DE102006059852A1

DE102006059852A1 - Bewegungs- beziehungsweise Positionierverfahren

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Publication number: DE102006059852A1
Application number: DE200610059852
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Bewegen beziehungsweise Positionieren eines Gliedes einer Vorrichtung im Raum, wobei die Vorrichtung mindestens ein Gelenk aufweist und die Stellung des Gelenks durch einen Antrieb erfolgt. Das Verfahren beeinflusst in Abhängigkeit der Gelenkstellung mindestens eines Gelenks die Bewegung beziehungsweise Positionierung des Gliedes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Bewegen beziehungsweise Positionieren einer Vorrichtung im Raum, wobei die Vorrichtung mindestens ein Gelenk aufweist und die Stellung des Gelenks durch einen Antrieb erfolgt.
Die eingangs beschriebenen Vorrichtungen sind zum Beispiel als Industrieroboter bekannt. Eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Gliedern werden durch entsprechende Bewegungskommandos so geschickt angesteuert, dass der Roboterarm oder andere Elemente der Vorrichtung in geeigneter Weise im Raum bewegt beziehungsweise positioniert werden.
Es ist dabei bekannt, die Vorrichtungen zum Beispiel durch ein Bahnführungsprogramm in einer vordefinierten Bahn zu betreiben oder aber die Vorrichtung durch eine Handsteuerung zu führen, wobei die Handsteuerungsbefehle von entsprechenden Sensoren abgeleitet ist. Eine solche Handsteuerung ist zum Beispiel ein Joystick oder dergleichen.
Die Vorrichtungen bestehen aus einer Mehrzahl von Gliedern, die durch entsprechende Gelenke miteinander verbunden sind. Die Anordnung der Glieder zueinander kann durch entsprechende Antriebe an den Gelenken verändert werden, die, ähnlich dem menschlichen Arm, in den verschiedensten Winkelstellungen zueinander anordenbar sind und so eine entsprechende Beweglichkeit des Armes im Raum ergeben. Diese Ansteuerung ist zum Beispiel sowohl für eine Bewegung des Gliedes im Raum, wie auch ein Positionieren des Gliedes im Raum vorgesehen.
Diese rotatorischen Gelenke erlauben allerdings nicht eine beliebige Stellung entlang des 360°-Umfangs. Gewisse Gelenkstellungen führen zu einem Notaus in der Steuerung und dann zu einem entsprechend aufwendigen Wiederanfahren der Vorrichtung. Dies führt zu vermeidbarem Zeitverlust.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, wie eingangs beschrieben, derart zu verbessern, dass eine möglichst unterbrechungsfreie Benutzung der Vorrichtung möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren wie eingangs beschrieben und schlägt vor, dass das Verfahren in Abhängigkeit der Gelenkstellung zumindest eines Gelenks die Bewegung beziehungsweise Positionierung des Gliedes beeinflußt.
Mit der Erfindung wird erreicht, dass keine unerlaubten Gelenkstellungen erreicht werden. Unerlaubte Gelenkstellungen beziehungsweise Achsstellungen sind zum Beispiel die Gelenkachs grenzen, die den maximalen Bewegungsraum des Gelenks definieren oder Einschränkungen zur Verhinderung von kinematisch undefinierten Stellungen, sogenannten Singularitäten. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die Überwachung der Gelenkstellung nicht zu einem Abschalten der Vorrichtungen eingesetzt, sondern in Abhängigkeit der Gelenkstellung wird die Bewegung beziehungsweise Positionierung des Gliedes entsprechend beeinflußt, derart, dass die gefährliche Gelenkstellung eben vermieden wird. Zwar erreicht unter Umständen die Vorrichtung beziehungsweise das Glied nicht die gewünschte Position beziehungsweise Bewegung im Raum, jedoch ist das entsprechende händische Umsteuern unproblematischer, wie wenn ansonsten die gesamte Vorrichtung abgeschaltet wird und erst durch einen aufwendigen Wiederanschaltprozess in Betrieb genommen werden kann. Die hieraus resultierende Zeitersparnis ist erheblich. Der Benutzer der Vorrichtung kann dann zum Beispiel bei einer handgesteuerten Anordnung einen anderen Bewegungsablauf wählen, um zu der gewünschten Position zu gelangen. Eine Vorrichtung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgestattet ist, bleibt auch bei gefährlichen Gelenkstellungen einsetzbar und betriebsbereit.
Üblicherweise werden für die Bewegung beziehungsweise Positionierung des Gliedes im Raum Bewegungskoordinaten eingesetzt, die von der Steuerung auf die entsprechenden Informationen für die Antriebe umgerechnet werden. Üblicherweise erfolgt die Bewegung beziehungsweise Positionierung des Gliedes im Raum mit Hilfe von kartesischen Bewegungskoordinaten, welche auf einem orthogonalen Koordinatensystem aufbaut. Hierauf ist die Erfindung aber nicht festgelegt, Bewegungskoordinaten können auch durch ein anderes Koordinatensystem, zum Beispiel in Abhängigkeit von Polarkoordinaten (zwei Winkel und eine Entfernung), aufgebaut werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl in sensorgesteuerten Handsteuerungen, wie auch bei Bahnführungsprogrammen einsetzbar. Die Erfindung ist auch bei (reiner) Sensorsteuerung, zum Beispiel kamerageführten Bewegungen der Vorrichtung, zum Beispiel des Roboters, einsetzbar. Dabei erhält das Verfahren die Bewegungskoordinaten entweder von einer sensorgesteuerten Handsteuerung der Sensorsteuerung oder von einem Bahnführungsprogramm. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht insbesondere bei der sensorgesteuerten Handsteuerung, da hier der Einfluss des Anwenders im Vorfeld nicht so gut abschätzbar ist und gefährliche Gelenkstellungen eher möglich sind. Als sensorgesteuerte Handsteuerung werden dabei zum Beispiel entsprechende Joystick-Steuerungen verstanden, die entsprechend dreidimensionale oder mehrdimensionale beziehungsweise mehrachsiale kartesische beziehungsweise rotatorische Bewegungskoordinaten liefern, auf Basis derer dann das Glied im Raum entsprechend positioniert wird. Die Erfindung ist aber in gleicher Weise auch bei weitgehendst automatisch betriebenen Anordnungen einsetzbar, bei welchen die Bewegungskoordinaten von einem Bahnführungsprogramm stammen. Das Bahnführungsprogramm plant und organisiert dabei die gewünschte Bewegung des Gliedes im Raum, um ein gewünschtes Ziel, also eine Endstellung ausgehend von einer bekannten Anfangsstellung, zu erreichen. Die geplante kartesische Bewegung wird dabei von einem Interpolator in definierte kartesische Bewegungsanteile pro Zeiteinheit unterteilt und diese Informationen auf die Gelenkebene transformiert und allen Antriebe der Gelenke beziehungsweise Drehgelenke als achsspezifische Bewegungskommandos geschickt. Sowohl bei der handgesteuerten, wie auch bei der verhältnismäßig automatisierten Steuerung der Vorrichtung oder der Sensorsteuerung, ist das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar. Dabei transformiert das Verfahren die Bewegungskoordinaten, die zum Beispiel als kartesische Bewegungskoordinaten vorgesehen sind (die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt) in auf das jeweilige Gelenk bezogene achsspezifische Bewegungskommandos. Es ist klar, dass bei einer zum Beispiel aus sechs Gelenken bestehenden Vor richtung eine durch drei kartesische Koordinaten definierte Position des letzten Gliedes in einen Raum durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Gelenkstellungen erreicht werden kann und entsprechend bestehender optimierter Algorhythmen die Bewegungskommandos auf das jeweilige bezogene achsspezifische Bewegungskommando transformiert wird. In diesem Bereich allerdings eröffnet die Erfindung Möglichkeiten, auf die Positionierung beziehungsweise Bewegung des Gliedes Einfluß zu nehmen, wenn nämlich erkannt wird, dass das Gelenk aufgrund einer (kartesischen) Bewegungskoordinate (zum Beispiel einer entsprechenden Streckeninformation) in eine gefährliche Gelenkstellung geraten kann.
Hierzu schlägt die Erfindung zum Beispiel vor, dass das Verfahren ausgehend von einer ersten Position des Gliedes im Raum die Bewegungskoordinate beziehungsweise Streckeninformation zu einer zweiten Position des Gliedes im Raum umsetzt in eine gelenkbezogene, achsspezifische Gelenkstellungsinformation und bei drohenden oder eingetretenen Über- beziehungsweise Unterschreiten von Gelenkachsgrenzen das aus der achsspezifischen Gelenkstellungsinformation resultierende Bewegungskommando des Gelenks verwirft. Bei dieser Variante der Erfindung wird vorausschauend gehandelt. Die aufgrund des Bahnführungsprogrammes oder der sensorgesteuerten Handsteuerung geplante Positionsänderung des Gliedes von einer ersten zu einer zweiten Position (die Bewegungskoordinaten), die sich durch eine entsprechende Streckeninformation ausdrückt, wird transformiert in gelenkbezogene, achssspezifische Gelenkstellungsinformationen. Diese gelenkbezogenen, achsspezifischen Gelenkstellungsinformationen stellen letztendlich die geplante Gelenkstellung dar, ohne dass das Gelenk tatsächlich diese Gelenkstellung eingenommen hat. Diese Gelenkstellung wird nun mit den Gelenkachsgrenzen verglichen und bei einem drohenden oder eingetretenen Über- beziehungsweise Unterschreiten der Gelenkachsgrenzen das aus der achsspezifischen Gelenkstellungsinformation resultierende Be wegungskommando des Gelenks (welches an den jeweiligen Antrieb des Gelenks ginge) verworfen. Bevor also das tatsächliche Bewegungskommando an den Antrieb des Gelenks ausgegeben wird, wird überprüft, ob die angestrebte Gelenkstellung, angegeben durch die Gelenkstellungsinformation, auch zulässig ist oder nicht. Im Fall, dass diese unzulässig ist, wird diese spezielle Bewegungskommando des Gelenks verworfen, das heißt das Gelenk nimmt an der geplanten Bewegung zur Durchführung der Bewegung des Glieds von einer ersten Position zu einer zweiten Position nicht teil.
Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren ausgehend von einer ersten Position des Gliedes im Raum und der Bewegungskoordinaten der Streckeninformation zu einer zweiten Position des Gliedes im Raum zunächst die Bewegungskoordinaten aufspaltet in einzelne Streckeninformationskomponenten und jede einzelne Streckeninformationskomponente umsetzt in eine jeweilige gelenkbezogene achsspezifische Gelenkstellungsinformation und bei einem drohenden oder eingetretenen Über- beziehungsweise Unterschreiten von Gelenkachsgrenzen (für jedes betroffene Gelenk) entweder die jeweilige Streckeninformationskomponente oder das jeweilige aus der achsspezifischen Gelenkstellungsinformation resultierende Bewegungskommando des Gelenks verwirft.
Üblicherweise wird die Streckeninformation beziehungsweise die Bewegungskoordinaten, welche das Glied zum Verfahren von einer ersten zu einer zweiten Position im Raum benötigt, mit Hilfe von kartesischen Koordinaten zur Verfügung gestellt. Diese Koordinaten besitzen mehrere Komponenten, das bedeutet, dass die Streckeninformation in verschiedene Streckeninformationskomponenten aufspaltbar ist. Jede einzelne dieser Streckeninformationskomponenten wird nun umgesetzt in die daraus resultierende gelenkbezogene achsspezifische Gelenkstellungsinformation, ohne dass diese Gelenkstellungsinformation tatsächlich am Gelenk angesteuert wird. Es wird also vorausberechnet, welche Gelenkstellung aus der eingegebenen Streckeninformationskomponente resultiert. Wird eine Verletzung des erlaubten Gelenkachsenintervalls ermittelt, also ein Über- oder Unterschreiten von Gelenkachsgrenzen entdeckt, kann erfindungsgemäß ähnlich wieder nur die hierfür verantwortliche Streckeninformationskomponente verworfen werden oder aber das jeweilige aus dem achsspezifischen Gelenkstellungsinformation resultierende Bewegungskommando des Gelenks wird verworfen. In jedem Fall wird aber die Information verworfen, die zu einer gefährlichen Gelenkstellung führen könnte, die mit den eingangs beschriebenen Fehlern verbunden sein kann.
Welche Information verworfen wird, hängt von der Ausgestaltung des Verfahrens beziehungsweise der Vorrichtung ab. Unter Umständen ist das Verwerfen einer gesamten Streckeninformationskomponenten für die Genauigkeit der Positionierung ungünstiger, da diese Streckeninformationskomponente unter Umständen an sechs Gelenken entsprechend Einfluß nimmt und daher unter Umständen sechs Gelenke nicht exakt positioniert werden. Dann kann es zum Beispiel günstiger sein, dass nur die jeweilige aus der Streckeninformationskomponenten resultierende gefährliche Gelenkstellungsinformation für das spezielle Gelenk verworfen wird und die Abweichung dadurch unter Umständen geringer ist.
Für den Anwender würde hieraus resultieren, dass der Roboter nicht exakt seine gewünschte Endposition erreicht, aber trotzdem zum Beispiel ein angebotener Gegenstand, zum Beispiel ein schweres Gut, wie ein Autoreifen usw., trotzdem für den Menschen entsprechend übernehmbar ist, wie sich oftmals im Zusammenwirken zwischen Roboter und Menschen Anwendungsfälle für die Erfindung ergeben.
Die oben beschriebenen Varianten erlauben es noch während der Aufbereitung der Streckeninformationen (der Bewegungskoordina te), bevor das jeweilige achsspezifische Bewegungskommando auf den Antrieb des Gelenks gegeben wird, zu beurteilen, ob eine gefährliche Stellung anzunehmen ist oder nicht. Natürlich wird auch bei einer solchen Verfahrensweise in einer erfindungsgemäßen Weiterbildung die Gelenkstellung von einem Gelenkwinkelsensor mit überwacht und als zusätzliche oder auch ausschlaggebende Größe behandelt. So wird zum Beispiel die aktuelle Gelenkstellung durch den Gelenkwinkelsensor gemessen und eine aktuelle Roboterinformation bei jeder anstehenden Neuberechnung der Gelenkstellungen aufgrund der eingehenden Bewegungskoordinaten berücksichtigt. So wird sichergestellt, dass die Steuerung, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt, jederzeit auf die aktuelle Stellung des Gelenks zurückgreift und ein Einfahren des Gelenks in den gefährlichen Bereich sicher vermieden wird.
Im Gegensatz zu den beiden vorgenannten Verfahren, die steuerungstechnisch bevor der tatsächlichen Ansteuerung des Gelenks einsetzen, ist eine weitere erfindungsgemäße Variante dadurch angegeben, dass die Gelenkstellung von einem Gelenkwinkelsensor überwacht wird und die aktuelle Gelenkstellung fortlaufend mit dem maximalen beziehungsweise minimalen Gelenkachsgrenzen verglichen wird und zur Ausführung anstehende (kartesische) Bewegungskoordinaten oder achsspezifische Bewegungskommandos bei Über- oder Unterschreiten der Gelenkachsgrenzen verworfen werden. Auch diese Verfahrensweise stellt sicher, dass die Gelenke nicht in gefährliche Gelenkstellungen geraten, wobei gegebenenfalls die Gelenkachsgrenzen etwas großzügiger zu dimensionieren sind, um sicher zu stellen, dass eine entsprechende Bewegung nicht zu einer größeren Fehlstellung des Gelenks führen kann. Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung liegt darin, dass der tatsächliche Gelenkwinkel durch den Gelenkwinkelsensor gemessen wird und nicht über Modellrechnungen die wohl anzunehmende Gelenkstellung als Entscheidungsgrundlage dient. Auch bei dieser Variante ist es möglich, dass die Streckeninformationskomponente, die zu der gefährlichen Gelenkstellung geführt hat, bei der zukünftigen Ausführung vom Bewegungskommando verworfen wird. Natürlich ist es auch möglich, dass jeweilige gelenkbezogene achsspezifische Bewegungskommandos gerade des in einer gefährlichen Gelenkstellung sich befindenden Gelenks bei der zukünftigen Bewegung der Vorrichtung zu verwerfen, um nicht weiter in einen Gefahrenbereich bei diesem Gelenk hineinzufahren.
Bei dieser Variante wird das achsspezifische Bewegungskommando an den Antrieb des jeweiligen Gelenks gegeben und dann die daraus resultierende Gelenkstellung durch den Gelenkwinkelsensor überwacht und dann entsprechend reagiert, das heißt zum Beispiel das Gelenk "steif" gemacht oder aber die entsprechenden Bewegungskoordinaten beziehungsweise Streckeninformationen oder Streckeninformationskomponenten mit der weiteren Bewegung verworfen. Diese Streckeninformationen beziehungsweise Streckeninformationskomponenten werden insbesondere dann im weiteren Verlauf der Bewegung verworfen, wenn sich aus diesen ein Bewegungskommando für den Gelenkantrieb ergibt, der das Gelenk derart weiterbewegen würde, dass sich die anzusteuernde Gelenkstellung weiter von der Gelenkachsgrenze in den gefährlichen Bereich entfernt. Werden hingegen Streckeninformationskomponenten beziehungsweise achsspezifische Bewegungskommandos oder Streckeninformationen angeboten, die das Gelenk aus dem "gefährlichen" Gelenkstellungsbereich herausführen würde, so werden diese Bewegungskommandos von dem Antrieb angenommen und ausgeführt. Dies geht natürlich sowohl bei der Variante der Erfindung, wo das Verfahren erst bei der tatsächlichen Stellung des Gelenks auf die Bewegung beziehungsweise die Positionierung eingreift, wie auch bei der Variante, wo bereits im Vorfeld die anzusteuernde Position ermittelt wird und dort entsprechende gefährliche Stellungen vermieden werden.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gelenkachsgrenzen verhindern, dass ein unerlaubter Bereich überfahren wird. Ein so definierter unerlaubter Bereich ist zum Beispiel das Ende des maximalen Bewegungsraums des Gelenks, also seine Endstellungen, und dergleichen.
Es gibt aber auch Anwendungsfälle, in welchen die Gelenkachsgrenzen verhindern, dass kinematisch undefinierte Bereiche durchfahren werden, bei denen zum Beispiel eine mechanische Instabilität und dergleichen auftreten können. Bei solchen undefinierten Stellungen, sogenannten Singularitäten, können ebenfalls zu Problemen führen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässig zu vermeiden sind.
Günstig ist es, dass die Gelenkachsgrenzen frei konfigurierbar sind, wodurch an den tatsächlich mechanischen Gelenkachsgrenzen noch entsprechende Sicherheitsspielräume hinzugegeben werden können. Wie beschrieben beansprucht die Erfindung sowohl eine vorausschauende, wie auch eine tatsächliche Einflußnahme auf die Positionierung, weil gerade bei der tatsächlichen Einflußnahme entscheidend von der tatsächlichen Gelenkstellung abgestellt wird und dann der Gelenkachsgrenzbereich entsprechend größer gewählt werden muss, um einen unsicheren oder instabilen Zustand der Vorrichtung zuverlässig zu vermeiden. Eine freie Konfigurierbarkeit der Gelenkachsgrenzen erleichtert hierzu die Einstellungen erheblich.
Erfindungsgemäß ist vorgehen, dass das Verfahren sowohl die Gelenkstellung nur einiger oder auch aller Gelenke einer Vorrichtung überwacht. Dies hängt natürlich ein wenig von dem Anwendungsbereich der Vorrichtung ab, der zusätzliche Aufwand der Überwachung aller Gelenke ist allerdings dann gerechtfertigt, wenn alle Gelenke in entsprechende gefährliche Gelenkstellungen geraten können.
Die Erfindung umfasst nicht nur ein Verfahren, wie eingangs beschrieben, sondern beansprucht auch eine Vorrichtung mit einem im Raum bewegbaren und positionierbaren Glied, wobei die Vorrichtung mindestens ein vorzugsweise rotatorisches Gelenk aufweist und die Stellung des Gelenks durch einen Antrieb erfolgt und die Bewegung beziehungsweise Position des Gliedes nach einem hier unbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt. Eine so ausgestattete Vorrichtung, die vorzugsweise zum Beispiel als Manipulator oder als Industrieroboter, insbesondere mit sechs rotatorischen Gelenken realisiert ist, erfährt durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine erheblich erhöhte Verfügbarkeit und auch Zuverlässigkeit im Betrieb, da gerade bei handgesteuerten beziehungsweise sensorgesteuerten Anwendungen wie sie zum Beispiel an der Schnittstelle zwischen Roboter und Mensch oftmals eingesetzt werden, gefährliche Achsstellungen, die ansonsten zu einer langwierigen Unterbrechung der Benutzbarkeit einer entsprechenden Vorrichtung führen, zuverlässig vermieden werden.
In diesem Zusammenhang wird insbesondere darauf hingewiesen, dass alle im Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Merkmale und Eigenschaften aber auch Verfahrensweisen sinngemäß auch bezüglich der Formulierung des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragbar und im Sinne der Erfindung einsetzbar und als mitoffenbart gelten. Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung, das bedeutet, nur im Bezug auf das Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale können auch im Rahmen der Vorrichtungsansprüche berücksichtigt und beansprucht werden und zählen ebenfalls zur Erfindung und zur Offenbarung.
Die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch gezeigt. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens nach dem Stand der Technik,
2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens
1 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Verarbeitung von Sensorinformationen einer Handsteuerung in einer Vorrichtung mit mehreren rotatorischen Gelenken. Die in der Bahnplanung 1 geplante kartesische Bewegung wird im Interpolator 2 in definierte kartesische Bewegungsanteile pro Zeiteinheit unterteilt. Ein Sensor 3, zum Beispiel der Handsteuerung (z.B. eines Joysticks) erzeugt ebenfalls pro Zeiteinheit einen kartesischen Bewegungsanteil dX_i (4), der auf den Bewegungsanteil, der durch den Interpolator 2 erzeugt wurde, addiert wird. Dieser kombinierte Bewegungsanteil wird in der Transformation 10 auf die Achsebene in achsspezifische Bewegungskommandos transformiert und an die Antriebe 11 der Drehgelenke als Bewegungskommandos geschickt. Der durch den Interpolator 2 erzeugte Bewegungsanteil muss nicht zwingend vorhanden sein. Fehlt dieser, so handelt es sich dann um eine rein sensorgeführte Bewegung.
Die Erfindung umfasst dabei also sehr wohl Varianten, bei welchen zum Beispiel aufgrund eines Bahnführungsprogrammes eine Bahnplanung besteht, die durch den Sensor (z.B. Hand- oder Kamerasteuerung usw.) beeinflusst wird. Die Erfindung umfasst aber auch Anwendungsfälle, bei denen es eine rein sensorgeführte Bewegung ist, also über den Interpolator keine entsprechende Bewegungskoordinate zur Verfügung gestellt wird.
Die Erfindung ist dabei auf eine sensorgesteuerte Handsteuerung oder ein Bahnführungsprogramm zur Bereitstellung der Bewegungskoordinaten nicht beschränkt. Es sind auch Anwendungsfälle möglich, bei denen eine reine Sensorsteuerung die Vorrichtung führt, zum Beispiel ist die Vorrichtung mit entsprechenden Näherungssensoren oder optischen Kameras als Sensoren ausgestattet und sucht sich seinen Weg selbstständig, um entsprechende Bewegung oder Positionierung des Gliedes im Raum zu erreichen. In einem solchen Anwendungsfall greift der Mensch gar nicht ein, wie zum Beispiel bei der Handsteuerung. Auch bei einer solchen Anordnung drohen gefährliche Gelenkstellungen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend abgefangen werden.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Verarbeitung von Sensorinformationen, zum Beispiel einer Handsteuerung oder auch von einer reinen Sensorsteuerung in einer Vorrichtung mit mehreren rotatorischen Gelenken unter Berücksichtigung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die geplante kartesische Bewegung der Bahnplanung 1 wird im Interpolator 2 in definierte kartesische Bewegungsanteile pro Zeiteinheit unterteilt. Ein Sensor 3 (zum Beispiel der Hand- oder Sensorsteuerung) erzeugt ebenfalls pro Zeiteinheit einen kartesischen Bewegungsanteil dX_i (4). Die einzelnen Komponenten dX_i dieses Bewegungsanteils werden in der Berechnungsstufe 5 auf die Achsebene transformiert. Hieraus resultiert eine entsprechende Änderung des Gelenkwinkels dδ_l.
Unter Berücksichtigung der aktuellen Stellung der Vorrichtung 6 (aktuelle Gelenkstellung δ_l,akt und der aktuellen Positionskoordinate X_i,akt), z.B. von Gelenksensoren ermittelte Roboterdaten wird dies in der Berechnungsstufe 5 zu einer Vorabstellung δ_l,akt* (der Gelenkstellungsinformation) auf Achsebene transformiert. Der Bewegungsanteil dX_i wird umgesetzt in eine entsprechende Winkeländerung dδ_l des betreffenden Gelenks und dies zur tatsächlichen Stellung δ_l,akt addiert. Die so ermittelten Vorab-Achsstellungen werden in einer Vergleichsstufe 8 mit Gelenkachsgrenzen 7 (als δ_l,min beziehungsweise δ_l,max bezeichnet) verglichen. Bei Verletzung einer Grenze (NEIN-Zweig) wird der kartesische Anteil, der zu der Verletzung geführt hat, verworfen (dx_i* = 0), andernfalls beibehalten (JA-Zweig, dX_i* = dX_i, wobei dX_i* die Bewegungskoordinate beziehungsweise Streckeninformationskomponente beschreibt) (9).
Die so überprüften kartesischen Kommandos werden auf den Bewegungsanteil, der durch den Interpolator 2 erzeugt wurde, addiert. Dieser kombinierte Bewegungsanteil wird auf die Achsebene transformiert (10) und an die Antriebe 11 der Drehgelenke als Bewegungskommandos geschickt. Der durch den Interpolator 2 erzeugte Bewegungsanteil muss nicht zwingend vorhanden sein. Es handelt sich dann um eine rein sensorgeführte Bewegung.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.
Es ist weiter zu beachten, daß die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.

Claims

Verfahren für das Bewegen beziehungsweise Positionieren eines Gliedes einer Vorrichtung im Raum, wobei die Vorrichtung mindestens ein Gelenk aufweist und die Stellung des Gelenks durch einen Antrieb erfolgt, wobei das Verfahren in Abhängigkeit der Gelenkstellung mindestens eines Gelenkes die Bewegung beziehungsweise Positionierung des Gliedes beeinflußt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bewegung beziehungsweise Positionierung des Gliedes im Raum Bewegungskoordinaten, insbesondere kartesische Bewegungskoordinaten verwendet werden.
Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungskoordinaten von einer insbesondere sensorgesteuerten Handsteuerung, einem Bahnführungsprogramm oder einer Sensorsteuerung stammen.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Bewegungskoordinaten in auf das jeweilige Gelenk bezogene achsspezifische Bewegungskommandos transformiert.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ausgehend von einer ersten Position des Gliedes im Raum die Bewegungskoordinaten zu einer zweiten Position des Gliedes im Raum in eine gelenkbezogenen, achsspezifischen Gelenkstellungsinformation umsetzt und bei einem drohenden oder eingetretenen Über- beziehungsweise Unterschreiten von Gelenkachsgrenzen das aus der achsspezifischen Gelenkstellungsinformation resultierende Bewegungskommando des Gelenkes verwirft.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren, ausgehend von einer ersten Position des Gliedes im Raum und der Bewegungskoordinaten zu einer zweiten Position des Gliedes im Raum, zunächst die Bewegungskoordinaten aufspaltet in einzelne Streckeninformationskomponenten und jede einzelne Streckeninformationskomponente umsetzt in eine jeweilige gelenkbezogene, achsspezifische Gelenkstellungsinformation und bei einem drohenden oder eingetretenen Über- beziehungsweise Unterschreiten von Gelenkachsgrenzen entweder die jeweilige Streckeninformationskomponente oder das jeweilige, aus der achsspezifischen Gelenkstellungsinformation resultierenden Bewegungskommando des Gelenks verwirft.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkstellung von einem Gelenkwinkelsensor überwacht wird und bei der Bestimmung der Gelenkstellungsinformation berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkstellung von einem Gelenkwinkelsensor überwacht wird und die aktuelle Gelenkstellung fortlaufend mit den maximalen beziehungsweise minimalen Gelenkachsgrenzen verglichen wird und zur Ausführung anstehende Bewegungskoordinaten beziehungsweise Streckeninformationskomponente oder achsspezifische Bewegungskommandos bei Über- oder Unterschreiten der Gelenkachsgrenzen verworfen werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkachsgrenzen verhindern, daß ein unerlaubter Bereich überfahren wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkachsgrenzen verhindern, daß kinematisch undefinierte Bereiche durchfahren werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkachsgrenzen frei konfigurierbar sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Gelenkstellung aller Gelenke der Vorrichtung überwacht.
Vorrichtung mit einem im Raum bewegbaren und positionierbaren Glied, wobei die Vorrichtung mindestens ein vorzugsweise rotatorisches Gelenk aufweist und die Stellung des Gelenkes durch einen Antrieb erfolgt und die Bewegung beziehungsweise Position des Gliedes nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenen Ansprüche erfolgt.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Industrieroboter beziehungsweise ein Manipulator mit sechs rotatorischen Gelenken ist.