DE102008062622A1 - Method for command input in controller of manipulator, particularly robot, involves detecting force, which acts on manipulator in specific direction, and comparing detected force with stored forces - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eingabe von einem oder mehreren Befehlen in eine Steuerung eines Manipulators.The The present invention relates to a method and an apparatus to enter one or more commands into a controller of a Manipulator.
Unter einem Manipulator werden vorliegend insbesondere ein- oder mehrachsige Roboter, Mess- und Werkzeugmaschinen, beispielsweise nicht angetriebene Koordinatenmessmaschinen, verstanden. Solche Manipulatoren weisen allgemein eine Steuerung zur Ausführung bestimmter Bewegungen, beispielsweise zum Abfahren vorgegebener Trajektorien, zum Abspeichern bestimmter Messpositionen oder dergleichen auf. Als Steuerung wird daher vorliegend insbesondere auch eine Regelung, beispielsweise eine Kraft- oder Positionsregelung eines Roboters bezeichnet.Under In the present case, a manipulator is in particular one-axis or multi-axis Robots, measuring and machine tools, such as non-driven Coordinate measuring machines, understood. Such manipulators point generally a controller for performing certain movements, for example, to depart from predetermined trajectories, to save certain measurement positions or the like. As a controller is Therefore, in the present case, in particular also a regulation, for example denotes a force or position control of a robot.
Zum Betrieb des Manipulators ist es erforderlich, einen oder mehrere Befehle in eine solche Steuerung einzugeben. Beispielsweise werden in eine Robotersteuerung Befehle zum Anfahren bestimmter Stellungen, zum Abfahren vorgegebener Trajektorien, zur Betätigung von Werkzeugen, etwa dem Öffnen oder Schließen eines Greifers oder dem Aktivieren einer Schweißzange, eines Bohr- oder Fräskopfes oder dergleichen eingegeben. In entsprechender Weise werden bei einer Werkzeugmaschine Befehle zum Beginn eines Vorschubs, zur Änderung einer Drehzahl eines Werkstückes oder -zeuges oder dergleichen eingegeben, bei einer Messmaschine Befehle zum Starten oder Beenden einer Datenaufzeichnung, Änderung einer Messgenauigkeit oder dergleichen. Solche Befehle können über die Steuerung unmittelbar auf den Manipulator wirken oder in Form eines Programmes abgespeichert werden, um anschließend durch die Steuerung in eine gewünschte Aktion des Manipulators umgesetzt zu werden.To the Operation of the manipulator requires one or more Enter commands in such a controller. For example in a robot control commands for approaching certain positions, to depart from given trajectories, to operate tools, such as opening or closing a gripper or activating a welding gun, a drilling or milling head or the like entered. Similarly, in a machine tool commands for Start of a feed, to change a speed of a Workpiece or -zeuges or the like entered, at a measuring machine commands to start or stop a data recording, change a measurement accuracy or the like. Such commands can be over the control act directly on the manipulator or in shape of a program are stored in order to subsequently through the controller in a desired action of the manipulator to be implemented.
Zur
Eingabe von Befehlen, die einen Arbeitsprozess eines Roboters, beispielsweise
das Anfahren einer Anfangsposition, die Aktivierung eines Fräswerkzeuges,
das Abfahren einer vorgegebenen Trajektorie zur Bearbeitung eines
Werkstückes mit dem Fräswerkzeug, das Abschalten
des Fräswerkzeuges und das Zurückfahren in eine
neutrale Stellung bestimmen, ist es beispielsweise aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Befehlseingabe in eine Steuerung eines Manipulators zu vereinfachen.task It is therefore an object of the present invention to provide a command input in to simplify a controller of a manipulator.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. 7 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 15 bzw. 18 gelöst.These The object is achieved by a method according to claim 1 or 7 or a Device according to claim 15 or 18 solved.
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, Befehle direkt durch
entsprechende Berührungen des Manipulators einzugeben.
Während es bisher, beispielsweise aus der
In einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung werden hierzu Kräfte, die ein Bediener in vorgegebener Richtungen auf den Manipulator ausübt, beispielsweise durch Kraftsensoren, erfasst. Zur knapperen Darstellung werden gegensinnig gleiche Kräftepaare, i. e. Drehmomente, im Folgenden verallgemeinernd ebenfalls als Kräfte bezeichnet. Wenn also nachfolgend beispielsweise von einem Kraftsensor die Rede ist, umfasst dies gleichermaßen einen Drehmomentsensor.In a first embodiment of the present invention this forces an operator in predetermined directions on the manipulator, for example by force sensors, detected. For concise presentation, opposite pairs of forces, i. e. Torques, in the following generalizing also as forces designated. So if below, for example, by a force sensor this is equally true for a torque sensor.
Solche Kraftsensoren können beispielsweise an einem Endeffektor des Manipulators, einem mit dem Manipulator verbundenen Führungsgriff oder einem Motor des Manipulators vorgesehen sein und dort angreifende Kräfte erfassen, die ein Bediener direkt auf den Endeffektor oder den Führungsgriff, oder indirekt, beispielsweise über den Endeffektor oder den Führungsgriff auf Motoren des Manipulators ausübt.Such For example, force sensors can be attached to an end effector of the manipulator, a handle connected to the manipulator or be provided to a motor of the manipulator and attacking there Forces an operator directly on the end effector or the guide handle, or indirectly, for example via the end effector or the guide handle on motors of the Manipulator exercises.
Ist beispielsweise ein herkömmlicher Industrieroboter mit einer steifen Positionsregelung ausgestattet, die den Roboter in seiner aktuellen Stellung hält, oder eine nicht angetriebene Koordinatenmessmaschine mit Bremsen in einer Position fixiert, kann dieser bzw. diese von einem Bediener manuell nicht oder nur unwesentlich bewegt werden. In diesem Fall ist die vorstehend erläuterte Erfassung der in den vorgegebenen Richtungen auf den Manipulator wirkenden Kräfte besonders vorteilhaft. Beispielsweise kann ein Bediener an einem Glied des Roboters zunächst in einer ersten, durch einen Kraftsensor am Roboterglied direkt oder durch Kraftsensoren in den Antrieben des Roboters indirekt erfassten Richtung mit einer vorbestimmten Mindestkraft ziehen und anschließend in einer zweiten, von den gleichen oder anderen Kraftsensoren erfassten Richtung auf das Roboterglied drücken. Ist diese Abfolge einer ersten Kraft in der ersten Richtung und einer zweiten Kraft in der zweiten Richtung als Abfolge abgespeichert, der ein bestimmter Befehl, beispielsweise das Lösen einer Bremse eines Motors des Roboters oder die Änderung der Parameter der Positionsregelung zugeordnet ist, werden erfindungsgemäß die von dem Bediener in der abgespeicherten Reihenfolge auf den Endeffektor ausgeübten Kräfte als Eingabe des zugeordneten Befehls aufgefasst. So ist es beispielsweise möglich, einen steif geschalteten Roboter durch mehrfaches Ziehen an einem Roboterglied in bestimmten Richtungen nachgiebig zu schalten, was beispielsweise durch Wegfall eines Integralanteils und Reduzierung der Proportionalitätskonstanten in einer Proportional-Integral-Differential-(PID)-Positionsregelung des Roboters möglich ist.is For example, a conventional industrial robot with a Stiff position control equipped the robot in his current position, or a non-driven coordinate measuring machine fixed with brakes in one position, this or this can from manually or only slightly moved to an operator. In this case, the detection explained above is the acting in the given directions on the manipulator Forces particularly advantageous. For example, an operator on a limb of the robot first in a first, through a force sensor on the robot member directly or by force sensors in the drives of the robot indirectly detected direction with a pull predetermined minimum force and then in a second, detected by the same or other force sensors direction press on the robot link. Is this sequence of a first force in the first direction and a second force in the second direction stored as a sequence of a particular command, for example releasing a brake of a motor of the robot or the change the parameter of the position control is assigned, according to the invention from the operator in the stored order to the end effector applied forces as input of the assigned Understood command. So it is possible, for example, a stiff robot by pulling several times on a robot member in certain directions yielding, for example by omission of an integral component and reduction of the proportionality constant in a proportional-integral-derivative (PID) position control of the robot is possible.
Bei der ersten Ausführung, bei der die Kräfte erfasst werden, ist es nicht notwendig, dass sich der Manipulator unter den von dem Bediener auf ihn zur Eingabe eines Befehls ausgeübten Kräften überhaupt oder jedenfalls signifikant bewegt. Dies ist beispielsweise bei Messmaschinen, bei denen die erfindungsgemäße Befehlseingabe nicht zwangsläufig zu einer Bewegung der Messmaschine, verbunden mit einem Verlassen einer gerade angefahrenen Position führen soll, vorteilhaft.at the first version in which the forces are detected it is not necessary for the manipulator to be under the operator's action on him to enter a command Forces at all or at least significantly emotional. This is for example in measuring machines in which the Command input according to the invention is not necessarily to a movement of the measuring machine, associated with a leaving to lead a just approached position, advantageous.
Auf der anderen Seite erschwert die mangelnde Rückmeldung eines Manipulators, der nicht oder jedenfalls nicht deutlich auf die zur Befehlseingabe auf ihn ausgeübten Kräfte reagiert, die Bedienung, da der Bediener beispielsweise nicht aufgrund einer Bewegung des Manipulators erkennen kann, ob er eine ausreichende erste Kraft in der ersten Richtung bereits ausgeübt hat oder nicht.On On the other hand, the lack of feedback from one makes it difficult Manipulator that is not or at least not clear on the Command input reacts to forces exerted on it, the operation, since the operator, for example, not due to a Movement of the manipulator can detect if he has sufficient first force in the first direction has already exercised or not.
Gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung werden daher an Stelle von auf den Manipulator ausgeübten Kräften Bewegungen des Manipulators erfasst. In der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird hierzu eine Bewegung des Manipulators in eine erste Bewegungsrichtung und in einer Weiterbildung der zweiten Ausführung auch eine anschließende Bewegung des Manipulators in eine zweite Bewegungsrichtung erfasst und mit abgespeicherten Bewegungen in der ersten Bewegungsrichtung bzw. Abfolgen von Bewegungen in der ersten und zweiten Bewegungsrichtung verglichen, denen jeweils ein Befehl zugeordnet ist. Stimmt die erfasste Bewegung bzw. Bewegungsabfolge mit einer gespeicherten Bewegung bzw. Bewegungsabfolge überein, d. h. wird der Manipulator durch den Bediener in einer Weise bewegt, der ein bestimmter Befehl zugeordnet ist, wird dieser Befehl an die Steuerung des Manipulators ausgegeben.According to one Second embodiment of the present invention will therefore in place of forces exerted on the manipulator Movements of the manipulator recorded. In the second embodiment of This invention is for this purpose a movement of the manipulator in a first direction of movement and in a development of the second Execution also a subsequent movement of the Manipulator recorded in a second direction of movement and stored Movements in the first direction of movement or sequences of movements in compared to the first and second directions of movement, respectively a command is assigned. Tunes the detected movement or sequence of movements with a stored movement or sequence of movements, d. H. the manipulator is moved by the operator in a manner which is assigned a particular command, this command becomes the controller of the manipulator is issued.
Hierzu ist der Manipulator vorzugsweise nachgiebig ausgestaltet, d. h. durch zur Befehlseingabe vom Bediener manuell auf ihn ausgeübte Kräfte in erkennbarem Maße bewegbar. Dies kann beispielsweise, wie vorstehend beschrieben, durch eine reine Proportional-Positionsregelung mit entsprechend geringen Proportionalitätskonstanten realisiert werden. Gleichermaßen kann ein solch nachgiebiger Manipulator auch kraftgeregelt sein. Hierzu können beispielsweise in seiner Steuerung anhand eines mathematischen Ersatzmodelles die Kräfte errechnet werden, die in seiner aktuellen Stellung Gewichts- und Reibungskräfte gerade kompensieren. Werden diese Kräfte den Kraftregelungen der Motoren des Manipulators als Sollgrößen aufgeschaltet, kann der Manipulator bereits durch relativ geringe Kräfte aus seiner aktuellen Stellung bewegt werden. Eine weitere Möglichkeit, einen Manipulator nachgiebig, d. h. durch die zur Befehlseingabe auf ihn ausgeübten Kräfte, erkennbar bewegbar zu machen, besteht darin, die auf ihn ausgeübten Kräfte zu erfassen und auf diese mit einer entsprechenden Bewegung in Richtung dieser Kräfte und, vorzugsweise, mit einer der Größe der Kräfte entsprechenden Bewegungsgeschwindigkeit zu reagieren.For this the manipulator is preferably compliant, d. H. by manually exerting on it by the operator for command input Forces are noticeably movable. This can For example, as described above, by a pure proportional position control be realized with correspondingly low proportionality constants. Likewise, such a yielding manipulator can be force-controlled. For this purpose, for example, in his Control using a mathematical replacement model the forces be calculated in its current position weight and Just compensate for frictional forces. Will these forces the force control of the motors of the manipulator as setpoints switched on, the manipulator can already by relatively low Forces are moved from his current position. A another way, a manipulator yielding, d. H. by the forces exerted on him to enter the command, To make it recognizably movable is to exercise the same Forces to capture and respond to these with a corresponding Movement in the direction of these forces and, preferably, with one corresponding to the size of the forces Movement speed to respond.
Bei einem solchen nachgiebigen Manipulator führen also die auf ihn zur Befehlseingabe ausgeübten Kräfte zu einer messbaren, vorzugsweise auch vom Bediener erkennbaren Bewegung des Manipulators. Hierdurch erhält der Bediener eine Rückmeldung über die von ihm ausgeübten Kräfte. Insbesondere erkennt er durch eine entsprechende Bewegung des Manipulators in eine erste Bewegungsrichtung, dass er den Manipulator in der ersten Richtung ausreichend bewegt hat, um den dieser abgespeicherten Bewegung zugeordneten Befehl einzugeben. In der Weiterbildung der zweiten Ausführung kann der Bediener dann den Manipulator entsprechend der abgespeicherten Abfolge in die zweite Richtung bewegen, um den mit dieser abgespeicherten Abfolge zugeordneten Befehl einzugeben.at Such a yielding manipulator thus lead the to forces exerted on him to enter the command a measurable, preferably also recognizable by the operator movement of the manipulator. This gives the operator feedback about the forces exercised by him. In particular, recognizes he by a corresponding movement of the manipulator in a first Movement direction that he is the manipulator in the first direction has moved sufficiently to the assigned to this stored movement To enter command. In the development of the second embodiment The operator can then the manipulator according to the stored Move sequence in the second direction to the stored with this Sequence assigned command.
Insbesondere bei nachgiebigen Manipulatoren kann die Bewegung in der ersten bzw. zweiten Richtung eine Bewegung des Manipulators in seinem sogenannten Nullraum sein, i. e. der Menge aller Stellungen oder Posen des Manipulators, die als identisch definierte Endeffektorstellungen realisieren. Ist der Manipulator redundant, i. e. weist mehr Freiheitsgrade, beispielsweise mehr Gelenke auf, als zur Realisierung einer definierten Endeffektorstellung erforderlich, kann ein nachgiebiger Manipulator durch einen Bediener in seinen Glieder bewegt, i. e. in verschiedene Stellungen im Nullraum überführt werden, ohne dass der Endeffektor seine definierte Stellung im kartesischen Raum verändert. Eine solche Bewegung, die die Stellung des Endeffektors und somit beispielsweise eines Arbeitspunktes eines Roboters nicht verändert, ist besonders zur Befehlseingabe geeignet.Especially in yielding manipulators, the movement in the first and second Direction to be a movement of the manipulator in its so-called null space, ie the amount of all positions or poses of the manipulator, which realize as identically defined Endeffektorstellungen. If the manipulator is redundant, ie has more degrees of freedom, for example more joints, than required for realizing a defined end effector position, a yielding manipulator can be moved into its members by an operator, ie transferred to different positions in null space, without the end effector being defined Changed position in the Cartesian area. Such a movement, which does not change the position of the end effector and thus, for example, a working point of a robot, is particularly suitable for command input.
Beispielsweise ist ein sechsachsiger Industrieroboter bezüglich einer Endeffektorstellung, in der die Orientierung seines Endeffektors um die sechste Gelenkachse aufgrund eines symmetrischen Werkzeuges nicht vorgegeben ist, redundant. Hier könnte etwa eine Drehung seines Endeffektors um die sechste Gelenkachse als erste Richtung gewählt werden, so dass eine Drehung des Endeffektors um einen bestimmten Winkel als Bewegung in der ersten Richtung erfasst und mit abgespeicherten Bewegungen, beispielsweise Drehwinkeln verglichen wird, um einen Befehl einzugeben.For example is a six-axis industrial robot re End effector position, in which the orientation of its end effector around the sixth joint axis due to a symmetrical tool is not specified, redundant. Here could be about one Rotation of its end effector about the sixth hinge axis as the first Direction can be chosen, allowing a rotation of the end effector detected by a certain angle as movement in the first direction and compared with stored movements, such as rotation angles is to enter a command.
Ein sieben- oder mehrachsiger Service-Roboter, beispielsweise ein Leichtbauroboter der Baureihe LBR des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, ist bezüglich einer vorgegebenen Lage und Orientierung seines Greifers im kartesischen Raum redundant, so dass hier beispielsweise die Bewegung des Ellbogengelenkes in verschiedene Posen als Bewegung in der ersten Richtung erfasst und mit abgespeicherten Bewegungen verglichen werden kann, um einen Befehl einzugeben.One Seven- or multi-axis service robot, for example a lightweight robot the LBR series of the German Aerospace Center, is relative to a given location and orientation his gripper in Cartesian space redundant, so here for example the movement of the elbow joint in various poses as movement recorded in the first direction and with stored movements can be compared to enter a command.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst eine abgespeicherte Kraft, Bewegung bzw. Abfolge die Größe der Kräfte bzw. Bewegungen, d. h. deren Betrag und/oder Richtung, ihren zeitlichen Verlauf, insbesondere ihre zeitliche Änderung und/oder den zeitlichen Abstand zwischen den Kräften bzw. Bewegungen. So kann beispielsweise eine gespeicherte Bewegung die Geschwindigkeit, i. e. die Änderung der Stellung des Manipulators über der Zeit, die Beschleunigung, i. e. die Änderung der Geschwindigkeit des Manipulators über der Zeit und/oder eine höhere Ableitung nach der Zeit umfassen.In a preferred embodiment of the present invention a stored force, movement or sequence comprises the size the forces or movements, d. H. their amount and / or Direction, its timing, especially its temporal change and / or the time interval between the forces or Movements. For example, a stored movement can Speed, i. e. the change of the position of the manipulator over time, acceleration, i. e. the change of speed of the manipulator over time and / or higher Include derivative by time.
Hierdurch erhöht sich die Anzahl der Befehle, die durch die Abfolge codiert werden können, deutlich. Zusätzlich ist es durch die Berücksichtigung der Größe, des zeitlichen Verlaufs oder des zeitlichen Abstandes vorteilhaft möglich, Kräfte bzw. Bewegungen, die erfindungsgemäß zur Eingabe eines Befehls aufgebracht bzw. ausgeführt werden, von solchen Kräften bzw. Bewegungen zu unterscheiden, die zu anderen Zwecken, beispielsweise zum Heranführen eines Roboters in eine Sollposition im Rahmen einer direkten Programmierung, auf diesen ausgeübt bzw. mit diesem ausgeführt werden.hereby increases the number of commands through the sequence can be coded clearly. In addition is it by considering the size, the time course or the time interval advantageous possible, forces or movements according to the invention for Entering a command applied or executed, to be distinguished from such forces or movements that for other purposes, for example to bring a Robot into a target position as part of direct programming, exercised or executed on this become.
Beispielsweise kann durch mehrmaliges kurzes bzw. rasches Hin- und Herziehen am Endeffektor eines Manipulators, i. e. eine große Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung in einen Eingabemodus umgeschaltet werden, in dem weitere Kräfte bzw. Bewegungen ausschließlich als Befehlseingabe interpretiert werden. Durch nochmaliges kurzes bzw. rasches Hin- bzw. Herziehen des Endeffektors, i. e. wiederum hohe Geschwindigkeiten bzw. Beschleunigungen kann wieder in einen normalen Modus zurückgeschaltet werden, in dem der Endeffektor des Manipulators manuell in Sollpositionen gebracht werden kann.For example can by repeated short or rapid back and forth on the End effector of a manipulator, i. e. a high speed or Acceleration be switched to an input mode in which additional forces or movements exclusively be interpreted as a command input. By another short or rapid pulling of the end effector, i. e. again high Speeds or accelerations can return to normal Mode, in which the end effector of the Manipulator can be placed manually in nominal positions.
Die erste und zweite Kraft- bzw. Bewegungsrichtung müssen sich nicht notwendigerweise voneinander unterscheiden. So kann beispielsweise durch Verdrehen des Endeffektors um 90° in einer Drehrichtung, gefolgt von einer kurzen Pause und einem anschließenden Verdrehen des Endeffektors um weitere 90° in derselben Drehrichtung, ebenfalls ein Befehl eingegeben werden.The first and second force or movement direction must be not necessarily different from each other. For example, through Turning the end effector by 90 ° in one direction of rotation, followed by a short break and a subsequent one Twisting the end effector by another 90 ° in the same Direction of rotation, also a command can be entered.
Vorteilhafterweise sind die den Befehlen zugeordneten abgespeicherten Kräfte, Bewegungen bzw. Abfolgen dabei so gewählt, dass sie bei der normalen Betätigung des Manipulators, beispielsweise bei der direkten Programmierung eines Roboters durch manuelles Verfahren seines Endeffektors im allgemeinen nicht vorkommen. Dies kann beispielsweise durch mehrmaliges Ausüben einer Kraft bzw. Bewegungen des Manipulators in der gleichen bzw. in einander entgegengesetzten Richtungen erfolgen.advantageously, are the stored forces assigned to the commands, Movements or sequences are chosen so that they are at the normal operation of the manipulator, for example at direct programming of a robot by manual method its end effector in general does not occur. This can be, for example by repeatedly exerting a force or movements of the Manipulator in the same or in opposite directions Directions take place.
Die Kraft- bzw. Bewegungsrichtungen können in einem inertial- oder manipulatorfesten Koordinatensystem vorgegeben sein. So kann beispielsweise eine Kraft, die in einer Raumrichtung auf einen Endeffektor eines Manipulators ausgeübt wird, bzw. eine Bewegung des Endeffektors durch den Bediener in dieser Raumrichtung stets als Kraft bzw. Bewegung in der ersten Richtung erfasst werden, unabhängig von der jeweiligen Stellung des Manipulators und der Lage seines Endeffektors. Gleichermaßen kann eine Kraft- bzw. Bewegungsrichtung auch relativ zum Manipulator definiert sein, so dass beispielsweise ein Ziehen am Endeffektor in Richtung seiner Drehachse unabhängig von der Stellung des Manipulators, i. e. unabhängig von der Orientierung der Drehachse des Endeffektors im Raum stets als Kraft bzw. Bewegung in der ersten Richtung erfasst wird.The Force or movement directions can be measured in an inertial or manipulator-fixed coordinate system. So can For example, a force acting in a spatial direction on an end effector a manipulator is exercised, or a movement of the End effector by the operator in this spatial direction always as Force or movement are detected in the first direction, regardless from the respective position of the manipulator and the location of his End effector. Similarly, a force or movement direction also be defined relative to the manipulator, so for example a pulling on the end effector in the direction of its axis of rotation independently from the position of the manipulator, i. e. independent of the orientation of the axis of rotation of the end effector in space always as Force or movement in the first direction is detected.
Allgemein ist es bevorzugt, dass die vorgegebenen Kraft- bzw. Bewegungsrichtungen Bewegungsmöglichkeiten des Manipulators in seinen Gelenken entsprechen. So kann beispielsweise die erste und/oder zweite Richtung durch eine Bewegung des Manipulators in einem Gelenk oder durch koordinierte, zum Beispiel parallele, gegenläufige oder komplementäre Bewegungen des Manipulators in mehreren Gelenken definiert sind, etwa als Drehung q2 eines Manipulatorgliedes um eine Drehgelenkachse oder als Drehungen q3 = 2q2 in zwei aufeinanderfolgenden, parallelen Drehgelenkachsen, durch die eine Gerade im kartesischen Raum abgefahren wird.In general, it is preferred that the predetermined force or movement directions correspond to possibilities of movement of the manipulator in its joints. Thus, for example, the first and / or second direction can be defined by a movement of the manipulator in a joint or by coordinated, for example parallel, opposite or complementary movements of the manipulator in a plurality of joints, such as rotation q 2 of a manipulator member about a pivot axis or as Rotations q 3 = 2q 2 in two consecutive, parallel swivel joint axes through which a straight line in Cartesian space is traversed.
Durch die Abspeicherung und den Vergleich von Kräften bzw. Bewegungen in einer ersten Richtung können Befehle sehr einfach und intuitiv eingegeben werden. Beispielsweise kann das Aufdrücken eines Messtasters einer Koordinatenmessmaschine dem Beginn bzw. Ende einer Messaufzeichnung zugeordnet sein. Dabei ist eine erste Richtung nicht notwendigerweise euklidisch linear. So kann beispielsweise eine erste Richtung auch eine Kreisbahn mit vorgegebener Orientierung im Raum und/oder vorgegebenem Radius sein. Bewegt der Bediener ein Glied eines Roboters auf einer solchen Kreisbahn um eine bestimmte Bogenlänge, beispielsweise π oder 2π, so kann dies einem Befehl, beispielsweise der Auswahl eines Regelmodus' zugeordnet sein.By the storage and comparison of forces or movements in a first direction commands can be very simple and be entered intuitively. For example, pressing a Probe of a coordinate measuring machine the beginning or end of a Be assigned to measurement record. This is a first direction not necessarily Euclidean linear. So, for example a first direction also a circular path with a predetermined orientation be in space and / or given radius. The operator moves a limb a robot on such a circular path around a certain arc length, For example, π or 2π, this may be a command, For example, be assigned to the selection of a rule mode '.
Durch die Abspeicherung und den Vergleich von Abfolgen von Kräften bzw. Bewegungen in einer ersten und einer zweiten Richtung können vorteilhaft ein größeres Befehlslexikon abgebildet und insbesondere Abfolgen mit Befehlen belegt werden, die im normalen Betrieb des Manipulators nicht oder selten vorkommen. Solchen Abfolgen können zusätzlich oder an Stelle von Kräften bzw. Bewegungen in einer ersten Richtung Befehlen zugeordnet werden, um (insbesondere bei Abspeicherung und Vergleich ausschließlich von Kräften bzw. Bewegungen in einer ersten Richtung) ein intuitiv und rasch erlernbares Befehlslexikon zur Verfügung zu stellen, (insbesondere bei Abspeicherung und Vergleich ausschließlich von Kraft- bzw. Bewegungsabfolgen in einer ersten und zweiten Richtung) die Gefahr ungewollter Befehlseingaben durch die zufällige Bewegung bzw. Kraftbeaufschlagung in einer ersten Richtung zu verringern, oder um (insbesondere bei Abspeicherung und Vergleich sowohl von Kräften bzw. Bewegungen in einer ersten Richtung als auch von Kraft- bzw. Bewegungsabfolgen in einer ersten und zweiten Richtung) ein sehr großes Befehlslexikon zur Verfügung zu stellen.By the storage and comparison of sequences of forces or movements in a first and a second direction advantageously a larger command dictionary illustrated and in particular sequences are assigned commands in the normal Operation of the manipulator not or rarely occur. Such sequences may additionally or in place of forces or movements in a first direction are assigned to commands, (especially in case of storage and comparison exclusively of forces or movements in a first direction) intuitive and quickly learnable command dictionary available (especially when storing and comparing exclusively by Force or movement sequences in a first and second direction) the danger of unwanted commands through the accidental To reduce movement or force in a first direction, or (especially when storing and comparing both Forces or movements in a first direction as well of force or movement sequences in a first and second direction) a very large command dictionary available put.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Abfolgen von zwei nacheinander auf den Manipulator ausgeübten Kräften bzw. mit diesem ausgeführten Bewegungen beschränkt. Insbesondere zur Codierung eines noch umfangreicheren Befehlslexikons können entsprechend komplexere Abfolgen abgespeichert sein, so dass zur Eingabe eines Befehls aus einem solchen Befehlslexikon drei oder mehr Kräfte nacheinander in vorgegebener Richtung auf den Manipulator ausgeübt bzw. mit diesem nacheinander drei vorgegebenen Bewegungen ausführen werden müssen.The The present invention is not based on sequences of two consecutively on the manipulator forces or with limited to this executed movements. Especially to encode an even more extensive command lexicon can be done accordingly be stored more complex sequences, so that to enter a Command from such a command dictionary three or more forces one after the other in a predetermined direction on the manipulator exercised or perform three predetermined movements with this successively Need to become.
Um Kräfte bzw. Bewegungen, die zur Eingabe eines Befehls an die Steuerung des Manipulators auf diesen ausgeübt bzw. mit diesem ausgeführt werden, von Anfang an von anderen Kräften, die beispielsweise zufällig und unabsichtlich auf diesen ausgeübt werden oder dem bloßen Bewegen eines nachgiebigen Manipulators dienen, bzw. von Bewegungen, die beispielsweise der Überführung in eine gewünschte Arbeitsstellung des Manipulators dienen, zu unterscheiden, ist in einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ein Führungsgriff vorgesehen, mit dem Kräfte auf den Manipulator ausgeübt werden können bzw. mit dem der Manipulator bewegt werden kann, und der eine Eingabevorrichtung zur Eingabe eines Signals aufweist, mit dem zwischen einem Normalmodus und einem Befehlseingabemodus umgeschaltet wird. Bevorzugt ist ein solcher Führungsgriff fest oder lösbar mit dem Manipulator verbunden, beispielsweise an seinem Endeffektor angeschweißt, -geschraubt oder -gesteckt.Around Forces or movements that are required to enter a command the control of the manipulator applied to this or to be executed with this, from the beginning by others Forces, for example, random and unintentional be exercised on this or the mere moving Serve a yielding manipulator, or of movements that for example, the transfer to a desired Working position of the manipulator serve to distinguish is in a preferred embodiment of the present invention a guide handle provided with the forces on the manipulator can be exercised or with in which the manipulator can be moved, and an input device for inputting a signal with which between a normal mode and a command input mode is switched. Preferred is a such guide handle fixed or detachable with the manipulator connected, for example, welded to its end effector, screwed or plugged.
Im Befehlseingabemodus, in den beispielsweise durch ein-, mehrmaliges oder dauerndes Betätigen der Eingabevorrichtung umgeschaltet werden kann, wird jede auf den Manipulator ausgeübte Kraft bzw. jede mit dem Manipulator ausgeführte Bewegungen als Teil einer Abfolge betrachtet, die zur Eingabe eines Befehls dient. Hingegen werden im Normalmodus auf den Manipulator wirkende Kräfte bzw. mit diesen ausgeführten Bewegungen nicht als zur Befehlseingabe dienend betrachtet. Dies ermöglicht es, die auf den Manipulator wirkenden Kräfte bzw. mit dem Manipulator ausgeführten Bewegungen nur während des Befehlseingabemodus zu erfassen, was verhindert, dass während des Normalmodus, in dem beispielsweise ein Roboter manuell in eine Sollposition geführt wird, unabsichtlich durch eine Kraft- oder Bewegungsabfolge ein Befehl eingegeben wird.in the Command input mode in which, for example, by single, multiple or continuously operating the input device switched every force applied to the manipulator every movement performed with the manipulator as part a sequence that serves to enter a command. On the other hand become forces acting on the manipulator in normal mode or with these executed movements not as for command input considered serving. This allows it to be on the manipulator acting forces or executed with the manipulator Movements only during command input mode to detect what prevents during normal mode, in which, for example a robot is manually guided to a target position, unintentionally a command through a force or sequence of motion is entered.
Gleichermaßen können die auf den Manipulator ausgeübten Kräfte bzw. mit diesem ausgeführten Bewegungen auch dauernd erfasst werden, so dass eine Abfolge, die beispielsweise während einer direkten Programmierung vom Bediener ausgeführt wird, und die mit einer gespeicherten Abfolge übereinstimmt, unabhängig von der Betätigung einer Eingabevorrichtung bzw. dem Umschalten in einen Befehlseingabemodus als Abfolge zur Befehlseingabe erkannt und der zugeordnete Befehl an die Steuerung des Manipulators ausgegeben wird.equally can affect the forces exerted on the manipulator or permanently recorded with this executed movements so that a sequence that, for example, during a direct programming is performed by the operator, and which matches a stored sequence, regardless of the operation of an input device or switching to a command input mode as a sequence to Command input detected and the associated command to the controller of the manipulator is output.
Die Sicherheit der Befehlseingabe kann durch ein zweistufiges Verfahren nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weiter erhöht werden. Hierzu ist vorgesehen, dem Bediener eine Rückmeldung über den durch eine von ihm ausgeübte Kraft bzw. eine von ihm veranlasste Bewegung des Manipulators eingegebenen Befehl zu geben, auf die der Bediener mit einer bestätigenden Eingabe, beispielsweise dem Betätigen einer Eingabeeinrichtung, einer akustischen Antwort oder einer weiteren Befehlseingabe mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens reagieren muss. Nur falls der Befehl vom Bediener bestätigt worden ist, wird der der gespeicherten Kraft, Bewegung bzw. Abfolge zugeordneten Befehl an die Steuerung des Manipulators ausgegeben. Die Rückmeldung kann beispielsweise visuell, etwa durch eine Anzeige, akustisch, etwa durch Ausgabe einer Sprachsequenz, und/oder haptisch, etwa durch Vibrieren des Manipulators, erfolgen. Hierdurch wird die Gefahr versehentlicher Befehlsfehleingaben, etwa aufgrund einer Verwechslung der zugeordneten Abfolgen, reduziert.The security of the command input can be further increased by a two-step process according to a preferred embodiment of the present invention. For this purpose, it is provided to give the operator feedback about the force applied by a force exerted by him or an induced by him movement of the manipulator command to which the operator with a confirming input, such as pressing an input device, an acoustic response or a further command input must respond by means of the method according to the invention. Only if the command has been acknowledged by the operator will the command associated with the stored force, motion or sequence be output to the controller of the manipulator. The feedback can be done, for example, visually, for example by a display, acoustically, for example by outputting a speech sequence, and / or haptically, for example by vibrating the manipulator. This reduces the risk of accidental command error inputs, for example due to a confusion of the associated sequences.
Eine solche Rückmeldung ist insbesondere auch zweckmäßig, um komplexere Befehle stufenweise und sukzessive einzugeben. Häufig soll beispielsweise zu einem bestimmten Befehl eines Roboters, etwa „touch up”, die Stellung des Roboters abgespeichert werden, in der er diesen Befehl ausführen soll. Hierzu kann in einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zunächst der Befehl erfindungsgemäß durch eine Kraft, Bewegung oder Abfolge eingegeben werden. Anschließend wird der Manipulator vom Bediener in die zur Ausführung dieses Befehls vorgesehene Stellung bewegt und diese abgespeichert, wobei die Befehlseingabe und/oder das Erreichen der abzuspeichernden Stellung durch Eingabe eines Signals durch den Bediener, etwa Betätigen oder Loslassen eines Schalters, eingegeben wird. Hierzu kann nach Eingabe des Befehls und/oder Abspeicherung der zugeordneten Stellung des Manipulators eine Rückmeldung, etwa eine visuelle Anzeige oder akustische Meldung ausgegeben werden.A such feedback is particularly useful, to enter more complex commands gradually and successively. Often for example, is supposed to be a particular command of a robot, such as "touch up ", the position of the robot can be stored in he should execute this command. This can be done in one preferred embodiment of the present invention first the command according to the invention by a force, movement or sequence can be entered. Subsequently, the manipulator from the operator to the one provided to execute this command Position moves and these are stored, with the command input and / or reaching the stored position by entering a signal by the operator, such as pressing or releasing a switch is entered. This can be done by entering the command and / or Storing the assigned position of the manipulator a feedback, about a visual display or audible message will be issued.
Die von einem Bediener zur Befehlseingabe ausgeübten Kräfte bzw. ausgeführten Bewegungen stimmen im Allgemeinen nicht exakt mit abgespeicherten Abfolgen, insbesondere bezüglich ihrer Größen, Zeitverläufe oder zeitlichen Abständen, überein. Vorteilhafterweise weisen die abgespeicherten Kräfte, Bewegungen bzw. Abfolgen daher vorgegebene Toleranzfelder auf. Das heißt, wird vom Bediener auf den Manipulator eine Kraft ausgeübt oder mit dem Manipulator eine Bewegung ausgeführt, deren Richtung, Größe, zeitlicher Verlauf oder Abstand zu einer vorher aufgebrachten Kraft bzw. ausgeführten Bewegung sich von der Richtung, Größe, dem zeitlichen Verlauf bzw. dem zeitlichen Abstand einer abgespeicherten Kraft, Bewegung bzw. Abfolge unterscheidet, liegt dieser Unterschied jedoch innerhalb eines vorgegebenen maximalen Bereichs, so ergibt der Vergleich der erfassten und abgespeicherten Kraft bzw. Bewegung eine Übereinstimmung.The forces exerted by an operator to enter a command or executed movements are generally not correct exactly with stored sequences, in particular with respect their sizes, time courses or temporal Intervals, match. Advantageously the stored forces, movements or sequences therefore specified tolerance fields. That is, the operator a force applied to the manipulator or with the manipulator executed a movement whose direction, size, time course or distance to a previously applied force or movement is different from the direction, size, the time course or the time interval of a stored Force, movement or sequence is different, this difference however, within a predetermined maximum range the comparison of the detected and stored force or movement a match.
Besonders vorteilhaft sind hierzu die abgespeicherten Abfolgen in einfache Primitive, beispielsweise Kraft bzw. Bewegung nach oben/unten, links/rechts, vorne/hinten oder dergleichen, aufgeteilt, so dass eine Kraft bzw. Bewegung, die im Wesentlichen nach vorne gerichtet ist, dem Primitiv ”vorne” zugeordnet wird. Durch die Aufeinanderfolge solcher Primitive, beispielsweise ”oben” -> ”rechts”, können dann auch komplexere Befehle bzw. eine entsprechende Befehlsgrammatik zuverlässig eingegeben werden.Especially advantageous for this are the stored sequences in simple Primitive, for example force or movement up / down, left / right, front / rear or the like, split, so that a force or Movement, which is directed essentially forward, assigned to the primitive "front" becomes. By the succession of such primitives, for example "top" -> "right", can then also more complex commands or a corresponding Command grammar are reliably entered.
Gleichermaßen können jedoch auch andere Mustererkennungsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise auf neuronalen Netzen basierende lernende Verfahren, Fuzzy-Verfahren oder andere insbesondere aus der Bildverarbeitung bekannte Mustererkennungsverfahren.equally However, other pattern recognition methods can also be used be based on neural networks, for example Method, fuzzy method or other in particular from image processing known pattern recognition method.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further Objects, features and advantages of the present invention result from the dependent claims and the following embodiments. This shows, partially schematized:
In
Der
Roboter
Im
Ausführungsbeispiel soll der Befehl ”touch up” in
eine Steuerung (nicht dargestellt) des Roboters
Diese Bewegung wird durch Resolver in den vier Bewegungsachsen des Roboters (nicht dargestellt) erfasst. Da eine solche Abfolge rascher orthogonaler Bewegungen üblicherweise bei der direkten Programmierung eines Roboters, d. h. einer manuellen Bewegung seines Endeffektors in gewünschte Sollpositionen, in der Regel nicht vorkommt, ist dieser Bewegungsfolge ”oben” -> ”vorne” der Befehl ”touch up” zugeordnet.These Movement becomes through resolver in the four movement axes of the robot (not shown) detected. As such a sequence more rapidly orthogonal Movements usually in direct programming a robot, d. H. a manual movement of its end effector in desired nominal positions, usually does not occur is this sequence of movements "top" -> "front" of Assigned command "touch up".
Erfindungsgemäß wird
während einer direkten Programmierung des Roboters in einem
Schritt a1) eine erste Bewegung Δy in einer ersten Bewegungsrichtung
y und, daran unmittelbar anschließend, in einem Schritt
a2) eine zweite Bewegung Δz in einer zweiten Bewegungsrichtung
z erfasst (
Um
den akustisch ausgegeben Befehl zu bestätigen, drückt
der Bediener in einem Schritt e) eine Eingabevorrichtung am Führungsgriff
In
einer Abwandlung soll der Befehl ”Anfang CIRC” eingegeben
werden. Für diesen Befehl ist die Bewegungsabfolge ”oben” -> ”kleiner
Kreis” abgespeichert. Dementsprechend führt der
Bediener mittels des Führungsgriffes
In
einer weiteren Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels
sind die Kraftregler des Roboters
Übt
nun der Bediener eine Kraft Fy in y-Richtung auf den Führungsgriff
Nachdem
der Bediener die erste Kraft Fy für eine gewisse Zeit aufgebracht
hat, zieht er an dem Führungsgriff
Der Abfolge Fyi → Fzi einer ersten Kraft Fy in y-Richtung, gefolgt von einer zweiten Kraft Fz in z-Richtung ist ebenfalls der Befehl Bi = ”touch up” zugeordnet. Somit kann durch aufbringen von Kräften auf den Manipulator durch den Bediener auch dann ein Befehl eingegeben werden, wenn der steife Manipulator sich unter diesen Kräften nicht oder nicht erkennbar bewegt.Of the Sequence Fyi → Fzi of a first force Fy in y-direction, followed by a second force Fz in the z direction is also the Assigned command Bi = "touch up". Thus, can by applying forces to the manipulator the operator will be given a command even if the rigid one Do not manipulate yourself under these forces or not noticeably moved.
- 11
- Roboterrobot
- 1.11.1
- Rumpfhull
- 1.21.2
- Oberarmupper arm
- 1.31.3
- Unterarmforearm
- 1.41.4
- Endeffektorend effector
- 22
- Führungsgriffguide handle
- q1, q2 ,... q4q1, q2, ... q4
- Gelenkwinkeljoint angle
- x, y, zx, Y Z
- roboterfestes Koordinatensystemrobot firm coordinate system
- OO
- „(nach) oben”"(to) above"
- VV
- „(nach) vorne”"(to) front "
- LL
- „(nach) links”"(to) Left"
- HH
- „(nach) hinten”"(to) rear "
- RR
- „(nach) rechts”"(to) right"
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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