DE102020127501B3

DE102020127501B3 - Verfahren zum Erweitern des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms sowie Robotersystem

Info

Publication number: DE102020127501B3
Application number: DE102020127501.3A
Authority: DE
Inventors: Werner Friedl
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2040-10-20

Abstract

Die Erfindung betriff ein Verfahren zum Erweitern des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms (10),
wobei die Basis (12) des Roboterarms (10) translatorisch verschiebbar oder rotierbar ist, derart, dass durch die Verschiebung oder Rotation der erreichbare Arbeitsraum des Roboterarms (10) erweitert wird,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- Lösen einer Bremse, durch die das Verschieben oder Rotieren der Basis (12) des Roboterarms (10) blockiert wird,
- Abstützen eines Teils (14) des Roboterarms (10), der distal der Basis (12) angeordnet ist, insbesondere des distalen Endes des Roboterarms (10), an einem Verschiebepunkt (16),
- Aktivieren mindestens eines Antriebs des Roboterarms (10), derart, dass dieser Teil des Roboterarms (10) gegen den Verschiebepunkt (16) gedrückt wird, so dass hierdurch ein Verschieben oder Rotieren der Basis (12) des Roboterarms (10) erfolgt,
- Feststellen der Bremse, so dass ein weiteres Verschieben oder Rotieren der Basis (12) des Roboterarms (10) blockiert wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Robotersystem zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erweitern des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms sowie ein Robotersystem zum Durchführen des Verfahrens.
Zur Vergrößerung des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms ist es bekannt, die Basis des Roboterarms entlang einer linearen Achse zu verschieben bzw. die Basis des Roboterarms zu verdrehen.
Die zusätzlichen Achsen zur Verschiebung bzw. Rotation der Basis des Roboterarms sind mit aktiven Antrieben versehen. Diese müssen in die Steuerungssoftware integriert werden. Ferner erhöhen sie die Masse des Gesamtsystems. Bei einer Anwendung im Weltraum müssen die Antriebe extra gegen Strahlung gesichert werden. Des Weiteren müssen die Antriebe thermisch simuliert werden und notfalls mit Heizelementen versehen werden.
DE 10 2010 051 931 B4 beschreibt ein Verfahren zum Erweitern des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms, wobei die Basis des Roboterarms verschiebbar ist.
Weitere Informationen zum Stand der Technik können den folgenden Veröffentlichungen entnommen werden:

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erweitern des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms bereitzustellen, das einen vereinfachten Aufbau des Robotersystems ermöglicht. Ferner soll ein entsprechendes Robotersystem bereitgestellt werden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Erweitern des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms. Hierbei ist die Basis des Roboterarms translatorisch verschiebbar oder rotierbar, derart, dass durch die Verschiebung oder Rotation der erreichbare Arbeitsraum des Roboterarms erweitert wird. In der vorliegenden Anmeldung wird der Begriff „verschiebbar“ immer als eine translatorische Verschiebung verstanden.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Lösen einer Bremse, durch die das Verschieben oder Rotieren der Basis des Roboterarms blockiert wird,
- Abstützen eines Teils des Roboterarms, der distal der Basis angeordnet ist, insbesondere des distalen Endes des Roboterarms, an einem Verschiebepunkt,
- Aktivieren mindestens eines Antriebs des Roboterarms, derart, dass dieser Teil des Roboterarms gegen den Verschiebepunkt gedrückt wird, so dass hierdurch ein Verschieben oder Rotieren der Basis des Roboterarms erfolgt,
- Feststellen der Bremse, so dass ein weiteres Verschieben oder Rotieren der Basis des Roboterarms blockiert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Basis des Roboterarms verschoben oder rotiert werden kann, ohne dass hierfür ein gesonderter Antrieb vorgesehen werden muss. Vielmehr kann ein Antrieb des Roboterarms verwendet werden, durch den ohnehin der Roboterarm, beispielsweise ein Gelenk des Roboterarms, angetrieben wird. Der Roboter kann somit leichter und günstiger hergestellt werden. Auch seine Steuerung ist vereinfacht.
Die Bremse kann eine durch einen Antrieb aktuierte Bremse sein. Alternativ kann es eine manuelle Bremse sein, die beispielsweise durch den Roboterarm selbst aktuiert werden kann.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Position des Verschiebepunkts in einem Koordinatensystem bekannt ist, so dass unter Kenntnis der Kinematik des Roboterarms nach dem Verschieben der Basis bzw. nach der Rotation der Basis durch Abstützen des Roboterarms am Verschiebepunkt die neue Position der Basis ermittelt wird.
Da sich somit der Roboterarm anhand der bekannten Position des Verschiebepunkts lokalisieren kann, benötigt die zusätzliche Achse bzw. die zusätzlichen Achsen zum Verschieben und/oder Rotieren der Basis des Roboterarms keine Winkel- oder Positionssensoren. Dies vereinfacht zusätzlich den Aufbau des Roboterarms.
Es ist bevorzugt, dass der Antrieb zum Drücken des Roboterarms gegen den Verschiebepunkt ein Antrieb ist, durch den mindestens ein Gelenk des Roboterarms aktuierbar ist.
In allen Ausführungsformen der Erfindung kann die Basis des Roboterarms entlang einer oder mehrerer Achsen verschiebbar und/oder um eine oder mehrere Achsen rotierbar sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Robotersystem zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Basis des Roboterarms ist verschiebbar und/oder rotierbar.
Der Roboterarm weist ferner eine Bremse zum Verhindern eines Verschiebens und/oder Rotierens der Basis des Roboterarms auf. Ferner weist der Roboter einen Verschiebepunkt mit einer insbesondere bekannten Position auf. Das Robotersystem weist ferner eine Steuerung zum Steuern des Roboterarms gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auf.
Durch die bekannte Position des Verschiebepunkts ist es möglich, den Roboter unter Kenntnis seiner Kinematik nach seinem Verschieben bzw. Rotieren seiner Basis zu lokalisieren.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur erläutert:

Die Figur zeigt einen Roboterarm 10, dessen Basis 12 an einer Haltestruktur 18 befestigt ist. Das distale Ende 14 des Roboterarms 10 stützt sich am Verschiebepunkt 16 ab. Eine oder mehrere Gelenkantriebe des Roboterarms 10 werden aktuiert, so dass der Roboterarm 10 mit seinem distalen Ende 14 gegen den Verschiebepunkt 16 gedrückt wird. Da der Verschiebepunkt 16 ortsfest angeordnet, das heißt nicht beweglich, ist, muss die Basis 12 des Roboterarms 10 bewegt, da heißt verschoben und/oder rotiert werden.

Die Stützstruktur 18 kann einen Positionssensor aufweisen, durch den die Position der Roboterbasis 12 erfasst wird.

Claims

Verfahren zum Erweitern des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms (10), wobei die Basis (12) des Roboterarms (10) translatorisch verschiebbar oder rotierbar ist, derart, dass durch die Verschiebung oder Rotation der erreichbare Arbeitsraum des Roboterarms (10) erweitert wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Lösen einer Bremse, durch die das Verschieben oder Rotieren der Basis (12) des Roboterarms (10) blockiert wird, - Abstützen eines Teils (14) des Roboterarms (10), der distal der Basis (12) angeordnet ist, insbesondere des distalen Endes des Roboterarms (10), an einem Verschiebepunkt (16), - Aktivieren mindestens eines Antriebs des Roboterarms (10), derart, dass dieser Teil des Roboterarms (10) gegen den Verschiebepunkt (16) gedrückt wird, so dass hierdurch ein Verschieben oder Rotieren der Basis (12) des Roboterarms (10) erfolgt, - Feststellen der Bremse, so dass ein weiteres Verschieben oder Rotieren der Basis (12) des Roboterarms (10) blockiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Verschiebepunktes (16) in einem Koordinatensystem bekannt ist, so dass unter Kenntnis der Kinematik des Roboterarms (10) nach dem Verschieben oder Rotieren der Basis (12) durch Abstützen des Roboterarms (10) am Verschiebepunkt die neue Position der Basis (12) ermittelt wird.
Verfahren zum Erweitern des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse eine durch einen Antrieb aktuierte Bremse ist.
Verfahren zum Erweitern des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse eine manuell aktuierte Bremse ist.
Verfahren zum Erweitern des erreichbaren Arbeitsraums eines Roboterarms (10) nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Drücken des Roboterarms (10) gegen den Verschiebepunkt ein Antrieb ist, mit dem mindestens ein Gelenk des Roboterarms (10) aktuierbar ist.
Robotersystem (100) zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1-4, mit einem Roboterarm (10) mit einer entlang einer Achse (a) verschiebbaren und/oder um eine Achse rotierbaren Basis (12), einer Bremse zum Verhindern eines Verschiebens und/oder Rotierens der Basis (12) des Roboterarms (10) entlang und/oder um die Achse (a), einem Verschiebepunkt (16), mit insbesondere bekannter Position, einer Steuerung zum Steuern des Roboterarms zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1-4.