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Technisches Gebiet:
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Die Erfindung betrifft Verfahren
zur Bestimmung der relativen winkelmäßigen Orientierung einer Roboter-Verfahrachse
gegenüber
einem ersten Roboter-Koordinatensystem,
welches auf einen zwischen zwei voneinander beabstandeten Standorten entlang
der Roboter-Verfahrachse translatorisch verfahrbaren Roboter dann
bezogen ist, wenn dieser sich an einem ersten Standort befindet,
und welches in ein zweites Roboter-Koordinatensystem übergeht, wenn
sich der Roboter am zweiten Standort befindet, gemäß den Oberbegriffen
von Anspruch 1 und 2.
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Stand der Technik:
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Viele in der Industrie eingesetzte
Roboter sind entlang einer Verfahrachse eindimensional verfahrbar,
um z.B. voneinander entfernte Stellen eines größeren Werkstücks wie
etwa einer Kfz-Rohkarosserie erreichen zu können. Die Verfahrachse kann z.B.
eine Schiene sein, auf welcher der Roboter über eine gewisse Strecke hinweg
hin- und herfahren kann. Derartige Roboter besitzen einen Arm, welcher zur
Ausführung
einer bestimmten Arbeit an einen bestimmten Zielpunkt des Werkstücks gesteuert
werden kann. Hierzu fährt
der Roboter zunächst
einen bestimmten, in der Nähe
des Zielpunktes gelegenen Standort entlang der Verfahrachse an und
verharrt dort. Von diesem Standort aus steuert der Roboter dann
mit seinem den Arm den Zielpunkt an. Hierzu müssen dem Roboter die auf ihn
bezogenen Koordinaten des Zielpunktes bekannt sein, d.h. die Koordinaten
beziehen sich auf ein Roboter-Koordinatensystem, welches bei Verfahren
des Roboters entlang der Schiene mit demselben mitbewegt wird.
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Um eine hohe Positionierungsgenauigkeit des
Armes erreichen zu können,
muß die
relative Orientierung der Verfahrachse gegenüber dem Roboter-Koordinatensystem
bekannt sein.
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Eine herkömmliche Methode, diese relative Orientierung
zu bestimmen, besteht darin, mit dem Arm einen Zielpunkt anzusteuern,
welcher so gewählt
ist, daß der Arm
bei Erreichen dieses Zielpunktes möglichst parallel zur Richtung
der Verfahrachse ausgerichtet ist, und davon auszugehen, daß in diesem
Fall die Orientierung des Armes und der Verfahrachse identisch sind.
Die Orientierung der Verfahrachse, bezogen auf das Roboter-Koordinatensystem,
folgt dann aus den Koordinaten des Zielpunktes. Die Parallelität von Roboterarm
und Verfahrachse wird dabei per Augenmaß oder durch optische Peilung
festgestellt. Nachteilig bei dieser Methode ist, daß nur eine
geringe Genauigkeit erreicht wird, was relativ große Positionierungsfehler
bei der Arbeit am Werkstück
nach sich zieht. Ein weiterer Nachteil dieser Methode besteht darin,
daß nur
ein relativ kurzer Abschnitt der Verfahrachse erfaßt wird.
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Eine andere Methode besteht darin,
den Roboter zunächst
an einem bestimmten Standort entlang der Verfahrachse zu positionieren
und den Arm von dort aus eine bestimmte ortsfeste Zielmarke, z.B. eine
auf dem Boden aufgemalte Markierung, ansteuern zu lassen. Wenn der
Arm diese Zielmarke erreicht hat, entsprechen die Koordinaten, mit
welchen der Arm angesteuert wird, der Position der Zielmarke vom
Standort des Roboters aus gesehen, d.h. die diesem Standort entsprechende
Position der Zielmarke ist dann im Roboter-Koordinatensystem bekannt.
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Anschließend wird der Roboter an einen
anderen Standort entlang der Verfahrachse verfahren. Die Zielmarke
nimmt von diesem neuen Standort aus gesehen eine andere Position
im Roboter-Koordinatensystem ein. Wiederum wird die Zielmarke mit
dem Arm angesteuert. Wenn der Arm die Zielmarke erreicht hat, ist
auch ihre dem neuen Standort entsprechende Position im Roboter-Koordinatensystem
bekannt.
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Aus den so nacheinander in Abhängigkeit vom
Standort ermittelten Positionen der Zielmarke im Roboter-Koordinatensystem
einerseits und dem Verfahrweg zwischen dem alten und dem neuen Standort
andererseits läßt sich
die relative Orientierung zwischen Roboter-Koordinatensystem und
Verfahrachse bestimmen. Nachteilig hierbei ist, daß der Abstand
zwischen den beiden Standorten das Doppelte der Reichweite des Arms
nicht übersteigen
darf, wodurch der Genauigkeit der Methode enge Grenzen gesetzt sind,
sowie der mit dieser Methode verbundene relativ hohe Zeitaufwand.
Des weiteren wird mit dieser Methode ebenfalls nur ein begrenzter
Abschnitt der Verfahrachse erfaßt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zu Grunde, Verfahren anzugeben, welches eine Bestimmung der relativen
Orientierung einer Roboter-Verfahrachse gegenüber dem Roboter-Koordinatensystem
mit einer gegenüber
herkömmlichen
Verfahren wesentlich erhöhten
Genauigkeit und geringerem Zeitaufwand erlaubt.
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Offenbarung der Erfindung
und ihrer Vorteile:
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Bestimmung der relativen winkelmäßigen Orientierung
einer Roboter-Verfahrachse
gegenüber
einem ersten Roboter-Koordinatensystem, welches auf einen zwischen
zwei voneinander beabstandeten Standorten entlang der Roboter-Verfahrachse translatorisch
verfahrbaren Roboter dann bezogen ist, wenn dieser sich an einem
ersten Standort befindet, und welches in ein zweites Roboter-Koordinatensystem übergeht,
wenn sich der Roboter am zweiten Standort befindet, dadurch gekennzeichnet,
daß auf
ein außerhalb
des Roboters angeordnetes Koordinaten-Meßgerät ein vom Roboter unabhängiges,
ortsfestes Welt-Koordinatensystem bezogen ist, gegenüber welchem
das erste bzw. zweite Roboter-Koordinatensystem winkelmäßig eine
erste bzw. zweite Relativorientierung und lateral eine erste bzw.
zweite Relativposition aufweist, wobei
- a) dem
ersten Standort mindestens drei voneinander beabstandete erste Aufpunkte
zugeordnet werden, deren Koordinaten im ersten Roboter-Koordinatensystem
vorgegeben sind oder gemessen werden,
- b) die Positionen der ersten Aufpunkte mittels des Koordinaten-Meßgerätes bezüglich des
Welt-Koordinatensystems gemessen werden und aus den so erhaltenen
Meßergebnissen
die erste Relativorientierung und die erste Relativposition bestimmt
werden,
- c) dem zweiten Standort mindestens ein zweiter Aufpunkt zugeordnet
wird, dessen Koordinaten in dem zweiten Roboter-Koordinatensystem
vorgegeben sind oder gemessen werden,
- d) die Position des zweiten Aufpunktes bzw. der zweiten Aufpunkte
mittels des Koordinaten-Meßgerätes bezüglich des
Welt-Koordinatensystems gemessen wird und mit Hilfe der so erhaltenen Meßergebnisse
die zweite Relativposition bestimmt wird,
- e) die Orientierung der Verfahrachse im Welt-Koordinatensystem
aus dem Vergleich ersten und der zweiten Relativposition bestimmt
wird, und
- f) aus der so erhaltenen Orientierung der Verfahrachse im Welt-Koordinatensystem
sowie der ersten Relativorientierung die relative Orientierung der
Verfahrachse gegenüber
dem ersten Roboter-Koordinatensystem
bestimmt wird.
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Auf den Roboter ist ein Roboter-Koordinatensystem
bezogen, welches mit diesem mitbewegt wird und in das erste bzw.
zweite Roboter-Koordinatensystem übergeht, wenn der Roboter sich
am ersten bzw. zweiten Standort befindet. Das erste und das zweite
Roboter-Koordinatensystem weisen im Regelfall unterschiedliche Orientierungen
auf, so daß die
erste und die zweite Relativorientierung verschieden sind. Falls
die Verfahrachse jedoch in guter Näherung geradlinig und verwindungsfrei
ist, können erste
und die zweite Relativorientierung näherungsweise miteinander identisch
sein, so daß das
erste und das zweite Roboter-Koordinatensystem im wesentlichen lediglich
gegeneinander lateral verschoben, nicht jedoch gegeneinander verdreht
sind.
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In der Regel weist der Roboter einen
dreidimensional verfahrbaren Arm auf, so daß der Arm innerhalb eines bestimmten
Aktionsradius beliebige Zielpunkte im Raum anfahren kann, wobei
die Koordinaten des angefahrenen Zielpunktes im Roboter-Koordinatensystem
bekannt bzw. auslesbar sind. Die Spitze des Armes kann mit einer
Markierung versehen sein, welche durch das Koordinaten-Meßgerät erfaßbar ist,
wobei die Position der Markierung der Position des vom Arm angesteuerten
Zielpunktes entspricht. Die Markierung kann z.B. eine sich vom Hintergrund
farblich abhebende kleine Kugel oder eine Leuchtdiode sein.
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Gegenstand der Erfindung ist somit
ist die Erfassung der Richtung der Verfahrachse gegenüber dem
ersten Roboter-Koordinatensystem durch ein vom Robotersystem abgekoppeltes
Koordinaten-Meßgerät. Mit Hilfe
der Erfindung kann die Achsrichtung im kartesischen Raum unter Berücksichtigung
des ersten Roboter-Koordinatensystems festgestellt und zur korrekten
Koordinaten berechnung der vom Roboterarm anzusteuernden Zielpunkte
zur Verfügung
gestellt werden. Damit ist es der Robotersteuerung möglich, den
Verfahrweg richtig in das Roboter-Koordinatensystem zu integrieren
und somit Orientierungsfehler zu eliminieren.
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Gemäß einer Variante dieses Verfahrens wird
folgendermaßen
vorgegangen: Zunächst
wird der Roboter an den ersten Standort -verfahren. Das Roboter-Koordinatensystem
geht somit in das erste Roboter-Koordinatensystem über. Es
werden gemäß Verfahrensschritt
a) mindestens drei erste Aufpunkte ausgewählt und dem ersten Standort
zugeordnet, wobei diese nicht auf einer Geraden liegen. Die Koordinaten
der ersten Aufpunkte im ersten Roboter-Koordinatensystem sind entweder
vorgegeben, d.h. die Auswahl der ersten Aufpunkte erfolgt durch Vorgabe
bestimmter Koordinaten ersten Roboter-Koordinatensystem, oder Koordinaten
der ersten Aufpunkte werden im ersten Roboter-Koordinatensystem
gemessen, z.B. indem der Arm dieselben nacheinander anfährt und
die zugehörigen
Koordinaten ausgelesen werden.
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Die so gewählten ersten Aufpunkte werden nacheinander
mit dem Arm angefahren und die jeweilige Position der Markierung
mit dem Koordinaten-Meßgerät ermittelt,
d.h. es werden die Koordinaten der ersten Aufpunkte im Welt-Koordinatensystem gemessen,
Verfahrensschritt b).
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Somit sind die Koordinaten, d.h.
die Positionen von mindestens drei ersten Aufpunkten sowohl im ersten
Roboter- als auch im Welt-Koordinatensystem bekannt. Daher kann
die winkelmäßige Orientierung
des ersten Roboter-Koordinatensystems
gegenüber
dem Welt-Koordinatensystem, d.h. die erste Relativorientierung,
rechnerisch z.B. durch eine Koordinaten-Transformation bestimmt
werden. Zur Bestimmung der ersten Relativorientierung sind mindestens
drei erste Aufpunkte erforderlich; werden mehr als drei Aufpunkte
auf die genannte Weise eingemessen, so ist die genannte Koordinatentransformation
mathematisch überbestimmt;
die redundanten Ergebnisse lassen sich jedoch vorteilhaft zur Verringerung
des mittleren Fehlers und damit zur Erhöhung der erzielten Genauigkeit
kombinieren.
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Aus der so erhaltenen ersten Relativorientierung
und der Lage mindestens eines der ersten Aufpunkte im ersten Roboter-Koordinatensystem
wird die laterale Lage dieses Koordinatensystems im Welt-Koordinatensystem
bestimmt. Da die Koordinaten der Aufpunkte im Welt-Koordinatensystem
aufgrund der oben erläuterten
Messung bekannt sind, kann die Lage jedes Punktes im ersten Roboter-Koordinatensystem
auf das Welt-Koordinatensystem umgerechnet und damit die erste Relativposition
bestimmt werden.
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Anschließend wird der Roboter gemäß dieser
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
an den zweiten Standort verfahren, so daß das Roboter-Koordinatensystem
in das zweite Roboter-Koordinatensystem übergeht.
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Gemäß einer Untervariante werden
im Verfahrensschritt c) dem zweiten Standort mindestens drei zweite
Aufpunkte zugeordnet, deren Koordinaten im zweiten Roboter-Koordinatensystem
vorgegeben sind oder gemessen werden, z.B. in der oben erläuterten
Weise durch Ansteuern der zweiten Aufpunkte mit dem Roboterarm vom
zweiten Standort aus, und deren Positionen mittels des Koordinaten-Meßgerätes auch
bezüglich
des Welt-Koordinatensystems gemessen werden, wobei aus den so erhaltenen
Meßergebnissen
die zweite Relativorientierung und die zweite Relativposition bestimmt
werden, Verfahrensschritt d).
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Bevorzugt wird die erste Relativposition
dadurch bestimmt, daß aus
den Positionen der ersten Aufpunkte bezüglich des Welt-Koordinatensystems die
Lage des Ursprungs des ersten Roboter-Koordinatensystems im Welt-Koordinatensystem
berechnet wird. Ebenso kann die zweite Relativposition bestimmt
werden, indem aus den Position des zweiten Aufpunktes bzw. aus den
Positionen der zweiten Aufpunkte bezüglich des Welt-Koordinatensystems
die Lage des Ursprungs des zweiten Roboter-Koordinatensystems im
Welt-Koordinatensystem
berechnet wird.
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D.h., die Lage der Ursprünge des
ersten und des zweiten Roboter-Koordinatensystem
werden auf das Welt-Koordinatensysteme umgerechnet und damit die
erste und die zweite Relativposition bestimmt.
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Gemäß einer anderen, vereinfachten
Untervariante wird im Verfahrensschritt c) nur ein zweiter Aufpunkt
ausgewählt,
welcher dem zweiten Standort zugeordnet wird und dessen Koordinaten
im zweiten Roboter-Koordinatensystem vorgegeben sind oder gemessen
werden. Die Koordinaten des zweiten Aufpunktes werden wiederum mittels
des Koordinaten-Meßgerätes auch
bezüglich
des Welt-Koordinatensystems gemessen, Verfahrensschritt d). Mit
Hilfe der so erhaltenen Meßergebnisse
wird die zweite Relativposition bestimmt, beispielsweise indem mit
Hilfe dieser Meßergebnisse
die Koordinaten des Ursprungs des zweiten Roboter-Koordinatensystems auf
das Welt-Koordinatensystem umgerechnet werden.
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Da jedoch nur ein einziger zweiter
Aufpunkt verwendet wurde, kann die zweite Relativorientierung bei
dieser Untervariante des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht mit dem
Koordinaten-Meßgerät erfaßt werden.
Jedoch kann die zweite Relativposition unter der Annahme bestimmt
werden, daß die
erste und die zweite Relativorientierung miteinander identisch sind;
diese Annahme stellt insbesondere dann eine gute Näherung dar,
wenn die Verfahrachse im wesentlichen geradlinig und verwindungsfrei
ist, so daß die
erste und die zweite Relativorientierung näherungsweise miteinander identisch
und das erste und das zweite Roboter-Koordinatensystem im wesentlichen
lediglich gegeneinander lateral verschoben sind. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, die Verwindung der Schiene z.B. mittels Wasserwaage oder
anderer zusätzlicher
Hilfsmittel zu bestimmen und hieraus die zweite Relativorientierung
abzuleiten.
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Da nun die Lage der Ursprünge des
ersten und des zweiten Roboter-Koordinatensystems
im Welt-Koordinatensystem, d.h. die erste und die zweite Relativposition
bekannt sind, kann die winkelmäßige Orientierung
der Verfahrachse im Welt-Koordinatensystem gemäß Verfahrensschritt e) aus
dem Vergleich ersten und der zweiten Relativposition bestimmt werden,
da die Verfahrachse im Mittel parallel zur Verbindungslinie der
beiden Ursprünge
verläuft.
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Aus der so erhaltenen Orientierung
der Verfahrachse im Welt-Koordinatensystem und aus der ersten Relativorientierung
wird nun die gesuchte relative winkelmäßige Orientierung der Verfahrachse gegenüber dem
ersten Roboter-Koordinatensystem errechnet,
Verfahrensschritt f).
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Die relative winkelmäßige Orientierung
der Verfahrachse gegenüber
dem ersten Roboter-Koordinatensystem wurde somit aus der Orientierung
des ersten Roboter-Koordinatensystems gegenüber dem Welt-Koordinatensystem
sowie aus der Lage der Ursprünge
des ersten und des zweiten Roboter-Koordinatensystem, jeweils bezogen
auf das Welt-Koordinatensystem, bestimmt.
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Es ist nicht zwingend erforderlich,
daß die ersten
Aufpunkte sowohl zur Ermittlung der ersten Relativorientierung als
auch zur Ermittlung der ersten Relativposition herangezogen werden.
Vielmehr können
selbstverständlich
zur Ermittlung der ersten Relativorientierung andere Aufpunkte benutzt
werden als zur Ermittlung der ersten Relativposition.
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Daher kann dem ersten Standort ferner
mindestens ein dritter Aufpunkt zugeordnet werden, dessen bzw. deren
Koordinaten im ersten Roboter-Koordinatensystem
vorgegeben sind oder gemessen werden, und im Verfahrensschritt b)
die Position des dritten Aufpunktes bzw. der dritten Aufpunkte mittels
des Koordinaten-Meßgerätes bezüglich des
Welt-Koordinatensystems
gemessen wird und die erste Relativposition, anstatt aus den Positionen
der ersten Aufpunkte bestimmt zu werden, mit Hilfe der Position des
dritten Aufpunktes bzw. der Positionen der dritten Aufpunkte bezüglich des
Welt-Koordinatensystems bestimmt wird. Vorzugsweise wird auch der
dritte Aufpunkt bzw. die dritten Aufpunkte dazu benutzt, die Lage
des Ursprungs des ersten Roboter-Koordinatensystem im Welt-Koordinatensystem
festzustellen.
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Ferner kann mindestens einer der
dritten Aufpunkte mit mindestens einem der ersten Aufpunkte identisch
sein, d.h. die Menge der ersten Aufpunkte kann sich mit der Menge
der dritten Aufpunkte beliebig überschneiden.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch
ein Verfahren zur Bestimmung der relativen winkelmäßigen Orientierung
einer Roboter-Verfahrachse gegenüber einem
ersten Roboter-Koordinatensystem, welches auf einen zwischen zwei voneinander
beabstandeten Standorten entlang der Roboter-Verfahrachse translatorisch
verfahrbaren Roboter dann bezogen ist, wenn dieser sich an einem
ersten Standort befindet, und welches in ein zweites Roboter-Koordinatensystem übergeht,
wenn sich der Roboter am zweiten Standort befindet, dadurch gekennzeichnet,
daß auf ein
außerhalb
des Roboters angeordnetes Koordinaten-Meßgerät ein vom
Roboter unabhängiges,
ortsfestes Welt-Koordinatensystem bezogen ist, gegenüber welchem
das erste bzw. zweite Roboter-Koordinatensystem winkelmäßig eine
erste bzw. zweite Relativorientierung und lateral eine erste bzw.
zweite Relativposition aufweist, wobei
- a) dem
ersten Standort mindestens drei voneinander beabstandete erste Aufpunkte
zugeordnet werden, deren Koordinaten im ersten Roboter-Koordinatensystem
vorgegeben sind oder gemessen werden,
- b) die Positionen der ersten Aufpunkte mittels des Koordinaten-Meßgerätes bezüglich des
Welt-Koordinatensystems gemessen werden und aus den so erhaltenen
Meßergebnissen
die erste Relativorientierung bestimmt wird,
- c) dem ersten Standort ein erster und dem zweiten Standort ein
zweiter Spurpunkt zugeordnet wird, wobei die Lage, welche der erste
Spurpunkt im ersten Roboter-Koordinatensystem einnimmt, identisch
ist mit derjenigen Lage, welche der zweite Spurpunkt im zweiten
Roboter-Koordinatensystem
einnimmt,
- d) die Koordinaten des ersten und des zweiten Spurpunktes jeweils
mittels des Koordinaten-Meßgerätes bezüglich des
Welt-Koordinatensystems gemessen werden,
- e) die Orientierung der Verfahrachse im Welt-Koordinatensystem
durch Vergleich der Koordinaten des ersten und des zweiten Spurpunktes
im Welt-Koordinatensystem bestimmt wird, und
- f) aus der so erhaltenen Orientierung der Verfahrachse im Welt-Koordinatensystem
sowie der ersten Relativorientierung die relative Orientierung der
Verfahrachse gegenüber
dem ersten Roboter-Koordinatensystem
bestimmt wird.
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Gemäß einer Variante dieses Verfahrens wird
folgendermaßen
vorgegangen:
Die erste Relativorientierung wird aus den Koordinaten
von mindestens drei ersten Aufpunkten sowohl bezogen auf das erste
Roboter-Koordinatensystem als auch bezogen auf das Welt-Koordinatensystem auf
die selbe Weise bestimmt, wie es oben unter Bezug auf die vorhergehende
Variante, dortige Verfahrensschritte a) und b), erläutert wurde.
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Nun wird gemäß Verfahrensschritt c) dem ersten
Standort ein erster und dem zweiten Standort ein zweiter Spurpunkt
zugeordnet, wobei die Lage des ersten Spurpunktes im ersten Roboter-Koordinatensystem
mit der Lage des zweiten Spurpunktes im zweiten Roboter-Koordinatensystem übereinstimmt, d.h.
der erste Spurpunkt geht in den zweiten Spurpunkt über, wenn
der Roboter vom ersten an den zweiten Standort verfahren wird. Der
erste Spurpunkt kann so gewählt
werden, daß er
mit einem der ersten Aufpunkte zusammenfällt, d.h. jeder der ersten
Aufpunkte kann zugleich als erster Spurpunkt dienen.
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Die Koordinaten des ersten und des
zweiten Spurpunktes werden gemäß Verfahrensschritt
d) jeweils mittels des Koordinaten-Meßgerätes bezüglich des Welt-Koordinatensystems
gemessen. Die Orientierung der Verfahrachse im Welt-Koordinatensystem kann
nun sehr einfach ermittelt werden, indem diese Koordinaten miteinander
verglichen werden, Verfahrensschritt e), da die Verfahrachse im
Mittel parallel zur Verbindungslinie der beiden Spurpunkte verläuft.
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Nun kann die gesuchte relative Orientierung der
Verfahrachse gegenüber
dem ersten Roboter-Koordinatensystem aus der so erhaltenen Orientierung
der Verfahrachse im Welt-Koordinatensystem sowie der ersten Relativorientierung
berechnet werden, Verfahrensschritt f).
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Die Betrachtung des zweiten Roboter-Koordinatensystems
sowie die Berechnung der ersten und zweiten Relativposition sind
demnach bei dieser Verfahrensvariante nicht zwingend erforderlich;
auch eine Berechnung der Ursprünge
des ersten bzw. zweiten Roboter-Koordinatensystems ist in der letztgenannten
Variante nicht erforderlich.
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Jedoch können der erste Spurpunkt mit
dem Ursprung des ersten Roboter-Koordinatensystems und
der zweite Spurpunkt mit dem Ursprung des zweiten Roboter-Koordinatensystems
zusammenfallend gewählt
werden. Gemäß einer
anderen Variante werden die Spurpunkte möglichst nahe an der Achse der
Roboter-Verfahrachse gewählt.
Eine solche Wahl ist sehr vorteilhaft, da in diesem Fall eine Orientierungsabweichung
der ersten gegenüber
der zweiten Relativorientierung, die z.B. durch eine Verwindung der
Roboter-Verfahrachse bedingt sein kann, von nur sehr geringem Einfluß ist.
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Gemäß einer Variante der Erfindung
wird die zweite Relativposition unter der Annahme bestimmt, daß die erste
und die zweite Relativorientierung identisch sind. Diese Variante
ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn
bereits festgestellt wurde oder von vornherein bekannt ist, daß das Roboter-Koordinatensystem
beim Übergang
vom ersten zum zweiten Standort seine Orientierung nur unwesentlich ändert, d.h.
die erste und zweite Relativorientierung sich nur wenig voneinander
unterscheiden. In diesem Fall kann darauf verzichtet werden, die
zweite Relativorientierung zu ermitteln; die zweite Relativposition kann
näherungsweise
aus den Positionen des zweiten Aufpunktes im Roboter- und im Welt-Koordinatensystem
sowie der ersten Relativorientierung bestimmt werden. In dieser
Variante werden daher zwar drei erste Aufpunkte, aber nur ein zweiter
Aufpunkt benötigt.
Der durch diese Näherung
verursachte Fehler bei der Bestimmung der relativen Orientierung der
Roboter-Verfahrachse gegenüber
dem Roboter-Koordinatensystem kann in vielen Fällen vernachlässigt werden.
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Gemäß einer weiteren Variante sind
die auf das zweite Roboter-Koordinatensystem
bezogenen Koordinaten mindestens einer der zweiten Aufpunkte mit
den auf das erste Roboter-Koordinatensystem bezogenen Koordinaten
eines der ersten Aufpunkte identisch.
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Vorzugsweise ist die Anzahl der ersten
und der zweiten Aufpunkte jeweils gleich groß, wobei die auf das zweite
Roboter-Koordinatensystem bezogenen Koordinaten jedes der zweiten
Aufpunkte mit den auf das erste Roboter-Koordinatensystem bezogenen Koordinaten
jeweils eines der ersten Aufpunkte identisch, d.h. die ersten Aufpunkte
gehen in die zweiten Aufpunkte über,
wenn der Roboter vom ersten an den zweiten Standort verfahren wird.
Im letztgenannten Fall ist die Genauigkeit der Bestimmung der relativen
winkelmäßigen Orientierung
der Roboter-Verfahrachse gegenüber
dem ersten Roboter-Koordinatensystem im wesentlichen nur durch die
Wiederholgenauigkeit bei der erneuten Positionierung des Roboterarmes
an denselben Zielpunkt im Roboter-Koordinatensystem begrenzt, so
daß auf
diese Weise eine besonders hohe Genauigkeit erreicht wird.
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Für
den Fall, daß das
Verfahren nur für
ein einziges Paar von Standorten ausgeführt werden soll, kann es vorteilhaft
sein, den ersten Standort im Bereich des einen Endes der Verfahrachse
und den zweiten Standort im Bereich ihres anderen Endes zu wählen. Auf
diese Weise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren über praktisch
die gesamte Länge
des Verfahrachse die mittlere Orientierung der Roboter-Verfahrachse
gegenüber
dem ersten Roboter-Koordinatensystem
festgestellt, so daß sich
lokale Abweichungen von dieser Orientierung nicht oder nur wenig
auf das Ergebnis auswirken.
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Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Verfahren
jedoch für
beliebige verschiedene Paare von Standorten entlang der Roboter-Verfahrachse
wiederholt werden. Die Ergebnisse können dazu verwendet werden,
eine gemittelte relative Orientierung der Roboter-Verfahrachse gegenüber dem ersten
Roboter-Koordinatensystem
zu ermitteln, wobei die Mittelung beispielsweise mit Hilfe einer
linearen Regression durchgeführt
wird. Die Ergebnisse können
ferner dazu verwendet werden, die relative Orientierung der Roboter-Verfahrachse
gegenüber dem
ersten Roboter-Koordinatensystem abschnittsweise getrennt zu ermitteln.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, das Verfahren zunächst für einen
ersten und einen diesem relativ nahe gelegenen zweiten Standort
durchzuführen,
und anschließend
das Verfahren erneut durchzuführen,
wobei ein neuer zweiter Standort gewählt wird und der bisherige
zweite Standort als neuer erster Standort gewählt wird, usw. Auf diese Weise
kann die Orientierung der Verfahrachse abschnittsweise und lückenlos
erfaßt
werden.
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Eine andere vorteilhafte Möglichkeit
besteht darin, den ersten Standort fest beizubehalten und nacheinander
verschiedene zweite Standorte entlang der Verfahrachse zu wählen. In
diesem Fall brauchen die erste Relativorientierung und die erste Relativposition
trotz der Mehrzahl der gewählten zweiten
Standorte nur einmal ermittelt zu werden.
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Ferner können die erfindungsgemäßen Verfahren
für verschiedene
Standorte entlang der Roboter-Verfahrachse wiederholt werden und
die Ergebnisse dazu verwendet werden, die relative Orientierung
der Roboter-Verfahrachse gegenüber
dem ersten Roboter-Koordinatensystem als Funktion des Standortes
zu ermitteln. Dies Variante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
die Roboter-Verfahrachse
gekrümmt
verläuft
oder einen Knick aufweist. Die genannte Funktion kann z.B. abschnittsweise
aus einzelnen linearen Funktionen zusammengesetzt sein oder eine
auf eine Vielzahl von Standorten gestützte Fitfunktion sein.
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Selbstverständlich kann der Roboter auch zunächst an
den zweiten Standort verfahren werden und erst nach Ermittlung der
zweiten Relativorientierung bzw. der zweiten Relativposition an
den ersten Standort verfahren werden. Die Reihenfolge der Ermittlung
der ersten Relativorientierung, der ersten Relativposition, der
zweiten Relativorientierung und der zweiten Relativposition ist
beliebig.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung:
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1 dient
zur Erläuterung
der Bestimmung der relativen Orientierung einer Roboter-Verfahrachse
gegenüber
einem ersten Roboter-Koordinatensystem, wobei gemäß einer
Variante der Erfindung drei erste und drei zweite Aufpunkte benutzt
werden,
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2 dient
zur Erläuterung
der Bestimmung der relativen Orientierung der Roboter-Verfahrachse gegenüber dem
ersten Roboter-Koordinatensystem gemäß einer anderen Variante der
Erfindung, bei welcher die drei ersten und nur ein zweiter Aufpunkt benutzt
werden,
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3 dient
zur Erläuterung
der Bestimmung der relativen Orientierung der Roboter-Verfahrachse gegenüber dem
ersten Roboter-Koordinatensystem gemäß einer weiteren Variante der
Erfindung, bei welcher ein erster und ein zweiter Spurpunkt benutzt werden,
und
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4 dient
als Beispiel für
eine Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf fünf verschiedene
Standorte entlang der Verfahrachse.
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1 dient
zur Erläuterung
der Bestimmung der relativen Orientierung einer Roboter-Verfahrachse 1 gegenüber einem
ersten Roboter-Koordinatensystem RKS1, wobei gemäß einer Variante der Erfindung
drei erste Aufpunkte P1,P1',P1'' und drei zweite Aufpunkte P2,P2',P2'' benutzt werden. In 1 ist schematisch ein Roboter 2 mit
einem zweigliedrigen Arm 3 dargestellt, wobei der Roboter 2 entlang
der Roboter-Verfahrachse 1 zwischen einem ersten Standort
S1 und einem zweiten Standort S2 verfahrbar ist. Der Roboter 2 befinde
sich zunächst
am ersten Standort S1 und danach am zweiten Standort S2, wobei in 1 diese beiden Situationen
aus Gründen
der Verständlichkeit
gleichzeitig dargestellt sind.
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Auf den Roboter 2 ist ein
Roboter-Koordinatensystem bezogen, welches mit dem Roboter 2 mitbewegt
wird und in das erste Roboter-Koordinatensystem RKS1 übergeht,
wenn sich der Roboter am ersten Standort S1 befindet.
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Der Arm 3 des Roboter 2 ist
dreidimensional verfahrbar, so daß der Arm 3 innerhalb
eines bestimmten Aktionsradius beliebige Zielpunkte im Raum anfahren
kann, ohne daß hierzu
der Roboter 2 entlang der Verfahrachse 1 verfahren
werden, d.h. seinen Standort verlassen muß. Der vom Roboterarm 3 angesteuerte
Zielpunkt ist mit der Spitze des Arms 3 identisch.
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Zunächst wird der Roboter an den
ersten Standort S1 verfahren. Das Roboter-Koordinatensystem geht somit in das
erste Roboter-Koordinatensystem RKS1 über. Dem ersten Standort S1
sind die drei ersten Aufpunkte P1,P1',P1'' zugeordnet, welche nicht
auf einer Geraden liegen und sich alle innerhalb der Reichweite
des Arms 3 befindet, falls sich der Roboter 2 am
ersten Standort S1 befindet. Die Koordinaten der drei ersten Aufpunkte
P1,P1',P1'' bezüglich des
ersten Roboter-Koordinatensystems RKS1 werden willkürlich vorgegeben
und in einem nicht gezeigten Speicher oder Rechner gespeichert.
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Außerhalb des Roboters 2 befindet
sich ein ortsfestes Koordinaten-Meßgerät 4. Die Spitze des Roboterarmes 3 ist
mit einer (nicht gezeigten) Markierung versehen, welche durch das
Koordinaten-Meßgerzt 4 erfaßbar ist,
wobei die Position der Markierung der Position des vom Arm 3 angesteuerten
Zielpunktes entspricht. Die Markierung kann z.B. eine sich vom Hintergrund
farblich abhebende kleine Kugel oder eine Leuchtdiode sein. Auf
das Koordinaten-Meßgerät 4 ist
ein stationäres
Welt-Koordinatensystem WKS bezogen. Gegenüber diesem weist das erste
Roboter-Koordinatensystem RKS1 winkelmäßig eine erste Relativorientierung
und lateral eine erste Relativposition auf. Das zweite Roboter-Koordinatensystem
RKS2 weist gegenüber
dem Welt-Koordinatensystem WKS winkelmäßig eine zweite Relativorientierung
und lateral eine zweite Relativposition auf.
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Das Koordinaten-Meßgerät 4 ist
imstande, die Position der Markierung zu erfassen und deren auf
das Welt-Koordinatensystem WKS bezogene Koordinaten auszugeben oder
zu speichern.
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Nun erhält der Roboter 2 den
Befehl, mit seinem Arm 3 nacheinander die vorgegebenen
drei ersten Aufpunkte P1,P1',P1'' anzusteuern; in 1 ist links die Situation dargestellt,
in welcher der Arm 3 gerade den Aufpunkt P1 erreicht. Nach
Erreichen jedes der ersten Aufpunkte P1,P1',P1'' werden dessen auf
das Welt-Koordinatensystem WKS bezogene Koordinaten mittels des
Koordinaten-Meßgerätes 4 ermittelt
und gespeichert.
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Es ist nicht zwingend erforderlich,
die Koordinaten der ersten Aufpunkte P1,P1',P1" bezüglich des ersten
Roboter-Koordinatensystems RKS1 vorzugeben; vielmehr kann der Roboterarm 3 dreimal
nacheinander jeweils an irgendeinen Aufpunkt gesteuert werden, wobei
der Roboter 2 bei Erreichen des Aufpunktes jeweils dessen
Koordinaten bezüglich
des ersten Roboter-Koordinatensystems RKS1 ausliest und speichert
oder zur Speicherung ausgibt, sofern diese Koordinaten nicht von
vornherein vorgegeben und daher ohnehin bekannt sind.
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Somit sind nun die Koordinaten der
drei ersten Aufpunkte P1,P1',P1'' sowohl im ersten Roboter-Koordinatensystem
RKS1 als auch im Welt-Koordinatensystem WKS bekannt. Daher kann
nun die winkelmäßige Orientierung
des ersten Roboter-Koordinatensystems RKS1 gegenüber dem Welt-Koordinatensystem WKS,
das ist die erste Relativorientierung, rechnerisch bestimmt werden.
Ferner kann anhand der in der oben erläuterten Weise gewonnenen Meßergebnisse
die Lage des Ursprungs U1 des ersten Roboter-Koordinatensystems
RKS1 auf das Welt-Koordinatensystem WKS umgerechnet so die erste
Relativposition bestimmt werden. Damit sind die winkelmäßige Orientierung
und die laterale Lage des ersten Roboter-Koordinatensystems RKS1
bezüglich
des Welt-Koordinatensystems WKS bekannt.
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Anschließend wird der Roboter 2 an
den zweiten Standort S2 verfahren, so daß das Roboter-Koordinatensystem
in das zweite Roboter-Koordinatensystem RKS2 übergeht. Dem zweiten Standort S2
sind drei zweite Aufpunkte P2,P2',P2'' zugeordnet, welche nicht auf einer
Geraden liegen und sich alle innerhalb der Reichweite des Arms 3 befindet, falls
sich der Roboter 2 am zweiten Standort S1 befindet. Die
Koordinaten der drei zweiten Aufpunkte P2,P2',P2'' bezüglich des
zweiten Roboter-Koordinatensystems RKS2 werden wiederum willkürlich vorgegeben
und in einem nicht gezeigten Speicher oder Rechner gespeichert.
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Der Roboter 2 erhält Befehl,
mit seinem Arm 3 nacheinander die vorgegebenen drei zweiten
Aufpunkte P1,P1',P1'' anzusteuern; in 1 ist rechts die Situation dargestellt,
in welcher der Arm 3 gerade den Aufpunkt P2' erreicht. Nach Erreichen
jedes der zweiten Aufpunkte P2,P2',P2'' werden dessen auf das
Welt-Koordinatensystem
WKS bezogene Koordinaten mittels des Koordinaten-Meßgerätes 4 ermittelt und
gespeichert.
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Auch die Koordinaten der zweiten
Aufpunkte P2,P2',P2'' bezüglich
des ersten Roboter-Koordinatensystems RKS2 müssen nicht notwendigerweise vorgegeben
sein; vielmehr kann der Roboterarm 3 auch vom zweiten Standort
S2 aus dreimal nacheinander jeweils irgendeinen Aufpunkt ansteuern,
wobei der Roboter 2 bei Erreichen des Aufpunktes jeweils dessen
Koordinaten bezüglich
des zweiten Roboter-Koordinatensystems RKS2 ausliest und speichert,
sofern diese nicht von vornherein vorgegeben und daher ohnehin bekannt
waren.
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Somit sind nun auch die Koordinaten
der drei zweiten Aufpunkte P2,P2',P2'' sowohl im ersten Roboter-Koordinatensystem
RKS1 als auch im Welt- Koordinatensystem
WKS bekannt, so daß nun
die Lage des Ursprungs U2 des zweiten Roboter-Koordinatensystems
RKS2 auf das Welt-Koordinatensystem WKS umgerechnet so die zweite
Relativposition bestimmt werden.
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Da nun die Lage der Ursprünge U1,
U2 jeweils im Welt-Koordinatensystem WKS bekannt ist, kann nun sehr
leicht die in 1 durch
einen Doppelpfeil VAO markierte winkelmäßige Orientierung der Verfahrachse 1 gegenüber dem
Welt-Koordinatensystem
WKS bestimmt werden, da die Verfahrachse im Mittel parallel zur
Verbindungslinie der beiden Ursprünge U1, U2 verläuft. Aus
der so erhaltenen Orientierung VAO der Verfahrachse 1 im
Welt-Koordinatensystem WKS und aus der ersten Relativorientierung
wird nun die relative winkelmäßige Orientierung der
Verfahrachse 1 gegenüber
dem ersten Roboter-Koordinatensystem errechnet.
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Besonders vorteilhaft bei dieser
Variante ist, daß keine
Annahmen bezüglich
der Verwindungsfreiheit und des linearen Verlaufes der Verfahrachse 1 gemacht
werden müssen,
da die Orientierung des zweiten Roboter-Koordinatensystems RKS2
erfaßt wird
und in die Berechnungen eingeht. Dieser Vorteil ist z.B. dann von
Bedeutung, wenn sich die Verfahrachse 1 unter dem Gewicht
des Roboter 2 verschiebt, verbiegt oder verwindet. Diese
Einflüsse werden
durch das erfindungsgemäße Verfahren
vorteilhafterweise automatisch berücksichtigt und wirken sich
daher nicht mehr störend
aus.
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Vorzugsweise sind auf dem ersten
und dem zweiten Standort S1,S2 jeweils die gleiche Anzahl von Aufpunkten
P1P1',P1'' bzw. P2,P2',P2'' zugeordnet und die
auf das zweite Roboter-Koordinatensystem RKS2 bezogenen Koordinaten
jedes der zweiten Aufpunkte P2,P2',P2'' mit den auf das
erste Roboter-Koordinatensystem RKS1 bezogenen Koordinaten jeweils
eines der ersten Aufpunkte P1,P1',P1'' identisch, d.h. jeder der ersten Aufpunkte
gehen in genau einen der zweiten Aufpunkte über oder umgekehrt, wenn der
Roboter 2 vom ersten an den zweiten Standort verfahren
wird oder umgekehrt. In diesem Fall ist die Genauigkeit der Bestimmung
der relativen winkelmäßigen Orientierung
der Roboter-Verfahrachse 1 gegenüber dem ersten Roboter-Koordinatensystem
RKSl im wesentlichen nur durch die Wiederholgenauigkeit bei der
erneuten Positionierung des Roboterarmes 3 an denselben
Zielpunkt im Roboter-Koordinatensystem begrenzt, so daß auf diese Weise
eine besonders hohe Genauigkeit erreicht wird.
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Es ist nicht zwingend erforderlich,
die Lage des Ursprungs U1 im Welt-Koordinatensystem WKS und damit die
zweite Relativposition mit Hilfe der ersten Aufpunkte P1,P1',P1'' zu bestimmen. Vielmehr kann zur Bestimmung
der zweiten Relativposition auf die Verwendung der ersten Aufpunkte
verzichtet werden, indem ein dritter Aufpunkt ebenfalls dem ersten Standort
S1 zugeordnet wird, dessen Koordinaten im ersten Roboter-Koordinatensystem
RKS1 vorgegeben sind oder gemessen werden. In diesem Fall wird zur
Bestimmung der Lage des Ursprungs U1 der Arm 3 des Roboters 2 an
den dritten Aufpunkt gesteuert und dessen Lage im Welt-Koordinatensystem
mit dem Koordinaten-Meßgerät 4 gemessen.
Mittels dieser Meßergebnisse
wird nun die Lage des Ursprungs U1 im Welt-Koordinatensystem WKS
rechnerisch festgestellt. Selbstverständlich kann grundsätzlich der
Ursprung U1 unmittelbar selbst als dritter Aufpunkt gewählt werden.
In der Praxis ist dies jedoch oft nicht möglich, da der Ursprung U1 in
der Regel im Inneren des Roboters 2 liegt und daher vom
Arm 3 nicht angesteuert werden kann.
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2 dient
zur Erläuterung
der Bestimmung der relativen Orientierung der Roboter-Verfahrachse 1 gegenüber dem
ersten Roboter-Koordinatensystem RKS1 gemäß einer anderen Variante der
Erfindung, bei welcher wiederum die drei ersten Aufpunkte P1,P1',P1'', jedoch nur ein zweiter Aufpunkt P2
benutzt werden. Der Roboter 2 befinde sich wiederum zunächst am
ersten Standort S1 und danach am zweiten Standort S2, wobei auch
in 2 diese beiden Situationen
aus Gründen
der Verständlichkeit gleichzeitig
dargestellt sind.
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Die Vorgehensweise zur Ermittlung
der ersten Relativorientierung sowie der ersten Relativposition
ist bei dieser Variante identisch mit der Vorgehensweise, welche
oben unter Bezug auf 1 erläutert wurde.
Der linke Teil von 2 ist
daher identisch mit dem linken Teil von 1.
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Zur Bestimmung der zweiten Relativposition wird
bei der Variante unter Bezug auf 2 erläuterten
Variante nur ein zweiter Aufpunkt P2 ausgewählt, welcher dem zweiten Standort
zugeordnet wird und dessen Koordinaten im zweiten Roboter-Koordinatensystem
vorgegeben sind oder gemessen werden. In 2 ist rechts die Situation dargestellt,
in welcher der Arm 3 gerade den zweiten Aufpunkt P2 erreicht hat.
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Die Koordinaten des zweiten Aufpunktes
P2 werden wiederum mittels des Koordinaten-Meßgerätes 4 auch bezüglich des
Welt-Koordinatensystems gemessen.
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Mit Hilfe der so erhaltenen Meßergebnisse wird
die Lage des Ursprungs U2 im Welt-Koordinatensystem WKS und damit
die zweite Relativposition unter der Annahme bestimmt, daß die erste
und die zweite Relativorientierung miteinander identisch sind, d.h.,
daß die
Orientierung des Roboter-Koordinatensystems beim Übergang
vom ersten zum zweiten Standort sich nicht ändert. Diese Annahme kann selbstverständlich nur
näherungsweise
richtig sein; jedoch kann der auf diese Weise in Kauf genommene Fehler
vernachlässigbar
sein, wenn die Verfahrachse im wesentlichen verwindungsfrei ist
und geradlinig verläuft.
Das erste und das zweite Roboter-Koordinatensystem sind in diesem
Fall im wesentlichen nicht gegeneinander verdreht, sondern lediglich
gegeneinander lateral verschoben.
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Da nun die Lage der Ursprünge U1,
U2 jeweils im Welt-Koordinatensystem WKS bekannt ist, kann nun wiederum,
wie bereits oben unter Bezug auf 1 erläutert wurde,
die winkelmäßige Orientierung
VAO der Verfahrachse 1 gegenüber dem Welt-Koordinatensystem
WKS hieraus die gesuchte relative winkelmäßige Orientierung der Verfahrachse 1 gegenüber dem
ersten Roboter-Koordinatensvstem
RKS 1 bestimmt werden.
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3 dient
zur Erläuterung
der Bestimmung der relativen Orientierung der Roboter-Verfahrachse 1 gegenüber dem
ersten Roboter-Koordinatensystem RKS1 gemäß einer weiteren Variante der
Erfindung, bei welcher ein erster Spurpunkt SP1 und ein zweiter
Spurpunkt SP2 benutzt werden.
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Die Vorgehensweise zur Ermittlung
der ersten Relativorientierung anhand der ersten Aufpunkte P1,P1',P1'' ist bei dieser Variante wiederum identisch mit
der Vorgehensweise, welche oben unter Bezug auf 1 erläutert
wurde.
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Neben den ersten Aufpunkten P1,P1',P1'' wird dem ersten Standort S1 ferner
ein erster Spurpunkt SP1 zugeordnet. Dessen Koordinaten brauchen
im ersten Roboter-Koordinatensystem RKS1 nicht notwendigerweise
bekannt zu sein oder ausgelesen zu werden. Die Lage des ersten Spurpunktes SP1
im Welt-Koordinatensystem
wird mit dem Koordinaten-Meßgerät 4 gemessen.
Dies kann insbesondere dadurch geschehen, daß der Roboterarm 3, während sich
der Roboter 2 am ersten Standort S1 befindet, den ersten
Spurpunkt SP1 ansteuert, wie es in 3 links
schematisch dargestellt ist, und das Koordinaten-Meßgerät 4 die
Koordinaten einer an der Spitze des Arms 3 angeordneten
Markierung (nicht gezeigt) erfaßt.
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Nun wird dem zweiten Standort S2
ein zweiter Spurpunkt SP2 zugeordnet, welcher im zweiten Roboter-Koordinatensystem
RKS2 die gleichen Koordinaten aufweist, also die gleiche Lage einnimmt wie
der erste Spurpunkt SP1 im ersten Roboter-Koordinatensystem RKS1.
D.h., bei Übergang
des Roboters 2 vom ersten an den zweiten Standort geht
der erste Spurpunkt SP1 über
in den zweiten Spurpunkt SP2, und umgekehrt. Dies kann insbesondere
dadurch erreicht werden, daß der
Roboter 2 an den zweiten Standort S2 verfahren wird, wobei
die Stellung des Arms 3 gegenüber dem Roboter 2 unverändert bleibt,
wie es in 3 rechts schematisch
dargestellt ist. Nun werden die Koordinaten der an der Spitze des
Arms 3 angeordneten (nicht gezeigten) Markierung und damit
die Lage des zweiten Spurpunktes SP2 im Welt-Koordinatensystem WKS
mit dem Koordinaten-Meßgerät 4 erfaßt.
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Unter der Voraussetzung einer verwindungsfreien
Verfahrachse 1 bewegt sich jeder im Roboter-Koordinatensystem
stationäre
Punkt bei Verschiebung des Roboters 2 entlang der Verfahrachse 1 entlang
einer Spur, welche zum Verlauf der Verfahrachse 1 parallelverschoben
ist.
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Die Verbindungsgerade der beiden
Spurpunkte SP1,SP2 verläuft
daher parallel zur mittleren Richtung der Verfahrachse 1 und
weist daher im Welt-Koordinatensystem
WKS dieselbe Orientierung VOA auf wie die Verfahrachse 1.
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Die Orientierung VAO der Verfahrachse 1 im Welt-Koordinatensystem
WKS kann nun sehr einfach ermittelt werden, indem die so ermittelten,
auf das Welt-Koordinatensystem
bezogenen Koordinaten der Spurpunkte SP1,SP2 miteinander verglichen werden.
Nun kann die gesuchte relative Orientierung der Verfahrachse 1 gegenüber dem
ersten Roboter-Koordinatensystem RKSl aus der so erhaltenen Orientierung
VAO der Verfahrachse 1 im Welt-Koordinatensystem WKS sowie
der ersten Relativorientierung berechnet werden.
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Für
diese Verfahrensvariante brauchen demnach die erste Relativposition,
die zweite Relativorientierung, die zweite Relativorientierung sowie
die Lage der Ursprünge
U1, U2 im Welt-Koordinatensystem WKS nicht notwendigerweise bekannt
zu sein bzw. bestimmt zu werden.
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Selbstverständlich kann grundsätzlich der Ursprung
U1 unmittelbar selbst als erster Spurpunkt SP1 gewählt werden,
so daß der
zweite Spurpunkt SP2 mit dem Ursprung U2 zusammenfällt. In
der Praxis ist dies jedoch oft nicht möglich, da der Ursprung U1 in
der Regel im Inneren des Roboters 2 liegt und daher vom
Arm 3 nicht angesteuert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Variante
werden die Spurpunkte SP1,SP2 möglichst
nahe an der Achse der Roboter-Verfahrachse 1 gewählt, da
in diesem Fall der störende
Einfluß einer
Verwindung derselben von nur geringem Einfluß ist.
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Sämtliche
Varianten der erfindungsgemäßen Verfahren
können
selbstverständlich
für verschiedene
Paare von Standorten entlang der Roboter-Verfahrachse 1 wiederholt
werden. Auf diese Weise kann z.B. eine gemittelte relative Orientierung
der Roboter-Verfahrachse 1 gegenüber dem ersten Roboter-Koordinatensystem
RKS1 ermittelt werden. ferner kann auf; diese Weise z.B. die relative
Orientierung der Roboter-Verfahrachse 1 gegenüber dem ersten
Roboter- Koordinatensystem
RKSl als Funktion des Standortes entlang der Verfahrachse 1 ermittelt
werden.
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4 zeigt
als Beispiel hierfür
fünf Standorte S1,
S2, S3, S4, S5 entlang der Roboter-Verfahrachse 1, für welche
jeweils die Orientierung der zugehörigen Roboter-Koordinatensysteme
RKS1, RKS2, RKS3, RKS4 und RKS5 gegenüber der Verfahrachse 1 erfindungsgemäß bestimmt
wurde.
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Zur Bestimmung der Koordinatensysteme unter
Berücksichtigung
der Gewichtseinflüsse
des Roboters wird auf der Verfahrachse 1 nacheinander eine
Anzahl n von Standorten angefahren; im Beispiel von 4 ist n = 5.
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An jeder dieser Standorte wird gemäß einer vorteilhaften
Variante mit dem Roboterarm 3 eine Anzahl von p Aufpunkten
im kartesischen Raum angefahren, wobei p ≥ 3 gilt und bei dieser p-Punkt-Messung
die Basis des Roboters 1, der Roboterfuß, auf der Verfahrachse 1 nicht
bewegt wird. Jeder dieser p Aufpunkte ist im Koordinatensystem des
Roboters 2 bekannt. Mit dem Koordinaten-Messgerät 4 zur Bestimmung
von Koordinaten im 3D-Raum (z. B. Lasertracker LTD 500 der
Fa. Leica) werden diese vom Roboterarm 3 angesteuerten
Aufpunkte im Weltkoordinatensystem WKS vermessen und so die Lage
zu dem Standort gehörenden
Roboter-Koordinatensystems relativ zu diesem Welt-Koordinatensystem WKS
rechnerisch bestimmt.
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Nach Vermessung der p Aufpunkte an
einem Standort und der Bestimmung des jeweils zu dem Standort gehörigen Roboter-Koordinatensystems wird
der Roboter 2 entlang der Verfahrachse 1 an den nächsten Standort
verfahren; anschließend
werden wieder dieselben p Aufpunkte, bezogen auf das mit dem Roboter 2 mitbewegte,
zu diesem Standort gehörende
Roboter-Koordinatensystem,
angesteuert, vermessen und das zu diesem Standort gehörende Roboter-Koordinatensystem
bestimmt.
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Dieser Vorgang kann so oft wiederholt
werden, bis der Roboter 2 am Ende der Linearachse ankommt
und alle n Standorte angefahren wurden.
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Auf Grund der Tatsache, dass an jedem Standort
entlang Verfahrachse 1 stets die selben p Aufpunkte bezüglich jeweils
zu dem Standort gehörenden
des Roboter-Koordinatensystems
angesteuert werden, also an jedem Standort dieselben Armkonfigurationen
des Roboters 2 eingestellt werden, tritt als Fehler bei
der Bestimmung der Roboter-Koordinatensysteme im wesentlichen nur
die Wiederholgenauigkeit des Roboterarmes 3 in Erscheinung.
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Auf diese Weise kann die durchschnittliche Achsrichtung
der Verfahrachse im z.B. im ersten Roboter-Koordinatensystem RKS1
bestimmt werden. Hierzu werden die übrigen ermittelten (n – 1) Roboter-Koordinatensysteme
durch Koordinatentransformation im ersten Roboter-Koordinatensystem
RKS1 ausgedrückt,
d.h. auf dieses umgerechnet. Nun lässt sich aus der Lage der Ursprüngen der
Roboter-Koordinatensysteme, bezogen auf das erste Roboter-Koordinatensystem
RKS1, rechnerisch der durchschnittliche Richtungsvektor der Verfahrachse 1 im ersten
Roboter-Koordinatensystem RKS1 ausdrücken. die Bestimmung der Orientierung
der Verfahrachse anhand der Lage der Ursprünge der Roboter-Koordinatensysteme
ist vorteilhaft, da in diesem Fall die Orientierungsfehler, die
der Roboter 2 durch Bewegung entlang der Verfahrachse 1 erfährt, wegfallen.
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Gewerbliche Anwendbarkeit:
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Die Erfindung ist gewerblich anwendbar
insbesondere im Bereich der Industrieautomation, z.B. in der mechanischen
und in der elektronischen Fertigungstechnik, im Maschinenbau und
im Fahrzeugbau.
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- 1
- Roboter-Verfahrachse
- 2
- Roboter
- 3
- Arm
von 2
- 4
- Koordinaten-Meßgerät
- P1,P1',P1''
- erste
Aufpunkte
- P2,P2',P2''
- zweite
Aufpunkte
- RKS1
- erstes
Roboter-Koordinatensystem
- RKS2
- erstes
Roboter-Koordinatensystem
- S1,
S2
- erster,
zweiter Standort
- U1
- Ursprung
von RKSl
- U2
- Ursprung
von RKS2
- VAO
- Orientierung
von 1 bezüglich
WKS
- WKS
- Welt-Koordinatensystem