with the object by means of the robot arm; and
  • - Detecting a two- or three-dimensional structure in relation to the movement space, in which a contact force or a contact force curve was measured when guiding the robot arm along the object.

Der Kern des Verfahrens gemäß der Erfindung liegt folglich darin, mittels eines Roboterarms, der quasi als Abtastvorrichtung fungiert, eine vorliegende zwei- oder dreidimensionale Struktur zu „scannen“ und durch die Erkennung bzw. Messung einer Kontaktkraft oder einer Kontaktkraftfolge beim Abtasten der Objekte oder Hindernisse in unmittelbarer Umgebung zu dem Roboter eine virtuelle Raumstruktur in der Steuerung zu generieren, die Einfluss nehmen kann für nachfolgende Schritte beim Teachen oder Betrieb des Roboters.The core of the method according to the invention is consequently to “scan” a present two- or three-dimensional structure by means of a robot arm, which functions as a scanning device, and by detecting or measuring a contact force or a contact force sequence when scanning the objects or obstacles Generate a virtual spatial structure in the controller in the immediate vicinity of the robot, which can influence subsequent steps when teaching or operating the robot.

Hierbei kann das Verfahren in einer Weiterbildung den weiteren Schritt aufweisen:

  • - Definieren einer Zulässigkeit in Bezug auf eine zukünftige Bewegung des Roboterarms in Abhängigkeit der ein-, zwei- oder dreidimensionalen Struktur.
Here, in a further development, the method can have the further step:
  • - Defining an admissibility with regard to a future movement of the robot arm depending on the one-, two- or three-dimensional structure.

Mit anderen Worten, durch vorab definierte oder noch definierbare Parameter in der Steuerung des Roboters sind den durch den Abtastvorgang mittels des Roboterarms erfassten Strukturen Freigaben oder Beschränkungen zugeordnet derart, dass bei anschließenden Operationen bzw. Bewegungen des Roboterarms dieser die Hindernisse kennt. Dadurch weiß die Steuerung für anschließende Operationen bereits, wo sich bspw. virtuelle und/oder tatsächliche Wände innerhalb des Bewegungsraums befinden, die im Zuge der anschließend vom Roboterarm zu vollführenden Bewegungen nicht durchfahren werden dürfen bzw. zu denen der Roboterarm einen ggfs. vorab definierten Sicherheitsabstand einzuhalten hat.In other words, through previously defined or still definable parameters in the controller of the robot, the structures detected by the scanning process by means of the robot arm are assigned releases or restrictions in such a way that the robot arm knows the obstacles during subsequent operations or movements. As a result, the controller already knows for subsequent operations where, for example, virtual and / or actual walls are located within the movement space, which the robot arm may not pass through in the course of the movements to be subsequently carried out or to which the robot arm connects if necessary, has to maintain a previously defined safety distance.

Daher kann das Verfahren gemäß der Erfindung weiter so ausgebildet sein, dass der erfassten Kontaktkraft oder dem erfassten Kontaktkraftverlauf Schwellenwerte zugeordnet sind, und bei dem den Schwellenwerten Operationen, Freigaben und/oder Beschränkungen zugeordnet sind.Therefore, the method according to the invention can further be designed in such a way that threshold values are assigned to the detected contact force or the detected contact force profile, and in which operations, releases and / or restrictions are assigned to the threshold values.

So ist es denkbar, dass das Objekt, mit dem der Roboterarm beim Führen durch einen Benutzer in Kontakt gelangt, nicht starr ist, sondern bei Aufbringung einer Kraft durch den Benutzer etwas nachgibt, wie beispielsweise bei einem menschlichen Gewebe oder einer Muskulatur. Der Benutzer kann daher eine Körperfläche mit der gezielten Aufbringung einer Kraft über den Roboterarm „abtasten“, wobei das System einerseits die Begrenzungen des Körpers durch das Erfassen der Kontaktkräfte ggfs. unter Berücksichtigung vorgegebener Toleranzbereiche erkennt und andererseits die aufgebrachte Kraft bzw. Kraftfolge durch den Benutzer abspeichert. Ändert sich die Lage des Körpers anschließend nicht, kann der Roboterarm eigenständige Bewegungen unter Aufbringung der abgespeicherten Kraft oder Kraftfolge ausführen, was sich für therapeutische und medizinische Maßnahmen nutzen lässt. So kann ein so konfigurierter Roboterarm z. Bsp. dann eigenständige Massageapplikationen durchführen.It is conceivable that the object with which the robot arm comes into contact when guided by a user is not rigid, but rather yields somewhat when a force is applied by the user, such as in the case of human tissue or muscles. The user can therefore "scan" a body surface with the targeted application of a force via the robot arm, with the system on the one hand recognizing the limits of the body by detecting the contact forces, if necessary taking into account specified tolerance ranges, and on the other hand the applied force or force sequence by the user saves. If the position of the body does not subsequently change, the robot arm can carry out independent movements by applying the stored force or force sequence, which can be used for therapeutic and medical measures. A robot arm configured in this way can, for. E.g. then carry out independent massage applications.

Dieses erfindungsgemäße Prinzip lässt sich aber grundsätzlich für alle Verfahren und Operationen durchführen, bei denen ein Roboterarm, ggfs. zusammen mit einem Endeffektor, einerseits seine räumliche Beschränkungen und anderseits das aufbringbare Kraftniveau vorab kennen muss. Anwendungsbeispiele hierfür wären z. Bsp. einfache Montage- und Fügearbeiten, bei denen eines der Bauteile stationär und starr ist.This principle according to the invention can, however, basically be carried out for all methods and operations in which a robot arm, possibly together with an end effector, has to know in advance on the one hand its spatial limitations and on the other hand the level of force that can be applied. Application examples for this would be z. E.g. simple assembly and joining work in which one of the components is stationary and rigid.

Indem der Roboter, insbesondere ergänzend zu Drehmoment- und/oder Kraftmesssensoren in den Gelenken des Roboterarms, zumindest eine erfindungsgemäße insbesondere separate Kraftmesseinrichtung aufweist, die sich an beliebiger Stelle inner- oder außerhalb der kinematischen und Gehäusestruktur des Roboterarms anbringen lässt, kann im Prinzip in Bezug auf Kräfte, die auf den Roboterarm wirken, unterschieden werden, ob diese künstlich durch einen Benutzer oder im Betrieb von einem Objekt oder einer Umgebung, bspw. bei Kontakt, aufgebracht werden. Since the robot, in particular in addition to torque and / or force measuring sensors in the joints of the robot arm, has at least one force measuring device according to the invention, in particular separate force measuring device, which can be attached at any point inside or outside the kinematic and housing structure of the robot arm, in principle in relation A distinction can be made between forces that act on the robot arm, whether they are applied artificially by a user or by an object or an environment during operation, e.g. upon contact.

Gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Roboters mit einem autark, d.h. getrennt von der bereits im Roboter implementierten separaten Sensorvorrichtung, die sich aus der Gesamtheit aller in den Gelenken zwischen den Gliedern angeordneten Dreh- und Kraftsensoren zusammensetzen kann, fungierenden Kraftmesseinrichtung wird es erstmalig möglich, die auf den Roboterarm wirkenden externen Kräfte in eine benutzerinduzierte, d.h. menschliche Kraft und eine objektabhängige Kontaktkraft zu zerlegen.According to the inventive embodiment of the robot with a self-sufficient, ie separate from the separate sensor device already implemented in the robot, which can be composed of the entirety of all rotation and force sensors arranged in the joints between the limbs, it is possible for the first time to use the The external forces acting on the robot arm can be broken down into a user-induced, ie human force and an object-dependent contact force.

Was die Bestimmung eines für zukünftige Bewegungen des Roboterarms zur Verfügung stehenden Bewegungsraums angeht, lassen sich regelungstechnisch zwei Ansätze mit dem erfindungsgemäßen Roboter verfolgen.As far as the determination of a movement space available for future movements of the robot arm is concerned, two approaches can be followed with the robot according to the invention in terms of control technology.

In einem ersten Ansatz wird der gesamte, durch den Roboterarm abdeckbare Bewegungsraum als ein Sperrraum definiert, d.h. der Raum wird zu Anfang als nicht sicher eingestuft, in welchem sich der Roboterarm per se nicht bewegen darf, und dann werden diejenigen Bereiche des Bewegungsraums, in denen der Roboterarm Bewegungen beim Führen durch den Benutzer tatsächlich vollführen kann, bis der Roboterarm mit einem Objekt tatsächlich in Kontakt kommt, in ihrer Gesamtheit dann als ein für diese zukünftigen Bewegungen des Roboterarms verfügbarer Bewegungsraum erfasst und definiert. Mit anderen Worten werden die für Bewegungen des Roboterarms zur Verfügung stehenden räumlichen Abschnitte bzw. Bereiche „freigeschaltet“.In a first approach, the entire movement space that can be covered by the robot arm is defined as a restricted space, ie the space is initially classified as unsafe in which the robot arm per se is not allowed to move, and then those areas of the movement space in which the robot arm can actually carry out movements when guided by the user until the robot arm actually comes into contact with an object, then recorded and defined in its entirety as a movement space available for these future movements of the robot arm. In other words, the spatial sections or areas available for movements of the robot arm are “released”.

Gemäß einem anderen, alternativen Ansatz wird der gesamte, durch den Roboterarm abdeckbare Bewegungsraum als ein für zukünftige Bewegungen des Roboterarms grundsätzlich verfügbarer Bewegungsraum definiert, und die Bereiche des Bewegungsraums, in denen der Roboterarm dann tatsächlich mit einem Objekt in Kontakt kommt, als eine Bewegungsgrenze markiert. Der Bewegungsraum wird so durch das Abtasten von mehreren Bewegungsgrenzen dementsprechend eingeschränkt.According to another, alternative approach, the entire movement space that can be covered by the robot arm is defined as a movement space that is basically available for future movements of the robot arm, and the areas of the movement space in which the robot arm then actually comes into contact with an object are marked as a movement limit . The range of motion is accordingly restricted by scanning several motion limits.

Während dem Abtasten der Objekte kann es vorgesehen sein, dass eine Information in Bezug auf einen Kontakt des Roboterarms mit einem Objekt an den Benutzer, vorzugsweise audiovisuell oder haptisch über eine Eingabevorrichtung, übermittelt wird, wobei auch Kontaktkraftbereiche vermittelt werden können, die bspw. angeben, ob die vom Benutzer aufgebrachte Kraft bei Kontakt mit dem Objekt zu hoch oder zu niedrig ist.While the objects are being scanned, it can be provided that information relating to a contact between the robot arm and an object is transmitted to the user, preferably audiovisually or haptically via an input device. whether the force applied by the user on contact with the object is too high or too low.

Es wird deutlich, dass durch das Vorsehen zumindest einer weiteren Kraftmessvorrichtung und einer entsprechenden Auswertesteuerung das Einsatzspektrum einer Mensch-Roboter-Kollaboration insbesondere für derartige Roboter erweitert werden kann. Ein Benutzer kann den Roboterarm selbst als Mittel zum „Scannen“ eines für diesen zur Verfügung stehenden Arbeits- bzw. Bewegungsraums heranziehen, ohne dass es hierfür einer aufwändigen Programmierung bedarf.It becomes clear that by providing at least one further force measuring device and a corresponding evaluation control, the range of uses of a human-robot collaboration can be expanded, in particular for such robots. A user can use the robot arm itself as a means of “scanning” a work or movement space available for it without the need for complex programming.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der anhand der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

  • 1 schematisch einen Roboter gemäß der Erfindung;
  • 2a bis 2c eine Bewegungsfolge beim Führen eines Roboterarms zur Bestimmung eines Bewegungsraums für diesen in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
  • 3a bis 3c eine Bewegungsfolge beim Führen eines Roboterarms zur Bestimmung eines Bewegungsraums für diesen in einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Further advantages and features of the present invention emerge from the description of the exemplary embodiments illustrated with the aid of the accompanying drawings. Show it:
  • 1 schematically a robot according to the invention;
  • 2a until 2c a sequence of movements when guiding a robot arm to determine a range of motion for this in a first embodiment of the method according to the invention; and
  • 3a until 3c a sequence of movements when guiding a robot arm to determine a range of motion for this in a second embodiment of the method according to the invention.

In den 1 bis 3c ist schematisch das Prinzip der Erfindung dargestellt.In the 1 until 3c is shown schematically the principle of the invention.

Ein 7-achsiger Gelenkarmroboter weist einen Roboterarm 1 bestehend aus mehreren Gliedern 2 und an seinem distalen Ende eine Eingabevorrichtung 3 auf, der gegenüberliegend ein Greifmechanismus 4 vorgesehen ist, mit Hilfe von welchem der Roboter 1 ein Objekt greifen kann.A 7-axis articulated arm robot has a robot arm 1 consisting of several links 2 and an input device at its distal end 3 on the opposite a gripping mechanism 4th is provided with the help of which the robot 1 can grab an object.

Der Roboter 1 ist mit einer Steuerung 6 versehen, die mit einer Sensoreinrichtung (nicht gezeigt) zusammenwirkt, die sich aus der Gesamtheit aller Kraft- und/oder Drehmomentsensoren in den Antrieben in den Gelenken zwischen den einzelnen Gliedern 2 zusammensetzt und die eine Nachgiebigkeitsregelung des Roboterarms 1 ermöglicht.The robot 1 is with a controller 6th provided, which interacts with a sensor device (not shown), which consists of the entirety of all force and / or torque sensors in the drives in the joints between the individual links 2 composed and the one compliance control of the robot arm 1 enables.

Gemäß der Erfindung weist der Roboterarm 1 zumindest eine weitere Kraftmessvorrichtung 5 beliebiger Ausgestaltung auf, die an irgendeiner Stelle des Roboterarms 1 intern oder extern angebracht sein kann (hier exemplarisch gezeigt in Verbindung mit der Eingabevorrichtung 3).According to the invention, the robot arm 1 at least one further force measuring device 5 any configuration that is at any point on the robot arm 1 can be attached internally or externally (shown here as an example in connection with the input device 3 ).

Der Roboterarm 1 ist in seinem gravitationskompensierten Modus durch einen Benutzer (Hand) frei beweglich führbar.The robotic arm 1 can be moved freely by a user (hand) in its gravitation-compensated mode.

Die 2a bis 2c zeigen eine erste Bewegungsfolge in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei nur die vorderen Glieder 2 und die Eingabevorrichtung 3 mit dem Greifer 4 gezeigt sind.the 2a until 2c show a first sequence of movements in a first embodiment of the method according to the invention, with only the front links 2 and the input device 3 with the gripper 4th are shown.

Ausgehend von einer Grundstellung des Roboters unterteilt sich, wie die 2a zeigt, der insgesamt zur Verfügung stehende Bewegungsraum in einen für eine Bewegung zulässigen, d.h. sicheren Bewegungsraum S und einen blockierten, d.h. unsicheren Bewegungsraum B (gepunktet), in dem sich ein Objekt 7 befindet, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Hindernis anzusehen ist.Starting from a basic position of the robot, like the 2a shows the total available movement space into a movement space S which is permissible, ie safe movement space, and a blocked, ie unsafe movement space B (dotted), in which an object is located 7th is located, which is to be viewed as an obstacle in the embodiment shown.

Bewegt nun der Benutzer den Manipulator nach rechts auf das Objekt 7 zu, bis der Greifer 4 mit dem Objekt 7 in Kontakt gelangt, so erkennt die Steuerung des Robotersystems durch das Auftreten einer Kontaktkraft FK, dass sich an der entsprechenden Stelle das Objekt 7 und damit ein Hindernis befindet. Das Maß der Kontaktkraft FK entspricht hier im einfachsten Fall, da der Roboter in seinem gravitationskompensierten Modus betrieben wird, der durch den Benutzer im Zuge der Bewegung manuell ausgeübten Betätigungskraft FH.Now the user moves the manipulator to the right on the object 7th to until the gripper 4th with the object 7th comes into contact, the control of the robot system recognizes through the occurrence of a contact force F K that the object is at the corresponding point 7th and thus there is an obstacle. In the simplest case, since the robot is operated in its gravitation-compensated mode, the measure of the contact force F K corresponds to the actuating force F H manually exerted by the user in the course of the movement.

Während der Bewegung ändert sich, sozusagen dynamisch, der sichere Bereich S im Verhältnis zum unsicheren Bereich B.During the movement, the safe area S changes, so to speak dynamically, in relation to the unsafe area B.

In der 2c ist exemplarisch gezeigt, wie der Benutzer das distale Ende des Roboterarms 1 zuerst vertikal entlang des Objekts 7 nach oben bewegt und anschließend dieses wieder horizontal nach rechts über die Oberfläche des Objekts 7 bewegt hat, wobei die Steuerung hier jeweils die auftretenden Kontaktkräfte bzw. Kontaktkraftverläufe erfasst hat. Die nunmehr vertikal wirkende Kontaktkraft FK entspricht hierbei wiederum der manuellen Betätigungskraft FH, die jedoch sehr klein sein kann, jedoch auf Grund der Sensibilität der Kraftmessvorrichtung 5 erkannt werden kann.In the 2c is shown as an example, how the user the distal end of the robotic arm 1 first vertically along the object 7th moved upwards and then this again horizontally to the right over the surface of the object 7th has moved, whereby the control has recorded the occurring contact forces or contact force curves. The contact force F K , which now acts vertically, corresponds in turn to the manual actuation force F H , which, however, can be very small, but due to the sensitivity of the force measuring device 5 can be recognized.

Auf diese Art und Weise kann sowohl die Position als auch die dreidimensionale Form des Objekts 7 lokalisiert bzw. abgespeichert werden, wobei sich der zur Verfügung stehende Bewegungsraum S weiter aufspreizt, während sich der als nicht sicher angesehene Bereich B weiter reduziert.In this way both the position and the three-dimensional shape of the object can be determined 7th localized or stored, the available movement space S spreading further, while the area B, which is not considered safe, is further reduced.

Die Figurenfolge 3a bis 3c zeigt exemplarisch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.The sequence of figures 3a until 3c shows an example of a second embodiment of the method according to the invention.

Hierbei wird von einem maximal dem Roboter zur Verfügung stehenden Bewegungsraum S ausgegangen, der anfänglich als zugänglich bzw. sicher eingestuft wird. In diesem befindet sich nach wie vor ein ein Hindernis darstellendes Objekt 7.This is based on the maximum range of motion S available to the robot, which is initially classified as accessible or safe. In this there is still an object representing an obstacle 7th .

In der 3a ist der Beginn des „Mapping“ gezeigt, bei der ein Benutzer den Manipulator 1 gegenüber einen Boden 8 aufsetzt und dadurch eine mehrheitlich vertikal wirkende manuelle Kraft FH ausübt. Da der Roboter im gravitationskompensierten Zustand bewegt wird, erkennt die Kraftmessvorrichtung 5 als Reaktion hierauf eine entsprechend dimensionierte Kontaktkraft FK.In the 3a the beginning of the "mapping" is shown, in which a user uses the manipulator 1 opposite a floor 8th touches down and thereby exerts a mostly vertical manual force F H. Since the robot is moved in the gravitation-compensated state, the force measuring device detects 5 in response to this, a correspondingly dimensioned contact force F K.

Selbstverständlich übt der Benutzer, während er den Boden (bzw. auch Flächen eines beliebigen Objekts) in linearer, zweidimensionaler Richtung entlang fährt, wie die 3b zeigt, auch geneigte oder horizontale Kraftanteile aus. Diese können auch von der Kraftmessvorrichtung 5 entsprechend erfasst, da diese vorzugsweise in Bezug auf Kräfte in allen drei Raumrichtungen und in Bezug auf Momente in allen drei Drehrichtungen ausgelegt ist, und von einer entsprechend konzipierten Auswertelogik berücksichtigt werden.Of course, the user exercises while driving along the floor (or surfaces of any object) in a linear, two-dimensional direction, such as 3b shows inclined or horizontal force components. These can also be from the force measuring device 5 recorded accordingly, since this is preferably designed with regard to forces in all three spatial directions and with regard to moments in all three directions of rotation, and are taken into account by a correspondingly designed evaluation logic.

Durch das horizontale Führen des Roboterarms 1 über die Fläche des Bodens 8 wird dessen Erstreckung aufgenommen, bis der Endeffektor 4 mit dem Objekt 7 in Kontakt gelangt, wobei so wieder die Position des Objekts 7 im Raum bestimmt werden kann.By guiding the robot arm horizontally 1 over the area of the floor 8th its extension is recorded until the end effector 4th with the object 7th comes into contact, so again the position of the object 7th can be determined in space.

Wie bei der 2c führt der Benutzer das distale Ende des Roboterarms 1 dann weiter an dem Objekt 7 vertikal nach oben und dann horizontal nach rechts, um die dreidimensionale Form des Objekts 7 abzutasten (3c).As with the 2c the user guides the distal end of the robotic arm 1 then continue on the object 7th vertically up and then horizontally to the right to the three-dimensional shape of the object 7th to scan ( 3c ).

Der Unterschied zu der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass hierbei der anfänglich als sicher eingestufte Bewegungsraum S sukzessive über eine Erweiterung der Bereichsgrenzen B (gepunktet) beim Abtasten eingeschränkt wird, wobei stets die Kontaktkraft FK innerhalb eines Kontaktkraftverlaufs der manuellen Betätigungskraft FH innerhalb eines Betätigungskraftverlaufs in allen Raumrichtungen entspricht.The difference to the first embodiment of the method according to the invention lies in the fact that the movement space S initially classified as safe is gradually restricted by expanding the range limits B (dotted) during scanning, with the contact force F K always within a contact force curve of the manual actuation force F H corresponds within an actuation force curve in all spatial directions.

Claims (14)

Roboter mit einem Roboterarm (1), der zumindest zwei relativ zueinander bewegliche Glieder (2) aufweist und ausgebildet ist, mit einem Objekt zu interagieren, und der zumindest eine Sensoreinrichtung zur Kraft- und/oder Momentenerfassung aufweist, wobei zumindest eine Kraftmessvorrichtung (5) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, eine Kontaktkraft (FK) zu messen, die bei Kontakt des Roboterarms (1) mit einem Objekt (7;8) als Reaktion einer durch einen Benutzer auf das Objekt (7;8) mittels des Roboterarms (1) ausgeübten Kraft (FH) resultiert, wobei eine Steuerung (6) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, die mittels der Kraftmessvorrichtung (5) gemessene Kontaktkraft (FK) zu erfassen, und die des Weiteren ausgebildet ist, einen eindimensionalen Kontakt oder einen zwei- oder dreidimensionalen Verlauf einer Bewegung des Roboterarms (1) durch Führen des Roboterarms (1) durch den Benutzer in Bezug auf das Objekt (7;8) unter Kontakt zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (6) darüber hinaus ausgebildet ist, aus dem Kontakt oder dem Verlauf der Bewegung die Position und Lage des Objekts (7;8) sowie dessen zwei- oder dreidimensionale Form zu erkennen.Robot with a robot arm (1) which has at least two members (2) that are movable relative to one another and is designed to interact with an object, and which has at least one sensor device for force and / or torque detection, with at least one force measuring device (5) is provided, which is designed to measure a contact force (F K ) that occurs when the robot arm (1) comes into contact with an object (7; 8) as a reaction of a user to the object (7; 8) by means of the robot arm ( 1) exerted force (F H ) results, with a control (6) being provided which is designed to detect the contact force (F K ) measured by means of the force measuring device (5) and which is also designed to be a one-dimensional contact or detect a two- or three-dimensional course of a movement of the robot arm (1) by guiding the robot arm (1) by the user in relation to the object (7; 8) under contact, characterized in that the control unit g (6) is also designed to recognize the position and location of the object (7; 8) and its two- or three-dimensional shape from the contact or the course of the movement. Roboter nach Anspruch 1, bei dem die Kraftmessvorrichtung an der äußeren Gehäusestruktur des Roboterarms angeordnet ist.Robot after Claim 1 , in which the force measuring device is arranged on the outer housing structure of the robot arm. Roboter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Roboterarm (1) einen Endeffektor (4) zur Interaktion mit dem Objekt (7;8) aufweist, und bei dem die Kraftmessvorrichtung (5) an dem Endeffektor (4) angeordnet oder in diesem integriert ist.Robot after Claim 1 or 2 , in which the robot arm (1) has an end effector (4) for interaction with the object (7; 8), and in which the force measuring device (5) is arranged on or integrated in the end effector (4). Roboter nach Anspruch 1, bei dem der Roboterarm (1) eine Eingabevorrichtung (3) für den Benutzer zur Steuerung und/oder Programmierung des Roboters aufweist, und bei dem die Kraftmessvorrichtung (5) an der Eingabevorrichtung (3) angeordnet oder in diese integriert ist.Robot after Claim 1 , in which the robot arm (1) has an input device (3) for the user to control and / or program the robot, and in which the force measuring device (5) is arranged on or integrated into the input device (3). Roboter nach Anspruch 1, bei dem die Kraftmessvorrichtung (5) im Inneren der Gehäusestruktur des Roboterarms (1) angeordnet ist.Robot after Claim 1 , in which the force measuring device (5) is arranged inside the housing structure of the robot arm (1). Roboter nach Anspruch 5, bei dem die Kraftmessvorrichtung (5) in die Sensoreinrichtung integriert ist.Robot after Claim 5 , in which the force measuring device (5) is integrated into the sensor device. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Kraftmessvorrichtung (5) ausgebildet ist, eine Kraft und/oder ein Moment in Bezug auf mehrere Achsen und damit Freiheitsgrade zu messen.Robot after one of the Claims 1 until 6th , in which the force measuring device (5) is designed to measure a force and / or a moment in relation to several axes and thus degrees of freedom. Roboter nach Anspruch 1, bei dem in der Steuerung (6) ein Raum- und/oder Bewegungsmodell in Bezug auf den Roboterarm (1) hinterlegt und die Steuerung ausgebildet ist, unter Berücksichtigung des Objekts (7;8) eine virtuelle Raumstruktur zu generieren.Robot after Claim 1 , in which a spatial and / or movement model in relation to the robot arm (1) is stored in the controller (6) and the controller is designed to generate a virtual spatial structure taking into account the object (7; 8). Verfahren zur Bestimmung eines Bewegungsraums (S) für einen Roboter mit einem Roboterarm (1), der zumindest zwei relativ zueinander bewegliche Glieder (2) aufweist und ausgebildet ist, mit einem Objekt zu interagieren, und der zumindest eine Sensoreinrichtung zur Kraft- und/oder Momentenerfassung und zumindest eine Kraftmessvorrichtung (5) aufweist, mit den Schritten: - Aktivieren eines gravitationskompensierten Zustands für den Roboterarm (1); - Führen des Roboterarms (1) in Bezug auf ein Objekt (7;8) durch einen Benutzer in einer zwei- oder dreidimensionalen Bewegungsfolge; - Messen einer Kontaktkraft (FK) oder eines Kontaktkraftverlaufs, die/der als Reaktion auf die durch den Benutzer bei Kontakt mit dem Objekt (7;8) mittels des Roboterarms (1) ausgeübten Kraft (FH) oder Kraftfolge resultiert; und - Erfassen einer zwei- oder dreidimensionalen Struktur (S;B), bei der eine Kontaktkraft (FK) oder ein Kontaktkraftverlauf beim Führen des Roboterarms (1) entlang des Objekts (7,8) gemessen wird.Method for determining a range of motion (S) for a robot with a robot arm (1), which has at least two members (2) which are movable relative to one another and is designed to interact with an object, and the at least one sensor device for force and / or Has torque acquisition and at least one force measuring device (5), with the steps of: - activating a gravitation-compensated state for the robot arm (1); - Guiding the robot arm (1) in relation to an object (7; 8) by a user in a two- or three-dimensional sequence of movements; - Measuring a contact force (F K ) or a contact force curve that results as a reaction to the force (F H ) or force sequence exerted by the user on contact with the object (7; 8) by means of the robot arm (1); and - Detecting a two- or three-dimensional structure (S; B) in which a contact force (F K ) or a contact force profile is measured when guiding the robot arm (1) along the object (7, 8). Verfahren nach Anspruch 9, aufweisend den weiteren Schritt: - Definieren einer Zulässigkeit in Bezug auf eine zukünftige Bewegung des Roboterarms (1) in Abhängigkeit der zwei- oder dreidimensionalen Struktur (S;B).Procedure according to Claim 9 , having the further step: - Defining an admissibility with regard to a future movement of the robot arm (1) as a function of the two- or three-dimensional structure (S; B). Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Kontaktkraft (FK) oder dem Kontaktkraftverlauf Schwellenwerte zugeordnet sind, und bei dem den Schwellenwerten Operationen, Freigaben und/oder Beschränkungen zugeordnet sind.Procedure according to Claim 9 or 10 , in which the contact force (F K ) or the contact force curve are assigned threshold values, and in which operations, releases and / or restrictions are assigned to the threshold values. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem der gesamte, durch den Roboterarm (1) abdeckbare Bewegungsraum als ein Sperrraum (B) definiert wird, und die Bereiche (S) des Bewegungsraums, in denen der Roboterarm Bewegungen vollführen kann, bis der Roboterarm (1) mit einem Objekt (7;8) in Kontakt kommt, als ein für zukünftige Bewegungen des Roboterarms (1) verfügbarer Bewegungsraum (S) erfasst wird.Procedure according to Claim 9 , 10 or 11 , in which the entire movement space that can be covered by the robot arm (1) is defined as a restricted space (B), and the areas (S) of the movement space in which the robot arm can perform movements until the robot arm (1) encounters an object ( 7; 8) comes into contact when a movement space (S) available for future movements of the robot arm (1) is detected. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem der gesamte, durch den Roboterarm (1) abdeckbare Bewegungsraum als ein für zukünftige Bewegungen des Roboterarms (1) verfügbarer Bewegungsraum (S) definiert wird, und die Bereiche (B) des Bewegungsraums, in denen der Roboterarm (1) mit einem Objekt (7;8) in Kontakt kommt, als eine Bewegungsgrenze (B) erfasst wird.Procedure according to Claim 9 , 10 or 11 , in which the entire movement space that can be covered by the robot arm (1) is defined as a movement space (S) available for future movements of the robot arm (1), and the areas (B) of the movement space in which the robot arm (1) with a Object (7; 8) comes into contact when a movement limit (B) is detected. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem eine Information in Bezug auf einen Kontakt des Roboterarms (1) mit einem Objekt (7;8) an den Benutzer, vorzugsweise über eine Eingabevorrichtung (3), übermittelt wird.Method according to one of the Claims 9 until 13th , in which information relating to contact of the robot arm (1) with an object (7; 8) is transmitted to the user, preferably via an input device (3).
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