DE102015003941A1

DE102015003941A1 - Steuern eines mobilen redundanten Roboters

Info

Publication number: DE102015003941A1
Application number: DE102015003941.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Riedel; Rainer Bischoff
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-09-29

Abstract

Eine erfindungsgemäße Steuerung (1) zum Steuern eines redundanten Roboters mit einer mobilen Basis (11) und einem distalen Endglied (12) weist einen ersten Betriebsmodus, in dem nur eine Bewegung (v11) eines ausgewählten ersten Glieds des Roboters, insbesondere der Basis, in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum (3) vorgebbar ist, und einen zweiten Betriebsmodus auf, in dem nur eine Bewegung (v12) eines ausgewählten zweiten Glieds des Roboters, insbesondere des Endglieds, in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum (3) vorgebbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung und ein Verfahren zum Steuern eines mobilen redundanten Roboters sowie ein Robotersystem mit der Steuerung und dem Roboter und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der EP 0 850 730 B1 ist es bekannt, die Bewegung eines Endglieds stationären eines sechsachsigen Roboters durch Handführen des Endglieds oder über ein Eingabegerät vorzugeben.
Dies ist bei mobilen redundanten Robotern problematisch: mit einer Hand kann nur eine Bewegung des Endglieds in maximal sechs Freiheitsgraden des Raums vorgegeben werden. Um die weiteren Freiheitsgrade des mobilen redundanten Roboters aufzulösen, müsste ein weiteres Glied des Roboters mit einer zweiten Hand geführt werden. Gleichzeitig soll jedoch beim Handführen meist manuell ein Zustimmtaster betätigt werden. Auch eine Bewegungsvorgabe durch ein Eingabegerät ist problematisch, da durch dieses regelmäßig eine Bewegung in maximal sechs Gelenk- oder Raumfreiheitsgraden vorgegeben werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Betrieb eines Robotersystems mit einem mobilen redundanten Roboter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 9, 13 und 15 stellen ein Robotersystem mit einer hier beschriebenen Steuerung, ein Verfahren zum Steuern des Roboters eines hier beschriebenen Robotersystems bzw. ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein redundanter Roboter eines Robotersystems eine mobile Basis und ein distales Endglied auf.
Die mobile Basis weist in einer Ausführung genau eine(n), genau zwei oder genau drei aktuierbare(n) bzw. potentielle(n) translatorische(n) bzw. Lagefreiheitsgrad(e) bzw. Bewegungsmöglichkeiten bzw. -richtungen relativ zur Umgebung, insbesondere einer Aufstandsfläche, und/oder genau eine(n), genau zwei oder genau drei aktuierbare(n) bzw. potentielle(n) rotatorische(n) bzw. Dreh- bzw. Orientierungsfreiheitsgrad(e) bzw. Bewegungsmöglichkeiten bzw. -richtungen relativ zur Umgebung auf.
In einer Weiterbildung weist die mobile Basis ein, insbesondere lenkbares, insbesondere omnidirektionales, Fahrwerk und somit genau eine(n) oder genau zwei aktuierbare(n) bzw. potentielle(n) translatorische(n) bzw. Lagefreiheitsgrad(e) bzw. Bewegungsmöglichkeiten bzw. -richtungen relativ zu einer Aufstandsfläche und höchstens eine(n) aktuierbare(n) bzw. potentielle(n) rotatorische(n) bzw. Dreh- bzw. Orientierungsfreiheitsgrad bzw. Bewegungsmöglichkeit bzw. -richtung um eine Drehachse senkrecht zur Aufstandsfläche auf. In einer anderen Weiterbildung kann die mobile Basis beispielsweise schienengebunden oder luftkissengestützt sein und somit einen bzw. drei aktuierbare translatorische Freiheitsgrade aufweisen.
Das distale Endglied ist in einer Ausführung mit der mobilen Basis über wenigstens vier Gelenke, insbesondere Drehgelenke verbunden. In einer Weiterbildung ist das distale Endglied mit der mobilen Basis über wenigstens sechs Gelenke, insbesondere Drehgelenke verbunden, durch die es sechs Freiheitsgrade relativ zur Basis und bei fixierter Basis sechs Freiheitsgrade relativ zur Umgebung aufweist. In einer Weiterbildung ist das distale Endglied mit der mobilen Basis über wenigstens sieben Gelenke, insbesondere Drehgelenke verbunden, so dass das Endglied bereits gegenüber der mobilen Basis redundant ist.
Allgemein wird unter einem redundanten mobilen Roboter insbesondere ein Roboter verstanden, bei dem die Summe der (aktuierbaren) Freiheitsgrade seiner mobilen Basis relativ zur Umgebung und der (aktuierbaren) Freiheitsgrade seines Endglieds relativ zur Basis wenigstens sieben beträgt und/oder der wenigstens zwei potentielle Posen aufweist, in denen das Endglied relativ zur Umgebung dieselbe Position bzw. Lage und Orientierung aufweist, wobei eine Pose auch die Position der Basis in der Umgebung umfasst.
Der Roboter weist in einer Ausführung wenigstens einen Endeffektor auf, der an dem Endglied angeordnet, insbesondere lösbar oder unlösbar daran befestigt, werden kann, insbesondere ist. Entsprechend weist der Endeffektor in einer Ausführung einen Werkzeugflansch zum, insbesondere lösbaren, Befestigen eines Endeffektors auf.
Endglied, Basis und die diese gelenkig miteinander verbindenden Glieder des Roboters werden vorliegend auch als Roboterarm bezeichnet, der entsprechend aus dem Endglied, der Basis und den diese gelenkig miteinander verbindenden Gliedern des Roboters besteht.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Roboter wahlweise in einem ersten oder zweiten Betriebsmodus gesteuert. Entsprechend weist eine Steuerung zum Steuern des Roboters, insbesondere eine Steuerung des Robotersystems, nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einen ersten Betriebsmodus und einen zweiten Betriebsmodus auf bzw. ist, insbesondere hard- und/oder softwaretechnisch, dazu eingerichtet, wahlweise den ersten oder zweiten Betriebsmodus auszuführen bzw. den Roboter wahlweise in dem ersten oder zweiten Betriebsmodus zu steuern.
In dem ersten Betriebsmodus ist nur eine Bewegung eines, insbesondere von einem Bediener, ausgewählten ersten Glieds des Roboters in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum, insbesondere online bzw. während des Betriebs und/oder durch einen Bediener und/oder direkt und/oder unabhängig, vorgebbar. Eine Bewegung der anderen, von dem ersten Glied verschiedenen Glieder des Roboters ist entsprechend in einer Ausführung in dem ersten Betriebsmodus nicht durch den Bediener und/oder direkt und/oder unabhängig vorgebbar. Das erste Glied ist in einer Ausführung die mobile Basis des Roboters.
In einer Weiterbildung ist in dem ersten Betriebsmodus eine Bewegung des ersten Gliedes in allen aktuierbaren bzw. potentiellen Freiheitsgraden des ersten Glieds im Raum vorgebbar. Beispielsweise kann also der Bediener im ersten Betriebsmodus ein Vorwärts-/Rückwärtsfahren und/oder Seitwärtsfahren und/oder eine Drehung um eine Hochachse des Fahrwerks vorgeben. Zusätzlich oder alternativ ist in dem ersten Betriebsmodus, insbesondere wahlweise, eine Bewegung des ersten Gliedes nur in ausgewählten Freiheitsgraden von den aktuierbaren bzw. potentiellen Freiheitsgraden des ersten Glieds im Raum vorgebbar. Beispielsweise kann dann der Bediener im ersten Betriebsmodus nur ein Vorwärts-/Rückwärtsfahren des Fahrwerks vorgeben, während ein Seitwärtsfahren und/oder eine Drehung um die Hochachse gesperrt bzw. nicht vorgebbar ist.
In dem zweiten Betriebsmodus ist nur eine Bewegung eines, insbesondere von dem Bediener, alternativ ausgewählten bzw. von dem ersten Glied verschiedenen zweiten Glieds des Roboters in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum, insbesondere online bzw. während des Betriebs und/oder durch einen Bediener und/oder direkt und/oder unabhängig, vorgebbar. Eine Bewegung der anderen, von dem zweiten Glied verschiedenen Glieder des Roboters ist entsprechend in einer Ausführung in dem zweiten Betriebsmodus nicht durch den Bediener und/oder direkt und/oder unabhängig vorgebbar. Das zweite Glied ist in einer Ausführung das distale Endglied des Roboters.
In einer Weiterbildung ist in dem zweiten Betriebsmodus eine Bewegung des zweiten Gliedes in sechs Freiheitsgraden im Raum vorgebbar. Beispielsweise kann also der Bediener im zweiten Betriebsmodus eine Translation in drei Raumrichtungen und eine Drehung um drei Raumachsen des Endglieds vorgeben. Zusätzlich oder alternativ ist in dem zweiten Betriebsmodus, insbesondere wahlweise, eine Bewegung des zweiten Gliedes nur in ausgewählten Freiheitsgraden von den aktuierbaren bzw. potentiellen Freiheitsgraden im Raum vorgebbar. Beispielsweise kann dann der Bediener im zweiten Betriebsmodus nur eine Translation des Endglieds entlang einer Achse im Raum vorgeben, während eine Bewegung quer zur Achse und/oder eine Drehung gesperrt bzw. nicht vorgebbar ist.
Indem nur eine Bewegung eines ausgewählten Glieds des Roboters in höchstens sechs Freiheitsgraden des Raums vom Bediener vorgebbar ist, kann vorteilhaft ein mobiler redundanter Roboter durch Vorgabe nur dieser Bewegung vorteilhaft, insbesondere intuitiv und/oder prozesssicher, gesteuert werden. Indem wahlweise in unterschiedlichen Betriebsmodi unterschiedliche Glieder ausgewählt bzw. deren Bewegungen vorgegeben werden können, wird vorteilhaft eine Mehrzahl von Steuermöglichkeiten zur Verfügung gestellt und so die Flexibilität des Verfahrens bzw. der Steuerung erhöht.
In einer Ausführung wird der Roboter wahlweise in einem dritten Betriebsmodus gesteuert. Entsprechend weist die Steuerung in einer Ausführung einen dritten Betriebsmodus auf bzw. ist, insbesondere hard- und/oder softwaretechnisch, dazu eingerichtet, wahlweise den dritten Betriebsmodus auszuführen bzw. den Roboter wahlweise in dem dritten Betriebsmodus zu steuern.
In dem dritten Betriebsmodus ist nur eine Bewegung eines, insbesondere von dem Bediener, alternativ ausgewählten bzw. von dem ersten und zweiten Glied verschiedenen dritten Glieds des Roboters in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum, insbesondere online bzw. während des Betriebs und/oder durch einen Bediener und/oder direkt und/oder unabhängig, vorgebbar. Eine Bewegung der anderen, von dem dritten Glied verschiedenen Glieder des Roboters ist entsprechend in einer Ausführung in dem zweiten Betriebsmodus nicht durch den Bediener und/oder direkt und/oder unabhängig vorgebbar. Das dritte Glied ist in einer Ausführung zwischen der Basis und dem Endglied angeordnet, es kann insbesondere ein Handgelenk, Ellenbogen oder anderes Glied des Roboterarms sein.
In einer Weiterbildung ist in dem dritten Betriebsmodus eine Bewegung des dritten Gliedes in sechs Freiheitsgraden im Raum vorgebbar. Beispielsweise kann also der Bediener im dritten Betriebsmodus eine Translation in drei Raumrichtungen und eine Drehung um drei Raumachsen des Endglieds vorgeben. Zusätzlich oder alternativ ist in dem dritten Betriebsmodus, insbesondere wahlweise, eine Bewegung des dritten Gliedes nur in ausgewählten Freiheitsgraden von den aktuierbaren bzw. potentiellen Freiheitsgraden des dritten Glieds im Raum vorgebbar. Beispielsweise kann dann der Bediener im dritten Betriebsmodus nur eine Rotation des Ellbogens um eine Achse vorgeben.
In einer Ausführung ist in einem oder mehreren der Betriebsmodi ein von dem ausgewählten Glied verschiedenes weiteres Glied des Roboters bzw. Roboterarms relativ zu dem ausgewählten Glied positionsfest.
Beispielsweise kann in einem ersten Betriebsmodus, in dem nur Bewegungen der mobilen Basis im Raum vorgebbar sind, insbesondere in einer Betriebsart des ersten Betriebsmodus, das Endglied positionsfest zur Basis sein, der Roboter also insbesondere einen starr(gesteuert)en Roboterarm aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ sind in einem oder mehreren der Betriebsmodi, insbesondere wahlweise in einer weiteren Betriebsart dieses Betriebsmodus, ein oder mehrere von dem ausgewählten Glied verschiedene weitere Glieder des Roboters bzw. Roboterarms relativ zur Umgebung positionsfest.
Beispielsweise kann in einem ersten Betriebsmodus, in dem nur Bewegungen der mobilen Basis im Raum vorgebbar sind, insbesondere in einer weiteren Betriebsart des ersten Betriebsmodus, das Endglied relativ zur Umgebung positionsfest sein. Zusätzlich oder alternativ kann in einem zweiten Betriebsmodus, in dem nur Bewegungen des Endglieds im Raum vorgebbar sind, die mobile Basis relativ zur Umgebung positionsfest sein. Zusätzlich oder alternativ können in einem dritten Betriebsmodus, in dem nur Bewegungen des Ellbogens im Raum vorgebbar sind, die mobile Basis und das Endglied relativ zur Umgebung positionsfest sein.
In einer Ausführung ist in einem oder mehreren der Betriebsmodi die Bewegung des ausgewählten Glieds durch, insbesondere manuelle, Kontaktierung, insbesondere Kraftbeaufschlagung, des ausgewählten Glieds vorgebbar bzw. wird in einem oder mehreren der Betriebsmodi die Bewegung des ausgewählten Glieds durch, insbesondere manuelle, Kontaktierung, insbesondere Kraftbeaufschlagung, des ausgewählten Glieds vorgegeben.
Beispielsweise können in einem ersten Betriebsmodus, in dem nur Bewegungen der mobilen Basis im Raum vorgebbar sind und das Endglied relativ zur Umgebung positionsfest ist, die Bewegungen der mobilen Basis durch Handführen bzw. manuelles Kontaktieren der Basis vorgegeben werden.
Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung in einem oder mehreren der Betriebsmodi, insbesondere wahlweise, die Bewegung des ausgewählten Glieds durch, insbesondere manuelle, Kontaktierung, insbesondere Kraftbeaufschlagung, eines von dem ausgewählten Glied verschiedenen weiteren, insbesondere relativ zur Umgebung positionsfesten, Glieds des Roboters vorgebbar bzw. wird in einem oder mehreren der Betriebsmodi die Bewegung des ausgewählten Glieds durch, insbesondere manuelle, Kontaktierung, insbesondere Kraftbeaufschlagung, eines von dem ausgewählten Glied verschiedenen weiteren Glieds des Roboters vorgegeben.
Beispielsweise können in einem ersten Betriebsmodus, in dem nur Bewegungen der mobilen Basis im Raum vorgebbar sind und das Endglied relativ zur Umgebung positionsfest ist, die Bewegungen der mobilen Basis auch durch manuelles Kontaktieren, insbesondere eine Kraftbeaufschlagung, des Endglieds vorgegeben werden. Dieses bleibt dann relativ zur Umgebung positionsfest, wobei die Steuerung die mobile Basis entsprechend der Kraftbeaufschlagung bewegt, insbesondere in Richtung der Kraftbeaufschlagung und/oder proportional zu deren Stärke.
Entsprechend umfasst in einer Weiterbildung die Steuerung ein Kontakt-, insbesondere Krafterfassungsmittel zum Erfassen eines Kontakts, insbesondere einer Kraftbeaufschlagung, eines oder mehrerer Glieder des Roboters. Das Kontakt- bzw. Krafterfassungsmittel kann insbesondere Sensoren in Gelenken und/oder an Oberflächen, insbesondere Bediengriffen, des Roboters aufweisen. Zur kompakteren Darstellung wird vorliegend auch ein antiparalleles Kräftepaar, d. h. ein Drehmoment, verallgemeinernd als Kraft bezeichnet.
Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung in einem oder mehreren der Betriebsmodi, insbesondere wahlweise, die Bewegung des ausgewählten Glieds durch ein Eingabegerät vorgebbar. Das Eingabegerät ist in einer Ausführung hard- und/oder softwaretechnisch zur Vorgabe einer höchstens sechsdimensionalen bzw. -achsigen Bewegung eingerichtet und/oder mit der Steuerung, insbesondere drahtlos oder drahtgebunden, signalverbunden bzw. hierzu eingerichtet.
In einer Ausführung kann durch entsprechende Bedienung des Eingabegeräts und/oder Kontaktierung, insbesondere Kraftbeaufschlagung, eines Glieds des Roboters zwischen den Betriebsmodi umgeschaltet werden, insbesondere zyklisch oder selektiv.
Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung die Steuerung ein Eingabemittel zur optischen und/oder akustischen Befehlseingabe, insbesondere zum Kommandieren eines Wechsels des Betriebsmodus, auf.
Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung das Endglied ein Eingabemittel zum Wechseln des Betriebsmodus der Steuerung, Freigeben einer Bewegung des Roboters und/oder Eingeben eines Programmierbefehls und/oder ein Ausgabemittel zum, insbesondere optischen, Ausgeben einer Information, insbesondere des gewählten Betriebsmodus, auf.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1A–1C: eine Bewegung eines Robotersystems nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem ersten Betriebsmodus; und
2A–2C: eine Bewegung des Robotersystems in einem zweiten Betriebsmodus; und
3A–3C: eine Bewegung des Robotersystems in einem dritten Betriebsmodus; und
4A–4C: eine Bewegung des Robotersystems in dem ersten Betriebsmodus; und
5A, 5B: eine Bewegung des Robotersystems in dem ersten Betriebsmodus; und
6: einen Teil des Robotersystems in vergrößerter Darstellung.
1A zeigt ein Robotersystem nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, das einen redundanten Roboter mit einer mobilen Basis 11 und einem distalen Endglied 12 und eine in der mobilen Basis 11 angeordneten Steuerung 1 zum Steuern des Roboters aufweist.
Die mobile Basis 11 weist ein omnidirektionales Fahrwerk und somit genau zwei aktuierbare translatorische bzw. Lagefreiheitsgrade relativ zu einer Aufstandsfläche bzw. Umgebung 3 und einen aktuierbaren rotatorischen bzw. Dreh- bzw. Orientierungsfreiheitsgrad um eine Drehachse senkrecht zur Aufstandsfläche auf.
Das distale Endglied 12 ist mit der mobilen Basis 11 über sieben aktuierbare Drehgelenke verbunden, so dass das Endglied 12 bereits gegenüber der mobilen Basis 11 redundant ist.
Der Roboter weist einen Endeffektor auf, der an dem Endglied 12 lösbar befestigt ist.
Die Steuerung 1 führt ein nachfolgend anhand der Figuren beschriebenes Verfahren zum Steuern des Roboters aus bzw. ist hierzu eingerichtet.
In einem ersten Betriebsmodus ist nur eine Bewegung der mobilen Basis 11 in den drei vorstehend erläuterten aktuierbaren Freiheitsgraden der Basis 11 im Raum 3 online durch einen Bediener direkt und unabhängig vorgebbar, beispielsweise durch Handführen der Basis 11.
Dabei ist in einer Betriebsart des ersten Betriebsmodus das Endglied 12 relativ zu der mobilen Basis 11 positionsfest, so dass der Roboter einen starr gesteuerten Roboterarm aufweist.
Exemplarisch sind hierzu in den 1A–1C verschiedene vom Bediener durch Handführen der Basis 11 vorgebbare Bewegungen durch Geschwindigkeitspfeile v₁₁ angedeutet. Man erkennt, dass in dieser (ersten) Betriebsart des ersten Betriebsmodus der Roboter einen starren Roboterarm aufweist.
In einem zweiten Betriebsmodus ist nur eine Bewegung des distalen Endglieds 12 des Roboters in sechs Freiheitsgraden im Raum online durch den Bediener direkt und unabhängig vorgebbar, beispielsweise durch Handführen des distalen Endglieds 12.
Exemplarisch sind hierzu in den 2A–2C verschiedene vom Bediener durch Handführen des distalen Endglieds 12 vorgebbare Bewegungen durch Geschwindigkeitspfeile v₁₂ angedeutet. Man erkennt, dass in dem zweiten Betriebsmodus die mobile Basis 11 relativ zur Umgebung positionsfest ist. Die Redundanz des siebenachsigen Roboterarms kann rein exemplarisch dadurch aufgelöst sein, dass ein Ellbogen 13 derart mitgeführt wird, dass sein Gelenkwinkel konstant bleibt, einen minimalen Abstand zu einer Nullstellung aufweist oder dergleichen. In einer anderen Ausführung kann die Redundanz des siebenachsigen Roboterarms auch andersartig aufgelöst sein, beispielsweise durch Maximieren eines Abstandes zu einer nächstliegenden singulären Pose, Nutzen der Pseudo-Inversen bei der Rückwärtstransformation oder dergleichen.
Wahlweise ist in dem zweiten Betriebsmodus auch nur eine Bewegung des distalen Endglieds 12 in ausgewählten Freiheitsgraden von den sechs Freiheitsgraden im Raum vorgebbar. Beispielsweise kann der Bediener im zweiten Betriebsmodus nur eine Translation des Endglieds 12 entlang einer Achse im Raum vorgeben, während eine Bewegung quer zur Achse und/oder eine Drehung gesperrt bzw. nicht vorgebbar ist.
In einem dritten Betriebsmodus ist nur eine Bewegung des Ellenbogens 13 des Roboters in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum online durch den Bediener direkt und unabhängig vorgebbar.
Dabei sind im dritten Betriebsmodus sowohl die mobile Basis 11 als auch das distale Endglied 12 relativ zur Umgebung positionsfest.
Exemplarisch sind hierzu in den 3A–3C verschiedene vom Bediener durch Handführen des Ellenbogens 13 vorgebbare Bewegungen durch Geschwindigkeitspfeile v₁₃ angedeutet. Man erkennt, dass in diesem dritten Betriebsmodus sowohl die mobile Basis 11 als auch das distale Endglied 13 relativ zur Umgebung positionsfest sind.
4A–4C zeigen exemplarisch eine weitere (zweite) Betriebsart des ersten Betriebsmodus, in dem nur eine Bewegung der mobilen Basis 11 in den drei vorstehend erläuterten aktuierbaren Freiheitsgraden der Basis 11 im Raum 3 online durch einen Bediener direkt und unabhängig vorgebbar ist, beispielsweise durch Handführen der Basis 11, wie in 4A–4C durch Geschwindigkeitspfeile v₁₁ angedeutet.
Dabei ist in der weiteren Betriebsart des ersten Betriebsmodus das distale Endglied 12 relativ zur Umgebung 3 positionsfest. Man erkennt, dass das Endglied 12 trotz der handgeführten Bewegungen der mobilen Basis 11 bezüglich der Umgebung 3 positionsfest ist, d. h. seine Lage und Orientierung nicht ändert. Der Roboterarm gleich dabei die Bewegung der mobilen Basis 11 in der Umgebung 3 aus.
In den vorstehend beschriebenen Beispielen wurden die Bewegungen des ausgewählten Glieds, d. h. der mobilen Basis 11 in 1A–1C und 4A–4C, des distalen Endglieds 12 in 2A–2C bzw. des Ellbogens 13 in 3A–3C, durch manuelle Kraftbeaufschlagung des ausgewählten Glieds vorgegeben.
Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung in einem oder mehreren der Betriebsmodi, insbesondere wahlweise, die Bewegung des ausgewählten Glieds durch manuelle Kontaktierung, insbesondere Kraftbeaufschlagung, eines von dem ausgewählten Glied verschiedenen weiteren Glieds des Roboters vorgebbar.
Dies ist exemplarisch in 5A, 5B für die weitere (zweite) Betriebsart des ersten Betriebsmodus gezeigt, in dem nur Bewegungen der mobilen Basis 11 im Raum 3 vorgebbar sind und das Endglied 12 relativ zur Umgebung 3 positionsfest ist.
Wie in der Figurenfolge 5A → 5B angedeutet, wird hier eine Bewegungen Δx der mobilen Basis 11 durch manuelle Kraftbeaufschlagung F_Hand des Endglieds 12 vorgegeben. Dieses bleibt relativ zur Umgebung 3 positionsfest, was in 5A, 5B durch den konstanten Vektor r_TCP vom Ursprung eines umgebungsfesten Koordinatensystems 3 zum Endglied 12 angedeutet ist. Die Steuerung 1 bewegt die mobile Basis 11 entsprechend der Kraftbeaufschlagung F_Hand, insbesondere in Richtung der Kraftbeaufschlagung und/oder proportional zu deren Stärke. Gleichzeitig steuert sie eine Gegenbewegung Δx des distalen Endes 12, so dass dieses relativ zur Umgebung 3 positionsfest bleibt.
Zusätzlich oder alternativ ist in einem oder mehreren der Betriebsmodi, insbesondere wahlweise, die Bewegung des ausgewählten Glieds durch ein Eingabegerät 5 (vgl. 6) an vorgebbar, das zur Vorgabe einer höchstens sechsdimensionalen bzw. -achsigen Bewegung eingerichtet und mit der Steuerung 11, insbesondere drahtlos oder drahtgebunden, signalverbunden ist.
Das Endglied 12 weist ein in der Vergrößerung der 6 erkennbares Eingabemittel in Form eines Führungsgriffes 40 mit einer Modusauswahltaste 43 zum Wechseln des Betriebsmodus der Steuerung 11, zwei Zustimmtasten 41 zum Freigeben einer Bewegung des Roboters und einer Pose Touch Up-Taste 42 zum Eingeben eines Programmierbefehls („Pose Touch Up”) auf.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Steuerung
11: mobile Basis
12: distales Endglied
13: Ellbogen
3: Umgebung (Raum)
40: Führungsgriff (Eingabemittel)
43: Modusauswahltaste
41: Zustimmtaste
42: Pose Touch Up-Taste
5: Eingabegerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0850730 B1 [0002]

Claims

Steuerung (1) zum Steuern eines redundanten Roboters mit einer mobilen Basis (11) und einem distalen Endglied (12), wobei die Steuerung einen ersten Betriebsmodus, in dem nur eine Bewegung (v₁₁) eines ausgewählten ersten Glieds des Roboters, insbesondere der Basis, in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum (3) vorgebbar ist, und einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in dem nur eine Bewegung (v₁₂) eines ausgewählten zweiten Glieds des Roboters, insbesondere des Endglieds, in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum (3) vorgebbar ist.
Steuerung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung einen dritten Betriebsmodus aufweist, in dem nur eine Bewegung (v₁₃) eines ausgewählten dritten, insbesondere zwischen der Basis und dem Endglied angeordneten, Glieds (13) des Roboters in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum (3) vorgebbar ist.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Betriebsmodi ein von dem ausgewählten Glied (11) verschiedenes weiteres Glied (12) des Roboters relativ zu dem ausgewählten Glied positionsfest ist.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Betriebsmodi wenigstens ein von dem ausgewählten Glied (11; 13) verschiedenes weiteres Glied (12; 11, 12) des Roboters relativ zur Umgebung positionsfest ist.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Betriebsmodi die Bewegung des ausgewählten Glieds durch, insbesondere manuelle, Kontaktierung des ausgewählten Glieds vorgebbar ist.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Betriebsmodi die Bewegung des ausgewählten Glieds (11) durch, insbesondere manuelle, Kontaktierung eines von dem ausgewählten Glied verschiedenen weiteren Glieds (12) des Roboters vorgebbar ist.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Betriebsmodi die Bewegung des ausgewählten Glieds durch ein Eingabegerät (5) vorgebbar ist.
Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Eingabemittel zur optischen und/oder akustischen Befehlseingabe, insbesondere zum Kommandieren eines Wechsels des Betriebsmodus.
Robotersystem, das einen redundanten Roboter mit einer mobilen Basis (11) und einem distalen Endglied (12) und eine Steuerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Steuern des Roboters aufweist.
Robotersystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Basis ein Fahrwerk aufweist.
Robotersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endglied mit der Basis über wenigstens vier Gelenke verbunden ist.
Robotersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endglied ein Eingabemittel (40–43) zum Wechseln des Betriebsmodus der Steuerung, Freigeben einer Bewegung des Roboters und/oder Eingeben eines Programmierbefehls und/oder ein Ausgabemittel zum, insbesondere optischen, Ausgeben einer Information aufweist.
Verfahren zum Steuern des Roboters eines Robotersystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Betriebsmodus nur eine Bewegung (v₁₁) eines ausgewählten ersten Glieds des Roboters, insbesondere der Basis (11), in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum (3) vorgebbar ist, und in einem zweiten Betriebsmodus nur eine Bewegung (v₁₂) eines ausgewählten zweiten Glieds des Roboters, insbesondere des Endglieds (12), in wenigstens einem und höchstens sechs Freiheitsgraden im Raum (3) vorgebbar ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter wahlweise in dem ersten oder zweiten Betriebsmodus gesteuert wird.
Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.