DE102019001207A1 - Collaborative robot and method for operating a collaborative robot and use for machining a workpiece - Google Patents
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Abstract
Ein kollaborativer Roboter (10; 110) zum Bearbeiten eines Werkstücks (300) weist ein Roboterwerkzeug (30; 130) zum Bearbeiten des Werkstücks (300) und eine Modusanwahlvorrichtung (51) zum Überführen des kollaborativen Roboters (10; 110) in einen Lernmodus und in einen Arbeitsmodus auf. Der kollaborative Roboter (10; 110) ist dazu konfiguriert, im Lernmodus eine Arbeitsbewegung des Roboterwerkzeugs (30; 130) zum Bearbeiten des Werkstücks (300) zu erlernen und im Arbeitsmodus die im Lernmodus erlernte Arbeitsbewegung durchzuführen. Der Lernmodus ist so konfiguriert, dass der kollaborative Roboter (10; 110) im Lernmodus die Arbeitsbewegung des Roboterwerkzeugs (30; 130) an dem zu bearbeitenden Werkstück (300) erlernt.A collaborative robot (10; 110) for machining a workpiece (300) comprises a robot tool (30; 130) for machining the workpiece (300) and a mode selection device (51) for transferring the collaborative robot (10; 110) to a learning mode; in a working mode. The collaborative robot (10; 110) is configured to learn, in the learning mode, a working movement of the robot tool (30; 130) to machine the workpiece (300) and to perform the work movement learned in the learning mode. The learning mode is configured such that the collaborative robot (10; 110) learns the working movement of the robot tool (30; 130) on the workpiece (300) to be machined in the learning mode.
Description
Die Erfindung betrifft einen kollaborativen Roboter und ein Verfahren zum Betreiben eines kollaborativen Roboters zum Bearbeiten eines Werkstücks.The invention relates to a collaborative robot and a method for operating a collaborative robot for processing a workpiece.
Ein kollaborativer Roboter ist ein Industrieroboter, der mit Menschen gemeinsam arbeitet und im Produktionsprozess nicht durch Schutzeinrichtungen von diesen getrennt ist. Kollaborative Roboter können mit einem oder unterschiedlichen Roboterwerkzeugen bestückt werden, die zur Bearbeitung von Werkstücken dienen. Beispiele hierfür sind z.B. Roboterwerkzeuge zum Fräsen, Feilen, Schleifen, etc. Um eine Arbeitsbewegung durch den kollaborativen Roboter durchführen zu lassen, muss diesem die Arbeitsbewegung zunächst beigebracht werden. Das Beibringen der Arbeitsbewegung erfolgt grundsätzlich durch Roboterprogrammierung.A collaborative robot is an industrial robot that works with people and is not separated from them by guards in the production process. Collaborative robots can be equipped with one or more robot tools that can be used to machine workpieces. Examples of this are e.g. Robot tools for milling, filing, grinding, etc. In order to have a working movement performed by the collaborative robot, it must first be taught the working movement. The teaching of the working movement is basically done by robot programming.
Die Roboterprogrammierung ist an sich sehr aufwändig, es bestehen jedoch Möglichkeiten, diese zu vereinfachen, bspw. durch Erzeugung von Roboterprogrammen aus einer Simulation des Prozesses. Der kollaborative Roboter führt diese programmierte Arbeitsbewegung durch und bearbeitet damit ein oder mehrere Werkstücke.The robot programming is very complex in itself, but there are ways to simplify this, for example by generating robot programs from a simulation of the process. The collaborative robot carries out this programmed working movement and thus processes one or more workpieces.
Da die genaue Berechnung der Arbeitsbewegung komplex ausgebildet sein kann, ist der Einsatz eines kollaborativen Roboters bislang hauptsächlich in der industriellen Fertigung rentabel, und zwar bei der Bearbeitung einer sehr hohen Anzahl von identischen Werkstücken durch dieselbe Arbeitsbewegung. Der hohe Aufwand bei der Berechnung der Arbeitsbewegung macht die Nutzung eines kollaborativen Roboters zur Bearbeitung einer kleinen bzw. mittleren Anzahl von Werkstücken oder gar eines einzelnen Werkstücks üblicherweise unrentabel.Since the exact calculation of the working movement can be complex, the use of a collaborative robot has hitherto been profitable mainly in industrial manufacturing, namely in the processing of a very high number of identical workpieces by the same working movement. The high cost of calculating the work movement makes the use of a collaborative robot for processing a small or medium number of workpieces or even a single workpiece usually unprofitable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb eines kollaborativen Roboters zu vereinfachen, insbesondere den Betrieb eines kollaborativen Roboters bei einer geringeren Stückzahl zu bearbeitender Werkstücke rentabler zu gestalten.The invention has for its object to simplify the operation of a collaborative robot, in particular to make the operation of a collaborative robot with a smaller number of workpieces more profitable.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind die Gegenstände der anhängigen Ansprüche.This object is solved by the subject matters of the independent claims. Preferred embodiments are the subject matters of the appended claims.
Ein Aspekt betrifft einen kollaborativen Roboter zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Roboterwerkzeug zum Bearbeiten des Werkstücks und einer Modusanwahlvorrichtung zum Überführen des kollaborativen Roboters in einen Lernmodus und in einen Arbeitsmodus. Dabei ist der kollaborative Roboter dazu konfiguriert, im Lernmodus eine Arbeitsbewegung des Roboterwerkzeugs zum Bearbeiten des Werkstücks zu erlernen. Weiterhin ist der kollaborative Roboter dazu konfiguriert, im Arbeitsmodus die im Lernmodus erlernte Arbeitsbewegung durchzuführen. Der Lernmodus ist so konfiguriert, dass der kollaborative Roboter im Lernmodus die Arbeitsbewegung des Roboterwerkzeugs an dem zu bearbeitenden Werkstück erlernt.One aspect relates to a collaborative robot for machining a workpiece with a robot tool for machining the workpiece and a mode selection device for transferring the collaborative robot into a learning mode and a working mode. In this case, the collaborative robot is configured to learn a working movement of the robot tool for working the workpiece in the learning mode. Furthermore, the collaborative robot is configured to perform the work learned in the learning mode in the working mode. The learning mode is configured so that the collaborative robot in learning mode learns the working movement of the robot tool on the workpiece to be machined.
Der kollaborative Roboter kann zumindest einen beweglichen Roboterarm aufweisen, an dem das Roboterwerkzeug befestigt ist. Das Roboterwerkzeug kann auswechselbar sein und zum Beispiel als Fräse, Schleifwerkzeug, Polierwerkzeug, Schneidwerkzeug, o. Ä. ausgebildet sein. Das Roboterwerkzeug kann insbesondere zum physischen Bearbeiten des Werkstücks ausgebildet sein. Das Roboterwerkzeug kann insbesondere an einem Arbeitsende des Roboterarms befestigt sein. Der kollaborative Roboter ist so ausgebildet, dass er das Roboterwerkzeug bewegen kann, vorzugsweise in allen drei Raumrichtungen. Zudem kann der kollaborative Roboter dazu ausgebildet sein, mit dem Roboterwerkzeug Andruckkräfte auf das Werkstück zu realisieren und/oder auszuüben. Weiterhin kann der kollaborative Roboter dazu ausgebildet sein, Drehungen und/oder Rotationen des Roboterwerkzeugs um zumindest eine einstellbare und/oder verstellbare Raumachse durchzuführen. Hierbei kann die Raumachse beliebig im dreidimensionalen Raum verstellbar und/oder einstellbar sein.The collaborative robot may include at least one movable robotic arm to which the robotic tool is attached. The robot tool can be interchangeable and, for example, as a milling cutter, grinding tool, polishing tool, cutting tool, o. Ä. be educated. The robot tool may be designed in particular for physically processing the workpiece. The robot tool may in particular be attached to a working end of the robot arm. The collaborative robot is designed to be able to move the robot tool, preferably in all three spatial directions. In addition, the collaborative robot can be designed to realize and / or exert pressure forces on the workpiece with the robot tool. Furthermore, the collaborative robot can be designed to perform rotations and / or rotations of the robot tool about at least one adjustable and / or adjustable spatial axis. In this case, the spatial axis can be adjusted and / or adjusted as desired in three-dimensional space.
Der kollaborative Roboter kann eine Steuerung und/oder Anlagensteuerung aufweisen, die den Roboter so ansteuert, dass er mit dem Roboterwerkzeug die Arbeitsbewegung ausführt. Die Arbeitsbewegung wird im Arbeitsmodus durchgeführt. Mit anderen Worten kann der Roboter im Arbeitsmodus das Werkstück wie zuvor im Lernmodus erlernt bearbeiten. Die Arbeitsbewegung kann in einem Speicher des kollaborativen Roboters und/oder der (Anlagen-)Steuerung abgespeichert werden. Deswegen kann die Arbeitsbewegung wiederholt werden an einem baugleichen und/oder ähnlichen Werkstück. Somit kann mit der erlernten Arbeitsbewegung eine Mehrzahl von ähnlichen und/oder baugleichen Werkstücken mit derselben, erlernten Arbeitsbewegung bearbeitet werden. Weiterhin kann die erlernte Arbeitsbewegung wiederholt am selben Werkstück durchgeführt werden, z.B. eine Polierbewegung mit einem Polierwerkzeug. Der Roboter kann zum Beispiel als ein Polierroboter für ein Spritzgusswerkzeug als Werkstück verwendet werden und/oder ausgebildet sein. Hierbei ist das Werkstück, das der Roboter bearbeitet, gleichzeitig ein Werkzeug im Spritzgussbereich, also z.B. die im Spritzguss verwendete Gussform.The collaborative robot may include a controller and / or plant controller that controls the robot to perform the working movement with the robot tool. The working movement is carried out in working mode. In other words, in working mode, the robot can machine the workpiece as previously learned in the learning mode. The working movement can be stored in a memory of the collaborative robot and / or the (plant) control. Therefore, the working movement can be repeated on a structurally identical and / or similar workpiece. Thus, with the learned working movement a plurality of similar and / or identical workpieces can be processed with the same, learned working movement. Furthermore, the learned working movement can be repeatedly performed on the same workpiece, e.g. a polishing movement with a polishing tool. For example, the robot may be used and / or formed as a polishing robot for an injection molding tool as a workpiece. Here, the workpiece which the robot processes is simultaneously a tool in the injection molding area, e.g. the mold used in injection molding.
Das Roboterwerkzeug kann als ein Polierwerkzeug ausgebildet sein zur Bearbeitung einer Spritzgussform als Werkstück, und/oder zur Bearbeitung eines mit einer Spritzgussform hergestellten Spritzgusswerkstücks.The robot tool can be designed as a polishing tool for processing an injection mold as a workpiece, and / or for Processing of an injection-molded workpiece produced with an injection mold.
Kollaborative Roboter ermöglichen es, die Programmierprozess durch Handführung (z.B. durch Verwendung einer „Teaching by Demonstration“ Funktion des kollaborativen Roboters) zu vereinfachen. Dabei kann der Roboter von Hand zu bestimmten Positionen geführt und die zugehörigen Roboterkoordinaten aufgezeichnet werden.Collaborative robots make it possible to simplify the programming process by manual guidance (e.g., by using a "teaching by demonstration" function of the collaborative robot). The robot can be manually guided to specific positions and the associated robot coordinates can be recorded.
Die Handführfunktion kann die Tätigkeit des Anlagenbauers beschleunigen, konnte aber bislang nur in Ausnahmefällen für einen Endanwender (ein Industrieunternehmen, das den kollaborativen Roboter für seine Automation einsetzt, jedoch nicht über Expertise im Bereich des Roboteranlagenbaus verfügt) nutzbringend eingesetzt werden. Dies liegt vor allem daran, dass die Sicherheit einer kollaborativen Roboteranlage von der Roboterbewegung abhängig ist. Ändert sich die Roboterbewegung, muss die Sicherheit der Roboteranlage neu bewertet werden, was i.d.R. hohen Aufwand generiert.The handrail function can accelerate the operation of the plant manufacturer, but so far has been useful only for an end user (an industrial company that uses the collaborative robot for its automation, but does not have expertise in robot plant engineering). This is mainly because the safety of a collaborative robot system depends on the robot movement. If the robot movement changes, the safety of the robot system must be reevaluated, which i.d.R. high expenditure generated.
Die Modusanwahlvorrichtung ist sowohl zum Überführen des kollaborativen Roboters in den Lernmodus als auch zum Überführen des kollaborativen Roboters in den Arbeitsmodus ausgebildet. Hierbei kann der kollaborative Roboter zu einem Zeitpunkt in genau einem Modus betrieben werden (also z.B. entweder im Lernmodus oder im Arbeitsmodus oder in einem anderen Modus). Die Modusanwahlvorrichtung kann zum Beispiel eine Schnittstelle wie eine Tastatur und/oder einen Touchscreen aufweisen und/oder einen Prozessor, auf dem eine entsprechende Ansteuerungssoftware installiert ist und ausgeführt wird.The mode selection device is designed both for transferring the collaborative robot into the learning mode and for transferring the collaborative robot into the working mode. Here, the collaborative robot may be operated in one mode at a time (e.g., either in the learning mode or in the working mode or in another mode). For example, the mode selection device may include an interface such as a keyboard and / or a touch screen, and / or a processor having appropriate control software installed and executed thereon.
Zum Erlernen der Arbeitsbewegung wird der kollaborative Roboter mittels der Modusanwahlvorrichtung in den Lernmodus überführt. Im Lernmodus ist der kollaborative Roboter, insbesondere dessen Roboterarm, zumindest teilweise beweglich, so dass der kollaborative Roboter durch Bewegung des Roboterarms und/oder des Roboterwerkzeugs die durchzuführende Arbeitsbewegung erlernt. Hierbei kann der Roboterarm und/oder das Roboterwerkzeug z.B. durch Handführung einer Bedienperson entlang der Arbeitsbewegung bewegt werden. Die erlernte Arbeitsbewegung kann in einem Speicher des kollaborativen Roboters abgespeichert werden, insbesondere in einem flüchtigen Speicher, z.B. einem RAM-Speicher, zum unmittelbar nachfolgenden Abrufen der erlernten Arbeitsbewegung.To learn the working movement, the collaborative robot is transferred to the learning mode by means of the mode selection device. In the learning mode, the collaborative robot, in particular its robot arm, is at least partially movable, so that the collaborative robot learns the working movement to be performed by moving the robot arm and / or the robot tool. Here, the robot arm and / or the robot tool may be e.g. be moved by manual guidance of an operator along the working movement. The learned working movement may be stored in a memory of the collaborative robot, in particular in a volatile memory, e.g. a RAM memory, for immediately subsequent retrieval of the learned working movement.
Nach Erlernen der Arbeitsbewegung kann der kollaborative Roboter mit der Modusanwahlvorrichtung in den Arbeitsmodus überführt werden. Im Arbeitsmodus führt er die erlernte Arbeitsbewegung (insbesondere wiederholt) aus. Im Arbeitsmodus kann der kollaborative Roboter die Arbeitsbewegung zum Beispiel für eine vorbestimmbare Anzahl von Wiederholungen ausführen und/oder so lange, bis der Roboter aktiv gestoppt wird. Hierzu kann zum Beispiel an der Modusanwahlvorrichtung der Arbeitsmodus beendet werden und der kollaborative Roboter in einen Ruhemodus überführt werden, indem er keine Bewegung mehr durchführt (außer z. B. einer Anfahrt in eine Ruheposition).After learning the working movement, the collaborative robot can be transferred to the working mode with the mode selection device. In working mode, he carries out the learned working movement (in particular repeatedly). In working mode, the collaborative robot may perform the work movement, for example, for a predeterminable number of repetitions and / or until the robot is actively stopped. For this purpose, for example, at the mode selection device, the work mode can be ended and the collaborative robot can be put into a sleep mode by no longer performing any movement (other than, for example, a drive to a rest position).
Im Lernmodus wird die Arbeitsbewegung erlernt. Dies bedeutet, dass der kollaborative Roboter zumindest eine Werkzeugposition abspeichert. Bevorzugt speichert der kollaborative Roboter eine Mehrzahl von unterschiedlichen Werkzeugpositionen ab. Hierbei kann zusätzlich zu zumindest einer Werkzeugposition eine Andruckkraft, eine Ausrichtung, eine Werkzeugrotationsgeschwindigkeit und/oder eine Werkzeugtranslationsgeschwindigkeit abgespeichert werden. Zusätzlich kann der kollaborative Roboter auch so ausgebildet sein, dass er zu den einzelnen Werkzeugpositionen auch Zeitpunkte und/oder Zeitdauern abspeichert, die den einzelnen Werkzeugpositionen zugeordnet sind. Als (z.B. Teil der) Arbeitsbewegung kann zudem eine Bewegung des Roboterwerkzeugs abgespeichert werden, insbesondere ein Bewegungsweg und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit.In learning mode, the working movement is learned. This means that the collaborative robot stores at least one tool position. Preferably, the collaborative robot stores a plurality of different tool positions. In this case, in addition to at least one tool position, a pressing force, an orientation, a tool rotation speed and / or a tool translation speed can be stored. In addition, the collaborative robot can also be designed so that it also stores time points and / or time periods associated with the individual tool positions, which are assigned to the individual tool positions. In addition, a movement of the robot tool, in particular a movement path and / or a movement speed, can be stored as (for example part of) the working movement.
Zum Erlernen der Arbeitsbewegung wird der kollaborative Roboter (z.B. sein Roboterarm) so bewegt, dass das Roboterwerkzeug in die gewünschte Werkzeugposition bewegt wird. In der gewünschten Werkzeugposition kann eine Bedienperson zum Beispiel mittels eines Tasters bestätigen, dass der kollaborative Roboter korrekt angeordnet ist und die angewählte Position als Teil der Arbeitsbewegung die aktuelle Werkzeugposition abspeichern soll, insbesondere einschließlich einer oder mehrerer der oben aufgelisteten Zusatzinformationen.To learn the working motion, the collaborative robot (e.g., its robotic arm) is moved to move the robotic tool to the desired tool position. In the desired tool position, an operator may confirm, for example by means of a button, that the collaborative robot is correctly located and that the selected position as part of the work movement is to store the current tool position, in particular including one or more of the additional information listed above.
Die Arbeitsbewegung kann der kollaborative Roboter in einem Speicher abspeichern.The working movement can be stored by the collaborative robot in a memory.
Das Erlernen der Arbeitsbewegung erfolgt unmittelbar am zu bearbeitenden Werkstück. Die genaue Arbeitsbewegung des kollaborativen Roboters muss somit nicht aufwendig programmiert und/oder aus einer Softwaresimulation des Bearbeitungsszenarios abgeleitet werden, sondern wird dem kollaborativen Roboter unmittelbar am Werkstück beigebracht. Der Lernmodus kann auch als ein Teachingmodus des kollaborativen Roboters bezeichnet werden. Im Lernmodus wird dem kollaborativen Roboter zumindest eine Werkzeugposition erlernt, bei der das Roboterwerkzeug in unmittelbarem Berührkontakt mit dem Werkstück ist. Bevorzugt wird dem kollaborativen Roboter eine Mehrzahl solcher Werkzeugpositionen beigebracht, in denen das Roboterwerkzeug in unmittelbarem Berührkontakt mit dem Werkstück ist. Dazu wird der kollaborative Roboter so bewegt, dass das Roboterwerkzeug in der gewünschten Werkzeugposition angeordnet ist.The learning of the working movement takes place directly on the workpiece to be machined. The exact working movement of the collaborative robot therefore does not have to be elaborately programmed and / or derived from a software simulation of the processing scenario, but is taught to the collaborative robot directly on the workpiece. The learning mode may also be referred to as a teaching mode of the collaborative robot. In the learning mode, the collaborative robot is taught at least one tool position in which the robot tool is in direct contact with the workpiece. Preferably, the collaborative robot is taught a plurality of such tool positions, in which the robot tool in direct contact with the contact Workpiece is. For this purpose, the collaborative robot is moved so that the robot tool is arranged in the desired tool position.
Zusätzlich zu den unmittelbar am Werkstück beigebrachten Werkzeugpositionen kann im Lernmodus eine Lernhilfe (die auch als Teachinghilfe bezeichnet werden kann) vorgesehen sein, insbesondere eine softwaregestützte Lernhilfe. Hierbei kann das Erlernen der Arbeitsbewegung durch eine Software zusätzlich unterstützt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen kollaborativen Robotern wird jedoch im Lernmodus nicht ausschließlich per Software gelehrt, sondern das Erlernen der Arbeitsbewegung durch Software lediglich unterstützt.In addition to the tool positions applied directly to the workpiece, a learning aid (which can also be referred to as a teaching aid) can be provided in the learning mode, in particular a software-assisted learning aid. Here, the learning of the working movement can be additionally supported by a software. In contrast to conventional collaborative robots, however, the learning mode does not only teach software, but only supports the learning of the working movement through software.
Zudem ist der Lernmodus so konfiguriert, dass die Arbeitsbewegung unmittelbar am zu bearbeitenden Werkstück eingelernt wird.In addition, the learning mode is configured so that the working movement is taught directly on the workpiece to be machined.
Dies hat einerseits den Vorteil, dass Fehler bei der Softwareberechnung des Arbeitsweges ausgeschlossen werden, da der kollaborative Roboter unmittelbar am Werkstück eingelernt wird. Der Roboter eignet sich insbesondere zum Durchführen repetitiver Arbeitsbewegungen, wie zum Beispiel zum Polieren. Andererseits kann das Einlernen unmittelbar vor dem Bearbeiten erfolgen, da nach dem Einlernen unmittelbar mit dem Arbeitsmodus weitergemacht werden kann. In Anschluss an das Einlernen während des Lernmodus führt der kollaborative Roboter die eingelernte Arbeitsbewegung eigenständig durch und wiederholt diese beliebig oft, bis die Bearbeitung abgeschlossen werden kann, zum Beispiel bis das gewünschte Polierergebnis erreicht ist.This has the advantage on the one hand that errors in the software calculation of the working path are excluded because the collaborative robot is taught directly on the workpiece. The robot is particularly suitable for performing repetitive working movements, such as for polishing. On the other hand, the training can be done immediately before editing, as can be continued immediately after learning with the working mode. Following the teach-in during the learning mode, the collaborative robot independently performs the learned working movement and repeats it as often as desired until the processing can be completed, for example, until the desired polishing result is achieved.
Es ist auch möglich, dass der Roboter im Rahmen des Lernmodus eine automatisierte Identifikationsfahrt durchführt. So können aus der Identifikationsfahrt abgeleiteten Messdaten zur Erstellung einer mathematischen Repräsentation von Teilen der Werkstückoberfläche genutzt werden.It is also possible for the robot to carry out an automated identification drive as part of the learning mode. Thus, measurement data derived from the identification run can be used to create a mathematical representation of parts of the workpiece surface.
Zum Beispiel kann der Nutzer eine Grenze einer Fläche des Werkstücks durch wenige Stützpunkte definieren, d.h. dem kollaborativen Roboter einige wenige Werkzeugpositionen erlernen. Daraufhin wird von der (Anlagen-)Steuerung automatisiert eine Bahn über die gesamte Fläche erstellt. Die so erstellte Bahn entspricht der Arbeitsbewegung. Dabei werden die Bahnpunkte möglichst gleichmäßig über der Fläche verteilt. Die Bahnerstellung erfolgt auf Basis vordefinierter Templates (z.B. Zick-Zack-Muster). Der Roboter fährt die erstellte Bahn automatisiert ab. Dies erfolgt unter Andruckkraft in vorbestimmbarer Richtung, um Bauteilkontakt sicherzustellen. Die Werkzeugkoordinaten während der Roboterbewegung werden vom Roboter aufgezeichnet und als Stützpunkte für die Erstellung einer mehrdimensionalen Regressionsfunktion genutzt. Diese Regressionsfunktion kann nun insbesondere gekrümmte Bauteiloberflächen abbilden.For example, the user may define a boundary of a surface of the workpiece by a few vertices, i. Learn a few tool positions for the collaborative robot. As a result, the (plant) controller automatically creates a web over the entire area. The created track corresponds to the work movement. The track points are distributed as evenly as possible over the area. The web creation is based on predefined templates (e.g., zig-zag patterns). The robot automatically shuts down the created web. This is done under pressure in predeterminable direction to ensure component contact. The tool coordinates during the robot movement are recorded by the robot and used as bases for creating a multi-dimensional regression function. This regression function can now image in particular curved component surfaces.
Die mathematische Flächenrepräsentation kann bspw. für eine flächenbezogene Bahnplanung genutzt werden. Dies kann bspw. bedeuten, dass eine definierte Bahn entsprechend des gekrümmten Oberflächenverlaufs verzerrt wird und/oder eine automatische Ausrichtung des Polierwerkzeugs entsprechend der Flächenorthogonalen an jedem Bahnpunkt erfolgt.The mathematical area representation can, for example, be used for area-related path planning. This can mean, for example, that a defined path is distorted in accordance with the curved surface course and / or an automatic alignment of the polishing tool corresponding to the surface orthogonal takes place at each path point.
Der kollaborative Roboter entlastet zum Beispiel einen Facharbeiter von einem repetitiven Teil seiner Tätigkeit, d.h. eine häufige Wiederholung seiner Bewegung, zum Beispiel einer Polierbewegung. Dadurch kann Arbeitskapazität des Facharbeiters frei werden bzw. anders genutzt werden. Weiterhin kann die Arbeitszeit des Facharbeiters signifikant reduziert werden. Insbesondere muss der Facharbeiter weniger lang in unergonomischen Haltungen verbringen bzw. ist eine deutlich geringere Zeit Vibrationen des Roboterwerkzeugs o. Ä. ausgesetzt. Dies kann eine Gesundheitsbelastung des Facharbeiters reduzieren.For example, the collaborative robot relieves a skilled worker from a repetitive part of his job, i. a frequent repetition of his movement, for example a polishing movement. As a result, the work capacity of the skilled worker can be freed up or used differently. Furthermore, the working time of the skilled worker can be significantly reduced. In particular, the skilled worker must spend less time in unergonomic attitudes or is a much shorter time vibrations of the robot tool o. Ä. exposed. This can reduce a health burden for the skilled worker.
Es kann eine Aufteilung der Tätigkeiten von Facharbeiter und Roboter erfolgen, die angepasst an deren jeweilige Fähigkeiten ist: Der Facharbeiter übernimmt die Definition der Prozessbewegung, also der Arbeitsbewegung. Diese sollte flexibel an die komplexen Rahmenbedingungen des Prozesses angepasst werden können und erfordert hohe Qualifikation und Erfahrung des Facharbeiters. Der Roboter übernimmt das repetitive Wiederholen der Prozessbewegung, bis ein gewünschtes Polierergebnis erreicht ist. Somit ist der Facharbeiter von repetitiven Tätigkeiten entlastet und wird für weitere seiner Qualifikation entsprechende Tätigkeiten freigestellt. Aufsetzend auf dieser Aufgabenteilung zwischen Mensch und Roboter wird erstmalig eine Automation im Rahmen eines Polierprozesses erreicht, die wirtschaftlich ist und mit geringem Hard- und Softwareeinsatz auskommt. Somit wird das Robotersystem nicht zur Vollautomation des Polierprozesses eingesetzt, sondern als Assistenzsystem, das den Facharbeiter bei der Prozessausführung unterstützt. Durch den beschriebenen Lernmodus wird ermöglicht, dass der Facharbeiter seine hochkomplexen Prozessfähigkeiten auf den Roboter überträgt.It can be a division of the activities of skilled workers and robots, which is adapted to their respective skills: The skilled worker takes over the definition of process movement, ie the labor movement. This should be flexibly adapted to the complex framework conditions of the process and requires high qualification and experience of the skilled worker. The robot undertakes repetitive repetition of the process movement until a desired polishing result is achieved. As a result, the skilled worker is relieved of repetitive tasks and is released for further work commensurate with his qualifications. Based on this division of tasks between human and robot, automation is achieved for the first time as part of a polishing process that is economical and requires little hardware and software. Thus, the robot system is not used for the full automation of the polishing process, but as an assistance system that supports the skilled worker in the process execution. The described learning mode allows the skilled worker to transfer his highly complex process capabilities to the robot.
Gemäß einer Ausführungsform ist der kollaborative Roboter dazu ausgebildet, im Lernmodus eine Arbeitsbewegung zum Bearbeiten einer Spritzgussform als Werkstück zu erlernen. Die Spritzgussform kann metallisch ausgebildet sein. Im Arbeitsmodus bearbeitet der kollaborative Roboter die Spritzgussform mit der erlernten Arbeitsbewegung. Der Bearbeitungsvorgang kann ein Poliervorgang sein, wobei das Roboterwerkzeug als ein Polierwerkzeug ausgebildet sein kann. Beim Polieren einer Spritzgussform sind hohe Qualitätsansprüche zu erfüllen, die durch einen langwierigen Polierprozess erfüllt werden können. Der kollaborative Roboter führt dazu eine im Lernmodus erlernte Polierbewegung als Arbeitsbewegung wiederholt durch, bis das gewünschte Polierergebnis erzielt ist.According to one embodiment, the collaborative robot is designed to learn a working movement in the learning mode for processing an injection mold as a workpiece. The injection mold may be metallic. In working mode, the collaborative robot processes the injection mold with the learned working movement. The machining operation may be a polishing process, the robot tool being used as a polishing tool can be trained. When polishing an injection mold, high quality standards must be met, which can be met by a lengthy polishing process. The collaborative robot repeatedly performs a learned in learning mode polishing movement as a working movement until the desired polishing result is achieved.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboterwerkzeugs und/oder des kollaborativen Roboters im Lernmodus und/oder im Arbeitsmodus auf eine Maximalgeschwindigkeit von maximal 50 mm/s gedrosselt, bevorzugt auf eine Maximalgeschwindigkeit von maximal 30 mm/s, besonders bevorzugt auf eine Maximalgeschwindigkeit von maximal 20 mm/s. Die Drosselung der Bewegungsgeschwindigkeit erhöht die Sicherheit am Arbeitsplatz für die Bedienperson und kann zur CE-Zertifizierung des Bearbeitungsprozesses führen. According to one embodiment, the movement speed of the robot tool and / or the collaborative robot in the learning mode and / or in the working mode is throttled to a maximum speed of maximally 50 mm / s, preferably to a maximum speed of maximally 30 mm / s, particularly preferably to a maximum speed of maximum 20 mm / s. The reduction of the movement speed increases the safety at the workplace for the operator and can lead to the CE certification of the machining process.
Gemäß einer Ausführungsform ist der kollaborative Roboter dazu konfiguriert, im Lernmodus eine Mehrzahl von Werkzeugpositionen auf einer Werkstückoberfläche des Werkstücks zu lernen, die Werkzeugpositionen auf eine Prozessfläche zu projizieren, um zu den Werkzeugpositionen korrespondierende Hilfspunkte auf der Prozessfläche zu erhalten, mittels Interpolation zwischen den Hilfspunkten innerhalb der Prozessfläche zusätzliche Arbeitspunkte in der Prozessfläche zu ermitteln und im Arbeitsmodus die Werkstückoberfläche auf Basis der Hilfspunkte und der ermittelten Arbeitspunkte zu bearbeiten. Hierbei können die Werkzeugpositionen sowohl eine Ortsinformation als auch eine Roboterorientierung enthalten. Die Werkzeugpositionen werden auf die Prozessfläche projiziert, z.B. auf eine (gerade oder gekrümmte) Prozessebene. Dabei können die Werkzeugpositionen insbesondere in Normalenrichtung auf die Prozessfläche projiziert werden, um die Hilfspunkte u erhalten. Die Hilfspunkte können Ortsinformationen auf der Prozessfläche sowie die Roboterorientierungen der jeweils zugehörigen Werkzeugpositionen enthalten. Weiterhin können die Hilfspunkte auch die Ortsinformationen der jeweils zugehörigen Werkzeugpositionen enthalten. Die Interpolation zwischen den Hilfspunkten zum Ermitteln der zusätzlichen Arbeitspunkte erfolgt innerhalb der Prozessfläche und kann als eine Flächeninterpolation erfolgen, also als eine 2D-Interpolation. Die Arbeitspunkte können Ortsinformationen auf der Prozessfläche sowie zwischen benachbarten Hilfspunkten interpolierte Roboterorientierungen enthalten.According to an embodiment, the collaborative robot is configured to learn a plurality of tool positions on a workpiece surface of the workpiece in learning mode, project the tool positions onto a process surface to obtain tool points corresponding to tool positions on the process surface by interpolating between the auxiliary points within To determine the process surface additional work points in the process area and to work in work mode, the workpiece surface on the basis of the auxiliary points and the determined operating points. In this case, the tool positions can contain both a location information and a robot orientation. The tool positions are projected onto the process surface, e.g. to a (straight or curved) process level. In this case, the tool positions can be projected onto the process surface, in particular in the normal direction, in order to obtain the auxiliary points u. The auxiliary points can contain location information on the process surface as well as the robot orientations of the respectively associated tool positions. Furthermore, the auxiliary points can also contain the location information of the respectively associated tool positions. The interpolation between the auxiliary points for determining the additional operating points takes place within the process surface and can be done as a surface interpolation, that is, as a 2D interpolation. The operating points may contain location information on the process surface and interpolated robot orientations between adjacent auxiliary points.
Gemäß einer ersten Weiterbildung ist der kollaborative Roboter dazu konfiguriert, im Arbeitsmodus die Werkstückoberfläche zu bearbeiten auf Basis einer impliziten Projektion einer innerhalb der Prozessfläche geplanten Arbeitsbahn auf die Werkstückoberfläche. Dabei liegt ein Zielarbeitsbereich des Roboterwerkzeugs innerhalb der Prozessfläche, nicht auf der tatsächlichen Werkstückoberfläche. Die geplante Arbeitsbahn kann nur mit Kenntnis der eingelernten Beispielposen an den Werkzeugpositionen erstellt werden, d.h. ohne explizite und/oder weitere (z.B. modellierte) Informationen über die Flächenkontur der Werkstückoberfläche. Es erfolgt somit eine konturangepasste Flächenbearbeitung des Werkstücks.According to a first development, the collaborative robot is configured to process the workpiece surface in working mode on the basis of an implicit projection of a work path planned within the process surface onto the workpiece surface. In this case, a target working area of the robot tool lies within the process area, not on the actual workpiece surface. The planned work path can only be created with knowledge of the taught example positions on the tool positions, i. without explicit and / or further (e.g., modeled) information about the surface contour of the workpiece surface. There is thus a contour-adapted surface treatment of the workpiece.
Gemäß einer alternativen zweiten Weiterbildung ist der kollaborative Roboter dazu konfiguriert ist, im Arbeitsmodus die Werkstückoberfläche zu bearbeiten auf Basis einer expliziten Projektion einer projizierten Arbeitsbahn auf ein modelliertes Oberflächenmodell der Werkstückoberfläche. Hierbei erstellt der kollaborative Roboter das Oberflächenmodell der Werkstückoberfläche aus den eingelernten Werkzeugpositionen. Ein Zielarbeitsbereich des Roboterwerkzeugs liegt hierbei innerhalb des modellierten Oberflächenmodells, welches sich möglichst wenig von nicht der tatsächlichen Werkstückoberfläche unterscheidet.According to an alternative second development, the collaborative robot is configured to process the workpiece surface in work mode on the basis of an explicit projection of a projected work path onto a modeled surface model of the workpiece surface. The collaborative robot creates the surface model of the workpiece surface from the learned tool positions. A target working area of the robot tool lies within the modeled surface model, which differs as little as possible from the actual workpiece surface.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Lernmodus so konfiguriert, dass der kollaborative Roboter im Lernmodus die Arbeitsbewegung durch Handführung einer Bedienperson erlernt. Mit anderen Worten führt eine Bedienperson den kollaborativen Roboter, genauer das Roboterwerkzeug, das am kollaborativen Roboter befestigt ist, entlang zumindest eines Teilstücks der durchzuführenden Arbeitsbewegung. Dabei bewegt die Bedienperson den kollaborativen Roboter in die gewünschte Zielposition. Der Roboter lässt sich somit im Lernmodus von der Bedienperson durch unmittelbare Druckausübung per Hand bewegen. Die Bedienperson steht hierbei mit ihrer oder ihren Hand/Händen in unmittelbarem Berührkontakt mit dem kollaborativen Roboter, z.B. dem Roboterwerkzeug. Hierbei überträgt die Bedienperson, zum Beispiel ein Facharbeiter, durch Handführung seine Prozessfähigkeiten auf den kollaborativen Roboter. Bislang ist eine Einlernfunktion für Endanwender kaum nutzbar, da bei MRK, also der Mensch-Roboter-Kollaboration, eine CE-Zertifizierung von der Roboterbewegung abhängt. Als Folge entfällt beim Einlernen per Hand die Zertifizierung bei der Bearbeitung. Jedoch kann beim Einlernen per Hand die Erfahrung der Bedienperson auf die Arbeitsbewegung des kollaborativen Roboters übertragen werden.According to an embodiment, the learning mode is configured such that the collaborative robot in the learning mode learns the working movement by manual guidance of an operator. In other words, an operator guides the collaborative robot, more specifically the robot tool attached to the collaborative robot, along at least a portion of the work motion to be performed. The operator moves the collaborative robot to the desired target position. The robot can thus be moved in the learning mode by the operator by direct pressure application by hand. The operator stands with his or her hand / hands in direct contact with the collaborative robot, e.g. the robot tool. In doing so, the operator, for example a skilled worker, transfers his process capabilities to the collaborative robot by manual guidance. So far, a teach-in function for end users is hardly usable because in MRK, ie the human-robot collaboration, a CE certification depends on the robot movement. As a result, learning by hand does not require certification during processing. However, when learning by hand, the experience of the operator can be transferred to the working movement of the collaborative robot.
Gemäß einer Ausführungsform weist der kollaborative Roboter weiterhin einen Zustimmtaster für den Lernmodus auf, wobei der Zustimmtaster mit dem Fuß betätigbar ist. Durch Betätigung des Zustimmtasters wird dem kollaborativen Roboter signalisiert, dass das Roboterwerkzeug zum Betätigungszeitpunkt in einer erwünschten Werkzeugposition angeordnet ist, welche der kollaborative Roboter im Laufe der Arbeitsbewegung anfahren soll. Mit anderen Worten wird beim Einlernen der kollaborative Roboter von der Bedienperson entlang der gewünschten Arbeitsbewegung geführt, wobei der Zustimmtaster betätigt ist. Hierbei kann ein dreistufiger Zustimmtaster verwendet werden. Die drei Stufen unterscheiden sich jeweils voneinander darin, inwieweit der Zustimmtaster von der Person, die das Einlernen durchführt, heruntergedrückt wird. Hierbei ist der Zustimmtaster in einer ersten Position unbetätigt und der kollaborative Roboter lässt sich nicht bewegen. In einer zweiten Position des Zustimmtasters an einem Druckpunkt wird der kollaborative Roboter bewegbar, d.h. er kann entlang der Arbeitsbewegung bewegt werden. Hierbei kann dem kollaborativen Roboter insbesondere die zu erlernede Bewegung beigebracht werden. Zusätzlich gibt es eine Panikfunktion als dritte Position des Zustimmtasters, zum Beispiel ein vollständiges Durchdrücken des Zustimmtasters, in welcher die Roboterbewegung abrupt gestoppt wird.According to one embodiment, the collaborative robot further comprises an enabling button for the learning mode, wherein the enabling button is operable with the foot. By pressing the consent key, the collaborative robot is signaled that the robot tool is arranged at the actuation time in a desired tool position, which the collaborative robot should approach in the course of the working movement. In other words, when learning the collaborative Robot guided by the operator along the desired working movement, the enabling button is actuated. Here, a three-stage enabling button can be used. The three levels differ from each other in how far the consent button is depressed by the person doing the teaching. In this case, the enabling button is in a first position unconfirmed and the collaborative robot can not be moved. In a second position of the consent button at a pressure point of the collaborative robot is movable, ie it can be moved along the working movement. In this case, the collaborative robot can be taught in particular the movement to be learned. In addition, there is a panic function as the third position of the enabling button, for example a complete pressing of the enabling button, in which the robot movement is abruptly stopped.
Hierbei kann der Zustimmtaster auch sowohl mit der Hand als auch mit dem Fuß betätigbar sein. Dabei ist der Zustimmtaster flexibel positionierbar. Dies bedeutet, dass der Zustimmtaster sowohl auf dem Boden anordenbar ist, wo er mit dem Fuß betätigt werden kann, als auch beabstandet vom Boden (z.B. an dem kollaborativen Roboter und/oder einem Rollwagen), wo er mit der Hand betätigt werden kann. Der Zustimmtaster kann z.B. über ein Kabel und/oder über eine Funkverbindung in Signalaustausch mit der (Anlagen-)Steuerung der kollaborativen Roboters stehen. Je nach Arbeitsbewegung kann der Zustimmtaster hierbei von der Bedienperson so positioniert werden, dass sie den Zustimmtaster entweder mit der Hand oder dem Fuß sicher betätigen kannHere, the enabling button can also be actuated both by hand and with the foot. The enabling button is flexibly positionable. This means that the enabling button is both locatable on the ground where it can be operated by foot and spaced from the ground (e.g., on the collaborative robot and / or a trolley) where it can be manually operated. The enabling button may e.g. via a cable and / or via a radio link in signal exchange with the (plant) control of the collaborative robot stand. Depending on the working movement, the enabling button can be positioned by the operator in such a way that he can safely actuate the enabling button either by hand or by foot
Der Zustimmtaster kann durch einen Fuß der Bedienperson betätigt werden, wodurch die Bedienperson beide Hände frei hat zum Einlernen und/oder Führen des kollaborativen Roboters im Lernmodus. Der Zustimmtaster kann z.B. auf dem Fußboden anordenbar sein. Dies verbessert die Handhabung im Lernmodus, da die Bedienperson beim Einlernen beide Arme und Hände frei hat, wodurch eine hochgenaue Einlernbewegung des kollaborativen Roboters ermöglicht wird. Dies kann unter Umständen die Einlernfunktion durch den Endanwender erst zur wirtschaftlichen Nutzung bringen. Durch eine beidhändige Führung werden nicht nur grobe Abläufe erlernt, sondern feinste Prozessnuancen. Der Einlernprozess wird somit sehr präzise und genau.The consent button can be operated by a foot of the operator, whereby the operator has both hands free to teach and / or guide the collaborative robot in the learning mode. The enabling button may e.g. be arranged on the floor. This improves the handling in the learning mode, since the operator has both arms and hands free when learning, thus enabling a high-precision learning movement of the collaborative robot. Under certain circumstances, this can only bring the learning function through the end user to economic use. Through an ambidextrous leadership not only rough processes are learned, but also the finest process nuances. The learning process is thus very precise and accurate.
Gemäß einer Ausführungsform ist im Lernmodus und/oder im Arbeitsmodus zumindest eine Andruckkraft des Roboterwerkzeugs auf das Werkstück in eine bestimmbare Richtung zuschaltbar. Hierbei kann zum Beispiel eine beliebig bestimmbare Richtung der Andruckkraft zuschaltbar sein. Die Zuschaltung der Andruckkraft kann zum Beispiel über eine (Anlagen-)Steuerung erfolgen. Hierbei kann die gewünschte Andruckkraft auf das Werkstück sehr genau bestimmt werden. Die Andruckkraft kann als Teil der Arbeitsbewegung definiert werden, die an einem oder mehreren bestimmten Arbeitspositionen, Zeitpunkten und/oder Zeitdauern der Arbeitsbewegung dieser zugeschaltet werden.According to one embodiment, in the learning mode and / or in the working mode, at least one pressing force of the robot tool can be switched to the workpiece in a determinable direction. In this case, for example, an arbitrarily determinable direction of the pressing force can be switched on. The connection of the pressure force can be done for example via a (plant) control. Here, the desired contact pressure on the workpiece can be determined very accurately. The pressure force can be defined as part of the working movement, which are switched on at one or more specific working positions, times and / or periods of the working movement of these.
In einer Ausführungsform ist der kollaborative Roboter so konfiguriert, dass er automatisch eine (z.B. zumindest teilweise ebene und/oder zumindest teilweise gekrümmte) Bauteiloberfläche des Werkstücks ermittelt, wobei er bevorzugt automatisch eine Bahn des Roboterwerkzeugs zu der ermittelten Bauteiloberfläche und/oder automatisch eine Ausrichtung eines Roboterwerkzeugs zu der ermittelten Bauteiloberfläche ermittelt und/oder automatisch eine Anfahrbewegung zum Werkstück ermittelt. Die Bauteiloberfläche kann der Roboter zum Beispiel optisch und/oder haptisch mittels zumindest eines entsprechenden Sensors erfassen. Hierbei muss nicht lediglich ein einziger Sensor vorgesehen sein, sondern es können z.B. bei der haptischen Ermittlung auch Messdaten von Momentensensoren aus mehreren Achsen des kollaborativen Roboters miteinander kombiniert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Bauteiloberfläche dem kollaborativen Roboter auch über eine (Anlagen-)Steuerung mitgeteilt werden. Als Teil der Arbeitsbewegung kann der kollaborative Roboter zum Beispiel Koordinaten im dreidimensionalen Raum ermitteln, und zwar sowohl der Bauteiloberfläche als auch des Roboterwerkzeugs relativ zum Werkstück. In dieser Ausführungsform ist ein Steuerprogramm des kollaborativen Roboters mit einer Lernhilfe (auch genannt Teachinghilfe) versehen, die das Erlernen der Arbeitsbewegung im Lernmodus unterstützt und/oder ergänzt.In one embodiment, the collaborative robot is configured to automatically determine a (eg, at least partially planar and / or at least partially curved) component surface of the workpiece, preferably automatically locating a path of the robot tool to the determined component surface and / or automatically aligning a component Determined robot tool to the determined component surface and / or automatically determines a starting movement to the workpiece. The component surface, the robot can detect, for example, optically and / or haptically by means of at least one corresponding sensor. In this case, not only a single sensor has to be provided, but it is also possible to use e.g. During the haptic determination, measurement data from torque sensors from several axes of the collaborative robot can also be combined. Alternatively or additionally, the component surface can be communicated to the collaborative robot also via a (plant) control. As part of the working movement, the collaborative robot may, for example, determine coordinates in three-dimensional space, both the component surface and the robot tool relative to the workpiece. In this embodiment, a control program of the collaborative robot is provided with a learning aid (also called a teaching aid), which supports and / or supplements the learning of the working movement in the learning mode.
Hierbei kann die Ermittlung der Bauteiloberfläche auf Basis einer automatischen Identifikationsfahrt des kollaborativen Roboters erfolgen. Die Anfahrbewegung kann so ausgelegt werden, dass Scherstellen vermieden werden. Die Bahn des Roboterwerkzeugs kann durch Verschieben, Skalieren und/oder Verzerren von Templates auf Basis eingelernter Stützpunkte erzeugt werden, insbesondere können die Templates auf die Oberfläche projiziert und deren Krümmung angepasst werden. Die Bahn des Roboterwerkzeugs kann eine Flächenbewegung des Roboterwerkzeugs erzeugen, welche auf die ermittelte Bauteiloberfläche des Werkstücks abgestimmt sein kann.In this case, the determination of the component surface can be made on the basis of an automatic identification drive of the collaborative robot. The starting movement can be designed so that shear points are avoided. The path of the robot tool can be generated by moving, scaling and / or distorting templates on the basis of taught-in support points, in particular the templates can be projected onto the surface and their curvature can be adjusted. The path of the robot tool can produce a surface movement of the robot tool, which can be matched to the determined component surface of the workpiece.
Gemäß einer Ausführungsform ist der kollaborative Roboter so konfiguriert, dass er automatisch auf Basis von Positionen von im Lernmodus erlernten Stützpunkten einen Bewegungsablauf des Roboterwerkzeugs vervollständigt. Mit anderen Worten werden zunächst im Lernmodus einzelne Stützpunkte erlernt. Diese Stützpunkte können Positionen und/oder Ausrichtungen des Roboterwerkzeugs im dreidimensionalen Raum entsprechen und/oder enthalten, also z.B. Werkzeugpositionen. Hierbei kann der kollaborative Roboter (z.B. abhängig von der jeweiligen Anwendung) zum Beispiel eine vorbestimmte Anzahl von Stützpunkten benötigen. Beispielsweise können für eine Anwendung fünf Stützpunkte ausreichend sein, für eine andere zehn usw. Insbesondere kann der kollaborative Roboter zumindest zwei Stützpunkte, zumindest vier Stützpunkte, oder zumindest zehn Stützpunkte benötigen, um den Bewegungsablauf des Roboterwerkzeugs zu vervollständigen. Die Vervollständigung des Bewegungsablaufs erfolgt automatisch aufgrund vordefinierter Bewegungsabläufe. Zum Beispiel kann die Arbeitsbewegung durch geradlinige Verbindung der Stützpunkte ergänzt werden, oder eine kreisförmige, elliptische, o. Ä. Ergänzung der einzelnen Stützpunkte. Insbesondere kann die Arbeitsbewegung auch in einer dreidimensionalen Form ergänzt werden, zum Beispiel entlang der Form einer Kugeloberfläche o. Ä. Die Stützpunkte können hierbei nicht nur verbunden werden, sondern es können vordefinierte, z.B. komplexe Bewegungsmuster (auch genannt Templates) appliziert und auf Basis der Stützpunkte auf der Bauteiloberfläche verschoben, skaliert und/oder entsprechend der Oberflächenkrümmung verzerrt werden.According to one embodiment, the collaborative robot is configured to automatically complete a motion sequence of the robotic tool based on positions of vertices learned in the learning mode. In other words, individual bases are first learned in the learning mode. These vertices can have positions and / or align and / or align the robot tool in three-dimensional space, eg, tool positions. Here, the collaborative robot (eg, depending on the particular application), for example, need a predetermined number of bases. For example, for one application, five vertices may be sufficient, for another ten, etc. In particular, the collaborative robot may require at least two vertices, at least four vertices, or at least ten vertices to complete the motion of the robotic tool. The completion of the movement sequence is carried out automatically due to predefined movement sequences. For example, the working movement can be supplemented by straight-line connection of the support points, or a circular, elliptical, or the like. Supplement of the individual bases. In particular, the working movement can also be supplemented in a three-dimensional form, for example along the shape of a spherical surface or the like. In this case, the support points can not only be connected, but predefined, eg complex movement patterns (also called templates) can be applied and moved on the basis of the support points on the component surface, scaled and / or distorted according to the surface curvature.
Gemäß einer Ausführungsform weist der kollaborative Roboter einen Kraft-Momenten-Sensor zur Bestimmung zumindest einer Prozesskraft im Lernmodus auf. Der Kraft-Momenten-Sensor kann zum Beispiel an einem Flansch des Roboters angeordnet sein, insbesondere unmittelbar benachbart zum Roboterwerkzeug. Der Kraft-Momenten-Sensor kann als eine Kraftmessdose ausgebildet sein.Hierbei kann zum Beispiel eine Andruckkraft des Roboterwerkzeugs auf das Werkstück als Prozesskraft ermittelt werden. Die von dem Kraft-Momenten-Sensor gemessene Prozesskraft wird abgespeichert und kann als Bestandteil der Arbeitsbewegung abgespeichert und/oder verwendet werden. Im Arbeitsmodus wird der kollaborative Roboter dann genau die von dem Kraft-Momenten-Sensor gemessene Prozesskraft verwenden, um das Werkstück zu bearbeiten. Die Prozesskraft kann somit insbesondere eine Andruckkraft des Roboterwerkzeugs auf das Werkstück betreffen. Der Kraft-Momenten-Sensor wird zunächst einmal zur Kraftaufzeichnung verwendet. Dadurch wird der Arbeitsprozess und/oder die Arbeitsbewegung realistischer erlernt und abgebildet, da nicht nur die Bewegung selbst sondern auch mit der Bewegung assoziierte Prozesskräfte berücksichtigt werden.According to one embodiment, the collaborative robot has a force / torque sensor for determining at least one process force in the learning mode. The force-moment sensor may, for example, be arranged on a flange of the robot, in particular immediately adjacent to the robot tool. The force-moment sensor may be designed as a load cell. Hereinbei, for example, a pressing force of the robot tool can be determined on the workpiece as a process force. The process force measured by the force-moment sensor is stored and can be stored and / or used as part of the working movement. In working mode, the collaborative robot will then use exactly the process force measured by the force-moment sensor to machine the workpiece. The process force can thus relate in particular to a pressing force of the robot tool on the workpiece. The force-moment sensor is first used once for force recording. As a result, the work process and / or the work movement is learned and depicted more realistically, since not only the movement itself but also process forces associated with the movement are taken into account.
Alternativ kann der Kraft-Momenten-Sensor auch dazu verwendet werden, die Handführung des Roboters zu verbessern. Durch die Verwendung des Kraft-Momenten-Sensors kann das Erlernen der Arbeitsbewegung verbessert und/oder detaillierter werden.Alternatively, the force-torque sensor can also be used to improve the hand guidance of the robot. By using the force-moment sensor, the learning of the working movement can be improved and / or detailed.
Durch den Kraft-Momenten-Sensor, zum Beispiel am Flansch, werden die Prozesskräfte erfasst und in Korrelation zu der Arbeitsbewegung des kollaborativen Roboters aufgezeichnet, erlernt und/oder abgespeichert. Zusätzlich kann eine Gewichts- und/oder Trägheitskraftkompensation des am Roboter befestigten Roboterwerkzeugs erfolgen.The force-moment sensor, for example on the flange, detects the process forces and records, learns and / or stores them in correlation to the working movement of the collaborative robot. In addition, a weight and / or inertial force compensation of the robot tool attached to the robot can take place.
Gemäß einer Ausführungsform ist der kollaborative Roboter auf einem Rollwagen angeordnet. Hierbei kann der Roboter durch Bewegen des Rollwagens in eine gewünschte Arbeitsposition gefahren werden. Der Roboter kann dabei insbesondere auf einer Oberfläche des Rollwagens befestigt sein, um von dort aus die Arbeitsbewegung zu erlernen und durchzuführen. Der Rollwagen kann mit einer Feststellbremse versehen sein, um so während des Arbeitens ein Verrollen des Wagens zu reduzieren. Der Rollwagen kann durch eine Bedienperson frei verschoben werden. Die Bedienperson kann den Roboter flexibel zu einem zu bearbeitenden Großbauteil oder zu einem zu bearbeitenden Kleinbauteil verschieben, das zum Beispiel auf einer Werkbank angeordnet ist. Eine Arretierung des Rollwagens erfolgt bevorzugt magnetisch, um den Rollwagen besonders effizient zu fixieren. Alternativ kann eine mechanische Fixierung vorgesehen sein.According to one embodiment, the collaborative robot is arranged on a trolley. In this case, the robot can be moved by moving the trolley in a desired working position. The robot can in particular be mounted on a surface of the trolley to learn from there from the work movement and perform. The trolley may be provided with a parking brake so as to reduce rolling of the trolley while working. The trolley can be moved freely by an operator. The operator can move the robot flexibly to a large component to be machined or to a small component to be machined, which is arranged for example on a workbench. A locking of the trolley is preferably carried out magnetically to fix the trolley particularly efficient. Alternatively, a mechanical fixation may be provided.
In einer alternativen Ausführungsform ist der kollaborative Roboter auf einer Magnetarretierung angeordnet. Die Magnetarretierung kann als Bestandteil des kollaborativen Roboters ausgebildet sein. Die Magnetarretierung kann an einem Gestell realisiert sein, welches zum Beispiel mit Hilfe eines Krans bewegt werden kann. Die Magnetarretierung ermöglicht eine Arretierung des kollaborativen Roboters an allen magnetischen und/oder ausreichend stabilen Elementen in horizontaler, vertikaler und/oder gemischter Ausrichtung. Hierbei kann der Roboter zum Beispiel an Drittgestellen oder Gerüsten arretiert werden. Insbesondere kann der kollaborative Roboter auch an dem zu bearbeitenden Werkstück selbst arretiert werden, wenn dieser eine bestimmte Größe aufweist. Die Magnetarretierung kann auch teilweise an einem Gestell und zugleich teilweise am Werkstück erfolgen. Dies ermöglicht eine hochflexible Positionierung des kollaborativen Roboters. Die Positioniermöglichkeiten im Vergleich zu etablierten Systemen werden erweitert. Dadurch können Oberflächen von Großbauteilen leichter erreicht werden, aber auch Wände und/oder Fassaden. Zudem ist die Verwendung einer Magnetarretierung derart ausgebildet, dass sich der technische Aufwand der Positionierung im Vergleich zu etablierten Lösungen reduzieren lässt. Insbesondere lässt sich auch das zu bearbeitende Werkstück als Roboterbasis verwenden.In an alternative embodiment, the collaborative robot is disposed on a magnetic lock. The Magnetarretierung may be formed as part of the collaborative robot. The Magnetarretierung can be realized on a frame which can be moved, for example by means of a crane. Magnetic locking allows the collaborative robot to be locked to all magnetic and / or sufficiently stable elements in horizontal, vertical and / or mixed alignment. In this case, the robot can be locked, for example, to third-party racks or scaffolding. In particular, the collaborative robot can also be locked to the workpiece to be machined itself, if this has a certain size. The Magnetarretierung can also be done partially on a frame and at the same time partially on the workpiece. This allows a highly flexible positioning of the collaborative robot. The positioning possibilities compared to established systems are extended. As a result, surfaces of large components can be achieved more easily, but also walls and / or facades. In addition, the use of a Magnetarretierung is designed such that the technical complexity of positioning can be reduced compared to established solutions. In particular, the workpiece to be machined can also be used as a robot base.
Gemäß einer Ausführungsform weist der kollaborative Roboter zumindest einen optischen Sensor auf zum Erfassen einer Oberflächenrauigkeit des Werkstücks im Arbeitsmodus. Insbesondere bei Polierprozessen kann, wenn vom optischen Sensor eine gewünschte Zieloberflächenrauigkeit ermittelt wird, die Arbeitsbewegung und/oder der Arbeitsmodus beendet werden, da dann das Werkstück und/oder dessen (Teil-)Oberfläche hinreichend bearbeitet sein kann. Alternativ kann auch lediglich ein Teil der Arbeitsbewegung beendet werden und zum Beispiel ein Polieren an einem anderen Teil des Werkstücks weitergeführt werden. Der optische Sensor ist dabei so am kollaborativen Roboter angeordnet, dass er die Prozessoberfläche optisch aufnehmen und/oder überprüfen kann. Dadurch kann zum Beispiel ein sinnloses Weiterpolieren einer Werkstückoberfläche vermieden werden, da ein Weiterpolieren das Werkstück in manchen Fällen sogar schädigen kann, d.h. es kann auch eine Mindestrauhigkeit des Werkstücks eingehalten werden. Zudem kann ein manuelles Überprüfen durch eine Bedienperson überflüssig werden. Ein optischer Sensor kann zudem auch dazu konfiguriert sein, weitere Daten zur Bearbeitung bereitzustellen, z.B. für eine Distanzmessung, zur Detektion der Bauteiloberfläche, etc. Der optische Sensor kann zur Lokalisation des Werkstücks und/oder von Teilbereichen des Werkstücks ausgebildet sein. Der optische Sensor kann zur Aufzeichnung von Bildern und/oder Videos vom Arbeitsbereich des Roboterwerkzeugs ausgebildet sein. According to one embodiment, the collaborative robot has at least one optical sensor for detecting a surface roughness of the workpiece in the working mode. In particular, in polishing processes, when a desired target surface roughness is determined by the optical sensor, the working movement and / or the working mode can be terminated, since then the workpiece and / or its (partial) surface can be sufficiently processed. Alternatively, only a part of the working movement can be ended and, for example, a polishing can be continued on another part of the workpiece. The optical sensor is arranged on the collaborative robot in such a way that it can visually record and / or check the process surface. As a result, for example, a meaningless further polishing of a workpiece surface can be avoided since further polishing can in some cases even damage the workpiece, ie a minimum roughness of the workpiece can also be maintained. In addition, a manual check by an operator can be superfluous. In addition, an optical sensor can also be configured to provide further data for processing, eg for a distance measurement, for detecting the component surface, etc. The optical sensor can be designed for the localization of the workpiece and / or of subregions of the workpiece. The optical sensor can be designed to record images and / or videos from the working area of the robot tool.
Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines kollaborativen Roboters zum Bearbeiten eines Werkstücks mit den Schritten:
- - Bereitstellen eines Roboterwerkzeugs für einen kollaborativen Roboter, welches zum Bearbeiten des Werkstücks ausgebildet ist;
- - Anwählen eines Lernmodus des kollaborativen Roboters, in welchem dem kollaborativen Roboter eine Arbeitsbewegung des Roboterwerkzeugs zum Bearbeiten des Werkstücks gelehrt wird;
- - Anwählen eines Arbeitsmodus des kollaborativen Roboters, in welchem der kollaborative Roboter die im Lernmodus erlernte Arbeitsbewegung durchführt.
- Providing a robot tool for a collaborative robot, which is designed to process the workpiece;
- Selecting a learning mode of the collaborative robot in which the collaborative robot is taught a working movement of the robot tool for machining the workpiece;
- - Selecting a working mode of the collaborative robot, in which the collaborative robot performs the learned in learning mode work movement.
Dabei wird dem kollaborativen Roboter im Lernmodus die Arbeitsbewegung des Roboterwerkzeugs an dem zu bearbeitenden Werkstück gelehrt.In the learning mode, the collaborative robot is taught the working movement of the robot tool on the workpiece to be machined.
Das Verfahren kann insbesondere mit dem voranstehend beschriebenen kollaborativen Roboter ausgeführt werden. Deswegen betreffen alle Ausführungen zu dem kollaborativen Roboter auch das Verfahren und umgekehrt. Beim Anwählen des Lernmodus wird der kollaborative Roboter in den Lernmodus überführt. Beim Anwählen des Arbeitsmodus wird der kollaborative Roboter in den Arbeitsmodus überführt. Das Verfahren wird unmittelbar an dem zu bearbeitenden Werkstück durchgeführt, also insbesondere unter Berührkontakt des Roboterwerkzeugs mit dem überarbeiteten Werkstück.The method can be carried out in particular with the above-described collaborative robot. Therefore, all comments on the collaborative robot also affect the method and vice versa. When selecting the learning mode, the collaborative robot is transferred to the learning mode. When selecting the working mode, the collaborative robot is put into working mode. The method is performed directly on the workpiece to be machined, so in particular under touching contact of the robot tool with the revised workpiece.
In einer Ausführungsform des Verfahrens bewegt eine Bedienperson den kollaborativen Roboter im Lernmodus mittels Handführung entlang der Arbeitsbewegung. Hierbei kann die Bedienperson den kollaborativen Roboter insbesondere mit ihren beiden Händen führen und/oder bewegen. Dies erhöht die Genauigkeit und Präzision der zu erlernenden Arbeitsbewegung.In one embodiment of the method, an operator moves the collaborative robot in the learning mode by means of manual guidance along the working movement. In this case, the operator can lead and / or move the collaborative robot, in particular with both his hands. This increases the accuracy and precision of the work movement to be learned.
In einer Ausführungsform wird der Lernmodus am kollaborativen Roboter in Arbeitstemperatur durchgeführt. Dies kann zum Beispiel dadurch ermöglicht werden, dass der kollaborative Roboter vor Durchführung des Lernmodus warmbewegt wird, bereits warmbewegt wurde, oder er selber eine Bewegung durchführt, bis er eine gewünschte Arbeitstemperatur erreicht. Somit sind auch im Lernmodus bereits die Bauteile, insbesondere Schmieröle etc. in der gewünschten Arbeitstemperatur des kollaborativen Roboters. Dadurch wird die Präzision der Arbeitsbewegung, insbesondere bei Wiederholung der Arbeitsbewegung, erhöht. Hierzu kann der kollaborative Roboter zum Beispiel einen Warmlaufmodus aufweisen, bzw. in diesen Warmlaufmodus überführt werden, zum Beispiel von einer Modusanwahlvorrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann der kollaborative Roboter eine Betriebstemperaturmessvorrichtung aufweisen, mit der die aktuelle und/oder durchschnittliche und/oder übliche Arbeitstemperatur des kollaborativen Roboters ermittelt werden kann. In dieser Ausführungsform wird der Roboter nur dann in den Lernmodus überführt, wenn der kollaborative Roboter die einstellbare und/oder vorbestimmbare Betriebstemperatur erreicht hat.In one embodiment, the learning mode is performed on the collaborative robot at operating temperature. This may be enabled, for example, by warming up the collaborative robot prior to performing the learning mode, by warming it up, or by performing a movement itself until it reaches a desired working temperature. Thus, even in the learning mode, the components, in particular lubricating oils etc., are already in the desired working temperature of the collaborative robot. This increases the precision of the working movement, in particular when the working movement is repeated. For this purpose, the collaborative robot can, for example, have a warm-up mode or be transferred into this warm-up mode, for example by a mode selection device. Alternatively or additionally, the collaborative robot can have an operating temperature measuring device with which the current and / or average and / or usual working temperature of the collaborative robot can be determined. In this embodiment, the robot is only transferred into the learning mode when the collaborative robot has reached the settable and / or predeterminable operating temperature.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Lernmodus höchstens eine vorbestimmte Zeitspanne vor dem Bearbeiten des Werkstücks durchgeführt. Bevorzugt wird der Lernmodus unmittelbar vor dem Arbeitsmodus, also dem Bearbeiten des Werkstücks durchgeführt. Dadurch können einerseits Stehzeiten des kollaborativen Roboters reduziert werden, andererseits kann sichergestellt werden, dass die Bearbeitung mit etwa derselben Arbeitstemperatur des kollaborativen Roboters durchgeführt wird, in welcher auch Erlernen der Arbeitsbewegung erfolgt ist. Hierdurch kann die Arbeit des kollaborativen Roboters präzisiert und/oder verbessert werden. Die vorbestimmte Zeitspanne kann zum Beispiel eine Maximaldauer von 15 Minuten betragen, bevorzugt eine Maximaldauer von 5 Minuten betragen.According to an embodiment, the learning mode is performed at most a predetermined period of time before the machining of the workpiece. Preferably, the learning mode is performed immediately before the working mode, that is, the machining of the workpiece. As a result, on the one hand downtimes of the collaborative robot can be reduced, on the other hand it can be ensured that the processing is carried out with approximately the same working temperature of the collaborative robot in which learning of the working movement has also taken place. As a result, the work of the collaborative robot can be specified and / or improved. The predetermined time period may be, for example, a maximum duration of 15 minutes, preferably a maximum duration of 5 minutes.
Gemäß einer Ausführungsform wird im Lernmodus zumindest eine Andruckkraft des Roboterwerkzeugs auf das Werkstück in eine bestimmbare Richtung zugeschaltet, insbesondere in eine beliebig bestimmbare Richtung. Die Richtung ist vorzugsweise auf das Werkstück gerichtet. Hierbei kann somit zunächst ausschließlich die Arbeitsbewegung ohne Prozesskräfte eingelernt werden, welche zum Beispiel anschließend an das Erlernen zugeschaltet werden und/oder der Arbeitsbewegung überlagert werden. Desweiteren kann ein Kontakt zwischen dem Roboterwerkzeug und dem Werkstück im Rahmen der Einlembewegung sichergestellt werden.According to one embodiment, in the learning mode, at least one pressing force of the Robot tool connected to the workpiece in a determinable direction, in particular in an arbitrarily determinable direction. The direction is preferably directed to the workpiece. In this case, therefore, only the working movement can first be taught in without process forces which, for example, are then switched on after learning and / or are superimposed on the working movement. Furthermore, a contact between the robot tool and the workpiece can be ensured in the context of Einlembewegung.
In einer Ausführungsform ermittelt der kollaborative Roboter automatisch eine Bauteiloberfläche des Werkstücks, insbesondere ermittelt er automatisch eine Ausrichtung des Roboterwerkzeugs zu der ermittelten Bauteiloberfläche, und/oder er ermittelt automatisch eine Anfahrbewegung zum Werkstück. Ein oder mehrere dieser Lernhilfen, auch Teachinghilfen genannt, können zum Beispiel softwaregesteuert zugeschaltet werden. Dadurch wird das Erlernen der Arbeitsbewegung verbessert, insbesondere wenn der kollaborative Roboter die zu der Bauteiloberfläche ermittelten Daten verwendet, um in Abhängigkeit davon die erlernte Arbeitsbewegung zu optimieren.In one embodiment, the collaborative robot automatically determines a component surface of the workpiece, in particular it automatically determines an orientation of the robot tool to the determined component surface, and / or it automatically determines a starting movement to the workpiece. One or more of these learning aids, also called teaching aids, can be switched on, for example, software-controlled. This improves the learning of the working movement, in particular when the collaborative robot uses the data determined on the component surface to optimize the learned working movement in dependence thereon.
In einer Ausführungsform vervollständigt der kollaborative Roboter automatisch auf Basis von Positionen von im Lernmodus erlernten Stützpunkten einen Bewegungsablauf des Roboterwerkzeugs. Hierbei können anhand einiger Stützpunkte eine vollständige Arbeitsbewegung erlernt und/oder durchgeführt werden.In one embodiment, the collaborative robot automatically completes a motion sequence of the robotic tool based on locations of vertices learned in the learning mode. In this case, a complete working movement can be learned and / or performed on the basis of a few support points.
Ein Aspekt betrifft die Verwendung eines kollaborativen Roboters zum Bearbeiten eines Werkstücks, wobei der kollaborative Roboter ein Roboterwerkzeug zum Bearbeiten des Werkstücks und eine Modusanwahlvorrichtung zum Überführen des kollaborativen Roboters in einen Lernmodus und in einen Arbeitsmodus aufweist. Dabei wird dem kollaborativen Roboter im Lernmodus eine Arbeitsbewegung des Roboterwerkzeugs zum Bearbeiten des Werkstücks erlernt und der kollaborative Roboter führt im Arbeitsmodus die im Lernmodus erlernte Arbeitsbewegung durch. Der kollaborative Roboter erlernt im Lernmodus die Arbeitsbewegung des Roboterwerkzeugs an dem zu bearbeitenden Werkstück.One aspect relates to the use of a collaborative robot for machining a workpiece, wherein the collaborative robot comprises a robot tool for machining the workpiece and a mode selection device for transferring the collaborative robot to a learning mode and a working mode. In the learning mode, the collaborative robot is taught a working movement of the robot tool for processing the workpiece, and the collaborative robot, in working mode, carries out the work movement learned in the learning mode. The collaborative robot learns in the learning mode, the working movement of the robot tool on the workpiece to be machined.
Die Verwendung kann insbesondere mit dem voranstehend beschriebenen kollaborativen Roboter ausgeführt werden. Deswegen betreffen alle Ausführungen zu dem kollaborativen Roboter und zu dem Verfahren auch die Verwendung und umgekehrt.The use can be carried out in particular with the above-described collaborative robot. For this reason, all statements regarding the collaborative robot and the method also relate to the use and vice versa.
Der kollaborative Roboter kann insbesondere zur Flächenbearbeitung einer Bauteiloberfläche des Werkstücks verwendet werden, z.B. zum Polieren. Hierbei erfolgt im Lernmodus das Einlernen des Roboters zur Konfiguration eines flächenorientierten Bearbeitungsprozesses. Die Flächenbearbeitung unterscheidet sich von einer reinen Linienführung des Roboterwerkzeugs entlang einer programmierten Trajektorie. Bei der Flächenbearbeitung wird nicht nur eine reine Bahntrajektorie abgefahren, sondern die Arbeitsbewegung kann eine Prozesskraft (wie z.B. eine Andruckkraft) enthalten und/oder zumindest teilweise über diese definiert sein. Weiterhin kann zunächst eine Bahnoberfläche erlernt werden, anschließend zumindest Teile der Flächenbearbeitung automatisch berechnet werden.The collaborative robot can be used in particular for surface machining of a component surface of the workpiece, e.g. for polishing. Here, in the learning mode, the teach-in of the robot to configure a surface-oriented machining process. The surface treatment differs from a pure line of the robot tool along a programmed trajectory. In surface machining, not only is a pure trajectory traced, but the working motion may include and / or be at least partially defined by a process force (such as a nudging force). Furthermore, first a web surface can be learned, then at least parts of the surface treatment are automatically calculated.
Der kollaborative Roboter kann für eine Finishing Anwendung verwendet werden, bspw. zum Polieren von Spritzgussformen und/oder Spritzgusswerkzeugen. Hierbei kann der kollaborative Roboter insbesondere zur Teilautomation der Finishing Anwendung verwendet werden.The collaborative robot can be used for a finishing application, for example for polishing injection molds and / or injection molds. In this case, the collaborative robot can be used in particular for the partial automation of the finishing application.
Im Lernmodus können Fähigkeiten und/oder Erfahrungen einer Bedienperson (wie eines Facharbeiters) auf den Roboter übertragen werden. Herkömmlich wurde die Einlemfunktion, also die Teaching by Demonstration Funktion des kollaborativen Roboters nur mit dem Ziel einer schnelleren Roboterprogrammierung verwendet, nicht aber zur Übertragung der Fähigkeiten und/oder Erfahrungen des Facharbeiters auf den Roboter. Die herkömmliche Teaching by Demonstration Funktion ist durch den Anwender aufgrund der Rezertifizierungspflicht bei Änderung der Roboterbewegung herkömmlich nicht praktikabel. Somit besteht herkömmlich nicht die Möglichkeit, dass der Anwender sein Erfahrungswissen direkt auf den Roboter überträgt, sondern höchstens über den Umweg einer Zusammenarbeit mit einem Roboterexperten. Dies bedeutet aber eine erneute Roboterprogrammierung und anschließende Erneuerung der Sicherheitsbetrachtung. Dies ist üblicherweise nicht praktikabel.In the learning mode, skills and / or experiences of an operator (such as a skilled worker) can be transferred to the robot. Traditionally, the teach-in function of the collaborative robot has only been used with the aim of faster robot programming, but not to transfer the skills and / or experience of the skilled worker to the robot. The conventional Teaching by Demonstration function is traditionally not practicable by the user due to the recertification requirement when changing the robot movement. Thus, conventionally, there is no possibility that the user transfers his knowledge of experience directly to the robot, but at most via the detour of cooperation with a robot expert. However, this means a new robot programming and subsequent renewal of the safety consideration. This is usually not practical.
Der erfindungsgemäße kollaborative Roboter kann jedoch ein Absicherungskonzept aufweisen, das unabhängig von der Roboterbewegung gültig bleibt.However, the inventive collaborative robot may have a hedging concept that remains valid regardless of the robot movement.
Hierbei kann z.B. die Arbeitsbewegung des Roboters gedrosselt sein, ein ungefährliches Roboterwerkzeug verwendet werden und/oder ein Bauteilkontakt sichergestellt werden. Hierbei wird der kollaborative Roboter gestoppt, sowie der (z.B. Sensor überwachte) Berührkontakt zwischen dem Roboterwerkzeug und der Bauteiloberfläche des Werkstücks unterbrochen wird.Here, e.g. the working movement of the robot be throttled, a non-hazardous robot tool used and / or a component contact ensured. In doing so, the collaborative robot is stopped as the touch contact (e.g., sensor monitored) between the robotic tool and the component surface of the workpiece is interrupted.
Weiterhin oder alternativ kann eine sensorbasierte Absicherung erfolgen, die in Abhängigkeit von der Nähe des Menschen zum kollaborativen Roboter Gefährdungen (insbesondere durch den Roboter und/oder das Roboterwerkzeug) auf ein sicheres Niveau reduziert bzw. ganz abstellt.Furthermore or alternatively, a sensor-based protection can take place, depending on the proximity of the human to the collaborative robot hazards (in particular by the robot and / or the robot tool) reduced to a safe level or completely off.
Weiterhin oder alternativ kann eine Verhinderung von Kontakt mit einem Menschen durch mechanische Schutzeinrichtungen erfolgen.Further or alternatively, prevention of contact with a human can be accomplished by mechanical guards.
In einer Ausführungsform werden im Lernmodus ausschließlich solche Bewegungen erlernt, in denen das Roboterwerkzeug im Kontakt mit der Bauteiloberfläche des Werkstücks steht. Dies ermöglicht eine weitgehende Vermeidung von Quetsch- und/oder Scherstellen. In Verbindung mit der reduzierten Robotergeschwindigkeit erhöht sich dabei die Sicherheit der Gesamtanlage trotz beliebiger Roboterbewegungen innerhalb des Raumbereichs der Bauteiloberfläche.In one embodiment, only such movements are learned in the learning mode, in which the robot tool is in contact with the component surface of the workpiece. This allows a considerable avoidance of crushing and / or shearing points. In conjunction with the reduced robot speed, the safety of the entire system increases despite any robot movements within the spatial area of the component surface.
In einer Ausführungsform kann eine variable und/oder flexible Zuschaltung von Prozesskräften in bestimmbare Richtungen erfolgen, zum Beispiel zur Sicherstellung eines stetigen und/oder ununterbrochenen Bauteilkontakts zwischen dem Roboterwerkzeug und dem Werkstück.In one embodiment, a variable and / or flexible connection of process forces in determinable directions, for example, to ensure a continuous and / or continuous component contact between the robot tool and the workpiece.
In einer Ausführungsform wird die Einlernfunktion des Roboters im Lernmodus zur Konfiguration einer Roboter-Mensch-Kollaboration genutzt.In one embodiment, the teach-in function of the robot in the learning mode is used to configure a robot-human collaboration.
In einer Ausführungsform erfolgt eine Herleitung einer mathematischen Repräsentation von Teiloberflächen des Werkstücks auf Basis eingelernter und/oder automatisch erfasster Oberflächenkoordinaten des Werkstücks. Dabei kann die automatische Erfassung der Oberflächenkoordinaten des Werkstücks im Rahmen einer automatisierten Identifikationsfahrt des Roboters erfolgen.In one embodiment, a derivation of a mathematical representation of partial surfaces of the workpiece takes place on the basis of taught-in and / or automatically detected surface coordinates of the workpiece. In this case, the automatic detection of the surface coordinates of the workpiece can take place within the framework of an automated identification travel of the robot.
In einer Ausführungsform erfolgt eine automatische Anpassung des Prozesses an Krümmungen der Werkstückoberfläche.In one embodiment, an automatic adaptation of the process takes place at curvatures of the workpiece surface.
In einer Ausführungsform erfolgt eine Vervollständigung von im Lernmodus erkannten Lerneingaben um automatische Abläufe.In one embodiment, a completion of learning inputs recognized in the learning mode is performed by automatic processes.
Im Rahmen dieser Erfindung können die Begriffe „im Wesentlichen“ und/oder „etwa“ so verwendet sein, dass sie eine Abweichung von bis zu 5% von einem auf den Begriff folgenden Zahlenwert beinhalten, eine Abweichung von bis zu 5° von einer auf den Begriff folgenden Richtung und/oder von einem auf den Begriff folgenden Winkel.In the context of this invention, the terms "substantially" and / or "approximately" may be used to include a deviation of up to 5% from a numerical value following the term, a deviation of up to 5 ° from one on the other Term following direction and / or from an angle following the term.
Begriffe wie oben, unten, oberhalb, unterhalb, usw. beziehen sich - sofern nicht anders spezifiziert - auf das Bezugssystem der Erde in einer Betriebsposition des Gegenstands der Erfindung.Terms such as above, below, above, below, etc., unless otherwise specified, refer to the reference system of the earth in an operating position of the subject invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Hierbei können gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Merkmale der Ausführungsformen kennzeichnen. Einzelne in den Figuren gezeigte Merkmale können in anderen Ausführungsbeispielen implementiert sein. Es zeigen:
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1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines kollaborativen Roboters mit einem Rollwagen; -
2 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines kollaborativen Roboters in einem Lernmodus; -
3 in einer schematischen Darstellung den in2 gezeigten kollaborativen Roboter in einem Arbeitsmodus; -
4 in einer schematischen Darstellung den inden 2 und3 gezeigten kollaborativen Roboter in einem Kontrollmodus; -
5 in einem 3D-Diagramm ein Ausführungsbeispiel einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche; -
6A in einem 3D-Diagramm eine Prozessebene, welche der Roboter als eine Hilfsebene zur Bahnplanung verwendet; -
6B in einem 2D-Diagramm, wie eine Robotersteuerung einen einhüllenden Polygonzug ermittelt; -
7A in einem 2D-Diagramm ein erstes Ausführungsbeispiel einer abzufahrenden Arbeitsbahn in der Prozessebene; -
7B in einem 2D-Diagramm ein zweites Ausführungsbeispiel einer abzufahrenden Arbeitsbahn in der Prozessebene; -
8A in einem 3D-Diagramm ein Prozessrechteck mit Arbeitspunkten, an denen eine Roboterorientierung zu ermitteln ist; -
8B in einem 2D-Diagramm das Prozessrechteck transformiert in die Prozessebene mit den Arbeitspunkten, an denen eine Roboterorientierung zu ermitteln ist; -
9A in einem 2D-Diagramm ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur flächenbasierten Interpolation von Roboterorientierungen; -
9B in einem 2D-Diagramm ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur flächenbasierten Interpolation von Roboterorientierungen; -
10 in einem 3D-Diagramm ein Ausführungsbeispiel einer expliziten Projektion der Arbeitsbahn; -
11 in einem 3D-Diagramm einen ersten Verfahrensschritt zur Erstellung eines Oberflächenmodells; -
12 in einem 3D-Diagramm einen zweiten Verfahrensschritt zur Erstellung eines Oberflächenmodells; -
13 in zwei 3D-Diagrammen einen dritten Verfahrensschritt zur Erstellung eines Oberflächenmodells; und -
14 in zwei 3D-Diagrammen aus unterschiedlichen Richtungen einen Vergleich zwischen einem aus Tangentialebenen ermittelten Oberflächenmodell und einer tatsächlichen Werkstückoberfläche.
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1 in a schematic representation of an embodiment of a collaborative robot with a trolley; -
2 a schematic representation of an embodiment of a collaborative robot in a learning mode; -
3 in a schematic representation of the in2 shown collaborative robot in a working mode; -
4 in a schematic representation of the in the2 and3 shown collaborative robot in a control mode; -
5 in a 3D diagram an embodiment of a workpiece surface to be machined; -
6A in a 3D diagram, a process level which the robot uses as an auxiliary plane for path planning; -
6B in a 2D diagram, how a robot controller detects an enveloping traverse; -
7A in a 2D diagram, a first embodiment of a work path to be traversed in the process level; -
7B in a 2D diagram, a second embodiment of a work path to be traversed in the process level; -
8A in a 3D diagram, a process rectangle with operating points at which a robot orientation is to be determined; -
8B in a 2D diagram, the process rectangle transformed into the process level with the operating points at which a robot orientation is to be determined; -
9A in a 2D diagram, a first embodiment of a method for area-based interpolation of robot orientations; -
9B in a 2D diagram, a second embodiment of a method for area-based interpolation of robot orientations; -
10 an embodiment of an explicit projection of the working path in a 3D diagram; -
11 in a 3D diagram, a first process step for creating a surface model; -
12 in a 3D diagram, a second process step for creating a surface model; -
13 in two 3D diagrams, a third process step for creating a surface model; and -
14 in two 3D diagrams from different directions, a comparison between a surface model determined from tangent planes and an actual workpiece surface.
Am Flanschende
Auf dem Rollwagen
Die (Anlagen-)Steuerung und/oder das Bedienelement
Weiterhin kann entweder die (Anlagen-)Steuerung und/oder das Bedienelement
Der Rollwagen
Im Arbeitsmodus führt der kollaborative Roboter
Die Bedienperson, zum Beispiel ein Facharbeiter, kann sich während des automatischen Arbeitsvorgangs, zum Beispiel während des Poliervorgangs, also während der kollaborative Roboter
Dabei kann die Geschwindigkeit des kollaborativen Roboters
Der kollaborative Roboter eignet sich insbesondere für die Bearbeitung eines Spritzgusswerkzeugs, welches poliert werden muss. Die dazu benötigte Spritzgussform erfordert sehr hohe Oberflächengüten, welche herkömmlich durch manuelles Polieren auf teilweise relativ großen Flächen erreicht werden können. Hierbei benötigt ein Facharbeiter eine hohe Qualifikation zur Durchführung der Polierarbeiten. Die Polierarbeit erfordert einen hohen Zeitaufwand des Facharbeiters, wobei die Polierbewegung häufig wiederholt werden muss, bis die gewünschte Oberflächenqualität erreicht ist. Die Gesamtpolierzeit für eine Spritzgussform kann unter Umständen mehrere Tage betragen. Eine Automation des Poliervorgangs erfordert eine komplexe Prozessführung, die die hohe Qualität und Erfahrung des Facharbeiters reflektiert und/oder beinhaltet. Weiterhin kann jede Spritzgussform ein Unikat sein, insbesondere bei „Losgröße 1“. Diese Anforderung kann der kollaborative Roboter
Eine Bedienperson
Im Lernmodus kann die Bedienperson das Roboterwerkzeug
Der kollaborative Roboter
Weiterhin kann zumindest einer der folgenden zwei Sensoren vorgesehen sein:
- (1) Ein Lokalisierungssenor zur Lokalisation des Werkstücks, durch welchen trotz möglicherweise (z.B. leicht) geänderter Positionierung des Rollwagens und/oder des Werkstücks eine abgespeicherte Prozessbewegung automatisiert appliziert werden kann.
- (2) Ein Überwachungssensor, welcher z.B. als eine Kamera ausgebildet sein kann, zum Übertragen eines Videos des Bearbeitungsprozesses an eine mobile Bedienerschnittstelle wie z.B. ein Smart Phone. Dadurch kann eine Bedienperson den Prozessfortschritt aus größerer Entfernung überwachen. Der Überwachungssensor kann am Roboterflansch und/oder am Rollwagen befestigt und/oder frei positionierbar ausgebildet sein.
- (1) A localization sensor for locating the workpiece by which a stored process movement can be automatically applied despite possibly (eg slightly) changed positioning of the trolley and / or the workpiece.
- (2) A monitoring sensor, which may be formed, for example, as a camera for transmitting a video of the processing process to a mobile user interface such as a smart phone. This allows an operator to monitor the progress of the process from a greater distance. The monitoring sensor can be attached to the robot flange and / or on the trolley and / or be designed to be freely positionable.
Desweiteren kann als Austauschwerkzeug auch ein Zeigestab verwendet werden. Dieser ermöglicht es, die Prozessbewegung einzulernen und insbesondere automatische Identifikationsfahrten durchzuführen, ohne die Werkstückoberfläche zu beschädigen. Alternativ kann der Zeigestab auch fest am Prozesswerkzeug verankert sein.Furthermore, as a replacement tool and a pointer can be used. This makes it possible to teach in the process movement and in particular to carry out automatic identification runs without damaging the workpiece surface. Alternatively, the pointer can also be firmly anchored to the process tool.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Sensor, also hier der optische Sensor, auch nicht als Austauschwerkzeug ausgebildet sein, sondern als fest montiertes Bauteil, wobei er zusätzlich zu dem eigentlichen Bearbeitungswerkzeug
In den gezeigten Ausführungsformen kann das Einlernen am realen Bauteil, also am Werkstück
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Einlernen mittels Offline-Programmierung entfallen Fehlerquellen wie zum Beispiel CAD-Modellfehler, Fehler durch unterschiedliche Roboterbetriebszustände, Sensorfehler bei sensorgestütztem Erlernen, Kalibrierungsfehler, etc. Durch das Erlernen am zu bearbeitenden Werkstück wird somit ein genaueres Arbeiten ermöglicht, da Fehlerquellen reduziert werden. Somit kann in der Wiederholgenauigkeit des kollaborativen Roboters eingelernt werden.In contrast to a conventional teach-in using offline programming eliminates sources of error such as CAD model errors, errors due to different robot operating conditions, sensor errors in sensor-based learning, calibration errors, etc. By learning the workpiece to be machined thus allowing a more accurate work, as sources of error reduced become. Thus, the repeat accuracy of the collaborative robot can be taught.
Weiterhin ermöglichen die kollaborativen Roboter
Die Anlagensteuerung des kollaborativen Roboters
Eine erste Lernhilfe ermöglicht eine variable und/oder flexible Steifschaltung von Bewegungsfreiheitsgraden des kollaborativen Roboters
Der Bewegungskorridor kann zum Beispiel in jeder Raumrichtung maximal 10 cm von einer vorläufig geschätzten Arbeitsbewegung beabstandet sein, bevorzugt maximal 5 cm, besonders bevorzugt maximal 1 cm. Der Bewegungskorridor kann für die einzelnen Raumrichtungen und/oder Stützpunkte unterschiedlich groß festgelegt werden.The movement corridor can, for example, be at most 10 cm away from a provisionally estimated working movement in each spatial direction, preferably at most 5 cm, particularly preferably at most 1 cm. The movement corridor can be determined to be different in size for the individual spatial directions and / or support points.
Eine zweite Lernhilfe ermöglicht eine variable und/oder flexible Zuschaltung von Prozesskräften in bestimmbare Richtungen, zum Beispiel zur Sicherstellung eines stetigen und/oder ununterbrochenen Bauteilkontakts des Roboterwerkzeugs
Eine dritte Lernhilfe kann eine automatische Variation einer Nullraumlage des kollaborativen Roboters
Eine vierte Lernhilfe ermöglicht eine Plausibilitätsprüfung und/oder Korrektur der eingelernten Arbeitsbewegung. Hierbei werden unplausible Konturkomponenten der Arbeitsbewegung auf Basis von Modellannahmen der Arbeitsbewegung entfernt. Dies kann zum Beispiel ein unnötiges Zucken oder ein Durchfahren eines Arbeitsraumes ohne Bauteilkontakt am Werkstück betreffen. Weiterhin kann dabei die Ausrichtung des Roboterarms
Eine fünfte Lernhilfe ermöglicht eine (z. B. automatische) Erzeugung einer Splinebahn der Arbeitsbewegung aus einer Wolke von Stützpunkten. Hierbei kann die Splinebahn eine Glättung und/oder Zitterkompensation der Arbeitsbewegung beinhalten.A fifth learning aid allows for (eg automatic) generation of a spline trajectory of work movement from a cloud of vertices. Here, the spline can include a smoothing and / or jitter compensation of the working movement.
Eine sechste Lernhilfe ermöglicht eine (z. B. automatische) Ermittlung einer Ausrichtung der zu bearbeitenden Bauteiloberfläche des Werkstücks
Die Bauteiloberfläche kann zum Beispiel durch Ermittlung eines Orthogonalvektors auf die Bauteiloberfläche ermittelt werden. Der Orthogonalvektor kann z.B. aus einer mathematischen Repräsentation der Bauteiloberfläche oder eines Teilstücks davon abgeleitet werden. Eine solche mathematische Repräsentation kann zum Beispiel durch eine automatische Messfahrt des kollaborativen Roboters
Eine siebte Lernhilfe ermöglicht eine Vervollständigung von im Lernmodus erkannten Lerneingaben um automatische Abläufe. Hierbei können auf Basis einiger vorgegebener Stützpunkte in Verbindung mit in der (Anlagen-)Steuerung vordefinierten Bewegungs-Templates Bahnen definiert werden, zum Beispiel Geraden und/oder Ellipsen sowie Flächen, zum Beispiel eine Rechteckfläche und/oder eine Kreisfläche. Die Flächen können durch vordefinierte Bewegungsmuster ausgefüllt werden, bspw. parametrierbare Dreiecks-, Sägezahn-, oder Spiralbahnen. Die Bewegungsmuster können dabei so festgelegt sein, dass sich eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Bahnpunkte über die Gesamtfläche ergibt. Weiterhin kann eine Verschiebung, Skalierung und/oder Verzerrung der vordefinierten Bewegungs-Templates auf Basis eingelernter Stützpunkte erfolgen. So kann eine Kreisbewegung in eine Ellipsenbewegung verzerrt werden. Weiterhin kann eine Krümmung eines zweidimensionalen Bewegungs-Templates erfolgen und/oder vorgesehen sein. Die Verzerrung kann insbesondere eine automatische Projektion von vordefinierten Bewegungs-Templates auf gekrümmte Bauteiloberflächen des Werkstücks
Die siebte Lernhilfe ermöglicht ein schnelleres Einlernen komplexer Bahnen, ein CADfreies Erlernen der Arbeitsbewegung und/oder eine Effizienzsteigerung des Einlernens.The seventh learning aid allows a faster learning of complex webs, a CAD-free learning of the work movement and / or an increase in the efficiency of learning.
Eine, mehrere oder sämtliche der Lernhilfen können als Software und/oder als Teil der (Anlagen-)Steuerung implementiert sein und/oder Software-gestützt durchgeführt werden.One, several or all of the learning aids can be implemented as software and / or as part of the (plant) control and / or software-supported.
Die Lernhilfen kombinieren ein „Teaching by demonstration“, also ein Erlernen der Arbeitsbewegung mittels Handführung, mit automatisierten Assistenzfunktionen, z. B. während des Einlemens und/oder nach dem Einlernen der Arbeitsbewegung. Weiterhin wird dadurch ein teilweises Einlernen der Arbeitsbewegung ermöglicht, zum Beispiel ein Anlernen einiger Stützpunkte und/oder Stützbahnen, wobei der Rest der Arbeitsbewegung automatisch ergänzt werden kann. Weiterhin kann eine Arbeitsbewegung an die konkrete Bauteilkontur im Rahmen des MRK und/oder Anlemens angepasst werden. Das Abschalten von Freiheitsgraden kann zum Beispiel ein Lernen von zweidimensionalen Arbeitsbewegungen vereinfachen. Durch die Kombination des Erlernens der Arbeitsbewegung per Handführung mit einer softwaregestützten Bahnplanung durch eine oder mehrere der Lernhilfen wird eine Erhöhung der Sicherheit der Anwendung ermöglicht.The learning aids combine a "Teaching by demonstration", ie learning the work movement by hand guidance, with automated assistance functions, eg. B. during Einlemens and / or after learning the working movement. Furthermore, a partial learning of the working movement is made possible, for example, a learning of some bases and / or support tracks, the rest of the working movement can be supplemented automatically. Furthermore, a working movement can be adapted to the concrete component contour in the context of the MRK and / or Anlemens. Disabling degrees of freedom, for example, can facilitate learning of two-dimensional work motions. By combining the learning of the working movement by hand guidance with a software-based path planning by one or more of the learning aids, an increase in the security of the application is made possible.
Gemäß einer Ausführungsform wird der kollaborative Roboter
- - Der Prozess kann anders geregelt werden, z. B. kann eine Poliergeschwindigkeit und/oder eine Andruckkraft verändert werden.
- - Weiterhin kann der Prozess aufgrund der Daten optimiert werden, z.B. die Arbeitsbewegung auf einen Bereich der Bauteiloberfläche mit relativ hoher Oberflächenrauigkeit konzentriert werden.
- - Der Prozess kann beendet werden, z. B. bei Erreichen einer Zielgenauigkeit des Polierens. Hierbei kann z. B. der Arbeitsmodus beendet werden.
- - Eine Dokumentation des Arbeitsprozesses kann erstellt werden. Hierbei kann zum Beispiel festgehalten werden, welcher Rauigkeitsgrad nach wieviel Polierbewegungen erreicht wird.
- - The process can be regulated differently, eg. For example, a polishing speed and / or a pressing force can be changed.
- Furthermore, the process can be optimized on the basis of the data, for example the work movement can be concentrated on a region of the component surface with a relatively high surface roughness.
- - The process can be terminated, eg. B. upon reaching a target accuracy of polishing. This z. B. the working mode are terminated.
- - A documentation of the work process can be created. It can be noted, for example, which degree of roughness is reached after how many polishing movements.
Insgesamt kann unnötige Polierarbeit reduziert und/oder eliminiert werden. Weiterhin können objektive und reproduzierbare Polierergebnisse erzielt werden, da der Prozess unabhängig von einer menschlichen Variabilität ist. Ein weiterer Vorteil ist eine mögliche automatische Dokumentation der Polierergebnisse und/oder eine automatisierte Optimierung des Polierprozesses. Hierbei kann ein handgeführtes Einlernen mit einer sensorbasierten Prozessregelung kombiniert werden.Overall, unnecessary polishing work can be reduced and / or eliminated. Furthermore, objective and reproducible polishing results can be achieved because the process is independent of human variability. Another advantage is a possible automatic documentation of the polishing results and / or an automated optimization of the polishing process. Hand-held teach-in can be combined with a sensor-based process control.
Nachfolgend wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wie der kollaborative Roboter
Als Zielvorgabe soll auf der Werkstückoberfläche
- - einer vorbestimmten Geschwindigkeit,
- - einer vorbestimmten Andruckkraft und/oder
- - einer vorbestimmten Ausrichtung zur Werkstückoberfläche 400
- a predetermined speed,
- - A predetermined contact pressure and / or
- - A predetermined orientation to the workpiece surface 400th
Eine Herausforderung kann dabei darin bestehen, die Bedienperson
Dabei erfolgt das Einlernen von Bearbeitungsapplikationen für Werkstückoberflächen
Details des Einlernprozesses und/oder einer Bahnplanung des kollaborativen Roboters
Der kollaborative Roboter
Alternativ kann der Roboter
Ermittlung der Prozessebene PDetermination of the process level P
In Abhängigkeit von den eingelernten Werkzeugpositionen
Die Robotersteuerung kann die Planung der Arbeitsbahn (auch als Bahnplanung bezeichnet) für das Roboterwerkzeug
Durch Projektion der Werkzeugpositionen
In der Prozessebene
Das Prozessrechteck
Dieser Ansatz einer Projektion der eingelernten Werkzeugpositionen auf eine Prozessfläche, deren Lage und Form an die eingelernten Werkzeugpositionen angepasst wird, und innerhalb derer die Bahnplanung stattfindet, kann alternativ mittels unterschiedlicher Flächenformen erfolgen. Mit anderen Worten kann die Bahnplanung auch innerhalb einer anderen geometrischen Form als innerhalb des Prozessrechtecks
Ermittlung des einhüllenden PolygonzugsDetermination of the enveloping traverse
Alternativ kann der Polygonzug
Planung der ArbeitsbahnPlanning the work path
Ein Schnittpunkt des Polygonzugs
Die Richtung der Arbeitsbahn
Dadurch ist eine zweidimensionale Arbeitsbahn
Nachfolgend werden Möglichkeiten beschrieben, wie diese Arbeitsbahn
Dies kann z.B. entweder durch eine implizite Projektion der Arbeitsbahn
Implizite Projektion der ArbeitsbahnImplicit projection of the work path
Bei einer impliziten Projektion der Arbeitsbahn
Damit wird die reale Roboterpose von der programmierten Roboterpose (in der Arbeitsbahn
Mit anderen Worten wird der Roboter
Dabei kann eine rein translatorsiche Anpassung der Roboter-/Werkzeugpose für Bearbeitungsanwendungen oft nicht ausreichend sein. Deswegen können zusätzlich auch rotatorische Roboter- und/oder Werkzeugkoordinaten kontinuierlich angepasst werden. Dies kann so erfolgen, dass das Roboterwerkzeug
Im Rahmen dieser Erfindung werden diese Roboter- und Werkzeugkoordinaten, welche auch Roboter- und Werkzeugorientierungen enthalten, zusammengefasst unter dem Begriff Roboterorientierungen.In the context of this invention, these robot and tool coordinates, which also contain robot and tool orientations, are summarized under the term robot orientations.
Dabei kann eine Interpolation von Roboterorientierungen über Linien oder Pfaden erfolgen, z.B. um die Roboterorientierung am Startpunkt
Die so konfigurierte Robotersteuerung kann eine Interpolation von Roboterorientierungen nicht nur entlang einer Linie durchführen, sondern auch in einer Fläche. Dabei wird eine Flächeninterpolation durchgeführt. Basierend auf einer begrenzten Anzahl in der Fläche verteilter Beispielorientierungen an den Hilfspunkten
Dabei sind die eingelernten Roboterorientierungen an den Hilfspunkten
Die Bedienperson
Sofern zwischen den eingelernten und/oder ermittelten Arbeitspunkten
Somit kann auf Basis nur weniger einzulernender Beispielpunkte, nämlich der Werkzeugpositiionen
Anzahl und Verteilung der eingelernten Beispielposen kann die Bedienperson
Das Verfahren zur flächenbasierten Interpolation ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, den technologischen sowie praktischen Aufwand für den Bediener signifikant zu reduzieren. Desweitern wird dadurch ermöglicht, Abbildungsfehler von z.B. Sensor-CAD-Robotern zu reduzieren, da mit dem realen Roboterwerkzeug
Erstes Ausführungsbeispiel einer flächenbasierten Interpolation von Roboterorientierungen für eine implizite Projektion der ArbeitsbahnFirst exemplary embodiment of a surface-based interpolation of robot orientations for an implicit projection of the working path
Beispielhaft werden nachfolgend zwei mögliche Verfahren für eine flächenbasierte Interpolation von Roboterorientierungen erläutert.By way of example, two possible methods for a surface-based interpolation of robot orientations are explained below.
Bei diesem Verfahren werden die an den Polygoneckpunkten des Polygonzugs
Ein Algorithmus zur Herleitung einer interpolierten Roboterorientierung an einem Arbeitspunkt fS im Polygonzug
- 1. Es wird eine Interpolationslinie
I durch den ArbeitspunktfS gelegt, und zwar parallel zur (z.B. kleineren) Seitenkante des ProzessrechtecksR - 2. Es werden Schnittpunkte der Interpolationslinie
I mit dem PolygonzugPZ ermittelt, in als SchnittpunktefL1 undfL2 gekennzeichnet. - 3. Die Roboterorientierungen an den Schnittpunkten
fL1 undfL2 werden z.B. durch lineare Interpolation der Roboterorientierungen an den entlang des PolygonzugsPZ benachbarten, vorbekannten Hilfspunktenf ermittelt. Dies sind für den ersten SchnittpunktfL1 die Hilfspunktef1 undf2 , für den zweiten SchnittpunktfL2 die Hilfspunktef8 undf9 . - 4. Die Roboterorientierung an dem Arbeitspunkt
fS wird durch z.B. lineare Interpolation der Roboterorientierungen an den SchnittpunktenfL1 undfL2 ermittel.
- 1. It becomes an interpolation line
I through the working pointfs parallel to the (eg smaller) side edge of the process rectangleR - 2. There are intersections of the interpolation line
I with the traversePZ determined in as intersectionsf L1 andf L2 characterized. - 3. The robot orientations at the intersections
f L1 andf L2 eg by linear interpolation of the robot orientations along the traversePZ adjacent, previously known auxiliary pointsf determined. These are for the first intersectionf L1 the auxiliary pointsf1 andf2 , for the second intersectionf L2 the auxiliary pointsf8 andf9 , - 4. The robot orientation at the working point
fs is achieved by, for example, linear interpolation of the robot orientations at the intersectionsf L1 andf L2 ermittel.
Durch dieses flächenbasierte Interpolationsverfahren lässt sich die Roboterorientierung an jedem beliebigen Arbeitspunkt innerhalb des Polygonzugs
Zweites Ausführungsbeispiel einer flächenbasierten Interpolation von Roboterorientierungen für eine implizite Projektion der ArbeitsbahnSecond exemplary embodiment of a surface-based interpolation of robot orientations for an implicit projection of the working path
Auch bei diesem Verfahren werden die an Hilfspunkten
Dabei können Roboterorientierungen an beliebig verteilten Hilfspunkten
- 1. Der gesamte Bearbeitungsbereich wird in Dreiecke unterteilt, deren Eckpunkte die eingelernten Hilfspunkte
f bilden. - 2. Innerhalb jedes Dreiecks wird die im Zusammenhang mit
9A beschriebene flächenbasierte Interpolation durchgeführt.
- 1. The entire editing area is divided into triangles whose vertices are the taught-in auxiliary points
f form. - 2. Within each triangle is related to
9A area-based interpolation described.
Wobei nach dem im Zusammenhang mit
Alternativ können interpolierte Roboterorientierungen auch durch gewichtete Mittelwertbildung benachbarter Beispielorientierungen berechnet werden. Die Gewichte können sich dabei z.B. aus flächenbasierten Zugehörigkeitsfunktionen (z.B. radiale Basisfunktionen) ergeben, die um jeden Beispielpunkt zentriert werden.Alternatively, interpolated robot orientations can also be calculated by weighted averaging of adjacent example orientations. The weights may be e.g. result from area-based membership functions (e.g., radial basis functions) centered around each example point.
Auch durch dieses flächenbasierte Interpolationsverfahren lässt sich die Roboterorientierung an jedem beliebigen Arbeitspunkt innerhalb des Polygonzugs
Explizite Projektion der ArbeitsbahnExplicit projection of the work path
Bei der expliziten Projektion der Arbeitsbahn
Bei der impliziten Projektion der Arbeitsbahn liegen die Zielkoordinaten des Roboters
Somit ergeben sich im Fall der expliziten Projektion üblicherweise gekrümmte Zielbahnen des Roboters
Explizit projektionsbasierte Verfahren ermöglichen:
- 1. Eine automatische Positionierung des Roboterwerkzeugs
30 auf der Oberflächenkontur derWerkstückoberfläche 400 . - 2. Eine automatische Ausrichtung des Roboterwerkzeugs
30 in einem definierten Winkel zur Oberfläche (z.B. unter einemArbeitswinkel von 90°). - 3. Eine verbesserte Vorhersehbarkeit der Roboterbewegung, da der Abstand zwischen realer und programmierter (projizierter) Arbeitsbahn
B' durch den Abstand zwischen Oberflächenmodell und realerWerkstückoberfläche 400 bestimmt wird und größere Abweichungen zwischen Modell und Realität nicht zu erwarten sind. Im Falle der impliziten Projektion sind dagegen größere Abstände zwischen realer und programmierter ArbeitsbahnB zu erwarten. - 4. Eine Homogenisierung des Bahnverlaufs, da durch Verzerrung der projizierten Arbeitsbahn
B' eine homogenere Verteilung selbiger Bahn über diemodellierte Werkstückoberfläche 400 erzielt werden kann. - 5. Eine Homogenisierung der Bahngeschwindigkeit durch eine dynamische Einstellung der Bahngeschwindigkeit, so kann bei einer großen Bahndichte eine große Geschwindigkeit verwendet werden, während bei einer kleinen Bahndichte eine kleine Geschwindigkeit verwendet werden kann.
- 1. An automatic positioning of the
robot tool 30 on the surface contour of theworkpiece surface 400 , - 2. An automatic alignment of the
robot tool 30 at a defined angle to the surface (eg at a working angle of 90 °). - 3. Improved predictability of robot movement, as the distance between real and programmed (projected) work path
B ' by the distance between surface model andreal workpiece surface 400 is determined and larger deviations between model and reality are not to be expected. in the In contrast, the implicit projection has larger distances between the real and the programmed work pathB expected. - 4. A homogenization of the trajectory, as by distortion of the projected work path
B ' a more homogeneous distribution of the same web over the modeledworkpiece surface 400 can be achieved. - 5. Homogenizing the web speed by dynamically adjusting the web speed, a high speed can be used with a high web density, while a small speed can be used with a small web density.
Dabei kann insbesondere durch die Homogenisierungsansätze
Die Erzeugung eines Oberflächenmodells erfolgt herkömmlich auf Basis von Sensor- und/oder CAD- Daten. Dies führt zu Nachteilen wie z.B. einem hohen technischen Aufwand, multiplizierten Fehlerquellen sowie Übertragungsfehlern zwischen CAD-Daten, Sensordaten und Roboter
Deswegen kann der erfindungsgemäße Roboter
Oberflächenmodell auf Basis einer haptischen Abtastung für eine explizite Projektion der ArbeitsbahnSurface model based on haptic scanning for an explicit projection of the working path
Ein Oberflächenmodell der Werkstückoberfläche
Alternativ kann während der Prozessausführung eine haptische Abtastung erfolgen. Während der Prozessausführung gleitet der Roboter
Somit werden während der Prozessausführung haptisch Oberflächenkoordinaten akquiriert und während der Laufzeit der Bearbeitungsapplikation zur Erzeugung oder Verbesserung des Oberflächenmodells eingesetzt.Thus, during the process execution, surface coordinates are haptically acquired and used during the running time of the processing application for the generation or improvement of the surface model.
Oberflächenmodell für eine explizite Projektion der Arbeitsbahn durch EinlernenSurface model for an explicit projection of the work path by teaching
Wiederum alternativ hierzu kann ein Oberflächenmodell durch Einlernen erstellt werden. Hierbei wird die Bedienperson
In einem ersten Verfahrensschritt lernt die Bedienperson
An jeder Werkzeugposition
Dabei können die Tangentialebenen
Das Ergebnis dieses Verfahrens ist ein aus den beispielhaft ausgewählten Werkzeugpositionen
Alternativ zu diesem dritten Verfahrensschritt können die Tangentialebenen
Ein Vorteil dieser Alternative ist es, dass die Eigenschaften des Oberflächenmodells durch die Auswahl der Modellstruktur beeinflusst werden können. Beispielsweise kann durch ein Modell, das auf Splines basiert, ein stetiger Verlauf der approximierten Oberfläche erreicht werden.An advantage of this alternative is that the properties of the surface model can be influenced by the choice of the model structure. For example, a model based on splines can achieve a steady course of the approximated surface.
Wie voranstehend beschrieben, können mit Hilfe des Oberflächenmodells zum einen Posen und zum anderen die Orientierungen des Roboters an die Oberflächenkontur angepasst werden. Beide Anpassungsverfahren können unabhängig voneinander eingesetzt werden. Beispielsweise können die translatorischen Koordinaten des Roboters aus dem Oberflächenmodell und die rotatorischen Koordinaten unabhängig davon aus einer Interpolation der eingelernten Roboterorientierungen abgeleitet werden. Dadurch kann auch im Fall von Unstetigkeiten im Oberflächenmodell ein stetiger Orientierungsverlauf über die gesamte Fläche erreicht werden.As described above, with the help of the surface model on the one hand poses and on the other hand the orientations of the robot can be adapted to the surface contour. Both adaptation methods can be used independently. For example, the translatory coordinates of the robot from the surface model and the rotatory coordinates can be independently derived from an interpolation of the learned robot orientations. As a result, even in the case of discontinuities in the surface model, a continuous orientation course over the entire surface can be achieved.
Die
Der Vergleich zwischen realer Oberfläche
Das Einlernen eines Oberflächenmodells
Durch Augmented Reality kann während des Einlernprozesses das jeweils aktuelle Oberflächenmodell
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- kollaborativer Robotercollaborative robot
- 2020
- Roboterarmrobot arm
- 2121
- Flanschendeflanging
- 2222
- Standfußstand
- 2323
- Gelenkjoint
- 3030
- Roboterwerkzeugrobot tool
- 4040
- Kraft-Momenten-SensorForce-torque sensor
- 5050
- Bedienelementoperating element
- 5151
- ModusanwahlvorrichtungMode selection device
- 6060
- Rollwagen trolley
- 110110
- kollaborativer Robotercollaborative robot
- 120120
- Roboterarmrobot arm
- 121121
- Flanschendeflanging
- 122122
- Standfußstand
- 123123
- Gelenkjoint
- 130130
- Roboterwerkzeugrobot tool
- 131131
- Austauschwerkzeug exchange tool
- 200200
- Bedienperson operator
- 300300
- Werkstück workpiece
- 400400
- WerkstückoberflächeWorkpiece surface
- 400'400 '
- modellierte Werkstückoberfläche modeled workpiece surface
- BB
- Arbeitsbahnworking web
- B'B '
- projizierte Arbeitsbahnprojected work path
- Hi H i
- Hilfslinieledger line
- H1P H1 P
- erste Hauptachsefirst main axis
- H2P H2 P
- zweite Hauptachsesecond major axis
- II
- Interpolationslinieinterpolation
- MM
- MittelpunktFocus
- NN
- Normalenormal
- PP
- Prozessebeneprocess level
- PZPZ
- Polygonzugtraverse
- RR
- Prozessrechteckprocess rectangle
- SS
- Startpunktstarting point
- TT
- Tangentialebene tangent
- aa
- Arbeitspunktworking
- ff
- Hilfspunktauxiliary point
- fsfs
- Arbeitspunktworking
- fL1f L1
- Schnittpunktintersection
- fL2f L2
- Schnittpunktintersection
- xx
- Werkzeugpositiontool position
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