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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens eines Schwellenwerts für einen in Abhängigkeit von dem Schwellenwert betreibbaren Roboter.
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Aus der Herstellung von Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ist es bekannt, Herstellungsschritte zu automatisieren oder zu teil-automatisieren. Hierzu werden Roboter wie beispielsweise Industrieroboter eingesetzt, welche eine Mehrzahl von relativ zueinander bewegbaren Achsen aufweisen. Die Achsen werden auch als Roboterachsen, Arme oder Roboterarme bezeichnet, wobei die Achsen um jeweilige Bewegungsachsen relativ zueinander drehbar und/oder entlang jeweiliger Bewegungsachsen translatorisch relativ zueinander bewegbar sind.
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Ein solcher Roboter wird beispielsweise im Rahmen der Automatisierung oder Teilautomatisierung genutzt, um Werkstücke beziehungsweise Bauteile automatisch handzuhaben beziehungsweise zu bewegen. Beispielsweise kann ein solcher Roboter ein Bauteil an einer ersten Stelle aufnehmen, das Bauteil von der ersten Stelle zu einer unterschiedlichen zweiten Stelle bewegen und das Bauteil beispielsweise an dieser zweiten Steile an einem weiteren Bauteil montieren. Ferner können solche Roboter verwendet werden, um Werkstücke beziehungsweise Bauteile in Werkzeuge einzulegen, so dass das eingelegte Werkstück beispielsweise mittels des Werkzeugs umgeformt beziehungsweise bearbeitet werden kann.
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Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft und sinnvoll ist, Kollisionen des Roboters mit vom Roboter unterschiedlichen Objekten, insbesondere Personen, zu erfassen, um dann auf eine solche, etwaige Kollision vorteilhaft reagieren zu können. Beispielsweise kann im Rahmen einer sogenannten Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) die Gefahr bestehen, dass der Roboter, wenn dieser beziehungsweise wenigstens eine der Bewegungsachsen im Raum umher bewegt wird, mit einer Person kollidieren kann, da sich beispielsweise jeweilige Arbeitsbereiche des Roboters und der Person überschneiden. Um unerwünschte Folgen einer solchen Kollision des Roboters mit einem Objekt zu vermeiden, wird der Roboter, wenn eine solche Kollision erfasst wird, in seiner Geschwindigkeit zumindest reduziert. Dies bedeutet, dass der Roboter beispielsweise nach der Kollision langsamer als zuvor weiterbewegt oder aber gestoppt, das heißt zum Stillstand gebracht wird.
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Dabei ist es insbesondere im Rahmen der Herstellung von Produkten wie beispielsweise Kraftwagen wünschenswert, Zeitspannen, in welchen der Roboter aufgrund einer Kollision verlangsamt weiter bewegt oder gar angehalten wird, so kurz wie möglich zu halten, um besonders kurze Taktzeiten und somit eine zeit- und kostengünstige Herstellung der Produkte zu ermöglichen.
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Die
DE 10 2013 019 450 A1 offenbart ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines wenigstens zwei Achsen aufweisenden Roboters mit einem vom Roboter unterschiedlichen Objekt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem Zeitspannen, in denen der Roboter nur sehr langsam bewegt oder angehalten wird, besonders gering gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln wenigstens eines Schwellenwerts für einen in Abhängigkeit von dem Schwellenwert betreibbaren und eine Mehrzahl von relativ zueinander bewegbaren Achsen aufweisenden Roboter umfasst einen ersten Schritt, bei welchem wenigstens eine der Achsen entlang einer vorgebbaren Bewegungsbahn bewegt wird. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens werden Belastungswerte erfasst, welche Belastungen charakterisieren, die auf die Achsen während der Bewegung der wenigstens einen Achse wirken. Mit anderen Worten werden Belastungswerte erfasst, während die wenigstens eine Achse entlang der Bewegungsbahn bewegt wird. Die Belastungswerte charakterisieren Belastungen, insbesondere Kräfte und/oder Drehmomente, welche auf die Achsen und somit den Roboter wirken, während die wenigstens eine Achse entlang der Bewegungsbahn bewegt wird.
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Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird der betragsmäßig größte der erfassten Belastungswerte ermittelt, wobei der ermittelte Belastungswert als der Schwellenwert verwendet wird. Somit basiert eine Kollisionserkennung, in deren Rahmen eine Kollision des Roboters mit einem vom Roboter unterschiedlichen Objekt erkannt wird, auf dem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten beziehungsweise ermittelten Schwellenwert, wobei dieser Schwellenwert durch genaue Messungen der Belastungen während der Bewegung der wenigstens einen Achse bestimmt wird. Mit anderen Worten basiert der Schwellenwert somit auf genauen Messungen und nicht etwa auf Erfahrungswerten und Probeläufen.
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Der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Schwellenwert ist somit ein Kollisionsschwellenwert, welcher auf die Bewegung des Roboters beziehungsweise der wenigstens einen Roboterachse entlang der Bewegungsbahn abgestimmt ist und somit nicht übermäßig hoch sein muss. Dennoch stellt der Schwellenwert, da er auf genauen Messungen beruht, sicher, dass eine Kollision des Roboters mit einem vom Roboter unterschiedlichen Objekt hinreichend präzise erfasst werden kann, so dass in der Folge vorteilhafte Maßnahmen eingeleitet werden können. Mit anderen Worten ist es möglich, im Rahmen einer Kollisionserkennung eine Kollision des Roboters sicher zu erkennen und in der Folge den Roboter hinsichtlich seiner Geschwindigkeit zu verlangsamen oder gar zu stoppen. Durch das Verfahren ist es somit möglich, Schwellenwerte für die Kollisionserkennung vorteilhaft und korrekt zu wählen und somit den Roboter, insbesondere dessen integrierte Sensorik, vollständig zu nutzen. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass bei einer Kollision des Roboters mit einem Objekt eine vom Roboter auf das Objekt wirkende Kraft nicht übermäßig groß wird beziehungsweise es treten keine übermäßig hohen Impulse bei der Bewegung des Roboters auf, die den Roboter zum Stoppen bringen.
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Dies bedeutet, dass der Roboter in seinem Normalbetrieb nicht gestoppt und auch nicht hinsichtlich einer Geschwindigkeit verringert werden muss, so dass keine unerwünschten Taktzeitverluste mehr entstehen. Insbesondere ist es denkbar, die vorgebbare Bewegungsbahn mehrmals abzufahren und dabei die Belastungswerte charakterisierende Daten zu erfassen. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Belastungswerte mittels einer in den Roboter integrierten Sensoreinrichtung erfasst werden. Mit anderen Worten werden zum Erfassen der Belastungswerte in den Roboter integrierte Sensoren, insbesondere Drehmoment- und/oder Kraftsensoren genutzt.
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Hierbei wird beispielsweise eine roboterinterne Kraftsteuerung und/oder Kraftregelung genutzt, um die Belastungswerte zu erfassen. Vorzugsweise ist der Roboter als Leichtbauroboter (LBR) ausgebildet. Unter einem solchen Leichtbauroboter ist ein Roboter zu verstehen, der ein sehr geringes Eigengewicht und eine sehr präzise Steuerung, insbesondere Kraftsteuerung, oder Regelung, insbesondere Kraftregelung, aufweist. Bei einem solchen Leichtbauroboter handelt es sich insbesondere um einen kraftsensitiven Leichtbauroboter, welcher eine prozesssichere und schnelle Durchführung von Prozessen ermöglicht. Der Leichtbauroboter weist dabei integrierte Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensoren auf, mittels welchen die Belastungswerte, das heißt Kräfte und/oder Drehmomente, an den Achsen des Roboters gemessen werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in der einzigen Fig. ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Ermitteln wenigstens eines Schwellenwerts für einen in Abhängigkeit von dem Schwellenwert betreibbaren Roboter, insbesondere einen Leichtbauroboter.
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Die einzige Fig. zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Ermitteln wenigstens eines Schwellenwerts für einen in Abhängigkeit von dem Schwellenwert betreibbaren und eine Mehrzahl von relativ zueinander bewegbaren Achsen aufweisenden Roboter, welcher vorzugsweise als Leichtbauroboter ausgebildet ist. Der Roboter kommt beispielsweise im Rahmen einer Herstellung von Produkten, insbesondere Kraftwagen wie beispielsweise Personenkraftwagen, zum Einsatz und wird verwendet, um Werkstücke beziehungsweise Bauteile handzuhaben, das heißt zu bewegen. Hierzu wird wenigstens eine der Achsen des Roboters im Raum umher bewegt, um dadurch beispielsweise ein jeweiliges Werkstück von einer ersten Stelle zu einer demgegenüber unterschiedlichen zweiten Stelle zu bewegen. Hierzu sind die Achsen relativ zueinander bewegbar, insbesondere relativ zueinander drehbar. Der Roboter kann dabei auch wenigstens eine Basis aufweisen, über welche der Roboter an einem Boden einer Produktionsanlage gehalten ist. Dabei sind die Achsen, welche auch als Roboterachsen bezeichnet werden, relativ zu der Basis bewegbar.
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Der Roboter ist als Leichtbauroboter ausgebildet und weist eine integrierte Sensoreinrichtung mit einer Mehrzahl von integrierten Sensoren auf, welche als Kraft- und/oder Drehmomentsensoren ausgebildet sind und demzufolge an den Achsen auftretende Drehmomente erfassen können.
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Bei der Bewegung des Roboters treten üblicherweise Drehmomente an den Achsen auf. Mittels einer Recheneinrichtung, mittels welcher der Roboter betrieben, insbesondere geregelt, wird, werden für jede Achse beispielsweise ein erwartetes Drehmoment Merwartet berechnet, wobei die Recheneinrichtung Teil des Roboters beziehungsweise in den Roboter integriert sein kann. Das erwartete Drehmoment Merwartet kann geringfügig von einem mittels der integrierten Sensoreinrichtung erfassten beziehungsweise gemessenen Drehmoment Mist abweichen. Das gemessene Drehmoment Mist ist ein Ist-Drehmoment, welches mittels der integrierten Sensoreinrichtung erfasst wird und demzufolge bei der Bewegung des Roboters tatsächlich auf den Roboter wirkt. Das erwartete Drehmoment Merwartet ist ein Soll-Drehmoment, welches beispielsweise aufgrund externer Lasten, Modellfehler etc. von dem gemessenen Drehmoment Mist abweichen kann.
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Der Roboter, insbesondere das Steuergerät, weist eine Kollisionserkennung auf, mittels welcher eine Kollision des Roboters mit einem vom Roboter unterschiedlichen Objekt, insbesondere einer Person, erfasst wird. Die Kollisionserkennung ist eine Funktion, die den Roboter beziehungsweise die wenigstens eine, sich bewegende Achse stoppt oder zumindest verlangsamt, sobald eine Differenz zwischen dem erwarteten Drehmoment Merwartet und dem gemessenen Drehmoment Mist einen definierten beziehungsweise vorgebbaren oder vorgegebenen Schwellenwert GKollisionsschwelle überschreitet. Hierdurch ist es mittels der integrierten beziehungsweise internen Sensoreinrichtung möglich, festzustellen, ob es ungewollte externe physikalische Einflüsse auf den Roboter gibt. Bei diesen ungewollten physikalischen Einflüssen kann es sich um einen Kontakt des Roboters mit einer Störkontur oder einer Person handeln. Stellt die Kollisionserkennung derartige ungewollte externe physikalische Einflüsse auf den Roboter fälschlicherweise fest, so kann der Roboter nicht in seinen vollen Möglichkeiten genutzt werden. Mit anderen Worten, wird beispielsweise der Schwellenwert GKollisionsschwelle zu niedrig gewählt und eingestellt, so wird die Bewegung des Roboters verlangsamt oder gestoppt, obwohl es tatsächlich gar nicht zu einer Kollision des Roboters mit einem Objekt gekommen ist. In diesem Fall wird beispielsweise eine auf den Roboter wirkende Belastung fälschlicherweise als ein ungewollter externer physikalischer Einfluss gewertet.
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Wird der Schwellenwert GKollisionsschwelle, welcher auch als Kollisionsschwelle bezeichnet wird, jedoch zu hoch gewählt und eingestellt, so ist beispielsweise im Falle einer Kollision des Roboters mit einem Objekt eine vom Roboter auf das Objekt wirkende Kraft übermäßig hoch, so dass auch dann die Geschwindigkeit des Roboters reduziert werden müsste. In beiden Fällen kann es beispielsweise im Rahmen einer Herstellung von Produkten zu übermäßig langen Zeitspannen kommen, in denen der Roboter nicht oder nur sehr langsam, das heißt unzureichend schnell bewegt wird. Daraus resultieren ein Taktzeitverlust und somit übermäßig hohe Taktzeiten, wodurch eine zeit- und kostengünstige Herstellung der Produkte beeinträchtigt wird.
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Um nun eine zeit- und kostengünstige Herstellung der Produkte zu realisieren, kommt das anhand der Fig. geschilderte Verfahren zum Einsatz. In der Fig. kennzeichnet ein erster Funktionsblock 10 den Beginn beziehungsweise den Start des Verfahrens. Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird ein Bewegungsverlauf des Roboters programmiert und in seine Steuerung beziehungsweise Regelung geladen. Der Bewegungsverlauf charakterisiert wenigstens eine Bewegungsbahn, entlang welcher wenigstens eine der Achsen des Roboters bewegt wird. Bei einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird die wenigstens eine Achse entlang der vorgebbaren beziehungsweise vorgegebenen Bewegungsbahn bewegt, indem der Roboter beispielsweise in einem Automatikmodus betrieben wird. Bei einem dritten Schritt S3 des Verfahrens werden Belastungswerte, welche Belastungen charakterisieren, die auf die Achsen während der Bewegung der wenigstens einen Achse wirken, mittels der internen Sensoreinrichtung erfasst. Dabei kommt ein sogenannter Datenlogger zum Einsatz, mittels welchem von der Sensoreinrichtung bereitgestellte und die Belastungswerte charakterisierende Daten erfasst beziehungsweise aufgezeichnet werden. Die Schritte S2 und S3 können beispielsweise n-Mal wiederholt werden, wobei n eine positive ganze Zahl bezeichnet.
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Bei einem vierten Schritt S4 des Verfahrens wird wenigstens ein Diagramm erstellt, in welches die Belastungswerte, insbesondere betragsmäßig, über der Zeit eingetragen werden. Die Belastungen sind beispielsweise auf die Achsen wirkende Drehmomente, so dass die Belastungswerte Drehmomentwerte sind. Dies bedeutet, dass beim dritten Schritt S3 die Drehmomente beziehungsweise die Drehmomentwerte erfasst werden, die beim vierten Schritt S4 insbesondere betragsmäßig über der Zeit in das Diagramm eingetragen werden. Bei einem fünften Schritt S5 des Verfahrens wird der betragsmäßig größte der Belastungswerte ermittelt, insbesondere anhand des Diagramms. Mit anderen Worten werden beispielsweise Maximalwerte der Belastungswerte ausgelesen. Bei einem sechsten Schritt S6 des Verfahrens wird der ermittelte, betragsmäßig größte Belastungswert als der Schwellenwert GKollisionsschwelle verwendet. Mit anderen Worten wird das bei im fünften Schritt S5 ermittelte, maximale Drehmoment für die Kollisionserkennung genutzt. Ein Funktionsblock 12 bezeichnet das Ende des Verfahrens.
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Im Rahmen des Verfahrens gilt es, den Zusammenhang zwischen dem jeweiligen Drehmoment und dem Bewegungsverlauf der wenigstens eine Achse über der Zeit darzustellen. Dies kann mittels eines entsprechenden Programms realisiert werden. Auf Basis des so ermittelten Schwellenwerts GKollisionsschwelle kann ein übermäßig hoher Schwellenwert ebenso vermieden werden wie ein übermäßig niedriger Schwellenwert, so dass unerwünschte und unnötige Taktzeitverluste vermieden werden können.
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Gegebenenfalls wird die Bewegungsbahn in eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Bahnteile unterteilt, wobei für jeden der Bahnteile der betragsmäßig größte der Belastungswerte ermittelt und als jeweiliger Schwellenwert für den jeweiligen Bahnteil verwendet wird. Hierdurch kann die wenigstens eine Achse beziehungsweise der Roboter insgesamt besonders schnell und gleichzeitig besonders sicher entlang der Bewegungsbahn bewegt werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, jeder Bewegung der wenigstens einen Achse in dem jeweiligen Bahnteil eine geeignete Kollisionsschwelle beziehungsweise einen geeigneten Schwellenwert zuzuordnen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013019450 A1 [0006]
