EP3310536A1 - Verbesserung der temperaturdriftkompensation durch kalibrierung am bauteil und einlernen der parametersätze - Google Patents

Verbesserung der temperaturdriftkompensation durch kalibrierung am bauteil und einlernen der parametersätze

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Publication number
EP3310536A1
EP3310536A1 EP16731036.6A EP16731036A EP3310536A1 EP 3310536 A1 EP3310536 A1 EP 3310536A1 EP 16731036 A EP16731036 A EP 16731036A EP 3310536 A1 EP3310536 A1 EP 3310536A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
calibration
manipulator
reference point
parameter set
point residual
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16731036.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Groll
Markus Hager
Sebastian Kaderk
Robert Miller
Ralf Mittmann
Thomas Purrucker
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 EP3310536A1 publication Critical patent/EP3310536A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • 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
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39192—Compensate thermal effects, expansion of links
    • 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
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40527—Modeling, identification of link parameters
    • 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
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49207—Compensate thermal displacement using measured distance

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a manipulator and a corresponding robot system.
  • Robots and in particular industrial robots, are automatically controlled, freely programmable multipurpose manipulators. They are designed for use in industrial environments and can thus be used in different areas of a production plant.
  • an industrial robot can be used to measure one or more measuring points of a component in a processing station or surveying station, or to run a specific path program on a workpiece while processing the workpiece or component by means of, for example, a folding tool.
  • the industrial robot Before use, the industrial robot usually needs to be calibrated to obtain a complete kinematic model of the robot. For this purpose, different parameters of the robot mechanics must be determined in order to finally obtain a complete robot model. In addition, the robot must be aligned with respect to the component to be measured or machined: In this case, a reference from the coordinate system of the robot to the coordinate system of the
  • reference points can be approached, which represent a fixed point in space.
  • a reference point may e.g. be read optically, or manually from one
  • Robots are approached. Because the position of a reference point in the
  • World coordinate system is defined by detecting the reference point, for example, the exact position of an end effector of the robot using
  • Waste heat of electrical components changes the temperature of the
  • Robot mechanics This can lead to a change in size of the individual elements, as well as a change in the viscosity of liquids and changes in the
  • Reference body or reference body, with known or measured positions measurable.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method and a robot system, which minimize the disadvantages listed above - at least partially. It is a further object of the present invention to increase the precision of a robot or manipulator.
  • the present invention includes a method for controlling a manipulator.
  • the manipulator can be differently pronounced and is controlled based on a manipulator or robot parameter set.
  • the method according to the invention comprises providing a calibration, which is preferably a temperature-dependent calibration.
  • the providing may include creating the calibration.
  • the calibration has the following steps: Repeated start of at least one reference point, and in particular two or M reference points, until a temperature criterion of
  • Manipulator is satisfied, and determined, after each start, a calibration set comprising at least one comparison reference point residual drift and a manipulator parameter set.
  • the approach of a reference point means a detection of the reference point, which can be done, for example, optically or by touch.
  • Reference point has a well-known position.
  • the reference points are in the vicinity of the measuring points,
  • Processing points or component points on the component can also be arranged directly on the component.
  • a residual drift with respect to the approached reference point is determined.
  • At least two reference points are approached repeatedly, and after each approach of the two reference points, a calibration set is determined which comprises at least one comparison reference point residual drift and a manipulator parameter set.
  • one of the reference points is preferably one
  • Component point which is to be approached in the operating mode of the manipulator or robot. Further preferably, one of the reference points is not
  • the calibration set preferably comprises a comparison reference point residual drift with respect to this
  • each calibration set comprises a manipulator parameter set which has been created on the basis of the residual drifts in relation to at least one comparison reference point residual drift at the reference point.
  • the temperature criterion is selected such that the starting and determining is repeated until the temperature of the robot is in a stable state and changes only marginally.
  • the calibration is preferably performed while the robot is heating.
  • the temperature of the robot changes rapidly and reaches a constant value after a certain time. During this time, preferably the calibration or
  • the method according to the invention for controlling a manipulator also has a start-up of, in particular exactly one or N, reference points (s). This Start-up is in normal operation of the manipulator, or also
  • the method comprises determining a current reference point residual drift. Consequently, in the productive mode, the instantaneous reference point residual drift with respect to the
  • the method according to the invention comprises calculating a
  • At least the manipulator parameter set from the calibration is used to calculate the correction parameter set. It is the
  • Correction parameter set are determined, with a suitable value or
  • Manipulator parameter set can be selected from the calibration based on the determined instantaneous reference point residual drift.
  • the method according to the invention comprises controlling the manipulator based on the calculated correction parameter set.
  • the current robot model can be updated using the correction parameter set, or even be replaced by this.
  • control 25 not only the robot model can be optimized, but also track points can be adapted from a path planning.
  • control preferably comprises measuring with the aid of the manipulator below
  • a distance measurement can be carried out by means of the manipulator, wherein the
  • Manipulator preferably its suitable device, such. has a laser.
  • control may also include moving the manipulator in consideration of the correction parameter.
  • the "reference point” can thus be any point in the environment of the
  • Manipulator may for example be a component point, ie a point on a component or workpiece.
  • the term “comparison reference point residual drift” may describe a residual drift at a reference point which is determined in the course of the calibration.
  • the term “instantaneous reference point residual drift” may describe a residual drift at a reference point, which is determined in the course of the operating mode
  • a “calibration set” may be a dataset that includes a plurality of values, such as a comparative reference point residual drift and a manipulator parameter set
  • One, several, or all calibration sets determined during calibration may be provided in a controller of the manipulator or separately “Restdrift” itself does not have to be corrected, so it can only be a "drift”.
  • providing the calibration includes creating the calibration.
  • the calibration is carried out before the production operation of the manipulator, so that the calibration already exists during the working operation or measuring operation of the manipulator.
  • the correction parameter sets can be determined directly based on the calibration, so that the manipulator can be controlled precisely based on the correction parameter set.
  • the repeated starting comprises a repeated approach of two reference points, wherein preferably one of the reference points is a component point.
  • the model parameters or robot parameters can be optimized efficiently with respect to the points approached in the production mode.
  • the model parameters or robot parameters can be optimized efficiently with respect to the points approached in the production mode.
  • the determined calibration sets comprise two comparison reference point residual drifts and one manipulator parameter set.
  • calculating the calibration set comprises the steps of: selecting a calibration set based on the determined instantaneous reference point residual drift such that the comparative reference point residual drift of the selected one Calibration set is closest to the determined instantaneous reference point residual drift, and creating the correction parameter set based on the selected calibration set.
  • a best fit calibration set is selected so that the difference between the determined instantaneous reference point residual drift and the comparative reference point residual drift of the selected calibration set is minimal.
  • the calibration set may include creating a correction parameter set based on the manipulator parameter set of the selected calibration set.
  • a calibration set is selected, wherein the comparison reference point residual drift from the calibration with the instantaneous reference point residual drift from the productive operation is closest, so that in the
  • Correction parameter set and consequently for controlling the manipulator, such as the start or measurement of a component point can be used.
  • calculating the correction parameter set comprises the steps of: selecting at least two different calibration sets based on the determined instantaneous reference point residual drift so that the comparison reference point residual drifts of the selected calibration sets are closest to the determined instantaneous reference point residual drift and creating of
  • the person skilled in the art understands that more than two calibration sets can also be selected based on the instantaneous reference point residual drift determined in the production mode and can be used for the calculation of the correction parameter set. Thus, for example, if three calibration sets have been selected, a correction parameter set can be calculated based on a spline interpolation of the calibration sets or the corresponding manipulator parameter sets.
  • the method according to the invention can also be combined with other methods for the compensation of different drifts. In particular, the method according to the invention is suitable for minimizing residual drift or the effect of residual drift.
  • a calibration is thus carried out in which a great many (temperature-dependent) states of the robot are detected.
  • a suitable manipulator parameter set from the calibration can thus be used for the instantaneous state of the manipulator.
  • the present invention allows the
  • Positioning accuracy of a robot or manipulator to improve In this case, for example, a high accuracy of better than + 0.15 mm can be achieved.
  • the present invention further comprises a robot system having means for carrying out the method according to the invention.
  • the means include in particular a robot controller.
  • the present invention includes a computer-readable medium containing instructions that, when executed by a processing system, perform steps to control a manipulator according to the inventive method for controlling a manipulator.
  • Fig. 1 shows the sequence of the calibration according to the present invention
  • Fig. 2 shows an inventive method for controlling a manipulator.
  • FIG. 1 schematically shows the sequence or process 10 of a (temperature-dependent) calibration according to the present invention.
  • the process 10 begins in step n.
  • a reference point is approached by the manipulator. This reference point is preferably not on the component, but is provided independently of the component.
  • a comparison reference point residual drift with respect to the approached in step 12 reference point is determined.
  • step 14 a component point is approached, i. a point on that too
  • a comparison component residual drift is determined, ie the residual drift between the manipulator and the approached component point.
  • a correction parameter set is created.
  • a manipulator parameter set or model parameter set is determined on the basis of at least the comparison reference point residual drift determined in step 13 and / or the comparison component residual drift determined in step 15.
  • this manipulator parameter set is linked to the comparison reference point residual drift determined in step 13. Subsequently, this correction parameter set is stored in a corresponding calibration database.
  • step 17 it is checked whether the temperature of the manipulator has exceeded a predefined limit value. Alternatively, in decision 17 it can also be checked whether the temperature of the manipulator has reached a constant value. If the decision 17 is negative, a new calibration set is determined by continuing the process at step 12. If the decision 17 is positive, the calibration ends in step 18.
  • each calibration set is determined with the calibration, wherein in each calibration set a comparison reference point residual drift is associated with a manipulator parameter set.
  • Each calibration set was thereby at a determined different temperature of the manipulator. Only when the temperature of the manipulator is preferably approximately stable, the calibration is terminated.
  • FIG. 2 schematically shows the sequence 20 of a method according to the invention for controlling a manipulator. This method is preferably used in
  • step 21 a (temperature dependent) calibration is provided.
  • the calibration has been performed according to the process illustrated in FIG. 1 and provides appropriate calibration sets.
  • step 23 a reference point is approached by the manipulator. This reference point is identical to the reference point which was approached or measured during the calibration.
  • step 24 an instantaneous reference point residual drift is determined, ie the residual drift between the manipulator and the approached reference point.
  • step 25 two calibration sets are selected from the calibration.
  • Calibration sets are calculated by comparing the determined in step 24 instantaneous reference point residual drift and the comparison reference point residual drift of
  • Calibration sets of calibration selected.
  • the comparison determines which comparison reference point residual drifts of the calibration sets of calibration are closest to the instantaneous reference point residual drift determined in step 24. Accordingly, then two calibration sets with the nearest
  • step 26 the manipulator parameter sets of the selected calibration sets associated with the two comparison reference point residual drifts are interpolated for the calibration, and a correction parameter set is calculated on the basis of the interpolation.
  • step 27 the manipulator is based on at least the

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Manipulators. Das Verfahren umfasst dabei ein Bereitstellen einer temperaturabhängigen Kalibrierung, anhand derer basierend auf bestimmten Referenzpunkt- Restdrift-Werten ein Korrekturparametersatz berechnet wird. Anschließend wird der Manipulator unter Berücksichtigung des Korrekturparametersatzes gesteuert.

Description

Verbesserung der Temperaturdriftkompensation durch
Kalibrierung am Bauteil und Einlernen der Parametersätze l. Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Manipulators und ein entsprechendes Robotersystem. 2. Technischer Hintergrund
Roboter, und insbesondere Industrieroboter sind automatisch gesteuerte, frei programmierbare Mehrzweck-Manipulatoren. Sie sind dabei für den Einsatz im industriellen Umfeld konzipiert und können so in unterschiedlichen Bereichen einer Fertigungsanlage eingesetzt werden. So kann ein Industrieroboter beispielsweise eingesetzt werden, um in einer Bearbeitungsstation oder Vermessungsstation ein oder mehrere Messpunkte eines Bauteils zu vermessen, oder an einem Werkstück ein bestimmtes Bahnprogramm abzufahren und dabei das Werkstück bzw. Bauteil mittels beispielsweise eines Falzwerkzeugs zu bearbeiten.
Vor dem Einsatz muss der Industrieroboter üblicherweise kalibriert werden, um ein vollständiges kinematisches Modell des Roboters zu erhalten. Hierzu müssen verschiedene Parameter der Robotermechanik ermittelt werden, um letztendlich ein vollständiges Robotermodell zu erhalten. Außerdem muss der Roboter in Bezug auf das zu vermessende oder zu bearbeitende Bauteil ausgerichtet werden: Dabei muss ein Bezug von dem Koordinatensystem des Roboters zum Koordinatensystem der
Arbeitsstation bzw. dem Bauteil hergestellt werden. Hierzu können beispielsweise Referenzpunkte angefahren werden, die einen festen Punkt im Raum darstellen. Ein Referenzpunkt kann z.B. optisch gelesen werden, oder auch manuell von einem
Roboter angefahren werden. Da die Position eines Referenzpunktes im
Weltkoordinatensystem definiert ist, kann durch Erfassen des Referenzpunktes beispielsweise die genaue Position eines Endeffektors des Roboters mittels
entsprechender Transformationen zwischen dem Roboter-Koordinatensystem und dem Weltkoordinatensystem bestimmt werden.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Durch Reibung in den mechanischen Elementen eines Roboters und durch die
Abwärme elektrischer Komponenten verändert sich die Temperatur der
Robotermechanik. Dies kann zu einer Größenänderung der einzelnen Elemente führen, als auch eine Änderung der Viskosität von Flüssigkeiten und Änderungen der
Elastizität von Elementen, wie beispielsweise dem Getriebe, mit sich bringen. Wenn die Parameter des Robotermodells nicht zyklisch aktualisiert werden, ergibt sich eine sogenannte Drift in der Positionierung des Roboters, welche die Wiederhol- und Absolutgenauigkeit des Roboters überlagert. Diese Drift ist an einem festen
Bezugskörper, oder Referenzkörper, mit bekannten bzw. vermessenen Positionen messbar.
Aus einem betriebsinternen Verfahren ist bekannt, bei der Kalibrierung einen optimierten Modellparametersatz zu ermitteln. Der Modellparametersatz bzw. das parametrisierbare mathematische Robotermodell wird dabei für die Steuerung des Manipulators verwendet. Um den optimierten Modellparametersatz zu ermitteln werden Abweichungen der Positionierung des Roboters an einem temperaturstabilen Kalibrierkörper gemessen. Die Optimierung erfolgt dann mittels Minimierung des Restfehlers der Positionierung. Da sich der Effekt der Temperaturdrift an
unterschiedlichen Posen unterschiedlich stark auswirkt, wird versucht, über
Extremposen des Manipulators möglichst stark variierende und einen großen
Achsbereich abdeckende Achsstellung zu bestimmen. Allerdings werden so nur die Effekte kompensiert, die sich bei den Messungen an dem Kalibierkörper ergeben.
Effekte, die durch die Temperaturänderung der Kinematik hervorgerufen werden, können allerdings nicht durch die Roboterposen am Kalibrierkörper abgebildet werden und werden somit nicht kompensiert.
Im Laufe eines typischen Messzyklus wird ein Bauteil in eine Messzelle eingeschleust, vermessen und anschließend wieder ausgeschleust. Hierbei erwärmt sich der Roboter. Folglich passen die zu Beginn des Zyklus bestimmten Parameter des Robotermodells im Laufe des Zyklus immer schlechter zur tatsächlichen Positionierung des Roboters. Folglich ist spät im Zyklus eine höhere Restdrift an den gemessenen Punkten zu erwarten. Die Gültigkeit des optimierten Parametersatzes für den gesamten Arbeitsraum basiert auf der Annahme, dass eine Auswahl von Extremposen alle Temperatureffekte aufzeigt. Diese Herangehensweise birgt allerdings die Gefahr, dass Teile des Arbeitsraums nicht mit abgedeckt sind oder temperaturabhängige Effekte generell nicht berücksichtigt werden. Dies führt zu einer sichtbaren Restdrift an den Bauteilpunkten. Diese Restdrift am Bauteil setzt sich dabei aus nicht kompensierten, temperaturabhängigen Einflüssen auf die Positionierung als auch eine Temperaturdrift durch Erwärmung der Kinematik seit der letzten Kalibrierung zusammen. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Robotersystem bereitzustellen, welche die oben aufgeführten Nachteile - zumindest teilweise - minimieren. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Präzision eines Roboters oder Manipulators zu erhöhen. Diese und weitere Aufgaben werden durch den Gegenstand der Hauptansprüche gelöst.
3. Inhalt der Erfindung
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Manipulators. Der Manipulator kann dabei unterschiedlich ausgeprägt sein und wird basierend auf einem Manipulator- bzw. Roboterparametersatz gesteuert.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist ein Bereitstellen einer Kalibrierung auf, welche vorzugsweise eine temperaturabhängige Kalibrierung ist. Vorzugsweise kann das Bereitstellen ein Erstellen der Kalibrierung umfassen. Die Kalibrierung weist dabei folgende Schritte auf: Wiederholtes Anfahren zumindest eines Referenzpunktes, und insbesondere zwei oder M Referenzpunkte, bis ein Temperaturkriterium des
Manipulators erfüllt ist, und Ermitteln, nach jedem Anfahren, eines Kalibriersatzes umfassend zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und einen Manipulator- Parametersatz.
Das Anfahren eines Referenzpunktes bedeutet dabei ein Erfassen des Referenzpunktes, welches beispielsweise optisch oder durch Berührung erfolgen kann. Der
Referenzpunkt hat eine genau bekannte Position. Somit ist eine Zuordnung zum Welt- Koordinatensystem als auch zum Basis- Koordinatensystem des Messroboters bekannt. Vorzugsweise befinden sich die Referenzpunkte in der Nähe der Messpunkte,
Bearbeitungspunkte oder auch Bauteilpunkte am Bauteil, und können auch direkt auf dem Bauteil angeordnet sein. Beim Ermitteln des Kalibriersatzes wird eine Restdrift bezüglich des angefahrenen Referenzpunktes ermittelt.
Vorzugsweise werden zumindest zwei Referenzpunkte wiederholt angefahren, und nach jedem Anfahren der zwei Referenzpunkte ein Kalibriersatz ermittelt, der zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und einen Manipulator- Parametersatz umfasst. Dabei ist vorzugsweise einer der Referenzpunkte ein
Bauteilpunkt, welcher auch im Betriebsmodus von dem Manipulator bzw. Roboter angefahren werden soll. Weiter vorzugsweise ist einer der Referenzpunkte kein
Bauteilpunkt, und wird auch im normalen Arbeitsbetrieb bzw. während eines normalen Betriebszyklus von dem Roboter angefahren. Der Kalibriersatz umfasst dabei vorzugsweise eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift, die bezüglich dieses
Referenzpunktes bestimmt wurde. Die Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte werden dabei zur Kalibrierung bzw. Optimierung des Modellparametersatzes verwendet. Dieser Modellparametersatz wird dann als Manipulator-Parametersatz in dem Kalibiersatz bereitgestellt. Somit umfasst jeder Kalibriersatz einen Manipulator- Parametersatz, welcher anhand der Restdrifte erstellt wurde, in Bezug zu zumindest einer Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift an dem Referenzpunkt.
Vorzugsweise ist das Temperaturkriterium derart gewählt, dass das Anfahren und Ermitteln so oft wiederholt wird, bis die Temperatur des Roboters in einem stabilen Zustand ist und sich nur noch marginal verändert. Somit wird die Kalibrierung vorzugsweise durchgeführt, während sich der Roboter erwärmt. Insbesondere nach dem Aktivieren oder Einschalten eines Roboters bzw. Manipulators verändert sich die Temperatur des Roboters rapide und erreicht nach einer gewissen Zeit einen konstanten Wert. Während dieser Zeit wird vorzugsweise die Kalibrierung bzw.
temperaturabhängige Kalibrierung durchgeführt, um vorteilhaft alle
temperaturabhängigen Effekte zu erfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Manipulators weist ferner ein Anfahren eines, insbesondere genau eines oder N, Referenzpunkte(s) auf. Dieses Anfahren wird dabei im normalen Arbeitsbetrieb des Manipulators, oder auch
Betriebsmodus, durchgeführt, und nicht während der Kalibrierung. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Momentan-Referenzpunkt-Restdrift. Folglich wird im produktiven Betrieb die Momentan-Referenzpunkt-Restdrift bezüglich des
5 angefahrenen Referenzpunktes bestimmt. Vorzugsweise ist die Anzahl der
Referenzpunkte N kleiner als die Anzahl der Referenzpunkte M. Somit kann eine präzise Korrektur für verschiedene Manipulatoraktionen gewährt werden.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Berechnen eines
l o Korrekturparametersatzes basierend auf der bestimmen Momentan-Ref erenzpunkt- Restdrift und basierend auf zumindest einem der Kalibriersätze. Somit wird
vorzugsweise zumindest der Manipulator-Parametersatz von der Kalibrierung herangezogen, um den Korrekturparametersatz zu berechnen. Dabei wird der
Kalibriersatz der Kalibrierung, aus dem der Manipulator- Parametersatz verwendet 15 werden soll, basierend auf der im Betriebsmodus bestimmten Momentan- Referenzpunkt-Restdrift gewählt. Somit kann vorteilhaft ein passender
Korrekturparametersatz ermittelt werden, wobei ein geeigneter Wert bzw.
Manipulator-Parametersatz aus der Kalibrierung anhand der bestimmten Momentan- Referenzpunkt-Restdrift gewählt werden kann.
0
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Steuern des Manipulators basierend auf dem berechneten Korrekturparametersatz. Dabei kann beispielsweise das momentane Robotermodell anhand des Korrekturparametersatzes aktualisiert werden, oder auch durch diesen ersetzt werden. Der Fachmann versteht, dass mittels der
25 vorliegenden Erfindung nicht nur das Robotermodell optimiert werden kann, sondern auch Bahnpunkte aus einer Bahnplanung angepasst werden können. Vorzugsweise umfasst das Steuern dabei ein Messen mit Hilfe des Manipulators unter
Berücksichtigung des Korrekturparameters umfasst. Es kann beispielsweise eine Abstandsmessung mittels des Manipulators durchgeführt werden, wobei der
0 Manipulator vorzugsweise seine geeignete Vorrichtung, wie z.B. einen Laser aufweist.
Ferner kann das Steuern auch ein Bewegen des Manipulators unter Berücksichtigung des Korrekturparameters umfassen. Der„Referenzpunkt" kann somit ein beliebiger Punkt in der Umgebung des
Manipulators sein, und kann beispielsweise ein Bauteilpunkt, also ein Punkt auf einem Bauteil oder Werkstück, sein. Der Begriff„Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift" kann eine Restdrift an einem Referenzpunkt beschreiben, welche im Zuge der Kalibrierung bestimmt wird. Analog kann der Begriff„Momentan-Referenzpunkt-Restdrift" eine Restdrift an einem Referenzpunkt beschreiben, welche im Zuge des Betriebsmodus bestimmt wird. Ein„Kalibriersatz" wiederum kann ein Datensatz sein, welcher mehrere Werte, wie eine Vergleichs-Referenzpunkt- Restdrift und einen Manipulator- Parametersatz umfasst. Ein, mehrere oder alle während einer Kalibrierung ermittelten Kalibriersätze können in einer Steuerung des Manipulators oder separat bereitgestellt sein. Eine„Restdrift" selber muss dabei nicht bereits korrigiert sein, kann also lediglich eine„Drift" sein.
Vorzugsweise umfasst das Bereitstellen der Kalibrierung ein Erstellen der Kalibrierung. Vorzugsweise wird die Kalibrierung vor dem Produktionsbetrieb des Manipulators durchgeführt, so dass die Kalibrierung bereits während des Arbeitsbetriebs oder Messbetriebs des Manipulators vorliegt. Somit können die Korrekturparametersätze direkt basierend auf der Kalibrierung ermittelt werden, so dass der Manipulator präzise anhand des Korrekturparametersatzes gesteuert werden kann.
Vorzugsweise umfasst das wiederholte Anfahren ein wiederholtes Anfahren von zwei Referenzpunkten, wobei vorzugsweise einer der Referenzpunkt ein Bauteilpunkt ist. Somit können mittels des Kalibriersatzes die Modellparameter bzw. Roboterparameter effizient in Bezug auf der im Produktionsmodus angefahrenen Punkte optimiert werden. Vorzugsweise wird nach jedem wiederholten Anfahren während der
Kalibrierung zu einer Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift ein Parametersatz abgelegt und in dem Kalibriersatz aufgenommen.
Vorzugsweise umfassen die ermittelten Kalibriersätze zwei Vergleichs-Referenzpunkt- Restdrifte und einen Manipulator-Parametersatz.
Vorzugsweise weist das Berechnen des Kalibriersatzes folgende Schritte auf: Auswählen von einem Kalibriersatz basierend auf der bestimmten Momentan-Referenzpunkt- Restdrift, so dass die Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift des ausgewählten Kalibriersatzes nächstliegend zu der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift ist, und Erstellen des Korrekturparametersatzes basierend auf dem ausgewählten Kalibriersatz. Somit wird ein bestmöglich passender Kalibriersatz ausgewählt, so dass die Differenz zwischen dem bestimmten Momentan-Referenzpunkt- Restdrift und der Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift des ausgewählten Kalibriersatzes minimal ist.
Dadurch wird gegeben, dass der Kalibriersatz aus der Kalibrierung bestmöglich zu dem momentanen Zustand des Manipulators passt.
Das Erstellen des Korrekturparametersatzes basierend auf dem ausgewählten
Kalibriersatz kann beispielsweise ein Erstellen eines Korrekturparametersatzes basierend auf dem Manipulator-Parametersatz des ausgewählten Kalibriersatzes umfassen. Vorzugsweise wird ein Kalibriersatz ausgewählt, wobei die Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift aus der Kalibrierung mit der Momentan-Referenzpunkt- Restdrift aus dem produktiven Betrieb nächstliegend ist, so dass der in der
Kalibrierung ermittelte Manipulator-Parametersatz bestmöglich zu dem momentanen Zustand des Manipulators passt und somit für die Berechnung des
Korrekturparametersatzes und folglich für das Steuern des Manipulators, wie etwa das Anfahren oder Vermessen eines Bauteilpunktes, herangezogen werden kann. Vorzugsweise weist das Berechnen des Korrekturparametersatzes folgende Schritte auf: Auswählen von zumindest zwei verschiedenen Kalibriersätzen basierend auf der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift, so dass die Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrifte der ausgewählten Kalibriersätze nächstliegend zu der bestimmten Momentan-Referenzpunkt- Restdrift sind, und Erstellen des
Korrekturparametersatzes basierend auf einer Interpolation der ausgewählten
Kalibriersätze. Somit werden zwei Kalibriersätze herangezogen, die bestmöglich den momentanen Zustand des Manipulators widerspiegeln. Der Korrekturparametersatz wird dann basierend auf einer Interpolation dieser beiden Kalibriersätze erstellt bzw. basierend auf einer Interpolation der Manipulator-Parametersätze der ausgewählten Kalibriersätze. Es ist somit möglich, einen Korrekturparametersatz aus der
Kalibrierung zu erhalten, der bestmöglich zu dem aktuellen Zustand des Manipulators passt. Der Fachmann versteht, dass auch mehr als zwei Kalibriersätze basierend auf der im Produktionsbetrieb bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift ausgewählt werden können und für die Berechnung des Korrekturparametersatzes herangezogen werden können. So kann beispielsweise, wenn drei Kalibriersätze ausgewählt wurden, ein Korrekturparametersatz basierend auf einer Spline-Interpolation der Kalibriersätze bzw. der entsprechenden Manipulator-Parametersätze berechnet werden. Ferner versteht der Fachmann, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Verfahren zur Kompensation verschiedener Drifte kombiniert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich dabei insbesondere, eine verbleibende Restdrift bzw. den Effekt einer verbleibenden Restdrift zu minimieren.
Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine Kalibrierung durchgeführt, in der sehr viele (temperaturabhängige) Zustände des Roboters erfasst werden. Durch den Vergleich einer Momentan-Referenzpunkt-Restdrift mit einer Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift aus der Kalibrierung kann somit ein passender Manipulator- Parametersatz aus der Kalibrierung für den momentanen Zustand des Manipulators herangezogen werden. Dabei erlaubt es die vorliegende Erfindung, die
Positioniergenauigkeit eines Roboters bzw. Manipulators zu verbessern. Dabei kann beispielsweise eine hohe Genauigkeit von besser als + 0,15 mm erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Robotersystem, welches Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Mittel umfassen dabei insbesondere eine Robotersteuerung. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium, welches Instruktionen enthält, welche, wenn durch ein Verarbeitungssystem ausgeführt, Schritte zum Steuern eines Manipulators ausführen, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Manipulators.
4. Ausführungsbeispiel(e) Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 den Ablauf der Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Manipulators.
In Fig. l ist schematisch der Ablauf bzw. Prozess 10 einer (temperaturabhängigen) Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Prozess 10 beginnt in Schritt n. In Schritt 12 wird ein Referenzpunkt durch den Manipulator angefahren. Dieser Referenzpunkt befindet sich vorzugsweise nicht auf dem Bauteil, sondern ist unabhängig von dem Bauteil bereitgestellt. In Schritt 13 wird eine Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift bezüglich des in Schritt 12 angefahrenen Referenzpunktes ermittelt.
In Schritt 14 wird ein Bauteilpunkt angefahren, d.h. ein Punkt auf dem zu
vermessenden oder zu bearbeitenden Bauteil wird durch den Manipulator angefahren. Im folgenden Schritt 15 wird eine Vergleichs-Bauteil- Restdrift ermittelt, also die Restdrift zwischen dem Manipulator und dem angefahrenen Bauteilpunkt.
In Schritt 16 wird ein Korrekturparametersatz erstellt. Hierfür werden anhand zumindest der in Schritt 13 ermittelten Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und/oder der im Schritt 15 ermittelten Vergleichs-Bauteil-Restdrift ein Manipulator- Parametersatz, oder Modellparametersatz, ermittelt. In dem Korrekturparametersatz wird dieser Manipulator-Parametersatz mit der im Schritt 13 ermittelten Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift verknüpft. Anschließend wird dieser Korrekturparametersatz in einer entsprechenden Datenbank der Kalibrierung hinterlegt.
Bei der Entscheidung 17 wird überprüft, ob die Temperatur des Manipulators einen vordefinierten Grenzwert überschritten hat. Alternativ kann bei der Entscheidung 17 auch überprüft werden, ob die Temperatur des Manipulators einen konstanten Wert erreicht hat. Falls die Entscheidung 17 negativ ausfällt, wird ein neuer Kalibriersatz ermittelt, indem das Verfahren bei Schritt 12 fortgeführt wird. Falls die Entscheidung 17 positiv ausfällt, endet die Kalibrierung im Schritt 18.
Somit werden mit der Kalibrierung mehrere Kalibriersätze ermittelt, wobei in jedem Kalibriersatz eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift mit einem Manipulator- Parametersatz verknüpft ist. Jeder Kalibriersatz wurde dabei bei einer unterschiedlichen Temperatur des Manipulators ermittelt. Erst wenn die Temperatur des Manipulators vorzugsweise annähernd stabil ist, wird die Kalibrierung beendet.
In Fig. 2 ist schematisch der Ablauf 20 eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines Manipulators dargestellt. Dieses Verfahren wird vorzugsweise im
Arbeitsbetrieb oder Betriebsmodus durchgeführt. Das Verfahren beginnt in Schritt 21. In Schritt 22 wird eine (temperaturabhängige) Kalibrierung bereitgestellt.
Vorzugsweise wurde die Kalibrierung gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Prozess durchgeführt und stellt entsprechende Kalibriersätze bereit.
In Schritt 23 wird ein Referenzpunkt durch den Manipulator angefahren. Dieser Referenzpunkt ist dabei identisch mit dem Referenzpunkt, welcher während der Kalibrierung angefahren bzw. vermessen wurde. Im Schritt 24 wird eine Momentan- Referenzpunkt-Restdrift bestimmt, also der Restdrift zwischen dem Manipulator und dem angefahrenen Referenzpunkt.
In Schritt 25 werden aus der Kalibrierung zwei Kalibriersätze ausgewählt. Die
Kalibriersätze werden dabei durch Vergleich des in Schritt 24 bestimmten Momentan- Referenzpunkt-Restdrift und der Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte der
Kalibriersätze der Kalibrierung ausgewählt. Durch den Vergleich wird festgestellt, welche Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte der Kalibriersätze der Kalibrierung nächstliegend zu der in Schritt 24 bestimmten Momentan- Referenzpunkt-Restdrift sind. Entsprechend werden dann zwei Kalibriersätze mit den nächstliegenden
Vergleichs-Referenzpunkt-Restdriften bzgl. der Momentan-Referenzpunkt- Restdrift ausgewählt.
In Schritt 26 werden die mit den beiden Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte verknüpften Manipulator-Parametersätze der ausgewählten Kalibriersätze der Kalibrierung interpoliert, und anhand der Interpolation ein Korrekturparametersatz berechnet. Im folgenden Schritt 27 wird der Manipulator anhand zumindest des
Korrekturparametersatzes gesteuert. Anschließend endet das Verfahren in Schritt 28.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Manipulators, aufweisend:
a) Bereitstellen einer Kalibrierung, aufweisend folgende Schritte:
Wiederholtes Anfahren zumindest eines, insbesondere zumindest zweier oder M, Referenzpunkte(s) bis ein Temperaturkriterium des Manipulators erfüllt ist, und
Ermitteln, nach jedem Anfahren, eines Kalibriersatzes umfassend zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und einen Manipulator- Parametersatz;
b) Anfahren eines, insbesondere genau eines oder N, Referenzpunkte(s);
c) Bestimmen einer Momentan-Referenzpunkt-Restdrift;
d) Berechnen eines Korrekturparametersatzes basierend auf der bestimmten
Momentan-Referenzpunkt- Restdrift und basierend auf zumindest einem der Kalibriersätze, und
e) Steuern des Manipulators basierend auf dem Korrekturparametersatz.
2. Verfahren nach Anspruch i, wobei das Steuern des Manipulator ein Messen mit Hilfe des Manipulators unter Berücksichtigung des Korrekturparametersatzes umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch ι oder 2, wobei die Anzahl der Referenzpunkte N aus Schritt b) kleiner als die Anzahl der Referenzpunkte M aus Schritt a) ist.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Bereitstellen der Kalibrierung ein Erstellen der Kalibrierung umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das wiederholte Anfahren ein wiederholtes Anfahren von zwei Referenzpunkten umfasst, und wobei vorzugsweise einer der Referenzpunkte ein Bauteilpunkt ist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die ermittelten Kalibriersätze zwei Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte und einen Manipulator- Parametersatz umfassen.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Berechnen folgende Schritte aufweist:
- Auswählen eines Kalibriersatzes basierend auf der bestimmten Momentan- Referenzpunkt-Restdrift, so dass die Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift des ausgewählten Kalibriersatzes nächstliegend zu der bestimmten Momentan- Referenzpunkt-Restdrift ist, und
Erstellen des Korrekturparametersatzes basierend auf dem ausgewählten Kalibriersatz.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Berechnen folgende Schritte aufweist:
Auswählen von zumindest zwei verschiedenen Kalibriersätzen basierend auf der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift, so dass die Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrifte der ausgewählten Kalibriersätze nächstliegend zu der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift sind, und
Erstellen des Korrekturparametersatzes basierend auf einer Interpolation der ausgewählten Kalibriersätze.
9. Robotersystem aufweisend Mittel zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8.
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