DE102021003002A1

DE102021003002A1 - Verfahren zum Betreiben eines Systems und System, aufweisend einen Stapel von Objekten, einen Roboter, einen Sensor und ein Aufnahmemittel

Info

Publication number: DE102021003002A1
Application number: DE102021003002.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Müller; Simone Arnold
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2021-06-14
Publication date: 2022-01-05
Also published as: WO2022002571A3; WO2022002571A2; EP4175792A2

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Systems und System, aufweisend einen Stapel von Objekten einen Roboter, einen Sensor und ein Aufnahmemittel,wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Aufnahmemittel vom Roboter entlang einer Sollbahnkurve geführt bewegt wird,in einem zweiten Verfahrensschritt während dieser geführten Bewegung der Sensor den Stapel detektiert, wobei die räumliche Position P_M des Aufnahmemittels erfasst,wobei eine Position des Stapels entlang einer Messrichtung des Sensors detektiert wird,wobei der Sensor vom Aufnahmemittel in Messrichtung einen nicht verschwindenden Abstand d aufweist,in einem dritten Verfahrensschritt die erfasste und/oder bestimmte räumliche Position P_M des Aufnahmemittels innerhalb einer Ebene, insbesondere Projektionsebene, auf die Sollbahnkurve projiziert wird, wobei die Normalenrichtung der Ebene parallel zur Messrichtung ausgerichtet ist und wobei die Ebene die räumliche Position des Aufnahmemittels enthält, und wobei die auf die Sollbahnkurve projizierte Position P_P istin einem vierten Verfahrensschritt das Aufnahmemittel entlang der Sollbahnkurve bis zu einer in Messrichtung um den Abstand d beabstandeten Transferposition P_C geführt bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems und System, aufweisend einen Stapel von Objekten, einen Roboter, einen Sensor und ein Aufnahmemittel.
Es ist allgemein bekannt, dass Roboter Maschinenachsen aufweisen, die von einer Steuerung des Roboters gesteuert werden.
Aus der DE 10 2017 206 995 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Handhabungsvorrichtung bekannt.
Aus der DE 11 2017 007 025 T5 ist eine Positionssteuerungseinrichtung bekannt.
Aus der DE 10 2014 008 665 A1 ist eine Vorrichtung zum Transportieren flächiger Faserhalbzeugzuschnitte bekannt.
Aus der DE 10 2012 203 134 A1 ist ein Verfahren zum Aufnehmen eines Konturteils bekannt.
Aus der DE 20 2011 003 431 U1 ist eine mobile Roboter-Beladezelle bekannt.
Aus der DE 196 00 309 C1 ist ein Verfahren zur Werkstück-Lageerkennung beim Heftschweißen bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst effiziente Betriebsweise eines Roboters, insbesondere Handlingsystems auszubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei dem System nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben eines Systems sind, dass das System einen Stapel von Objekten, einen Roboter, einen Sensor und ein Aufnahmemittel aufweist,

wobei der Sensor zusammen mit dem Aufnahmemittel vom Roboter bewegbar angeordnet ist,
wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Aufnahmemittel vom Roboter entlang einer Sollbahnkurve geführt bewegt wird, insbesondere wobei Schleppfehler auftreten,
in einem zweiten, insbesondere auf den ersten Verfahrensschritt zeitlich nachfolgenden, Verfahrensschritt während dieser geführten Bewegung der Sensor den Stapel, insbesondere eine Kante des Stapels, detektiert, wobei die, insbesondere zu dieser Detektion zugehörige, räumliche Position P_M des Aufnahmemittels erfasst und/oder bestimmt wird,
wobei eine Position des Stapels, insbesondere eine Position der Kante des Stapels, entlang einer Messrichtung des Sensors detektiert wird und/oder wobei der Sensor als Reflexionslichttaster ausgeführt ist zur Bestimmung der Position des Stapels, insbesondere eine Position der Kante des Stapels, entlang einer Messrichtung,
wobei der Sensor vom Aufnahmemittel in Messrichtung einen nicht verschwindenden Abstand d aufweist und/oder wobei der Sensor vom zur Aufnahme eines Objekts vorgesehener Bereich des Aufnahmemittels in Messrichtung einen nicht verschwindenden Abstand d aufweist,
in einem dritten, insbesondere auf den zweiten Verfahrensschritt zeitlich nachfolgenden, Verfahrensschritt die erfasste und/oder bestimmte räumliche Position P_M des Aufnahmemittels innerhalb einer Ebene, insbesondere Projektionsebene, auf die Sollbahnkurve projiziert wird, wobei die Normalenrichtung der Ebene parallel zur Messrichtung ausgerichtet ist und wobei die Ebene die räumliche Position des Aufnahmemittels enthält, und wobei die auf die Sollbahnkurve projizierte Position P_P ist
in einem vierten, insbesondere auf den dritten Verfahrensschritt zeitlich nachfolgenden, Verfahrensschritt das Aufnahmemittel entlang der Sollbahnkurve bis zu einer in Messrichtung um den Abstand d beabstandeten Transferposition P_C geführt bewegt wird.

Von Vorteil ist dabei, dass nach Detektion der Oberkante des Stapels die Transferposition zum Aufnehmen oder Ablegen des Objekts in Messrichtung sehr präzise anfahrbar ist. Denn auch bei zur Messrichtung schrägem Vorbeifahren der Position zum Detektieren oder bei erheblichen Schleppfehlern ist die Position in Messrichtung genau bestimmt. Der Sensor strahlt hierzu Licht im Wesentlichen senkrecht zur Messrichtung ab, während der Sensor zusammen mit dem Aufnahmemittel in Messrichtung immer weiter dem Stapel sich nähert beziehungsweise seitlich am Stapel abgesenkt wird. Sobald die Oberkante des Stapels, also das oberste Objekt des Stapels das Licht reflektiert, erzeugt der Sensor somit ein Triggersignal, das ein Abspeichern der Maschinenachspositionen auslöst und daraus von der Steuerung des Roboters dann die räumliche Position des Aufnahmemittels bestimmbar ist, an welcher ein Transfer des Objekts ermöglicht ist, also ein Aufnehmen oder Abgeben.
Selbst wenn bei der Detektion ein Schleppfehler vorhanden ist, wird die Position der Oberkante in Messrichtung korrekt bestimmt und zur Berechnung der Restfahrt verwendet. Die Abweichungen senkrecht zur Messrichtung sind zur Bestimmung der Masse des Aufnahmemittels verwendbar und/oder zu anderen Zwecken.
Der Restweg dient dazu, das Aufnahmemittel an die Transferposition heranzufahren, so dass der Transfer, also das Aufnehmen des obersten Objekts des Stapels oder das Ablegen eine vom Aufnahmemittel aufgenommenen und zur Transferposition hin transportierten Objekts, ausführbar ist.
Bei der Transferposition ist zwar die Fahrbewegung stoppbar, es kann aber auch ein Durchfahren, beispielsweise ein einem Stoß gegen eine Wand entsprechendes Weiterfahren, ausgeführt werden. Dabei wird die Geschwindigkeitskomponente in zur Messrichtung senkrechter Richtung nur im Verhältnis der Massenänderung beim Transfer geändert, insbesondere so, dass also das Vorzeichen unverändert bleibt. Die zur Messrichtung parallele Geschwindigkeitsrichtung wird vorzeichenmäßig umgekehrt, wobei sie ebenfalls abhängig vom Massenänderungsverhältnis beim Transfer geändert wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor ein Reflexions-Lichttaster, insbesondere dessen ausgestrahlter Lichtstrahl im Wesentlichen senkrecht zur Messrichtung ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein besonders kostengünstiger und präziser Sensor verwendbar ist, dessen empfindlicher Bereich sich senkrecht zur Messrichtung erstreckt, so dass beim zumindest anteiligen Bewegen in Messrichtung eine präzise Detektion der Position in Messrichtung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem fünften, insbesondere auf den vierten Verfahrensschritt zeitlich nachfolgenden, Verfahrensschritt vom Aufnahmemittel ein Objekt des Stapels aufgenommen oder ein vom Aufnahmemittel aufgenommenes Objekt wird auf den Stapel abgelegt,
insbesondere wobei für diesen Transfer, also dieses Aufnehmen oder Ablegen, an der Transferposition P_C das Aufnahmemittel kurzzeitig oder im Wesentlichen gar nicht zum Stillstand kommt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Pick oder ein Place ausführbar ist. In beiden Fällen ist die für den Transfer notwendige Position zumindest in Messrichtung gesehen präzise eingehalten. Denn der Sensor hat die Oberkante bestimmt und daraus den Koordinatenwert in Messrichtung exakt bestimmt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem sechsten, insbesondere auf den fünften Verfahrensschritt zeitlich nachfolgenden, Verfahrensschritt das Aufnahmemittel vom Stapel weggeführt bewegt. Von Vorteil ist dabei, dass nach dem Transfer des Objekts eine Weiterfahrt ausführbar ist, mit welcher ein Entfernen des Aufnahmemittels vom Stapel durchführbar ist. Der vor dem Transfer zuvor aktuell gültige Fahrbefehl wird entweder vorzeitig beendet, wenn er bei Erreichen der Transferposition noch nicht vollständig abgearbeitet ist, oder so lange verlängert, bis die Transferposition erreicht ist, wenn er schon vor dem Erreichen der Transferposition abgearbeitet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung gleicht beim Wegführen des Aufnahmemittels vom Stapel die zur Messrichtung senkrechte Geschwindigkeitskomponente der vor Erreichen der Transferposition P_C zur Messrichtung senkrechte, mit einem Faktor multiplizierten Geschwindigkeitskomponente, wobei der Faktor dem Verhältnis aus der vor dem Erreichen der Transferposition P_C bewegten Masse des Aufnahmemittels samt aufgenommenem Objekt und der nach dem Durchfahren der Transferposition P_C bewegten Masse des Aufnahmemittels samt aufgenommenem Objekt ist. Von Vorteil ist dabei, dass bei der Transferposition kein Anhalten notwendig ist, sondern die Transferposition durchfahren wird, wobei allerdings die in Messrichtung vorhandene Geschwindigkeitskomponente vorzeichenmäßig umgekehrt wird. Die Sollbahnkurve ähnelt also einem elastischen Stoßen auf eine Wand, wobei allerdings das Objekt und somit dessen Masse aufgenommen oder abgelegt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird beim Wegführen des Aufnahmemittels vom Stapel die Geschwindigkeit des Aufnahmemittels gemäß eines unter Impulserhaltung und Energieerhaltung ausgeführten Stoßes zwischen Aufnahmemittel samt Objekt und Stapel bestimmt, wobei an der Transferposition die Masse des Objekts zwischen Aufnahmemittel und Stapel transferiert wird, insbesondere wobei die Masse des Stapels sehr viel größer als die Masse des Objekts ist, insbesondere im Grenzwert unendlich viel größer als die Masse des Objekts ist. Von Vorteil ist dabei, dass einem Stoß gegen eine Wand entsprechend die Bewegung um den Transfer herum ausführbar ist und somit ein Anhalten, also Stoppen, an der Transferposition vermeidbar ist. Der Transfer selbst muss allerdings sehr schnell erfolgen, so dass hier ein Vakuumsauger vorteilig ist - insbesondere im Vergleich zu einem Greifwerkzeug.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird beim vierten Verfahrensschritt die Ausführung des vor Erreichen der Position P_C letzten Fahrbefehls solange fortgeführt, bis die Position P_C erreicht ist und/oder abgebrochen wird, wenn die Position P_C erreicht wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Programmierung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird aus dem Abstand b zwischen P_P und P_M die Masse des mit dem Aufnahmemittel aufgenommenen Objekts bestimmt,
wobei die für das geführte Bewegen beim ersten Verfahrensschritt verwendeten Werte von kinematischen Parametern, insbesondere Beschleunigung, Bremsbeschleunigung und/oder Ruck, im vierten Verfahrensschritt abhängig von dem bestimmten Wert der Masse verändert werden, insbesondere umgekehrt proportional zur Masse. Von Vorteil ist dabei, dass der Abstand zur Sollbahnkurve innerhalb der Projektionsebene ein Maß für die Masse ist, da die kinematischen Parameter vorgegeben sind. Abhängig von dem so bestimmten Wert der Masse sind die nach der Detektion nachfolgend verwendeten Parameter anpassbar. Bei größerer Masse ist beispielweise eine geringere Bremsbeschleunigung und somit ein längerer Bremsweg bis zum Erreichen der Transferposition, an der vorzugsweise das Aufnahmemittel angehalten wird, vorgebbar. Somit wird das maximal zulässige Moment der Maschinenachsen nicht überschritten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird anstatt des vierten Verfahrensschritts die Sollbahnkurve um den Distanzvektor P_M - P_P verschoben und das Aufnahmemittel wird entlang dieser verschobenen Sollbahnkurve von der Position P_M aus bis zu einer in Messrichtung um den Abstand d beabstandeten Position P_C geführt bewegt, insbesondere die auf der verschobenen Sollbahnkurve liegt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Verrutschen des Stapels berücksichtigbar ist und somit die Sollbahnkurve aufgrund der gefundenen Verschiebung innerhalb der Projektionsebene, also senkrecht zur Messrichtung, verschiebbar ist. Ein Verrutschen oder Verschieben des Stapels ist also erkennbar und sogar ausgleichbar, ohne dass ein zusätzlicher Sensor notwendig wäre.
Wichtige Merkmale bei dem System zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens sind, dass das System einen Roboter mit einer das Aufnahmemittel geführt bewegenden Maschinenachsen aufweist,
wobei eine Steuerung des Roboters die Maschinenachsen derart ansteuert, dass die IstPosition des Aufnahmemittels entlang einer Sollbahnkurve geführt wird, insbesondere wobei Schleppfehler auftreten.
Von Vorteil ist dabei, dass bei der geführten Bewegung Schleppfehler zugelassen sind und bei Pick und/oder Place berücksichtigbar sind. Außerdem ist aus den schleppfehlerbedingten Abweichungen sogar ein Maß für die Masse des Objekts bestimmbar, mit dem dann nachfolgende Parameter der Steuerung veränderbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor ein Reflexions-Lichttaster. Von Vorteil ist dabei, dass ein sehr kostengünstiges und präzises Bestimmen des Stapels, insbesondere der Oberkante des Stapels, ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Aufnahmemittel ein Greifwerkzeug, ein Vakuumsauger oder ein Elektromagnet. Von Vorteil ist dabei, dass ein schneller Transfer ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Maschinenachse ein Mittel zur Erfassung der Maschinenachsenposition auf, insbesondere wobei das Mittel derart geeignet ausgeführt ist, dass die Maschinenachsenposition durch den Sensor getriggert bestimmbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein sehr zeitnahes und somit sehr genaues Erfassen der zur Detektion gehörenden Position ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Stapelrichtung parallel zur Messrichtung ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein sehr genaues Positionieren ermöglicht ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Roboter mit einem in Messrichtung bewegten Sensor 10 schematisch skizziert, wobei unter den Begriff Roboter auch Handlingsysteme und Portale subsummiert werden.
In der 2 ist die Projektion eines Messpunktes P_M in einer zur Messrichtung senkrechten Ebene auf die Sollbahnkurve dargestellt.
In der 3 ist der Fall dargestellt, dass die nach der Detektion zur Aufnahmeposition eines Objekts des Aufnahmestapels 17 zurückzulegende Distanz kürzer ist als die geplante geradlinige Fahrt zur Position P17.
In der 4 ist der Fall dargestellt, dass die nach der Detektion zur Aufnahmeposition eines Objekts des Aufnahmestapels 17 zurückzulegende Distanz kürzer ist als die geplante gekrümmte Fahrt zur Position P17.
In der 5 ist der Fall dargestellt, dass die nach der Detektion zur Aufnahmeposition eines Objekts des Aufnahmestapels 17 zurückzulegende Distanz länger ist als die geplante Fahrt zur Position P17.
In der 6 ist die Umplanung der Bewegung nach Abfahren des Restwegs nach der Detektion dargestellt.

Wie in 1 dargestellt, weist der Roboter Maschinenachsen auf, in deren Richtung ein Aufnahmemittel, insbesondere Greifwerkzeug, steuerbarer Elektromagnet, Vakuumsaugkopf oder dergleichen, bewegbar ist.
Hierzu ist eine erste Maschinenachse 11 beispielhaft als vertikale Achse des Roboters, insbesondere Handlingsystems oder Portals, ausgeführt und eine dazu senkrecht ausgerichtete Maschinenachse 12 beispielhaft als horizontale Achse des Roboters, insbesondere Handlingsystems oder Portals, ausgeführt.
Beabstandet vom Aufnahmemittel 17 ist ein Sensor 10 angeordnet, der die Oberkante eines Aufnahmestapels 13 detektierbar macht. Der Aufnahmestapel 13 besteht aus einem Stapel von Objekten, die vorzugsweise in vertikaler Richtung übereinandergestapelt angeordnet sind.
Der Sensor 10 ist in einer Messrichtung empfindlich, die beispielsweise der Gravitationsrichtung entspricht.
Das Aufnahmemittel 17 wird entlang einer Sollbahnkurve bewegt, wobei die Sollbahnkurve in einer Steuerung des Roboters als Folge von Positionen hinterlegt ist.
Jede Maschinenachse (11, 12) weist einen von einem Wechselrichter gespeisten Elektromotor und ein Positionserfassungsmittel, insbesondere Winkelsensor zur Erfassung der Drehlage des Rotors des Elektromotors, auf.
Beim Heranfahren des Aufnahmemittels 17 zum Aufnahmestapel 13 hin kommt der Sensor 10 in Messrichtung dem Aufnahmestapel 13 immer näher und vom Sensor 10 wird beim Annähern der Oberkante des Stapels diese detektiert, sobald die Oberkante weniger als einen Mindestabstand zum Sensor 10 aufweist.
Bei Detektion der Oberkante durch den Sensor 10 wird vom Sensor 10 ein Signal erzeugt, das den Wechselrichtern der Maschinenachsen zugeführt wird und ein Speichern der aktuellen vom Positionserfassungsmittel erfassten Position P_M bewirkt. Aus den so erfassten Positionswerten wird, insbesondere von der Steuerung des Roboters, die zugehörige räumliche Position P_M des Aufnahmemittels 17 bestimmt. Diese Position P_M ist durch das schnelle und direkte Auslesen der erfassten Positionswerte sehr genau, insbesondere also gering beabstandet von der beim Detektieren wirklich vorhandenen Position des Aufnahmemittels 17.
Der Sensor 10 detektiert die Oberkante in einer Messrichtung, welche in den Figuren mit der Z-Richtung dargestellt wird. Wie beschrieben, ist somit der Z-Wert der Position P_M sehr genau bestimmt, da die aktuelle Position direkt und sofort erfasst wird.
Zwar wird bei der Bewegung des Aufnahmemittels 17 eine Sollbahnkurve 21 vorgegeben, indem eine Folge von Positionen (P15, P16, P17, P18) angegeben wird und die Sollbahnkurve als Interpolation dieser Punkte berechenbar ist. Allerdings treten Schleppfehler und Störeinwirkungen auf, die ein Abweichen der Istbahnkurve von der Sollbahnkurve bewirken. Als Interpolation ist beispielsweise die Linearinterpolation mit Verschliff oder die Spline-Interpolation anwendbar.
Somit kann die Position P_M beabstandet sein von der Sollbahnkurve.
Wie in 2 dargestellt, wird in einem nächsten Verfahrensschritt nun eine projizierte Position P_P bestimmt, indem der Z-Wert, also der in Messrichtung dem Punkt P_M zugeordnete Koordinatenwert, erhalten bleibt und innerhalb der zur Messrichtung senkrechten Ebene 20 eine Projektion auf die Sollbahnkurve 21 ausgeführt wird. Somit ist dann, insbesondere durch die orthogonale Projektion, die zur Position P_M nächstgelegene Position P_P bestimmt, die auf der Sollbahnkurve 21 liegt und denselben Z-Wert wie P_M aufweist.
Von dieser Position P_P aus wird dann ein Restweg berechnet, um den das Aufnahmemittel 17 in Messrichtung zu bewegen ist, um die Oberkante zu erreichen und das oberste Objekt aufnehmen zu können.
Wenn also bei der Position P_M die Oberkante des Aufnahmestapels 13, also des obersten Objektes des Aufnahmestapels 13, detektiert wird, wird das höchstgelegene Objekt vom Aufnahmemittel 17 aufgenommen. Die zugehörige Position wird in den Figuren mit P_C gekennzeichnet.
Ausgehend von P_P wird nach Zurücklegen des Restwegs d in Messrichtung, also in Z-Richtung, ist die Position P_C erreicht, bei der das Objekt aufgenommen wird und von der aus die Weiterfahrt ausgeführt werden kann.
Wie in 3 gezeigt, wird die Weiterfahrt zur Position P17 nach Erreichen der Position P_C zunächst gestoppt, indem der entsprechende Fahrbefehl verworfen wird und somit genügend viel Zeit zum Aufnahmen des Objekts bereitgestellt wird.
Denn die Position P_C war das eigentliche Ziel nach dem Verlassen P_M. Anstatt zu P17 ist die Weiterfahrt von P_C aus beispielsweise als eine Rückfahrt zur Position P16 ausführbar. Somit wird das beim Pick, also Aufnehmen des Objekts vom Aufnahmestapel 13, nicht tiefer in den Stapel 13 gedrückt, sondern angehoben und wegtransportiert. Dabei ist die Sollbahnkurve von P_P bis P_C geradlinig.
Wie in 4 gezeigt, ist im Unterschied zur 3 eine gekrümmte Sollbahnkurve vorgegeben. Dabei ist die Tangente an die Sollbahnkurve bogenförmig, insbesondere S-förmig.
Auf diese Weise ist zwar der Restweg d in Z-Richtung zwischen P_P und P_C eingehalten; jedoch können große Abweichungen zwischen P_M und P_P entstehen, wenn die Sollbahnkurve im Bereich von P_P stark geneigt ist zur dortigen Messrichtung, also Z-Richtung.
Denn bei einem auftretenden Schleppfehler weicht P_M von der Sollbahnkurve derart ab, dass ein Abstand a zur Sollbahnkurve vorhanden ist. Jedoch ist durch die erfindungsgemäße Bestimmung der Z-Wert, also der Koordinatenwert in Messrichtung von P_P und P_M gleich, so dass innerhalb der Projektionsebene 20 der Abstand b zwischen P_P und P_M größer, insbesondere um mehr als ein Vielfaches größer, als der Abstand a sein kann.
Da die Steuerung auch ein Mittel zur Schleppfehlerüberwachung aufweist, das bei Überschreiten des zulässigen Maßes an Schleppfehler eine Aktion, wie eine Warnung und/oder ein Stoppen, Aktivieren eines Sicherheitszustandes oder Abschalten des Roboters, bewirkt, treten nur zulässige Schleppfehlerabweichungen auf. Wenn nun aber die Sollbahnkurve mit einem Winkel von fast 90° die Position P_M durchläuft, ist der Abstand b sehr viel größer als der maximal zulässige Schleppfehler.
Trotzdem ist aber der Abstand d in Messrichtung zwischen P_P und P_C eingehalten. Somit entspricht der Restweg d dem Abstand zwischen Sensor 10 und dem Arbeitsbereich des Aufnahmemittels 17 in Messrichtung.
Erfindungsgemäß wird das Aufnahmemittel 17 also zur Aufnahme des Objekts präzise in Messrichtung auf die Position P_C gebracht, wo das Aufnehmen des Objekts ausgeführt wird. Außerdem ist von dieser Position P_C aus die nächste weiter tiefer liegenden Pickposition, also nächste Aufnahmeposition, für das nächst zu entnehmende Objekt des Aufnahmestapels 17 bestimmbar.
Wie in 5 dargestellt, ist auch der Fall möglich, dass von der Position P_P ausgehend bei Abfahren des Restwegs d der letzte Fahrbefehl zum Erreichen einer Position P17 erledigt wäre und somit die Weiterfahrt bei Position P17 gestoppt wäre, weshalb bei der Erfindung derjenige Fahrbefehl verlängert wird, der bei Erreichen, insbesondere Durchfahren, der Transferposition P17 gültig vorgegeben wird. Erst bei Erreichen der tiefer liegenden Transferposition P_C ist das Aufnahmemittel 17 in der Lage, das Objekt vom Aufnahmestapel 13 zu entnehmen.
Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel, wird direkt nach Erreichen der Transferposition P_C, bei welcher das Objekt aufgenommen wird, der gerade gültige Fahrbefehl gestoppt und schon der nächste Fahrbefehl mit Fahrtrichtung 60 ausgeführt. In 6 bewirkt dies ein Zurückziehen des Aufnahmemittels 13 zusammen mit dem aufgenommenen Objekt. Somit bewirkt der dann gültige Fahrbefehl ein Erreichen der Position P18.
Die Aufnahmeposition für das nächste Objekt liegt um eine Stapelhöhe niedriger in Messrichtung als die Transferposition P_C.
Erfindungsgemäß kann aber der Stapel eine variable Höhe15 aufweisen.
Der Sensor 10 ist vorzugsweise als Reflexions-Lichttaster ausgeführt, dessen ausgestrahltes Licht im Wesentlichen senkrecht zur Messrichtung gerichtet ist. Somit reflektiert ein von diesem Licht getroffenes Objekt das Licht zum Sensor 10 zurück. Die Stapelrichtung ist parallel zur Messrichtung. Auf diese Weise ist die in Messrichtung vorhandene Koordinate der Oberkante des Stapels sehr genau detektierbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird aus dem Abstand b zwischen P_P und P_M die Masse des mit dem Aufnahmemittel 17 aufgenommenen Objekts bestimmt. Wenn beispielsweise kein Objekt vom Aufnahmemittel 17 aufgenommen ist, ist der Abstand b kleiner als wenn ein massereiches Objekt vom Aufnahmemittel 17 aufgenommen ist. Abhängig von der Masse werden die kinematischen Parameter bei der weiteren geführten Bewegung entlang der Sollbahnkurve, insbesondere beim Abbremsen vor dem späteren Ablegen des Objekts auf dem Ablagestapel 14 angepasst. Denn die von den Motoren der Maschinenachsen erzeugbaren Beschleunigungsmomente und Bremsmomente sind auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt. Daher ist beispielsweise die Bremsbeschleunigung des Objekts an die Masse anzupassen, beispielsweise bei größerer Masse wird eine kleinere Bremsbeschleunigung beim geführten Bewegen entlang der Sollbahnkurve vorgegeben.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird das Verfahren nicht zum Aufnehmen eines Objekts vom Aufnahmestapel 13, sondern zum Ablegen eines vom Aufnahmemittel 17 aufgenommenen Objekts auf einen Ablagestapel 14 angewendet. Als Oberbegriff zum Aufnehmen, insbesondere Pick, und Ablegen, insbesondere Place, wird hier die Bezeichnung Transfer verwendet. Daher ist die Position P_C als Transferposition bezeichenbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird die Position P_C ersetzt durch P_C + P_M - P_P. Somit wird also die Position P_C verschoben um den Differenzvektor zwischen P_M und P_P. Auf diese Weise wird die Sicherheit vergrößert, dass beim Erreichen der Aufnahmeposition auch wirklich das Objekt vom Aufnahmemittel 17 aufnehmbar ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Abstand b größer oder sogar sehr viel größer ist als der Abstand a, insbesondere wegen eines sehr schrägen Durchfahrens bei der Position P_P beziehungsweise P_M. Ein solches schräges Durchfahren ist sinnvoll beim Suchen des Stapels. Wenn beispielsweise der Stapel verschoben wurde und der Roboter kein Objekt im erwarteten Raumbereich detektieren konnte, wird eine Suchfahrt notwendig. Da die Höhe des Stapels bekannt ist, aber die Verschiebung parallel zur Projektionsebene 20 erfolgt ist, ist beim Suchen eine sehr schräge Suchfahrt effizient. Sobald der Stapel detektiert ist, kann dann der Versatz unter Berücksichtigung des Versatzes innerhalb der Projektionsebene 20 bestimmt werden und daraus eine neue Sollbahnkurve bestimmt werden, die dann ein weniger schräges Durchfahren bei der Detektion 1 erlaubt.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die jeweils genannte Maschinenachse durch ein Maschinenachssystem, also durch eine Kombination von mehreren Achsen des Roboters gebildet. Beispielsweise ist die erste Maschinenachse, also die beispielweise vertikal gerichtete Maschinenachse, bei einem als Hexapod ausgeführten Roboter durch eine Kombination von Maschinenachsen realisierbar, die dann jeweils einen von einem jeweiligen Wechselrichter gespeisten Elektromotor aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Detektion
2: Weiterfahrt
10: Sensor
11: vertikale Achse des Roboters, insbesondere Handlingsystems
12: horizontale Achse des Roboters, insbesondere Handlingsystems
13: Aufnahmestapel
14: Ablagestapel
15: variable Höhe
16: Restweg
17: Aufnahmemittel
20: Projektionsebene
21: Sollbahnkurve
60: Fahrtrichtung
P_M: Messposition
P_P: Projektionsposition
P_C: Transferposition
P15: Position der Sollbahnkurve
P16: Position der Sollbahnkurve
P17: Position der Sollbahnkurve
P18: Position der Sollbahnkurve
d: Restweg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017206995 A1 [0003]
DE 112017007025 T5 [0004]
DE 102014008665 A1 [0005]
DE 102012203134 A1 [0006]
DE 202011003431 U1 [0007]
DE 19600309 C1 [0008]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Systems, aufweisend einen Stapel von Objekten, einen Roboter, einen Sensor und ein Aufnahmemittel, wobei der Sensor zusammen mit dem Aufnahmemittel vom Roboter bewegbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt das Aufnahmemittel vom Roboter entlang einer Sollbahnkurve geführt bewegt wird, insbesondere wobei Schleppfehler auftreten, in einem zweiten, insbesondere auf den ersten Verfahrensschritt zeitlich nachfolgenden, Verfahrensschritt während dieser geführten Bewegung der Sensor den Stapel, insbesondere eine Kante des Stapels, detektiert, wobei die, insbesondere zu dieser Detektion zugehörige, räumliche Position P_M des Aufnahmemittels erfasst und/oder bestimmt wird, wobei eine Position des Stapels, insbesondere eine Position der Kante des Stapels, entlang einer Messrichtung des Sensors detektiert wird und/oder wobei der Sensor als Reflexionslichttaster ausgeführt ist zur Bestimmung der Position des Stapels, insbesondere eine Position der Kante des Stapels, entlang einer Messrichtung, wobei der Sensor vom Aufnahmemittel in Messrichtung einen nicht verschwindenden Abstand d aufweist und/oder wobei der Sensor vom zur Aufnahme eines Objekts vorgesehener Bereich des Aufnahmemittels in Messrichtung einen nicht verschwindenden Abstand d aufweist, in einem dritten, insbesondere auf den zweiten Verfahrensschritt zeitlich nachfolgenden, Verfahrensschritt die erfasste und/oder bestimmte räumliche Position P_M des Aufnahmemittels innerhalb einer Ebene, insbesondere Projektionsebene, auf die Sollbahnkurve projiziert wird, wobei die Normalenrichtung der Ebene parallel zur Messrichtung ausgerichtet ist und wobei die Ebene die räumliche Position des Aufnahmemittels enthält, und wobei die auf die Sollbahnkurve projizierte Position P_P ist in einem vierten, insbesondere auf den dritten Verfahrensschritt zeitlich nachfolgenden, Verfahrensschritt das Aufnahmemittel entlang der Sollbahnkurve bis zu einer in Messrichtung um den Abstand d beabstandeten Transferposition P_C geführt bewegt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Systems, aufweisend einen Stapel von Objekten, einen Roboter, einen Sensor und ein Aufnahmemittel, wobei der Sensor zusammen mit dem Aufnahmemittel vom Roboter bewegbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten Verfahrensschritt das Aufnahmemittel vom Roboter entlang einer Sollbahnkurve geführt bewegt wird, insbesondere wobei Schleppfehler auftreten, - in einem zweiten, zeitgleich zum ersten Verfahrensschritt ausgeführten Verfahrensschritt während dieser geführten Bewegung der Sensor den Stapel, insbesondere eine Kante des Stapels, detektiert, wobei die, insbesondere zu dieser Detektion zugehörige, räumliche Position P_M des Aufnahmemittels erfasst und/oder bestimmt wird, wobei der Sensor als Reflexionslichttaster ausgeführt ist zur Bestimmung der Position der Kante des Stapels entlang einer Messrichtung, insbesondere wobei eine Position des Stapels, insbesondere eine Position der Kante des Stapels, entlang einer Messrichtung des Sensors detektiert wird, wobei der Sensor vom Aufnahmemittel in Messrichtung einen nicht verschwindenden Abstand d zum Aufnahmemittel aufweist und/oder wobei der Sensor vom zur Aufnahme eines Objekts vorgesehener Bereich des Aufnahmemittels in Messrichtung einen nicht verschwindenden Abstand d zum Aufnahmemittel aufweist, - in einem dritten, zeitlich zum zweiten Verfahrensschritt nachfolgenden Verfahrensschritt die erfasste und/oder bestimmte räumliche Position P_M des Aufnahmemittels innerhalb einer Ebene, welche die räumliche Position des Aufnahmemittels P_M enthält und deren Normalenrichtung parallel zur Messrichtung ausgerichtet ist, auf die Sollbahnkurve projiziert wird, wobei die auf die Sollbahnkurve projizierte Position P_P ist, insbesondere welche das Schnittgebilde oder der Schnittpunkt der Sollbahnkurve mit der Ebene ist, insbesondere wobei die Ebene Projektionsebene ist und/oder die Projektionsebene auf die Sollbahnkurve projiziert wird, - in einem vierten, zeitlich auf den zweiten oder dritten Verfahrensschritt nachfolgenden Verfahrensschritt das Aufnahmemittel entlang der Sollbahnkurve bis zu einer in Messrichtung um den Abstand d beabstandeten Transferposition P_C geführt bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Reflexions-Lichttaster ist, insbesondere dessen ausgestrahlter Lichtstrahl im Wesentlichen senkrecht zur Messrichtung ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften, insbesondere auf den vierten Verfahrensschritt zeitlich nachfolgenden, Verfahrensschritt vom Aufnahmemittel ein Objekt des Stapels aufgenommen wird oder ein vom Aufnahmemittel aufgenommenes Objekt auf den Stapel abgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - für diesen Transfer, also dieses Aufnehmen oder Ablegen, an der Transferposition P_C das Aufnahmemittel angehalten wird, insbesondere zum Stillstand kommt, - oder dass für diesen Transfer, also dieses Aufnehmen oder Ablegen, an der Transferposition P_C das Aufnahmemittel nicht angehalten wird, sondern beim Transfer das Vorzeichen der in Messrichtung vor dem Transfer vorhandenen, nicht verschwindenden Soll-Geschwindigkeitskomponente des Aufnahmemittels umgekehrt wird, insbesondere also die Bewegung des Aufnahmemittels einem Abprallen an einer Wand entsprechend und/oder einem Stoß an einer Wand entsprechend geführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem sechsten, insbesondere auf den fünften Verfahrensschritt zeitlich nachfolgenden, Verfahrensschritt das Aufnahmemittel vom Stapel weggeführt bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wegführen des Aufnahmemittels vom Stapel die zur Messrichtung senkrechte Geschwindigkeitskomponente der vor Erreichen der Transferposition P_C zur Messrichtung senkrechte, mit einem Faktor multiplizierten Geschwindigkeitskomponente gleicht, wobei der Faktor dem Verhältnis aus der vor dem Erreichen der Transferposition P_C bewegten Masse des Aufnahmemittels samt aufgenommenem Objekt und der nach dem Durchfahren der Transferposition P_C bewegten Masse des Aufnahmemittels samt aufgenommenem Objekt ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wegführen des Aufnahmemittels vom Stapel die Soll-Geschwindigkeit des Aufnahmemittels gemäß eines unter Impulserhaltung und Energieerhaltung ausgeführten Stoßes zwischen Aufnahmemittel samt Objekt und Stapel bestimmt wird, wobei an der Transferposition die Masse des Objekts zwischen Aufnahmemittel und Stapel transferiert wird, insbesondere wobei die Masse des Stapels mindestens zehnmal oder mindestens hundertmal größer als die Masse des Objekts ist, insbesondere die Masse des Stapels im Grenzwert unendlich viel größer als die Masse des Objekts ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim vierten Verfahrensschritt die Ausführung des vor Erreichen der Position P_C letzten Fahrbefehls solange fortgeführt wird, bis die Position P_C erreicht ist und/oder abgebrochen wird, wenn die Position P_C erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abstand b zwischen P_P und P_M die Masse des mit dem Aufnahmemittel aufgenommenen Objekts bestimmt wird, wobei die für das geführte Bewegen beim ersten Verfahrensschritt verwendeten Werte von kinematischen Parametern, insbesondere Beschleunigung, Bremsbeschleunigung und/oder Ruck, im vierten Verfahrensschritt abhängig von dem bestimmten Wert der Masse verändert werden, insbesondere umgekehrt proportional zur Masse.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt des vierten Verfahrensschritts die Sollbahnkurve um den Distanzvektor P_M - P_P verschoben wird und das Aufnahmemittel entlang dieser verschobenen Sollbahnkurve von der Position P_M aus bis zu einer in Messrichtung um den Abstand d beabstandeten Position P_C geführt bewegt wird, insbesondere die auf der verschobenen Sollbahnkurve liegt.
System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Roboter mit dem Aufnahmemittel geführt bewegenden Maschinenachsen aufweist, wobei eine Steuerung des Roboters die Maschinenachsen derart ansteuert, dass die IstPosition des Aufnahmemittels entlang einer Sollbahnkurve geführt wird, insbesondere wobei Schleppfehler auftreten.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Reflexions-Lichttaster ist und/oder als binärer Sensor ausgebildet ist, insbesondere also ein schaltendes Ausgangssignal aufweist, und/oder dass das Aufnahmemittel ein Greifwerkzeug, ein Vakuumsauger oder ein Elektromagnet ist.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Maschinenachse ein Mittel zur Erfassung der Maschinenachsenposition aufweist, insbesondere wobei das Mittel derart geeignet ausgeführt ist, dass die Maschinenachsenposition durch den Sensor getriggert bestimmbar ist.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelrichtung parallel zur Messrichtung ausgerichtet ist.