DE102016219128B4 - Method for performing wiping movements by a robotic arm - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Durchführen von Wischbewegungen durch einen Roboterarm (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:Durchführen einer Wischbewegung auf einer zu bearbeitenden Oberfläche (14) durch den Roboterarm (12),Erfassen einer Kontaktkraft, die zwischen dem Endeffektor (16) des Roboterarms (12) und der zu bearbeitenden Oberfläche (14) während der Wischbewegung auftritt,Erstellen eines Modells des Effekts der Wischbewegung durch die folgenden Schritte:Definieren einer Untergrenze für die Kontaktkraft, oberhalb derer angenommen wird, dass ein Kontakt zwischen dem Endeffektor (16) und der zu bearbeitenden Oberfläche (14) besteht,wobei Abschnitte der zu bearbeitenden Oberfläche (14), in denen die Untergrenze für die gemessene Kontaktkraft überschritten wird, dazu verwendet werden, die Ausrichtung und/oder die Ausdehnung der zu bearbeitenden Oberfläche (14) zu bestimmen,wobei während der Wischbewegung die Position des Endeffektors (16) in Normalrichtung zu der zu bearbeitenden Oberfläche (14) erfasst wird,wobei in den Abschnitten der zu bearbeitenden Oberfläche (14), in denen die Kontaktkraft über der Untergrenze liegt, angenommen wird, dass die Wischbewegung den gewünschten Effekt hatte, sofern die Position des Endeffektors (16) in Normalrichtung relativ zu der zu bearbeitenden Oberfläche (14) innerhalb eines definierten Bereichs liegt,wobei wenn die gemessene Kontaktkraft im gewünschten Bereich, das heißt über der Untergrenze für die Kontaktkraft, liegt, die Position des Endeffektors (16) jedoch nicht innerhalb des definierten Bereichs liegt, davon ausgegangen wird, dass die Wischbewegung nicht ordnungsgemäß ausgeführt wurde.A method for carrying out wiping movements by a robot arm (12), the method comprising the following steps: carrying out a wiping movement on a surface (14) to be processed by the robot arm (12), detecting a contact force between the end effector (16) of the Robot arm (12) and the surface to be processed (14) occurs during the wiping movement, creating a model of the effect of the wiping movement by the following steps: Defining a lower limit for the contact force, above which it is assumed that there is contact between the end effector (16) and the surface (14) to be machined, wherein portions of the surface (14) to be machined, in which the lower limit for the measured contact force is exceeded, are used to determine the orientation and / or the extent of the surface (14) to be machined determine, the position of the end effector (16) in the normal direction to the to be processed during the wiping movement en surface (14) is detected, in the sections of the surface to be processed (14) in which the contact force is above the lower limit, it is assumed that the wiping movement had the desired effect, provided that the position of the end effector (16) was in the normal direction lies within a defined range relative to the surface (14) to be machined, wherein if the measured contact force is in the desired range, i.e. above the lower limit for the contact force, the position of the end effector (16), however, does not lie within the defined range, it is assumed that the swiping movement was not performed properly.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen von Wischbewegungen durch einen Roboterarm.The invention relates to a method for performing wiping movements by a robot arm.
Autonome Roboter werden zunehmend in Haushaltszenarien, für professionellen Service, z.B. in Supermärkten, in öffentlichen Gebäuden (Museen, Schulen, oder Bürgerzentren), in Krankenhäusern oder bei der Altenpflege sowie in der industriellen Fertigung eingesetzt, um alltägliche Objekte zu behandeln. Wischbewegungen sind dabei eine fundamentale Fähigkeit für eine Vielzahl von Aufgaben, wie z.B. das Reinigen von Räumen, Gängen, Möbeln, Haushaltsobjekten, oder Ausstellungsstücken, das Waschen von Pflegebedürftigen, und die Verarbeitung von Gegenständen in der Fertigungstechnik, so wie es zum Beispiel beim Polieren oder Schleifen vorkommt. Dabei muss die autonome Ausführung der Wischbewegungen den hohen Qualitätsansprüchen der verschiedenen Domänen genügen.Autonomous robots are increasingly used in household scenarios, for professional service, e.g. in supermarkets, in public buildings (museums, schools, or community centers), in hospitals or in elderly care and in industrial production to treat everyday objects. Wiping movements are a fundamental skill for a variety of tasks, such as cleaning rooms, corridors, furniture, household objects or exhibits, washing people in need of care, and processing objects in manufacturing technology, such as polishing or Grinding occurs. The autonomous execution of the wiping movements must meet the high quality requirements of the various domains.
Der Stand der Technik untersucht Wischbewegungen hauptsächlich im Bereich der automatischen Reinigung. Dabei wird überwiegend die Planung und Ausführung von Wischbewegungen untersucht. Hierzu werden häufig nachgiebige Manipulatoren eingesetzt (wie zum Beispiel der DLR/KUKA Leichtbauroboter III), die sich der Umgebung anpassen. Diese Roboter verwenden Drehmomentsensoren in den Robotergelenken oder Kraftsensoren am Endeffektor, um Kräfte zu messen und zu regeln.The prior art examines wiping movements mainly in the area of automatic cleaning. The planning and execution of wiping movements is predominantly examined. For this purpose, flexible manipulators are often used (such as the DLR / KUKA lightweight robot III) that adapt to the environment. These robots use torque sensors in the robot joints or force sensors on the end effector to measure and control forces.
Die im Stand der Technik beschriebenen Methoden zum autonomen Wischen mit Robotern behandeln hauptsächlich die Planung und Ausführung von Wischbewegungen im Rahmen von Reinigungsaufgaben. Nachteilig hierbei ist, dass die Qualität der Wischbewegungen (z.B. das Maß der erhofften Reinigung) wenn überhaupt nur visuell detektiert wird und somit nur bei gut sichtbaren Medien angewandt werden kann. Die beschriebenen Ansätze sind entsprechend bei schlechten Lichtverhältnissen, kleinen Staubpartikeln oder durchsichtigen Flüssigkeiten schlecht anwendbar. Außerdem verdecken Roboter häufig große Teile des Arbeitsbereiches, wodurch Bildverarbeitungsalgorithmen gestört werden.The methods described in the prior art for autonomous wiping with robots mainly deal with the planning and execution of wiping movements in the context of cleaning tasks. The disadvantage here is that the quality of the wiping movements (e.g. the degree of the expected cleaning) is only detected visually, if at all, and can therefore only be used with clearly visible media. The approaches described are accordingly difficult to apply in poor lighting conditions, small dust particles or transparent liquids. In addition, robots often cover large parts of the work area, which disrupts image processing algorithms.
Es sind bisher keine Modelle bekannt, um das Ergebnis einer durch einen Roboter durchgeführten Wischbewegung qualitativ zu bewerten.So far, no models are known for qualitatively evaluating the result of a wiping movement carried out by a robot.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Durchführen von Wischbewegungen durch einen Roboter bereitzustellen, durch die die Qualität der Wischbewegung beurteilt werden kann.The object of the invention is to provide a method for performing wiping movements by a robot, by means of which the quality of the wiping movement can be assessed.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Durchführen von Wischbewegungen durch einen Roboterarm umfasst die folgenden Schritte:
- Es wird eine Wischbewegung auf einer zu bearbeitenden Oberfläche durch den Roboterarm durchgeführt. Bevorzugt handelt es sich hierbei um mindestens eine ebene Oberfläche. Zum Durchführen der Wischbewegung ist es bevorzugt, dass am Endeffektor des Roboters ein Wischwerkzeug angebracht ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Schwamm, eine Bürste oder ein anderes Werkzeug handeln, durch das Wischbewegung durchgeführt wird. Das zu verwendende Wischwerkzeug wird maßgeblich von dem Material und der Struktur der zu bearbeitenden Oberfläche und ferner von dem zu wischenden Medium abhängen (sofern denn ein solches existiert).
- A wiping movement is carried out on a surface to be processed by the robot arm. This is preferably at least one flat surface. To carry out the wiping movement, it is preferred that a wiping tool is attached to the end effector of the robot. This can be, for example, a sponge, a brush or some other tool by means of which a wiping movement is carried out. The wiping tool to be used will largely depend on the material and structure of the surface to be processed and also on the medium to be wiped (if one exists).
Erfindungsgemäß wird eine Kontaktkraft, die zwischen dem Endeffektor des Roboterarms bzw. dem Wischwerkzeug und der zu bearbeitenden Oberfläche während der Wischbewegung auftritt, erfasst.According to the invention, a contact force that occurs between the end effector of the robot arm or the wiping tool and the surface to be processed during the wiping movement is detected.
Es wird ein Modell des Effekts der Wischbewegung durch die folgenden Schritte erstellt:
- Es wird eine Untergrenze für die Kontaktkraft definiert, oberhalb derer angenommen wird, dass ein Kontakt zwischen dem Endeffektor und der zu bearbeitenden Oberfläche besteht. Anders ausgedrückt wird angenommen, dass der Endeffektor bzw. das Wischwerkzeug Kontakt zu der zu bearbeitenden Oberfläche hat, wenn die gemessene Kontaktkraft oberhalb der genannten Untergrenze liegt. Beispielsweise kann angenommen werden, dass ein Kontakt vorliegt, wenn die gemessene Kontaktkraft größer als 90% der Zielkontaktkraft ist. Bei der Zielkontaktkraft kann es sich beispielsweise um die maximale Kraft handeln, die der Roboterarm aufbringen kann. Diese kann beispielsweise durch die Steuerung des Roboters limitiert werden.
- A lower limit is defined for the contact force, above which it is assumed that there is contact between the end effector and the surface to be processed. In other words, it is assumed that the end effector or the wiping tool is in contact with the surface to be processed when the measured contact force is above the mentioned lower limit. For example, it can be assumed that there is contact if the measured contact force is greater than 90% of the target contact force. The target contact force can be, for example, the maximum force that the robot arm can apply. This can be limited, for example, by controlling the robot.
Abschnitte auf der zu bearbeitenden Oberfläche, bei denen die Untergrenze für die gemessene Kontaktkraft überschritten wird, werden dazu verwendet, die Ausrichtung- und/oder Ausdehnung der zu bearbeitenden Oberfläche zu bestimmen. Bevorzugt werden ausschließlich diese Abschnitte der zu bearbeitenden Oberfläche verwendet, während andere Abschnitte, bei denen die Untergrenze für die gemessene Kontaktkraft nicht überschritten wird, nicht berücksichtigt werden.Sections on the surface to be processed, in which the lower limit for the measured contact force is exceeded, are used to determine the orientation and / or extent of the to be machined surface. Only these sections of the surface to be processed are preferably used, while other sections in which the lower limit for the measured contact force is not exceeded are not taken into account.
Während der Wischbewegung wird die Position des Endeffektors in Normalrichtung zu der zu bearbeitenden Oberfläche erfasst. In den Abschnitten der zu bearbeitenden Oberfläche, in denen die Kontaktkraft über der Untergrenze liegt, wird angenommen, dass die Wischbewegung den gewünschten Effekt hatte, sofern die Position des Endeffektors in Normalrichtung relativ zu der zu bearbeitenden Oberfläche innerhalb der zuvor automatisch bestimmten Orientierung und Ausdehnung der Oberfläche liegt.During the wiping movement, the position of the end effector is recorded in the normal direction to the surface to be processed. In the sections of the surface to be processed in which the contact force is above the lower limit, it is assumed that the wiping movement had the desired effect, provided that the position of the end effector in the normal direction relative to the surface to be processed is within the previously automatically determined orientation and extent of the Surface lies.
Anders ausgedrückt wird angenommen, dass die Wischbewegung ordnungsgemäß durchgeführt wurde, wenn die Kontaktkraft in einem bestimmten Bereich liegt und ferner wenn die Position des Endeffektors in Normalrichtung zu der zu bearbeitenden Oberfläche zu dem Zeitpunkt, zu dem die Kontaktkraft im gewünschten Bereich liegt, ebenfalls in einem gewünschten Bereich liegt. Ist dies nicht der Fall, würde lediglich die Kontaktkraft in dem gewünschten Bereich liegen, nicht jedoch die Position des Endeffektors. Dies könnte beispielsweise passieren, wenn der Roboter relativ zu der zu bearbeitenden Oberfläche nicht korrekt ausgerichtet ist oder wenn der Roboterarm durch ein Hindernis, beispielsweise einen Menschen, gestört wurde. In diesem Fall könnte die Kontaktkraft im Zielbereich liegen (beispielsweise bei 95%), jedoch würde der Endeffektor zu diesem Zeitpunkt sich nicht in einem Bereich befinden, der der Ausdehnung der zu bearbeitenden Oberfläche entspricht. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass in diesem Abschnitt die Wischbewegung nicht ordnungsgemäß durchgeführt wurde. Der erwartete Effekt tritt entsprechend nicht ein. Grundsätzlich ist es zwar auch möglich, dass die gewünschte Wischbewegung ordnungsgemäß durchgeführt wurde, auch wenn die Kontaktkraft nicht in dem gewünschten Bereich liegt (d.h. unter der Untergrenze). Jedoch ist in diesem Fall die Wahrscheinlichkeit, dass die Wischbewegung ordnungsgemäß durchgeführt wurde, niedriger, so dass vorzugsweise nur von einer ordnungsgemäßen Wischbewegung ausgegangen wird, wenn die Untergrenze für die Kontaktkraft überschritten wurde.In other words, it is assumed that the wiping movement has been carried out properly when the contact force is in a certain range and also when the position of the end effector in the normal direction to the surface to be processed at the time when the contact force is in the desired range is also in a desired area. If this is not the case, only the contact force would be in the desired range, but not the position of the end effector. This could happen, for example, if the robot is not correctly aligned relative to the surface to be processed or if the robot arm has been disturbed by an obstacle, for example a person. In this case, the contact force could be in the target area (for example 95%), but at this point in time the end effector would not be in an area that corresponds to the extent of the surface to be processed. In this case, it can be assumed that the swiping movement was not performed properly in this section. Accordingly, the expected effect does not occur. In principle, it is also possible that the desired wiping movement has been carried out properly, even if the contact force is not in the desired range (i.e. below the lower limit). In this case, however, the probability that the wiping movement was carried out correctly is lower, so that a correct wiping movement is preferably only assumed if the lower limit for the contact force has been exceeded.
Es ist bevorzugt, dass bei der automatischen Bestimmung der Ausrichtung und/oder Ausdehnung der zu bearbeitenden Oberfläche die Erstreckung der Oberfläche in X-, Y- und Z-Richtung automatisch bestimmt wird. Diese Höhe in Z-Richtung kann dann bevorzugt für die Simulation des Wischeffekts berücksichtigt werden. Anders ausgedrückt, würde eine hohe Kontaktkraft, die außerhalb der ermittelten Höhe in Z-Richtung der zu bearbeitenden Oberfläche gemessen wird und die die geforderte Untergrenze für die Kontaktkraft überschreitet, nicht als erfolgreiche Wischbewegung interpretiert werden, da sie außerhalb der ermittelten räumlichen Erstreckung der zu bearbeitenden Oberfläche in Z-Richtung stattfindet. In diesem Fall würde davon ausgegangen werden, dass beispielsweise die hohe Kontaktkraft durch eine Störung des Roboterarms entstanden ist.It is preferred that during the automatic determination of the alignment and / or extent of the surface to be processed, the extent of the surface in the X, Y and Z directions is automatically determined. This height in the Z direction can then preferably be taken into account for the simulation of the wiping effect. In other words, a high contact force, which is measured outside the determined height in the Z-direction of the surface to be processed and which exceeds the required lower limit for the contact force, would not be interpreted as a successful wiping movement because it is outside the determined spatial extent of the surface to be processed Surface takes place in the Z direction. In this case, it would be assumed that, for example, the high contact force was caused by a disturbance in the robot arm.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dem Vorgehen des menschlichen Körpers beim Durchführen einer Wischbewegung nachempfunden. Möchte beispielsweise ein Mensch ein Möbelstück mit einem Staubwedel abstauben, so würde er versuchen, die gesamte Oberfläche des Möbelstücks durch den Staubwedel zu berühren. Das Verhalten beruht auf dem Wissen, dass Staubpartikel elektrostatisch durch den Staubwedel angezogen werden und ferner der Annahme, dass der Staub gleichmäßig auf der Oberfläche des Möbelstücks verteilt ist. Somit würde der Mensch annehmen, dass die Staubwischaufgabe ordnungsgemäß durchgeführt wird, wenn der Staubwedel, das heißt, das Werkzeug, physikalischen Kontakt mit der gesamten Zieloberfläche hatte.The method according to the invention is based on the procedure of the human body when performing a wiping movement. For example, if a person wanted to dust a piece of furniture with a feather duster, he would try to touch the entire surface of the piece of furniture with the feather duster. The behavior is based on the knowledge that dust particles are electrostatically attracted by the feather duster and furthermore on the assumption that the dust is evenly distributed on the surface of the piece of furniture. Thus, when the feather duster, that is, the tool, was in physical contact with the entire target surface, the human would assume that the dusting task is being performed properly.
Allerdings ist der Effekt des Staubwischens in vielen Fällen nicht direkt optisch wahrnehmbar. Das einzige zuverlässige Feedback ist die haptische Information, die dem Menschen während der Wischbewegungen zur Verfügung steht. Die Verwendung dieser haptischen Information ist ein wichtiger Faktor, sofern eine optische Überprüfung nicht möglich ist. (Siehe [5]:
Sofern beispielsweise der Mensch entscheidet, dass ein schlechter Kontakt stattgefunden hat, könnte er die Wischbewegung in einigen Bereichen wiederholen. Diese Kombination von kognitiven Fähigkeiten und haptischer Wahrnehmung wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein robotisches Verfahren zum Durchführen einer Wischbewegung übertragen. Hierbei werden die Möglichkeiten von Robotern verwendet, beispielsweise durch Drehmomentsensoren oder Kraftsensoren Kontaktkräfte mit einer zu bearbeitenden Oberfläche zu messen.If, for example, the person decides that poor contact has taken place, he could repeat the swiping movement in some areas. This combination of cognitive abilities and haptic perception is transferred within the scope of the method according to the invention to a robotic method for performing a wiping movement. Here, the possibilities of robots are used to measure contact forces with a surface to be processed, for example by means of torque sensors or force sensors.
Da die Qualität der durchgeführten Wischaufgabe wesentlich von der Art der Wischbewegung, dem verwendeten Werkzeug, dem Medium sowie der zu bearbeitenden Oberfläche abhängt, ist es notwendig, geeignete Modelle für die genannten Parameter zu verwenden. Derartige Modelle wurden vorgestellt in der folgenden Veröffentlichung: [8]
Das beschriebene Verfahren basiert somit auf der Fähigkeit von nachgiebigen Robotern, Kontaktkräfte automatisch zu messen und zu regeln. Hierbei wird bevorzugt die gewünschte maximale Kontaktkraft aufgabenspezifisch eingestellt. Abweichungen von der gewünschten Kraft werden dazu verwendet, um Anomalien zu erkennen. Ein internes Modell des Wischeffekts ermöglicht es, die Qualität der Ausführung zu evaluieren und schlechte oder gänzlich unbearbeitete Areale zu identifizieren.The method described is thus based on the ability of compliant robots to automatically measure and regulate contact forces. The desired maximum contact force is preferably set in a task-specific manner. Deviations from the desired force are used to detect anomalies. An internal model of the wiping effect makes it possible to evaluate the quality of the execution and to identify bad or completely unprocessed areas.
Somit ist es möglich, ortsabhängig festzustellen, an welchen Stellen der Roboter die zu bearbeitenden Oberfläche berührt hat und an welchen Stellen nicht. Basierend auf den aufgenommenen Messwerten kann eine Kontaktsimulation durchgeführt werden, hierbei wird simuliert, wo und wie das Werkzeug (z.B. Schwamm, Wischer, Schleifgerät etc.) die Oberfläche berührt hat. Hierbei können beliebig komplexe CAD Daten für das Werkzeug verwendet werden. Die aufgezeichneten Kontaktkräfte werden sodann dazu verwendet, die Effektivität der Wischbewegung zu analysieren. Zum Beispiel kann angenommen werden, dass je geringer die Kontaktkraft ist, desto geringer der Wischeffekt ist.It is thus possible to determine, depending on the location, at which points the robot has touched the surface to be processed and at which points it has not. Based on the recorded measured values, a contact simulation can be carried out, which simulates where and how the tool (e.g. sponge, wiper, grinding device, etc.) has touched the surface. Any complex CAD data can be used for the tool. The recorded contact forces are then used to analyze the effectiveness of the wiping movement. For example, it can be assumed that the lower the contact force, the lower the wiping effect.
Zur Simulation des Wischeffekts kann ein Partikelmodell eingesetzt werden. Das simulierte Werkzeug simuliert die Partikel im Kontaktfall. Hierbei kann nicht nur ein einfaches Reinigen (Verschieben oder Absorbieren von Partikeln) simuliert werden, sondern verschiedene Effekte für beliebige Medien (z.B. Reinigungsmittel, Farbe, Laub, Scherben, Späne wegwischen etc.) simuliert werden, ferner die Aufgaben Absorbieren, Verschieben, Sammeln, Auftragen, Verteilen, Bearbeiten, Schrubben, Abtragen und Zerkleinern. Das Partikelmodell wird zur ortsabhängigen Bestimmung des Wischeffekts genutzt. Dies ermöglicht es, dass ein Roboter seine eigenen Bewegungen bewertet und automatisch neue Bewegungen planen kann, um diejenigen Stellen zu überarbeiten, welche zuvor ungenügend bearbeitet wurden.A particle model can be used to simulate the wiping effect. The simulated tool simulates the particles in the event of contact. Here, not only simple cleaning (moving or absorbing particles) can be simulated, but various effects for any media (e.g. cleaning agents, paint, leaves, shards, wiping away chips, etc.) can be simulated, as well as the tasks of absorbing, moving, collecting, Applying, distributing, processing, scrubbing, removing and crushing. The particle model is used for the location-dependent determination of the wiping effect. This enables a robot to evaluate its own movements and automatically plan new movements in order to revise those areas which were previously insufficiently processed.
Die Eigenschaften verschiedener Werkzeuge, Medien und Oberflächen können durch ein probabilistisches Modell simuliert werden. Beispielsweise kann angenommen werden, dass eine Bürste weniger effektiv als ein Schwamm beim Entfernen von Flüssigkeiten sein wird.The properties of different tools, media and surfaces can be simulated using a probabilistic model. For example, it can be assumed that a brush will be less effective than a sponge at removing liquids.
Im Stand der Technik wird stets davon ausgegangen, dass die geplanten Wischbewegungen zu einem Kontakt mit der Oberfläche führen. In der vorliegenden Erfindung dagegen wird automatisch identifiziert, wann eine Kontaktsituation vorliegt, ohne dass vorher eine Annahme darüber getroffen wurde, wann und wo der Kontakt genau eintreffen wird. Somit ist durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Qualitätskontrolle möglich.In the prior art, it is always assumed that the planned wiping movements lead to contact with the surface. In the present invention, on the other hand, it is automatically identified when a contact situation is present without an assumption having been made beforehand as to when and where the contact will occur exactly. Quality control is thus possible using the method according to the invention.
Im Stand der Technik sind ferner Methoden beschrieben, um Kollisionen des Roboters mit der Umgebung (beispielsweise mit einem Menschen) von gewollten Kontakten mit einem zu bearbeitenden Werkstück zu unterscheiden. Allerdings wurde bisher im Kontext von Wischbewegungen nicht beschrieben, welche Auswirkungen Kollisionen oder schlechte Kontaktsituationen auf die Qualität des Wischergebnisses haben.In the prior art, methods are also described to distinguish collisions between the robot and the environment (for example with a person) from intentional contact with a workpiece to be machined. However, the effects of collisions or bad contact situations on the quality of the wiping result have not yet been described in the context of wiping movements.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht ein visuelles Feedback überflüssig. Dies wird durch eine Kombination der haptischen Kraftrückkopplung und dem internen Partikelmodell möglich.The method according to the invention makes visual feedback superfluous. This is made possible by a combination of the haptic force feedback and the internal particle model.
Es ist bevorzugt, dass basierend auf den gemessenen Kontaktkräften zwischen dem Endeffektor und der zu bearbeitenden Oberfläche eine Kontaktwahrscheinlichkeit ermittelt wird.It is preferred that a contact probability is determined based on the measured contact forces between the end effector and the surface to be processed.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, eine Wischeffekt-Eintrittswahrscheinlichkeit zu ermitteln. Hierbei handelt es sich um die Wahrscheinlichkeit, dass der Wischeffekt ordnungsgemäß durchgeführt wurde. Hierbei ist nicht nur die geforderte Kontaktkraft zu berücksichtigen, sondern auch das Zusammenspiel zwischen Wischwerkzeug und zu wischenden Medium. Beispielsweise ist es wahrscheinlicher, dass Scherben auf der zu bearbeitenden Oberfläche durch einen Besen besser weggewischt werden können als dies bei Sand der Fall ist (sofern ebenfalls ein Besen als Werkzeug verwendet wird).Alternatively or additionally, it is possible to determine a wipe effect probability of occurrence. This is the likelihood that the wiping effect was performed properly. Here, not only the required contact force has to be taken into account, but also the interaction between the wiping tool and the medium to be wiped. For example, it is more likely that shards on the surface to be processed can be wiped away more easily with a broom than is the case with sand (if a broom is also used as a tool).
Weiterhin ist es bevorzugt, dass beim Erstellen des Modells der Wischbewegung eine Kombination aus dem Material der zu bearbeitenden Oberfläche, dem verwendeten Wischwerkzeug und gegebenenfalls dem wegzuwischenden Medium simuliert wird.Furthermore, it is preferred that when creating the model of the wiping movement, a combination of the material of the surface to be processed, the wiping tool used and possibly the medium to be wiped away is simulated.
Weiterhin ist es bevorzugt, die Art der Wischbewegung zu berücksichtigen. Eine mögliche Wischbewegung wäre beispielsweise das Absorbieren von Partikeln, wie es zum Beispiel auftritt, wenn man eine Flüssigkeit mit einem Schwamm aufsaugen möchte. Eine weitere mögliche Wischbewegung wäre das Aufsammeln von Partikeln zu einem gemeinsamen Sammelpunkt wie zum Beispiel beim Zusammenfegen von Partikeln.It is also preferred to take the type of wiping movement into account. A possible wiping movement would be, for example, the absorption of particles, as occurs, for example, when you want to suck up a liquid with a sponge. Another possible wiping movement would be the collection of particles at a common collection point, such as when particles are being swept together.
Eine weitere mögliche Wischbewegung wäre das Abtragen von Partikeln, wie es beispielsweise beim Schleifen einer Oberfläche auftritt.Another possible wiping movement would be the removal of particles, as occurs, for example, when a surface is sanded.
Es ist bevorzugt, dass zur Bestimmung der Ausrichtung und/oder Ausdehnung der zu bearbeitenden Oberfläche ein Random Sample Consensus (RanSaC) Algorithmus verwendet wird.It is preferred that a Random Sample Consensus (RanSaC) algorithm is used to determine the orientation and / or extent of the surface to be processed.
Hierbei ist es bevorzugt, dass durch den RanSaC Algorithmus diejenigen Kontaktpunkte zwischen dem Endeffektor und der zu bearbeitenden Oberfläche berücksichtigt werden, bei denen die Kontaktkraft oberhalb einer definierten Untergrenze und bevorzugt unterhalb einer definierten Obergrenze liegt. It is preferred here that the RanSaC algorithm takes into account those contact points between the end effector and the surface to be processed, at which the contact force is above a defined lower limit and preferably below a defined upper limit.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Untergrenze bei 80%, 85% oder 90% der gewünschten maximalen Kontaktkraft liegt und die Obergrenze bei 100% der maximalen Kontaktkraft. Grundsätzlich können für die Untergrenze Werte zwischen 75% und 99% der maximalen Kontaktkraft gewählt werden. Auch ist es möglich, die Untergrenze bei 100% und die Obergrenze bei 100% zu wählen. Auch wäre es möglich, den Korridor zwischen erlaubter Untergrenze und erlaubter Obergrenze zu verschieben, beispielsweise auf Minimum 40% und Maximum 50% für den Fall, dass nicht 100% der Kraft erreicht werden können, sondern z.B. nur 50% (z.B. weil der Maximalwert zu hoch angesetzt ist).Furthermore, it is preferred that the lower limit is 80%, 85% or 90% of the desired maximum contact force and the upper limit is 100% of the maximum contact force. Basically, values between 75% and 99% of the maximum contact force can be selected for the lower limit. It is also possible to choose the lower limit at 100% and the upper limit at 100%. It would also be possible to shift the corridor between the permitted lower limit and the permitted upper limit, for example to a minimum of 40% and a maximum of 50% in the event that 100% of the force cannot be achieved, but only 50% (e.g. because the maximum value is too is set high).
Vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass es keinerlei Vorwissen über die Orientierung, Position und Ausrichtung der Oberfläche benötigt. Diese werden automatisch erkannt.The advantage of the method according to the invention is that no prior knowledge of the orientation, position and alignment of the surface is required. These are recognized automatically.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.In the following, preferred embodiments of the invention are explained with reference to figures.
Es zeigen:
-
1 einen Roboter bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, -
2 einen Verlauf der erfassten Kontaktkraft und der Endeffektor-Position, -
3 eine Darstellung der Schätzung der Oberfläche und der Kraftvisualisierung,
-
1 a robot performing the method according to the invention, -
2 a course of the recorded contact force and the end effector position, -
3 a representation of the estimation of the surface and the force visualization,
In
Erfindungsgemäß wird während des Durchführens der Wischbewegung die Kontaktkraft zwischen dem Endeffektor
Im oberen Teil der
Diese Bereiche entsprechen in
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einem Partikelmodell. Beispielsweise kann angenommen werden, dass im Falle von festen Stoffen bei einer Berührung eines Schwamms mit den Partikeln die Position der Partikel verändert wird. Sollen Flüssigkeiten simuliert werden, werden die Partikel bei Berührung gelöscht, das heißt absorbiert. Wie bereits erwähnt können auch andere beliebig komplexe Effekte simuliert werden, beispielsweise Auftragen, Abtragen etc. Die aufgezeichnete Kontaktkraft wird hierbei verwendet, um das Maß der Einwirkung auf die Partikel zu variieren. Über die Zeit verändert sich somit die Partikelverteilung und kann zur Qualitätsanalyse ausgewertet werden. Im Falle einer ungestörten Ausführung der Wischaufgabe kann beispielsweise berechnet werden, dass 97% der Partikel am Bestimmungsort gesammelt wurden. Im Fall eines schlechten Kontakts der zu bearbeitenden Oberfläche oder einer externen Auswirkung ist es ebenfalls möglich, den Erfolg der Wischbewegung vorherzusagen, beispielsweise können hier erfolgsraten von 67% beziehungsweise von 80% angegeben werden. Diese simulierten Erfolgsraten wurden von der Anmelderin anhand von tatsächlichen Wischversuchen verifiziert, wobei nachgewiesen wurde, dass die Simulation sehr genau durchgeführt wurde.The method according to the invention is based on a particle model. For example, it can be assumed that in the case of solid substances, when a sponge comes into contact with the particles, the position of the particles is changed. If liquids are to be simulated, the particles are deleted when touched, i.e. absorbed. As already mentioned, other arbitrarily complex effects can also be simulated, for example application, removal, etc. The recorded contact force is used in this case to vary the extent of the effect on the particles. The particle distribution changes over time and can be evaluated for quality analysis. In the case of an undisturbed execution of the wiping task, it can be calculated, for example, that 97% of the particles were collected at the destination. In the event of poor contact with the surface to be processed or an external effect, it is also possible to predict the success of the wiping movement, for example success rates of 67% or 80% can be specified here. These simulated success rates were verified by the applicant on the basis of actual wiping tests, it being shown that the simulation was carried out very precisely.
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