DE102008016604B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Eigenkollisionsüberwachung eines Manipulators - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Eigenkollisionsüberwachung eines Manipulators, insbesondere eines Roboters, mit den Schritten:
Bestimmen eines ersten geometrischen Körpers (U2), der ein zugeordnetes erstes Glied (2) des Manipulators umhüllt (S10);
Bestimmen eines zweiten geometrischen Körpers (U5), der ein zugeordnetes zweites Glied (5) desselben Manipulators umhüllt (S10); und
Bestimmen, ob der Abstand (d) zwischen dem ersten und dem zweiten geometrischen Körper (U2, U5) einen vorgegebenen Grenzwert (dmin) unterschreitet (S30), dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite geometrische Körper (U5) in einer vorgegebenen Position relativ zu einem dem zugeordneten Glied (5) des Manipulators kinematisch vorhergehenden Glied (4) des Manipulators angeordnet und so bestimmt wird, dass er das zugeordnete Glied (5) des Manipulators in verschiedenen, insbesondere allen Positionen des zugeordneten Gliedes umhüllt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eigenkollisionsüberwachung eines Manipulators, insbesondere eines Roboters.
• Zur Fremdkollisionsüberwachung, i. e. der Überwachung eines Manipulators auf Kollision eines seiner Glieder mit manipulatorfremden Objekten, beispielsweise Gliedern eines anderen Manipulators, Hindernissen in einem Arbeitsraum oder dergleichen, ist es, beispielsweise aus der DD 293 302 A5 , bereits bekannt, ein Glied des Manipulators sowie ein Hindernis virtuell mit je einem geometrischen Körper zu umhüllen und den Abstand dieser beiden geometrischen Körper zueinander zu überwachen.
• Bei der Eigenkollisionsüberwachung eines Manipulators, i. e. der Überwachung eines Manipulators auf Kollision eines seiner Glieder mit einem anderen Glied desselben Manipulators wird hingegen bislang anders vorgegangen, da hier die Konturen der Manipulatorglieder relativ zueinander vorab exakt bestimmbar sind.
• Ein Ansatz besteht darin, bei einem CAD-Modell des Manipulators die Stellungen der einzelnen Glieder zu variieren und jeweils zu prüfen, ob eine Kollision auftritt. Nachteilig müssen hier jedoch aufgrund der meist sehr komplexen, nicht-glatten Außenkonturen der einzelnen Glieder, die eine mathematisch geschlossene Abstandsbestimmung aufwändig oder unmöglich machen, die Manipulatorposen, gegebenenfalls iterativ, variiert werden, was den Aufwand mit zunehmender Gelenkanzahl des Manipulators entsprechend erhöht und insbesondere eine online-Eigenkollisionsüberwachung ausschließt.
• Ein anderer Ansatz besteht darin, an Stelle der tatsächlichen Außenkonturen der einzelnen Glieder die kinematische Skelettlinie des Manipulators, wie sie sich beispielsweise aus der Denavit-Hartenberg-Beschreibung ergibt, zu betrachten, für die eine Kollision einzelner Skelettglieder einfach überprüfbar ist. Um dabei die tatsächlichen Außenkonturen zu berücksichtigen, werden hier entsprechende Mindestabstände der Skelettglieder gefordert. Damit werden hier die Bewegungsmöglichkeiten des Manipulators nicht optimal ausgenutzt.
• DE 60 2004 007 744 T2 betrifft ein Verfahren zur Bewegung eines virtuellen, mit Gelenken ausgestatteten Objektes in einer virtuellen Umgebung mit Selbstkollisionsvermeidung zwischen den Gelenken des Objektes. Ziel ist es, ein Verschieben oder eine Handhabung eines gelenkigen Objektes zu ermöglichen und gleichzeitig eine Kollision zwischen einem gegebenen Gelenkelement und anderen Gelenkelementen des gelenkigen Objektes zu vermeiden.
• Die DE 102 26 140 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermeiden von Kollisionen zwischen Industrierobotern und anderen Objekten. Ziel ist es, eine Kollision nicht erst dann erfassen zu können, wenn sie tatsächlich stattgefunden hat. Dazu wird vorgeschlagen, eine Anhaltezeit für eine Roboterbewegungen auf Grundlage gegenwärtiger und früherer Gelenkstellungen und -geschwindigkeiten für jedes Robotergelenk zu bestimmen.
• Die US 5 347 459 A betrifft ein Verfahren zur Kollisionsdetektion zwischen einem Roboter und seiner Umgebung. Ziel ist es, eine Kollision mit hoher zeitlicher Dynamik erfassen zu können. Weiterhin soll die Erkennungsgeschwindigkeit der Kollisionsdetektion unabhängig von der Anzahl der Hindernisse in der Umgebung sein. Dazu wird vorgeschlagen, den Roboter in einem durch Voxel aufgeteilten Arbeitsraum zu modellieren. Der Roboter wird innerhalb des Arbeitsraums durch eine Mehrzahl von Sphären modelliert.
• Die EP 1 901 150 B1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von Kollisionen zwischen einem Industrieroboter und einem Objekt. Ziel ist es, mögliche Kollisionen prädizieren und Aufwendungen für notwendige Sicherheitsvorkehrungen für Kollisionen verringern zu können. Dazu wird ein Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen zwischen Bauteilen eines mehrachsigen Industrieroboters und wenigstens einem anderen Objekt vorgeschlagen.
• Die EP 1 901 151 B1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von Kollisionen zwischen einem Industrieroboter und einem Objekt. Ziel ist es, Kollisionen zu vermeiden und insbesondere ein Risiko von Kollisionen zwischen bewegten Objekten zu verringern. Dazu wird vorgeschlagen, den Raum, in dem sich der Roboter bewegt in verschiedene Zonen einzuteilen. Eine Weich-Zone definiert ein Volumen, in dem sich zu einer bestimmten Zeit nur ein Objekt befinden darf. Eine Hart-Zone definiert ein Volumen, welches einen Teil eines Roboters oder einen ganzen Roboter umfassen kann.
• Die DE 10 2004 019 285 A1 betrifft ein Verfahren zur Kollisionsprüfung zweier Objekte. Ziel ist es, ein effektives Verfahren für eine Kollisionsüberprüfung bereitzustellen, bei denen der Rechenaufwand verringert wird, wobei gleichzeitig eine zuverlässige Kollisionsprüfung sichergestellt ist. Dazu wird vorgeschlagen, eine Kollisionsprüfung mehrfach durchzuführen, wobei ein potentiell kollidierendes Objekt bei jedem Durchgang mit unterschiedlicher Genauigkeit modelliert wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Eigenkollisionsüberwachung eines Manipulators zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 9 stellt eine Vorrichtung, Anspruch 10 bzw. 11 ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
• Nach einem erfindungsgemäßem Verfahren zur Eigenkollisionsüberwachung eines Manipulators, insbesondere eines Industrie-, Tele-, Leichtbau- oder sonstigen Roboters, i. e. zur Überwachung einer Kollision zwischen einem ersten Glied und einem zweiten Glied desselben Manipulators, werden ein erster geometrischer Körper, der virtuell das erste Glied umhüllt, und ein zweiter geometrischer Körper, der virtuell das zweite Glied umhüllt, bestimmt. Dies kann, beispielsweise zur Festlegung von mechanischen oder Software-Anschlägen oder bei einer offline-Bahnplanung, vorab oder gleichermaßen, beispielsweise zur online-Eigenkollisionsüberwachung während eines Handfahrbetriebes oder bei wechselnden bewegten Nutzlasten, während des Betriebs erfolgen.
• Nun kann bestimmt werden, ob der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten geometrischen Körper einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Ist dieser Grenzwert gleich Null, entspricht ein Unterschreiten einer gegenseitigen Durchdringung der beiden geometrischen Körper und zeigt somit eine potentielle Eigenkollision des Manipulators mit sich selber an. In diesem Fall kann bevorzugt ein Steuersignal ausgegeben werden, welches beispielsweise ein Stopp-Signal auslöst, ein Signal zur Weiterverarbeitung an eine übergeordnete Steuerung meldet und/oder eine Fehlermeldung auf einer Anzeigevorrichtung, in einem Protokoll oder dergleichen bewirkt. Durch Grenzwerte größer Null können entsprechende Sicherheitsreserven vorgegeben werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren stellt damit einen optimalen Kompromiss zwischen den bisher eingesetzten Ansätzen dar: einerseits werden durch die geometrischen Körper im Gegensatz zum Skelettlinienverfahren die tatsächlichen Gliedkonturen genauer approximiert. Auf der anderen Seite ist die Abstandsbestimmung bzw. Kollisionsüberwachung für umhüllende geometrische Körpern einfacher als für die Glieder mit ihrer teilweise sehr komplexen Außenkontur selber. Durch die umhüllenden Körper kann vorteilhaft auch kleineren, hervorstehenden Anbauten an den Gliedern, beispielsweise Schraubenköpfen, Antriebsgehäusen oder dergleichen Rechnung getragen werden. Insbesondere können hierdurch auch flexible Manipulatorelemente ohne starre Kontur wie beispielsweise Schläuchen, Leitungen, Antennen, sich bewegende Nutzlasten und dergleichen berücksichtigt werden.
• Bevorzugt umfasst ein geometrischer Körper einen oder mehrere geometrische Elementarkörper, insbesondere eine oder mehrere Kugeln, Zylinder, Kegel, Kegelstümpfe und/oder Polyeder wie beispielsweise Quader, Prismen, Pyramiden, Parallelepipede oder dergleichen. Dies vereinfacht die Bestimmung des Abstandes zwischen den beiden geometrischen Körpern. Besonders bevorzugt besteht ein geometrischer Körper aus einem oder mehreren solcher geometrischer Elementarkörper.
• Ganz allgemein kann sich der Abstand zwischen zwei geometrischen Körpern als Betrag der kürzesten Strecke ergeben, die auf den Außenflächen der beiden Körper senkrecht steht, wobei Strecken, die durch eine Spitze gehen, als senkrecht zu dieser Spitze gelten. Für Elementarkörper können die Abstände häufig mathematisch geschlossen angegeben werden. So entspricht der Abstand zwischen zwei Kugeln mit den Radien R1 und R2 dem Abstand der Kugelmittelpunkte abzüglich dieser beiden Radien. Vorteilhaft kann der Abstand zwischen zwei parametrisierten Elementarkörpern durch Lösen eines Gleichungssystems für die die Außenfläche der Körper beschreibenden Parameter bestimmt werden, das sich aus der Forderung ergibt, dass der Normalenvektor auf der einen Außenfläche senkrecht auf zwei nicht-parallelen Tangentialvektoren der anderen Außenfläche steht, wie dies in T. Meitinger, Dynamik automatisierter Montageprozesse, VDI-Verlag 1998 beschrieben wird, dessen Inhalt diesbezüglich ausdrücklich in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
• Ein Glied des Manipulators, für das die erfindungsgemäße Eigenkollisionsüberwachung durchgeführt wird, kann insbesondere ein Grundgestell, welches beispielsweise inertial fest oder auf einem Portal verschiebbar geführt sein kann, ein, insbesondere drehbar mit einem solchen Grundgestell verbundenes, Karussell, eine, insbesondere drehbar hiermit verbundene, Schwinge, ein Arm, eine Hand, ein Werkzeug, eine gegriffene Nutzlast wie ein Werkstück oder eine beförderte Person, oder ein Antrieb eines Manipulators sein. Es können auch mehrere solcher Komponenten zusammen ein Glied bilden, beispielsweise ein Arm, damit verbundene Antriebe, Schläuche, Leitungen, Sensoren und dergleichen. Auf diese Weise kann auch für komplexere Glieder, beispielsweise geometrisch aufwändig gestaltete Schwingen, auf einfache Weise eine Kollisionsüberwachung realisiert werden.
• Der zugeordnete geometrische Körper kann das Glied derart umhüllen, dass kein Teil des Gliedes über eine Außenfläche des geometrischen Körpers hervorragt. Dadurch ist sichergestellt, dass das umhüllte erste und zweite Glied nicht miteinander kollidieren, solange die sie umhüllenden geometrischen Körper eine Abstand aufweisen, der größer oder gleich Null ist.
• Der geometrische Körper kann in einer vorgegebenen Position relativ zu dem zugeordneten Glied des Manipulators angeordnet werden, so dass er sich bei Bewegung des Gliedes mit diesem mitbewegt. Vorteilhaft kann hierzu der geometrische Körper virtuell in dem Gelenkpunkt des Gliedes, in dem dieses mit einem ihm vorhergehenden Glied des Manipulators verbunden ist, aufgehängt werden. So bewegt sich beispielsweise ein Kegelstumpf, der eine Schwinge eines Roboters umhüllt, und dessen Grundfläche in derjenigen Ebene angeordnet ist, in der die Drehachse der Schwinge gegen das Karussell liegt, mit der Schwinge mit. Als Position wird vorliegend die Lage und/oder Orientierung eines Koordinatensystems bezeichnet, bezüglich dessen der geometrische Körper definiert ist. Ein solches Koordinatensystem kann beispielsweise im Mittelpunkt einer Kugel, in der Grundfläche, der Mitte oder der Spitze eines Kegels oder dergleichen liegen.
• Erfindungsgemäß ist der geometrische Körper in einer vorgegebenen Position relativ zu wenigstens einem zugeordneten Glied des Manipulators kinematisch vorhergehenden Glied des Manipulators angeordnet. So kann beispielsweise eine Kugel, die eine Hand eines Roboters umhüllt, auch fest an einer Handwurzel des Roboters angeordnet werden. In diesem Fall wird der geometrische Körper vorteilhafterweise so bestimmt, dass er das zugeordnete Glied des Manipulators in verschiedenen Positionen des Gliedes umhüllt. Im Beispiel kann etwa die Kugel, die an der Handwurzel angeordnet ist, so groß gewählt werden, dass sich die Hand mit Werkzeug unabhängig von der Stellung des Handgelenkes stets innerhalb der Kugel befindet.
• Bevorzugt ist die Kontur eines geometrischen Körpers veränderbar. Hierdurch können sich ändernde Positionen des zugeordneten Gliedes berücksichtigt werden. Wird beispielsweise als geometrischer Körper für ein Werkzeug ein Kegel gewählt, dessen Spitze im Brennpunkt einer Laserfokussieroptik des Werkzeuges liegt, kann der Öffnungswinkel des Kegels und die Position der Kegelspitze in Abhängigkeit von der Brennweite und Blendenöffnung der Optik verändert werden. Die Kontur des geometrischen Körpers kann auch in Abhängigkeit von der Position oder dem Zustand des zugeordneten Gliedes verändert werden. So kann etwa der Radius einer Kugel, die einen Greifer sowie eine von diesem gegriffene Nutzlast umhüllt, in Abhängigkeit von der Position und Größe der gegriffenen Nutzlast verändert werden. Gleichermaßen ist es auch möglich, die Kontur des umhüllenden geometrischen Körpers proportional zu vergrößern, wenn der Manipulator sich schneller oder bei erhöhten Sicherheitsanforderungen bewegt, um so eine Eigenkollision stets in Abhängigkeit von einem Bremsweg und damit rechtzeitig zu erkennen.
• Dies kann gleichermaßen auch dadurch berücksichtigt werden, dass der vorgegebene Grenzwert veränderbar ist, also beispielsweise vergrößert wird, wenn der Manipulator bei höheren Geschwindigkeiten überwacht wird.
• Die Eigenkollisionsüberwachung kann für zwei oder mehr Glieder des Manipulators durchgeführt werden. Vorteilhafterweise werden dabei nur diejenigen Glieder auf Kollision miteinander überwacht, i. e. bestimmt, ob ihr Abstand einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, die bauartbedingt, beispielsweise aufgrund mechanischer Anschläge, miteinander kollidieren können.
• Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
• 1: einen Roboter während einer Eigenkollisionüberwachung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
• 2: den Ablauf der Eigenkollisionüberwachung in 1.
• 1 zeigt einen Roboter während einer Eigenkollisionüberwachung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, deren Ablauf in 2 dargestellt ist. Er umfasst ein Grundgestell 1, auf dem drehbar ein Karussell 2 gelagert ist. In einer Steuerung 1.1 ist in nicht näher dargestellter Weise eine Vorrichtung zur Durchführung der Eigenkollisionüberwachung implementiert.
• An dem Karussell 2 ist drehbar eine Schwinge 3 angeordnet, an der wiederum drehbar ein Arm 4 befestigt ist, der mittels eines Antriebs 4.1 gegen die Schwinge 3 bewegbar ist. Dieser trägt an seiner Handwurzel eine Hand 5, die mittels an einer dieser Handwurzel gegenüberliegenden hinteren Stirnseite angeordneten Antrieben um eine Längsachse um die Handwurzel und eine hierzu senkrechte fünfte Handachse rotiert werden kann und einen Tool Center Point, in dem ein (nicht dargestelltes) Werkzeug aufgenommen sein kann, um eine zur fünften Handachse senkrechte sechste Handachse gegenüber der Hand 5 verdrehen kann.
• In 1 ist strichliert eine kinematische Skelettlinie D eingezeichnet, die gemäß der Denavit-Hartenberg-Konvention die Kinematik des Roboters beschreibt. Wie insbesondere hieraus erkennbar, besteht bei dem Roboter die Gefahr einer Eigenkollision zwischen der Hand 5 und dem Karussell 2, falls der Arm 4 in eine zur Schwinge 3 parallele Stellung gedreht wird. Dabei hängt die Stellung der dritten Achse zwischen Schwinge 3 und Arm 4, bei der es zu einer Kollision zwischen der Hand 5 und dem Karussell 2 kommt, vom Abstand des Tool Center Points TCP zu dem Karussell 2 ab.
• Dieses weist, wie aus 1 ersichtlich, eine sehr komplexe Trillerpfeifengestalt auf, wobei in dem der Drehachse der Schwinge abgewandten Bereich eine Aussparung zur Aufnahme des Karussellantriebs, in dem Bereich des Schwingengelenkes auf der der Schwinge 3 gegenüberliegenden Seite eine Aussparung zur Aufnahme des Schwingenantriebes ausgebildet ist. Aufgrund dieser komplexen Außenkontur des Karussells 2 und der ebenfalls komplexen Geometrie eines beispielsweise im TCP arbeitenden Greifes (nicht dargestellt) wäre eine Eigenkollisionsüberwachung anhand der CAD-Daten dieser Glieder sehr aufwändig.
• Bei einer Eigenkollisionsüberwachung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird daher in einem ersten Schritt S10 ein erster geometrischer Körper, im Ausführungsbeispiel ein virtueller Kegelstumpf U2 bestimmt, der das zugeordnete Karussell 2 umhüllt. Hierzu wird ein Referenzkegelstumpf generiert und seine Position, i. e. die Lage und Orientierung eines Koordinatensystems K2, in dem der Kegelstumpf definiert ist, sowie seine Höhe, der Radius seiner Grundfläche und sein Kegelwinkel solange iterativ variiert, bis der Kegelstumpf U2 die Schwinge 1 gerade noch umhüllt. Hierzu kann beispielsweise der Ursprung des Koordinatensystems K2 zunächst in den aus den CAD-Daten bekannten Schwerpunkt der Schwinge gelegt werden, so dass die Längsachse des Kegelstumpfes U2 parallel zu einer Trägheitshauptachse der Schwinge liegt, anschließend der Kegelstumpf virtuell „aufgeblasen” werden, bis er die Schwinge vollständig umhüllt, und anschließend iterativ abwechseln die Lage und/oder Orientierung des Koordinatensystems und die Höhe, Grundfläche und/oder der Kegelwinkel des Kegelstumpfs variiert werden.
• Auf ähnliche Weise wird im Schritt S10 ein zweiter geometrischer Körper, im Ausführungsbeispiel eine virtuelle Kugel U5, bestimmt, die die zugeordnete Hand 5 des Roboters umhüllt. Dabei wird der Kugelmittelpunkt K5 fest relativ zum Arm 4 des Roboters im Schnittpunkt der fünften und sechsten Handachse verankert und der Radius der Kugel U5 solange verändert, bis die Kugel 5 die Hand 5 in allen einnehmbaren Stellungen umhüllt und dabei einen minimalen Radius aufweist.
• Auf analoge Weise können auch für die weiteren Glieder 1, 3 und 4 des Roboters im Schritt S10 virtuelle Körper bestimmt werden (nicht dargestellt).
• Anschließend wird in einem Schritt S20 ein Kennzeichner A auf einen Wert „0” gesetzt, der Kollisionsfreiheit anzeigt. Nun wird in einem Schritt S30 für alle Kombinationen der vorab bestimmten virtuellen Körper, beispielsweise den Kegelstumpf U2 und die Kugel U5, der minimale Abstand d(U2, U5) bestimmt und geprüft, ob dieser Abstand einen vorgegebenen Grenzwert dmin ≥ 0 unterschreitet. In der gezeigten Pose der 1 ergibt sich als Abstand d zwischen Kugel U5 und Kegelstumpf U2 die Länge der kürzesten Strecke, die sowohl auf der Außenfläche der Kugel U5 als auch des Kegelstumpfes U2 senkrecht steht. Allgemein ergibt sich der Abstand geometrischer Körper als Hüllabstand mit der kürzesten Strecke bzw. als Länge der zueinander ausgerichteten Flächennormalen, die den jeweils anderen geometrischen Körper schneidet.
• Wird der Grenzwert dmin für wenigstens eine Kombination unterschritten, wird in einem Schritt S40 der Kennzeichner A auf einen Wert „1” gesetzt, der eine Kollision anzeigt, so dass entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, etwa Stillsetzen des Roboters bei einer online-Eigenkollisionsüberwachung oder Umplanung der Bahn bei einer offline-Eigenkollisionsüberwachung während einer Vorab-Bahnplanung. Allgemein kann ein Steuersignal ausgegeben werden, welches beispielsweise ein Stopp-Signal auslöst, ein Signal zur Weiterverarbeitung an eine übergeordnete Steuerung meldet und/oder eine Fehlermeldung auf einer Anzeigevorrichtung, in einem Protokoll oder dergleichen bewirkt (nicht dargestellt). Andernfalls kehrt die Eigenkollisionsüberwachung zu Schritt S20 zurück und beginnt die Durchprüfung der Kombinationen in Schritt S30 erneut.
• Um beispielsweise längeren Bremswegen bei höheren Fahrgeschwindigkeiten Rechnung zu tragen, kann beispielsweise der Grenzwert dmin in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Roboters variiert werden.
• Um beispielsweise auch ein Werkzeug des Roboters, etwa einen im TCP fokussierten Laserstrahl zu berücksichtigen und eine Eigenkollision dieses Laserstrahls mit dem Roboter selber zu vermeiden, kann der Radius der Kugel 5 oder ein Doppelkegel (nicht dargestellt), dessen Spitze im Brennpunkt des Laserstrahls liegt, und dessen Längsachse kollinear zu dem Strahl ist, entsprechend der für den Roboter gefährlichen Strahlungsenergie des Laserstrahls variiert werden.
• Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung wird deutlich, wenn beispielsweise auf dem Karussell flexible Leitungen, Schläuche oder dergleichen befestigt sind, deren genaue Lage in CAD-Daten aufgrund ihrer elastischen Bewegungen während der Bewegung des Roboters nicht bekannt ist. Hier kann beispielsweise ein virtueller Zylinder um die Referenzlage einer solchen Leitung gelegt und mit dem Kegelstumpf U2 zu dem die Schwinge und den Schlauch umhüllenden geometrischen Körper kombiniert werden, wobei der Radius dieses Zylinders so gewählt wird, dass er auch den maximal ausgelenkten Schlauch noch umhüllt. Ein ähnlicher Vorteil ergibt sich beispielsweise, wenn der Roboter als Robocoaster Menschen als Nutzlast befördert, die sich in ihrem Sitz bewegen. Hier kann die menschliche Nutzlast beispielsweise durch einen Zylinder approximiert werden, der den Rumpf des größten zu befördernden Menschen umüllt, wobei die sich bewegenden Arme und Beine durch an diesem Zylinder befestigte Kugeln approximiert werden. Dieser virtuelle geometrische Körper aus Zylinder und Kugeln kann dann analog zur vorstehend beschriebenen Kugel U5 in dem Sitz des Robocoasters aufgehängt werden, so dass die Eigenkollisionsüberwachung unabhängig von der Arm- und Beinstellung der beförderten Person eine Verletzung durch Glieder des Roboters verhindert.
• Bezugszeichenliste

1

Grundgestell

1.1

Steuerung

2

Karussell

3

Schwinge

4

Arm

4.1

Antrieb

5

Hand

TCP

Tool Center Point

d

Abstand U2–U5

D

Skelettlinie

U2

Kegelstumpf (erster geometrischer Körper)

K2

Koordinatensystem

U5

Kugel (zweiter geometrischer Körper)

K5

Kugelmittelpunkt

Claims (11)

1. Verfahren zur Eigenkollisionsüberwachung eines Manipulators, insbesondere eines Roboters, mit den Schritten: Bestimmen eines ersten geometrischen Körpers (U2), der ein zugeordnetes erstes Glied (2) des Manipulators umhüllt (S10); Bestimmen eines zweiten geometrischen Körpers (U5), der ein zugeordnetes zweites Glied (5) desselben Manipulators umhüllt (S10); und Bestimmen, ob der Abstand (d) zwischen dem ersten und dem zweiten geometrischen Körper (U2, U5) einen vorgegebenen Grenzwert (dmin) unterschreitet (S30), dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite geometrische Körper (U5) in einer vorgegebenen Position relativ zu einem dem zugeordneten Glied (5) des Manipulators kinematisch vorhergehenden Glied (4) des Manipulators angeordnet und so bestimmt wird, dass er das zugeordnete Glied (5) des Manipulators in verschiedenen, insbesondere allen Positionen des zugeordneten Gliedes umhüllt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite geometrische Körper einen oder mehrere geometrische Elementarkörper, insbesondere eine oder mehrere Kugeln, Zylinder, Kegel, Kegelstümpfe und/oder Polyeder, insbesondere Quader, Prismen, Pyramiden und/oder Parallelepipede umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zugeordnetes Glied des Manipulators ein Grundgestell (1), ein Karussell (2), eine Schwinge (3), einen Arm (4), eine Hand (5), eine Nutzlast und/oder einen Antrieb (1.1, 4.1) umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zugeordnetes Glied des Manipulators ein flexibles Bauteil, insbesondere eine Leitung, eine Antenne, einen Sensor und/oder einen Schlauch umfasst, wobei der diesem Glied des Manipulators zugeordnete geometrische Körper das flexible Glied in seinem unausgelenkten Zustand und/oder in wenigstens einem, insbesondere maximal, ausgelenkten Zustand, vorzugsweise in allen, insbesondere maximal, ausgelenkten Zuständen, umhüllt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite geometrische Körper in einer vorgegebenen Position relativ zu dem zugeordneten Glied des Manipulators angeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des ersten und/oder zweiten geometrischen Körpers veränderbar ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Grenzwert (dmin) veränderbar ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersignal ausgegeben wird (S40), wenn der Abstand (d) zwischen dem ersten und dem zweiten geometrischen Körper (U2, U5) den vorgegebenen Grenzwert (dmin) unterschreitet.
9. Vorrichtung für einen Manipulator, insbesondere einen Roboter, mit: einer Umhülleinrichtung zur Bestimmung eines ersten geometrischen Körpers (U2), der ein zugeordnetes erstes Glied (2) des Manipulators umhüllt, und eines zweiten geometrischen Körpers (U5), der ein zugeordnetes zweites Glied (5) des Manipulators umhüllt, und einer Abstandsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung, ob der Abstand (d) zwischen dem ersten und dem zweiten geometrischen Körper (U2, U5) einen vorgegebenen Grenzwert (dmin) unterschreitet (S30); wobei die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
10. Computerprogramm, das ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt, wenn es in einer Vorrichtung nach Anspruch 9 abläuft.
11. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist und ein Computerprogramm nach Anspruch 10 umfasst.

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