DE10137955B4

DE10137955B4 - Method for motion commanding a service robot

Info

Publication number: DE10137955B4
Application number: DE2001137955
Authority: DE
Inventors: Alin Dipl.-Ing. Albu-Schaeffer; Günter Dipl.-Ing. Schreiber; Norbert Dipl.-Ing. Sporer
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: DE10137955A1

Abstract

Verfahren zur von einer Person ausgeführten Bewegungskommandierung eines auf einer mobilen Plattform aufgebauten Serviceroboters mit einem aus mehreren gelenkig verbundenen Gliedern bestehenden, vorzugsweise positionsregelbaren Roboter-Arm, der zur Erfassung von Drehmomenten und/oder Kräften und/oder Bewegungen eine Sensorik in Form von Sensoren für Drehmomente und/oder Kräfte und/oder Winkel- und/oder Positionsunterschiede aufweist, wobei der Roboter-Arm (1) zur Führung des Roboters von der Person an einer ausgewählten Stelle direkt angefasst und dadurch auf ihn Kräfte ausgeübt werden, die über die Roboterstruktur auf die Gelenke übertragen werden, wobei die von der führenden Person ausgeübten Gelenk-Drehmomente von in den Gelenken des vorzugsweise positionsregelbaren Roboter-Armes (1) vorgesehenen Gelenk-Drehmoment-Sensoren erfasst werden, von dem durch die Gelenk-Drehmoment-Sensoren gemessenen Gesamtdrehmoment zur Korrektur diejenigen Komponenten abgezogen werden, die durch das Eigengewicht des Roboters verursacht werden und auf den für den Roboter bekannten oder ermittelten kinematischen und dynamischen Parametern beruhen, und die so ermittelten, von der bedienenden Person ausgeübten Drehmomente über kinematische...method to one person Motion command of a built on a mobile platform Service robot with one of several articulated links existing, preferably position-adjustable robot arm, which for detection of torques and / or forces and / or movements a sensor in the form of sensors for torques and / or forces and / or angular and / or positional differences having, wherein the robot arm (1) to the leadership of the robot directly touched by the person at a selected location and thus forces are exerted on him, the above the robot structure are transferred to the joints, the from the leading one Person exercised Joint torques of in the joints of preferably positionally adjustable Robot arm (1) provided joint torque sensors are detected from the total torque measured by the joint torque sensors to correct those components are deducted by The dead weight of the robot can be caused and on the robot known or determined kinematic and dynamic parameters and the torques thus determined by the operator using kinematic ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur von einer Person ausgeführten Bewegungskommandierung eines auf einer mobilen Plattform aufgebauten Serviceroboters mit einem aus mehreren gelenkig verbundenen Gliedern bestehenden, vorzugsweise positionsregelbaren Roboter-Arm, der zur Erfassung von Drehmomenten und/oder Kräften und/oder Bewegungen eine Sensorik in Form von Sensoren für Drehmomente und/oder Kräfte und/oder Winkel- und/oder Positionsunterschiede aufweist.The The invention relates to a method of movement command executed by a person a service robot built on a mobile platform one consisting of several articulated links, preferably position adjustable robot arm, which is used to detect torques and / or forces and / or Movements a sensor in the form of sensors for torques and / or forces and / or Angular and / or position differences.

Ein derartiges Verfahren ist aus DE-Z: "ROBOTER", September 1991, S. 22-24 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird der Roboter-Arm von einer Person an einer ausgewählten Stelle direkt angefasst und dadurch werden auf ihn Kräfte ausgeübt, die über die Roboterstruktur und die Gelenke zur Robotersteuerung übertragen und dabei von der Sensorik erfasst werden. Von den durch die Sensoren ermittelten Messwerten werden zur Korrektur diejenigen Komponenten abgezogen, die durch das Eigengewicht des Roboters verursacht werden und auf für den Roboter bekannten oder ermittelten kinematischen und dynamischen Parametern beruhen. Die so korrigierten Messwerte werden über kinematische Transformationen in Bewegungskommandos umgerechnet, wobei die Gewichtskräfte zur Korrektur abgezogen werden.One Such process is known from DE-Z: "ROBOTER", September 1991, pages 22-24. In the known method, the robot arm is a person at a selected Place directly touched and thereby forces are exercised on him, over the Transfer robot structure and the joints to the robot controller and thereby be detected by the sensor. From those through the sensors Measured values are used to correct those components deducted, which are caused by the weight of the robot and on for the Robots known or ascertained kinematic and dynamic Parameters are based. The measured values thus corrected become kinematic transformations converted into motion commands, with the weight forces to Correction deducted.

Aus "Proceedings of the 1998 IEEE/RSJ International Conference on intelligent Robots and Systems", 13-17 Oct. 1998, vol. 3, S. 1419-1424 ist bekannt, dass bei einem auf einer mobilen Plattform aufgebauten Roboter korrigierte Messwerte bzw. äußere Kräfte über kinematische Transformationen (Jacobi-Matrix) in auf die Plattform wirkende Kräfte und Momente umgerechnet werden, die als Bewegungskommandos zur Führung des Roboters interpretiert und an die mobile Plattform wei tergeleitet bzw. von dieser ausgeführt werden. Hierbei handelt es sich somit um eine gekoppelte Bewegung zweier mobiler Roboter, die miteinander verbunden sind. Dabei folgt der eine Roboter der Bewegung des anderen, d.h. er passt sich der Bewegung des anderen an.From "Proceedings of the 1998 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems ", 13-17 Oct. 1998, vol. 3, pp. 1419-1424 it is known that in one on a mobile Platform-based robot corrected measured values or external forces via kinematic Transformations (Jacobi matrix) in forces and moments acting on the platform which are used as movement commands to guide the Interpreted and transmitted to the mobile platform or executed by this become. This is therefore a coupled movement two mobile robots connected together. It follows the a robot of the movement of the other, i. he adapts to the movement the other.

Einer der Schwerpunkte in der heutigen Roboterforschung ist die Entwicklung von Robotersystemen, die sich im Gegensatz zu den Industrie-Robotern in menschlicher Umgebung bewegen und Serviceaufgaben ausführen können. Ein Serviceroboter ist ein Roboter, der Dienstleistungen ausführt. Er ist ganz allgemein mit Manipulatoren oder Operatoren ausgestattet und in der Lage, sich selbst zu bewegen. Durch ein Navigationssystem kann er sich in seiner Umwelt orientieren. Eine eingebaute Sensorik unterstützt die Handhabung mit den Manipulatoren oder die Bearbeitung mit speziellen Einrichtungen und dient als Sicherheitssystem. Bekannte Einsatzmöglichkeiten für Serviceroboter sind Reinigungsarbeiten, die Durchführung von Transporten, die Kommissionierung von Waren oder auch Wartungstätigkeiten.one The focus in today's robotics research is development of robotic systems that are in contrast to the industrial robots move in human environment and perform service tasks. One Service robot is a robot that performs services. He is generally equipped with manipulators or operators and able to move yourself. Through a navigation system he can orient himself in his environment. A built-in sensor supports the Handling with the manipulators or machining with special Facilities and serves as a security system. Known applications for service robots are cleaning work, carrying out transports, the Picking of goods or maintenance activities.

Es ist zu erwarten, dass bei der Unterstützung des Pflegepersonals in Krankenhäusern sowie bei Hilfsdiensten für ältere und/oder behinderte Personen bei den täglichen Arbeiten zukünftig mobile Serviceroboter eine mehr und mehr wichtige Rolle spielen werden. Sie werden vorwiegend in Innenräumen autonom Arbeiten verrichten, mit dem Menschen kooperieren und mit ihm kommunizieren. Somit gehören einfache Bedienung und zuverlässiges Arbeiten zu den wichtigsten Basisanforderungen.It is expected to assist in assisting the nursing staff in hospitals and auxiliary services for the elderly and / or disabled people at the daily Working in the future mobile service robots play a more and more important role become. You will mainly work in interiors autonomously, to cooperate with people and communicate with them. Thus, simple ones belong Operation and reliable work to the most important basic requirements.

Typische Aufgaben, bei denen Serviceroboter Einsatz finden können, sind Hol- und Bringdienste, einfache Arbeiten in der Pflege, die Bedienung und Bewegung von Geräten und Objekten, wie z.B. von Türen, Schubladen, medizinischen Proben und von Geräten zur Reinigung, Essensverteilung oder Unterhaltung, und die Überwachung und Kommunikation.typical Tasks in which service robots can be used are Pick-up and delivery services, simple care work, operation and maintenance Movement of devices and objects, such as of doors, Drawers, medical samples and equipment for cleaning, food distribution or entertainment, and surveillance and communication.

Die wichtigsten Komponenten eines mobilen Serviceroboters sind eine mobile Plattform mit einem Navigationssystem für bekannte bzw. unbekannte Umgebungen, ein Roboter-Arm und eventuell eine an der Spitze des Roboter-Armes angebrachte mehrfingrige und mehrgliedrige Hand zur geschickten Manipulation von Objekten.The The most important components of a mobile service robot are one mobile platform with a navigation system for known or unknown environments, a robot arm and possibly one at the top of the robot arm attached multi-fingered and multi-limbed hand to skillful Manipulation of objects.

Zur Steuerung der mobilen Serviceroboter werden derzeit als Eingabegeräte Joysticks, Kraft-Momenten-Sensoren oder Spracheingabeeinrichtungen benutzt. Ein Joystick kann typischerweise für die Steuerung von zwei Freiheitsgraden benutzt werden. Mobile Plattformen besitzen allerdings drei Freiheitsgrade, d.h. für die Kommandierung sind zwei Joysticks nötig. Eine solche Eingabeform mit zwei Joysticks ist aber wenig intuitiv und auch nicht ergonomisch.to Control of mobile service robots are currently used as input devices joysticks, force-moment sensors or voice input devices. A joystick can typically be used for the controller be used by two degrees of freedom. Own mobile platforms however, three degrees of freedom, i. for the commanding are two Joysticks needed. Such an input form with two joysticks is not very intuitive and not ergonomic.

Ein Kraft-Momenten-Sensor, der auf der mobilen Plattform angebracht ist und die von der bedienenden Person über einen Griff ausgeübten Kräfte und Drehmomente mißt und diese zu Bewegungskommandos umrechnet, stellt genauso wie ein Joystick einen zusätzlichen speziellen Sensor oder Eingabeapparat dar, der die Gesamtkosten und den Platzbedarf erhöht. Die Möglichkeit der Kommandierung mit Hilfe einer Spracheingabeeinrichtung stellt in manchen Fällen eine sehr effiziente Möglichkeit der Servicerobotersteuerung dar. Allerdings ist eine direkte Interaktion zwischen Mensch und Roboter immer dann schneller und effizienter, wenn der Roboter durch die bedienende Person auf einer bestimmten Bahn bewegt werden soll.A force-moment sensor, mounted on the mobile platform, which measures the forces and torques applied by the operator via a handle and converts them into motion commands, as well as a joystick, provides an additional special sensor or input device that accounts for the total cost and increased space requirements. The possibility of commanding with the aid of a voice input device is in some cases a very efficient possibility of the service robot control. However, a direct interaction between human and robot is always faster and more efficient when the robot to be moved by the serving person on a particular lane.

Bei den bisher bekannten Eingabemöglichkeiten zur Bedienung eines Serviceroboters ist nachteilig, dass sie zusätzliche spezielle Sensoren oder Eingabeeinrichtungen benötigen, welche die Gesamtkosten und den Platzbedarf steigern und/oder nicht intuitiv sind und von einem Laien oft nicht leicht zu bedienen sind, was z.B. für die Verwendung zweier Joysticks oder eines Joysticks in Kombination mit einem Potentiometer zutrifft.at the previously known input options to operate a service robot is disadvantageous that they additional need special sensors or input devices, which the total cost and increase the footprint and / or are not intuitive and by a layman are often not easy to use, which is e.g. for the use two joysticks or a joystick in combination with a potentiometer true.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Bewegungskommandierung eines Serviceroboters zu schaffen, das ohne zusätzliche spezielle Sensoren oder Eingabegeräte auskommt und das auf Grund einfacher und intuitiver Eingabe- bzw. Interaktionsmöglichkeiten von einer ungeübten Person, also von einem Roboter-Laien problemlos ausführbar und deswegen für einen Einsatz in menschlicher Umgebung und hierbei insbesondere für einen Gebrauch im Pflegebereich von Personen geeignet ist.Of the The invention is based on the object, a method for Bewegungsungskommandierung to create a service robot without additional special sensors or input devices and that on the basis of simple and intuitive input and interaction options from an untrained person, So easily executed by a robot layman and therefore for a Use in a human environment and especially for one Use in the care of persons is suitable.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst.According to the invention this object is achieved by a method according to claim 1.

Das Verfahren nach der Erfindung kann zur Bewegungskommandierung von Robotern benutzt werden, die als Minimalausstattung eine mobile Plattform und einen Roboter-Arm besitzen. Hierbei wird die im Roboter-Arm vorhandene Sensorik genutzt, so dass keine zusätzlichen externen Sensoren oder Eingabeeinrichtungen benötigt werden.The Method according to the invention can be used for the motion command of Robots are used, which as a minimum equipment a mobile Own platform and a robot arm. Here, in the robot arm used existing sensors, so no additional external sensors or input devices needed become.

Zur Kommandierung der Bewegung faßt die bedienende Person den Roboter-Arm unmittelbar, in vorteilhafter Weise nahe der Armspitze an und führt den Serviceroboter auf eine ganz natürliche Weise, so wie man einen Menschen "an der Hand" führen würde.to Commanding the movement sums up the person operating the robot arm directly, in an advantageous manner Position near the tip of the arm and open the service robot a completely natural one The way one would lead a person "by the hand".

In zweckmäßiger Weise werden die von der führenden Person ausgeübten Kräfte von in den Gelenken des positionsregelbaren Roboter-Armes bereits vorgesehenen Gelenk-Drehmoment-Sensoren erfaßt. Solche Gelenk-Drehmoment-Sensoren werden aus vielfachen Gründen eingesetzt, vor allem zum Erkennen von Kollisionen und Verklemmungen des Roboter-Armes, zur Schwingungsdämpfung des Ar mes, insbesondere wenn dieser sehr leicht und dadurch elastisch gebaut ist, sowie zur gezielten Einführung einer einstellbaren Nachgiebigkeit der Gelenke, die zu einer menschenähnlichen Bewegung führt.In expedient manner Be the leader Person exercised personnel from in the joints of the position adjustable robot arm already provided joint torque sensors detected. Such joint torque sensors are for multiple reasons used, especially for detecting collisions and jamming of the Robot arm, for vibration damping of the ar, especially if this is very light and therefore elastic is built, as well as for the targeted introduction of an adjustable compliance of the joints, which leads to a human-like movement.

Die von der führenden Person am Roboter-Arm ausgeführten Kräfte werden über die Roboterstruktur auf die Gelenke übertragen und hier von den Gelenk-Drehmoment-Sensoren erfaßt. Dabei kann sich der Roboter-Arm in einer nahezu beliebigen Position befinden. Die kinematischen Parameter, wie z.B. die Gliederlängen und die Anordnung der Gelenke sind bekannt, die dynamischen Parameter, wie z.B. die Gewichte, Schwerpunkte sowie die Massenträgheit der Glieder, sind entweder für den Roboter bekannt oder können ermittelt werden.The from the leading one Person running on robot arm personnel be over transferred the robot structure to the joints and here of the Joint torque sensors detected. The robot arm can be in almost any position are located. The kinematic parameters, e.g. the limb lengths and the arrangement of the joints are known, the dynamic parameters, such as e.g. the weights, emphasis and inertia of the Limbs, are either for the robot known or can be determined.

Beispielsweise können die Eigengewichts-Drehmomente bei unbekannten dynamischen Parametern aus einem Lernvorgang hervorgehen. Das Lernen kann auf einem bekannten physikalischen Modell mit unbekannten Parametern (Massen, Schwerpunkte, usw.) beruhen, oder auf einer modellfreien Struktur (beispielsweise neuronale Netze).For example can the dead weight torques at unknown dynamic parameters come from a learning process. Learning can be on a known physical model with unknown parameters (masses, centers of gravity, etc.), or on a model-free structure (for example Neural Networks).

Dadurch kann aus dem Gesamtdrehmoment, das die Sensoren messen, diejenige Komponente abgezogen werden, die durch das Eigengewicht des Roboters verursacht wird. Somit werden die von der bedienenden Person ausgeübten Drehmomente ermittelt. Diese Gelenkdrehmomente werden wiederum über entsprechende kinematische Transformationen, beispielsweise mit Hilfe der sogenannten inversen transponierten Jacobi-Matrix, in auf die Plattform wirkende Kräfte und Momente umgerechnet. Diese Kräfte und Momente werden dann als Bewegungskommandos, z.B. als Geschwindigkeitsvorgabe, interpretiert und an die mobile Plattform weitergeleitet.Thereby can be the total torque the sensors measure Component subtracted by the weight of the robot is caused. Thus, the torques exerted by the operator become determined. These joint torques are in turn via corresponding kinematic transformations, for example with the help of so-called inverse transposed Jacobian matrix, acting on the platform personnel and moments converted. These forces and moments then become as movement commands, e.g. as a speed specification, interpreted and forwarded to the mobile platform.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird folglich die im Roboter-Arm vorhandene Sensorik benutzt, die z.B. aus Gelenk-Drehmoment-Sensoren, einem Kraft-Momenten-Sensor, Stromsensoren oder der Erfassung der Abweichung von der Sollposition bestehen kann. Dadurch werden keine zusätzlichen Eingabegeräte oder spezielle externe Sensoren zur Roboterkommandierung benötigt.At the Method according to the invention is therefore the present in the robot arm Used sensors, e.g. of joint torque sensors, a force-moment sensor, Current sensors or the detection of the deviation from the target position exist can. As a result, no additional input devices or special external sensors for robot command needed.

Der Roboter-Arm kann in verschiedenen Positionen konfiguriert sein. In jedem Fall werden die auf die Plattform einwirkenden Kräfte entsprechend umgerechnet. Somit kann die Roboterkonfiguration entsprechend einer weiteren Aufgabe gewählt werden, die beispielsweise das gleichzeitige Stützen der Person, das Halten von Gegenständen oder ähnliche Tätigkeiten betreffen kann.Of the Robot arm can be configured in different positions. In any case, the forces acting on the platform will be converted accordingly. Thus, the robot configuration according to another Task chosen For example, the simultaneous support of the person holding of objects or similar activities may affect.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren entstandene Eingabemöglichkeit ist im höchsten Grade intuitiv und natürlich; sie entspricht dem menschlichen Führen "an der Hand".The resulting from the process according to the invention input option is in the highest degree intuitive and natural; it corresponds to human leadership "by the hand".

Darüber hinaus ergibt sich auf Grund des Verfahrens nach der Erfindung eine einheitliche Eingabemöglichkeit für Roboter-Arm und mobile Plattform.In addition, due to the method according to the invention, a uniform input possibility for robot arm and mobile platform results shape.

Nachfolgend werden einzelne Szenarien angegeben, die unter Benutzung von Gelenk-Drehmoment-Sensoren möglich sind.

1. Der Roboter-Arm wird nicht bewegt. Er ist ausgeschaltet oder wird über die Positionsregelung in einer festen Po sition gehalten. Die Eingabe erfolgt mit dem vorstehend im Zusammenhang mit den Gelenk-Drehmoment-Sensoren beschriebenen Verfahren.
2. Der Roboter-Arm ist eingeschaltet und so programmiert, daß er eine vorgegebene Nachgiebigkeit aufweist. Die Bewegung wird nach dem gleichen Prinzip kommandiert, lediglich mit dem Unterschied, daß die bedienende Person durch das Nachgeben des Roboter-Armes eine zusätzliche Rückmeldung über die vorgegebene Geschwindigkeit erhält. Als Alternative kann hier anstelle des Drehmomentsignals der entstandene Positionsunterschied als Eingabegröße dienen, ähnlich wie bei einem Gaspedal in einem Kraftfahrzeug.
3. Nicht nur die mobile Plattform, sondern auch der Roboter-Arm kann frei umkonfiguriert werden. In diesem Fall handelt es sich um ein redundantes Robotersystem, da in mehr Freiheitsgraden bewegt wird, als die Drehmoment-Sensoren erfassen können. Es werden zusätzliche Bedingungen eingeführt, welche die Verteilung des Bewegungskommandos auf die gesamten Freiheitsgrade des Robotersystems ermöglichen.

The following are individual scenarios that are possible using joint torque sensors.

1. The robot arm is not moved. It is switched off or held in a fixed position via the position control. The input is made with the method described above in connection with the joint torque sensors.
2. The robot arm is on and programmed to have a given compliance. The movement is commanded on the same principle, only with the difference that the operator receives an additional feedback on the given speed by the yielding of the robot arm. Alternatively, instead of the torque signal, the resulting position difference may serve as an input quantity, similar to an accelerator pedal in a motor vehicle.
3. Not only the mobile platform, but also the robot arm can be freely reconfigured. In this case, it is a redundant robot system because it moves in more degrees of freedom than the torque sensors can detect. Additional conditions are introduced which allow the distribution of the motion command to the total degrees of freedom of the robotic system.

Das Verfahren nach der Erfindung kann in vorteilhafter Weise auch für Roboter-Arme eingesetzt werden, die nicht über Gelenk-Drehmoment-Sensoren in den Gelenken verfügen. Dazu bieten sich vor allem folgende Möglichkeiten:

4. Der Roboter-Arm wird durch die Positionsregelung in einer festen Position gehalten, ähnlich wie vorher unter Punkt 1 angegeben wurde. Durch Einwirken der bedienenden Person wird sich der zur Einhaltung der Position notwendige Motorstrom verändern. Dieser Strom ist also auch ein Maß für das einwirkende Drehmoment. Eine Voraussetzung dafür besteht allerdings darin, daß die Getriebe in den Roboterarmgelenken rücktreibbar sind.
5. Der Roboter-Arm ist auf Grund seiner Rücktreibbarkeit auch ohne Drehmoment-Sensor steifigkeitsgeregelt zu betreiben. Dann kann der Ansatz, der vorher unter Punkt 2 angegeben wurde, bei der Messung der Positionsabweichung eingesetzt werden.
6. Häufig verfügen Roboter-Arme über keine Gelenk-Drehmoment-Sensoren, haben jedoch einen Kraft-Momenten-Sensor an der Spitze des Roboter-Armes oder an einer beliebigen anderen Stelle in der kinematischen Kette, z.B. in der Roboter-Arm-Basis. Das Verfahren nach der Erfindung kann in einem solchen Fall auch angewandt werden. Zur Berechnung der Kräfte, die auf die mobile Plattform wirken, werden ähnliche Transformationen benutzt wie bei der Benutzung von Gelenk-Drehmoment-Sensoren in den Gelenken.
7. Soll die Plattform von einem Patienten bzw. von einer gebrechlichen Person geführt werden, dann kann der Roboter-Arm individuell konfiguriert werden, so daß er der führenden Person als optimale ergonomische Stütze dient.
8. Das unter Punkt 7 vorstehend angegebene Szenario läßt sich so abändern, daß das Robotersystem eine Person führt, diese also z.B. zu einer ärztlichen Untersuchung hinbringt. Die geführte Person kann in zweckmäßiger Wei se über den Roboter-Arm die gewünschte Fahrgeschwindigkeit der mobilen Plattform einstellen.

The method according to the invention can be used advantageously also for robot arms that do not have joint torque sensors in the joints. The following possibilities are offered in particular:

4. The robot arm is held in a fixed position by the position control, similar to what was previously stated under point 1. The action of the operator will change the motor current required to maintain the position. This current is therefore also a measure of the acting torque. A prerequisite for this, however, is that the gearbox can be reversed in the robot arm joints.
5. The robot arm is due to its Rücktrreibbarkeit even without torque sensor to operate stiffness-controlled. Then the approach previously mentioned under point 2 can be used to measure the positional deviation.
6. Often robotic arms do not have joint torque sensors, but have a force-moment sensor at the top of the robotic arm or at any other location in the kinematic chain, eg in the robotic arm base. The method according to the invention can also be used in such a case. To calculate the forces acting on the mobile platform, similar transformations are used as with the use of joint-torque sensors in the joints.
7. If the platform is to be guided by a patient or a frail person, then the robotic arm can be individually configured to serve as the optimal ergonomic support for the leading person.
8. The scenario described in point 7 above can be changed so that the robot system guides a person, ie brings them to a medical examination, for example. The guided person can set the desired travel speed of the mobile platform in an appropriate manner via the robot arm.

Die beigefügte Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vorteilhaften Serviceroboters zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.The attached FIG. 1 shows an exemplary embodiment an advantageous service robot for carrying out the method according to Invention.

Der dargestellte Serviceroboter enthält einen Leichtbauroboter-Arm 1, der speziell für mobile Anwendungen optimiert ist. Er zeichnet sich durch ein sehr gutes Verhältnis zwischen der Nutzlast und dem Eigengewicht, einen niedrigen Energieverbrauch sowie eine Vielzahl von integrierten Sensoren aus, die ihm die Arbeit in einer veränderlichen, unbekannten Umgebung erleichtern. Er ist in jedem seiner Gelenke mit Drehmomenten-Sensoren ausgestattet. Eine an der Spitze des Roboter-Armes 1 angebaute Komponente ist eine mehrfingrige Hand 2.The illustrated service robot contains a lightweight robot arm 1 , which is specially optimized for mobile applications. It is characterized by a very good balance between payload and dead weight, low energy consumption and a host of integrated sensors that make it easier to work in a changing, unknown environment. He is equipped with torque sensors in each of his joints. One at the top of the robot arm 1 mounted component is a multi-fingered hand 2 ,

Der Roboter-Arm 1 ist auf einer mobilen, fahrzeugartigen Plattform 3 aufgebaut, die verschiedene Komponenten zur Abstützung und zum Betreiben des Roboter-Armes 1, aber auch die Antriebseinrichtungen für die Fahrbewegungen der Plattform 3 enthält. Darüber hinaus ist zur Orientierung des Serviceroboters in bekannten und/oder unbekannten Umgebungen auf der mobilen Plattform 3 auch ein Navigationssystem 4 und eine Einstelleinrichtung 5 für die Fahrgeschwindigkeit der mobilen Plattform 3 vorgesehen.The robot arm 1 is on a mobile, vehicle-like platform 3 constructed, the various components for supporting and operating the robot arm 1 , but also the drive devices for the driving movements of the platform 3 contains. In addition, to orient the service robot in known and / or unknown environments on the mobile platform 3 also a navigation system 4 and an adjustment device 5 for the driving speed of the mobile platform 3 intended.

Claims

Method for the motion command of a person constructed on a mobile platform service robot with a consisting of several articulated links, preferably position adjustable robot arm, for detecting torques and / or forces and / or movements a sensor in the form of sensors for torques and / or forces and / or angular and / or positional differences, the robot arm ( 1 ) to guide the robot from the person to one selected position and thereby be applied to him forces that are transmitted via the robot structure on the joints, wherein the joint exerted by the leading person joint torques of in the joints of the preferably position-adjustable robot arm ( 1 ) are detected, are deducted from the total torque measured by the joint torque sensors for correction those components that are caused by the dead weight of the robot and based on the known or determined for the robot kinematic and dynamic parameters , and the thus determined, by the operating person exerted torques on kinematic transformations, the so-called inverse transposed Jakobi matrix, in on the platform ( 3 ) acting forces and moments are converted, which are then interpreted as movement commands for the mobile platform for guiding the robot and executed by the mobile platform.

Method according to claim 1, characterized in that the robot arm ( 1 ) is not moved, either being switched off or held in a fixed position via the position control.

Method according to claim 1, characterized in that the robot arm ( 1 ) is programmed and programmed to have a given compliance, that the input command is made with a torque signal or alternatively with a position difference signal in the manner indicated, but with the difference that the operator by the yielding of the robot arm receives additional feedback about the given speed.

Method according to claim 1, characterized in that the mobile platform ( 3 ) and the robot arm ( 1 ) are freely reconfigurable, so that overall it is a redundant robotic system, in which more degrees of freedom are moved than can be detected by the torque sensors, and that additional conditions are introduced which allow the distribution of the motion command to the total degrees of freedom of the robotic system ,

Method according to claim 1, characterized in that that the robot arm through the position control in a fixed Position is held and that by the action of the operator on the robot arm occurring change of to measure the position necessary motor current is measured, the a measure of that the joints acting torque is, assuming that the gears are formed in the joints rücktreibbar.

Process according to Claims 1 and 5, characterized that the robot arm due to its repossibility without joint torque sensor stiffness-controlled operation is that the input command made with a position difference signal in the manner indicated is and that the operator by the yielding robot arm an additional Feedback on the Presets given speed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mobile platform ( 3 ) can be guided by a person on the basis of a measure consisting in that the robot arm ( 1 ) is individually configured so that it serves the leading person as an optimal ergonomic support.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the mobile platform ( 3 ) can lead a person on the basis of a measure that consists in that the robot arm ( 1 ) is individually configured so that it serves the leading person as an optimal ergonomic support.

Method according to claim 8, characterized in that on the robot arm ( 1 ) from the guided person the desired guidance speed of the mobile platform ( 3 ) can be adjusted.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the orientation of the service robot in known and / or unknown environments by means of a on the mobile platform ( 3 ) navigation system ( 4 ) is made.