DE102015211405A1 - Improvement of the temperature drift compensation by calibration at the component and teaching of the parameter sets - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Manipulators. Das Verfahren umfasst dabei ein Bereitstellen einer temperaturabhängigen Kalibrierung, anhand derer basierend auf bestimmten Referenzpunkt-Restdrift-Werten ein Korrekturparametersatz berechnet wird. Anschließend wird der Manipulator unter Berücksichtigung des Korrekturparametersatzes gesteuert.The present invention relates to a method for controlling a manipulator. In this case, the method comprises providing a temperature-dependent calibration, on the basis of which a correction parameter set is calculated based on specific reference point residual drift values. Subsequently, the manipulator is controlled taking into account the correction parameter set.
Description
1. Technischer Bereich1. Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Manipulators und ein entsprechendes Robotersystem.The present invention relates to a method for controlling a manipulator and a corresponding robot system.
2. Technischer Hintergrund2. Technical background
Roboter, und insbesondere Industrieroboter sind automatisch gesteuerte, frei programmierbare Mehrzweck-Manipulatoren. Sie sind dabei für den Einsatz im industriellen Umfeld konzipiert und können so in unterschiedlichen Bereichen einer Fertigungsanlage eingesetzt werden. So kann ein Industrieroboter beispielsweise eingesetzt werden, um in einer Bearbeitungsstation oder Vermessungsstation ein oder mehrere Messpunkte eines Bauteils zu vermessen, oder an einem Werkstück ein bestimmtes Bahnprogramm abzufahren und dabei das Werkstück bzw. Bauteil mittels beispielsweise eines Falzwerkzeugs zu bearbeiten. Robots, and in particular industrial robots, are automatically controlled, freely programmable multipurpose manipulators. They are designed for use in industrial environments and can thus be used in different areas of a production plant. For example, an industrial robot can be used to measure one or more measuring points of a component in a processing station or surveying station, or to run a specific path program on a workpiece while processing the workpiece or component by means of, for example, a folding tool.
Vor dem Einsatz muss der Industrieroboter üblicherweise kalibriert werden, um ein vollständiges kinematisches Modell des Roboters zu erhalten. Hierzu müssen verschiedene Parameter der Robotermechanik ermittelt werden, um letztendlich ein vollständiges Robotermodell zu erhalten. Außerdem muss der Roboter in Bezug auf das zu vermessende oder zu bearbeitende Bauteil ausgerichtet werden: Dabei muss ein Bezug von dem Koordinatensystem des Roboters zum Koordinatensystem der Arbeitsstation bzw. dem Bauteil hergestellt werden. Hierzu können beispielsweise Referenzpunkte angefahren werden, die einen festen Punkt im Raum darstellen. Ein Referenzpunkt kann z.B. optisch gelesen werden, oder auch manuell von einem Roboter angefahren werden. Da die Position eines Referenzpunktes im Weltkoordinatensystem definiert ist, kann durch Erfassen des Referenzpunktes beispielsweise die genaue Position eines Endeffektors des Roboters mittels entsprechender Transformationen zwischen dem Roboter-Koordinatensystem und dem Weltkoordinatensystem bestimmt werden.Before use, the industrial robot usually needs to be calibrated to obtain a complete kinematic model of the robot. For this purpose, different parameters of the robot mechanics must be determined in order to finally obtain a complete robot model. In addition, the robot must be aligned with respect to the component to be measured or machined: a reference from the coordinate system of the robot to the coordinate system of the workstation or the component must be established. For this example, reference points can be approached, which represent a fixed point in space. A reference point may e.g. be read optically, or be approached manually by a robot. For example, since the position of a reference point is defined in the world coordinate system, by detecting the reference point, the exact position of an end effector of the robot can be determined by corresponding transformations between the robot coordinate system and the world coordinate system.
Durch Reibung in den mechanischen Elementen eines Roboters und durch die Abwärme elektrischer Komponenten verändert sich die Temperatur der Robotermechanik. Dies kann zu einer Größenänderung der einzelnen Elemente führen, als auch eine Änderung der Viskosität von Flüssigkeiten und Änderungen der Elastizität von Elementen, wie beispielsweise dem Getriebe, mit sich bringen. Wenn die Parameter des Robotermodells nicht zyklisch aktualisiert werden, ergibt sich eine sogenannte Drift in der Positionierung des Roboters, welche die Wiederhol- und Absolutgenauigkeit des Roboters überlagert. Diese Drift ist an einem festen Bezugskörper, oder Referenzkörper, mit bekannten bzw. vermessenen Positionen messbar. By friction in the mechanical elements of a robot and by the waste heat of electrical components, the temperature of the robot mechanics changes. This can lead to a change in size of the individual elements, as well as a change in the viscosity of liquids and changes in the elasticity of elements, such as the transmission, bring with it. If the parameters of the robot model are not updated cyclically, there is a so-called drift in the positioning of the robot, which superimposes the repetition and absolute accuracy of the robot. This drift can be measured on a fixed reference body, or reference body, with known or measured positions.
Aus einem betriebsinternen Verfahren ist bekannt, bei der Kalibrierung einen optimierten Modellparametersatz zu ermitteln. Der Modellparametersatz bzw. das parametrisierbare mathematische Robotermodell wird dabei für die Steuerung des Manipulators verwendet. Um den optimierten Modellparametersatz zu ermitteln werden Abweichungen der Positionierung des Roboters an einem temperaturstabilen Kalibrierkörper gemessen. Die Optimierung erfolgt dann mittels Minimierung des Restfehlers der Positionierung. Da sich der Effekt der Temperaturdrift an unterschiedlichen Posen unterschiedlich stark auswirkt, wird versucht, über Extremposen des Manipulators möglichst stark variierende und einen großen Achsbereich abdeckende Achsstellung zu bestimmen. Allerdings werden so nur die Effekte kompensiert, die sich bei den Messungen an dem Kalibierkörper ergeben. Effekte, die durch die Temperaturänderung der Kinematik hervorgerufen werden, können allerdings nicht durch die Roboterposen am Kalibrierkörper abgebildet werden und werden somit nicht kompensiert.From an in-house method is known to determine an optimized model parameter set during calibration. The model parameter set or the parameterizable mathematical robot model is used for the control of the manipulator. In order to determine the optimized model parameter set, deviations of the positioning of the robot on a temperature-stable calibration body are measured. The optimization then takes place by minimizing the residual error of the positioning. Since the effect of the temperature drift on different poses has different effects, an attempt is made to determine the axis position of the manipulator that varies as widely as possible and covers a large axis range. However, only the effects resulting from the measurements on the calibration body are compensated for. However, effects that are caused by the temperature change of the kinematics can not be mapped by the robot poses on the calibration body and are therefore not compensated.
Im Laufe eines typischen Messzyklus wird ein Bauteil in eine Messzelle eingeschleust, vermessen und anschließend wieder ausgeschleust. Hierbei erwärmt sich der Roboter. Folglich passen die zu Beginn des Zyklus bestimmten Parameter des Robotermodells im Laufe des Zyklus immer schlechter zur tatsächlichen Positionierung des Roboters. Folglich ist spät im Zyklus eine höhere Restdrift an den gemessenen Punkten zu erwarten. During a typical measuring cycle, a component is introduced into a measuring cell, measured and then discharged again. This heats the robot. Consequently, the parameters of the robot model determined at the beginning of the cycle are becoming increasingly poorer in the actual positioning of the robot during the course of the cycle. Consequently, a higher residual drift at the measured points is to be expected late in the cycle.
Die Gültigkeit des optimierten Parametersatzes für den gesamten Arbeitsraum basiert auf der Annahme, dass eine Auswahl von Extremposen alle Temperatureffekte aufzeigt. Diese Herangehensweise birgt allerdings die Gefahr, dass Teile des Arbeitsraums nicht mit abgedeckt sind oder temperaturabhängige Effekte generell nicht berücksichtigt werden. Dies führt zu einer sichtbaren Restdrift an den Bauteilpunkten. Diese Restdrift am Bauteil setzt sich dabei aus nicht kompensierten, temperaturabhängigen Einflüssen auf die Positionierung als auch eine Temperaturdrift durch Erwärmung der Kinematik seit der letzten Kalibrierung zusammen. The validity of the optimized parameter set for the entire workspace is based on the assumption that a selection of extreme poses shows all temperature effects. However, this approach involves the risk that parts of the working space are not covered or that temperature-dependent effects are generally not taken into account. This leads to a visible residual drift at the component points. This residual drift on the component is composed of uncompensated, temperature-dependent influences on the positioning as well as a temperature drift due to heating of the kinematics since the last calibration.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Robotersystem bereitzustellen, welche die oben aufgeführten Nachteile – zumindest teilweise – minimieren. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Präzision eines Roboters oder Manipulators zu erhöhen.The present invention is therefore based on the object to provide a method and a robot system, which minimize the disadvantages listed above - at least partially. It is a further object of the present invention to increase the precision of a robot or manipulator.
Diese und weitere Aufgaben werden durch den Gegenstand der Hauptansprüche gelöst.These and other objects are achieved by the subject of the main claims.
3. Inhalt der Erfindung 3. Content of the invention
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Manipulators. Der Manipulator kann dabei unterschiedlich ausgeprägt sein und wird basierend auf einem Manipulator- bzw. Roboterparametersatz gesteuert.The present invention includes a method for controlling a manipulator. The manipulator can be differently pronounced and is controlled based on a manipulator or robot parameter set.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist ein Bereitstellen einer Kalibrierung auf, welche vorzugsweise eine temperaturabhängige Kalibrierung ist. Vorzugsweise kann das Bereitstellen ein Erstellen der Kalibrierung umfassen. Die Kalibrierung weist dabei folgende Schritte auf: Wiederholtes Anfahren zumindest eines Referenzpunktes, und insbesondere zwei oder M Referenzpunkte, bis ein Temperaturkriterium des Manipulators erfüllt ist, und Ermitteln, nach jedem Anfahren, eines Kalibriersatzes umfassend zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und einen Manipulator-Parametersatz. The method according to the invention comprises providing a calibration, which is preferably a temperature-dependent calibration. Preferably, the providing may include creating the calibration. The calibration has the following steps: Repeated start of at least one reference point, and in particular two or M reference points until a temperature criterion of the manipulator is met, and determining, after each start, a calibration set comprising at least one comparison reference point residual drift and a manipulator parameter set.
Das Anfahren eines Referenzpunktes bedeutet dabei ein Erfassen des Referenzpunktes, welches beispielsweise optisch oder durch Berührung erfolgen kann. Der Referenzpunkt hat eine genau bekannte Position. Somit ist eine Zuordnung zum Welt-Koordinatensystem als auch zum Basis-Koordinatensystem des Messroboters bekannt. Vorzugsweise befinden sich die Referenzpunkte in der Nähe der Messpunkte, Bearbeitungspunkte oder auch Bauteilpunkte am Bauteil, und können auch direkt auf dem Bauteil angeordnet sein. Beim Ermitteln des Kalibriersatzes wird eine Restdrift bezüglich des angefahrenen Referenzpunktes ermittelt. The approach of a reference point means a detection of the reference point, which can be done, for example, optically or by touch. The reference point has a well-known position. Thus, an assignment to the world coordinate system and the basic coordinate system of the measuring robot is known. Preferably, the reference points are in the vicinity of the measuring points, processing points or component points on the component, and can also be arranged directly on the component. When determining the calibration rate, a residual drift with respect to the approached reference point is determined.
Vorzugsweise werden zumindest zwei Referenzpunkte wiederholt angefahren, und nach jedem Anfahren der zwei Referenzpunkte ein Kalibriersatz ermittelt, der zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und einen Manipulator-Parametersatz umfasst. Dabei ist vorzugsweise einer der Referenzpunkte ein Bauteilpunkt, welcher auch im Betriebsmodus von dem Manipulator bzw. Roboter angefahren werden soll. Weiter vorzugsweise ist einer der Referenzpunkte kein Bauteilpunkt, und wird auch im normalen Arbeitsbetrieb bzw. während eines normalen Betriebszyklus von dem Roboter angefahren. Der Kalibriersatz umfasst dabei vorzugsweise eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift, die bezüglich dieses Referenzpunktes bestimmt wurde. Die Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte werden dabei zur Kalibrierung bzw. Optimierung des Modellparametersatzes verwendet. Dieser Modellparametersatz wird dann als Manipulator-Parametersatz in dem Kalibiersatz bereitgestellt. Somit umfasst jeder Kalibriersatz einen Manipulator-Parametersatz, welcher anhand der Restdrifte erstellt wurde, in Bezug zu zumindest einer Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift an dem Referenzpunkt. Preferably, at least two reference points are approached repeatedly, and after each approach of the two reference points, a calibration set is determined which comprises at least one comparison reference point residual drift and a manipulator parameter set. In this case, preferably one of the reference points is a component point which is to be approached by the manipulator or robot in the operating mode. Further preferably, one of the reference points is not a component point, and is also approached in normal working mode or during a normal operating cycle of the robot. The calibration set preferably comprises a comparison reference point residual drift, which was determined with respect to this reference point. The comparison reference point residual drifts are used to calibrate or optimize the model parameter set. This model parameter set is then provided as a manipulator parameter set in the calibration set. Thus, each calibration set includes a manipulator parameter set created from the residual drifts with respect to at least one comparison reference point residual drift at the reference point.
Vorzugsweise ist das Temperaturkriterium derart gewählt, dass das Anfahren und Ermitteln so oft wiederholt wird, bis die Temperatur des Roboters in einem stabilen Zustand ist und sich nur noch marginal verändert. Somit wird die Kalibrierung vorzugsweise durchgeführt, während sich der Roboter erwärmt. Insbesondere nach dem Aktivieren oder Einschalten eines Roboters bzw. Manipulators verändert sich die Temperatur des Roboters rapide und erreicht nach einer gewissen Zeit einen konstanten Wert. Während dieser Zeit wird vorzugsweise die Kalibrierung bzw. temperaturabhängige Kalibrierung durchgeführt, um vorteilhaft alle temperaturabhängigen Effekte zu erfassen.Preferably, the temperature criterion is selected such that the starting and determining is repeated until the temperature of the robot is in a stable state and changes only marginally. Thus, the calibration is preferably performed while the robot is heating. In particular, after activating or switching on a robot or manipulator, the temperature of the robot changes rapidly and reaches a constant value after a certain time. During this time, the calibration or temperature-dependent calibration is preferably carried out in order to advantageously detect all temperature-dependent effects.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Manipulators weist ferner ein Anfahren eines, insbesondere genau eines oder N, Referenzpunkte(s) auf. Dieses Anfahren wird dabei im normalen Arbeitsbetrieb des Manipulators, oder auch Betriebsmodus, durchgeführt, und nicht während der Kalibrierung. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Momentan-Referenzpunkt-Restdrift. Folglich wird im produktiven Betrieb die Momentan-Referenzpunkt-Restdrift bezüglich des angefahrenen Referenzpunktes bestimmt. Vorzugsweise ist die Anzahl der Referenzpunkte N kleiner als die Anzahl der Referenzpunkte M. Somit kann eine präzise Korrektur für verschiedene Manipulatoraktionen gewährt werden.The method according to the invention for controlling a manipulator also has a start-up of, in particular exactly one or N, reference points (s). This startup is carried out in the normal operating mode of the manipulator, or operating mode, and not during the calibration. Furthermore, the method comprises determining a current reference point residual drift. Consequently, in the productive operation, the instantaneous reference point residual drift with respect to the approached reference point is determined. Preferably, the number of reference points N is smaller than the number of reference points M. Thus, a precise correction for various manipulator actions can be granted.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Berechnen eines Korrekturparametersatzes basierend auf der bestimmen Momentan-Referenzpunkt-Restdrift und basierend auf zumindest einem der Kalibriersätze. Somit wird vorzugsweise zumindest der Manipulator-Parametersatz von der Kalibrierung herangezogen, um den Korrekturparametersatz zu berechnen. Dabei wird der Kalibriersatz der Kalibrierung, aus dem der Manipulator-Parametersatz verwendet werden soll, basierend auf der im Betriebsmodus bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift gewählt. Somit kann vorteilhaft ein passender Korrekturparametersatz ermittelt werden, wobei ein geeigneter Wert bzw. Manipulator-Parametersatz aus der Kalibrierung anhand der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift gewählt werden kann.Furthermore, the inventive method comprises calculating a correction parameter set based on the determined instantaneous reference point residual drift and based on at least one of the calibration sets. Thus, preferably at least the manipulator parameter set from the calibration is used to calculate the correction parameter set. In this case, the calibration set of the calibration from which the manipulator parameter set is to be used is selected based on the instantaneous reference point residual drift determined in the operating mode. Thus, advantageously, a suitable correction parameter set can be determined, wherein a suitable value or manipulator parameter set can be selected from the calibration on the basis of the determined instantaneous reference point residual drift.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Steuern des Manipulators basierend auf dem berechneten Korrekturparametersatz. Dabei kann beispielsweise das momentane Robotermodell anhand des Korrekturparametersatzes aktualisiert werden, oder auch durch diesen ersetzt werden. Der Fachmann versteht, dass mittels der vorliegenden Erfindung nicht nur das Robotermodell optimiert werden kann, sondern auch Bahnpunkte aus einer Bahnplanung angepasst werden können. Vorzugsweise umfasst das Steuern dabei ein Messen mit Hilfe des Manipulators unter Berücksichtigung des Korrekturparameters umfasst. Es kann beispielsweise eine Abstandsmessung mittels des Manipulators durchgeführt werden, wobei der Manipulator vorzugsweise seine geeignete Vorrichtung, wie z.B. einen Laser aufweist. Ferner kann das Steuern auch ein Bewegen des Manipulators unter Berücksichtigung des Korrekturparameters umfassen.Furthermore, the method according to the invention comprises controlling the manipulator based on the calculated correction parameter set. In this case, for example, the current robot model can be updated using the correction parameter set, or even be replaced by this. The person skilled in the art understands that not only the robot model can be optimized by means of the present invention but also that track points can be adapted from a path planning. In this case, the control preferably involves measuring with the aid of the manipulator, taking into account of the correction parameter. For example, a distance measurement can be carried out by means of the manipulator, wherein the manipulator preferably has its suitable device, such as a laser. Furthermore, the control may also include moving the manipulator in consideration of the correction parameter.
Der „Referenzpunkt“ kann somit ein beliebiger Punkt in der Umgebung des Manipulators sein, und kann beispielsweise ein Bauteilpunkt, also ein Punkt auf einem Bauteil oder Werkstück, sein. Der Begriff „Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift“ kann eine Restdrift an einem Referenzpunkt beschreiben, welche im Zuge der Kalibrierung bestimmt wird. Analog kann der Begriff „Momentan-Referenzpunkt-Restdrift“ eine Restdrift an einem Referenzpunkt beschreiben, welche im Zuge des Betriebsmodus bestimmt wird. Ein „Kalibriersatz“ wiederum kann ein Datensatz sein, welcher mehrere Werte, wie eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und einen Manipulator-Parametersatz umfasst. Ein, mehrere oder alle während einer Kalibrierung ermittelten Kalibriersätze können in einer Steuerung des Manipulators oder separat bereitgestellt sein. Eine „Restdrift“ selber muss dabei nicht bereits korrigiert sein, kann also lediglich eine „Drift“ sein.The "reference point" can thus be any point in the vicinity of the manipulator, and can be, for example, a component point, that is to say a point on a component or workpiece. The term "comparison reference point residual drift" can describe a residual drift at a reference point, which is determined in the course of the calibration. Analogously, the term "instantaneous reference point residual drift" can describe a residual drift at a reference point, which is determined in the course of the operating mode. In turn, a "calibration set" may be a data set that includes a plurality of values, such as a comparison reference point residual drift and a manipulator parameter set. One, several or all calibration sets determined during a calibration may be provided in a controller of the manipulator or separately. A "residual drift" itself does not have to be corrected, so it can only be a "drift".
Vorzugsweise umfasst das Bereitstellen der Kalibrierung ein Erstellen der Kalibrierung. Vorzugsweise wird die Kalibrierung vor dem Produktionsbetrieb des Manipulators durchgeführt, so dass die Kalibrierung bereits während des Arbeitsbetriebs oder Messbetriebs des Manipulators vorliegt. Somit können die Korrekturparametersätze direkt basierend auf der Kalibrierung ermittelt werden, so dass der Manipulator präzise anhand des Korrekturparametersatzes gesteuert werden kann.Preferably, providing the calibration includes creating the calibration. Preferably, the calibration is carried out before the production operation of the manipulator, so that the calibration already exists during the working operation or measuring operation of the manipulator. Thus, the correction parameter sets can be determined directly based on the calibration, so that the manipulator can be controlled precisely based on the correction parameter set.
Vorzugsweise umfasst das wiederholte Anfahren ein wiederholtes Anfahren von zwei Referenzpunkten, wobei vorzugsweise einer der Referenzpunkt ein Bauteilpunkt ist. Somit können mittels des Kalibriersatzes die Modellparameter bzw. Roboterparameter effizient in Bezug auf der im Produktionsmodus angefahrenen Punkte optimiert werden. Vorzugsweise wird nach jedem wiederholten Anfahren während der Kalibrierung zu einer Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift ein Parametersatz abgelegt und in dem Kalibriersatz aufgenommen.Preferably, the repeated starting comprises a repeated approach of two reference points, wherein preferably one of the reference points is a component point. Thus, by means of the calibration set, the model parameters or robot parameters can be optimized efficiently with respect to the points approached in the production mode. Preferably, after each repeated startup during calibration, a parameter set is stored for a comparison reference point residual drift and recorded in the calibration set.
Vorzugsweise umfassen die ermittelten Kalibriersätze zwei Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte und einen Manipulator-Parametersatz.Preferably, the determined calibration sets comprise two comparison reference point residual drifts and one manipulator parameter set.
Vorzugsweise weist das Berechnen des Kalibriersatzes folgende Schritte auf: Auswählen von einem Kalibriersatz basierend auf der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift, so dass die Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift des ausgewählten Kalibriersatzes nächstliegend zu der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift ist, und Erstellen des Korrekturparametersatzes basierend auf dem ausgewählten Kalibriersatz. Somit wird ein bestmöglich passender Kalibriersatz ausgewählt, so dass die Differenz zwischen dem bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift und der Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift des ausgewählten Kalibriersatzes minimal ist. Dadurch wird gegeben, dass der Kalibriersatz aus der Kalibrierung bestmöglich zu dem momentanen Zustand des Manipulators passt.Preferably, calculating the calibration set comprises the steps of: selecting a calibration set based on the determined instantaneous reference point residual drift such that the comparative reference point residual drift of the selected calibration set is closest to the determined instantaneous reference point residual drift, and generating the correction parameter set based on the selected calibration set. Thus, a best fit calibration set is selected such that the difference between the determined instantaneous reference point residual drift and the comparative reference point residual drift of the selected calibration set is minimal. This ensures that the calibration set from the calibration best matches the instantaneous state of the manipulator.
Das Erstellen des Korrekturparametersatzes basierend auf dem ausgewählten Kalibriersatz kann beispielsweise ein Erstellen eines Korrekturparametersatzes basierend auf dem Manipulator-Parametersatz des ausgewählten Kalibriersatzes umfassen. Vorzugsweise wird ein Kalibriersatz ausgewählt, wobei die Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift aus der Kalibrierung mit der Momentan-Referenzpunkt-Restdrift aus dem produktiven Betrieb nächstliegend ist, so dass der in der Kalibrierung ermittelte Manipulator-Parametersatz bestmöglich zu dem momentanen Zustand des Manipulators passt und somit für die Berechnung des Korrekturparametersatzes und folglich für das Steuern des Manipulators, wie etwa das Anfahren oder Vermessen eines Bauteilpunktes, herangezogen werden kann.The creation of the correction parameter set based on the selected calibration set may include, for example, creating a correction parameter set based on the manipulator parameter set of the selected calibration set. Preferably, a calibration set is selected, wherein the comparison reference point residual drift from the calibration with the instantaneous reference point residual drift from the productive operation is closest, so that the manipulator parameter set determined in the calibration optimally matches the instantaneous state of the manipulator and thus can be used for the calculation of the correction parameter set and thus for controlling the manipulator, such as the start or measurement of a component point.
Vorzugsweise weist das Berechnen des Korrekturparametersatzes folgende Schritte auf: Auswählen von zumindest zwei verschiedenen Kalibriersätzen basierend auf der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift, so dass die Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte der ausgewählten Kalibriersätze nächstliegend zu der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift sind, und Erstellen des Korrekturparametersatzes basierend auf einer Interpolation der ausgewählten Kalibriersätze. Somit werden zwei Kalibriersätze herangezogen, die bestmöglich den momentanen Zustand des Manipulators widerspiegeln. Der Korrekturparametersatz wird dann basierend auf einer Interpolation dieser beiden Kalibriersätze erstellt bzw. basierend auf einer Interpolation der Manipulator-Parametersätze der ausgewählten Kalibriersätze. Es ist somit möglich, einen Korrekturparametersatz aus der Kalibrierung zu erhalten, der bestmöglich zu dem aktuellen Zustand des Manipulators passt.Preferably, calculating the correction parameter set comprises the steps of: selecting at least two different calibration sets based on the determined instantaneous reference point residual drift such that the comparison reference point residual drifts of the selected calibration sets are closest to the determined instantaneous reference point residual drift and creating the correction parameter set based on an interpolation of the selected calibration sets. Thus, two calibration sets are used, which best reflect the current state of the manipulator. The correction parameter set is then created based on an interpolation of these two calibration sets or based on an interpolation of the manipulator parameter sets of the selected calibration sets. It is thus possible to obtain a correction parameter set from the calibration that optimally matches the current state of the manipulator.
Der Fachmann versteht, dass auch mehr als zwei Kalibriersätze basierend auf der im Produktionsbetrieb bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift ausgewählt werden können und für die Berechnung des Korrekturparametersatzes herangezogen werden können. So kann beispielsweise, wenn drei Kalibriersätze ausgewählt wurden, ein Korrekturparametersatz basierend auf einer Spline-Interpolation der Kalibriersätze bzw. der entsprechenden Manipulator-Parametersätze berechnet werden. Ferner versteht der Fachmann, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Verfahren zur Kompensation verschiedener Drifte kombiniert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich dabei insbesondere, eine verbleibende Restdrift bzw. den Effekt einer verbleibenden Restdrift zu minimieren.The person skilled in the art understands that more than two calibration sets can also be selected based on the instantaneous reference point residual drift determined in the production mode and can be used for the calculation of the correction parameter set. Thus, for example, if three calibration sets have been selected, a correction parameter set can be calculated based on a spline interpolation of the calibration sets or the corresponding manipulator parameter sets. Further the skilled person understands that the method according to the invention can also be combined with other methods for the compensation of different drifts. In particular, the method according to the invention is suitable for minimizing residual drift or the effect of residual drift.
Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine Kalibrierung durchgeführt, in der sehr viele (temperaturabhängige) Zustände des Roboters erfasst werden. Durch den Vergleich einer Momentan-Referenzpunkt-Restdrift mit einer Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift aus der Kalibrierung kann somit ein passender Manipulator-Parametersatz aus der Kalibrierung für den momentanen Zustand des Manipulators herangezogen werden. Dabei erlaubt es die vorliegende Erfindung, die Positioniergenauigkeit eines Roboters bzw. Manipulators zu verbessern. Dabei kann beispielsweise eine hohe Genauigkeit von besser als +0,15 mm erreicht werden. With the present invention, a calibration is thus carried out in which a great many (temperature-dependent) states of the robot are detected. By comparing a momentary reference point residual drift with a comparison reference point residual drift from the calibration, a suitable manipulator parameter set from the calibration can thus be used for the instantaneous state of the manipulator. In this case, the present invention allows to improve the positioning accuracy of a robot or manipulator. In this case, for example, a high accuracy of better than +0.15 mm can be achieved.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Robotersystem, welches Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Mittel umfassen dabei insbesondere eine Robotersteuerung. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium, welches Instruktionen enthält, welche, wenn durch ein Verarbeitungssystem ausgeführt, Schritte zum Steuern eines Manipulators ausführen, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Manipulators.The present invention further comprises a robot system having means for carrying out the method according to the invention. The means include in particular a robot controller. Further, the present invention includes a computer-readable medium containing instructions that, when executed by a processing system, perform steps to control a manipulator according to the inventive method for controlling a manipulator.
4. Ausführungsbeispiel(e)4th embodiment (e)
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigt:In the following, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying figures. It shows:
In
In Schritt
In Schritt
Bei der Entscheidung
Somit werden mit der Kalibrierung mehrere Kalibriersätze ermittelt, wobei in jedem Kalibriersatz eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift mit einem Manipulator-Parametersatz verknüpft ist. Jeder Kalibriersatz wurde dabei bei einer unterschiedlichen Temperatur des Manipulators ermittelt. Erst wenn die Temperatur des Manipulators vorzugsweise annähernd stabil ist, wird die Kalibrierung beendet.Thus, several calibration sets are determined with the calibration, wherein in each calibration set a comparison reference point residual drift is linked to a manipulator parameter set. Each calibration set was determined at a different temperature of the manipulator. Only when the temperature of the manipulator is preferably approximately stable, the calibration is terminated.
In
In Schritt
In Schritt
In Schritt
Claims (9)
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- 2016-06-20 CN CN201680036646.2A patent/CN107771118A/en active Pending
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