-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Bewegung eines Roboters.
-
Verfahren zum Erzeugen einer Bewegung eines Roboters entlang einer Bewegungsbahn sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Eine Möglichkeit, die Bewegung des Roboters entlang einer Bewegungsbahn zu erzeugen, ist, die gewünschte Bewegung bzw. den gewünschten Bewegungsablauf des Roboters zu beobachten, während ein zu automatisierender und von dem Roboter durchzuführender Prozess von einer Person durchgeführt wird. Auf Basis dieser Beobachtung wird dann durch einen Experten ein Algorithmus, beispielsweise als Programmcode, programmiert und einer Robotersteuerung zugeführt.
-
Diese Art der Erzeugung der Bewegung des Roboters ist aufwändig und fehleranfällig. Zudem kann bei dieser Art der Erzeugung der Bewegung die Bewegungsbahn an dynamische Randbedingungen des Prozesses, beispielsweise bei wechselnden, zu verbauenden Bauteilen, bei wechselnden räumlichen Bedingungen und/oder dergleichen nur zeitaufwändig angepasst werden. Somit kann das Potential der Automatisierung des Prozesses im Hinblick auf eine Zeit- und Kostenersparnis nur zu einem geringen Teil ausgenutzt werden.
-
Im Gegensatz dazu können sich Personen beispielsweise bei einer manuellen Montage aufgrund ihrer kognitiven Fähigkeiten zeitnah auf sich verändernde Randbedingungen einstellen. Ferner verfügen Personen über ein sich stetig erweiterndes Prozesswissen, welches nicht oder nur sehr aufwändig und teilweise in die geschilderte Art der Erzeugung der Bewegung des Roboters einfließen kann.
-
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung der Bewegungen des Roboters entlang der Bewegungsbahn ist die sogenannte Teach-In-Methode (Einlern-Methode). Derartige Einlern-Methoden sind beispielsweise den Dokumenten „Raun, M.: Handbuch Robotik; Programmieren und Einsatz intelligenter Roboter, Berlin-Heidelberg: Springer Verlag, 2007" sowie „Hesse, S. (Hg.); Malisa, V. (Hg.): Taschenbuch; Robotik – Montage – Handhabung, München: Carl Hanser Verlag, 2010" zu entnehmen. Dabei wird der Roboter, insbesondere sein Roboterarm, beispielsweise mittels einer Steuerkonsole zu gewünschten Positionen einer Bewegungsbahn, entlang welcher der Roboter zu bewegen ist, bewegt. Die so angesteuerten Punkte bzw. deren Koordinaten in einem vorgebbaren Koordinatensystem werden in der Robotersteuerung erfasst. Dieser Schritt wird solange wiederholt, bis der gesamte Arbeitszyklus durchlaufen ist. Der Programmablauf besteht darin, dass der Roboter autonom die gespeicherten Punkte anfährt. Für die Bewegung zwischen den einzelnen Punkten können Parameter wie die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung eingestellt werden. Bei einigen Robotern ist auch eine Angabe der notwendigen Genauigkeit möglich. Jedoch ist auch diese Methode nur bedingt an die dynamischen Randbedingungen anpassbar. Ferner kann das Prozesswissen von Personen nicht oder nur bedingt einfließen.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen einer Bewegung eines Roboters entlang einer Bewegungsbahn bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen einer Bewegung eines Roboters entlang einer Bewegungsbahn wird wenigstens ein Erfassungselement manuell, d. h. von einer Person, an vorgebbare Positionen der Bewegungsbahn, entlang welcher der Roboter zu bewegen ist, bewegt.
-
Dabei werden die Positionen mittels des Erfassungselements als Referenzpunkte der Bewegungsbahn bezogen auf ein vorgebbares Koordinatensystem erfasst. Anhand der Referenzpunkte wird die Bewegungsbahn ermittelt. Die Bewegungsbahn liegt somit in dem vorgebbaren Koordinatensystem vor, so dass der Roboter die Bewegungsbahn abfahren und sich entlang der Bewegungsbahn bewegen kann.
-
Bei dem Verfahren wird ferner wenigstens eine vom Roboter auszuübende Kraft und/oder wenigstens ein vom Roboter auszuübendes Drehmoment an wenigstens einer der Positionen mittels des Erfassungselements erfasst. Die Kraft bzw. das Drehmoment ist beispielsweise auf ein vom Roboter zu bewegendes und zu montierendes Bauteil auszuüben.
-
Die erfasste Kraft und/oder das erfasste Drehmoment wird dann dem zu der wenigstens einen Position gehörenden Referenzpunkt zugeordnet. Mit anderen Worten wird die erfasste Kraft bzw. das erfasste Drehmoment mit der Position und somit mit dem zu dieser Position gehörenden Referenzpunkt, an welcher bzw. an welchem die Kraft und/oder das Drehmoment auszuüben ist, überlagert.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren führt eine Person einen zu automatisierenden und vom Roboter durchzuführenden Prozess manuell durch, wobei diese Durchführung mittels des Erfassungselements erfasst wird. Dabei werden nicht nur die Positionen erfasst und daraus die zugehörigen Referenzpunkte ermittelt. Es werden auch die von der Person ausgeübten und die vom Roboter auszuübenden Kräfte und/oder Drehmomente erfasst und den Positionen bzw. den Referenzpunkten zugeordnet. Dadurch kann eine besondere präzise. Bewegung des Roboters entlang der Bewegungsbahn auf einfache, zeit- und kostengünstige Weise erzeugt werden, so dass das Potential der Automatisierung des Prozesses, insbesondere hinsichtlich der Einsparung von Zeit und Kosten, zumindest zu einem sehr großen Teil ausgeschöpft werden kann.
-
Ferner ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die Bewegungsbahn, d. h. den Bewegungsablauf des Roboters an sich ändernde Rahmenbedingungen, beispielsweise an unterschiedliche, zu montierende und/oder zu bewegende Bauteile und/oder an unterschiedliche, räumliche Gegebenheiten anzupassen und zu adaptieren.
-
Dazu wird der Prozess von der Person durchgeführt. Somit ist es auch möglich, dass die kognitiven Fähigkeiten und das Prozesswissen der Person in die Erzeugung der Bewegung des Roboters einfließen können, so dass automatisierte Abläufe zeitnah anzupassen sind und stets hoch produktiv sind. Mit anderen Worten ermöglicht die Erfindung eine schnelle und zeitnahe Anpassung von automatisierten Abläufen, so dass flexibel auf neue Randbedingungen reagiert werden kann. So kann auch bei einem sehr dynamischen Umfeld stets eine sehr hohe Produktivität gewährleistet werden, woraus eine verbesserte Wirtschaftlichkeit von Montage und Produktion resultieren.
-
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird als der Roboter ein Leichtbauroboter verwendet. Unter Leichtbauroboter ist hierbei ein Roboter zu verstehen, der ein sehr geringes Eigengewicht und eine sehr präzise Steuerung, insbesondere Kraftsteuerung, aufweist. Bei einem Leichtbauroboter handelt es sich insbesondere um einen kraftsensitiven Leichtbauroboter, welcher eine prozesssichere und schnelle Durchführung des Prozesses ermöglicht. Der Leichtbauroboter weist dabei Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensoren auf, mittels welchen die Kraft und/oder das Drehmoment gemessen werden können. Da solche Messungen sehr genau durchgeführt werden können, können die Positionen und die zugehörigen Referenzpunkte besonders präzise erfasst werden.
-
Durch Verwendung der Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensoren des Leichtbauroboters zum Erfassen der Kraft und/oder des Drehmoments werden somit Erfassungselemente des Roboters verwendet, so dass die Kraft und/oder das Drehmoment mittels des Leichtbauroboters, d. h. intern, den Referenzpunkten zugeordnet und entsprechend auf das vorgebbare Koordinatensystem bezogen werden können. Mit anderen Worten ist es auf einfache Weise möglich, die an der wenigstens einen Position ausgeübte Kraft und/oder das an der wenigstens einen Position ausgeübte Drehmoment auf das vorgebbare Koordinatensystem zu transformieren, wobei es sich beispielsweise um ein Basiskoordinatensystem des Leichtbauroboters handelt.
-
Durch das erfindungsgemäße Erzeugen der Bewegung können Schnittstellen entfallen. Ferner sind keine Experten zum Programmieren des Roboters vorgesehen und vonnöten. Vielmehr kann das Erzeugen der Bewegung von anderweitigen, auf den Prozess und nicht etwa auf die Programmierung von Robotern spezialisierten Personen durchgeführt werden.
-
Das Erfassungselement zum Erfassen der Positionen ist beispielsweise ein Datenhandschuh, in welchem eine Hand der die Bewegung erzeugenden Person angeordnet ist und welcher von der Person an die vorgebbaren Positionen der Bewegungsbahn bewegt wird. Dadurch ist die Bewegung auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise zu erzeugen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die vom Roboter auszuübende Kraft und/oder das vom Roboter auszuübende Drehmoment bezogen auf wenigstens einen Punkt eines an einem Roboterarm des Roboters angeordneten Werkzeugs erfasst. Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass die vom Roboter auszuübende Kraft und/oder das vom Roboter auszuübende Drehmoment auf wenigstens eine Bewegungsachse, entlang und/oder um welche der Roboter bewegbar ist, und/oder auf wenigstens einen weiteren Punkt des Roboters transformiert wird. Dies ist insbesondere mittels der Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensoren des Leichtbauroboters möglich. Dadurch kann ausgehend von dem Punkt am Werkzeug, welcher ein Werkzeugmittelpunkt (TCP – Tool Center Point) sein kann, berechnet werden, welche Kräfte und/oder Drehmomente an anderweitigen Punkten und/oder Achsen des Roboters wirken müssen bzw. auszuüben sind, damit beispielsweise auf ein am Werkzeug angeordnetes Bauteil die erfasste Kraft und/oder das erfasste Drehmoment auch tatsächlich ausgeübt wird. So ist eine besonders präzise Abbildung des manuellen Prozessablaufs auf den automatisierten und durch den Roboter durchzuführenden Prozessablauf möglich.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Perspektivansicht eines Leichtbauroboters zur automatisierten Durchführung eines Prozesses, wobei zur automatisierten Durchführung des Prozesses eine Bewegung des Leichtbauroboters entlang einer Bewegungsbahn zu erzeugen ist; und
-
2 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Erzeugung der Bewegung des Leichtbauroboters gemäß 1 entlang der Bewegungsbahn.
-
1 zeigt einen Roboter, welcher ein Leichtbauroboter 10 ist. Der Leichtbauroboter 10 umfasst eine Basis 12, an welcher ein Roboterarm 14 des Leichtbauroboters 10 angeordnet ist. Der Roboterarm 14 umfasst eine Mehrzahl von Armgliedern 16, welche entlang und/oder um jeweilige Achsen relativ zueinander bewegbar.
-
Das bezogen auf die Bildebene von 1 unterste, mit der Basis 12 direkt verbundene Armglied 16 kann beispielsweise um eine Drehachse relativ zur Basis 12 gedreht werden. Am ausgehend von der Basis 12 letzten Armglied 16 ist ein Werkzeugkopf 18 gehalten, an welchem ein Werkzeug befestigbar ist. Das Werkzeug dient beispielsweise zum Greifen von Bauteilen, so dass der Leichtbauroboter 10 beispielsweise eine Montage des Bauteils an einem korrespondierenden Halteelement eines Kraftwagens automatisiert durchführen kann. Der Leichtbauroboter 10 kann beispielsweise auch anderweitige Prozesse, beispielsweise Prüfprozesse, durchführen.
-
Zur automatisierten Durchführung der entsprechenden Prozesse ist der Leichtbauroboter 10 entlang einer Bewegungsbahn zu bewegen, so dass der Leichtbauroboter 10 beispielsweise das Bauteil über das Werkzeug entlang der Bewegungsbahn bewegen kann. Diese Bewegungsbahn und somit die Bewegung des Leichtbauroboters 10 entlang der Bewegungsbahn ist jedoch zunächst zu erzeugen und beispielsweise in einer Robotersteuerung zu hinterlegen.
-
2 dient nun zur Veranschaulichung der Erzeugung der Bewegung des Leichtbauroboters 10 entlang der vorgebbaren Bewegungsbahn. Die Erzeugung der Bewegung wird vorliegend anhand einer Montage eines ersten Rohrelements 20 an einem korrespondierenden, zweiten Rohrelement 22 erläutert.
-
Zum Erzeugen der Bewegung wird als Erfassungselement ein Datenhandschuh verwendet. Zur Erzeugung der Bewegung wird die Montage von einer Person 24 durchgeführt, welche den Datenhandschuh anzieht.
-
Im Rahmen der manuellen Durchführung der Montage des ersten Rohrelements 20 am zweiten Rohrelement 22 wird der Datenhandschuh von der Person 24 an vorgebbare Positionen der zu erzeugenden Bewegungsbahn bewegt. Mittels des Datenhandschuhs werden die Positionen als Referenzpunkte der Bewegungsbahn bezogen auf vorgebbares Koordinatensystem mittels des Datenhandschuhs erfasst. Anhand der erfassten Referenzpunkte wird die Bewegungsbahn ermittelt.
-
Darüber hinaus wird mittels des Datenhandschuhs an den Positionen von der Person 24 auf das erste Rohrelement 20 ausgeübte Kräfte und/oder Drehmomente, die bei der automatisierten Durchführung vom Leichtbauroboter 10 auf das erste Rohrelement 22, auszuüben sind, erfasst. Die erfassten Kräfte und/oder Drehmomente werden den Referenzpunkten zugeordnet. Mit anderen Worten werden die erfassten Kräfte und/oder Drehmomente mit den Referenzpunkten überlagert.
-
2 zeigt ein Diagramm 26, auf dessen Abszisse 28 die Zeit zur Durchführung der Montage (des Prozesses) aufgetragen ist. Auf der Ordinate 30 des Diagramms 26 sind beispielsweise die Kräfte und/oder Drehmomente aufgetragen, welche an den entsprechenden Positionen bzw. Referenzpunkten von der Person 24 auf das erste Rohrelement 20 ausgeübt werden und welche entsprechend vom Leichtbauroboter 10 auf das erste Rohrelement 20 auszuüben sind. Verläufe 32, 34 charakterisieren dabei die Verläufe der Kräfte und/oder Drehmomente während der Montage.
-
Der Leichtbauroboter 10 weist interne oder externe Kraft- und/oder Weg- und/oder Drehmomentsensoren auf, so dass der Leichtbauroboter 10, welcher auch als Manipulator bezeichnet wird, Prozesse positions- und kraftgeregelt durchführen kann.
-
Dies kann nun genutzt werden, indem die erfassten Referenzpunkte und die mit diesen überlagerten Kräften und/oder Drehmomenten dem Leichtbauroboter 10 bzw. einer zugehörigen Robotersteuerung zugeführt werden. So ist es möglich, dass der Leichtbauroboter 10 das erste Rohrelement 20 nicht nur an die erfassten Positionen bzw. Referenzpunkte bewegt, sondern auch die entsprechend erfassten Kräften und/oder Drehmomente auf das erste Rohrelement 20 an dieser Position ausüben kann.
-
So ist es möglich, die Positionen des ersten Rohrelements 20 bei der manuellen Montage eindeutig auf die Positionen des ersten Rohrelements 20 bei der automatisierten und durch den Leichtbauroboter 10 durchgeführten Montage abzubilden.
-
Die mittels des Datenhandschuhs erfassten Positionen und Kräfte und/oder Drehmomente beziehen sich beispielsweise auf einen Punkt des Werkzeugs. Durch entsprechende Transformation können die Positionen als die Referenzpunkte sowie die Kräfte und/oder Drehmomente auf das vorgebbare Koordinatensystem, welches beispielsweise ein Basis-Koordinatensystem des Leichtbauroboters 10 ist, transformiert werden.
-
So können entlang der jeweiligen Achsen des Leichtbauroboters 10 wirkende Kräfte und/oder um die jeweiligen Achsen wirkende Drehmomente ermittelt werden, so dass das erste Rohrelement 20 bei der automatisierten Durchführung durch den Leichtbauroboter 10 auch tatsächlich mit den Kräften und/oder Drehmomenten beaufschlagt wird, mit welchen das erste Rohrelement 20 auch bei der manuellen Montage beaufschlagt wird bzw. wurde.
-
Alternativ oder zusätzlich zu dem Datenhandschuh können zum Erfassen der Positionen auch anderweitige, taktile Sensoren und/oder Kraft- und/oder Drehmomentsensoren verwendet werden, welche die Überlagerung mit den erfassten Positionen ermöglichen.
-
Durch diese Art der Erzeugung der Bewegung des Leichtbauroboters 10 kann die Bewegungsbahn einfach, schnell und somit kostengünstig ermittelt sowie an sich verändernde Randbedingungen angepasst werden. Ferner ist es möglich, neben diesem ersten Einlernen des Leichtbauroboters 10 alternative Strategien einzulernen, die im Falle einer Abweichung von der eingelernten Soll-Bewegungsbahn genutzt werden können.
-
Diese Art der Erzeugung der Bewegung des Leichtbauroboters 10 ermöglicht es insbesondere, den Leichtbauroboter 10 (Manipulator) anstelle von Programmcode mit den erfassten Drehmomenten und/oder Kräften und mit den zugehörigen Referenzpunkten zu speisen, wodurch auch kognitive Fähigkeiten sowie Prozesswissen der Person 24 in die Bewegungsbahn einfließen können. So können Prozesse stets hochproduktiv durchgeführt und zeitnah durch Personen angepasst werden. Manipulatoren sind somit besonders schnell einsatzbereit, da die Erzeugung der Bewegungsbahn sowie anderweitiger Bewegungsbahnen durch Personen vor Ort und sehr effizient erfolgen kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- „Raun, M.: Handbuch Robotik; Programmieren und Einsatz intelligenter Roboter, Berlin-Heidelberg: Springer Verlag, 2007” [0005]
- „Hesse, S. (Hg.); Malisa, V. (Hg.): Taschenbuch; Robotik – Montage – Handhabung, München: Carl Hanser Verlag, 2010” [0005]
