DE202019105217U1

DE202019105217U1 - Virtual end stop of a joint of a robot manipulator

Info

Publication number: DE202019105217U1
Application number: DE202019105217.1U
Authority: DE
Original assignee: Franka Emika GmbH
Current assignee: Franka Emika GmbH
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2029-09-21

Abstract

Robotersystem (1) aufweisend einen Robotermanipulator (3) und eine Steuereinheit (5), wobei der Robotermanipulator (3) eine Vielzahl von miteinander durch Gelenken (9) verbundenen Gliedern (7) aufweist und zumindest eines der Gelenke (9) eine Bremse (11) und eine Geschwindigkeitserfassungseinheit (13) zum Erfassen einer Gelenkwinkelgeschwindigkeit und eine Gelenkwinkelerfassungseinheit (15) zum Erfassen eines Gelenkwinkels aufweist, wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, die Bremse (11) des zumindest einen Gelenks (9) zu aktivieren, wenn an dem zumindest einen Gelenk (9) eine jeweilige Gelenkwinkelgeschwindigkeit an einem jeweiligen aus einer Vielzahl von vorgegebenen Gelenkwinkeln einen jeweiligen Grenzwert überschreitet, wobei ein jeweiliger Grenzwert an einem weiter von einem Endanschlag des zumindest einen Gelenks (9) liegenden vorgegeben Gelenkwinkel größer als ein jeweiliger Grenzwert an einem näher am Endanschlag liegenden vorgegeben Gelenkwinkel ist.

A robot system (1) comprising a robot manipulator (3) and a control unit (5), the robot manipulator (3) having a plurality of links (7) connected to each other by links (9) and at least one of the links (9) having a brake (11 ) and a speed detecting unit (13) for detecting a joint angular velocity and a joint angle detecting unit (15) for detecting a joint angle, wherein the control unit (5) is adapted to activate the brake (11) of the at least one joint (9) when on the respective at least one joint (9) exceeds a respective joint angle velocity at a respective one of a plurality of predetermined joint angles, a respective limit value being greater than a respective limit value at a predetermined joint angle further from an end stop of the at least one joint (9) is a closer to the end stop lying predetermined joint angle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Robotersystem aufweisend einen Robotermanipulator und eine Steuereinheit.The invention relates to a robot system comprising a robot manipulator and a control unit.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Betriebssicherheit eines Robotermanipulators zu erhöhen, und insbesondere einen Klemmschutz bereitzustellen, der das Einklemmen eines Körperteils eines Arbeiters am Robotermanipulator verhindert.The object of the invention is to increase the reliability of a robot manipulator, and in particular to provide a terminal protection, which prevents the pinching of a body part of a worker on Roboterermanipulator.

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 aufweisend einen Robotermanipulator und eine Steuereinheit, wobei der Robotermanipulator eine Vielzahl von miteinander durch Gelenken verbundenen Gliedern aufweist und zumindest eines der Gelenke eine Bremse und eine Geschwindigkeitserfassungseinheit zum Erfassen einer Gelenkwinkelgeschwindigkeit und eine Gelenkwinkelerfassungseinheit zum Erfassen eines Gelenkwinkels aufweist, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, die Bremse des zumindest einen Gelenks zu aktivieren, wenn an dem zumindest einen Gelenk eine jeweilige Gelenkwinkelgeschwindigkeit an einem jeweiligen aus einer Vielzahl von vorgegebenen Gelenkwinkeln einen jeweiligen Grenzwert überschreitet, wobei ein jeweiliger Grenzwert an einem weiter von einem Endanschlag des zumindest einen Gelenks liegenden vorgegeben Gelenkwinkel größer als ein jeweiliger Grenzwert an einem näher am Endanschlag liegenden vorgegeben Gelenkwinkel ist.A first aspect of the invention relates to a robot system comprising a robot manipulator and a control unit, wherein the robot manipulator has a plurality of links connected by joints and at least one of the joints comprises a brake and a speed detecting unit for detecting a joint angular velocity and a joint angle detecting unit for detecting a joint angle; wherein the control unit is configured to activate the brake of the at least one joint when, at the at least one joint, a respective joint angular velocity at a respective one of a plurality of predetermined joint angles exceeds a respective limit, with a respective limit at one farther from an end stop at least one joint lying predetermined joint angle is greater than a respective limit value at a closer to the end stop lying predetermined joint angle.

Die Gelenkwinkelerfassungseinheit ist zum Erfassen eines geometrischen Winkels zwischen den beiden am jeweiligen Gelenk anliegenden Gliedern ausgeführt. Die Gelenkwinkelerfassungseinheit dient daher insbesondere zum Ermitteln einer rotatorischen Position, auch genannt Gelenkwinkel. Bevorzugt wird ein optischer bzw. elektrooptischer oder alternativ bevorzugt ein magnetischer Sensor, insbesondere ein Hall-Sensor, dazu verwendet.The joint angle detection unit is designed to detect a geometric angle between the two adjacent to the respective joint members. The joint angle detection unit therefore serves in particular for determining a rotational position, also called joint angle. Preferably, an optical or electro-optical or alternatively preferably a magnetic sensor, in particular a Hall sensor, is used for this purpose.

Die Geschwindigkeitserfassungseinheit ist zum Ermitteln einer Gelenkwinkelgeschwindigkeit ausgeführt, die einer zeitlichen Ableitung des Gelenkwinkels entspricht. Dies erfolgt bevorzugt sensorisch, das heißt die Gelenkwinkelgeschwindigkeit wird unmittelbar erfasst, alternativ bevorzugt wird eine gefilterte zeitliche Ableitung des jeweiligen Gelenkwinkels verwendet, weiterhin alternativ bevorzugt dazu wird eine zeitliche Integration einer gemessenen rotatorischen Beschleunigung am jeweiligen Gelenk verwendet.The speed detection unit is designed to determine a joint angular velocity that corresponds to a time derivative of the joint angle. This is preferably carried out sensory, that is, the joint angular velocity is detected directly, alternatively preferably a filtered time derivative of the respective joint angle is used, further alternatively preferably a temporal integration of a measured rotational acceleration at the respective joint is used.

Der Endanschlag ist insbesondere ein physischer Endanschlag, der den Gelenkwinkelbereich eingrenzt. Alternativ bevorzugt ist der Endanschlag ein virtueller Endanschlag, das heißt der äußerste der vorgegebenen Gelenkwinkel. Letzterer Fall ist insbesondere dann anzuwenden, wenn das jeweilige Gelenk theoretisch mehr als 360° drehbar ist, was jedoch aus Gründen der Betriebssicherheit, bei Verwendung von Gelenkwinkelsensoren mit einer absoluten Skala bis nur 360°, und aus Rücksichtnahme auf innerhalb des Robotermanipulators verlegte Kabel in der Regel zu vermeiden sein wird. Im Weiteren wird daher von einem physischen Endanschlag ausgegangen, der den Gelenkwinkelbereich auf physische Art begrenzt.The end stop is in particular a physical limit stop which limits the joint angle range. Alternatively preferably, the end stop is a virtual end stop, that is, the outermost of the predetermined joint angle. The latter case is particularly applicable when the respective joint is theoretically rotatable more than 360 °, but for reasons of operational safety, when using joint angle sensors with an absolute scale to only 360 °, and out of consideration for laid inside the robot manipulator cable in the Rule will be avoided. In the following, therefore, a physical end stop is assumed that limits the joint angle range in a physical way.

Erfindungsgemäß ist eine Vielzahl von vorgegebenen Gelenkwinkeln definiert, die bestimmte Werte aus dem insgesamt möglichen Gelenkwinkelbereich beschreiben. Diese vorgegebenen Gelenkwinkel bilden eine endliche Menge aus vordefinierten Gelenkwinkeln, an denen eine aktuelle Gelenkwinkelgeschwindigkeit mit einem jeweiligen Grenzwert verglichen wird. Der Grenzwerte sind dabei zueinander so gewählt, dass sie mit zunehmendem Abstand vom Endanschlag größere betragsmäßige Werte annehmen. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass der Bremsweg vor dem Erreichen des Endanschlags des jeweiligen Gelenks umso kürzer sein muss, je näher der jeweilige vordefinierte Gelenkwinkel am Endanschlag gelegen ist. Das heißt, dass die Gelenkwinkelgeschwindigkeit umso kleiner sein darf, je näher der jeweilige Gelenkwinkel am Endanschlag ist. In anderen Worten sind umso höhere Geschwindigkeiten zulässig, je weiter der Gelenkwinkel weg vom Endanschlag liegt.According to the invention, a multiplicity of predetermined joint angles are defined which describe specific values from the total possible joint angle range. These predetermined joint angles form a finite set of predefined joint angles at which a current joint angular velocity is compared to a respective limit value. The limit values are selected in such a way that they assume larger magnitude values as the distance from the end stop increases. This is due to the fact that the closer the respective predefined joint angle to the end stop, the shorter the braking distance must be before reaching the end stop of the respective joint. This means that the joint angle velocity may be the smaller, the closer the respective joint angle is to the end stop. In other words, the higher the speed of the joint, the higher the joint angle away from the end stop.

Die Prüfung der jeweiligen Gelenkwinkelgeschwindigkeit auf Überschreiten des jeweiligen Grenzwerts erfolgt dabei bevorzugt betragsmäßig, das heißt, dass der Betrag der jeweiligen Gelenkwinkelgeschwindigkeit mit dem Betrag des jeweiligen Grenzwerts verglichen wird.The examination of the respective joint angular velocity to exceed the respective limit value is preferably carried out in absolute terms, that is, the amount of the respective joint angular velocity is compared with the amount of the respective limit value.

Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass beim laufenden Betrieb des Robotermanipulators zumindest eines seiner Gelenke auf seine Gelenkwinkelgeschwindigkeit hin überwacht wird, und bei zu hoher Geschwindigkeit abhängig vom jeweiligen Gelenkwinkel abgebremst wird, um gefährliche Situationen am jeweiligen Gelenk des Robotermanipulators, insbesondere das Einklemmen eines Körperteils eines Arbeiters am Robotermanipulator, zu verhindern. Dies erhöht vorteilhaft die Betriebssicherheit beim Betreiben des Robotermanipulators.It is an advantageous effect of the invention that during operation of the robot manipulator at least one of its joints is monitored for its joint angular velocity, and braked at too high a speed depending on the joint angle to dangerous situations at the respective joint of the robot manipulator, in particular the pinching a Body part of a worker at the robot manipulator to prevent. This advantageously increases the reliability in operation of the robot manipulator.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind zwei Gelenkwinkel vorgegeben.According to an advantageous embodiment, two joint angles are predetermined.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind drei Gelenkwinkel vorgegeben. According to a further advantageous embodiment, three joint angles are predetermined.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind mindestens vier und maximal sechs Gelenkwinkel vorgegeben.According to a further advantageous embodiment, at least four and a maximum of six joint angles are predetermined.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Zahl der vorgegebenen Gelenkwinkel die durch die Auflösung der Gelenkwinkelerfassungseinheit begrenzte maximal mögliche Zahl von Gelenkwinkeln. Die Auflösung der Gelenkwinkelerfassungseinheit gibt insbesondere an, welcher kleinste Winkel von der Gelenkwinkelerfassungseinheit noch messbar bzw. ermittelbar ist.According to a further advantageous embodiment, the number of predetermined joint angles is the maximum possible number of joint angles limited by the resolution of the joint angle detection unit. The resolution of the joint angle detection unit indicates, in particular, which smallest angle of the joint angle detection unit can still be measured or determined.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind mindestens sechs Gelenkwinkel vorgegeben.According to a further advantageous embodiment, at least six joint angles are predetermined.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Bremse einen elektrischen Motor auf, der zum Antreiben und zum Abbremsen der durch das zumindest eine Gelenk verbundenen Glieder relativ zueinander dient. Der elektrische Motor ist insbesondere der als Antrieb benutzte Aktuator des jeweiligen Gelenks. Dieser dient zum Bewegen der Glieder gegeneinander und stellt dafür ein entsprechendes Drehmoment zur Verfügung. Dieses Drehmoment kann auch zum Bremsen verwendet werden. Vorteilhaft wird damit der bestehende Antriebsmotor auch zum Bremsen verwendet, was die bestehenden Komponenten des Robotermanipulators optimal ausnutzt.According to a further advantageous embodiment, the brake has an electric motor which serves for driving and braking the members connected by the at least one joint relative to each other. The electric motor is in particular the actuator used as a drive of the respective joint. This serves to move the members against each other and provides for a corresponding torque available. This torque can also be used for braking. Advantageously, the existing drive motor is thus also used for braking, which optimally utilizes the existing components of the robotic manipulator.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Bremse ein mechanisches Bremselement auf. Das mechanische Bremselement ist insbesondere eine Reibbremse, welche bevorzugt auch bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung eines elektrischen Motors des jeweiligen Gelenks zum Bremsen aktiviert werden kann.According to a further advantageous embodiment, the brake has a mechanical brake element. The mechanical brake element is in particular a friction brake, which can preferably also be activated in the event of a failure of the electrical supply of an electric motor of the respective joint for braking.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit an einem Sockel oder in einem Gehäuse des Robotermanipulators angeordnet.According to a further advantageous embodiment, the control unit is arranged on a base or in a housing of the robot manipulator.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, die Bremse des zumindest einen Gelenks so anzusteuern, dass die Bewegung der durch das zumindest eine Gelenk miteinander verbundenen Glieder noch vor oder genau am Endanschlag des zumindest einen Gelenks zum Stillstand kommt. Die dazu benötigte Bremskraft wird dabei bevorzugt durch kinematische Berechnung ermittelt, wobei die benötigte Bremskraft insbesondere auf Basis der benötigten Beschleunigung ermittelt wird, sodass die um das zumindest eine Gelenk angeordneten Glieder relativ zueinander rechtzeitig zum Stillstand kommen. Dies erlaubt vorteilhaft die sichere Bremsung der Glieder gegeneinander, bevor der Endanschlag erreicht wird.In accordance with a further advantageous embodiment, the control unit is designed to control the brake of the at least one joint so that the movement of the members connected to one another by the at least one joint comes to a standstill before or exactly at the end stop of the at least one joint. The braking force required for this purpose is preferably determined by kinematic calculation, wherein the required braking force is determined in particular based on the required acceleration, so that the arranged around the at least one joint members come to a standstill in time. This advantageously allows the safe braking of the links against each other before the end stop is reached.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, die Bremse mit ihrem maximalen Bremsmoment anzusteuern. Das maximale Bremsmoment führt zu einer Notbremsung, sodass die maximal erreichbare Sicherheit beim Betrieb des Robotermanipulators vorteilhaft erreicht wird.According to a further advantageous embodiment, the control unit is designed to control the brake with its maximum braking torque. The maximum braking torque leads to emergency braking, so that the maximum achievable safety during operation of the robot manipulator is advantageously achieved.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, den jeweiligen Grenzwert aus einem vorgegebenen Grenzwertpaar abhängig von dem Drehsinn der Bewegung in dem zumindest einem Gelenk auszuwählen. Je nach Drehsinn der Bewegung im jeweiligen Gelenk können unterschiedliche Grenzwerte von Vorteil sein, da die Gefahr des Einklemmens eines Körperteils eines Arbeiters bei einer Bewegung des jeweiligen Gelenks auf einen Endanschlag von einer ersten Seite hin gefährlicher sein kann als die Bewegung des jeweiligen Gelenks auf den Endanschlag von einer zweiten Seite. Vorteilhaft wird mittels dieser Ausführungsform diesem Umstand Rechnung getragen.According to a further advantageous embodiment, the control unit is designed to select the respective limit value from a predetermined limit value pair depending on the direction of rotation of the movement in the at least one joint. Depending on the direction of rotation of the movement in the respective joint, different limit values may be advantageous, since the risk of pinching a body part of a worker during a movement of the respective joint to an end stop from a first side may be more dangerous than the movement of the respective joint to the end stop from a second page. This circumstance is advantageously taken into account by means of this embodiment.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Warnsignals für einen Anwender anzusteuern, wenn die Bremse durch die Steuereinheit aktiviert wird. Das Warnsignal teilt vorteilhaft dem mit dem Robotermanipulator interagierenden Arbeiter mit, dass eine solche Bremsung bzw. Notbremsung gerade stattfindet bzw. stattgefunden hat. Dies ist daher von Vorteil, da eine solche Bremsung bzw. Notbremsung den nominalen Betrieb des Robotermanipulators unterbricht. Die Ausgabeeinheit ist bevorzugt eine akustische Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Warntons, alternativ bevorzugt dazu eine optische Ausgabeeinheit zum Anzeigen einer visuellen Warnung, oder eine Mischung aus beiden.According to a further advantageous embodiment, the control unit is designed to control an output unit for outputting a warning signal for a user when the brake is activated by the control unit. The warning signal advantageously informs the worker interacting with the robot manipulator that such braking or emergency braking is taking place or has taken place. This is therefore advantageous since such braking or emergency braking interrupts the nominal operation of the robot manipulator. The output unit is preferably an acoustic output unit for outputting a warning tone, alternatively preferably an optical output unit for displaying a visual warning, or a mixture of both.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit zum vollständigen Deaktivieren der Bremse ausgeführt, wenn der Bremsvorgang abgeschlossen ist. Das vollständige Deaktivieren der Bremse erlaubt vorteilhaft den weiteren ungestörten Betrieb des jeweiligen Gelenkes und damit des gesamten Robotermanipulators.According to a further advantageous embodiment, the control unit is designed to completely deactivate the brake when the braking operation is completed. The complete deactivation of the brake advantageously allows the further undisturbed operation of the respective joint and thus of the entire robot manipulator.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Bremsvorgang abgeschlossen, wenn die durch das zumindest eine Gelenk miteinander verbundenen Glieder relativ zueinander zum Stillstand gekommen sind. According to a further advantageous embodiment, the braking operation is completed when the links connected by the at least one joint have come to a standstill relative to each other.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vielzahl der vorgegebenen Gelenkwinkel im Bereich eines Endanschlags des zumindest einen Gelenks angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsform konzentrieren sich die vorgegebenen Gelenkwinkel im Bereich eines Endanschlags des vollständigen Gelenkwinkelbereichs des jeweiligen Gelenks. Somit wird vorteilhaft die Bewegung des Gelenks über den größeren Winkelbereich eingeschränkt und nur im Bereich des Anschlags im Falle einer Überschreitung der jeweiligen Gelenkwinkelgeschwindigkeit über den jeweiligen Grenzwert abgebremst.According to a further advantageous embodiment, the plurality of predetermined joint angles is arranged in the region of an end stop of the at least one joint. According to this embodiment, the predetermined joint angles are concentrated in the region of an end stop of the complete joint angle range of the respective joint. Thus, advantageously, the movement of the joint over the larger angular range is restricted and braked only in the region of the stop in the case of exceeding the respective joint angular velocity over the respective limit value.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vielzahl der vorgegebenen Gelenkwinkel in einem Winkelbereich von maximal einem Fünftel des gesamten möglichen Gelenkwinkelbereichs angeordnet.According to a further advantageous embodiment, the plurality of predetermined joint angles are arranged in an angular range of at most one fifth of the total possible joint angle range.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vielzahl der vorgegebenen Gelenkwinkel in einem Winkelbereich von maximal einem Zehntel des gesamten möglichen Gelenkwinkelbereichs angeordnet.According to a further advantageous embodiment, the plurality of predetermined joint angles is arranged in an angular range of at most one tenth of the total possible joint angle range.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, die Bremse mit einem mindestens zweifach ableitbaren Signal bezüglich einer vorgegebenen Verzögerung oder einer vorgegebenen Bahnkurve anzusteuern. Das mindestens zweifach ableitbare Signal bezüglich der kommandierten Verzögerung im Sinne einer negativen Beschleunigung oder einer vorgegebenen Bahnkurve stellt vorteilhaft sicher, dass dieser Verlauf von den Gliedern am jeweiligen Gelenk prinzipiell folgbar ist, das heißt, dass die Ordnung der Dynamik des Gelenks prinzipiell den Verlauf eines solchen Kommandos zulässt.According to a further advantageous embodiment, the control unit is designed to control the brake with an at least two-fold derivable signal with respect to a predetermined delay or a predetermined trajectory. The at least two-fold derivable signal with respect to the commanded delay in the sense of a negative acceleration or a predetermined trajectory advantageously ensures that this course of the links at the respective joint is in principle followable, that is, the order of the dynamics of the joint in principle the course of such Commands permits.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der jeweilige Grenzwert zeitabhängig und/oder von einem aktuell an dem zumindest einem Gelenk anliegenden Drehmoment und/oder vom vergangenen Verlauf der an dem zumindest einem Gelenk anliegenden Drehmomente abhängig.According to a further advantageous embodiment, the respective limit value is time-dependent and / or dependent on a torque currently applied to the at least one joint and / or the past course of the torque applied to the at least one joint.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Geschwindigkeit eines Robotermanipulators, wobei der Robotermanipulator eine Vielzahl von miteinander durch Gelenke verbundenen Gliedern aufweist und zumindest eines der Gelenke eine Bremse aufweist, aufweisend die Schritte:

- Erfassen einer Gelenkwinkelgeschwindigkeit durch eine Geschwindigkeitserfassungseinheit,
- Erfassen eines Gelenkwinkels durch eine Gelenkwinkelerfassungseinheit, und
- Aktivieren der Bremse des zumindest einen Gelenks durch die Steuereinheit, wenn an dem zumindest einen Gelenk eine jeweilige Gelenkwinkelgeschwindigkeit an einem jeweiligen aus einer Vielzahl von vorgegebenen Gelenkwinkeln einen jeweiligen Grenzwert überschreitet, wobei ein jeweiliger Grenzwert an einem weiter von einem Endanschlag des zumindest einen Gelenks liegenden vorgegeben Gelenkwinkel größer als ein jeweiliger Grenzwert an einem näher am Endanschlag liegenden vorgegeben Gelenkwinkel ist.

A further aspect of the invention relates to a method for monitoring a speed of a robot manipulator, wherein the robot manipulator has a plurality of links connected together by joints and at least one of the joints comprises a brake, comprising the steps:

Detecting a joint angular velocity by a speed detection unit,
- Detecting a joint angle by a joint angle detection unit, and
Activating the brake of the at least one joint by the control unit when, at the at least one joint, a respective joint angular velocity at a respective one of a plurality of predetermined joint angles exceeds a respective limit, a respective limit being at a farther from an end stop of the at least one joint predetermined joint angle is greater than a respective limit at a closer to the end stop lying predetermined joint angle.

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 eine skizzenhafte Abbildung der Vielzahl der vorgegebenen Gelenkwinkel gemäß einem 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 sketchy illustration of the plurality of predetermined joint angle according to an 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, bestehend aus einem Robotermanipulator 3 und einer Steuereinheit 5, wobei die Steuereinheit 5 in einem Gehäuse des am Sockel des Robotermanipulators 3 angeordneten ersten Gliedes 7 des Robotermanipulators 3 angeordnet ist. Der Robotermanipulator 3 weist eine Vielzahl von miteinander durch Gelenken 9 verbundenen Gliedern 7 auf, wovon nur zwei der Einfachheit halber in der 1 als solche bezeichnet sind. Auch wird stellvertretend für alle Gelenke 9 des Robotermanipulators 3 nur genau das zwischen diesen beiden Gliedern 7 liegende Gelenk 9 betrachtet. Dieses Gelenk 9 weist eine Bremse 11 auf. Die Bremse 11 weist einen elektrischen Motor auf, der generell zum Antreiben der durch das Gelenk 9 verbundenen Glieder 7 relativ zueinander dient. Ferner weist die Bremse 11 ein auf Reibung basierendes mechanisches Bremselement auf. Außerdem ist eine Geschwindigkeitserfassungseinheit 13 zum tachometrischen Erfassen einer Gelenkwinkelgeschwindigkeit an diesem Gelenk 9 angeordnet. Eine Gelenkwinkelerfassungseinheit 15 erfasst dagegen einen Gelenkwinkel. Die Steuereinheit 5 aktiviert jeweils mit größt möglicher Stärke die elektrische und mechanische Komponente der Bremse 11 des zumindest einen Gelenks 9, sodass die Bewegung der durch das zumindest eine Gelenk 9 miteinander verbundenen Glieder 7 noch vor oder genau am Endanschlag des zumindest einen Gelenks 9 zum Stillstand kommt, wenn an dem zumindest einen Gelenk eine jeweilige Gelenkwinkelgeschwindigkeit an einem jeweiligen aus einer Vielzahl von vorgegebenen Gelenkwinkeln einen jeweiligen Grenzwert überschreitet, wobei ein jeweiliger Grenzwert an einem weiter von einem Endanschlag des zumindest einen Gelenks 9 liegenden vorgegeben Gelenkwinkel größer als ein jeweiliger Grenzwert an einem näher am Endanschlag liegenden vorgegeben Gelenkwinkel ist. Eine beispielhafte Verteilung von vorgegeben Gelenkwinkeln mit entsprechenden Grenzwerten ist in der 2 gezeigt. Die Steuereinheit 5 deaktiviert die Bremse 11 vollständig, wenn der Bremsvorgang abgeschlossen ist, sodass der Robotermanipulator 3 wieder im regulären Betrieb verwendet werden kann. Der Bremsvorgang ist genau dann abgeschlossen, wenn die durch das zumindest eine Gelenk 9 miteinander verbundenen Glieder 7 relativ zueinander zum Stillstand gekommen sind. Das heißt, dass die Gelenkwinkelgeschwindigkeit gleich Null ist, beide Glieder 7 jedoch noch eine gemeinsame Winkelgeschwindigkeit durch die Bewegung anderer Gelenke des Robotermanipulators 3 aufweisen können. Während des Bremsvorgangs durch die Bremse 11 gibt eine visuelle Ausgabeeinheit 17 auf ein entsprechendes Signal der Steuereinheit 5 hin ein Lichtsignal für einen Anwender aus. 1 shows a robot system 1 consisting of a robot manipulator 3 and a control unit 5 , wherein the control unit 5 in a housing on the base of the robot manipulator 3 arranged first member 7 of the robot manipulator 3 is arranged. The robot manipulator 3 has a variety of interconnected by joints 9 connected members 7 on, of which only two for the sake of simplicity in the 1 are designated as such. Also becomes representative of all joints 9 of the robot manipulator 3 just that between these two members 7 lying joint 9 considered. This joint 9 has a brake 11 on. The brake 11 has an electric motor generally for driving through the joint 9 connected members 7 relative to each other. Furthermore, the brake points 11 a friction-based mechanical brake element. There is also a speed detection unit 13 for the tachometric detection of a joint angular velocity at this joint 9 arranged. A joint angle detection unit 15 On the other hand, it detects a joint angle. The control unit 5 activates the electrical and mechanical components of the brake with the greatest possible strength 11 of the at least one joint 9 so that the movement through the at least one joint 9 linked members 7 even before or exactly at the end stop of the at least one joint 9 comes to a halt when at the at least one joint, a respective joint angular velocity at a respective one of a plurality of predetermined joint angles exceeds a respective limit, wherein a respective limit at one farther from an end stop of the at least one joint 9 lying predetermined joint angle is greater than a respective limit value at a closer to the end stop lying predetermined joint angle. An exemplary distribution of predetermined joint angles with corresponding limit values is shown in FIG 2 shown. The control unit 5 deactivates the brake 11 completely when the braking process is complete, so the robot manipulator 3 can be used again in regular operation. The braking process is completed exactly when passing through the at least one joint 9 linked members 7 have come to a standstill relative to each other. That is, the joint angular velocity is zero, both terms 7 but still a common angular velocity by the movement of other joints of the robot manipulator 3 can have. During the braking process by the brake 11 gives a visual output unit 17 to a corresponding signal of the control unit 5 out a light signal for a user.

2 zeigt einen Ausschnitt eines Gelenkwinkelbereichs eines Gelenks 9. Das Gelenk 9 dreht sich im Uhrzeigersinn auf den physischen Endanschlag E zu. Dabei sind genau drei vorgegebene Gelenkwinkel P1, P2, P3 definiert, an denen der jeweilige Grenzwert G(P1), G(P2) und G(P3) definiert ist. Dabei gilt: G(P1) > G(P2) > G(P3). 2 shows a section of a joint angle range of a joint 9 , The joint 9 turns clockwise towards the physical limit stop E. There are exactly three predetermined joint angles P1 . P2 . P3 are defined at which the respective limit G (P1), G (P2) and G (P3) is defined. Where G (P1)> G (P2)> G (P3).

3 zeigt ein Verfahren zum Überwachen einer Geschwindigkeit eines Robotermanipulators 3, wobei der Robotermanipulator 3 eine Vielzahl von miteinander durch Gelenke 9 verbundenen Gliedern 7 aufweist und zumindest eines der Gelenke 9 eine Bremse 11 aufweist, aufweisend die Schritte:

- Erfassen S1 einer Gelenkwinkelgeschwindigkeit durch eine Geschwindigkeitserfassungseinheit 13,
- Erfassen S2 eines Gelenkwinkels durch eine Gelenkwinkelerfassungseinheit 15, und
- Aktivieren S3 der Bremse 11 des zumindest einen Gelenks 9 durch die Steuereinheit 5, wenn an dem zumindest einen Gelenk eine jeweilige Gelenkwinkelgeschwindigkeit an einem jeweiligen aus einer Vielzahl von vorgegebenen Gelenkwinkeln einen jeweiligen Grenzwert überschreitet, wobei ein jeweiliger Grenzwert an einem weiter von einem Endanschlag des zumindest einen Gelenks 9 liegenden vorgegeben Gelenkwinkel größer als ein jeweiliger Grenzwert an einem näher am Endanschlag liegenden vorgegeben Gelenkwinkel ist.

3 shows a method for monitoring a speed of a robot manipulator 3 , wherein the robot manipulator 3 a variety of each other through joints 9

connected members

7 and at least one of the joints 9 a brake 11 comprising the steps of:

- To capture S1 a joint angular velocity by a speed detection unit 13 .
- To capture S2 a joint angle by a joint angle detection unit 15 , and
- Activate S3 the brake 11 of the at least one joint 9 through the control unit 5 in that at the at least one joint, a respective joint angular velocity at a respective one of a plurality of predetermined joint angles exceeds a respective limit, a respective limit being at one farther from an end stop of the at least one joint 9 lying predetermined joint angle is greater than a respective limit value at a closer to the end stop lying predetermined joint angle.

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: Robotermanipulatorrobot manipulator
55: Steuereinheitcontrol unit
77: Gliedelement
99: Gelenkjoint
1111: Bremsebrake
1313: GeschwindigkeitserfassungseinheitSpeed detection unit
1515: GelenkwinkelerfassungseinheitJoint angle detection unit
1717: Ausgabeeinheit output unit
S1S1: ErfassenTo capture
S2S2: ErfassenTo capture
S3S3: AktivierenActivate

Claims

Robot system (1) comprising a robot manipulator (3) and a control unit (5), wherein the robot manipulator (3) has a plurality of links (7) connected to each other by links (9), and at least one of the links (9) comprises a brake (11) and a speed detecting unit (13) for detecting a joint angular velocity and a joint angle detecting unit (15) Detecting a joint angle, wherein the control unit (5) is adapted to activate the brake (11) of the at least one joint (9) when at the at least one joint (9) a respective joint angular velocity at a respective one of a plurality of predetermined Joint angle exceeds a respective limit, wherein a respective limit at a further of an end stop of the at least one joint (9) lying predetermined joint angle is greater than a respective limit at a closer to the end stop predetermined angle of the joint.

Robot system (1) according to Claim 1 , where two joint angles are given.

Robot system (1) according to Claim 1 , where three joint angles are given.

Robot system (1) according to Claim 1 , wherein at least four and a maximum of six joint angles are specified.

Robot system (1) according to Claim 1 , wherein at least six joint angles are predetermined.

Robot system (1) according to Claim 1 wherein the number of predetermined joint angles is the maximum possible number of joint angles limited by the resolution of the joint angle detection unit (15).

A robotic system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the brake (11) comprises an electric motor, the electric motor serving to drive and decelerate the links (7) connected by the at least one hinge (9) relative to each other.

Robot system (1) according to one of the preceding claims, wherein the brake (11) comprises a mechanical brake element.

Robot system (1) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (5) is arranged on a base or in a housing of the robot manipulator (3).

Robot system (1) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (5) is designed to control the brake (11) of the at least one joint (9) so that the movement of the links connected by the at least one joint (9) (7) comes to a halt before or exactly at the end stop of the at least one joint (9).

Robot system (1) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (5) is designed to control the brake (11) with its maximum braking torque.

Robot system (1) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (5) is adapted to select the respective limit value from a predetermined limit pair depending on the direction of rotation of the movement in the at least one joint (9).

A robot system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the control unit (5) is adapted to drive an output unit (17) to output a warning signal to a user when the brake (11) is activated by the control unit (5).

A robot system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the control unit (5) is adapted to completely deactivate the brake (11) when the braking operation is completed.

Robot system (1) according to Claim 14 wherein the braking operation is completed when the links (7) interconnected by the at least one hinge (9) have come to a standstill relative to one another.

Robot system (1) according to one of the preceding claims, wherein the plurality of predetermined joint angles in the region of an end stop of the at least one joint (9) is arranged.

Robot system (1) according to one of Claims 1 to 16 , wherein the plurality of predetermined joint angles is arranged in an angular range of at most one fifth of the total possible joint angle range.

Robot system (1) according to one of Claims 1 to 16 , wherein the plurality of predetermined joint angles is arranged in an angular range of at most one tenth of the total possible joint angle range.

Robot system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the respective limit value depending on time and / or of a currently applied to the at least one joint (9) torque and / or past history of the at least one hinge (9) applied torques ,

Robot system (1) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (5) is designed to control the brake (11) with at least two times derivable signal with respect to a predetermined delay or a predetermined trajectory.