DE102019125326B3 - Predicted braking range of a robot manipulator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Bremsbereichs eines Robotermanipulators (1) beim Abfahren einer Trajektorie (3), aufweisend die Schritte:- Vorgeben (S1) einer geplanten Trajektorie (3) des Robotermanipulators (1),- Vorgeben (S2) einer Vielzahl von Startpunkten (5) auf der Trajektorie (3),- für jeden der Startpunkte (5): Ermitteln (S3) eines jeweiligen prädizierten Endpunktes (6) des Robotermanipulators (1) nach einer am jeweiligen Startpunkt (5) eingeleiteten Bremsung des Robotermanipulators (1) mittels einer Bremssimulation, und- Ermitteln (S4) des Bremsbereichs aus der Vielzahl der jeweiligen prädizierten Endpunkte (6) des Robotermanipulators (1), sodass die prädizierten Endpunkte (6) des Robotermanipulators (1) innerhalb des Bremsbereichs liegen.The invention relates to a method for determining a braking range of a robot manipulator (1) when following a trajectory (3), comprising the steps: - presetting (S1) a planned trajectory (3) of the robot manipulator (1), - presetting (S2) a plurality of starting points (5) on the trajectory (3), - for each of the starting points (5): determining (S3) a respective predicted end point (6) of the robot manipulator (1) after braking the robot manipulator at the respective starting point (5) ( 1) by means of a brake simulation, and determining (S4) the braking area from the large number of the respective predicted end points (6) of the robot manipulator (1), so that the predicted end points (6) of the robot manipulator (1) lie within the braking area.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Bremsbereichs eines Robotermanipulators beim Abfahren einer Trajektorie, sowie ein Robotersystem zum Ermitteln eines Bremsbereichs eines Robotermanipulators des Robotersystems beim Abfahren einer Trajektorie.The invention relates to a method for determining a braking area of a robot manipulator when following a trajectory, and a robot system for determining a braking area of a robot manipulator of the robot system when following a trajectory.
In der
Ferner betrifft die
Die
Die
Die
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, den Betrieb eines Robotermanipulators sicherer zu gestalten.The object of the invention is to make the operation of a robot manipulator safer.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention results from the features of the independent claims. The dependent claims relate to advantageous developments and refinements.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Bremsbereichs eines Robotermanipulators beim Abfahren einer Trajektorie, aufweisend die Schritte:
- - Vorgeben einer geplanten Trajektorie des Robotermanipulators,
- - Vorgeben einer Vielzahl von Startpunkten auf der Trajektorie,
- - für jeden der Startpunkte: Ermitteln eines jeweiligen prädizierten Endpunktes des Robotermanipulators nach einer am jeweiligen Startpunkt eingeleiteten Bremsung des Robotermanipulators mittels einer Bremssimulation,
- - Ermitteln des Bremsbereichs aus der Vielzahl der jeweiligen prädizierten Endpunkte des Robotermanipulators, sodass die prädizierten Endpunkte des Robotermanipulators innerhalb des Bremsbereichs liegen, wobei der Bremsbereich ein die jeweiligen Endpunkte des Robotermanipulators einhüllender virtueller Schlauch ist,
- - Anpassen der geplanten Trajektorie, wenn ein Vergleich des ermittelten Bremsbereiches mit einer Sicherheitsanforderung ein negatives Ergebnis liefert, und
- - Abfahren der angepassten Trajektorie.
- - Specifying a planned trajectory of the robot manipulator,
- - Specifying a large number of starting points on the trajectory,
- - for each of the starting points: determining a respective predicted end point of the robot manipulator after braking the robot manipulator at the respective starting point by means of a brake simulation,
- - Determination of the braking area from the plurality of the respective predicted end points of the robot manipulator, so that the predicted end points of the robot manipulator lie within the braking area, the braking area being a virtual tube enveloping the respective end points of the robot manipulator,
- - Adaptation of the planned trajectory if a comparison of the determined braking area with a safety requirement provides a negative result, and
- - running of the adapted trajectory.
Der Begriff der geplanten Trajektorie umfasst dabei eine geplante geometrische Bahnkurve, wobei der Begriff der Trajektorie optional auch eine Zeitinformation fast, das heißt, zusätzlich zur geometrischen Bahnkurve kann auch eine vorgegebener Zeitpunkt bzw. eine vorgegebene Geschwindigkeit oder Beschleunigung definiert sein, den der Robotermanipulator und insbesondere der vorgegebene Ort des Robotermanipulators an dem jeweiligen Bahnpunkt der geometrischen Bahnkurve aufweisen soll. Die geometrische Bahnkurve wird bevorzugt durch ein Polynom oder alternativ bevorzugt zumindest durch eine Punktefolge im Raum ausgedrückt, die ein vorgegebener Ort des Robotermanipulators durchfahren soll. Insbesondere ist die Bahnkurve im erdfesten Raum definiert, oder alternativ dazu mittelbar durch den Verlauf von Gelenkwinkeln im Falle eines Robotermanipulators, der durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist.The term planned trajectory includes a planned geometric trajectory, the term trajectory optionally also providing time information, i.e. in addition to the geometric trajectory, a specified point in time or a specified speed or acceleration can be defined, which the robot manipulator and in particular the specified location of the robot manipulator should have at the respective point of the geometric trajectory. The geometric trajectory is preferably expressed by a polynomial or, alternatively, preferably at least by a sequence of points in space that a predetermined location of the robot manipulator is to traverse. In particular, the trajectory is defined in earth-fixed space, or, alternatively, indirectly through the course of joint angles in the case of a robot manipulator which has links connected to one another by joints.
Ein jeweiliger der Startpunkte entspricht der Position und/oder Orientierung des Robotermanipulators beim Abfahren der geplanten Trajektorie zu einem bestimmten Zeitpunkt. Ein solcher Momentanzustand des Robotermanipulators während des Abfahrens der geplanten Trajektorie wird dabei betrachtet und von diesem jeweiligen Startpunkt ausgehend wird eine Simulation ausgeführt, die den entsprechenden Endpunkt eines Bremsvorgangs prädiktiv ermittelt, die der Robotermanipulator und insbesondere der oben genannte vorgegebene Ort des Robotermanipulators einnehmen würde, wenn der Bremsvorgang tatsächlich ausgehend von dem jeweiligen Startpunkt des Robotermanipulators auf der Trajektorie ausgeführt werden würde.A respective one of the starting points corresponds to the position and / or orientation of the robot manipulator when following the planned trajectory at a specific point in time. Such an instantaneous state of the robot manipulator while traveling the planned trajectory is considered and, starting from this respective starting point, a simulation is carried out that predictively determines the corresponding end point of a braking process that the robot manipulator and in particular the above-mentioned predetermined location of the robot manipulator would assume if the braking process would actually be carried out starting from the respective starting point of the robot manipulator on the trajectory.
Dies zeigt die prädiktive Natur des Ermittelns des jeweiligen Endpunktes, der zwar bei einer tatsächlichen Bremsung des Robotermanipulators beim tatsächlichen Abfahren der Trajektorie vom Robotermanipulator eingenommen werden kann, dies aber nicht zwangsläufig muss, da die Simulation naturgemäß nur ein Modell der Wirklichkeit wiedergibt. Durch die hohe Systemkenntnis eines Robotermanipulators und dessen Komponenten ist jedoch vorteilhaft eine solche Simulation zuverlässig ausführbar. Wird daher eine Vielzahl von Startpunkten auf der Trajektorie des Robotermanipulators ausgewählt, um von jedem dieser Standpunkte eine solche Simulation der Bremsung des Robotermanipulators auszuführen, ist vorteilhaft sehr genau vorhersagbar, welche möglichen Endpunkte des Robotermanipulators auftreten können, wenn der Robotermanipulator beim späteren tatsächlichen Abfahren der geplanten Trajektorie an irgendeinem Punkt der Trajektorie abgebremst werden würde und damit das Abfahren der geplanten Trajektorie unterbrochen werden würde.This shows the predictive nature of the determination of the respective end point, which can be assumed by the robot manipulator when the robot manipulator actually brakes when the trajectory is actually traveled, but this does not necessarily have to be, since the simulation naturally only reproduces a model of reality. However, due to the high level of system knowledge of a robot manipulator and its components, such a simulation can advantageously be carried out reliably. If, therefore, a large number of starting points are selected on the trajectory of the robot manipulator in order to carry out such a simulation of the braking of the robot manipulator from each of these points of view, it is advantageously possible to very precisely predict which possible end points of the robot manipulator can occur when the robot manipulator actually travels the planned Trajectory would be braked at any point on the trajectory and thus the departure of the planned trajectory would be interrupted.
Je mehr Startpunkte je Trajektorie verwendet werden, umso genauer lässt sich diese Vorhersage treffen. Hierbei kann aus zumindest zwei Möglichkeiten ausgewählt werden, wie die Startpunkte auf der Trajektorie verteilt werden: Zum einen können diese abhängig von einer Strecke auf der Trajektorie definiert werden, oder die Startpunkte werden bezüglich der Trajektorie abhängig von einer Zeit definiert, und aus der Zeit derjenige Ort auf der Trajektorie ermittelt, den der Robotermanipulator beim Abfahren der Trajektorie jeweils aufweist.The more starting points are used per trajectory, the more precisely this prediction can be made. It is possible to choose from at least two options as to how the starting points are distributed on the trajectory: On the one hand, they can be defined depending on a distance on the trajectory, or the starting points are defined with respect to the trajectory depending on a time, and that based on the time Determined location on the trajectory that the robot manipulator has when following the trajectory.
Die Bremssimulation simuliert die weitere Bewegung des Robotermanipulators, nachdem die Bremsung eingeleitet wurde. Die Bremsung erfolgt insbesondere durch entsprechende Ansteuerung von bevorzugt elektrischen Aktuatoren des Robotermanipulators, die insbesondere an den Gelenken zwischen den Gliedern angeordnet sind. Die Bremssimulation berücksichtigt insbesondere die Masse und das Trägheitsmoment der einzelnen Glieder sowie der Gelenke, Motoren, Getriebe und allen anderen Komponenten des Robotermanipulators und schließt über die vorgegebenen Bremsmomente auf eine entsprechende Verzögerung der Komponenten des Robotermanipulators, worauf der jeweilige Endpunkt berechnet wird.The brake simulation simulates the further movement of the robot manipulator after braking has been initiated. The braking takes place in particular by appropriate control of preferably electrical actuators of the robot manipulator, which are arranged in particular on the joints between the links. The brake simulation takes into account in particular the mass and the moment of inertia of the individual links as well as the joints, motors, gears and all other components of the robot manipulator and, based on the specified braking torque, concludes that the components of the robot manipulator will be decelerated accordingly, whereupon the respective end point is calculated.
Der Bremsbereich des Robotermanipulators, gültig für eine bestimmte Trajektorie, wird dabei gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aus der Vielzahl der prädizierten Endpunkte des Robotermanipulators nach einem jeweiligen hypothetischen Bremsvorgang ermittelt. Dabei wird der Bremsbereich bevorzugt so ermittelt, dass er eine Einhüllende für die prädizierten Endpunkte bildet, sodass bevorzugt alle prädizierten Endpunkte innerhalb des Bremsbereich liegen. Weiterhin bevorzugt kann aufgrund der durch die Simulation einhergehenden Unsicherheiten, beispielsweise bei nichtlinearen Effekten, Reibungsverlusten, externen Störungen, etc., der Bremsbereich mit einem gewissen Sicherheitsabstand zu den prädizierten Endpunkten definiert werden, sodass eine konservative Schätzung des Bremsbereiches erhalten wird. Dies erhöht vorteilhaft die Sicherheit beim späteren Nutzen des ermittelten Bremsbereiches, insbesondere bei der Anpassung der geplanten Trajektorie abhängig vom ermittelten Bremsbereich oder beim Definieren von sicheren geometrischen Bereichen im möglichen Arbeitsbereich des Robotermanipulators.The braking range of the robot manipulator, valid for a specific trajectory, is determined according to the first aspect of the invention from the plurality of predicted end points of the robot manipulator after a respective hypothetical braking process. The braking area is preferably determined in such a way that it forms an envelope for the predicted end points, so that all of the predicted end points are preferably within the braking area. Furthermore, due to the uncertainties associated with the simulation, for example in the case of non-linear effects, friction losses, external disturbances, etc., the braking area can be defined with a certain safety margin to the predicted end points, so that a conservative estimate of the braking area is obtained. This advantageously increases safety when the determined braking area is used later, in particular when adapting the planned trajectory depending on the determined braking area or when defining safe geometric areas in the possible working area of the robot manipulator.
Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass durch die Vielzahl der ermittelten möglichen Endpunkte nach einer Bremsung während des Abfahrens einer Trajektorie durch einen Robotermanipulator ein Bremsbereich sehr genau und sehr zuverlässig ermittelbar ist, sodass beim Betrieb des Robotermanipulators insbesondere dadurch verbessert werden kann, dass durch den bekannten Bremsbereich für eine bestimmte Trajektorie ein sicherer Betrieb des Robotermanipulators bezüglich bestimmten geometrischen Bereichen vorhergesagt werden kann. Ferner kann der sicherheitsrelevante Bereich des Robotermanipulators leichter ausgelegt werden, indem insbesondere eine durch eine Lichtschranke zu begrenzende Sicherheitszelle nicht größer als notwendig auszulegen ist. Dies spart vorteilhaft Kosten und verbrauchte Fläche in einem Produktionsareal.It is an advantageous effect of the invention that, due to the large number of possible end points determined after braking while following a trajectory by a robot manipulator, a braking area can be determined very precisely and very reliably, so that during operation of the robot manipulator it can be improved in particular by the known braking range for a certain trajectory, a safe operation of the robot manipulator with respect to certain geometric areas can be predicted. Furthermore, the safety-relevant area of the robot manipulator can be designed more easily in that, in particular, a safety cell to be delimited by a light barrier is not designed to be larger than necessary. This advantageously saves costs and space used in a production area.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin die Schritte auf:
- - Anpassen der geplanten Trajektorie, wenn ein Vergleich des ermittelten Bremsbereiches mit einer Sicherheitsanforderung ein negatives Ergebnis liefert, und
- - Abfahren der angepassten Trajektorie.
- - Adaptation of the planned trajectory if a comparison of the determined braking area with a safety requirement provides a negative result, and
- - running of the adapted trajectory.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Anpassen der geplanten Trajektorie durch Ermitteln eines zulässigen Arbeitsraumes abhängig von dem ermittelten Bremsbereich. Der zulässige Arbeitsraum gibt insbesondere einen zulässigen Korridor für die Bewegung des Robotermanipulators und insbesondere dem vorgegebenen Ort auf dem Robotermanipulator an. Vorteilhaft wird durch die Begrenzung des Arbeitsraumes geometrisch die Bahnkurve für den Robotermanipulator zwar eingegrenzt, jedoch weiter Spielraum gelassen, um die Bahnkurve geometrisch im Raum zu definieren.According to a further advantageous embodiment, the planned trajectory is adapted by determining a permissible working space as a function of the determined braking range. The permissible work space specifies in particular a permissible corridor for the movement of the robot manipulator and in particular the specified location on the robot manipulator. Advantageously, by limiting the working space, the path curve for the robot manipulator is geometrically limited, but there is still more leeway to define the path curve geometrically in space.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Bremssimulation jeweils mit einem vorgegebenen Parameter eines Bremsreglers der Bremssimulation ausgeführt und der Parameter des Bremsreglers wird durch eine manuelle Eingabe eines Anwenders an einer mit dem Robotermanipulator verbundenen Eingabeeinheit vorgegeben. Der Bremsregler ist zunächst in einer Recheneinheit bzw. einer Steuereinheit des Robotermanipulators tatsächlich implementiert, und für den regulären Betrieb des Robotermanipulators vorgesehen. Bei der Bremssimulation wird dieser Bremsregler in seiner originären Implementierung oder in einer virtuellen Kopie davon in einer Simulationseinheit verwendet, um die Bremssimulation durchzuführen. Der Bremsregler weist dabei eine gewisse Eigendynamik, Bandbreite, unter Umständen Totzeit, und andere bestimmte Eigenschaften auf, die zumindest teilweise durch einen oder mehrere Parameter des Bremsreglers einstellbar sind. Vorteilhaft kann durch diese Ausführungsform ein Anwender vorgeben, mit welchem Bremsparameter die jeweilige Bremssimulation auszuführen ist und somit zur Gewährleistung des sicheren Betriebes des Robotermanipulators durch Offenhaltung wichtiger Freiheitsgrade des Robotermanipulators eine Auslegung nach seinen Wünschen vornehmen. Die Eingabeeinheit ist insbesondere ein berührempfindlicher Bildschirm, ein numerisches Ziffernfeld, eine Spracheingabeeinheit zum Erfassen von Spracheingaben oder der Robotermanipulator selbst, indem er als Zeigearm ähnlich zu einem Joystick oder einer Maus an einem Anwenderrechner fungiert.According to a further advantageous embodiment, the brake simulation is carried out in each case with a predefined parameter of a brake controller of the brake simulation and the parameters of the brake controller are predefined by a manual input by a user on an input unit connected to the robot manipulator. The brake controller is initially actually implemented in a computing unit or a control unit of the robot manipulator and is provided for the regular operation of the robot manipulator. In the brake simulation, this brake controller is used in its original implementation or in a virtual copy of it in a simulation unit in order to carry out the brake simulation. The The brake controller has a certain momentum, bandwidth, possibly dead time, and other specific properties, which can be set at least partially by one or more parameters of the brake controller. With this embodiment, a user can advantageously specify the braking parameters with which the respective braking simulation is to be carried out and thus design according to his wishes to ensure safe operation of the robot manipulator by keeping important degrees of freedom of the robot manipulator open. The input unit is in particular a touch-sensitive screen, a numeric keypad, a voice input unit for capturing voice inputs or the robot manipulator itself, in that it functions as a pointing arm similar to a joystick or a mouse on a user computer.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Bremsbereich ein die jeweiligen Endpunkte des Robotermanipulators einhüllender virtueller Schlauch. Der virtuelle Schlauch weist bevorzugt einen im Wesentlichen kreisrunden Durchmesser auf, um die bei der Simulation unvermeidbar auftretenden Unsicherheiten gegenüber der Realität unvoreingenommen zu berücksichtigen. Vorteilhaft bietet dieser virtuelle Schlauch die Möglichkeit, einem Anwender zu visualisieren, wie der Bremsbereich im Verhältnis zur geplanten geometrischen Bahnkurve der geplanten Trajektorie im Raum liegt. Bevorzugt weist daher das Verfahren den weiteren Schritt auf:
- - Anzeigen des Bremsbereiches und der geometrischen Bahnkurve der Trajektorie auf einer Anzeigeeinheit.
- - Display of the braking range and the geometric trajectory of the trajectory on a display unit.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einhält eine Mantelfläche des virtuellen Schlauchs einen vorgegebenen Mindestabstand zu den jeweiligen Endpunkten. Der vorgegebene Mindestabstand der insbesondere kreisrund gekrümmten Mantelfläche des virtuellen Schlauches stellt vorteilhaft eine Berücksichtigung von in der Simulation unvermeidbaren Unsicherheiten dar. Dies erhöht vorteilhaft die Betriebssicherheit beim Abfahren der geplanten bzw. angepassten Trajektorie des Robotermanipulators.According to a further advantageous embodiment, a jacket surface of the virtual hose maintains a predetermined minimum distance from the respective end points. The specified minimum distance of the, in particular, circularly curved outer surface of the virtual hose advantageously takes account of unavoidable uncertainties in the simulation. This advantageously increases the operational reliability when following the planned or adapted trajectory of the robot manipulator.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden für zumindest einen der jeweiligen Startpunkte eine Vielzahl von prädizierten Endpunkten durch die Bremssimulation ermittelt, wobei für den zumindest einen der Startpunkte eine jeweilige Bremssimulation mit verschiedenen Parametern des Bremsreglers und/oder mit verschiedenen Reihenfolgen von Aktivierungen und/oder Ausfällen von einzelnen Bremsen des Robotermanipulators und/oder mit verschiedenen Posenverläufen eines redundanten Robotermanipulators während der Bremsung wiederholt durchgeführt wird. Für einen jeweils einzelnen der Standpunkte wird gemäß dieser Ausführungsform eine Vielzahl von Endpunkten ermittelt, indem die Bremssimulation verschiedene Situationen bzw. Parameter annimmt. Insbesondere bei einem redundant Robotermanipulator, bei dem insbesondere die Endeffektorposition im Raum auch bei Bewegung gewisser Glieder und Gelenken mit redundanten Freiheitsgraden zueinander konstant bleibt, wird die Vollständigkeit eines Zustandsraumes durch mehrfache Simulation angenähert, und so vorteilhaft eine Vielzahl von Parametern, Konfigurationen, und Posen bei einem redundanten Robotermanipulator berücksichtigt, um einen möglichst vollständigen Bremsbereich zu ermitteln. Zeitlich aufeinander folgende Aktivierungen und/oder Ausfälle von Bremsen erfolgen insbesondere dann, wenn es zu Versagen und Ausfällen von Bremsen kommt. Insbesondere wird im Nominalfall mit einem bevorzugt elektrischen Aktuator je Gelenk gebremst, was von einem entsprechenden Regler der Recheneinheit bzw. Steuereinheit des Robotermanipulators unterstützt wird. Durch den Einsatz eines Reglers ist sehr genau vorhersehbar, wo der jeweilige Endpunkt sein wird, da insbesondere davon auszugehen ist, dass der Regler das Soll-Brems-Moment bzw. die Soll-Brems-Trajektorie korrekt realisiert. Fällt jedoch der Regler oder ein elektrischer Motor, ein Gelenk oder eine andere Komponente in diesem Regelkreis aus, so wird bevorzugt auf mechanische Bremsen zurückgegriffen. Der Wechsel von einer Bremse auf die andere Bremse kann dabei auch während des Bremsvorgangs vollzogen werden, sodass sich verschiedene Endpunkte in Abhängigkeit davon ergeben, wann dieser Wechsel erfolgt, wie lange der Wechsel benötigt und welche konkrete Ausgestaltung dieser Wechsel annimmt.According to a further advantageous embodiment, a large number of predicted end points are determined by the brake simulation for at least one of the respective starting points, with a respective brake simulation with different parameters of the brake controller and / or with different sequences of activations and / or failures of individual brakes of the robot manipulator and / or with different pose courses of a redundant robot manipulator is carried out repeatedly during the braking. According to this embodiment, a multiplicity of end points is determined for each individual one of the viewpoints in that the brake simulation assumes different situations or parameters. In particular with a redundant robot manipulator, in which the end effector position in space remains constant even when certain limbs and joints move with redundant degrees of freedom to one another, the completeness of a state space is approximated by multiple simulations, and thus advantageously a large number of parameters, configurations and poses a redundant robot manipulator is taken into account in order to determine the most complete braking range possible. Activations and / or failures of brakes that follow one another in time take place in particular when the brakes fail and fail. In particular, in the nominal case, braking is carried out with a preferably electrical actuator per joint, which is supported by a corresponding controller of the computing unit or control unit of the robot manipulator. By using a controller, it is possible to predict very precisely where the respective end point will be, since in particular it can be assumed that the controller correctly realizes the target braking torque or the target braking trajectory. However, if the controller or an electric motor, a joint or some other component in this control loop fails, mechanical brakes are preferred. The change from one brake to the other brake can also be carried out during the braking process, so that different end points result depending on when this change takes place, how long the change takes and what specific form this change takes.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen jeweils aneinander grenzende Startpunkte den gleichen Bahnabstand auf. Der Bahnabstand ist dabei derjenige Abstand, der beim Fahren der geplanten Trajektorie von einem Startpunkt zum nächsten Startpunkt zurückgelegt werden muss. Vorteilhaft liefert das Setzen der Startpunkte gemäß dieser Ausführung ein geometrisch kontinuierliches Ergebnis von Startpunkt und zugehörigen Endpunkten, da unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Trajektorie abgefahren wird, ein gleichmäßig geometrischer Abstand zwischen den Standpunkten erzielt wird.According to a further advantageous embodiment, mutually adjacent starting points each have the same path spacing. The path distance is the distance that has to be covered when driving the planned trajectory from one starting point to the next starting point. The setting of the starting points according to this embodiment advantageously provides a geometrically continuous result of the starting point and associated end points, since a uniformly geometrical distance between the points of view is achieved regardless of the speed at which the trajectory is traveled.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Vielzahl der Startpunkte auf der Trajektorie so gewählt, dass die Startpunkte vom Robotermanipulator beim Abfahren der Trajektorie nach äquidistanten Zeitschritten, das heißt zu äquidistanten Zeitpunkten durchfahren werden. Bevorzugt werden die äquidistanten Zeitpunkte genau so groß wie der Datentakt der Recheneinheit bzw. der Steuereinheit des Robotermanipulators gewählt, sodass nach einem jeweiligen Zwischenschritt eines diskret ausgeführten Algorithmus durch die Steuereinheit bzw. der Recheneinheit des Robotermanipulators auch einer oder mehrere mögliche Endpunkte nach Abschluss eines Bremsvorgangs des Robotermanipulators bekannt sind. Vorteilhaft ist beim tatsächlichen späteren Abfahren der geplanten Trajektorie zu jedem Zwischenschritt der mögliche Endpunkt eines Robotermanipulators bekannt, wodurch im aktuellen Betrieb des Robotermanipulators eine Aufgabe angepasst werden kann, eine Warnung ausgegeben werden kann oder anderes.According to a further advantageous embodiment, the large number of starting points on the trajectory are selected such that the robot manipulator traverses the starting points when the trajectory is traversed after equidistant time steps, that is to say at equidistant points in time. The equidistant points in time are preferably selected to be exactly as large as the data clock of the computing unit or the control unit of the robot manipulator, so that after a respective intermediate step of a discretely executed algorithm by the control unit or the computing unit of the robot manipulator, one or more possible end points are also known after a braking process of the robot manipulator has been completed. Advantageously, when the planned trajectory is actually followed later, the possible end point of a robot manipulator is known for each intermediate step, whereby a task can be adapted, a warning can be output or something else during the current operation of the robot manipulator.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Robotersystem zum Ermitteln eines Bremsbereichs eines Robotermanipulators des Robotersystems beim Abfahren einer Trajektorie, aufweisend eine Recheneinheit, die ausgeführt ist zum:
- - Vorgeben einer geplanten Trajektorie des Robotermanipulators,
- - Vorgeben einer Vielzahl von Startpunkten auf der Trajektorie,
- - für jeden der Startpunkte: Ermitteln eines jeweiligen prädizierten Endpunktes des Robotermanipulators nach einer am jeweiligen Startpunkt eingeleiteten Bremsung des Robotermanipulators mittels einer Bremssimulation, und
- - Ermitteln des Bremsbereichs aus der Vielzahl der jeweiligen prädizierten Endpunkte des Robotermanipulators, sodass die prädizierten Endpunkte des Robotermanipulators innerhalb des Bremsbereichs liegen.
- - Specifying a planned trajectory of the robot manipulator,
- - Specifying a large number of starting points on the trajectory,
- - for each of the starting points: determining a respective predicted end point of the robot manipulator after braking of the robot manipulator initiated at the respective starting point by means of a brake simulation, and
- - Determining the braking area from the plurality of the respective predicted end points of the robot manipulator, so that the predicted end points of the robot manipulator are within the braking area.
Erfindungsgemäß ist die Recheneinheit weiterhin ausgeführt zum:
- - Anpassen der geplanten Trajektorie, wenn ein Vergleich des ermittelten Bremsbereiches mit einer Sicherheitsanforderung ein negatives Ergebnis liefert, und
- - Abfahren der angepassten Trajektorie.
- - Adaptation of the planned trajectory if a comparison of the determined braking area with a safety requirement provides a negative result, and
- - running of the adapted trajectory.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, die geplante Trajektorie durch Ermitteln eines zulässigen Arbeitsraumes abhängig von dem ermittelten Bremsbereich anzupassen.According to a further advantageous embodiment, the computing unit is designed to adapt the planned trajectory by determining a permissible working space as a function of the determined braking range.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, die Bremssimulation jeweils mit einem vorgegebenen Parameter eines Bremsreglers der Bremssimulation auszuführen und den Parameter des Bremsreglers aus einer manuellen Eingabe eines Anwenders an einer mit dem Robotermanipulator verbundenen Eingabeeinheit zu erfassen und vorzugeben.According to a further advantageous embodiment, the computing unit is designed to carry out the brake simulation in each case with a predetermined parameter of a brake controller of the brake simulation and to record and specify the parameters of the brake controller from a manual input by a user on an input unit connected to the robot manipulator.
Erfindungsgemäß ist der Bremsbereich ein die jeweiligen Endpunkte des Robotermanipulators einhüllender virtueller Schlauch.According to the invention, the braking area is a virtual tube enveloping the respective end points of the robot manipulator.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hält eine Mantelfläche des virtuellen Schlauchs einen vorgegebenen Mindestabstand zu den jeweiligen Endpunkten ein.According to a further advantageous embodiment, a jacket surface of the virtual hose maintains a predetermined minimum distance from the respective end points.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, für zumindest einen der jeweiligen Startpunkte eine Vielzahl von prädizierten Endpunkten durch die Bremssimulation zu ermitteln, und für den zumindest einen der Startpunkte eine jeweilige Bremssimulation mit verschiedenen Parametern des Bremsreglers und/oder mit verschiedenen Reihenfolgen von Aktivierungen von einzelnen Bremsen des Robotermanipulator und/oder mit verschiedenen Posenverläufen eines redundanten Robotermanipulators während der Bremsung wiederholt durchzuführen.According to a further advantageous embodiment, the computing unit is designed to determine a plurality of predicted end points for at least one of the respective starting points by the braking simulation, and for the at least one of the starting points, a respective braking simulation with different parameters of the brake controller and / or with different sequences of Perform activations of individual brakes of the robot manipulator and / or with different poses of a redundant robot manipulator repeatedly during braking.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, die Vielzahl der Startpunkte auf der Trajektorie so zu wählen, dass die Startpunkte vom Robotermanipulator beim Abfahren der Trajektorie zu äquidistanten Zeitpunkten durchfahren werden.According to a further advantageous embodiment, the computing unit is designed to select the plurality of starting points on the trajectory in such a way that the robot manipulator traverses the starting points at equidistant points in time when moving along the trajectory.
Weitere Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Robotersystems ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen.Further advantages and preferred developments of the proposed robot system result from an analogous and analogous transfer of the statements made above in connection with the proposed method.
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.Further advantages, features and details emerge from the following description in which at least one exemplary embodiment is described in detail - possibly with reference to the drawing. Identical, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference symbols.
Es zeigen:
-
1 ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und -
2 ein Robotersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Das Verfahren der 1 wird dabei auf einem Robotersystem100 der2 ausgeführt.Die Erklärungen der 1 können dabei auch zum Verständnis der2 herangezogen werden und umgekehrt.
-
1 a method according to an embodiment of the invention, and -
2 a robot system according to a further embodiment of the invention. - The representations in the figures are schematic and not to scale. The procedure of
1 is doing this on arobotic system 100 the2 executed. The explanations of the1 can also help to understand the2 can be used and vice versa.
- - Vorgeben
S1 einer geplanten Trajektorie3 des Endeffektors desRobotermanipulators 1 durch eine manuelle Eingabe andem Anwenderrechner 7 , dermit der Recheneinheit 13 desRobotermanipulators 1 verbunden ist.Die geplante Trajektorie 3 weist eine in einem erdfesten Koordinatensystem vorgegebene Bahnkurve3 auf und enthält Vorgaben über die Geschwindigkeit des Endeffektors des Robotermanipulators1 über denVerlauf der Bahnkurve 3 . - - Vorgeben
S2 einerVielzahl von Startpunkten 5 auf derTrajektorie 3 . DieVielzahl der Startpunkte 5 auf der Trajektorie3 werden dabei so gewählt, dass dieStartpunkte 5 vom Robotermanipulator 1 beim Abfahren der Trajektorie3 zu äquidistanten Zeitpunkten und zwar in der Taktrate der Recheneinheit13 , nämlich 1ms, durchfahren werden. Symbolisch sind in der2 weniger Startpunkte 5 dargestellt, da über eine Bahnkurve von einem Meter in der Geschwindigkeit von einem Zehntel Meter pro Sekunde die ungefähre Zeit zum Abfahren zehn Sekunden und damit die Zahl der Startpunkte Zehntausend beträgt. - - für jeden der Startpunkte
5 : ErmittelnS3 eines jeweiligen prädizierten Endpunktes6 desRobotermanipulators 1 nach eineram jeweiligen Startpunkt 5 eingeleiteten Bremsung desRobotermanipulators 1 mittels einer Bremssimulation. Der Einfachheit halber sind in der2 nur zwei Endpunkte6 , und zwar für den letzten derStartpunkte 5 dargestellt. Für alle der jeweiligen Startpunkte5 wird eine Vielzahlvon prädizierten Endpunkten 6 durch die Bremssimulation ermittelt, indem die Bremssimulation an jedem der Startpunkte5 mit verschiedenen Parametern des Bremsreglers für die Bremsung wiederholt durchgeführt wird. - - Ermitteln
S4 des Bremsbereichs ausallen prädizierten Endpunkten 6 desRobotermanipulators 1 , sodass die prädizierten Endpunkte6 desRobotermanipulators 1 innerhalb des Bremsbereichs liegen. Die Mantelfläche des virtuellen Schlauchs9 ist dabei in einem vorgegebenen Mindestabstand zuden jeweiligen Endpunkten 6 definiert. - - Anpassen
S5 der geplanten Trajektorie3 , wenn ein Vergleich des ermittelten Bremsbereiches mit einer Sicherheitsanforderung ein negatives Ergebnis liefert. Das Anpassen der geplanten Trajektorie3 erfolgt durch Ermitteln eines zulässigen Arbeitsraumes abhängig von dem ermittelten Bremsbereich. - - Abfahren
S6 der angepassten Trajektorie3 .
- - Pretend
S1 aplanned trajectory 3 of the end effector of therobot manipulator 1 by manual entry on the user computer7th , the one with thecomputing unit 13 of therobot manipulator 1 connected is. The plannedtrajectory 3 has a trajectory given in a fixed coordinatesystem 3 and contains specifications about the speed of the end effector of therobot manipulator 1 over the course of thetrajectory 3 . - - Pretend
S2 a variety ofstarting points 5 on thetrajectory 3 . The multitude ofstarting points 5 on thetrajectory 3 are chosen so that thestarting points 5 from therobot manipulator 1 when following thetrajectory 3 at equidistant times in the clock rate of thecomputing unit 13 , namely 1ms. Symbolic are in the2 fewer starting points 5 shown, because over a trajectory of one meter at a speed of one tenth of a meter per second the approximate time to travel is ten seconds and thus the number of starting points is ten thousand. - - for each of the starting points
5 : DetermineS3 of a respective predicted endpoint6th of therobot manipulator 1 after one at therespective starting point 5 initiated braking of therobot manipulator 1 by means of a brake simulation. For the sake of simplicity, the2 only two endpoints6th for the last of thestarting points 5 shown. For all of therespective starting points 5 will have a variety of predicted endpoints6th determined by the brake simulation by applying the brake simulation to each of thestarting points 5 is carried out repeatedly with different parameters of the brake controller for the braking. - - Determine
S4 of the braking range from all predicted endpoints6th of therobot manipulator 1 so that the predicted endpoints6th of therobot manipulator 1 are within the braking range. The outer surface of thevirtual hose 9 is at a specified minimum distance from the respective end points6th Are defined. - - To adjust
S5 the plannedtrajectory 3 if a comparison of the determined braking range with a safety requirement gives a negative result. Adjusting the plannedtrajectory 3 takes place by determining a permissible working space depending on the determined braking range. - - Depart
S6 the adaptedtrajectory 3 .
- - Vorgeben einer geplanten Trajektorie
3 desRobotermanipulators 1 , - - Vorgeben einer
Vielzahl von Startpunkten 5 auf derTrajektorie 3 , - - für jeden der Startpunkte
5 : Ermitteln eines jeweiligen prädizierten Endpunktes6 desRobotermanipulators 1 nach eineram jeweiligen Startpunkt 5 eingeleiteten Bremsung desRobotermanipulators 1 mittels einer Bremssimulation, und - - Ermitteln des Bremsbereichs aus der Vielzahl der jeweiligen prädizierten Endpunkte
6 desRobotermanipulators 1 , sodass die prädizierten Endpunkte6 desRobotermanipulators 1 innerhalb des Bremsbereichs liegen.
- - Specifying a
planned trajectory 3 of therobot manipulator 1 , - - Specifying a large number of
starting points 5 on thetrajectory 3 , - - for each of the starting points
5 : Determination of a respective predicted endpoint6th of therobot manipulator 1 after one at therespective starting point 5 initiated braking of therobot manipulator 1 by means of a brake simulation, and - - Determining the braking range from the large number of the respective predicted end points
6th of therobot manipulator 1 so that the predicted endpoints6th of therobot manipulator 1 are within the braking range.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- RobotermanipulatorRobotic manipulator
- 33
- TrajektorieTrajectory
- 55
- StartpunktStarting point
- 66th
- EndpunktEnd point
- 77th
- EingabeeinheitInput unit
- 99
- virtueller Schlauchvirtual hose
- 1111
- Bremsebrake
- 1313
- RecheneinheitArithmetic unit
- 100100
- Robotersystem Robotic system
- S1S1
- VorgebenPretend
- S2S2
- VorgebenPretend
- S3S3
- ErmittelnDetermine
- S4S4
- ErmittelnDetermine
- S5S5
- AnpassenTo adjust
- S6S6
- AbfahrenDepart
Claims (8)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019125326.8A DE102019125326B3 (en) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | Predicted braking range of a robot manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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DE102019125326B3 true DE102019125326B3 (en) | 2020-12-03 |
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