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Die Erfindung betrifft ein Robotersystem zum Betreiben eines Robotermanipulators mit einer Vielzahl von durch Gelenken miteinander verbundenen Gliedern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Betrieb eines Robotermanipulators für einen Anwender zu vereinfachen.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Robotersystem, aufweisend einen Robotermanipulator mit einer Vielzahl von durch Gelenken miteinander verbundenen Gliedern, eine Steuereinheit, eine Recheneinheit, und eine Ausgabeeinheit, wobei die Steuereinheit zum Ansteuern von Aktuatoren des Robotermanipulators zum Ausführen einer Aufgabe gemäß einem vorgegebenen Steuerprogramm ausgeführt ist, und wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, prädizierend die beim Ausführen des Steuerprogramms auftretenden Kosten zu ermitteln und an die Ausgabeeinheit einen auf den ermittelten Kosten basierenden Kostenwert zum Ausgeben zu übermitteln, wobei die Ausgabeeinheit zum Ausgeben des Kostenwerts ausgeführt ist.
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Die Aktuatoren des Robotermanipulators sind bevorzugt elektrische Aktuatoren, die durch die Steuereinheit entsprechend angesteuert werden können, um die Glieder des Robotermanipulators um die jeweiligen Gelenke zu bewegen. Die Recheneinheit kann eine von der Steuereinheit logisch und örtlich getrennte Recheneinheit sein, alternativ bevorzugt werden die Recheneinheit und die Steuereinheit physikalisch in einem Rechenmodul untergebracht, sodass die Recheneinheit und die Steuereinheit lediglich eine abstrakte logische Unterscheidung voneinander trennen.
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Es wird davon ausgegangen, dass bereits ein Steuerprogramm vorgegeben ist. Die Vorgabe des Steuerprogramms kann insbesondere einerseits dadurch erfolgen, dass ein fertiges Steuerprogramm von einer zentralen Speichereinheit insbesondere über Internet auf die Steuereinheit des Robotermanipulators geladen wird. In diesem Fall ist es höchstens Aufgabe des Anwenders, gewisse Parameter des Steuerprogramms einzustellen. Insbesondere können monetäre Kosten für dieses aus dem Internet geladene Steuerprogramm anfallen. Andererseits kann weiterhin insbesondere das Steuerprogramm vom Anwender selbst erzeugt werden. Insbesondere unterfallen dem Begriff der Kosten nicht nur eventuell anfallende monetäre Kosten wie im obigen Fall, sondern auch bei der Ausführung des Steuerprogramms können Kosten im weiteren Sinne anfallen, insbesondere Energiekosten, Kosten im Sinne eines Verschleißes des Robotermanipulators, oder auch Kosten bezüglich der benötigten Zeit, um das Steuerprogramm auszuführen.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass in jedem der oben genannten Fälle der Anwender unmittelbar, intuitiv und einfach darüber informiert wird, welche Kosten im oben genannten Sinne bei der Ausführung des Steuerprogramms anfallen würden. Der Anwender kann so vorteilhaft vor der Ausführung des Steuerprogramms entscheiden, ob das Steuerprogramm generell ausgeführt werden sollte, oder ob durch eine Änderung von Parametern des Steuerprogramms oder des Steuerprogramms selbst die Kosten gesenkt werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit im oder am Robotermanipulator oder in oder an einem Sockel des Robotermanipulators angeordnet, wobei der Sockel des Robotermanipulators mit einem am weitest proximal gelegenen Glied des Robotermanipulators verbunden ist und der Robotermanipulator auf dem Sockel gelagert ist. Die Steuereinheit ist gemäß dieser Ausführungsform demnach insbesondere eine Steuereinheit des Robotermanipulators selbst. Die Recheneinheit kann, wie oben erwähnt, in dieser Steuereinheit integriert sein, oder aber die Recheneinheit ist eine von der Steuereinheit logisch und physikalisch getrennte Recheneinheit.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit Teil der Steuereinheit. Dass die Recheneinheit Teil der Steuereinheit ist, ist so zu verstehen, dass die Recheneinheit insbesondere auf der gleichen Platine wie die Steuereinheit angeordnet ist, wobei die Recheneinheit und die Steuereinheit ein und dieselbe CPU („central processing unit“) bevorzugt verwenden, oder aber eigenständige Prozessoreinheiten aufweisen können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit gleich der Steuereinheit. Wenn die Recheneinheit gleich der Steuereinheit ist, so besteht zwischen den beiden nur eine logische Trennung, keine Trennung jedoch bezüglich der Nutzung von Hardware und physikalischen Ressourcen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit in einer Umgebung des Robotermanipulators angeordnet. Wenn die Recheneinheit in einer Umgebung des Robotermanipulators angeordnet ist, so kann insbesondere die Recheneinheit in einem Anwenderrechner, der mit dem Robotermanipulator und insbesondere der Steuereinheit des Robotermanipulators verbunden ist, angeordnet sein, oder die Recheneinheit ist eine zentrale Recheneinheit, insbesondere ein zentraler Server, der an beliebigen Orten und auch weit entfernt vom Robotermanipulator angeordnet sein kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit ein vom Robotermanipulator entfernt angeordneter zentraler Server, wobei die Steuereinheit des Robotermanipulators mit dem zentralen Server über ein Netzwerk verbunden ist. Bevorzugt ist das Netzwerk das Internet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der zentrale Server dazu ausgeführt, die Kosten mittels maschinellem Lernen basierend auf einer Vielzahl von Erfahrungswerten von anderen Robotermanipulatoren zu ermitteln. Insbesondere im Fall, wenn die Recheneinheit ein zentraler Server ist, jedoch auch prinzipiell möglich auch in dem Fall, dass die Recheneinheit am Robotermanipulator angeordnet ist und mit der Steuereinheit übereinstimmt oder Teil dieser ist, ist bevorzugt die Recheneinheit dazu ausgeführt, Informationen über Kosten bei bereits erfolgter Ausführung eines bestimmten bzw. eines zweiten Steuerprogramms auf dem Robotermanipulator oder anderen Robotermanipulatoren zu erfassen und insbesondere durch maschinelles Lernen an das aktuelle Steuerprogramm für den Robotermanipulator anzupassen. Vorteilhaft ist damit die Recheneinheit dazu ausgeführt, basierend auf Erfahrungswerten oder empirischen Daten die aktuellen Kosten für das aktuelle Steuerprogramm für den Robotermanipulator vorausschauend zu berechnen. Unter dem Begriff des maschinellen Lernens werden insbesondere neuronale Netze, Markowketten, statistische Analysen, adaptive Regler und Ähnliches verstanden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Robotersystem weiterhin auf: Eine Eingabeeinheit, wobei die Eingabeeinheit zum Erfassen von Eingaben eines Anwenders ausgeführt ist, und wobei die Eingabeeinheit zum Übermitteln der Eingaben an die Steuereinheit ausgeführt ist, wobei die Steuereinheit zum Ermitteln des Steuerprogramms ausgeführt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Robotersystem weiterhin auf: Eine Eingabeeinheit, wobei die Eingabeeinheit zum Erfassen von Eingaben eines Anwenders ausgeführt ist, und wobei die Eingabeeinheit zum Übermitteln der Eingaben an die Recheneinheit ausgeführt ist, wobei die Recheneinheit zum Ermitteln des Steuerprogramms ausgeführt ist.
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Die Eingabeeinheit ist bevorzugt ein berührempfindlicher Bildschirm, auch genannt „Touchscreen“, auf dem der Anwender durch entsprechende Berührungen und Gesten Eingaben vornehmen kann. Die Eingabeeinheit dient insbesondere zum Auswählen eines vorgegebenen Steuerprogramms, alternativ bevorzugt auch zum Einstellen von Parametern an dem vorgegebenen Steuerprogramm. Weiterhin bevorzugt kann an der Eingabeeinheit ein eigenes Steuerprogramms erstellt werden, insbesondere durch Kombination von vorgegebenen Programmelementen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Eingabeeinheit dazu ausgeführt, eine Vielzahl von vordefinierten Programmelementen anzuzeigen, wobei an der Eingabeeinheit die Programmelemente in eine grafische Kette verschiebbar sind, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, abhängig von der Anordnung der Programmelemente auf der Eingabeeinheit das Steuerprogramm zu ermitteln.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Kosten zumindest eines der folgenden auf: Monetäre Kosten des Steuerprogramms, Energieverbrauch des Robotermanipulators beim Ausführen des Steuerprogramms, Verschleiß des Robotermanipulators, insbesondere seiner Komponenten, bei der Ausführung des Steuerprogramms, benötigte Zeitdauer für das Ausführen des Steuerprogramms. Die monetären Kosten des Steuerprogramms entsprechen den finanziellen Kosten, die unmittelbar durch eine Transaktion des Steuerprogramms von einem Anbieter anfallen. Die Kosten bezüglich des Verschleißes für den Robotermanipulator werden insbesondere durch eine Simulation ermittelt, wobei der Verschleiß durch entsprechende Datensätze, insbesondere Tabellen, Wöhlerlinien, gespeicherte Erfahrungswerte und weiterhin bevorzugt auch mechanische Analysen wie eine Finite-Elemente-Methode ermittelt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Ausgabeeinheit eine visuelle Ausgabeeinheit.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die visuelle Ausgabeeinheit ein Bildschirm, insbesondere ein berührempfindlicher Bildschirm.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, das Steuerprogramm in Abschnitte zu gliedern und für jeden der Abschnitte einen Teilkostenbetrag zu ermitteln, den jeweiligen Teilkostenbetrag mit einer vorgegebenen Metrik zu vergleichen und den Teilkostenbetrag zusammen mit dem jeweiligen Ergebnis des Vergleichs mit der vorgegebenen Metrik an die Ausgabeeinheit zu übermitteln, wobei die Ausgabeeinheit dazu ausgeführt ist, den jeweiligen Teilkostenbetrag zusammen mit dem jeweiligen Ergebnis des Vergleichs mit der vorgegebenen Metrik auszugeben. Die vorgegebene Metrik ist insbesondere ein Grenzwert. Insbesondere dann, wenn der Grenzwert überschritten wird, wird ein entsprechendes Symbol oder eine entsprechende Farbe an der Ausgabeeinheit angezeigt. Vorteilhaft kann hiermit der Anwender diejenigen Anteile im Steuerprogramm leicht identifizieren, die für die (hohen) Kosten verantwortlich sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Ausgabeeinheit dazu ausgeführt, Teilkostenbeträge oder Abschnitte des Steuerprogramms in einer vorgegebenen Farbe oder mit einem vorgegebenen Symbol auszugeben, wenn der jeweilige Teilkostenbetrag die vorgegebene Metrik übersteigt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Robotersystem weiterhin auf: Einen Arbeitstisch.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Robotermanipulator eine Montagevorrichtung auf, wobei die Montagevorrichtung dazu ausgeführt ist, in einem montierten Zustand den Robotermanipulator am Arbeitstisch zu fixieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Arbeitstisch eine Oberflächenschicht aus einem mechanisch dämpfenden Material auf. Das mechanisch dämpfende Material weist insbesondere die Eigenschaft auf, einen Krafteintrag durch einen auf das Material wirkenden Impuls, wie durch die bewegte Masse des Robotermanipulators, über eine gewisse Wegstrecke zu verzögern. Damit wird die negative Beschleunigung, die auf die bewegte Masse, insbesondere eine Komponente des Robotermanipulators bzw. den Robotermanipulator als Ganzes, wirkt, gegenüber dem Fall, dass der Arbeitstisch eine relativ dazu härtere Oberfläche wie Aluminium, Stahl, duroplastische Kunststoff, Holz oder dergleichen aufweist, deutlich reduziert. Im Falle eines insbesondere ungewollten Auftreffens des Robotermanipulators auf die Oberfläche des Arbeitstisches wird somit vorteilhaft eine Beschädigung des Robotermanipulators mit hoher Wahrscheinlichkeit vollständig vermieden. Das mechanisch dämpfende Material weist insoweit insbesondere eine gegenüber einer Auslenkung der nominalen Oberflächenposition des Materials rückstellende Kraft auf, sowie eine Kraft, die abhängig von der Geschwindigkeit der Bewegung der Oberfläche des dämpfenden Materials ist, sodass das mechanisch dämpfende Material keine ideale Feder darstellt, sondern ein federndes und auch dämpfendes Verhalten aufweist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das dämpfende Material Kunststoff auf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Kunststoff ein Polymerkunststoff.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Kunststoff Ethylenvinylacetat (EVA) auf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Kunststoff dazu ausgeführt, eine Materialkonstante durch Aufbringen einer elektrischen Spannung zu ändern. Die Materialkonstante betrifft insbesondere einen E-Modul des dämpfenden Materials, welcher angibt, welche rückstellende Kraft auf eine Auslenkung folgt, oder eine lineare Dämpfungskonstante oder alternativ bevorzugt eine nichtlineare Dämpfung des Materials.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, den Kunststoff mit einer elektrischen Spannung dann anzusteuern, wenn das Steuerprogramm durch die Steuereinheit ausgeführt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, den Kunststoff mit einer elektrischen Spannung dann anzusteuern, wenn das Steuerprogramm durch die Steuereinheit ausgeführt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Oberflächenschicht mit dem Sockel des Robotermanipulators verbunden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Oberflächenschicht eine Vielzahl von Fasern auf. Bevorzugt sind die Fasern zumindest eines aus: Glasfaser, Kohlefaser, Polyesterfaser, Fasern aus ultrahochmolekularem Polyethylen, Fasern aus Polyamid.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Oberflächenschicht Gummi auf. Dabei kann Naturkautschuk oder synthetischer Kautschuk oder anderer synthetischer Gummi verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Oberflächenschicht Gummipartikel auf, wobei die Gummipartikel in einer Matrix aus Trägermaterial angeordnet sind. Das Trägermaterial ist bevorzugt Schaumstoff oder ein anderes flexibles Gebilde.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Gummipartikel kugelförmig.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Robotermanipulators mit einer Vielzahl von durch Gelenken miteinander verbundenen Gliedern, aufweisend die Schritte:
- - Ermitteln von Kosten, die beim Ausführen eines Steuerprogramms durch eine Steuereinheit auftreten würden durch eine Recheneinheit,
- - Ermitteln eines auf den Kosten basierenden Kostenwerts durch die Recheneinheit,
- - Übermitteln des Kostenwerts durch die Recheneinheit an eine Ausgabeeinheit, und
- - Ausgeben des Kostenwerts durch die Ausgabeeinheit.
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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.
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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.
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Es zeigen:
- 1 ein Robotersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 2 ein Verfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein Robotersystem 1, aufweisend einen Robotermanipulator 3 mit einer Vielzahl von durch Gelenken 5 miteinander verbundenen Gliedern 7, und eine in einem Anwenderrechner kombinierte Eingabeeinheit 17 und Ausgabeeinheit 13. Eine Steuereinheit 9 und eine Recheneinheit 11 sind zusammen in einem Rechner des Robotermanipulators 3 angeordnet. Die Steuereinheit 9 ist von der Recheneinheit 11 nur logisch getrennt, jedoch zusammen mit der Recheneinheit 11 auf dem Rechner des Robotermanipulators 3 implementiert. Während die Steuereinheit 9 zum Ansteuern von Aktuatoren 15 an den Gelenken 5 des Robotermanipulators 3 für das Ausführen einer Aufgabe gemäß einem vorgegebenen Steuerprogramm dient, dient die Recheneinheit 11 dazu, Kosten, die beim Ausführen des Steuerprogramms entstehen werden, näherungsweise zu ermitteln und an die Ausgabeeinheit 13 einen auf den ermittelten Kosten basierenden Kostenwert zum Ausgeben zu übermitteln. Die Kosten sind die monetären Kosten des Steuerprogramms, der Energieverbrauch des Robotermanipulators 3 beim Ausführen des Steuerprogramms, und der Verschleiß von Getrieben des Robotermanipulators 3. Die Ausgabeeinheit 13 ist ein Bildschirm des mit der Steuereinheit 9 und der Recheneinheit 11 verbundenen Anwenderrechners, an dem der Kostenwert ausgegeben wird. Die Eingabeeinheit 17 dient zum Erfassen von Eingaben eines Anwenders und zum Übermitteln der Eingaben an die Steuereinheit 9, worauf die Steuereinheit 9 Parameter des Steuerprogramms ermittelt. Die Eingabeeinheit 17 weist Tastatur und Maus des Anwenderrechners auf. Steuereinheit 9 und Recheneinheit 11 sind zusammen an einem Sockel des Robotermanipulators 3 angeordnet ist, wobei der Sockel des Robotermanipulators 3 mit einem am weitest proximal gelegenen Glied des Robotermanipulators 3 verbunden ist und der Robotermanipulator 3 auf dem Sockel gelagert ist. Der Robotermanipulator 3 ist mit seinem Sockel über eine Montagevorrichtung 21 an einem Arbeitstisch 19 fixiert. Die Oberflächenschicht 23 des Arbeitstisches 19 ist aus einem mechanisch dämpfenden Material gefertigt, wobei das dämpfende Material Ethylenvinylacetat-Kunststoff aufweist.
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2 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Robotermanipulators 3 mit einer Vielzahl von durch Gelenken 5 miteinander verbundenen Gliedern 7, aufweisend die Schritte:
- - Ermitteln S1 von Kosten, die beim Ausführen eines Steuerprogramms durch eine Steuereinheit 9 auftreten würden durch eine Recheneinheit 11,
- - Ermitteln S2 eines auf den Kosten basierenden Kostenwerts durch die Recheneinheit 11,
- - Übermitteln S3 des Kostenwerts durch die Recheneinheit 11 an eine Ausgabeeinheit 13, und
- - Ausgeben S4 des Kostenwerts durch die Ausgabeeinheit 13.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Robotersystem
- 3
- Robotermanipulator
- 5
- Gelenke
- 7
- Glieder
- 9
- Steuereinheit
- 11
- Recheneinheit
- 13
- Ausgabeeinheit
- 15
- Aktuatoren
- 17
- Eingabeeinheit
- 19
- Arbeitstisch
- 21
- Montagevorrichtung
- 23
- Oberflächenschicht
- S1
- Ermitteln
- S2
- Ermitteln
- S3
- Übermitteln
- S4
- Ausgeben
