DE102015004692A1

DE102015004692A1 - Verfahren zum Betrieb eines Roboters und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102015004692A1
Application number: DE102015004692.6A
Authority: DE
Inventors: Klaus Demmler; Michael Lebrecht
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-04-11
Filing date: 2015-04-11
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Roboters (1), welcher zumindest einen Kraft-Momenten-Sensor (5) aufweist.
Erfindungsgemäß wird eine Bewegungsführung des Roboters (1) durch eine Person mittels des Kraft-Momenten-Sensors (5) durchgeführt, indem eine durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübte Kraft und/oder ein durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübtes Moment mittels des Kraft-Momenten-Sensors (5) erfasst wird und eine Bewegung des Roboters (1) in Abhängigkeit von der erfassten Kraft- und/oder Momenteneinwirkung gesteuert und/oder geregelt wird, wobei dieser Steuerung und/oder Regelung der Bewegung des Roboters (1) zumindest für einen vorgegebenen Zeitraum und/oder für einen vorgegebenen Bewegungsbereich eine Bewegungsbahn (vB) vorgegeben wird, wodurch die Bewegung des Roboters (1) in Abhängigkeit von der erfassten Kraft- und/oder Momenteneinwirkung derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass sich der Roboter (1) entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn (vB) bewegt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (6) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Roboters nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2010 024 188 A1 beschrieben, eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung zur Befestigung von Werkzeugen an einem Montage-Roboter bekannt. Der Roboter weist an einer Rumpfeinheit zumindest eine bewegbare Extremität auf, die an einem distalen Ende mit der Werkzeugbefestigungsvorrichtung und mit einem Kraft-Momenten-Sensor verbunden ist. Die Werkzeugbefestigungsvorrichtung ist eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung mit einer integrierten Kraft-Momenten-Detektionsvorrichtung und wird durch zumindest eine erste roboterseitig positionierbare Flanschplatte und eine zweite werkzeugseitig positionierbare Flanschplatte gebildet. In dem Zwischenraum sind zumindest ein Kraft-Momenten-Sensor, der mit der ersten und der zweiten Flanschplatte in Wirkverbindung steht, und eine mit dem Kraft-Momenten-Sensor operativ verbundene Vorrichtung zur Signalverarbeitung und/oder Signalübermittlung angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Roboters und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Roboters mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem Verfahren zum Betrieb eines Roboters, welcher zumindest einen Kraft-Momenten-Sensor aufweist, wird erfindungsgemäß eine Bewegungsführung des Roboters durch eine Person mittels des Kraft-Momenten-Sensors durchgeführt, indem eine durch die Person auf den Roboter ausgeübte Kraft und/oder ein durch die Person auf den Roboter ausgeübtes Moment mittels des Kraft-Momenten-Sensors erfasst wird und eine Bewegung des Roboters in Abhängigkeit von der erfassten Kraft- und/oder Momenteneinwirkung gesteuert und/oder geregelt wird, wobei dieser Steuerung und/oder Regelung der Bewegung des Roboters zumindest für einen vorgegebenen Zeitraum und/oder für einen vorgegebenen Bewegungsbereich eine Bewegungsbahn vorgegeben wird, wodurch die Bewegung des Roboters in Abhängigkeit von der erfassten Kraft- und/oder Momenteneinwirkung derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass sich der Roboter entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn bewegt.
Die erfindungsgemäße Lösung betrifft das Anwendungsfeld der Mensch-Roboter-Kollaboration. Durch das erfindungsgemäße Verfahren besteht die Möglichkeit, den Roboter durch den Menschen führen zu lassen, indem Einwirkungen auf den Roboter durch eine den Roboter führende Person mittels dessen Kraft-Momenten-Sensor erfasst werden und in entsprechende Bewegungen des Roboters umgesetzt werden. Ist dieser Bewegung des Roboters jedoch keine Bewegungsbahn vorgegeben, entlang sich der Roboter bewegen soll und welche er nicht verlassen soll, so muss der Mensch bei der dann freien Führung des Roboters immer ein komplettes Umfeld betrachten und teils unübersichtliche Systeme überwachen. D. h. es müssen unübersichtliche und komplexe Arbeitsbereiche in allen Freiheitsgraden vom Menschen überwacht werden und es besteht eine hohe Gefahr für Verletzungen und Beschädigungen. Bei einem frei geführten Roboter kann zudem nur schwer eine definierte, d. h. beabsichtigte, Bewegungsbahn wiederholt werden und es ist keine exakte Positionierung des Roboters möglich. Des Weiteren ist mit einer derartigen freien Bewegungsführung des Roboters eine hohe Belastung der den Roboter führenden Person durch eine ständig erforderliche hohe Konzentration und einen hohen Kraftaufwand verbunden. Aufgrund von sechs Freiheitsgraden, in welchen der Roboter bewegbar ist, ist des Weiteren eine definierte Krafteinbringung schwierig.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, d. h. durch die erfindungsgemäße Vorgabe einer Bewegungsbahn zumindest für einen vorgegebenen Zeitraum und/oder für einen vorgegebenen Bewegungsbereich, so dass die Bewegung des Roboters in Abhängigkeit von der erfassten Kraft- und/oder Momenteneinwirkung derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass sich der Roboter entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn bewegt, werden diese Nachteile und Probleme der vollständig freien Bewegungsführung vermieden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit ermöglicht, dass die den Roboter führende Person vorteilhafterweise durch das Einbringen einer Kraft den Roboter auf der vorgegebenen Bewegungsbahn bewegen kann. Durch diese Vorgabe der Bewegungsbahn muss die eingebrachte Kraft nicht vektorbehaftet sein, d. h. die Kraftrichtung ist unerheblich bzw. es ist beispielsweise lediglich von Bedeutung, ob die Kraft im Wesentlichen in Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung der Bewegungsbahn gerichtet ist.
Zur Durchführung des Verfahrens ist in einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit zur Steuerung und/oder Regelung der Bewegung des Roboters zweckmäßigerweise ein Bewegungsbahnsteuerungsalgorithmus mit zumindest einer vorgegebenen Bewegungsbahn implementiert. Die Vorgabe der Bewegungsbahn oder mehrerer Bewegungsbahnen erfolgt zweckmäßigerweise durch eine entsprechende Programmierung der Steuerungs- und/oder Regelungseinheit. Mittels des Bewegungsbahnsteuerungsalgorithmus wird ein externes Signal, das Signal des Kraft-Momenten-Sensors, verarbeitet und in einen Bewegungsimpuls umgewandelt. Durch vorgegebene Endpunkte der jeweils vorgegebenen Bewegungsbahn in diesem Bewegungsbahnsteuerungsalgorithmus ist ein exaktes Positionieren des Roboters möglich. Eine Wiederholgenauigkeit der Bewegung des Roboters entspricht einer Automatisierung, d. h. der Bewegung eines vollautomatischen Roboters, da es das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, den Roboter wiederholt entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn zu bewegen und somit stets auf dem gleichen Weg zu bewegen.
Durch diese Bewegung des Roboters entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn und somit geführt durch die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit, welche den Roboter entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn führt, werden das Risiko einer Kollision des Roboters mit anderen Objekten in dessen Umgebung und die Verletzungsgefahr für Personen in der Umgebung des Roboters, insbesondere für die den Roboter führende Person, minimiert. Das Verletzungsrisiko sinkt insbesondere deshalb, weil die den Roboter führende Person sich nicht auf eine komplexe Führung eines frei beweglichen Roboters konzentrieren muss und weil die Bewegungsbahn zweckmäßigerweise derart vorgegeben wird, dass nicht beispielsweise die Gefahr eines Einklemmens der den Roboter führenden Person zwischen dem Roboter und anderen Objekten besteht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sinkt zudem die Belastung der den Roboter führenden Person durch die Verringerung des erforderlichen Kraftaufwandes und der erforderlichen Konzentration. Der Roboter lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafterweise lediglich durch das Einbringen einer Kraft ohne Richtungsvektor auf einfache Weise in sechs Dimensionen bewegen, da die Bewegung entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn erfolgt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch einen Betrieb eines Roboters mit einer vollständig freien Bewegungsführung, und
2 schematisch einen Betrieb eines Roboters mit einer Bewegungsführung entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 und 2 zeigen einen Betrieb eines Roboters 1, dessen Bewegungsführung durch eine den Roboter 1 bedienende Person durchgeführt wird. Die Person ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. In 1 ist eine vollständig freie Bewegungsführung des Roboters 1 durch die den Roboter 1 bedienende Person dargestellt, während in 2 eine Bewegungsführung des Roboters 1 entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn vB dargestellt ist. Die Figuren zeigen dabei lediglich vereinfachte schematische Darstellungen. Insbesondere wurde zur Reduzierung der Komplexität jeweils eine zweidimensionale Darstellung gewählt. In der Realität werden alle sechs Freiheitsgrade bei der Roboterbewegung berücksichtigt.
Der in beiden Figuren dargestellte Roboter 1, welcher Bewegungen in sechs Freiheitsgraden ermöglicht, ist beispielsweise ein Industrieroboter, zum Beispiel ein Montageroboter, welcher sich insbesondere für die Fertigung von Fahrzeugen eignet. Der Roboter 1 weist im dargestellten Beispiel eine üblicherweise feststehende Rumpfeinheit 2 und einen daran angeordneten beweglichen Roboterarm 3 mit einer Mehrzahl von Gliedern auf, die über Gelenke miteinander verbunden sind, so dass der Roboter 1, insbesondere ein distales Ende des Roboterarms 3, bevorzugt in sechs Freiheitsgraden bewegbar ist. Am distalen Ende des Roboterarms 3 ist ein Werkzeug 4 angeordnet. Der Roboter 1 weist zudem einen Kraft-Momenten-Sensor 5 auf, welcher vorteilhafterweise am Roboterarm 3, bevorzugt zwischen dem Werkzeug 4 und dem distalen Ende des Roboterarms 3 angeordnet ist und somit das Werkzeug 4 mit dem Roboterarm 3 verbindet. Eine solche Ausbildung des Roboters 1 sowie des daran angeordneten Kraft-Momenten-Sensors 5 ist beispielsweise in der DE 10 2010 024 188 A1 der Anmelderin beschrieben, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird.
Eine zur Durchführung des im Folgenden beschriebenen Verfahrens zum Betrieb des Roboters 1 ausgebildete und eingerichtete Vorrichtung 6 weist neben diesem Roboter 1 und dem Kraft-Momenten-Sensor 5 zudem eine Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 7 zur Steuerung und/oder Regelung einer Bewegung des Roboters 1 auf. Diese Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 7 kann, wie im dargestellten Beispiel, in den Roboter 1 integriert sein und somit ein Bestandteil des Roboters 1 sein, oder sie ist extern angeordnet und mit dem Roboter 1 insbesondere zur Daten- und/oder Signalübertragung verbunden.
In dem Verfahren zum Betrieb des Roboters 1 gemäß 1 wird eine Bewegungsführung des Roboters 1 durch eine Person, d. h. durch die den Roboter 1 bedienende Person, mittels des Kraft-Momenten-Sensors 5 durchgeführt, indem eine durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübte Kraft und/oder ein durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübtes Moment mittels des Kraft-Momenten-Sensors 5 erfasst wird und eine Bewegung des Roboters 1 in Abhängigkeit von der erfassten Kraft- und/oder Momenteneinwirkung gesteuert und/oder geregelt wird. Die den Roboter 1 bedienende Person führt dabei vorzugsweise das Werkzeug 4 und wirkt über das Werkzeug 4 auf den Roboter 1, genauer gesagt auf dessen Kraft-Momenten-Sensor 5, ein. D. h. die durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübte Kraft und/oder das durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübte Moment, welche/welches durch den Kraft-Momenten-Sensor 5 erfasst wird, wird im dargestellten Beispiel von der Person auf das Werkzeug 4 des Roboters 1 ausgeübt.
Somit wird das Werkzeug 4 am Roboter 1 über den Kraft-Momenten-Sensor 5 geführt, wobei beispielsweise durch Ziehen und Drücken am Werkzeug 4 über den Kraft-Momenten-Sensor 5 eine entsprechende Bewegung des Roboters 1 verursacht wird. Dadurch wird eine vollständig freie Bewegungsführung des Roboters 1 durchgeführt, d. h. der Roboter 1 wird von der Person vollständig frei in allen sechs Freiheitsgraden geführt und bewegt sich in Abhängigkeit von der Kraft und/oder von dem Moment, welche/welches die Person auf den Roboter 1 ausübt und welches vom Kraft-Momenten-Sensor 5 des Roboters 1 erfasst wird, insbesondere auch in Abhängigkeit von einem jeweiligen Vektor der Kraft und/oder des Momentes.
In 1 sind ein Bewegungsraum 8 des Roboters 1, Hindernisse 9 in Form von Störkonturen und ein zu erreichender Zielpunkt ZP dargestellt. Um das Werkzeug 4 des Roboters 1 an diesen Hindernissen 9 vorbeizubewegen, sind mehrere Bewegungsbahnen mB möglich, wie in 1 gezeigt. Vorteilhafterweise wird der Roboter 1 dabei entlang einer idealen Bewegungsbahn iB geführt, um einen ausreichend großen Abstand zu den Hindernissen 9 einzuhalten und dadurch das Risiko von Kollisionen mit den Hindernissen 9 und von Verletzungen der den Roboter 1 bedienenden Person, beispielsweise durch ein Einklemmen zwischen dem Roboter 1 und dem jeweiligen Hindernis 9, zu reduzieren. Zur Verdeutlichung der Bewegung des Roboters 1 auf dieser idealen Bewegungsbahn iB ist das sich auf dieser idealen Bewegungsbahn iB bewegende Werkzeug 4 des Roboters 1 mit daran angeordnetem Kraft-Momenten-Sensor 5 in den Hindernisbereichen sowie im zu erreichenden Zielpunkt ZP jeweils gestrichelt dargestellt.
Zur näheren Erläuterung der bei dieser völlig freien Bewegungsführung auftretenden Probleme ist der Bewegungsraum 8 zwischen dem Roboter 1 und dem Zielpunkt ZP in 1 in vier Bereiche B₁1, B₁2, B₁3, B₁4 unterteilt und mögliche Problemstellen PS, insbesondere mögliche Kollisionsstellen sowie der zu erreichende Zielpunkt ZP, sind eingekreist. Im ersten Bereich B₁1 besteht insbesondere eine Quetsch- und Kollisionsgefahr, da sich der Roboter 1 völlig frei bewegen lässt. Wie im zweiten Bereich B₁2 gezeigt, benötigt die den Roboter 1 bedienende Person eine hohe Konzentration, um den Roboter 1 exakt durch nahe beieinander angeordnete Hindernisse 9 zu führen, ohne mit diesen Hindernissen 9 zu kollidieren. Anhand des dritten Bereichs B₁3 wird deutlich, dass die den Roboter 1 bedienende Person den Roboter 1 auf komplexen Bahnen zwischen Hindernissen 9 hindurch führen muss, ohne Kollisionen mit den Hindernissen 9 zu verursachen. Im vierten Bereich B₁4, in welchem sich der Zielpunkt ZP befindet, welcher vom Roboter 1 zu erreichen ist, besteht das Problem, dass im Vergleich zu einem vollautomatischen Roboter 1 mit einem automatischen und/oder programmierten Halt es für die den Roboter 1 bedienende Person schwierig ist, den Roboter 1 exakt und wiederholgenau auf dem Zielpunkt ZP zu positionieren.
Um diese Probleme zu lösen, wird dieses Verfahren zum Betrieb des Roboters 1 dadurch verbessert, dass der Steuerung und/oder Regelung der Bewegung des Roboters 1 zumindest für einen vorgegebenen Zeitraum und/oder für einen vorgegebenen Bewegungsbereich eine Bewegungsbahn vB vorgegeben wird, wodurch die Bewegung des Roboters 1 in Abhängigkeit von der erfassten Kraft- und/oder Momenteneinwirkung derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass sich der Roboter 1 entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegt. Diese verbesserte Ausführungsform des Verfahrens ist beispielhaft in 2 dargestellt.
Zur Durchführung dieser verbesserten Ausführungsform des Verfahrens ist in der Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 7 der Vorrichtung 6 ein Bewegungsbahnsteuerungsalgorithmus mit zumindest einer vorgegebenen Bewegungsbahn vB implementiert. Der Roboter 1 weist dadurch nicht mehr einen großen Bewegungsraum 8 auf, innerhalb dessen er durch die ihn bedienende Person völlig frei bewegbar ist, wie in 1 gezeigt, sondern er ist nur entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegbar, wie in 2 gezeigt.
In 2 sind, analog zu 1, der Roboter 1, die Hindernisse 9 in Form von Störkonturen und der zu erreichende Zielpunkt ZP dargestellt. Zudem ist in 2 die vorgegebene Bewegungsbahn vB dargestellt, welche zweckmäßigerweise derart vorgegeben wird, dass sie der in 1 dargestellten idealen Bewegungsbahn iB entspricht. Durch die Führung des Roboters 1 auf dieser vorgegebenen Bewegungsbahn vB wird der Roboter 1 sicher an den Hindernissen 9 vorbei und exakt zum Zielpunkt ZP geführt. Auf dieser vorgegebenen Bewegungsbahn vB hält der Roboter 1 stets einen ausreichend großen Abstand zu den Hindernissen 9 ein, wodurch das Risiko von Kollisionen mit den Hindernissen 9 und von Verletzungen der den Roboter 1 bedienenden Person, beispielsweise durch ein Einklemmen zwischen dem Roboter 1 und dem jeweiligen Hindernis 9, erheblich reduziert ist. Zur Verdeutlichung der Bewegung des Roboters 1 auf dieser vorgegebenen Bewegungsbahn vB, welche der idealen Bewegungsbahn iB entspricht, ist auch in 2 das sich auf dieser vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegende Werkzeug 4 mit dem daran angeordneten Kraft-Momenten-Sensor 5 des Roboters 1 in den Hindernisbereichen sowie im zu erreichenden Zielpunkt ZP jeweils gestrichelt dargestellt.
Zur näheren Erläuterung des durch die verbesserte Ausführungsform des Verfahrens erreichten vorteilhaften Bewegungsablaufs des Roboters 1 sind in 2 drei Bereiche B₂1, B₂2, B₂3 eingezeichnet. Im ersten Bereich B₂1 wird deutlich, dass die Quetschgefahr im Vergleich zum Verfahren gemäß 1 minimiert ist, da sich der Roboter 1 nicht mehr frei bewegen lässt, sondern sich stets gleich bewegt, entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB. Im zweiten Bereich B₂2 wird deutlich, dass sich der Roboter 1 mittels dieser vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens stets in einer Idealposition zu den Hindernissen 9 befindet, da die den Roboter 1 bedienende Person lediglich über den Kraft-Momenten-Sensor 5 einen Impuls zur Bewegung des Roboters 1 geben muss und der Roboter 1 daraufhin mittels der Steuerung und/oder Regelung, welcher die vorgegebene Bewegungsbahn vB zugrunde liegt, entlang dieser vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegt wird. Im dritten Bereich B₂3 wird deutlich, dass der mit der vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB geführte Roboter 1 stets am Ende dieser vorgegebenen Bewegungsbahn vB und somit stets exakt auf der vorgegebenen Position im Zielpunkt ZP anhält. Durch diese in 2 gezeigte vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens entfallen der Bewegungsraum 8 des Roboters 1, in welchem dieser frei bewegbar ist und welcher daher abgesichert und überwacht werden müsste, sowie die Quetsch- und Kollisionsgefahr, da der Roboter 1 nur entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegt wird.
Vorteilhafterweise wird mittels des Kraft-Momenten-Sensors 5 eine Richtung und/oder eine Stärke der durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübten Kraft und/oder des durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübten Momentes erfasst. Dabei dient die Erfassung der Richtung bei der in 2 dargestellten vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens jedoch insbesondere dazu, den Roboter 1 entweder vorwärts oder rückwärts entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB zu bewegen. D. h. die den Roboter 1 bedienende Person muss für ihre Kraft- und/oder Momenteneinwirkung auf den Roboter 1 keine exakte Vektorrichtung beachten, da der Roboter 1 nicht exakt in diese Richtung bewegt wird, sondern es genügt beispielsweise eine Zugkrafteinwirkung zum Bewegen des Roboters 1 vorwärts entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB und eine Druckkrafteinwirkung zum Bewegen des Roboters 1 rückwärts entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB oder umgekehrt.
Der Roboter 1 wird dann in Abhängigkeit von der Richtung der durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübten Kraft und/oder des durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübten Momentes vorwärts oder rückwärts entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegt. Vorteilhafterweise wird der Roboter 1 zudem mit einer Geschwindigkeit entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegt, welche abhängig ist von der Stärke der durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübten Kraft und/oder des durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübten Momentes.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübte Kraft und/oder das durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübte Moment mittels des Kraft-Momenten-Sensors 5 in Form eines Analogwertes erfasst, wobei eine Höhe des Analogwertes abhängig ist von der Stärke der durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübten Kraft und/oder des durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübten Momentes und/oder wobei ein Vorzeichen des Analogwertes abhängig ist von der Richtung der durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübten Kraft und/oder des durch die Person auf den Roboter 1 ausgeübten Momentes. Zweckmäßigerweise wird der Roboter 1 dann in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Analogwertes vorwärts oder rückwärts entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegt und/oder mit einer Geschwindigkeit entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegt, welche abhängig ist von der Höhe des Analogwertes. Auch hierdurch wird deutlich, dass bei der vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gemäß 2 keine exakte Krafteinwirkungs- und/oder Momentenwirkungsrichtung erforderlich ist, sondern lediglich eine Einwirkung im Wesentlichen in eine Richtung oder in die entgegengesetzte Richtung, so dass der Analogwert entweder mit einem positiven oder mit einem negativen Vorzeichen behaftet ist und somit die Bewegung des Roboters 1 in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB erfolgt.
Aus Sicherheitsgründen wird zweckmäßigerweise eine vorgegebene Maximalgeschwindigkeit nicht überschritten, d. h. wenn beispielsweise der erfasste Analogwert einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, so wird die Geschwindigkeit des Roboters 1 nicht weiter erhöht.
In der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens hat somit der Bewegungsbahnsteuerungsalgorithmus vorteilhafterweise nur eine Eingangsgröße, in Form des Analogwertes, der positiv sein kann und somit eine Vorwärtsbewegung des Roboters 1 entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewirkt, als auch negativ sein kann und somit eine Rückwärtsbewegung des Roboters 1 entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewirkt. Je höher der Analogwert ist, genauer gesagt je höher der absolute Betrag des Analogwertes ist, desto schneller ist die Bewegung. Die Bewegung des Roboters 1 und insbesondere die Geschwindigkeit werden zweckmäßigerweise durch eine sichere Robotertechnik, welche vorzugsweise doppelkanalig, d. h. redundant, ausgeführt ist, überwacht, so dass insbesondere die Maximalgeschwindigkeit nicht überschritten wird. Der Analogwert wird, wie bereits erläutert, vorteilhafterweise durch die Kraft gebildet, welche von der den Roboter 1 bedienenden Person auf den Roboter 1 ausgeübt wird. Durch diese Führung des Roboters 1 mittels des Bewegungsbahnsteuerungsalgorithmus wird der Roboter 1, wie in 2 gezeigt, entlang der im Voraus definierten vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegt, sowohl vorwärts als auch rückwärts, je nach Krafteinwirkung durch die den Roboter 1 bedienende Person.
Die Hindernisse 9 sind dem Roboter 1 dabei nicht bekannt. Dies ist jedoch auch nicht erforderlich, da die vorgegebene Bewegungsbahn vB derart definiert ist, dass der Roboter 1 um die Hindernisse 9 herumgeführt wird, so dass weder der Roboter 1 noch die den Roboter 1 bedienende Person die Hindernisse 9 beachten muss. Die vorgegebene Bewegungsbahn vB oder eine Mehrzahl solcher vorgegebenen Bewegungsbahnen vB ist/sind fest vorgegeben. Vorteilhafterweise kann/können sie jedoch in einem Toleranzfeld räumlich verschoben werden. Der Roboter 1, genauer gesagt dessen Werkzeug 4, muss von der ihn bedienenden Person lediglich am Startpunkt der vorgegebenen Bewegungsbahn vB positioniert werden, von welchem aus der Roboter 1 entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegt werden soll. Die weitere Bewegung des Roboters 1 erfolgt dann auf einfache und sichere und hochgenaue Weise entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB.
Durch das Verfahren wird es ermöglicht, den Roboter 1 sowohl auf der vorgegebenen Bewegungsbahn vB zu bewegen, als auch in anderen Bewegungsbereichen frei zu bewegen, d. h. ohne eine vorgegebene Bewegungsbahn vB. Das Verfahren ist somit besonders dann vorteilhaft, wenn der Einsatz vollautomatischer Roboter 1 nicht möglich ist, da es beispielsweise erforderlich ist, den Roboter 1 in bestimmten Bewegungsbereichen frei zu bewegen. In anderen Bewegungsbereichen, in welchen diese freie Bewegung des Roboters 1 nicht erforderlich ist, wird durch die vorgegebene Bewegungsbahn vB die Bewegungsgenauigkeit eines vollautomatischen Roboters erreicht.
Das Verfahren dient daher insbesondere dazu, der den Roboter 1 bedienenden Person in unübersichtlichen oder komplexen Situationen einen Teil der Bewegung abzunehmen. Beispielsweise kann die den Roboter 1 bedienende Person den Roboter 1 an einen Ladungsträger bewegen, mit welchem Fahrzeugteile an eine Fertigungslinie transportiert werden, und der Bewegungsbahnsteuerungsalgorithmus übernimmt dann die Bewegung des Roboters 1 in diesem Ladungsträger, um den Roboter 1 an das aus dem Ladungsträger zu entnehmende Bauteil heranzuführen und nach Aufnahme des Bauteils wieder aus dem Ladungsträger herauszuführen. Hierbei wird der Roboter 1 dann entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegt. Am Startpunkt der vorgegebenen Bewegungsbahn vB außerhalb des Ladungsträgers, welcher der Endpunkt des Rückweges auf der vorgegebenen Bewegungsbahn vB ist, übernimmt dann die den Roboter 1 bedienende Person wieder die vollkommen freie Bewegungsführung des Roboters 1, um das Bauteil in ein Fahrzeug einzubauen.
Zur Bewegung des Roboters 1 entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB muss die den Roboter 1 bedienende Person lediglich einen Impuls im Kraft-Momenten-Sensor 5 erzeugen, welcher dann aber dauerhaft anstehen muss, solange sich der Roboter 1 entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB bewegen soll. In der Praxis wurde bei der Umsetzung von Mensch-Roboter-Kollaborationsanlagen deutlich, dass die sensorischen Fähigkeiten des Menschen nicht permanent benötigt werden. Wichtig sind diese bei der Applikation des Bauteils am Fahrzeug, jedoch nicht für Bewegungen vom und zum Bauteil. Das beschriebene Verfahren mit der Kombination aus dem Kraft-Momenten-Sensor 5 und dem Bewegungsbahnsteuerungsalgorithmus dient daher als Erweiterung für die Mensch-Roboter-Kollaboration mit der freien Bewegungsführung über den Kraft-Momenten-Sensor 5. Das Verfahren, d. h. die Bewegung des Roboters 1 entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn vB, soll den Menschen unterstützen, wenn seine sensorischen Fähigkeiten nicht benötigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010024188 A1 [0002, 0017]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Roboters (1), welcher zumindest einen Kraft-Momenten-Sensor (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Bewegungsführung des Roboters (1) durch eine Person mittels des Kraft-Momenten-Sensors (5) durchgeführt wird, indem eine durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübte Kraft und/oder ein durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübtes Moment mittels des Kraft-Momenten-Sensors (5) erfasst wird und eine Bewegung des Roboters (1) in Abhängigkeit von der erfassten Kraft- und/oder Momenteneinwirkung gesteuert und/oder geregelt wird, – wobei dieser Steuerung und/oder Regelung der Bewegung des Roboters (1) zumindest für einen vorgegebenen Zeitraum und/oder für einen vorgegebenen Bewegungsbereich eine Bewegungsbahn (vB) vorgegeben wird, wodurch die Bewegung des Roboters (1) in Abhängigkeit von der erfassten Kraft- und/oder Momenteneinwirkung derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass sich der Roboter (1) entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn (vB) bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtung und/oder eine Stärke der durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübten Kraft und/oder des durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübten Momentes erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (1) in Abhängigkeit von der Richtung der durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübten Kraft und/oder des durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübten Momentes vorwärts oder rückwärts entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn (vB) bewegt wird und/oder mit einer Geschwindigkeit entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn (vB) bewegt wird, welche abhängig ist von der Stärke der durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübten Kraft und/oder des durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübten Momentes.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübte Kraft und/oder das durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübte Moment mittels des Kraft-Momenten-Sensors (5) in Form eines Analogwertes erfasst wird, wobei eine Höhe des Analogwertes abhängig ist von der Stärke der durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübten Kraft und/oder des durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübten Momentes und/oder wobei ein Vorzeichen des Analogwertes abhängig ist von der Richtung der durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübten Kraft und/oder des durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübten Momentes.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (1) in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Analogwertes vorwärts oder rückwärts entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn (vB) bewegt wird und/oder mit einer Geschwindigkeit entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn (vB) bewegt wird, welche abhängig ist von der Höhe des Analogwertes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Maximalgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübte Kraft und/oder das durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübte Moment mittels eines Kraft-Momenten-Sensors (5) erfasst wird, der an einem Roboterarm (3) des Roboters (1) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübte Kraft und/oder das durch die Person auf den Roboter (1) ausgeübte Moment mittels eines Kraft-Momenten-Sensors (5) erfasst wird, der zwischen einem distalen Ende des Roboterarms (3) und einem am Roboterarm (3) angeordneten Werkzeug (4) positioniert ist.
Vorrichtung (6) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend einen Roboter (1), welcher zumindest einen Kraft-Momenten-Sensor (5) aufweist, und eine Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (7) zur Steuerung und/oder Regelung einer Bewegung des Roboters (1), wobei in der Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (7) ein Bewegungsbahnsteuerungsalgorithmus mit zumindest einer vorgegebenen Bewegungsbahn (vB) implementiert ist.