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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Steuern, insbesondere (zum) Justieren, eines Roboterarms, der wenigstens eine Achse mit einem Strukturglied, einem daran gelagerten weiteren Strukturglied und einem Antrieb mit einem Motor zum Bewegen des weiteren Strukturglieds relativ zum einen Strukturglied aufweist, sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
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Roboterarme werden nach betriebsinterner Praxis justiert, indem mit bzw. in ihren einzelnen Achsen bzw. Gelenken jeweils eine vorgegebene Justagestellung angefahren, insbesondere überfahren, wird. Dabei wird ein Erreichen der Justagestellung der beiden Strukturglieder, beispielsweise mittels Taster oder magnetisch, erkannt und eine Stellung der Achse bzw. des Achsantriebs in der Justagestellung sensorisch erfasst. Hierdurch kann ein Offset zwischen sensorisch erfassten Stellungen der Achse bzw. des Achsantriebs und der tatsächlichen Stellungen der entsprechenden Strukturglieder der Achse relativ zueinander ermittelt und beim Betrieb des Roboters berücksichtigt werden.
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Bei solchen justierten Roboterarmen können softwaretechnisch(vorgegebene Achsgrenzen die Bewegungen in den Achsen zuverlässig begrenzen.
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Ist ein Roboterarm aktuell nicht (mehr) justiert, wird eine (erneute) Justage durchgeführt und hierzu die vorgegebene Justagestellung (erneut) ange-, insbesondere überfahren.
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Hierzu ist nach betriebsinterner Praxis ein Parameter gespeichert, der eine Suchrichtung zum An- bzw. Überfahren vorgibt. Stand beispielsweise zuletzt bei (noch) justiertem Roboterarm die Achse links von ihrer Justagestellung, wird sie zum Justieren entsprechend nach rechts verstellt.
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Wurde dabei jedoch im nicht-justierten Zustand die Achse verstellt (in obigem Beispiel über ihre Justagestellung hinaus nach rechts), ohne dass dies erkannt und der Parameter entsprechend korrigiert wurde, so kann das dazu führen, dass anschließend ungewollt von der Justagestellung weggefahren wird, bis ein Endanschlag diese Bewegung hardwaretechnisch bzw. mechanisch stoppt oder der Roboter mit seiner Umgebung kollidiert.
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Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuern bzw. Justieren eines Roboterarms zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 5 gelöst. Ansprüche 7, 8 stellen ein System bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Roboterarm eine oder mehrere, in einer Ausführung wenigstens sechs, insbesondere wenigstens sieben, Achsen bzw. Gelenke, in einer Ausführung Drehachsen bzw. -gelenke, mit je einem ein- oder mehrteiligen Strukturglied, das vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Antriebs-Strukturglied bezeichnet wird, einem daran, in einer Ausführung drehbar, gelagerten ein- oder mehrteiligen weiteren Strukturglied, das vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Abtriebs-Strukturglied bezeichnet wird, und einem Antrieb auf, wobei der Antrieb (wenigstens) einen Motor aufweist, der das (jeweilige) Abtriebs-Strukturglied relativ zum (jeweilige) Antriebs-Strukturglied bewegt, insbesondere verdreht, bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird. Das Abtriebs-Strukturglied (der) wenigstens eine(r) Achse bildet in einer Ausführung das Antriebs-Strukturglied einer darauffolgenden Achse.
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Die vorliegende Erfindung kann für solche Roboterarme, insbesondere aufgrund ihrer Kinematik, mit besonderem Vorteil verwendet werden.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zum Justieren einer der Achsen deren Abtriebs-Strukturglied durch ihren Antrieb relativ zu ihrem Antriebs-Strukturglied (zunächst) in einer Suchrichtung bewegt, die einer vorgegebenen Verfahrrichtung entspricht, um eine vorgegebene Justagestellung anzufahren, in einer Ausführung zu überfahren, wobei diese Suchrichtung (anschließend) umgekehrt und das Abtriebs-Strukturglied in dieser umgekehrten Suchrichtung bzw. entgegen der vorgegebenen bzw. zunächst angewandten Verfahrrichtung bewegt wird, um die vorgegebene Justagestellung anzufahren, insbesondere zu überfahren,
- - falls, insbesondere sobald, während des Bewegens in der vorgegebenen Verfahrrichtung, in einer Ausführung mittels eines hier beschriebenen Verfahrens zum Steuern des Roboterarms, eine Kollision des Abtriebs-Strukturglieds mit einem antriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag erfasst wird; und/oder
- - falls, insbesondere sobald, während des Bewegens in der vorgegebenen Verfahrrichtung, in einer Ausführung mittels eines hier beschriebenen Verfahrens zum Steuern des Roboterarms, eine Kollision des Antriebs-Strukturglieds mit einem abtriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag erfasst wird; und/oder
- - falls, insbesondere sobald, während des Bewegens in der vorgegebenen Verfahrrichtung, in einer Ausführung mittels eines hier beschriebenen Verfahrens zum Steuern des Roboterarms, eine Kollision des Roboterarms mit sich oder seiner Umgebung erfasst wird.
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Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, in der eingangs erläuterten Situation aus einer erfassten Kollision auf eine fehlerhafte Suchrichtung zum An- bzw. Überfahren der Justagestellung zu schließen und entsprechend die Suchrichtung, in einer Ausführung nur einmal, umzukehren.
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In einer Ausführung wird das Abtriebs-Strukturglied einer Achse durch ihren Antrieb relativ zu ihrem Antriebs-Strukturglied in der Suchrichtung bewegt, während eine oder mehrere, in einer Ausführung alle, weiteren der Achse des Roboterarms stillstehen, insbesondere können Achsen des Roboterarms nacheinander wie hier beschrieben justiert werden.
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Hierdurch kann in einer Ausführung die Genauigkeit der Justage verbessert werden.
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In einer Ausführung werden die Abtriebs-Strukturglied von wenigstens zwei Achsen des Roboterarms durch ihre Antriebe relativ zu ihrem jeweiligen Antriebs-Strukturglied gleichzeitig in den Suchrichtungen bewegt, insbesondere können zwei oder mehr Achsen des Roboterarms parallel wie hier beschrieben justiert werden.
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Hierdurch kann in einer Ausführung die Justage beschleunigt werden.
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In einer Ausführung wird das Abtriebs-Strukturglied relativ zu dem Antriebs-Strukturglied in der Suchrichtung mit einer gegenüber einem Automatikbetrieb des Roboterarms reduzierten Maximalgeschwindigkeit bewegt.
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Hierdurch kann in einer Ausführung die Genauigkeit der Justage verbessert und/oder die Wirkung einer Kollision beim (versuchten) An- bzw. Überfahren der Justagestellung reduziert werden.
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In einer Ausführung wird bzw. ist die (vorgegebene) Verfahrrichtung auf Basis eines, in einer Ausführung bei einem letzten vorhergehenden Abschalten des Roboterarms, gespeicherten Parameters vorgegeben. In einer Ausführung gibt der Parameter an bzw. hängt davon ab, ob sich die Achse bzw. das Abtriebs-Strukturglied, insbesondere zuletzt, in einer Bewegungsrichtung längs der Achse, insbesondere also einer Drehrichtung um die (Dreh)Achse, vor oder nach der Justagestellung befand und entsprechend die vorgegebene Verfahrrichtung dieser Bewegungsrichtung entspricht (wenn die Achse bzw. das Abtriebs-Strukturglied sich noch vor der Justagestellung befand) bzw. hierzu gegensinnig ist (wenn die Achse bzw. das Abtriebs-Strukturglied sich bereits nach der Justagestellung befand).
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In einer Ausführung wird ein An- bzw. Überfahren der vorgegebenen Justagestellung, in einer Ausführung berührungslos, insbesondere magnetisch und/oder elektrisch, in einer Ausführung mittels wenigstens eines Hall-Sensors, oder mechanisch, insbesondere mithilfe wenigstens eines Tasters, der in einer Ausführung in der Justagestellung in eine Kerbe eingreift, erfasst und der Roboterarm auf Basis dieser Erfassung justiert.
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Dabei wird in einer Ausführung auf Basis dieser Erfassung zunächst eine vorgegebene Vorjustagestellung angefahren, insbesondere durch Verfahren um einen vorgegebenen Weg und/oder entgegen der Suchrichtung beim Erfassen bzw. entgegen der beim Erfassen verwendeten bzw. vorliegenden Suchrichtung, und dann aus dieser Vorjustagestellung die vorgegebene Justagestellung (erneut, insbesondere in dieser Suchrichtung) angefahren, in einer Ausführung überfahren.
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Hierdurch kann in einer Ausführung die Genauigkeit der Justage verbessert werden.
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In einer Ausführung wird auf Basis der Erfassung des, insbesondere erneuten, An- bzw. Überfahrens der Justagestellung ein Offset zwischen einer Ist-Stellung des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied und einer, insbesondere mithilfe eines Gelenksensors, sensorisch erfassten Stellung des Abtriebs-Strukturglieds und/oder Antriebs ermittelt und in einer Ausführung beim anschließenden Betrieb, insbesondere Steuern und/oder Automatikbetrieb, des Roboterarms berücksichtigt. Ein Offset kann insbesondere auch dadurch berücksichtigt werden, dass die sensorisch erfasste Stellung in der Justagestellung genullt wird bzw. entsprechend ein Offset (dann) gleich Null ist.
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In einer Ausführung wird der Roboterarm stillgesetzt und/oder eine Fehlermeldung ausgegeben, falls während des Bewegens entgegen der vorgegebenen Verfahrrichtung bzw. in der umgekehrten Suchrichtung, insbesondere mittels eines hier beschriebenen Verfahrens und/oder erneut, eine Kollision des Abtriebs-Strukturglieds mit einem antriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag erfasst wird und/oder falls während des Bewegens entgegen der vorgegebenen Verfahrrichtung bzw. in der umgekehrten Suchrichtung, insbesondere mittels eines hier beschriebenen Verfahrens und/oder erneut, eine Kollision des Antriebs-Strukturglieds mit einem abtriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag erfasst wird und/oder falls während des Bewegens entgegen der vorgegebenen Verfahrrichtung bzw. in der umgekehrten Suchrichtung, insbesondere mittels eines hier beschriebenen Verfahrens und/oder erneut, eine Kollision des Roboterarms mit sich oder seiner Umgebung erfasst wird.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft allgemein ein Erfassen einer Kollision des Abtriebs-Strukturglieds mit einem antriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag oder des Antriebs-Strukturglieds mit einem abtriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag oder des Roboterarms mit sich oder seiner Umgebung.
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Dies kann, insbesondere aufgrund der Zuverlässigkeit und/oder Geschwindigkeit der Erfassung, besonders vorteilhaft mit dem Aspekt des Justierens des Roboterarms kombiniert sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern kann auch ohne das Justieren realisiert bzw. genutzt sein bzw. werden.
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Entsprechend betrifft dieser weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum, insbesondere manuellen oder automatisierten, Steuern eines, in einer Ausführung aktuell nicht, insbesondere nicht mehr, justierten bzw. aktuell zu justierenden, Roboterarms, d.h. in einer Ausführung beim bzw. zum, insbesondere erneuten, Justieren des Roboterarms.
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Nach diesem weiteren Aspekt wird eine Kollision
- - des Abtriebs-Strukturglieds mit einem antriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag; oder
- - des Antriebs-Strukturglieds mit einem abtriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag; oder
- - des Roboterarms mit sich oder seiner Umgebung während eines Bewegens des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied durch den Antrieb auf Basis
- (a) einer zeitlichen Änderung eines Drehmoments zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb; und/oder
- (b) eines Motordrehmoments und/oder Motorstroms des Motors; und/oder
- (c) einer zeitlichen Änderung einer Ist-Position des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied; und/oder
- (d) einer zeitlichen Änderung einer Ist-Position des Motors; und/oder
- (e) eines Schleppfehlers zwischen der Ist-Position des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied und einer Soll-Position des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied; und/oder
- (f) eines Schleppfehlers zwischen der Ist-Position des Motors und einer Soll-Position des Motors
erfasst.
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Hierdurch kann in einer Ausführung eine Kollision vorteilhaft, insbesondere zuverlässig, einfach, schnell und/oder redundant, insbesondere diversitär, erfasst werden.
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Falls eine Kollision erfasst wird bzw. worden ist, wird in einer Ausführung, wie hier beschrieben, eine Suchrichtung beim Justieren umgekehrt. Gleichermaßen kann auch eine andere Reaktion ausgelöst werden. In einer Ausführung wird eine Reaktion ausgelöst, in einer Ausführung ein Alarmsignal ausgegeben und/oder der Roboterarm stillgesetzt und/oder, insbesondere zuvor, in eine sichere Pose gefahren und/oder, insbesondere dabei, seine Geschwindigkeit und/oder Antriebsleistung reduziert, falls, insbesondere sobald, eine Kollision erfasst wird bzw. worden ist.
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Das Drehmoment zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb wird in einer Ausführung mithilfe eines Gelenkmomentensensors erfasst, der in einer Ausführung abtriebsseitig des Motors, in einer Ausführung (auch noch) abtriebsseitig eines Getriebes bzw. zwischen Getriebe und Abtriebs-Strukturglied, angeordnet ist.
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Ein Drehmoment zwischen Abtriebs-Strukturglied und Antrieb ändert sich in der Regel beim Bewegen des Abtriebs-Strukturglieds, insbesondere aufgrund einer sich ändernden Schwerpunktlage des Abtriebs-Strukturglieds. Im Falle einer Kollision ändert sich das Drehmoment jedoch (deutlich) rasch(er), es kann insbesondere eine Art Knick im zeitlichen Drehmomentverlauf bzw. Gelenkmomentensensorsignal entstehen. Entsprechend kann auf Basis einer zeitlichen Änderung eines Drehmoments zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb eine Kollision besonders vorteilhaft, insbesondere zuverlässig und/oder (besonders) schnell, erfasst werden.
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In einer Ausführung wird eine Kollision erfasst, falls eine zeitliche Änderung des Drehmoments bzw. ein quantitatives Maß hierfür, insbesondere betragsmäßig, einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt bzw. sich das Drehmoment zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb schneller ändert als durch den Grenzwert maximal zugelassen bzw. vorgesehen.
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Hierdurch kann in einer Ausführung eine Kollision besonders vorteilhaft, insbesondere zuverlässig, einfach und/oder (besonders) schnell, erfasst werden.
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Der Motor schiebt in der Regel auch nach der Kollision gegen den mechanischen Widerstand weiter. Dadurch steigt das Motormoment bzw. der Motorstrom an. Entsprechend kann auf Basis des Motormoments bzw. -stroms eine Kollision vorteilhaft, insbesondere zuverlässig und/oder zusätzlich, insbesondere redundant, erfasst werden.
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In einer Ausführung wird bzw. ist ein (erlaubtes bzw. zulässiges bzw. übliches bzw. ausgenutztes) Fenster um das, in einer Ausführung gefilterte, insbesondere hochpassgefilterte, Motormoment bzw. den, in einer Ausführung gefilterten, insbesondere hochpassgefilterte, Motorstrom vorgegeben, in einer Ausführung während eines Betriebs des Roboterarms, insbesondere maschinell, gelernt, und bei einem erfindungsgemäßen, in einer Ausführung anschließenden, Steuern, insbesondere Justieren, bei Überschreiten des um einen vorgegebenen Faktor vergrößerten Fensters um das, in einer Ausführung (hochpass)gefilterte, Motormoment bzw. den, in einer Ausführung (hochpass)gefilterten, Motorstrom herum eine Kollision erfasst, wobei der vorgegebene Faktor in einer Ausführung wenigstens Zwei, insbesondere wenigstens Vier beträgt, insbesondere also beispielsweise bei Überschreiten des fünffachen (vorgegebenen bzw. gelernten) Fensters eine Kollision erfasst.
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Hierdurch kann in einer Ausführung eine Kollision besonders vorteilhaft, insbesondere zuverlässig, erfasst werden.
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Nach einer Kollision schiebt der Motor das Abtriebs-Strukturglied noch weiter. Insbesondere aufgrund von Elastizitäten, insbesondere Getriebeelastizitäten, wird der motor- bzw. antriebs-strukturglied-seitige Teil des Antriebs noch weiter bewegt, während das Abtriebs-Strukturglied bzw. der abtriebs-strukturglied-seitige Teil des Antriebs bereits steht. Entsprechend kann auf Basis einer zeitlichen Änderung einer Ist-Position des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied und/oder des Motors und/oder eines Schleppfehlers zwischen dieser Ist-Position und einer Soll-Position eine Kollision vorteilhaft, insbesondere zuverlässig und/oder zusätzlich, insbesondere redundant, erfasst werden. In einer Ausführung wird eine Kollision erfasst, falls der Schleppfehler, insbesondere betragsmäßig, einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, wobei dieser Grenzwert in einer Ausführung kleiner als ein zulässiger Schleppfehler ist, bei dem der Roboterarm stillgesetzt wird, und/oder dieser Grenzwert während eines Betriebs des Roboterarms, insbesondere maschinell, gelernt ist bzw. wird.
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Wie vorstehend bereits erläutert, kann durch eine Kombination von zwei oder mehr der vorstehend genannten Kriterien (a) - (f) eine Kollision besonders vorteilhaft, insbesondere zuverlässig, erfasst werden. Entsprechend sind in einer Ausführung zwei oder mehr der vorstehend genannten Kriterien (a) - (f) miteinander „ODER“-verknüpft bzw. wird eine Kollision erfasst, wenn wenigstens eines von wenigstens zwei der vorstehend genannten Kriterien (a) - (f) erfüllt ist.
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Somit wird in einer Ausführung eine Kollision des Abtriebs-Strukturglieds mit einem antriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag oder des Antriebs-Strukturglieds mit einem abtriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag oder des Roboterarms mit sich oder seiner Umgebung während eines Bewegens des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied durch den Antrieb
- - sowohl auf Basis einer zeitlichen Änderung eines Drehmoments zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb
als auch auf Basis
- - eines Motordrehmoments oder -stroms; und/oder
- - einer zeitlichen Änderung einer Ist-Position des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied oder des Motors oder eines Schleppfehlers zwischen dieser Ist-Position und einer Soll-Position erfasst,
in einer Weiterbildung
- - sowohl auf Basis einer zeitlichen Änderung eines Drehmoments zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb
- - als auch auf Basis eines Motordrehmoments oder -stroms
- - sowie zusätzlich auf Basis einer zeitlichen Änderung einer Ist-Position des Abtriebs Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied oder des Motors oder eines Schleppfehlers zwischen dieser Ist-Position und einer Soll-Position.
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In einer Ausführung kann hierdurch eine Kollision besonders vorteilhaft, insbesondere zuverlässig, erfasst werden, insbesondere, da bzw. wenn ein Drehmoment zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb, ein Motordrehmoment bzw. -strom und eine Ist-Position bzw. ein Schleppfehler unabhängig voneinander erfasst werden (können).
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In einer Ausführung wird zur Erfassung der Kollision auf Basis eines Motorstroms oder Drehmoments, insbesondere Motordrehmoments oder Drehmoments zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb, oder dessen zeitlicher Änderung dieses Drehmoment bzw. dieser Motorstrom hochpassgefiltert und die Kollision auf Basis dieses hochpassgefilterten Drehmoments bzw. Motorstroms erfasst.
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In einer Ausführung wird ein Drehmoment zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb erfasst, hochpassgefiltert, eine Kollision erfasst, falls dieses hochpassgefilterte Drehmoment, insbesondere betragsmäßig, einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, in einer Ausführung wird bzw. ist ein (erlaubtes bzw. zulässiges bzw. übliches bzw. ausgenutztes) Fenster um das hochpassgefilterte Drehmoment vorgegeben, in einer Ausführung während eines, in einer Ausführung vorhergehenden, Betriebs des Roboterarms, insbesondere maschinell, gelernt, und bei Überschreiten des um einen vorgegebenen Faktor vergrößerten Fensters um das Drehmoment zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb herum wird eine Kollision erfasst, wobei der vorgegebene Faktor in einer Ausführung wenigstens das Anderthalbfache, insbesondere wenigstens das Doppelte beträgt, und auf diese Weise eine Kollision auf Basis einer zeitlichen Änderung eines Drehmoments zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb erfasst. Mit anderen Worten wird die zeitliche Änderung bzw. ein quantitatives Maß hierfür durch die Hochpassfilterung ermittelt und, insbesondere betragsmäßig, mit einem vorgegebenen Grenzwert bzw. Fenster verglichen.
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Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft eine sich ändernde Schwerpunktlage bzw. ein Gravitationsanteil des Abtriebs-Strukturglieds bzw. Motordrehmoments bzw. -stroms wenigstens teilweise kompensiert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der aktuell nicht justierte Roboterarm gesteuert bzw., insbesondere beim Justieren, auf Kollision überwacht wird, da dann dessen Schwerpunktlage bzw. Gravitationsanteil eventuell modellgestützt nicht genau genug ermittelt werden kann.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
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In einer Ausführung weist das System auf:
- - Mittel zum Bewegen des Abtriebs-Strukturglieds, insbesondere bei Stillstand wenigstens einer weiteren solchen Achse des Roboterarms, durch den Antrieb relativ zum Antriebs-Strukturglied, insbesondere mit einer gegenüber einem Automatikbetrieb reduzierten Maximalgeschwindigkeit, in einer Suchrichtung, die einer vorgegebenen Verfahrrichtung entspricht, um eine vorgegebene Justagestellung anzufahren, insbesondere zu überfahren, sowie
- - Mittel zum Umkehren dieser Suchrichtung und Bewegen des Abtriebs-Strukturglieds entgegen der vorgegebenen Verfahrrichtung, falls während des Bewegens in der vorgegebenen Verfahrrichtung eine Kollision des Abtriebs-Strukturglieds mit einem antriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag erfasst wird und/oder falls während des Bewegens in der vorgegebenen Verfahrrichtung eine Kollision des Antriebs-Strukturglieds mit einem abtriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag erfasst wird und/oder falls während des Bewegens in der vorgegebenen Verfahrrichtung eine Kollision des Roboterarms mit sich oder seiner Umgebung erfasst wird.
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Zusätzlich oder alternativ weist das System in einer Ausführung auf:
- - Mittel zum Erfassen einer Kollision des Abtriebs-Strukturglieds mit einem antriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag oder des Antriebs-Strukturglieds mit einem abtriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag oder des Roboterarms mit sich oder seiner Umgebung während eines Bewegens des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied durch den Antrieb auf Basis einer zeitlichen Änderung eines Drehmoments zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb und/oder auf Basis eines Motordrehmoments und/oder -stroms und/oder auf Basis einer zeitlichen Änderung einer Ist-Position des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied und/oder des Motors und/oder eines Schleppfehlers zwischen dieser Ist-Position und einer Soll-Position.
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In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
- - Mittel zum Vorgeben der Verfahrrichtung auf Basis eines, insbesondere bei einem letzten vorhergehenden Abschalten des Roboterarms, gespeicherten Parameters; und/oder
- - Mittel zum Erfassen eines An- bzw. Überfahren der vorgegebenen Justagestellung, insbesondere berührungslos oder mechanisch, und Mittel zum Justieren des Roboterarms auf Basis dieser Erfassung, insbesondere zum Anfahren einer vorgegebenen Vorjustagestellung und/oder Ermitteln eines Offsets zwischen einer Ist-Stellung des Abtriebs-Strukturglieds relativ zum Antriebs-Strukturglied und einer sensorisch erfassten Stellung des Abtriebs-Strukturglieds und/oder Antriebs; und/oder
- - Mittel zum Stillsetzen des Roboterarms und/oder Ausgeben einer Fehlermeldung, falls während des Bewegens entgegen der vorgegebenen Verfahrrichtung, insbesondere mittels eines hier beschriebenen Verfahrens, eine Kollision des Abtriebs-Strukturglieds mit einem antriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag erfasst wird und/oder falls während des Bewegens entgegen der vorgegebenen Verfahrrichtung, insbesondere mittels eines hier beschriebenen Verfahrens, eine Kollision des Antriebs-Strukturglieds mit einem abtriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag erfasst wird und/oder falls während des Bewegens entgegen der vorgegebenen Verfahrrichtung, insbesondere mittels eines hier beschriebenen Verfahrens, eine Kollision des Roboterarms mit sich oder seiner Umgebung (3) erfasst wird; und/oder
- - Mittel zum Hochpassfiltern eines Motorstroms oder Motordrehmoments oder Drehmoments zwischen dem Abtriebs-Strukturglied und dem Antrieb und Erfassen der Kollision auf Basis dieses hochpassgefilterten (Motor)Drehmoments bzw. Motorstroms.
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Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU), Graphikkarte (GPU) oder dergleichen, und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Roboterarm steuern bzw. justieren kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen.
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In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.
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In einer Ausführung weist das System den Roboterarm auf.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
- 1: ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
- 2: einen Teil einer Achse eines Roboterarms des Systems; und
- 3: ein Verfahren zum Justieren des Roboterarms nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem sechsachsigen Roboterarm 1 und einer Robotersteuerung 2.
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Der Roboterarm 1 weist sechs aufeinanderfolgende Drehachsen auf, von denen in 2 eine bodennächste horizontale Drehachse 10 teilweise dargestellt ist.
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Diese Drehachse 10 weist einen im Antriebs-Strukturglied 11 der Achse 10 angeordneten Motor M auf, der ein Getriebe G antreibt, welches über einen Drehmomentsensor D mit dem Abtriebs-Strukturglied 12 der Achse 10 verbunden ist.
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Ein Motormoment oder -strom des Motors M wird durch einen Sensor M1 erfasst, eine Ist-Position des Motors M durch einen Sensor M2. Eine Ist-Position des Abtriebs-Strukturglieds 12 wird in einer Ausführung durch einen Sensor P erfasst.
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Die weiteren Achsen des Roboterarms 1 können analog aufgebaut sein, beispielsweise die darauffolgende Drehachse 20 mit deren Antriebs-Strukturglied 12.
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In einem Schritt S10 wird eine Verfahrrichtung für die Drehachse 10 vorgegeben.
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Dazu wurde im vorhergehenden Betrieb des justierten Roboterarms 1 gespeichert, ob das Abtriebs-Strukturglied 12 relativ zum Antriebs-Strukturglied 11 (zuletzt) links oder rechts von der in 1 gezeigten vorgegebenen Justagestellung steht. Steht es in 1 links von der Justagestellung, wird als Verfahrrichtung eine Drehung im Uhrzeigersinn vorgegeben, steht es rechts von der Justagestellung, wird als Verfahrrichtung eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn vorgegeben, d.h. jeweils zu der Justagestellung hin.
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Dann wird in Schritt S20, in einer Ausführung nur, das Abtriebs-Strukturglied 12 relativ zum Antriebs-Strukturglied 11 um die Drehachse 10 in einer Suchrichtung, die (zunächst) dieser vorgegebenen Verfahrrichtung entspricht, gedreht, indem die Steuerung 2 den Motor M entsprechend ansteuert.
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In einem Schritt S30 wird geprüft, ob der Roboterarm bzw. die Drehachse 10 die Justagestellung erreicht hat, beispielsweise, indem ein Hall-Sensor auf dem einen von dem Antriebs-Strukturglied 11 und Abtriebs-Strukturglied 12 einen Magneten auf dem anderen von dem Antriebs-Strukturglied 11 und Abtriebs-Strukturglied 12 erfasst, ein Taster an dem einen von dem Antriebs-Strukturglied 11 und Abtriebs-Strukturglied 12 in eine Kerbe an dem anderen von dem Antriebs-Strukturglied 11 und Abtriebs-Strukturglied 12 eingreift oder dergleichen.
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Ist dies der Fall (S30: „Y“), wird die dabei von dem Sensor M2 oder P erfasste Position entsprechend abgeglichen bzw. ein entsprechender Offset zwischen der sensorisch erfassten Ist-Position und der Ist-Position des Abtriebs-Strukturglieds 12 relativ zum Antriebs-Strukturglied 11 in der Justagestellung ermittelt und beim weiteren Steuern des Roboterarms verwendet bzw. berücksichtigt (Schritt S40). In einer Ausführung wird hierzu zunächst eine um einen vorgegebenen Weg gegen die Justagestellung versetzte Vorjustagestellung angefahren und aus dieser die Justagestellung erneut angefahren.
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Andernfalls (S30: „N“) wird in einem Schritt S50 geprüft, ob eine Kollision des Abtriebs-Strukturglieds 12 mit einem antriebs-strukturglied-seitigen Endanschlag 13 oder eine Kollision des Roboterarms 1 mit sich oder einer Bodenfläche 3 erfasst worden ist.
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Hierzu wird geprüft, ob wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- - eine zeitliche Änderung des vom Sensor D ermittelten Drehmoments bzw. das vom Sensor D ermittelte und hochpassgefilterte Drehmoment überschreitet betragsmäßig einen Grenzwert;
- - die Abweichung des vom Sensor M1 ermittelten und gefilterten Motordrehmoments bzw. -stroms liegt außerhalb des Fünffachen gelernten zulässigen Fensters bzw. Momentenschlauchs um dieses gefilterten Motordrehmoment bzw. diesen gefilterten Motorstrom herum; oder
- - ein Schleppfehler zwischen der vom Sensor M2 oder P erfassten Ist-Position und einer entsprechenden Soll-Position überschreitet betragsmäßig einen vorgegebenen Grenzwert.
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Ist keine dieser Bedingungen erfüllt (S50: „N“), kehrt das Verfahren bzw. die Steuerung 2 zu Schritt S20 zurück, d.h. bewegt das Abtriebs-Strukturglied 12 relativ zum Antriebs-Strukturglied 11 weiter in der vorgegebenen Verfahrrichtung.
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Andernfalls (S50: „Y“) wird in Schritt S60 geprüft, ob die Suchrichtung bereits einmal umgekehrt worden ist.
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Ist dies nicht der Fall (S60: „N“), wird die Suchrichtung umgekehrt (Schritt S70) und das Verfahren bzw. die Steuerung 2 zu Schritt S20 zurück, d.h. bewegt das Abtriebs-Strukturglied 12 relativ zum Antriebs-Strukturglied 11 nun in umgekehrter Suchrichtung bzw. entgegen der vorgegebenen Verfahrrichtung.
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Andernfalls wird davon ausgegangen, dass das Erreichen von Schritt S60 nicht daran lag, dass zunächst mit der falschen Suchrichtung versucht wurde, die Justagestellung anzufahren, sondern eine Kollision mit einem unbekannten bzw. -erwarteten Hindernis oder dergleichen aufgetreten ist. Daher wird der Roboter in Schritt S80 stillgesetzt und eine Fehlermeldung ausgegeben.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboterarm
- 2
- (Roboter)Steuerung
- 3
- Bodenfläche (Umgebung)
- 10
- (Dreh)Achse
- 11
- Antriebs-Strukturglied
- 12
- Abtriebs-Strukturglied
- 13
- Endanschlag
- 20
- (Dreh)Achse
- M
- Motor
- G
- Getriebe
- D
- Drehmomentsensor
- P
- Positionssensor
- M1
- Drehmoment-/Stromsensor
- M2
- Positionssensor
