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Die Erfindung betrifft eine Projektionseinrichtung für einen Robotermanipulator, einen Robotermanipulator insbesondere mit einer Projektionseinrichtung, sowie ein Verfahren zum ortsfesten und/oder orientierungsfesten Ausgeben eines Projektionsbildes durch eine am Robotermanipulator angeordnete Projektionseinrichtung auf ein in der Umgebung eines Robotermanipulators und in einem Projektionsbereich der Projektionseinrichtung liegendes Objekt.
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Aus dem Stand der Technik sind diverse Robotersysteme wie auch unter anderem Kalibrationsvorrichtungen für Robotersysteme bekannt.
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So betrifft die nachveröffentlichte
DE 10 2019 001 207 A1 einen kollaborativer Roboter zum Bearbeiten eines Werkstücks. Der kollaborative Roboter ist dazu konfiguriert, in einem Lernmodus eine Arbeitsbewegung des Roboterwerkzeugs zum Bearbeiten des Werkstücks zu erlernen und in einem Arbeitsmodus die im Lernmodus erlernte Arbeitsbewegung durchzuführen, wobei der kollaborative Roboter im Lernmodus die Arbeitsbewegung des Roboterwerkzeugs an dem zu bearbeitenden Werkstück erlernt.
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Die
DE 10 2018 200 155 A1 betrifft eine Kalibrationsvorrichtung, welche zumindest eine Positionsinformation in einem Bildkoordinatensystem bei einer ersten Kamera einer Stereokamera und/oder eine Positionsinformation in einem Bildkoordinatensystem bei einer zweiten Kamera der Stereokamera mit einer Positionsinformation in einem Roboterkoordinatensystem bei einem Roboter verknüpft.
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Die
DE 10 2016 200 386 B4 betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern eines Manipulatorsystems, welches zumindest einen Manipulator umfasst, der einen Endeffektor führt, welcher zum Setzen von Bauteilen, insbesondere zum Setzen von Stopfen, eingerichtet ist, und wobei das Manipulatorsystem weiterhin zumindest eine Lichtquelle und eine Digitalkamera umfasst.
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Die
DE 10 2013 215 409 A1 betrifft eine Projektionseinheit für eine selbsttätig mobile Plattform, wobei die Projektionseinheit für eine Signalgebung zur Projektion des Bewegungspfades der mobilen Plattform eingerichtet ist, und wobei die Projektion im räumlichen Umfeld der mobilen Plattform erfolgt.
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Die
DE 601 27 644 T2 betrifft ein Lehrgerät, das einen Lehrroboter verwendet, der eine Projektionsvorrichtung zum Abbilden eines Lichtmusters auf einem Gegenstand aufweist, und eine Kamera zum Aufnehmen von Lehrpunkten für einen Arbeitsroboter zum Durchführen von Arbeit entlang einer Arbeitslinie auf dem Gegenstand. Eine Vorrichtung ist außerdem dazu ausgelegt, dass sie von einem Bild der Kamera über eine Oberfläche des Gegenstandes, auf dem das Lichtmuster abgebildet wird, eine dreidimensionale Position und die Lage der Oberfläche erhält.
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Die
US 7 359 817 B2 betrifft ein Verfahren zum Rekalibrieren eines dreidimensionalen visuellen Sensors mit einer Vielzahl von Parametern, die sich auf eine Kalibrierung in einem Robotersystem beziehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Interaktion eines Anwenders mit einem Robotermanipulator zu verbessern, insbesondere bei einem Einlernvorgang des Robotermanipulators durch manuelles Führen des Robotermanipulators.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Projektionseinrichtung für einen Robotermanipulator, wobei die Projektionseinrichtung einen Projektionsbereich hat und aufweist:
- - eine Bewegungserfassungseinrichtung, wobei die Bewegungserfassungseinrichtung dazu ausgeführt ist, eine Bewegung der Projektionseinrichtung gegenüber einem in der Umgebung des Robotermanipulators und im Projektionsbereich der Projektionseinrichtung liegenden Objekts zu erfassen,
- - eine Orientierungserfassungseinrichtung, wobei die Orientierungserfassungseinrichtung dazu ausgeführt ist, eine Orientierung der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt zu erfassen,
- - eine Abstandserfassungseinrichtung, wobei die Abstandserfassungseinrichtung dazu ausgeführt ist, einen Abstand der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt zu erfassen, und
- - eine Recheneinheit, die dazu ausgeführt ist, auf Basis der erfassten Bewegung und der erfassten Orientierung und des erfassten Abstands jeweils der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt die Projektionseinrichtung so anzusteuern, dass ein von der Projektionseinrichtung auf das Objekt projiziertes Projektionsbild unabhängig von der Bewegung der am Robotermanipulator angeordneten Projektionseinrichtung ortsfest und/oder orientierungsfest an dem Objekt verbleibt.
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Die Bewegungserfassungseinrichtung weist bevorzugt eine inertiale Messeinheit auf. Alternativ dazu ist bevorzugt die Bewegungserfassungseinrichtung dazu ausgeführt, die Bewegung des Robotermanipulators über die Gelenkpositionen von die Glieder des Robotermanipulators verbindenden Gelenken und optional auch die Geschwindigkeiten der Gelenke zu erfassen und dabei insbesondere die relative Drehgeschwindigkeit zwischen zwei durch ein gemeinsames Gelenk miteinander verbundene Glieder zu erfassen, wodurch vorteilhaft auch die Endeffektorposition und die Endeffektorgeschwindigkeit bekannt sind. Wird diese Geschwindigkeit in Gelenkkoordinaten ermittelt, wird sie vorteilhaft in ein kartesisches Koordinatensystem der Umgebung transformiert. Das kartesische Koordinatensystem der Umgebung ist insbesondere ortsfest gegenüber der Umgebung gedacht angeordnet. Eine von der Bewegungserfassungseinrichtung erfasste Bewegung im Sinne der Erfindung kann sich daher zum einen bevorzugt auf eine Positionsänderung beziehen, insbesondere eine Positionsänderung, die parallel zur Oberfläche des Objekts erfolgt, oder alternativ bevorzugt auch zu einer Geschwindigkeit ins parallel zur Oberfläche des Objekts. Wird eine Geschwindigkeit berücksichtigt, so entspricht dies einem Differenzialglied in der Vorsteuerung der Bewegungskompensation des Projektionsbildes gegenüber der Bewegung des Robotermanipulators relativ zum Objekt. Insbesondere dann, wenn die Projektionseinrichtung eine relative Positionsänderung gegenüber dem Objekt in gleicher Orientierung und im gleichen Abstand zur Oberfläche des Objekts erfährt, erfasst die Bewegungserfassungseinrichtung diese horizontale Positionsänderung der Projektionseinrichtung relativ zur Oberfläche des Objekts und kompensiert entsprechend die Projektionsrichtung sowie die Projektionsverzerrung des Projektionsbildes.
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Die Orientierungserfassungseinrichtung ermittelt insbesondere Lagewinkel des Robotermanipulators, insbesondere eines Endeffektors des Robotermanipulators und besonders insbesondere desjenigen Abschnitts des Robotermanipulators, an dem die Projektionseinrichtung angeordnet ist. Bevorzugt wird die Orientierung der Projektionseinrichtung in Eulerwinkel oder durch Quaternionen ausgedrückt.
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Schließlich ist die Abstandserfassungseinrichtung dazu ausgeführt, einen Abstand der Projektionseinrichtung zum Objekt zu erfassen. Die Abstandserfassungseinrichtung kann dabei mit der Bewegungserfassungseinrichtung übereinstimmen, insbesondere dann, wenn die Bewegungserfassungseinrichtung die Gelenkwinkel des Robotermanipulators vollständig erfasst, woraus auf einen Abstand des Robotermanipulators, insbesondere eines Endeffektors des Robotermanipulators bzw. desjenigen Gliedes des Robotermanipulators, an dem die Projektionseinrichtung angeordnet ist, relativ zum Objekt geschlossen werden kann. Alternativ bevorzugt dazu weist die Abstandserfassungseinrichtung einen Abstandssensor auf, der dazu ausgeführt ist, den Abstand zwischen der Projektionseinrichtung und dem Objekt zu erfassen.
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Die von der Abstandserfassungseinrichtung und von der Orientierungserfassungseinrichtung und von der Bewegungserfassungseinrichtung des Robotermanipulators bzw. der Projektionseinrichtung erfassten Größen werden insbesondere dazu verwendet, eine relative Positionsänderung, Orientierungsänderung oder auch eine Geschwindigkeit der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt so zu kompensieren, dass das Projektionsbild der Projektionseinrichtung zumindest für bestimmte Posen des Robotermanipulators, insbesondere soweit physikalisch möglich, ortsfest und/oder orientierungsfest auf dem Objekt erscheint. Dies erfordert eine entsprechende Bewegungskompensation, da die Projektionseinrichtung entsprechend der oben genannten ermittelten Größen insbesondere einen Abstrahlwinkel des Projektionsbildes abhängig vom Abstand der Projektionseinrichtung zum Objekt einstellen muss, sowie die Abstrahlrichtung des Projektionsbildes entgegen der Bewegungsrichtung des Robotermanipulators einstellen muss. Weiterhin wird vorteilhaft eine Verzerrung des Projektionsbildes abhängig von einem Lagewinkel der Oberfläche des Objekts und/oder von einer Oberflächenbeschaffenheit des Objekts im Bereich des Projektionsbildes angepasst. Die Kompensation eines veränderten Abstands der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt und/oder einer Geschwindigkeit der Projektionseinrichtung, sei sie senkrecht zum Objekt oder tangential zum Objekt, wird vorteilhaft durch Transformationsmatrizen und entsprechende dem Fachmann bekannte geometrische Zusammenhänge berechnet. Insbesondere erfolgt diese Bewegungskompensation lediglich in einem physikalisch möglichen Bereich, in dem die Projektionseinrichtung die oben genannte Aufgabe vollständig erfüllen kann. Vorteilhaft wird der physikalisch mögliche Bereich zum Ausgeben eines so geschaffenen Projektionsbildes ermittelt, und bei einem Überschreiten des physikalisch möglichen Bereich eine Warnung von der Projektionseinrichtung ausgegeben.
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Die einfachste Umsetzung der Erfindung erfolgt unter der Annahme, dass das Objekt gegenüber der Umgebung des Robotermanipulators unbeweglich ist. Demnach würde eine inertiale Messeinheit an der Projektionseinrichtung ausreichen, um eine vollständige Relativbewegung zwischen der Projektionseinrichtung und dem Objekt zu ermitteln.
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Trotzdem ist eine Umsetzung der Erfindung im Falle eines gegenüber der Umgebung des Robotermanipulators bewegten Objekts möglich, insbesondere dann, wenn die Bewegungserfassungseinrichtung mit einem aus Stereokamera, Ultraschallsensoren, Lidar oder anderen sensorischen Einrichtungen ausgestattet ist, die eine direkte Erfassung des Objekts gegenüber der Projektionseinrichtung erlauben. Hierbei kann insbesondere eine Relativbewegung zwischen der Projektionseinrichtung und dem Objekt über die Methode des optischen Flusses ermittelt werden, sowie der Abstand zwischen der Projektionseinrichtung und dem Objekt durch einen Abstandssensor.
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Die Recheneinheit der Projektionseinrichtung ist bevorzugt auch eine Steuereinheit des Robotermanipulators und dazu ausgeführt, den Robotermanipulator und die Projektionseinrichtung anzusteuern. Alternativ bevorzugt dazu ist die Recheneinheit der Projektionseinrichtung eine dedizierte Recheneinheit der Projektionseinrichtung, die aber in Verbindung mit einer Steuereinheit des Robotermanipulators und mit bestimmten Sensoren des Robotermanipulators in Verbindung steht.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass ein Anwender, der mit dem Robotermanipulator interagiert, eine intuitiv leicht erfassbare Größe als visuelle Darstellung erhält, wobei die Bewegung des Robotermanipulators gegenüber einem Objekt, auf das das Projektionsbild projiziert wird, kompensiert ist. Die visuelle Darstellung kann vorteilhaft einen Bildschirm ersetzen und eine kostengünstige und für den Anwender intuitiv erfassbare Lösung zum Übermitteln von Informationen des Robotermanipulators an den Anwender bereitstellen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Robotermanipulator, aufweisend:
- - eine am Robotermanipulator angeordnete Projektionseinrichtung mit einem Projektionsbereich,
- - eine Bewegungserfassungseinrichtung, wobei die Bewegungserfassungseinrichtung dazu ausgeführt ist, eine Bewegung der Projektionseinrichtung gegenüber einem in der Umgebung des Robotermanipulators und im Projektionsbereich der Projektionseinrichtung liegenden Objekts zu erfassen,
- - eine Orientierungserfassungseinrichtung, wobei die Orientierungserfassungseinrichtung dazu ausgeführt ist, eine relative Orientierung der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt zu erfassen,
- - eine Abstandserfassungseinrichtung, wobei die Abstandserfassungseinrichtung dazu ausgeführt ist, einen Abstand der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt zu erfassen,
- - eine Recheneinheit, die dazu ausgeführt ist, auf Basis der erfassten Bewegung und der erfassten Orientierung und des erfassten Abstands jeweils der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt die Projektionseinrichtung so anzusteuern, dass ein von der Projektionseinrichtung auf das Objekt projiziertes Projektionsbild unabhängig von der Bewegung der am Robotermanipulator angeordneten Projektionseinrichtung ortsfest und/oder orientierungsfest an dem Objekt verbleibt.
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Bevorzugt sind die Bewegungserfassungseinrichtung und/oder die Orientierungserfassungseinrichtung und/oder die Abstandserfassungseinrichtung und/oder die Recheneinheit am Robotermanipulator selbst angeordnet, insbesondere auf demjenigen Glied des Robotermanipulators, auf dem die Projektionseinrichtung angeordnet ist; dann nämlich weisen insbesondere die Projektionseinrichtung und dieses Glied stets dieselbe Orientierung gegenüber dem Objekt auf, näherungsweise auch denselben Abstand, und dieses Glied und die Projektionseinrichtung erfahren gegenüber dem Objekt die gleiche Bewegung, wie sie von der Bewegungserfassungseinrichtung erfasst wird. Alternativ dazu sind bevorzugt die Bewegungserfassungseinrichtung und/oder die Orientierungserfassungseinrichtung und/oder die Abstandserfassungseinrichtung und/oder die Recheneinheit jeweils direkt an der Projektionseinrichtung angeordnet.
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Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich vorteilhaft sowohl auf den ersten Aspekt der Erfindung als auch auf den zweiten Aspekt der Erfindung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, an die Projektionseinrichtung Statusinformationen über den Robotermanipulator zu übermitteln und die Projektionseinrichtung zum Ausgeben der Statusinformationen anzusteuern.
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Vorteilhaft werden durch das Ausgeben von Statusinformationen mittels der Projektionseinrichtung einem mit dem Robotermanipulator interagierenden Anwender unmittelbar und im Bereich seines Arbeitsplatzes, insbesondere beim manuellen Führen des Robotermanipulators, intuitiv und direkt Informationen übermittelt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Statusinformationen zumindest eines der folgenden Elemente:
- - eine Temperatur eines Bauelements des Robotermanipulators,
- - ein Lastprofil am Robotermanipulator,
- - das Auftreten eines Fehlers,
- - eine auf den Robotermanipulator wirkende Kraft,
- - eine Richtung, in die der Robotermanipulator oder ein Endeffektor des Robotermanipulators durch manuelles Führen eingelernt wird.
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Insbesondere beim manuellen Führen des Robotermanipulators stößt ein Anwender auf die Schwierigkeit, dass er Kräfte am Robotermanipulator nicht sehen kann. Werden diese Kräfte durch die Projektionseinrichtung gegenüber einem erdfesten Koordinatensystem, das heißt körperfest zur Umgebung des Robotermanipulators, intuitiv angezeigt, so werden dem Anwender auf leicht verständliche Weise die am Robotermanipulator wirkenden Kräfte oder auch diejenigen Kräfte, die der Anwender selbst auf den Robotermanipulator ausübt, angezeigt. Vorteilhaft können diese Statusinformationen auch einen Lastzustand insbesondere an einem Gelenk des Robotermanipulators, weiterhin bevorzugt an einem Antrieb des Robotermanipulators, darstellen. Auch das Auftreten eines Fehlers wird intuitiv verständlich und direkt ohne unnötige Zeitverzögerung dem Anwender des Robotermanipulators angezeigt. Vorteilhaft wird das Auftreten eines Fehlers nicht nur ortsfest zur Umgebung des Robotermanipulators angezeigt, sondern auch auf Basis einer gedachten senkrechten Projektion des Robotermanipulators auf eine Oberfläche des Objekts in der Umgebung unterhalb des Robotermanipulators. Vorteilhaft kann hierdurch ein Anwender mit dem ersten Blick erkennen, an welchem Gelenk oder an welchem Glied oder an welcher Recheneinheit oder an welchem Bauelement des Robotermanipulators der Fehler aufgetreten ist. Wird weiterhin vorteilhaft die Richtung, in die der Robotermanipulator durch manuelles Führen eingelernt wird, angezeigt, so erhält der Anwender vorteilhaft unmittelbar eine Rückmeldung über das Ergebnis des manuellen Führens des Robotermanipulators.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, die Projektionseinrichtung zum Ausgeben eines visuellen Orientierungssystems für einen Anwender als Hilfe zum manuellen Führen des Robotermanipulators in eine bestimmte Richtung oder Orientierung anzusteuern.
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Das visuelle Orientierungssystem kann insbesondere dazu verwendet werden, um eine eingelernte Position eines Endeffektors des Robotermanipulators unmittelbar beim Beenden des Einlernvorgangs zu überprüfen. Da jeder Robotermanipulator eine endliche Steifigkeit aufweist, und andere mechanische Spiele und Ungenauigkeiten eines realen Robotersystems gegenüber einem idealen mathematisch ausgedrückten Robotersystem Abweichungen hervorrufen, ergibt sich zwangsläufig beim Loslassen des Robotermanipulators nach dem manuellen Führen des Robotermanipulators an eine gewünschte Position oder auch an eine gewünschte Orientierung des Robotermanipulators eine - wenn auch sehr kleine - Abweichung. Mithilfe des visuellen Orientierungssystems kann diese Abweichung genauer nachverfolgt werden, um ihn anschließend auf die ursprünglich gewünschte Position oder in die ursprünglich gewünschte Orientierung nachzujustieren. Bevorzugt ist das Orientierungssystem ein Koordinatensystem.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, die Projektionseinrichtung zum Ausgeben von Bedienmenüs anzusteuern, wobei die Projektionseinrichtung eine Eingabeeinrichtung aufweist, wobei die Eingabeeinrichtung dazu ausgeführt ist, auf eine Eingabe eines Anwenders hin ein Eingabesignal an die Recheneinheit zu übermitteln, und wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, auf das Eingabesignal hin das Eingabesignal Elementen in den Bedienmenüs zuzuordnen und auf Basis der Zuordnung eine Funktion des Robotermanipulators anzusteuern.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, auf das Eingabesignal hin eine aktuelle Position und/oder eine aktuelle Orientierung des von der Projektionseinrichtung auf das Objekt projizierten Projektionsbildes zu erfassen und abzuspeichern.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, auf das Eingabesignal hin die Bedienmenüs relativ untereinander anzuordnen. Vorteilhaft kann der Anwender durch das relative Anordnen der Bedienmenüs gegeneinander - ähnlich zum Verfahren auf der Oberfläche eines berührungsempfindlichen Bildschirms - verschiedene Menüs und Anwendungen auf der Projektionsfläche der Projektionseinrichtung nach seinen Wünschen anordnen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, die Projektionseinrichtung gemäß einem durch manuelles Führen des Robotermanipulators eingelernten Bewegungspfades zum Ausgeben des eingelernten Bewegungspfades als Projektionsbild anzusteuern.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, die Projektionseinrichtung zum Ausgeben eines zweiten eingelernten Bewegungspfades als Projektionsbild anzusteuern, wobei der zweite eingelernte Bewegungspfad auf einem ersten durch manuelles Führen des Robotermanipulators eingelernten Bewegungspfad basiert, wobei sich die Orte (bezüglich der Umgebung) des zweiten als Projektionsbild ausgegebenen Bewegungspfades und des ersten eingelernten Bewegungspfades unterscheiden.
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Vorteilhaft ist es hierdurch dem Anwender intuitiv möglich, einen an einem ersten Ort der Umgebung des Robotermanipulators eingelernten Bewegungspfad des Robotermanipulators auf einen zweiten Ort in der Umgebung des Robotermanipulators zu duplizieren. Dies ist von besonders großem Vorteil, wenn ein eingelernter Bewegungspfad des Robotermanipulators an verschiedenen Orten wiederholt wird, oder gar der von einem ersten Robotermanipulator eingelernte Bewegungspfad von einem zweiten Robotermanipulator ausgeführt wird. Wird insbesondere in einer Produktionslinie von mehreren Robotermanipulatoren der gleiche Bewegungspfad ausgeführt, so ist es durch diese Ausführungsform besonders leicht, die Produktionslinie dahingehend einzurichten, dass an einem ersten Robotermanipulator ein Bewegungspfad eingelernt wird und an einem zweiten Robotermanipulator mit einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung der eingelernte Bewegungspfad am ersten Robotermanipulator in der Umgebung des zweiten Robotermanipulators ortsfest visuell dargestellt wird. Von einem Anwender ist es hierdurch vorteilhaft sehr leicht nachzuvollziehen, ob auch der zweite Robotermanipulator relativ zu seiner Umgebung den vom ersten Robotermanipulator eingelernten Bewegungspfad korrekt ausführen würde, noch bevor der zweite Robotermanipulator mit dem Abfahren des am ersten Robotermanipulator eingelernten Bewegungspfad analog in seinem eigenen Arbeitsraum beginnt. Dies erhöht vorteilhaft die Sicherheit und die Zuverlässigkeit für den zweiten Robotermanipulator und in der Produktionslinie im allgemeinen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum ortsfesten und/oder orientierungsfesten Ausgeben eines Projektionsbildes durch eine am Robotermanipulator angeordnete Projektionseinrichtung auf ein in der Umgebung eines Robotermanipulators und in einem Projektionsbereich der Projektionseinrichtung liegendes Objekt, aufweisend die Schritte:
- - Erfassen einer Bewegung der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt durch eine Beweg u ngserfassu ngseinrichtu ng,
- - Erfassen einer Orientierung der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt durch eine Orientierungserfassungseinrichtung,
- - Erfassen eines Abstands der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt durch eine Abstandserfassungseinrichtung,
- - auf Basis der erfassten Bewegung und der erfassten Orientierung und des erfassten Abstands jeweils der Projektionseinrichtung gegenüber dem Objekt: Ansteuern der Projektionseinrichtung durch eine Recheneinheit so, dass ein von der Projektionseinrichtung auf das Objekt projiziertes Projektionsbild unabhängig von der Bewegung der am Robotermanipulator angeordneten Projektionseinrichtung ortsfest und/oder orientierungsfest an dem Objekt verbleibt.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Vorrichtung vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 einen Robotermanipulator mit einer Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 einen Robotermanipulator mit einer Projektionseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 einen Robotermanipulator mit einer Projektionseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 4 ein Verfahren zum ortsfesten und/oder orientierungsfesten Ausgeben eines Projektionsbildes durch eine am Robotermanipulator angeordnete Projektionseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt einen Robotermanipulator 3 mit einer Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundenen Gliedern. Am Robotermanipulator 3 ist eine Projektionseinrichtung 1 angeordnet. Die Projektionseinrichtung 1 weist einen bestimmten Projektionsbereich auf, der insbesondere durch seinen Abstrahlwinkel charakterisiert wird. Eine Bewegungserfassungseinrichtung 11 und eine Abstandserfassungseinrichtung 15 der Projektionseinrichtung 1 erfassen eine relative Bewegung der Projektionseinrichtung 1 gegenüber der Oberfläche eines in der Umgebung des Robotermanipulators 3 und im Projektionsbereich der Projektionseinrichtung 1 liegenden Objektes 7, nämlich eines Tisches, das heißt insbesondere eine Positionsänderung bezüglich einer horizontalen und zur Arbeitsfläche 7 parallelen Ebene und bezüglich einer Koordinate senkrecht zu dieser Ebene. Die Bewegungserfassungseinrichtung 11 und die Abstandserfassungseinrichtung 15 sind in einer technischen Einheit zusammengefasst und ermitteln eine Änderung des Abstands und eine horizontale Positionsänderung relativ zu der Oberfläche des Objekts 7 über die durch die erfassten Gelenkwinkel bekannten kinematischen Werte des Robotermanipulators 3. Eine Orientierungserfassungseinrichtung 13 der Projektionseinrichtung 1 erfasst ferner eine relative Orientierung der Projektionseinrichtung 1 gegenüber dem Objekt 7. Eine Recheneinheit 9 dient dazu, auf Basis der erfassten Bewegung und der erfassten Orientierung und des erfassten Abstands jeweils der Projektionseinrichtung 1 gegenüber dem Objekt 7 die Projektionseinrichtung 1 so anzusteuern, dass ein von der Projektionseinrichtung 1 auf das Objekt 7 projiziertes Projektionsbild 5 unabhängig von der Bewegung der am Robotermanipulator 3 angeordneten Projektionseinrichtung 1 ortsfest und/oder orientierungsfest an dem Objekt 7 verbleibt. Dazu ändert die Projektionseinrichtung 1 gemäß ihres möglichen Abstrahlbereichs in der Abstrahlcharakteristik den Abstrahlwinkel und stellt eine der erfassten Orientierung entsprechende Verzerrung des Projektionsbildes 5 ein. Die Recheneinheit 9 des Robotermanipulators 3, die auch den Robotermanipulator 3 selbst ansteuert, steuert hierbei die Projektionseinrichtung 1 zum Ausgeben eines visuellen Orientierungssystems für einen Anwender als Hilfe zum manuellen Führen des Robotermanipulators 3 in eine bestimmte Richtung oder Orientierung an. Das visuelle Orientierungssystem ist ein zweidimensionales Koordinatensystem, wobei die Orientierung der beiden Koordinatenachsen stets ihre Orientierung gegenüber dem Objekt 7 beibehalten, unabhängig von der Orientierungsänderung der Projektionseinrichtung 1.
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2 zeigt einen weiteren Robotermanipulator 3 mit einer Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundenen Gliedern. Dieser entspricht grundsätzlich dem in 1 gezeigten Robotermanipulator 3, die Projektionseinrichtung 1 ist jedoch mit ihrer eigenen Recheneinheit 9 ausgestattet, die unabhängig von einer Steuereinheit des Robotermanipulators 3 ist. Die Recheneinheit 9 steuert die Projektionseinrichtung 1 zum Ausgeben von Bedienmenüs und von Statusinformationen an. An die Projektionseinrichtung 1 werden daher Statusinformationen über den Robotermanipulator 3 von der Recheneinheit 9 übermittelt, wobei die Recheneinheit 9 diese wiederum über eine Informationsschnittstelle von einer Steuereinheit und/oder von Sensoren des Robotermanipulators 3 erhält. Die Statusinformationen beinhalten zumindest eine auf den Robotermanipulator 3 wirkende Kraft und eine Richtung, in die der Robotermanipulator 3 durch manuelles Führen eingelernt wird.
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3 zeigt einen weiteren Robotermanipulator 3 mit einer Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundenen Gliedern. Dieser entspricht grundsätzlich einem aus in 1 oder 2 gezeigten Robotermanipulator 3. Hierbei ist jedoch die Recheneinheit 9 dazu ausgeführt, die Projektionseinrichtung 1 zum Ausgeben eines zweiten eingelernten Bewegungspfades 22 als Projektionsbild 5 anzusteuern, wobei der zweite eingelernte Bewegungspfad 22 auf einem ersten durch manuelles Führen des Robotermanipulators 3 eingelernten Bewegungspfad 21 basiert, wobei sich die Orte des zweiten als Projektionsbild 5 ausgegebenen Bewegungspfades 22 und des erste eingelernten Bewegungspfades 21 unterscheiden.
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4 zeigt ein Verfahren zum ortsfesten und/oder orientierungsfesten Ausgeben eines Projektionsbildes 5 durch eine am Robotermanipulator 3 angeordnete Projektionseinrichtung 1 auf ein in der Umgebung eines Robotermanipulators 3 und in einem Projektionsbereich der Projektionseinrichtung 1 liegendes Objekt 7, aufweisend die Schritte:
- - Erfassen S1 einer Bewegung der Projektionseinrichtung 1 gegenüber dem Objekt 7 durch eine Bewegungserfassungseinrichtung 11,
- - Erfassen S2 einer relativen Orientierung der Projektionseinrichtung 1 gegenüber dem Objekt 7 durch eine Orientierungserfassungseinrichtung 13,
- - Erfassen S3 eines Abstands der Projektionseinrichtung 1 gegenüber dem Objekt 7 durch eine Abstandserfassungseinrichtung 15,
- - auf Basis der erfassten Bewegung und der erfassten Orientierung und des erfassten Abstands jeweils der Projektionseinrichtung 1 gegenüber dem Objekt 7: Ansteuern S4 der Projektionseinrichtung 1 durch eine Recheneinheit 9 so, dass ein von der Projektionseinrichtung 1 auf das Objekt 7 projiziertes Projektionsbild 5 unabhängig von der Bewegung der am Robotermanipulator 3 angeordneten Projektionseinrichtung 1 ortsfest und/oder orientierungsfest an dem Objekt 7 verbleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Projektionseinrichtung
- 3
- Robotermanipulator
- 5
- Projektionsbild
- 7
- Objekt
- 9
- Recheneinheit
- 11
- Bewegungserfassungseinrichtung
- 13
- Orientierungserfassungseinrichtung
- 15
- Abstandserfassungseinrichtung
- 21
- erster Bewegungspfad
- 22
- zweiter Bewegungspfad
- S1
- Erfassen
- S2
- Erfassen
- S3
- Erfassen
- S4
- Ansteuern
