DE102022213568B3 - Calibrating a controller - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Steuerung (3) zum Steuern eines Roboterarms (10) und/oder eines von dem Roboterarm geführten Greifers (20, 21, 22) umfasst die Schritte: Aufnehmen (S20) eines ersten Bildes des robotergeführten Greifers bei einer ersten Ist-Roboterarmstellung des Roboterarms und einer ersten Ist-Fingerstellung eines ersten Fingers (21) des Greifers relativ zu einer Basis (20) des Greifers mithilfe einer Aufnahmevorrichtung (4); Ermitteln (S30) einer ersten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses ersten Bildes; Ermitteln (S40) einer ersten Soll-Pose des ersten Fingers für diese erste Ist-Fingerstellung und diese erste Ist-Roboterarmstellung; und Kalibrieren (S80) der Steuerung auf Basis dieser ermittelten ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des ersten Fingers.A method for calibrating a controller (3) for controlling a robot arm (10) and/or a gripper (20, 21, 22) guided by the robot arm comprises the steps: recording (S20) a first image of the robot-guided gripper at a first actual -Robot arm position of the robot arm and a first actual finger position of a first finger (21) of the gripper relative to a base (20) of the gripper using a recording device (4); Determining (S30) a first actual pose of the first finger based on this first image; Determining (S40) a first target pose of the first finger for this first actual finger position and this first actual robot arm position; and calibrating (S80) the control based on this determined first actual pose and first target pose of the first finger.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Steuerung zum Steuern eines Roboterarms und/oder eines von dem Roboterarm geführten Greifers, ein Verfahren zum Betreiben des Roboterarms und/oder von dem Roboterarm geführten Greifers sowie ein System bzw. Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens.The present invention relates to a method for calibrating a controller for controlling a robot arm and/or a gripper guided by the robot arm, a method for operating the robot arm and/or gripper guided by the robot arm, and a system or computer program or computer program product for carrying out a procedure described here.
Roboterarme, die Fingergreifer führen, sind an sich bekannt. Werden dabei Roboterarm und/oder Greiferfinger auf Basis von Soll-Werten gesteuert, können die Ist-Posen von Greiferfingern relativ zu einer Basis des Greifers und/oder relativ zu einer Basis des Roboterarms von den gewünschten Soll-Posen abweichen, beispielsweise aufgrund von Deformationen, Toleranzen oder dergleichen.Robotic arms that guide finger grippers are known per se. If the robot arm and/or gripper fingers are controlled based on target values, the actual poses of gripper fingers relative to a base of the gripper and/or relative to a base of the robot arm can deviate from the desired target poses, for example due to deformations, Tolerances or the like.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb von Roboterarmen mit roboterarmgeführten Greifern zu verbessern.The object of the present invention is to improve the operation of robot arms with robot arm-guided grippers.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst. Ansprüche 9, 11 stellen ein System bzw. ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.This task is solved by a method with the features of
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Roboterarm wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, Gelenke bzw. (Bewegungs)Achsen, vorzugsweise wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, Drehgelenke bzw. Drehachsen, sowie eine (distale) Roboterbasis und einen (proximalen) Endflansch auf, an dem ein Greifer, vorzugsweise zerstörungsfrei lös- bzw. auswechselbar, befestigt ist, welcher eine, in einer Ausführung an dem Endflansch des Roboterarms angeordnete, ein- oder mehrteilige Greiferbasis und einen, zwei oder mehr relativ zu dieser Greiferbasis, in einer Ausführung elektromagnetisch, insbesondere elektromotorisch, hydraulisch und/oder pneumatisch, verstellbare (Greifer)Finger aufweist.According to one embodiment of the present invention, a robot arm has at least three, in particular at least six, in one embodiment at least seven, joints or (movement) axes, preferably at least three, in particular at least six, in one embodiment at least seven, swivel joints or axes of rotation, as well a (distal) robot base and a (proximal) end flange, to which a gripper, preferably non-destructively detachable or replaceable, is attached, which has a one-part or multi-part gripper base, arranged in one embodiment on the end flange of the robot arm, and a, two or more (gripper) fingers that are adjustable relative to this gripper base, in one embodiment electromagnetically, in particular electromotively, hydraulically and / or pneumatically.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren einer Steuerung, die zum Steuern des Roboterarms und/oder des von dem Roboterarm geführten Greifers vorgesehen bzw. eingerichtet ist bzw. verwendet wird, die Schritte auf:
- - Aufnehmen eines ersten Bildes des robotergeführten Greifers bei bzw. in
- - einer ersten Ist-Roboterarmstellung des Roboterarms und
- - einer ersten Ist-Fingerstellung eines ersten Fingers des Greifers relativ zu einer Basis des Greifers (Greiferbasis) mithilfe einer Aufnahmevorrichtung;
- - Ermitteln einer ersten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses ersten Bildes;
- - Ermitteln einer ersten Soll-Pose des ersten Fingers für diese erste Ist-Fingerstellung und diese erste Ist-Roboterarmstellung vor, bei oder nach dem Aufnehmen des ersten Bildes und vor, bei oder nach dem Ermitteln der ersten Ist-Pose des ersten Fingers; und
- - Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermitteln ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des ersten Fingers.
- - Taking a first image of the robot-guided gripper at or in
- - a first actual robot arm position of the robot arm and
- - a first actual finger position of a first finger of the gripper relative to a base of the gripper (gripper base) using a recording device;
- - Determining a first actual pose of the first finger based on this first image;
- - Determining a first target pose of the first finger for this first actual finger position and this first actual robot arm position before, during or after taking the first image and before, during or after determining the first actual pose of the first finger; and
- - Calibrate the control based on this to determine the first actual pose and the first target pose of the first finger.
In einer Ausführung umfasst das Verfahren den dem Aufnehmen des ersten Bildes vorhergehenden Schritt, wenigstens den ersten Finger, vorzugsweise alle Finger, und/oder die Greiferbasis des Greifers in das Sicht- bzw. Aufnahmefeld der Aufnahmevorrichtung zu bringen, in einer Weiterbildung durch entsprechende Verstellung des Roboterarms und/oder Bewegen und/oder Fokussieren der Aufnahmevorrichtung.In one embodiment, the method includes the step preceding the recording of the first image of bringing at least the first finger, preferably all fingers, and/or the gripper base of the gripper into the field of view or recording field of the recording device, in a further development by appropriately adjusting the Robot arm and/or moving and/or focusing the recording device.
Einer Ausführung der vorliegenden Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, eine Aufnahmevorrichtung zu nutzen, um die Steuerung optisch zu kalibrieren, insbesondere derart, dass die kalibrierte Steuerung den Roboterarm und/oder von ihm geführten Greifer derart steuert, dass eine dadurch angefahrene Ist-Pose eines oder mehrerer Greiferfinger weniger von einer gewünschten Ziel-Pose abweicht als vor dem bzw. ohne das Kalibrieren.One embodiment of the present invention is therefore based on the idea of using a recording device to optically calibrate the control, in particular in such a way that the calibrated control controls the robot arm and/or the gripper guided by it in such a way that an actual pose is thereby approached or several gripper fingers deviate less from a desired target pose than before or without calibration.
Eine (Ist-Roboterarm)Stellung des Roboterarms ist in einer Ausführung durch die Stellungen seiner Gelenke bzw. Achsen und/oder eine Pose seines Endflansches oder einer hierzu ortsfesten Referenz relativ zur Roboterarmbasis bestimmt. Eine Pose im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst in einer Ausführung eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung. Entsprechend beschreibt in einer Ausführung eine Soll-Pose und/oder eine Ist-Pose eines Fingers des Greifers eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung des Fingers, vorzugsweise relativ zur Roboterarmbasis oder besonders bevorzugt relativ zur Greiferbasis, in einer Ausführung eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung einer Fingerspitze des Fingers, vorzugsweise relativ zur Roboterarmbasis oder besonders bevorzugt relativ zur Greiferbasis. Durch die (Ermittlung der) Soll- bzw. Ist-Pose relativ zur Greiferbasis können in einer Ausführung Einflüsse der Roboterarmstellung(en) reduziert, vorzugsweise eliminiert werden, da solche sich gleichermaßen auf die Pose der Greiferbasis relativ zur Umgebung und die Pose des bzw. der Finger relativ zur Umgebung auswirken und daher durch eine (Ermittlung der) Soll- bzw. Ist-Pose des bzw. der Finger relativ zur Greiferbasis in einer Ausführung ausgeblendet werden können. Eine Soll-Pose wird in einer Ausführung auf Basis einer kommandierten und/oder, in einer Weiterbildung sensorisch, erfassten Stellung des entsprechenden Fingers relativ zur Greiferbasis ermittelt, kann insbesondere eine solche Stellung sein oder auf Basis eines Kinematikmodells des Greifers ermittelt werden. Ist beispielsweise eine dreidimensionale Position einer Fingerspitze in einem greiferbasisfesten Koordinatensystem durch [x(a) y(a) z(a)]T mit dem Stellweg a beschrieben, kann eine Soll-Pose im Sinne der vorliegenden Erfindung den Stellweg a und/oder eine oder mehrere, insbesondere alle, Komponenten der Position [x(a) y(a) z(a)]T umfassen, d. h. die Soll-Pose insbesondere den kommandierten oder, in einer Weiterbildung sensorisch, erfassten Stellweg a und/oder die hieraus mittels Vorwärtskinematik ermittelte Position, beispielsweise x(a) umfassen, insbesondere sein.In one embodiment, an (actual robot arm) position of the robot arm is determined by the positions of its joints or axes and/or a pose of its end flange or a stationary reference relative to the robot arm base. In one embodiment, a pose in the sense of the present invention includes a one-, two- or three-dimensional position and/or a one-, two- or three-dimensional orientation. Accordingly, in one embodiment, a target pose and/or an actual pose of a finger of the gripper describes a one-, two- or three-dimensional position and/or a one-, two- or three-dimensional orientation of the finger, preferably relative to the robot arm base or in particular preferably relative to the gripper base, in one embodiment a one-, two- or three-dimensional position and / or a one-, two- or three-dimensional orientation of a fingertip of the finger, preferably relative to the robot arm base or particularly preferably relative to the gripper base. By (determining the) target or actual pose relative to the gripper base, influences of the robot arm position(s) can be reduced, preferably eliminated, in one embodiment, since these influence equally on the pose of the gripper base relative to the environment and the pose of the robot arm or of the finger relative to the environment and can therefore be hidden in one embodiment by (determining the) target or actual pose of the finger or fingers relative to the gripper base. In one embodiment, a target pose is determined on the basis of a commanded and/or, in a further development sensory, detected position of the corresponding finger relative to the gripper base, in particular it can be such a position or can be determined on the basis of a kinematics model of the gripper. For example, if a three-dimensional position of a fingertip is described in a coordinate system fixed to the gripper base by [x(a) y(a) z(a)] T with the adjustment path a, a target pose in the sense of the present invention can be dung include the adjustment path a and/or one or more, in particular all, components of the position [x(a) y(a) z(a)] T , ie the target pose in particular the commanded or, in a further development, detected by sensors Adjusting path a and / or the position determined from this using forward kinematics, for example x (a), in particular include.
Weist der Greifer wenigstens zwei Finger auf, so umfasst das Verfahren in einer Ausführung analog zu den vorstehend beschriebenen Schritten die Schritte:
- - Ermitteln einer ersten Soll-Pose eines zweiten Fingers des Greifers für eine erste Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers relativ zu der Basis des Greifers und vorzugsweise für die erste Ist-Roboterarmstellung; und
- - Ermitteln einer ersten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser ersten Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers und vorzugsweise bei der ersten Ist-Roboterarmstellung aufgenommen worden ist, vorzugsweise auf Basis des ersten Bildes;
- - Determining a first target pose of a second finger of the gripper for a first actual finger position of the second finger relative to the base of the gripper and preferably for the first actual robot arm position; and
- - Determining a first actual pose of the second finger based on an image which was recorded at this first actual finger position of the second finger and preferably at the first actual robot arm position, preferably based on the first image;
Weist der Greifer wenigstens drei Finger auf, so umfasst das Verfahren in einer Ausführung analog zu den vorstehend beschriebenen Schritten die Schritte:
- - Ermitteln einer ersten Soll-Pose eines dritten Fingers des Greifers für eine erste Ist-Fingerstellung des dritten Fingers relativ zu der Basis des Greifers und vorzugsweise für die erste Ist-Roboterarmstellung; und
- - Ermitteln einer ersten Ist-Pose des dritten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser ersten Ist-Fingerstellung des dritten Fingers und vorzugsweise bei der ersten Ist-Roboterarmstellung aufgenommen worden ist, vorzugsweise auf Basis des ersten Bildes;
- - Determining a first target pose of a third finger of the gripper for a first actual finger position of the third finger relative to the base of the gripper and preferably for the first actual robot arm position; and
- - Determining a first actual pose of the third finger based on an image which was recorded at this first actual finger position of the third finger and preferably at the first actual robot arm position, preferably based on the first image;
Hierdurch kann in einer Ausführung die Steuerung bei mehrfingerigen Greifern besonders vorteilhaft, in einer Ausführung rasch(er), kalibriert werden. Sofern nachfolgend auf einen zweiten Finger Bezug genommen wird, können dieselben Merkmale in einer Ausführung entsprechend auch für einen dritten Finger des Greifers verwirklicht sein, ohne dass hierauf jeweils gesondert hingewiesen wird.As a result, in one embodiment, the control for multi-fingered grippers can be calibrated particularly advantageously and quickly. If reference is made below to a second finger, the same features can also be implemented in one embodiment for a third finger of the gripper, without this being specifically pointed out.
In einer Ausführung umfasst das Verfahren die Schritte:
- - Verstellen des ersten Fingers in wenigstens eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der erste Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist, in einer Weiterbildung unter Beibehaltung der ersten Ist-Roboterarmstellung;
- - Ermitteln einer zweiten Soll-Pose des ersten Fingers für diese zweite Ist-Fingerstellung;
- - Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Greifers bei dieser zweiten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers und vorzugsweise der beibehaltenen ersten Ist-Roboterarmstellung; und
- - Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses Bildes; wobei die Steuerung (auch) auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose und zweiten Soll-Pose des ersten Fingers kalibriert wird.
- - Adjusting the first finger into at least a second actual finger position, in which the first finger has a changed position relative to the base of the gripper, in a further development while maintaining the first actual robot arm position;
- - Determining a second target pose of the first finger for this second actual finger position;
- - Recording at least one image of the gripper in this second actual finger position of the first finger and preferably in the maintained first actual robot arm position; and
- - Determining a second actual pose of the first finger based on this image; wherein the control is (also) calibrated based on this determined second actual pose and second target pose of the first finger.
Zusätzlich oder alternativ umfasst das Verfahren in einer Weiterbildung die Schritte:
- - Verstellen des zweiten Fingers in wenigstens eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der zweite Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist, in einer Weiterbildung zusammen mit dem oben genannten Verstellen des ersten Fingers und/oder unter Beibehaltung der ersten Ist-Roboterarmstellung;
- - Ermitteln einer zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers für diese zweite Ist-Fingerstellung; und
- - Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser zweiten Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers aufgenommen worden ist, vorzugsweise auf Basis des Bildes, auf dessen Basis auch die zweite Ist-Pose des ersten Fingers ermittelt wird;
- - Adjusting the second finger into at least one second actual finger position, in which the second finger has a changed position relative to the base of the gripper, in a further development together with the above-mentioned adjustment of the first finger and / or while maintaining the first actual robot arm position;
- - Determining a second target pose of the second finger for this second actual finger position; and
- - Determining a second actual pose of the second finger based on an image which was recorded in this second actual finger position of the second finger, preferably based on the image on the basis of which the second actual pose of the first finger is also determined;
Zusätzlich oder alternativ zur Verwendung von zwei oder mehr Ist-Fingerstellungen des bzw. der Finger, in einer bevorzugten Weiterbildung in bzw. bei (jeweils) derselben Roboterarmstellung, werden in einer Ausführung zum Kalibrieren zwei oder mehr Ist-Roboterarmstellungen verwendet bzw. genutzt.In addition or as an alternative to the use of two or more actual finger positions of the finger(s), in a preferred development in or at (each) the same robot arm position, two or more actual robot arm positions are used or used in one embodiment for calibration.
Entsprechend umfasst das Verfahren in einer Ausführung die Schritte:
- - Verstellen des Roboterarms in wenigstens eine zweite Ist-Roboterarmstellung;
- - Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Greifers bei dieser zweiten Ist-Roboterarmstellung; und
- - Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des ersten Fingers und in einer Weiterbildung auch einer zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis dieses Bildes;
- - Adjusting the robot arm into at least a second actual robot arm position;
- - Recording at least one image of the gripper in this second actual robot arm position; and
- - Determining a second actual pose of the first finger and, in a further development, also a second actual pose of the second finger based on this image;
Durch die Verwendung von zwei oder mehr Ist-Fingerstellungen des bzw. der Finger und die Verwendung von zwei oder mehr Ist-Roboterarmstellungen kann in einer Ausführung das Kalibrieren, insbesondere eine Präzision und/oder Zuverlässigkeit, verbessert werden.By using two or more actual finger positions of the finger(s) and the use of two or more actual robot arm positions, calibration, in particular precision and/or reliability, can be improved in one embodiment.
Dabei können vorteilhaft in einer Ausführung in bzw. bei einer oder mehreren Ist-Roboterarmstellungen (jeweils) zwei oder mehr Bilder mit unterschiedlichen Ist-Fingerstellungen des Fingers bzw. eines oder mehrerer der Finger aufgenommen, hieraus unterschiedliche Ist-Posen des Fingers bzw. eines oder mehrerer der Finger ermittelt und zusammen mit den zugehörigen Soll-Posen zum Kalibrieren verwendet werden. Da die Verstellung von Greiferfingern häufig rasch(er als die Verstellung des Roboterarms) durchgeführt werden kann und keine Verstellung des Roboterarms mit entsprechend oft größerem Arbeitsraumbedarf erfordert, kann hierdurch in einer Ausführung das Kalibrieren, insbesondere eine Präzision, Zuverlässigkeit, Durchführbarkeit, Sicherheit und/oder Geschwindigkeit, verbessert werden. Zudem kumulieren sich in einer Ausführung dabei Fehler in der Roboterarmstellung nicht.In one embodiment, two or more images with different actual finger positions of the finger or one or more of the fingers can be recorded in or at one or more actual robot arm positions (each), from which different actual poses of the finger or one or several of the fingers can be determined and used together with the associated target poses for calibration. Since the adjustment of gripper fingers can often be carried out quickly (more than the adjustment of the robot arm) and does not require an adjustment of the robot arm, which often requires a correspondingly larger working space, calibration, in particular precision, reliability, feasibility, safety and / or Speed, can be improved. In addition, errors in the robot arm position do not accumulate in one version.
Zusätzlich oder alternativ können vorteilhaft in einer Ausführung mit denselben oder unterschiedlichen Ist-Fingerstellung des Fingers bzw. eines oder mehrerer der Finger (jeweils) zwei oder mehr Bilder in bzw. bei unterschiedlichen Ist-Roboterarmstellungen aufgenommen, hieraus unterschiedliche Ist-Posen des Fingers bzw. eines oder mehrerer der Finger ermittelt und zusammen mit den zugehörigen Soll-Posen zum Kalibrieren verwendet werden, insbesondere in bzw. bei unterschiedlichen Ist-Roboterarmstellungen (jeweils) Bilder mit derselben Ist-Fingerstellung des Fingers bzw. denselben Ist-Fingerstellungen der Finger aufgenommen werden. Dadurch können in einer Ausführung besonders vorteilhafte Ist-Fingerstellungen, vorzugsweise große Verstellbereiche des Greifers, genutzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann durch (ein Verstellen des Roboterarms in) unterschiedliche Ist-Roboterarmstellung in einer Ausführung ein Blick der Aufnahmevorrichtung auf den Greifer verbessert, insbesondere teilweise Verdeckungen oder dergleichen wenigstens teilweise kompensiert werden. Zudem können dadurch Fehler infolge der Roboterarmstellungen berücksichtigt bzw. ausgemittelt werden.Additionally or alternatively, in an embodiment with the same or different actual finger position of the finger or one or more of the fingers (each) two or more images can be recorded in or at different actual robot arm positions, from which different actual poses of the finger or one or more of the fingers are determined and used together with the associated target poses for calibration, in particular in or at different actual robot arm positions (each) images are recorded with the same actual finger position of the finger or the same actual finger positions of the fingers. As a result, particularly advantageous actual finger positions, preferably large adjustment ranges of the gripper, can be used in one embodiment. Additionally or alternatively, by (adjusting the robot arm into) different actual robot arm positions in one embodiment, the view of the recording device onto the gripper can be improved, in particular partial obscurations or the like can be at least partially compensated for. In addition, errors resulting from the robot arm positions can be taken into account or averaged out.
Vorzugsweise können die beiden obigen Aspekte vorteilhaft kombiniert werden, indem in bzw. bei der ersten Ist-Roboterarmstellung Bilder mit der ersten und zweiten Ist-Fingerstellung des ersten und gegebenenfalls zweiten Fingers und in bzw. bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung Bilder mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ist-Fingerstellung des ersten und gegebenenfalls zweiten Fingers aufgenommen, hieraus jeweils Ist-Posen des bzw. der Finger ermittelt und zusammen mit den zugehörigen Soll-Posen zum Kalibrieren verwendet werden. Dabei kann eine der wenigstens zwei unterschiedlichen Ist-Fingerstellungen bei bzw. in der zweiten Ist-Roboterarmstellung die erste oder zweite Ist-Fingerstellung des jeweiligen Fingers bei bzw. in der ersten Ist-Roboterarmstellung sein, wodurch in einer Ausführung dieselbe Ist-Fingerstellung mehrfach verwendet und dadurch insbesondere Aufwand und/oder Fehler infolge einer Verstellung des jeweiligen Fingers reduziert werden können. Zusätzlich oder alternativ können in einer Ausführung in der ersten und zweiten Roboterarmstellung auch unterschiedliche Fingerstellungen verwendet werden, wodurch in einer Ausführung noch mehr unterschiedliche Konstellationen bei der Kalibrierung berücksichtigt werden können und diese, insbesondere ihre Präzision, Gültigkeit und/oder Zuverlässigkeit, dadurch weiter verbessert werden kann.Preferably, the two above aspects can be advantageously combined by creating images with the first and second actual finger positions of the first and possibly second fingers in or at the first actual robot arm position and images with at least two different ones in or at the second actual robot arm position Actual finger position of the first and, if applicable, second finger is recorded, actual poses of the finger or fingers are determined from this and used together with the associated target poses for calibration. One of the at least two different actual finger positions at or in the second actual robot arm position can be the first or second actual finger position of the respective finger at or in the first actual robot arm position, whereby the same actual finger position is used several times in one embodiment and thereby in particular effort and/or errors resulting from an adjustment of the respective finger can be reduced. Additionally or alternatively, in one embodiment, different finger positions can also be used in the first and second robot arm positions, whereby in one embodiment even more different constellations can be taken into account during the calibration and these, in particular their precision, validity and / or reliability, can thereby be further improved can.
Entsprechend umfasst das Verfahren in einer Ausführung die Schritte:
- - Verstellen des ersten Fingers und in einer Weiterbildung des zweiten Fingers (jeweils) in eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der erste bzw. zweite Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist, in bzw. bei der ersten Ist-Roboterarmstellung und/oder in bzw. bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung;
- - Ermitteln (je) einer zweiten Soll-Pose des ersten bzw. zweiten Fingers für diese zweite Ist-Fingerstellung und Ist-Roboterarmstellung;
- - Aufnehmen (je) wenigstens eines Bildes des Greifers bei der ersten Ist-Fingerstellung und bei der zweiten Ist-Fingerstellung des ersten und gegebenenfalls zweiten Fingers bei bzw. in der ersten und/oder zweiten Ist-Roboterarmstellung; und
- - Ermitteln (je) einer zweiten Ist-Pose des ersten und gegebenenfalls zweiten Fingers auf Basis des jeweiligen Bildes;
wobei die Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Posen und zweiten Soll-Posen des ersten und gegebenenfalls zweiten Fingers kalibriert wird.Accordingly, in one embodiment the method includes the steps:
- - Adjusting the first finger and, in a further development, the second finger (in each case) into a second actual finger position, in which the first or second finger has a changed position relative to the base of the gripper, in or at the first actual robot arm position and/or in or at the second actual robot arm position;
- - Determining (each) a second target pose of the first or second finger for this second actual finger position and actual robot arm position;
- - Recording (each) at least one image of the gripper in the first actual finger position and in the second actual finger position of the first and possibly second finger at or in the first and/or second actual robot arm position; and
- - Determining (each) a second actual pose of the first and possibly second finger based on the respective image;
wherein the control is calibrated on the basis of these determined second actual poses and second target poses of the first and, if applicable, second finger.
Zur kompakteren Darstellung werden vorliegend sowohl eine Pose eines Fingers für eine zweite Ist-Fingerstellung als auch eine Pose eines Fingers für eine zweite Ist-Roboterarmstellung jeweils als eine zweite Pose des Fingers bezeichnet. Entsprechend kann insbesondereFor a more compact representation, both a pose of a finger for a second actual finger position and a pose of a finger for a second actual robot arm position are each referred to as a second pose of the finger. Accordingly, in particular
- - eine Pose eines Fingers für eine Ist-Fingerstellung A bei einer Ist-Roboterarmstellung B eine zweite Pose dieses Fingers; sowie
- - eine Pose dieses Fingers für eine andere Ist-Fingerstellung A' bei derselben Ist-Roboterarmstellung B und/oder
- - eine Pose dieses Fingers für dieselbe Ist-Fingerstellung A bei einer anderen Ist-Roboterarmstellung B' und/oder
- - eine Pose dieses Fingers für eine andere Ist-Fingerstellung A' bei einer anderen Ist-Roboterarmstellung B'
jeweils eine weitere bzw. andere zweite Pose dieses Fingers im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnen bzw. mehrere zweite Posen desselben Fingers zum Kalibrieren verwendet werden. Werden entsprechend zwei hier beschriebene Aspekte, in denen jeweils auf eine zweite Pose eines Fingers Bezug genommen ist, miteinander kombiniert, so umfasst dies ausdrücklich
- - eine Kombination der Aspekte, in denen jeweils auf dieselbe zweite Pose des jeweiligen Fingers Bezug genommen ist, und
- - eine Kombination der Aspekte, wobei bei dem einen Aspekt auf eine zweite Pose und bei dem anderen Aspekt auf eine weitere bzw. andere zweite Pose des jeweiligen Fingers Bezug genommen ist.
- - a pose of a finger for an actual finger position A with an actual robot arm position B, a second pose of this finger; as well as
- - a pose of this finger for a different actual finger position A' with the same actual robot arm position B and/or
- - a pose of this finger for the same actual finger position A with a different actual robot arm position B' and/or
- - a pose of this finger for a different actual finger position A' with a different actual robot arm position B'
each designate a further or different second pose of this finger in the sense of the present invention or several second poses of the same finger are used for calibration. If two aspects described here, each of which refers to a second pose of a finger, are combined with one another, this expressly includes
- - a combination of the aspects in which reference is made to the same second pose of the respective finger, and
- - a combination of the aspects, with one aspect referring to a second pose and the other aspect referring to a further or different second pose of the respective finger.
Mit anderen Worten können bei einer Kombination von zwei hier beschriebenen Aspekten in einer Ausführung eine zweite Pose des einen Aspekts und eine zweite Pose des anderen Aspekts ein- und dieselbe Pose sein (insbesondere kann eine zweite Pose des ersten Fingers eine Pose des ersten Fingers bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung und der zweiten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers sein), oder eine zweite Pose des einen Aspekts und eine zweite Pose des anderen Aspekts verschiedene Posen sein (insbesondere kann eine zweite Pose des ersten Fingers eine Pose des ersten Fingers bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung und der ersten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers und eine weitere bzw. andere zweite Pose des ersten Fingers eine Pose des ersten Fingers bei der ersten Ist-Roboterarmstellung und der zweiten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers sein).In other words, in a combination of two aspects described here in one embodiment, a second pose of one aspect and a second pose of the other aspect can be one and the same pose (in particular, a second pose of the first finger can be a pose of the first finger in the second actual robot arm position and the second actual finger position of the first finger), or a second pose of one aspect and a second pose of the other aspect can be different poses (in particular, a second pose of the first finger can be a pose of the first finger in the second Actual robot arm position and the first actual finger position of the first finger and a further or different second pose of the first finger can be a pose of the first finger at the first actual robot arm position and the second actual finger position of the first finger).
Das Kalibrieren der Steuerung umfasst in einer Ausführung ein Ermitteln, in einer Weiterbildung ein Parametrieren und/oder Abspeichern, einer Abbildung zwischen Ist-Posen und Soll-Posen des ersten Fingers und/oder einer Abbildung zwischen Ist-Posen und Soll-Posen des zweiten Fingers des Greifers, in einer Weiterbildung eine Zuordnung von Soll-Posen des entsprechenden Fingers zu(m Anfahren) gewünschter Ziel-Posen und/oder eine Zuordnung von Ist-Posen des entsprechenden Fingers zu, insbesondere kommandierten oder erfassten, Soll-Posen. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Kalibrieren der Steuerung in einer Ausführung ein Ermitteln, in einer Weiterbildung ein Parametrieren und/oder Abspeichern, einer Korrektur zwischen Ist-Posen und Soll-Posen des ersten Fingers und/oder einer Korrektur zwischen Ist-Posen und Soll-Posen des zweiten Fingers des Greifers, in einer Weiterbildung eine Korrektur von Soll-Posen des entsprechenden Fingers zum Anfahren gewünschter Ziel-Posen und/oder eine Korrektur von Ist-Posen des entsprechenden Fingers für, insbesondere kommandierte oder erfasste, Soll-Posen. Die Abbildung bzw. Korrektur kann in einer Weiterbildung für unterschiedliche Roboterarm- und/oder Fingerstellungen unterschiedlich sein, wodurch in einer Ausführung die Präzision erhöht werden kann. Gleichermaßen kann die Abbildung bzw. Korrektur auch einen konstanten Offset aufweisen, der vorteilhaft durch Mittelung oder dergleichen ermittelt werden kann.Calibrating the control includes, in one embodiment, determining, in a further development parameterizing and/or storing, an image between actual poses and target poses of the first finger and/or an image between actual poses and target poses of the second finger of the gripper, in a further development an assignment of target poses of the corresponding finger to (approaching) desired target poses and / or an assignment of actual poses of the corresponding finger to, in particular commanded or detected, target poses. Additionally or alternatively, calibrating the control in one embodiment includes determining, in a further development parameterizing and/or storing, a correction between actual poses and target poses of the first finger and/or a correction between actual poses and target poses of the second finger of the gripper, in a further development a correction of target poses of the corresponding finger for approaching desired target poses and / or a correction of actual poses of the corresponding finger for, in particular commanded or detected, target poses. In a further development, the mapping or correction can be different for different robot arm and/or finger positions, whereby the precision can be increased in one embodiment. Equally, the mapping or correction can also have a constant offset, which can advantageously be determined by averaging or the like.
Umfasst beispielsweise ein Kinematikmodell des Greifers eine Zuordnung x(a) = k·a + x0 mit dem Verstellweg a eines Fingers relativ zur Greiferbasis und einer Position x seiner Fingerspitze relativ zur Greiferbasis in Verstellrichtung, so können zum Beispiel verschiedene kommandierte oder erfasste Verstellwege a1, a2 oder zugehörige Positionen x1 = k·a1 + x0, x2 = k·a2 + x0, erste bzw. zweite Soll-Posen im Sinne der vorliegenden Erfindung sein. Entsprechend kann ein Kalibrieren ein Ermitteln der Parameter k, x0 derart, dass für eine erste Ist-Roboterarmstellung und Verstellwege a1, a2 ermittelte Positionen x11, x21 und für eine zweite Ist-Roboterarmstellung und Verstellwege a1, a3 ermittelte Positionen x12, x32 die Abweichung |x11 - k·a1 + x0| + |x21 - k·a2 + x0| + |x12 - k·a1 + x0| + |x32 - k·a3 + x0| minimal wird, umfassen. Gleichermaßen kann ein konstanter Offset xkorr ermittelt werden, der das Kinematikmodell entsprechend korrigiert, zum Beispiel x = k·a + x0 + xkorr oder dergleichen. Diese einfachen Beispiele dienen nur der Illustration, dem Fachmann ist klar, dass auch komplexere Abbildungen bzw. Korrekturen möglich sind, in einer besonders bevorzugten Ausführung unterschiedliche Abbildungen bzw. Korrekturen für verschiedene Fingerstellungen und/oder Roboterarmstellungen.For example, if a kinematics model of the gripper includes an assignment x(a) = k a + x 0 with the adjustment path a of a finger relative to the gripper base and a position x of its fingertip relative to the gripper base in the adjustment direction, then, for example, different commanded or detected adjustment paths a 1 , a 2 or associated positions x 1 = k a 1 + x 0 , x 2 = k a 2 + x 0 , first or second target poses in the sense of the present invention. Correspondingly, calibration can involve determining the parameters k , x 0 in such a way that positions x 11 , Positions x 12 , x 32 the deviation |x 11 - k a 1 + x 0 | + |x 21 - k a 2 + x 0 | + |x 12 - k a 1 + x 0 | + |x 32 - k a 3 + x 0 | minimal will include. Likewise, a constant offset x korr can be determined, which corrects the kinematics model accordingly, for example x = k a + x 0 + x korr or the like. These simple examples are for illustration purposes only; it will be clear to those skilled in the art that more complex illustrations or Correct ures are possible, in a particularly preferred embodiment different images or corrections for different finger positions and / or robot arm positions.
In einer Ausführung erfolgt ein Ermitteln einer ersten und/oder zweiten Ist-Pose des ersten und/oder zweiten Fingers (jeweils) auf Basis eines theoretischen, vorzugsweise kinematischen, Modells des Greifers und/oder auf Basis einer Objekterkennung , . Die Aufnahmevorrichtung umfasst besonders bevorzugt eine Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen von digitalen und/oder dreidimensionalen Bildern, kann insbesondere wenigstens eine 3D-Kamera und/oder wenigstens zwei räumlich voneinander beabstandete Kameras und/oder wenigstens einen Scannner, vorzugsweise zum dreidimensionalen Scannen, aufweisen. In einer Ausführung weist ein hier genanntens Bild (jeweils) eine Punktewolke, vorzugsweise eine dreidimensionale Punktewolke, auf, kann insbesondere eine solche sein bzw. aus einer solchen bestehen. Entsprechend wird insbesondere eine mithilfe einer Aufnahmevorrichtung aufgenommene dreidimensionale Punktewolke als (mithilfe der Aufnahmevorrichtung aufgenommenes) Bild bezeichnet, welches allgemein in einer Ausführung ein dreidimensionales Bild ist.In one embodiment, a first and/or second actual pose of the first and/or second finger (each) is determined based on a theoretical, preferably kinematic, model of the gripper and/or based on object recognition. The recording device particularly preferably comprises a recording device for recording digital and/or three-dimensional images, and can in particular have at least one 3D camera and/or at least two spatially spaced cameras and/or at least one scanner, preferably for three-dimensional scanning. In one embodiment, an image mentioned here (each) has a point cloud, preferably a three-dimensional point cloud, and can in particular be one or consist of one. Accordingly, in particular, a three-dimensional point cloud recorded using a recording device is referred to as an image (recorded using the recording device), which is generally a three-dimensional image in one embodiment.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Kalibrieren der Steuerung zum Steuern des Roboterarms und/oder des von dem Roboterarm geführten Greifers, in einer Weiterbildung ein System zum Steuern des Roboterarms und/oder Greifers, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
- - einen bzw. den Roboterarm und einen bzw. den von dem Roboterarm geführten Greifer;
- - eine bzw. die Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen eines ersten Bildes des robotergeführten Greifers bei einer ersten Ist-Roboterarmstellung des Roboterarms und einer ersten Ist-Fingerstellung eines ersten Fingers des Greifers relativ zu einer Basis des Greifers; und
- - eine bzw. die Steuerung zum Steuern des Roboterarms und/oder Greifers, die ihrerseits aufweist:
- - Mittel zum Ermitteln einer ersten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses ersten Bildes;
- - Mitteln zum Ermitteln einer ersten Soll-Pose des ersten Fingers für diese erste Ist-Fingerstellung und diese erste Ist-Roboterarmstellung; und
- - Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermitteln ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des ersten Fingers.
- - one or the robot arm and one or the gripper guided by the robot arm;
- - a or the recording device for recording a first image of the robot-guided gripper at a first actual robot arm position of the robot arm and a first actual finger position of a first finger of the gripper relative to a base of the gripper; and
- - a control for controlling the robot arm and/or gripper, which in turn has:
- - Means for determining a first actual pose of the first finger based on this first image;
- - Means for determining a first target pose of the first finger for this first actual finger position and this first actual robot arm position; and
- - Means for calibrating the control based on this determine the first actual pose and the first target pose of the first finger.
Die Steuerung kann dabei verteilt sein bzw. verteilte Mittel aufweisen, insbesondere kann sie in einer Ausführung ein Modul zum Steuern des Roboterarms und/oder Greifers und ein eigenes Modul zum Kalibrieren dieses Moduls zum Steuern aufweisen.The control can be distributed or have distributed means, in particular in one embodiment it can have a module for controlling the robot arm and / or gripper and its own module for calibrating this module for control.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf:
- - Mitteln zum Verstellen des ersten Fingers in eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der erste Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist;
- - Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Soll-Pose des ersten Fingers für diese zweite Ist-Fingerstellung;
- - Mitteln zum Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Greifers bei dieser zweiten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers; und
- - Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses Bildes; und
- - Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose und zweiten Soll-Pose des ersten Fingers.
- - means for adjusting the first finger into a second actual finger position, in which the first finger has a changed position relative to the base of the gripper;
- - Means for determining a second target pose of the first finger for this second actual finger position;
- - Means for recording at least one image of the gripper in this second actual finger position of the first finger; and
- - Means for determining a second actual pose of the first finger based on this image; and
- - Means for calibrating the control based on this determined second actual pose and second target pose of the first finger.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf:
- - Mitteln zum Ermitteln einer ersten Soll-Pose wenigstens eines zweiten Fingers des Greifers für eine erste Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers relativ zu der Basis des Greifers;
- - Mitteln zum Ermitteln einer ersten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser ersten Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers aufgenommen worden ist; und
- - Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermitteln ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des zweiten Fingers.
- - Means for determining a first target pose of at least a second finger of the gripper for a first actual finger position of the second finger relative to the base of the gripper;
- - Means for determining a first actual pose of the second finger based on an image which was recorded with this first actual finger position of the second finger; and
- - Means for calibrating the control based on this determine the first actual pose and the first target pose of the second finger.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf:
- - Mitteln zum Verstellen des zweiten Fingers in wenigstens eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der zweite Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist;
- - Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers für diese zweite Ist-Fingerstellung;
- - Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser zweiten Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers aufgenommen worden ist; und
- - Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose und zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers.
- - Means for adjusting the second finger into at least one second actual finger position, in which the second finger has a changed position relative to the base of the gripper;
- - Means for determining a second target pose of the second finger for this second actual finger position;
- - Means for determining a second actual pose of the second finger based on an image which was recorded at this second actual finger position of the second finger; and
- - Means for calibrating the control based on this determined second actual pose and second target pose of the second finger.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf:
- - Mitteln zum Verstellen des Roboterarms in wenigstens eine zweite Ist-Roboterarmstellung;
- - Mitteln zum Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Greifers bei dieser zweiten Ist-Roboterarmstellung;
- - Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses Bildes; und
- - Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose des ersten Fingers und einer für diese zweite Ist-Roboterarmstellung und zweite Ist-Pose des ersten Fingers ermittelten zweiten Soll-Pose des ersten Fingers.
- - Means for adjusting the robot arm into at least one second actual robot arm position;
- - Means for recording at least one image of the gripper in this second actual robot arm position;
- - Means for determining a second actual pose of the first finger based on this image; and
- - Means for calibrating the control based on this determined second actual pose of the first finger and a second target pose of the first finger determined for this second actual robot arm position and second actual pose of the first finger.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf:
- - Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis des Bildes, das bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung aufgenommen worden ist; und
- - Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers und einer für diese zweite Ist-Roboterarmstellung und zweite Ist-Pose des zweiten Fingers ermittelten zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers.
- - Means for determining a second actual pose of the second finger based on the image taken at the second actual robot arm position; and
- - Means for calibrating the control based on this determined second actual pose of the second finger and a second target pose of the second finger determined for this second actual robot arm position and second actual pose of the second finger.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf: Mittel zum Ermitteln, insbesondere Parametrieren und/oder Abspeichern, einer Abbildung und/oder Korrektur zwischen Ist-Posen und Soll-Posen weniges eines Fingers des Greifers zum Kalibrieren der Steuerung.In one embodiment, the system or its control or its means has: means for determining, in particular parameterizing and/or storing, an image and/or correction between actual poses and target poses of a finger of the gripper for calibrating the control .
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf: Mittel zum Ermitteln einer Ist-Pose eines Fingers auf Basis eines Bildes auf Basis einer Bildverarbeitung dieses Bildes und/oder eines theoretischen Modells des Greifers, insbesondere auf Basis einer Objekterkennung.In one embodiment, the system or its control or its means has: means for determining an actual pose of a finger based on an image based on image processing of this image and / or a theoretical model of the gripper, in particular based on object recognition.
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 Steuerung kalibrieren bzw. den Roboterarm mit dem von dem Roboterarm geführten Greifer betreiben kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere computerlesbares und/oder nicht-flüchtiges, 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.A system and/or a means in the sense of the present invention can be designed in terms of hardware and/or software technology, in particular at least one processing unit, in particular a microprocessor unit, preferably connected to a memory and/or bus system with data or signals, in particular a digital processing unit ( CPU), graphics card (GPU) or the like, and/or one or more programs or program modules. The processing unit can be designed to process commands that are implemented as a program stored in a memory system, to detect input signals from a data bus and/or to deliver output signals to a data bus. A storage system can have one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid-state and/or other non-volatile media. The program can be designed in such a way that it embodies or is able to carry out the methods described here, so that the processing unit can carry out the steps of such methods and thus in particular can calibrate the control or operate the robot arm with the gripper guided by the robot arm. In one embodiment, a computer program product can have, in particular, a storage medium, in particular a computer-readable and/or non-transitory storage medium, for storing a program or instructions or with a program or with instructions stored thereon. In one embodiment, executing this program or these instructions by a system or a controller, in particular a computer or an arrangement of several computers, causes the system or the controller, in particular the computer or computers, to perform a method described here or to carry out one or more of its steps, or the program or the instructions are set up for this purpose.
In einer Ausführung sind ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise computerimplementiert bzw. werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.In one embodiment, one or more, in particular all, steps of the method are completely or partially implemented by computer or one or more, in particular all, steps of the method are carried out completely or partially automatically, in particular by the system or its means.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
-
1 : ein System zum Kalibrieren einer Steuerung zum Steuern eines Roboterarms und eines von dem Roboterarm geführten Greifers nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und -
2 : ein Verfahren zum Kalibrieren der Steuerung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
1 : a system for calibrating a controller for controlling a robot arm and a gripper guided by the robot arm according to an embodiment of the present invention; and -
2 : a method for calibrating the controller according to an embodiment of the present invention.
Der Roboterarm 10 weist eine Roboterbasis 11, sechs Drehgelenke, deren Stellungen mit q1,...,q6 angedeutet sind, und einen Endflansch 12 auf, an dem eine Basis 20 des Greifers befestigt ist, an der translatorisch verstellbar ein erster Finger 21 und ein zweiter Finger 22 des Greifers angeordnet sind, deren Verstellung zum Öffnen bzw. Schließen des Greifers durch Bewegungsdoppelpfeile angedeutet ist.The
Die Steuerung 3 kommuniziert mit dem Roboterarm 10 und Greifer, insbesondere deren Antrieben (nicht dargestellt), und einer 3D-Aufnahmevorrichtung 4.The
In einem ersten Schritt S10 (vgl.
In einem Schritt S20 wird mithilfe der 3D-Aufnahmevorrichtung 4 ein erstes Bild des robotergeführten Greifers bei dieser ersten Ist-Roboterarmstellung des Roboterarms und dieser ersten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers 21 und zweiten Fingers 22 aufgenommen.In a step S20, a first image of the robot-guided gripper is recorded using the
In einem Schritt S30 werden auf Basis dieses ersten Bildes eine erste Ist-Pose des ersten Fingers 21 sowie eine erste Ist-Pose des zweiten Fingers 22 jeweils relativ zur Greiferbasis 20 ermittelt. Exemplarisch ist die erste Ist-Pose y21 des ersten Fingers 21 relativ zur Greiferbasis 20 durch einen Pfeil symbolisiert, der eine Position der Fingerspitze 21A in einem greiferbasisfesten Koordinatensystem K20 andeutet. Diese Ermittlung erfolgt in an sich bekannter und daher hier nicht näher erläuterter Weise, beispielsweise indem in einer mithilfe der 3D-Aufnahmevorrichtung aufgenommenen Punktewolke Kanten bzw. Ecken der Finger 21, 22 und der Greiferbasis erkannt werden, vorteilhafterweise auf Basis eines CAD-Modells des Greifers.In a step S30, a first actual pose of the
In einem Schritt S40 werden eine erste Soll-Pose des ersten Fingers sowie eine erste Soll-Pose des zweiten Fingers 22 für diese ersten Ist-Fingerstellungen und diese erste Ist-Roboterarmstellung ermittelt, wie sie sich aus den kommandierten bzw. angefahrenen, in einer Ausführung sensorisch erfassten, Ist-Fingerstellungen des ersten Fingers 21 und zweiten Fingers 22 jeweils relativ zur Greiferbasis 20 und einem entsprechenden Kinematikmodell des Greifers ergibt. Wiederum exemplarisch ist die erste Soll-Pose x21 des ersten Fingers 21 relativ zur Greiferbasis 20 durch einen Pfeil symbolisiert. Gestrichelt ist dabei die Konfiguration 21' des ersten Fingers 21 entsprechend dem Kinematikmodell angedeutet. Man erkennt, dass die Ist-Pose y21 von der Soll-Pose x21 abweicht, so dass die Fingerspitze 21A nicht die gewünschte Pose aufweist, die durch Anfahren bzw. Kommandieren der entsprechenden Roboterarm- und Fingerstellungen angefahren werden soll.In a step S40, a first target pose of the first finger and a first target pose of the
Entsprechend kann auf Basis der (Abweichung zwischen) Ist-Pose y21 und Soll-Pose x21 eine Korrektur bzw. Abbildung y21 = y21 (x21) bzw. x21 = x21 (y21) ermittelt werden, die diese Abweichung reduziert, vorzugsweise minimiert. Anhand des Ausführungsbeispiels wird deutlich, dass die Soll-Pose beispielsweise auch nur ein(e) eindimensionale(r) Position bzw. Verstellweg des Fingers relativ zur Greiferbasis 20 in dessen Verstellrichtung sein kann, wobei dann jeder solchen Position jeweils beispielsweise die dadurch realisierte dreidimensionale Ist-Position der Fingerspitze bzw. umgekehrt jeder dreidimensionale Ist-Position der Fingerspitze eine entsprechende eindimensionale Position des Fingers relativ zur Greiferbasis 20 zugeordnet werden kann, um diese anzufahren.Accordingly, based on the (deviation between) actual pose y 21 and target pose x 21 , a correction or image y 21 = y 21 (x 21 ) or x 21 = x 21 (y 21 ) can be determined, which corresponds to this Deviation reduced, preferably minimized. Based on the exemplary embodiment, it becomes clear that the target pose can, for example, only be a one-dimensional position or adjustment path of the finger relative to the
Die Ermittlung der ersten Soll-Posen bzw. Schritt S40 kann auch vor oder während dem Verstellen des Roboterarms 10 (Schritt S10), Aufnehmen des Bildes (Schritt S20) oder Ermitteln der Ist-Posen (Schritt S30) erfolgen.The determination of the first target poses or step S40 can also take place before or during the adjustment of the robot arm 10 (step S10), recording the image (step S20) or determining the actual poses (step S30).
In einem Schritt S50 werden in der ersten Ist-Roboterarmstellung, d. h. (noch) ohne Verstellen des Roboterarms 10, der erste Finger 21 und der zweite Finger 22 jeweils in eine zweite Ist-Fingerstellung verstellt und in vorstehend mit Bezug auf die Schritte S20-S40 erläuterter Weise ein Bild des robotergeführten Greifers bei der ersten Ist-Roboterarmstellung und mit den zweiten Ist-Fingerstellungen aufgenommen, hieraus die jeweilige (zweite) Ist-Pose des ersten bzw. zweiten Fingers ermittelt sowie aus den kommandierten bzw. angefahrenen, in einer Ausführung sensorisch erfassten, Ist-Fingerstellungen die entsprechenden (zweiten) Soll-Posen des ersten und zweiten Fingers ermittelt.In a step S50, in the first actual robot arm position, i.e. H. (still) without adjusting the
Dann wird in einem Schritt S60 der Roboterarm 10 in eine zweite Ist-Roboterarmstellung verstellt, d. h. eine oder mehrere der Gelenkstellungen q1,...,q6 verändert, und in vorstehend mit Bezug auf die Schritte S20-S40 bzw. S50 erläuterter Weise ein Bild des robotergeführten Greifers bei dieser zweiten Ist-Roboterarmstellung und mit den zweiten Ist-Fingerstellungen aufgenommen und hieraus jeweils eine (weitere zweite) Ist-Pose des ersten bzw. zweiten Fingers ermittelt. Da, wie vorstehend erläutert, die Ist-Posen jeweils relativ zur Greiferbasis 20 ermittelt werden, ändern sich dabei vorteilhaft die zugehörigen Soll-Posen nicht, so dass deren Ermitteln bereits in Schritt S50 erfolgte bzw. die dabei ermittelten Soll-Posen auch als Soll-Posen für die zweite Ist-Roboterarmstellung und zweiten Ist-Fingerstellungen übernommen und dadurch ermittelt werden können.Then, in a step S60, the
Dann werden in einem Schritt S70 in der zweiten Ist-Roboterarmstellung, d. h. ohne Verstellen des Roboterarms 10, der erste Finger 21 und der zweite Finger 22 jeweils in die oben erläuterte erste oder eine andere Ist-Fingerstellung verstellt und in vorstehend mit Bezug auf die Schritte S20-S40, S50 bzw. S60 erläuterter Weise ein Bild des robotergeführten Greifers bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung und mit diesen ersten bzw. anderen Ist-Fingerstellungen aufgenommen, hieraus jeweils eine (andere zweite) Ist-Pose des ersten bzw. zweiten Fingers ermittelt sowie aus den kommandierten bzw. angefahrenen, in einer Ausführung sensorisch erfassten, Ist-Fingerstellungen die entsprechenden (zweiten) Soll-Posen des ersten und zweiten Fingers ermittelt.Then in a step S70 in the second actual robot arm position, ie without adjusting the
In einem Schritt S80 wird die Steuerung 3 auf Basis dieser für die verschiedenen Roboterarm- und Fingerstellung ermittelten Ist- und Soll-Posen der beiden Finger 21, 22 kalibriert. In einem sehr einfachen Beispiel wird ein Offset zwischen der eindimensionalen Position des jeweiligen Fingers relativ zur Greiferbasis 20 in dessen Verstellrichtung und der entsprechenden Position seiner Fingerspitze derart parametriert, dass die betragsmäßige Abweichung zwischen Soll- und Ist-Posen im Mittel minimal wird. Dem Fachmann ist klar, dass vorteilhaft auch komplexere Abbildungen ermittelt werden können, die jeweils kommandierten Positionen der Finger entsprechende tatsächliche Fingerspitzenposen zuordnen (Vorwärtskinematik bzw. -transformation) bzw. umgekehrt gewünschten Fingerspitzenposen zu kommandierende Fingerpositionen zuordnen (Rückwärtskinematik bzw. -transformation).In a step S80, the
In einem Schritt S90 werden der Roboterarm 10 und der von dem Roboterarm geführte Greifer mithilfe der in Schritt S80 kalibrierten Steuerung gesteuert.In a step S90, the
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.Although exemplary embodiments have been explained in the preceding description, it should be noted that a variety of modifications are possible.
So können in der ersten und/oder zweiten Ist-Roboterarmstellung noch ein oder mehrere weitere Fingerstellungen und/oder zusätzlich eine oder mehrere weitere Ist-Roboterarmstellungen mit je einer oder mehreren Ist-Fingerstellungen angefahren, aus entsprechenden Bildern entsprechende zusätzliche Ist-Posen des bzw. der Finger ermittelt und beim Kalibrieren berücksichtigt bzw. verwendet werden. Durch die Nutzung von zwei oder mehr Ist-Roboterarmstellungen und die Nutzung von zwei oder mehr Ist-Fingerstellungen kann vorteilhaft eine breite(re) Datenbasis zum Kalibrieren verwendet und dadurch eine Präzision, Gültigkeit und/oder Zuverlässigkeit verbessert werden. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.In the first and/or second actual robot arm position, one or more further finger positions and/or additionally one or more further actual robot arm positions can be approached, each with one or more actual finger positions, and corresponding additional actual poses of the or the finger is determined and taken into account or used during calibration. By using two or more actual robot arm positions and the use of two or more actual finger positions, a broader database can advantageously be used for calibration and precision, validity and/or reliability can thereby be improved. It should also be noted that the exemplary statements are merely examples and are not intended to limit the scope of protection, applications and structure in any way. Rather, the preceding description provides the person skilled in the art with a guideline for the implementation of at least one exemplary embodiment, whereby various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, can be made without leaving the scope of protection, as it appears the claims and combinations of features equivalent to them.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 33
- Steuerungsteering
- 44
- AufnahmevorrichtungRecording device
- 1010
- RoboterarmRobot arm
- 1111
- RoboterarmbasisRobot arm base
- 1212
- RoboterarmendflanschRobot arm end flange
- 2020
- GreiferbasisGripper base
- 2121
- erster Fingerfirst finger
- 21'21'
- Konfiguration des ersten FingersFirst finger configuration
- 21A21A
- Fingerspitzefingertip
- 2222
- zweiter Fingersecond finger
- q1 - q6q1 - q6
- RoboterarmgelenkstellungRobot arm joint position
- x21x21
- Soll-PoseTarget pose
- y21y21
- Ist-PoseActual pose
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