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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einlernen und Ausführen von zueinander koordinierten Bahnen eines ersten Robotermanipulators und eines zweiten Robotermanipulators sowie ein System zum Einlernen und Ausführen von zueinander koordinierten Bahnen eines ersten Robotermanipulators und eines zweiten Robotermanipulators.
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Insbesondere dann, wenn ein erster Robotermanipulator und ein zweiter Robotermanipulator kooperativ zusammen eine Aufgabe erledigen sollen, stellt sich die Frage nach der Koordination des ersten Robotermanipulators relativ zum zweiten Robotermanipulator. Beispielsweise wenn eine Last vom ersten Robotermanipulator und vom zweiten Robotermanipulator zusammen gehoben und transportiert werden soll, ist es entscheidend, dass der erste und der zweite Robotermanipulator koordiniert zusammenarbeiten. Auch bei anderen Aufgaben, die von einem ersten und einem zweiten Robotermanipulator koordiniert durchzuführen sind, sind deren entsprechende Bewegungsbahnen genau aufeinander abzustimmen.
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Die
DE 10 2015 116 086 A1 betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Steuerprogramms für eine Interaktion zwischen beweglichen Roboterkomponenten, wobei mit jeder Roboterkomponente zumindest eine Bewegungstrajektorie manuell durchfahren wird.
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Die
DE 10 2014 202 145 A1 betrifft ein Verfahren zum Programmieren eines Industrieroboters durch manuell geführtes Bewegen eines Manipulatorarms des Industrieroboters in wenigstens eine Pose, in der wenigstens eine in ein Roboterprogramm aufzunehmende Steuerungsgröße durch eine Steuervorrichtung des Industrieroboters erfasst und als Parameter eines zugeordneten Programmbefehls in dem Roboterprogramm gespeichert wird.
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Die
DE 10 2013 222 456 A1 betrifft ein Verfahren zum Programmieren von Bewegungsabläufen eines redundanten Industrieroboters durch manuell geführtes Verstellen der Pose eines Manipulatorarms des Industrieroboters, der mehrere aufeinander folgende Glieder aufweist, die durch verstellbare, wenigstens ein redundantes Gelenk umfassende Gelenke verbunden sind, die von wenigstens einer Robotersteuerung des Industrieroboters angesteuert verstellbar sind.
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Die
DE 10 2013 220 798 A1 betrifft ein Verfahren zum Handhaben von Objekten mittels wenigstens zweier Industrieroboter, die jeweils einen Manipulatorarm umfassen, der mehrere aufeinander folgende Glieder aufweist, die durch verstellbare Gelenke verbunden sind, die von wenigstens einer Steuervorrichtung angesteuert verstellbar sind, wobei der eine Manipulatorarm ein erstes Endglied und der wenigstens eine andere Manipulatorarm ein zweites Endglied aufweist.
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Die
DE 10 2010 052 253 A1 betrifft ein Verfahren zur computergestützten Steuerung einer Roboteranordnung mit wenigstens zwei Robotern.
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Die
DE 10 2010 029 745 A1 betrifft ein Werkstück-Handhabungssystem, aufweisend mindestens zwei zur Handhabung von Werkstücken kooperierende Manipulatoren, die mittels wenigstens einer frei programmierbaren Steuervorrichtung in drei oder mehr Achsen automatisch steuerbar und/oder programmierbar sind, wobei mindestens ein erster Manipulator in wenigstens einem seiner Freiheitsgrade zum manuell geführten Bewegen eingerichtet ist, und die Steuervorrichtung eingerichtet ist, mindestens einen zweiten Manipulator in Abhängigkeit des manuell geführten Manipulators automatisch zu steuern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, durch einen Einlernvorgang (engl. „Teaching“, auch „Teach-In“) eine Bewegungsbahn für einen ersten Robotermanipulator und eine zur ersten Bewegungsbahn koordinierte zweite Bewegungsbahn eines zweiten Robotermanipulators vorzugeben.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einlernen von zueinander koordinierten Bahnen, eines ersten Robotermanipulators und eines zweiten Robotermanipulators, aufweisend die Schritte:
- - Manuelles Führen eines ersten Referenzpunktes des ersten Robotermanipulators über eine gewünschte erste Bahn,
- - Erfassen der ersten Bahn oder Erfassen eines ersten Posensatzes für die erste Bahn und Abspeichern der ersten Bahn oder des ersten Posensatzes in einem ersten Datensatz,
- - automatisches Abfahren der ersten Bahn,
- - während des automatischen Abfahrens der ersten Bahn: Manuelles Führen eines zweiten Referenzpunktes des zweiten Robotermanipulators über eine gewünschte zweite Bahn,
- - Erfassen der zweiten Bahn oder Erfassen eines zweiten Posensatzes für die zweite Bahn und Abspeichern der zweiten Bahn oder des zweiten Posensatzes in einem zweiten Datensatz, wobei der zweite Datensatz zum ersten Datensatz so zugeordnet ist, dass jedem Ort der zweiten Bahn ein Ort der ersten Bahn zumindest näherungsweise zugeordnet ist, und
- - Synchronisiertes Abfahren der ersten Bahn durch den ersten Robotermanipulator gemäß dem ersten Datensatz und Abfahren der zweiten Bahn durch den zweiten Robotermanipulator gemäß dem zweiten Datensatz.
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Bevorzugt wird unter dem manuellen Führen ein Vorgang verstanden, bei dem der Anwender insbesondere seine Hand auf eines der Glieder eines jeweiligen Robotermanipulators legt und durch Aufbringen einer Kraft auf diesen ihn in eine gewünschte Richtung beschleunigt.
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Der erste Robotermanipulator und der zweite Robotermanipulator sind insbesondere zwei eigenständige Robotermanipulatoren, d. h. jeder der Robotermanipulatoren könnte auch eigenständig Aufgaben erledigen und wird von seiner eigenen Steuereinheit angesteuert. Alternativ bevorzugt sind der erste Robotermanipulator und der zweite Robotermanipulator auf einer gemeinsamen Plattform angeordnet und werden von einer gemeinsamen Steuereinheit angesteuert. Die Erfindung bezieht sich auf beide Alternativen.
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Unter dem Begriff des „Posensatzes“ wird vorteilhaft eine Zeitreihe von Posen des jeweiligen Robotermanipulators verstanden. Demnach wird insbesondere in jedem einzelnen Zeitschritt einer Vielzahl von Zeitschritten eine Pose des jeweiligen Robotermanipulators erfasst und abgespeichert. Eine Pose wird insbesondere durch einen Vektor von Gelenkwinkeln abgespeichert, sodass eine abgespeicherte Pose zu einem beliebigen Zeitpunkt eindeutig wiederhergestellt werden kann. Während bei der ersten Alternative eine Bahn des jeweiligen Referenzpunktes explizit erfasst wird, zum Beispiel durch ein optisches Erfassungssystem, so wird beim Erfassen eines Posensatzes insbesondere ein vollständiger Satz von Gelenkwinkeln des jeweiligen Robotermanipulators erfasst. Wird der Posensatz gemäß dem jeweiligen Datensatz abgefahren, so ergibt sich von selbst wiederum die jeweilige Bahn des jeweiligen Referenzpunktes.
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Beim Zuordnen des zweiten Datensatzes zum ersten Datensatz, sodass jedem Ort der zweiten Bahn ein Ort der ersten Bahn zumindest näherungsweise zugeordnet ist, ist es nicht notwendig, dass ein beliebiger Ort der zweiten Bahn in vollständiger mathematischer Korrektheit einem Ort auf der ersten Bahn zugeordnet ist, sondern nur näherungsweise, sodass auch die Orte zum Beispiel mittels Interpolation von Stützstellen oder anderweitigen Näherungsverfahren einander zuordenbar sind.
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Eine jeweilige Bahn eines jeweiligen Robotermanipulators beschreibt im Gegensatz zu einer Trajektorie lediglich den geometrischen Pfad des jeweiligen Referenzpunktes, ohne dabei eine Zeitinformation eines jeweiligen Ortes auf dem Pfad zu beinhalten. Dagegen beinhaltet eine Trajektorie den geometrischen Pfad der Bahn, wobei jeder Ort auch einer Zeitinformation zugeordnet ist, zu welchem Zeitpunkt der Ort zu durchfahren ist.
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Das Erfassen der ersten Bahn sowie auch das Erfassen der zweiten Bahn erfolgen bevorzugt durch Positionssensoren insbesondere an den Gelenken des jeweiligen Robotermanipulators.
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Zum manuellen Führen eines jeweiligen Referenzpunktes kann der führende Anwender beliebige Glieder des Robotermanipulators führen. Es ist hierzu nicht notwendig, dass der Anwender unmittelbar am Referenzpunkt des jeweiligen Robotermanipulators ansetzt.
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Das automatische Abfahren der ersten Bahn sowie das synchronisierte Abfahren der ersten Bahn und der zweiten Bahn erfolgen insbesondere jeweils durch eine entsprechende Ansteuerung von Aktuatoren, mit denen der jeweilige Robotermanipulator bewegbar ist.
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Beim synchronisierten Abfahren werden insbesondere der erste Datensatz und der zweite Datensatz derart miteinander koordiniert, dass zu einem jeweiligen Zeitpunkt ein Ort der ersten Bahn und ein Ort der zweiten Bahn ihre jeweilige durch den Einlernvorgang vorgegebene relative Position aufweisen.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass eine erste Bahn eines ersten Robotermanipulators und eine zweite Bahn eines zweiten Robotermanipulators in Relation zueinander sehr einfach durch einen Anwender bestimmbar sind. Insbesondere dadurch, dass der Anwender jeweils nur einen einzigen Robotermanipulator gleichzeitig manuell führen muss, und insbesondere während des automatischen Abfahrens der ersten Bahn durch den ersten Robotermanipulator diesen beobachten kann, ist ein sehr genauer ein Einlernvorgang insbesondere der zweiten Bahn des zweiten Robotermanipulators relativ zur ersten Bahn des ersten Robotermanipulators möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform speichert der erste Datensatz die erste Bahn und der zweite Datensatz die zweite Bahn jeweils mittels einer diskreten Anzahl von Bahnpunkten ab, wobei zum Zuordnen des zweiten Datensatzes zum ersten Datensatz eine Länge des zweiten Datensatzes an die Länge des ersten Datensatzes angeglichen wird, sodass der erste Datensatz und der zweite Datensatz eine gleiche Anzahl von diskreten Bahnpunkten aufweisen.
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Erst dann, wenn der erste Datensatz und der zweite Datensatz die gleiche Anzahl von diskreten Bandpunkten aufweisen, können unmittelbar die Bahnpunkte einander zugeordnet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei diskret ablaufenden Steuerprogrammen, nach denen insbesondere die Gelenkwinkel in diskretisierten Zeitschritten geregelt werden. Die Angleichung der jeweiligen Längen des jeweiligen Datensatzes, was der Angleichung der Anzahl der jeweiligen diskreten Bahnpunkten je Datensatz entspricht, erfolgt bevorzugt durch Weglassen einer bestimmten Zahl von diskreten Standpunkten in dem zunächst längeren Datensatz, oder auch durch Interpolation und Erzeugung von ursprünglich nicht vorhandenen diskreten Bahnpunkten in dem zunächst kürzeren Datensatz.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform speichern der erste Datensatz die erste Bahn und der zweite Datensatz die zweite Bahn jeweils vektorisiert ab.
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In diesem Zusammenhang heißt vektorisiert, dass die erste Bahn und die zweite Bahn in Form eines analytischen Ausdrucks vorliegen, bevorzugt durch eine Polynomfunktion, Bezier-Kurve, oder einer anderen algebraischen Funktion, die innerhalb ihrer Ordnung parametriert werden kann. Vorteilhaft ist hierdurch die erste Bahn und/oder die zweite Bahn jeweils sehr speichereffizient abgelegt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Referenzpunkt und/oder der zweite Referenzpunkt jeweils ein vorgegebener Punkt an einem jeweiligen Endeffektor des jeweiligen Robotermanipulators. Der jeweilige Endeffektor des jeweiligen Robotermanipulators ist insbesondere am jeweiligen distalen Glied des jeweiligen Robotermanipulators angeordnet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der erste Robotermanipulator während des manuellen Führens des ersten Robotermanipulators schwerkraftkompensiert angesteuert und/oder der zweite Robotermanipulator wird während des manuellen Führens des zweiten Robotermanipulators schwerkraftkompensiert angesteuert.
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Bei einer schwerkraftkompensierten Ansteuerung werden insbesondere die Aktuatoren eines jeweiligen Robotermanipulators derart angesteuert, dass die Schwerkraft keinerlei Beschleunigung des jeweiligen Robotermanipulators nach sich zieht. Abgesehen von dieser Ansteuerung der Aktuatoren ist dabei bevorzugt der jeweilige Robotermanipulator durch manuelles Führen beliebig bewegbar. Vorteilhaft erleichtert dies das manuelle Führen des jeweiligen Robotermanipulators durch einen Anwender.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der erste Robotermanipulator und/oder der zweite Robotermanipulator jeweils durch Gelenke mit zumindest teilweise zueinander redundanten Freiheitsgraden miteinander verbundene Glieder auf, sodass zumindest eine Teilmenge der Glieder des ersten Robotermanipulators und/oder des zweiten Robotermanipulators jeweils in einem Nullraum bewegbar sind, wobei der erste Datensatz und/oder der zweite Datensatz zusätzlich zu der jeweiligen Bahn des jeweiligen Referenzpunktes Informationen über eine jeweilige Pose des jeweiligen Robotermanipulators in seinem Nullraum aufweist.
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Die Pose eines jeweiligen Robotermanipulators beschreibt generell sowohl eine Orientierung als auch eine Position der Gesamtheit der Glieder eines jeweiligen Robotermanipulators oder eines Endeffektors eines jeweiligen Robotermanipulators. Indem eine Teilmenge der Gelenke zueinander redundante Freiheitsgrade aufweist, sind insbesondere einige der Glieder des jeweiligen Robotermanipulators im Raum bewegbar, ohne dass sich dabei die Position und/oder die Orientierung des Endeffektors am distalen Ende des jeweiligen Robotermanipulators bzw. die Position des Referenzpunktes ändert. Die Bewegung der Glieder an den Gelenken mit redundanten Freiheitsgraden wird daher auch Bewegung im Nullraum genannt. Wird diese Bewegung als algebraische lineare Abbildung verstanden, so wird die Bewegung im Nullraum auch Kern der Abbildung genannt. Die Bewegung dieser Glieder über Gelenke mit redundanten Freiheitsgraden erfolgt insbesondere, ohne dabei die Position des jeweiligen Referenzpunktes zu ändern.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Einlernen von zueinander koordinierten Bahnen eines ersten Robotermanipulators und eines zweiten Robotermanipulators, aufweisend einen ersten Robotermanipulator mit einer ersten Steuereinheit und einen zweiten Robotermanipulator mit einer zweiten Steuereinheit, wobei der erste Robotermanipulator eine erste Bahnerfassungseinheit aufweist und wobei der zweite Robotermanipulator eine zweite Bahnerfassungseinheit aufweist, wobei die erste Bahnerfassungseinheit dazu ausgeführt ist, eine gewünschte erste Bahn eines ersten Referenzpunktes des ersten Robotermanipulators oder einen ersten Posensatz für die erstes Bahn bei einem manuellen Führen des ersten Robotermanipulators zu erfassen und in einem ersten Datensatz abzuspeichern, wobei die erste Steuereinheit dazu ausgeführt ist, den ersten Robotermanipulator zum Abfahren der ersten Bahn gemäß dem ersten Datensatz anzusteuern, und wobei die zweite Bahnerfassungseinheit dazu ausgeführt ist, eine gewünschte zweite Bahn eines zweiten Referenzpunktes des zweiten Robotermanipulators oder einen zweiten Posensatz für die zweite Bahn bei einem manuellen Führen des zweiten Robotermanipulators während des Abfahrens der ersten Bahn durch den ersten Robotermanipulator zu erfassen und in einem zweiten Datensatz abzuspeichern, wobei der zweite Datensatz zum ersten Datensatz so zugeordnet ist, dass jedem Ort der zweiten Bahn ein Ort der ersten Bahn zumindest näherungsweise zugeordnet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die erste Steuereinheit und/oder die zweite Steuereinheit jeweils dazu ausgeführt, den ersten Robotermanipulator zum Abfahren der ersten Bahn gemäß dem ersten Datensatz und synchronisiert dazu den zweiten Robotermanipulator zum Abfahren der zweiten Bahn gemäß dem zweiten Datensatz anzusteuern.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Systems ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 ein Verfahren zum Einlernen und Ausführen von zueinander koordinierten Bahnen eines ersten Robotermanipulators und eines zweiten Robotermanipulators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 2 ein System zum Einlernen von zueinander koordinierten Bahnen eines ersten Robotermanipulators und eines zweiten Robotermanipulators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein Verfahren zum Einlernen und Ausführen von zueinander koordinierten Bahnen 11,22 eines ersten Robotermanipulators 10 und eines zweiten Robotermanipulators 20, aufweisend die Schritte:
- - Manuelles S1 Führen eines ersten Referenzpunktes des ersten Robotermanipulators 10 über eine gewünschte erste Bahn 11,
- - Erfassen S2 der ersten Bahn 11 und Abspeichern der ersten Bahn 11 in einem ersten Datensatz,
- - automatisches Abfahren S3 der ersten Bahn 11,
- - während des automatischen Abfahrens der ersten Bahn 11: Manuelles Führen S4 eines zweiten Referenzpunktes des zweiten Robotermanipulators 20 über eine gewünschte zweite Bahn 22,
- - Erfassen S5 der zweiten Bahn 22 und Abspeichern der zweiten Bahn 22 in einem zweiten Datensatz, wobei der zweite Datensatz zum ersten Datensatz so zugeordnet ist, dass jedem Ort der zweiten Bahn 22 ein Ort der ersten Bahn 11 zumindest näherungsweise zugeordnet ist, und Synchronisiertes Abfahren S6 der ersten Bahn 11 durch den ersten Robotermanipulator 10 gemäß dem ersten Datensatz und Abfahren der zweiten Bahn 22 durch den zweiten Robotermanipulator 20 gemäß dem zweiten Datensatz.
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2 zeigt ein System 100 zum Einlernen von zueinander koordinierten Bahnen 11,22 eines ersten Robotermanipulators 10 und eines zweiten Robotermanipulators 20, aufweisend einen ersten Robotermanipulator 10 mit einer ersten Steuereinheit 14 und einen zweiten Robotermanipulator 20 mit einer zweiten Steuereinheit 24, wobei der erste Robotermanipulator 10 eine erste Bahnerfassungseinheit 15 aufweist und wobei der zweite Robotermanipulator 20 eine zweite Bahnerfassungseinheit 25 aufweist, wobei die erste Bahnerfassungseinheit 15 dazu ausgeführt ist, eine gewünschte erste Bahn 11 eines ersten Referenzpunktes des ersten Robotermanipulators 10 bei einem manuellen Führen des ersten Robotermanipulators 10 zu erfassen und in einem ersten Datensatz abzuspeichern, wobei die erste Steuereinheit 14 dazu ausgeführt ist, den ersten Robotermanipulator 10 zum Abfahren der ersten Bahn 11 gemäß dem ersten Datensatz anzusteuern, und wobei die zweite Bahnerfassungseinheit 25 dazu ausgeführt ist, eine gewünschte zweite Bahn 22 eines zweiten Referenzpunktes des zweiten Robotermanipulators 20 bei einem manuellen Führen des zweiten Robotermanipulators 20 während des Abfahrens der ersten Bahn 11 durch den ersten Robotermanipulator 10 zu erfassen und in einem zweiten Datensatz abzuspeichern, wobei der zweite Datensatz zum ersten Datensatz so zugeordnet ist, dass jedem Ort der zweiten Bahn 22 ein Ort der ersten Bahn 11 zumindest näherungsweise zugeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erster Robotermanipulator
- 11
- erste Bahn
- 13
- erster Endeffektor
- 14
- erste Steuereinheit
- 15
- erste Bahnerfassungseinheit
- 20
- zweiter Robotermanipulator
- 22
- zweite Bahn
- 23
- zweiter Endeffektor
- 24
- zweite Steuereinheit
- 25
- zweite Bahnerfassungseinheit
- 100
- System
- S1
- Manuelles Führen
- S2
- Erfassen
- S3
- automatisches Abfahren
- S4
- Manuelles Führen
- S5
- Erfassen
- S6
- Synchronisiertes Abfahren
