DE102016004837B3

DE102016004837B3 - Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators

Info

Publication number: DE102016004837B3
Application number: DE102016004837.9A
Authority: DE
Inventors: Sami Haddadin
Original assignee: Haddadin Beteiligungs Ug (haftungsbeschrankt)
Current assignee: Franka Emika GmbH
Priority date: 2016-04-24
Filing date: 2016-04-24
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2036-04-25
Also published as: WO2017186594A1; DE102016004837C5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators, bei dem ein distales Ende des Robotermanipulators eine vorgegebene Soll-Bewegungentlang eines vorgegebenen ersten Pfads pfad1 ausführt und entlang des ersten Pfads pfad1 einen Soll-Kraftwinder K→ = [F→ , L→ ] auf eine Umgebung ausübt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Bereitstellen (101) von die Soll-Bewegung Bsoll und den Soll-Kraftwinder K→ definierenden Parametern P(Bsoll, K→ ) von einer Speichereinheit, während der Ausführung der Bewegung Bsoll und/oder während der Ausübung des Soll-Kraftwinders K→ Ermitteln (102) eines in den Robotermanipulator eingebrachten externen Kraftwinders K→ ext = [F→ ext, L→ ext], Korrigieren (103) der vorgegebenen Soll-Bewegungabhängig von dem Kraftwinder K→ ext zu einer korrigierten Soll-Bewegung:und/oder Korrigieren (103) des vorgegebenen Soll-Kraftwinders K→ abhängig von dem Kraftwinder K→ ext zu einem korrigierten Soll-Kraftwinder K→ * = K→ *(K→ , K→ ext) = [F→ *, L→ *], und Speichern (105) von die Soll-Bewegung Bsoll* und den korrigierten Soll-Kraftwinder K→ * definierenden Parametern P(Bsoll*, K→ *) auf der Speichereinheit.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators, bei dem ein distales Ende des Robotermanipulators eine vorgegebene Soll-Bewegung entlang eines vorgegebenen ersten Pfads ausführt und entlang des ersten Pfads einen Soll-Kraftwinder auf eine Umgebung ausübt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung eines ebensolchen Robotermanipulators.
Die Steuerung von aktorisch angetriebenen Robotermanipulatoren basiert typischerweise auf vorgegebenen Roboterprogrammen. Diese Roboterprogramme definieren die Bewegungen und Aktionen des Robotermanipulators und überwachen deren Durchführung. Zur Erstellung von Roboterprogrammen gibt es grundsätzlich die Verfahren der Online-Programmierung und der Offline-Programmierung. Änderungen der Programmierung ändern bei Ausführung des Programms konsequenterweise die Steuerung des betreffenden Robotermanipulators.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators anzugeben, das/die eine einfache und intuitive Onlineprogrammierung während der Ausführung eines aktuellen Steuerprogramms ermöglicht.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators, bei dem ein distales Ende des Robotermanipulators eine vorgegebene Soll-Bewegung
entlang eines vorgegebenen ersten Pfads pfad1 ausführt und entlang dieses ersten Pfads pfad1 einen Soll-Kraftwinder K → mit der Kraft F → und dem Drehmoment L → auf eine Umgebung ausübt, wobei gilt: K → = [F →, L →].
Der Soll-Kraftwinder K → ist bevorzugt abhängig von dem ersten Pfad pfad1 oder abhängig von dem ersten Pfad pfad1 und der Zeit t oder nur abhängig von der Zeit ist: K → = K →(s →_pfad1) = [F →(s →_pfad1)] oder K → = K →(s →_pfad1, t) = [F →(s →_pfad1, t), L →(s →_pfad1, t)] oder K → = K →(t) = [F →(t), L →(t)].
Dabei gibt s →_pfad1 den ersten Pfad pfad1 definierende Positionen (bspw. in allgemeinen 3D-Koordinaten x, y, z) des distalen Endes des Robotermanipulators, gegebenenfalls mit zugehörigen Posen des Robotermanipulators (d. h. beispielsweise zugeordnete Translationen und Rotationen von Gliedern des Robotermanipulators),
vorgegebene Geschwindigkeiten des distalen Endes des Robotermanipulators entlang des ersten Pfades
vorgegebene Beschleunigungen des distalen Endes des Robotermanipulators entlang des ersten Pfades s →_pfad1, F →(s →_pfad1) eine vom distalen Ende des Robotermanipulators an der Position s →_pfad1 auf die Umgebung ausgeübte Kraft, F →(s →_pfad1) eine vom distalen Ende des Robotermanipulators an der Position s →_pfad1 auf die Umgebung ausgeübte zeitabhängige Kraft, und L →(s →_pfad1) ein vom distalen Ende des Robotermanipulators an der Position s →_pfad1 auf die Umgebung ausgeübtes Drehmoment und L →(s →_pfad1, t) vom distalen Ende des Robotermanipulators an der Position s →_pfad1 auf die Umgebung ausgeübtes zeitabhängiges Drehmoment an.
Der erste Pfad pfad1 ist vorteilhaft in Gelenkkoordinaten oder in Taskkoordinaten definiert.
Die Parameter der Soll-Bewegung
und des Soll-Kraftwinders K → definieren vorteilhaft eine Bewegung des distalen Endes des Robotermanipulators entlang eines ersten Pfads (Raumkurve/Trajektorie), vorteilhaft im dreidimensionalen Raum mit den allgemeinen Raumkoordinaten x, y, z, bei der sich das Ende des Robotermanipulators entlang des Pfads s →_pfad1 mit einer Geschwindigkeit
und einer Beschleunigung
bewegt.
Vorliegend bezeichnet
eine lokale Geschwindigkeit des Endes des Robotermanipulators an einem jeweiligen Punkt des Pfads
der allgemeinen Raumkoordinaten, die zur Vereinfachung weggelassen sind. Gleichermaßen bezeichnet
eine lokale Beschleunigung des Endes des Robotermanipulators am jeweiligen Punkt der s
Die Parameter der Soll-Bewegung
und des Soll-Kraftwinders K → sind vorteilhaft in einem aktuell gültigen Steuerprogramm für den Robotermanipulator hinterlegt oder werden beispielsweise online berechnet.
Das vorgeschlagene Verfahren umfasst folgende Schritte. In einem ersten Schritt erfolgt ein Bereitstellen von die Soll-Bewegung B_soll und den Soll-Kraftwinder K → definierenden Parametern P(B_soll, K →) von einer Speichereinheit. Die Parameter P(B_soll, K →) können beispielsweise im Rahmen einer Onlineprogrammierung oder eine offline Programmierung auf der Speichereinheit gespeichert worden sein.
Die Bewegung B_soll des Robotermanipulators wird gestartet, und während der Ausführung der Soll-Bewegung B_soll und/oder während der Ausübung des Soll-Kraftwinders K → erfolgt ein Ermitteln eines in den Robotermanipulator eingebrachten externen Kraftwinders K →_ext = [F →_ext, L →_ext].
Vorteilhaft gilt dabei: K →_ext = K →_ext(s →_pfad1) = [F →_ext(s →_pfad1), L →_ext(s →_pfad1)] oder K →_ext = K →_ext(s →_pfad1, t) = [F →_ext(s →_pfad1, t), L →_ext(s →_pfad1, t)] oder K →_ext = K →_ext(t) = [F →_ext(t), L →_ext(t)]
Der Begriff „Ermitteln” umfasst vorliegend beispielsweise das Schätzen oder das Messen von Größen.
Vorteilhaft wird das vorgeschlagene Verfahren in einem Steuermodus einer Steuerung des Robotermanipulators ausgeführt, bei dem extern in den Robotermanipulator eingebrachte Kraftwinder K →_ext ausschließlich zur Korrektur der Soll-Bewegung B_soll und/oder des gewünschten Soll-Kraftwinders K → genutzt werden.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Korrigieren der vorgegebenen Soll-Bewegung
abhängig von dem Kraftwinder K →_ext zu einer korrigierten Soll-Bewegung:
und/oder ein Korrigieren des vorgegebenen Soll-Kraftwinders K → abhängig von dem Kraftwinder K →_ext zu einem korrigierten Soll-Kraftwinder K →* = K →*(K →, K →_ext) = [F →*, L →*]
Vorteilhaft gilt dabei: K →* = K →*(s →_pfadx*, K →_ext, K →) = [F →*(s →_pfadx*), L →*(s →_pfadx*)] oder K →* = K →*(s →_pfadx*, K →_ext, K →, t) = [F →*(s →_pfadx*, t), L →*(s →_pfadx*, t)] oder K →* = K →*(K →_ext, K →, t) = [F →*(t), L →*(t)].
Vorliegend bezeichnet s →_pfadx*(K →_ext) Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators auf dem abhängig von dem Kraftwinder K →_ext korrigierten Pfad s →_pfad1, gegebenenfalls mit zugehörigen Posen des Robotermanipulators (d. h. beispielsweise zugeordnete Translationen und Rotationen von Gliedern des Robotermanipulators),
eine abhängig von dem Kraftwinder K →_ext korrigierte Geschwindigkeit des distalen Endes des Robotermanipulators auf dem Pfad s →_pfadx,
eine abhängig von dem Kraftwinder K →_ext korrigierte Beschleunigung des distalen Endes des Robotermanipulators auf dem Pfad s →_pfadx, K →*(s →_pfadx, K →_ext) einen abhängig von dem Kraftwinder K →_ext korrigierten Kraftwinder auf dem Pfad s →_pfadx mit der Kraft F →* und dem Drehmoment L →*, wobei gilt: s →_pfadx = s →_pfad1 oder s →_pfad2, mit s →_pfad1 ≠ s →_pfad2, und wobei s →_pfad2 einen zweiten Pfad pfad2 definierende Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators angibt.
Durch den auf den Roboterarm während der Ausführung der Soll Bewegung
und/oder während der Ausführung des Soll-Kraftwinders K → wirkenden externen Kraftwinder K →_ext erfolgt somit eine Korrektur bzw. eine Änderung der Soll-Bewegung B_soll und/oder des dabei auszuübenden Soll-Kraftwinders K →. Diese Änderung kann eine Korrektur/Änderung des ersten Pfads s →_pfad1, der Geschwindigkeit
und/oder der Beschleunigung
des distalen Endes des Robotermanipulators entlang des ersten Pfads s →_pfad1 oder eine Kombination daraus bewirken. Weiterhin kann diese Änderung eine Korrektur der entlang des ersten Pfads s →_pfad1 auf eine Umgebung ausgeübten Kraft F →(s →_pfad1) bzw. F →(s →_pfad1, t) und/oder eine Änderung des auf eine Umgebung ausgeübten Drehmoments L →(s →_pfad1) bzw. L →(s →_pfad1, t) bewirken.
Nach der Korrektur der Soll-Bewegung
zu B_soll* und/oder der Korrektur des Soll-Kraftwinders K → zu K →*, erfolgt ein Ausführen der korrigierten Soll-Bewegung B_soll* und/oder ein Ausüben des korrigierten Soll-Kraftwinders K →*.
Vorteilhaft erfolgt die Ausführung der korrigierten Soll-Bewegung B_soll* bzw. des korrigierten Kraftwinders K →* instantan nach der Korrektur, beginnend von der aktuellen Position des distalen Endes des Robotermanipulator in diesem Zeitpunkt für die von dort aus verbleibende korrigierte Soll-Bewegung B_soll*. Alternativ kann die Ausführung der korrigierten Soll-Bewegung B_soll* bzw. des korrigierten Kraftwinders K →* von Beginn der Soll-Bewegung B_soll* oder von einem beliebigen Punkt auf des ersten Pfads s →_pfad1 aus erfolgen, sodass der Robotermanipulator nach dem Erfassen des externen Kraftwinders K →_ext derart angesteuert wird, dass das distale Ende des Robotermanipulators auf eine Anfangsposition der korrigierten Soll Bewegung B_soll* gesteuert wird.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Speichern von die Soll-Bewegung B_soll* und den Soll-Kraftwinder: K →* definierenden Parametern P(B_soll*, K →*) auf der Speichereinheit. Damit wird sichergestellt, dass die Steuerung des Robotermanipulators für weitere Ausführungen der Bewegung B auf die entsprechend upgedateten Parameter P(B_soll*, K →*) zugreift und entsprechend künftig die Soll-Bewegung B_soll* und den Soll-Kraftwinder: K →* ausführt.
Vorteilhaft werden beim Speichern die Parameter P(B_soll, K →) durch die Parameter P(B_soll*, K →*) auf der Speichereinheit ersetzt.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine einfache und intuitive Anpassung/Korrektur eines Steuerprogramms zur Steuerung eines Robotermanipulators, während der Robotermanipulator eine vorgegebene Soll-Bewegung ausführt bzw. dabei einen Kraftwinder auf eine Roboterumgebung ausübt. Eine erfolgte Anpassung/Korrektur der Steuerprogramms bzw. der die Änderung/Korrektur angegebenen Parameter wird in einer Speichereinheit gespeichert, sodass weitere Ausführungen der Soll-Bewegung/des Soll-Kraftwinders auf Basis der gespeicherten korrigierten Parameter erfolgen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Korrigieren der vorgegebenen Soll-Bewegung
und/oder das Korrigieren des vorgegebenen Soll-Kraftwinders K → abhängig von einem aus der folgenden Liste gewählten Änderungsmodus aus der folgenden Liste erfolgt:

– erster Änderungsmodus zur Änderung des Pfads s →_pfad1,
– zweiter Änderungsmodus zur Änderung der Geschwindigkeit
– dritter Änderungsmodus zur Änderung der Beschleunigung
– vierter Änderungsmodus zur Änderung des Kraftwinders K →.

Der Änderungsmodus wird vorteilhaft vor Ausführung des Verfahrens gewählt und definiert, welcher Parameter der vorgegebenen Soll-Bewegung
bzw. des vorgegebenen Soll-Kraftwinders K → ausschließlich korrigiert werden sollen.
Vorteilhaft erfolgt im ersten Änderungsmodus ausschließlich eine Korrektur des gesamten ersten Pfads pfad1 mit den Punkten s →_pfad1 zu dem zweiten Pfad pfad2 mit den Punkten s →_pfad2, wobei der zweite Pfad pfad2 der Bewegung B_soll* und damit die Punkte s →_pfad2(K →_ext) durch eine Translation t → des gesamten ersten Pfads pfad1 um einen konstanten Translationsvektor t → erzeugt wird: s →_pfad2(K →_ext) = s →_pfad1 + t →. Dabei wird der Betrag des Translationsvektors |t →| basierend auf dem Betrag |F →_ext(s →_pfad1)| der Kraft F →_ext(s →_pfad1) bestimmt, wobei die Richtung des Translationsvektors t → mit der Richtung der Kraft F →_ext(s →_pfad1) vorteilhaft identisch ist. Die Richtung des Translationsvektors t → kann auch diskretisiert bzw. gerastert sein, sodass sich geringfügige Unterschiede zwischen der Richtung der Kraft F →_ext(s →_pfad1) und der Richtung des Translationsvektor t → ergeben können. So führt vorteilhaft bspw. eine senkrecht auf dem ersten Pfad pfad1 stehende Kraft F →_ext(s →_pfad1) zu einer Parallelverschiebung des gesamten ersten Pfads pfad1 und damit zu einem zweiten Pfad pfad2, wobei die Distanz zwischen dem ersten Pfad pfad1 und dem zweiten Pfad pfad2 proportional zum Betrag der Kraft F →_ext(s →_pfad1) ist. Vorteilhaft wird die extern aufgebrachte Kraft F →_ext sowie das extern aufgebrachte Drehmoment L →_ext diskretisiert bzw. gerastert ermittelt. So können sowohl für den Betrag der Kraft bzw. des Drehmoments, als auch für die Richtung der Kraft bzw. nur vorgegebene diskretisierte Werte ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Alternative des ersten Änderungsmodus wird ausschließlich eine Korrektur des gesamten ersten Pfads pfad1 mit den Punkten s →_pfad1 zu dem zweiten Pfad pfad2 mit den Punkten s →_pfad2 durchgeführt, wobei der zweite Pfad pfad2 der Bewegung B_soll* und damit die Punkte s →_pfad2(K →_ext) durch eine vorgegebene Rotation R um eine oder mehrere Rotationsachsen und entsprechend vorgegebene Rotationswinkel oder durch eine vorgegebene Rotation und eine vorgegebene Translation um einen konstanten Translationsvektor t → des gesamten ersten Pfads pfad1 hervorgehen. Dabei wird die Translation vorteilhaft wie vorstehend erläutert ermittelt: s →_pfad2(K →_ext) = s →_pfad1 + t →. Die Rotation R wird vorteilhaft auf Basis des extern aufgebrachten Drehmoments L →_ext ermittelt.
Vorteilhaft erfolgt im zweiten Änderungsmodus ausschließlich eine Korrektur der Geschwindigkeit
zu einer Geschwindigkeit
wobei sich die Geschwindigkeit
abhängig von dem Kraftwinder K →_ext und der Geschwindigkeit
des distalen Endes des Robotermanipulators vor dem Einwirken des externen Kraftwinders K →_ext bestimmt:
Vorteilhaft ergibt sich eine Änderung der Geschwindigkeit
des distalen Endes des Robotermanipulators entlang des ersten Pfads pfad1 abhängig von der extern in Pfadrichtung pfad1 einwirkenden Kraft F →_ext. Wirkt eine Kraftkomponente der einwirkenden Kraft F →_ext in Pfadrichtung entgegengesetzt zur aktuellen Geschwindigkeit
so wird die Geschwindigkeit
entsprechend einer vorgegebenen Beziehung verringert:
Wirkt eine Kraftkomponente der einwirkenden Kraft F →_ext in Richtung der aktuellen Geschwindigkeit
so wird die Geschwindigkeit
entsprechend einer vorgegebenen Beziehung erhöht:
Vorteilhaft gibt die korrigierte Geschwindigkeit
eine lokale Geschwindigkeit vor, wobei nach einer vorgegebenen Bewegungsstrecke des distalen Endes des Robotermanipulators entlang des Pfads Pfad1 oder einem vorgegebenen Zeitintervall wieder die ursprünglichen unkorrigierten lokalen Geschwindigkeiten
angenommen werden. In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung gibt die korrigierte Geschwindigkeit
eine Differenzgeschwindigkeit mit Δv vor, die alle lokalen Geschwindigkeiten entlang des ersten Pfads Pfad1 um die Differenzgeschwindigkeit Δv ändert.
In einer weiteren Variante wird ein Schwellwert für den Betrag der extern einwirkenden Kraft F →_ext vorgegeben. Immer wenn der Betrag |F →_ext| der Kraft F →_ext den Schwellwert übersteigt, wird die Geschwindigkeit
inkrementell verändert. Vorteilhaft wird die Geschwindigkeit dabei inkrementell erhöht, wenn eine Komponente der Kraft F →_ext in Pfadrichtung liegt. Vorteilhaft wird die Geschwindigkeit dabei inkrementell verringert, wenn eine Komponente der Kraft F →_ext entgegen der Fahrtrichtung liegt. Wird der Schwellwert beispielsweise dreimal hintereinander überschritten, wobei eine Komponente der Kraft F →_ext in Pfadrichtung zeigt, so wird die Geschwindigkeit
drei mal um das jeweilige Inkrement erhöht.
Vorteilhaft erfolgt im dritten Änderungsmodus ausschließlich eine Korrektur der Beschleunigung
zu der Beschleunigung
wobei sich die Beschleunigung
abhängig von dem Kraftwinder K →_ext und/oder der Geschwindigkeit
und/oder der Beschleunigung
des distalen Endes des Robotermanipulators im Zeitpunkt vor Einwirken des externen Kraftwinders K →_ext bestimmt:
Vorteilhaft ergibt sich eine Änderung der Beschleunigung
des distalen Endes des Robotermanipulators entlang des ersten Pfads pfad1 abhängig von der extern in Pfadrichtung pfad1 einwirkenden Kraft F →_ext. Wirkt die Kraftkomponente der einwirkenden Kraft F →_ext in Pfadrichtung entgegengesetzt zur aktuellen Beschleunigung, so wird die Beschleunigung
entsprechend einer vorgegebenen Beziehung verringert:
Wirkt die Kraftkomponente der einwirkenden Kraft F →_ext in Richtung der aktuellen Beschleunigung
so wird die Beschleunigung
entsprechend einer vorgegebenen Beziehung erhöht:
Vorteilhaft gibt die korrigierte Beschleunigung
eine lokale Beschleunigung vor, wobei nach einer vorgegebenen Bewegungsstrecke des distalen Endes des Robotermanipulators entlang des Pfads pfad1 oder einem vorgegebenen Zeitintervall wieder die ursprünglichen unkorrigierten lokalen Beschleunigungen
angenommen werden. In einer anderen vorteilhaften Version gibt die korrigierte Beschleunigung
eine Differenzbeschleunigung mit
vor, die alle lokalen Beschleunigungen entlang des ersten Pfads pfad1 um die Differenzbeschleunigung Δa ändert.
In einer weiteren Variante wird ein Schwellwert für den Betrag der extern einwirkenden Kraft F →_ext vorgegeben. Immer wenn der Betrag |F →_ext| der Kraft F →_ext den Schwellwert übersteigt, wird die Beschleunigung
inkrementell verändert. Vorteilhaft wird die Beschleunigung
dabei inkrementell erhöht, wenn eine Komponente der Kraft F →_ext in Pfadrichtung liegt. Vorteilhaft wird die Beschleunigung
dabei inkrementell verringert, wenn eine Komponente der Kraft F →_ext entgegen der Pfadrichtung liegt.
Vorteilhaft wird im zweiten und im dritten Modus die Methode der Zeitskalierung angewandt. In beiden Moden bleibt der ursprüngliche Bewegungspfad erhalten. Es ändern sich im zweiten Modus das Profil der Geschwindigkeit entlang des Bewegungspfades und im dritten Modus das Profil der Beschleunigung entlang des Bewegungspfades. Es ist somit erforderlich, in beiden Moden sicherzustellen, dass trotz der Änderung der Profile der ursprüngliche Bewegungspfad (also die entsprechenden Positionen) erhalten bleibt. Die Zeitskalierung, also das Skalieren einer Zeitbasis basierend auf der Kraft F →_ext/Moment L →_ext. Damit sind keine geometrischen Berechnungen erforderlich, es muss lediglich sichergestellt werden, dass die Zeitbasis kontinuierlich bleibt.
Vorteilhaft erfolgt im vierten Änderungsmodus ausschließlich eine Korrektur des Kraftwinders K → zu dem Kraftwinder K →*, wobei sich der Kraftwinder K →* abhängig von dem Soll-Kraftwinder K → des Robotermanipulators im Zeitpunkt vor Einwirken des externen Kraftwinders K →_ext und dem externen Kraftwinder K →_ext bestimmt.
Vorteilhaft wird die korrigierte Soll-Bewegung B_soll* und/oder das Ausüben des korrigierten Soll-Kraftwinders K →* von Beginn der Soll-Bewegung B_soll* an für die dann noch verbleibende Soll-Bewegung B_soll* fortgesetzt.
Die Aufgabe der Erfindung ist weiterhin gelöst durch ein Computersystem, mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren, wie vorstehend angegeben, auf der Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.
Zudem wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein digitales Speichermedium mit elektronisch aus lesbaren Steuersignalen, wobei die Steuersignale so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass ein Verfahren, wie vorstehend angegeben, ausgeführt wird.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend angegeben, wenn der Programmcode auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computer-Programm mit Programmcodes zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend angegeben, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung abläuft. Dazu kann die Datenverarbeitungsvorrichtung als ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Computersystem ausgestaltet sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators, und zur Ausführung des vorstehend erläuterten Verfahrens, bei dem ein distales Ende des Robotermanipulators eine vorgegebene Soll-Bewegung
entlang eines vorgegebenen ersten Pfads pfad1 ausführt und entlang des ersten Pfads pfad1 einen Soll-Kraftwinder K → = [F →, L →] auf eine Umgebung ausübt, mit

s →_pfad1:: den ersten Pfad pfad1 definierende Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators,

Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst eine Schnittstelle zum Bereitstellen von die Soll-Bewegung B_soll und den Soll-Kraftwinder K → definierenden Parametern P(B_soll, K →) von einer Speichereinheit, eine Ermittlungseinheit, mit der während der Ausführung der Bewegung B_soll und/oder während der Ausübung des Soll-Kraftwinders K → ein in den Robotermanipulator eingebrachter externer Kraftwinders K →_ext = [F →_ext, L →_ext] ermittelt/geschätzt wird, eine Korrektureinheit zum Korrigieren der vorgegebenen Soll-Bewegung
abhängig von dem Kraftwinder K →_ext zu einer korrigierten Soll-Bewegung:
und/oder zum Korrigieren des vorgegebenen Soll-Kraftwinders K → abhängig von dem Kraftwinder K →_ext zu einem korrigierten Soll-Kraftwinder: K →* = K →*(K →, K →_ext) = [F →*, L →*], mit

s →_pfadx*(K →_ext):: Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators auf dem abhängig von dem Kraftwinder K →_ext korrigierten Pfad s →_pfad1,

K →*(K →, K →_ext):: abhängig von den Kraftwindern K → und K →_ext korrigierter Kraftwinder,
s →_pfadx:: s →_pfad1 oder s →_pfad2, mit s →_pfad1 ≠ s →_pfad2, wobei s →_pfad2 einen zweiten Pfad pfad2 definierende Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators angibt.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, die derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass nach der Korrektur der Soll-Bewegung
und/oder der Korrektur des Kraftwinders K → die korrigierte Soll-Bewegung B_soll* ausgeführt wird und/oder der korrigierte Soll-Kraftwinders K →* auf die Umgebung ausgeübt wird, und die die Soll-Bewegung B_soll* und den Soll-Kraftwinder: K →* definierenden Parametern P(B_soll*, K →*) über die Schnittstelle auf der Speichereinheit gespeichert werden.
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der vorgeschlagenen Vorrichtung ergeben sich durch analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren gemachten Ausführungen.
Schließlich betrifft die Erfindung einen Roboter mit einer Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 einen schematisierten dargestellten Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens, sowie
2 eine schematisierte Darstellung des Aufbaus einer vorgeschlagenen Vorrichtung.
1 zeigt einen schematisierten dargestellten Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators, bei dem ein distales Ende des Robotermanipulators eine vorgegebene Soll-Bewegung B_soll =
entlang eines vorgegebenen ersten Pfads pfad1 ausführt und entlang des ersten Pfads pfad1 einen Soll-Kraftwinder K →(s →_pfad1) = [F →(s →_pfad1), L →(s →_pfad1)] auf eine Umgebung ausübt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte. In einem ersten Schritt 101 erfolgt ein Bereitstellen von die Soll-Bewegung B_soll und den Soll-Kraftwinder K →(s →_pfad1) definierenden Parametern P(B_soll, K →(s →_pfad1)) von einer Speichereinheit. In einem zweiten Schritt 102 erfolgt während der Ausführung der Bewegung B_soll und/oder während der Ausübung des Soll-Kraftwinders K →(s →_pfad1) ein Erfassen eines in den Robotermanipulator eingebrachten externen Kraftwinders K →_ext(s →_pfad1) = [F →_ext(s →_pfad1), L →_ext(s →_pfad1)]. in einem dritten Schritt 103 erfolgt ein Korrigieren der vorgegebenen Soll-Bewegung
abhängig von dem Kraftwinder K →_ext(s →_pfad1) zu einer korrigierten Soll-Bewegung:
und/oder Korrigieren des vorgegebenen Soll-Kraftwinders K →(s →_pfad1) abhängig von dem Kraftwinder K →_ext(s →_pfad1) zu einem korrigierten Soll-Kraftwinder: K →*(s →_pfadx, K →_ext(s →_pfad1)) = [F →*(s →_pfadx), L →*(s →_pfadx)], wobei s →_pfad2 einen zweiten Pfad pfad2 definierende Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators angibt. In einem vierten Schritt 104 erfolgt nach der Korrektur der Soll-Bewegung
und/oder des Kraftwinders K →(s →_pfad1) ein Ausführen der korrigierten Soll-Bewegung B_soll* und/oder Ausüben des korrigierten Soll-Kraftwinders K →*(s →_pfadx). In einem fünften Schritt 105 erfolgt ein Speichern von die Soll-Bewegung B_soll* und den Soll-Kraftwinder: K →*(s →_pfadx) definierenden Parametern P(B_soll*, K →*(s →_pfadx)) auf der Speichereinheit. Die Definitionen der einzelnen verwendeten Ausdrücke Ausdrücke ergeben sich aus der vorstehenden Beschreibung.
2 zeigt eine schematisierte Darstellung des Aufbaus einer vorgeschlagenen Vorrichtung zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators, bei dem ein distales Ende des Robotermanipulators eine vorgegebene Soll-Bewegung B_soll =
entlang eines vorgegebenen ersten Pfads pfad1 ausführt und entlang des ersten Pfads pfad1 einen Soll-Kraftwinder K →(s →_pfad1) = [F →(s →_pfad1), L →(s →_pfad1)] auf eine Umgebung ausübt. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst eine Schnittstelle 201 zum Bereitstellen von die Soll-Bewegung B_soll und den Soll-Kraftwinder K →(s →_pfad1) definierenden Parametern P(B_soll, K →(s →_pfad1)) von einer Speichereinheit 202, eine Erfassungseinheit 203, mit der während der Ausführung der Bewegung B_soll und/oder während der Ausübung des Soll-Kraftwinders K →(s →_pfad1) ein in den Robotermanipulator eingebrachter externer Kraftwinders K →_ext(s →_pfad1) = [F →_ext(s →_pfad1), L →_ext(s →_pfad1)] erfassbar ist, eine Korrektureinheit 204 zum Korrigieren der vorgegebenen Soll-Bewegung
abhängig von dem Kraftwinder K →_ext(s →_pfad1) zu einer korrigierten Soll-Bewegung:
und/oder zum Korrigieren des vorgegebenen Soll-Kraftwinders K →(s →_pfad1) abhängig von dem Kraftwinder K →_ext(s →_pfad1) zu einem korrigierten Soll-Kraftwinder: K →*(s →_pfadx, K →_ext(s →_pfad1)) = [F →*(s →_pfadx), L →*(s →_pfadx)], und eine Steuereinheit 205, die derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass nach der Korrektur der Soll-Bewegung
und/oder der Korrektur des Kraftwinders K →(s →_pfad1) die korrigierte Soll-Bewegung B_soll* ausgeführt wird und/oder der korrigierte Soll-Kraftwinders K →*(s →_pfadx) auf die Umgebung ausgeübt wird, und die die Soll-Bewegung B_soll* und den Soll-Kraftwinder: K →*(s →_pfadx) definierenden Parametern P(B_soll*, K →*(s →_pfadx)) über die Schnittstelle auf der Speichereinheit gespeichert werden. Die Definitionen der einzelnen verwendeten Ausdrücke Ausdrücke ergeben sich aus der vorstehenden Beschreibung.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
Bezugszeichenliste

101–105: Verfahrensschritte
201: Schnittstelle
202: Speichereinheit
203: Ermittlungseinheit
204: Korrektureinheit
205: Steuereinheit

Claims

Verfahren zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators, bei dem ein distales Ende des Robotermanipulators eine vorgegebene Soll-Bewegung
entlang eines vorgegebenen ersten Pfads pfad1 ausführt und entlang des ersten Pfads pfad1 einen Soll-Kraftwinder K → = [F →, L →] auf eine Umgebung ausübt, mit s →_pfad1: den ersten Pfad pfad1 definierende Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators,
F →: vom distalen Ende des Robotermanipulators auf die Umgebung ausgeübte Kraft, L →: vom distalen Ende des Robotermanipulators auf die Umgebung ausgeübtes Drehmoment, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen (101) von die Soll-Bewegung B_soll und den Soll-Kraftwinder K → definierenden Parametern P(B_soll, K →) von einer Speichereinheit, – während der Ausführung der Bewegung B_soll und/oder während der Ausübung des Soll-Kraftwinders K → Ermitteln (102) eines in den Robotermanipulator eingebrachten externen Kraftwinders K →_ext = [F →_ext, L →_ext], – Korrigieren (103) der vorgegebenen Soll-Bewegung
abhängig von dem Kraftwinder K →_ext zu einer korrigierten Soll-Bewegung:
und/oder Korrigieren (103) des vorgegebenen Soll-Kraftwinders K → abhängig von dem Kraftwinder K →_ext zu einem korrigierten Soll-Kraftwinder K →* = K →*(K →, K →_ext) = [F →*, L →*], mit s →_pfadx*(K →_ext): Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators auf dem abhängig von dem Kraftwinder K →_ext korrigierten Pfad s →_pfad1,
K →*(K →, K →_ext): abhängig von den Kraftwindern K → und K →_ext korrigierter Kraftwinder, s →_pfadx: s →_pfad1 oder s →_pfad2, mit s →_pfad1 ≠ s →_pfad2, wobei s →_pfad2 einen zweiten Pfad pfad2 definierende Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators angibt, – nach der Korrektur der Soll-Bewegung
und/oder des Soll-Kraftwinders K → Ausführen (104) der korrigierten Soll-Bewegung B_soll* und/oder Ausüben des korrigierten Soll-Kraftwinders K →*, und – Speichern (105) von die Soll-Bewegung B_soll* und den korrigierten Soll-Kraftwinder K →* definierenden Parametern P(B_soll*, K →*) auf der Speichereinheit.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Korrigieren (103) der vorgegebenen Soll-Bewegung
und/oder das Korrigieren (103) des vorgegebenen Soll-Kraftwinders K → abhängig von einem aus der folgenden Liste gewählten Änderungsmodus aus der folgenden Liste erfolgt: – erster Änderungsmodus zur Änderung des Pfads s →_pfad1, – zweiter Änderungsmodus zur Änderung der Geschwindigkeit
– dritter Änderungsmodus zur Änderung der Beschleunigung
– vierter Änderungsmodus zur Änderung des Kraftwinders K →.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem im ersten Änderungsmodus ausschließlich eine Korrektur des gesamten ersten Pfads pfad1 mit den Punkten s →_pfad1 zu dem zweiten Pfad pfad2 mit den Punkten s →_pfad2 erfolgt, wobei der zweite Pfad pfad2 der Bewegung B_soll* und damit die Punkte s →_pfad2(K →_ext) durch eine Translation t → des gesamten ersten Pfads pfad1 um einen konstanten Translationsvektor t → erzeugt wird: s →_pfad2(K →_ext) = s →_pfad1 + t →, wobei der Betrag des Translationsvektors |t →| basierend auf dem Betrag der Kraft |F →_ext| bestimmt wird, und wobei die Richtung des Translationsvektors t → mit der Richtung der Kraft F →_ext identisch ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem im zweiten Änderungsmodus ausschließlich eine Korrektur der Geschwindigkeit
zu einer Geschwindigkeit
erfolgt, wobei sich die Geschwindigkeit
abhängig von dem Kraftwinder K →_ext und der Geschwindigkeit
des distalen Endes des Robotermanipulators vor dem Einwirken des externen Kraftwinders K →_ext bestimmt:
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem im dritten Änderungsmodus ausschließlich eine Korrektur der Beschleunigung
zu der Beschleunigung
erfolgt, wobei sich die Beschleunigung
abhängig von dem Kraftwinder K →_ext, und der Geschwindigkeit
sowie der Beschleunigung
des distalen Endes des Robotermanipulators im Zeitpunkt vor Einwirkens des externen Kraftwinders K →_ext bestimmt:
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem im vierten Änderungsmodus ausschließlich eine Korrektur des Kraftwinders K → zu dem Kraftwinder K →* erfolgt, wobei sich der Kraftwinder K →* abhängig von dem Soll-Kraftwinder K → des Robotermanipulators im Zeitpunkt vor Einwirken des externen Kraftwinders K →_ext und dem externen Kraftwinder K →_ext bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Ausführen der korrigierten Soll-Bewegung B_soll* und/oder das Ausüben des korrigierten Soll-Kraftwinders K →* von der aktuellen Position des distalen Endes des Robotermanipulators an fortgesetzt wird.
Vorrichtung zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators, und zur Ausführung eines Verfahrens gemäß den vorstehenden Ansprüchen, bei dem ein distales Ende des Robotermanipulators eine vorgegebene Soll-Bewegung
entlang eines vorgegebenen ersten Pfads pfad1 ausführt und entlang des ersten Pfads pfad1 einen Soll-Kraftwinder K → = [F →, L →] auf eine Umgebung ausübt, mit s →_pfad1: den ersten Pfad pfad1 definierende Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators,
F →: vom distalen Ende des Robotermanipulators auf die Umgebung ausgeübte Kraft, L →: vom distalen Ende des Robotermanipulators auf die Umgebung umfassend: – eine Schnittstelle (201) zum Bereitstellen von die Soll-Bewegung B_soll und den Soll-Kraftwinder K → definierenden Parametern P(B_soll, K →) von einer Speichereinheit (202), – eine Ermittlungseinheit (203), mit der während der Ausführung der Bewegung B_soll und/oder während der Ausübung des Soll-Kraftwinders K → ein in den Robotermanipulator eingebrachter externer Kraftwinders K →_ext = [F →_ext, L →_ext] ermittelbar ist, – eine Korrektureinheit (204) zum Korrigieren der vorgegebenen Soll-Bewegung
abhängig von dem Kraftwinder K →_ext zu einer korrigierten Soll-Bewegung:
und/oder zum Korrigieren des vorgegebenen Soll-Kraftwinders K → abhängig von dem Kraftwinder zu einem korrigierten Soll-Kraftwinder K →* = K →*(K →, K →_ext) = [F →*, L →*], mit s →_pfadx*(K →_ext): Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators auf dem abhängig von dem Kraftwinder K →_ext korrigierten Pfad s →_pfad1,
K →*(K →, K →_ext): abhängig von den Kraftwindern K → und K →_ext korrigierter Kraftwinder, s →_pfadx: s →_pfad1 oder s →_pfad2, mit s →_pfad1 ≠ s →_pfad2, wobei s →_pfad2 einen zweiten Pfad pfad2 definierende Positionen des distalen Endes des Robotermanipulators angibt, – einer Steuereinheit (205), die derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass nach der Korrektur der Soll-Bewegung
und/oder der Korrektur des Kraftwinders K → die korrigierte Soll-Bewegung B_soll* ausgeführt wird und/oder der korrigierte Soll-Kraftwinders K →* auf die Umgebung ausgeübt wird, und die die Soll-Bewegung B_soll* und den Soll-Kraftwinder: K →* definierenden Parametern P(B_soll*, K →*) über die Schnittstelle (201) auf der Speichereinheit (202) gespeichert werden.
Roboter mit einer Vorrichtung nach Anspruch 8.