DE102013221899A1

DE102013221899A1 - Industrieroboter

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Publication number: DE102013221899A1
Application number: DE201310221899
Authority: DE
Inventors: Paul-Michael Mickel; Ulf Seifert; Thomas Klemt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: DE102013221899B4

Abstract

Industrieroboter (1) mit einer Basis zur Lagefixierung, einem Arbeitsende (30), das eingerichtet ist, einen Arbeitsvorgang auszuführen, einer Manipulationsmechanik (20), welche das Arbeitsende mechanisch mit der Basis verbindet, so dass das Arbeitsende definiert auf gewünschte räumliche Positionen in einem dreidimensionalen Basis-Koordinatensystem verfahrbar ist, und einer Überwachungseinrichtung (40), die eine Sensorik (50) und eine Auswertevorrichtung (60) aufweist, wobei die Sensorik mit der Auswertevorrichtung signalverbunden an dem Arbeitsende angeordnet ist, um Informationen bezüglich eines durch eine Verfahrbewegung des Arbeitsendes beeinflussten physikalischen Zustandes dessen zu erfassen und diese an die Auswertevorrichtung zu übermitteln. Die Sensorik hat mindestens einen triaxialen Beschleunigungssensor, sodass von der Sensorik als physikalischer Zustand Beschleunigungen des Arbeitsendes in jeder der drei Achsenrichtungen eines dreidimensionalen Arbeitsende-Koordinatensystems erfassbar sind, wobei die Auswertevorrichtung eingerichtet ist, unter Rückgriff auf einen Referenzpunkt (P0) des Basis-Koordinatensystems aus den erfassten Beschleunigungen mindestens eine Position im Basis-Koordinatensystem eines sich mit dem Arbeitsende bewegenden vordefinierten Überwachungspunktes (TCP) zu berechnen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Industrieroboter sind derzeit in großer Anzahl z.B. in der Automobilindustrie im Einsatz, wobei die Industrieroboter als frei programmierbare Maschinen unterschiedlichste Werkzeuge sowie Prüf- und Messmittel innerhalb ihres dreidimensionalen Arbeitsraumes zur Erfüllung vielfältiger Arbeitsaufgaben führen. Ein jeweiliger Einwirkungsort des Werkzeuges bzw. Prüf- und Messmittels am Werkstück wird in der Fachsprache als Tool Center Point (TCP) bezeichnet und stellt einen sich mit einem Arbeitsende bzw. einer daran vorgesehenen Hand des Industrieroboters bewegenden Überwachungspunkt bei der Ausführung der zur Erfüllung der Arbeitsaufgaben erforderlichen Arbeitsvorgänge dar. Die Exaktheit der räumlichen Positionen und Ausrichtungen des TCP ist sehr wichtig für die Ausführungsqualität der Arbeitsaufgaben. Bei linienförmigen oder flächigen Arbeitsaufgaben wie Schweißen oder Kleberauftrag sind die Anforderungen an die räumliche Positionierung zusätzlich erweitert. Hinzu kommen zusätzliche Forderungen zur Einhaltung von Beschleunigungen und Geschwindigkeiten der Verfahrbewegungen.
Die meisten Industrieroboter setzen diese Bewegungen über mindestens sechs Bewegungsachsen zusammen, wobei in vielen Fertigungsanlagen noch siebente oder sogar achte Bewegungsachsen hinzukommen können. Die Vielzahl dieser beweglichen Elemente, deren Antriebe, Lagerspiele und die verbleibenden elastischen Verformungen und Schwingungen der Roboterbauteile verursachen Toleranzen der räumlichen Positionierung des TCP und in den Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsgrößen. Diese Größen werden speziell in taktzeitkritischen Arbeitsfolgen von Großserien-Fertigungsanlagen nahe zum Grenzbereich eingestellt. Insbesondere die hohen Beschleunigungen und Bewegungsimpulse können Auswirkungen auf die Technik der vom Roboter geführten Werkzeuge haben und diese beeinträchtigen.
Aus EP 0 129 245 A1 ist ein Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, wobei der Industrieroboter eine Überwachungseinrichtung für seine Bewegungen mit einer Sensorik und einer Auswertevorrichtung aufweist. Die Sensorik ist mit der Auswertevorrichtung signalverbunden und benachbart zu einer an einem Arbeitsende des Industrieroboters vorgesehenen Roboterhand angeordnet, um Informationen bezüglich eines durch eine Verfahrbewegung des Arbeitsendes beeinflussten physikalischen Zustandes des Arbeitsendes zu erfassen und die erfassten Informationen an die Auswertevorrichtung zur Auswertung zu übermitteln. Im Detail ist als Sensorik ein Kraftsensor vorgesehen, welcher als physikalischen Zustand des Arbeitsendes Kräfte misst, die durch unterschiedliche Werkzeuge (z.B. Greifer), unterschiedliche ergriffene Werkstücke oder z.B. Montage- oder Anfädelvorgänge dem Arbeitsende insbesondere auch bei einer Verfahrbewegung dessen beaufschlagt werden. Die gemessenen Kräfte werden in Verbindung mit anderen Parametern zur Nachregelung von Antriebsmotoren einer Manipulationsmechanik des Industrieroboters verwendet. Eine Position der Roboterhand und eine Geschwindigkeit dieser werden dabei jedoch in üblicher Weise mittels eines in die Manipulationsmechanik des Industrieroboters integrierten Drehgebers bzw. Tachogenerators ermittelt. Somit können sich auch hier elastische Verformungen und Schwingungen sowie Lagerspiele der Roboterbauteile in Ungenauigkeiten in der Bestimmung der räumlichen Positionierung eines sich mit dem Arbeitsende bewegenden vordefinierten Überwachungspunktes (wie z.B. des TCP) und in der Bestimmung von weiteren Parametern dessen (z.B. in der Bestimmung der Geschwindigkeiten des Überwachungspunktes) niederschlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so fortzubilden, dass bei diesem eine von elastischen Verformungen und Schwingungen sowie Lagerspielen der Roboterbauteile unabhängige Bestimmung einer räumlichen Position eines sich mit einem Arbeitsende des Industrieroboters bewegenden vordefinierten Überwachungspunktes möglich ist.
Dies wird mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung wird ein Industrieroboter bereitgestellt mit einer Basis zur Lagefixierung des Industrieroboters an einem Aufstellungsort; einem Arbeitsende, das eingerichtet ist, einen Arbeitsvorgang auszuführen; einer Manipulationsmechanik, welche das Arbeitsende mechanisch mit der Basis verbindet, so dass das Arbeitsende motorisch angetrieben definiert auf gewünschte räumliche Positionen in einem auf die Basis bezogenen dreidimensionalen Koordinatensystem verfahrbar ist; einer Steuereinrichtung zum Steuern der Manipulationsmechanik und der Ausführung des Arbeitsvorgangs; und einer Überwachungseinrichtung, die eine Sensorik und eine Auswertevorrichtung aufweist, wobei die Sensorik mit der Auswertevorrichtung signalverbunden und an dem Arbeitsende angeordnet ist, um Informationen bezüglich eines durch eine Verfahrbewegung des Arbeitsendes beeinflussten physikalischen Zustandes des Arbeitsendes zu erfassen und die erfassten Informationen an die Auswertevorrichtung zur Auswertung zu übermitteln.
Der erfindungsgemäße Industrieroboter zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensorik mindestens einen triaxialen Beschleunigungssensor aufweist, sodass von der Sensorik als physikalischer Zustand jeweilige Beschleunigungen des Arbeitsendes in jeder der drei Achsenrichtungen eines auf das Arbeitsende bezogenen dreidimensionalen Koordinatensystems erfassbar sind, wobei die Auswertevorrichtung eingerichtet ist, unter Rückgriff auf einen mit dem Arbeitsende anfahrbaren vordefinierten Referenzpunkt des auf die Basis bezogenen Koordinatensystems aus den den physikalischen Zustand des Arbeitsendes definierenden erfassten Beschleunigungen ein Ist-Manipulationsergebnis in Form mindestens einer Position im auf die Basis bezogenen Koordinatensystem eines sich mit dem Arbeitsende bewegenden vordefinierten Überwachungspunktes zu berechnen.
Gemäß der Erfindung sind von dem Begriff "triaxialer Beschleunigungssensor" auch Gyroskope umfasst. Bevorzugt können die triaxialen Beschleunigungssensoren auf elektronischer Basis als Mikrosystem, insbesondere als Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) und/oder Micro-Optoelectro-Mechanical System (MOEMS), realisiert sein. Noch bevorzugter können die triaxialen Beschleunigungssensoren als digitale triaxiale Beschleunigungssensoren realisiert sein.
Dadurch, dass gemäß der Erfindung ausgehend vom Referenzpunkt des auf die Basis bezogenen Koordinatensystems (im Folgenden Basis-Koordinatensystem), welcher z.B. eine bekannte Grundstellungsposition des Industrieroboters bzw. von dessen Arbeitsende im Basis-Koordinatensystem bzw. Arbeitsraum des Industrieroboters ist, und unter Verwendung der in Abhängigkeit von der Zeit zueinander synchron (gemeinsamer Start und zeitlicher Verlauf) gemessenen realen Beschleunigungen des Arbeitsendes in jeder der drei Achsenrichtungen des auf das Arbeitsende bezogenen Koordinatensystems (im Folgenden Arbeitsende-Koordinatensystem) die Position des Überwachungspunktes berechnet wird, ist diese Positionsbestimmung nicht den Ungenauigkeiten durch elastische Verformungen bzw. Schwingungen und Lagerspiele der Roboterkomponenten unterworfen. Schwingungen, Verformungen und Lagerspiele werden real mit erfasst und in der Positionsbestimmung berücksichtigt.
Die Berechnung jeglicher Position des Überwachungspunktes im Basis-Koordinatensystem aus den erfassten Beschleunigungen kann in der Auswertevorrichtung z.B. unter Verwendung von mittels Elektronik, Software und/oder Firmware durchgeführten Integrationsalgorithmen und Koordinatentransformationsalgorithmen (zur Koordinatentransformation vom Arbeitsende-Koordinatensystem in das Basis-Koordinatensystem) realisiert sein.
Der sich mit dem Arbeitsende bewegende vordefinierte Überwachungspunkt hat eine bekannte Position im Arbeitsende-Koordinatensystem und kann z.B. der TCP, ein zu überwachender Punkt auf einer Roboterkomponente oder ein Punkt auf einem am Arbeitsende gehaltenen Werkzeug oder Werkstück sein. Gemäß der Erfindung können gleichzeitig mehrere Überwachungspunkte definiert sein und überwacht werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswertevorrichtung eingerichtet, die berechnete Position des Überwachungspunktes mit einer vordefinierten Sollposition im Basis-Koordinatensystem als Soll-Manipulationsergebnis in Beziehung zu setzen und eine Abweichung der berechneten Position von der Sollposition als Manipulationsergebnis-Abweichung zu ermitteln.
Damit lässt sich eine gezielte Überwachung der räumlichen Anfahrqualität für jeden Überwachungspunkt und somit z.B. eine gezielte Fehleranalyse und Qualitätssicherung realisieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Auswertevorrichtung eingerichtet, unter Rückgriff auf den Referenzpunkt des Basis-Koordinatensystems aus den den physikalischen Zustand des Arbeitsendes definierenden erfassten Beschleunigungen eine Bewegungsbahn des Überwachungspunktes im Basis-Koordinatensystem als Ist-Manipulationsergebnis zu berechnen.
Durch die Berechnung der vollständigen Bewegungsbahn des Überwachungspunktes im Basis-Koordinatensystem lässt sich eine noch bessere Überwachung der Verfahrbewegungen des Überwachungspunktes realisieren.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswertevorrichtung eingerichtet, die berechnete Bewegungsbahn des Überwachungspunktes mit einer vordefinierten Sollbewegungsbahn im Basis-Koordinatensystem als Soll-Manipulationsergebnis in Beziehung zu setzen und Abweichungen der berechneten Bewegungsbahn von der Sollbewegungsbahn als Manipulationsergebnis-Abweichungen zu ermitteln.
Durch den Vergleich der tatsächlichen Bewegungsbahn mit einer gewünschten Bewegungsbahn des Überwachungspunktes im Basis-Koordinatensystem lassen sich eine gezielte Fehleranalyse und Qualitätssicherung in noch feinerer Weise realisieren.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Auswertevorrichtung eingerichtet, aus den den physikalischen Zustand des Arbeitsendes definierenden erfassten Beschleunigungen für den Überwachungspunkt an mindestens einer Position auf dessen berechneter Bewegungsbahn im Basis-Koordinatensystem eine Geschwindigkeit zu berechnen und diese in das Ist-Manipulationsergebnis einzubeziehen.
Durch die Bestimmung der Geschwindigkeit des Überwachungspunktes an ausgewählten Positionen auf dessen Bewegungsbahn im Basis-Koordinatensystem kann die Überwachung der Verfahrbewegung des Überwachungspunktes in noch detaillierterer Weise durchgeführt werden, wodurch z.B. bei Vergleich mit einer vordefinierten Sollgeschwindigkeit für die jeweilige Position und Einbeziehung einer jeweiligen Abweichung in die Manipulationsergebnis-Abweichung eine Fehleranalyse und Qualitätssicherung noch weiter verbessert werden können.
Bevorzugt können auch die gemessenen Beschleunigungen an den jeweiligen Positionen im Basis-Koordinatensystem mit vordefinierten Sollbeschleunigungen verglichen werden und jeweilige Abweichungen in die Manipulationsergebnis-Abweichung einbezogen werden, womit eine Fehleranalyse und Qualitätssicherung noch weiter verbessert werden können.
Insbesondere können durch eine solche Auswertung der Geschwindigkeiten und Beschleunigungen in Bezug auf die jeweiligen Positionen im Basis-Koordinatensystem ungewollte Schwingungen, Stöße und Unstetigkeit besser erkannt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet der triaxiale Beschleunigungssensor einen ersten triaxialen Beschleunigungssensor, wobei die Sensorik zusätzlich einen zweiten triaxialen Beschleunigungssensor aufweist, mit dem jeweilige Beschleunigungen des Arbeitsendes in jeder der drei Achsenrichtungen des Arbeitsende-Koordinatensystems erfassbar sind, und wobei die Auswertevorrichtung eingerichtet ist, die von dem zweiten triaxialen Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigungen mit den von dem ersten triaxialen Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigungen in Beziehung zu setzen und dadurch für die drei Achsenrichtungen des Arbeitsende-Koordinatensystems korrigierte Beschleunigungen des Arbeitsendes zu berechnen, und eingerichtet ist, die korrigierten Beschleunigungen des Arbeitsendes als die den physikalischen Zustand des Arbeitsendes definierenden Beschleunigungen zu bestimmen.
Durch mittels des zweiten triaxialen Beschleunigungssensors Bereitstellen von redundanten Messwerten für die Beschleunigungen in jeder der drei Achsenrichtungen des Arbeitsende-Koordinatensystems können die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit der Kontrollfunktionen für den Überwachungspunkt verbessert werden. Beispielsweise können die zueinander jeweils redundanten Beschleunigungswerte gemittelt und deren Mittelwert für die weiteren Berechnungen verwendet werden. Darüber hinaus kann von der Auswertevorrichtung bei einer zu großen Abweichung der redundanten Beschleunigungswerte darauf geschlossen werden, dass einer der beiden triaxialen Beschleunigungssensoren eine Fehlfunktion aufweist, und kann eine entsprechende Information erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich ein Messbereich des ersten triaxialen Beschleunigungssensors von einem Messbereich des zweiten triaxialen Beschleunigungssensors.
Grundsätzlich hat bevorzugt einer der triaxialen Beschleunigungssensoren einen Messbereich bzw. eine Sensibilität, welche etwa 1 Größenordnung über den zu messenden Beschleunigungen liegt. Der andere der triaxialen Beschleunigungssensoren hat bevorzugt einen Messbereich bzw. eine Sensibilität, welche mehr als 1 Größenordnung (z.B. 2 Größenordnungen) über den zu messenden Beschleunigungen liegt.
Durch das Vorsehen von Beschleunigungssensoren unterschiedlicher Messbereiche bzw. Sensibilität können Messfehler besser erkannt und kompensiert werden und somit die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit der Kontrollfunktionen für den Überwachungspunkt noch weiter verbessert werden.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung sind Komponenten der Auswertevorrichtung zusammen mit der Sensorik in einem gemeinsamen an dem Arbeitsende angebrachten Gehäuse angeordnet.
Auf diese Weise kann eine kompakte standardisierte Einheit bereitgestellt werden, welche sich einfach an einem vorhanden Industrieroboter nachinstallieren lässt und gegen Umwelteinflüsse geschützt ist.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die in dem am Arbeitsende angebrachten Gehäuse angeordneten Komponenten der Auswertevorrichtung zumindest einen schnellen Zwischenspeicher für von der Sensorik erfasste Daten, einen Prozessor zur Datenverarbeitung, mindestens eine Datenschnittstelle mit Schnittstellenverwaltung, einen Zeit-Taktgeber für die Datenerfassung und Datenaufzeichnung, einen Datenbus und eine Elektroenergiezufuhr zur Energieversorgung der im Gehäuse angeordneten Komponenten der Auswertevorrichtung und der Sensorik.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft eine kompakte Erfassungs-und-Verarbeitungseinheit bereitgestellt werden, welche hinsichtlich ihrer Ansteuerung und Datenausgabe einem gängigen Standard folgt und somit in einfacher Weise in ein bestehendes Industrierobotersystem integrierbar ist.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung weist die Überwachungseinrichtung eine Visualisierungseinrichtung auf, die mit der Auswertevorrichtung signalverbunden ist und die eingerichtet ist, das Ist-Manipulationsergebnis, das Soll-Manipulationsergebnis und jegliche Manipulationsergebnis-Abweichung für den Überwachungspunkt visuell darzustellen.
Durch Vorsehen der Visualisierungseinrichtung, welche z.B. eine Anzeige, einen Drucker und/oder Signaleinrichtungen umfassen kann, können die von der Auswertevorrichtung bereitgestellten Daten für einen Nutzer schnell und einfach wahrnehmbar ausgegeben werden, womit die Bewegungsüberwachung und Bewegungsanalyse des Industrieroboters in komfortabler Weise ermöglicht bzw. erleichtert wird.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung können mit der in den Industrieroboter integrierten Überwachungseinrichtung räumliche Positionen und Toleranzen eines oder mehrerer Überwachungspunkte (TCP oder andere Komponentenpunkte), Beschleunigungswerte und -toleranzen der Bewegungen, Geschwindigkeitswerte und -toleranzen der Bewegungen, Maximalwerte hoher Belastungen von Komponenten ("Dosimeterfunktion") und Schwingungen, Stöße sowie Unstetigkeit erfasst bzw. gemessen, aufgezeichnet und visualisiert werden.
Der oder die triaxialen Beschleunigungssensoren erfassen Beschleunigungen und eine zugehörige Elektronik/Software/Firmware kann daraus Positionen und Geschwindigkeiten von Roboterkomponenten und von Arbeitspunkten sowie Schwingungen ermitteln. Der oder die triaxialen Beschleunigungssensoren sind am Arbeitsende des Industrieroboters angeordnet bzw. befestigt und ermöglichen die Aufzeichnung der gesamten Roboterbahnbewegung. Insbesondere können die konkrete Bahnposition, die Orientierung der zu erfassenden Komponenten/Werkzeuge/Werkstücke, die Beschleunigungswerte und die Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Zeit und/oder in Abhängigkeit der Bahnposition im Raum (Basis-Koordinatensystem) dargestellt und aufgezeichnet werden. Es können dabei beliebig viele Raumpunkte bzw. deren Soll-Ist-Abweichungen gemessen werden. Eine Referenzierung des oder der triaxialen Beschleunigungssensoren kann bevorzugt an der Grundstellungsposition der Roboterbahn erfolgen. Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung kann bevorzugt zur Funktionsanalyse und Fehlerursachensuche an beliebigen Industrierobotern installiert werden, wobei die Industrieroboter dafür nicht speziell konstruiert sein müssen.
Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung – soweit dies technisch sinnvoll ist – beliebig miteinander kombiniert sein können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer mit einem Industrieroboter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung versehen Fertigungsstelle.
2 zeigt in schematischer Ansicht eine Sensorik und Komponenten einer Auswertevorrichtung einer Überwachungseinrichtung eines Industrieroboters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer mit einem Industrieroboter 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung versehen Fertigungsstelle 100.
Die Fertigungsstelle 100 ist neben dem Industrieroboter 1 mit einer Spannvorrichtung 110 und einem von der Spannvorrichtung 110 gehaltenen zu bearbeitenden Werkstück 120 versehen. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist an dem Werkstück 120 in der Fertigungsstelle 100 eine Laser-Materialbearbeitung mittels des Industrieroboters 1 durchzuführen.
Der Industrieroboter 1 weist eine Basis 10 zur Lagefixierung an einem Bodenbereich 130 der Fertigungsstelle 100 (Aufstellungsort), eine Manipulationsmechanik 20 und ein Arbeitsende 30 auf.
Die Manipulationsmechanik 20 weist eine Roboterarmanordnung auf, die sechs Bewegungsachsen (drei Schwenkachsen und drei Drehachsen) bereitstellt, und verbindet das Arbeitsende 30 mechanisch mit der Basis 10, so dass das Arbeitsende 30 motorisch angetrieben definiert auf gewünschte räumliche Positionen in einem auf die Basis 10 bzw. die Fertigungsstelle 100 bezogenen dreidimensionalen Koordinatensystem (im Folgenden Basis-Koordinatensystem) verfahrbar ist.
Das Arbeitsende 30 ist eingerichtet, einen Arbeitsvorgang auszuführen. Genauer ist an dem Arbeitsende 30 eine Laser-Materialbearbeitungsoptik 35 angebracht, mit der die an dem Werkstück 120 durchzuführende Laser-Materialbearbeitung realisierbar ist. Wie aus 1 ersichtlich, weist die Laser-Materialbearbeitungsoptik 35 einen Arbeitspunkt bzw. Einwirkungsort TCP (Tool Center Point) am Werkstück 120 auf, welcher in der vorliegenden Ausführungsform der Fokus bzw. Brennfleck der Laser-Materialbearbeitungsoptik 35 ist. Für die Ausführungsqualität der Laser-Materialbearbeitung ist es sehr wichtig, dass der Arbeitspunkt TCP der Laser-Materialbearbeitungsoptik 35 stets exakt gemäß der durchzuführenden Arbeitsaufgabe (in 1z.B. Schweißen) räumlich positioniert und ausgerichtet wird. Beispielhaft ist in 1 eine Bewegungsbahn B des Arbeitspunktes TCP im Basis-Koordinatensystem dargestellt.
Zum Steuern der Manipulationsmechanik 20 und der Ausführung des Arbeitsvorgangs an dem Werkstück 120 weist der Industrieroboter 1 eine nicht dargestellte Steuereinrichtung auf, welche mittels Hardware, Firmware und/oder Software realisiert sein kann.
Der Industrieroboter 1 weist außerdem eine Überwachungseinrichtung 40 mit einer Sensorik 50 und einer Auswertevorrichtung 60 auf. Die Sensorik 50 ist mit der Auswertevorrichtung 60 signalverbunden und an der Laser-Materialbearbeitungsoptik 35 an dem Arbeitsende 30 befestigt, um Informationen bezüglich eines durch eine Verfahrbewegung des Arbeitsendes 30 bzw. der Laser-Materialbearbeitungsoptik 35 beeinflussten physikalischen Zustandes des Arbeitsendes 30 zu erfassen und die erfassten Informationen an die Auswertevorrichtung 60 zur Auswertung zu übermitteln.
Genauer weist die Auswertevorrichtung 60 eine Rechnereinrichtung 61 auf zur Datenverarbeitung und Datenspeicherung (Verarbeitung, Extrahierung, Speicherung jeglicher gewinnbarer bzw. geforderter Messwerte), welche mittels Hardware wie Elektronik sowie mittels Firmware und/oder Software realisiert sein kann, und weist die Überwachungseinrichtung 40 außerdem eine Visualisierungseinrichtung 65 auf, die wie in 1 gezeigt eine Anzeige 66 aufweisen kann. In der Ausführungsform gemäß 1 ist die Sensorik 50 über einen Kabelstrang 80, welcher Steuerleitungen, Datenleitungen und Energieversorgungsleitungen enthalten kann, mit der Rechnereinrichtung 61 verbunden, welche ihrerseits mit der Visualisierungseinrichtung 65 über einen Kabelstrang 85, welcher Steuerleitungen, Datenleitungen und Energieversorgungsleitungen enthalten kann, verbunden ist.
Die Sensorik 50 weist mindestens einen digitalen, triaxialen Beschleunigungssensor 51 (siehe 2) auf, sodass von der Sensorik 50 als physikalischer Zustand jeweilige Beschleunigungen des Arbeitsendes 30 und damit auch der Laser-Materialbearbeitungsoptik 35 in jeder der drei Achsenrichtungen (x, y, z) eines auf das Arbeitsende 30 bezogenen dreidimensionalen Koordinatensystems (im Folgenden Arbeitsende-Koordinatensystem) erfassbar sind. Um die Beschleunigungen in den drei Achsenrichtungen in Abhängigkeit von der Zeit zueinander synchron (gemeinsamer Start und zeitlicher Verlauf) erfassen zu können, weist die Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 einen Zeit-Taktgeber 73 (siehe 2) auf.
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass eine räumliche Positionierung des in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung als Überwachungspunkt definierten Arbeitspunktes TCP im Arbeitsende-Koordinatensystem in der Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 abgespeichert ist. Außerdem ist in der Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 abgespeichert eine räumliche Positionierung des Arbeitspunktes TCP im Basis-Koordinatensystem in einer Grundstellungsposition P0, welche von dem Arbeitsende 30 z.B. in Arbeitspausen und zu Teilewechselzeiten als Referenzpunkt angefahren wird.
Die Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 ist eingerichtet, unter Rückgriff auf den mit dem Arbeitsende 30 anfahrbaren vordefinierten Referenzpunkt (Grundstellungsposition P0) des Basis-Koordinatensystems aus den den physikalischen Zustand des Arbeitsendes 30 definierenden erfassten Beschleunigungen ein Ist-Manipulationsergebnis in Form mindestens einer Position und bevorzugt mehrerer Positionen im Basis-Koordinatensystem des sich mit dem Arbeitsende 30 entlang der Bewegungsbahn B bewegenden vordefinierten Überwachungspunktes, d.h. des Arbeitspunktes TCP, zu berechnen.
Die Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 ist eingerichtet, jede berechnete Position des Überwachungspunktes bzw. Arbeitspunktes TCP mit einer vordefinierten (in der Rechnereinrichtung 61 abgespeicherten) Sollposition im Basis-Koordinatensystem als Soll-Manipulationsergebnis in Beziehung zu setzen und eine Abweichung der berechneten Position von der Sollposition als Manipulationsergebnis-Abweichung zu ermitteln.
Bevorzugt ist die Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 eingerichtet, unter Rückgriff auf den Referenzpunkt (Grundstellungsposition P0) des Basis-Koordinatensystems aus den den physikalischen Zustand des Arbeitsendes 30 definierenden erfassten Beschleunigungen die reale Bewegungsbahn B des Überwachungspunktes bzw. Arbeitspunktes TCP im Basis-Koordinatensystem als Ist-Manipulationsergebnis zu berechnen und die berechnete Bewegungsbahn B mit einer vordefinierten (in der Rechnereinrichtung 61 abgespeicherten) Sollbewegungsbahn im Basis-Koordinatensystem als Soll-Manipulationsergebnis in Beziehung zu setzen und Abweichungen der berechneten Bewegungsbahn B von der Sollbewegungsbahn als Manipulationsergebnis-Abweichungen zu ermitteln.
Außerdem ist die Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 eingerichtet, aus den den physikalischen Zustand des Arbeitsendes 30 definierenden erfassten Beschleunigungen für den Überwachungspunkt bzw. Arbeitspunkt TCP an jeder gewünschten Position auf dessen berechneter Bewegungsbahn B im Basis-Koordinatensystem die Geschwindigkeit zu berechnen und diese in das Ist-Manipulationsergebnis einzubeziehen.
Die bestimmten Geschwindigkeiten können mit einer vordefinierten (in der Rechnereinrichtung 61 abgespeicherten) Sollgeschwindigkeit für die jeweilige Position verglichen werden, und jeweilige Abweichungen können in die Manipulationsergebnis-Abweichung einbezogen werden.
Bevorzugt können auch die gemessenen Beschleunigungen an den jeweiligen Positionen im Basis-Koordinatensystem mit vordefinierten Sollbeschleunigungen (in der Rechnereinrichtung 61 abgespeicherten) verglichen werden, und jeweilige Abweichungen können in die Manipulationsergebnis-Abweichung einbezogen werden.
Zum Zwecke der Berechnung der Positionen, der vollständigen Bewegungsbahn B und der Geschwindigkeiten des Überwachungspunktes bzw. Arbeitspunktes TCP sind in der Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 diverse Integrationsalgorithmen und Koordinatentransformationsalgorithmen (zur Koordinatentransformation vom Arbeitsende-Koordinatensystem in das Basis-Koordinatensystem) abgespeichert. In einfachster Weise ausgedrückt berechnet die Rechnereinrichtung 61 aus den je Messung gemessenen Beschleunigungen per Integration zunächst zugehörige Geschwindigkeiten und auf Basis der berechneten Geschwindigkeiten per Integration einen in den jeweiligen Achsenrichtungen zurückgelegten Weg in Bezug auf den Referenzpunkt bzw. die Grundstellungsposition P0. Um eine hohe Genauigkeit der Positionsbestimmung zu gewährleisten, werden die Beschleunigungen mit einer hohen Taktrate (Datensätze je Zeiteinheit) gemessen.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die Sensorik 50 neben dem triaxialen Beschleunigungssensor 51 mindestens einen zusätzlichen digitalen, triaxialen Beschleunigungssensor aufweisen, mit dem jeweilige Beschleunigungen des Arbeitsendes 30 in jeder der drei Achsenrichtungen (x, y, z) des Arbeitsende-Koordinatensystems erfassbar sind.
Die Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 ist dann eingerichtet, die von jedem zusätzlichen triaxialen Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigungen mit den von dem ersten triaxialen Beschleunigungssensor 51 erfassten Beschleunigungen in Beziehung zu setzen und dadurch für die drei Achsenrichtungen des Arbeitsende-Koordinatensystems korrigierte Beschleunigungen des Arbeitsendes 30 zu berechnen, und eingerichtet, die korrigierten Beschleunigungen des Arbeitsendes 30 als die den physikalischen Zustand des Arbeitsendes 30 definierenden Beschleunigungen zu bestimmen, d.h. diese Beschleunigungen für die Berechnung der Positionen, der vollständigen Bewegungsbahn B und der Geschwindigkeiten des Überwachungspunktes bzw. Arbeitspunktes TCP zu verwenden.
Beispielsweise können die zueinander jeweils redundanten Beschleunigungswerte gemittelt und deren Mittelwert für die weiteren Berechnungen verwendet werden. Darüber hinaus kann von der Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 bei einer zu großen Abweichung der redundanten Beschleunigungswerte darauf geschlossen werden, dass einer der triaxialen Beschleunigungssensoren eine Fehlfunktion aufweist, und kann eine entsprechende Information erzeugt und z.B. von der Visualisierungseinrichtung 65 ausgegeben werden.
Bevorzugt weisen bei mehreren triaxialen Beschleunigungssensoren diese unterschiedliche Messbereiche bzw. Sensibilitäten auf. Grundsätzlich hat bevorzugt einer der triaxialen Beschleunigungssensoren (z.B. der erste triaxiale Beschleunigungssensor 51) einen Messbereich bzw. eine Sensibilität, welche etwa 1 Größenordnung über den zu messenden Beschleunigungen liegt. Die anderen triaxialen Beschleunigungssensoren haben dann bevorzugt einen Messbereich bzw. eine Sensibilität, welche mehr als 1 Größenordnung (z.B. 2 Größenordnungen) über den zu messenden Beschleunigungen liegt. Durch das Vorsehen von Beschleunigungssensoren unterschiedlicher Messbereiche bzw. Sensibilität können Messfehler besser erkannt und kompensiert werden.
Die Visualisierungseinrichtung 65 der Überwachungseinrichtung 40 ist mit der Rechnereinrichtung 61 der Auswertevorrichtung 60 signalverbunden und ist eingerichtet, das Ist-Manipulationsergebnis, das Soll-Manipulationsergebnis und jegliche Manipulationsergebnis-Abweichung für den Überwachungspunkt bzw. Arbeitspunkt TCP visuell darzustellen.
Insbesondere können durch die Rechnereinrichtung 61 die Orientierung der den Überwachungspunkt bzw. Arbeitspunkt TCP aufweisenden Laser-Materialbearbeitungsoptik 35 sowie die konkrete Bahnposition, die Beschleunigungswerte und die Geschwindigkeitswerte in Abhängigkeit der Zeit und/oder in Abhängigkeit der Bahnposition im Raum (Basis-Koordinatensystem) ermittelt und aufgezeichnet und durch die Visualisierungseinrichtung 65 dargestellt werden.
Die Darstellung mittels der Visualisierungseinrichtung 65 kann z.B. auf der Anzeige 66 als grafische oder tabellarische Visualisierung einzelner oder zusammengefasster X-Y-Z Raumkurven, Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerte und/oder von Extremwerten erfolgen. In 1 ist beispielhaft eine Raumkurve der Bewegungsbahn B im Basis-Koordinatensystem gezeigt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine modifizierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Industrieroboters 1 beschrieben werden.
Gemäß dieser modifizierten Ausführungsform sind die Sensorik 50 und Komponenten der Auswertevorrichtung 60 in einem gemeinsamen Gehäuse 90 aufgenommen, wobei das Gehäuse 90 über Befestigungslöcher 91 an der Laser-Materialbearbeitungsoptik 35 an dem Arbeitsende 30 befestigt ist. Das Gehäuse 90 mit der Sensorik 50 und den Komponenten der Auswertevorrichtung 60 bilden zusammen eine kompakte Erfassungs-und-Verarbeitungseinheit 95.
Gemäß der modifizierten Ausführungsform wird von den im Gehäuse 90 aufgenommenen Komponenten der Auswertevorrichtung 60 eine Vorverarbeitung und Speicherung der von dem triaxialen Beschleunigungssensor 51 (oder den mehreren triaxialen Beschleunigungssensoren) erfassten Beschleunigungen realisiert und werden die vorverarbeiteten Daten via Kabel (Kabelstrang 80) oder kabellos an die Rechnereinrichtung 61 übertragen.
Wie in 2 gezeigt, sind in dem Gehäuse 90 die Sensorik 50 mit dem mindestens einen triaxialen Beschleunigungssensor 51, ein schneller Zwischenspeicher 71 für von der Sensorik erfasste Daten je Koordinatenachse (x, y, z), ein Prozessor 72 zur Datenverarbeitung und Koordinatentransformation je Koordinatenachse (x, y, z), der Zeit-Taktgeber 73 für die Datenerfassung und Datenaufzeichnung, eine kabelbasierte Datenschnittstelle 76 mit Schnittstellenverwaltung 75 sowie eine interne Leitungsanordnung 79 mit Datenbus, Steuerleitungen, Energieversorgungsleitungen und Vernetzungsleitungen aufgenommen.
Wie außerdem in 2 gezeigt, können in dem Gehäuse 90 zusätzlich ein Langzeitspeicher 77 (z.B. eine feste oder entnehmbare Speicherkarte wie eine SD-Card oder ein Solid State Drive) für erfasste und vorverarbeitete Daten sowie eine Elektroenergiequelle 74 (z.B. ein Akkumulator oder eine Batterie) zur Energieversorgung der im Gehäuse 90 angeordneten Komponenten der Auswertevorrichtung 60 und der Sensorik 50 aufgenommen sein sowie kann alternativ oder zusätzlich zur kabelbasierten Datenschnittstelle 76 ein Drahtloskommunikationsmodul 78 (als kabellose Datenschnittstelle – z.B. WLAN, Bluetooth, u.a.) zur Drahtloskommunikation (drahtlosen Ansteuerung und Datenübertragung) mit der Rechnereinrichtung 61 aufgenommen sein.
Die kabelbasierte Datenschnittstelle 76 kann bei kabelbasierten (mit dem Kabelstrang 80) Ausführungsformen zum Anschluss externer Datenleitungen, Steuerungsleitungen und ggf. Energieversorgungsleitungen dienen. Die Schnittstellenverwaltung 75 kann u.a. zur Koordination einer externen Ansteuerung, der Datenübertragung und für den internen Langzeitspeicher 77 dienen.
Aus dem Obigen lassen somit folgende weitere Ausführungsformen für die erfindungsgemäße Sensorik 50 herleiten:

• autark, kabellos, inklusive eigener Elektroenergiequelle und Langzeitspeicher
• kabelgebunden, mit externer Energieversorgung, Ansteuerung, Datenübertragung
• kabellose Ansteuerung, Datenübertragung (WLAN, Bluetooth, u.a.)
• Einzelsensor (Verbund aus X-Y-Z-Koordinatenrichtungen)
• Doppel-, Mehrfachsensoren im Verbund zur Korrelation und Genauigkeitssteigerung
• Ausführungen mit verschiedenen Messbereichen
• interne Datenvorverarbeitung, Datenverarbeitung, Auswertung
• externe Datenvorverarbeitung, Datenverarbeitung, Auswertung
• Kombinationen davon

Zusammenfassend können mit der in den Industrieroboter 1 integrierten Überwachungseinrichtung 40 räumliche Positionen und Toleranzen eines oder mehrerer Überwachungspunkte (TCP oder andere Komponentenpunkte), Beschleunigungswerte und -toleranzen der Bewegungen, Geschwindigkeitswerte und -toleranzen der Bewegungen, Maximalwerte hoher Belastungen von Komponenten ("Dosimeterfunktion") und Schwingungen, Stöße sowie Unstetigkeit erfasst bzw. gemessen, aufgezeichnet und visualisiert werden.
Der oder die triaxialen Beschleunigungssensoren erfassen Beschleunigungen und eine zugehörige Elektronik/Software/Firmware kann daraus Positionen und Geschwindigkeiten von Roboterkomponenten und von Arbeitspunkten sowie Schwingungen ermitteln. Der oder die triaxialen Beschleunigungssensoren sind am Arbeitsende 30 des Industrieroboters 1 angeordnet bzw. befestigt und ermöglichen die Aufzeichnung der gesamten Roboterbahnbewegung. Insbesondere können die konkrete Bahnposition, die Orientierung der zu erfassenden Komponenten/Werkzeuge/Werkstücke, die Beschleunigungswerte und die Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Zeit und/oder in Abhängigkeit der Bahnposition im Raum (Basis-Koordinatensystem) dargestellt und aufgezeichnet werden. Es können dabei beliebig viele Raumpunkte bzw. deren Soll-Ist-Abweichungen gemessen werden. Eine Referenzierung des oder der triaxialen Beschleunigungssensoren kann bevorzugt an der Grundstellungsposition P0 der Roboterbahn erfolgen. Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung 40 kann bevorzugt zur Funktionsanalyse und Fehlerursachensuche an beliebigen Industrierobotern installiert werden, wobei die Industrieroboter dafür nicht speziell konstruiert sein müssen.
Zur Erreichung hoher Messgenauigkeiten können folgende Parameter von Bedeutung sein:

• eine hohe Taktrate für die Beschleunigungsmessungen (Datensätze je Zeiteinheit)
• eine hohe Sensibilität der triaxialen Beschleunigungssensoren (~1 Größenordnung über den zu messenden Beschleunigungen)
• Synchronität der drei X-Y-Z-Messdaten (gemeinsamer Start und zeitlicher Verlauf)
• exaktes Einmessen zwischen mechanischen Befestigungspunkt der Sensorik 50 am Arbeitsende 30 (bzw. einem Werkzeug) und einem Überwachungspunkt wie dem TCP
• Koordinatentranformationsrechnungen zum Roboter-Base-System, in Werkstückkoordinaten u.a.
• räumliches Referenzieren in/während der Grundstellungsposition P0 ggf. mit externen weiteren Basissystem
• Testsystem zum Kalibrieren/Einmessen der Beschleunigungssensoren

Im Fazit kann gemäß Ausführungsformen der Erfindung an einer Roboterhandachse bzw. einem daran befindlichen Werkzeug ein Roboterbahnsensor angebracht sein. Dieser kann mehrere elektronische Gyroskope bzw. jeweils 3achsige Beschleunigungssensoren, Verarbeitungs-, Speicher- und Übertragungselektronik sowie ggf. eine autarke Energieversorgung aufweisen bzw. daraus bestehen.
Die Erfindung ermöglicht eine Messung, Aufzeichnung und Übertragung der Roboterpositionen und Bahnbewegungsgeschwindigkeiten unabhängig, alternativ und zur Überprüfung der roboterinternen Möglichkeiten. Die Erfindung kann z.B. zur permanenten Überwachung der Roboterpositionen, Robotergeschwindigkeiten und -beschleunigungen sowie Roboterschwingungen zur Qualitätssicherung und z.B. zeitweilig zur Unterstützung von Störungsanalysen zum Einsatz kommen. Mit der Erfindung wird ein unabhängiges, aber dennoch auch nachträglich integrierbares Messsystem zur Qualitätssicherung und zur Bewegungsanalyse bereitgestellt.
Bezugszeichenliste

1: Industrieroboter
10: Basis
20: Manipulationsmechanik
30: Arbeitsende
35: Laser-Materialbearbeitungsoptik
40: Überwachungseinrichtung
50: Sensorik
51: triaxialer Beschleunigungssensor
60: Auswertevorrichtung
61: Rechnereinrichtung
65: Visualisierungseinrichtung
66: Anzeige
71: schneller Zwischenspeicher
72: Prozessor
73: Zeit-Taktgeber
74: Elektroenergiequelle
75: Schnittstellenverwaltung
76: kabelbasierte Datenschnittstelle
77: Langzeitspeicher
78: Drahtloskommunikationsmodul
79: Leitungsanordnung
80: Kabelstrang
85: Kabelstrang
90: Gehäuse
91: Befestigungslöcher
95: Erfassungs-und-Verarbeitungseinheit
100: Fertigungsstelle
110: Spannvorrichtung
120: Werkstück
130: Bodenbereich
TCP: Arbeitspunkt / Überwachungspunkt
P0: Grundstellungsposition
B: Bewegungsbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0129245 A1 [0004]

Claims

Industrieroboter (1) mit: einer Basis (10) zur Lagefixierung an einem Aufstellungsort, einem Arbeitsende (30), das eingerichtet ist, einen Arbeitsvorgang auszuführen, einer Manipulationsmechanik (20), welche das Arbeitsende (30) mechanisch mit der Basis (10) verbindet, so dass das Arbeitsende (30) motorisch angetrieben definiert auf gewünschte räumliche Positionen in einem auf die Basis (10) bezogenen dreidimensionalen Koordinatensystem verfahrbar ist, einer Steuereinrichtung zum Steuern der Manipulationsmechanik (20) und der Ausführung des Arbeitsvorgangs, und einer Überwachungseinrichtung (40), die eine Sensorik (50) und eine Auswertevorrichtung (60) aufweist, wobei die Sensorik (50) mit der Auswertevorrichtung (60) signalverbunden und an dem Arbeitsende (30) angeordnet ist, um Informationen bezüglich eines durch eine Verfahrbewegung des Arbeitsendes (30) beeinflussten physikalischen Zustandes des Arbeitsendes (30) zu erfassen und die erfassten Informationen an die Auswertevorrichtung (60) zur Auswertung zu übermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (50) mindestens einen triaxialen Beschleunigungssensor (51) aufweist, sodass von der Sensorik (50) als physikalischer Zustand jeweilige Beschleunigungen des Arbeitsendes (30) in jeder der drei Achsenrichtungen (x, y, z) eines auf das Arbeitsende (30) bezogenen dreidimensionalen Koordinatensystems erfassbar sind, wobei die Auswertevorrichtung (60) eingerichtet ist, unter Rückgriff auf einen mit dem Arbeitsende (30) anfahrbaren vordefinierten Referenzpunkt (P0) des auf die Basis (10) bezogenen Koordinatensystems aus den den physikalischen Zustand des Arbeitsendes (30) definierenden erfassten Beschleunigungen ein Ist-Manipulationsergebnis in Form mindestens einer Position im auf die Basis (10) bezogenen Koordinatensystem eines sich mit dem Arbeitsende (30) bewegenden vordefinierten Überwachungspunktes (TCP) zu berechnen.
Industrieroboter (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Auswertevorrichtung (60) eingerichtet ist, die berechnete Position des Überwachungspunktes (TCP) mit einer vordefinierten Sollposition im auf die Basis (10) bezogenen Koordinatensystem als Soll-Manipulationsergebnis in Beziehung zu setzen und eine Abweichung der berechneten Position von der Sollposition als Manipulationsergebnis-Abweichung zu ermitteln.
Industrieroboter (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswertevorrichtung (60) eingerichtet ist, unter Rückgriff auf den Referenzpunkt (P0) des auf die Basis (10) bezogenen Koordinatensystems aus den den physikalischen Zustand des Arbeitsendes (30) definierenden erfassten Beschleunigungen eine Bewegungsbahn (B) des Überwachungspunktes (TCP) im auf die Basis (10) bezogenen Koordinatensystem als Ist-Manipulationsergebnis zu berechnen.
Industrieroboter (1) gemäß Anspruch 3, wobei die Auswertevorrichtung (60) eingerichtet ist, die berechnete Bewegungsbahn (B) des Überwachungspunktes (TCP) mit einer vordefinierten Sollbewegungsbahn im auf die Basis (10) bezogenen Koordinatensystem als Soll-Manipulationsergebnis in Beziehung zu setzen und Abweichungen der berechneten Bewegungsbahn (B) von der Sollbewegungsbahn als Manipulationsergebnis-Abweichungen zu ermitteln.
Industrieroboter (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Auswertevorrichtung (60) eingerichtet ist, aus den den physikalischen Zustand des Arbeitsendes (30) definierenden erfassten Beschleunigungen für den Überwachungspunkt (TCP) an mindestens einer Position auf dessen berechneter Bewegungsbahn (B) im auf die Basis (10) bezogenen Koordinatensystem eine Geschwindigkeit zu berechnen und diese in das Ist-Manipulationsergebnis einzubeziehen.
Industrieroboter (1) gemäß einem der Ansprüche 1–5, wobei der triaxiale Beschleunigungssensor (51) einen ersten triaxialen Beschleunigungssensor bildet, wobei die Sensorik (50) zusätzlich einen zweiten triaxialen Beschleunigungssensor aufweist, mit dem jeweilige Beschleunigungen des Arbeitsendes (30) in jeder der drei Achsenrichtungen (x, y, z) des auf das Arbeitsende (30) bezogenen Koordinatensystems erfassbar sind, und wobei die Auswertevorrichtung (60) eingerichtet ist, die von dem zweiten triaxialen Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigungen mit den von dem ersten triaxialen Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigungen in Beziehung zu setzen und dadurch für die drei Achsenrichtungen (x, y, z) des auf das Arbeitsende (30) bezogenen Koordinatensystems korrigierte Beschleunigungen des Arbeitsendes (30) zu berechnen, und eingerichtet ist, die korrigierten Beschleunigungen des Arbeitsendes (30) als die den physikalischen Zustand des Arbeitsendes (30) definierenden Beschleunigungen zu bestimmen.
Industrieroboter (1) gemäß Anspruch 6, wobei sich ein Messbereich des ersten triaxialen Beschleunigungssensors von einem Messbereich des zweiten triaxialen Beschleunigungssensors unterscheidet.
Industrieroboter (1) gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei Komponenten der Auswertevorrichtung (60) zusammen mit der Sensorik (50) in einem gemeinsamen an dem Arbeitsende (30) angebrachten Gehäuse (90) angeordnet sind.
Industrieroboter (1) gemäß Anspruch 8, wobei die in dem am Arbeitsende (30) angebrachten Gehäuse (90) angeordneten Komponenten der Auswertevorrichtung (60) zumindest umfassen: einen schnellen Zwischenspeicher (71) für von der Sensorik (50) erfasste Daten, einen Prozessor (72) zur Datenverarbeitung, mindestens eine Datenschnittstelle (76, 78) mit Schnittstellenverwaltung (75), einen Zeit-Taktgeber (73) für die Datenerfassung und Datenaufzeichnung, einen Datenbus und eine Elektroenergiezufuhr zur Energieversorgung der im Gehäuse (90) angeordneten Komponenten der Auswertevorrichtung (60) und der Sensorik (50).
Industrieroboter (1) gemäß einem der Ansprüche 1–9, wobei die Überwachungseinrichtung (40) eine Visualisierungseinrichtung (65) aufweist, die mit der Auswertevorrichtung (60) signalverbunden ist und die eingerichtet ist, das Ist-Manipulationsergebnis, das Soll-Manipulationsergebnis und jegliche Manipulationsergebnis-Abweichung für den Überwachungspunkt (TCP) visuell darzustellen.