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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kollisionsdetektion für einen Robotermanipulator, sowie einen Robotermanipulator, der zum Ausführen des Verfahrens ausgeführt ist.
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Im Stand der Technik sind diverse Verfahren zum Ansteuern und Überwachen von Robotermanipulatoren bekannt.
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So betrifft die
DE 10 2016 014 989 B4 ein Verfahren zur Kollisionsüberwachung eines Roboters, mit den Schritten: Ermitteln eines Ist-Wertes einer Achslast wenigstens einer Achse des Roboters und Feststellen einer Kollision des Roboters, falls eine Abweichung zwischen diesem Ist-Wert und einem Referenzwert der Achslast einen Grenzwert übersteigt, wobei der Grenzwert in Abhängigkeit von wenigstens einer vorhergehenden Abweichung zwischen Ist- und Referenzwert und/oder wenigstens einem vorhergehenden Referenzwert und/oder der Referenzwert in Abhängigkeit von einem vorhergehenden Ist-Wert ermittelt wird.
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Ferner betrifft die
DE 10 2016 008 908 A1 ein Industrierobotersystem, das Folgendes umfasst: Einen Roboter; eine Krafterfassungseinheit, die eine auf den Roboter ausgeübte externe Kraft feststellt; eine Kraftschätzungseinheit, die als einen Kraftschätzwert aus Informationen über einen Arbeitsablauf des Roboters eine auf die Krafterfassungseinheit ausgeübte externe Kraft schätzt; eine Abweichungsberechnungseinheit, die eine Abweichung zwischen dem Kraftschätzwert und einem auf den Roboter angewendeten Krafterfassungswert berechnet, der aus Informationen der Krafterfassungseinheit erhalten wird; eine Vergleichseinheit, die die Abweichung mit einem ersten Schwellenwert vergleicht; und eine Befehlsausgabeeinheit,die einen Betriebsbefehl, einen Haftbefehl, einen Verlangsamungsbefehl oder einen Verlangsamungshaltbefehl an den Roboter ausgibt, wenn die Vergleichseinheit feststellt, dass die Abweichung größer als der erste Schwellenwert ist, wobei die vierte Befehlsausgabeeinheit den Betriebsbefehl ausgibt, der dem mindestens einen Abweichungsmuster entspricht, wenn die Abweichung das mindestens eine gemeinsame Abweichungsmuster umfasst.
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Die
DE 10 2015 103 451 A1 betrifft außerdem ein Verfahren zum zeitdiskreten Kontrollieren antreibbarer Achsen, wobei in einem aktuellen Zeitschritt Zustände der Achsen hinsichtlich der jeweiligen Positionen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und/oder Rucke der Achsen bereitgestellt werden, für die Achsen Grenzwerte, insbesondere hinsichtlich Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Ruck, vorgegeben werden und für die Achsen in einem aktuellen Zeitschritt Soll-Trajektorien vorgegeben werden, welche eine Soll-Bahn mithilfe von Soll-Positionen der Achsen für den aktuellen Zeitschritt und weitere Zeitschritte angibt, wobei zum zeitoptimierten Anhalten auf der Soll-Bahn unter Berücksichtigung der Grenzwerte auf der Soll-Bahn liegende korrigierte Soll-Positionen interpoliert werden und eine Soll-Trajektorie erzeugt wird, die die interpolierten korrigierten Soll-Positionen enthält.
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Die
DE 10 2014 103 370 A1 betrifft ein Verfahren zur zeitdiskreten Steuerung von antreibbaren Achsen eines Manipulators, bei dem in einem aktuellen Zeitschritt Zustände der Achsen des Manipulators hinsichtlich der jeweiligen Positionen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und/oder Rucke der Achsen bereitgestellt werden, wobei für jede der Achsen ein Positionsgrenzwert ein Geschwindigkeitsgrenzwert, ein Beschleunigungsgrenzwert und/oder ein Ruckgrenzwert vorgegeben wird, und für jede der Achsen im Zeitschritt eine Soll-Trajektorie vorgegeben wird, welche die Soll-Positionen der Achse für den aktuellen und künftige Zeitschritte angibt, wobei basierend auf den bekannten Zuständen und den vorgegebenen Soll-Trajektorien prädiktiv für Zeitschritte geprüft wird, ob eine Umsetzung der Soll-Trajektorien zu einer Überschreitung eines der Grenzwerte und/oder führt, und bejahendenfalls die Soll-Trajektorien iterativ solange korrigiert werden, bis neue Soll-Trajektorien erzeugt sind, welche keinen der vorgegebenen Grenzwerte für den aktuellen oder die künftigen Zeitschritte überschreiten, und die antreibbaren Achsen des Manipulators basierend auf den ursprünglichen Soll-Trajektorien gesteuert werden, oder andernfalls die antreibbaren Achsen des Manipulators basierend auf den neuen Soll-Trajektorien gesteuert werden.
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Die
DE 10 2008 054 312 A1 betrifft ein Verfahren zur sicheren Erfassung einer kinematischen Größe eines Manipulators, insbesondere eines Roboters, mit den Schritten: Erfassen einer kinematischen Größe des Manipulators zu verschiedenen Zeitpunkten durch eine Erfassungsvorrichtung; Bestimmen einer zeitlichen Änderung der erfassten kinematischen Größe; Prüfen, ob die zeitlichen Änderung in einem vorgegebenen plausiblen Bereich liegt; und Ausgeben einer sicheren kinematischen Größe auf Basis der erfassten kinematischen Größe, falls die zeitlichen Änderung in dem plausiblen Bereich liegt.
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Und die
DE 102 45 594 A1 betrifft schließlich ein Überwachungsverfahren für ein Antriebssystem eines Roboters, insbesondere eines Lackierroboters, mit einem Motor und einem von dem Motor angetriebenen beweglichen Teil, mit den folgenden Schritten: Messung mindestens einer antriebsseitigen Bewegungsgröße des Motors Messung mindestens einer antriebsseitigen Bewegungsgröße des beweglichen Teils Bestimmung eines Fehlersignals in Abhängigkeit von der antriebsseitig gemessenen Bewegungsgröße des Motors und von der antreebsseitig gemessenen Bewegungsgröße des beweglichen Teils.
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Die folgenden Informationen dagegen gehören nicht notwendigerweise zum Stand der Technik, sondern stellen allgemein nachprüfbare Informationen dar:
- Insbesondere dann, wenn ein Massemodell des Robotermanipulators nicht exakt der Realität entspricht, können beim Überwachen des Zusammenhangs zwischen Beschleunigung des Robotermanipulators und der Summe der auf den Robotermanipulator wirkenden Kräfte (oder Momente) fälschlicherweise externe Kräfte und/oder Momente detektiert werden, die so in der Realität nicht auftreten. Im Umkehrschluss kann es dabei weiterhin vorkommen, dass eine real auftretende externe Kraft und/oder ein externes Moment, verursacht durch eine Kollision, fälschlich nicht detektiert wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das Detektieren einer unerwünschten Kollision des Robotermanipulators insbesondere mit einem Objekt aus der Umgebung des Robotermanipulators zu verbessern. Insbesondere ist es ein Ziel, eine solche unerwünschte Kollision des Robotermanipulators mit einem Objekt der Umgebung des Robotermanipulators, insbesondere mit einer Person, möglichst zuverlässig festzustellen, um eine angemessene Reaktion des Robotermanipulators auszuführen.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kollisionsdetektion und -reaktion für einen Robotermanipulator, aufweisend die Schritte:
- - Ermitteln eines auf den Robotermanipulator wirkenden externen Moments und/oder einer auf den Robotermanipulator wirkenden externen Kraft,
- - Ermitteln einer zeitabhängigen Beschleunigung des Robotermanipulators,
- - Vergleichen des externen Moments und/oder der externen Kraft mit einem jeweiligen zeitabhängigen Grenzwert L(t), wobei der Grenzwert L(t) abhängig von der ermittelten zeitabhängigen Beschleunigung des Robotermanipulators ist, wobei der aktuelle Betrag des Grenzwerts L(t) für einen aktuellen Zeitpunkt mittels einer vorgegebenen Funktion abhängig von der aktuell ermittelten Beschleunigung des Robotermanipulators ermittelt wird, wobei eine derartige Funktion verwendet wird, dass mit betragsmäßig steigender Beschleunigung ein steigender Grenzwert verwendet wird,
- - Detektieren einer vorliegenden Kollision, wenn ein Betrag des externen Moments und/oder ein Betrag der externen Kraft den jeweiligen Grenzwert L(t) überschreitet, und
- - Ausführen einer vorgegebenen Reaktion des Robotermanipulators auf die detektierte Kollision.
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Der Robotermanipulator ist insbesondere ein Industrieroboter, das heißt er weist eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundenen Gliedern auf, wobei insbesondere an den Gelenken Aktuatoren angeordnet sind und die Aktuatoren zum Aufbringen eines Moments zum Bewegen der Glieder relativ zueinander ausgeführt sind.
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Die Reaktion des Robotermanipulators ist dabei insbesondere ein Stoppen des Robotermanipulators, oder auch insbesondere nach dem Stoppen ein Zurückfahren des Robotermanipulators weg vom Ort der Kollision.
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Insbesondere wird die Kollision direkt oder indirekt darüber detektiert, das heißt festgestellt, ob eine laufend ermittelte externe Kraft und/oder ein externes Moment betragsmäßig einen Grenzwert überschreitet. Das Ermitteln der externen Kraft und/oder des externen Moments basiert bevorzugt auf dem Zusammenhang zwischen träger Masse und der Beschleunigung der Masse auf Grund von allen Kräften und/oder Momenten, die auf den Robotermanipulator wirken. Dabei gibt es zwei Arten von Kräften und Momenten: Zum ersten, diejenigen der Aktuatoren, die durch Ansteuern der Aktuatoren gewollt auf den Robotermanipulator zum Verfahren der Glieder und des Endeffektors des Robotermanipulators wirken. Zum zweiten gibt es externe Kräfte und/oder Momente, die insbesondere bei Impulsübertragung durch ein Objekt aus der Umgebung des Robotermanipulators auf diesen wirken.
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Prinzipiell spielt es keine Rolle, welche der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Ermitteln der externen Kräfte und/oder Momente, welche von außen auf den Robotermanipulator wirken, verwendet werden, oder auch ob diese nicht explizit sondern nur indirekt über einen ermittelten Beschleunigungsfehler ausgedrückt werden. Der technische Effekt des ersten Aspekts der Erfindung wird dadurch erreicht, dass der Grenzwert, mit dem die externe Kraft oder das externe Moment verglichen wird, abhängig von einer aktuell erfassten Beschleunigung des Robotermanipulators angepasst wird.
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Der Begriff des Beschleunigens bezieht sich dabei bevorzugt sowohl auf ein Beschleunigen des Robotermanipulators mit dem Effekt einer sich erhöhenden Geschwindigkeit, als auch auf die Verzögerung des Robotermanipulators mit dem Effekt einer sich verringernden Geschwindigkeit. Die Beschleunigung ist dabei insbesondere auf Gelenkwinkel bezogen, das heißt es wird die zweite zeitliche Ableitung eines Winkels zwischen zwei Gliedern des Robotermanipulators betrachtet, alternativ dazu bevorzugt ist die Beschleunigung in einem kartesischen Koordinatensystem definiert, das heißt die Beschleunigung kann eine translatorische oder auch eine rotatorische Beschleunigung gegenüber einem erdfesten Inertialsystem sein. Die Beschleunigung des Robotermanipulators bezieht sich im letzteren Fall bevorzugt auf einen vorgegebenen Punkt des Robotermanipulators oder auf ein vorgegebenes Glied des Robotermanipulators. Der Ausdruck der zeitabhängigen Beschleunigung gibt dabei insbesondere wieder, dass zu einer Vielzahl von Zeitschriften ein aktueller Wert der Beschleunigung ermittelt wird, und aus dem jeweiligen zu jedem Zeitschritt aktuell ermittelten Wert der Beschleunigung der aktuelle Grenzwert L(t) ermittelt wird.
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Je nachdem, ob nur eine externe Kraft ermittelt wird oder ob nur ein externes Moment ermittelt wird, oder ob beide ermittelt werden, werden ein einziger Grenzwert oder zwei verschiedene Grenzwerte verwendet. Wird beispielsweise nur eine externe Kraft ermittelt und diese ist mit einem Grenzwert L(t) zu vergleichen, so existiert bevorzugt nur ein einziger Grenzwert L(t). Optional kann ein zweiter Grenzwert L(t) für ein externes Moment verwendet werden, der entsprechend der physikalischen Einheit an das Moment angepasst ist und bei Bedarf bezüglich des ersten Grenzwerts L(t) für die externe Kraft skaliert ist. Im Folgenden und im Vorhergehenden wird der Einfachheit halber daher schlicht vom Grenzwert L(t) oder vom jeweiligen Grenzwert L(t) gesprochen.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass in Beschleunigungsphasen eines Robotermanipulators der Grenzwert zum Detektieren einer Kollision angepasst wird, insbesondere erhöht wird, sodass bei einer fehlerhaften Modellierung der Masseverteilung über den Robotermanipulator eine fälschlich detektierte Kollision oder eine tatsächliche Kollision, die fälschlicherweise nicht detektiert wird, jeweils besser vermieden wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird für den Grenzwert L(t) ein erster vorgegebener Wert verwendet, wenn die ermittelte Beschleunigung des Robotermanipulators gleich null oder näherungsweise gleich null ist, und für den Grenzwert L(t) ein zweiter vorgegebener Wert verwendet, wenn die ermittelte Beschleunigung des Robotermanipulators ungleich null oder näherungsweise ungleich null ist. Die Begriffe „näherungsweise gleich null“ und „näherungsweise ungleich null“ korrelieren miteinander. Insbesondere wird eine Grenze auf das Messsignal der Beschleunigung aufgebracht, und der Betrag der gemessenen Beschleunigung wird mit dieser Grenze verglichen. Befindet sich das Signal unterhalb der Grenze, so trifft der Fall „näherungsweise gleich null“ zu. Befindet sich das Signal oberhalb der Grenze, so trifft der Fall „näherungsweise ungleich null“ zu. Vorteilhaft wird mit der Einführung einer solchen Grenze Rauschen und andere ungewollten Signalanteile herausgefiltert, sodass nicht lediglich diese eine Änderung im Grenzwert verursachen. Gemäß dieser Ausführungsform schwankt der Grenzwert zwischen zwei vorgegebenen Werten, je nachdem, ob eine Beschleunigung oberhalb oder unterhalb einer solchen Grenze, oder oberhalb von null oder keine Beschleunigung ermittelt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird beim Wechsel zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und dem zweiten vorgegebenen Wert eine Überführungsfunktion mit endlicher Steigung angewendet, sodass ein Sprung zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und dem zweiten vorgegebenen Wert vermieden wird. Durch die Überführungsfunktion wird insbesondere vermieden, dass im Rechentakt einer Recheneinheit oder einer Steuereinheit des Robotermanipulators oder allgemein sehr schnell der Grenzwert zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und dem zweiten vorgegebenen Wert wechseln kann. Vielmehr bringt die Überführungsfunktion einen zeitlichen Versatz in den Wechsel zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und dem zweiten vorgegebenen Wert ein, sodass ein sprungfreier Übergang zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und dem zweiten vorgegebenen Wert ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß wird der aktuelle Betrag des Grenzwerts L(t) für einen aktuellen Zeitpunkt mittels einer vorgegebenen Funktion abhängig von der aktuell ermittelten Beschleunigung des Robotermanipulators ermittelt, wobei eine derartige Funktion verwendet wird, dass mit betragsmäßig steigender Beschleunigung ein steigender Grenzwert verwendet wird. Gemäß dieser Ausführungsform nimmt der Grenzwert L(t), abgesehen von Quantisierungseffekten in digitalen Systemen, beliebige Werte an und ist vorteilhaft nicht nur auf einen ersten vorgegebenen Wert und auf einen zweiten vorgegebenen Wert beschränkt. Bevorzugt steigt der Grenzwert L(t) linear zum Betrag der ermittelten Beschleunigung, aber auch nichtlineare Zusammenhänge sind möglich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Ermitteln der zeitabhängigen Beschleunigung des Robotermanipulators durch eine Beschleunigungssensoreinheit. Die Beschleunigungssensoreinheit weist insbesondere Beschleunigungssensoren auf, die die genannte Beschleunigung bevorzugt direkt erfassen. Beispielsweise wird eine inertiale Messeinheit (IMU) verwendet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Ermitteln der zeitabhängigen Beschleunigung des Robotermanipulators durch einen Beobachter. Ein solcher Beobachter ist insbesondere ein Zustandsbeobachter im mathematischen und regelungstechnischen Sinne, mithilfe dessen die Beschleunigung nicht direkt aus einer Messung ermittelt wird, sondern sich aus andersartigen Messungen und durch Auflösen oder Integration von entsprechenden Gleichungen ergibt. Da eine direkte Messung einer Beschleunigung typischerweise sehr hohe Rauschanteile im Signal enthält, kann vorteilhaft durch die Verwendung eines Beobachters eine Beschleunigung mit geringerem Rauschanteil ermittelt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Ermitteln der zeitabhängigen Beschleunigung durch Bilden einer zeitlichen Ableitung einer aktuell ermittelten Geschwindigkeit des Robotermanipulators. Alternativ bevorzugt dazu wird eine gewünschte Geschwindigkeit verwendet, und diese zeitlich abgeleitet, um eine gewünschte Beschleunigung zu erhalten. Die gewünschte Beschleunigung wird dann anstelle der tatsächlichen Beschleunigung verwendet. Vorteilhaft ist die gewünschte Geschwindigkeit des Robotermanipulators ein durch eine Recheneinheit generiertes Signal, das aus diesem Grund keinerlei Rauschen aufweist, insbesondere wenn das Signal in digitaler Form vorliegt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Ermitteln des auf den Robotermanipulator wirkenden externen Moments und/oder der auf den Robotermanipulator wirkenden externen Kraft durch Vergleich einer ermittelten tatsächlichen Beschleunigung am Robotermanipulator mit einer hypothetischen Beschleunigung am Robotermanipulator, wobei die hypothetische Beschleunigung durch Anwenden eines Massemodells des Robotermanipulators in Verbindung mit einem von Aktuatoren des Robotermanipulators erzeugten Moments erfolgt. Diese Ausführungsform entspricht einer indirekten Ermittlung einer extern auf den Robotermanipulator wirkenden Kraft und/oder eines extern auf den Robotermanipulator wirkenden Moments, da sich in der Differenz der ermittelten tatsächlichen Beschleunigung und der hypothetischen Beschleunigung die externe Kraft oder das externe Moment linear widerspiegelt. Wenn auch die physikalische Einheit einer Beschleunigung dies nicht direkt zeigt, so ist dennoch in dieser Differenz die externe Kraft oder das externe Moment enthalten. Es wird daher unter dem Schritt des Ermittelns einer externen Kraft oder eines externen Moments gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auch das Ermitteln der tatsächlichen Beschleunigung und der hypothetischen Beschleunigung und das Vergleichen dieser Beschleunigungen als Ermitteln einer externen Kraft und/oder eines externen Moments verstanden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Ermitteln des auf den Robotermanipulator wirkenden externen Moments und/oder der auf den Robotermanipulator wirkenden externen Kraft durch Vergleich eines ermittelten tatsächlichen Moments und/oder einer ermittelten tatsächlichen Kraft am Robotermanipulator mit einem gewünschten Moment und/oder einer gewünschten Kraft am Robotermanipulator. Im Gegensatz zur vorherigen Ausführungsform wird bei dieser Ausführungsform insbesondere eine Kraft und/oder ein Moment gemessen und die gemessene Kraft und/oder das gemessene Moment mit seinem jeweiligen gewünschten Pendant verglichen. Aus der Differenz ergibt sich die externe Kraft/oder das externe Moment.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Robotermanipulator, aufweisend:
- - eine Kraftermittlungseinheit, die zum Ermitteln eines auf den Robotermanipulator wirkenden externen Moments und/oder einer auf den Robotermanipulator wirkenden externen Kraft ausgeführt ist,
- - eine Beschleunigungsermittlungseinheit, die zum Ermitteln einer zeitabhängigen Beschleunigung des Robotermanipulators ausgeführt ist,
- - eine Recheneinheit, die zum Vergleichen des externen Moments und/oder der externen Kraft mit einem jeweiligen zeitabhängigen Grenzwert L(t) ausgeführt ist, wobei der Grenzwert abhängig von der ermittelten zeitabhängigen Beschleunigung des Robotermanipulators ist, wobei der aktuelle Betrag des Grenzwerts L(t) für einen aktuellen Zeitpunkt mittels einer vorgegebenen Funktion abhängig von der aktuell ermittelten Beschleunigung des Robotermanipulators ermittelt wird, wobei eine derartige Funktion verwendet wird, dass mit betragsmäßig steigender Beschleunigung ein steigender Grenzwert verwendet wird, und wobei die Recheneinheit zum Detektieren einer vorliegenden Kollision ausgeführt ist, wenn ein Betrag des externen Moments und/oder ein Betrag der externen Kraft den jeweiligen Grenzwert L(t) überschreitet, und die zum Ansteuern des Robotermanipulators zum Ausführen einer vorgegebenen Reaktion des Robotermanipulators auf die detektiere Kollision ausgeführt ist.
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Bevorzugt ist die Beschleunigungssensoreinheit gleich der Beschleunigungsermittlungseinheit.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Robotermanipulators ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 ein Verfahren zur Kollisionsdetektion für einen Robotermanipulator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 einen zum Verfahren der 1 zugehörigen Robotermanipulator, und
- 3 mögliche Verläufe des Grenzwerts L(t) abhängig von der ermittelten Beschleunigung nach weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein Verfahren zur Kollisionsdetektion für einen Robotermanipulator 1, wie in 2 dargestellt. Die im folgenden für die 1 gemachten Ausführungen beziehen sich dabei bezüglich von Vorrichtungselementen auch auf die 2. Das Verfahren der 1 weist hierbei die folgenden Schritte auf:
- - Ermitteln S1 einer auf den Robotermanipulator 1 wirkenden externen Kraft durch Vergleich einer ermittelten tatsächlichen Beschleunigung am Robotermanipulator 1 mit einer hypothetischen Beschleunigung am Robotermanipulator 1, wobei die hypothetische Beschleunigung durch Anwenden eines Massemodells des Robotermanipulators 1 in Verbindung mit einem von Aktuatoren des Robotermanipulators 1 erzeugten Moments erfolgt, und wobei das Ermitteln der tatsächlichen Beschleunigung des Robotermanipulators 1 durch eine Beschleunigungssensoreinheit 3 erfolgt, welche Beschleunigungssensoren aufweist,
- - Ermitteln S2 einer zeitabhängigen Beschleunigung des Robotermanipulators 1 durch die ebensolche Beschleunigungssensoreinheit 3 mit ihren Beschleunigungssensoren,
- - Vergleichen S3 der externen Kraft mit einem zeitabhängigen Grenzwert L(t), wobei der Grenzwert L(t) abhängig von der ermittelten zeitabhängigen Beschleunigung des Robotermanipulators 1 ist,
- - Detektieren S4 einer vorliegenden Kollision, wenn ein Betrag der externen Kraft den jeweiligen Grenzwert L(t) überschreitet, und
- - Ausführen S5 der vorgegebenen Reaktion des Robotermanipulators 1 „Robotermanipulator stoppen“ auf die detektierte Kollision durch Ansteuern der Aktuatoren und Bremsen des Robotermanipulators 1 durch eine Recheneinheit 9. Wie hierbei die Abhängigkeit von der ermittelten Beschleunigung des Robotermanipulators 1 auf den jeweiligen Grenzwert L(t) gestaltet werden kann, ist den Ausführungsbeispielen der 3 zu entnehmen.
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2 zeigt einen zum Verfahren der 1 zugehörigen Robotermanipulator 1, wobei der Robotermanipulator 1 zum Ausführen des Verfahrens nach 1 dient und ausgeführt ist. Der Robotermanipulator 1 weist hierzu auf:
- - Eine Kraftermittlungseinheit 5, die zum Ermitteln einer auf den Robotermanipulator 1 wirkenden externen Kraft ausgeführt ist,
- - eine Beschleunigungsermittlungseinheit 7, die zum Ermitteln einer zeitabhängigen Beschleunigung des Robotermanipulators 1 ausgeführt ist,
- - eine Recheneinheit 9, die zum Vergleichen des externen Moments und/oder der externen Kraft mit einem jeweiligen zeitabhängigen Grenzwert L(t) ausgeführt ist, wobei der Grenzwert L(t) abhängig von der ermittelten zeitabhängigen Beschleunigung des Robotermanipulators 1 ist, und die zum Detektieren einer vorliegenden Kollision ausgeführt ist, wenn ein Betrag des externen Moments und/oder ein Betrag der externen Kraft den jeweiligen Grenzwert L(t) überschreitet, und die zum Ansteuern des Robotermanipulators 1 zum Ausführen der vorgegebenen Reaktion des Robotermanipulators 1 auf die detektiere Kollision ausgeführt ist. Der Vollständigkeit halber ist in der 2 die Kraftermittlungseinheit 5 separat bezeichnet, die sich jeodch auch aus der Gesamtheit von Momentensensoren in den Gelenken des Robotermanipulators zusammensetzen kann. Es kann wahlweise am Robotermanipulator 1 ausgewählt werden, wie die externe Kraft am Robotermanipulator 1 ermittelt wird. Die Kraftermittlungseinheit 5 kann dabei wahlweise als die Beschleunigungsermittlungseinheit 7 ausgewählt werden, oder die Momentensensoren benutzen.
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3 zeigt in den Abschnitten (A), (B) und (C) drei verschiedene Möglichkeiten für den Zusammenhang zwischen der aktuell ermittelten Beschleunigung des Robotermanipulators 1 und einem Grenzwert L(t), der für den Vergleich mit der ermittelten externen Kraft auf den Robotermanipulator 1, für den Vergleich mit dem ermittelten externen Moment auf den Robotermanipulator 1, oder für den Vergleich mit einer Kombination der ermittelten externen Kraft oder dem ermittelten externen Moment auf den Robotermanipulator 1 verwendet werden kann. Es versteht sich für den Fachmann, dass weitere Verläufe oder Modifikationen der in der 3 gezeigten Verläufe und Abhängigkeiten angewendet werden können. In den jeweiligen Abschnitten der 3 bezieht sich die gestrichelte Kurve auf den Grenzwert L(t) und die durchgezogen gezeichnete Kurve jeweils auf die aktuell ermittelte Beschleunigung des Robotermanipulators 1. Die jeweilige waagerechte Achse entspricht einer Zeitachse wobei nach rechts spätere Zeiten angezeigt werden, und die vertikale Achse entspricht einem Betrag der ermittelte Beschleunigung bzw. einem Betrag des Grenzwerts L(t). In (A) wird der aktuelle Betrag des Grenzwerts L(t) für einen aktuellen Zeitpunkt mittels einer vorgegebenen Funktion abhängig von der aktuell ermittelten Beschleunigung des Robotermanipulators 1 ermittelt, wobei eine derartige Funktion verwendet wird, dass mit betragsmäßig steigender Beschleunigung ein steigender Grenzwert verwendet wird. In (B) wird für den Grenzwert L(t) ein erster vorgegebener Wert verwendet, wenn die ermittelte Beschleunigung des Robotermanipulators 1 gleich null oder näherungsweise gleich null ist, und für den Grenzwert ein zweiter vorgegebener Wert verwendet, wenn die ermittelte Beschleunigung des Robotermanipulators 1 ungleich null oder ungleich näherungsweise null ist. Der erste vorgegebene Wert liegt hierbei sehr nahe an Null, sodass er sich in der 3 nicht von der horizontalen Achse abhebt. Der Verlauf in (C) entspricht grundsätzlich dem aus (B), wobei beim Wechsel zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und dem zweiten vorgegebenen Wert eine Überführungsfunktion mit endlicher Steigung angewendet wird, sodass ein Sprung zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und dem zweiten vorgegebenen Wert vermieden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Robotermanipulator
- 3
- Beschleunigungssensoreinheit
- 5
- Kraftermittlungseinheit
- 7
- Beschleunigungsermittlungseinheit
- 9
- Recheneinheit
- S1
- Ermitteln
- S2
- Ermitteln
- S3
- Vergleichen
- S4
- Detektieren
- S5
- Ausführen
