DE202019105086U1 - Monitor an end effector speed of a robotic manipulator - Google Patents

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Abstract

Robotersystem (1) zum Überwachen einer Geschwindigkeit an einem Endeffektor (3) oder an einer Last (5) des Endeffektors (3), aufweisend einen Robotermanipulator (7), eine mit dem Robotermanipulator (7) verbundene Steuereinheit (9), und eine mit der Steuereinheit (9) verbundene Eingabeeinheit (11), wobei die Eingabeeinheit (11) dazu ausgeführt ist, eine visuelle Darstellung des Endeffektors (3) und/oder der Last (5) am Endeffektor (3) anzuzeigen und eine Eingabe eines Anwenders zu erfassen und die Eingabe des Anwenders an die Steuereinheit (9) zu übermitteln, wobei die Steuereinheit (9) dazu ausgeführt ist, zum Vorgeben eines Orts des Endeffektors (3) oder der Last (5) des Endeffektors (3) die Eingabe des Anwenders einem Punkt des Endeffektors (3) oder der Last (5) zuzuordnen, und eine Geschwindigkeit am vorgegebenen Ort des Endeffektors (3) oder der Last (5) während des Betriebs des Robotermanipulators (7) auf Basis eines Produkts einer Jacobimatrix mit einem Vektor von Gelenkwinkelgeschwindigkeiten zu ermitteln.

Figure DE202019105086U1_0000
A robot system (1) for monitoring a speed at an end effector (3) or at a load (5) of the end effector (3), comprising a robot manipulator (7), a control unit (9) connected to the robot manipulator (7), and a control unit (9) input unit (11) connected to the control unit (9), wherein the input unit (11) is adapted to display a visual representation of the end effector (3) and / or the load (5) on the end effector (3) and to detect an input of a user and to communicate the input of the user to the control unit (9), wherein the control unit (9) is adapted to input a location of the end effector (3) or the load (5) of the end effector (3) the user input of a point of the end effector (3) or the load (5), and a speed at the predetermined location of the end effector (3) or the load (5) during operation of the robotic manipulator (7) based on a product of a Jacobian matrix with a vector of joint angle To determine elgeschwindigkeiten.
Figure DE202019105086U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Robotersystem zum Überwachen einer Geschwindigkeit an einem Endeffektor oder an einer Last des Endeffektors.The invention relates to a robot system for monitoring a speed at an end effector or at a load of the end effector.

Die folgenden Informationen gehören nicht notwendigerweise zu einem bestimmten Stand der Technik, sondern ergeben sich aus fachmännischer Überlegung: Eine Position im Raum eines bestimmten Orts einer kinematischen Kette kann immer dann bestimmt werden, wenn die Geometrie einzelner Kettenglieder und die Winkel zwischen den einzelnen Kettenglieder bekannt sind. Denn dann sind auch die für eine Koordinatensystemtransformation notwendigen Matrizen bekannt. So könnte eine Position eines Orts am Endeffektor oder an einer Last des Endeffektors zu jeder Zeit ermittelt werden, und durch Ableitung dieser Position eine Geschwindigkeit dieses Orts ermittelt werden. Durch die Ableitung bedingt würden so allerdings Rauschanteile im Sensorsignal der Winkel zwischen den Kettengliedern und transiente Effekte nachteilig verstärkt werden.The following information is not necessarily prior art, but will be understood by those skilled in the art: A position in the space of a particular location of a kinematic chain may be determined whenever the geometry of individual links and the angles between the links are known , Because then the necessary for a coordinate system transformation matrices are known. Thus, a position of a location on the end effector or on a load of the end effector could be determined at any time, and by deriving that position, a speed of that location can be determined. Due to the derivation, however, noise components in the sensor signal of the angle between the chain links and transient effects would be disadvantageously amplified.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Überwachen einer Geschwindigkeit an einem Endeffektor oder an einer Last des Endeffektors zu verbessern und insbesondere möglichst mit der Realität übereinstimmende Geschwindigkeitssignale zu ermitteln.The object of the invention is to improve the monitoring of a speed at an end effector or at a load of the end effector and, in particular, to determine as far as possible the reality of matching speed signals.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Robotersystem zum Überwachen einer Geschwindigkeit an einem Endeffektor oder an einer Last des Endeffektors, aufweisend einen Robotermanipulator, eine mit dem Robotermanipulator verbundene Steuereinheit, und eine mit der Steuereinheit verbundene Eingabeeinheit, wobei die Eingabeeinheit dazu ausgeführt ist, eine visuelle Darstellung des Endeffektors und/oder der Last am Endeffektor anzuzeigen und eine Eingabe eines Anwenders zu erfassen und die Eingabe des Anwenders an die Steuereinheit zu übermitteln, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, zum Vorgeben eines Orts des Endeffektors oder der Last des Endeffektors die Eingabe des Anwenders einem Punkt des Endeffektors oder der Last zuzuordnen, und eine Geschwindigkeit am vorgegebenen Ort des Endeffektors oder der Last während des Betriebs des Robotermanipulators auf Basis eines Produkts einer Jacobimatrix mit einem Vektor von Gelenkwinkelgeschwindigkeiten zu ermitteln.A first aspect of the invention relates to a robot system for monitoring a speed at an end effector or load of the end effector, comprising a robotic manipulator, a control unit connected to the robotic manipulator, and an input unit connected to the control unit, the input unit being adapted to visual Display the end effector and / or the load at the end effector and capture an input from a user and transmit the user's input to the controller, the controller being configured to input a location of the end effector or load of the end effector Assign a user to a point of the end effector or the load, and to determine a speed at the predetermined location of the end effector or the load during operation of the robot manipulator based on a product of a Jacobian matrix with a vector of joint angular velocities.

Der Robotermanipulator weist insbesondere eine Vielzahl von durch Gelenken miteinander verbundenen Gliedern auf. Die Steuereinheit ist insbesondere mit Antrieben an den Gelenken des Robotermanipulators verbunden und dient zum Ansteuern der Antriebe. Weiterhin bevorzugt ist die Eingabeeinheit ein Anwenderrechner, beispielsweise Laptop, der mit der Steuereinheit des Robotermanipulators verbunden ist.In particular, the robot manipulator has a plurality of links connected by joints. The control unit is connected in particular with drives to the joints of the robot manipulator and serves to drive the drives. Furthermore, the input unit is preferably a user computer, for example a laptop, which is connected to the control unit of the robot manipulator.

Die visuelle Darstellung des Endeffektors und/oder der Last am Endeffektor wird bevorzugt als CAD Modell angezeigt. Weitere visuelle Effekte am CAD Modell wie Schattierungen, Beleuchtungseffekte, die Hervorhebung gewisser Flächen oder Kanten, werden bevorzugt von der Steuereinheit initiiert. Bevorzugt ist die Eingabeeinheit ein berührempfindlicher Bildschirm, auch genannt Touchscreen, sodass die Eingabeeinheit visuelle Ausgaben vornehmen kann sowie auch direkt am auf der Eingabeeinheit angezeigten Bild Eingaben eines Anwenders erfassen kann.The visual representation of the end effector and / or the load on the end effector is preferably displayed as a CAD model. Additional visual effects on the CAD model, such as shading, lighting effects, the highlighting of certain areas or edges, are preferably initiated by the control unit. The input unit is preferably a touch-sensitive screen, also called a touchscreen, so that the input unit can make visual outputs and also can capture inputs of a user directly on the image displayed on the input unit.

Die Geschwindigkeit des vorgegebenen Orts ist insbesondere gegenüber einem erdfesten Koordinatensystem definiert. Die Jacobimatrix ist die notwendige Abbildung, um einen Vektor aus Gelenkwinkelgeschwindigkeiten auf eine solche, bevorzugt kartesische und gegenüber der Erde ausgedrückte Geschwindigkeit abzubilden. Insbesondere weist der Vektor der Gelenkwinkelgeschwindigkeiten genau so viele Komponenten auf, wie Gelenke am Robotermanipulator vorhanden sind. Dies entspricht auch der Zahl der Freiheitsgrade, mit denen die als Robotermanipulator realisierte kinematische Kette bewegt werden kann. Die Abbildung durch die Jacobimatrix beispielsweise eines Vektors von Gelenkwinkelgeschwindigkeiten mit sieben Komponenten führt dabei insbesondere zu einem Geschwindigkeitsvektor des Ortes am Endeffektor oder an der Last mit drei Komponenten für die drei kartesischen Raumrichtungen, die bevorzugt gegenüber der Erde invariant definiert sind.The speed of the predetermined location is defined in particular with respect to a terrestrial coordinate system. The Jacobian matrix is the necessary mapping to map a vector of joint angular velocities to such, preferably Cartesian, and Earth-expressed velocity. In particular, the vector of joint angular velocities has exactly as many components as there are joints on the robot manipulator. This also corresponds to the number of degrees of freedom with which the kinematic chain realized as a robot manipulator can be moved. The mapping by the Jacobian matrix, for example, of a vector of joint velocities with seven components leads in particular to a velocity vector of the location at the end effector or to the load with three components for the three Cartesian spatial directions, which are preferably defined invariably relative to the earth.

Die Gelenkwinkelgeschwindigkeiten werden dabei bevorzugt durch eine gefilterte zeitliche Ableitung von Gelenkwinkeln aus entsprechenden insbesondere an den Gelenken des Robotermanipulators angeordnete Gelenkwinkelsensoren, oder auf Basis anderer Messwerte ermittelt. Die Gelenkwinkelgeschwindigkeiten drücken insbesondere die Ableitung nach der Zeit eines Winkels zwischen zwei durch ein gemeinsames Gelenk miteinander verbundenen und gegeneinander schwenkbaren Gliedern des Robotermanipulators aus. Ob die jeweilige Gelenkwinkelgeschwindigkeit dabei direkt tachometrisch gemessen wird oder aus anderen Hilfsgrößen erzeugt wird, spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle. Insbesondere kann auch die jeweilige Gelenkwinkelgeschwindigkeit an einem Gelenk des Robotermanipulators durch Integration einer gemessenen Beschleunigung am jeweiligen Gelenk ermittelt werden.The joint angular velocities are preferably determined by a filtered temporal derivation of joint angles from corresponding joint angle sensors, in particular arranged at the joints of the robot manipulator, or on the basis of other measured values. In particular, the joint angular velocities express the derivative with respect to the time of an angle between two members of the robotic manipulator interconnected by a common joint and pivotable relative to each other. Whether the respective joint angular velocity is measured directly by tachometry or generated from other auxiliary quantities only plays a subordinate role. In particular, the respective joint angular velocity at a joint of the robot manipulator can also be determined by integrating a measured acceleration at the respective joint.

Insbesondere erfolgt die Zuordnung der Eingabe des Anwenders zu einem jeweiligen Ort des Endeffektors oder der Last des Endeffektors durch eine entsprechende Berührung des Anwenders des visuellen Modells des Endeffektors oder der Last an einer entsprechenden Stelle des als berührempfindlichen Bildschirms realisierte Eingabeeinheit. Die Last am Endeffektor ist insbesondere diejenige Masse, die am Endeffektor befestigt ist, insbesondere wenn der Endeffektor ein Greifer ist und die Last eine gegriffene Masse. In particular, the assignment of the user's input to a respective location of the end effector or the load of the end effector is made by a corresponding touch of the user of the visual model of the end effector or the load at a corresponding location of the input unit realized as a touch-sensitive screen. In particular, the load on the end effector is the mass attached to the end effector, particularly when the end effector is a gripper and the load is a gripped mass.

Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass durch die entsprechende Verwendung einer Jacobimatrix und die Verwendung von genauen und zuverlässigen ermittelten jeweiligen Gelenkwinkelgeschwindigkeiten eine sehr zuverlässige und genaue Informationen über die aktuelle räumliche Geschwindigkeit des vorgegebenen Orts erhalten wird, wobei das Signal dieser Geschwindigkeit insbesondere (nahezu) frei von überhobenen transienten Effekten oder Sensorrauschen ist.It is an advantageous effect of the invention that by the appropriate use of a Jacobian matrix and the use of accurate and reliable determined respective joint angular velocities a very reliable and accurate information about the current spatial velocity of the given location is obtained, the signal of that velocity being (almost ) is free from excessive transient effects or sensor noise.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, die Jacobimatrix an dem vorgegebenen Ort des Endeffektors oder der Last auf die Eingabe des Anwenders hin so anzupassen, dass die Jacobimatrix für den vorgegebenen Ort des Endeffektors oder der Last gültig ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Jacobimatrix genau so gewählt, dass sie bereits für den vorgegebenen Ort des Endeffektors oder der Last gültig ist. Dies erzeugt vorteilhaft direkt die Abbildung des Vektors der Gelenkwinkelgeschwindigkeiten auf die kartesische Geschwindigkeit des vorgegebenen Orts.According to an advantageous embodiment, the control unit is adapted to adapt the Jacobian matrix at the predetermined location of the end effector or load to the user's input such that the Jacobian matrix is valid for the given location of the end effector or load. According to this embodiment, the Jacobian matrix is chosen exactly so that it is already valid for the given location of the end effector or the load. This advantageously produces directly the mapping of the vector of joint angular velocities to the Cartesian velocity of the given location.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, eine für einen vordefinierten Ausgangspunkt am Robotermanipulator oder Endeffektor gültige Jacobimatrix zur Berechnung einer Geschwindigkeit am vordefinierten Ausgangspunkt mit dem Vektor der Gelenkwinkelgeschwindigkeiten zu multiplizieren, und die Geschwindigkeit des vorgegebenen Orts des Endeffektors oder der Last durch Addieren der Geschwindigkeit des vordefinierten Ausgangspunkts mit einer Relativgeschwindigkeit des vorgegebenen Orts des Endeffektors oder der Last gegenüber dem vordefinierten Ausgangspunkt ermitteln. Im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform wird gemäß dieser Ausführungsform eine Jacobimatrix verwendet, die grundsätzlich für den vordefinierten Ausgangspunkt des Robotermanipulators oder des Endeffektors gültig ist, und von diesem Ausgangspunkt ausgehend wird weiter über eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem vorgegebenen Ort und dem Ausgangspunkt die absolute Geschwindigkeit des vorgegebenen Ortes ermittelt. Dies erlaubt vorteilhaft die Verwendung einer konstanten Jacobimatrix, sodass die Jacobimatrix nicht für jede Änderung des vorgegebenen Orts ebenfalls geändert werden muss, sondern in ihrer ursprünglichen Form, nämlich gültig für den Ausgangspunkt, verwendet werden kann.According to a further advantageous embodiment, the control unit is designed to multiply a Jacobian matrix valid for a predefined starting point on the robot manipulator or end effector to calculate the velocity at the predefined starting point with the vector of joint angular velocities, and the velocity of the predetermined location of the end effector or the load by adding determine the speed of the predefined starting point with a relative speed of the predetermined location of the end effector or the load relative to the predefined starting point. In contrast to the previous embodiment, according to this embodiment, a Jacobian matrix basically valid for the predefined starting point of the robot manipulator or the end effector is used, and starting from this starting point, the absolute velocity of the given location is further determined by a relative velocity between the given location and the starting point determined. This advantageously allows the use of a constant Jacobian matrix so that the Jacobian matrix does not have to be changed for every change in the given location as well, but can be used in its original form, valid for the starting point.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform basiert die Relativgeschwindigkeit auf dem Kreuzprodukt aus der Winkelgeschwindigkeit des Körpers des vordefinierten Ausgangspunkts und dem geometrischen Abstand zwischen dem Ort des Endeffektors oder der Last gegenüber dem vordefinierten Ausgangspunkt. Die Verwendung eines Abstandes zwischen dem vorgegebenen Ort und der Last zusammen mit einem entsprechenden Vektor von Winkelgeschwindigkeiten ist vorteilhaft eine sehr zuverlässige und genaue Methode, um von der bekannten absoluten kartesischen Geschwindigkeit des Ausgangspunkts auf die absolute Geschwindigkeit des vorgegebenen Ortes zu schließen.According to a further advantageous embodiment, the relative velocity on the cross product is based on the angular velocity of the body of the predefined starting point and the geometric distance between the location of the end effector or the load relative to the predefined starting point. The use of a distance between the given location and the load together with a corresponding vector of angular velocities is advantageously a very reliable and accurate method for inferring from the known absolute Cartesian velocity of the origin to the absolute velocity of the given location.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Robotermanipulator durch Gelenke miteinander verbundene Glieder auf und zumindest eine Teilmenge der Gelenke weist zueinander redundante Freiheitsgrade auf. In einem solchen redundanten Robotermanipulator ist es insbesondere möglich, die Position des Endeffektors konstant zu halten, während gewisse Glieder des Robotermanipulators im Raum bewegt werden.According to a further advantageous embodiment, the robot manipulator has links connected to one another by joints, and at least one subset of the joints has mutually redundant degrees of freedom. In particular, in such a redundant robotic manipulator, it is possible to keep the position of the end effector constant while moving certain members of the robotic manipulator in space.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Robotermanipulator sieben Freiheitsgrade auf.According to a further advantageous embodiment, the robot manipulator has seven degrees of freedom.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die visuelle Darstellung des Endeffektors und/oder der Last am Endeffektor eine dreidimensionale Darstellung, die durch eine Verschiebeeingabe des Anwenders in ihrer Orientierung und/oder Position in der visuellen Darstellung veränderbar ist. Vorteilhaft kann somit jeder beliebige Punkt am Endeffektor oder an der Last des Endeffektors ausgewählt werden, da das 3-D Modell der Last oder des Endeffektors durch die Verschiebeeingabe des Anwenders zumindest in ihrer Orientierung veränderbar ist.According to a further advantageous embodiment, the visual representation of the end effector and / or the load on the end effector is a three-dimensional representation, which can be changed by a displacement input of the user in their orientation and / or position in the visual representation. Advantageously, therefore, any point can be selected on the end effector or on the load of the end effector, since the 3-D model of the load or the end effector can be changed at least in its orientation by the displacement input of the user.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Eingabeeinheit ein berührempfindlicher Bildschirm. Vorteilhaft kann am berührempfindlichen Bildschirm, auch Touchscreen genannt, eine visuelle Ausgabe sowie eine Eingabe durch eine entsprechende Berührung einer bestimmten Stelle der Eingabeeinheit durch einen Anwender erfolgen. Dies erleichtert vorteilhaft die Auswahl eines bestimmten Punktes am Endeffektor oder an der Last, um einem Ort vorzugeben.According to a further advantageous embodiment, the input unit is a touch-sensitive screen. Advantageously, on the touch-sensitive screen, also called a touchscreen, a visual output as well as an input can be made by a corresponding contact of a specific point of the input unit by a user. This advantageously facilitates the selection of a particular point on the end effector or on the load to specify a location.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Eingabeeinheit dazu ausgeführt, eine Geschwindigkeitseingabe des Anwenders zu erfassen und an die Steuereinheit zu übermitteln, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, die aktuelle am vorgegebenen Ort des Endeffektors oder der Last ermittelte Geschwindigkeit mit der Geschwindigkeitseingabe zu vergleichen und ein Signal zum Ausgeben einer Warnung an die Eingabeeinheit zu übermitteln, wenn die aktuell ermittelte Geschwindigkeit am vorgegebenen Ort des Endeffektors oder der Last größer als die Geschwindigkeitseingabe ist. Dies erlaubt vorteilhaft eine Überwachung der aktuell ermittelten Geschwindigkeit am vorgegebenen Ort auf Überschreiten eines Grenzwerts, nämlich der Geschwindigkeitseingabe.According to a further advantageous embodiment, the input unit is designed to allow a speed input by the user and to communicate to the control unit, wherein the control unit is adapted to compare the current determined at the predetermined location of the end effector or the load speed with the speed input and to transmit a signal for issuing a warning to the input unit, if the currently determined speed at the predetermined location of the end effector or the load is greater than the speed input. This advantageously allows a monitoring of the currently determined speed at the predetermined location on exceeding a limit value, namely the speed input.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden an der visuellen Darstellung des Endeffektors und/oder der Last am Endeffektor eine Vielzahl von Punkten am Endeffektor oder der Last angezeigt, wobei die Eingabeeinheit dazu ausgeführt ist, eine Auswahleingabe des Anwenders zu erfassen und an die Steuereinheit zu übermitteln, wobei die Steuereinheit zum Vorgeben des Ortes am Endeffektor oder der Last durch Zuordnen der Auswahleingabe zu einem aus der Vielzahl der Punkte am Endeffektor oder der Last ausgeführt ist. Die vordefinierten Punkte am Endeffektor oder an der Last erleichtern vorteilhaft die Auswahl des vorgegebenen Ortes durch den Anwender, da eine gewisse Ungenauigkeit in der Eingabe an der Eingabeeinheit durch den Anwender zulässig ist, insbesondere dann, wenn der zur Eingabe nächstgelegene vordefinierte Punkt des Endeffektors oder der Last ausgewählt wird.According to a further advantageous embodiment, a plurality of points on the end effector or the load are displayed on the visual representation of the end effector and / or the load on the end effector, wherein the input unit is adapted to detect a selection input of the user and to transmit it to the control unit, wherein the controller is configured to specify the location on the end effector or the load by associating the select input with one of the plurality of points on the end effector or the load. The predefined points on the end effector or on the load advantageously facilitate the selection of the predetermined location by the user, as some inaccuracy in the input to the input unit by the user is allowed, especially if the nearest predefined point of the end effector or input Load is selected.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Eingabeeinheit dazu ausgeführt, die aktuell ermittelte Geschwindigkeit des Orts des Endeffektors oder der Last anzuzeigen. Vorteilhaft erhält der Anwender dadurch eine aktuelle Information über die Geschwindigkeit des vorgegebenen Orts.According to a further advantageous embodiment, the input unit is designed to display the currently determined speed of the location of the end effector or the load. Advantageously, the user thereby receives current information about the speed of the given location.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Eingabeeinheit dazu ausgeführt, eine aktuelle Richtung der aktuell ermittelten Geschwindigkeit des Orts des Endeffektors oder der Last anzuzeigen. Vorteilhaft erhält der Anwender nicht nur die Information über einen Betrag der Geschwindigkeit des vorgegebenen Orts, sondern auch über die aktuelle Richtung und kann so besser das Verhalten des Robotermanipulators einschätzen.According to a further advantageous embodiment, the input unit is designed to display a current direction of the currently determined speed of the location of the end effector or the load. Advantageously, the user not only receives the information about an amount of the speed of the given location, but also about the current direction and can thus better estimate the behavior of the robot manipulator.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Geschwindigkeit an einem Endeffektor eines Robotermanipulators oder an einer Last des Endeffektors, aufweisend die Schritte:

  • - Anzeigen einer visuellen Darstellung des Endeffektors und/oder der Last am Endeffektor durch eine Eingabeeinheit,
  • - Erfassen einer Eingabe eines Anwenders durch die Eingabeeinheit,
  • - Zuordnen der Eingabe des Anwenders einem Punkt des Endeffektors oder der Last zum Vorgeben eines Orts des Endeffektors oder der Last des Endeffektors durch eine Steuereinheit, und
  • - Ermitteln einer Geschwindigkeit am vorgegebenen Ort des Endeffektors oder der Last während des Betriebs des Robotermanipulators auf Basis eines Produkts einer Jacobimatrix mit einem Vektor von Gelenkwinkelgeschwindigkeiten durch die Steuereinheit.
A further aspect of the invention relates to a method for monitoring a speed at an end effector of a robotic manipulator or at a load of the end effector, comprising the steps:
  • Displaying a visual representation of the end effector and / or the load on the end effector through an input unit,
  • Detecting an input of a user by the input unit,
  • Assigning the input of the user to a point of the end effector or the load for specifying a location of the end effector or the load of the end effector by a control unit, and
  • - Determining a speed at the predetermined location of the end effector or the load during operation of the robot manipulator based on a product of a Jacobian matrix with a vector of joint angular velocities by the control unit.

Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Robotersystem vorstehend gemachten Ausführungen.Advantages and preferred developments of the proposed method result from an analogous and analogous transmission of the statements made above in connection with the proposed robot system.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.

Es zeigen:

  • 1 ein Robotersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 ein Robotersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 3 ein Verfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Show it:
  • 1 a robot system according to an embodiment of the invention,
  • 2 a robot system according to another embodiment of the invention, and
  • 3 a method according to another embodiment of the invention.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The illustrations in the figures are schematic and not to scale.

1 zeigt ein Robotersystem 1 zum Überwachen einer Geschwindigkeit an einem Endeffektor 3. Dabei ist ein Robotermanipulator 7 des Robotersystems 1 mit einer Steuereinheit 9 verbunden, und die Steuereinheit 9 mit einer Eingabeeinheit 11 verbunden. Die Eingabeeinheit 11 ist ein berührempfindlicher Bildschirm. Die Eingabeeinheit 11 zeigt eine dreidimensionale visuelle Darstellung des Endeffektors 3 an und erfasst am angezeigten Endeffektor die Eingabe eines Anwenders. Diese übermittelt sie an die Steuereinheit 9. Die Steuereinheit 9 ordnet zum Vorgeben eines Orts P des Endeffektors 3 die Eingabe des Anwenders einem Punkt des Endeffektors 3 zu. Während des Betriebs des Robotermanipulators 7, das heißt während der Ausführung einer Aufgabe des Robotermanipulators 7, ermittelt die Steuereinheit 9 eine Geschwindigkeit am vorgegebenen Ort P des Endeffektors 3, indem sie ein Produkt einer Jacobimatrix mit einem Vektor von Gelenkwinkelgeschwindigkeiten ermittelt. Die Steuereinheit 9 ermittelt hierzu eine auf die Eingabe des Anwenders, das heißt auf den vorgegebenen Ort P, abgestimmte Jacobimatrix, so dass die Jacobimatrix für den vorgegebenen Ort P gültig ist. Die Eingabeeinheit 11 zeigt die jeweils aktuelle und so ermittelte Geschwindigkeit des Orts P des Endeffektors 3 zusammen mit der aktuellen Richtung der aktuell ermittelten Geschwindigkeit des Orts P des Endeffektors 3 an. 1 shows a robot system 1 for monitoring a speed at an end effector 3 , Here is a robot manipulator 7 of the robot system 1 with a control unit 9 connected, and the control unit 9 with an input unit 11 connected. The input unit 11 is a touch-sensitive screen. The input unit 11 shows a three-dimensional visual representation of the end effector 3 and detects the input of a user at the indicated end effector. This transmits them to the control unit 9 , The control unit 9 orders to specify a location P of the end effector 3 the input of the user to a point of the end effector 3 to. During operation of the robot manipulator 7 That is, during the execution of a task of the robot manipulator 7 , that determines control unit 9 a speed at the predetermined location P of the end effector 3 by determining a product of a Jacobian matrix with a vector of joint angular velocities. The control unit 9 determines for this purpose a Jacobian matrix matched to the input of the user, that is to say to the predetermined location P, so that the Jacobian matrix is valid for the given location P. The input unit 11 shows the current and thus determined speed of the location P of the end effector 3 together with the current direction of the currently determined speed of the location P of the end effector 3 at.

2 zeigt ein Robotersystem 1 zum Überwachen einer Geschwindigkeit an einem Endeffektor 3. Dabei ist ein Robotermanipulator 7 des Robotersystems 1 mit einer Steuereinheit 9 verbunden, und die Steuereinheit 9 mit einer Eingabeeinheit 11 verbunden. Die Eingabeeinheit 11 ist ein berührempfindlicher Bildschirm. Die Eingabeeinheit 11 zeigt eine dreidimensionale visuelle Darstellung des Endeffektors 3 an und erfasst am angezeigten Endeffektor die Eingabe eines Anwenders. Diese übermittelt sie an die Steuereinheit 9. Die Steuereinheit 9 ordnet zum Vorgeben eines Orts P des Endeffektors 3 die Eingabe des Anwenders einem Punkt des Endeffektors 3 zu. Während des Betriebs des Robotermanipulators 7, das heißt während der Ausführung einer Aufgabe des Robotermanipulators 7, ermittelt die Steuereinheit 9 eine Geschwindigkeit am vorgegebenen Ort P des Endeffektors 3, indem sie eine für einen vordefinierten Ausgangspunkt 13 am Robotermanipulator 7 gültige Jacobimatrix zur Berechnung einer Geschwindigkeit am vordefinierten Ausgangspunkt 13 mit dem Vektor der Gelenkwinkelgeschwindigkeiten multipliziert, und die Geschwindigkeit des vorgegebenen Orts P des Endeffektors 3 durch Addieren der Geschwindigkeit des vordefinierten Ausgangspunkts 13 mit einer Relativgeschwindigkeit des vorgegebenen Orts P des Endeffektors 3 gegenüber dem vordefinierten Ausgangspunkt 13 ermittelt. Die Relativgeschwindigkeit wird hierbei von der Steuereinheit 9 aus dem Kreuzprodukt der Winkelgeschwindigkeit des Gliedes oberhalb des Endeffektors 3, an dem der vordefinierte Ausgangspunkt 13 liegt, mit dem geometrischen Abstand zwischen dem Ort P des Endeffektors 3 gegenüber dem vordefinierten Ausgangspunkt 13 ermittelt. Die Jacobimatrix ist daher für den Ausgangspunkt 13 gültig. Die Eingabeeinheit 11 zeigt die jeweils aktuelle so ermittelte Geschwindigkeit des Orts P des Endeffektors 3 zusammen mit der aktuellen Richtung der aktuell ermittelten Geschwindigkeit des Orts P des Endeffektors 3 an. 2 shows a robot system 1 for monitoring a speed at an end effector 3 , Here is a robot manipulator 7 of the robot system 1 with a control unit 9 connected, and the control unit 9 with an input unit 11 connected. The input unit 11 is a touch-sensitive screen. The input unit 11 shows a three-dimensional visual representation of the end effector 3 and detects the input of a user at the indicated end effector. This transmits them to the control unit 9 , The control unit 9 orders to specify a location P of the end effector 3 the input of the user to a point of the end effector 3 to. During operation of the robot manipulator 7 That is, during the execution of a task of the robot manipulator 7 , determines the control unit 9 a speed at the predetermined location P of the end effector 3 by placing one for a predefined starting point 13 on the robot manipulator 7 valid Jacobian matrix for calculating a velocity at the predefined starting point 13 multiplied by the vector of joint angular velocities, and the velocity of the predetermined location P of the end effector 3 by adding the speed of the predefined starting point 13 with a relative speed of the predetermined location P of the end effector 3 opposite the predefined starting point 13 determined. The relative speed is determined by the control unit 9 from the cross product of the angular velocity of the limb above the end effector 3 where the predefined starting point 13 lies with the geometric distance between the location P of the end effector 3 opposite the predefined starting point 13 determined. The Jacobi matrix is therefore the starting point 13 valid. The input unit 11 shows the respective current thus determined speed of the location P of the end effector 3 together with the current direction of the currently determined speed of the location P of the end effector 3 at.

3 zeigt ein Verfahren zum Überwachen einer Geschwindigkeit an einem Endeffektor 3 eines Robotermanipulators 7 oder an einer Last 5 des Endeffektors 3, aufweisend die Schritte:

  • - Anzeigen S1 einer visuellen Darstellung des Endeffektors 3 und/oder der Last 5 am Endeffektor 3,
  • - Erfassen S2 einer Eingabe eines Anwenders durch eine Eingabeeinheit 11,
  • - Zuordnen S3 der Eingabe des Anwenders einem Punkt des Endeffektors 3 oder der Last 5 zum Vorgeben eines Orts des Endeffektors 3 oder der Last 5 des Endeffektors 3 durch eine Steuereinheit 9, und
  • - Ermitteln S4 einer Geschwindigkeit am vorgegebenen Ort des Endeffektors 3 oder der Last 5 während des Betriebs des Robotermanipulators 7 auf Basis eines Produkts einer Jacobimatrix mit einem Vektor von Gelenkwinkelgeschwindigkeiten durch die Steuereinheit 9.
3 shows a method for monitoring a speed at an end effector 3 a robot manipulator 7 or at a load 5 of the end effector 3 comprising the steps:
  • - Show S1 a visual representation of the end effector 3 and / or the load 5 at the end effector 3 .
  • - To capture S2 an input of a user by an input unit 11 .
  • - Assign S3 the input of the user to a point of the end effector 3 or the load 5 for specifying a location of the end effector 3 or the load 5 of the end effector 3 by a control unit 9 , and
  • - Determine S4 a speed at the given location of the end effector 3 or the load 5 during operation of the robot manipulator 7 based on a product of a Jacobian matrix with a vector of joint angular velocities through the control unit 9 ,

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been further illustrated and explained in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exists. It is also to be understood that exemplified embodiments are really only examples that are not to be construed in any way as limiting the scope, applicability, or configuration of the invention. Rather, the foregoing description and description enable the skilled artisan to practice the exemplary embodiments, and those of skill in the knowledge of the disclosed inventive concept may make various changes, for example, to the function or arrangement of particular elements recited in an exemplary embodiment. without departing from the scope defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanation in the specification.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Robotersystemrobot system
33
Endeffektorend effector
55
Lastload
77
Robotermanipulatorrobot manipulator
99
Steuereinheitcontrol unit
1111
Eingabeeinheitinput unit
1313
Ausgangspunkt starting point
S1S1
AnzeigenShow
S2S2
ErfassenTo capture
S3S3
ZuordnenAssign
S4S4
ErmittelnDetermine

Claims (12)

Robotersystem (1) zum Überwachen einer Geschwindigkeit an einem Endeffektor (3) oder an einer Last (5) des Endeffektors (3), aufweisend einen Robotermanipulator (7), eine mit dem Robotermanipulator (7) verbundene Steuereinheit (9), und eine mit der Steuereinheit (9) verbundene Eingabeeinheit (11), wobei die Eingabeeinheit (11) dazu ausgeführt ist, eine visuelle Darstellung des Endeffektors (3) und/oder der Last (5) am Endeffektor (3) anzuzeigen und eine Eingabe eines Anwenders zu erfassen und die Eingabe des Anwenders an die Steuereinheit (9) zu übermitteln, wobei die Steuereinheit (9) dazu ausgeführt ist, zum Vorgeben eines Orts des Endeffektors (3) oder der Last (5) des Endeffektors (3) die Eingabe des Anwenders einem Punkt des Endeffektors (3) oder der Last (5) zuzuordnen, und eine Geschwindigkeit am vorgegebenen Ort des Endeffektors (3) oder der Last (5) während des Betriebs des Robotermanipulators (7) auf Basis eines Produkts einer Jacobimatrix mit einem Vektor von Gelenkwinkelgeschwindigkeiten zu ermitteln.A robot system (1) for monitoring a speed at an end effector (3) or at a load (5) of the end effector (3), comprising a robot manipulator (7), a control unit (9) connected to the robot manipulator (7), and a control unit (9) input unit (11) connected to the control unit (9), wherein the input unit (11) is adapted to display a visual representation of the end effector (3) and / or the load (5) on the end effector (3) and to detect an input of a user and to communicate the input of the user to the control unit (9), wherein the control unit (9) is adapted to input a location of the end effector (3) or the load (5) of the end effector (3) the user input of a point of the end effector (3) or the load (5), and a speed at the predetermined location of the end effector (3) or the load (5) during operation of the robotic manipulator (7) based on a product of a Jacobian matrix with a vector of joint angle To determine elgeschwindigkeiten. Robotersystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (9) dazu ausgeführt ist, die Jacobimatrix an dem vorgegebenen Ort des Endeffektors (3) oder der Last (5) auf die Eingabe des Anwenders hin so anzupassen, dass die Jacobimatrix für den vorgegebenen Ort des Endeffektors (3) oder der Last (5) gültig ist.Robot system (1) according to Claim 1 wherein the control unit (9) is adapted to adapt the Jacobian matrix at the predetermined location of the end effector (3) or the load (5) to the user input so that the Jacobian matrix for the given location of the end effector (3) or the load (5) is valid. Robotersystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (9) dazu ausgeführt ist, eine für einen vordefinierten Ausgangspunkt (13) am Robotermanipulator (7) oder Endeffektor (3) gültige Jacobimatrix zur Berechnung einer Geschwindigkeit am vordefinierten Ausgangspunkt (13) mit dem Vektor der Gelenkwinkelgeschwindigkeiten zu multiplizieren, und die Geschwindigkeit des vorgegebenen Orts des Endeffektors (3) oder der Last (5) durch Addieren der Geschwindigkeit des vordefinierten Ausgangspunkts (13) mit einer Relativgeschwindigkeit des vorgegebenen Orts des Endeffektors (3) oder der Last (5) gegenüber dem vordefinierten Ausgangspunkt (13) ermitteln.Robot system (1) according to Claim 1 wherein the control unit (9) is adapted to multiply a Jacobian matrix valid for a predefined starting point (13) on the robot manipulator (7) or end effector (3) to calculate velocity at the predefined starting point (13) with the vector of joint angular velocities, and the velocity of the predetermined location of the end effector (3) or the load (5) by adding the velocity of the predefined starting point (13) to a relative velocity of the predetermined location of the end effector (3) or the load (5) relative to the predefined starting point (13) determine. Robotersystem nach Anspruch 3, wobei die Relativgeschwindigkeit auf dem Kreuzprodukt aus der Winkelgeschwindigkeit des Körpers des vordefinierten Ausgangspunkts (13) und dem geometrischen Abstand zwischen dem Ort des Endeffektors (3) oder der Last (5) gegenüber dem vordefinierten Ausgangspunkt (13) basiert.Robot system after Claim 3 , wherein the relative velocity on the cross product is based on the angular velocity of the body of the predefined starting point (13) and the geometric distance between the location of the end effector (3) or the load (5) from the predefined starting point (13). Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Robotermanipulator (7) durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist und und zumindest eine Teilmenge der Gelenke zueinander redundante Freiheitsgrade aufweist.Robot system (1) according to one of the preceding claims, wherein the robot manipulator (7) has links connected to one another by joints, and and at least a subset of the joints have mutually redundant degrees of freedom. Robotersystem (1) nach Anspruch 5, wobei der Robotermanipulator (7) sieben Freiheitsgrade aufweist.Robot system (1) according to Claim 5 wherein the robot manipulator (7) has seven degrees of freedom. Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die visuelle Darstellung des Endeffektors (3) und/oder der Last (5) am Endeffektor (3) eine dreidimensionale Darstellung ist, die durch eine Verschiebeeingabe des Anwenders in ihrer Orientierung und/oder Position in der visuellen Darstellung veränderbar ist.A robotic system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the visual representation of the end effector (3) and / or the load (5) on the end effector (3) is a three-dimensional representation represented by a displacement input of the user in its orientation and / or position is changeable in the visual representation. Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingabeeinheit (11) ein berührempfindlicher Bildschirm ist.A robotic system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the input unit (11) is a touch-sensitive screen. Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingabeeinheit (11) dazu ausgeführt ist, eine Geschwindigkeitseingabe des Anwenders zu erfassen und an die Steuereinheit (9) zu übermitteln, wobei die Steuereinheit (9) dazu ausgeführt ist, die aktuelle am vorgegebenen Ort des Endeffektors (3) oder der Last (5) ermittelte Geschwindigkeit mit der Geschwindigkeitseingabe zu vergleichen und ein Signal zum Ausgeben einer Warnung an die Eingabeeinheit (11) zu übermitteln, wenn die aktuell ermittelte Geschwindigkeit am vorgegebenen Ort des Endeffektors (3) oder der Last (5) größer als die Geschwindigkeitseingabe ist.A robot system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the input unit (11) is adapted to detect a speed input of the user and to transmit to the control unit (9), the control unit (9) being adapted to the current one Compare the location of the end effector (3) or the load (5) determined speed with the speed input and transmit a signal for outputting a warning to the input unit (11) when the currently determined speed at the predetermined location of the end effector (3) or the Load (5) is greater than the speed input. Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der visuellen Darstellung des Endeffektors (3) und/oder der Last (5) am Endeffektor (3) eine Vielzahl von Punkten am Endeffektor (3) oder der Last (5) angezeigt werden, wobei die Eingabeeinheit (11) dazu ausgeführt ist, eine Auswahleingabe des Anwenders zu erfassen und an die Steuereinheit (9) zu übermitteln, wobei die Steuereinheit (9) zum Vorgeben des Ortes am Endeffektor (3) oder der Last (5) durch Zuordnen der Auswahleingabe zu einem aus der Vielzahl der Punkte am Endeffektor (3) oder der Last (5) ausgeführt ist.Robot system (1) according to one of the preceding claims, wherein a plurality of points are displayed on the end effector (3) or the load (5) on the visual representation of the end effector (3) and / or the load (5) on the end effector (3) wherein the input unit (11) is adapted to detect and transmit to the control unit (9) a selection input of the user, the control unit (9) assigning the location to the end effector (3) or the load (5) by associating the selection input to one of the plurality of points on the end effector (3) or the load (5) is executed. Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingabeeinheit (11) dazu ausgeführt ist, die aktuell ermittelte Geschwindigkeit des Orts des Endeffektors (3) oder der Last (5) anzuzeigen.Robot system (1) according to one of the preceding claims, wherein the input unit (11) is adapted to display the currently determined speed of the location of the end effector (3) or the load (5). Robotersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingabeeinheit (11) dazu ausgeführt ist, eine aktuelle Richtung der aktuell ermittelten Geschwindigkeit des Orts des Endeffektors (3) oder der Last (5) anzuzeigen.A robotic system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the input unit (11) is adapted to control a current direction of the currently determined speed of the location of the end effector (3) or the load (5).
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