DE102019105466B3 - Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems sowie Antriebssystem - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems (1), vorzugsweise eines Roboters (1), wobei das Antriebssystem (1) aufweist:• eine Basis (10),• einen Endeffektor (13),• wenigstens einen Antrieb (12), welcher den Endeffektor (13) beweglich mit der Basis (10) verbindet, und• wenigstens eine Bilderfassungseinheit (14), welche an dem Endeffektor (13) oder unabhängig vom Endeffektor (13) angeordnet und ausgerichtet ist, den Endeffektor in einer Soll-Ziel-Pose zu erfassen, wobei das Verfahren wenigstens die Schritte aufweist:• Anfahren (500) einer Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) mittels des Antriebs (12),• wobei die Soll-Ziel-Pose derart vorgegeben ist, so dass ein vorbestimmtes Objekt (10; 15; 15a; 15b; 2) oder der Endeffektor (13) von der Bilderfassungseinheit (14) erfasst werden kann,• in einer Ist-Ziel-Pose, Erfassen (700) eines Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mittels der Bilderfassungseinheit (14) als Ist-Bild,• Vergleichen (800) des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mit einem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13), und• in Abhängigkeit des Vergleiches (800), Auslösen (900) einer Reaktion.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems gemäß dem Patentanspruch 1, ein Antriebssystem zur Ausführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 14 sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zur Ausführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 15.
  • Auf vielen technischen sowie auch auf sonstigen Gebieten werden seit Längerem Antriebssysteme verwendet, um dem Menschen mechanische Arbeiten abzunehmen bzw. ihm diese zumindest zu erleichtern. Mittels eines Antriebs können zwei Glieder des Antriebssystems relativ zueinander bewegt werden. Mehrere Antriebe und Glieder, welche auch als Achsen bezeichnet werden können, können dabei zu mehrgliedrigen bzw. mehrachsigen Antriebssystemen kombiniert werden, welche mehrdimensionale Bewegungen und entsprechend komplexere Bewegungsabläufe ausführen bzw. Trajektorien abfahren können. Derartige Antriebssysteme können auch als mechatronische Systeme bezeichnet werden.
  • Unter Position eines Gliedes wird der Ort innerhalb eines kartesischen Koordinatensystems verstanden, an dem sich das Glied in einem geometrischen Raum befindet. Unter Positionierung eines Gliedes wird das Einnehmen eines konkreten räumlichen Ortes verstanden. Unter Orientierung eines Gliedes wird die Ausrichtung des Gliedes zu den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems verstanden. Unter der Einnahme einer Orientierung eines Gliedes wird die Veränderung der aktuellen Orientierung des Gliedes durch Drehung um die entsprechenden Achsen eines kartesischen Koordinatensystems in eine gewünschte Orientierung verstanden. Position und Orientierung können gemeinsam als Pose oder als Konfiguration bezeichnet werden. Eine Trajektorie eines Gliedes bzw. eines Endeffektors ist eine Bewegung des Gliedes bzw. des Endeffektors im Raum entlang eines Weges unter Berücksichtigung dessen zeitlichen Ablaufs. Eine Trajektorie kann auch als Bahnkurve bezeichnet werden. Der Weg kann auch als Pfad bezeichnet werden.
  • Als Antriebe derartiger Antriebssysteme werden üblicherweise elektrische Motoren verwendet, welche die Relativbewegung entweder direkt oder z.B. über Getriebe umsetzen können. Hierdurch können sowohl translatorische als auch rotatorische Bewegungen ausgeführt werden, welche innerhalb des Antriebssystems miteinander kombiniert eingesetzt werden können. Derartige Antriebssysteme können z.B. in der Industrie eingesetzt werden, um insbesondere Aufgaben in der Montage, in der Fertigung, in der Logistik sowie beim Verpacken und Kommissionieren von Waren zu übernehmen.
  • Je nach Anwendung und Ausgestaltung kann das Antriebssystem als Automatisierungsanlage oder als Roboter bezeichnet werden. So sind in der Industrie insbesondere Knickarmroboter weit verbreitet. Ein Knickarmroboter ist üblicherweise ein 6-achsiges Antriebssystem mit einem kugelförmigen Arbeitsraum, weshalb Knickarmroboter sehr flexibel eingesetzt werden können. Je nach Anwendung kann das Werkzeug, welches als Endeffektor dient, gewechselt werden. Ferner ist die Programmierung des Knickarmroboters an die Anwendung anzupassen. An sich kann der Knickarmroboter jedoch unverändert eingesetzt werden, was ihn sehr anpassungsfähig machen kann. Es sind jedoch auch Roboter mit weniger als sechs Achsen bekannt, welche entsprechend weniger Posen im Arbeitsraum einnehmen können, dafür jedoch einfacher und kostengünstiger z.B. dadurch realisiert werden können, dass weniger Antriebe verwendet, betrieben und gesteuert bzw. geregelt werden müssen.
  • Diese Antriebssysteme können z.B. auch dazu verwendet werden, Ladevorgänge bei elektrisch betreibbaren Fahrzeugen wie insbesondere bei Landfahrzeugen wie z.B. Busse, Lastkraftwagen und Personenkraftwagen auszuführen. Derartige elektrisch betreibbare Landfahrzeuge weisen bislang den großen Nachteil der vergleichsweise geringen Reichweite auf, welche im Wesentlichen aus dem Gewicht, aus der Größe und aus den Kosten der Akkumulatoren als wiederaufladbare elektrische Energiespeicher resultiert. Um die Reichweite dieser Fahrzeuge zu erhöhen, könnte die Kapazität des elektrischen Speichers vergrößert werden. Dies würde jedoch zum Einsatz noch schwererer, größerer und teurerer Akkumulatoren führen. Um dieses Gewicht und insbesondere die gestiegenen Kosten zu vermeiden, werden daher bislang zahlreiche elektrisch betreibbare Landfahrzeuge mit wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichern mit vergleichsweise geringer Kapazität ausgerüstet, was zwar deren Reichweite reduziert, jedoch Gewicht, Platz und Kosten sparen kann. Dies kann für die Kaufentscheidung eines Kunden bislang wichtiger als die Reichweite des Fahrzeugs sein.
  • Im Umkehrschluss ist es jedoch erforderlich, den wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher aufgrund seiner vergleichsweise geringen Kapazität möglichst häufig wiederaufzuladen, um eine Nutzung des Fahrzeugs mit möglichst vollständiger Aufladung und damit mit möglichst maximaler Reichweite beginnen zu können. Hierzu kann das Fahrzeug z.B. über Nacht zu Hause, während der Arbeitszeit am Ort der Arbeit oder während des Einkaufens in einem Parkhaus an eine dort befindliche elektrische Ladestation angeschlossen werden, um möglichst jede Nutzungsunterbrechung zur Aufladung zu nutzen.
  • Dies kann jedoch dazu führen, dass ein Benutzer sein Fahrzeug nach jeder Nutzung an eine derartige elektrische Ladestation anschließen sowie vor jeder Nutzung wieder von der elektrischen Ladestation trennen muss. Das Aufladen kann es erfordern, dass der Benutzer zu der elektrischen Ladestation hingeht, ein elektrisches Ladekabel aufnimmt, einen Verschluss des Ladeanschlusses des Fahrzeugs öffnet, den Ladestecker des elektrischen Ladekabels in den Ladeanschluss des Fahrzeugs einführt und somit eine elektrisch leitfähige Verbindung herstellt, um die Aufladung durchzuführen. Nach Beendigung der Aufladung sind diese Schritte sinngemäß in der umgekehrten Reihenfolge zu wiederholen. Dieser Aufwand und die hierfür erforderliche Zeit können den Benutzer stören und somit einer Anschaffung und Nutzung eines derartigen elektrisch betreibbaren Fahrzeugs entgegenstehen.
  • Auch für derartige Tätigkeiten z.B. zu Hause in der Garage aber auch in öffentlichen Bereichen wie z.B. in Parkhäusern und dergleichen können entsprechende Antriebssysteme eingesetzt werden, um die elektrische Ladestation mittels dessen Ladestecker selbsttätig mit dem Ladeanschluss des Fahrzeugs zu verbinden und auch wieder selbsttätig zu trennen.
  • Um bei derartigen Antriebssystemen eine Steuerung bzw. Regelung der Antriebe mittels einer Steuerungseinheit vornehmen zu können und hierdurch das Einnehmen von Posen bzw. das Abfahren von Trajektorien zu ermöglichen, sind Sensoren erforderlich, um üblicherweise pro Antrieb bei translatorischen Bewegungen die relative Position und bei rotatorischen Bewegungen die relative Orientierung bzw. Winkelstellung der beiden Glieder, welche durch den Antrieb beweglich miteinander verbunden werden, zueinander zu erfassen; diese Sensoren können unabhängig davon, ob eine Position in translatorischer Richtung oder eine Winkelstellung in rotatorischer Richtung erfasst werden soll, als Positionssensoren bezeichnet werden. Aus diesen erfassten Positions- bzw. Winkelangaben der Positionssensoren können über die bekannte kinematische Struktur des Antriebssystems die Posen der einzelnen Antriebe und Glieder zueinander sowie gegenüber einem Referenzkoordinatensystem bzw. gegenüber einer relativ zu den Gliedern feststehenden Basis bestimmt werden.
  • Dies gilt insbesondere für ein äußerstes, letztes Glied des Antriebssystems, welches innerhalb der kinematischen Struktur, welche z.B. bei einem Knickarmroboter auch als kinematische Kette bezeichnet werden kann, am weitesten von der feststehenden Basis entfernt angeordnet ist und üblicherweise bei Robotern und insbesondere bei Knickarmrobotern als Endeffektor bezeichnet werden kann. Der Endeffektor bzw. dessen Glied der kinematischen Struktur kann z.B. einen Greifer aufweisen, welcher mittels des Antriebssystems gegenüber der Basis positioniert und bzw. oder orientiert werden kann, um z.B. Aufgaben in der Produktion, in der Montage, in der Lagerhaltung, beim Verpacken und Kommissionieren, beim Transport und dergleichen wahrnehmen zu können. Wird das Antriebssystem zum Aufladen eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs eingesetzt, so kann der Endeffektor mit seinem Greifer einen Ladeanschluss bzw. eine Ladeanschlussaufnahme greifen können oder selbst als Ladeanschluss bzw. als Ladeanschlussaufnahme ausgebildet sein.
  • Bei den Anwendungen derartiger Antriebssysteme kann es dazu kommen, dass diese ausgeschaltet werden, wenn das Antriebssystem nicht betrieben wird. Dies kann z.B. bei einer Unterbrechung einer Produktion in der Nacht oder am Wochenende der Fall sein. Auch wird z.B. in der Produktion nicht jedes Antriebssystem durchgängig betrieben bzw. muss durchgängig in einem Bereitschaftsmodus gehalten werden, so dass es auch in diesen Fällen zu einer Ausschaltung des Antriebssystems kommen kann. Ferner können in einem Bereitschaftsmodus bestimmte Funktionen des Antriebssystems wie z.B. die Positionssensoren ausgeschaltet werden, während andere Funktionen weiterhin betrieben werden.
  • In jedem Fall kann es bei derartigen Antriebssystemen bei der Verwendung von relativ arbeitenden Positionssensoren durch das Ausschalten zumindest der Positionssensoren dazu kommen, dass die Positionen bzw. Winkelstellungen der einzelnen Glieder zueinander bei einem erneuten Einschalten des Antriebssystems unbekannt sind, da die zuletzt erfassten relativen Angaben durch das Ausschalten des Antriebssystems bzw. dessen Positionssensoren verloren gegangen sind. Sollten die zuletzt erfassten relativen Positions- bzw. Winkelangaben gespeichert worden sein, so kann dennoch nicht ausgeschlossen werden, dass z.B. durch Kräfte bzw. Momente von außerhalb des Antriebssystems die Lage der Glieder und damit auch die Lage der Sensorelemente der relativ messenden Positionssensoren zueinander im ausgeschalteten Zustand des Antriebssystems verändert wurde, was von den Positionssensoren im ausgeschalteten Zustand nicht erfasst werden konnte.
  • In diesem Fall würde bei Einschalten des Antriebssystems von einer anderen Pose der Glieder ausgegangen werden als tatsächlich eingenommen wird, was bei den Bewegungen des Antriebssystems zu Fehlern und insbesondere zu Kollisionen mit anderen Objekten wie anderen Gegenständen oder sogar Personen führen kann. Beispielsweise kann das Antriebssystem vor dem Ausschalten in eine sog. Home-Position verfahren worden sein, um in einer bekannten vorbestimmten Pose ausgeschaltet und später wieder in Betrieb genommen zu werden. Diese Pose kann jedoch z.B. durch Berührung eines Benutzers im ausgeschalteten Zustand verändert worden sein, so dass das Antriebssystem bei der erneuten Betriebsaufnahme von der Home-Position als Pose ausgeht, tatsächlich jedoch eine andere zufällige Pose eingenommen wird, so dass von dieser veränderten Pose ausgehende Trajektorien nicht zu der gewünschten Positionierung und Orientierung des Endeffektors führen können. Beispielsweise kann z.B. ein Ladeanschluss von dieser veränderten Pose ausgehend üblicherweise nicht erfolgreich in die korrespondierende Ladeanschlussaufnahme eines Fahrzeugs eingeführt werden. Vielmehr kann dies zu einer Kollision des Ladesteckers z.B. mit der Karosserie des Fahrzeugs führen.
  • Daher ist es insbesondere bei Antriebssystemen mit relativ erfassenden Positionssensoren üblich, Referenzmechanismen vorzusehen, welche das Einnehmen und Erfassen einer vorbestimmten Referenzpose als Referenzstellung jedes Antriebs des Antriebssystems erlauben, von der ausgehend alle weiteren Positions- bzw. Winkeländerungen des jeweiligen Antriebs erfasst werden.
  • Dies kann beispielsweise über mechanische Endanschläge erfolgen, welche für kostengünstige Anwendungen sehr geeignet sein können. Das zu referenzierende Glied wird dabei solange durch den entsprechenden Antrieb in eine vorgegebene Richtung bewegt, bis ein Stillstand erreicht und bzw. oder eine vorgegebene Kraft bzw. ein vorgegebenes Moment erreicht bzw. überschritten wird. Dies kann von der Steuerungseinheit des Antriebssystems z.B. über einen hieraus resultierenden Anstieg der Stromstärke des entsprechenden elektrischen Antriebs erkannt und als Erreichen der bekannten Referenzposition bzw. Referenzwinkelstellung gewertet werden, so dass die Bewegung des Antriebs beendet und der Positionssensor auf die aktuelle Position bzw. Winkelstellung als Referenzpose eingerichtet werden kann.
  • Nachteilig kann bei derartigen relativ erfassenden Sensoren sein, dass eine Referenzierung wie z.B. zuvor beschrieben überhaupt erforderlich ist. Dies kann die Aufnahme des Betriebs des Antriebssystems nach einer Betriebsunterbrechung verzögern. Auch ist die zuvor beschriebene Funktion der Referenzierung vorzusehen, was z.B. einen zusätzlichen Aufwand bei der Programmierung des Antriebssystems verursachen kann.
  • Nachteilig kann auch sein, dass die Bewegung des Gliedes in die Referenzposition bzw. in die Referenzwinkelstellung z.B. durch eine Kollision des Gliedes z.B. mit einem Gegenstand oder durch einen Schaden z.B. des entsprechenden Antriebs wie z.B. einen Getriebeschaden blockiert sein kann. Die Schadensursache kann dann z.B. zu einem Anstieg der Stromstärke des entsprechenden elektrischen Antriebs führen, welche von der Steuerungseinheit des Antriebssystems erfasst und fälschlicherweise als Erreichen der bekannten Referenzposition bzw. Referenzwinkelstellung gewertet werden kann. Entsprechend würden alle Bewegungen des Antriebs von einer Position bzw. Winkelstellung ausgehend erfolgen, welche gar nicht dessen Referenzstellung entspricht. Dies kann zu einem fehlerhaften Betrieb des Antriebs bzw. des Antriebssystems und insbesondere zu Kollisionen führen.
  • Alternativ können Endschaltersensoren verwendet werden, gegen welche die Referenzbewegung wie zuvor beschrieben durchgeführt werden kann. Durch diese zusätzlichen Sensoren kann ein Kontakt des jeweiligen Gliedes erkannt und dies als Erreichen der bekannten Referenzposition bzw. Referenzwinkelstellung gewertet werden. Blockaden der Bewegung des Gliedes in die Referenzstellung, wie zuvor beschrieben, können somit nicht mehr zu einem fehlerhaften Erkennen einer Referenzstellung führen, welche tatsächlich gar nicht eingenommen wird.
  • Nachteilig ist hierbei jedoch, dass pro Glied ein weiterer Sensor verwendet werden muss. Dies kann zusätzliche Kosten für den Sensor sowie seine Verkabelung erfordern sowie einen zusätzlichen Aufwand bei der Montage verursachen. Insbesondere bei Knickarmrobotern kann diese Verkabelung sehr aufwendig sein. Auch kann die Referenzierung bei Ausfall eines Endschaltersensors z.B. durch Beschädigung des Sensors selbst sowie bei sonstigen Schäden wie z.B. bei Kabelbruch, bei Getriebeschäden, bei Schäden der Kupplung zwischen Motor und Getriebe und dergleichen nicht mehr ausgeführt werden können.
  • Um den Aufwand des Referenzierens zu vermeiden, können Absolutwertgeber als Positionssensoren eingesetzt werden, welche stets die absolute Position bzw. Winkelstellung erfassen können, so dass diese nach einer Betriebsunterbrechung des Antriebssystems bzw. dessen Positionssensoren unmittelbar zur Verfügung stehen kann.
  • Nachteilig ist jedoch bei Absolutwertgebern als Positionssensoren, dass diese üblicherweise deutlich teuer als relativ erfassende Positionssensoren sind.
  • Nachteilig ist ferner auch in diesem Fall, dass pro Glied ein weiterer Sensor mit entsprechender Verkabelung verwendet werden muss, was neben den Mehrkosten des Absolutwertgebers an sich auch zu zusätzlichen Kosten für die Verkabelung sowie zu einem zusätzlichen Aufwand der Montage führen kann. Ferner kann die Referenzierung auch bei Ausfall eines Absolutwertgebers z.B. durch Beschädigung des Sensors selbst sowie z.B. bei Kabelbruch nicht mehr ausgeführt werden.
  • Die DE 10 2017 209 178 A betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Raumlage eines beweglichen Koordinatensystems mittels einer Messmarke, welche durch einen Manipulator mitbeweglich ist, und mit einer externen Messvorrichtung zum Erfassen der Messmarke.
  • Die DE 10 2016 212 695 B4 betrifft einen Industrieroboter mit einem bildgebenden Sensor, aus dessen Signalen Merkmale der Umgebung extrahiert werden, um eine absolute Pose des Trägerglieds des Sensor zu bestimmen.
  • Die DE 10 2013 113 949 A1 betrifft eine Fertigungsanlage mit einem Roboter und mit einer Mehrzahl von optischen Messeinheiten, die in der Umgebung des Roboters beabstandet angeordnet sind und einen Abstand zu Referenzmarkierungen am Roboter erfassen können bzw. am Roboter oder am Endeffektor angeordnet sind und einen Abstand zu Referenzmarkierungen in der Umgebung erfassen können. Die optischen Messeinheiten können insbesondere Sensoren zum Aussenden eines Laserstrahls zum Referenzpunkt sein.
  • Das DE 11 2011 101 730 B4 betrifft einen Roboter und ein Bildverarbeitungssystem, um ein Anfangsbild und ein Folgebild eines an einem Endeffektors des Roboters befestigen Kalibrierobjekts mittels einer im Raum befestigten Kamera aus unterschiedlichen Lagen im Raum zu erfassen und mittels Bildmerkmalen den Roboter zu kalibrieren.
  • Das DE 21 2009 000 055 U1 betrifft einen Mehrachsenindustrieroboter und eine Messeinrichtung, die Messsignale einer Referenzfläche oder einer Messplatte erzeugen kann, um die Pose der Messeinrichtung in Bezug auf die Referenzfläche bzw. Messplatte zu bestimmen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Antriebssystem der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, so dass die Erfassung der Position bzw. der Winkelstellung wenigstens eines Gliedes vereinfacht und bzw. oder verbessert werden kann. Dies soll vorzugsweise möglichst kostengünstig und bzw. oder ohne zusätzliche technische Vorrichtungen wie insbesondere ohne zusätzlichen Positionssensor und insbesondere ohne Absolutwertgeber erfolgen. Insbesondere soll die Erfassung der Position bzw. der Winkelstellung des Gliedes bei einem Einschalten des Antriebssystems bzw. dessen Positionssensoren vereinfacht und bzw. oder verbessert werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 14 sowie durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems, vorzugsweise eines Roboters, wobei das Antriebssystem aufweist:
    • • eine Basis,
    • • einen Endeffektor,
    • • wenigstens einen Antrieb, welcher den Endeffektor beweglich mit der Basis verbindet, und
    • • wenigstens eine Bilderfassungseinheit, welche an dem Endeffektor oder unabhängig vom Endeffektor angeordnet und ausgerichtet ist, den Endeffektor in einer Soll-Ziel-Pose zu erfassen.
  • Unter einer Basis ist ein Element des Antriebssystems zu verstehen, gegenüber welchem der Endeffektor über wenigstens einen Antrieb bewegt werden kann. Diese Beweglichkeit kann entweder rotatorisch oder linear ausgeführt sein. Vorzugsweise kann das Antriebssystem mehrere Antriebe aufweisen, welche über jeweils wenigstens ein Glied miteinander verbunden sind. Hierdurch kann eine aktuierte kinematische Kette zwischen dem Endeffektor und der Basis realisiert werden, welche dem Endeffektor mehr Möglichkeiten zur Positionierung sowie zur Orientierung geben kann als bei lediglich einem Antrieb. Auch können mehrere parallele kinematische Ketten z.B. in Form einer Parallelkinematik verwendet werden. Ein einziger Antrieb, d.h. ein einziger Freiheitsgrad, des Endeffektors gegenüber der Basis kann jedoch ausreichend sein, um die vorliegende Erfindung umzusetzen.
  • Durch die Verwendung einer Bilderfassungseinheit kann zum einen eine optische Bilderfassung vom Endeffektor ausgehend erfolgen. Dabei kann die Bilderfassungseinheit vorzugsweise derart ausgerichtet sein, dass der Bereich unmittelbar vor dem Endeffektor von dem Bilderfassungsbereich der Bilderfassungseinheit erfasst werden kann. Zum anderen kann eine optische Bilderfassung von einer Stelle aus erfolgen, welcher unabhängig vom Endeffektor ist, d.h. dass der Endeffektor unabhängig von der optischen Bilderfassungseinheit positioniert und ausgerichtet werden kann. Die dort angeordnete Bilderfassungseinheit führt die Bewegungen des Endeffektors nicht mit aus und kann somit bei entsprechender Ausrichtung relativ zum Endeffektor diesen erfassen, wenn sich der Endeffektor in einer Soll-Ziel-Pose befindet, welche weiter unten näher beschrieben werden wird. Hierzu kann die optische Bilderfassungseinheit an einem Glied des Antriebsystems angeordnet sein, welches relativ zum Endeffektor beweglich ist. Auch kann die optische Bilderfassungseinheit an der Basis oder auch an einer Stelle wie z.B. an einer Wand angeordnet sein, an welcher die Basis angeordnet ist. Hierdurch können vielfältige Anwendungsmöglichkeiten geschaffen werden, den Endeffektor in seiner Soll-Ziel-Pose mittels der optischen Bilderfassungseinheit zu erfassen.
  • Dabei ist es auch möglich, eine erste Bilderfassungseinheit am Endeffektor und eine zweite Bilderfassungseinheit ortsfest zum Endeffektor einzusetzen und das weiter unten beschriebene erfindungsgemäße Verfahren jeweils umzusetzen, wobei die Ergebnisse beider Verfahren miteinander in Kombination betrachtet werden könnten. Beispielsweise könnte dann das Auslösen einer Reaktion davon abhängen, ob beide Verfahren zum selben Ergebnis oder zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.
  • Die Bilderfassungseinheit kann vorzugsweise eine Kamera und insbesondere ein Stereokamerapaar oder eine Monokamera sein. Dies kann die Umsetzung einer optischen Bilderfassung vergleichsweise kostengünstig ermöglichen. Werden zur Umsetzung eines Stereokamerapaars zwei Kameras mit geringer Auflösung wie z.B. CCD-Kameras verwendet, so kann dies besonders preisgünstig umgesetzt werden. Auch kann die Bildverarbeitung mit vergleichsweise geringer Computerleistung umgesetzt werden.
  • Hierzu ein Stereokamerapaar zu verwenden, kann den Vorteil bieten, dass eine stereoskopische Bilderfassung ermöglicht werden kann, so dass aus den erfassten Bildern Tiefeninformationen gewonnen werden können. Dies kann die Bestimmung einer Tiefeninformation aus zwei zeitgleich aufgenommenen Bildern ermöglichen, welche zumindest im Wesentlichen in dieselbe Richtung ausgerichtet aber räumlich zueinander versetzt sind. Unter Berücksichtigung der Tiefeninformation können eine deutlich genauere und robustere Tiefenschätzung und damit auch eines genaueres Bestimmen der Pose eines Objekts in dem erfassten Bild als bei der Auswertung lediglich eines einzelnen Bildes erfolgen.
  • Die Verwendung einer Monokamera kann die Gewinnung von Tiefeninformationen gar nicht oder nur mit einem erhöhten Aufwand der Bildverarbeitung und Mustererkennung ermöglichen, hierfür jedoch einfacher und bzw. oder kompakter in der Gestaltung und Größe sein. Dies kann zu geringeren Kosten führen. Auch kann die Auswertung der erfassten Bilddaten einfacher und schneller erfolgen, was Rechenleistung einsparen kann. Aus diesen Gründen kann die Verwendung einer Monokamera gegenüber einer Stereokamera zu bevorzugen sein.
  • Mittels des zuvor beschriebenen Antriebssystems kann das erfindungsgemäße Verfahren mit wenigstens den folgenden Schritten ausgeführt werden:
    • • Anfahren einer Soll-Ziel-Pose des Endeffektors mittels des Antriebs,
    • • wobei die Soll-Ziel-Pose derart vorgegeben ist, so dass ein vorbestimmtes Objekt oder der Endeffektor von der Bilderfassungseinheit erfasst werden kann,
    • • in einer Ist-Ziel-Pose, Erfassen eines Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mittels der Bilderfassungseinheit als Ist-Bild,
    • • Vergleichen des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mit einem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors, und
    • • in Abhängigkeit des Vergleichens, Auslösen einer Reaktion.
  • Mit anderen Worten dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, eine Soll-Ziel-Pose des Endeffektors mittels dessen Antriebs anzufahren, so dass aus dieser Soll-Ziel-Pose heraus entweder das vorbestimmte Objekt oder der Endeffektor von der Bilderfassungseinheit als Ist-Bild optisch erfasst werden kann. Das erfasste Ist-Bild kann dann mit einem Soll-Bild verglichen werden, so dass eine Aussage darüber getroffen werden kann, ob eine Übereinstimmung des Ist-Bildes mit dem Soll-Bild vorliegt oder nicht. Liegt eine Übereinstimmung zwischen Ist-Bild und Soll-Bild vor, so wurde die Soll-Ziel-Pose korrekt angefahren und eingenommen und die Ist-Ziel-Pose entspricht der Soll-Ziel-Pose, d.h. die vermeintliche Soll-Ziel-Pose entspricht der tatsächlichen Soll-Ziel-Pose. Je nach Ergebnis dieses Vergleichens können unterschiedliche Reaktionen ausgeführt werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass eine Ist-Ziel-Pose eines Endeffektors, welche gemäß einer vorgegebenen Soll-Ziel-Pose angefahren wurde, gar nicht der tatsächlichen Soll-Ziel-Pose entsprechen muss. Diese Abweichung kann auf äußeren Umständen, wie zum Beispiel von außen einwirkenden Kräften bzw. Momenten sowie Blockaden der Trajektorie und dergleichen, beruhen. Auch können sich z.B. Ungenauigkeiten in der Steuerung bzw. Regelung, Spiel in den Lagerungen der Antriebe und bzw. oder Gelenke, Beschädigungen sowie Verschmutzungen der Bilderfassungseinheit ebenso wie Ungenauigkeiten in den sensorischen Positionserfassungen auf eine Abweichung zwischen einer Soll-Trajektorie bzw. Soll-Ziel-Pose und einer Ist-Trajektorie bzw. einer Ist-Ziel-Pose auswirken, welche sich entsprechend in einer Ist-Ziel-Pose widerspiegeln kann, welche vermeintlich der Soll-Ziel-Pose entspricht, tatsächlich jedoch von dieser abweicht.
  • Um nun festzustellen, ob eine derartige Abweichung vorliegt oder die Soll-Ziel-Pose ausreichend genau vom Endeffektor eingenommen wird, kann erfindungsgemäß eine Bilderfassungseinheit des Antriebssystems verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Bilderfassungseinheit, welche heutzutage häufig ohnehin bei Antriebssystemen und insbesondere bei Robotern vorhanden und üblicherweise gerade an dessen Endeffektor zum Beispiel zur Überwachung des Arbeitsraums und zur Vermeidung von Kollisionen angeordnet ist, zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. In diesem Fall kann das Ist-Bild seitens des Antriebssystems ohne zusätzlichen Aufwand an Komponenten und Verkabelung erfasst werden. Alternativ kann eine Bilderfassungseinheit, welche üblicherweise kostengünstig beschafft und angewendet werden kann, ortsfest zum Endeffektor vorgesehen werden, wie zuvor beschrieben, um eine alternative Umsetzung der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
  • Werden nun das Ist-Bild und das Soll-Bild miteinander verglichen, was mit bekannten Verfahren zur Bildverarbeitung und bzw. oder Mustererkennung erfolgen kann, so muss eine Übereinstimmung vorliegen, sofern die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors der tatsächlichen Ist-Ziel-Pose des Endeffektors entspricht. In diesem Fall kann durch das Vergleichen von Ist-Bild und Soll-Bild eine Übereinstimmung von Soll-Ziel-Pose und tatsächlicher Ist-Ziel-Pose bestätigt werden. Andernfalls können Abweichungen erkannt und es kann hierauf reagiert werden. Dabei kann die Reaktion auf eine zutreffende Übereinstimmung anders als auf eine nicht übereinstimmende Übereinstimmung ausfallen.
  • Als Objekt, von dem ein Ist-Bild und ein Soll-Bild betrachtet werden, kann jegliches optisch erfassbare Objekt verwendet werden, welches sich in der Soll-Ziel-Pose im Bilderfassungsbereich der Bilderfassungseinheit befindet. Dieses Objekt kann teilweise oder vollständig außerhalb des Antriebssystems liegen. Es kann jedoch auch ein Teil des Antriebssystems selbst, wie beispielsweise dessen Basis, als Objekt verwendet werden. Auch kann das Antriebssystem und insbesondere dessen Basis wenigstens eine Markierung aufweisen, welche vorzugsweise optisch besonders charakteristisch und somit optisch besonders einfach und verlässlich zu identifizieren sein kann. Für das Erfassen des Ist-Bildes können jegliche Bilderfassungsverfahren verwendet werden, welche je nach Anwendungsfall und Ausgestaltung des Objekts hierzu geeignet sind. Alternativ kann, wie zuvor beschrieben, auch der Endeffektor selbst betrachtet werden.
  • Erfindungsgemäß können auf diese Art und Weise die jeweilige Ist-Ziel-Pose, je nach Anwendungsfall, auf ihre Übereinstimmung mit der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors verglichen werden. Dies kann für Referenz-Posen, Home-Posen sowie Zwischen-Posen entlang einer Trajektorie des Endeffektors verwendet werden, wie weiter unten noch näher beschrieben wird. Die Reaktionen können insbesondere ein Fortsetzen einer Bewegung bzw. das Ausführen einer Bewegung aus der aktuellen Ist-Ziel-Pose heraus sein. Im Fall des Nichtübereinstimmens kann eine erneute Referenzierung bzw. eine erstmalige Referenzierung erfolgen. Auch können Meldungen und Informationen an den Benutzer und andere Vorrichtungen herausgegeben sowie aus Sicherheitsgründen der Betrieb des Antriebssystems abgebrochen oder zumindest unterbrochen werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren vor dem Anfahren wenigstens die weiteren Schritte auf:
    • • Anfahren der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors mittels des Antriebs,
    • • Verifizieren der Ist-Ziel-Pose als Soll-Ziel-Pose,
    • • in der Soll-Ziel-Pose, Erfassen eines Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mittels der Bilderfassungseinheit, und
    • • Speichern des erfassten Bildes als Soll-Bild.
  • Dies stellt eine Möglichkeit dar, dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Soll-Bild vorzugeben, gegenüber dem ein Vergleichen mit einem aktuell aufgenommenen Ist-Bild zu erfolgen hat. Dabei wird auch in diesem Fall der Endeffektor mittels seiner Antriebe in die Soll-Ziel-Pose verfahren, welche in diesem Fall zum Beispiel durch einen Benutzer als Ist-Ziel-Pose verifiziert werden kann. Dies kann seitens des Benutzers durch eine Überprüfung des aufgenommenen Ist-Bildes, durch die Überprüfung von erfassten Messwerten, durch die Verwendung von weiteren externen Sensormitteln und dergleichen erfolgen. Das Soll-Bild kann dann zur weiteren Verwendung in dem Antriebssystem gespeichert werden. Das Soll-Bild kann auch als Referenzbild bezeichnet werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Anfahren der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors mittels des Antriebs, das Verifizieren der Ist-Ziel-Pose als Soll-Ziel-Pose, das Erfassen eines Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mittels der Bilderfassungseinheit in der Soll-Ziel-Pose und das Speichern des erfassten Bildes als Soll-Bild bei einer Inbetriebnahme des Antriebssystems. Die Inbetriebnahme kann insbesondere eine Erstinbetriebnahme sein. Eine derartige Inbetriebnahme wird üblicherweise durch eine Person durchgeführt, welche hierzu entsprechend geschult und ausgebildet ist. Daher kann auf diese Art und Weise eine zuverlässige Überprüfung erfolgen, ob die Ist-Ziel-Pose des Endeffektors der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors entspricht und entsprechend als Soll-Bild bzw. als Referenzbild gespeichert werden kann. Nach Abschluss der Inbetriebnahme und insbesondere einer Erstinbetriebnahme kann somit das erfindungsgemäße Verfahren, wie zuvor beschrieben, ausgehend von einem Soll-Bild der tatsächlichen Soll-Ziel-Pose gestartet werden. Dieses Soll-Bild kann für alle weiteren Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens Gültigkeit haben.
  • Dabei wird üblicherweise ein einziges Soll-Bild hinterlegt. Es können jedoch auch mehrere Soll-Bilder hinterlegt werden, welche z.B. zu unterschiedlichen Tages- oder Jahreszeiten erfasst wurden und verwendet werden können, um z.B. unterschiedliche Beleuchtungen des Objekts bzw. des Endeffektors in der Soll-Ziel-Pose zu berücksichtigen. Auch können in einer Situation mehrere Soll-Bilder erfasst und zu einem einzigen Soll-Bild gemittelt werden, um kleinere Abweichungen in den Lichtverhältnissen auszugleichen. Ebenso kann bei jeder Inbetriebnahme, welche unter der Aufsicht einer Person durchgeführt wird, ein neues aktuelles Soll-Bild als Referenz-Bild erstellt und gespeichert werden, um Veränderungen und insbesondere Verschmutzungen sowie ein Verblassen des Objekts bzw. des Endeffektors berücksichtigen und hierdurch die Qualität des Vergleichens verbessern bzw. aufrechterhalten zu können.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren wenigstens den weiteren Schritt vor dem Anfahren auf:
    • • Speichern eines vorbestimmten Bildes als Soll-Bild.
  • Alternativ kann das Soll-Bild somit anstatt durch eines in der tatsächlichen Soll-Ziel-Pose verifiziertes Soll-Bild auch durch ein vorbestimmtes Soll-Bild vorgegeben werden. Ein derartig vorbestimmtes Soll-Bild kann zum Beispiel unabhängig von dem Einsatzort des Antriebssystems, wie zum Beispiel in einem Labor des Herstellers des Antriebssystems, aufgenommen und in dem Antriebssystem allgemeingültig hinterlegt werden. Auch besteht die Möglichkeit, ein derartig vorbestimmtes Soll-Bild künstlich z.B. mittels einer Computersoftware zu erzeugen und allgemeingültig in dem Antriebssystem zu hinterlegen. Dies kann zum Beispiel über ein gerendertes Soll-Bild erfolgen. In derartigen Fällen kann von einer werksseitigen Vorgabe gesprochen werden, da das vorbestimmte Bild als Soll-Bild unabhängig vom Anwendungsort des Antriebssystems vorgegeben werden kann. Dies kann die Vorgabe des vorbestimmten Bildes vereinfachen. Nachteilig kann hierbei sein, dass zum Beispiel Lichtverhältnisse und andere äußere Umstände des realen Anwendungsortes nicht in dem vorbestimmten Bild dargestellt werden können. Dies kann den Vergleich zwischen Ist-Bild und Soll-Bild bei der späteren Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erschweren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors eine Referenz-Pose des Endeffektors. Unter einer Referenz-Pose wird eine Pose des Antriebssystems verstanden, in der eine Referenzierung des Antriebssystems erfolgt. Von einer derartigen Referenzposition ausgehend können alle weiteren Bewegungen und insbesondere Trajektorien des Antriebssystems vorgegeben sein, um von einem einheitlich definierten und bekannten Bezugspunkt ausgehen zu können. Der Bezugspunkt ist dabei im Sinne einer Landmarke als Punkt bzw. Fläche zu verstehen, auf den eine räumliche Beschreibung bezogen wird. Dieser Referenz-Pose kommt eine entsprechend hohe Bedeutung für die Benutzung des Antriebssystems zu, da bei Abweichungen der Start-Pose eines Pfades gegenüber der Referenz-Pose auch die tatsächliche Trajektorie von der Soll-Trajektorie abweichen und hierdurch zum Beispiel Kollisionen mit anderen Vorrichtungen oder Benutzern hervorrufen kann.
  • Um somit die Sicherheit des Betriebs des Antriebssystems zu erhöhen, kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu angewendet werden, in der vermeintlichen Referenz-Pose des Endeffektors das Ist-Bild des vorbestimmten Objekts aufzunehmen und dieses mit dem Soll-Bild der Referenz-Pose zu vergleichen. Hierdurch kann eine Verifizierung der vermeintlichen Referenz-Pose gegenüber der tatsächlichen Referenz-Pose gemäß des Soll-Bildes als Referenzbild erfolgen. Bei Übereinstimmung kann dann von einem erfolgreich referenzierten Antriebssystem bzw. Endeffektor ausgegangen und die Trajektorien abgefahren werden. Bei Nichtübereinstimmung kann beispielsweise ein erneutes Referenzieren erfolgen, welches erneut gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zu überprüfen sein kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors eine Home-Pose des Endeffektors. Unter einer Home-Pose wird eine Pose des Endeffektors verstanden, welche als allgemeine Start-Pose angesehen werden kann, von der die Bewegungen bzw. Trajektorien üblicherweise ausgehend ausgeführt werden. Die Home-Pose weicht dabei üblicherweise von einer Referenz-Pose ab, kann jedoch auch mit dieser zusammenfallen. Während die Referenz-Pose nur zur Referenzierung eingenommen wird, wird die Home-Pose üblicherweise nach dem Abschluss einer Trajektorie und insbesondere vor dem Ausschalten bzw. Herunterfahren des Antriebssystems eingenommen. Auf diese Art und Weise soll über die Home-Pose sichergestellt werden, dass bei Betriebsbeginn und insbesondere bei Beginn von Trajektorien stets von der gleichen Pose ausgegangen werden kann.
  • Entsprechend kommt auch der Home-Pose eine besondere Bedeutung beim Betrieb des Antriebssystems zu, da sich, wie zuvor bei der Referenz-Pose beschrieben, auch die Genauigkeit der eingehaltenen Home-Pose auf die Genauigkeit der von ihr ausgehenden Bewegungen und Trajektorien auswirken kann. Wird somit durch das erfindungsgemäße Verfahren eine vermeintliche Home-Pose als tatsächliche Home-Pose verifiziert, so kann diese Pose verwendet werden, um Bewegungen des Antriebssystems auszuführen. Wird eine Nichtübereinstimmung festgestellt, sollte dies vermieden werden. Stattdessen kann ein erneutes Referenzieren des Antriebssystems erfolgen, welches, wie zuvor beschrieben, erfindungsgemäß ebenfalls überprüft werden kann. Das erfolgreich referenzierte Antriebssystem kann dann erneut in die Home-Pose gefahren werden, welche gemäß dem Erfindungsverfahren erneut verifiziert werden kann. Dies kann die Betriebssicherheit des Antriebssystems verbessern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren nach dem Anfahren und vor dem Erfassen wenigstens den weiteren Schritt auf:
    • • Unterbrechen des Betriebs des Antriebssystems.
  • Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass, wie zuvor bereits erwähnt, eine Home-Pose üblicherweise gerade dann eingenommen wird, bevor das Antriebssystem ausgeschaltet bzw. heruntergefahren wird. Da jedoch nicht ausgeschlossen werden kann, dass durch äußere Umstände wie einwirkende Kräfte bzw. Momente, zum Beispiel durch einen Benutzer oder durch andere Vorrichtungen, das Antriebssystem im unterbrochenen Betriebszustand aus der Home-Pose herausbewegt wird, ist es gerade in diesem Fall vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren, wie zuvor beschrieben, anzuwenden, um beim Wiedereinschalten des Antriebssystems die vermeintliche Home-Pose auf ihre Gültigkeit zu überprüfen. Hierdurch kann die Betriebssicherheit, wie zuvor beschrieben, gewährleistet werden. Gleichzeitig kann durch eine Überprüfung der Home-Pose auf ein Referenzieren des Antriebssystems bei jedem Wiedereinschalten verzichtet werden, was einen größeren Aufwand darstellen würde, als gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens die Home-Pose zu verifizieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors eine Zwischen-Pose innerhalb einer Trajektorie des Endeffektors. Unter einer Zwischen-Pose wird eine Pose der Trajektorie verstanden, welche zwischen einer Start-Pose und einer End-Pose der Trajektorie liegt. Auf diese Art und Weise kann das Abfahren einer Trajektorie durch den Endeffektor an der Zwischen-Pose unterbrochen und dort, wie zuvor beschrieben, ein Bild des vorbestimmten Objekts erfasst werden. Durch den Vergleich mit einem Soll-Bild, welches an dieser Zwischen-Pose zuvor verifiziert oder vorgegeben wurde, kann eine Überprüfung erfolgen, ob die Trajektorie zumindest bis zum Erreichen der Zwischen-Pose erfolgreich von dem Antriebssystem abgefahren wurde oder nicht. Wird dies durch eine Übereinstimmung von Soll-Bild und Ist-Bild festgestellt in der Zwischen-Pose festgestellt, so kann die Trajektorie fortgesetzt werden. Andernfalls kann der Endeffektor beispielsweise zurück in die Start-Pose bewegt und das Abfahren der Trajektorie erneut begonnen werden. Gegebenenfalls kann auch zwischendurch ein Referenzieren des Endeffektors erfolgen, um die Genauigkeit des Abfahrens der Trajektorie bei dem darauffolgenden Abfahren zu verbessern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das vorbestimmte Objekt zumindest abschnittsweise die Basis und bzw. oder eine Markierung, vorzugsweise der Basis, und bzw. oder ein mittels einer Trajektorie anzufahrendes Objekt.
  • Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich das mittels der Bilderfassungseinheit zu erfassende vorbestimmte Objekt nach Anwendung dahingehend unterscheiden kann, auf welche Art eine Pose auf ihre Korrektheit bzw. Genauigkeit überprüft werden soll. In jedem Fall kann das vorbestimmte Objekt teilweise oder vollständig die Basis, die Markierung bzw. das anzufahrende Objekt sein.
  • Wird beispielsweise eine Trajektorie zu einem Objekt hin abgefahren, so bietet es sich an, ein Bild des anzufahrenden Objektes zu erfassen. Findet jedoch eine Überprüfung einer Referenz-Pose bzw. einer Home-Pose statt, so wird es üblicherweise zweckmäßig sein, dass das vorbestimmte Objekt zumindest einen Teil des Antriebssystems und bzw. oder zumindest einen Teil der Umgebung des Antriebssystems umfasst, da diese als unveränderlich angesehen werden können und somit als Bezugsobjekte zur Verifizierung einer Referenz-Pose bzw. einer Home-Pose dienen können. Hierzu kann vorzugsweise die Basis selbst verwendet werden, da der Endeffektor über den Antrieb gegenüber der Basis bewegt wird und die Basis nicht nur für die Kinematik des Antriebssystems, sondern auch für die Erfassung des Ist-Bildes bzw. Soll-Bildes einen festen Bezugspunkt bzw. eine Landmarke darstellen kann. Die Basis kann beispielsweise aufgrund ihrer Kontur, ihrer Farbe, ihrer Formgebung, ihrer Bemusterung bzw. wenigstens einer darauf angebrachten Markierung derart eindeutig bzw. einfach in dem Ist-Bild zu erkennen sein, dass sie für den Vergleich von Ist-Bild und Soll-Bild besonders geeignet sein kann. Gerade über eine Markierung, welche vorzugsweise auf der Basis aber auch in dessen Umgebung angeordnet sein kann, kann eine möglichst eindeutige Überprüfung der jeweiligen Pose aus dem Ist-Bild und dem Soll-Bild erfolgen können. Je nach Anwendungsfall kann es sich bei der Markierung um eine Referenz-Markierung oder um eine Start-Markierung bzw. eine Home-Markierung handeln.
  • In jedem Fall kann der Schritt des Vergleichens des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts mit dem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts durch eine markante Gestaltung der Basis und bzw. oder durch eine zu verwendende Markierung verbessert werden. Dies kann die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und insbesondere das Ergebnis des Vergleichens verbessern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung löst das Auslösen, falls das Vergleichen des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mit dem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors zu einer Nichtübereinstimmung führt, wenigstens eine der folgenden Reaktionen aus:
    • • Durchführen einer erneuten Referenzierung, vorzugsweise falls die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors eine Referenz-Pose des Endeffektors ist;
    • • Durchführen einer Referenzierung, vorzugsweise falls die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors eine Home-Pose des Endeffektors ist und bzw. oder eine Zwischen-Pose innerhalb einer Trajektorie des Endeffektors ist;
    • • Abbrechen oder Unterbrechen des Betriebs des Antriebssystems;
    • • Ausgeben eines Hinweises auf die Nichtübereinstimmung an den Benutzer;
    • • Ausgeben eines Hinweises auf die Nichtübereinstimmung an wenigstens eine andere Vorrichtung.
  • Wie teilweise zuvor bereits erwähnt, können auf diese Art und Weise Reaktionen ausgeführt werden, welche je nach Anwendungsfall zu der Nichtübereinstimmung von Ist-Bild und Soll-Bild des erfindungsgemäßen Verfahrens passen können.
  • Eine erneute Referenzierung des Endeffektors kann dabei insbesondere dann nützlich bzw. erforderlich sein, falls die Soll-Ziel-Pose eine Referenz-Pose ist, welche jedoch tatsächlich nicht eingenommen wurde. Dies kann zur erneuten Durchführung der Referenzierung führen mit dem Ziel, dass sich hierdurch eine erfolgreiche Referenzierung erreichen lässt. Ist dies nicht der Fall, kann vorzugsweise der Betrieb des Antriebssystems unterbrochen und der Benutzer zum Beispiel über eine Anzeige auf einem Anzeigegerät darauf hingewiesen werden, dass ein Betrieb des Antriebssystems aufgrund einer mehrfach nicht erfolgreich durchgeführten Referenzierung zu diesem Zeitpunkt nicht möglich erscheint. Entsprechende Informationen können auch an andere Vorrichtungen übergeben werden, welche zum Beispiel mit dem Antriebssystem interagieren können bzw. auf deren Funktionsfähigkeit zum Beispiel in nachfolgenden Produktionsschritten angewiesen sind, um auch diese zu informieren, dass ein derzeitiger Betrieb des Antriebssystems mangels erfolgreicher Referenzierung nicht möglich erscheint. Dann kann ein Benutzer den Grund untersuchen, warum eine Referenzierung nicht erfolgreich durchgeführt werden konnte und die Ursache beheben und bzw. oder sonstige Maßnahmen einleiten.
  • Auch kann auf diese Art und Weise eine erstmalige Referenzierung, vorzugsweise betrachtet nach einer Unterbrechung des Betriebs des Antriebssystems, ausgeführt werden. Dies kann beispielsweise nützlich oder erforderlich sein, falls die Überprüfung einer vermeintlichen Home-Pose zu dem Ergebnis führte, dass die Home-Pose tatsächlich gar nicht eingenommen wird. Während aus einer tatsächlich eingenommenen Home-Pose heraus hätte der Betrieb des Antriebssystems direkt erfolgen können, so sollte in diesem Fall eine Referenzierung des Antriebssystems eingeleitet werden, um danach die Home-Pose erneut anfahren und erneut zu verifizieren. Über diesen zusätzlichen Aufwand, welcher insbesondere Zeit erfordert, kann ein Benutzer bzw. können nachfolgende andere Vorrichtungen ebenfalls informiert werden, wie zuvor beschrieben. Dies gilt vergleichbar für eine Zwischen-Pose innerhalb einer Trajektorie des Endeffektors, welche ebenfalls nicht erfolgreich verifiziert werden konnte. Auch in diesem Fall kann eine Referenzierung des Antriebssystems förderlich sein, um von einer verbesserten Start-Pose aus die Trajektorie des Endeffektors erneut abfahren zu können.
  • Zu diesen möglichen Reaktionen im Falle einer Nichtübereinstimmung von Ist-Bild und Soll-Bild gehört auch das Abbrechen oder das Unterbrechen des Betriebs des Antriebssystems, wie teilweise zuvor bereits angesprochen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass sich z.B. mögliche Beschädigungen des Antriebssystems, welche zu einer Nichtübereinstimmung von Ist-Bild und Soll-Bild führen können, sich nicht weiter fortsetzen und ggfs. auf andere Komponenten des Antriebssystems bzw. auf die Umgebung auswirken können. Vielmehr kann es an dieser Stelle hilfreich sein, das Antriebssystem von einem Benutzer daraufhin untersuchen zu lassen, welchen Grund das Nichtübereinstimmen von Ist-Bild und Soll-Bild haben könnte. Von dem Benutzer können die Ursache behoben und bzw. oder sonstige Maßnahmen eingeleitet werden, um danach den Betrieb des Antriebssystems wieder aufzunehmen.
  • Das Ausgeben eines Hinweises auf die Nichtübereinstimmung an einen Benutzer kann, wie zuvor bereits erwähnt, in Form einer Mitteilung, zum Beispiel über ein optisches Ausgabegerät wie einen Monitor, erfolgen. Dies kann ebenso über stationäre Vorrichtungen wie über mobile Vorrichtungen, wie zum Beispiel ein Tablet oder ein Smartphone oder dergleichen, erfolgen. Auch kann ein derartiger Hinweis zusätzlich oder alleinig optisch durch ein Warnsignal oder dergleichen erfolgen. Ebenso kann ein derartiger Hinweis insbesondere bei einem Smartphone durch das Auslösen einer Vibrationsfunktion erfolgen. In allen Fällen kann über den Hinweis die Aufmerksamkeit des Benutzers erlangt werden, dass ein Nichtübereinstimmen von Ist-Bild und Soll-Bild gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens erkannt wurde, um den Benutzer wenigstens hierüber zu informieren und gegebenenfalls sein Eingreifen zu veranlassen, wie zuvor bereits erwähnt.
  • Das Ausgeben eines Hinweises auf die Nichtübereinstimmung an wenigstens eine andere Vorrichtung kann dafür sorgen, dass ein Benutzer davon entlastet werden kann, die erhaltene Information des Antriebssystems selbst auf andere Vorrichtungen zu übertragen. Dies kann insbesondere bei einem zusammenwirkenden Produktionsablauf zweckmäßig sein, in den das betrachtete Antriebssystem eingebunden ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung löst das Auslösen, falls das Vergleichen des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mit dem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors zu einer Übereinstimmung führt, wenigstens eine der folgenden Reaktionen aus:
    • • Abfahren einer vorbestimmten Trajektorie des Endeffektors, vorzugsweise von einer Referenz-Pose des Endeffektors oder von einer Home-Pose beginnend;
    • • Fortsetzen des Abfahrens einer Trajektorie des Endeffektors, vorzugsweise von einer Zwischen-Pose innerhalb der Trajektorie des Endeffektors beginnend.
  • Wie bereits zuvor erwähnt, kann in dem Fall der Übereinstimmung von Ist-Bild und Soll-Bild der Betrieb des Antriebssystems wie vorgesehen fortgesetzt werden. Dies kann, je nach Anwendungsfall, das Abfahren einer vorbestimmten Trajektorie des Endeffektors sein, welche vorzugsweise von einer Referenz-Pose bzw. einer Home-Pose aus beginnen kann. Ebenso kann eine Trajektorie des Endeffektors fortgesetzt werden, nachdem durch das erfindungsgemäße Verfahren verifiziert wurde, dass eine Zwischen-Pose innerhalb der Trajektorie von dem Endeffektor bis dahin erfolgreich angefahren wurde. Weitere Reaktionen können sich aus dem jeweiligen Anwendungsfall ergeben. Die Referenz-Pose und die Home-Pose können auch zusammenfallen und identisch sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Antrieb ausgebildet, eine Position oder eine Winkelstellung zwischen seiner Antriebsseite und seiner Abtriebsseite relativ zu erfassen. Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass relativ erfassende Positionssensoren aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Kosten häufig verwendet werden, zum Beispiel in derartig betrachteten Antriebssystemen wie eingangs beschrieben. Aufgrund ihrer relativ arbeitenden Positions- bzw. Winkelbestimmung ist es jedoch stets erforderlich, bei Betriebaufnahme den relativ arbeitenden Positionssensor zu referenzieren. Dabei kommt es für den erfolgreichen Betrieb des Antriebssystems entscheidend darauf an, wie eingangs beschrieben, dass die Referenzierung erfolgreich durchgeführt wird.
  • Dies kann jedoch, beispielsweise durch Blockaden oder Beschädigungen des Antriebs, verhindert werden, wobei dennoch von dem Antriebssystem von einer vermeintlich erfolgreichen Referenzierung ausgegangen werden kann. Von einer fälschlicherweise verwendeten Referenz-Pose ausgehende Trajektorien können entsprechend zu Kollisionen, Beschädigungen sowie Verletzungen von Benutzern führen. Daher ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, eine vermeintlich erfolgte Referenzierung über den Abgleich von Ist-Bild und Soll-Bild in der Referenz-Pose zusätzlich zu überprüfen. Auf diese Art und Weise kann eine aufgrund von Störungen fälschlicherweise als erfolgreich angenommene Referenzierung als solche erkannt und entsprechende Reaktionen wie zuvor beschrieben ausgelöst werden, so dass die vermeintlich erfolgreiche Referenzierung nicht als Start-Pose für eine Bewegung und einen Betrieb des Antriebssystems verwendet werden kann. Dies kann die Sicherheit des Antriebssystems verbessern und dennoch die Verwendung von vergleichsweise kostengünstigen relativ erfassenden Positionssensoren erlauben.
  • Auch kann eine Home-Pose eingenommen werden, bevor die Unterbrechung des Betriebs des Antriebssystems erfolgt. Durch die Unterbrechung des Betriebs des Antriebssystems gehen jedoch die referenzierte Positions- bzw. Winkelerfassung des relativ arbeitenden Positionssensors verloren. Somit ist es bei Betriebsaufnahme eines derartigen Antriebssystems erforderlich, dass dieses aus der Home-Pose zunächst in die Referenz-Pose bewegt wird, um dort eine erneute Referenzierung, wie zuvor beschrieben, durchzuführen. Kann jedoch erfindungsgemäß die Home-Pose, welche bei einer erneuten Betriebsaufnahme eigentlich vorliegen müsste, erfindungsgemäß durch den Vergleich von Ist-Bild und Soll-Bild verifiziert werden, so kann auf den zusätzlichen Schritt des Referenzierens verzichtet und der Betrieb des Antriebssystems direkt aus der Home-Pose heraus ausgeführt werden. Dies kann Zeit für den Betrieb des Antriebssystems sparen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Antriebssystem einen Linearantrieb auf, welcher ausgebildet ist, die Basis gegenüber einem Untergrund, vorzugsweise gegenüber einer Wand, vorzugsweise vertikal, zu verfahren. Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein derartiges Antriebssystem z.B. zum selbsttätigen Aufladen eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs verwendet werden kann. In diesem Fall kann das Antriebssystem mit seiner Basis an einer Wand, insbesondere vertikal in der Höhe, verfahren werden. In diesem Fall kann der Endeffektor ausgebildet sein, durch den Antrieb und die Glieder in der horizontalen Ebene relativ zur Basis bewegt zu werden. Dies kann eine vergleichsweise einfache Kinematik des Antriebssystems ermöglichen, da vergleichsweise wenige Antriebe und Glieder zur Durchführung einer horizontalen Bewegung des Endeffektors verwendet werden müssen. Die dreidimensionale Beweglichkeit des Endeffektors kann dann über die relative Beweglichkeit der Basis gegenüber der Wand erreicht werden. Auf diese Art und Weise kann ein Endeffektor mit bzw. als Ladestecker gegenüber einer Ladebuchse eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs innerhalb eines gewissen Arbeitsraums ausreichend positioniert und orientiert werden, um den Aufladevorgang auszuführen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Antriebssystem zur Ausführung eines Verfahrens, wie zuvor beschrieben, mit einer Basis, einem Endeffektor, wenigstens einem Antrieb, welcher den Endeffektor beweglich mit der Basis verbindet, und wenigstens einer Bilderfassungseinheit, welche an dem Endeffektor angeordnet ist. Mittels eines derartigen Antriebssystems kann eine Umsetzung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen, um deren Eigenschaften und Vorteile umsetzen zu können. Insbesondere kann das Antriebssystem eine Steuerungseinheit aufweisen, welche die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Steuerungseinheit kann ferner die hierzu erforderlichen Sensorabfragen, zum Beispiel seitens des Antriebs und der Bilderfassungseinheit, erhalten. Ebenso kann die Steuerungseinheit den Antrieb und den Endeffektor bzw. die Bilderfassungseinheit betreiben.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Ausführung eines Verfahrens, wie zuvor beschrieben. Das computerlesbare Medium kann ein interner Speicher eines Computers sowie ein entfernbarer Speicher wie z.B. eine Diskette, eine CD, eine DVD, ein USB-Stick, eine Speicherkarte und dergleichen sein. Auf diese Art und Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren einem Computer, welcher eine Steuerungseinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sein kann, zur Verfügung gestellt werden.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
    • 1 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Antriebssystem gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;
    • 2 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der 1 bei der Überprüfung einer Referenz-Pose in einer ersten Darstellung;
    • 3 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der 1 bei der Überprüfung der Referenz-Pose in einer zweiten Darstellung;
    • 4 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der 1 bei der Überprüfung einer
    • Home-Pose in einer ersten Darstellung;
    • 5 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der 1 bei der Überprüfung der Home-Pose in einer zweiten Darstellung;
    • 6 eine schematische Draufsicht auf ein Antriebssystem gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels bei der Überprüfung einer Referenz-Pose in einer ersten Darstellung;
    • 7 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der 6 bei der Überprüfung der Referenz-Pose in einer zweiten Darstellung;
    • 8 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der 1 bei der Überprüfung einer Zwischenpose einer Trajektorie in einer ersten Darstellung;
    • 9 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der 1 bei der Überprüfung der Zwischenpose einer Trajektorie in einer zweiten Darstellung; und
    • 10 ein Ablaufdiagramm zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umsetzung der Überprüfungen der 2 bis 7.
  • Die o.g. Figuren werden in kartesischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsrichtung X, welche auch als Tiefe X bezeichnet werden kann. Senkrecht zur Längsrichtung X erstreckt sich eine Querrichtung Y, welche auch als Breite Y bezeichnet werden kann. Senkrecht sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung Y erstreckt sich eine vertikale Richtung (nicht dargestellt), welche auch als Höhe bezeichnet werden kann.
  • 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Antriebssystem 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Das betrachtete Antriebssystem 1 kann als Roboter 1 und insbesondere als Knickarmroboter 1 bezeichnet werden. Der Roboter 1 könnte auch als Manipulator 1 bezeichnet werden. Der Roboter 1 stellt in diesem betrachteten Ausführungsbeispiel eine Aufladevorrichtung 1 dar. Alternativ könnte das Antriebssystem 1 auch eine Automatisierungsanlage 1 sein.
  • Der Roboter 1 ist als Aufladevorrichtung 1 im betrachteten Fall im Wesentlichen in der horizontalen Ebene ausgebildet, welche durch die Querrichtung Y und die Längsrichtung X aufgespannt wird. Der Roboter 1 weist eine Basis 10 auf, in welcher eine Steuerungseinheit 16 des Roboters 1 angeordnet ist. Die Steuerungseinheit 16 kann auch als Rechnereinheit 16 bezeichnet und zur Durchführung z.B. des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß des Ablaufdiagramms der 10 verwendet werden. Der Roboter 1 ist seitens seiner Basis 10 über einen Linearantrieb 17 in der Höhe (nicht dargestellt) verfahrbar an einem Untergrund 3 in Form einer Wand 3 angeordnet.
  • Der Roboter 1 weist ferner drei Antriebe 12 in Form von aktuierten Drehgelenken 12 auf. Zwischen den drei aktuierten Drehgelenken 12 sind zwei Glieder 11 angeordnet, welche auch als Achsen 11 bezeichnet werden können. Dabei ist eines der drei aktuierten Drehgelenke 12 zwischen den beiden Gliedern 11 angeordnet. Ein weiteres aktuiertes Drehgelenk 12 ist zwischen einem der Glieder 11 und der Basis 10 angeordnet. Das dritte aktuierte Drehgelenk 12 ist am Ende des anderen Gliedes 11 angeordnet und weist abtriebsseitig einen Endeffektor 13 auf, welcher aufgrund der Verwendung des Roboters 1 als Aufladevorrichtung 1 als Ladestecker 13 ausgebildet ist, alternativ aber auch zum Greifen, Halten und Führen eines Ladesteckers 13 ausgebildet sein könnte.
  • An dem Endeffektor 13 ist ferner eine Bilderfassungseinheit 14 in Form einer Kamera 14 angeordnet, welche als Monokamerapaar 14 realisiert ist, da die hiermit erfassbaren Bilddaten für den betrachteten Anwendungsfall als ausreichend angesehen und gleichzeitig die Kosten der Bilderfassungseinheit 14 gering gehalten werden können. Die Bilderfassungseinheit 14 weist mit ihrem Bilderfassungsbereich A in die Richtung, in welche der Ladestecker 13 als Endeffektor 13 zeigt.
  • Auf der Seitenfläche der Basis 10, welche in der Darstellung der 1 nach oben ausgerichtet ist, sind zwei Objekte 15, 15a, 15b in Form von Markierungen 15, 15a, 15b angeordnet. Eine Markierung 15, 15a, 15b stellt eine Referenz-Markierung 15a dar, deren Funktion im Folgenden näher erklärt werden wird. Daneben ist eine weitere Markierung 15, 15a, 15b in Form einer Start-Markierung 15b angeordnet, welche auch als Home-Markierung 15b bezeichnet werden kann. Auch die Funktion der Home-Markierung 15b wird im Folgenden näher erläutert werden. Dabei kann auch lediglich eine einzige Markierung 15, 15a, 15b verwendet werden, welche sowohl als Referenz-Markierung 15a als auch als Start-Markierung 15b bzw. als Home-Markierung 15b verwendet werden kann (nicht dargestellt).
  • Während der Linearantrieb 17 einen Absolutgeber (nicht dargestellt) aufweist, um die Position der Basis 10 in der Höhe gegenüber der Wand 3 ohne die Notwendigkeit einer Referenzierung jederzeit und damit auch nach Betriebsunterbrechung bzw. nach einem Ausschalten des Roboters 1 erfassen zu können, sind die aktuierten Drehgelenke 12 aus Kostengründen lediglich mit relativ arbeitenden Positionssensoren ausgestattet (nicht dargestellt). Die Positionssensoren der aktuierten Drehgelenke 12 sind jeweils dazu ausgebildet, eine Winkelstellung zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite des jeweiligen aktuierten Drehgelenks 12 zu erfassen, welche der Steuerungseinheit 16 zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Die sich aus der Kostenersparnis ergebenden Nachteile sollen durch das betrachtete erfindungsgemäße Verfahren, wie es in der 10 in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt ist, überwunden oder zumindest reduziert werden. Dies wird im Folgenden durch die Betrachtung von drei Anwendungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens näher betrachtet.
  • 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der 1 bei der Überprüfung einer Referenz-Pose in einer ersten Darstellung. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der 1 bei der Überprüfung der Referenz-Pose in einer zweiten Darstellung.
  • In der Darstellung der 2 ist der Endeffektor 13 mit seiner Bilderfassungseinheit 14 auf die Referenz-Markierung 15a ausgerichtet, so dass diese im Bilderfassungsbereich A der Bilderfassungseinheit 14 liegt. Diese Pose entspricht der Referenz-Pose des Roboters 1. Wird von den Gliedern 11 bzw. von den aktuierten Drehgelenken 12 sowie von dem Endeffektor 13 diese Referenz-Pose eingenommen, so kann eine Referenzierung des Roboters 1 erfolgen. Von dieser Referenz-Pose ausgehend können alle weiteren Bewegungen und das Abfahren von Trajektorien des Roboters 1 durchgeführt werden, da die relativ messenden Positionssensoren die Winkelstellungen der aktuierten Drehgelenke 12 ausgehend ihrer jeweiligen Winkelstellung erfassen, welche in der Referenz-Pose eingenommen wird. Entsprechend erfolgt die Steuerung bzw. der Betrieb des Roboters 1 seitens der Steuerungseinheit 16 basierend auf diesen relativen Winkelstellungen.
  • Gemäß des Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens der 10 wird dieses auf die betrachtete Anwendung der 2 und 3 derart angewendet, dass bei einer Inbetriebnahme des Roboters 1, bei welcher der Roboter 1 durch einen Servicetechniker an der Wand 3 montiert, elektrisch angeschlossen sowie erstmalig in Betrieb genommen wird, in einem Schritt 100 ein Anfahren der Referenz-Pose als Soll-Ziel-Pose des Endeffektors 13 durchgeführt wird. Dass hierbei die tatsächliche Referenz-Pose eingenommen wird, kann seitens des Servicetechnikers z.B. durch das Betrachten der Pose des Roboters 1 in einem Schritt 150 verifiziert werden. In dieser tatsächlichen Referenz-Pose kann nun in einem Schritt 200 ein Erfassen eines Bildes der Referenz-Markierung 15a mittels der Bilderfassungseinheit 14 erfolgen. Das erfasste Bild kann als Soll-Bild bzw. als Referenzbild in einem weiteren Schritt 300 eines Speicherns in der Steuerungseinheit 16 hinterlegt werden. Auf diese Art und Weise kann bei der erstmaligen Inbetriebnahme des Roboters 1 die Vorbereitung erfolgen, um das erfindungsgemäße Verfahren im Betrieb des Roboters 1 durchführen zu können.
  • Alternativ kann auch zuvor im Rahmen der Herstellung des Roboters 1 in einem Schritt 400 ein vorbestimmtes Bild als Soll-Bild gespeichert werden. Dieses vorbestimmte Bild kann beispielsweise eine Darstellung der Referenz-Markierung 15a vor einem neutralen, zum Beispiel weißen, Hintergrund oder dergleichen sein. Auch kann die Referenz-Markierung 15a in einer bildlichen Darstellung anstelle als erfasstes reales Bild verwendet werden. Auf diese Art und Weise kann auf den Aufwand verzichtet werden, ein Soll-Bild als Referenzbild vor der Anwendungsumgebung durch die Erstinbetriebnahme zu erfassen, wie zuvor beschrieben. Jedoch kann das allgemeingültig vorbestimmte Bild weniger Informationen enthalten, welche sich für den Ort der Anwendung des Roboters 1 insbesondere aus den Lichtverhältnissen ergeben und in einem erfassten realen Bild vorhanden sein können.
  • Ist es im späteren Betrieb des Roboters 1 erforderlich, dass ein Referenzieren des Endeffektors 13 durchgeführt wird, so kann erfindungsgemäß in einem Schritt 500 das Anfahren der Referenzposition als Soll-Ziel-Pose des Endeffektors 13 erfolgen. In dieser vermeintlichen Referenz-Pose kann nun in einem Schritt 700 ein Erfassen eines Bildes der Referenz-Markierung 15a seitens der Bilderfassungseinheit 14 erfolgen. Das erfasste Bild kann als Ist-Bild in einem Schritt 800 mit dem Soll-Bild der Referenz-Markierung 15a verglichen werden. Hierbei ist es nicht erforderlich, das gesamte erfasste Ist-Bild mit dem gesamten Soll-Bild zu vergleichen, sondern es kann ausreichend sein, ausreichend markante Informationen, wie zum Beispiel die Referenz-Markierung 15a, aber auch die Kontur, Farbe etc. der Basis 10, welche den Hintergrund der Referenz-Markierung 15a bildet, in den jeweiligen Bildern zu betrachten.
  • Das Ergebnis des Vergleichens 800 kann es sein, dass die Referenz-Markierungen 15a in dem Ist-Bild und in dem Soll-Bild hinsichtlich ihrer Größe, Positionierung sowie Orientierung ausreichend übereinstimmen, so dass hieraus geschlussfolgert werden kann, dass auch die Ist-Ziel-Pose, aus der das Ist-Bild aufgenommen wurde, mit der Soll-Ziel-Pose bzw. Referenz-Pose, aus welcher das Soll-Bild bzw. Referenz-bild aufgenommen wurde, übereinstimmen. Dies kann die Schlussfolgerung ermöglichen, dass die Referenzierung erfolgreich durchgeführt bzw. die Referenz-Pose erfolgreich von dem Endeffektor 13 eingenommen wurde. In einem Schritt 900 können hierauf als Reaktion alle weiteren Schritte des Betriebs des Roboters 1 eingeleitet werden, welche von der Referenzposition ausgehen.
  • Würde hingegen die Ist-Ziel-Pose von der Soll-Ziel-Pose als Referenz-Pose abweichen, so dass entsprechend große Abweichungen zwischen dem Ist-Bild der Ist-Ziel-Pose und dem Soll-Bild bzw. dem Referenzbild der Soll-Ziel-Pose durch den Schritt 800 des Vergleichens erkannt werden, so kann hieraus auf eine Nichtübereinstimmung von Ist-Ziel-Pose des Endeffektors 13 und der Soll-Ziel-Pose bzw. Referenz-Pose geschlussfolgert werden, wie in der 3 dargestellt. In diesem Fall kann ein erneutes Referenzieren versucht werden. Alternativ kann direkt oder anschließend im Falle einer erneuten erfolglosen Referenzierung in einem Schritt 600 das Referenzieren auch abgebrochen und der Betrieb des Roboters 1 zumindest vorläufig eingestellt werden. Gleichzeitig kann ein Benutzer über das erfolglose Referenzieren informiert werden, um den Roboter 1 zu betrachten und nach der Ursache des fehlerhaften Referenzierens zu suchen.
  • 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der 1 bei der Überprüfung einer Home-Position in einer ersten Darstellung. 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der Figur bei der Überprüfung der Home-Position in einer zweiten Darstellung. Auch bei dieser Anwendung wird das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Ablaufdiagramm der 10, wie zuvor beschrieben, angewendet. In diesem Fall wird jedoch die Home-Markierung 15b auf der Basis 10 des Roboters 1 durch das Erfassen 700 von der Bilderfassungseinheit 14 des Endeffektors 13 als Ist-Bild erfasst. Entsprechend erfolgt ein Vergleichen 800 mit einem Soll-Bild der Home-Markierung 15b, wie sie entweder im Rahmen einer Erstinbetriebnahme als Soll-Bild erfasst und verifiziert oder werksseitig als vorbestimmtes Bild vorgegeben wurde, wie zuvor beschrieben.
  • Wird bei dieser Anwendung, wie in der 4 dargestellt, das erfasste Ist-Bild der Home-Markierung 15b übereinstimmend mit dem entsprechenden gespeicherten Soll-Bild verglichen, so kann die vermeintliche Home-Pose als tatsächliche Home-Pose bestätigt werden. In diesem Fall kann der nachfolgende Betrieb des Roboters 1 ausgehend von der verifizierten Home-Pose aus erfolgen, ohne dass ein Referenzieren des Roboters 1 erforderlich wäre. Der entsprechende Zeitaufwand kann somit eingespart werden.
  • Wird hingegen, wie in der 5 dargestellt, durch das Vergleichen 800 des Ist-Bildes der Home-Markierung 15b mit dem Soll-Bild der Home-Markierung 15b eine derartige Abweichung festgestellt, dass ein Nichtübereinstimmen vorliegt, so kann nun ein Referenzieren des Roboters 1 eingeleitet werden, wie es zuvor anhand der 2 und 3 beschrieben wurde. Wird dann dieses Referenzieren erfolgreich durchgeführt, kann ausgehend von der Referenz-Pose die Home-Pose erneut angefahren werden. Nun kann die Home-Pose wieder, wie zuvor beschrieben, überprüft werden. Falls dieses Mal eine Übereinstimmung bei dem Vergleichen 800 erreicht wird, können nun alle weiteren Bewegungen des Roboters 1 von der verifizierten Home-Pose ausgehen. Kann die Home-Pose jedoch erneut nicht erfolgreich verifiziert werden, ist vergleichbar, wie zuvor beschrieben, auch in diesem Fall der Betrieb des Roboters 1 zumindest zu unterbrechen und der Benutzer zu informieren, um die Ursache der Abweichungen der Posen herauszufinden.
  • Somit kann durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die betrachtete Anwendung bei erfolgreicher Verifikation der Home-Pose ein Referenzieren vermieden werden, was zu einer entsprechenden Ersparnis an Zeit führen kann. Ist dennoch ein Referenzieren erforderlich, stellt dies keinen erwähnenswerten Umstand dar, da es bisher bekannt ist, insbesondere bei jeder Betriebsaufnahme eines Roboters 1 mit relativ erfassenden Winkelsensoren derartiger aktuierter Drehgelenke 12 ein Referenzieren durchzuführen, weil durch die Betriebsunterbrechung die relativen Winkeldaten verloren gegangen sind. Somit kann es durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf diese Anwendung lediglich zu einer Zeitersparnis kommen, welche bei einer Nichtübereinstimmung zwischen dem erfassten Ist-Bild mit dem erfassten Soll-Bildes lediglich zu einer Referenzierung wie bisher bekannt führen kann. Es kann somit lediglich eine Verbesserung gegenüber dem bekannten Betrieb des Roboters 1 an dieser Stelle erreicht werden, jedoch keine Verschlechterung.
  • 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Antriebssystem 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels bei der Überprüfung einer Referenz-Pose in einer ersten Darstellung. 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der 6 bei der Überprüfung der Referenz-Pose in einer zweiten Darstellung. In diesem Fall ist die Bilderfassungseinheit 14 nicht am Endeffektor 13 sondern ortsfest zum Endeffektor 13 angeordnet, was in dem betrachteten Beispiel der 6 und 7 durch eine Anordnung der Bilderfassungseinheit 14 an der Wand 3 erfolgt. Dabei ist die Bilderfassungseinheit 14 ausgerichtet, den Endeffektor in der Soll-Ziel-Pose zu erfassen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läuft auch in diesem Fall wie zuvor bezüglich der 2 und 3 beschrieben gemäß des Ablaufdiagramms der 10 ab. Der Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel der 6 und 7 liegt lediglich darin, dass in diesem Fall das Ist-Bild nicht aus der Perspektive des Endeffektors 13 auf die Referenz-Markierung 15a ausgerichtet erfolgt, sondern dass die Bilderfassungseinheit 14 auf den Endeffektor 13 ausgerichtet ist; zusätzlich kann die Referenz-Markierung 15a im Hintergrund des Endeffektors 13 erfasst werden.
  • Auch dieses Ist-Bild kann mit dem entsprechenden Soll-Bild verglichen werden um zu erkennen, ob sich der Endeffektor 13 tatsächlich in der Soll-Ziel-Pose befindet, d.h. die Ist-Ziel-Pose und die Soll-Ziel-Pose übereinstimmen, wie in der 6 dargestellt, oder ob dies nicht der Fall ist, wie in der 7 dargestellt. Entsprechend kann hierauf reagiert werden, wie hinsichtlich der 2 und 3 bereits beschrieben wurde.
  • 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der 1 bei der Überprüfung einer Zwischen-Pose einer Trajektorie in einer ersten Darstellung. 9 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der 1 bei der Überprüfung der Zwischen-Pose einer Trajektorie in einer zweiten Darstellung. Auch auf einen derartigen Anwendungsfall kann das erfindungsgemäße Verfahren gemäß des Ablaufdiagramms der 10 erfolgreich angewendet werden. Es kann auch bei dieser Anwendung bei einer Erstinbetriebnahme zunächst ein Soll-Bild als Referenzbild erfasst bzw. werksseitig als vorbestimmtes Bild vorgegeben werden, wie zuvor beschrieben.
  • Das vorbestimmte Objekt 2 stellt in diesem Fall einen Bezugspunkt 2 unabhängig von dem Roboter 1 dar. Wird die Umsetzung des Roboters 1 als Aufladevorrichtung 1 betrachtet, bei dem ein Ladestecker 13 als Endeffektor 13 in eine Ladebuchse 2 eines elektrischen betreibbaren Fahrzeugs (nicht dargestellt) einzuführen ist, so ist das Soll-Bild eine Darstellung der Ladebuchse 2 aus einer Pose des Endeffektors 13 heraus, in welcher der Endeffektor 13 bereits in einem gewissen Maße an die Ladebuchse 2 bzw. dessen Fahrzeug heranbewegt wurde. Insbesondere kann diese Pose des Endeffektors 13 dort auf einer Trajektorie liegen, wo eine grobe Annäherung des Endeffektors 13 an die Ladebuchse 2 abgeschlossen ist und eine feine Ausrichtung des Endeffektors 13 gegenüber der Ladebuchse 2 zu erfolgen hat.
  • Ist diese Pose seitens des Endeffektors 13 angefahren worden, kann ein Erfassen 700 eines Bildes der Ladebuchse 2 seitens der Bilderfassungseinheit 14 als Ist-Bild erfolgen. Nun kann auch in diesem Fall ein Vergleichen 800 des erfassten Ist-Bildes der Ladebuchse 2 mit dem Soll-Bild bzw. Referenzbild der Ladebuchse 2 erfolgen. Wird auch in diesem Fall eine ausreichende Übereinstimmung festgestellt, kann die Trajektorie fortgesetzt werden, um den Vorgang des Einsteckens des Endeffektors 13 als Ladestecker 13 in die Ladebuchse 2 abzuschließen. Andernfalls kann es beispielsweise zu einem Abbruch der aktuellen Bewegung kommen, um eine Kollision des Endeffektors 13 mit dem Fahrzeug zu vermeiden. Insbesondere kann die Trajektorie erneut ausgeführt werden, wobei vorzugsweise zuvor eine erneute Referenzierung des Endeffektors 13, wie zuvor beschrieben, durchzuführen ist.
  • Mittels des neu und erfolgreich referenzierten Endeffektors 13 kann die Trajektorie erneut abgefahren werden, bis die Zwischen-Pose erneut erreicht ist. An dieser Stelle kann die zuvor beschriebene Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erneut durchgeführt werden. Kann nun die vermeintliche Zwischen-Pose als tatsächliche Zwischen-Pose verifiziert werden, kann in diesem Fall der Annäherungsvorgang an die Ladebuchse 2 fortgesetzt und abgeschlossen werden. Kann dies wiederum nicht erfolgen, sollte der Vorgang abgebrochen und der Benutzer informiert werden. Um die Sicherheit des Roboters 1 herzustellen und insbesondere den Roboter 1 von dem Fahrzeug zu entfernen, kann vorzugsweise in diesem Fall die Home-Pose eingenommen und der Roboter 1 in der Home-Pose angehalten oder sogar in einen Ruhe-Modus bzw. ausgeschaltet werden.
  • In jedem der drei zuvor beschriebenen und dargestellten Anwendungsfälle können die Nachteile, welche sich aus der Verwendung von relativ erfassenden Positionssensoren ergeben, reduziert bis vollständig ausgeglichen werden. Das Erfassen der Position bzw. der Winkelstellung der aktuierten Drehgelenke 12 kann dahingehend vereinfacht bzw. verbessert werden, dass relativ messende Positionssensoren verwendet und deren Nachteile zumindest teilweise umgangen werden können. Dies kann gleichzeitig vergleichsweise kostengünstig erfolgen, da eine Bilderfassungseinheit 14 verwendet werden kann, welche heutzutage bei zahlreichen Robotern 1 üblicherweise ohnehin an dem Endeffektor 13 vorhanden sein kann. Auf diese Art und Weise können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, ohne zusätzliche technische Vorrichtungen verwenden zu müssen. Auch können die zuvor beschriebenen Eigenschaften ohne die Verwendung von vergleichsweise teuren Absolutgebern erreicht werden. Dies kann zu einem verbesserten Roboter 1 und insbesondere zu einer verbesserten Aufladevorrichtung 1 bei gleichzeitig vergleichsweise geringen Kosten führen.
  • Bezugszeichenliste
    • A
    Bilderfassungsbereich der Bilderfassungseinheit 14
    X
    Längsrichtung; Tiefe
    Y
    Querrichtung; Breite
    1
    Antriebssystem; (Knickarm-)Roboter; Manipulator; Aufladevorrichtung; Automatisierungsanlage
    10
    Basis; Objekt
    11
    Glieder
    12
    Antriebe; aktuierte (Dreh-)Gelenke
    13
    Endeffektor; Ladestecker
    14
    Bilderfassungseinheit; Kamera; Stereokamerapaar
    15
    Objekt; Markierung
    15a
    Referenzmarkierung
    15b
    Startmarkierung; Home-Markierung
    16
    Steuerungseinheit; Rechnereinheit
    17
    Linearantrieb
    2
    Objekt; Bezugspunkt; Ladebuchse
    3
    Untergrund; Wand
    100
    Anfahren Soll-Ziel-Pose des Endeffektors 13
    150
    Verifizieren Ist-Ziel-Pose als Soll-Ziel-Pose
    200
    in Soll-Ziel-Pose, Erfassen Bild des vorbestimmten Objekts 10; 15; 15a; 15b; 2
    300
    Speichern erfasstes Bild als Soll-Bild
    400
    Speichern vorbestimmtes Bild als Soll-Bild
    500
    Anfahren Soll-Ziel-Pose des Endeffektors 13
    600
    Unterbrechen Betrieb des Antriebssystems 1
    700
    in Ist-Ziel-Pose, Erfassen eines Bildes des vorbestimmten Objekts 10; 15; 15a; 15b; 2
    800
    Vergleichen Ist-Bild des vorbestimmten Objekts 10; 15; 15a; 15b; 2 mit Soll-Bild des vorbestimmten Objekts 10; 15; 15a; 15b; 2
    900
    in Abhängigkeit Vergleich, Auslösen Reaktion

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems (1), vorzugsweise eines Roboters (1), wobei das Antriebssystem (1) aufweist: eine Basis (10), einen Endeffektor (13), wenigstens einen Antrieb (12), welcher den Endeffektor (13) beweglich mit der Basis (10) verbindet, und wenigstens eine Bilderfassungseinheit (14), welche an dem Endeffektor (13) oder unabhängig vom Endeffektor (13) angeordnet und ausgerichtet ist, den Endeffektor in einer Soll-Ziel-Pose zu erfassen, wobei das Verfahren wenigstens die Schritte aufweist: Anfahren (500) einer Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) mittels des Antriebs (12), wobei die Soll-Ziel-Pose derart vorgegeben ist, so dass ein vorbestimmtes Objekt (10; 15; 15a; 15b; 2) oder der Endeffektor (13) von der Bilderfassungseinheit (14) erfasst werden kann, in einer Ist-Ziel-Pose, Erfassen (700) eines Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mittels der Bilderfassungseinheit (14) als Ist-Bild, Vergleichen (800) des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mit einem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13), und in Abhängigkeit des Vergleiches (800), Auslösen (900) einer Reaktion.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens die weiteren Schritte vor dem Anfahren (500): Anfahren (100) der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) mittels des Antriebs (12), Verifizieren (150) der Ist-Ziel-Pose als Soll-Ziel-Pose, in der Soll-Ziel-Pose, Erfassen (200) eines Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mittels der Bilderfassungseinheit (14), und Speichern (300) des erfassten Bildes als Soll-Bild.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahren (100) der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) mittels des Antriebs (12), das Verifizieren (150) der Ist-Ziel-Pose als Soll-Ziel-Pose, das Erfassen (200) eines Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mittels der Bilderfassungseinheit (14) in der Soll-Ziel-Pose und das Speichern (300) des erfassten Bildes als Soll-Bild bei einer Inbetriebnahme des Antriebssystems (1) erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens den weiteren Schritt vor dem Anfahren (500): Speichern (400) eines vorbestimmten Bildes als Soll-Bild.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) eine Referenz-Pose des Endeffektors (13) ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) eine Home-Pose des Endeffektors (13) ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens den weiteren Schritt nach dem Anfahren (500) und vor dem Erfassen (700): Unterbrechen (600) des Betriebs des Antriebssystems (1).
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) eine Zwischen-Pose innerhalb einer Trajektorie des Endeffektors (13) ist.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Objekt (10; 15; 15a; 15b; 2) zumindest abschnittsweise die Basis (10) und/oder eine Markierung (15; 15a; 15b), vorzugsweise der Basis (10), und/oder ein mittels einer Trajektorie anzufahrendes Objekt (2), ist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass falls das Vergleichen (800) des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mit dem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) zu einer Nicht-Übereinstimmung führt, das Auslösen (900) wenigstens eine der folgenden Reaktionen auslöst: Durchführen einer erneuten Referenzierung, vorzugsweise falls die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) eine Referenz-Pose des Endeffektors (13) ist; Durchführen einer Referenzierung, vorzugsweise falls die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) eine Home-Pose des Endeffektors (13) und/oder eine Zwischen-Pose innerhalb einer Trajektorie des Endeffektors (13) ist; Abbrechen oder Unterbrechen des Betriebs des Antriebssystems (1); Ausgeben eines Hinweises auf die Nicht-Übereinstimmung an einen Benutzer; Ausgeben eines Hinweises auf die Nicht-Übereinstimmung an wenigstens eine andere Vorrichtung.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass falls das Vergleichen (800) des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mit dem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) zu einer Übereinstimmung führt, das Auslösen (900) wenigstens eine der folgenden Reaktionen auslöst: Abfahren einer vorbestimmten Trajektorie des Endeffektors (13), vorzugsweise von einer Referenz-Pose des Endeffektors (13) oder von einer Home-Pose des Endeffektors (13) beginnend; Fortsetzen des Abfahrens einer Trajektorie des Endeffektors (13), vorzugsweise von einer Zwischen-Pose innerhalb der Trajektorie des Endeffektors (13) beginnend.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (12) ausgebildet ist, eine Position oder eine Winkelstellung zwischen seiner Antriebsseite und seiner Abtriebsseite relativ zu erfassen.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) einen Linearantrieb (17) aufweist, welcher ausgebildet ist, die Basis (10) gegenüber einem Untergrund (3), vorzugsweise gegenüber einer Wand (3), vorzugsweise vertikal, zu verfahren.
  14. Antriebssystem (1) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Basis (10), einem Endeffektor (13), wenigstens einem Antrieb (12), welcher den Endeffektor (13) beweglich mit der Basis (10) verbindet, und wenigstens einer Bilderfassungseinheit (14), welche an dem Endeffektor (13) angeordnet ist.
  15. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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