DE102017009278A1

DE102017009278A1 - Kalibrierung eines Gelenklastsensors eines Roboters

Info

Publication number: DE102017009278A1
Application number: DE102017009278.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Fürstenberger
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2017-10-05
Publication date: 2019-04-11
Also published as: WO2019068686A1; DE212018000291U1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren wenigstens eines Gelenklastsensors (21-26) zur Erfassung einer Last (T₃₁, T₃₃) an einem Gelenk (21-26) eines Roboters, umfasst die Schritte:
- Erfassen (S40) einer ersten Gelenklast (S₃₁, S₃₃) durch den Gelenklastsensor in einer ersten Pose des Roboters;
- Erfassen (S40) einer ersten Kalibrierlast (S₄₀) an einem Glied (10) des Roboters durch einen Kalibriersensor (40) in dieser Pose; und
- Kalibrieren des Gelenklastsensors, insbesondere einer Relation zwischen Gelenklastsensorsignalen und diesen zugeordneten kalibrierten Gelenklastwerten, in Abhängigkeit von dieser erfassten Gelenk- und Kalibrierlast (S60).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Kalibrieren wenigstens eines Gelenklastsensors eines Roboters sowie eine Roboteranordnung mit dem System und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der eigenen DE 10 2013 212 433 A1 ist ein Verfahren zum Nullpunktabgleich eines Drehmomentsensors an einem Roboter bekannt, wobei zwei über ein Gelenk verbundene Glieder des Roboters in einem örtlich stabilen Zustand gelagert und bei antriebslosem Gelenk ein drehmomentabhängiger Messwert als Referenzwert eines drehmomentlosen Zustands des Gelenks aufgenommen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kalibrierung wenigstens eines Gelenklastsensors eines Roboters zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 9 - 11 stellen ein System und Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens bzw. eine Roboteranordnung mit einem hier beschriebenen System unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Kalibrieren wenigstens eines Gelenklastsensors, durch den eine Last an einem Gelenk eines Roboters erfasst werden kann bzw. wird bzw. der hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird, die Schritte auf:

Erfassen einer ersten Gelenklast, insbesondere Ausgeben eines ersten Gelenklastsensorsignals, durch den bzw. mit dem Gelenklastsensor in einer ersten Pose des bzw. mit dem Roboter(s);
Erfassen einer ersten Kalibrierlast an einem Glied des Roboters durch einen bzw. mit einem Kalibriersensor in dieser Pose; und
Kalibrieren dieses Gelenklastsensors, insbesondere einer Relation zwischen Gelenklastsensorsignalen dieses Gelenklastsensors und diesen zugeordneten kalibrierten Gelenklastwerten, in Abhängigkeit von dieser erfassten Gelenk- und Kalibrierlast.

Dem liegt die Idee zugrunde, dass eine Belastung des Roboters, insbesondere durch ein (zusätzliches) Kalibriergewicht, sowohl an dem Gelenk bzw. Gelenksensor als auch dem Glied bzw. Kalibriersensor des Roboters eine Last aufprägt, so dass der Gelenksensor mithilfe des Kalibriersensors bzw. der von diesem erfassten Kalibrierlast(en) kalibriert werden kann.
Der Roboter weist in einer Ausführung wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben Gelenke bzw. Achsen, insbesondere Drehgelenke bzw. -achsen, auf, die bzw. in denen jeweils zwei benachbarte Glieder des Roboters miteinander verbinden bzw. verbunden sind. In einer Weiterbildung weisen ein oder mehrere dieser Gelenke jeweils einen, insbesondere elektromotorischen, Antrieb und/oder einen Gelenklastsensor zur Erfassung einer Last an dem jeweiligen Gelenk auf.
In einer Ausführung werden zwei oder mehr dieser Gelenklastsensoren, durch die jeweils eine Last an einem von mehreren Gelenken eines Roboters erfasst werden kann bzw. wird bzw. die hierzu eingerichtet sind bzw. verwendet werden, kalibriert, indem diese Gelenklastsensoren jeweils, insbesondere sequentiell bzw. nacheinander, nach jeweils einem hier beschriebenen, insbesondere demselben, Verfahren kalibriert werden.
Der bzw. einer oder mehrere der (zu kalibrierenden) Gelenklastsensor(en) ist/sind in einer Ausführung (jeweils) an dem Roboter, insbesondere an, insbesondere in, dem (jeweiligen) Gelenk angeordnet, während er/sie nach einem hier beschriebenen Verfahren kalibriert wird/werden. Mit anderen Worten wird/werden der bzw. die Gelenklastsensor(en) in situ bzw. am Roboter bzw. im eingebauten Zustand kalibriert.
Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft die Kalibrierung verbessert, insbesondere wenigstens teilweise, in einer Ausführung voll, automatisiert und/oder nach Montage des Roboters durchgeführt werden.
Eine Last kann in einer Ausführung eine Kraft und/oder Verformung in einer oder mehreren, insbesondere drei, Richtungen bzw. Achsen und/oder ein (Dreh)Moment um eine oder mehrere, insbesondere drei, Achsen, bzw. einen entsprechenden ein- oder mehrachsigen Spannungs- bzw. Dehnungszustand umfassen, insbesondere sein. In einer Weiterbildung erfasst der bzw. einer oder mehrere der (zu kalibrierenden) Gelenksensor(en jeweils), insbesondere elektrisch, ein Drehmoment um die bzw. in der Gelenkachse und/oder wenigstens eine Achse quer zur Gelenkachse bzw. ist hierzu eingerichtet, insbesondere ein Gelenkmomenten-Sensor. Zusätzlich oder alternativ erfasst in einer Weiterbildung der Kalibriersensor, insbesondere elektrisch, ein (Kipp)Drehmoment um bzw. in eine(r) oder mehrere(n) Achse(n) bzw. ist hierzu eingerichtet, insbesondere ein Kraft-Momenten-Sensor. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft, insbesondere präzise und/oder flexibel, kalibriert werden
In einer Ausführung weist das Verfahren zum Kalibrieren des Gelenklastsensors bzw. eines oder mehrerer der Gelenklastsensoren (für diese jeweils) die ein- oder mehrmals durchgeführten Schritte auf:

Ändern einer Belastung des (jeweiligen) Gelenklastsensors, in einer Ausführung (durch) Anfahren (je) einer zusätzlichen Pose des bzw. mit dem Roboter(s); und
Erfassen einer (hierdurch) geänderten Gelenklast durch den (jeweiligen) Gelenklastsensor und einer (hierdurch) geänderten Kalibrierlast an dem Glied des Roboters durch den Kalibriersensor, insbesondere in dieser zusätzlichen Pose;
wobei der (jeweilige) Gelenklastsensor in Abhängigkeit von dieser bzw. diesen geänderten, insbesondere in der bzw. den zusätzlichen Pose(n) erfassten, Gelenk- und Kalibrierlast(en), insbesondere einer Änderung der bzw. einer oder mehrerer Differenzen zwischen erfassten Gelenklasten und einer Änderung der bzw. einer oder mehrerer Differenzen zwischen erfassten Kalibrierlasten, kalibriert wird.

Dem liegen die Ideen zugrunde, dass in unterschiedlichen Roboterposen unterschiedliche Lasten an dem (jeweiligen) Gelenk bzw. Gelenksensor und dem Glied bzw. Kalibriersensor des Roboters vorliegen und dass Gelenk- und Kalibrierlasten sich gleichartig bzw. kongruent zueinander verändern, insbesondere eine Erhöhung einer erfassten Kalibrierlast einer hierzu gleichartigen Erhöhung der erfassten Gelenklast(en) entspricht. Entsprechend kann in einer Ausführung eine Relation, insbesondere ein Kalibrier- bzw. Proportionalitätsfaktor, zwischen Gelenklastsensorsignalen, insbesondere elektrischen Spannungen oder dergleichen, und diesen zugeordneten Gelenklastwerten, insbesondere Drehmomentwerten oder dergleichen, in Abhängigkeit von den Änderungen der erfassten Gelenklasten und Kalibrierlasten, insbesondere in Abhängigkeit von einer oder mehreren Änderung(en), insbesondere Differenz(en), zwischen (jeweils) zwei erfassten Gelenklasten und einer oder mehreren Änderung(en), insbesondere Differenz(en), zwischen (jeweils) zwei erfassten Kalibrierlasten, ermittelt werden.
In einer Ausführung wird zusätzlich oder alternativ (auch) die erste Pose zum Kalibrieren gezielt angefahren. Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung zwischen dem Anfahren der ersten und/oder der zusätzlichen Pose(n) und dem darauffolgenden Erfassen von Gelenk- und Kalibrierlast (jeweils) für eine vorgegebene Zeitdauer gewartet. Hierdurch kann in einer Ausführung ein Einfluss einer Dynamik des zu kalibrierenden Gelenklastsensors und/oder des Kalibriersensors reduziert werden.
In einer Ausführung wird der bzw. einer oder mehrere der Gelenklastsensor(en jeweils) in Abhängigkeit von der ersten und wenigstens zwei geänderten Gelenk- und Kalibrierlasten, insbesondere in Abhängigkeit von in drei oder mehr Posen des Roboters erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten, kalibriert, in einer Weiterbildung mittels eines Ausgleichsverfahrens, insbesondere für überbestimmte Gleichungssysteme, insbesondere eine Ausgleichskurve, insbesondere -gerade.
Durch zwei verschiedene, insbesondere in zwei Posen des Roboters erfasste, Kalibrierlasten bzw. die Änderung bzw. Differenz zwischen diesen kann eine Änderung einer Belastung des Roboters eindeutig ermittelt werden. Damit kann auch eine Relation, insbesondere ein Kalibrier- bzw. Proportionalitätsfaktor, zwischen entsprechenden Gelenklastsensorsignalen und diesen zugeordneten Gelenklastwerten eindeutig ermittelt werden. Durch die Berücksichtigung von drei oder mehr Gelenk- und Kalibrierlasten, insbesondere in drei oder mehr Posen des Roboters erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten, kann somit diese Relation überbestimmt sein, was in einer Ausführung vorteilhaft mithilfe des Ausgleichsverfahrens zur besseren, insbesondere präziseren und/oder zuverlässigeren Kalibrierung, insbesondere Reduzierung von Kalibrierungsfehlern durch Messfehler oder dergleichen, genutzt wird.
In einer Ausführung werden die erste und die bzw. eine oder mehrere der zusätzliche(n) Pose(n) derart vorgegeben, dass der Gelenklastsensor in diesen Posen schwerkraftbedingt unterschiedlich, insbesondere in unterschiedlicher Höhe und/oder Richtung, belastet wird. Mit anderen Worten wird in einer Ausführung die Belastung des Gelenklastsensors dadurch geändert, dass er in der bzw. den zusätzliche(n) Pose(n) schwerkraftbedingt bzw. durch das Gewicht von Robotergliedern und gegebenenfalls einem (zusätzlichen) Kalibriergewicht unterschiedlich belastet wird. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft der apparative Aufwand zur Kalibrierung reduziert werden. Gleichermaßen kann in einer Ausführung die Belastung des zu kalibrierenden Gelenklastsensors zur Erfassung geänderter Gelenk- und Kalibrierlasten auch durch aktive Beaufschlagung bzw. einen Aktuator geändert werden.
Zusätzlich oder alternativ werden in einer Ausführung die erste und die bzw. eine oder mehrere der zusätzliche(n) Pose(n jeweils) derart vorgegeben, dass das (jeweilige) Gelenk, dessen Gelenklastsensor kalibriert wird, insbesondere nur dieses Gelenk, und/oder ein oder mehrere weitere Gelenke des Roboters unterschiedliche Stellungen aufweist bzw. aufweisen. Mit anderen Worten wird/werden die bzw. eine oder mehrere der zusätzliche(n) Pose(n) nur durch Verstellen des Gelenks angefahren, dessen Gelenklastsensor kalibriert wird, während die anderen Gelenke bzw. Achsen des Roboters ihre Stellung beibehalten, in einer Ausführung aktuiert, insbesondere positionsgeregelt, oder passiv, insbesondere mithilfe von auf diese Gelenke wirkenden Bremsen bzw. gebremst.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Kalibrierung verbessert werden, insbesondere präziserer und/oder zuverlässigerer erfolgen.
Eine Pose des Roboters im Sinne der vorliegenden Erfindung kann in einer Ausführung durch die Stellung eines oder mehrerer, insbesondere aller, Gelenke bzw. Achsen des Roboters bestimmt sein bzw. diese umfassen, insbesondere aus diesen bestehen.
In einer Ausführung werden die erste und/oder die bzw. eine oder mehrere der zusätzliche(n) Pose(n jeweils) gegensinnig bzw. -läufig bzw. wenigstens einmal mit einer ersten Bewegung des bzw. der Gelenke des Roboters und wenigstens einmal mit einer hierzu gegensinnigen bzw. -läufigen zusätzlichen Bewegung des bzw. wenigstens eines dieser Gelenke angefahren, hierfür jeweils eine Gelenk- und Kalibrierlast erfasst und der Gelenklastsensor in Abhängigkeit von diesen nach gegensinnigem Anfahren erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten, insbesondere einer Mittelung dieser nach gegensinnigem Anfahren erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten, kalibriert.
Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft ein Reibungseinfluss auf die Kalibrierung, insbesondere eine reibungsbedingte Hysterese, reduziert werden.
In einer Ausführung ist bzw. wird der (zu kalibrierende) Gelenklastsensor über das Glied, dessen Kalibrierlast(en) durch den Kalibriersensor erfasst wird/werden, gegen eine bzw. an einer Umgebung abgestützt, in einer Weiterbildung kann dieses Glied eine Roboterbasis aufweisen, insbesondere sein, insbesondere eine an einer Fläche angeordnete, insbesondere befestigte, und/oder einem (distalen) Roboterflansch zur Befestigung eines Werkzeugs gegenüberliegende bzw. hierzu proximale Roboterbasis. Mit anderen Worten erfasst in einer Ausführung der Kalibriersensor eine (Kalibrier)Last zwischen dem Roboter bzw. seiner (Roboter)Basis und einer Umgebung bzw. ist hierzu eingerichtet bzw. wird hierzu verwendet. In einer Weiterbildung ist bzw. wird der Kalibriersensor hierzu zwischen Roboterbasis und einer Umgebung bzw. Befestigungsfläche des Roboters angeordnet, insbesondere verspannt.
Hierdurch können in einer Ausführung alle Gelenk(lastsensor)en des Roboters mithilfe desselben Kalibriersensors kalibriert werden.
In einer Ausführung wird bzw. ist die (Gelenk)Achse des Gelenks, das bzw. in dem die Roboterbasis mit dem dieser benachbarten Glied des Roboters verbindet bzw. verbunden ist, wenigstens während der Erfassung der Gelenk- und Kalibriererlast(en) bzw. in der ersten und gegebenenfalls der bzw. den zusätzlichen Pose(n) gegen die Gravitationsrichtung geneigt, in einer Ausführung um wenigstens 30°, insbesondere wenigstens 45°, in einer Ausführung um wenigstens 75°. Hierdurch kann der entsprechende basisnächste bzw. proximale Gelenklastsensor schwerkraftbedingt belastet und kalibriert werden.
In einer Ausführung ist in der ersten Pose und gegebenenfalls der bzw. den zusätzlichen Pose(n) an dem Roboter, in einer Ausführung an seinem (distalen) Roboterflansch, ein Kalibriergewicht (zerstörungsfrei) lösbar befestigt, insbesondere in der ersten und der bzw. den zusätzlichen Pose(n) das gleiche Kalibriergewicht in gleicher Weise, in einer Ausführung dadurch, dass der Roboter die erste und gegebenenfalls zusätzlichen Pose(n) mit dem Kalibriergewicht anfährt. In einer Ausführung wird bzw. ist das Kalibriergewicht derart gewählt, dass der bzw. die, insbesondere alle, (zu kalibrierenden) Gelenklastsensor(en) des Roboters mit diesem bzw. bei an dem Roboter befestigtem Kalibriergewicht mit wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 75%, in einer Ausführung wenigstens 90%, der Nennbelastung des jeweiligen Gelenks belastbar sind. Zusätzlich oder alternativ werden in einer Ausführung die erste und/oder die bzw. eine oder mehrere der zusätzlichen Pose(n) derart vorgegeben, dass das Gelenk des zu kalibrierenden Gelenklastsensors mit wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 75%, in einer Ausführung wenigstens 90%, seiner Nennbelastung belastet wird bzw. ist.
Hierdurch können in einer Ausführung die, vorzugsweise alle, Gelenk(lastsensor)en gezielt belastet und so besser, insbesondere präziser und/oder zuverlässiger, kalibriert werden.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:

Mittel zum Erfassen einer ersten Gelenklast durch den Gelenklastsensor in einer ersten Pose des Roboters;
Mittel zum Erfassen einer ersten Kalibrierlast an einem Glied des Roboters durch einen Kalibriersensor in dieser Pose; und
Mittel zum Kalibrieren des Gelenklastsensors, insbesondere einer Relation zwischen Gelenklastsensorsignalen und diesen zugeordneten kalibrierten Gelenklastwerten, in Abhängigkeit von dieser erfassten Gelenk- und Kalibrierlast.

In einer Ausführung weist das System bzw. seine Mittel auf:

Mittel zum ein- oder mehrmaligen Ändern einer Belastung des Gelenklastsensors, insbesondere (durch) Anfahren einer oder mehrerer zusätzlichen Pose(n) des Roboters, (jeweils) Erfassen einer geänderten Gelenklast durch den Gelenklastsensor und einer geänderten Kalibrierlast an dem Glied des Roboters durch den Kalibriersensor, insbesondere in dieser zusätzlichen Pose, wobei der Gelenklastsensor in Abhängigkeit von dieser geänderten, insbesondere in der zusätzlichen Pose erfassten, Gelenk- und Kalibrierlast, insbesondere einer Änderung der erfassten Gelenklasten und einer Änderung der erfassten Kalibrierlasten, kalibriert wird; und/oder
Mittel zum Vorgeben der ersten und wenigstens einen zusätzlichen Pose derart, dass der Gelenklastsensor schwerkraftbedingt unterschiedlich, insbesondere in unterschiedlicher Höhe und/oder Richtung, belastet wird und/oder das, insbesondere nur das, Gelenk und/oder wenigstens ein weiteres Gelenk des Roboters unterschiedliche Stellungen aufweist; und/oder
Mittel zum Kalibrierem des Gelenklastsensors in Abhängigkeit von der ersten und wenigstens zwei geänderten Gelenk- und Kalibrierlasten, insbesondere in Abhängigkeit von in wenigstens drei Posen erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten; und/oder
Mittel zum gegensinnigen Anfahren der ersten und/oder wenigstens einen zusätzlichen Pose, Erfassen jeweils einer Gelenk- und Kalibrierlast hierfür und Kalibrieren des Gelenklastsensors in Abhängigkeit von diesen erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten, insbesondere einer Mittelung dieser erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten; und/oder
Mittel zum, insbesondere sequentiellen, Kalibrieren eines Gelenklastsensors und wenigstens eines weiteren Gelenklastsensors nach einem hier beschriebenen Verfahren.

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 bzw. die Gelenklastsensoren kalibrieren 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.
In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. seine Mittel.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

1: eine Roboteranordnung mit einem Roboter in verschiedenen Posen und einem System zum Kalibrieren von Gelenklastsensoren des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2: eine Relation zwischen Gelenklastsensorsignalen und diesen zugeordneten Gelenklasten; und
3: ein Verfahren zum Kalibrieren der Gelenklastsensoren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine Roboteranordnung mit einem Roboter in verschiedenen Posen und einem System zum Kalibrieren von Gelenklastsensoren des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Der Roboter weist eine Roboterbasis 10 auf, die wenigstens zur Kalibrierung seitlich an einer Wand befestigt ist bzw. wird. In nicht dargestellten Abwandlungen kann die Roboterbasis 10 auch horizontal am Boden angeordnet oder durch ein entsprechendes Gestell wenigstens zur Kalibrierung vertikal ausgerichtet werden.
Der Roboter weist einen Roboterflansch 16, an dem ein Kalibriergewicht 60 lösbar befestigt ist, sowie weitere Glieder 11-15 auf, wobei einander benachbarte Glieder jeweils durch bzw. in ein(em) Drehgelenk 21-26 verbunden sind, d.h. die Roboterbasis 10 und das ihr benachbarte Glied 11 durch bzw. in Drehgelenk 21, dieses Glied 11 und das ihm benachbarte Glied 12 durch bzw. in Drehgelenk 22, dieses Glied 12 und das ihm benachbarte Glied 13 durch bzw. in Drehgelenk 23, dieses Glied 13 und das ihm benachbarte Glied 14 durch bzw. in Drehgelenk 24, dieses Glied 14 und das ihm benachbarte Glied 15 durch bzw. in Drehgelenk 25 sowie dieses Glied 15 und der ihm benachbarte Roboterflansch 16 durch bzw. in Drehgelenk 26.
Zwischen Roboterbasis 10 und Wand bzw. Befestigungs- bzw. Aufstandsfläche ist ein Kalibriersensor in Form eines Kraft-Momenten-Sensors 40 angeordnet, der insbesondere Kippmomente an der Roboterbasis 10 erfasst und entsprechende Kalibriersensorsignale S₄₀ an das System 50 übermittelt. In einer Ausführung erfasst der Kraft-Momenten-Sensor 40 die Resultierende der zwei Kippmomente um zueinander und zu der Drehachse des ersten Gelenks 21 senkrechte Achsen.
An, insbesondere in, den Gelenken 21-26 ist jeweils ein Gelenklastsensor in Form eines Gelenkmomenten-Sensors 31-36 angeordnet, also im proximalen Gelenk 21 der Gelenkmomenten-Sensor 31, im distalen Gelenk 26 der Gelenkmomenten-Sensor 36 usw. Diese Gelenklastsensoren 31-36 erfassen jeweils Drehmomente um die jeweilige Drehachse des entsprechenden Gelenks und übermitteln entsprechende Gelenklastsensorsignale an das System 50, insbesondere der proximale Gelenkmomenten-Sensor 31 Sensorsignale S₃₁ und der Gelenkmomenten-Sensor 33 Sensorsignale S₃₃ .
3 zeigt ein Verfahren zum Kalibrieren der Gelenklastsensoren 31-36 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
In einem initialen Schritt S5 wird ein Gelenkzähler auf Null gesetzt und in einem folgenden Schritt S10 (jeweils) um Eins inkrementiert. In einem Schritt S20 wird geprüft, ob alle Gelenksensoren 31-36 kalibriert worden sind bzw. der Gelenkzähler die Anzahl der Gelenke des Roboters erreicht hat, die im Ausführungsbeispiel sechs beträgt, in einer nicht dargestellten Abwandlung sieben. Ist dies der Fall (S20: „Y“), endet das Verfahren. In einer nicht dargestellten Abwandlung können auch nur einzelne der Gelenklastsensoren 31-36 kalibriert werden.
Andernfalls (S20: „N“) wird in einem Schritt S30 eine Pose des Roboters gegensinnig angefahren, beispielsweise die in 1 ausgezogen dargestellte Pose einmal aus der 1 punktiert dargestellten Pose und einmal aus der in 1 strich-doppelpunktiert dargestellten Pose usw..
In dieser Pose wird in einem Schritt S40 jeweils durch den zu kalibrierenden Gelenklastsensor eine Gelenklast in Form eines Drehmoments um die entsprechende Gelenkachse sowie durch den Kalibriersensor 40 eine zugehörige Kalibrierlast in Form eines Kippmoments senkrecht zur Drehachse des proximalen Gelenks 21 erfasst und vom bzw. im System 50 abgespeichert.
In einem Schritt S50 wird geprüft, ob für den jeweiligen Gelenklastsensor bereits eine vorgegebene Anzahl von Posen angefahren worden ist, die im Ausführungsbeispiel wenigstens drei, vorzugsweise mehr als drei beträgt.
Solange die vorgegebene Anzahl von Posen noch nicht angefahren worden ist (S50: „N“), werden die Schritte S30, S40 jeweils für eine weitere, zusätzliche Pose wiederholt.
2 zeigt ausschnittsweise für den proximalen Gelenklastsensor 31 gemittelte Gelenklastsensorsignal(wert)e S₃₁ in Form ausgefüllter Kreise für verschiedene, jeweils gegensinnig angefahrene Posen, von denen in 1 exemplarisch eine ausgezogen und eine gestrichelt dargestellt ist, über den dabei bzw. in diesen Posen jeweils erfassten Kalibrierlastsensorsignal(werte)n S₄₀ .
Zusätzlich sind in 2 ausschnittsweise für den Gelenklastsensor 33 gemittelte Gelenklastsensorsignal(wert)e S₃₃ in Form unausgefüllter Kreise für verschiedene, jeweils gegensinnig angefahrene Posen, von denen in 1 exemplarisch eine ausgezogen, eine punktiert und eine strich-doppelpunktiert dargestellt ist, über den dabei bzw. in diesen Posen jeweils erfassten Kalibrierlastsensorsignal(werte)n S₄₀ dargestellt.
D.h., jeder der Kreise in 2 stellt jeweils den Mittelwert aus dem Gelenklastsensorsignal(wert) in einer Pose und dem Gelenklastsensorsignal(wert) in derselben, jedoch gegensinnig (erneut) angefahrenen Pose über dem Mittelwert aus dem Kalibrierlastsensorsignal(wert) in der Pose und dem Kalibrierlastsensorsignal(wert) in derselben, jedoch gegensinnig (erneut) angefahrenen Pose dar.
Ist für den jeweiligen Gelenklastsensor die vorgegebene Anzahl von Posen angefahren worden (S50: „Y“), wird in einem Schritt S60 ein Kalibrierungsfaktor für diesen Gelenklastsensor ermittelt, indem eine Ausgleichsgerade durch die Gelenklastsensorsignal(wert)e S₃₁ bzw. S₃₃ und die diesen zugeordneten Kalibrierlastsensorsignal(wert)e S₄₀ ermittelt wird (ausgezogen bzw. strich-doppelpunktiert in 2), deren Steigung dem Kalibrierungsfaktor entspricht. Dieser Kalibrierungsfaktor definiert bis auf einen konstanten Offset Δ₃₁ bzw. Δ₃₃ . eine Relation zwischen Gelenklastsensorsignal(wert)en S₃₁ bzw. S₃₃ und diesen zugeordneten Gelenklastwerten T₃₁ bzw. T₃₃ . Somit wird der Kalibrierungsfaktor dT₃₁ /dS₃₁ bzw. dT₃₃ /dS₃₃ in Abhängigkeit von den Änderungen der erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten durch Anfahren der verschiedenen Pose ermittelt.
Wie in 1 angedeutet, wird zur Kalibrierung des proximalen Gelenklastsensors 31 nur das proximale Gelenk 21 verstellt (vgl. die in 1 ausgezogene und gestrichelte Pose), zur Kalibrierung des Gelenklastsensors 33 nur das entsprechende Gelenk 33 (vgl. die in 1 ausgezogene, punktierte und strich-doppelpunktierte Pose).
In einem Schritt S70 kann optional noch dieser Offset bestimmt bzw. ein Nullpunktabgleich des jeweiligen Gelenklastsensors ermittelt werden, insbesondere in der in DE 10 2013 212 433 A1 beschriebenen Weise, auf die diesbezüglich ergänzend Bezug genommen und deren Inhalt vollumfänglich in die vorliegende Offenbarung einbezogen wird.
Anschließend kehrt das Verfahren zu Schritt S10 zurück, in dem der Gelenkzähler um Eins inkrementiert wird.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezugszeichenliste

10: Roboterbasis
11-15: Roboterglied
16: Roboterflansch
21-26: Drehgelenk
31-36: Drehmoment-/Gelenklastsensor
40: Kraft-Momenten-/Kalibriersensor
50: System
60: Kalibriergewicht
S₃₁: Gelenklastsensorsignal
S₃₃: Gelenklastsensorsignal
S₄₀: Kalibrierlastsensorsignal
T₃₁: Gelenklastwert
T₃₃: Gelenklastwert
Δ₃₁: Offset
Δ₃₃: Offset

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013212433 A1 [0002, 0049]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren wenigstens eines Gelenklastsensors (21-26) zur Erfassung einer Last (T₃₁, T₃₃) an einem Gelenk (21-26) eines Roboters, mit den Schritten: - Erfassen (S40) einer ersten Gelenklast (S₃₁, S₃₃) durch den Gelenklastsensor in einer ersten Pose des Roboters; - Erfassen (S40) einer ersten Kalibrierlast (S₄₀) an einem Glied (10) des Roboters durch einen Kalibriersensor (40) in dieser Pose; und - Kalibrieren des Gelenklastsensors, insbesondere einer Relation zwischen Gelenklastsensorsignalen und diesen zugeordneten kalibrierten Gelenklastwerten, in Abhängigkeit von dieser erfassten Gelenk- und Kalibrierlast (S60).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die ein- oder mehrmals durchgeführten Schritte: - Ändern einer Belastung des Gelenklastsensors, insbesondere Anfahren einer zusätzlichen Pose des Roboters (S30); - Erfassen (S40) einer geänderten Gelenklast durch den Gelenklastsensor, insbesondere in dieser zusätzlichen Pose; und - Erfassen (S40) einer geänderten Kalibrierlast an dem Glied des Roboters durch den Kalibriersensor, insbesondere in dieser zusätzlichen Pose; wobei der Gelenklastsensor in Abhängigkeit von dieser geänderten, insbesondere in der zusätzlichen Pose erfassten, Gelenk- und Kalibrierlast, insbesondere einer Änderung der erfassten Gelenklasten und einer Änderung der erfassten Kalibrierlasten, kalibriert wird (S60).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und wenigstens eine zusätzliche Pose derart vorgegeben werden, dass der Gelenklastsensor schwerkraftbedingt unterschiedlich, insbesondere in unterschiedlicher Höhe und/oder Richtung, belastet wird und/oder das, insbesondere nur das, Gelenk und/oder wenigstens ein weiteres Gelenk des Roboters unterschiedliche Stellungen aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder wenigstens eine zusätzliche Pose gegensinnig angefahren, hierfür jeweils eine Gelenk- und Kalibrierlast erfasst und der Gelenklastsensor in Abhängigkeit von diesen erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten, insbesondere einer Mittelung dieser erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten, kalibriert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenklastsensor in Abhängigkeit von der ersten und wenigstens zwei geänderten Gelenk- und Kalibrierlasten, insbesondere in Abhängigkeit von in wenigstens drei Posen erfassten Gelenk- und Kalibrierlasten, kalibriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenklastsensor über das Glied gegen eine Umgebung abgestützt ist, insbesondere das Glied eine Roboterbasis (10) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Pose an dem Roboter ein Kalibriergewicht (60) lösbar befestigt ist.
Verfahren zum Kalibrieren eines Gelenklastsensors zur Erfassung einer Last an einem Gelenk eines Roboters und wenigstens eines weiteren Gelenklastsensors zur Erfassung einer Last an einem weiteren Gelenk des Roboters, wobei der eine Gelenklastsensor und der weitere Gelenklastsensor jeweils, insbesondere sequentiell, nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche kalibriert wird.
System (50) zum Kalibrieren wenigstens eines Gelenklastsensors (31-36) zur Erfassung einer Last (T₃₁, T₃₃) an einem Gelenk (21-26) eines Roboters, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: Mittel zum Erfassen einer ersten Gelenklast (S₃₁, S₃₃) durch den Gelenklastsensor in einer ersten Pose des Roboters; Mittel zum Erfassen einer ersten Kalibrierlast (S₄₀) an einem Glied (10) des Roboters durch einen Kalibriersensor (40) in dieser Pose; und Mittel zum Kalibrieren des Gelenklastsensors, insbesondere einer Relation zwischen Gelenklastsensorsignalen und diesen zugeordneten kalibrierten Gelenklastwerten, in Abhängigkeit von dieser erfassten Gelenk- und Kalibrierlast.
Roboteranordnung mit einem Roboter, der wenigstens ein Gelenk (21-26) und einen Gelenklastsensors (31-36) zur Erfassung einer Last (T₃₁, T₃₃) an diesem Gelenk aufweist, einem Kalibriersensor (40) zur Erfassung einer Last (S₄₀) an einem Glied (10) des Roboters, und einem System (50) zum Kalibrieren des Gelenklastsensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.