DE19930087A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Vorhalteposition eines Manipulators eines Handhabungsgeräts - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Vorhalteposition eines Manipulators eines HandhabungsgerätsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Vorhalteposition eines in mehreren Freiheitsgraden bewegbaren Manipulators (2) eines Handhabungsgeräts (1) relativ zu einem Objekt (3) entlang einer Verfahrbahn. Um eine schnellere Regelung der Vorhalteposition zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass mehrere Punkte zumindest eines Teils der Ist-Verfahrbahn gespeichert sind und für eine vorausschauende Regelung der Vorhalteposition des Manipulators (2) entlang dieses Teils der Verfahrbahn herangezogen werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Regelung der Vorhalteposition eines in
mehreren Freiheitsgraden bewegbaren Manipulators eines
Handhabungsgeräts relativ zu einem Objekt entlang einer
Verfahrbahn. Die Erfindung betrifft außerdem ein
Handhabungsgerät mit einem in mehreren Freiheitsgraden
bewegbaren Manipulator, dessen Vorhalteposition relativ zu
einem Objekt regelbar ist.
Das Handhabungsgerät ist bspw. als ein mehrgelenkiger
Industrie-Roboter ausgebildet. Derartige Industrie-Roboter
werden insbesondere in der Automobilindustrie in der Fertigung
und der Qualitätssicherung eingesetzt. Für die
unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten eines Industrie-
Roboters kann der Manipulator beliebig ausgebildet sein.
Der Manipulator ist bspw. als ein Werkzeug, insbesondere als
ein Schweißgerät, als ein Gerät zum Auftragen von Klebstoff,
von Farbe oder von anderen Beschichtungen auf eine Oberfläche,
als ein Bearbeitungsgerät o. ä. ausgebildet. Zum Ergreifen
eines oder mehrerer Objekte kann der Manipulator als ein
Greifer, ein Saugnapf o. ä. ausgebildet sein. Schließlich ist
es denkbar, dass der Manipulator als ein Messkopf z. B. zum
Messen des Oberflächenverlaufs eines Objekts, einer
Spaltbreite, eines Spaltversatzes, einer Schichtdicke o. ä.
ausgebildet ist.
Damit der Manipulator die ihm zugedachte Aufgabe erfüllen
kann, muss er in eine definierte Vorhalteposition relativ zu
einem Objekt gebracht werden. Unter dem Begriff
Vorhalteposition wird gemäß dem vorliegenden Patent sowohl die
Positionierung als auch die Ausrichtung des Manipulators
relativ zu dem Objekt verstanden.
Aus dem Stand der Technik sind Handhabungsgeräte bekannt, die
eine interne Steuerungseinrichtung aufweisen. Auf der
Steuerungseinrichtung ist ein Steuerungsprogramm lauffähig,
durch das der Manipulator entlang einer programmierten
Verfahrbahn in die Vorhalteposition bewegt werden kann. Wenn
das Objekt stets an derselben Position angeordnet ist, reicht
eine solche Steuerung der Verfahrbahn bis zur Vorhalteposition
vollkommen aus. Falls die Position des Objekts jedoch gewissen
Schwankungen unterworfen ist, was der Regelfall ist, kann
durch eine Steuerung alleine nicht mehr sichergestellt werden,
dass eine bestimmte Vorhalteposition des Manipulators relativ
zu dem Objekt stets mit der erforderlichen Genauigkeit
eingenommen wird. Schwankungen der Position des Objekts können
vielerlei Ursachen haben.
Um sicherzustellen, dass die Vorhalteposition des Manipulators
relativ zu dem Objekt auch bei Schwankungen der Position des
Objekts stets mit der geforderten Genauigkeit eingenommen
wird, ist es aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, die
Vorhalteposition des Manipulators relativ zu dem Objekt zu
regeln. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche
Verfahren zur Regelung der Vorhalteposition des Manipulators
bekannt. Diese bekannten Verfahren zur Regelung der
Vorhalteposition sind jedoch sehr kompliziert und langsam.
Im Rahmen der Regelung der Vorhalteposition des Manipulators
relativ zu einem Objekt wird die Ist-Vorhalteposition des
Manipulators zunächst mittels Sensoren erfasst und dann auf
eine Soll-Vorhalteposition geregelt. Die Sensoren sind bspw.
als optische oder als taktile Sensoren ausgebildet.
Insbesondere sind sie als Laser-Sensoren zum Messen von
Abständen, als Kraft/Momenten-Sensoren zum Messen von Kräften
bzw. Momenten oder als Berührungssensoren zur Detektion einer
Berührung mit dem Objekt ausgebildet.
Die Sensoren sind in einem bestimmten Bezug (Position und
Ausrichtung) zu dem Manipulator angeordnet. Vor der Regelung
der Vorhalteposition müssen die Sensoren in einen konkreten
Bezug zu dem Manipulator und zu dem Objekt gebracht werden
(Einrichten) und die Parameter der Regelung an den konkreten
Bezug angepasst werden (Kalibrieren). Der Bezug der Sensoren
zu dem Manipulator kann sich aufgrund von
Temperaturschwankungen, mechanischen Einwirkungen auf die
Sensoren oder den Manipulator, o. ä. verändern, wodurch ein
erneutes Kalibrieren und u. U. sogar eine erneutes Einrichten
der Vorrichtung zur Durchführung der Regelung notwendig wird.
Während des Einrichtens und Kalibrierens steht die Vorrichtung
nicht für eine Regelung zur Verfügung, die Regelung der
Vorhalteposition muss unterbrochen werden.
Sämtliche bekannten Verfahren zur Regelung der
Vorhalteposition des Manipulators haben außerdem den Nachteil,
dass die Verfahrgeschwindigkeit des Manipulators relativ klein
ist, da die Regelung in Unkenntnis der bevorstehenden, zu
regelnden Verfahrbahn des Manipulators erfolgt. Deshalb muss
die Verfahrgeschwindigkeit so klein gewählt werden, dass auch
im Extremfall einer Verfahrrichtungsumkehr eine rasche und
genau Positionierung des Manipulators sichergestellt werden
kann. Bei einer zu hohen Verfahrgeschwindigkeit würde der
Manipulator bei stark gekrümmten Verfahrbahnen oder einer
Verfahrrichtungsumkehr aufgrund der Massenträgheit über die
geregelte Verfahrbahn hinausschießen und somit die geregelte
Verfahrbahn verlassen.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend
auszugestalten und weiterzubilden, dass eine möglichst
schnelle Regelung der Vorhalteposition erreicht und dass
insbesondere höhere Verfahrgeschwindigkeiten des Manipulators
auf der Verfahrbahn realisiert werden können, ohne dass es zu
einem Verlust an Regelungsgenauigkeit kommt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von
dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass mehrere
Punkte zumindest eines Teils der Ist-Verfahrbahn gespeichert
sind und für eine vorausschauende Regelung der
Vorhalteposition des Manipulators entlang dieses Teils der
Verfahrbahn herangezogen werden.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Regelung der
Vorhalteposition durch eine vorausschauende Regelung auf
einfache Weise entscheidend beschleunigt werden kann. Während
der vorausschauenden Regelung der Vorhalteposition wird der
bevorstehende Verlauf der Verfahrbahn berücksichtigt. Wenn der
bevorstehende Verlauf der Verfahrbahn es zulässt, bspw. bei
einer geraden oder einer nur geringfügig gekrümmten
Verfahrbahn, kann die Verfahrgeschwindigkeit des Manipulators
hoch gewählt werden. Dadurch kann die Regelung der
Vorhalteposition entlang einer Verfahrbahn entscheidend
beschleunigt werden. Bei zunehmender Krümmung der
bevorstehenden Verfahrbahn muss die Verfahrgeschwindigkeit
zunehmend reduziert werden. Durch die Wahl einer geringen
Verfahrgeschwindigkeit bei starken Krümmungen der
bevorstehenden Verfahrbahn kann zudem die Genauigkeit der
Regelung der Vorhalteposition des Manipulators entlang der
Verfahrbahn entscheidend erhöht werden. Bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren kann die Verfahrgeschwindigkeit
somit dem Verlauf der bevorstehenden Verfahrbahn individuell
angepasst werden.
Die Punkte der Ist-Verfahrbahn können auf unterschiedliche
Weise, z. B. empirisch, simulativ oder durch Berechnung,
bestimmt werden. Bei der empirischen Bestimmung der Punkte der
Ist-Verfahrbahn können die einzelnen Punkte entweder mit dem
Manipulator des Handhabungsgeräts manuell oder von einer
ersten Steuereinrichtung gesteuert angefahren werden. Bei der
simulativen Bestimmung der Punkte wird zunächst ein Modell des
Handhabungsgeräts und des Objekts, vorzugsweise auf einem
Computer, erstellt. Anhand dieses Modells wird dann durch
Simulation der Verfahrbahn die Ist-Verfahrbahn bestimmt. Bei
der mathematischen Berechnung der Punkte der Ist-Verfahrbahn
wird zunächst ein mathematisches Modell des Handhabungsgeräts
und des Objekts erstellt, und die Punkte werden dann durch
Lösen mathematischer Gleichungen berechnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ist-Verfahrbahn des
Manipulators vor der Regelung der Vorhalteposition abgefahren
wird und dabei die Punkte zumindest eines Teils der Ist-
Verfahrbahn aufgenommen und abgespeichert werden. Die Ist-
Verfahrbahn muss nicht mit besonders hohen Anforderungen an
die Genauigkeit abgefahren werden, da die Verfahrbahn im
Rahmen der nachfolgenden Regelung der Verfahrbahn des
Manipulators korrigiert werden kann. Die abgefahrene Ist-
Verfahrbahn stellt lediglich eine Abschätzung des Verlaufs der
Soll-Verfahrbahn dar und muss so genau sein, dass sie für eine
vorausschauende Regelung der Vorhalteposition des Manipulators
entlang der Verfahrbahn herangezogen werden kann.
Die Ist-Verfahrbahn wird vorteilhafterweise von dem
Manipulator vor der Regelung der Vorhalteposition von einer
internen Steuerungseinrichtung des Handhabungsgeräts gesteuert
abgefahren. Auf der internen Steuerungseinrichtung läuft ein
Steuerungsprogramm ab, in dem die einzelnen Punkte der Ist-
Verfahrbahn programmiert sind. Das Steuerungsprogramm steuert
das Handhabungsgerät derart an, dass der Manipulator während
des Ablaufs des Steuerungsprogramms die Ist-Verfahrbahn
abfährt. Dabei werden die Punkte zumindest eines Teils der
Ist-Verfahrbahn aufgenommen und abgespeichert. Außer den in
dem Steuerungsprogramm programmierten Punkten der Ist-
Verfahrbahn können noch zusätzliche Punkte der Ist-Verfahrbahn
aufgenommen und gespeichert werden.
Die Punkte zumindest eines Teils der Ist-Verfahrbahn werden
vorzugsweise von einer externen Regelungseinrichtung
aufgenommen und abgespeichert. Auf der externen
Regelungseinrichtung läuft ein Regelungsprogramm ab, das die
Vorhalteposition des Manipulators auf der Verfahrbahn regelt.
Die externe Regelungseinrichtung ist bspw. als ein Personal
Computer (PC) oder als ein Industrie-PC ausgebildet. Das
Regelungsprogramm kann in einer Standard-Programmiersprache
programmiert und ohne großen Aufwand umprogrammiert werden. In
einem bestimmten Modus (Record-Mode) vor der Regelung der
Vorhalteposition kann das Regelungsprogramm auch die Punkte
der von dem Manipulator abgefahrenen Ist-Verfahrbahn aufnehmen
und abspeichern. Die gespeicherten Punkte werden dann in einem
anderen Modus (Operation-Mode) für die vorausschauende
Regelung der Vorhalteposition herangezogen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die externe
Regelungseinrichtung von der internen Steuerungseinrichtung
aufgerufen wird. Das Steuerungsprogramm der internen
Steuerungseinrichtung ist üblicherweise in einer proprietären,
nur auf der Steuerungseinrichtung eines bestimmten
Handhabungsgeräts lauffähigen Programmierungssprache
programmiert. Es wäre nur mit einem großen Aufwand möglich,
das gesamte Regelungsprogramm in das Steuerungsprogramm zu
integrieren. Deshalb sind in dem Steuerungsprogramm bestimmte
Programmierbefehle (Aufrufbefehle, Rückholbefehle) vorgesehen,
um das Regelungsprogramm der externen Regelungseinrichtung von
dem Steuerungsprogramm aus aufzurufen. Das Einfügen dieser
Programmierbefehle in das Steuerungsprogramm ist mit einem
geringen Aufwand möglich. Je nach dem in welchem Modus die
Regelung betrieben wird, werden durch einen Aufruf des
Regelungsprogramms der Regelungseinrichtung die Punkte der
Ist-Verfahrbahn aufgenommen und gespeichert (Record-Mode) oder
die Vorhalteposition vorausschauend geregelt (Operation-Mode).
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
wird vorgeschlagen, dass vor der Regelung der Vorhalteposition
die Soll-Vorhalteposition des Manipulators angefahren wird,
während einer Veränderung der Soll-Vorhalteposition um jeweils
einen Freiheitsgrad Messdaten, durch die die Vorhalteposition
des Manipulators charakterisiert ist, aufgenommen und
gespeichert werden und die Regelung der Vorhalteposition in
Abhängigkeit von den Messdaten durchgeführt wird. Zwischen den
aufgenommenen Messdaten und der Position des Manipulators
besteht ein Zusammenhang. Somit sind in den aufgenommenen
Messdaten Informationen über die Position des Manipulators
enthalten.
Die Soll-Vorhalteposition wird in einem weiteren Modus
(Parameter-Mode) vor der Regelung der Vorhalteposition
angefahren. Zum Anfahren der Soll-Vorhalteposition im
Parameter-Mode werden die im Record-Mode gespeicherten Punkte
der Ist-Verfahrbahn herangezogen. Sobald die Soll-
Vorhalteposition erreicht ist, beginnt eine Trainingsphase, in
der für die spätere, im Rahmen des Operation-Mode
durchgeführte Regelung der Vorhalteposition benötigte
Informationen ermittelt werden.
Während der Trainingsphase wird der Manipulator um die Soll-
Vorhalteposition um jeweils einen Freiheitsgrad in
unterschiedliche Vorhaltepositionen relativ zu dem Objekt
bewegt. Der Manipulator wird um jeden Freiheitsgrad in
Vorhaltepositionen bewegt, die vorzugsweise zu beiden Seiten
der Soll-Vorhalteposition liegen. Die Vorhaltepositionen des
Manipulators werden durch Sensoren ermittelt, die vorzugsweise
an dem Manipulator befestigt sind. Die Sensoren liefern
Messdaten anhand derer eine Vorhalteposition des Manipulators
charakterisiert ist. Die Messdaten sind bspw. die Abstände von
den Sensoren zu dem Objekt, Kräfte oder Momente, die von dem
Objekt auf die Sensoren einwirken. Die Messdaten können auch
Bildmessdaten sein. Bildmessdaten werden durch Vermessen von
Bildern gewonnen, die von einer CCD-Kamera o. ä. aufgenommen
wurden. Im Rahmen der Trainingsphase werden die Messdaten für
jeden der Freiheitsgrade für jede der Vorhaltepositionen
aufgenommen. Es ist denkbar, dass die gespeicherten Messdaten
für die Regelung der Vorhalteposition weiterverarbeitet
werden. Dann ist die Trainingsphase für diese Soll-
Vorhalteposition abgeschlossen. Der Manipulator kann eine
weitere Soll-Vorhalteposition anfahren und für diese Soll-
Vorhalteposition eine weitere Trainingsphase durchlaufen, bis
alle Soll-Vorhaltepositionen angefahren worden sind. Dann ist
der Parameter-Mode abgeschlossen. Die spätere, im Rahmen des
Operation-Mode durchgeführte Regelung der Vorhalteposition
wird in Abhängigkeit von den gespeicherten Messdaten
durchgeführt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ersetzt die Trainingsphase
das bei herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren zum Regeln der Vorhalteposition des Manipulators
eines Handhabungsgeräts notwendige Einrichten (Positionierung
der Sensoren relativ zu dem Objekt) und Kalibrieren
(Einstellen der Parameter der Regelung).
Auch bei diesem Verfahren, bei dem vor der Regelung der
Vorhalteposition eine Trainingsphase durchlaufen wird, werden
mehrere Punkte zumindest eines Teils der Ist-Verfahrbahn
gespeichert und für eine vorausschauende Regelung der
Vorhalteposition des Manipulators entlang dieses Teils der
Verfahrbahn herangezogen. Das Durchlaufen einer Trainingsphase
vor der Regelung der Vorhalteposition hat die angegebenen
Vorteile aber auch ohne diese Merkmale des Kennzeichens des
Patentanspruchs 1. Der Schutz des Patents soll sich deshalb
auch auf ein Verfahren der zuletzt genannten Art beziehen, bei
dem die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten
Merkmale fehlen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass vor der Regelung der
Vorhalteposition
- - die Soll-Vorhalteposition angefahren wird,
- - ein Soll-Messvektor mit den Messdaten aufgenommen wird,
- - für jeden Freiheitsgrad der Manipulator des Handhabungsgeräts aus der Soll-Vorhalteposition heraus in mehrere Vorhaltepositionen bewegt und in jeder Vorhalteposition ein Messvektor aufgenommen wird,
- - für jeden Freiheitsgrad für dieselben Messdaten der Messvektoren der Betrag des Gradienten ermittelt und in einer Gradientenmatrix gespeichert wird, und im Rahmen der Regelung der Vorhalteposition
- - ein Korrekturvektor aus der Multiplikation des Kehrwerts der Gradientenmatrix mit der Differenz des Soll- Messvektors und eines Ist-Messvektors in der Ist- Vorhalteposition des Manipulators oder anhand eines anderen geeigneten Verfahrens ermittelt wird und
- - die Vorhalteposition in Abhängigkeit von dem Korrekturvektor geregelt wird.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform werden in der
Trainingsphase im Parameter-Mode die für die Soll-
Vorhalteposition aufgenommenen Messdaten in einem Soll-
Messvektor und die Messdaten, die für im Rahmen der
Trainingsphase angefahrene Vorhaltepositionen aufgenommen
wurden, in Messvektoren gespeichert. Für jeden Freiheitsgrad,
um den der Manipulator bewegbar ist, werden also von der Soll-
Vorhalteposition aus mehrere Vorhaltepositionen in jede
Richtung angefahren und in jeder Vorhalteposition ein
Messvektor aufgenommen. Die Dimension der Messvektoren
entspricht der Anzahl der für jede Vorhalteposition
aufgenommenen Messdaten. Die Dimension aller Messvektoren ist
gleich groß.
Für jeden Freiheitsgrad werden die Messvektoren und der Soll-
Messvektor dann weiterverarbeitet. Aus denselben Messdaten der
Messvektoren eines Freiheitsgrades wird der Betrag des
Gradienten ermittelt und in einer Gradientenmatrix
gespeichert. Die Gradientenmatrix hat somit die Dimensionen
(Anzahl der für jede Vorhalteposition aufgenommenen Messdaten)
x (Anzahl der Freiheitsgrade). Es ist denkbar, den Kehrwert
der Gradientenmatrix bereits in dem Parameter-Mode zu
berechnen und abzuspeichern. Vorzugsweise wird er aber erst in
dem nachfolgenden Operation-Mode berechnet. Damit ist die
Trainingsphase für diese Soll-Vorhalteposition abgeschlossen.
Die Gradientenmatrix kann auch als Jakobimatrix oder als
Sensibilitätsmatrix bezeichnet werden.
Im Rahmen des Operation-Mode wird dann für die Regelung der
Vorhalteposition des Manipulators ein Ist-Messvektor
ermittelt, d. h. es werden die Messdaten in der momentanen
Vorhalteposition des Manipulators des Handhabungsgeräts
ermittelt und in dem Ist-Messvektor gespeichert. Dann wird ein
Differenzvektor aus der Differenz des Soll-Messvektors und des
Ist-Messvektors gebildet. Des Weiteren wird der Kehrwert der
Gradientenmatrix berechnet und wahlweise abgespeichert.
Schließlich wird ein Korrekturvektor aus der Multiplikation
des Kehrwerts der Gradientenmatrix mit dem Differenzvektor
berechnet und die Vorhalteposition in Abhängigkeit von dem
Korrekturvektor geregelt.
Der Korrekturvektor kann auch mittels eines anderen geeigneten
Verfahrens bestimmt werden, bspw. durch den Einsatz eines
sequentiellen Kalmanfilters. Derartige geeignete Verfahren zum
Berechnen des Korrekturvektors sind aus dem Stand der Technik
bekannt und können von einem Fachmann nach Belieben eingesetzt
werden. Diese anderen geeigneten Verfahren haben den Vorteil,
dass auf eine relativ aufwendige Bildung des Kehrwerts der
Gradientenmatrix verzichtet werden kann.
Während des Operation-Mode fährt der Manipulator zunächst die
Verfahrbahn gemäß den während des Record-Mode gespeicherten
Punkten ab. Diese Verfahrbahn wird dann im Rahmen der Regelung
der Vorhalteposition des Manipulators mit Hilfe des
Korrekturvektors korrigiert. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird die Vorhalteposition also nicht absolut,
sondern lediglich relativ zu einer Vorhalteposition auf der
gespeicherten Verfahrbahn geregelt.
Vorteilhafterweise wird die Ist-Vorhalteposition im Rahmen der
Regelung der Vorhalteposition um einen Bruchteil des
Korrekturvektors korrigiert und anschließend der Ist-
Messvektor in der korrigierten Ist-Vorhalteposition und daraus
der Korrekturvektor erneut ermittelt. Die Ist-Vorhalteposition
wird also nicht um den gesamten Korrekturvektor korrigiert. Um
ein Überschwingen der Regelung zu verhindern, wird vielmehr
versucht, sich der Soll-Vorhalteposition langsam von einer
Richtung her anzunähern. Dadurch wird eine Regelung mit einem
gedämpften Einschwingverhalten realisiert. Durch eine
geeignete Wahl des Bruchteils des Korrekturvektors kann die
Dämpfungskonstante der Regelung bestimmt werden.
Die Regelung der Vorhalteposition wird vorzugsweise
abgebrochen, wenn jedes der Elemente des Korrekturvektors
kleiner als ein Abbruchkriterium ist. Durch eine geeignete
Wahl des Abbruchkriteriums kann einerseits die Genauigkeit der
Regelung und andererseits die Regelungsgeschwindigkeit
bestimmt werden. Je kleiner der Wert des Abbruchkriteriums
gewählt wird, desto genauer kann die Regelung der
Vorhalteposition durchgeführt werden. Ein kleiner Wert des
Abbruchkriteriums bedeutet jedoch auch, dass die Regelung mehr
Zeit benötigt, bis das Abbruchkriterium erfüllt ist.
Um eine Regelbarkeit der Vorhalteposition des Manipulators
innerhalb eines bestimmten Arbeitsvolumens der Regelung
sicherzustellen, sollten die aufgenommenen Messvektoren nach
Möglichkeit das gesamte Arbeitsvolumen abdecken. Des Weiteren
sollten für jeden Freiheitsgrad so viele Messvektoren
aufgenommen werden, dass eine zuverlässige Berechnung des
Betrags des Gradienten der Messdaten möglich ist. Deshalb wird
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
vorgeschlagen, dass für jeden Freiheitsgrad von der Soll-
Vorhalteposition aus mindestens zwei Messvektoren in jede
Richtung aufgenommen werden. Vorteilhafterweise werden jedoch
für jeden Freiheitsgrad von der Soll-Vorhalteposition aus fünf
Messvektoren in jede Richtung aufgenommen. Somit ergeben sich
für jeden Freiheitsgrad zehn Messvektoren und der Soll-
Messvektor, also elf Messvektoren. Für jedes der aufgenommenen
und in den Messvektoren gespeicherte Messdatum wird dann der
Betrag des Gradienten berechnet und in der Gradientenmatrix
abgespeichert.
Die Messvektoren müssen zusammen für jeden Freiheitsgrad, in
dem die Vorhalteposition des Manipulators des
Handhabungsgeräts geregelt wird, mindestens ein unabhängiges
Messdatum enthalten. Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Messvektoren zusammen mindestens sechs Messdaten enthalten.
Dadurch kann die Position und Ausrichtung des Manipulators
relativ zu dem Objekt in sechs Freiheitsgraden eindeutig
charakterisiert werden. Damit kann die Vorhalteposition des
Manipulators um sechs Freiheitsgrade im dreidimensionalen Raum
geregelt werden. Vorzugsweise enthalten die Messvektoren
jeweils 32 Messdaten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend
auszugestalten und weiterzubilden, dass eine möglichst
schnelle Regelung der Vorhalteposition erreicht und dass
insbesondere höhere Verfahrgeschwindigkeiten des Manipulators
auf der Verfahrbahn realisiert werden können, ohne dass es zu
einem Verlust an Regelungsgenauigkeit kommt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von
der Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass die
Vorrichtung Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
schließlich darin, ein Handhabungsgerät der eingangs genannten
Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass eine
möglichst schnelle Regelung der Vorhalteposition erreicht und
dass insbesondere höhere Verfahrgeschwindigkeiten des
Manipulators auf der Verfahrbahn realisiert werden können,
ohne dass es zu einem Verlust an Regelungsgenauigkeit kommt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von
dem Handhabungsgerät der eingangs genannten Art vor, dass das
Handhabungsgerät Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Handhabungsgerät weisen insbesondere Mittel auf, um in einem
Record-Mode mehrere Punkte zumindest eines Teils der Ist-
Verfahrbahn zu speichern und die gespeicherten Punkte dann in
einem Operation-Mode für eine vorausschauende Regelung der
Vorhalteposition des Manipulators entlang dieses Teils der
Verfahrbahn heranzuziehen. Des Weiteren weisen die
erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Handhabungsgerät Mittel auf, um in einem Parameter-Mode im
Rahmen einer Trainingsphase den Manipulator in eine Soll-
Vorhalteposition zu fahren, um den Manipulator um die
einzelnen Freiheitsgrade des Handhabungsgeräts in andere
Vorhaltepositionen zu verfahren und für jeden Freiheitsgrad in
jeder Vorhalteposition die Messdaten aufzunehmen und zu
speichern, durch die die entsprechende Vorhalteposition
charakterisiert ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem
erfindungsgemäßen Handhabungsgerät kann die
Verfahrgeschwindigkeit des Manipulators aufgrund der
vorausschauenden Regelung besonders groß gewählt werden.
Außerdem ersetzt die Trainingsphase das Einrichten und
Kalibrieren der Sensoren. Mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Handhabungsgerät ist
somit eine schnellere Regelung der Vorhalteposition möglich,
ohne dass es zu einem Verlust an Regelungsgenauigkeit kommt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass an dem Manipulator des
Handhabungsgeräts zur Ermittlung der Ist-Vorhalteposition des
Manipulators relativ zu dem Objekt mindestens ein Sensor
befestigt ist.
Der oder jeder Sensor ist vorteilhafterweise derart relativ zu
dem Objekt angeordnet, dass die Folge der Messdaten der für
einen Freiheitsgrad aufgenommenen Messvektoren streng monoton
ist. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, um den Manipulator
aus allen Positionen und Ausrichtungen relativ zu dem Objekt
stets in die gewünschte Soll-Vorhalteposition regeln zu
können.
Des Weiteren muss die Beobachtbarkeit der Regelung
sichergestellt sein. Deshalb wird gemäß einer anderen
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen,
dass der oder jeder Sensor derart relativ zu dem Objekt
angeordnet ist, dass in der Gradientenmatrix für jeden
Freiheitsgrad jeweils für mindestens einen aufgenommenen
Messdaten ein Gradienten-Betragswert enthalten ist.
Damit die in der Gradientenmatrix im Rahmen der Regelung der
Vorhalteposition auch verarbeitet werden können, und zu einem
zuverlässigen Ergebnis führen, wird vorgeschlagen, dass der
oder jeder Sensor derart relativ zu dem Objekt angeordnet ist,
dass die Gradienten-Betragswerte in der Gradientenmatrix
signifikant sind. Man spricht von signifikanten Gradienten-
Betragswerten, wenn diese von dem Messrauschen der
aufgenommenen Messdaten unterscheidbar sind. Die Gradienten-
Betragswerte sind bspw. unterscheidbar, wenn sie etwa doppelt
so groß sind wie das Messrauschen der aufgenommenen Messdaten.
Falls die Gradientenstärke nicht ausreichend groß ist, wird
der entsprechende Gradienten-Betragswert als nicht vorhanden
gewertet. Die Gradienten-Betragswerte in der Gradientenmatrix
sind vorzugsweise in etwa mindestens dreimal so groß wie das
Messrauschen.
Die Kriterien der Monotonie der Folge der Messdaten, der
Beobachtbarkeit der Regelung und der Gradientenstärke können
durch die Position der Sensoren relativ zu dem Manipulator
beeinflusst werden. Der genaue Bezug der Sensoren zu dem
Manipulator ist allerdings von untergeordneter Bedeutung,
solange die o. g. Kriterien erfüllt sind. Der Bezug der
Sensoren zu dem Manipulator wird während der Trainingsphase
erfasst und über die aufgenommenen und abgespeicherten
Messdaten in der Regelung berücksichtigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass der oder jeder Sensor als
ein optischer Sensor, insbesondere als eine CCD-Kamera,
ausgebildet ist. Mittels CCD-Kameras kann ein Objekt auf
vielfältige Weise charakterisiert werden. Es ist denkbar, dass
die Messdaten bei als CCD-Kameras ausgebildeten Sensoren als
Abstände zwischen den Sensoren und dem Objekt, als Pixel auf
dem CCD-Chip o. ä. ausgebildet sind. CCD-Kameras haben zudem
den Vorteil, dass ihr Blickfeld zum Ausrichten der Sensoren
relativ zu dem Objekt auf einem Bildschirm dargestellt werden
kann. Das erleichtert die Ausrichtung der Sensoren erheblich.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Handhabungsgerät gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 2 den Manipulator des Handhabungsgeräts aus Fig. 1 im
Ausschnitt; und
Fig. 3 eine Verfahrbahn eines erfindungsgemäßen
Handhabungsgeräts.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Handhabungsgerät in
seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Das
Handhabungsgerät 1 weist einen Manipulator 2 auf, der in sechs
Freiheitsgraden (x, y, z, a, b, c) bewegbar ist. Das
Handhabungsgerät 1 ist bspw. als ein Industrie-Roboter
ausgebildet, dessen Manipulator 2 bspw. als ein beliebiges
Werkzeug oder als ein Messkopf zur Aufnahme beliebiger
Messgrößen (Temperatur, Abstand, etc.) ausgebildet ist.
Damit der Manipulator 2 die ihm zugedachte Aufgabe erfüllen
kann, muss er in eine definierte Vorhalteposition (vgl. Fig.
2) relativ zu einem Objekt 3 gebracht werden. Unter dem
Begriff Vorhalteposition wird gemäß dem vorliegenden Patent
auch die Ausrichtung des Manipulators 2 relativ zu dem Objekt
3 verstanden. Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Regelung
der Vorhalteposition vor. Das erfindungsgemäße Verfahren kann
nicht nur für jede Art von Pick-and-place-Anwendungen, sondern
auch für Anwendungen, bei denen einem bestimmten Linienverlauf
gefolgt werden muss, bspw. zum Schweißen, Kleben oder
Abdichten von Kanten, eingesetzt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel soll ein
Schiebedach 4 eines Kraftfahrzeugs von dem Manipulator 2
ergriffen und in eine entsprechende Öffnung (Objekt 3) im Dach
5 der Karosserie des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Der
Manipulator 2 ist als ein Saugnapf zum Greifen des
Schiebedachs 4 ausgebildet. Die Vorhalteposition ist eine
Position oberhalb der Öffnung, von der aus das Schiebedach 4
in einer geradlinigen, senkrechten Bewegung nach unten in die
Öffnung bewegt werden kann.
Das Handhabungsgerät 1 weist eine interne
Steuerungseinrichtung 6 auf. Auf der Steuerungseinrichtung 6
ist ein Steuerungsprogramm lauffähig, durch das der
Manipulator 2 entlang einer programmierten Verfahrbahn (vgl.
Fig. 3) in die Vorhalteposition bewegt werden kann. Wenn das
Objekt 3, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Öffnung im
Dach 5 der Karosserie des Kraftfahrzeugs, stets an derselben
Position angeordnet ist, reicht eine solche Steuerung der
Verfahrbahn bis zur Vorhalteposition vollkommen aus. Falls die
Position des Objekts 3 jedoch gewissen Schwankungen
unterworfen ist, kann durch eine Steuerung alleine nicht mehr
sichergestellt werden, dass eine bestimmte Vorhalteposition
des Manipulators 2 relativ zu dem Objekt 3 stets mit der
erforderlichen Genauigkeit eingenommen wird. Schwankungen des
Objekts 3 können sich bspw. aufgrund von Ungenauigkeiten bei
der Positionierung der Karosserie relativ zu dem
Handhabungsgerät 1 oder aufgrund der Bewegung der Karosserie
des Kraftfahrzeugs auf einer Fertigungsstraße ergeben.
Um sicherzustellen, dass die Vorhalteposition des Manipulators
2 relativ zu dem Objekt 3 auch bei Schwankungen der Position
des Objekts 3 stets mit der geforderten Genauigkeit
eingenommen wird, wird in solchen Fällen die Vorhalteposition
des Manipulators 2 relativ zu dem Objekt 3 geregelt. Aus dem
Stand der Technik sind mehrere Verfahren zur Regelung der
Vorhalteposition des Manipulators 2 bekannt. Diese Verfahren
sind jedoch sehr arbeits- und zeitaufwendig.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der
Vorhalteposition des Manipulators 2 weist verschiedene
Merkmale zur Beschleunigung und Vereinfachung der Regelung
auf. Das Verfahren ist auf einer externen Regelungseinrichtung
7 implementiert (vgl. Fig. 1). Die Regelungseinrichtung 7 ist
als ein herkömmlicher Personal-Computer (PC) oder Industrie-PC
ausgebildet. Auf der Regelungseinrichtung 7 ist ein
Regelungsprogramm, das in einer herkömmlichen
Programmiersprache programmiert ist, lauffähig. In Fig. 1 ist
die Regelungseinrichtung 7 als von dem Handhabungsgerät 1
getrennt ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, dass die
Regelungseinrichtung 7 in das Handhabungsgerät 1 integriert
ist. Das Steuerungsprogramm der Steuerungseinrichtung 6 ist in
einer proprietären, nur auf der Steuerungseinrichtung 6 dieses
Handhabungsgeräts 1 lauffähigen Programmiersprache
programmiert. Das Steuerungsprogramm weist an bestimmten
Stellen Programmierbefehle (Aufrufbefehle, Rückholbefehle)
auf, um das Regelungsprogramm der externen
Regelungsvorrichtung 7 von dem Steuerungsprogramm aus
aufzurufen bzw. um von dem Regelungsprogramm wieder zu dem
Steuerungsprogramm zurückzukehren. Zwischen der
Steuerungseinrichtung 6 und der Regelungseinrichtung 7 ist
eine Datenleitung 8 zum Austausch von Daten vorgesehen.
In Fig. 2 ist zu erkennen, dass an dem Manipulator 2 vier als
CCD-Kameras ausgebildete Sensoren 9 angeordnet sind. Durch die
Sensoren 9 werden die Verläufe der Kanten 10 in Relation zu
dem Manipulator 2 gesetzt. Dazu werden Messdaten, die im
vorliegenden Ausführungsbeispiel als Pixelwerte der CCD-Chips
der Sensoren 9 ausgebildet sind, aufgenommen und in
Messvektoren gespeichert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der
Vorhalteposition des Manipulators 2 relativ zu dem Objekt 3
weist drei unterschiedliche Betriebszustände auf. In einem
ersten Betriebszustand, dem sog. Record-Mode, wird die
Verfahrbahn A bis B (vgl. Fig. 3) zu einer Vorhalteposition
hin und von der Vorhalteposition weg von dem
Steuerungsprogramm der Steuerungseinrichtung 6 gesteuert
abgefahren. In dem Bereich der Verfahrbahn zwischen den
Punkten C und D liegt ein für die Regelung interessanter
Bereich mit einem oder mehreren Vorhaltepositionen des
Manipulators 2, die relativ zu dem Objekt 3 geregelt werden
sollen. Wenn der Manipulator 2 beim Abfahren der Verfahrbahn
den Punkt C erreicht hat, wird das Regelungsprogramm der
Regelungseinrichtung 7 aufgerufen. Während des gesteuerten
Abfahrens der Verfahrbahn von dem Punkt C bis D werden dann
einer oder mehrere Punkte von dem Regelungsprogramm
aufgenommen und gespeichert. Wenn die Verfahrbahn den Punkt D
erreicht hat, wird das Regelungsprogramm beendet. Damit ist
der Record-Mode beendet. Auf die gespeicherten Punkte der
Verfahrbahn wird dann in einem dritten Betriebszustand der
Regelung zugegriffen.
In einem zweiten Betriebszustand, dem sog. Parameter-Mode,
fährt der Manipulator 2 von dem Steuerungsprogramm gesteuert
die Verfahrbahn von dem Punkt A zu dem Punkt C ab. Wenn die
Verfahrbahn den Punkt C erreicht hat, wird das
Regelungsprogramm aufgerufen, und die Steuerung des
Manipulators 2 wird von dem Steuerungsprogramm an das
Regelungsprogramm abgegeben. Das Regelungsprogramm fährt die
gespeicherte Verfahrbahn zwischen den Punkten C und D ab. Auf
der Verfahrbahn werden diejenigen Vorhaltepositionen
angefahren, die relativ zu dem Objekt geregelt werden sollen,
und für jede Vorhalteposition wird eine Trainingsphase
durchlaufen. Wenn die von dem Regelungsprogramm gesteuerte
Verfahrbahn den Punkt D erreicht hat, wird das
Regelungsprogramm beendet und die Steuerung des Manipulators 2
entlang der Verfahrbahn wieder an das Steuerungsprogramm
zurückgegeben. Der Manipulator 2 fährt dann von dem
Steuerungsprogramm gesteuert die restliche Verfahrbahn von dem
Punkt D bis B ab. Damit ist der Parameter-Mode beendet.
Für jede Vorhalteposition, die relativ zu dem Objekt 3
geregelt werden soll, wird eine Trainingsphase durchgeführt.
Dazu wird zunächst die Soll-Vorhalteposition mit dem
Manipulator 2 angefahren, und von den Sensoren 9 werden die
Werte von 32 Messdaten, durch die die Soll-Vorhalteposition
charakterisiert ist, aufgenommen und in einem Soll-Messvektor
y_soll gespeichert. Der Soll-Messvektor y_soll hat somit die
Dimension 32 × 1 (32 Messdaten × 1 Wert). Anschließend wird
der Manipulator 2 nacheinander um jeden der sechs
Freiheitsgrade in fünf Vorhaltepositionen in der einen
Richtung der Soll-Vorhalteposition und in fünf
Vorhaltepositionen in der anderen Richtung der Soll-
Vorhalteposition bewegt. In jeder Vorhalteposition werden die
entsprechenden Werte der 32 Messdaten aufgenommen und in
Messvektoren gespeichert. Aus den zehn Messvektoren und dem
Soll-Messvektor y_soll wird dann für jeden der sechs
Freiheitsgrade der Betrag des Gradienten eines bestimmten
Messdatums berechnet und in einer Gradientenmatrix C
abgespeichert. Die Gradientenmatrix C hat somit die Dimension
32 × 6 (32 Messdaten × 6 Freiheitsgrade). Für jeden der zu
regelnden Vorhaltepositionen erhält man somit einen Soll-
Messvektor y_soll und die Gradientenmatrix C.
In einem dritten Betriebszustand, dem sog. Operation-Mode,
fährt der Manipulator 2 von dem Steuerungsprogramm gesteuert
die Verfahrbahn von dem Punkt A zu dem Punkt C ab. Wenn die
Verfahrbahn den Punkt C erreicht hat, wird das
Regelungsprogramm aufgerufen, und die Steuerung des
Manipulators 2 wird von dem Steuerungsprogramm an das
Regelungsprogramm abgegeben. Das Regelungsprogramm fährt die
gespeicherte Verfahrbahn zwischen den Punkten C und D ab. Die
gespeicherten Punkte der Verfahrbahn erlauben eine
vorausschauende Regelung der Vorhaltepunkte auf der
Verfahrbahn, was bei gleicher oder sogar höherer Genauigkeit
eine wesentlich höhere Verfahrbahngeschwindigkeit als bei den
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Regeln der
Vorhalteposition eines Manipulators ermöglicht.
In dem Bereich der Verfahrbahn zwischen den Punkten E und F
liegt ein für die Regelung interessanter Bereich mit einem
oder mehreren Vorhaltepositionen des Manipulators 2, die
relativ zu dem Objekt 3 geregelt werden sollen. Sobald die
Verfahrbahn den Punkt E erreicht hat, erfolgt eine Regelung
der Vorhalteposition auf der Verfahrbahn. Im Rahmen der
Regelung der Vorhalteposition werden von den Sensoren 9
zunächst in der momentanen Ist-Vorhalteposition die
entsprechenden Werte der Messdaten aufgenommen und in einem
Ist-Messvektor y_ist gespeichert. Der Ist-Messvektor y_ist hat
ebenfalls die Dimension 32 × 1 (32 Messdaten × 1 Wert). Aus
der Differenz des Soll-Messvektors und des Ist-Messvektors
wird ein Differenz-Messvektor D_y gebildet (D_y = y soll - y_ist).
Der Differenz-Messvektor D_y hat ebenfalls die
Dimension 32 × 1. Dann wird der Kehrwert der Gradientenmatrix
C berechnet und wahlweise abgespeichert. Aus dem Produkt des
Kehrwerts des Gradientenvektors C und des Differenz-
Messvektors D_y wird ein Korrekturvektor D_x ermittelt, der
ebenfalls die Dimension 32 × 1 hat. Es ist jedoch auch
denkbar, dass der Korrekturvektor D_x mittels eines anderen
geeigneten Verfahrens, bspw. durch den Einsatz eines
sequentiellen Kalmanfilters, ermittelt wird.
Ein Teil des Korrekturvektors D_x, vorzugsweise etwa 10% des
Korrekturvektors D_x, wird zur Korrektur der Ist-
Vorhalteposition des Manipulators 2 herangezogen. In der neuen
Ist-Vorhalteposition werden erneut die entsprechenden Werte
der Messdaten aufgenommen und in einem Ist-Messvektor y_ist
gespeichert. Wie oben bereits beschrieben wird erneut ein
Korrekturvektor D_x berechnet und die Ist-Vorhalteposition in
Abhängigkeit von dem Korrekturvektor D_x korrigiert. Die
Korrektur der Ist-Vorhalteposition wird so lange wiederholt,
bis die einzelnen Werte des Korrekturvektors D_x ein
bestimmtes Abbruchkriterium erfüllt haben, d. h. bis der
Manipulator 2 auf die Soll-Vorhalteposition geregelt ist.
Claims (21)
1. Verfahren zur Regelung der Vorhalteposition eines in
mehreren Freiheitsgraden bewegbaren Manipulators (2)
eines Handhabungsgeräts (1) relativ zu einem Objekt (3)
entlang einer Verfahrbahn, dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere Punkte zumindest eines Teils der Ist-Verfahrbahn
gespeichert sind und für eine vorausschauende Regelung
der Vorhalteposition des Manipulators (2) entlang dieses
Teils der Verfahrbahn herangezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ist-Verfahrbahn des Manipulators (2) vor der Regelung
der Vorhalteposition abgefahren wird und dabei die Punkte
zumindest eines Teils der Ist-Verfahrbahn aufgenommen und
abgespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ist-Verfahrbahn von dem Manipulator (2) vor der
Regelung der Vorhalteposition von einer internen
Steuerungseinrichtung (6) des Handhabungsgeräts (1)
gesteuert abgefahren wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Punkte zumindest eines Teils der Ist-Verfahrbahn
von einer externen Regelungseinrichtung (7) aufgenommen
und abgespeichert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die externe Regelungseinrichtung (7) von der
internen Steuerungseinrichtung (6) aufgerufen wird.
6. Verfahren zur Regelung der Vorhalteposition eines in
mehreren Freiheitsgraden bewegbaren Manipulators (2)
eines Handhabungsgeräts (1) relativ zu einem Objekt (3)
entlang einer Verfahrbahn, insbesondere nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-
Vorhalteposition des Manipulators (2) vor der Regelung
der Vorhalteposition angefahren wird, während einer
Veränderung der Soll-Vorhalteposition um jeweils einen
Freiheitsgrad Messdaten, durch die die Vorhalteposition
des Manipulators (2) charakterisiert ist, aufgenommen und
gespeichert werden und die Regelung der Vorhalteposition
in Abhängigkeit von den Messdaten durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
vor der Regelung der Vorhalteposition
- - die Soll-Vorhalteposition angefahren wird,
- - ein Soll-Messvektor (y_soll) mit den Messdaten aufgenommen wird,
- - für jeden Freiheitsgrad der Manipulator (2) des Handhabungsgeräts (1) aus der Soll-Vorhalteposition heraus in mehrere Vorhaltepositionen bewegt und in jeder Vorhalteposition ein Messvektor aufgenommen wird,
- - für jeden Freiheitsgrad für dieselben Messdaten der Messvektoren der Betrag des Gradienten ermittelt und in einer Gradientenmatrix (C) gespeichert wird, und im Rahmen der Regelung der Vorhalteposition
- - ein Korrekturvektor (D_x) aus der Multiplikation des Kehrwerts der Gradientenmatrix (C) mit der Differenz des Soll-Messvektors (y_soll) und eines Ist- Messvektors (y_ist) in der Ist-Vorhalteposition des Manipulators (2) oder anhand eines anderen geeigneten Verfahrens ermittelt wird und
- - die Vorhalteposition in Abhängigkeit von dem Korrekturvektor (D_x) geregelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ist-Vorhalteposition des Manipulators (2) im Rahmen
der Regelung der Vorhalteposition um einen Bruchteil des
Korrekturvektors (D_x) korrigiert wird und anschließend
der Ist-Messvektor (y_ist) in der korrigierten Ist-
Vorhalteposition und daraus der Korrekturvektor (D_x)
erneut ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelung der Vorhalteposition abgebrochen wird, wenn
jedes der Elemente des Korrekturvektors (D_x) kleiner als
ein Abbruchkriterium ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
dass für jeden Freiheitsgrad von der Soll-
Vorhalteposition aus mindestens zwei Messvektoren in jede
Richtung aufgenommen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
für jeden Freiheitsgrad von der Soll-Vorhalteposition aus
fünf Messvektoren in jede Richtung aufgenommen werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Messvektoren zusammen mindestens
sechs Messdaten enthalten, damit die Position und
Ausrichtung des Manipulators (2) relativ zu dem Objekt
(3) im dreidimensionalen Raum charakterisiert ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Messvektoren jeweils 32 Messdaten enthalten.
14. Vorrichtung zur Regelung der Vorhalteposition eines in
mehreren Freiheitsgraden bewegbaren Manipulators (2)
eines Handhabungsgeräts (1) relativ zu einem Objekt (3)
entlang einer Verfahrbahn, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung Mittel zur Durchführung des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
15. Handhabungsgerät (1) mit einem in mehreren
Freiheitsgraden bewegbaren Manipulator (2), dessen
Vorhalteposition relativ zu einem Objekt (3) regelbar
ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Handhabungsgerät
(9) Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
16. Handhabungsgerät (1) nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, dass an dem Manipulator (2) des
Handhabungsgeräts (1) zur Ermittlung der Ist-
Vorhalteposition des Manipulators (2) relativ zu dem
Objekt (3) mindestens ein Sensor (9) befestigt ist.
17. Handhabungsgerät (1) nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, dass der oder jeder Sensor (9) derart
relativ zu dem Objekt (3) angeordnet ist, dass die Folge
der Messdaten der für einen Freiheitsgrad aufgenommenen
Messvektoren streng monoton ist.
18. Handhabungsgerät (1) nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Gradientenmatrix (C) für
jeden Freiheitsgrad jeweils für mindestens ein
aufgenommenes Messdatum ein Gradienten-Betragswert
enthalten ist.
19. Handhabungsgerät (1) nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gradienten-Betragswerte in der
Gradientenmatrix (C) signifikant sind.
20. Handhabungsgerät (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Sensor (9)
als ein optischer Sensor ausgebildet ist.
21. Handhabungsgerät (1) nach Anspruch 20, dadurch
gekennzeichnet, dass der oder jeder Sensor (9) als eine
CCD-Kamera ausgebildet ist.
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