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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Planen einer Bahn eines Roboters sowie ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
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In Simulationsumgebungen können Roboterbahnen, auf denen ein Roboter auch Kollisionen mit Hindernissen, die in der Simulationsumgebung als computerimplementiert modelliert sind, vermeidet, vorteilhaft vorab, insbesondere mittels Optimierern, geplant werden.
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In einer realen Umgebung wird dies nach betriebsinterner Praxis bisher manuell durchgeführt, was nicht nur zeitaufwändig(er) ist, sondern zudem erhebliche Erfahrung des Inbetriebnehmers erfordert. Auf der anderen Seite lassen sich die vorab in einer Simulationsumgebung geplanten Bahnen nicht ohne Weiteres in realen Umgebungen durchführen, wenn beispielsweise reale Hindernisse nicht oder falsch modelliert oder nach Erstellen der Simulationsumgebung weggefallen sind.
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Die
DE 10 2020 206 403 A1 betrifft ein Verfahren zum Konfigurieren, Durchführen und/oder Analysieren einer Applikation einer Roboteranordnung mit wenigstens einem mobilen und/oder kollaborativen Roboter, mithilfe einer Benutzerschnittstelle zum Ein- und/oder Ausgeben von Daten, wobei das Verfahren den Schritt aufweist: Überlagern einer Ansicht einer Umgebung mit wenigstens einem virtuellen Objekt, wobei diese Überlagerung zum Konfigurieren, Durchführen und/oder Analysieren der Applikation durch die Benutzerschnittstelle zur Verfügung gestellt wird.
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Die
DE 10 2020 201 375 B3 betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Sicherheitsbereichs eines Roboters mit einem Augmented Reality Human-Machine-Interface durch einen Benutzer dieses AR-HMI, wobei das AR-HMI eine Anzeige und eine Videokamera umfasst.
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Die
DE 11 2019 003 204 T5 betrifft ein System in erweiterter Realität zur Visualisierung und Modifizierung von Roboterarbeitsbereichen, das ein AR-Gerät wie etwa eine Sprechgarnitur enthält, die mit einer Robotersteuereinheit in Verbindung steht, wobei das AR-Gerät Software zur AR-Anzeige und Modifizierung der Arbeitsbereiche enthält.
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Die
DE 10 2017 001 131 B4 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Roboters umfassend die Schritte: Ermitteln einer Soll-Bahn des Roboters zum Anfahren einer Soll-Position einer roboterfesten Referenz, die der Roboter mit unterschiedlichen Konfigurationen erreichen kann, und Visualisieren einer virtuellen Repräsentation des Roboters an wenigstens einem Punkt dieser ermittelten Soll-Bahn in einer virtuellen oder augmentierten Realität.
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Die
DE 10 2016 123 945 B4 betrifft ein Robotersystem, das mit einer Steuerung, die den Roboter steuert, und einem Videoanzeigegerät, das mit der genannten Steuerung verbunden ist, versehen ist und bei dem das genannte Videoanzeigegerät mit einem Anzeigeteil, der dazu konfiguriert ist, ein von einer Kamera aufgenommenes Videobild eines realen Raums einschließlich des Roboters in Echtzeit zu zeigen, einer Kamerapositions- und -stellungsabschätzeinheit, die dazu konfiguriert ist, eine relative Position und einen Winkel zwischen dem Roboter und der Kamera abzuschätzen, und einem Bildverarbeitungsteil für erweiterte Realität, der dazu konfiguriert ist, ein virtuelles Videobild von einem Endeffektor, der an dem Roboters angebracht ist, im genannten Anzeigeteil überlagernd auf dem von der genannten Kamera aufgenommenen realen Videobild des Roboters darzustellen, ausgestattet ist.
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Die
DE 101 28 015 A1 betrifft ein Verfahren und ein System zum Planen einer veränderten Produktionsumgebung, insbesondere einer Fertigungsumgebung für Fahrzeugkomponenten, insbesondere für Automobile, ausgehend von einer realexistierenden Fertigungsumgebung, wobei virtuelle Planungsergebnisse mit Hilfe eines Augmented Reality AR-Systems mit der realen Fertigungsumgebung überlagert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb von Robotern, insbesondere (durch) das Planen von deren Bahnen, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 13, 14 stellen ein System bzw. Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens. unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Planen einer Bahn eines Roboters („Roboterbahn“) die Schritte:
- - Erfassen von Daten einer realen Umgebung des Roboters mithilfe einer, in einer Ausführung mobilen, in einer Weiterbildung, insbesondere von einer Person, tragbaren, Erfassungsvorrichtung;
- - Ermitteln eines computerimplementierten dreidimensionalen Umgebungsmodells auf Basis dieser erfassten Daten, in einer Ausführung mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten;
- - Planen einer ersten Bahn des Roboters auf Basis dieses Umgebungsmodells und eines computerimplementierten Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen diesem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird; und
- - Visualisieren einer virtuellen Repräsentation dieser geplanten ersten Bahn mithilfe einer Visualisierungsvorrichtung in einer augmentierten Realität.
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Indem mithilfe der Erfassungsvorrichtung bzw. von ihr erfassten Daten ein Umgebungsmodell der realen Umgebung erstellt und beim Planen verwendet wird, kann in einer Ausführung mithilfe an sich für Simulationsumgebungen bekannter Algorithmen bzw. softwaretechnischer Bahnplanungswerkzeuge vorteilhaft eine kollisionsfreie Bahn vorab theoretisch geplant werden, besonders vorteilhaft mithilfe an sich für Simulationsumgebungen bekannter Algorithmen bzw. softwaretechnischer Optimierungswerkzeuge derart, dass der Roboter auf der Bahn nicht nur Kollisionen mit der Umgebung vermeidet, sondern dabei zugleich auch hinsichtlich eines vorgegebenen Gütekriteriums soweit, beispielsweise im Rahmen einer vorgegebenen Genauigkeit, Iterationszahl, Rechenzeit, Variationsmöglichkeit oder dergleichen, möglich optimal ist. Entsprechend wird die erste Bahn in einer Ausführung mithilfe einer Optimierung eines vorgegebenen ein- oder mehrdimensionalen Gütekriteriums geplant. Die Kollisionsfreiheit kann dabei in einer Ausführung als Randbedingung, in einer anderen Ausführung als Teil des Gütekriteriums, insbesondere in Form einer Straffunktion, berücksichtigt werden, beispielsweise, indem Bahnen mit Kollisionen beim Optimieren nicht zugelassen werden oder Kollisionen den Wert des Gütekriteriums so massiv verschlechtern, dass die entsprechende Bahn nicht optimal ist und entsprechend verworfen wird. Durch die Visualisierung kann ein Planer die geplante Bahn vorteilhaft in der augmentierten Realität überprüfen und dabei insbesondere Probleme erkennen, die beispielsweise aus einer nach Erfassen der Umgebung erfolgten, bei der Planung nicht berücksichtigten Änderung (in) der Umgebung, einer ungenauen Modellierung des Roboters oder einer fehlerhaften Bahnplanung resultieren können.
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Das Gütekriterium hängt in einer Ausführung von einer zum Abfahren der Bahn mit dem Roboter erforderlichen Zeit und/oder von einer zum Abfahren der Bahn mit dem Roboter erforderlichen Energie und/oder von einem Abstand des Roboters von der Umgebung ab, in einer Weiterbildung von einem minimalen Abstand des Roboters von der Umgebung beim Abfahren der Bahn mit dem Roboter. Insbesondere kann die (erste) Bahn derart geplant werden, dass die zum Abfahren dieser Bahn mit dem Roboter erforderliche Zeit minimal ist, die zum Abfahren dieser Bahn mit dem Roboter (hierfür) erforderliche Energie minimal ist, der minimale oder mittlere Abstand des Roboters von der Umgebung beim Abfahren dieser Bahn mit dem Roboter maximal ist oder dergleichen, wobei insbesondere ein gemischtes, vorzugsweise gewichtetes, Gütekriterium verwendet werden kann, das zwei oder mehr der oben genannten Aspekte und/oder weitere Aspekte, beispielsweise Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und/oder Rucke des Roboters oder dergleichen, gemeinsam berücksichtigt.
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Dadurch können in einer Ausführung für Roboter besonders vorteilhafte Bahnen geplant werden.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem vorstehend erläuterten Optimieren kann das Verfahren in einer Ausführung die Schritte aufweisen:
- - Planen einer oder mehrerer weiterer Bahnen des Roboters (jeweils) auf Basis des Umgebungsmodells und des Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen dem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird;
- - Visualisieren einer virtuellen Repräsentation dieser geplanten weiteren Bahn(en) mithilfe der Visualisierungsvorrichtung in der augmentierten Realität zusammen mit der virtuellen Repräsentation der ersten Bahn; und
- - Auswählen einer Bahn aus einer die erste und die weitere(n) Bahn(en) aufweisenden Menge auf Basis einer Benutzereingabe.
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Die Benutzereingabe erfolgt in einer Ausführung mithilfe der Visualisierungsvorrichtung.
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Durch die Planung und Visualisierung von zwei oder mehr (jeweils bereits theoretisch) kollisionsfreien Bahnen können in einer Ausführung einem Planer vorteilhaft mögliche Alternativen zur Verfügung gestellt werden, aus denen er dann nach Prüfen der Alternativen mithilfe bzw. in der augmentierten Realität eine besonders vorteilhafte mittels Benutzereingabe auswählt. Die ausgewählte und/oder mithilfe einer Optimierung geplante Bahn kann dann in einem weiteren Verfahrensschritt mit dem realen Roboter abgefahren werden bzw. das Verfahren diesen Schritt aufweisen. Hierdurch kann ein Planer besonders einfach, schnell und/oder zuverlässig eine aus seiner Sicht vorteilhafte, kollisionsfreie Bahn planen, wobei er insbesondere Bahnen, die zwar theoretisch kollisionsfrei sind, bei denen er jedoch anhand der Visualisierung in der augmentierten Realität eine Kollision oder eine andere Schwäche entdeckt, verwerfen kann.
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In einer Ausführung werden die erste Bahn und/oder die bzw. eine oder mehrere der weitere(n) Bahn(en jeweils) auf Basis eines oder mehrerer vorgegebener Bahnpunkte geplant, in einer Weiterbildung auf Basis einer vorgegebenen Ausgangsbahn. In einer Ausführung wird die jeweilige Bahn derart geplant, dass sie durch den bzw. die vorgegebenen Bahnpunkte verläuft. In der Weiterbildung wird die vorgegebene Ausgangsbahn als Start für die Bahnplanung, insbesondere Optimierung, verwendet.
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Durch die Nutzung vorgegebener Bahnpunkte kann die geplante Bahn in einer Ausführung besonders vorteilhaft an die reale Umgebung angepasst werden, durch die Nutzung einer vorgegebenen Ausgangsbahn können die Bahnplanung, insbesondere Optimierung, in einer Ausführung besonders vorteilhaft konvergieren und/oder dem Benutzer besonders vorteilhafte Alternativen zur Auswahl gestellt werden. In einer Ausführung kann der Benutzer zunächst eine Ausgangsbahn vorgeben, wobei auf Basis dieser Ausgangsbahn, in einer Weiterbildung durch automatisches Modifizieren, die erste Bahn und/oder die weitere(n) Bahnen geplant werden. Auf diese Weise kann eine vom Benutzer vorgegebene (Ausgangs)Bahn in eine kollisionsfreie, vorzugsweise hinsichtlich eines vorgegebenen Gütekriteriums optimale bzw. optimierte, Bahn (um)geplant bzw. modifiziert werden.
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In einer Ausführung wird/werden (einer oder mehrere) der vorgegebene Bahnpunkt(e), in einer Ausführung der Weiterbildung die vorgegebene Ausgangsbahn, vorab durch, in einer Ausführung handgeführtes, An- bzw. Abfahren mit einem realen Roboter vorgegeben, vorzugsweise mit dem Roboter, für den die Bahn geplant wird. Ein handgeführtes An- bzw. Abfahren umfasst in einer Ausführung ein manuelles Bewegen des Roboters durch Aufbringen von Kräften auf diesen.
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Hierdurch kann die geplante Bahn in einer Ausführung besonders vorteilhaft an die reale Umgebung bzw. den Roboter angepasst werden.
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Zusätzlich oder alternativ wird/werden in einer Ausführung (einer oder mehrere) der vorgegebene Bahnpunkt(e), in einer Ausführung der Weiterbildung die vorgegebene Ausgangsbahn, vorab, mithilfe einer Simulationsumgebung und/oder durch eine offline-Programmierung vorgegeben.
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Hierdurch können in einer Ausführung die Bahnplanung, insbesondere Optimierung, in einer Ausführung besonders vorteilhaft konvergieren und/oder dem Benutzer besonders vorteilhafte Alternativen zur Auswahl gestellt werden.
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Der Roboter weist in einer Ausführung einen Roboterarm mit drei oder mehr, vorzugsweise wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, Gelenken, in einer Weiterbildung Drehgelenken, die bewegliche Glieder des Roboters miteinander verbinden und durch Antriebe, insbesondere Motoren, des Roboters beweglich sind, und/oder eine mobile, insbesondere mithilfe wenigstens eines Antriebs, insbesondere Motors, des Roboters, verfahrbare Basis auf. Für solche Roboter ist die Erfindung, insbesondere aufgrund der damit möglichen komplexen Bahnen, besonders vorteilhaft. In einer Ausführung bildet ein robotergeführtes Werkzeug oder Werkstück ein (distales) bewegliches Glied des Roboters im Sinne der vorliegenden Erfindung bzw. weist das Modell des Roboters (auch) ein Modell eines robotergeführten Werkzeugs oder Werkstücks auf.
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Das dreidimensionale Umgebungsmodell umfasst in einer Ausführung, insbesondere dauerhaft oder temporär abgespeicherte Daten, die eine bzw. mehrere dreidimensionale(n) Kontur(en) bzw. Geometrie(n) einer realen Umgebung des Roboters, insbesondere einer Roboterzelle, Fertigungs- oder Lagerhalle oder dergleichen, angeben bzw. beschreiben.
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Das Modell des Roboters umfasst in einer Ausführung, insbesondere dauerhaft oder temporär abgespeicherte Daten, die die dreidimensionale(n) Kontur(en) bzw. Geometrie(n) des (realen) Roboters, insbesondere eines oder mehrerer seiner beweglichen Glieder angeben bzw. beschreiben. Wie vorstehend erwähnt, bildet in einer Ausführung ein robotergeführtes Werkzeug oder Werkstück ein (distales) bewegliches Glied des Roboters im Sinne der vorliegenden Erfindung bzw. weist das Modell des Roboters (auch) ein Modell eines robotergeführten Werkzeugs oder Werkstücks auf.
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In einer Ausführung ist die Erfassungsvorrichtung an der Visualisierungsvorrichtung, in einer Weiterbildung integriert oder lösbar, angeordnet. Dadurch kann in einer Ausführung vorteilhaft das Umgebungsmodell in situ bzw. zeitnah vor dem Planen bzw. Visualisieren ermittelt werden und damit besonders aktuell sein und dadurch die Bahn besonders vorteilhaft geplant werden.
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In einer Ausführung wird die Erfassungsvorrichtung zum Erfassen der Daten relativ zu der realen Umgebung translatorisch und/oder rotatorisch und/oder manuell, insbesondere durch einen die Visualisierungsvorrichtung handhabenden Planer, bewegt. Dadurch kann in einer Ausführung ein größerer Bereich der Umgebung und/oder die Umgebung präzise(r) erfasst werden und so die Bahn besonders vorteilhaft geplant werden.
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In einer Ausführung weist die Erfassungsvorrichtung einen oder mehrere berührungslos messende Abstandsmesser auf, in einer Weiterbildung einen oder mehrere Radar-Abstandsmesser, einen oder mehrere Ultraschall-Abstandsmesser und/oder einen oder mehrere Lidar-Abstandsmesser. Hierdurch kann in einer Ausführung das Umgebungsmodell präzise(r) ermittelt und so die Bahn besonders vorteilhaft geplant werden. Dabei sind Lidar-Abstandsmesser besonders vorteilhaft, da diese kompakt bauen und präzise messen.
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Zusätzlich oder alternativ weist die Erfassungsvorrichtung in einer Ausführung einen oder mehrere Kameras, in einer Weiterbildung ein 3D-Kamerasystem, welches in einer Ausführung wenigstens zwei bzw. Stereokameras, ein Triangulationssystem, bei dem wenigstens eine Lichtquelle ein definiertes Muster auf die Umgebung abbildet und wenigstens eine Kamera dieses Muster, vorzugsweise aus einem anderen Blickwinkel, aufnimmt, wenigstens eine TOF-Kamera, wenigstens eine Interferometrie-Kamera, wenigstens eine Lichtfeldkamera oder dergleichen aufweist, und/oder eine Bildauswertung auf. Hierdurch kann in einer Ausführung die Umgebung rasch(er) erfasst werden und so das Verfahren besonders rasch durchgeführt und/oder eine größere Umgebung berücksichtigt werden.
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In einer Ausführung wird das Umgebungsmodell zusätzlich zur Ermittlung auf Basis der erfassten Daten der realen Umgebung (auch) auf Basis vorgegebener Soll-Daten, in einer Weiterbildung CAD-Daten, der Umgebung ermittelt. Durch die Berücksichtigung solcher Daten kann in einer Ausführung das Umgebungsmodell rasch(er) und/oder präzise(r) ermittelt werden.
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In einer Ausführung wird das Modell des Roboters auf Basis vorgegebener Soll-Daten, in einer Weiterbildung CAD-Daten, des Roboters, und/oder einer Vermessung des Roboters ermittelt. Durch die Berücksichtigung solcher Daten kann in einer Ausführung das Modell des Roboters rasch(er) und/oder präzise(r) ermittelt werden. In einer Ausführung weist das Modell des Roboters für verschiedene Abschnitte, insbesondere Punkte, der geplanten Bahn jeweils eine durch diese geplante Bahn bestimmte Pose der Roboterglieder zueinander und/oder einem umgebungsfesten Bezugssystem, auf bzw. gibt eine solche an. Eine Pose bzw. Lage im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst in einer Ausführung eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung.
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Wie vorstehend erläutert, bildet in einer Ausführung ein robotergeführtes Werkzeug oder Werkstück ein bewegliches Glied des Roboters im Sinne der vorliegenden Erfindung. Entsprechend weist in einer Ausführung das Modell des Roboters ein computerimplementiertes Modell eines robotergeführten Werkzeugs oder Werkstücks als bewegliches Glied des Roboters auf. Dadurch kann in einer Ausführung vorteilhaft die Gefahr einer Kollision eines robotergeführten Werkzeugs oder Werkstücks mit der Umgebung reduziert werden. Entsprechend wird in einer Ausführung das Modell des Roboters auf Basis vorgegebener Soll-Daten, in einer Weiterbildung CAD-Daten, des Werkzeugs oder Werkstücks, und/oder einer Vermessung des Werkzeugs oder Werkstücks ermittelt.
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In einer Ausführung weist das Umgebungsmodell ein oder mehrere Geometrieprimitive in einer vorgegebenen Relation, insbesondere räumlichen Lage, zu einem realen Umgebungshindernis, insbesondere also zu mehreren realen Umgebungshindernissen jeweils wenigstens ein Geometrieprimitiv in einer vorgegebenen Relation, insbesondere räumlichen Lage, zu diesem realen Umgebungshindernis, auf. Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung das Modell des Roboters ein oder mehrere Geometrieprimitive in einer vorgegebenen Relation, insbesondere räumlichen Lage, zu einem Glied des Robotes, insbesondere also zu mehreren Gliedern des Roboters, vorzugsweise wenigstens einem Endeffektor, jeweils wenigstens ein Geometrieprimitiv in einer vorgegebenen Relation, insbesondere räumlichen Lage, zu diesem Roboterglied, auf. Dadurch kann in einer Ausführung eine kollisionsfreie Bahn schnell(er) geplant werden. Ein Geometrieprimitiv im Sinne der vorliegenden Erfindung ist in einer Ausführung ein Polyeder, insbesondere Prisma, insbesondere Quader, oder ein Zylinder, Kegel, Ellipsoid, insbesondere eine Kugel, oder dergleichen. Dadurch kann in einer Ausführung eine kollisionsfreie Bahn besonders rasch geplant werden.
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In einer Ausführung wird das Umgebungsmodell mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten, besonders bevorzugt einer mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Punktewolke, ermittelt, in einer Weiterbildung mithilfe eines oder mehrerer Gitter und/oder einer oder mehrerer Approximationsflächen, insbesondere ebener Approximationsflächen und/oder ein- oder mehrfach gekrümmter Approximationsflächen, wobei solche Gitter bzw. Approximationsflächen in einer Ausführung durch Ausgleichs-, insbesondere Inter- bzw. Extrapolations-, Glättungs- und/oder andere Fittingfunktionen von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten, ermittelt werden, insbesondere kann das Umgebungsmodell diese Approximation aufweisen. Durch eine solche Approximation kann die Umgebung in einer Ausführung jeweils besonders vorteilhaft, insbesondere rasch und/oder präzise, modelliert werden.
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In einer Ausführung wird das Umgebungsmodell auf Basis des Roboters, insbesondere mithilfe einer, insbesondere der, Erfassungsvorrichtung erfassten Daten des Roboters, und/oder auf Basis des Modells des Roboters ermittelt. In einer Weiterbildung wird dabei der gegebenenfalls bei der Erfassung von Daten der realen Umgebung des Roboters mithilfe der Erfassungsvorrichtung miterfasste Roboter wenigstens teilweise eliminiert bzw. ausgeblendet. Dadurch kann in einer Ausführung das Umgebungsmodell verbessert werden.
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In einer Ausführung wird das Umgebungsmodell auf Basis einer Auswahl eines Umgebungsbereichs durch einen Planer ermittelt. In einer Weiterbildung wird dabei ein durch den Planer ausgewählter Umgebungsbereich durch das Umgebungsmodell nicht berücksichtigt, in einer Weiterbildung bereits nicht mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfasst, und/oder nur ein durch den Planer ausgewählter Umgebungsbereich durch das Umgebungsmodell berücksichtigt, in einer Weiterbildung nur dieser Umgebungsbereich mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfasst. Dadurch kann in einer Ausführung das Umgebungsmodell verbessert und/oder rasch(er) ermittelt werden.
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In einer Ausführung ist die Visualisierungsvorrichtung eine mobile, insbesondere (durch eine Person, vorzugsweise mit einer Hand) tragbare, Visualisierungsvorrichtung, in einer Ausführung weist sie ein Handgerät, vorzugsweise ein Handheld, Tablet, Smartphone, einen Laptop oder dergleichen, und/oder eine Brille, insbesondere A(ugmented)R(eality)-Brille, auf. Dadurch kann in einer Ausführung die Erfassung, Planung und/oder Visualisierung in situ bzw. vor Ort durchgeführt und damit verbessert werden. In einer Ausführung ist die Visualisierungsvorrichtung (hard- und/oder softwaretechnisch) zum Steuern des Roboters eingerichtet bzw. wird (auch) hierzu verwendet. Dadurch kann in einer Ausführung eine Inbetriebnahme rasch(er) und/oder sicher(er) durchgeführt werden.
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In einer Ausführung weist die (visualisierte) virtuelle Repräsentation der geplanten ersten Bahn und/oder (einer oder mehrerer) der weiteren Bahn(en jeweils) einen, in einer Ausführung kontinuierlichen, Weg eines roboterfesten Referenzpunkts, vorzugsweise eines Endeffektors des Roboters, und/oder eine Darstellung von einem oder mehreren, insbesondere allen, beweglichen Glieder des Roboters auf, in einer Ausführung mittels bzw. durch Geometrieprimitive des Modells des Roboters. Die Darstellung des bzw. der Glieder des Roboters ändert sich in einer Ausführung während der Visualisierung entsprechend der (jeweils) geplanten bzw. visualisierten Bahn, entsprechend kann die virtuelle Repräsentation insbesondere eine virtuelle Simulation des Roboters bzw. Darstellung der Bewegung eines oder mehrerer seiner Glieder beim Abfahren dieser Bahn aufweisen.
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Durch die Visualisierung des Wegs kann in einer Ausführung die geplante Bahn rasch(er) und/oder zuverlässig(er) überprüft werden, insbesondere eine Prüfperson die Bahn einfach(er), intuitiv(er) und/oder rasch(er) prüfen bzw. beurteilen.
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In einer Ausführung werden beim Visualisieren der virtuellen Repräsentation der ersten Bahn und/oder (einer oder mehrerer) der weiteren Bahn(en jeweils) ein oder mehrere Parameter dieser Bahn ausgegeben, in einer Ausführung eine Geschwindigkeit und/oder wenigstens ein Parameter, beispielsweise eine Geschwindigkeit, für wenigstens einen, insbesondere von dem Planer, ausgewählten Abschnitt, insbesondere Punkt, dieser Bahn und/oder wenigstens ein Parameter, beispielsweise eine Geschwindigkeit, für einen beim Visualisieren gerade bzw. aktuell simuliert ab- bzw. angefahrenen Abschnitt, insbesondere Punkt, dieser Bahn.
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Die Ausgabe eines Parameters erfolgt in einer Ausführung numerisch, akustisch und/oder symbolisch. Beispielsweise kann eine Fahrtrichtung durch einen Pfeil ausgegeben werden, eine TCP-Geschwindigkeit durch eine entsprechende Zahlenangabe oder durch einen Ton, insbesondere in Bezug zu einem Referenzton, der insbesondere einem Nullwert oder Bezugswert des Parameters zugeordnet sein kann.
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Hierdurch kann in einer Ausführung ein Planer die Bahn rasch(er) und/oder zuverlässig(er) prüfen bzw. beurteilen.
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Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil beim bzw. zum Inbetriebnehmen des Roboters und/oder für Transferbahnen, bei denen der Roboter aus einer Ausgangs- in eine Zielpose verfahren soll, ohne mit der Umgebung zu kollidieren, verwendet werden, da bei Inbetriebnahmen und Transferbahnen besonders vorteilhaft die Sicherheit erhöht und/oder Aufwand und/oder Zeit reduziert werden kann, sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
- - eine, insbesondere mobile, insbesondere tragbare, Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Daten einer realen Umgebung des Roboters;
- - Mittel zum Ermitteln eines computerimplementierten dreidimensionalen Umgebungsmodells auf Basis dieser erfassten Daten, insbesondere mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten;
- - Mittel zum Planen einer ersten Bahn des Roboters auf Basis dieses Umgebungsmodells und eines computerimplementierten Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen diesem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird; und
- - eine Visualisierungsvorrichtung zum Visualisieren einer virtuellen Repräsentation dieser geplanten ersten Bahn in einer augmentierten Realität.
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In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
- - einen Optimierer zum Planen der (ersten) Bahn mithilfe einer Optimierung eines vorgegebenen Gütekriteriums, wobei das Gütekriterium vorzugsweise von einer zum Abfahren der Bahn mit dem Roboter erforderlichen Zeit und/oder Energie und/oder einem Abstand des Roboters von der Umgebung abhängt; und/oder
- - Mittel zum Planen einer oder mehrerer weiterer Bahnen des Roboters auf Basis des Umgebungsmodells und des Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen dem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird, wobei die Visualisierungsvorrichtung eine virtuelle Repräsentation dieser geplanten weiteren Bahn(en) in der augmentierten Realität zusammen mit der virtuellen Repräsentation der ersten Bahn visualisiert bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird, sowie Mittel zum Auswählen einer Bahn aus einer die erste und die weitere(n) Bahn(en) aufweisenden Menge auf Basis einer Benutzereingabe; und/oder
- - Mittel zum Planen der ersten Bahn und/oder der weiteren Bahn(en) auf Basis wenigstens eines vorgegebenen Bahnpunktes, insbesondere einer vorgegebenen Ausgangsbahn, insbesondere Mittel zum Vorgeben des wenigstens einen Bahnpunkts, insbesondere der vorgegebene Ausgangsbahn, vorab durch, insbesondere handgeführtes, An- bzw. Abfahren mit einem, insbesondere dem, realen Roboter, mithilfe einer Simulationsumgebung und/oder durch eine offline-Programmierung; und/oder
- - Mittel zum Ermitteln des Modells des Roboters auf Basis vorgegebener Soll-Daten, insbesondere CAD-Daten, des Roboters und/oder einer Vermessung des Roboters; und/oder
- - Mittel zum Ermitteln des Umgebungsmodells auf Basis des Roboters, insbesondere mithilfe einer, insbesondere der, Erfassungsvorrichtung erfassten Daten des Roboters, und/oder auf Basis des Modells des Roboters und/oder auf Basis einer Auswahl eines Umgebungsbereichs durch einen Planer; und/oder
- - Mittel zum Ausgeben wenigstens eines Parameters der ersten Bahn und/oder der wenigstens einen weiteren Bahn beim Visualisieren der virtuellen Repräsentation dieser Bahn, insbesondere eine Geschwindigkeit und/oder für wenigstens einen ausgewählten Abschnitt, insbesondere Punkt, dieser Bahn und/oder für einen beim Visualisieren simuliert ab- bzw. angefahrenen Abschnitt, insbesondere Punkt, dieser Bahn, insbesondere numerisch und/oder symbolisch.
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Ein System und/oder ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere wenigstens eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU), Graphikkarte (GPU) oder dergleichen, und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Bahn(en) planen und/oder den Roboter bei bzw. zu deren Abfahren steuern kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere computerlesbares und/oder nichtflüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. von Anweisungen bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm bzw. mit darauf gespeicherten Anweisungen aufweisen, insbesondere sein. In einer Ausführung veranlasst ein Ausführen dieses Programms bzw. dieser Anweisungen durch ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer oder eine Anordnung von mehreren Computern, das System bzw. die Steuerung, insbesondere den bzw. die Computer, dazu, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen, bzw. sind das Programm bzw. die Anweisungen hierzu eingerichtet.
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In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.
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In einer Ausführung weist das System den Roboter auf.
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In einer Ausführung weist das Verfahren den Schritt auf:
- - Modifizieren der ersten Bahn und/oder (einer oder mehrerer) der weiteren Bahn(en jeweils) auf Basis einer Benutzereingabe, in einer Weiterbildung der aus der ersten und der bzw. den weiteren Bahn(en) ausgewählten Bahn.
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Dadurch kann der Planer die entsprechende Bahn in einer Ausführung vorteilhaft an die reale Umgebung und/oder geänderte Randbedingungen und/oder zusätzliche Erfordernisse vorteilhaft anpassen.
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Zusätzlich oder alternativ weist das Verfahren in einer Ausführung den Schritt auf:
- - Abfahren der geplanten, gegebenenfalls ausgewählten und/oder modifizierten, Bahn mit dem Roboter.
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Dadurch kann der Planer die entsprechende Bahn in einer Ausführung vorteilhaft mit dem realen Roboter überprüfen.
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In einer Ausführung wird das bei der Optimierung verwendete Gütekriterium auf Basis einer Benutzereingabe vorgegeben. Beispielsweise kann der Benutzer bzw. Planer eines oder mehrere (Teil)Kriterien und/oder deren Gewichtung oder dergleichen aus einer vorgegebenen Menge auswählen.
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Entsprechend weist in einer Ausführung das System bzw. sein(e) Mittel auf:
- - Mittel zum Modifizieren der ersten und/oder wenigstens einen weiteren, insbesondere der ausgewählten, Bahn auf Basis einer Benutzereingabe; und/oder
- - Mittel zum Abfahren der, gegebenenfalls ausgewählten und/oder modifizieren, Bahn mit dem Roboter; und/oder
- - Mittel zum Vorgeben des Gütekriteriums auf Basis einer Benutzereingabe.
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In einer Ausführung umfasst das Verfahren auch ein Betreiben des Roboters mit Abfahren der, gegebenenfalls ausgewählten und/oder modifizierten, Bahn mit dem Roboter, kann also insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines bzw. des Roboters sein. Entsprechend kann auch das System in einer Ausführung ein System zum Betreiben eines bzw. des Roboters sein.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
- 1: ein System zum Planen einer Bahn eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
- 2: ein Verfahren zum Planen der Bahn nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt ein System zum Prüfen einer vorgegebenen Bahn eines Roboters 1 mithilfe einer Visualisierungsvorrichtung in Form einer AR-Brille 2 oder eines Tablets 3 durch einen Planer 4.
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In einem Schritt S10 (vgl. 2) wird mithilfe einer an der Visualisierungsvorrichtung 2 bzw. 3, vorzugsweise integriert oder lösbar, angeordneten Erfassungsvorrichtung 5A bzw. 5B, beispielsweise einem 3D-Kamerasystem, Lidarsensor oder dergleichen, eine reale Umgebung 6 des Roboters erfasst und in einem Schritt S20 mithilfe dieser Daten ein computerimplementiertes Umgebungsmodell ermittelt. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann das Umgebungsmodell zusätzlich auch auf Basis von Soll-Daten der Umgebung erstellt werden.
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In einem Schritt S30 wird auf Basis dieses Umgebungsmodells und eines computerimplementierten Modells des Roboters eine erste Bahn des Roboters derart geplant, dass eine Kollision zwischen diesem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird.
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Dabei wird in einer Ausführung die erste Bahn mithilfe einer Optimierung eines vorgegebenen Gütekriteriums geplant, beispielsweise eines gemischten Gütekriteriums in Form einer gewichteten Summe aus wenigstes zwei von: zum Abfahren der Bahn erforderlicher Zeit, zum Abfahren der Bahn erforderlicher Energie, beim Abfahren der Bahn auftretendem minimalem Abstand zwischen Roboter, gegebenenfalls mit robotergeführtem Werkzeug bzw. -stück, und Umgebung, beim Abfahren der Bahn auftretender maximaler Geschwindigkeit, beim Abfahren der Bahn auftretender maximaler Beschleunigung, beim Abfahren der Bahn auftretendem maximalen Ruck und/oder weiteren Teilkriterien. Hierbei kann die Kollisionsfreiheit vorteilhaft als Randbedingung oder zusätzliches Teilkriterien bei der Optimierung berücksichtigt sein. Dies ist natürlich rein exemplarisch, ohne dass die Erfindung auf eine solche Optimierung beschränkt wäre. In einer Ausführung gibt der Planer das Gütekriterium mithilfe einer Benutzereingabe vor.
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In einer Ausführung werden in Schritt S30 zusätzlich zu der ersten Bahn eine oder mehrere weitere, alternative kollisionsfreie Bahnen des Roboters geplant.
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In einem Schritt S40 wird eine virtuelle Repräsentation der ersten Bahn und gegebenenfalls der weiteren Bahn(en) mithilfe der Visualisierungsvorrichtung 2 bzw. 3 in einer augmentierten Realität visualisiert, beispielsweise der Weg des TCPs als Linie und/oder die Geometrieprimitive beim simulierten Abfahren der (jeweiligen) Bahn, wobei die Bahnen in einer Ausführung parallel, in einer anderen Ausführung nacheinander simuliert abgefahren werden.
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Mithilfe dieser visualisierten virtuellen Repräsentation(en) kann der Planer 4 in Schritt S40 prüfen, ob die geplante Bahn (seinen) Anforderungen genügt, beispielsweise auch in der augmentierten Realität kollisionsfrei ist.
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Gegebenenfalls wählt er in einem Schritt S50 mittels Benutzereingabe aus einer die erste und die weitere(n) Bahn(en) aufweisenden Menge eine Bahn aus und/oder modifiziert die erste bzw. ausgewählte Bahn mittels Benutzereingabe.
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Die geprüfte, gegebenenfalls ausgewählte bzw. modifizierte, Bahn kann dann in einem Schritt S60 mit dem realen Roboter abgefahren werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboter
- 2
- AR-Brille
- 3
- Tablet
- 4
- Planer
- 5A;
- 5B Erfassungsvorrichtung
- 6
- Umgebung
- TCP
- Tool Center Point
