DE102020206568B4 - Programming system for manually programming a movement of an industrial robot, industrial robot with such a programming system and method for manually programming a movement of an industrial robot - Google Patents

Programming system for manually programming a movement of an industrial robot, industrial robot with such a programming system and method for manually programming a movement of an industrial robot Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Programmiersystem zum handgeführten Programmieren einer Bewegung eines Industrieroboters, einen Industrieroboter mit einem solchen Programmiersystem und ein Verfahren zum handgeführten Programmieren einer Bewegung eines Industrieroboters.Einsatz bei der industriellen Fertigung.The invention relates to a programming system for manually programming a movement of an industrial robot, an industrial robot with such a programming system and a method for manually programming a movement of an industrial robot. Use in industrial production.

Description

Die Erfindung betrifft ein Programmiersystem zum handgeführten Programmieren einer Bewegung eines Industrieroboters, mit einer Eingabeeinheit, die - in betriebsfertig montiertem Zustand - an einem freien Ende eines beweglichen Kinematikelements, insbesondere eines Gelenkarms des Industrieroboters abgestützt ist, wobei die Eingabeeinheit zur Erfassung einer manuellen Krafteinwirkung einer Bedienperson auf die Eingabeeinheit und zur Ausgabe eines ersten Signals in Abhängigkeit der erfassten Krafteinwirkung eingerichtet ist, und mit einer Steuereinheit, die mit der Eingabeeinheit verbunden und zur Ausgabe eines Steuersignals zur Steuerung der Bewegung des Industrieroboters wenigstens in Abhängigkeit des ersten Signals eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft zudem einen Industrieroboter mit einem solchen Programmiersystem sowie ein Verfahren zum handgeführten Programmieren einer Bewegung eines Industrieroboters.The invention relates to a programming system for hand-guided programming of a movement of an industrial robot, with an input unit which—in the ready-to-operate state—is supported on a free end of a movable kinematic element, in particular an articulated arm of the industrial robot, the input unit for detecting a manual force applied by an operator on the input unit and is set up to output a first signal as a function of the detected force, and with a control unit which is connected to the input unit and set up to output a control signal for controlling the movement of the industrial robot at least as a function of the first signal. The invention also relates to an industrial robot with such a programming system and a method for manually programming a movement of an industrial robot.

Ein derartiges Programmiersystem, ein Industrieroboter mit einem solchen Programmiersystem und ein solches Verfahren sind bekannt.Such a programming system, an industrial robot with such a programming system and such a method are known.

Bei dem bekannten Verfahren handelt es sich um ein sogenanntes Teach-in-Verfahren, das auch als handgeführtes Teachen bezeichnet werden kann und im Bereich der Robotik allgemein bekannt ist. Solche Teach-in-Verfahren sehen vor, dass eine Bedienperson den Industrieroboter, genauer: dessen Bewegungskinematik, manuell entlang einer Bewegungsbahn steuert. Die hierbei durchlaufenen Positionen der Bewegungskinematik können messtechnisch erfasst, gespeichert und als Datenbasis für eine automatisch gesteuerte Bewegung des Industrieroboters entlang der vorab per Hand „geteachten“ Bewegungsbahn verwendet werden.The known method is a so-called teach-in method, which can also be referred to as hand-guided teaching and is generally known in the field of robotics. Such teach-in methods provide that an operator controls the industrial robot, more precisely: its movement kinematics, manually along a movement path. The positions of the movement kinematics that are passed through can be measured, stored and used as a database for an automatically controlled movement of the industrial robot along the movement path previously "taught" by hand.

Das hierfür bekannte Programmiersystem wird von dem betreffenden Hersteller unter der Bezeichnung „ready2_pilot“ angeboten und weist eine Eingabeeinheit auf, die - in betriebsfertig an dem Industrieroboter montierten Zustand - an einem freien Ende eines beweglichen Gelenkarms des Industrieroboters befestigt ist. Die Eingabeeinheit des bekannten Programmiersystems ist in Form einer sogenannten 3D-Maus gestaltet. Zum „Teachen“ der Bewegungsbahn greift die Bedienperson manuell an der 3D-Maus an und lenkt diese auf grundsätzlich bekannte Weise unter manueller Krafteinwirkung in die gewünschte Bewegungsrichtung aus. Dabei wird die hierbei wirkende Krafteinwirkung von der 3D-Maus erfasst und es wird ein entsprechendes Signal in Abhängigkeit der erfassten Krafteinwirkung ausgegeben. Das bekannte Programmiersystem weist zudem eine Steuereinheit auf, die mit der 3D-Maus verbunden ist. Das von der 3D-Maus ausgegebene Signal wird mittels der Steuereinheit verarbeitet und in ein Steuersignal zur „geteachten“ Steuerung der Bewegung des Industrieroboters umgesetzt.The programming system known for this is offered by the relevant manufacturer under the name “ready2_pilot” and has an input unit which—in the ready-to-use state mounted on the industrial robot—is attached to a free end of a movable articulated arm of the industrial robot. The input unit of the known programming system is designed in the form of a so-called 3D mouse. To "teach" the trajectory, the operator manually grips the 3D mouse and deflects it in a basically known manner using manual force in the desired direction of movement. The force acting here is recorded by the 3D mouse and a corresponding signal is output depending on the recorded force. The known programming system also has a control unit that is connected to the 3D mouse. The signal emitted by the 3D mouse is processed by the control unit and converted into a control signal for "taught" controlling the movement of the industrial robot.

Zudem ist aus der DE 10 2019 008 337 A1 eine Steuereinrichtung eines Roboters bekannt, die eine Bedieneinrichtung und eine Verarbeitungseinrichtung umfasst. Die Bedieneinrichtung weist ein bewegbares Teil und eine Betätigungserkennungseinheit auf. Das bewegbare Teil ist dazu eingerichtet, in einer vorgegebenen Richtung einen Schubbetrieb, einen Zugbetrieb und einen Kippbetrieb durchzuführen. Die Betätigungserkennungseinheit ist dazu eingerichtet, eine Betätigung des bewegbaren Teils zu erkennen. Die Verarbeitungseinrichtung weist eine Handsteuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, in Antwort auf eine durch die Betätigungserkennungseinheit erkannte Betätigung des bewegbaren Teils einen Tippbetrieb zum Ändern der Position und Ausrichtung des Roboters um einen vorgegebenen Kleinstbetrag zu ändern. Dabei umfasst die Handsteuereinheit eine Krafterkennungseinheit, die dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Ausgang der Betätigungserkennungseinheit eine Größe einer Kraft zu erkennen, mit welcher das bewegbare Teil betätigt wird. Basierend auf der erkannten Größe der Kraft wird bestimmt, ob der Tippbetrieb durchgeführt wird.In addition, from the DE 10 2019 008 337 A1 a control device of a robot is known, which comprises an operating device and a processing device. The operating device has a movable part and an actuation recognition unit. The movable part is set up to carry out a pushing operation, a pulling operation and a tilting operation in a predetermined direction. The actuation recognition unit is set up to recognize an actuation of the movable part. The processing device includes a manual control unit configured to change a jog operation for changing the position and orientation of the robot by a predetermined minimum amount in response to an operation of the movable part detected by the operation detection unit. In this case, the manual control unit includes a force detection unit, which is set up to detect, based on an output of the actuation detection unit, a magnitude of a force with which the movable part is actuated. Based on the detected magnitude of the force, it is determined whether the jog operation is being performed.

Weiter ist aus der DE 10 2017 003 000 B4 ein Robotersystem bekannt, dass dazu eingerichtet ist, in Kooperation mit einer Bedienperson zu arbeiten. Das Robotersystem umfasst einen Roboter, der einen Handhabungsteil aufweist, einen Handhabungskraft-Detektionsteil, der dazu eingerichtet ist, eine auf den Handhabungsteil ausgeübte Handhabungskraft zu detektieren, und eine Betriebssteuerung, die dazu eingerichtet ist, den Roboter gemäß der durch den Handhabungskraft-Detektionsteil detektierten Handhabungskraft zu betreiben.Next is from the DE 10 2017 003 000 B4 a robot system is known that is set up to work in cooperation with an operator. The robot system includes a robot having a manipulation part, a manipulation force detection part configured to detect a manipulation force applied to the manipulation part, and an operation controller configured to operate the robot according to the manipulation force detected by the manipulation force detection part to operate.

Weiter ist aus der DE 10 2016 011 698 A1 eine Roboterbedienvorrichtung bekannt, die einen Kraftsensor und eine Grifftrageeinheit aufweist. Der Kraftsensor ist an einem distalen Endteil einer Armeinheit befestigt. Die Grifftrageeinheit ist über den Kraftsensor an dem distalen Endteil befestigt. Zudem weist die Grifftrageeinheit zwei Griffe auf, an denen Kräfte ausgeübt werden können. Der Kraftsensor erfasst eine aus den besagten Kräften resultierende Kraft. Das distale Endteil der Armeinheit ist entsprechend einer Richtung und Stärke der resultierenden Kraft mittels einer Steuervorrichtung ansteuerbar.Next is from the DE 10 2016 011 698 A1 a robot operating device is known which has a force sensor and a handle support unit. The force sensor is attached to a distal end portion of an arm unit. The handle support unit is attached to the distal end part via the force sensor. In addition, the handle support unit has two handles on which forces can be exerted. The force sensor detects a force resulting from said forces. The distal end part of the arm unit can be controlled according to a direction and strength of the resultant force by means of a control device.

Weiter ist auf der DE 10 2014 001 168 B4 ein Verfahren zum Steuern eines Roboters bekannt, wobei die Steuerung in Abhängigkeit einer auf ein Bedienelement ausgeübten Kraft erfolgt.Next is on the DE 10 2014 001 168 B4 a method for controlling a robot is known, the control taking place as a function of a force exerted on an operating element.

Weiter ist aus der DE 10 2009 041 946 A1 eine Eingabevorrichtung zur kombinierten Eingabe von Steuer- und Programmbefehlen für einen Roboter bekannt. Die Eingabevorrichtung weist einen mehrachsig gegen eine Basis beweglichen Handsteuerhebel zur Eingabe von Steuerbefehlen auf. Zudem weist die Eingabevorrichtung eine Fingereingabeeinrichtung zur Eingabe von Programmbefehlen auf, wobei die Fingereingabeeinrichtung an dem Handsteuerhebel angeordnet ist.Next is from the DE 10 2009 041 946 A1 an input device for the combined input of control and program commands for a robot is known. The input device has a multi-axis movable manual control lever against a base for inputting control commands. In addition, the input device has a finger input device for entering program commands, the finger input device being arranged on the hand control lever.

Ferner ist aus der JP 2012-157946 A eine Steuervorrichtung zur kraftabhängigen manuellen Steuerung eines Industrieroboters bekannt.Furthermore, from the JP 2012-157946 A a control device for force-dependent manual control of an industrial robot is known.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Programmiersystem, einen Industrieroboter und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Sicherheitseigenschaften aufweisen.The object of the invention is to provide a programming system, an industrial robot and a method of the type mentioned at the outset which have improved security properties compared to the prior art.

Diese Aufgabe wird für das Programmiersystem dadurch gelöst, dass eine Kraftmesseinheit vorgesehen ist, auf welcher die Eingabeeinheit kraftübertragend befestigt ist, und die - im betriebsfertig montierten Zustand - an dem freien Ende des beweglichen Kinematikelements befestigt ist, wobei die Kraftmesseinheit zur Erfassung der mittelbar über die Eingabeeinheit auf sie einwirkenden manuellen Krafteinwirkung und zur Ausgabe wenigstens eines zweiten Signals in Abhängigkeit der erfassten Krafteinwirkung eingerichtet ist, und dass die Steuereinheit mit der Kraftmesseinheit verbunden und zur Ausgabe des Steuersignals in Abhängigkeit eines Vergleichs zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal eingerichtet ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung können insbesondere Defekte oder Fehlfunktionen der Eingabeeinheit oder eine missbräuchliche Bedienung derselben auf einfache Weise erkannt werden. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuereinheit zum Vergleichen des ersten Signals der Eingabeeinheit und des zweiten Signals der Kraftmesseinheit eingerichtet ist. Beide Signale werden in Abhängigkeit der manuellen Krafteinwirkung der Bedienperson erzeugt. Ergibt der Vergleich eine quantitative und/oder qualitative Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal, kann vorzugsweise die Ausgabe des Steuersignals unterbleiben, so dass keine Bewegung des Industrieroboters erfolgt. Hierdurch können verbesserte Sicherheitseigenschaften erreicht werden, da die Steuerung der Bewegung zum Teachen des Industrieroboters nicht - wie aus dem Stand der Technik bekannt - allein in Abhängigkeit des ersten Signals der Eingabeeinheit erfolgt. Vielmehr erfolgt die Steuerung erfindungsgemäß auch in Abhängigkeit des zweiten Signals der Kraftmesseinheit. Im Ergebnis kann durch die erfindungsgemäße Lösung ein Performance Level d nach ISO 13849 erreicht werden. Die Kraftmesseinheit ist im betriebsfertig an dem Industrieroboter montierten Zustand am freien Ende des Kinematikelements befestigt. Die Eingabeeinheit ist ihrerseits kraftübertragend und somit fest an der Kraftmesseinheit befestigt. Hierdurch ist die Eingabeeinheit im betriebsfertig montierten Zustand mittels der Kraftmesseinheit am freien Ende des beweglichen Kinematikelements abgestützt. Zur Befestigung der Kraftmesseinheit am freien Ende des Kinematikelements und/oder zur Befestigung der Eingabeeinheit an der Kraftmesseinheit ist vorzugsweise eine lösbare Fügeverbindung vorgesehen, beispielsweise in Form einer Schraub-, Steck- oder Rastverbindung. Die Eingabeeinheit ist auf grundsätzlich bekannte Weise zur Erfassung der auf sie einwirkenden Krafteinwirkung der Bedienperson eingerichtet. Diese Erfassung kann mittelbar oder unmittelbar erfolgen, wobei die Eingabeeinheit beispielsweise ein optisches, optoelektronisches, piezoelektrisches, induktives, kapazitives oder resistives Messprinzip aufweisen kann. Die Kraftmesseinheit ist auf grundsätzlich bekannte Weise zur Erfassung der - mittelbar über die Eingabeeinheit - auf sie einwirkenden Krafteinwirkung der Bedienperson eingerichtet. Diese Erfassung kann mittelbar oder unmittelbar erfolgen, wobei die Kraftmesseinheit beispielsweise ein optisches, optoelektronisches, piezoelektrisches, induktives, kapazitives oder resistives Messprinzip aufweisen kann. Die Steuereinheit kann zur Signalübertragung drahtgebunden oder vorzugsweise drahtlos mit der Eingabeeinheit und der Kraftmesseinheit verbunden sein. Die Steuereinheit kann ausschließlich der Eingabeeinheit und der Kraftmesseinheit zugeordnet sein. Alternativ kann die Steuereinheit eine zentrale Steuereinheit des Industrieroboters sein. Die Steuereinheit dient insbesondere der Steuerung der „geteachten“ Bewegung des Industrieroboters. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit zur Ausgabe des Steuersignals in Abhängigkeit des ersten Signals und des zweiten Signals eingerichtet. Genauer erfolgt die Ausgabe in Abhängigkeit des Vergleichs zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal, wofür die Steuereinheit entsprechend eingerichtet ist. Der Vergleich kann qualitativ und/oder quantitativ sein. Der Vergleich lässt insbesondere erkennen, ob mittels der Eingabeeinheit und der Kraftmesseinheit eine wenigstens im Wesentlichen übereinstimmende Krafteinwirkung der Bedienperson erfasst wird, was auf einen bestimmungsgemäßen Zustand und eine bestimmungsgemäße Benutzung des Programmiersystems deutet. Der Vergleich lässt weiter insbesondere erkennen, ob mittels der Eingabeeinheit oder der Kraftmesseinheit keine Krafteinwirkung erfasst wird, was beispielsweise auf einen Defekt, eine Fehlfunktion oder eine gestörte Signalübertragung der Eingabeeinheit und/oder der Kraftmesseinheit deutet. Der Vergleich lässt weiter insbesondere erkennen, ob mittels der Eingabeeinheit und der Kraftmesseinheit abweichende Krafteinwirkungen erfasst werden, was insbesondere auf eine sicherheitsrelevante Situation oder eine missbräuchliche Benutzung des Programmiersystems deuten kann. Die Eingabeeinheit ist vorzugsweise zur Erfassung einer mehrachsigen Krafteinwirkung eingerichtet. Entsprechendes gilt vorzugsweise für die Kraftmesseinheit. Unter einer Krafteinwirkung ist im Sinne der Erfindung neben einer reinen Krafteinwirkung eine Momenteneinwirkung und/oder eine kombinierte Kraft-Momenten-Einwirkung zu verstehen. Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff „Industrieroboter“ vorzugsweise mehrachsige gesteuerte Systeme, wie insbesondere Gelenkarmroboter, Portalroboter, Werkzeugmaschinen, Manipulatoren und Hebehilfen. Bevorzugt ist der Industrieroboter ein Gelenkarmroboter, wobei das Kinematikelement in diesem Fall vorzugsweise ein Gelenkarm des Gelenkarmroboters ist.This task is solved for the programming system in that a force-measuring unit is provided, on which the input unit is attached in a force-transmitting manner, and which - when installed ready for operation - is attached to the free end of the movable kinematic element, with the force-measuring unit for recording the indirectly via the input unit is set up for the manual force acting on it and for outputting at least one second signal depending on the detected force, and that the control unit is connected to the force measuring unit and is set up for outputting the control signal depending on a comparison between the first signal and the second signal. With the solution according to the invention, in particular defects or malfunctions of the input unit or improper operation of the same can be detected in a simple manner. For this purpose, the invention provides that the control unit is set up to compare the first signal from the input unit and the second signal from the force measuring unit. Both signals are generated depending on the manual force exerted by the operator. If the comparison results in a quantitative and/or qualitative difference between the first signal and the second signal, the control signal can preferably be omitted, so that the industrial robot does not move. In this way, improved safety properties can be achieved, since the movement for teaching the industrial robot is not controlled—as is known from the prior art—only as a function of the first signal from the input unit. Rather, according to the invention, the control also takes place as a function of the second signal from the force-measuring unit. As a result, a performance level d according to ISO 13849 can be achieved with the solution according to the invention. The force-measuring unit is attached to the free end of the kinematic element when it is mounted ready for operation on the industrial robot. For its part, the input unit transmits force and is therefore firmly attached to the force measuring unit. As a result, the input unit is supported in the ready-to-use state by means of the force measuring unit at the free end of the movable kinematic element. A detachable joint connection is preferably provided for fastening the force-measuring unit to the free end of the kinematic element and/or for fastening the input unit to the force-measuring unit, for example in the form of a screw, plug-in or snap-in connection. The input unit is set up in a manner known in principle for detecting the force exerted on it by the operator. This detection can take place directly or indirectly, with the input unit being able to have an optical, optoelectronic, piezoelectric, inductive, capacitive or resistive measuring principle, for example. The force-measuring unit is set up, in a manner known in principle, for detecting the force exerted on it by the operator—indirectly via the input unit. This detection can take place directly or indirectly, with the force measuring unit being able to have an optical, optoelectronic, piezoelectric, inductive, capacitive or resistive measuring principle, for example. The control unit can be wired or preferably wirelessly connected to the input unit and the force measuring unit for signal transmission. The control unit can be assigned exclusively to the input unit and the force measuring unit. Alternatively, the control unit can be a central control unit of the industrial robot. The control unit serves in particular to control the "taught" movement of the industrial robot. For this purpose, the control unit is set up to output the control signal depending on the first signal and the second signal. More precisely, the output takes place as a function of the comparison between the first signal and the second signal, for which the control unit is set up accordingly. The comparison can be qualitative and/or quantitative. The comparison reveals in particular whether the input unit and the force-measuring unit detect at least essentially the same force applied by the operator, which indicates an intended state and intended use of the programming system. The comparison also shows in particular whether the input unit or the force-measuring unit is not detecting any force, which indicates a defect, malfunction or faulty signal transmission of the input unit and/or the force-measuring unit. The comparison also shows, in particular, whether deviating force effects are detected by means of the input unit and the force measuring unit, which particularly indicate a security-relevant situation or misuse of the programming system. The input unit is preferably set up to record a multi-axial force action. The same preferably applies to the force measuring unit. For the purposes of the invention, an action of force is to be understood as meaning, in addition to a pure action of force, an action of moment and/or a combined action of force and moment. For the purposes of the invention, the term "industrial robot" preferably includes multi-axis controlled systems, such as in particular articulated arm robots, portal robots, machine tools, manipulators and lifting aids. The industrial robot is preferably an articulated-arm robot, with the kinematic element in this case preferably being an articulated arm of the articulated-arm robot.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Eingabeeinheit eine 3D-Maus mit einem stationären Unterteil und mit einem relativ zu dem Unterteil beweglichen Steuerteil, wobei das Unterteil auf der Kraftmesseinheit befestigt ist. Hierdurch wird ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau des Programmiersystems erreicht. Gleichzeitig ermöglicht diese Ausgestaltung der Erfindung ein besonders einfaches und intuitives „Teachen“ der Bewegung. Die 3D-Maus weist einen als solchen grundsätzlich bekannten Aufbau auf und kann in englischer Sprache auch als 3D motion controller, 3D navigation device oder 6 DOF device bezeichnet werden. Das Steuerteil ist unter manueller Krafteinwirkung relativ zu dem Unterteil beweglich. Das Unterteil ist vorzugsweise mittels einer lösbaren Fügeverbindung an der Kraftmesseinheit befestigt. Die Fügeverbindung kann beispielsweise eine Schraub-, Rast- oder Steckverbindung zwischen dem Unterteil und der Kraftmesseinheit aufweisen. Die 3D-Maus ist auf grundsätzlich bekannte Weise zur Erfassung der relativen Bewegung des Steuerteils gegenüber dem stationären Unterteil eingerichtet. Hierfür weist die 3D-Maus vorzugsweise ein optisches und/oder optoelektronisches Messprinzip auf, mittels dessen die vorbeschriebene Relativbewegung erfasst und in das erste Signal umgesetzt werden kann. Die manuelle Krafteinwirkung wird somit mittelbar, nämlich über die Relativbewegung, erfasst.In an embodiment of the invention, the input unit is a 3D mouse with a stationary lower part and with a control part that can be moved relative to the lower part, with the lower part being fastened to the force-measuring unit. This achieves a particularly simple and cost-effective structure for the programming system. At the same time, this embodiment of the invention enables a particularly simple and intuitive "teaching" of the movement. The 3D mouse has a structure that is fundamentally known as such and can also be referred to as a 3D motion controller, 3D navigation device or 6 DOF device. The control part is movable relative to the base under manual force. The lower part is preferably attached to the force-measuring unit by means of a detachable joint connection. The joint connection can have, for example, a screw, snap-in or plug-in connection between the lower part and the force-measuring unit. The 3D mouse is set up in a basically known manner for detecting the relative movement of the control part with respect to the stationary lower part. For this purpose, the 3D mouse preferably has an optical and/or optoelectronic measuring principle, by means of which the relative movement described above can be detected and converted into the first signal. The manual application of force is thus recorded indirectly, namely via the relative movement.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Kraftmesseinheit einen Trägerkörper auf, der mit einer Messsensorik versehen ist und dessen Unterseite - im betriebsfertig montierten Zustand - an dem freien Ende des Kinematikelements befestigt ist, und auf dessen der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite die Eingabeeinheit befestigt ist. Hierdurch wird ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau des Programmiersystems erreicht. Die Messsensorik dient der Erfassung der - mittelbar über die Eingabeeinheit - auf die Kraftmesseinheit wirkenden manuellen Krafteinwirkung der Bedienperson. Die Messsensorik kann hierfür insbesondere ein piezoelektrisches oder resistives Messprinzip aufweisen. Die Messsensorik ist an und/oder in dem Trägerkörper angeordnet. Der Trägerkörper fungiert vorzugsweise als Träger und/oder Gehäuse für die Messsensorik. Die Unterseite des Trägerkörpers ist vorzugsweise mittels einer lösbaren Fügeverbindung an dem freien Ende des Kinematikelements befestigt. Die Fügeverbindung weist vorzugsweise wenigstens eine Schraubverbindung auf. Weiter vorzugsweise bildet die Unterseite eine Flanschfläche, die im betriebsfertig montierten Zustand kraftübertragend mit einer Gegenflanschfläche des freien Endes des beweglichen Kinematikelements zusammenwirkt.In a further embodiment of the invention, the force-measuring unit has a carrier body which is provided with a measuring sensor system and whose underside—in the ready-to-use assembled state—is fastened to the free end of the kinematic element, and on whose top side opposite the underside the input unit is fastened. This achieves a particularly simple and cost-effective structure for the programming system. The measuring sensor system is used to record the manual force exerted by the operator—indirectly via the input unit—on the force measuring unit. For this purpose, the measuring sensor system can in particular have a piezoelectric or resistive measuring principle. The measuring sensor system is arranged on and/or in the carrier body. The carrier body preferably acts as a carrier and/or housing for the measuring sensor system. The underside of the carrier body is preferably attached to the free end of the kinematic element by means of a detachable joint connection. The joint connection preferably has at least one screw connection. More preferably, the underside forms a flange surface which, in the ready-to-operate state, interacts in a force-transmitting manner with a counter-flange surface of the free end of the movable kinematic element.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kraftmesseinheit ein 3-Achsen-Kraftsensor oder ein 3-Achsen-Kraft-Momenten-Sensor oder ein 6-Achsen-Kraft-Momenten-Sensor. Solche Sensoren sind im Bereich der Robotik grundsätzlich bekannt und in unterschiedlichsten Spezifikationen erhältlich. Hierdurch kann ein nochmals vereinfachter und in einfacher Weise auf den spezifischen Anwendungsfall bzw. den zu programmierenden Industrieroboter angepasster Aufbau des Programmiersystems erreicht werden.In a further embodiment of the invention, the force measuring unit is a 3-axis force sensor or a 3-axis force-torque sensor or a 6-axis force-torque sensor. Such sensors are generally known in the field of robotics and are available in a wide variety of specifications. In this way, a structure of the programming system that is simplified again and adapted in a simple manner to the specific application or the industrial robot to be programmed can be achieved.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird für den eingangs genannten Industrieroboter dadurch gelöst, dass ein Programmiersystem gemäß der vorstehenden Beschreibung vorgesehen ist. Der Industrieroboter weist wenigstens ein bewegliches Kinematikelement, insbesondere einen Gelenkarm, auf, an dessen freiem Ende die Eingabeeinheit und die Kraftmesseinheit fest angeordnet sind. Das freie Ende des beweglichen Kinematikelements kann auch als Effektorende bezeichnet werden. Das freie Ende weist vorzugsweise eine Gegenflanschfläche auf, die mittels einer lösbaren Fügeverbindung mit einer Flanschfläche der Kraftmesseinheit kraftübertragend verbunden ist. Der Industrieroboter ist vorzugsweise als mehrachsiger Gelenkarmroboter gestaltet und weist eine serielle Bewegungskinematik auf.The object on which the invention is based is achieved for the industrial robot mentioned at the outset in that a programming system is provided in accordance with the above description. The industrial robot has at least one movable kinematic element, in particular an articulated arm, on the free end of which the input unit and the force measuring unit are fixed. The free end of the movable kinematic element can also be referred to as the effector end. The free end preferably has a counter-flange surface which is connected in a force-transmitting manner to a flange surface of the force-measuring unit by means of a detachable joint connection. The industrial robot is preferably designed as a multi-axis articulated arm robot and has serial movement kinematics.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird für das eingangs genannte Verfahren durch die Merkmalskombination des Anspruchs 6 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst Schritte a) bis e).The object on which the invention is based is achieved for the method mentioned at the outset by the combination of features of claim 6 . The method according to the invention comprises steps a) to e).

Der Schritt a) umfasst eine manuelle Krafteinwirkung auf eine Eingabeeinheit, die an einem freien Ende eines beweglichen Kinematikelements des Industrieroboters abgestützt ist. Die Eingabeeinheit ist - wie noch näher beschrieben wird - mittelbar an dem freien Ende abgestützt. Die manuelle Krafteinwirkung kann ein- und/oder mehrachsig erfolgen. Die manuelle Krafteinwirkung kann eine reine Krafteinwirkung, eine Momenteneinwirkung und/oder eine kombinierte Kraft-Momenten-Einwirkung sein.Step a) includes a manual application of force to an input unit, which is supported on a free end of a movable kinematic element of the industrial robot. As will be described in more detail below, the input unit is indirectly supported on the free end. The manual force can be applied on one and/or multiple axes. Manual force can be pure force action, a moment action and/or a combined force-moment action.

Der Schritt b) umfasst ein Erfassen der Krafteinwirkung mittels der Eingabeeinheit und ein Ausgeben eines ersten Signals mittels der Eingabeeinheit in Abhängigkeit der erfassten Krafteinwirkung. Die Krafteinwirkung wird mittelbar oder unmittelbar messtechnisch erfasst. Hierfür kann beispielsweise ein optisches, optoelektronisches, piezoelektrisches, induktives, kapazitives oder resistives Messprinzip vorgesehen sein. Das Ausgeben des ersten Signals erfolgt in Abhängigkeit der erfassten Krafteinwirkung. Mit anderen Worten wird die erfasste Krafteinwirkung in das erste Signal umgesetzt.Step b) comprises detecting the effect of force by means of the input unit and outputting a first signal by means of the input unit as a function of the effect of force recorded. The effect of force is measured directly or indirectly. An optical, optoelectronic, piezoelectric, inductive, capacitive or resistive measuring principle can be provided for this purpose, for example. The first signal is output as a function of the detected force. In other words, the recorded force is converted into the first signal.

Der Schritt c) umfasst ein Erfassen der Krafteinwirkung mittels einer an dem freien Ende des Kinematikelements befestigten Kraftmesseinheit, auf welcher die Eingabeeinheit kraftübertragend befestigt ist, und ein Ausgeben eines zweiten Signals mittels der Kraftmesseinheit und in Abhängigkeit der erfassten Krafteinwirkung. Demnach wird die manuelle Krafteinwirkung gleichsam zusätzlich, nämlich mittels der Kraftmesseinheit, erfasst. Die manuelle Krafteinwirkung wirkt hierbei mittelbar über die Eingabeeinheit auf die Kraftmesseinheit. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird der aus der manuellen Krafteinwirkung resultierende Kraftfluss über die Kraftmesseinheit geleitet. Zum Erfassen der Krafteinwirkung mittels der Kraftmesseinheit ist ein hierfür geeignetes Messprinzip vorgesehen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zu Schritt b) verwiesen. Das zweite Signal wird in Abhängigkeit der von der Kraftmesseinheit erfassten Krafteinwirkung ausgegeben.Step c) includes detecting the force applied by means of a force measuring unit attached to the free end of the kinematic element, on which the input unit is attached in a force-transmitting manner, and outputting a second signal by means of the force measuring unit and depending on the detected force. Accordingly, the manual application of force is additionally recorded, so to speak, namely by means of the force measuring unit. The manual application of force acts indirectly on the force measuring unit via the input unit. In other words, the flow of force resulting from the manual application of force is routed via the force measuring unit. A measuring principle suitable for this purpose is provided for detecting the effect of force by means of the force measuring unit. To avoid repetition, reference is made to the relevant explanations for step b). The second signal is output as a function of the applied force detected by the force measuring unit.

Der Schritt d) umfasst ein Verarbeiten des ersten Signals und des zweiten Signals mittels einer Steuereinheit, welche mit der Eingabeeinheit und der Messeinheit verbunden ist, wobei das Verarbeiten ein Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal umfasst. Der Vergleich zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal kann qualitativ und/oder quantitativ sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die diesbezüglichen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Programmiersystem verwiesen, die im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend gelten können. Das Vergleichen des ersten Signals und des zweiten Signals kann beispielsweise ein Ermitteln eines Differenzwerts zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal umfassen.Step d) includes processing the first signal and the second signal by means of a control unit which is connected to the input unit and the measuring unit, wherein the processing includes comparing the first signal with the second signal. The comparison between the first signal and the second signal can be qualitative and/or quantitative. To avoid repetition, reference is made to the relevant explanations in connection with the programming system according to the invention, which can apply accordingly with regard to the method according to the invention. Comparing the first signal and the second signal can include, for example, determining a difference value between the first signal and the second signal.

Der Schritt e) umfasst ein Ausgeben eines Steuersignals zur Steuerung der Bewegung des Industrieroboters mittels der Steuereinheit und in Abhängigkeit des Vergleichs. Die mittels des Steuersignals gesteuerte Bewegung kann auch als „geteachte“ Bewegung bezeichnet werden. Bei dieser Bewegung eingenommene Positionen und/oder Koordinaten des Industrieroboters können auf grundsätzlich bekannte Weise messtechnisch erfasst, gespeichert und als Datenbasis für ein Programm zur automatischen Steuerung der Bewegung des Industrieroboters verwendet werden. Sofern der Schritt d) ein Ermitteln eines Differenzwerts zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal umfasst, kann das Ausgeben des Steuersignals in Abhängigkeit des Differenzwerts folgen. Beispielsweise kann das Ausgeben des Steuersignals ausschließlich dann erfolgen, wenn der Differenzwert einen vorgegebenen Maximalwert nicht übersteigt.Step e) includes outputting a control signal for controlling the movement of the industrial robot by means of the control unit and as a function of the comparison. The movement controlled by the control signal can also be referred to as a "taught" movement. Positions and/or coordinates assumed by the industrial robot during this movement can be measured in a basically known manner, stored and used as a database for a program for automatically controlling the movement of the industrial robot. If step d) includes determining a differential value between the first signal and the second signal, the control signal can be output as a function of the differential value. For example, the control signal can only be output if the difference value does not exceed a predetermined maximum value.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.

  • 1 zeigt in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Industrieroboters, der mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Programmiersystems versehen ist,
  • 2 in schematischer Perspektivdarstellung und unter zeichnerischer Ausblendung einzelner Bauteile und/oder Abschnitte das Programmiersystem nach 1,
  • 3 das Programmiersystem nach 2 unter einer schematisch verdeutlichen manuellen Krafteinwirkung einer Bedienperson und
  • 4 in schematischer Blockdiagramm-Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum handgeführten Programmieren einer Bewegung des Industrieroboters nach 1 unter Verwendung des Programmiersystems.
Further advantages and features of the invention result from the claims and from the following description of preferred exemplary embodiments of the invention, which are illustrated with the aid of the drawings.
  • 1 shows a highly simplified schematic representation of an embodiment of an industrial robot according to the invention, which is provided with an embodiment of a programming system according to the invention,
  • 2 shows the programming system in a schematic perspective view and with the graphic hiding of individual components and/or sections 1 ,
  • 3 the programming system 2 under a schematically illustrated manual force of an operator and
  • 4 in a schematic block diagram representation, an embodiment of a method according to the invention for hand-guided programming of a movement of the industrial robot 1 using the programming system.

Gemäß 1 weist ein Industrieroboter 1 ein Programmiersystem 2 auf und ist zur autonomen fertigungstechnischen Bearbeitung und/oder Handhabung eines nicht näher dargestellten Werkstücks vorgesehen. Der Industrieroboter 1 ist bei der gezeigten Ausführungsform als Gelenkarmroboter gestaltet und weist eine serielle Bewegungskinematik auf, die durch mehrere bewegliche Gelenkarme 3, 4, 5 gebildet ist. Die Gelenkarme 3, 4, 5 sind auf grundsätzlich bekannte Weise mittels nicht näher ersichtlicher Antriebsmotoren um entsprechende Drehachsen verlagerbar, so dass der Industrieroboter 1 die besagte fertigungstechnische Bearbeitung und/oder Handhabung des Werkstücks innerhalb eines Arbeitsbereichs R ausführen kann. Zur fertigungstechnischen Bearbeitung und/oder Handhabung des Werkstücks weist der Industrieroboter 1 einen Effektor 6 auf, der an einem freien Ende 7 des Gelenkarms 5 auf grundsätzlich bekannte Weise befestigt ist. Bei der automatisierten Bearbeitung und/oder Handhabung wird der Effektor 6 entlang einer zeichnerisch nicht näher dargestellten Bewegungsbahn innerhalb des Arbeitsbereichs R verlagert. Die Verlagerung des Effektors 6 entlang der Bewegungsbahn erfolgt mittels einer entsprechenden Bewegung der Bewegungskinematik des Industrieroboters 1 und damit der Gelenkarme 3, 4, 5.According to 1 an industrial robot 1 has a programming system 2 and is provided for autonomous manufacturing processing and/or handling of a workpiece, not shown in detail. In the embodiment shown, the industrial robot 1 is designed as an articulated-arm robot and has serial movement kinematics, which are formed by a plurality of movable articulated arms 3 , 4 , 5 . The articulated arms 3, 4, 5 can be displaced in a basically known manner by means of drive motors, which are not shown in detail, about corresponding axes of rotation, so that the industrial robot 1 can carry out the said manufacturing processing and/or handling of the workpiece within a work area R. For production-related processing and/or handling of the workpiece, the industrial robot 1 has an effector 6 which, at a free end 7 of the articulated arm 5, has a known principle way is attached. In the case of automated processing and/or handling, the effector 6 is displaced within the working area R along a movement path that is not shown in detail in the drawing. The displacement of the effector 6 along the movement path takes place by means of a corresponding movement of the movement kinematics of the industrial robot 1 and thus the articulated arms 3, 4, 5.

Das Programmiersystem 2 ist zum handgeführten Programmieren der zur Verlagerung des Effektors 6 erforderlichen Bewegung des Industrieroboters 1 vorgesehen. Das Programmiersystem 2 weist eine Eingabeeinheit 8, eine Kraftmesseinheit 9 und eine Steuereinheit 10 auf. Das handgeführte Programmieren kann auch als „Teachen“ oder „Teachin“ bezeichnet werden. Dementsprechend kann das Programmiersystem 2 auch als Teach-In-System bezeichnet werden.The programming system 2 is provided for hand-guided programming of the movement of the industrial robot 1 required to move the effector 6 . The programming system 2 has an input unit 8 , a force measuring unit 9 and a control unit 10 . Manually guided programming can also be referred to as "teaching" or "teaching". Accordingly, the programming system 2 can also be referred to as a teach-in system.

In dem anhand 1 ersichtlichen betriebsfertig montierten Zustand des Programmiersystems 2 sind die Eingabeeinheit 8 und die Kraftmesseinheit 9 fest am freien Ende 7 des Gelenkarms 5 angeordnet. Dabei ist die Eingabeeinheit 8 auf noch näher beschriebene Weise kraftübertragend auf der Kraftmesseinheit 9 befestigt (2, 3). Die Kraftmesseinheit 9 ist auf noch näher beschriebene Weise am freien Ende 7 des beweglichen Gelenkarms 5 befestigt.In the basis 1 As can be seen in the ready-to-use state of the programming system 2 , the input unit 8 and the force-measuring unit 9 are fixed to the free end 7 of the articulated arm 5 . In this case, the input unit 8 is fastened to the force-measuring unit 9 in a force-transmitting manner in a manner that will be described in more detail below ( 2 , 3 ). The force-measuring unit 9 is attached to the free end 7 of the movable articulated arm 5 in a manner that will be described in more detail below.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Eingabeeinheit 8 eine 3D-Maus, die in englischer Sprache auch als 3D motion controller, 3D navigation device oder 6 DOF device bezeichnet werden kann. Der strukturelle sowie funktionelle Aufbau der 3D-Maus ist als solches grundsätzlich bekannt. Die 3D-Maus 8 weist ein stationäres Unterteil 11 und ein relativ zu dem Unterteil 11 bewegliches Steuerteil 12 auf. Das Steuerteil 12 ist auf noch näher beschriebene Weise zur manuellen Handhabung durch eine Bedienperson P vorgesehen. Das Steuerteil 12 ist unter einer manuellen Krafteinwirkung der Bedienperson P auf grundsätzlich bekannte Weise entlang mehrerer Bewegungsachsen X, Y, Z und somit mehrachsig relativ zu dem Unterteil 11 verlagerbar.In the embodiment shown, the input unit 8 is a 3D mouse, which can also be referred to as a 3D motion controller, 3D navigation device or 6 DOF device. The structural and functional design of the 3D mouse is generally known as such. The 3D mouse 8 has a stationary lower part 11 and a control part 12 that can be moved relative to the lower part 11 . The control part 12 is provided for manual handling by an operator P in a manner that will be described in more detail below. The control part 12 can be displaced relative to the lower part 11 along a plurality of movement axes X, Y, Z and thus in several axes under the action of manual force by the operator P in a basically known manner.

Die Kraftmesseinheit 9 ist bei der gezeigten Ausführungsform ein 3-Achsen-Kraftsensor, der einen als solchen grundsätzlich bekannten Aufbau mit einem Trägerkörper 13 und einer nicht näher gezeigten Messsensorik aufweist. Die Messsensorik arbeitet bei der gezeigten Ausführungsform auf Grundlage eines resistiven Messprinzips und ist dementsprechend mit mehreren nicht näher gezeigten Dehnungsmessstreifen versehen, die eine Erfassung einer mehrachsigen, entlang der Achsen X', Y', Z' wirkenden Krafteinwirkung ermöglichen. Die Messsensorik ist auf grundsätzlich bekannte Weise in dem Trägerkörper 13 angeordnet.In the embodiment shown, the force-measuring unit 9 is a 3-axis force sensor, which has a structure that is fundamentally known as such, with a carrier body 13 and a measuring sensor system that is not shown in detail. In the embodiment shown, the measurement sensor system works on the basis of a resistive measurement principle and is accordingly provided with a number of strain gauges (not shown in detail) which enable detection of a multiaxial force acting along the axes X′, Y′, Z′. The measuring sensor system is arranged in the carrier body 13 in a basically known manner.

Der Trägerkörper 13 ist anhand der 2 und 3 schematisch stark vereinfacht dargestellt und weist eine quaderförmige Grundform mit einer Oberseite O und einer gegenüberliegenden Unterseite U auf. Die Unterseite U ist im betriebsfertig montierten Zustand am freien Ende 7 des Gelenkarms 5 befestigt. Zu diesem Zweck bildet die Unterseite U eine Flanschfläche, die mit einer nicht näher gezeigten Gegenflanschfläche des freien Endes 7 lösbar zusammengefügt ist. Die Oberseite O ist der 3D-Maus 8 zugewandt.The carrier body 13 is based on the 2 and 3 shown schematically in a greatly simplified manner and has a cuboid basic shape with an upper side O and an opposite lower side U. The underside U is attached to the free end 7 of the articulated arm 5 in the ready-to-use state. For this purpose, the underside U forms a flange surface which is detachably joined to a counter-flange surface of the free end 7 which is not shown in detail. The top O faces the 3D mouse 8 .

Die 3D-Maus 8 ist kraftübertragend auf dem Trägerkörper befestigt. Zu diesem Zweck ist das Unterteil 11 kraftübertragend mit der Oberseite O zusammengefügt. Die 3D-Maus 8 ist somit mittels des 3-Achsen-Kraftsensors 9 am freien Ende 7 des Gelenkarms 5 abgestützt. Die bei der manuellen Handhabung des Steuerteils 12 auftretende manuelle Krafteinwirkung zur Verlagerung des Steuerteils 12 entlang der Bewegungsachsen X, Y, Z ist aufgrund der vorbeschriebenen kraftübertragenden Verbindung zwischen der 3D-Maus 8 und dem 3-Achsen-Kraftsensor 9 mittels letzterem erfassbar.The 3D mouse 8 is attached to the carrier body in a force-transmitting manner. For this purpose, the lower part 11 is joined to the upper side O in a force-transmitting manner. The 3D mouse 8 is thus supported on the free end 7 of the articulated arm 5 by means of the 3-axis force sensor 9 . The manual force applied during manual handling of the control part 12 to move the control part 12 along the movement axes X, Y, Z can be detected by means of the latter due to the force-transmitting connection between the 3D mouse 8 and the 3-axis force sensor 9 described above.

Die Steuereinheit 10 ist zur Übertragung noch näher bezeichneter Signale mit der 3D-Maus 8 und dem 3-Achsen-Kraftsensor 9 verbunden. Zu diesem Zweck ist bei der gezeigten Ausführungsform eine drahtgebundene Signalübertragung mittels Signalleitungen 14, 15 vorgesehen, die lediglich anhand 2 schematisch angedeutet und abgeschnitten dargestellt sind. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Signalübertragung zwischen der 3D-Maus 8 und der Steuereinheit 10 sowie der Kraftmesseinheit 9 und der Steuereinheit 10 jeweils drahtlos erfolgen.The control unit 10 is connected to the 3D mouse 8 and the 3-axis force sensor 9 in order to transmit signals that will be described in more detail below. For this purpose, in the embodiment shown, a wired signal transmission is provided by means of signal lines 14, 15, which is only based on 2 are indicated schematically and shown cut off. In an embodiment that is not shown, the signals can be transmitted wirelessly between the 3D mouse 8 and the control unit 10 and also between the force measuring unit 9 and the control unit 10 .

4 zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens A zum handgeführten Programmieren der Bewegung des Industrieroboters 1 mittels des Programmiersystems 2. Nachfolgend wird das Verfahren A insbesondere unter Bezugnahme auf den Industrieroboter 1 und das Programmiersystem 2 im Detail erläutert. 4 shows a schematic sequence of a method A for manual programming of the movement of the industrial robot 1 by means of the programming system 2. Method A is explained in detail below, in particular with reference to the industrial robot 1 and the programming system 2.

In einem Schritt a) erfolgt eine manuelle Krafteinwirkung der Bedienperson P auf die 3D-Maus 8. Hierbei wird das Steuerteil 12 infolge der manuellen Krafteinwirkung beispielsweise entlang der Bewegungsachse X relativ zu dem Unterteil 11 ausgelenkt. Die 3D-Maus 8 ist auf grundsätzlich bekannte Weise zur messtechnischen Erfassung dieser Auslenkung eingerichtet und weist hierzu vorliegend ein optoelektronisches Messprinzip auf. Über eine solche messtechnische Erfassung der Auslenkung des Steuerteils 12 ist mittelbar die auf die 3D-Maus 8 wirkende manuelle Krafteinwirkung erfassbar. Das Erfassen der Krafteinwirkung erfolgt in einem Schritt b) des Verfahrens A. Weiter wird in dem Schritt b) ein erstes Signal S1 von der 3D-Maus ausgegeben. Das erste Signal S1 wird in Abhängigkeit der erfassten manuellen Krafteinwirkung ausgegeben.In a step a), the operator P applies a manual force to the 3D mouse 8. The control part 12 is deflected as a result of the manual force, for example along the movement axis X relative to the lower part 11. The 3D mouse 8 is set up in a basically known manner for the metrological detection of this deflection and has an optoelectronic measuring principle for this purpose. About such a metrological detection of the deflection of the control part 12 is indirectly on the 3D mouse 8 acting manual force detectable. The action of force is detected in step b) of method A. Furthermore, in step b), a first signal S1 is output by the 3D mouse. The first signal S1 is output as a function of the detected manual force.

In einem Schritt c) wird die vorbeschriebene manuelle Krafteinwirkung gleichsam zusätzlich mittels des 3-Achsen-Kraftsensors 9 erfasst. In Abhängigkeit der mittels des 3-Achsen-Kraftsensors 9 erfassten Krafteinwirkung wird ein zweites Signal S2 ausgegeben.In a step c), the above-described manual application of force is also recorded by means of the 3-axis force sensor 9, so to speak. A second signal S2 is output as a function of the force applied by means of the 3-axis force sensor 9 .

In einem Schritt d) werden das erste Signal S1 und das zweite Signal S2 mittels der Steuereinheit 10 verarbeitet. Die hierfür erforderliche Signalübertragung erfolgt mittels der Signalleitungen 14, 15. Das Verarbeiten der Signale S1, S2 umfasst ein Vergleichen des ersten Signals S1 mit dem zweiten Signal S2. Das Vergleichen des ersten Signals S1 mit dem zweiten Signal S2 kann qualitativ und/oder quantitativ sein. Das Vergleichen gemäß Schritt d) lässt insbesondere erkennen, ob beispielsweise ein Defekt, eine Fehlfunktion oder eine fehlerhafte Signalübertragung der 3D-Maus 8 und/oder des 3-Achsen-Kraftsensors 9 vorliegt. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann mittels des Vergleichs zwischen den Signalen S1 und S2 insbesondere erkannt werden, ob die mittels der 3D-Maus 8 erfasste Krafteinwirkung im Vergleich zu der mittels des 3-Achsen-Kraftsensors 9 ermittelte Krafteinwirkung plausibel erscheint und umgekehrt.In a step d), the first signal S1 and the second signal S2 are processed by the control unit 10 . The signal transmission required for this takes place by means of the signal lines 14, 15. The processing of the signals S1, S2 includes a comparison of the first signal S1 with the second signal S2. The comparison of the first signal S1 with the second signal S2 can be qualitative and/or quantitative. The comparison according to step d) shows in particular whether there is a defect, a malfunction or a faulty signal transmission of the 3D mouse 8 and/or the 3-axis force sensor 9 . In other words, the comparison between the signals S1 and S2 can be used to identify in particular whether the force applied using the 3D mouse 8 appears plausible compared to the force applied using the 3-axis force sensor 9 and vice versa.

Das Verfahren A sieht in einem Schritt e) weiter vor, dass ein Steuersignal S3 in Abhängigkeit des Vergleichs zwischen dem ersten Signal S1 und dem zweiten Signal S2 von der Steuereinheit 10 ausgegeben wird. Das Steuersignal S3 dient der Steuerung der Bewegung des Industrieroboters 1. Die infolge des Steuersignals S3 gesteuerte Bewegung kann auch als „geteachte“ oder „handgeführte“ Bewegung bezeichnet werden.In a step e), method A further provides that a control signal S3 is output by the control unit 10 as a function of the comparison between the first signal S1 and the second signal S2. The control signal S3 is used to control the movement of the industrial robot 1. The movement controlled as a result of the control signal S3 can also be referred to as a “taught” or “manually guided” movement.

Bei der gezeigten Ausführungsform des Verfahrens A wird das Steuersignal S3 in Abhängigkeit des Vergleichs gemäß Schritt d) nur dann ausgegeben, wenn die mittels der 3D-Maus 8 erfasste Krafteinwirkung wenigstens im Wesentlichen übereinstimmend ist mit der mittels des 3-Achsen-Kraftsensors 9 erfassten Krafteinwirkung.In the embodiment of method A shown, the control signal S3 is only output as a function of the comparison according to step d) if the force applied by means of the 3D mouse 8 is at least essentially the same as the force applied by means of the 3-axis force sensor 9 .

Dies ist vorliegend anhand der schematischen Darstellung in 3 verdeutlicht. Die mittels der 3D-Maus 8 erfasste Krafteinwirkung FM ist dort nach Richtung und Betrag übereinstimmend mit der mittels des 3-Achsen-Kraftsensors 9 erfassten Krafteinwirkung Fs. Ergibt das Vergleichen der Signale S1 und S2 gemäß Schritt d) beispielsweise eine über einen festgelegten Maximalwert hinausgehende Differenz nach Richtung und/oder Betrag zwischen der Krafteinwirkung FM und der Krafteinwirkung FS, kann dies insbesondere auf eine Fehlfunktion, einen Defekt oder eine gestörte Signalübertragung der 3D-Maus 8 oder des 3-Achsen-Kraftsensors 9, eine missbräuchliche Handhabung und/oder eine sicherheitsrelevante Situation bei der Ausführung des Verfahrens A deuten. In einem solchen Fall wird bei der gezeigten Ausführungsform das Signal S3 nicht ausgegeben. Dementsprechend erfolgt keine „geteachte“ Bewegung der Bewegungskinematik des Industrieroboters 1. Hierdurch wird eine Gefährdung der in dem Arbeitsbereich R befindlichen Bedienperson P durch den Industrieroboter 1 bei der Ausführung des Verfahrens A vermieden.This is present based on the schematic representation in 3 clarified. The force F M recorded by means of the 3D mouse 8 is the same there in terms of direction and magnitude as the force Fs recorded by means of the 3-axis force sensor 9. If the comparison of the signals S1 and S2 according to step d) results in a value above a fixed maximum value, for example If there is a difference in direction and/or amount between the applied force F M and the applied force F S , this can in particular be due to a malfunction, a defect or a faulty signal transmission of the 3D mouse 8 or the 3-axis force sensor 9, improper handling and /or interpret a safety-relevant situation when executing procedure A. In such a case, the signal S3 is not output in the embodiment shown. Accordingly, there is no “taught” movement of the movement kinematics of the industrial robot 1. This avoids the operator P located in the work area R being endangered by the industrial robot 1 when the method A is being carried out.

Infolge des Steuersignals S3 wird die Bewegungskinematik des Industrieroboters 1 der durch die Handhabung der 3D-Maus 8 „geteachten“ Bewegung folgend verlagert. Die bei dieser Verlagerung eingenommenen Positionen der Bewegungskinematik können auf grundsätzlich bekannte Weise messtechnisch erfasst, gespeichert und einem Steuerungsprogramm zur autonomen Bewegung des Industrieroboters 1 zugrunde gelegt werden.As a result of the control signal S3, the movement kinematics of the industrial robot 1 are shifted following the movement “taught” by handling the 3D mouse 8 . The positions of the movement kinematics assumed during this shift can be measured in a basically known manner, stored and used as a basis for a control program for the autonomous movement of the industrial robot 1 .

Claims (6)

Programmiersystem (2) zum handgeführten Programmieren einer Bewegung eines Industrieroboters (1), mit einer Eingabeeinheit (8), die - in betriebsfertig montiertem Zustand - an einem freien Ende (7) eines beweglichen Kinematikelements, insbesondere eines Gelenkarms (5), des Industrieroboters (1) abgestützt ist, wobei die Eingabeeinheit (8) zur Erfassung einer manuellen Krafteinwirkung einer Bedienperson (P) auf die Eingabeeinheit (8) und zur Ausgabe eines ersten Signals (S1) in Abhängigkeit der erfassten Krafteinwirkung eingerichtet ist, und mit einer Steuereinheit (10), die mit der Eingabeeinheit (8) verbunden und zur Ausgabe eines Steuersignals (S3) zur Steuerung der Bewegung des Industrieroboters (1) wenigstens in Abhängigkeit des ersten Signals (S1) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftmesseinheit (9) vorgesehen ist, auf welcher die Eingabeeinheit (8) kraftübertragend befestigt ist, und die - im betriebsfertig montierten Zustand - an dem freien Ende (7) des beweglichen Kinematikelements (5) befestigt ist, wobei die Kraftmesseinheit (9) zur Erfassung der mittelbar über die Eingabeeinheit (8) auf sie einwirkenden manuellen Krafteinwirkung und zur Ausgabe wenigstens eines zweiten Signals (S2) in Abhängigkeit der erfassten Krafteinwirkung eingerichtet ist, und dass die Steuereinheit (10) mit der Kraftmesseinheit (9) verbunden und zur Ausgabe des Steuersignals (S3) in Abhängigkeit eines Vergleichs zwischen dem ersten Signal (S1) und dem zweiten Signal (S2) eingerichtet ist.Programming system (2) for hand-guided programming of a movement of an industrial robot (1), with an input unit (8) which - when assembled ready for operation - is attached to a free end (7) of a movable kinematic element, in particular an articulated arm (5), of the industrial robot ( 1), wherein the input unit (8) is set up to detect a manual force applied by an operator (P) to the input unit (8) and to output a first signal (S1) depending on the detected force, and having a control unit (10 ), which is connected to the input unit (8) and set up to output a control signal (S3) for controlling the movement of the industrial robot (1) at least as a function of the first signal (S1), characterized in that a force measuring unit (9) is provided On which the input unit (8) is attached in a force-transmitting manner, and - in the fully assembled state - at the free end (7) of the bewe same kinematic element (5), wherein the force measuring unit (9) is set up to record the manual force acting on it indirectly via the input unit (8) and to output at least one second signal (S2) depending on the recorded force, and that the Control unit (10) connected to the force measuring unit (9) and to output the tax signal (S3) depending on a comparison between the first signal (S1) and the second signal (S2). Programmiersystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (8) eine 3D-Maus mit einem stationären Unterteil (11) und mit einem relativ zu dem Unterteil (11) beweglichen Steuerteil (12) ist, wobei das Unterteil (11) auf der Kraftmesseinheit (9) befestigt ist.Programming system (2) according to claim 1 , characterized in that the input unit (8) is a 3D mouse with a stationary lower part (11) and with a relative to the lower part (11) movable control part (12), wherein the lower part (11) on the force measuring unit (9) is attached. Programmiersystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinheit (9) einen Trägerkörper (13) aufweist, der mit einer Messsensorik versehen ist und dessen Unterseite (U) - im betriebsfertig montierten Zustand - an dem freien Ende (7) des Kinematikelements (5) befestigt ist, und auf dessen der Unterseite (U) gegenüberliegenden Oberseite (O) die Eingabeeinheit (8) befestigt ist.Programming system (2) according to claim 1 or 2 , characterized in that the force measuring unit (9) has a carrier body (13) which is provided with a measuring sensor system and whose underside (U) - in the ready-to-use assembled state - is attached to the free end (7) of the kinematic element (5), and on whose upper side (O) opposite the underside (U) the input unit (8) is fastened. Programmiersystem (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinheit (9) ein 3-Achsen-Kraftsensor oder ein 3-Achsen-Kraft-Momenten-Sensor oder ein 6-Achsen-Kraft-Momenten-Sensor ist.Programming system (2) according to claim 3 , characterized in that the force measuring unit (9) is a 3-axis force sensor or a 3-axis force-torque sensor or a 6-axis force-torque sensor. Industrieroboter (1), gekennzeichnet durch ein Programmiersystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Industrial robot (1), characterized by a programming system (2) according to one of the preceding claims. Verfahren (A) zum handgeführten Programmieren einer Bewegung eines Industrieroboters (1) mit den Schritten: a) manuelle Krafteinwirkung auf eine Eingabeeinheit (8), die an einem freien Ende (7) eines beweglichen Kinematikelements, insbesondere eines Gelenkarms (5), des Industrieroboters (1) abgestützt ist; b) Erfassen der Krafteinwirkung mittels der Eingabeeinheit (8) und Ausgeben eines ersten Signals (S1) mittels der Eingabeeinheit (8) und in Abhängigkeit der erfassten Krafteinwirkung, c) Erfassen der Krafteinwirkung mittels einer an dem freien Ende (7) des Kinematikelements (5) befestigten Kraftmesseinheit (9), auf welcher die Eingabeeinheit (8) kraftübertragend befestigt ist, und Ausgeben eines zweiten Signals (S2) mittels der Kraftmesseinheit (9) und in Abhängigkeit der erfassten Krafteinwirkung; d) Verarbeiten des ersten Signals (S1) und des zweiten Signals (S2) mittels einer Steuereinheit (10), welche mit der Eingabeeinheit (8) und der Messeinheit (9) verbunden ist, wobei das Verarbeiten ein Vergleichen des ersten Signals (S1) mit dem zweiten Signal (S2) umfasst; und e) Ausgeben eines Steuersignals (S3) zur Steuerung der Bewegung des Industrieroboters (1) mittels der Steuereinheit (10) und in Abhängigkeit des Vergleichs.Method (A) for hand-guided programming of a movement of an industrial robot (1) with the steps: a) manual application of force to an input unit (8) which is supported on a free end (7) of a movable kinematic element, in particular an articulated arm (5), of the industrial robot (1); b) detecting the effect of force by means of the input unit (8) and outputting a first signal (S1) by means of the input unit (8) and depending on the effect of force detected, c) detecting the effect of force by means of a force measuring unit (9) attached to the free end (7) of the kinematic element (5), on which the input unit (8) is attached in a force-transmitting manner, and outputting a second signal (S2) by means of the force measuring unit (9) and depending on the detected force; d) processing the first signal (S1) and the second signal (S2) by means of a control unit (10) which is connected to the input unit (8) and the measuring unit (9), the processing involving a comparison of the first signal (S1) with the second signal (S2); and e) outputting a control signal (S3) for controlling the movement of the industrial robot (1) by means of the control unit (10) and depending on the comparison.
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