DE102013102651A1

DE102013102651A1 - System and method for absolute calibration of a manipulator

Info

Publication number: DE102013102651A1
Application number: DE102013102651.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Riesner; Boris Vaksic; Martin Eder
Original assignee: ROBOTICS Tech LEADERS GmbH
Current assignee: ROBOTICS Tech LEADERS GmbH
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System und Verfahren zur Absolutkalibrierung eines Manipulators zu schaffen, welche im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstigere sowie einfachere Integration bzw. Durchführbarkeit ermöglicht. Das erfindungsgemäße System (10) und Verfahren zur Absolutkalibrierung eines Manipulators (20) sieht vor, dass für die Kalibrierung des Manipulators (20) eine 6D Vermessung eines ersten Kalibriermittels (30) über eine Messvorrichtung (60) realisiert ist, die aus einem auf einer Zusatzachse (80) verfahrbaren 2D Laserscanner (70) besteht. Ferner soll in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems (10) ein Manipulator (20) gegenüber seinem Umfeld bzw. gegenüber einer entsprechenden Manipulatorzelle (110) unter Verwendung mindestens eines weiteren zweiten Kalibriermittels (100) kalibriert werden können. Dabei wird das erste Kalibriermittel (30) am Flansch (40) des Manipulators (20) fixiert und das weitere zweite Kalibriermittel (100) an der Manipulatorzelle (110) angebracht. Mittels einer einzigen Messvorrichtung (60), welche sowohl das erste als auch das zweite Kalibriermittel (30, 100) erfassen kann, erfolgt die gegenseitige Kalibrierung. System und Verfahren zur Verwendung vorzugsweise im Bereich der industriellen Automation.The object of the invention is to provide a system and method for the absolute calibration of a manipulator which, compared to the prior art, enables cheaper and simpler integration or feasibility. The system (10) and method according to the invention for absolute calibration of a manipulator (20) provides that for the calibration of the manipulator (20) a 6D measurement of a first calibration means (30) is carried out via a measuring device (60) which consists of one on a Additional axis (80) movable 2D laser scanner (70). In an advantageous embodiment of the system (10), a manipulator (20) should be able to be calibrated with respect to its surroundings or with a corresponding manipulator cell (110) using at least one further second calibration means (100). The first calibration means (30) is fixed to the flange (40) of the manipulator (20) and the further second calibration means (100) is attached to the manipulator cell (110). The mutual calibration is carried out by means of a single measuring device (60) which can detect both the first and the second calibration means (30, 100). System and method for use preferably in the field of industrial automation.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Absolutkalibrierung eines Manipulators. The invention relates to a system and method for absolute calibration of a manipulator.

Bei der Automatisierung von Abläufen in der Industrie werden häufig Manipulatoren wie etwa Industrieroboter eingesetzt. Um Objekte an einem Ort aufzunehmen bzw. an einem Ort abzulegen, werden Informationen zur relativen Position des Aufnahmewerkzeugs des Roboters bzgl. des aufzunehmenden Objekts benötigt. Dabei spielt die Flexibilität des Gesamtsystems eine wesentliche Rolle. Immer häufiger werden in industriellen Applikationen sensorgeführte Manipulatoren verwendet oder CAD-basierte Trajektorien mit den Manipulatoren abgefahren, um beispielsweise entlang von Konturen eines vorher bekannten Bauteils Bearbeitungen vorzunehmen. Ferner spielt aus Sicht einer wirtschaftlichen Inbetriebnahme eines industriellen Systems die sogenannte Virtuelle Inbetriebnahme eine immer größer werdende Rolle. Selbsterklärend ist innerhalb solcher Virtuellen Inbetriebnahmen ebenfalls Information bzgl. relativer Positionierung von Systemeinheiten relevant. When automating processes in the industry manipulators such as industrial robots are often used. In order to record or store objects in one place, information about the relative position of the robot's picking tool with respect to the object to be recorded is needed. The flexibility of the overall system plays an essential role here. Sensor-controlled manipulators are increasingly being used in industrial applications or CAD-based trajectories have been traversed with the manipulators in order, for example, to carry out machining operations along contours of a previously known component. Furthermore, from the point of view of economic startup of an industrial system, so-called virtual commissioning plays an ever-increasing role. Self-explanatory within such virtual commissioning is also relevant information regarding the relative positioning of system units.

Sofern während des Betriebs des Manipulators Kollisionen mit anderen Objekten, mit einer Manipulatorzelle oder gar mit dem Manipulator selbst auftreten, müssen diese relativen Positionen bzw. Orientierungen neu eingestellt werden. Gleichermaßen muss ein Manipulator ggf. nach Veränderungen bzw. Umbauten an der Manipulatorzelle, beispielsweise bei Positionsänderungen von Förderbändern, die ein Manipulator bedienen soll, neu gegenüber der Manipulatorzelle eingemessen werden. Üblicherweise sind Industrieroboter ab Werk vorkalibriert, so dass das System Roboter für sich eingemessen ist und damit eine Positionierung im Raum über programmierbare Fahrbefehle möglich ist, wobei die Positionierung relativ zum Basiskoordinatensystem des Roboters umgesetzt wird. Diese werksseitige Kalibrierung umfasst relevante Daten der Kinematik des Roboters bzw. insbesondere dessen Denavit-Hartenberg Parameter. Kalibriersysteme für Roboter sowie auch für deren Roboterzellen, die eine gegenseitige Referenzierung zwischen Roboter, seiner Umgebung bzw. den zu bewegenden Objekten ermöglichen, nutzen wahlweise absolute oder relative Verfahren unter Verwendung entsprechender Vorrichtungen. If, during operation of the manipulator, collisions occur with other objects, with a manipulator cell or even with the manipulator itself, these relative positions or orientations must be readjusted. Likewise, if necessary, a manipulator must be newly measured relative to the manipulator cell after changes or conversions to the manipulator cell, for example in the case of position changes of conveyor belts which a manipulator is to operate. Usually, industrial robots are precalibrated at the factory, so that the system robot is measured for itself and thus a positioning in space on programmable driving commands is possible, the positioning is implemented relative to the base coordinate system of the robot. This factory calibration includes relevant data of the kinematics of the robot or in particular its Denavit-Hartenberg parameters. Calibration systems for robots as well as for their robot cells, which allow a mutual referencing between robot, its environment or the objects to be moved, use either absolute or relative methods using appropriate devices.

Im einfachsten Fall kann ein relatives Verfahren zur Kalibrierung eines Manipulators gegenüber seiner Arbeitsumgebung so aussehen, dass für die gegenseitige Einmessung lediglich der Roboter selbst und keinerlei zusätzliche Sensorik oder Aktorik verwendet wird. Die Basis des Roboters sowie die aufzunehmenden Objekte befinden sich üblicherweise an einer festen Position. Mit einem Teachpendant wird der Roboter manuell gesteuert an die zur Aufnahme bzw. Ablage von Objekten relevanten Positionen bewegt bzw. die Bahn dazwischen anhand definierter Teachpunkte festgelegt. Dieses Verfahren wird auch als sogenanntes Teach-In-Verfahren bezeichnet, welches den Roboter nicht als solchen kalibriert, sondern lediglich einen Zusammenhang zwischen der Kinematik des Roboters und seiner Umgebung realisiert. Die angefahrenen Positionen können abgespeichert und vom Roboter meist mit sehr hoher Wiederholgenauigkeit erneut erreicht werden. In the simplest case, a relative method for calibrating a manipulator with respect to its working environment can be such that only the robot itself and no additional sensors or actuators are used for the mutual measurement. The base of the robot and the objects to be picked up are usually at a fixed position. With a teach pendant, the robot is moved manually to the positions relevant for recording or depositing objects, or the path between them is defined using defined teach points. This method is also referred to as a so-called teach-in method, which does not calibrate the robot as such, but merely realizes a connection between the kinematics of the robot and its surroundings. The approached positions can be saved and usually reached again by the robot with very high repeatability.

Bei im Vergleich zu dem im vorherigen Abschnitt erwähnten Verfahren können in fortgeschrittenen Varianten zusätzliche Sensoren Verwendung finden, welche die zu handhabenden Objekte bzw. die den Roboter umgebende Roboterzelle positionsmäßig gegenüber dem Roboter einmessen können. Häufig werden dabei optische Sensoren wie etwa Laserscanner oder Kameras mit einer entsprechenden Verarbeitungseinheit integriert. Durch entsprechende Implementierung ist es möglich, Bewegungsabläufe des Roboters zu automatisieren. When compared to the method mentioned in the previous section, additional sensors can be used in advanced variants, which can measure the objects to be handled or the robot cell surrounding the robot positionally relative to the robot. Frequently, optical sensors such as laser scanners or cameras are integrated with a corresponding processing unit. Through appropriate implementation, it is possible to automate movements of the robot.

Absolute Kalibrierverfahren für Roboter als solche, d.h. die Vermessung der relevanten mechanischen bzw. geometrischen Parameter, basieren nach dem Stand der Technik auf der räumlichen Einmessung eines speziell auf dem Roboterflansch montierten Kalibrierwerkzeugs gegenüber einem inertial fixierten Messsystem außerhalb des Roboters. Hierbei kann das Kalibrierwerkzeug beispielsweise selbst mit Sensorik behaftet sein, wohingegen das inertiale System aus einer oder mehrerer passiver Kalibrierkugeln besteht. Eine kommerziell verfügbare Ausprägungsvariante stellt etwa das Robot Optimization System der Firma Teconsult, Bayreuth, dar, bei welchem zwei zueinander in einem bestimmten Winkel stehende Digitalkameras incl. Beleuchtungseinheiten auf dem Roboterflansch montiert werden, während eine Kalibrierkugel intertial fest im Raum positioniert ist. Das Arrangement eines solchen Systems kann auch umgedreht werden, indem am Roboterflansch eine Kalibrierkugel fixiert wird, die einer inertialen Vorrichtung mit zueinander in bestimmten Winkeln angeordneten Laserscannern zugeführt wird. Ein Beispiel für eine solche Ausführungsform ist das ebenfalls kommerziell verfügbare Laserlab Kalibriersystem der Firma Wiest AG, Neusäß, wobei hier das inertiale Messsystem aus einem fünfeckigen Sensorsystem mit 5 Laser-Triangulationssensoren besteht. Absolute calibration methods for robots as such, i. the measurement of the relevant mechanical or geometric parameters are based on the prior art on the spatial measurement of a specially mounted on the robot flange calibration tool against an inertially fixed measuring system outside the robot. In this case, for example, the calibration tool itself may be subject to sensor technology, whereas the inertial system consists of one or more passive calibration balls. A commercially available version variant represents about the Robot Optimization System of the company Teconsult, Bayreuth, in which two mutually standing at a certain angle digital cameras including lighting units are mounted on the robot flange, while a calibration ball is intertial firmly positioned in space. The arrangement of such a system can also be reversed by fixing on the robot flange a calibration ball which is fed to an inertial device with laser scanners arranged at certain angles relative to each other. An example of such an embodiment is the likewise commercially available Laserlab calibration system from Wiest AG, Neusäß, where the inertial measuring system consists of a pentagonal sensor system with 5 laser triangulation sensors.

Ferner werden beispielsweise in der DE10153049B4 ein 3D-Koordinationssystem sowie in der DE102007020604A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen Positionsbestimmung offenbart, welche die Prinzipien im zuvor genannten Laserlab Kalibriersystem näher spezifizieren. Further, for example, in the DE10153049B4 a 3D coordination system as well as in the DE102007020604A1 discloses a non-contact position determination apparatus and method which further specify the principles in the aforementioned Laserlab calibration system.

Alle genannten Systeme aus dem Stand der Technik weisen den Nachteil auf, dass zur Kalibrierung jeweils nur ein Kalibriermittel verwendet wird, welches entweder am Manipulator fixiert oder ortsfest im Raum installiert wird, beispielsweise an einer Manipulatorzelle. Damit wird lediglich eine Vermessung des Manipulators selbst oder eine Vermessung einer Manipulatorzelle gegenüber dem Manipulator realisiert, jedoch nicht beides zugleich. All mentioned prior art systems have the disadvantage that only one calibration means is used for calibration, which is either fixed on the manipulator or fixedly installed in the room, for example on a manipulator cell. Thus, only a measurement of the manipulator itself or a measurement of a manipulator cell relative to the manipulator is realized, but not both at the same time.

Sofern beispielsweise der Manipulator während seiner Verfahrbewegungen gegen die Manipulatorzelle kollidiert und damit seine eigene Kalibrierung sowie seine Kalibrierung gegenüber der Manipulatorzelle verliert, ist zur Abhilfe sowohl eine Kalibrierung des Manipulators als auch eine Kalibrierung des Manipulators gegenüber der Manipulatorzelle notwendig. Da bei solchen Kollisionen nicht verhindert werden kann, dass sich der Manipulator in seiner mechanischen Struktur verändert bzw. auch nicht ausgeschlossen werden kann, dass die Basis bzw. der Sockel des Manipulators sich in seiner Struktur verändert, müssen nach dem Stand der Technik wie zuvor dargelegt mehrere Kalibrierungen durchgeführt werden. Selbst wenn sich lediglich durch Umbaumaßnahmen an der Manipulatorzelle begründet Positionen von Teilen der Manipulatorzelle verändern, beispielsweise Positionen von Förderbändern, welche der Manipulator erreichen muss, ist zwar nur eine Neukalibrierung des Manipulators gegenüber der Manipulatorzelle notwendig, jedoch bedeuten solche Kalibrierungen erheblichen finanziellen und zeitlichen Aufwand, insbesondere wenn Umbauten häufiger vonstattengehen. If, for example, the manipulator collides during its movement movements against the manipulator cell and thus loses its own calibration as well as its calibration relative to the manipulator cell, both a calibration of the manipulator and a calibration of the manipulator with respect to the manipulator cell are necessary for the remedy. Since in such collisions can not be prevented that the manipulator in its mechanical structure changed or can not be ruled out that the base or the base of the manipulator changes in its structure, must be set forth in the prior art as previously several calibrations are performed. Even if only due to modification of the manipulator cell justified positions of parts of the manipulator change cell, for example, positions of conveyor belts, which must reach the manipulator, while only a recalibration of the manipulator relative to the manipulator cell is necessary, but such calibrations mean considerable financial and time, especially when conversions happen more often.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur Absolutkalibrierung eines Manipulators zu schaffen, welche im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstigere sowie einfachere Integration bzw. Durchführbarkeit ermöglicht. Insbesondere soll mit wenig Aufwand zuverlässig eine absolute Kalibrierung des Manipulators selbst sowie optional zusätzlich eine Kalibrierung des Manipulators gegenüber einer Manipulatorzelle mittels einer einzigen Vorrichtung bzw. eines einzigen Verfahrens realisiert werden. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens ist, dass im Falle von Kollisionen des Manipulators mit anderen Objekten oder mit sich selbst eine einfache Nachkalibrierung sowohl des Manipulators selbst als auch eine Nachkalibrierung des Manipulators gegenüber seiner Manipulatorzelle möglich ist. Dabei spielt es keine Rolle, ob die mechanische Struktur des Manipulators oder die mechanische Struktur seines Unterbaus bzw. seines Manipulatorsockels durch die Kollision verändert wurde. The invention has for its object to provide a system and a method for absolute calibration of a manipulator, which allows more cost-effective and easier integration or feasibility compared to the prior art. In particular, an absolute calibration of the manipulator itself and, optionally, additionally a calibration of the manipulator with respect to a manipulator cell by means of a single device or a single method should be realized with little effort. The essential advantage of the system and method according to the invention is that in the case of collisions of the manipulator with other objects or with itself a simple recalibration of both the manipulator itself and a recalibration of the manipulator with respect to its manipulator cell is possible. It does not matter whether the mechanical structure of the manipulator or the mechanical structure of its substructure or its manipulator base was changed by the collision.

Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein korrespondierendes Verfahren mit den in Anspruch 11 dargelegten Schritten gelöst. This object is achieved by a system having the features of claim 1 and by a corresponding method having the steps set forth in claim 11.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen dargelegt. Advantageous embodiments and further developments of the invention are set forth in the respective subclaims.

Das erfindungsgemäße System und Verfahren zur Kalibrierung eines Manipulators sieht vor, dass für die Kalibrierung des Manipulators eine Messvorrichtung verwendet wird, welche einen 2D Laserscanner umfasst, der auf einer Zusatzachse bewegbar ist und ein vorzugsweise am Flansch des Manipulators fixiertes erstes Kalibriermittel erfassen kann, welches bei Bewegungen des Manipulators entsprechend mitgeführt wird. Durch Umpositionieren des ersten Kalibriermittels innerhalb des Messvolumens des auf der Zusatzachse verfahrbaren 2D Laserscanners und erneutes Vermessen des ersten Kalibriermittels kann eine absolute Kalibrierung des Manipulators bewerkstelligt werden. Das Vermessen erfolgt hierbei jeweils in 6 räumlichen Dimensionen, d.h. dass sowohl die Erfassung aller 3 räumlichen Positionen im Raum als auch aller möglichen Rotationen im Raum innerhalb einer 6D Vermessung erfolgen kann. Dabei ist es für die Kalibrierung nötig, dass der Manipulator über Achssensoren verfügt und dass auf die Messwerte der Achssensoren des Manipulators während seiner Bewegung zugegriffen können werden muss. In der Regel bestehen solche Achssensoren aus Winkelencodern bei Rotationsachsen oder aus linearen Messsystemen im Falle von Linearachsen. The inventive system and method for calibrating a manipulator provides that for the calibration of the manipulator, a measuring device is used, which comprises a 2D laser scanner, which is movable on an additional axis and can detect a preferably fixed to the flange of the manipulator first calibration, which at Movements of the manipulator is carried accordingly. By repositioning the first calibration means within the measurement volume of the 2D laser scanner movable on the additional axis and re-measuring the first calibration means, an absolute calibration of the manipulator can be accomplished. The measurement takes place in each case in 6 spatial dimensions, i. that both the detection of all three spatial positions in space as well as all possible rotations in space can take place within a 6D measurement. It is necessary for the calibration that the manipulator has axle sensors and that the measured values of the axis sensors of the manipulator must be accessible during its movement. As a rule, such axle sensors consist of angle encoders in the case of axes of rotation or of linear measuring systems in the case of linear axes.

Vorteilhafterweise wird im Anschluss an diese erste absolute Kalibrierung des Manipulators selbst eine Kalibrierung des Manipulators gegenüber seinem Umfeld bzw. gegenüber einer entsprechenden Manipulatorzelle unter Verwendung mindestens eines zweiten Kalibriermittels verwirklicht. Dabei wird das zweite Kalibriermittel an der Manipulatorzelle fixiert. Mittels einer einzigen Messvorrichtung, welche sowohl das erste als auch das zweite Kalibriermittel erfassen kann, erfolgt eine gegenseitige Kalibrierung. Diese gegenseitige Kalibrierung umfasst unter Verwendung des ersten Kalibriermittels einerseits die Kalibrierung des Maniplators als solchen, insbesondere die Kalibrierung der kinematischen Daten des Manipulators, vorzugsweise alle seine identifizierbaren Denavit-Hartenberg-Parameter. In Fachkreisen wird diese Art der Kalibrierung auch als Absolutkalibrierung bezeichnet. Andererseits umfasst die Kalibrierung unter Verwendung des zweiten Kalibriermittels eine Kalibrierung des Manipulators gegenüber der Manipulatorzelle. Advantageously, following this first absolute calibration of the manipulator itself, a calibration of the manipulator with respect to its surroundings or relative to a corresponding manipulator cell is realized using at least one second calibration means. In this case, the second calibration means is fixed to the manipulator cell. By means of a single measuring device which can detect both the first and the second calibration means, a mutual calibration takes place. Using the first calibration means, this mutual calibration comprises, on the one hand, the calibration of the maniplator as such, in particular the calibration of the kinematic data of the manipulator, preferably all of its identifiable Denavit-Hartenberg parameters. In professional circles, this type of calibration is also referred to as absolute calibration. On the other hand, the calibration using the second calibration means comprises a calibration of the manipulator with respect to the manipulator cell.

Die Messvorrichtung, welche dabei beide Kalibriermittel nacheinander vermessen kann, besteht vorzugsweise aus einem verfahrbaren 2D Laserscanner. Dabei ist es nicht notwendig, die Messvorrichtung und insbesondere den verfahrbaren 2D Laserscanner gegenüber dem Manipulator oder gegenüber der Manipulatorzelle einzumessen bzw. vorab einzukalibrieren. Die Verfahrbarkeit des 2D Laserscanners wird realisiert, indem der 2D Laserscanner auf einer Zusatzachse montiert wird, welche in einer Achse gesteuert bewegbar ist. Dadurch, dass der 2D Laserscanner in einer Zusatzachse verfahrbar ist, entsteht somit ein System, welches einem 3D Laserscanner gleichkommt, d.h. tatsächlich dreidimensionale Objekte erfassen kann hinsichtlich Position und Orientierung. Die Ausrichtung der Zusatzachse gegenüber dem 2D Laserscanner muss allerdings derart geschehen, dass die Orientierung der Zusatzachse nicht innerhalb der Messebene des 2D Laserscanners liegt, da andernfalls keine Funktionalität im Sinne eines 3D Laserscanners resultieren kann. Die Messvorrichtung bleibt während der Vermessungen fix an seiner Position, während der Manipulator zur Vermessung sich in verschiedene Positionen bzw. Orientierungen bewegt und damit auch das an seinem Flansch befindliche erste Kalibriermittel in seiner Position und Orientierung mitbewegt. Damit die Messvorrichtung sowohl das erste als auch das zweite Kalibriermittel vermessen kann, ohne selbst umpositioniert werden zu müssen, ist es erforderlich, dass sich beide Kalibriermittel innerhalb des Messbereichs des 2D Laserscanners bzw. auch innerhalb des Verfahrbereichs der Zusatzachse befinden. Eine vorherige Einmessung der Messvorrichtung gegenüber dem Manipulator oder der Manipulatorzelle ist nicht erforderlich. The measuring device, which can measure both calibration means one after the other, preferably consists of a movable 2D laser scanner. It is not necessary that Measuring device and in particular the movable 2D laser scanner against the manipulator or against the manipulator cell einzuchessen or pre-calibrate. The traversability of the 2D laser scanner is realized by mounting the 2D laser scanner on an additional axis, which can be moved controlled in one axis. The fact that the 2D laser scanner can be moved in an additional axis thus creates a system which equals a 3D laser scanner, ie can actually capture three-dimensional objects with regard to position and orientation. However, the orientation of the additional axis relative to the 2D laser scanner must be such that the orientation of the additional axis is not within the measurement plane of the 2D laser scanner, since otherwise no functionality in the sense of a 3D laser scanner can result. The measuring device remains fixed in its position during the measurements, while the manipulator for measuring moves in different positions or orientations and thus also moves the first calibration means located at its flange in its position and orientation. In order for the measuring device to be able to measure both the first and the second calibration means without having to be repositioned itself, it is necessary for both calibration means to be located within the measuring range of the 2D laser scanner or also within the travel range of the additional axis. A prior calibration of the measuring device relative to the manipulator or the manipulator cell is not required.

Obwohl die Kombination der Kalibrierung des Manipulators selbst und die Kalibrierung des Manipulators gegenüber einer Manipulatorzelle vorteilhaft ist, kann auch eine Kalibrierung von ausschließlich nur dem Manipulator selbst erfolgen, wodurch ein zweites Kalibriermittel sowie dessen Vermessung entfällt. Although the combination of the calibration of the manipulator itself and the calibration of the manipulator with respect to a manipulator cell is advantageous, a calibration of only the manipulator itself can take place, whereby a second calibration means and its measurement is omitted.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie der beigefügten Figuren beschrieben. Einander entsprechende Figurenelemente sind mit gleichen Bezugszeichen dargestellt. The invention will be described below with reference to embodiments and the accompanying figures. Corresponding figure elements are shown with the same reference numerals.

Es zeigen: Show it:

1 eine perspektivische Ansicht eines Systems 10 zur Kalibrierung eines Manipulators 20 1 a perspective view of a system 10 for calibrating a manipulator 20

2 eine Detailansicht A aus 1 2 a detailed view A from 1

3 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften ersten Kalibriermittels 30 3 a perspective view of an exemplary first calibration 30

4 eine weitere Detailansicht eines beispielhaften ersten Kalibriermittels 30 im Zusammenhang mit dem Messvolumen 160 der Messvorrichtung 60 4 a further detail view of an exemplary first calibration 30 in connection with the measuring volume 160 the measuring device 60

5 eine perspektivische Ansicht eines erweiterten Systems 10 zur Kalibrierung von mehreren Manipulatoren 20 5 a perspective view of an extended system 10 for calibration of several manipulators 20

In 1 wird eine perspektivische Ansicht eines Systems 10 zur Kalibrierung eines Manipulators 20, insbesondere eines Roboters, gezeigt, wobei am Manipulator 20 ein erstes Kalibriermittel 30 fixiert ist, welches sich am Flansch 40 des Manipulators 20 befindet. Üblicherweise ist der Manipulator 20 hierbei selbst noch einmal auf einer Manipulator-Basis bzw. einem Manipulator-Sockel fixiert, welcher wiederum beispielsweise gegenüber dem Boden verschraubt sein kann. Vorzugsweise wird das erste Kalibriermittel 30 von einem Greifer 50, der am Flansch 40 des Manipulators 20 montiert ist, gehalten. Eine Messvorrichtung 60 ist so im Raum positioniert, dass der darauf bewegbare 2D Laserscanner 70 das erste Kalibriermittel 30 erfassen kann. Der 2D Laserscanner 70 ist dabei auf einer Zusatzachse 80 fixiert und kann sich somit um einen zusätzlichen Freiheitsgrad bewegen. Vorzugsweise besteht die Zusatzachse 80 aus einem translatorisch verfahrbaren Schlitten eines Spindeltriebs, kann jedoch auch auf einer rotatorisch wirkenden Drehachse bzw. Drehtisch basieren. Letztere Möglichkeit erschwert allerdings die Kalibrierung, weswegen im weiteren auf den Fall eines translatorisch verfahrbaren Spindeltriebs fokussiert wird. Der Verfahrweg liegt beispielsweise im Bereich zwischen 300 und 1200mm, insbesondere im Bereich zwischen 400 und 800 mm. In 1 is a perspective view of a system 10 for calibrating a manipulator 20 , in particular a robot, shown on the manipulator 20 a first calibrant 30 is fixed, which is on the flange 40 of the manipulator 20 located. Usually, the manipulator 20 in this case once again fixed on a manipulator base or a manipulator base, which in turn may be screwed for example against the ground. Preferably, the first calibration means 30 from a gripper 50 that on the flange 40 of the manipulator 20 is mounted, held. A measuring device 60 is positioned in the room so that the movable on it 2D laser scanner 70 the first calibration agent 30 can capture. Of the 2D laser scanner 70 is on an additional axis 80 fixed and thus can move to an additional degree of freedom. Preferably, the additional axis exists 80 from a translationally movable carriage of a spindle drive, but can also be based on a rotational axis or turntable acting rotationally. The latter option, however, complicates the calibration, which is why in the further focus on the case of a translationally movable spindle drive. The travel path is, for example, in the range between 300 and 1200 mm, in particular in the range between 400 and 800 mm.

Auf diese Weise wird durch die Verfahrbarkeit aus dem 2D Laserscanner 70 ein Messsystem realisiert, welches einem 3D Laserscanner gleichkommt und sowohl die Position als auch die Orientierung eines Objekts, insbesondere eines Kalibriermittels 30, vermessen kann. Um die für die Vermessung notwendige Position des 2D Laserscanners 70 auf der Zusatzachse 80 mitverfolgen zu können, besitzt die Zusatzachse 80 einen Positionssensor 90. Im Falle eines Spindeltriebs besteht der Positionssensor 90 aus einem hochauflösenden linearen Wegmessaufnehmer, der beispielsweise an der Flanke des Spindeltriebaufbaus fixiert ist. Dabei reicht ein inkrementeller Positionssensor 90 aus, es muss also kein Absolutwertgebersystem Verwendung finden. Vorteilhafterweise werden die Sensordaten des Positionssensors 90 auf direktem Wege an einen internen Controller des 2D Laserscanners 70 geschickt, so dass dieser interne Controller nach aussen hin sowohl seine eigenen 2D-Daten als auch die Daten, die vom Positionssensor 90 über die dritte räumliche Dimension (Verfahrweg) gesendet werden, weitergeben kann. This is due to the movability of the 2D laser scanner 70 realized a measuring system, which is equivalent to a 3D laser scanner and both the position and the orientation of an object, in particular a calibration 30 , can measure. The position of the 2D laser scanner required for the measurement 70 on the additional axle 80 to be able to follow, owns the additional axle 80 a position sensor 90 , In the case of a spindle drive, the position sensor consists 90 from a high resolution linear Wegmessaufnehmer, which is fixed for example on the flank of the spindle drive assembly. An incremental position sensor is sufficient 90 so no absolute encoder system has to be used. Advantageously, the sensor data of the position sensor 90 directly to an internal controller of the 2D laser scanner 70 sent out so that this internal controller outputs both its own 2D data and the data provided by the position sensor 90 can be transmitted via the third spatial dimension (travel path).

Weiterhin ist es zweckmäßig, an einem Ende der Zusatzachse 80 eine geeignete Vorrichtung zur Detektion einer Endlagenposition 95 als Referenzposition vorzusehen. Diese Vorrichtung zur Detektion einer Endlagenposition 95 kann beispielsweise über einen Hallsensor oder einen mechanischen Endlagenschalter gelöst sein. Gegebenenfalls können sogar an beiden Enden der Zusatzachse 80 solche Vorrichtungen zur Detektion einer Endlagenposition 95 angebracht sein. Sofern vom Manipulator 20 eine ausreichende Anzahl unterschiedlicher Messpunkte mit dem ersten Kalibriermittel 30 angefahren werden, ist eine sog. Absolutkalibrierung des Manipulators 20 realisierbar. Furthermore, it is expedient at one end of the additional axis 80 a suitable device for Detection of an end position 95 to be provided as reference position. This device for detecting an end position 95 can be solved for example via a Hall sensor or a mechanical limit switch. Optionally, even at both ends of the additional axis 80 Such devices for detecting an end position position 95 to be appropriate. Unless from the manipulator 20 a sufficient number of different measuring points with the first calibration means 30 To be approached is a so-called absolute calibration of the manipulator 20 realizable.

Ferner ist vorzugsweise ein zweites Kalibriermittel 100 an einer Manipulatorzelle 110 angebracht, welche die Vermessung der Manipulatorzelle 110 gegenüber der Messvorrichtung 60 sowie gegenüber dem Manipulator 20 ermöglicht. Das zweite Kalibriermittel 100 ist dabei fest mit der Manipulatorzelle 100 verbunden, beispielsweise verschraubt und verstiftet. Ferner sorgt eine Manipulator-Steuerung 120 dafür, dass der Manipulator 20 mit Leistung versorgt und gesteuert werden kann. Vorteilhafterweise ist die Manipulator-Steuerung 120 in der Lage, eine Zusatzachse 80 ebenfalls mit Leistung zu versorgen und zu steuern. Um die Daten der Vermessungen einlesen und auswerten zu können, ist darüber hinaus eine Auswerteeinheit 130 mit dem 2D Laserscanner 70 sowie mit der Manipulator-Steuerung 120 verbunden und kann dabei auch mit der Zusatzachse 80 incl. deren Positionssensor 90 kommunizieren. Furthermore, preferably a second calibration means 100 on a manipulator cell 110 attached, which is the measurement of the manipulator cell 110 opposite the measuring device 60 as well as towards the manipulator 20 allows. The second calibrant 100 is fixed to the manipulator cell 100 connected, for example screwed and pinned. Furthermore, a manipulator control provides 120 for being the manipulator 20 can be powered and controlled. Advantageously, the manipulator control 120 capable of an additional axle 80 also to provide power and control. In addition, to be able to read in and evaluate the data from the surveys is an evaluation unit 130 with the 2D laser scanner 70 as well as with the manipulator control 120 connected and can also with the additional axis 80 including their position sensor 90 communicate.

Obwohl die Kombination der Absolutkalibrierung des Manipulators 20 selbst und die Kalibrierung des Manipulators 20 gegenüber einer Manipulatorzelle 110 vorteilhaft ist, kann auch lediglich eine Kalibrierung von ausschließlich nur dem Manipulator 20 selbst erfolgen, wodurch ein zweites Kalibriermittel 100 sowie dessen Vermessung entfällt. Diese letztgenannte Variante stellt somit eine Alternative zu bisherigen Systemen zur Absolutkalibrierung eines Manipulators 20 dar. Although the combination of the absolute calibration of the manipulator 20 itself and the calibration of the manipulator 20 opposite a manipulator cell 110 is advantageous, can also only a calibration of only the manipulator 20 itself, resulting in a second calibrant 100 as well as its measurement is omitted. This latter variant thus provides an alternative to previous systems for absolute calibration of a manipulator 20 represents.

2 bildet eine Detailansicht A aus 1 ab, mittels welcher die Zusammenhänge innerhalb der Messvorrichtung 60 noch einmal genauer dargestellt werden sollen. Wie zu erkennen ist, besitzt die Zusatzachse 80 einen Antrieb 140, welcher etwa über einen Servomotor verwirklicht sein kann und für die Bewegung der Zusatzachse 80 sorgt. Der 2D Laserscanner 70 ist beispielsweise so auf der Zusatzachse 80 bzw. auf einem verfahrbaren Schlitten der Zusatzachse 80 montiert, dass sein Abtastbereich vorzugsweise nach oben zeigt. Der 2D Laserscanner 70 ist dabei so eingestellt, dass sein Messfenster 150 sich in einem gewissen Abstand zum Gehäuse des 2D Laserscanners 70 befindet. Vorzugsweise weist das Messfenster 150 eine Breite von 20 bis 30mm und eine Höhe von 40 bis 60mm auf. Neben herkömmlich verwendeten roten 2D Laserscannern erweisen sich violette oder blaue 2D Laserscanner ebenfalls als vorteilhaft. Sofern der 2D Laserscanner 70 auf seiner Zusatzachse 80 bewegt wird, erweitert sich das Messfenster 150 zu einem Messvolumen 160, welches einerseits durch die Dimension des Messfensters 150 und andererseits durch die Verfahrbarkeit der Zusatzachse 70 bestimmt wird. Bei sämtlichen Vermessungen ist dafür zu sorgen, dass sich das jeweils zu vermessende Kalibriermittel 30 oder 100 innerhalb des Messvolumens 160 befindet. 2 forms a detailed view A from 1 by means of which the relationships within the measuring device 60 to be shown again in more detail. As can be seen, has the additional axis 80 a drive 140 , which can be realized about a servo motor and for the movement of the additional axis 80 provides. The 2D laser scanner 70 is for example on the additional axis 80 or on a movable carriage of the additional axis 80 mounted so that its scanning area is preferably upwards. The 2D laser scanner 70 is set up so that its measurement window 150 at a certain distance from the housing of the 2D laser scanner 70 located. Preferably, the measurement window has 150 a width of 20 up to 30mm and a height of 40 to 60mm. In addition to conventionally used red 2D laser scanners, violet or blue 2D laser scanners are also beneficial. Unless the 2D laser scanner 70 on its additional axle 80 is moved, the measurement window expands 150 to a measuring volume 160 , which on the one hand by the dimension of the measuring window 150 and on the other hand by the mobility of the additional axle 70 is determined. For all measurements make sure that the respective calibration medium to be measured 30 or 100 within the measuring volume 160 located.

3 zeigt eine perspektivische Dartellung eines beispielhaften ersten Kalibriermittels 30. Dieses besitzt in einer vorteilhaften Ausgestaltung als zu kalibrierendes Element einen Würfel 170 mit einer ersten messbaren Würfelfläche 172, einer zweiten messbaren Würfelfläche 174 und einer dritten messbaren Würfelfläche 176, die wie im gezeigten Ausführungsbeispiel zueinander orthogonal liegen können. Vorzugsweise liegt die Kantenlänge des Würfels 170 im Bereich von nur rund 5mm, kann jedoch auch größer dimensioniert sein und eine Kantenlänge von beispielsweise 50mm aufweisen. 3 shows a perspective Dartellung an exemplary first calibration 30 , This has in an advantageous embodiment as an element to be calibrated a cube 170 with a first measurable cube surface 172 , a second measurable cube surface 174 and a third measurable cube area 176 , which may be orthogonal to each other as in the embodiment shown. Preferably, the edge length of the cube is 170 in the range of only about 5mm, but may also be larger in size and have an edge length of for example 50mm.

Damit das erste Kalibriermittel 30 in einfacher Weise am Manipulator 20 fixiert bzw. von dessen Greifer 50 aufgenommen werden kann, weist das erste Kalibriermittel 30 an einem Ende einen Aufnahmezapfen 180 auf. Der Querschnitt des Aufnahmezapfens 180 ist derart ausgestaltet, dass eine einfache Zentrierung des ersten Kalibriermittels 30 gegenüber dem Greifer 50 des Manipulators 20 erfolgen kann. Insofern besitzt der Querschnitt einerseits ein Kreissegment 182 und andererseits eine Zentrierspitze 184, welche über den gesamten Aufnahmezapfen 180 als eine Zentrierkante ausgestaltet ist. Darüber hinaus befindet sich am Ende des Aufnahmezapfens 180 eine Absatzfläche 186, die als Anschlagfläche beim Aufnehmen über einen Greifer 50 dient. Auf diese Weise ist es möglich, dass beispielsweise ein handelsüblicher 2-Finger-Parallelgreifer mit entsprechenden Einkerbungen das Kalibriermittel 30 sowohl zentrisch als auch mit definierter Position und Orientierung aufnehmen kann. So the first calibration 30 in a simple way on the manipulator 20 fixed or by its gripper 50 can be received, the first calibration means 30 at one end a spigot 180 on. The cross section of the receiving pin 180 is designed such that a simple centering of the first calibration 30 opposite the gripper 50 of the manipulator 20 can be done. In this respect, the cross section on the one hand has a circular segment 182 and on the other hand, a centering tip 184 , which over the entire spigot 180 is designed as a centering edge. In addition, located at the end of the receiving pin 180 a sales area 186 acting as a stop surface when picking up via a gripper 50 serves. In this way it is possible that, for example, a commercial 2-finger parallel gripper with corresponding notches, the calibration 30 can take centered as well as with defined position and orientation.

Das in 3 nicht expilizit gezeigte zweite Kalibriermittel 100 kann gleichermaßen wie das erste Kalibriermittel 30 ausgestaltet sein, wobei hier den mechanischen Randbedingungen der Manipulatorzelle 110 entsprechend alternativ zum Aufnahmezapfen 180 auch abgewandelte Montageflächen mit beispielsweise Bohrungen und Passbohrungen denkbar sind, die beispielsweise Verschraubung und Verstiftung nutzen. This in 3 not shown expilitively second calibration 100 can be just like the first calibrant 30 be configured, in which case the mechanical boundary conditions of the manipulator cell 110 as an alternative to the spigot 180 also modified mounting surfaces with, for example, holes and mating holes are conceivable that use, for example, screwing and pinning.

In 4 wird eine abermals vergrößerte Detaildarstellung abgeleitet von 2 mit einem beispielhaften Kalibriermittel 30 im Zusammenhang mit dem Messvolumen 160 der Messvorrichtung 60 dargestellt. Die Gegebenheiten aus insbesondere den 2 und 3 gelten in 4 völlig analog. In 4 is a again enlarged detail representation derived from 2 with an exemplary calibrant 30 in connection with the measuring volume 160 the measuring device 60 shown. The circumstances of particular the 2 and 3 apply in 4 completely analog.

In 5 wird eine perspektivische Ansicht eines erweiterten Systems 10 zur Kalibrierung von mehreren Manipulatoren 20 gezeigt, welche das Ausführungsbeispiel aus 1 dahingehend erweitert, dass anstelle nur eines Manipulators 20 mehrere Manipulatoren 20 Einsatz finden, beispielsweise 2 Manipulatoren 20. Gleichermaßen können mehrere Manipulatorzellen 110, beispielsweise 2 Manipulatorzellen 110 im Aufbau integriert sein. Vorzugsweise wird auch hierbei lediglich mit einer Messvorrichtung 60 kalibriert, welche entweder von allen Manipulatoren 20 erreicht werden kann oder wahlweise in ihrer Position verändert wird, so dass alle Manipulatoren 20 nacheinander kalibriert werden können. Nachdem eine Einmessung der Messvorrichtung 60 weder gegenüber dem Manipulator 20 noch gegenüber einer Manipulatorzelle 110 nötig ist, stellt das Umpositionieren der Messvorrichtung 60 nach jeweils einem abgeschlossenen Kalibriervorgang kein Problem dar. Insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen ist es vorteilhaft, nur mit einer gemeinsamen Messvorrichtung 60 mehrere Manipulatoren 20 und mehrere Manipulatorzellen 110 zu kalibrieren. Die Flexibilität dieses erweiterten Systems 10 zur Kalibrierung bietet demnach auch Vorteile, wenn sich einzelne Manipulatorzellen 110 nur temporär an bestimmten Orten befinden bzw. zwischendurch umpositioniert werden müssen, beispielsweise während Inbetriebnahmen. Gerade im Zusammenhang mit Virtueller Inbetriebnahme des Systems vorab können sich erhebliche Zeit- und Kostenvorteile eines solchen flexiblen Aufbaus ergeben. In 5 is a perspective view of an extended system 10 for calibration of several manipulators 20 shown which the embodiment of 1 extended to the effect that instead of just one manipulator 20 several manipulators 20 Use find, for example, 2 manipulators 20 , Similarly, multiple manipulator cells 110 , for example 2 manipulator cells 110 be integrated in the structure. Preferably, in this case also only with a measuring device 60 calibrated either by all manipulators 20 can be achieved or optionally in their position is changed, so that all manipulators 20 can be calibrated one after the other. After a calibration of the measuring device 60 neither to the manipulator 20 still opposite a manipulator cell 110 is necessary, repositioning the measuring device 60 After each completed calibration process is no problem. Especially for economic reasons, it is advantageous only with a common measuring device 60 several manipulators 20 and multiple manipulator cells 110 to calibrate. The flexibility of this extended system 10 for calibration therefore also offers advantages when individual manipulator cells 110 only temporarily located at certain locations or have to be repositioned in between, for example during commissioning. Especially in connection with virtual commissioning of the system in advance, considerable time and cost advantages of such a flexible structure can result.

Das Verfahren zur Kalibrierung des Manipulators 20 soll im folgenden ohne Zuhilfenahme weiterer Figuren anhand der bisherigen Erläuterungen des obigen Ausführungsbeispiels und den begleitenden 1 bis 5 näher offenbart werden. The procedure for calibrating the manipulator 20 will be described below without the aid of further figures based on the previous explanations of the above embodiment and the accompanying 1 to 5 be disclosed in more detail.

Das Verfahren zur Absolutkalibrierung des Manipulators (20) selbst sieht dabei folgende Teilschritte vor:

– Fahren des Manipulators (20) mit einem am Flansch (40) des Manipulators (20) befindlichen ersten Kalibriermittel (30) in das Messfenster (150) eines positionsmäßig gegenüber dem Manipulator (20) nicht vermessenen auf einer Zusatzachse (80) verfahrbaren 2D Laserscanners (70)
– Halten der Position des Manipulators (20) und gleichzeitige 6D Vermessung des ersten Kalibriermittels (30) durch Verfahren des 2D Laserscanners (70) auf seiner Zusatzachse (80). Hierbei erfolgt eine 6D Vermessung des ersten Kalibriermittels (30) durch Verfahren der Zusatzachse (80). Bei der 6D Vermessung müssen 3 zueinander nicht parallele Ebenen des ersten Kalibriermittels (30) erkannt werden können, so dass mathematisch gesehen mittels eines Schnittes dieser 3 Ebenen sich ein Punkt ergibt, welcher zusätzlich um die Informationen der Schnittkanten als Richtungsvektoren ein Koordinatensystem im Raum aufspannt, welches 6D Informationen beinhaltet, d.h. sowohl Position als auch Orientierung des ersten Kalibriermittels (30) festlegt
– Wiederholen der Vermessung des ersten Kalibriermittels (30) an mindestens 24 weiteren Punkten innerhalb des Messvolumens (160) des auf einer Zusatzachse (80) verfahrbaren 2D Laserscanners (70) unter Ausnutzung der Verfahrbarkeit auf seiner Zusatzachse (80), wobei zum Erreichen der verschiedenen Positionen der Manipulator (20) und insbesondere sein Flansch (40) bewegt wird.
– Auswertung der Vermessungen des Manipulators (20) gegenüber dem ersten Kalibriermittel (30).

The procedure for absolute calibration of the manipulator ( 20 ) itself provides the following sub-steps:

- driving the manipulator ( 20 ) with one on the flange ( 40 ) of the manipulator ( 20 ) first calibration means ( 30 ) into the measurement window ( 150 ) one positionally opposite the manipulator ( 20 ) not measured on an additional axis ( 80 ) movable 2D laser scanner ( 70 )
- holding the position of the manipulator ( 20 ) and simultaneous 6D measurement of the first calibration agent ( 30 ) by moving the 2D laser scanner ( 70 ) on its additional axis ( 80 ). Here, a 6D measurement of the first calibration means ( 30 ) by moving the additional axis ( 80 ). In the 6D survey, 3 levels of the first calibration medium (not parallel to each other) must be 30 ), so that, mathematically speaking, by means of a section of these 3 planes, a point results which additionally spans a coordinate system in space around the information of the cut edges as direction vectors, which contains 6D information, ie both position and orientation of the first calibration means ( 30 )
Repeating the measurement of the first calibrant ( 30 ) at at least 24 further points within the measuring volume ( 160 ) of an auxiliary axle ( 80 ) movable 2D laser scanner ( 70 ) taking advantage of the mobility on its additional axis ( 80 ), wherein to reach the various positions of the manipulator ( 20 ) and in particular its flange ( 40 ) is moved.
- Evaluation of the measurements of the manipulator ( 20 ) relative to the first calibration means ( 30 ).

Hiermit ist bereits eine sog. Abolutkalibrierung des Manipulators (20) erfolgt. Im weiteren Verlauf soll eine vorzugsweise daran anschließende Kalibrierung des Manipulators (20) gegenüber einer Manipulatorzelle (110) erläutert werden. This is already a so-called. Abolutkalibrierung the manipulator ( 20 ) he follows. In the further course, a preferably subsequent calibration of the manipulator ( 20 ) relative to a manipulator cell ( 110 ).

Diese zweite Kalibrierung sieht folgende Teilschritte vor:

– Verfahren des 2D Laserscanners (70) auf seiner Zusatzachse (80), so dass das an der Manipulatorzelle (110) fixierte gegenüber dem auf der Zusatzachse (80) verfahrbaren 2D Laserscanner (70) positionsmäßig nicht vermessene zweite Kalibriermittel (100) in das Messfenster (150) des 2D Laserscanners (70) gelangt
– 6D Vermessung des zweiten Kalibriermittels (100) durch einmaliges Verfahren des auf einer Zusatzachse (80) verfahrbaren 2D Laserscanners (70)
– Auswertung der Vermessung des zweiten Kalibriermittels (100)
– Auswertung der Vermessungsergebnisse der Vermessung des ersten und zweiten Kalibriermittels (30, 100) und damit positionsmäßiger Abgleich zwischen Manipulator (20) und Manipulatorzelle (110).

This second calibration provides the following sub-steps:

- Method of the 2D laser scanner ( 70 ) on its additional axis ( 80 ), so that at the manipulator cell ( 110 ) fixed relative to that on the additional axis ( 80 ) movable 2D laser scanner ( 70 ) positionally not measured second calibration means ( 100 ) into the measurement window ( 150 ) of the 2D laser scanner ( 70 )
6D measurement of the second calibration agent ( 100 ) by a single procedure on a supplementary axis ( 80 ) movable 2D laser scanner ( 70 )
Evaluation of the measurement of the second calibration agent ( 100 )
Evaluation of the survey results of the measurement of the first and second calibration means ( 30 . 100 ) and thus positional adjustment between manipulator ( 20 ) and manipulator cell ( 110 ).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10153049 B4 [0007]
DE 102007020604 A1 [0007]

Claims

System ( 10 ) for the absolute calibration of a manipulator ( 20 ) characterized in that the system ( 10 ) with the manipulator ( 20 ) moved first calibration means ( 30 ) and a 6D measurement of the first calibration means ( 30 ) via a measuring device ( 60 ) realized from one on an additional axis ( 80 ) movable 2D laser scanner ( 70 ), which the first calibration means ( 30 ).

System according to claim 1, characterized in that the system ( 10 ) at least one further on a manipulator cell ( 110 ) second calibration means ( 100 ) and via a single measuring device ( 60 ) a 6D measurement of the first and second calibration means ( 30 . 100 ), wherein both the first and the spatially remote second calibration means ( 30 . 100 ) from the single measuring device ( 60 ) and the movable 2D laser scanner ( 70 ) by moving on its additional axis ( 80 ) the first and the second calibration means ( 30 . 100 ) reached during its measurement.

System according to claim 1 or claim 2, characterized in that the additional axis ( 80 ) consists of a spindle drive with high-resolution Wegmessaufnehmer.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the additional axis ( 80 ) from a servomotor ( 140 ) is driven.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the servomotor ( 140 ) as an additional axis from the manipulator control ( 120 ) is controlled.

System according to one of the preceding claims, characterized in that as an element of the calibration means to be calibrated ( 30 . 100 ) Cubes ( 170 ) be used.

System according to claim 6, characterized in that the cube ( 170 ) preferably has an edge length of 5mm.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the additional axis ( 80 ) is realized via a linear axis with a travel distance between 800 and 1200mm.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the 2D laser scanner ( 70 ) a measurement window ( 150 ) of 20 to 30mm in width and 40 to 60mm in height.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the first calibration means ( 30 ) a spigot ( 180 ), by means of which a centered fixation of the first calibration means ( 30 ) on the manipulator ( 20 ) via a gripper mounted as end effector ( 50 ).

Method for absolute calibration of a manipulator ( 20 ), characterized by the following steps: - driving the manipulator ( 20 ) with one on the flange ( 40 ) of the manipulator ( 20 ) first calibration means ( 30 ) into the measurement window ( 150 ) one on an additional axis ( 80 ) movable 2D laser scanner ( 70 ) - holding the position of the manipulator ( 20 ) and simultaneous 6D measurement of the first calibration agent ( 30 ) by moving the 2D laser scanner ( 70 ) on its additional axis ( 80 ) - repeating the measurement of the first calibrant ( 30 ) at least 24 further points within the measuring volume ( 160 ) of an auxiliary axle ( 80 ) movable 2D laser scanner ( 70 ) taking advantage of the mobility on its additional axis ( 80 ), wherein to reach the various positions of the manipulator ( 20 ) and in particular its flange ( 40 ) - evaluation of the measurements of the manipulator ( 20 ) relative to the first calibration means ( 30 )

Method according to claim 11, characterized in that all identifiable Denavit-Hartenberg parameters of the manipulator ( 20 ).

Method for calibrating a manipulator ( 20 ) according to claim 11 or claim 12, characterized in that after the absolute calibration of the manipulator ( 20 ) an additional calibration of the manipulator ( 20 ) relative to a manipulator cell ( 110 ), which comprises the following steps: - method of the 2D laser scanner ( 70 ) on its additional axis ( 80 ), so that at the manipulator cell ( 110 ) fixed second calibration means ( 100 ) into the measurement window ( 150 ) of the 2D laser scanner ( 70 ) - 6D measurement of the second calibrant ( 100 ) by a single procedure on a supplementary axis ( 80 ) movable 2D laser scanner ( 70 ) - Evaluation of the measurement of the second calibration agent ( 100 ) - Evaluation of the survey results of the measurement of the first and second calibration means ( 30 . 100 ) and thus positional adjustment between manipulator ( 20 ) and manipulator cell ( 110 ).