DE102020204710A1

DE102020204710A1 - Verfahren, Ausgleichsmodul und Multi-Roboter-System

Info

Publication number: DE102020204710A1
Application number: DE102020204710.3A
Authority: DE
Inventors: Juan Mauricio Toro Ramos; Dhruvin Doshi
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-08-05
Also published as: WO2021152081A1; EP4096872A1; CN114981041A

Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Robotik. Insbesondere betrifft sie ein Ausgleichsmodul (20) für ein Multi-Roboter-System (10), insbesondere ein Ausgleichsmodul (20) für ein Multi-Roboter-System (10) für den kooperativen Objekttransport. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben eines Ausgleichsmoduls (20) für ein Multi-Roboter-System (10) und die Verwendung eines Ausgleichsmodules (20) sowie ein Robotersystem (10) aufweisend ein erfindungsgemäßes Ausgleichsmodul (20). Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerverfahren zum Betreiben eines Multi-Roboter-Systems (10).

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Robotik. Insbesondere betrifft sie ein Ausgleichsmodul für ein Multi-Roboter-System, insbesondere ein Ausgleichsmodul für ein Multi-Roboter-System für den kooperativen Objekttransport. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben eines Ausgleichsmoduls für ein Multi-Roboter-System und die Verwendung eines Ausgleichsmodules sowie ein Robotersystem aufweisend ein erfindungsgemäßes Ausgleichsmodul. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerverfahren zum Betreiben eines Multi-Roboter-Systems.
Autonome Roboter und insbesondere autonome Transportfahrzeugroboter, hierin auch als Transportroboter bezeichnet, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden beispielsweise in Fertigungsumgebungen eingesetzt, um Materialien und/oder gefertigte Produkte zwischen Fertigungsstationen und Lagerstätten zu transportieren. Der Betrieb erfolgt dabei autonom, d.h. ohne unmittelbare manuelle Steuerung, sondern beispielsweise nach Maßgabe eines vorprogrammierten Fahrverhaltens, einer angewiesenen Fahrroute und/oder einer Umfelderfassung. Die Roboter sind in der Regel unbemannt. Da die Roboter ferner meist nicht ortsgebunden sind, sondern zum Erfüllen ihrer Transportaufgabe fahren können, können sie auch als Fahrzeuge bzw. Fahrzeugroboter bezeichnet werden.
Es ist ferner bekannt, insbesondere für Transportaufgaben mehrere entsprechende Roboter bzw. Transportroboter koordiniert miteinander zu betreiben. Dies wird in der Fachwelt auch als das Bilden sogenannter Multi-Roboter-Systeme bezeichnet. Vorteile entstehen beispielsweise dadurch, dass die einzelnen Roboter weniger leistungsfähig ausgebildet werden müssen und dass die Flexibilität erhöht ist, da je nach Transportaufgabe eine unterschiedliche Anzahl von Robotern zusammengestellt werden kann.
Oftmals setzt der Transport eine mechanische Verbindung der Roboter untereinander voraus. Beispielsweise können diese an einer gemeinsamen Trägerstruktur, mit dem ein transportiertes Objekt getragen wird, angekoppelt werden. Eine solche Trägerstruktur bildet entsprechend eine mechanische Verbindung und somit eine Verbindungsstruktur bzw. Verbindungsanordnung zwischen den Robotern. Es entsteht also ein mechanischer Zwang, sodass die Bewegungen sowie damit zusammenhängende Kräfte des einen Roboters durch die Verbindungsstruktur auch auf den anderen Roboter übertragen werden. Folglich kann die mechanische Kopplung zu unerwünschten Beeinflussungen der Transportroboter untereinander führen und sogar zu Beschädigungen hiervon. Problematisch ist dies insbesondere dann, wenn die Roboter unterschiedliche Hindernisse überwinden müssen oder unterschiedlichen Fahrbahnneigungen (z.B. an einem Hang) ausgesetzt sind.
Es stellt sich daher die Aufgabe, den Betrieb eines Multi-Roboter-Systems, dessen einzelne Roboter mechanisch miteinander verbunden oder verbindbar sind, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die vorstehenden Ausführungen und Weiterbildungen können auch bei der vorliegenden Lösung vorgesehen sein bzw. auf diese zutreffen, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
Es wird allgemein vorgeschlagen, trotz einer aufrechterhaltenen zumindest mittelbaren mechanischen Verbindung zwischen den einzelnen Robotern eines Multi-Roboter-Systems die Einzelroboter mit einem gewissen Spiel und/oder einer definierten Nachgiebigkeit miteinander zu verbinden. Auf diese Weise kann ein definiertes Ausmaß an Relativbeweglichkeit zwischen den Einzelrobotern bereitgestellt werden. Anders ausgedrückt werden die Roboter trotz aufrechterhaltener mechanischer Verbindung in definierten Grenzen mechanisch entkoppelt, sodass nicht mehr sämtliche Bewegungen und/oder Kräfte von einem Roboter unmittelbar auf den anderen übertragbar sind. Dies ermöglicht, dass Reaktionen eines Roboters auf z.B. Untergrundneigungen, denen der andere Roboter nicht ausgesetzt ist, nicht unmittelbar auf diesen anderen Roboter übertragen werden. Allgemein werden also Störeinflüsse des einen Roboters nicht stets voll auf den anderen Roboter übertragen. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des Betriebs und mindert das Risiko von mechanischen Beschädigungen der Roboter aufgrund übertragener Kräfte.
Insbesondere wird vorgeschlagen, die mechanische Entkopplung bezüglich einer Vielzahl räumlicher Freiheitsgrade vorzusehen und entsprechende Freiheitsgrade zur Relativbeweglichkeit bereitzustellen. Bevorzugt erfolgt die Relativbeweglichkeit dabei nicht völlig frei, sondern entgegen bzw. unter Überwindung von gezielt erzeugten Reaktionskräften. Diese stellen somit eine gewisse Führungsfunktion bereit und dämpfen Kraftübertragungen zwischen den einzelnen Robotern in definierter Weise.
Allgemein wird hierfür ein Ausgleichsmodul vorgeschlagen, das bevorzugt im Kraftpfad und/oder mechanischen Verbindungspfad zwischen den Robotern angeordnet ist. Bevorzugt ist dieses an einem der Roboter angeordnet, und zwar in der Weise, dass es den Roboter mit einer mechanischen Verbindungsstruktur (oder -anordnung) verbindet, die sich zu dem anderen Roboter erstreckt bzw. mit diesem gekoppelt ist. Dieses Ausgleichsmodul stellt bevorzugt wenigstens einen, bevorzugt eine Mehrzahl von Freiheitsgraden zur Relativbeweglichkeit zwischen dem Roboter und der Verbindungsstruktur bereit. Ferner ermöglicht es vorzugsweise eine Dämpfung der zwischen der Verbindungsstruktur und dem Roboter übertragenen Kräfte. Dabei kann unter einer Dämpfung verstanden werden, dass eine aufgebrachte Kraft nicht unmittelbar auf die entsprechende andere Einheit von Roboter und Verbindungsstruktur übertragen wird. Stattdessen kann diese Kraft zumindest anteilig dissipiert und/oder in potentielle Energie umgewandelt werden, die erst zu einem späteren Zeitpunkt freigesetzt wird. Im Zeitpunkt der Kraftaufbringung erreichen aber bevorzugt nicht sämtliche Kräfte die entsprechend verbundene Einheit, sodass aus Sicht dieser Einheit eine Kraftdämpfung vorliegt.
Sofern hierin von einem ersten und zweiten oder ersten und weiteren Roboter gesprochen wird, versteht es sich, dass die offenbarte Lösung nicht auf diese Anzahl von Robotern beschränkt ist. Insbesondere könnten auch wenigstens drei oder vier Roboter vorgesehen sein. Ferner können sämtliche Roboter (zumindest aber mehr als zwei) eines hierin offenbarten Systems ein entsprechendes Ausgleichsmodul aufweisen. Sämtliche Ausführungen, die sich auf ein System mit lediglich einem ersten und zweiten Roboter beziehen, gelten entsprechend auch für Systeme mit einer höheren Anzahl von Robotern.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Ausgleichsmodul für ein Multi-Roboter-System aufweisend eine Einrichtung zum Ausgleichen von Kräften. Gemäß einem davon abhängigen zweiten Aspekt kann das Ausgleichsmodul eine Drehachse und ein Lager, insbesondere ein Wälzlager aufweisen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Ausgleichsmoduls, aufweisend: Messen von Kräften und Ausgleichen der ermittelten Kräfte.
Ein vierter Aspekt der Erfindung ist ein Multi-Roboter-System, aufweisend eine Steuer- oder Regelvorrichtung zum Koordinieren der Bewegungen von mindestens zwei Robotern, wobei mit der Steuer- oder Regelvorrichtung Kräfte an den Robotern ausgeglichen werden, um ein gemeinsames Objekt zu handhaben.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung eines Ausgleichsmodules für ein Multi-Roboter-System in einem Fertigungsprozess, insbesondere in einem Fertigungsprozess der Automobilindustrie.
Ein sechster Aspekt der Erfindung ist ein Roboter aufweisend ein Ausgleichsmodul nach dem ersten oder dem zweiten Aspekt.
Ein siebter Aspekt der Erfindung ist ein Robotersystem, aufweisend mindestens ein Ausgleichsmodul nach dem ersten oder dem zweiten Aspekt und mindestens zwei Roboter. Gemäß einem davon abhängigen achten Aspekt ist ein erster Roboter ein omnidirektionaler Roboter und ein zweiter Roboter ein nicht-omnidirektonaler Roboter. Alternativ oder zusätzlich ist ein erster Roboter gemäß einem neunten Aspekt ein holonomer Roboter und ein zweiter Roboter ein nicht-holonomer Roboter. Bei dem siebten bis neunten Aspekt können die Roboter jeweils einen Greifmechanismus aufweisen.
Die Begriffe Robotersystem und Multi-Roboter-System werden hierin gelichbedeutend und austauschbar verwendet, da das Robotersystem eine Mehrzahl von Robotern aufweist.
Sämtliche nachstehend im Zusammenhang mit Multi-Roboter-Systemen erläuterten Merkmale und Funktionen eines Ausgleichsmoduls können für das vorstehende Ausgleichsmodul des ersten Aspekts gelten. Sie können also auch unabhängig von den weiteren Merkmalen nachstehender Multi-Roboter-Systeme als ein Merkmal des Ausgleichsmoduls dieses ersten Aspekts beansprucht werden.
Insbesondere schlägt die Erfindung ein Multi-Roboter-System vor, mit:

einem ersten autonomen Roboter, insbesondere einem Transportroboter, und einem zweiten autonomen Roboter, insbesondere einem Transportroboter, wobei der erste und zweite Roboter über eine Verbindungsanordnung (mit der bevorzugt auch ein Objekt tragbar ist und/oder die zur Verbindung mit einem Objekt eingerichtet ist) insbesondere mechanisch miteinander verbunden sind; wobei wenigstens einer der Roboter ein Ausgleichsmodul (z.B. gemäß dem ersten Aspekt) aufweist, über das es an die Verbindungsanordnung gekoppelt ist, wobei das Ausgleichsmodul dazu eingerichtet ist, den Roboter und die Verbindungsanordnung relativbeweglich miteinander zu koppeln und Kraftübertragungen zwischen der Verbindungsanordnung und dem Roboter zu dämpfen.

Bei den Robotern kann es sich um die Roboter des Robotersystems gemäß dem obigen zweiten Aspekt handeln. Das Dämpfen kann mit der Einrichtung des Ausgleichsmoduls des ersten Aspekts erfolgen. Durch das Dämpfen können die Kräfte ausgeglichen werden.
Bei der Verbindungsanordnung kann es sich um eine mechanische Kopplungsstruktur und/oder Verbindungsstruktur der vorstehend geschilderten Art handeln. Die Verbindungsanordnung kann einteilig oder mehrteilig sein. Beispielsweise kann sie sich aus Träger- oder Greiferstrukturen zusammensetzen, die an einen jeweiligen Roboter des Systems (d.h. des Multi-Roboter-Systems) angekoppelt sind. Tragen diese Trägerstrukturen ein gemeinsames Objekt bzw. greifen dieses z.B. an unterschiedlichen Seiten, entsteht über diese einzelnen Strukturen sowie das Objekt eine Verbindung bzw. wird eine entsprechende Verbindungsanordnung gebildet.
Alternativ kann die Verbindungsanordnung aber auch eine Plattform umfassen, auf die das Objekt z.B. aufgelegt wird. Dann können die Roboter direkt mit dieser Plattform verbunden sein, wobei jedoch zumindest eines über das geschilderte Ausgleichsmodul daran angekoppelt wird.
Das Ausgleichsmodul kann ein baulich integriertes, separat handhabbares und/oder bedarfsweise an einen Roboter ankoppelbares Modul sein. Es kann kleinere Dimensionen als der Roboter und/oder als die Verbindungsanordnung aufweisen. Es kann eine zylindrische Form aufweisen. Es kann allgemein mehrteilig aufgebaut sein. Mit einer ersten Seite kann es dem Roboter zugewandt bzw. an diesem ankoppelbar sein. Mit einer hiervon abgewandten oder entfernten zweiten Seite kann es mit der Verbindungsanordnung koppelbar sein. Insbesondere kann das Ausgleichsmodul also zwischen der Verbindungsanordnung und dem Roboter angeordnet und/oder an beiden Enden oder Seiten mit einem von Roboter und Verbindungsanordnung koppelbar sein. Jegliche hierin erwähnte Kopplung kann einer kraftübertragenden Verbindung entsprechen.
Zum Ermöglichen der Relativbeweglichkeit kann ein erster Teil des Ausgleichsmoduls mit dem Roboter und ein zweiter Teil mit der Verbindungsanordnung koppelbar sein. Die entsprechenden Teile des Ausgleichsmoduls können relativbeweglich zueinander sein. Dabei kann die Relativbewegung auch geführt erfolgen und/oder unter Einwirken auf nachstehend geschilderte weitere Elemente des Ausgleichsmoduls, insbesondere auf elastisch deformierbare Elemente. Diese können beispielsweise zwischen den geschilderten Teilen des Ausgleichsmoduls positioniert sein. Prinzipiell ist es aber auch möglich, derartige Teile zum Herstellen der Relativbeweglichkeit gelenkig aneinander zu koppeln und/oder über ein verdrängbares Fluid, insbesondere ein Hydraulikfluid, miteinander zu koppeln. In letzterem Fall können die Teile z.B. eine Fluidkammer begrenzen.
Wie geschildert, kann die Dämpfung dadurch erreicht werden, dass einwirkende und insbesondere von der Verbindungsanordnung ausgehende Kräfte und genauer gesagt entsprechend einwirkende mechanische Energie dissipiert und/oder in anderweitige Energieformen (insbesondere potentielle Energie) umgewandelt wird/werden. Letzteres ist z.B. dann der Fall, wenn, wie allgemein bevorzugt, elastisch deformierbare Elemente im Ausgleichsmodul vorgesehen sind, die nach Maßgabe der einwirkenden Kräfte bzw. Energie deformierbar sind. Die Einrichtung zum Kräfteausgleich kann jegliche der vorstehenden Energieumwandlungen ermöglichen. Insbesondere kann sie elastisch defomierbar sein oder entsprechend deformierbare Elemente umfassen.
Insbesondere sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass das Dämpfen der Kraftübertragungen ein Erzeugen von entgegen der Relativbewegung wirkenden Reaktionskräften umfasst. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass die Relativbewegung in der Regel mit auf das Ausgleichsmodul einwirkenden Kräften einhergeht bzw. von derartigen Kräften verursacht wird. Durch das Aufbringen entsprechender Reaktionskräfte, die entgegen der Bewegung wirken, kann (beispielsweise bei Aufstellen eines Kräftegleichgewichtes) die einwirkende Kraft zumindest teilweise kompensiert werden und nicht auf das entsprechende andere von Verbindungsanordnung und Roboter voll übertragen werden.
Bei jeglicher hierin betrachteten Relativbewegung kann von einem stehenden (oder in geringerem Ausmaß bewegten) Roboter und einer hierzu bewegten (z.B. in größerem Ausmaß bewegten) Verbindungsstruktur und insbesondere einer von der Verbindungsstruktur ausgehenden Kraft ausgegangen werden. Vom Ausgleichsmodul erzeugte Reaktionskräfte können entsprechend entgegen der von der Verbindungsanordnung ausgehenden Kraftübertragung bzw. Relativbewegung wirken.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Ausgleichsmodul (und insbesondere dessen Einrichtung zum Ausgleichen von Kräften) wenigstens ein elastisch deformierbares Element (z.B. eine Feder, insbesondere eine Spiralfeder oder Blattfeder) umfasst und die Reaktionskraft einer zu überwindenden Deformationskraft dieses Elements entspricht. Bei der Deformationskraft kann es sich um eine Federkraft handeln. In an sich bekannter Weise kann diese nach Maßgabe einer Längenänderung und entgegen dieser Längenänderung erzeugt werden bzw. wirken.
Bevorzugt ist eine Mehrzahl von entsprechend deformierbaren Elementen vorgesehen. Diese können unterschiedlich relativ zueinander orientiert sein. Beispielsweise können diese in unterschiedlichen horizontalen Raumrichtungen verlaufen.
Gemäß einer allgemeinen bevorzugten Variante ist der vorstehend geschilderte erste Teil des Ausgleichsmoduls zumindest teilweise in dem zweiten Teil des Ausgleichsmoduls aufgenommen oder umgekehrt. Das wenigstens eine deformierbare Element ist bevorzugt zwischen dem ersten und zweiten Teil positioniert und/oder verbindet diese miteinander. Im Rahmen einer Relativbewegung können diese Teile sich also aneinander über das deformierbare Element abstützen. Bei einer Mehrzahl von deformierbaren Elementen sind diese bevorzugt in einer horizontalen Raumebene in einem Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Teil verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt. Beispielsweise können wenigstens vier entsprechend deformierbare Elemente vorgesehen sein, die in einem Abstand von ca. 90° relativ zueinander in der entsprechenden Ebene verteilt sind. Wenigstens einer von erstem oder zweitem Teil kann ringförmig sein.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Ausgleichsmodul wenigstens ein Drehgelenk, insbesondere ein Wälzlager. Mit dem Drehgelenk kann eine Relativverdrehung von Roboter und Verbindungsanordnung um eine Raumachse ermöglicht werden, bevorzugt um eine vertikale Raumachse. Es hat sich gezeigt, dass mit einem solchen Drehgelenk im Realbetrieb häufig auftretende Relativversätze zwischen den Robotern bzw. der Verbindungsanordnung und einem hiermit gekoppelten Roboter zuverlässig ausgeglichen werden können. Weiter kann hierdurch die Manövrierbarkeit verbessert werden, da Relativbewegungen der Roboter um die vertikale Achse zum Beispiel zum Ausweichen von Hindernissen möglich sind.
Die Relativverdrehung um die Rotationsachse des Drehgelenks (die entsprechend bevorzugt entlang einer vertikalen Raumachse verläuft und/oder senkrecht zum Untergrund oder zu einer Bewegungsebene eines Roboters) kann ungedämpft erfolgen. Bevorzugt erfolgt sie jedenfalls mit einer geringeren Dämpfung als die Dämpfung anderweitiger Relativbewegungen durch das Ausgleichsmodul. Beispielsweise kann das Drehgelenk keine elastisch deformierbare Komponente umfassen und/oder als ein gewöhnliches Wälzlager ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht das Ausgleichsmodul eine Relativbewegung zwischen Roboter und Verbindungsanordnung in wenigstens einem, wenigstens zwei und bevorzugt in sämtlichen translatorischen Freiheitsgraden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Ausgleichsmodul zumindest Relativbewegungen in einer horizontalen Raumebene ermöglicht, also den Roboter und die Verbindungsanordnung in dieser Raumebene z.B. schwimmend miteinander koppelt oder zueinander lagert.
Sämtliche hierin definierten Achsen und Freiheitsgrade können sich auf ein kartesisches räumliches Koordinatensystem beziehen. Eine vertikale Achse kann einer Achse entsprechen, entlang derer die Gravitationskraft wirkt. Die weiteren Achsen können horizontal zu dieser Achse verlaufen. Translatorische Freiheitsgrade können entlang dieser Achsen vorliegen, während rotatorische Freiheitsgrade um die entsprechenden Achsen vorliegen können. Bevorzugt wird hierin auf Roboterzustände bei einer Bewegung auf einem horizontalen Untergrund eingegangen, wobei auch hiervon abweichende Fahrbahnneigungen vorliegen können, wie nachstehend noch erläutert.
Zusätzlich oder alternativ kann das Ausgleichsmodul Relativbewegungen um wenigstens einen rotatorischen Freiheitsgrad und bevorzugt zumindest zwei rotatorische Freiheitsgrade ermöglichen. Gemäß einer bevorzugten Variante ermöglicht das Ausgleichsmodul Rotationen um wenigstens eine horizontale Achse und bevorzugt um zwei horizontale Achsen. Rotationen um horizontale Achsen sind zum Ausgleichen von unterschiedlichen Fahrbahnneigungen unterhalb der Roboter vorteilhaft, z.B. beim Auffahren eines der Roboter auf eine Rampe, während der andere auf einer ebenen Fahrbahn verbleibt. Um die vertikale Raumachse kann hingegen eine freie Verdrehbarkeit über das geschilderte Drehgelenk vorliegen. Bewegungen um die horizontalen Rotationsfreiheitsgrade können hingegen wiederum durch das Ausgleichsmodul gedämpft werden.
Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass das Ausgleichsmodul gedämpfte Relativbewegungen in sämtlichen drei translatorischen Freiheitsgraden ermöglicht sowie um die beiden horizontalen Raumachsen. Um die vertikale Raumachse ist hingegen bevorzugt eine freie Verdrehbarkeit mittels des geschilderten Drehgelenks vorgesehen.
In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass das Ausgleichsmodul wenigstens einen Drehgeber umfasst, mit dem eine Winkelstellung des Drehgelenks ermittelbar ist. Beispielsweise kann der Drehgeber als ein Encoder ausgebildet sein. Er kann die Relativverdrehung von einem Teil des Drehgelenks, das mit dem Roboter für eine gemeinsame Bewegung gekoppelt ist, und einem Teil des Drehgelenks, das mit der Verbindungsanordnung für eine gemeinsame Bewegung gekoppelt ist, sensorisch erfassen. Darauf basierend kann auch der Betrieb von zumindest einem der Roboter gesteuert werden. Beispielsweise kann daraus abgeleitet werden, ob einer der Roboter zu weit vorausfährt bzw. der entsprechend andere Roboter zu weit zurückfällt. In beiden Fällen kann eine gegenüber einer vordefinierten Neutralstellung deutlich abweichende Winkelstellung erfassbar sein. Im Rahmen einer autonomen Steuerung und insbesondere Regelung von zumindest einem der Roboter kann dieser dann den Fahrbetrieb anpassen, um die entsprechende Winkelabweichung zu korrigieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Ausgleichsmodul wenigstens einen Kraftsensor. Dieser ist bevorzugt dazu eingerichtet, zwischen dem Roboter und der Verbindungsstruktur wirkende Kräfte zu messen. Insbesondere kann der Kraftsensor Kräfte in einer horizontalen Ebene messen. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Kraftsensoren vorgesehen, um Kräfte aus unterschiedlichen horizontalen Richtungen zu messen, beispielsweise entlang beider horizontaler Raumachsen. Prinzipiell kann der Kraftsensor dazu eingerichtet sein, einen Betrag und/oder ein Vorzeichen der Kraft zu messen. Beispielsweise kann der Kraftsensor eine Wägezelle sein.
Gemäß einer Variante sind wenigstens drei, bevorzugt aber wenigstens vier Kraftsensoren vorgesehen, die in der horizontalen Ebene verteilt sind. Insbesondere können zwei Sensoren für eine zweidimensionale Kraftermittlung und wenigstens drei für eine dreidimensionale Kraftermittlung vorgesehen sein. Die Kraftermittlung kann jeweils eine Richtungsbestimmung der Kraft z. B. durch Ermitteln eines entsprechend zwei- oder dreidimensionalen Vektors umfassen. Beispielsweise können die Sensoren gleichartig voneinander beabstandet verteilt sein, z.B. um 90° bzw. 120°. Zwei der Sensoren können entlang einer Achse positioniert sein, die einer Geradeausfahrt des Roboters entspricht. Zwei der Sensoren (also bei entsprechend vier vorgesehenen Kraftsensoren) können hingegen entlang einer orthogonal hierzu verlaufenden Achse positioniert sein. Auf diese Weise können die in der horizontalen Ebene einwirkenden Kräfte zuverlässig erfasst werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Ausgleichsmodul auch dazu eingerichtet ist, eine Richtung von gemessenen Kräften zu ermitteln. Hierfür können z.B. die von unterschiedlichen Kraftsensoren ermittelten Beträge und/oder Vorzeichen ausgewertet und kann daraus ein Kraftvektor bestimmt werden. Dies gelingt besonders zuverlässig mit den vorstehend geschilderten Anordnungen von wenigstens drei oder wenigstens vier Kraftsensoren in einer horizontalen Raumebene. Mittels der Kraftsensoren kann beispielsweise eine Kraftkomponente entlang einer ersten horizontalen Raumachse und eine Kraftkomponente entlang einer zweiten horizontalen Raumachse bestimmt werden, um daraus den geschilderten Kraftvektor zu bestimmen.
Insgesamt ermöglicht das Verwenden von Kraftsensoren also bevorzugt eine Betrags- und Richtungsbestimmung der zwischen der Verbindungsanordnung und dem Roboter übertragenen Kräfte (insbesondere von auf den Roboter übertragenen Kräften). Hierbei kann es sich insbesondere um einen zunächst ungedämpften Kraftanteil handeln, der dann zumindest teilweise durch die Dämpfungsfähigkeit des Ausgleichsmoduls ausgeglichen bzw. kompensiert wird.
Bevorzugt sieht ein weiterer Aspekt der Erfindung vor, dass ein Betrieb von wenigstens einem der Roboter auf Basis der gemessenen Kraft steuerbar ist. Beispielsweise kann der Roboter seinen Betrieb und insbesondere Fahrbetrieb z.B. hinsichtlich einer gewählten Fahrroute, Fahrgeschwindigkeit oder eines Fahrwinkels anpassen. Ziel kann es jeweils sein, die gemessene Kraft zu reduzieren und insbesondere zu null zu bringen. Beispielsweise kann also ein Lenkwinkel eingestellt werden, mit dem der Roboter entgegen der Richtung der gemessenen Kraft lenkbar ist, um diese Kraft auszugleichen. Die Fahrgeschwindigkeit (und/oder -beschleunigung) kann in Abhängigkeit des Betrages der Kraft gewählt werden.
Prinzipiell kann wenigstens einer der Roboter seinen Fahrbetrieb primär oder ausschließlich auf Basis der gemessenen Kräfte steuern und insbesondere regeln. Dies kann in der geschilderten Weise derart erfolgen, dass die gemessenen Kräfte ausgeglichen werden. Vorteilhaft ist dies dahingehend, als dass keine direkte Kommunikation zwischen den Robotern erfolgen muss. Beispielsweise müssen keine Fahrbetriebsinformationen zwischen den Robotern übertragen werden. Die Fahrbetriebsinformationen können insbesondere eine Fahrroute, eine Fahrgeschwindigkeit, einen Lenkwinkel oder eine vorausliegende Anpassung entsprechender Parameter umfassen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein oder bevorzugt ausschließlich ein Roboter des Systems eine Führungsrolle übernimmt, beispielsweise da er Informationen zur abzufahrenden Fahrroute erhält. Der andere Roboter kann hingegen eine folgende Rolle einnehmen und, je nach den gemessenen Kräften, dem Führungsroboter folgen. Dies erhöht die Flexibilität beim Zusammenstellen des Multi- Roboter-Systems, da die Einzelroboter nicht zwingend für eine Kommunikation untereinander ausgelegt sein müssen. Stattdessen können diese sozusagen lediglich indirekt über gemessene Kräfte miteinander kommunizieren oder, genauer gesagt, ihren gegenseitigen Betrieb ohne tatsächlich ausgetauschte Daten oder Signale beeinflussen. Auch kann dies ermöglichen, dass zumindest einzelne der Roboter gänzlich ohne Kommunikationsfähigkeit ausgelegt werden, was die Kosten reduziert.
Gemäß einer allgemeinen Weiterbildung ist das Ausgleichsmodul über eine (kabelgebundene oder kabellose) Datenübertragungsschnittstelle mit dem zugeordneten Roboter verbunden. Hierdurch können Kraftmesswerte oder Steuersignale, die durch ein Steuergerät des Ausgleichsmoduls anhand der Kraftmesswerte erzeugt wurden, an den Roboter und insbesondere an ein Steuergerät des Roboters übertragen werden. Erläuterungen zu diesen Steuergeräten finden sich auch nachstehend. Dies hat den Vorteil, dass die Roboter selbst nicht dazu eingerichtet sein müssen, die Sensormesswerte zu verarbeiten. Folglich werden die Anforderungen an die Roboter reduziert, was Kosten spart und das Einsatzspektrum des Ausgleichsmoduls erhöht.
Prinzipiell kann es sich bei den Robotern um omnidirektionale Roboter und insbesondere um Transportroboter handeln, welche entsprechend in beliebige Raumrichtungen lenkbar sind. Innerhalb des Systems ist bevorzugt aber auch wenigstens ein nicht-omnidirektionaler Roboter vorgesehen. Diese aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannte Kombination ist vorteilhaft hinsichtlich einer eindeutigen Steuerbarkeit und einer Redundanzvermeidung innerhalb des Systems. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der omnidirektionale Roboter ein Führungsroboter der vorstehend geschilderten Art und der nicht-omnidirektionale Roboter ein folgender Roboter ist.
Zusätzlich oder alternativ kann einer der Roboter nicht-holonom und der andere holonom sein. Letzterer ist bevorzugt wiederum der Führungsroboter, während das andere insbesondere kraftgesteuert dieser Führung folgen kann.
Die Roboter bzw. das System können insbesondere für Transportaufgaben in Verbindung mit Produktionsprozessen eingesetzt werden. Insbesondere kann es sich um einen Produktionsprozess in der Automobilindustrie handeln. Auch Anwendungen in anderen Bereichen, z.B. der Service-Robotik, sind möglich. Beispielweise kann das System als Parkrobotersystem genutzt werden, mit dem zu parkende Fahrzeuge von und zu Parkplätzen gebracht werden können.
Wie vorstehend bereits angedeutet, kann jeder der Roboter einen Greif- und/oder Trägermechanismus umfassen, welche jeweils Bestandteil der Verbindungsanordnung sein können. Hiermit können sich die Roboter jeweils an wenigstens einer Seite eines transportierten Objektes abstützen und somit indirekt eine mechanische Verbindung (d.h. insbesondere eine kraftübertragende bzw. kraftleitende Verbindung) zu dem anderen Roboter aufbauen, welcher ebenfalls dieses Objekt greift oder sich an diesem abstützt. Die Verbindungsanordnung kann also auch das zu transportierende Objekt samt den Greifmechanismen umfassen.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Ausgleichsmodul ferner wenigstens eine der folgenden Komponenten umfassen:

- einen Sensor zum Erfassen eines Steigungswinkels (oder auch Neigungswinkel) eines Roboteruntergrundes. Dieser kann an wenigstens einem, bevorzugt aber an jedem der Roboter angeordnet sein und den jeweiligen Steigungswinkel erfassen. Bei diesem Sensor kann es sich um eine IMU (intertial measurement unit) handeln.
- einen Sensor zum Erfassen einer auf das Ausgleichsmodul einwirkenden Gewichtslast oder, mit anderen Worten, einen Sensor zum Erfassen einer von der Verbindungsanordnung auf das Ausgleichsmodul übertragenen Gewichtskraft;
- einen Höhenverstellmechanismus. Insbesondere kann hierüber ein Abstand von einem ersten Bereich des Ausgleichsmoduls, an den die Verbindungsanordnung ankoppelbar ist, und einem zweiten Bereich geändert werden, an den der Roboter ankoppelbar ist. Da das Ausgleichsmodul als ein allgemein bevorzugter Aspekt bevorzugt an einer Oberseite des Roboters angebracht ist und/oder aufrecht und/oder entlang der vertikalen Raumachse ausgerichtet ist, führt eine entsprechende Abstandsänderung zu einer Höhenänderung des Ausgleichsmoduls. Allgemeiner könnte auch von einer Längenänderung gesprochen werden. Der Höhenverstellmechanismus kann mechanisch sein. Es kann sich um einen Kniehebelmechanismus handeln, insbesondere einen zweifachen Kniehebelmechanismus. Vorteil eines solchen Mechanismus ist, dass auch Roboter mit unterschiedlichen Höhen miteinander verbunden werden können, ohne dass die Verbindungsanordnung zwingend anzupassen ist.
- einen deformierbaren Abschnitt, mit dem sich das Ausgleichsmodul an wenigstens einem von Verbindungsanordnung und einem Roboter abstützt. Hierbei handelt es sich bevorzugt nicht um das bereits diskutierte deformierbare Element zum Kräfteausgleich. Stattdessen kann es sich um ein scheibenförmiges, mattenförmiges oder plattenförmiges Element handeln. Es kann bevorzugt aus einem zusammenhängenden und/oder homogenen Material bestehen. Es kann sich also um einen Festkörperabschnitt handeln, z.B. eine Gummiplatte. Auf dieser kann das Ausgleichsmodul stehen bzw. können die hierin genannten weiteren Komponenten des Ausgleichsmoduls sich abstützen. Beispielsweise kann dieses Element bzw. dieser Abschnitt einen Fußabschnitt des Ausgleichsmoduls bilden, auf dem dieses steht und insbesondere auf dem Roboter steht. Über dieses Element können insbesondere vertikal wirkende Vibrationen und Kräfte ausgeglichen und aufgenommen werden.

Der Neigungswinkel und die Gewichtslast können jeweils genutzt werden, um bei den gemessenen Kräften zu differenzieren, ob diese aufgrund von Relativbewegungen oder Höhenunterschieden bzw. Rampenfahrten der Roboter verursacht werden. Im erstgenannten Fall können die Kräfte beispielsweise von einer Steuereinrichtung als Führungsvorgabe zum Steuern eines der Roboter verwendet werden. Jedoch können insbesondere bei Höhenunterschieden und/oder allgemein bei einer vorstehend geschilderten Rampenfahrt auch Kräfte einwirken und gemessen werden, die nicht bewegungs- bzw. steuerrelevant sind. Diese Kräfte können z.B. aufgrund einer Schrägstellung von einem der Roboter und Abstützung des Eigengewichts über die Verbindungsanordnung am anderen Roboter auch im statischen Fall (also allg. bewegungsunabhängig) vorliegen. Derartige Kraftanteile können auf Basis des Neigungswinkels und der Gewichtslast ermittelt und der Bewegungssteuerung nicht zugrunde gelegt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Ausgleichsmodul für einen Roboter eines Multi-Roboter-Systems nach jeglichen der vorangehenden Aspekte. Allgemein kann das Ausgleichsmodul jegliche hierin geschilderten Merkmale aufweisen und Wirkungen bereitstellen. Insbesondere kann das Ausgleichsmodul wenigstens einen ersten Teil und wenigstens einen zweiten Teil umfassen, wobei der erste Teil mit der Verbindungsanordnung und der zweite Teil mit dem Roboter koppelbar ist (insbesondere daran befestigbar ist). Die Teile können relativ zueinander verlagerbar sein. Ferner kann diese Verlagerbarkeit bzw. Relativbeweglichkeit unter einer Dämpfung einwirkender Kräfte erfolgen, sodass Kraftübertragungen zwischen der Verbindungsanordnung und dem Roboter gedämpft werden. Hierfür können wiederum jegliche der hierin erläuterten Ansätze und Einrichtungen zum Dämpfen entsprechender Kräfte vorgesehen sein.
Ebenso betrifft die Erfindung auch einen Roboter umfassend ein Ausgleichsmodul gemäß jeglichen hierin geschilderten Aspekten.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Robotersystems, aufweisend:

- (insbesondere mechanisches) Verbinden eines ersten Roboters, insbesondere eines Transportroboters, und eines zweiten Roboters, insbesondere eines Transportroboters, mit einer Verbindungsanordnung,

Das Verfahren kann jegliche weiteren Maßnahmen und jegliches weitere Merkmal umfassen, um sämtliche der hierin geschilderten Betriebszustände, Wechselwirkungen und Effekte bereitzustellen. Insbesondere kann mit dem Verfahren ein Robotersystem bzw. Multi-Roboter-System gemäß jeglichem der hierin geschilderten Aspekte bereitgestellt werden. Sämtliche Ausführungen zu und Weiterbildungen von Merkmalen eines solchen Systems können auch auf die gleichlautenden Verfahrensmerkmale zutreffen.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines Robotersystems bzw. Multi-Roboter-Systems, wobei das Robotersystem nach jeglichen der vorangehenden Aspekte ausgebildet ist und insbesondere wobei das wenigstens eine Ausgleichsmodul dieses Systems wenigstens einen Kraftsensor umfasst, der dazu eingerichtet ist, eine zwischen dem das Ausgleichsmodul aufweisenden Roboter und der Verbindungsstruktur wirkende Kraft zu messen. Der Betrieb von wenigstens einem Roboter des Systems kann auf Basis der gemessenen Kraft gesteuert werden. Sämtliche der vorstehend geschilderten Aspekte bezüglich Kraftmessungen und darauf basierenden Betriebssteuerungen können in diesem Zusammenhang ebenfalls vorgesehen sein.
Allgemein ist darauf hinzuweisen, dass bezüglich jeglichem hierin geschilderten Aspekt eine Betriebssteuerung der Roboter wenigstens von einem Steuergerät (hierin auch als Steuereinrichtung bezeichnet) des Roboters ausführbar ist. Das Steuergerät kann Steuer- und/oder Regelfunktionen bereitstellen. Es kann von dem Ausgleichsmodul erzeugte Messsignale erhalten und darauf basierend einen Betrieb eines jeweiligen Roboters geeignet anpassen. Auch das Modul kann, zusätzlich oder alternativ, ein Steuergerät umfassen. Dieses kann Steuersignale z.B. nach Maßgabe gemessener Kräfte erzeugen und an den Roboter zur Steuerung von dessen Bewegung ausgeben. Insbesondere können diese Signale an ein Antriebs-Steuergerät des Roboters übermittelt werden, welches dann die elektrische Leistungszufuhr der Antriebsmotoren des Roboters entsprechend einstellt. Der Roboter selbst muss dann keine Sensormesswerte des Ausgleichsmoduls verarbeiten.
Jegliches Steuergerät kann wenigstens einen Prozessor und/oder wenigstens eine Speichereinrichtung umfassen. Auf der Speichereinrichtung können Programmanweisungen hinterlegt sein, die durch den Prozessor ausführbar sind. Bei entsprechender Ausführung kann das Steuergerät in die Lage versetzt werden, die geschilderte Steuer- und/oder Regelfunktion bereitzustellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Figurenübergreifend können dabei gleichartige oder gleichwirkende Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.

1 zeigt ein Multi-Roboter-System gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform in einer Draufsicht.
2 zeigt eine Variante des Systems aus 1 in einer Vorderansicht.
3 zeigt ein Ausgleichsmodul in einer schematischen Draufsicht, wie es bei den Systemen aus 1 und 2 zum Einsatz kommt.
4 zeigt das Ausgleichsmodul aus 3 in einer schematischen Querschnittsansicht Seitenansicht, um dessen inneren Aufbau zu erläutern.

Die im Folgenden geschilderten Systeme führen jeweils erfindungsgemäße Verfahren aus.
In 1 ist ein Multi-Roboter-System gezeigt, dass ein Robotersystem 10 ist. Dieses System 10 umfasst zwei autonom fahrende Roboter in Form von Transportrobotern (oder auch mobilen Robotern) 12. Das System 10 ist in einer Draufsicht gezeigt. Die vertikale Raumachse Z steht entsprechend senkrecht auf der Blattebene und verläuft allgemein entlang einer Wirkungsrichtung der Gravitationskraft. Die weiteren Achsen des eingetragenen räumlichen Koordinatensystems X, Y sind horizontale Achsen bzw. spannen eine horizontale Raumebene auf. Die X-Achse entspricht einer Vorwärtsfahrrichtung, wohingegen die Y-Achse eine Seitwärtsfahrrichtung definiert. Die Lage des Koordinatensystems verdeutlicht sich ferner aus 2, in der ein zu 1 vergleichbares System 10 in einer Vorderansicht gezeigt ist.
Zunächst bezugnehmend auf 1 (die entsprechenden Ausführungen können aber ebenso für 2 gelten) ist gezeigt, dass der linke Roboter 12 ein omnidirektionaler Roboter ist (siehe entsprechende Schraffur von dessen Rädern, die eine omnidirektionale Steuerbarkeit andeuten). Der rechte Roboter 12 ist hingegen ein nicht omnidirektionaler Roboter, der z.B. nach Art eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs mit einer auslenkbaren Vorderachse ausgebildet ist. Die Roboter 12 sind über eine Verbindungsanordnung 14, die lediglich beispielhaft als eine Stange dargestellt ist, miteinander verbunden.
Im Folgenden zunächst ohne das erfindungsgemäße Ausgleichsmodul 20 betrachtet kann der linke Roboter 12 entsprechend in die X- und Y-Richtung fahren sowie um die Z-Achse rotieren. Der rechte Roboter 12 kann hingegen lediglich entlang der X-Richtung fahren sowie um die Z-Achse rotieren. Gleiches gilt auch für das Objekt 18, das von den Robotern 12 getragen bzw. bewegt wird.
Daraus resultiert folgende bisherige Problemstellung: Bei einer starren Verbindung zwischen den Robotern 12 (insbesondere zwischen allgemein holonomen und nicht holonomen Robotern) ist der Bewegungsfreiheitsgrad des gesamten Robotersystems 10 während des Objekttransports eingeschränkt. Das Robotersystem 10 kann insbesondere nicht sofort seitlich fahren. Es kann nur vorwärts und rückwärts fahren (entlang der X-Richtung) und sich nur eingeschränkt drehen (um die Z-Achse). Das Robotersystem 10 kann einen Momentanpol nicht beliebig auf der Fahrebene platzieren. Weiter können durch kleine Steuerungsabweichungen während des Bewegungsvorgangs unerwünschte Kräfte entstehen, die zur Schädigung des Robotersystems 10 führen können. Das hierin offenbarte Ausgleichsmodul 20 ermöglicht sowohl eine Erweiterung des Bewegungsfreiheitsgrads als auch einen Ausgleich auftretender Kräfte.
Im Fall von 1 umfasst die Verbindungsanordnung 14 eine durchgehende, sich von Roboter 12 zu Roboter 12 erstreckende einteilige oder mehrteilige langgestreckte mechanische Komponente 16, auf der mittig eine von einem Transportobjekt 18 verdeckte Plattform angeordnet ist. Die Roboter 12 sind somit durch die mechanisch starre Komponente 16 kraftübertragend miteinander verbunden. Bei dem Objekt 18 kann es sich um ein zu transportierendes Werkstück, ein gefertigtes Produkt oder ein Zwischenerzeugnis handeln. Dieses kann von dem System 10 innerhalb einer Fertigungsumgebung, wie z.B. einer Fabrik und insbesondere einer Automobilfabrik, transportiert werden.
Die Verbindungsanordnung 14 ist lediglich beispielhaft mittig an einer Oberseite mit den jeweiligen Robotern 12 verbunden. Genauer gesagt ist sie mechanisch an diese angekoppelt. Dies erfolgt über Ausgleichsmodule 20. Wie aus 2 ersichtlich, weisen diese einen ersten Bereich 22 (lediglich beispielhaft eine Außenwand) auf, um mit der Komponente 16 bzw. der Verbindungsanordnung 14 gekoppelt zu werden, und einen zweiten Bereich 24 (lediglich beispielhaft eine Unterseite), um mit dem jeweiligen Roboter 12 gekoppelt zu werden.
Die Ausgleichsmodule 20 bilden jeweils nachgiebige Kopplungselemente der Roboter 12 zur Verbindungsanordnung 14 und somit auch zum zumindest mittelbaren Koppeln der Roboter 12 miteinander. Insbesondere ermöglichen die Ausgleichsmodule 20 die nachstehend erläuterten Relativbeweglichkeiten, um voneinander abweichende Bewegungszustände der Roboter 12 untereinander auszugleichen. Genauer gesagt kann dann die Bewegung von einem Roboter 12 nicht im vollen Umfang auf den weiteren Roboter 12 mittels der Verbindungsanordnung 14 übertragen werden, sondern wird durch die Relativbeweglichkeit des Ausgleichsmoduls 20 zumindest anteilig kompensiert bzw. ausgeglichen. Wie nachstehend noch erläutert, erfolgt dies bevorzugt unter Aufbringung von Gegenkräften (auch als Reaktionskräfte bezeichnet), um Kraftübertragungen der Roboter 12 aufeinander zu begrenzen.
In 2 ist ein zu 1 analoges System 10 in einer Vorderansicht gezeigt. Der einzige Unterschied ist, dass die Verbindungsanordnung 14 keine durchgängige Komponente 16 mit einer etwaigen verdeckten Plattform umfasst. Stattdessen setzt sich die Verbindungsanordnung 14 aus zwei Greifeinheiten (oder auch Greifmechanismen) 25 zusammen (die jeweils an einem der Roboter 12 befestigt sind). Genauer gesagt sind diese Greifeinheiten 25 langgestreckt ausgebildet und mit einem ersten Ende mit dem ersten Bereich 22 eines jeweiligen Ausgleichsmoduls 20 gekoppelt (genauer gesagt an dem Ausgleichsmodul 20 befestigt). Mit einem zweiten von dem Ausgleichsmodul 20 entfernten Ende greifen diese (z.B. mittels einer mechanischen Greifhand) das Objekt 18. Die Verbindungsanordnung 14 der Roboter 12, welche eine Kraftübertragung hierzwischen ermöglicht, besteht entsprechend aus den beiden Greifeinheiten 14 sowie dem transportierten Objekt 18.
Ohne die bereits erwähnten Relativbeweglichkeiten und Nachgiebigkeiten, die durch die Ausgleichsmodule 20 bereitgestellt werden, wären die in 1 und 2 gezeigten Systeme eingeschränkt hinsichtlich ihrer Bewegbarkeit. Beispielsweise wäre ein seitliches Fahren, wie die durch den omnidirektionalen linken Roboter 12 ermöglicht wird, nicht immer möglich, da dann der rechte Roboter 12 verkippen würde. Durch die Ausgleichsmodule 20 wird in der noch geschilderten Weise ermöglicht, dass nach einem seitlichen Anfahren des einen Roboters 12 eine entsprechende Kraft im Ausgleichsmodul 20 des rechten Roboters 12 registriert wird und dieser daraufhin geeignet einlenkt. Allgemein wäre eine vollständig steife Verbindung der Roboter 12 zur Verbindungsanordnung 14 ferner nachteilig hinsichtlich der Manövrierbarkeit.
Weiter würden die Kräfte der Roboter 12 stets unmittelbar und vollständig aufeinander übertragen werden, was zu Beschädigungen führen kann.
In 3 ist ein Ausgleichsmodul 20 in Draufsicht gezeigt. Die Z-Achse steht also senkrecht auf der Blattebene und die Blickrichtung entspricht allgemein derjenigen von 1. Das Ausgleichsmodul 20 weist eine Drehachse, ein Lagergehäuse, eine Vielzahl von Federelementen 38 und ein Lager 30, insbesondere ein Wälzlager auf. Die eingezeichneten Pfeile deuten vier Richtungen an, in denen Kräfte gemessen werden können. Es können sowohl Richtungen wie auch Winkel der auftretenden Kräfte gemessen werden. Zur Auswertung der Kräfte kann ferner der Betrag der Kräfte ermittelt werden. Eine Winkelmessung kann über eine Position der Drehachse im Ausgleichsmodul 20 erfasst werden. Ferner können Messungen durch Encoder erfolgen. Die vorgesehenen Federelemente 38 können zum Ausgleichen von auftretenden Kräften verwendet werden (d.h. sie können eine Einrichtung zum Ausgleichen der Kräfte bilden). Ferner kann eine Software vorgesehen werden, um die Ausgleichsmodule 20 zu steuern. Insgesamt werden durch die Verwendung des Ausgleichsmoduls 20 der Grad der Bewegungsfreiheit erhöht. Ferner werden auftretende Kräfte ausgeglichen. Dies erhöht die Lebensdauer des einzelnen Roboters 12 und des gesamten Robotersystems 10.
Im Detail zeigt 3 zunächst ein erstes Teil 30 des Ausgleichsmoduls 20, bei dem es sich beispielhaft um eine mittlere Scheibe handelt. An dieser ist einer von Roboter 12 und Verbindungsanordnung 14 bzw. Greifeinheit 25 befestigbar. Ein ringförmiger zweiter Teil 32 des Ausgleichsmoduls 20 ist hingegen an dem entsprechend anderen von Verbindungsanordnung 14 bzw. Greifeinheit 25 und Roboter 12 angeordnet. Die Verbindung der Teile 30, 32 zu den entsprechenden Komponenten kann über geeignete mechanische Befestigungsmittel und/oder mittels einer Klemmverbindung erfolgen.
Das erste Teil 30 ist um die senkrecht auf der Blattebene stehende vertikale Z-Achse drehbar gelagert (siehe entsprechend eingetragener Pfeil). Hierfür ist er in einem Drehlager 34 (oder auch Drehgelenk) aufgenommen. Das Drehlager 34 ist in einem Haltering 36 gelagert. Dieser ist über eine Mehrzahl von Federelementen 38, die in 3 nicht jeweils mit einem eigenen Bezugszeichen versehen sind, in dem zweiten Teil 32 gehalten. Der Haltering 36 kann entsprechend weniger umfangreiche Drehbewegungen als der erste Teil 30 ausführen.
Die Federelemente 38 verlaufen jeweils in der horizontalen X-Y-Ebene. Sie ermöglichen demnach Relativbewegungen des ersten Teils 30 relativ zum zweiten Teil 32 in der horizontalen Ebene und somit um wenigstens zwei translatorische Freiheitsgrade (entlang der X- und entlang der Y-Achse). Weiter kann hierüber auch eine gewisse Verlagerung entlang der Z-Achse der Teile 30, 32 relativ zueinander ermöglicht werden (durch entsprechende Durchbiegungen der Federn 38). Bevorzugt ist diese jedoch im Vergleich zu einer nachfolgend geschilderten vertikalen Lagerung über eine elastische Platte und deren vertikale Deformierbarkeit vernachlässigbar. Durch geeignete Lagerung und insbesondere vertikale Stützung von z.B. dem Haltering 36 und dem ersten Teil 30 kann eine Durchbiegung der Federn 38 in vertikaler Richtung auch gezielt begrenzt werden.
Es versteht sich aber, dass aufgrund der gezeigten elastischen Lagerung mittels der Federn 38 auch Verkippungen um die horizontalen Achsen X, Y möglich sind.
Bezüglich der vertikalen Z-Achse erfolgt hingegen mittels des Drehlagers 34 eine wesentliche freie Rotation, bei der lediglich die Reibungskräfte des Drehlagers 34 (das bevorzugt ein Wälzlager ist) überwunden werden müssen. Eine Winkelstellung des Drehlagers 34 ist durch einen nicht detailliert dargestellten Drehgeber 37 erfassbar.
Da die Federn bzw. die Einrichtung 38 zum Kraftausgleich elastisch deformierbar sind/ist, gehen Relativbewegungen der Teile 30, 32 auch mit entsprechenden Deformationen und somit Federkräften einher. Diese wirken entgegen der Richtung der Relativbewegungen. Dies bedeutet, dass z.B. nicht sämtliche der vom äußeren zweiten Teil 32 aufgebrachten horizontalen Kräfte auch auf das innere erste Teil 30 übertragen werden. Stattdessen werden diese teils in potentielle Energie durch entsprechende Längenänderungen der Federn 38 umgewandelt. Aus Sicht des ersten Teils 30 wird folglich eine Kraftübertragung gedämpft. Selbstverständlich gilt dies aber auch aus Sicht des zweiten Teils 32, wenn das Teil 30 Kräfte auf die Federn 38 überträgt.
Weiter gezeigt sind vier gestrichelt umrissene Kraftsensoren S1-S4. Gezeigt sind auch die jeweiligen Richtungen (angedeutet mit einem entsprechenden Pfeil), in die von den jeweiligen Sensoren Kräfte gemessen werden können. Dabei versteht es sich, dass auch in die jeweils entgegengesetzte Richtung (also mit einem entgegengesetzten Vorzeichen) Kräfte erfassbar sind. Allgemein sind die Sensoren S1-S4 dazu eingerichtet, sowohl Beträge einer einwirkenden Kraft als auch deren Vorzeichen zu messen. Die Sensoren S1-S4 sind derart positioniert, dass zwei entlang der X-Achse und zwei entlang der Y-Achse liegen. Es könnten aber auch andere Achsen gewählt werden, die aber bevorzugt orthogonal zueinander und/oder horizontal verlaufen. Entlang einer jeweiligen Achse kann auch nur ein Sensor S1-S4 vorgesehen sein.
Gemäß einer Variante sind also je Achse wenigstens ein Sensor und somit insgesamt wenigstens zwei Sensoren S1-S4 vorgesehen.
Durch die Mehrzahl von Sensoren S1-S4 entlang einer Achse können aber höhere Messgenauigkeiten erzielt werden, beispielsweise durch eine Mittelwertbildung der jeweiligen Messwerte.
Die Sensoren S1-S2 messen folglich Kräfte entlang der X-Achse und die Sensoren S3-S4 entlang der Y-Achse. Auf diese Weise kann eine X- und eine Y-Komponente der auf das zweite Teil 32 einwirkenden Kräfte gemessen werden. Diese Kräfte können z.B. von der Verbindungsanordnung 14 auf das zweite Teil 32 übertragen werden. Ein Teil dieser Kräfte kann in der geschilderten Weise durch Deformation der Federelemente 38 gedämpft werden. Ein verbleibender Anteil würde aber auf das erste Teil 30 übertragen werden. Die Sensoren S1-S4 und die hieraus bestimmten X-Y-Kraftkomponenten werden deshalb dazu verwendet, einen Kraftvektor zu berechnen bzw. eine Hauptrichtung der einwirkenden Kräfte zu ermitteln. Dies kann durch Übermitteln der Messwerte der Sensoren S1-S4 an eine Steuereinrichtung 100 eines Roboter 12 erfolgen. In 2 ist beispielhaft für einen Roboter 12 eine entsprechende Steuereinrichtung (ein Steuergerät oder eine Steuervorrichtung) 100 gezeigt, wie auch eine gestrichelt angedeutete Datenverbindung (die kabellos oder kabelgebunden erfolgen kann) zum Ausgleichsmodul 20. Bevorzugt weist auch der andere Roboter 12 eine entsprechende Steuereinrichtung 100 samt Datenverbindung zu dem dortigen Ausgleichsmodul 20 auf.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Ausgleichsmodul 20 eine Steuereinrichtung 100 aufweist, um sämtliche vom Ausgleichsmodul 20 erfassten Sensorsignale selbst auszuwerten. Insbesondere kann die Steuereinrichtung (oder auch das Steuergerät) 100 des Ausgleichsmoduls 20 anhand der Sensormesswerte Steuersignale für den Roboter 12 erzeugen, der das Ausgleichsmodul 20 trägt. Über eine nicht gesondert markierte Datenübertragungsschnittstelle können diese Signale an den Roboter 12 übermittelt werden.
Jegliche hierin geschilderte Steuereinrichtung 100 kann eine hierin offenbarte Steuer- oder Regelvorrichtung sein bzw. Steuer- oder Regelfunktionen der hierin geschilderten Art bereitstellen.
Durch Ermitteln eines entsprechenden Kraftvektors kann der Roboter 12 Informationen darüber erhalten, wie sich der andere Roboter 12 aktuell bewegt bzw. wie die Verbindungsanordnung 14 nach Maßgabe entsprechender Bewegungen ausgelenkt wird.
Zurückkommend auf 2 ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass der linke Roboter 12 ein Führungsroboter ist, der z.B. per kabelloser Datenverbindung eine abzufahrende Fahrroute erhalten hat. Der rechte Roboter 12 kann hingegen keine entsprechenden Routeninformationen erhalten haben und kann auch bevorzugt nicht direkt über eine Datenverbindung mit dem linken Führungsroboter 12 kommunizieren. Stattdessen kann es die über die Verbindungsanordnung 14 vom linken Roboter 12 aufgebrachten Kräfte messen und darauf basierend sein Fahrverhalten steuern und bevorzugt regeln. Genauer gesagt kann die Steuereinrichtung 100 bevorzugt eine Regelungsfunktion aufweisen, um den Fahrbetrieb nach Maßnahme der von den Sensoren S1-S4 gemessenen Kräfte zu regeln. Die Regelung erfolgt bevorzugt in der Weise, dass ein Lenkwinkel und/oder eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung angepasst werden, um den ermittelten Kraftvektor zu reduzieren. Typischerweise erfolgt dies derart, dass der Roboter 12 in Richtung dieses Kraftvektors bewegt wird, wobei die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung bevorzugt nach Maßgabe eines Betrags dieses Vektors gewählt ist. Wie erwähnt, kann diese Regelungsfunktion aber auch durch das Ausgleichsmodul 20 bzw. eine dortige Steuereinrichtung 100 bereitgestellt werden und können nach Maßgabe einer dortigen Regelung Steuersignale erzeugt und an der Roboter 12 übermittelt werden.
In 4 ist ein schematisch sehr stark vereinfachter Aufbau des Ausgleichsmoduls 20 aus 3 gezeigt. Der schichtartige Aufbau bzw. die entsprechende Abfolge von Einzelkomponenten ist lediglich beispielhaft. Die Ansicht entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Z-Y-Ebene aus 3.
Man erkennt wiederum den innenliegenden ersten Teil 30 und den außenliegenden zweiten Teil 32. Der Teil 32 kann auch den Verbindungsbereich 22 aus 2 bereitstellen bzw. diesem entsprechen. Nicht gesondert gezeigt in 4 sind die zwischen den Teilen 30, 32 angeordneten oder hiermit zusammenwirkenden weiteren Komponenten, wie die Kraftsensoren S1-S4, das Drehlager 34 und die Federelemente 38.
Der erste Teil 30 ist mit einem Höhenverstellmechanismus 40 verbunden. Hierbei kann es sich um einen Kniehebelmechanismus, insbesondere einen Doppel-Kniehebel-Mechanismus, und/oder um einen Verstellmechanismus nach Art eines Scherenlifts handeln. Prinzipiell könnte dieser Höhenverstellmechanismus aber auch mit dem zweiten Teil 32 und/oder mit beiden Teilen 30, 32 verbunden sein.
Weiter gezeigt sind noch zusätzliche Sensoren 51, 53. Hierbei handelt es sich um einen Neigungswinkelsensor 51, mit dem eine Neigung des Ausgleichsmoduls 20 und somit des Roboters 12 bzw. der darunterliegenden Fahrbahn ermittelbar ist. Ferner gezeigt ist eine Gewichtskraftsensor 53, der eine einwirkende Gewichtskraft (also eine Vertikalkraft) misst. Vorteile ergeben sich hierdurch in der vorstehend geschilderten Weise vor allem bei einer Rampenfahrt.
Es ist prinzipiell auch möglich, den Gewichtskraftsensor 53 zum Ermitteln einer dreidimensionalen Kraftrichtung zusätzlich zu den Sensoren S1-S4 zu verwenden und diese Richtung dann einer Robotersteuerung zugrunde zu legen.
Ferner gezeigt ist eine mit dem ersten Teil 30 verbundene deformierbare Platte 42. Diese bildet einen Lagerabschnitt und umfasst den zweiten Bereich 24 aus 2. Es handelt sich um einen in bevorzugt vertikaler Richtung nachgiebigen Abschnitt, um Gewichtskräfte aufnehmen zu können. Weiter können hierüber auch Vibrationen gedämpft werden. Vorteilhafterweise unterstützt dieser deformierbare Abschnitt auch Relativverdrehungen des ersten zum zweiten Teil 30, 32 während einer Rampenfahrt, also während sich einer der Roboter 12 auf einer geneigten Fahrbahn befindet, der andere hingegen nicht oder lediglich auf einer weniger stark geneigten Fahrbahn.
Ein alternativer schichtartiger Aufbau lautet wie folgt. Eine (bezugnehmend auf die Orientierung von 4) oberste Schicht umfasst eine Schnittstelle zum Greifmechanismus 25 bzw. zum Objekt 18. Eine darunter positionierte zweite Schicht umfasst die Kraftsensoren S1-S4 und den Ausgleichsmechanismus bzw. die Einrichtung (Federn) 38. Dort kann auch eine Gewichtskraft angreifen und/oder gemessen werden. Die Gewichtskraft kann ferner auf die darunterliegenden Schichten wirken. Eine unter den vorangehenden Schichten positionierte dritte Schicht umfasst eine Leistungselektronik und/oder einen Controller und Sensorik für die Erfassung des Steigungswinkels. Eine unter den vorangehenden Schichten positionierte vierte Schicht umfasst eine Höhenverstellung. Diese kann einen zweifachen Kniehebelmechanismus umfassen und allgemein bei Robotern mit unterschiedlicher Höhe zum Einsatz kommen. Eine unter den vorangehenden Schichten positionierte fünfte Schicht umfasst eine elastische Platte, z.B. eine Gummi-Platte. Sie umfasst auch eine Schnittstelle zum Roboter 12. Die Gummi-Platte dient dem Ausgleich von vertikalen Belastungen und/oder von entstehenden Belastungen während der Rampenfahrt. Allgemein kann auch ein Sensor für den Steigungswinkel vorgesehen sein, wobei der Steigungswinkel z.B. mit Hilfe einer IMU ermittelt wird.
Das beispielhafte Ausgleichsmodul 20 weist insbesondere die folgenden Eigenschaften auf und bietet folgende Vorteile hinsichtlich Flexibilität:

- Bereitgestellt wird eine Ausgleichseinrichtung für entstehende Belastungen in sämtlichen von Längsrichtung, Querrichtung, vertikaler Richtung sowie um die Längsrichtung und um die Querrichtung.
- Es wird die Bewegungsfreiheit erhöht, insbesondere hinsichtlich einer Rotation um eine vertikale Achse.
- Es werden Rampenfahrten ermöglicht.
- Es ist keine Roboter-zu-Roboter Kommunikation nötig, da eine indirekte Kommunikation per Kraftrückkopplung (Force-Feedback) erfolgt.

Das beispielhafte Ausgleichsmodul 20 weist insbesondere die folgenden Eigenschaften auf und bietet folgende Vorteile hinsichtlich Eigenständigkeit bzw. Standalone-Fähigkeit:

- Es wird eine integrierte Sensorik für alle benötigten Messgrößen bereitgestellt, insbesondere zur Erfassung von dreidimensionalen Roboterbewegungen, des Steigungswinkels und des Objektgewichts;
- Es wird eine integrierte Steuerungseinheit bereitgestellt, die geeignete Fahrstrategien generiert und koordiniert.

Das beispielhafte Ausgleichsmodul 20 weist insbesondere die folgenden Eigenschaften auf und bietet folgende Vorteile hinsichtlich Skalierbarkeit:

- Das Ausgleichsmodul 20 ist höhenverstellbar. Somit können verschieden hohe Roboter miteinander verbunden werden.
- Das Ausgleichsmodul 20 ist robust.
- Das Ausgleichsmodul 20 ist unabhängig von der exakten Roboter-Kinematik und/oder dessen Greifmechanismus verwendbar.

Bezugszeichenliste

10: Robotersystem / Multi-Roboter-System
12: Roboter
14: Verbindungsanordnung
16: Komponente
18: (Transport-)Objekt
20: Ausgleichsmodul
22: erster Bereich
24: zweiter Bereich
25: Greifeinheit
30: erster Teil
32: zweiter Teil
34: Drehlager
36: Haltering
37: Drehgeber
38: Einrichtung / deformierbares Element / Feder
40: Höhenverstellmechanismus
42: deformierbare Platte
51: Neigungswinkelsensor
53: Gewichtskraftsensor
100: Steuergerät/Steuereinrichtung
S1-S4: Kraftsensor

Claims

Ausgleichsmodul (20) für ein Multi-Roboter-System (10), aufweisend eine Einrichtung (38) zum Ausgleichen von Kräften.
Robotersystem (10), aufweisend: mindestens ein Ausgleichsmodul (20) nach Anspruch 1; und mindestens zwei Roboter (12).
Robotersystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Roboter (12) ein erster autonomer Roboter (12) und ein zweiter autonomer Roboter (12) sind, wobei der erste und zweite Roboter (12) über eine Verbindungsanordnung (14) miteinander verbunden oder verbindbar sind; wobei einer der Roboter (12) das Ausgleichsmodul (20) aufweist, über das er an die Verbindungsanordnung (14) gekoppelt ist; wobei das Ausgleichsmodul (20) dazu eingerichtet ist, den Roboter (12) und die Verbindungsanordnung (14) relativbeweglich miteinander zu koppeln und Kraftübertragungen zwischen der Verbindungsanordnung (14) und dem Roboter (12) mittels der Einrichtung (38) zu dämpfen und dadurch die Kräfte auszugleichen.
Robotersystem (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmodul (20) wenigstens ein Drehgelenk (34) umfasst, um eine Relativdrehung von Roboter (12) und Verbindungsanordnung (14) um eine bevorzugt vertikale Raumachse (Z) zu ermöglichen, insbesondere wobei das Ausgleichsmodul (20) wenigstens einen Drehgeber (37) umfasst, mit dem eine Winkelstellung des Drehgelenks (34) ermittelbar ist.
Robotersystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmodul (20) wenigstens einen Kraftsensor (S1-S4) umfasst, der dazu eingerichtet ist, eine zwischen dem Roboter (12) und der Verbindungsstruktur (14) wirkende Kraft zu messen, insbesondere wobei das Ausgleichsmodul (20) dazu eingerichtet ist, eine Richtung einer gemessenen Kraft zu ermitteln.
Robotersystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrieb von wenigstens einem Roboter (12) auf Basis der gemessenen Kraft steuerbar ist, insbesondere wobei das Ausgleichsmodul (20) über eine Datenübertragungsschnittstelle mit dem zugeordneten Roboter (12) zum Übermitteln von Kraftmesswerten oder von Steuersignalen, die durch ein Steuergerät (100) des Ausgleichsmoduls (20) anhand der Kraftmesswerte erzeugt werden, verbunden ist.
Robotersystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmodul (20) ferner wenigstens eine der folgenden Komponenten umfasst: - einen Sensor (51) zum Erfassen eines Steigungswinkels eines Roboteruntergrundes; - einen Sensor (53) zum Erfassen einer von der Verbindungsanordnung (14) auf das Ausgleichsmodul (20) übertragenen Gewichtskraft; - einen Höhenverstellmechanimus (40).
Roboter (12), aufweisend ein Ausgleichsmodul (20) nach Anspruch 1.
Verwendung eines Ausgleichsmodules (20) für ein Robotersystem (10) in einem Fertigungsprozess, insbesondere in einem Fertigungsprozess der Automobilindustrie.
Verfahren zum Betreiben eines Ausgleichsmoduls (20), aufweisend: - Messen von Kräften; und - Ausgleichen der ermittelten Kräfte.
Verfahren für ein Multi-Roboter-System (10) aufweisend eine Steuer- oder Regelvorrichtung (100) zum Koordinieren der Bewegungen von mindestens zwei Robotern (12), wobei mit der Steuer- oder Regelvorrichtung (100) Kräfte an den Robotern (12) ausgeglichen werden, um ein gemeinsames Objekt (18) zu handhaben.
Verfahren zum Bereitstellen eines Robotersystems (10), aufweisend: - Verbinden eines ersten Roboters (12) und eines zweiten Roboters (12) mit einer Verbindungsanordnung (14); wobei das Verbinden ein Koppeln von wenigstens einem der Roboter (12) an die Verbindungsanordnung (14) über ein Ausgleichsmodul (20) umfasst; wobei das Ausgleichsmodul (20) dazu eingerichtet ist, den Roboter (12) und die Verbindungsanordnung (14) relativbeweglich miteinander zu koppeln und Kraftübertragungen zwischen der Verbindungsanordnung (14) und dem Roboter (12) zu dämpfen.