DE102019102453A1

DE102019102453A1 - Verstellbares Gegengewicht für einen Robotermanipulator

Info

Publication number: DE102019102453A1
Application number: DE102019102453.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Wahrmann Lockhart; Andreas Spenninger; Mohamadreza Sabaghian; Christoph Jähne; Zheng Qu; Thore Goll; Ahmed Wafik; Benjamin Loinger
Original assignee: Franka Emika GmbH
Current assignee: Franka Emika GmbH
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: DE102019102453B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Robotersystem (1) aufweisend einen Robotermanipulator (3), eine Steuereinheit (5) zum Ansteuern des Robotermanipulators (3), eine Tragesäule (7), und ein Gegengewicht (9), wobei das Gegengewicht (9) und der Robotermanipulator (3) zueinander gegenüberliegend an der Tragesäule (7) angeordnet sind, wobei das Gegengewicht (9) zur Tragesäule (7) radial verschieblich gelagert ist und ein mit dem Gegengewicht (9) verbundener Aktuator (11) dazu ausgeführt ist, auf ein Steuersignal der Steuereinheit (5) hin das Gegengewicht (9) radial gegenüber der Tragesäule (7) zu verschieben, und wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, einen radialen Abstand r(t) eines Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators (3) von der Tragesäule (7) und/oder eine zeitliche Ableitung von r(t) und/oder ein durch den Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) ausgeübtes Gesamtmoment M(t) zu ermitteln und den Aktuator (11) zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts (9) von der Tragesäule (7) abhängig vom radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators (3) von der Tragesäule (7) und/oder abhängig von der zeitlichen Ableitung von r(t) und/oder abhängig von dem durch den Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) ausgeübten Gesamtmoment M(t) zur Verringerung eines auf die Tragesäule (7) wirkenden Biegemoments anzusteuern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Robotersystem mit einem Robotermanipulator und mit einem Gegengewicht für den Robotermanipulator sowie ein Verfahren für ein solches Robotersystem zum Ausgleichen von Momenten auf eine Lagerung des Robotermanipulators.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Tragesäule für einen Robotermanipulator leichter auszuführen.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Robotersystem aufweisend einen Robotermanipulator, eine Steuereinheit zum Ansteuern des Robotermanipulators, eine Tragesäule, und ein Gegengewicht, wobei das Gegengewicht und der Robotermanipulator zueinander gegenüberliegend an der Tragesäule angeordnet sind, wobei das Gegengewicht zur Tragesäule radial verschieblich gelagert ist und ein mit dem Gegengewicht verbundener Aktuator dazu ausgeführt ist, auf ein Steuersignal der Steuereinheit hin das Gegengewicht radial gegenüber der Tragesäule zu verschieben, und wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, einen radialen Abstand r(t) eines Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators von der Tragesäule und/oder eine zeitliche Ableitung von r(t) und/oder ein durch den Robotermanipulator auf die Tragesäule ausgeübtes Gesamtmoment M(t) zu ermitteln und den Aktuator zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts von der Tragesäule abhängig vom radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators von der Tragesäule und/oder abhängig von der zeitlichen Ableitung von r(t) und/oder abhängig von dem durch den Robotermanipulator auf die Tragesäule ausgeübten Gesamtmoment M(t) zur Verringerung eines auf die Tragesäule wirkenden Biegemoments anzusteuern.
Der Aktuator ist bevorzugt ein elektrischer Aktuator. Wird der Aktuator zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts von der Tragesäule abhängig von der zeitlichen Ableitung von r(t) angesteuert, insbesondere abhängig von der ersten Ableitung von r(t) oder auch von der zweiten Ableitung von r(t), so sind insbesondere dynamische Kräfte und Beschleunigungen des Robotermanipulators berücksichtigt. Im Gegensatz zum ausschließlichen statischen Fall, wenn der Aktuator lediglich abhängig von r(t) selbst angesteuert wird, erfolgt vorteilhaft durch das Beachten der ersten oder auch höheren zeitlichen Ableitungen von r(t) zusätzlich eine Kompensation von Momenten, die aus einer beschleunigten Bewegung oder einer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit des Robotermanipulators resultieren.
Die Tragesäule ist insbesondere stationär senkrecht stehend auf einem Boden, einem Gestell, einer Plattform, einer verschieblichen Lagerung oder an Ähnlichem angeordnet. Bevorzugt ist die Tragesäule ein Werkstattprofil, insbesondere ein Aluminiumprofil, an dem der Robotermanipulator und insbesondere auch das Gegengewicht jeweils höhenverstellbar anordendbar sind.
Der radiale Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) von der Tragesäule kann weiterhin bevorzugt prädiziert werden, sodass durch diese Prädiktion oder auch durch andere Mittel eine Vorsteuerung des Abstands des Gegengewichts von der Tragesäule erreicht werden kann. Im Gegensatz zu einer reinen Rückführschleife ist durch eine Vorsteuerung der Abstand des Gegengewichts von der Tragesäule durch Vorwissen bereits auf den richtigen Wert verfahrbar, noch bevor sich der radiale Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) von der Tragesäule oder das von dem Robotermanipulator auf die Tragesäule ausgeübte Moment tatsächlich ändert.
In der ersten Alternative, in der die Steuereinheit den radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators von der Tragesäule und/oder eine zeitliche Ableitung von r(t) ermittelt, wird insbesondere durch die bekannte Pose des Robotermanipulators in einem jeweiligen Augenblick und durch die bekannte Masseverteilung des Robotermanipulators ein Moment, welches vom Robotermanipulator auf die Tragesäule übertragen wird, modellbasiert in erster Näherung ermittelt. Insbesondere bei einem Robotermanipulator, von dem keine relativ zur Masse des Robotermanipulators gesehen schwere Last transportiert wird, sondern beispielsweise lediglich eine Kamera gehalten wird, deren Masse bekannt und invariant ist, reicht es vorteilhaft aus, die Pose des Robotermanipulators zu jedem Zeitpunkt zu ermitteln und durch eine bekannte Masseverteilung über die Geometrie des Robotermanipulators den Schwerpunkt, das heißt die Position des Schwerpunkts im Raum, zu ermitteln, um eine ausreichend gute Ernährung des vom Robotermanipulator auf die Tragesäule übertragenen Moments zu ermitteln. Alternativ vorteilhaft wird, insbesondere für einen Robotermanipulator, der eine schwere Last aufnimmt und wieder abgibt, oder auch verschieden schwere Lasten zu transportieren hat, eine Schätzung der Last in die Ermittlung des Schwerpunktes und daher auch des radialen Abstands des Schwerpunkts des Robotermanipulators von der Tragesäule einbezogen. Im letzteren Fall ist daher die Position des Schwerpunkts relativ zum Robotermanipulator davon abhängig, welche Last am Robotermanipulator aufgenommen wird. Der Schwerpunkt S(t) ist gegenüber dem Robotermanipulator grundsätzlich körperfest für eine bestimmte Pose des Robotermanipulators definiert. Die Position des Schwerpunkts S(t) gegenüber dem Robotermanipulator ist jedoch insbesondere dann zeitvariant, wenn sich eine Masseverteilung über die Geometrie des Robotermanipulators ändert. Dies kann der Fall sein, wenn in die Masse des Robotermanipulators die Masse der vom Robotermanipulator getragenen Last mit eingerechnet wird. In diesem Fall ändert sich der Schwerpunkt S(t), das heißt, die Position des Schwerpunkts gegenüber einem dem Robotermanipulator körperfest angehefteten Koordinatensystem.
In der zweiten Alternative, in der die Steuereinheit ein tatsächlich ausgeübtes Gesamtmoment M(t) ermittelt, welches von dem Robotermanipulator auf die Tragesäule übertragen wird, wird insbesondere eine Messung dieses übertragenen Gesamtmoments M(t) durchgeführt, sodass unabhängig von dem Ursprung der sich zum Gesamtmoment M(t) addierenden Einzelmomente, sei es ein externer Kraftwinder, ein extern auf den Robotermanipulator gegen seine Bewegung wirkender Widerstand, eine Gewichtskraft einer vom Robotermanipulator getragenen Last, Beschleunigungskräfte, Coriolis-Kräfte, oder andere dynamische Kräfte, das resultierende Gesamtmoment M(t) ermittelt wird. Vorteilhaft wird in dieser zweiten Alternative das Schnittmoment unmittelbar ermittelt, welches vom Robotermanipulator auf die Tragesäule übertragen wird. Dieses Schnittmoment ist insbesondere um eine Achse definiert, welche radial zur Tragesäule orientiert ist, wobei diese Achse insbesondere senkrecht auf eine durch das Gegengewicht und den Robotermanipulator definierte Ebene steht. In dieser zweiten Alternative entspricht insbesondere dieses Schnittmoment dem Biegemoment in der Tragesäule, abzüglich des Moments, das durch die Gewichtskraft des Gegengewichts erzeugt wird.
Das Biegemoment in der Tragesäule gibt insbesondere an, welche Zugspannungen, Druckspannungen und Scherspannungen innerhalb des Materials der Tragesäule herrschen. Überschreitet das Biegemoment einen materialabhängigen Grenzwert, so kommt es zum Materialversagen der Tragesäule. Dies gilt es zu verhindern.
Vorteilhaft wird der Aktuator gefiltert angesteuert, das heißt in der Ansteuerung zum Erzeugen eines Aktuatorkommandos ist ein Filter, insbesondere ein digital implementierter Filter, vorgesehen, um die Bandbreite, mit der der Aktuator angesteuert wird, einzustellen. Bevorzugt wird ein Tiefpassfilter verwendet, um die Bandbreite der Aktuatoransteuerung mit einer oberen Grenze zu versehen. Vorteilhaft werden hierdurch hohe Frequenzen der Aktuatoransteuerung vermieden, sodass auch das Gegengewicht nur innerhalb eines vorgesehenen niedrigen Frequenzbereiches gegenüber der Tragesäule radial verschoben wird.
Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass ein Biegemoment, welches auf die Tragesäule für den Robotermanipulator wirkt, reduziert wird, insbesondere null wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit am Gegengewicht angeordnet, sodass bei Ansteuerung des Aktuators durch das Steuersignal das Gegengewicht zusammen mit der Steuereinheit verschoben wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, den radialen Abstand des Gegengewichts von der Tragesäule so einzustellen, dass das Biegemoment auf die Tragesäule zumindest in Teilbereichen des Arbeitsablaufs des Robotermanipulators null ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind am Robotermanipulator Positionssensoren zum Ermitteln einer Pose P(t) des Robotermanipulators angeordnet, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, den radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators zur Tragesäule auf Basis eines Massemodells des Robotermanipulators und der ermittelten Pose P(t) des Robotermanipulators zu ermitteln.
Das Massemodell ist insbesondere ein Modell, das Informationen über die geometrische Masseverteilung des Robotermanipulators und weiterhin insbesondere vorteilhaft einer am Robotermanipulator angeordneten Last aufweist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind an der Tragesäule und/oder an dem Robotermanipulator angeordnete Dehnmessstreifen dazu ausgeführt, Spannungssignale auszugeben, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, das von dem Robotermanipulator auf die Tragesäule ausgeübte Gesamtmoment M(t) auf Basis der Spannungssignale zu ermitteln.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest ein an zumindest einem Gelenk und/oder einem Antrieb des Robotermanipulators angeordneter Drehmomentsensor dazu ausgeführt, Drehmomentsignale auszugeben, und wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, das von dem Robotermanipulator auf die Tragesäule ausgeübte Gesamtmoment M(t) auf Basis der Drehmomentsignale zu ermitteln.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Gegengewicht eine Batterie zur Versorgung des Robotermanipulators und der Steuereinheit mit elektrischer Energie auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Robotermanipulator eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder auf und die Gelenke weisen zumindest teilweise zueinander redundante Freiheitsgrade auf, sodass zumindest zwei Glieder des Robotermanipulators in einem Nullraum bewegbar sind, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, den Robotermanipulator in seinem Nullraum zur Verringerung eines auf die Tragesäule wirkenden Biegemoments anzusteuern.
Indem eine Teilmenge der Gelenke zueinander redundante Freiheitsgrade aufweist sind insbesondere einige der Glieder im Raum bewegbar, ohne dass sich dabei die Position und/oder die Orientierung des distalen Endes des Robotermanipulators 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. Vorteilhaft wird durch diese Ausführungsform eine weitere Einstellmöglichkeit erreicht, die zusätzlich zur Verschiebung des Gegengewichts zu einer Reduzierung des auf die Tragesäule wirkenden Biegemoments beitragen kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Tragesäule senkrecht stehend auf einem verfahrbaren Wagen angeordnet, wobei der verfahrbare Wagen in einer mit der Verschieberichtung des Gegengewichts übereinstimmenden Richtung verfahrbar ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein mit dem verfahrbaren Wagen verbundener Motor dazu ausgeführt, auf ein Steuersignal der Steuereinheit hin den verfahrbaren Wagen zu verfahren, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, den Motor abhängig vom radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators von der Tragesäule und/oder abhängig von der zeitlichen Ableitung von r(t) und/oder abhängig von dem durch den Robotermanipulator auf die Tragesäule ausgeübten Gesamtmoment M(t) zum Verfahren des verfahrbaren Wagens zur Verringerung eines auf die Tragesäule wirkenden Biegemoments anzusteuern.
Indem der Wagen relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück oder einem anderen Ort, an dem der Endeffektor zu platzieren ist, verfahren wird, ändert sich die Pose des Robotermanipulators, da sich der Abstand zwischen dem Wagen und dem Arbeitsort des Endeffektors ändert, zumindest unter der Annahme, dass sich der Arbeitsort nicht relativ mit der Bewegung des Wagens mit bewegt. Vorteilhaft wird auch durch diese Ausführungsform eine weitere Einstellmöglichkeit erreicht, die zusätzlich zur Verschiebung des Gegengewichts zu einer Reduzierung des auf die Tragesäule wirkenden Biegemoments beitragen kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, eine translatorische Beschleunigung des Wagens und eine Pose des Robotermanipulators zu erfassen, und auf Basis der Beschleunigung des Wagens und auf Basis der Pose des Robotermanipulators ein dynamisches Moment von dem Robotermanipulator auf die Tragesäule zu ermitteln, und den Aktuator zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts von der Tragesäule abhängig vom radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators von der Tragesäule und/oder abhängig von dem durch den Robotermanipulator auf die Tragesäule ausgeübten Moment und/oder abhängig vom dynamischen Moment zur Verringerung eines auf die Tragesäule wirkenden Biegemoments anzusteuern. Die translatorische Beschleunigung des Wagens ist insbesondere eine horizontale Beschleunigung des Wagens, auf dem die Tragesäule senkrecht stehend angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Robotersystem, insbesondere wie oben und im Folgenden beschrieben, aufweisend einen Robotermanipulator, eine Steuereinheit zum Ansteuern des Robotermanipulators, eine Tragesäule, und ein Gegengewicht zum Verringern eines auf die Tragesäule wirkenden Biegemoments, wobei das Gegengewicht und der Robotermanipulator zueinander gegenüberliegend an der Tragesäule angeordnet sind, wobei das Gegengewicht zur Tragesäule radial verschieblich gelagert ist, wobei die Steuereinheit einen radialen Abstand r(t) eines Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators von der Tragesäule und/oder eine zeitliche Ableitung von r(t) und/oder ein vom Robotermanipulator auf die Tragesäule ausgeübtes Gesamtmoment M(t) ermittelt und einen mit dem Gegengewicht verbundenen Aktuator zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts zur Tragesäule abhängig vom radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators von der Tragesäule und/oder abhängig von der zeitlichen Ableitung von r(t) und/oder abhängig von dem vom Robotermanipulator auf die Tragesäule ausgeübten Gesamtmoment M(t) ansteuert.
Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Robotersystem vorstehend gemachten Ausführungen.
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.
Es zeigen:

1 ein Robotersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein Robotersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
3 ein Verfahren für ein Robotersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
1 zeigt ein Robotersystem 1 aufweisend einen Robotermanipulator 3, eine Steuereinheit 5 zum Ansteuern des Robotermanipulators 3, eine Tragesäule 7, und ein Gegengewicht 9. Das Gegengewicht 9 und der Robotermanipulator 3 sind zueinander gegenüberliegend an der Tragesäule 7 angeordnet und bilden miteinander eine gemeinsame Ebene. Das Gegengewicht 9 ist zur Tragesäule 7 radial verschieblich durch Rollen gelagert. Ein mit dem Gegengewicht 9 verbundener elektrischer Aktuator 11 verschiebt auf ein Steuersignal der Steuereinheit 5 hin das Gegengewicht 9 radial gegenüber der Tragesäule 7. Die Steuereinheit 5 ermittelt ein durch den Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübtes Gesamtmoment M(t). An allen angetriebenen Gelenken (in 1 beispielhaft nur einmal dargestellt) des Robotermanipulators 3 ist dazu ein Drehmomentsensor 17 angeordnet, der Drehmomentsignale ausgibt, wobei die Steuereinheit 5 darüber das von dem Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübte Gesamtmoment M(t), das heißt auf Basis der Drehmomentsignale, ermittelt. Die Steuereinheit 5 steuert den Aktuator 11 zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts 9 von der Tragesäule 7 abhängig von dem durch den Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübten Gesamtmoments M(t) zur Verringerung eines auf die Tragesäule 7 wirkenden Biegemoments an. Die Steuereinheit 5 selbst ist hierbei Teil des Gegengewichts 9, sodass bei Ansteuerung des Aktuators 11 durch das Steuersignal das Gegengewicht 9 zusammen mit der Steuereinheit 5 verschoben wird. Ferner sind am Robotermanipulator 3 Positionssensoren 13 (in 1 beispielhaft nur einmal dargestellt) zum Ermitteln einer Pose P(s) des Robotermanipulators 3 angeordnet, mit deren Hilfe die Steuereinheit 5 den radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators 3 zur Tragesäule 7 auf Basis eines Massemodells des Robotermanipulators 3 und der ermittelten Pose P(s) des Robotermanipulators 3 ermittelt, sowie um mit der zweiten zeitlichen Ableitung von r(t) eine Vorsteuerung des Aktuators 11 zu ermitteln, um dynamische von dem Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübte Momente zu ermitteln und diese durch entsprechende Verschiebung des Gegengewichts 9 auszugleichen.
2 zeigt ein weiteres Robotersystem 1, aufweisend einen Robotermanipulator 3, eine Steuereinheit 5 zum Ansteuern des Robotermanipulators 3, eine Tragesäule 7, und ein Gegengewicht 9. Das Gegengewicht 9 und der Robotermanipulator 3 sind zueinander gegenüberliegend an der Tragesäule 7 angeordnet und bilden miteinander eine gemeinsame Ebene. Das Gegengewicht 9 ist zur Tragesäule 7 radial verschieblich durch Rollen gelagert. Ein mit dem Gegengewicht 9 verbundener elektrischer Aktuator 11 verschiebt auf ein Steuersignal der Steuereinheit 5 hin das Gegengewicht 9 radial gegenüber der Tragesäule 7. Die Steuereinheit 5 ermittelt ein durch den Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübtes Gesamtmoment M(t). Am Anschluss zwischen dem Robotermanipulator 3 und der Tragesäule 7 sind dazu Dehnmessstreifen 15 angeordnet, um Spannungssignale auszugeben. Die Steuereinheit 5 ermittelt auf Basis der Spannungssignale das von dem Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübte Gesamtmoment M(t). Die Steuereinheit 5 steuert den Aktuator 11 zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts 9 von der Tragesäule 7 abhängig von dem durch den Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübten Gesamtmoment M(t) zur Verringerung eines auf die Tragesäule 7 wirkenden Biegemoments an. Die Steuereinheit 5 selbst ist hierbei Teil des Gegengewichts 9, sodass bei Ansteuerung des Aktuators 11 durch das Steuersignal das Gegengewicht 9 zusammen mit der Steuereinheit 5 verschoben wird. Ferner sind am Robotermanipulator 3 Positionssensoren 13 (in 2 beispielhaft nur einmal dargestellt) zum Ermitteln einer Pose P(s) des Robotermanipulators 3 angeordnet, mit deren Hilfe die Steuereinheit 5 den radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators 3 zur Tragesäule 7 auf Basis eines Massemodells des Robotermanipulators 3 und der ermittelten Pose P(s) des Robotermanipulators 3 ermittelt, sowie um mit der zweiten Ableitung von r(t) eine Vorsteuerung des Aktuators 11 zu ermitteln, um dynamische von dem Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübte Momente zu ermitteln und diese durch entsprechende Verschiebung des Gegengewichts 9 auszugleichen. Die Tragesäule 7 ist senkrecht stehend auf einem verfahrbaren Wagen 19 angeordnet, wobei der verfahrbare Wagen 19 in einer mit der Verschieberichtung des Gegengewichts 9 übereinstimmenden Richtung verfahrbar ist. Ferner ist mit dem verfahrbaren Wagen 19 ein Motor verbunden, der auf ein Steuersignal der Steuereinheit 5 hin den verfahrbaren Wagen 19 erfährt. Die Steuereinheit 5 steuert den Motor abhängig von dem durch den Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübten und gemessenen Gesamtmoment M(t) zum Verfahren des verfahrbaren Wagens 19 zur Verringerung des auf die Tragesäule 7 wirkenden Biegemoments an.
3 zeigt ein Verfahren für ein Robotersystem 1 aufweisend einen Robotermanipulator 3, eine Steuereinheit 5 zum Ansteuern des Robotermanipulators 3, eine Tragesäule 7, und ein Gegengewicht 9 zum Verringern eines auf die Tragesäule 7 wirkenden Biegemoments, wobei das Gegengewicht 9 und der Robotermanipulator 3 zueinander gegenüberliegend an der Tragesäule 7 angeordnet sind, wobei das Gegengewicht 9 zur Tragesäule 7 radial verschieblich gelagert ist, wobei die Steuereinheit 5 einen radialen Abstand r(t) eines Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators 3 von der Tragesäule 7 und/oder eine zeitliche Ableitung von r(t) und/oder ein vom Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübtes Gesamtmoment M(t) ermittelt S1 und einen mit dem Gegengewicht 9 verbundenen Aktuator 11 zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts 9 zur Tragesäule 7 abhängig vom radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators 3 von der Tragesäule 7 und/oder abhängig von der zeitlichen Ableitung von r(t) und/oder abhängig von dem vom Robotermanipulator 3 auf die Tragesäule 7 ausgeübten Gesamtmoment M(t) ansteuert S2.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
Bezugszeichenliste

1: Robotersystem
3: Robotermanipulator
5: Steuereinheit
7: Tragesäule
9: Gegengewicht
11: Aktuator
13: Positionssensoren
15: Dehnmessstreifen
17: Drehmomentsensor
19: Wagen
S1: Ermitteln
S2: Ansteuern

Claims

Robotersystem (1) aufweisend einen Robotermanipulator (3), eine Steuereinheit (5) zum Ansteuern des Robotermanipulators (3), eine Tragesäule (7), und ein Gegengewicht (9), wobei das Gegengewicht (9) und der Robotermanipulator (3) zueinander gegenüberliegend an der Tragesäule (7) angeordnet sind, wobei das Gegengewicht (9) zur Tragesäule (7) radial verschieblich gelagert ist und ein mit dem Gegengewicht (9) verbundener Aktuator (11) dazu ausgeführt ist, auf ein Steuersignal der Steuereinheit (5) hin das Gegengewicht (9) radial gegenüber der Tragesäule (7) zu verschieben, und wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, einen radialen Abstand r(t) eines Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators (3) von der Tragesäule (7) und/oder eine zeitliche Ableitung von r(t) und/oder ein durch den Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) ausgeübtes Gesamtmoment M(t) zu ermitteln und den Aktuator (11) zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts (9) von der Tragesäule (7) abhängig vom radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators (3) von der Tragesäule (7) und/oder abhängig von der zeitlichen Ableitung von r(t) und/oder abhängig von dem durch den Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) ausgeübten Gesamtmoment M(t) zur Verringerung eines auf die Tragesäule (7) wirkenden Biegemoments anzusteuern.
Robotersystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (5) am Gegengewicht (9) angeordnet ist, sodass bei Ansteuerung des Aktuators (11) durch das Steuersignal das Gegengewicht (9) zusammen mit der Steuereinheit (5) verschoben wird.
Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Robotermanipulator (3) Positionssensoren (13) zum Ermitteln einer Pose P(t) des Robotermanipulators (3) angeordnet sind, und wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, den radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators (3) zur Tragesäule (7) auf Basis eines Massemodells des Robotermanipulators (3) und der ermittelten Pose P(t) des Robotermanipulators (3) zu ermitteln.
Robotersystem (1) nach einem der Ansprüche, wobei an der Tragesäule (7) und/oder an dem Robotermanipulator (3) angeordnete Dehnmessstreifen (15) dazu ausgeführt sind, Spannungssignale auszugeben, und wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, das von dem Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) ausgeübte Gesamtmoment M(t) auf Basis der Spannungssignale zu ermitteln.
Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein an zumindest einem Gelenk und/oder einem Antrieb des Robotermanipulators (3) angeordneter Drehmomentsensor (17) dazu ausgeführt ist, Drehmomentsignale auszugeben, und wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, das von dem Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) ausgeübte Gesamtmoment M(t) auf Basis der Drehmomentsignale zu ermitteln.
Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Robotermanipulator (3) eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist und die Gelenke zumindest teilweise zueinander redundante Freiheitsgrade aufweisen, sodass zumindest zwei Glieder des Robotermanipulators (3) in einem Nullraum bewegbar sind, wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, den Robotermanipulator (3) in seinem Nullraum zur Verringerung eines auf die Tragesäule (7) wirkenden Biegemoments anzusteuern.
Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tragesäule (7) senkrecht stehend auf einem verfahrbaren Wagen (19) angeordnet ist, wobei der verfahrbare Wagen (19) in einer mit der Verschieberichtung des Gegengewichts (9) übereinstimmenden Richtung verfahrbar ist.
Robotersystem (1) nach Anspruch 7, wobei ein mit dem verfahrbaren Wagen (19) verbundener Motor dazu ausgeführt ist, auf ein Steuersignal der Steuereinheit (5) hin den verfahrbaren Wagen (19) zu verfahren, und wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, den Motor abhängig vom radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators (3) von der Tragesäule (7) und/oder abhängig von der zeitlichen Ableitung von r(t) und/oder abhängig von dem durch den Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) ausgeübten Gesamtmoment M(t) zum Verfahren des verfahrbaren Wagens (19) zur Verringerung eines auf die Tragesäule (7) wirkenden Biegemoments anzusteuern.
Robotersystem (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, eine translatorische Beschleunigung des Wagens (19) und eine Pose des Robotermanipulators (3) zu erfassen, und auf Basis der Beschleunigung des Wagens (19) und auf Basis der Pose des Robotermanipulators (3) ein dynamisches Moment von dem Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) zu ermitteln, und den Aktuator (11) zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts (9) von der Tragesäule (7) abhängig vom radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators (3) von der Tragesäule (7) und/oder abhängig von dem durch den Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) ausgeübten Moment und/oder abhängig vom dynamischen Moment zur Verringerung eines auf die Tragesäule (7) wirkenden Biegemoments anzusteuern.
Verfahren für ein Robotersystem (1) aufweisend einen Robotermanipulator (3), eine Steuereinheit (5) zum Ansteuern des Robotermanipulators (3), eine Tragesäule (7), und ein Gegengewicht (9) zum Verringern eines auf die Tragesäule (7) wirkenden Biegemoments, wobei das Gegengewicht (9) und der Robotermanipulator (3) zueinander gegenüberliegend an der Tragesäule (7) angeordnet sind, wobei das Gegengewicht (9) zur Tragesäule (7) radial verschieblich gelagert ist, wobei die Steuereinheit (5) einen radialen Abstand r(t) eines Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators (3) von der Tragesäule (7) und/oder eine zeitliche Ableitung von r(t) und/oder ein vom Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) ausgeübtes Gesamtmoment M(t) ermittelt (S1) und einen mit dem Gegengewicht (9) verbundenen Aktuator (11) zum Einstellen des radialen Abstands des Gegengewichts (9) zur Tragesäule (7) abhängig vom radialen Abstand r(t) des Schwerpunkts S(t) des Robotermanipulators (3) von der Tragesäule (7) und/oder abhängig von der zeitlichen Ableitung von r(t) und/oder abhängig von dem vom Robotermanipulator (3) auf die Tragesäule (7) ausgeübten Gesamtmoment M(t) ansteuert (S2).