EP3302895A1 - Verfahren zum bestimmen eines bahnpunktes - Google Patents

Verfahren zum bestimmen eines bahnpunktes

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EP3302895A1
EP3302895A1 EP16725497.8A EP16725497A EP3302895A1 EP 3302895 A1 EP3302895 A1 EP 3302895A1 EP 16725497 A EP16725497 A EP 16725497A EP 3302895 A1 EP3302895 A1 EP 3302895A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
environment
determining
temperature
temperature profile
point
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16725497.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jacob Saoumi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Deutschland GmbH
Original Assignee
KUKA Roboter GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUKA Roboter GmbH filed Critical KUKA Roboter GmbH
Publication of EP3302895A1 publication Critical patent/EP3302895A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/16—Program controls
    • B25J9/1694—Program controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697—Vision controlled systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/16—Program controls
    • B25J9/1656—Program controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Program controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/35—Nc in input of data, input till input file format
    • G05B2219/35444—Gesture interface, controlled machine observes operator, executes commands
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37266—Infrared
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
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    • G05B2219/37426—Detected with infrared sensor
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37567—3-D vision, stereo vision, with two cameras
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39441—Voice command, camera detects object, grasp, move

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a path point for a robot programming, and further to a corresponding system for
  • Robots (and in particular industrial robots) are freely programmable
  • the actual robot mechanism is commonly referred to as a manipulator, which may consist of a plurality of movable members or axles.
  • a manipulator which may consist of a plurality of movable members or axles.
  • Targeted control of motors (and in particular servomotors) allows the individual axes to be moved.
  • a corresponding manipulator typically travels a trajectory or path, with the individual points of the path dictated by a robot program or path planning.
  • path planning generally describes
  • Method and apparatus for moving a manipulator For programming a robot program, the positions of individual track points, which are to be approached by the manipulator, must first be recorded or specified. The remaining points, or the detailed path movement of the manipulator, is calculated by means of an algorithm, for example by means of a point-to-point path planning, or so-called spline path planning. This setting of individual train points, or the "teaching" of track points, or the setting of a trajectory is a time-consuming step in the
  • Robot programming In principle, a distinction can be made between two different approaches: online and offline programming.
  • individual path points can be generated by means of a CAD model or a simulation tool.
  • the manipulator will not required for program creation, because the movements of the
  • Manipulator can be determined using virtual three-dimensional simulation environments.
  • Manipulator For this purpose, for example, special programming handheld devices can be used to guide a manipulator directly from one point to another while recording the approached track points and store. However, this procedure is very time consuming and not intuitive. Furthermore, a playback method is known as another variant of online programming. In this case, the programmer moves the manipulator by directly guiding the manipulator along a later trajectory. Meanwhile, individual points
  • PdV programming-by-the-master
  • the present invention relates to a method for determining a path point for a robot program or for a robot program.
  • the inventive method can thus be used to determine one or more track points that can be used for robot programming.
  • robot programming here comprises predetermining a sequence of movements of a robot or manipulator corresponding to one or more track points.
  • the specific path points can for example be integrated directly into a robot program or a path planning, or be used to create such.
  • the method can preferably be used during offline or online programming of a manipulator.
  • the method includes detecting a first temperature profile of an environment, and determining a orbit point using the sensed first temperature profile. In this case, preferably more than one track point can be determined, for example if a track consisting of several track points is to be determined.
  • the detection of the temperature profile by means of a temperature measuring device and further preferably by means of a
  • a thermal signature which is present on a surface of the environment can be detected, and this thermal signature used to determine the point of the orbit.
  • a complex simulation or direct guidance of a manipulator is advantageously not necessary.
  • environment encompasses objects and objects which
  • workpieces can fall under the concept of "environment", which are processed by means of a manipulator (and a corresponding robot program) should.
  • the environment may also include planar or textured surfaces, such as walls, floors, tabletops, molds, and so forth.
  • the environment may also include one or more manipulators.
  • the method further comprises generating a temperature change on the environment, wherein said step of generating is preferably performed by a user and in particular by a human. Further preferably, the temperature change is generated by touching the environment with a finger. In particular, the detected first temperature profile of the environment is preferably characteristic of that generated by the user
  • the method according to the invention makes it possible to define corresponding track points by touching the surroundings.
  • traces of heat can be detected and processed in order to determine a path point.
  • These traces of heat are generated, for example, by a user by touching a surface. Since the body temperature of a human (about 37 ° C) is usually not equal to the ambient temperature, by touching the environment by the user, the environment is locally heated (or locally cooled).
  • the method according to the invention provides a simple and intuitive method
  • determining the path point preferably comprises determining the ones generated on the environment
  • Temperature change For example, simple detection algorithms can be used to detect traces of heat or single point heat points. Depending on the components used (such as the thermal imager), properties of the touched surface,
  • the finger touch should be sufficiently long to allow the most unambiguous determination of the path point.
  • generating the temperature change includes
  • determining the path point comprises associating a predefined robotic action.
  • the sign or gestures can be recognized and assigned to a corresponding robot action in the robot program.
  • the user can intuitively define certain robotic actions, such as starting or stopping a measurement.
  • the method further comprises detecting a second temperature profile of the environment.
  • the determination of the path point preferably takes place using the detected second temperature profile.
  • the second temperature profile is different from the first temperature profile, for example due to a user acting on the environment.
  • a first temperature profile of the environment can be detected, followed by a
  • Temperature change on the environment caused by a user for example, this user touches a point of the environment with his finger
  • a second temperature profile of the environment are detected. Based on the two recorded temperature profiles or under
  • the track point is determined, which corresponds to the location that was touched with the finger. Further preferably, determining the path point comprises comparing the first and second
  • the method further comprises capturing a three-dimensional image of the environment, and determining a three-dimensional structural profile of the environment based on the captured three-dimensional image.
  • a temperature profile and a three-dimensional image of the environment is detected.
  • the three-dimensional structure profile contains information about a spatial arrangement of the environment, such as a height profile.
  • the determination of the path point takes place using the determined three-dimensional structure profile of the environment. This makes it possible to detect traces of heat even on surfaces whose geometry is unknown beforehand. With the help of the three-dimensional image can be recognized which three-dimensional
  • Coordinates of the room or the environment are to be used for the determination of the point of the train. Further preferably, the detection of the three-dimensional image by means of a 3D camera.
  • the method further comprises providing the particular
  • the particular path point can be provided in particular preferably for spline path planning or point-to-point path planning.
  • the particular track point can be used directly to control a manipulator accordingly. For example, a user can touch an object, and then, by means of the method according to the invention, this object can be gripped by a manipulator.
  • Robot movement is not necessary, but the present invention allows intuitive setting of track points.
  • the method further comprises picking up a voice command, and determining the web-point further using the
  • a programmer can thus use his voice to intuitively control the process by, for example, recording a
  • Temperature profile controls by means of a corresponding voice command by means of a corresponding voice command.
  • the voice command is recorded by means of a microphone.
  • a method mode comprises determining individual path points based on, for example, individual ones
  • Heat points, and another method mode is determining a path based on, for example, a heat trace.
  • the environment has a substantially planar surface, for example a plate or glass surface. Furthermore, the detection of the
  • Temperature profile preferably detecting a temperature profile of the
  • a programmer can impose a particular trajectory with his finger on the substantially planar surface, such as by touching the surface with his index finger, and then the heat trace resulting from that contact can be detected and used to calculate the trajectory point be used.
  • This method is thus very robust, since, for example, fragile
  • Touch-sensitive handling devices for programming are not necessary.
  • the skilled person understands, according to the application, to choose a suitable material with a suitable thermal conductivity.
  • a material with high thermal conductivity such as steel
  • a low thermal conductivity material such as wood
  • a surface for example a wood panel
  • a corresponding coating eg., Copper coating
  • the present invention relates to a system for determining a path point for a robot program or for a robot programming.
  • the system comprises a temperature measuring device, configured to detect a first temperature profile of an environment, and a controller, which is set up to determine the path point using the means of the Temperature measuring device detected first temperature profile.
  • the temperature measuring device preferably comprises a thermal imaging camera.
  • the system further comprises a camera configured to capture a three-dimensional image of the environment, and the controller is further configured to determine the orbit point using the captured three-dimensional image, the camera preferably comprising a 3D camera.
  • the system comprises a microphone which is adapted to
  • the controller is further adapted to
  • the individual components of the system may be implemented (in part) separately or provided (partially) in a single device.
  • the controller and microphone may be provided in a single device, such as a portable computer.
  • the controller can be implemented together with a robot controller, and / or the temperature measuring device can be mounted on a corresponding robot or robot.
  • temperature profile in the sense of the present invention may include a temperature change generated by a user on the environment.
  • the temperature change produced on the environment may preferably comprise a single heat point, and / or a heat trace consisting of several heat points.
  • the term "heat point” encompasses a single point on the environment, which is distinctive due to its (relative) temperature, for example a heat point on a surface has a higher or lower temperature than the other points on the surface
  • a "heat trace”, on the other hand does not just come from touching one area at a time but, for example, by tracing a line on the surface.
  • a web line can be determined, which is to be traveled, for example, during a welding process by the manipulator to create a specific weld. 4th embodiments
  • FIG. 1 shows schematically the determination of a path point according to an embodiment
  • Fig. 2 shows schematically the determination of a path point according to another
  • FIG. 3 schematically shows the sequence of a method for determining a path point according to an embodiment
  • FIG. 5 schematically shows the sequence of a method for determining a path point according to a further embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows the determination of a path point, according to an embodiment of the present invention.
  • a camera system 10 comprising a thermal imaging camera is directed onto a surface 12 that is substantially planar.
  • a programmer drives his finger 11 over the surface 12, thereby heating this surface 12 locally.
  • the resulting heat trace 13 is characterized by the
  • the programmer can depress a shutter button (not shown) when it is ensured that the thermal imager does not detect the programmer himself.
  • the programmer may also pronounce a voice command which is recorded by a microphone (not shown) and triggers the detection of the heat track 13.
  • an image can be compared, for example by means of the thermal imaging camera, before and after the contact of the surface 12 by the finger 11.
  • the illustration in FIG. 2 essentially corresponds to that of FIG. 1, but there are two objects 23, 24 on the surface 22.
  • no path is to be based on a heat track, but only two individual path points based on two individual heat points 25, 26 are determined.
  • the programmer can, for example, press a shift key (not shown) with which it is possible to switch between the modes "Detecting a train line" and "Detecting individual track points".
  • a shift key not shown
  • the camera housing 20 additionally comprises a 3D camera.
  • the programmer touches with his finger 21 each one point on the objects 23, 24, whereby the objects experience a punctual increase in temperature.
  • the thermal imager captures these locally elevated temperatures, or the
  • Heat points 25, 26 For this purpose, the 3D camera acquires a three-dimensional image, which makes it possible to determine the three-dimensional position of the points touched on the objects 23, 24. Subsequently, two track points are determined based on the data acquired by the thermal imager and the 3D camera.
  • FIG. 3 shows a method 30 for determining a path point.
  • a temperature profile of an environment is detected.
  • a track point is determined using the sensed temperature profile.
  • FIG. 4 shows a further method 40 for determining a path point.
  • a first temperature profile of an environment is detected.
  • a user by touching the environment with his finger, creates a heat trail on that environment.
  • a second temperature profile of an environment is detected.
  • a user by touching the environment with his finger, creates a heat trail on that environment.
  • a second temperature profile of an environment is detected.
  • FIG. 5 shows a further method 50 for determining a path point.
  • a thermal image is taken from an environment by means of a thermal imaging camera.
  • a heat trace is detected in this thermal image.
  • a three-dimensional image is taken of the same environment, and in step 54, a three-dimensional structural profile of that environment is determined based on the acquired three-dimensional image.
  • step 55 the track point is determined using the heat track recognized in step 52 and the three-dimensional one determined in step 54

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Bahnpunktes für eine Roboterprogrammierung, umfassend ein Erfassen eines ersten Temperaturprofils einer Umgebung und ein Bestimmen des Bahnpunktes unter Verwendung des erfassten ersten Temperaturprofils. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes System zum Bestimmen eines Bahnpunktes für eine Roboterprogrammierung.

Description

Verfahren zum Bestimmen eines Bahnpunktes
1. Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Bahnpunktes für eine Roboterprogrammierung, und ferner ein entsprechendes System zum
Bestimmen eines Bahnpunktes für eine Roboterprogrammierung.
2. Technischer Hintergrund
Roboter (und insbesondere Industrieroboter) sind frei programmierbare,
programmgesteuerte Handhabungsgeräte. Die eigentliche Robotermechanik wird üblicherweise als Manipulator bezeichnet, welche aus einer Vielzahl von beweglichen Gliedern oder Achsen bestehen kann. Durch eine gezielte Regelung von Motoren (und insbesondere Servomotoren) können die einzelnen Achsen bewegt werden.
Während eines Arbeitsprozesses, wie beispielsweise einem Schweißprozess oder Falzprozess, fährt ein entsprechender Manipulator üblicherweise eine Trajektorie oder Bahn ab, wobei die einzelnen Punkte der Bahn durch ein Roboterprogramm oder eine Bahnplanung vorgegeben sind. Der Begriff Bahnplanung beschreibt dabei generell
Verfahren und Vorrichtungen zur Bewegung eines Manipulators. Zur Programmierung eines Roboterprogramms müssen die Positionen einzelner Bahnpunkte, welche von dem Manipulator angefahren werden sollen, zunächst erfasst bzw. vorgegeben werden. Die übrigen Punkte, bzw. die detaillierte Bahnbewegung des Manipulators, wird mittels eines Algorithmus berechnet, etwa mittels einer Punkt-zu-Punkt-Bahnplanung (engl.: point-to-point), oder einer sogenannten Spline-Bahnplanung. Dieses Festlegen von einzelnen Bahnpunkten, bzw. das„Teachen" von Bahnpunkten, oder das Festlegen einer abzufahrenden Bahn ist ein zeitaufwendiger Schritt in der
Roboterprogrammierung. Prinzipiell kann zwischen zwei verschiedenen Ansätzen unterschieden werden: Der Online- und Offlineprogrammierung.
Bei der Offlineprogrammierung können beispielsweise mittels eines CAD-Modells oder eines Simulations-Tools einzelne Bahnpunkte generiert werden. Der Manipulator wird dabei nicht zur Programmerstellung benötigt, da die Bewegungsabläufe des
Manipulators mit Hilfe virtueller dreidimensionaler Simulationsumgebungen festgelegt werden können.
Bei der Onlineprogrammierung erfolgt die Programmierung direkt an dem
Manipulator. Hierzu können beispielsweise spezielle Programmierhandgeräte eingesetzt werden, um einen Manipulator direkt von einem Punkt zu einem anderen zu führen und dabei die angefahrenen Bahnpunkte aufzunehmen und zu speichern. Dieses Verfahren ist jedoch sehr zeitaufwendig und nicht intuitiv. Weiterhin ist ein Playback- Verfahren als eine andere Variante der Onlineprogrammierung bekannt. Hierbei fährt der Programmierer den Manipulator durch direktes Führen des Manipulators entlang einer später abzufahrenden Bahn. Währenddessen werden einzelne Punkte
aufgezeichnet und in ein entsprechendes Roboterprogramm übertragen. Hierzu müssen jedoch spezielle Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, damit der
Programmierer nicht durch den Manipulator verletzt wird. Weiterhin ist ein PdV- Verfahren (Programmieren-durch-Vormachen-Verfahren) als eine weitere Variante der Onlineprogrammierung bekannt, bei welchem unterschiedliche Sensoren und maschinelle Lernverfahren verwendet werden, um eine menschliche Bewegung durch eine entsprechende Manipulatorbewegung abzubilden.
Aus dem Dokument US 2014/0201112 Ai ist ein Verfahren zum Teachen von
Bahnpunkten bekannt, bei welchem ein spezielles Handhabungsgerät verwendet wird, welches mit Leuchtelementen ausgestattet ist. Dieses Verfahren ist ebenfalls nachteilig, da dieses spezielle Handhabungsgerät notwendigerweise bereitgestellt werden muss, und zudem eine entsprechende Ausbildung des Programmierers zur Nutzung des Handhabungsgeräts erforderlich ist. Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein System bereitzustellen, mit welchem Arbeitsabläufe eines Roboters definiert werden können, wobei die oben genannten Nachteile zumindest teilweise ausgeräumt werden. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein System bereitzustellen, mit welchem Bahnpunkte einer Roboterprogrammierung intuitiv und zuverlässig bestimmt werden können. Diese und weitere Aufgaben, welche beim Lesen der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, werden mit einem Verfahren nach Anspruch l und einem System nach Anspruch 10 gelöst.
3. Inhalt der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Bahnpunktes für ein Roboterprogramm bzw. für eine Roboterprogrammierung. Das
erfindungsgemäße Verfahren kann somit verwendet werden, um einen oder mehrere Bahnpunkte zu bestimmen, welche für eine Roboterprogrammierung verwendet werden können. Der Begriff Roboterprogrammierung umfasst dabei das Vorgeben eines Bewegungsablaufs eines Roboters bzw. Manipulators entsprechend eines oder mehrerer Bahnpunkte. Die bestimmten Bahnpunkte können beispielsweise direkt in ein Roboterprogramm oder eine Bahnplanung integriert werden, oder zur Erstellung eines solchen herangezogen werden. Das Verfahren kann dabei vorzugsweise während einer Offline- oder Onlineprogrammierung eines Manipulators eingesetzt werden. Das Verfahren umfasst ein Erfassen eines ersten Temperaturprofils einer Umgebung, und ein Bestimmen eines Bahnpunktes unter Verwendung des erfassten ersten Temperaturprofils. Dabei können vorzugsweise mehr als ein Bahnpunkt bestimmt werden, beispielsweise wenn eine Bahn bestehend aus mehreren Bahnpunkten festgelegt werden soll. Vorzugsweise erfolgt das Erfassen des Temperaturprofils mittels einer Temperaturmesseinrichtung und weiter vorzugsweise mittels einer
Wärmebildkamera.
Es kann somit beispielsweise eine Wärmesignatur, welche auf einer Oberfläche der Umgebung vorhanden ist, erfasst werden, und diese Wärmesignatur zum Bestimmen des Bahnpunktes herangezogen werden. Ein aufwendiges Simulieren oder direktes Führen eines Manipulators ist dabei vorteilhaft nicht notwendig.
Der Begriff„Umgebung" umfasst dabei Gegenstände und Objekte, welche
beispielsweise in die Roboterprogrammierung einbezogen werden können. So können beispielsweise Werkstücke unter den Begriff der„Umgebung" fallen, welche mittels eines Manipulators (und einem entsprechenden Roboterprogramm) bearbeitet werden sollen. Die Umgebung kann auch ebene oder strukturierte Oberflächen umfassen, wie beispielsweise Wände, Böden, Tischplatten, Gussformen, und so weiter. Ebenfalls kann die Umgebung auch einen oder mehrere Manipulatoren umfassen.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner ein Erzeugen einer Temperaturveränderung auf der Umgebung auf, wobei dieser Schritt des Erzeugens vorzugsweise durch einen Benutzer und insbesondere durch einen Menschen erfolgt. Weiter vorzugsweise erfolgt das Erzeugen der Temperaturveränderung durch Berühren der Umgebung mit einem Finger. Dabei ist insbesondere vorzugsweise das erfasste erste Temperaturprofil der Umgebung charakteristisch für die durch den Benutzer erzeugte
Temperaturveränderung auf der Umgebung.
Somit erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, durch Berühren der Umgebung entsprechende Bahnpunkte zu definieren. Dabei können Spuren von Wärme erfasst und verarbeitet werden, um einen Bahnpunkt zu bestimmen. Diese Spuren von Wärme werden beispielsweise von einem Benutzer durch Berührung einer Oberfläche erzeugt. Da die Körpertemperatur eines Menschen (etwa 37 °C) üblicherweise nicht gleich der Umgebungstemperatur ist, wird durch Berühren der Umgebung durch den Benutzer die Umgebung lokal erwärmt (oder lokal gekühlt).
Beispielsweise kann somit ein Benutzer durch Bewegung eines Zeigefingers auf einer beliebigen Oberfläche der Umgebung Wärmebahnen entstehen lassen, anhand welcher Bahnpunkte für die Roboterprogrammierung bestimmt werden können. Somit stellt das erfindungsgemäße Verfahren ein einfaches und intuitives Verfahren zum
Definieren einer gewünschten Bahnlinie bereit, welche beispielsweise durch einen Manipulator abgefahren werden soll. Alternativ können auch nur einzelne Punkte in der Umgebung durch einen Benutzer berührt werden, welche für die Ermittlung des entsprechenden Bahnpunktes herangezogen werden. Somit umfasst das Bestimmen des Bahnpunktes vorzugsweise ein Ermitteln der auf der Umgebung erzeugten
Temperaturveränderung. Hierzu können beispielsweise simple Erkennungs- Algorithmen angewendet werden, um Spuren von Wärme oder einzelne, punktuelle Wärmepunkte zu ermitteln. Je nach verwendeten Komponenten (wie beispielsweise der Wärmebildkamera), Eigenschaften der berührten Oberfläche,
Umgebungstemperatur, Zeit zwischen Berührung und Erfassen des Temperaturprofils, etc., sollte die Fingerberührung ausreichend lange erfolgen, um ein möglichst eindeutiges Bestimmen des Bahnpunktes zu ermöglichen.
Weiter bevorzugt umfasst dabei das Erzeugen der Temperaturveränderung ein
Erzeugen einer zeichenhaften Temperaturveränderung. Der Benutzer kann
beispielsweise eine bestimmte Gestik mit seinem Finger auf der Umgebung abfahren, sodass die hieraus resultierende Temperaturveränderung diese Gestik widerspiegelt. So kann der Benutzer beispielsweise ein Kreuzzeichen, ein Kreiszeichen, stilisierte Pfeile oder ähnliche Symbole bzw. Zeichen mit seinem Finger auf der Umgebung abfahren. Die zeichenhafte Temperaturveränderung kann dabei auch aus einer gleichzeitigen, beispielsweise parallelen Führung von zwei Fingern entlang der Umgebung resultieren. Ferner vorzugsweise umfasst das Bestimmen des Bahnpunktes ein Zuordnen einer vordefinierten Roboteraktion. Durch Ermitteln der somit auf der Umgebung erzeugten Temperaturveränderung kann das Zeichen bzw. die Gestik erkannt werden, und einer entsprechenden Roboteraktion in dem Roboterprogramm zugeordnet werden. Somit kann der Benutzer auf eine intuitive Weise bestimmte Roboteraktionen, wie beispielsweise das Starten oder Beenden einer Messung, festlegen.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner ein Erfassen eines zweiten Temperaturprofils der Umgebung auf. Dabei erfolgt das Bestimmen des Bahnpunktes vorzugsweise unter Verwendung des erfassten zweiten Temperaturprofils. Vorzugsweise ist das zweite Temperaturprofil verschieden von dem ersten Temperaturprofil, beispielsweise aufgrund eines Einwirkens eines Benutzers auf die Umgebung. Beispielsweise kann ein erstes Temperaturprofil der Umgebung erfasst werden, anschließend eine
Temperaturveränderung auf der Umgebung durch einen Benutzer hervorgerufen werden (indem dieser Benutzer beispielsweise einen Punkt der Umgebung mit seinem Finger berührt), und anschließend ein zweites Temperaturprofil der Umgebung erfasst werden. Basierend auf den beiden erfassten Temperaturprofilen bzw. unter
Verwendung dieser Temperaturprofile wird der Bahnpunkt bestimmt, welcher der Stelle entspricht, welche mit dem Finger berührt wurde. Ferner vorzugsweise umfasst das Bestimmen des Bahnpunktes ein Vergleichen des ersten und zweiten
Temperaturprofils. Durch solch einen Vergleich kann effizient festgestellt werden, ob und welcher Bereich einer Umgebung beispielsweise durch einen Benutzer berührt wurde, und für die Bestimmung des Bahnpunktes verwendet werden soll. Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin ein Erfassen eines dreidimensionalen Bildes von der Umgebung, und ein Ermitteln eines dreidimensionalen Strukturprofils der Umgebung basierend auf dem erfassten dreidimensionalen Bild. Somit wird sowohl ein Temperaturprofil als auch ein dreidimensionales Bild der Umgebung erfasst. Das dreidimensionale Strukturprofil enthält dabei Informationen über eine räumliche Anordnung der Umgebung, wie beispielsweise ein Höhenprofil. Ferner erfolgt das Bestimmen des Bahnpunktes unter Verwendung des ermittelten dreidimensionalen Strukturprofils der Umgebung. Dadurch wird es möglich, Wärmespuren auch auf Oberflächen zu erkennen, deren Geometrie vorab unbekannt ist. Mit Hilfe des dreidimensionalen Bildes kann dabei erkannt werden, welche dreidimensionalen
Koordinaten des Raums bzw. der Umgebung für die Bestimmung des Bahnpunktes zu verwenden sind. Ferner vorzugsweise erfolgt das Erfassen des dreidimensionalen Bildes mittels einer 3D-Kamera.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner ein Bereitstellen des bestimmten
Bahnpunktes an eine Manipulatorsteuerung auf. Ferner vorzugsweise umfasst das
Verfahren ein Steuern eines Manipulators anhand des bestimmten Bahnpunktes auf, wobei dieses Steuern mittels der Manipulatorsteuerung erfolgt. Dabei kann der bestimmte Bahnpunkt insbesondere vorzugsweise für eine Spline-Bahnplanung oder eine Punkt-zu-Punkt-Bahnplanung bereitgestellt werden. Somit kann der bestimmte Bahnpunkt direkt verwendet werden, um einen Manipulator entsprechend zu steuern. Beispielsweise kann ein Benutzer ein Objekt berühren, und anschließend kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens dieses Objekt durch einen Manipulator gegriffen werden. Ein aufwendiges Programmieren einer solchen Manipulator- bzw.
Roboterbewegung ist nicht notwendig, vielmehr erlaubt die vorliegende Erfindung ein intuitives Festlegen von Bahnpunkten.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner ein Aufnehmen eines Sprachbefehls auf, und das Bestimmen des Bahnpunktes erfolgt weiterhin unter Verwendung des
aufgenommenen Sprachbefehls. Ein Programmierer kann also mit seiner Stimme das Verfahren intuitiv steuern, in dem er beispielsweise das Erfassen eines
Temperaturprofils mittels eines entsprechenden Sprachbefehls steuert. Vorzugsweise erfolgt das Aufnehmen des Sprachbefehls mittels eines Mikrofons. Somit ist das Verfahren weiter intuitiv, ein langwieriges Einlernen eines Programmierers ist dabei vorteilhaft nicht notwendig. Vorzugsweise kann mittels eines Sprachbefehls zwischen zwei Verfahrensmodi geschaltet werden, wobei vorzugsweise ein Verfahrensmodus ein Bestimmen einzelner Bahnpunkte basierend auf beispielsweise einzelnen
Wärmepunkten, und ein anderer Verfahrensmodus ein Bestimmen einer Bahn basierend auf beispielsweise einer Wärmespur ist.
Vorzugsweise weist die Umgebung eine im Wesentlichen ebene Oberfläche auf, beispielsweise eine Platte oder Glasfläche. Ferner umfasst das Erfassen des
Temperaturprofils vorzugsweise ein Erfassen eines Temperaturprofils der im
Wesentlichen ebenen Oberfläche. So kann ein Programmierer beispielsweise auf der im Wesentlichen ebenen Oberfläche eine bestimmte Bahn mit seinem Finger vorgeben, wie etwa durch eine Berührung der Oberfläche mit seinem Zeigefinger, und anschließend kann die aus dieser Berührung resultierende Wärmespur erfasst werden und für die Berechnung bzw. Bestimmung des Bahnpunktes herangezogen werden. Dieses Verfahren ist somit sehr robust, da beispielsweise fragile
berührungsempfindliche Handhabungsgeräte zur Programmierung nicht notwendig sind. Der Fachmann versteht dabei, entsprechend der Anwendung, ein geeignetes Material mit einer geeigneten Wärmeleitfähigkeit zu wählen. Dabei versteht der Fachmann insbesondere, dass ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Stahl, ein einfaches Erzeugen einer Temperaturveränderung durch beispielsweise eine Fingerberührung ermöglicht, wobei die resultierende lokale Temperaturerhöhung jedoch leicht dissipieren kann. Weiter versteht der Fachmann, dass ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Holz, schlechter Wärme durch beispielsweise eine Fingerberührung aufnehmen kann, eine lokale Temperaturerhöhung allerdings länger bestehen bleibt. So kann beispielsweise, je nach Anwendungsform, eine Oberfläche (bspw. eine Holzplatte) mit einer entsprechenden Beschichtung (bspw. Kupferbeschichtung) versehen werden, um eine optimale Bestimmung eines
Bahnpunktes im Sinne der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Bestimmen eines Bahnpunktes für ein Roboterprogramm bzw. für eine Roboterprogrammierung. Das System umfasst dabei eine Temperaturmesseinrichtung, eingerichtet zum Erfassen eines ersten Temperaturprofils einer Umgebung, und eine Steuerung, welche eingerichtet ist zum Bestimmen des Bahnpunktes unter Verwendung des mittels der Temperaturmesseinrichtung erfassten ersten Temperaturprofils. Dabei umfasst die Temperaturmesseinrichtung vorzugsweise eine Wärmebildkamera.
Vorzugsweise weist das System ferner eine Kamera auf, eingerichtet zum Erfassen eines dreidimensionalen Bildes von der Umgebung, und die Steuerung ist ferner eingerichtet zum Bestimmen des Bahnpunktes unter Verwendung des erfassten dreidimensionalen Bildes, wobei die Kamera vorzugsweise eine 3D-Kamera umfasst.
Vorzugsweise weist das System ein Mikrofon auf, welches eingerichtet ist zum
Aufnehmen eines Sprachbefehls, und die Steuerung ist ferner eingerichtet zum
Bestimmen des Bahnpunktes unter Verwendung des aufgenommenen Sprachbefehls. Die einzelnen Komponenten des Systems können (teilweise) separat implementiert sein, oder auch (teilweise) in einer einzelnen Vorrichtung bereitgestellt werden.
Beispielsweise können die Steuerung und das Mikrofon in einer einzelnen Vorrichtung bereitgestellt sein, wie etwa einem tragbaren Computer. Ferner kann beispielsweise die Steuerung zusammen mit einer Robotersteuerung implementiert sein, und/oder die Temperaturmesseinrichtung kann auf einem entsprechenden Roboter bzw.
Manipulator bereitgestellt sein.
Der Begriff„Temperaturprofil" kann im Sinne der vorliegenden Erfindung eine von einem Benutzer auf der Umgebung erzeugte Temperaturveränderung umfassen.
Insbesondere kann die auf der Umgebung erzeugte Temperaturveränderung vorzugsweise einen einzelnen Wärmepunkt, und/ oder eine Wärmespur bestehend aus mehreren Wärmepunkten umfassen. Der Begriff„Wärmepunkt" umfasst dabei einen einzelnen Punkt auf der Umgebung, welcher aufgrund seiner (relativen) Temperatur markant ist. Beispielsweise hat ein Wärmepunkt auf einer Fläche eine höhere oder niedrigere Temperatur als die übrigen Punkte auf der Fläche. Dabei kann ein solcher (eindimensionaler) Wärmepunkt beispielsweise durch punktuelles Berühren der Fläche mit einem Finger entstehen. Eine„Wärmespur" hingegen entsteht nicht nur durch ein punktuelles Berühren einer Fläche, sondern beispielsweise durch Abfahren einer Linie auf der Fläche. Somit kann eine Bahnlinie bestimmt werden, welche beispielsweise während eines Schweißprozesses durch den Manipulator abgefahren werden soll, um eine bestimmte Schweißnaht zu erstellen. 4. Ausführungsbeispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch das Bestimmen eines Bahnpunktes gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2 schematisch das Bestimmen eines Bahnpunktes gemäß einer anderen
Ausführungsform;
Fig. 3 schematisch den Ablauf eines Verfahrens zum Bestimmen eines Bahnpunktes gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 4 schematisch den Ablauf eines Verfahrens zum Bestimmen eines Bahnpunktes gemäß einer anderen Ausführungsform, und
Fig. 5 schematisch den Ablauf eines Verfahrens zum Bestimmen eines Bahnpunktes gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In der Figur 1 ist schematisch das Bestimmen eines Bahnpunktes dargestellt, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Kamerasystem 10, umfassend eine Wärmebildkamera, ist auf eine Oberfläche bzw. Fläche 12 gerichtet, welche im Wesentlichen eben ist. Zum Bestimmen eines Bahnpunktes fährt ein Programmierer mit seinem Finger 11 über die Fläche 12, und erwärmt dabei diese Fläche 12 lokal. Die dadurch resultierende Wärmespur 13 wird durch die
Wärmekamera erfasst, und folgend werden entsprechende Bahnpunkte für eine Bewegung eines Manipulators aus dieser erfassten Wärmespur abgeleitet. Zum
Erfassen der Wärmespur 13 mittels der Wärmekamera kann der Programmierer beispielsweise eine Auslösetaste (nicht gezeigt) drücken, wenn sichergestellt ist, dass die Wärmebildkamera nicht den Programmierer selbst erfasst. Alternativ oder zusätzlich kann der Programmierer auch einen Sprachbefehl aussprechen, welcher von einem Mikrofon (nicht gezeigt) aufgezeichnet wird und das Erfassen der Wärmespur 13 auslöst. Um die Wärmespur 13 präzise automatisch zu erkennen, kann beispielsweise mittels der Wärmebildkamera ein Bild vor und nach der Berührung der Fläche 12 durch den Finger 11 verglichen werden. Die Darstellung in Figur 2 entspricht im Wesentlichen der aus Figur l, jedoch befinden sich auf der Fläche 22 zwei Objekte 23, 24. Im Gegensatz zu der Darstellung aus Figur 1 soll nun keine Bahn basierend auf einer Wärmespur, sondern nur zwei einzelne Bahnpunkte basierend auf zwei einzelnen Wärmepunkten 25, 26 bestimmt werden. Hierzu kann der Programmierer beispielsweise eine Umschalttaste (nicht gezeigt) drücken, mit welcher zwischen den Modi„Erfassen einer Bahnlinie" und„Erfassen einzelner Bahnpunkte" umgeschaltet werden kann. Alternativ kann ein solches
Umschalten auch mittels eines Sprachbefehls gesteuert werden, welcher von einem Mikrofon (nicht gezeigt) aufgezeichnet werden kann. Das Kameragehäuse 20 umfasst neben einer Wärmebildkamera zusätzlich eine 3D-
Kamera. Der Programmierer berührt mit seinem Finger 21 jeweils einen Punkt auf den Objekten 23, 24, wodurch die Objekte eine punktuelle Temperaturerhöhung erfahren. Die Wärmebildkamera erfasst diese lokal erhöhten Temperaturen, bzw. die
Wärmepunkte 25, 26. Die 3D-Kamera erfasst dazu ein dreidimensionales Bild, welches es erlaubt die dreidimensionale Position der berührten Punkte auf den Objekten 23, 24 zu ermitteln. Anschließend werden zwei Bahnpunkte basierend auf den mittels der Wärmebildkamera und der 3D-Kamera erfassten Daten bestimmt.
In Figur 3 ist ein Verfahren 30 zum Bestimmen eines Bahnpunktes dargestellt. In Schritt 31 wird ein Temperaturprofil einer Umgebung erfasst. Anschließend wird in Schritt 32 ein Bahnpunkt unter Verwendung des erfassten Temperaturprofils bestimmt.
In Figur 4 ist ein weiteres Verfahren 40 zum Bestimmen eines Bahnpunktes dargestellt. In Schritt 41 wird ein erstes Temperaturprofil einer Umgebung erfasst. Anschließend, bei Schritt 42, erzeugt ein Benutzer durch Berührung der Umgebung mit seinem Finger eine Wärmespur auf dieser Umgebung. Im folgenden Schritt 43 wird ein zweites
Temperaturprofil der Umgebung erfasst. Der Fachmann versteht dabei, dass aufgrund der Berührung der Umgebung durch den Benutzer dieses zweite Temperaturprofil verschieden von dem ersten Temperaturprofil sein kann. In Schritt 44 wird das erste Temperaturprofil mit dem zweiten Temperaturprofil verglichen, und anschließend basierend hierauf in Schritt 45 der entsprechende Bahnpunkt bestimmt. In Figur 5 ist ein weiteres Verfahren 50 zum Bestimmen eines Bahnpunktes dargestellt. In Schritt 51 wird mittels einer Wärmebildkamera ein Wärmebild von einer Umgebung aufgenommen. In Schritt 52 wird eine Wärmespur in diesem Wärmebild erkannt. Parallel dazu wird in Schritt 53 ein dreidimensionales Bild von derselben Umgebung aufgenommen, und in Schritt 54 ein dreidimensionales Strukturprofil von dieser Umgebung basierend auf dem erfassten dreidimensionalen Bild ermittelt.
Anschließend wird in Schritt 55 der Bahnpunkt unter Verwendung der in Schritt 52 erkannten Wärmespur und dem in Schritt 54 ermittelten dreidimensionalen
Strukturprofil bestimmt.
Bezugszeichenliste:
10. 20 Kamerasystem
11. 21 Finger
12. 22 Fläche
13 Wärmespur
23, 24 Objekte
25, 26 Wärmepunkte

Claims

Ansprüche l. Verfahren zum Bestimmen eines Bahnpunktes für ein Roboterprogramm, das Verfahren aufweisend:
Erfassen eines ersten Temperaturprofils einer Umgebung (12, 22, 23, 24), und Bestimmen des Bahnpunktes unter Verwendung des erfassten ersten
Temperaturprofils.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen des Temperaturprofils mittels einer Temperaturmesseinrichtung, und vorzugsweise mittels einer Wärmebildkamera erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend:
Erzeugen, , einer Temperaturveränderung (13, 25, 26) auf der Umgebung (12,
22, 23, 24), wobei das Erzeugen der Temperaturveränderung (13, 25, 26) vorzugsweise durch Berühren der Umgebung (12, 22, 23, 24) mit einem Finger durch einen Benutzer erfolgt, und wobei das Bestimmen des Bahnpunktes vorzugsweise ein Ermitteln der auf der Umgebung (12, 22, 23, 24) erzeugten Temperaturveränderung (13, 25, 26) umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erzeugen der Temperaturveränderung ein Erzeugen einer zeichenhaften Temperaturveränderung umfasst, wie beispielsweise Kreuze, Kreise oder Pfeile, und wobei das Bestimmen des Bahnpunktes vorzugsweise ein Zuordnen einer vordefinierten Roboteraktion unter Berücksichtigung des erfassten ersten Temperaturprofils umfasst.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiter aufweisend ein Erfassen eines zweiten Temperaturprofils der Umgebung (12, 22, 23, 24), und wobei das Bestimmen des Bahnpunktes unter Verwendung des erfassten zweiten
Temperaturprofils erfolgt, wobei das Bestimmen des Bahnpunktes vorzugsweise ein Vergleichen des ersten und zweiten Temperaturprofils umfasst.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: Erfassen eines dreidimensionalen Bildes von der Umgebung (12, 22, 23, 24), und
Ermitteln eines dreidimensionalen Strukturprofils der Umgebung (12, 22, 23, 24) basierend auf dem erfassten dreidimensionalen Bild,
wobei das Bestimmen des Bahnpunktes unter Verwendung des ermittelten dreidimensionalen Strukturprofils der Umgebung (12, 22, 23, 24) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Erfassen des dreidimensionalen
Strukturprofils mittels einer 3D-Kamera erfolgt.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend ein Bereitstellen des bestimmten Bahnpunktes an eine Manipulatorsteuerung, und vorzugsweise ferner aufweisend ein Steuern eines Manipulators anhand des
bestimmten Bahnpunktes, wobei das Steuern mittels der Manipulatorsteuerung erfolgt.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend ein Aufnehmen eines Sprachbefehls, und wobei das Bestimmen des Bahnpunktes ferner unter Verwendung des aufgenommenen Sprachbefehls erfolgt, wobei das Aufnehmen des Sprachbefehls vorzugsweise mittels eines Mikrofons erfolgt.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Umgebung (12, 22, 23, 24) eine im Wesentlichen ebene Oberfläche (12, 22) aufweist, und wobei das Erfassen des Temperaturprofils ein Erfassen eines Temperaturprofils der im Wesentlichen ebenen Oberfläche (12, 22) umfasst.
11. System zum Bestimmen eines Bahnpunktes für ein Roboterprogramm, aufweisend:
Eine Temperaturmesseinrichtung, eingerichtet zum Erfassen eines ersten Temperaturprofils einer Umgebung (12, 22, 23, 24),
und eine Steuerung, eingerichtet zum Bestimmen des Bahnpunktes unter
Verwendung des mittels der Temperaturmesseinrichtung erfassten ersten
Temperaturprofils .
12. System nach Anspruch 11, wobei die Temperaturmesseinrichtung eine
Wärmebildkamera umfasst.
13. System nach Anspruch 11 oder 12, weiter aufweisend eine Kamera, eingerichtet 5 zum Erfassen eines dreidimensionalen Bildes von der Umgebung (12, 22, 23, 24), und wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist zum Bestimmen des Bahnpunktes unter Verwendung des erfassten dreidimensionalen Bildes, wobei die Kamera vorzugsweise eine 3D-Kamera umfasst.
10 14. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, weiter aufweisend ein Mikrofon, eingerichtet zum Aufnehmen eines Sprachbefehls, und wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist zum Bestimmen des Bahnpunktes unter Verwendung des
aufgenommenen Sprachbefehls.
!5 !5- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Temperaturprofil eine von einem Benutzer auf der Umgebung (12, 22, 23, 24) erzeugte Temperaturveränderung (13, 25, 26) umfasst, wobei die auf der Umgebung (12, 22, 23, 24) erzeugte Temperaturveränderung (13, 25, 26) vorzugsweise eine Wärmespur (13) bestehend aus mehreren Wärmepunkten (25, 0 26) umfasst.
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