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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Überprüfen und/oder Modifizieren eines Arbeitsprozesses eines Roboters.
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Aus der
WO 2015/067680 A2 ist ein Verfahren zum Erfassen von roboterinduzierten Belastungen, die in einem Arbeitsprozess bei Kontakt mit einem Roboter auf den menschlichen Körper einwirken können, bekannt, bei dem die roboterinduzierten Belastungen mit einer Messeinrichtung messtechnisch erfasst werden.
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Die
DE 10 2015 116 522 B3 beschreibt ein Verfahren zum Synchronisieren der Bewegungsabläufe von mindestens zwei Robotern, das Verfahren folgendes aufweist: Während des Betriebs einer Roboterzelle mit mindestens zwei Robotern wird für jeden der mindestens zwei Roboter regelmäßig ein Bahnparameter berechnet basierend auf einer aktuellen Position des jeweiligen Roboters und einer vorab festgelegten Roboterbahn des jeweiligen Roboters, wobei der Bahnparameter die aktuelle Position des jeweiligen Roboters repräsentiert. Anschließend wird für jeden Roboter ein Vorauseillimit berechnet basierend auf den für die jeweils anderen Roboter ermittelten Bahnparametern. Basierend auf dem jeweils berechneten Vorauseillimit kann für jeden Roboter dessen Bahngeschwindigkeit angepasst werden.
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Ein Mensch-Roboter-Kooperationssystem gemäß der
DE 10 2016 001 644 A1 beinhaltet Folgendes: eine Externe-Kraft-Erfassungseinheit, die eine externe Kraft erfasst, die auf einen Roboter einwirkt; eine Rückzugsvorgangsbefehlseinheit, die einen Rückzugsvorgang befielt, um zu bewirken, dass der Roboter derart in einer Richtung bewegt wird, dass die externe Kraft verringert wird, wenn die externe Kraft, die von der Externe-Kraft-Erfassungseinheit erfasst wurde, größer als ein erster Grenzwert ist; und eine Externe-Kraft-Variationsbeobachtungseinheit, die den Rückzugsvorgang stoppt, wenn eine Variationsbreite der externen Kraft zu einer vorherbestimmten Zeit, nachdem der Rückzugsvorgang von der Rückzugsvorgangsbefehlseinheit befohlen wurde, kleiner als ein zweiter Grenzwert ist.
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Die
DE 10 2015 102 399 B4 betrifft eine Robotersimulationsvorrichtung zum Ausführen einer Simulation eines Roboters durch Positionieren von dreidimensionalen Modellen des Roboters und eines peripheren Objekts, das um den Roboter im gleichen virtuellen Raum angeordnet ist.
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Die
DE 10 2010 032 917 A1 betrifft ein Verfahren zur Offline-Programmierung eines NC-gesteuerten Manipulators, der im Arbeitsbetrieb mit seinemTool-Center-Point mindestens eine reale Bewegungsbahn ggf. sensorgestützt abfährt, wobei in einer Offline-Programmierumgebung mit Benutzungsschnittstelle ein kinematisches Manipulatormodell und ein Umgebungsmodell gespeichert werden, wobei mittels der Offline-Programmierumgebung in einer Definitionsroutine mindestens eine virtuelle Bewegungsbahn des Manipulators und ein dieser Bewegungsbahnzugeordneter virtueller Toleranzraum definiert werden, der Abweichungen von der virtuellen Bewegungsbahn abbildet, wobei mittels der Offline-Programmierumgebung in einer Prüfroutine der zuvor definierte Toleranzraum zumindest zum Teil im Hinblick auf kinematische Singularitäten des Manipulators überprüft wird und bei deren Auftreten eine Singularitätsroutine durchlaufen wird.
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Die
DE 10 2012 101 497 B4 betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines von zumindest einem Industrieroboter an einem Werkstück durchgeführten Arbeitsablaufes, der z.B. aufgrund einer Störung oder zu Test- oder Optimierungszwecken unterbrochen wurde.
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Die
DE 102 26 140 A1 betrifft ein Verfahren zum Vermeiden von Kollisionen zwischen einem Roboter und wenigstens einem anderen Gegenstand, das automatisch bestimmt, welche Bestandteile einem Kollisionsrisiko mit anderen Bestandteilen ausgesetzt sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Überprüfen und/oder Modifizieren eines Arbeitsprozesses eines Roboters zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 12-16 stellen ein Simulations- bzw. Steuermittel sowie ein System, einen Roboterarbeitsplatz und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Überprüfen und/oder Modifizieren eines Arbeitsprozesses eines Roboters den Schritt:
- a) Simulieren des Arbeitsprozesses durch ein Simulationsmittel, wobei hierbei das Simulationsmittel mit einem Steuermittel zum Steuern des Roboters Daten austauscht und eine Kollision des Roboters, insbesondere eines Endglieds, einer Basis und/oder wenigstens eines dazwischen angeordneten Armglieds des Roboters, mit einem Hindernis simuliert wird, welches eine erste Pose relativ zum Roboter aufweist;
und den Schritt auf:
- b) Überprüfen und/oder Modifizieren des Arbeitsprozesses in Abhängigkeit von der simulierten Kollision, und zwar dabei ermittelter Belastungen des Hindernisses und/oder Roboters.
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Durch die Simulation der Kollision anstelle oder wenigstens zusätzlich zu messtechnisch erfassten realen Kollisionen mit einer Messeinrichtung können in einer Ausführung bei geringe(re)m Zeit-, Material- und/oder Arbeitsaufwand eine Vielzahl von (potentiellen) Kollisionen, insbesondere unterschiedlich(st)e Hindernis-Posen und/oder kollidierende Roboterelemente, berücksichtigt werden.
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Entsprechend werden in einer Ausführung die Schritte a) und b) ein- oder mehrmals wiederholt, wobei (in Schritt a)) das Hindernis (jeweils) eine neue Pose relativ zum Roboter aufweist und (in Schritt b)) der Arbeitsprozess (auch) in Abhängigkeit von der simulierten Kollision des Roboters mit dem die (jeweilige) neue Pose aufweisenden Hindernis überprüft und/oder modifiziert wird.
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In einer Ausführung wird die bzw. eine oder mehrere der neue(n) Pose(n jeweils) in Abhängigkeit von einer oder mehreren vorhergehenden Simulationen, insbesondere einer oder mehreren der vorhergehenden Simulationen des bzw. eines der (wiederholten) Schritte(s) a), vorgegeben, wobei in einer Ausführung für die neue Pose (jeweils) auf Basis der bereits simulierten Kollision(en) eine höhere Kollisionsbelastung zu erwarten bzw. die neue Pose (jeweils) entsprechend vorgegebenen wird. So können in einer Ausführung gezielt relevante(re) Posen untersucht bzw. berücksichtigt werden. Beispielsweise kann bei einer ermittelten Zunahme von Belastungen des Hindernisses und/oder Roboters bei einer Verschiebung des virtuellen Hindernisses, mit dem der virtuelle Roboter in der Simulation kollidiert, in einer bestimmten Richtung das virtuelle Hindernis gezielt in dieser Richtung weiter in eine neue Pose verschoben und in dieser erneut eine Kollision simuliert werden. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung auch die erste Pose in Abhängigkeit von wenigstens einer vorhergehenden Simulation vorgegeben werden. Wenn vorliegend von einer Simulation die Rede ist, so handelt es sich vorzugsweise um eine bzw. die Simulationen des bzw. eines der Schritte(s) a), ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung die erste Pose und/oder die bzw. eine oder mehrere der neue(n) Pose(n jeweils) stochastisch vorgegeben bzw. zufällig bzw. in Form einer Zufallsstichprobe ausgewählt, beispielsweise mittels der Monte-Carlo-Methode oder dergleichen. Hierdurch kann in einer Ausführung die Zuverlässigkeit und/oder Aussagekraft der Überprüfung bzw. Modifikation verbessert werden.
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Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung die erste Pose und/oder die bzw. eine oder mehrere der neue(n) Pose(n jeweils) in Abhängigkeit von einer regelbasierten Auswahl vorgegeben, insbesondere in Form einer systematischen Stichprobenziehung. Hierdurch kann in einer Ausführung die Überprüfung bzw. Modifikation gezielter durchgeführt werden.
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Indem das Simulationsmittel bei bzw. zur Simulation Daten mit dem Steuermittel austauscht, können in einer Ausführung vorteilhaft eine realistischere Simulation durchgeführt, insbesondere Besonderheiten, die durch das Steuermittel im realen Betrieb auftreten, berücksichtigt werden. So können insbesondere eine Bahnplanung, insbesondere Redundanzauflösung, eine Nachgiebigkeitsregelung und/oder eine Kollisionsreaktion des Steuermittels die Kollision(en) bzw. dabei auftretenden Belastungen signifikant beeinflussen.
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Entsprechend weist das Steuermittel in einer Ausführung eine Bahnplanung, insbesondere eine Redundanzauflösung, auf bzw. führt diese bei bzw. zur Simulation des Arbeitsprozesses durch. In einer Weiterbildung wird die Bahnplanung, insbesondere die Redundanzauflösung, in Abhängigkeit von der bzw. den simulierten Kollision(en), insbesondere dabei ermittelter Belastungen, modifiziert, insbesondere zur Reduzierung der Belastungen, beispielsweise durch eine bzw. zur (Ver)Meidung von Roboterposen, für die die Simulation höhere Kollisionsbelastungen ergibt.
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Zusätzlich oder alternativ weist das Steuermittel in einer Ausführung eine Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere eine Impedanz- oder Admittanzregelung, auf bzw. führt diese bei bzw. zur Simulation des Arbeitsprozesses durch. In einer Weiterbildung wird die Nachgiebigkeitsregelung in Abhängigkeit von der bzw. den simulierten Kollision(en), insbesondere dabei ermittelter Belastungen, modifiziert, insbesondere zur Reduzierung der Belastungen, beispielsweise durch eine entsprechende (Um)Parametrierung der Nachgiebigkeitsregelung, so dass die bzw. eine oder mehrere der Simulationen jeweils) niedrigere Kollisionsbelastungen ergeben.
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Zusätzlich oder alternativ weist das Steuermittel in einer Ausführung eine Kollisionsreaktion, insbesondere eine Kollisionserkennung und eine dadurch ausgelöste Kollisionsreaktion wie beispielsweise ein Abbremsen, insbesondere einen (Not)Stop, auf bzw. kommandiert diese bei bzw. zur Simulation des Arbeitsprozesses. In einer Weiterbildung wird die Kollisionsreaktion in Abhängigkeit von der bzw. den simulierten Kollision(en), insbesondere dabei ermittelter Belastungen, modifiziert, insbesondere zur Reduzierung der Belastungen, beispielsweise durch eine entsprechende (Um)Parametrierung der Kollisionsreaktion, so dass die bzw. eine oder mehrere der Simulationen jeweils) niedrigere Kollisionsbelastungen ergeben.
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Der Roboter weist in einer Ausführung einen Roboterarm mit einem oder mehreren, insbesondere wenigstens drei, in einer Ausführung wenigstens sechs, insbesondere wenigstens sieben, Gelenken bzw. Achsen auf, die durch Antriebe, insbesondere Elektromotoren oder dergleichen, aktuierbar sind bzw. aktuiert werden. In einer Ausführung weist der Roboter(arm) ein (distales) Endglied, insbesondere einen, in einer Ausführung zerstörungsfrei lösbar befestigten, Endeffektor, insbesondere ein roboter(arm)geführtes Werkzeug, und/oder eine, in einer Ausführung ortsfeste oder mobile, (proximale) Basis und ein oder mehrere Armglieder auf, die durch die Gelenke (jeweils) mit einem weiteren Armglied und/oder dem Endglied und/oder der Basis verbunden sind.
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Das Steuermittel ist in einer Ausführung, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zum Steuern des realen Roboters, insbesondere seiner Antriebe, eingerichtet bzw. wird (auch) hierzu verwendet. In einer Ausführung tauscht es zur Durchführung des (realen) Arbeitsprozesses mit dem (realen) Roboter Daten aus, in einer Ausführung überträgt es Steuerdaten an den Roboter und/oder empfängt Messdaten vom Roboter, bzw. ist hierzu eingerichtet bzw. wird (auch) hierzu verwendet. Hierdurch können in einer Ausführung vorteilhaft eine realistischere Simulation durchgeführt, insbesondere Besonderheiten, die durch das Steuermittel im realen Betrieb auftreten, berücksichtigt werden.
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Das Simulationsmittel simuliert den Arbeitsprozess in einer Ausführung numerisch, insbesondere durch Zeitintegration von Bewegungsdifferentialgleichungen und/oder mithilfe eines virtuellen Roboters bzw. Robotermodells des (realen) Roboters und/oder eines virtuellen Hindernisses bzw. Hindernismodells des (realen) Hindernisses, bzw. ist bzw. wird hierzu eingerichtet bzw. verwendet. Entsprechend weist in einer Ausführung das Simulationsmittel ein Robotermodell des Roboters und/oder ein Hindernismodell des Hindernisses auf.
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Das Roboter- und/oder das Hindernismodell kann in einer Ausführung (jeweils) ein mathematisches bzw. Ersatzmodell, insbesondere ein sogenanntes Mehrkörper(simulations)modell, aufweisen, insbesondere sein, welches in einer Ausführung einen oder mehrere starr(modellierte und/oder elastisch(modellierte, in einer Ausführung mithilfe von Finiten Elementen modellierte, (virtuelle) Körper aufweist, die durch (virtuelle) Gelenke verbunden und durch (virtuelle) Kraftelemente, insbesondere (virtuelle) Federn, Dämpfer und/oder Antriebe, beaufschlagt werden. Hierdurch kann in einer Ausführung die Präzision und/oder Zuverlässigkeit der Simulation erhöht und/oder deren Aufwand, insbesondere Zeit- und/oder Rechenaufwand reduziert werden.
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Eine Pose im Sinne der vorliegenden Erfindung kann in einer Ausführung eine ein-, zwei- oder dreidimensionale (kartesische) Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung bzw. Winkellage aufweisen bzw. beschreiben.
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Der Arbeitsprozess kann in einer Ausführung eine Bahn, insbesondere eine vorgegebene Abfolge von anzufahrenden Posen, des Roboters oder eines seiner Glieder aufweisen, insbesondere sein.
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Eine besonders vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung ist das Überprüfen und/oder Modifizieren von Arbeitsprozessen humankollaborierender Roboter, da bei diesen Kollisionen mit dem (realen) Roboter besonderer Beachtung bedürfen und so die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders gewichtig sind.
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Entsprechend weist der Arbeitsprozess in einer Ausführung eine Kollaboration des Roboters mit einem oder mehreren Menschen auf, in einer Weiterbildung repräsentiert das (reale bzw. virtuelle) Hindernis diese(n) Menschen bzw. ist hierzu eingerichtet bzw. wird hierzu verwendet.
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In einer Ausführung weist das Hindernis, insbesondere zum Repräsentieren eines mit dem Roboter kollaborierenden bzw. kollidierenden Menschen, eine oder mehrere, insbesondere durch das Hindernismodell modellierte, nachgiebig gelagerte Kontaktfläche(n) auf. In einer Ausführung kann das Hindernis eine Erfassungseinrichtung bzw. eine auf einem Messmittel federnd gelagerte Kontaktfläche, insbesondere Prallplatte, insbesondere eine Erfassungseinrichtung, wie sie aus der eingangs genannten
WO 2015/067680 A1 bekannt ist, auf die ergänzend Bezug genommen und deren Inhalt vollständig in die vorliegende Offenbarung einbezogen wird, aufweisen, insbesondere sein, bzw. das Hindernismodell eine solche modellieren. Hierdurch können in einer Ausführung vorteilhaft, insbesondere realistisch, relevante Belastungen auf einen Menschen bei einer Kollision mit dem Roboter ermittelt bzw. abgeschätzt bzw. mit Messwerten realer Erfassungseinrichtungen ver- bzw. abgeglichen werden.
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In einer Ausführung sind das Simulationsmittel und das Steuermittel voneinander trennbar ausgebildet bzw. sind bzw. werden wenigstens zeitweise voneinander getrennt, in einer Ausführung weisen sie entsprechende Schnittstellen zur Übertragung bzw. zum Austausch der Daten auf. Hierdurch kann in einer Ausführung das Steuermittel, welches anschließend (auch) zum Steuern des (realen) Roboters, insbesondere zur Durchführung des überprüften und/oder modifizierten Arbeitsprozesses, verwendet wird bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist, temporär bzw. für die Simulation datentechnisch mit dem Simulationsmittel verbunden und anschließend bzw. nach der Trennung von diesem unabhängig genutzt werden. Gleichermaßen kann das Simulationsmittel hierdurch in einer Ausführung vorteilhaft zum Überprüfen und/oder Modifizieren von Arbeitsprozessen unterschiedlicher Roboter jeweils temporär bzw. für die Simulation datentechnisch mit deren Steuermitteln verbunden werden.
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In einer Ausführung überträgt das Steuermittel, insbesondere in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Roboterprogramm zur Durchführung des Arbeitsprozesses, Steuerdaten, insbesondere Soll-Posen, Soll-Geschwindigkeiten, Soll-Beschleunigungen und/oder Soll-Antriebskräfte und/oder -momente, an das Simulationsmittel, welches in einer Ausführung den Arbeitsprozess auf Basis dieser Steuerdaten simuliert, beispielsweise auf Basis der Steuerdaten (virtuelle) Antriebskräfte und/oder -momente ermittelt und (virtuell) auf das Robotermodell aufprägt.
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Zusätzlich oder alternativ überträgt in einer Ausführung das Simulationsmittel simulierte Messdaten, insbesondere simulierte bzw. virtuelle Ist-Posen, Ist-Geschwindigkeiten, Ist-Beschleunigungen und/oder Ist-Reaktionskräfte und/oder -momente, des simulierten Arbeitsprozesses an das Steuermittel, welches in einer Ausführung den Arbeitsprozess auf Basis dieser Messdaten (virtuell bzw. simuliert) steuert, insbesondere auf Basis der Messdaten entsprechende Steuerdaten generiert.
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Hierdurch können in einer Ausführung vorteilhaft eine realistischere Simulation durchgeführt, insbesondere Besonderheiten, die durch das Steuermittel im realen Betrieb auftreten, berücksichtigt werden.
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Die ermittelten (virtuellen) Belastungen des Hindernisses und/oder Roboters bei der bzw. den simulierten Kollision(en) können in einer Ausführung Kräfte und/oder Momente, insbesondere deren Maximal- und/oder Mittelwerte und/oder Zeitverläufe, umfassen, insbesondere sein, insbesondere Kräfte, die bei der bzw. den simulierten Kollisionen jeweils) auf das (virtuelle) Messmittel des Hindernismodells wirken.
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In einer Ausführung weist das Überprüfen ein Vergleichen der ermittelten Belastungen des Hindernisses mit vorgegebenen Grenzwerten und in einer Weiterbildung eine Bewertung des Arbeitsprozesses bzw. Roboters auf Basis dieses Vergleichs, insbesondere eine (Sicherheits)Freigabe bzw. (Sicherheits)Abnahme des Arbeitsprozesses bzw. Roboters, auf. Eine solche stellt aufgrund der erforderlichen Mehrzahl von zu prüfenden (potentiellen) Kollisionen, insbesondere unterschiedlichen Hindernis-Posen und/oder kollidierenden Roboterelementen, eine besonders vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung dar, ohne dass diese hierauf beschränkt wäre.
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Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung das Modifizieren ein Reduzieren der ermittelten Belastungen des Hindernisses auf, insbesondere (durch entsprechendes) Modifizieren des vorgegebenen Roboterprogramms zur Durchführung des Arbeitsprozesses, insbesondere Abfahren der Bahn durch den bzw. mit dem Roboter und/oder (durch entsprechendes) Modifizieren des Steuermittels, seiner Bahnplanung, insbesondere Redundanzauflösung, Nachgiebigkeitsregelung und/oder Kollisionsreaktion, beispielsweise durch (Um)Parametrieren oder dergleichen.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein Simulationsmittel, das zum Simulieren des Arbeitsprozesses des Roboters eingerichtet ist, und/oder ein Steuermittel, das (auch) zum Steuern des (realen) Roboters eingerichtet ist bzw. verwendet wird, und insbesondere ein System zum Überprüfen und/oder Modifizieren eines Arbeitsprozesses des Roboters (jeweils), insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet bzw. wird hierzu verwendet, in einer Ausführung weist das System auf:
- ein bzw. das Steuermittel zum Steuern des Roboters;
- ein bzw. das Simulationsmittel zum Simulieren des Arbeitsprozesses unter Austausch von Daten mit dem Steuermittel und Simulieren einer Kollision des Roboters, insbesondere eines Endglieds, einer Basis und/oder wenigstens eines dazwischen angeordneten Armglieds des Roboters, mit einem Hindernis, welches eine erste Pose relativ zum Roboter aufweist; und
- Mittel zum Überprüfen und/oder Modifizieren des Arbeitsprozesses in Abhängigkeit von der simulierten Kollision, insbesondere dabei ermittelter Belastungen des Hindernisses und/oder Roboters.
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In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
- Mittel zum ein- oder mehrmaligen Wiederholen der Schritte a), b), wobei das Hindernis eine neue Pose relativ zum Roboter aufweist und der Arbeitsprozess in Abhängigkeit von der simulierten Kollision des Roboters mit dem die neue Pose aufweisenden Hindernis überprüft und/oder modifiziert wird; und/oder Mittel zum Vorgeben der ersten Pose und/oder der bzw. einer oder mehrerer der neuen Pose(n jeweils) in Abhängigkeit von wenigstens einer vorhergehenden Simulation und/oder stochastisch oder in Abhängigkeit von einer regelbasierten Auswahl; und/oder
- Mittel zum Vergleichen der ermittelten Belastungen des Hindernisses mit vorgegebenen Grenzwerten.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Roboterarbeitsplatz den Roboter und das System zum Überprüfen und/oder Modifizieren eines Arbeitsprozesses des Roboters wie hier beschrieben auf. Entsprechend wird in einer Ausführung dieser Roboterarbeitsplatz in hier beschriebener Weise überprüft und/oder modifiziert.
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Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Arbeitsprozess des Roboters überprüfen und/oder modifizieren kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen.
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In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.
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Ein Steuern umfasst in einer Ausführung ein Kommandieren bzw. Ausgeben von Steuerdaten in Abhängigkeit von Soll- und Ist-Werten, insbesondere einem Vergleich von Soll- und Ist-Werten, bzw. ein Regeln.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
- 1: einen Roboterarbeitsplatz mit einem Roboter und einem System zum Überprüfen und/oder Modifizieren eines Arbeitsprozesses des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zu einem Zeitpunkt des simulierten Arbeitsprozesses;
- 2: den Roboterarbeitsplatz, wobei ein Simulationsmittel des Systems zu dem Zeitpunkt eine andere Pose des Roboters simuliert;
- 3: den Roboterarbeitsplatz, wobei das Simulationsmittel einen anderen Zeitpunkt des Arbeitsprozesses simuliert; und
- 4: ein Verfahren zum Überprüfen bzw. Modifizieren des Arbeitsprozesses des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt einen Roboterarbeitsplatz, der einen Roboter(arm) 10 mit einem Endeffektor 11, einer Schwinge 12 und einer Basis 13 und ein System zum Überprüfen und/oder Modifizieren eines Arbeitsprozesses des humankollaborierenden Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung aufweist.
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Das System weist ein Steuermittel in Form einer Robotersteuerung 20 auf, die mit Antrieben des Roboters 10 Steuer- und Messdaten austauscht, wie in 1 durch einen strich-punktierten Doppelpfeil angedeutet. Das Steuermittel 20 weist eine Bahnplanung, insbesondere Redundanzauflösung, eine Nachgiebigkeitsregelung und eine Kollisionsreaktion auf.
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Als Arbeitsprozess wird exemplarisch ein horizontales Ausstrecken des Roboter(arms) bzw. seines Endglieds 11, insbesondere -effektors, betrachtet. Die Bahnplanung des Steuermittels 20 ermittelt hierzu in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Roboterprogramm entsprechende Soll-Positionen der Gelenke des Roboterarms, die Redundanzauflösung wählt beispielsweise zwischen den in 1, 2 anhand durch ein Robotermodell 310 illustrierten Posen des Roboter(arm)s 10, wobei diese singulären Posen rein exemplarisch zur kompakteren Erläuterung verwendet werden und der Roboter in einer nicht dargestellten Abwandlung beispielsweise sieben oder mehr Achsen bzw. Gelenke aufweisen kann. Die Nachgiebigkeitsregelung erzeugt auf Basis der geplanten Bahn entsprechende Soll-Positionen eines Anlenkpunktes einer virtuellen Feder. Die Kollisionsreaktion reduziert bei Erkennen einer Kollision eine Geschwindigkeit des Roboters auf Null.
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Das System weist weiter ein Simulationsmittel 30 in Form eines Rechners auf, auf dem ein Simulationsprogramm zum Simulieren des zu überprüfenden bzw. modifizierenden Arbeitsprozesses implementiert ist.
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Steuer- und Simulationsmittel 20, 30 sind voneinander trenn- bzw. entkoppelbar ausgebildet und tauschen über hierzu eingerichtete Schnittstellen 21, 31 Daten miteinander aus, wie in 1 durch einen strich-punktierten Doppelpfeil angedeutet.
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Das Simulationsmittel 30 weist ein Mehrkörper(simulations)modell 310 des Roboters 10 und ein Mehrkörper(simulations)modell 340 eines Hindernisses in Form einer Messeinrichtung 40 auf, das bzw. die eine durch eine Feder 42 nachgiebig auf einem Messmittel 43 gelagerte Kontaktfläche 41 aufweist, um einen mit dem Roboter 10 kollaborierenden Menschen zu repräsentieren, wobei dieses Hindernis 40 real nicht vorhanden (und daher in 1 nur gestrichelt dargestellt), sondern nur durch das Hindernismodell 340 virtuell modelliert ist.
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In einem Schritt a) (vgl. 4) eines in 4 gezeigten Verfahrens zum Überprüfen bzw. Modifizieren des Arbeitsprozesses des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ordnet das Simulationsmittel 30 das Hindernismodell 340 virtuell in einer ersten Pose relativ zum Robotermodell 310 derart an, dass eine Kollision einer Schwinge 12 des (realen) Roboters 10 mit dem realen Hindernis 40 beim Durchführen des Arbeitsprozesses simuliert werden kann, wie in 1 angedeutet.
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Anschließend wird in Schritt a) der Arbeitsprozess, insbesondere die dabei auftretende Kollision, durch das Simulationsmittel 30 simuliert.
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Hierzu bzw. -bei überträgt das Steuermittel 20 in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Roboterprogramm Steuerdaten zur Durchführung des Arbeitsprozesses an das Simulationsmittel 30, das hieraus (virtuelle) Antriebskräfte bzw. -momente ermittelt, die es in der Simulation auf das Robotermodell 310 aufprägt, insbesondere in dessen Bewegungsgleichungen einsetzt, die numerisch integriert werden.
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Umgekehrt simuliert das Simulationsmittel 30 bei der Simulation Messdaten, beispielsweise virtuelle Gelenkstellungen und/oder -geschwindigkeiten der Gelenke des Robotermodells 310, und überträgt diese an das Steuermittel 20, das diese zum Ermitteln der Steuerdaten nutzt.
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Zudem ermittelt das Simulationsmittel 30 bei der Simulation in Schritt a) virtuelle Belastungen des Hindernisses 40 bzw. Hindernismodells 340 bei der simulierten Kollision mit dem Roboter 10 bzw. Robotermodell 310.
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In einem Schritt b) überprüft das Simulationsmittel 30 den Arbeitsprozess in Abhängigkeit von diesen Belastungen, indem es diese mit vorgegebenen Grenzwerten vergleicht und bei Überschreiten (Schritt b): „Y“) eine Sicherheitsabnahme verweigert (Schritt S10).
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Falls die Belastungen die vorgegebenen Grenzwerte nicht überschreiten (Schritt b): „N“), positioniert das Simulationsmittel 30 das Hindernismodell 340 bzw. das Hindernis 40 jeweils virtuell in einer neuen Pose, wie dies in 1 exemplarisch gestrichelt und in 1, 3 zudem durch einen Apostroph angedeutet ist (Schritt S30), und wiederholt hierfür die Schritte a), b), bis schließlich eine vorgegebene Anzahl von Hindernisposen überprüft oder ein anderes Abbruchkriterium erreicht worden ist (Schritt S20: „Y“). Anschließend wird die Sicherheitsabnahme erteilt (Schritt S40).
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In 1 kollidiert der Roboter 10 bzw. das Robotermodell 310 mit dem Hindernis 40 bzw. Hindernismodell 340 in dessen neuer Pose zum gleichen Zeitpunkt des simulierten Arbeitsprozesses bzw. in der gleichen Roboterpose. Dies soll exemplarisch verdeutlichen, dass Kollisionen mit unterschiedlichen Gliedern des Roboters 10, beispielsweise seines Endeffektors 11 und seiner Schwinge 12, geprüft werden können.
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Zusätzlich oder alternativ können auch Kollisionen an unterschiedlichen (Zeit-, insbesondere Bahn)Punkten des Arbeitsprozesses geprüft werden, wie durch die Figurenfolge 2 → 3 angedeutet, indem das Hindernismodell 340 bzw. das Hindernis 40 virtuell aus der Pose der 2 in die neue Pose der 3 verschoben und hierfür erneut der Arbeitsprozess simuliert werden, wobei nun der Roboter 10 bzw. das Robotermodell 310 mit dem Hindernis 40 bzw. Hindernismodell 340 an einem späteren (Zeit-, insbesondere Bahn)Punkt virtuell kollidiert.
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Zusätzlich oder alternativ zu einer Überprüfung des Arbeitsprozesses kann dieser auch modifiziert werden.
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Hierzu wird in Schritt b) beispielsweise die vorgegebene Roboterbahn und/oder Bahnplanung, insbesondere Redundanzauflösung, Nachgiebigkeitsregelung und/oder Kollisionsreaktion des Roboters 10 bzw. Steuermittels 20 derart modifiziert, dass die bei der bzw. den Simulation(en) ermittelten Belastungen reduziert werden.
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Dies ist wiederum exemplarisch durch den Vergleich der 1, 2 angedeutet. Ergeben sich beispielsweise bei Simulation der Kollision des Endeffektors 11 mit der Kontaktfläche 41 des Hindernisses 40 in der in 2 gezeigten Roboterpose (virtuell) niedrigere Belastungen des Hindernisses 40 bzw. in dessen Messmittel 43 als in der 1 gezeigten Roboterpose, werden Roboterbahn und/oder Redundanzauflösung so modifiziert, dass die Robotersteuerung 20 zur Durchführung des realen Arbeitsprozesses die Roboterpose der 2 kommandiert bzw. präferiert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Roboter(arm)
- 11
- Endeffektor
- 12
- Schwinge
- 13
- Basis
- 20
- Robotersteuerung (Steuermittel)
- 21
- Schnittstelle
- 30
- Simulationsmittel
- 31
- Schnittstelle
- 40
- Messeinrichtung (Hindernis)
- 41
- Kontaktfläche
- 42
- Feder
- 43
- Messmittel
- 310
- Robotermodell
- 340(')
- Hindernismodell
