EP3638462A1 - Steuern eines roboters - Google Patents

Steuern eines roboters

Info

Publication number
EP3638462A1
EP3638462A1 EP18725454.5A EP18725454A EP3638462A1 EP 3638462 A1 EP3638462 A1 EP 3638462A1 EP 18725454 A EP18725454 A EP 18725454A EP 3638462 A1 EP3638462 A1 EP 3638462A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
robot
contact
contact point
force
stiffness
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Withdrawn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
EP18725454.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yevgen Kogan
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 Deutschland 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 Deutschland GmbH filed Critical KUKA Deutschland GmbH
Publication of EP3638462A1 publication Critical patent/EP3638462A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/085—Force or torque sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0004—Braking devices
    • 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
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/1605—Simulation of manipulator lay-out, design, modelling of manipulator
    • 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
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1651—Programme controls characterised by the control loop acceleration, rate control
    • 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
    • B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • 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
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • 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
    • G05B2219/39319—Force control, force as reference, active compliance
    • 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
    • G05B2219/40541—Identification of contact formation, state from several force measurements

Definitions

  • the present invention relates to a method and a controller for controlling a robot as well as an arrangement with a robot and the controller and to a computer program product for carrying out the method.
  • the robot can in particular also work in unknown or varying surroundings, for example workpieces whose positions vary, approach and stop on contacting, for example in order to grasp, machine or the like.
  • the robot is still running, so that it stops after detecting the impressed or reached desired force only with a certain delay.
  • the object of the present invention is to improve the operation of a robot. This object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • Claims 13-15 protect a controller and a computer program product for carrying out a method and / or an arrangement with a robot and a controller described here.
  • the subclaims relate to advantageous developments.
  • a method of controlling a robot comprises the steps of:
  • the robot decelerates in dependence on the contact rigidity predetermined in advance and / or during the contacting and / or takes it into account during deceleration and thereby or even begins the deceleration before reaching the desired force and thus an overrun of the robot with a corresponding
  • Reduced power over the target force and preferably, at least substantially avoided, in one embodiment, the conformity of the reaction force, which finally impresses the stopped or stopped robot actually on the contact point, can be improved with the predetermined desired force and / or the robot also near the contact point even higher
  • the robot has at least three, in particular at least six, in particular at least seven, (motion) axes or joints, which are controlled, decelerated, in particular can be stopped or braked by the drives and / or brakes of the robot. in particular, shut down, can (can).
  • motion in particular
  • can can
  • rules based on a (rule) difference between the setpoint and (detected) actual variables are referred to as taxes in the sense of the present invention.
  • a force in the sense of the present invention can generally also include an antiparallel force pair, ie a (rotational) moment, in particular.
  • stiffness is understood in particular in the usual way as a ratio between a penetration depth or, in particular, elastic and / or plastic deformation and a force required or impressed thereon, in particular a quotient of force through penetration depth or deformation.
  • the sustained or suspended robot imprints the reaction resp. Target force by a robot-guided tool or piece on the contact point or is provided or set up for this purpose.
  • the braking of the moving robot by means of its drives and / or brakes for imparting the desired force comprises a corresponding (on) control, in particular therefore rules, of the drives or brakes, in particular determination and / or command of a desired Pose of the persistent or
  • the moving robot is stopped by its drives and / or brakes for impressing the desired force in a first pose or brought to a halt, if the contact stiffness has a first value or is determined accordingly, and stopped in a second pose, in which he, in particular the robot-controlled tool or piece, penetrated deeper into the contact point or a greater deformation is achieved if the contact stiffness has a second value or is determined accordingly or is the smaller as the first value.
  • the deceleration by the drives and / or brakes for impressing the desired force is started at a first time before the target force is reached, if the contact stiffness has a first value or is determined accordingly, and is started at a later second time before the target force is reached, if the contact stiffness has a second value or is determined accordingly, which is smaller than the first value, in particular the deceleration initiated by the drives and / or brakes at the first time, in particular commanded, if the contact stiffness has the first value, and initiated or commanded to the second time, if the contact stiffness has the second value.
  • the robot is slowed down or delayed by its drives and / or brakes for impressing the desired force in at least one phase, if the contact stiffness has a or the first value or is determined accordingly , and slowed down or delayed at least in this phase, if the contact stiffness has a second value or is correspondingly determined, which is smaller than the first value.
  • the method comprises the step of detecting a current or forthcoming contacting of the contact point by the moving robot, in particular a beginning or closing a contact between robot and contact point, wherein the moving robot by its drives and / or brakes for Imposing the target force on the contact point is slowed down by the sustained or stopped robot on the basis of or in dependence (also) on this detected contact.
  • Reaction force which the robot imprints on the contact point depends on the one hand on the contact stiffness and on the other hand on the penetration depth or, in particular elastic and / or plastic, deformation, which in turn from the difference of the pose of the robot to his pose when contacting of the
  • Position of the robot contact area x and its position x c when contacting is achieved. Accordingly, in one embodiment by braking the moving Robot, in particular stopping in the first or second pose, Begin (braking) at the first or second time and / or stronger or weaker braking, depending on the detected contact a tracking of the robot with a corresponding increase in force reduced and preferably, at least In essence, avoided, and thus the match of the reaction force, which finally impresses the sustained or stopped robot actually on the contact point, improved with the predetermined target force and / or the robot even in the vicinity of the contact point even higher
  • Moved speed and so in particular a cycle time can be reduced.
  • the braking of the moving robot by its drives and / or braking for impressing the target force on the contact point by the sustained or stopped robot may already be started even before the moving robot contacts the contact point for this purpose. This makes it possible in one embodiment, even at high contact stiffness and / or high approach speeds to avoid too deep penetration of the robot with a correspondingly large force over the target force addition.
  • the deceleration of the moving robot by its drives and / or braking for impressing the target force on the contact point by the sustained or stopped robot may not be started until after the moving robot already contacted the contact point. This makes it possible in one embodiment, by detecting a reaction force between the contact point and the robot contacting them to detect the current contact based on this reaction force and / or the
  • one or the reaction force between the contact point and the robot contacting them is detected and the current contact detected on the basis of this reaction force, in particular a current contact detects when the reaction force exceeds a predetermined threshold or this is detected.
  • the actual contacting in one embodiment can be detected precisely and / or by means of corresponding force sensors of the robot.
  • a distance between the robot and the contact point is detected, in particular by means of at least one
  • Braking should be started especially early.
  • a desired desired force can be impressed on the contact point by the robot.
  • the method comprises the step of: detecting a current movement, in particular speed and / or acceleration, of the robot, wherein the moving robot by its drives and / or brakes for impressing the target force on the contact point by the sustained or ,
  • contact point and depends on the contact stiffness, advantageously precise (r) done, in particular model-based pilot-controlled and / or regulated, wherein in an embodiment in the model, the contact stiffness is considered or is.
  • the moving robot is braked more strongly by its drives and / or brakes for impressing the desired force in at least one phase and / or with the deceleration by the drives and / or
  • the contact stiffness is determined as a function of a rigidity of the contact point and / or a rigidity of the robot, that is to say, in one embodiment, the flexibility, in particular elasticity, of the overall system of contact point and robot is taken into account.
  • the contact stiffness is determined independently of a stiffness of the contact point or independently of a rigidity of the robot, this can simplify its determination in one embodiment.
  • the contact stiffness can be determined theoretically, in particular numerically, in particular by simulation, in particular estimated, in particular based on or as a function of known material and / or geometry parameters of contact point and / or robot.
  • the contact stiffness can be determined empirically in one embodiment, in particular by a reaction force between the
  • a reaction force between contact point or environment and robot is detected in an embodiment by a force sensor of the robot, in particular one or more
  • Tool flange which, as explained above, forces may also include moments, force sensors in the sense of the present invention thus in particular torque sensors.
  • the contact stiffness in one embodiment can advantageously be determined precisely (r) and / or online.
  • the reaction force is detected and the contact stiffness is determined based on this reaction force while the robot is already contacting the contact point for impressing the desired force by the sustained robot contacted.
  • the contact stiffness for the current contact point can be determined precisely (r).
  • the robot first contacts the contact point and / or its surroundings one or more times as a test. It is (each) the
  • reaction force Detects reaction force and determines the contact stiffness based on this reaction force or reaction forces, in particular by averaging, interpolation and / or extrapolation or the like, before the robot then (re) contacts the contact point for impressing the target force by the sustained or stopped robot ,
  • the contact stiffness can be determined in advance in one embodiment and, in particular with high contact stiffnesses and high approach speeds, too deep penetration of the robot with a correspondingly large force increase beyond the desired force can be avoided.
  • the contact stiffness is determined depending on a pose of the robot, in particular one of a plurality of pose-specific
  • the rigidity of the robot and, on the other hand, the contact point and thus its stiffness may depend on the pose of the robot.
  • controller for controlling the robot, in particular hardware and / or software, in particular
  • the controller or its means comprises:
  • a means in the sense of the present invention may be designed in terms of hardware and / or software, in particular a data or signal-connected, preferably digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU) and / or a memory and / or bus system or multiple programs or program modules.
  • the CPU may be configured to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or
  • a storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and / or other non-volatile media.
  • the program may be such that it is capable of embodying or executing the methods described herein, so that the CPU may perform the steps of such methods, and thus, in particular, control the robot.
  • one or more, in particular all, steps of the method are completely or partially automated, in particular by the controller or its (e) means.
  • Fig. 1 an arrangement with a robot and a controller for controlling the robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows an imprint of a reaction or desired force by the robot
  • FIG. and 3 shows a method for controlling the robot according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows an arrangement with a robot 1 and a controller 3 for controlling the robot 1 according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3 a shows an arrangement with a robot 1 and a controller 3 for controlling the robot 1 according to an embodiment of the present invention
  • a desired force F s is predetermined, which the robot is to impose on a contact point 2.
  • This can be predefined by a user input, a work program or process of the robot or the like, for example.
  • a desired force may be predetermined by a stop condition in a work program.
  • a contact rigidity c at the pad 2 is determined depending on a rigidity of the pad 2 and a rigidity of the pad
  • Robot 1 determines, which is indicated in Fig. 1 by a spring stiffness Ci of the robot 1 and a spring stiffness c 2 of the contact point 2 and in
  • Contact stiffness is selected or interpolated or extrapolated between multiple contact stiffnesses.
  • an average contact stiffness (c + c ') / 2 can be determined uniformly for the contact points 2, 2'. It is understood that the two contact points 2, 2 'serve merely to simplify the explanation.
  • the determination of the contact stiffness c can also be made online, while the robot 1 approaches the contact point 2 in order to already impose the desired force F s , in particular at the beginning of a penetration by comparing the penetration depth and the reaction force detected in this case.
  • a current or imminent contacting x c of the contact point 2 is detected by the moving robot 1.
  • Variation can also be spaced from the robot 1, detects a distance between the robot 1 and the contact point 2 and the current or upcoming contact x c are detected on the basis of this distance.
  • step S10 Based on the parameters specified in step S10, target force F s, the time determined in step S20 contact stiffness c and the detected in step S30, contacting x c, in a step S40, a desired pose x s is determined, the controller 3 of the robot 1 in this imposes the desired force F s .
  • This is illustrated in simplified form in FIG. 2 on the basis of a linearly assumed or approximated model. It can be seen that the target pose x s in
  • Embodiment by x s - -x c yields.
  • step S50 the controller 3 brakes the moving robot 1 whose drives 5 so that it stops in the target pose x s and in this
  • This can in particular be model-based taking into account the contact stiffness c and detection of the movement dx / dt, d 2 x / dt 2 of the robot 1. If we project simplified masses and driving forces of the robot to a mass m and a driving force F x in the direction of the drawn in Fig. 1 x-axis direction, gives a model neglecting other forces such as friction, gravity, etc .:
  • the corresponding driving forces can be determined and commanded with the detected speed during contacting and the required stopping at x s .
  • the desired pose x s need not be calculated.
  • the speed of the robot 1 or its contact area when contacting and the determined spring stiffness c can be determined, in particular model-based prognoses, when the setpoint force F s is reached, and with the braking accordingly early (er) or Late (he) started and / or
  • braking is started at Xb before the setpoint force F s is reached at x s , but only after the moving robot 1 contacts the contact point 2. Equally, especially at high contact stiffness as indicated by c ' 2 > c 2 by way of example, the braking of the moving robot 1 by whose drives 5 for impressing the setpoint force F s on the contact point 2 'by the stopped robot are already started at x'b, even before the moving robot contacts the contact point 2' at x c .
  • the contact stiffness can be selected based on or depending on the pose of the robot 1 or can be interpolated or extrapolated between multiple contact stiffnesses. Depending on the pose of the robot 1, it contacts the contact point 2 or 2 ', so that in each case the specific position-specific contact stiffness c or c' determined for this purpose can be selected in step S20. In another pose, these contact stiffnesses c, c 'can be interpolated or extrapolated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Roboters (1) umfasst die Schritte: Vorgeben (S10) einer Soll-Kraft (Fs) auf eine Kontaktstelle (2; 2'); Bestimmen (S20) einer Kontaktsteifigkeit (c; c') an dieser Kontaktstelle; und Abbremsen (S50) des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe (5) und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter in Abhängigkeit von der bestimmten Kontaktsteifigkeit, wobei mit dem Abbremsen begonnen wird (xb; x'b), bevor die Soll- Kraft erreicht ist (xs; x's).

Description

Beschreibung
Steuern eines Roboters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuerung zum Steuern eines Roboters sowie eine Anordnung mit einem Roboter und der Steuerung und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Aus betriebsinterner Praxis ist es bekannt, eine Soll-Kraft vorzugeben, die ein Roboter auf eine Kontaktstelle aufprägen soll, und im Betrieb des Roboters dann eine aktuelle Reaktionskraft zwischen dem Roboter und der Kontaktstelle zu erfassen. Sobald erfasst wird, dass die Reaktionskraft die Soll-Kraft erreicht hat, wird der Roboter durch dessen Antriebe und/oder Bremsen abgebremst.
Dadurch kann der Roboter insbesondere auch in unbekannter oder variierender Umgebung arbeiten, beispielsweise Werkstücke, deren Positionen variieren, anfahren und bei Kontaktierung anhalten, beispielsweise, um diese zu greifen, bearbeiten oder dergleichen. Insbesondere bedingt durch mechanische, elektro- und/oder steuerungstechnische Trägheiten bzw. Totzeiten läuft der Roboter jedoch noch nach, so dass er nach Erfassen der aufgeprägten bzw. erreichten Soll-Kraft erst mit gewisser Verzögerung anhält.
Dabei kann er jedoch tiefer in die Kontaktstelle eindringen bzw. die Umgebung um die Kontaktstelle, insbesondere elastisch und/oder plastischen, deformieren, wobei sich die tatsächliche Reaktionskraft ungewollt über die vorgegebene Soll-Kraft erhöht.
Entsprechend wird vor einer Kontaktierung der Kontaktstelle durch den sich
bewegenden Roboter bisher dessen Geschwindigkeit reduziert, um Impuls und damit Nachlauf des Roboters und die damit verbundenen Erhöhung der Reaktionskraft zu reduzieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb eines Roboters zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 13-15 stellen eine Steuerung und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens bzw. eine Anordnung mit einem Roboter und einer hier beschriebenen Steuerung unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern eines Roboters die Schritte auf:
- Vorgeben einer Soll-Kraft auf eine Kontaktstelle;
- Bestimmen einer Kontaktsteifigkeit an dieser Kontaktstelle; und
- Abbremsen des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe und/oder
Bremsen zum Aufprägen bzw. Ausüben der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter bzw. derart bzw. mit dem Ziel, dass der anhaltende bzw. angehaltene Roboter, insbesondere wenigstens, höchstens und/oder mit einer gewissen Toleranz, die Soll-Kraft auf die
Kontaktstelle aufprägt, auf Basis bzw. in Abhängigkeit von der bestimmten
Kontaktsteifigkeit, wobei mit dem Abbremsen bereits begonnen wird, bevor die Soll-Kraft erreicht ist.
Indem der Roboter in Abhängigkeit von der vorab und/oder beim Kontaktieren bestimmten Kontaktsteifigkeit abgebremst bzw. diese beim Abbremsen berücksichtigt und dabei bzw. dadurch das Abbremsen bereits vor Erreichen der Soll-Kraft begonnen und so ein Nachlauf der Roboters mit einer entsprechenden
Kraftüberhöhung über die Soll-Kraft hinaus reduziert und vorzugsweise, wenigstens im Wesentlichen, vermieden wird, kann in einer Ausführung die Übereinstimmung der Reaktionskraft, die der anhaltende bzw. angehaltene Roboter schließlich tatsächlich auf die Kontaktstelle aufprägt, mit der vorgegebenen Soll-Kraft verbessert werden und/oder der Roboter auch in der Nähe zur Kontaktstelle noch mit höherer
Geschwindigkeit bewegt und so insbesondere eine Taktzeit reduziert werden.
Der Roboter weist in einer Ausführung wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, insbesondere wenigstens sieben, (Bewegungs)Achsen bzw. Gelenke auf, die durch die Antriebe und/oder Bremsen des Roboters, insbesondere gesteuert, abbrems-, insbesondere stillsetzbar sind bzw. abgebremst, insbesondere stillgesetzt, werden (können). Zur kompakteren Darstellung wird vorliegend auch ein Regeln auf Basis einer (Regel)Differenz zwischen Soll- und (erfassten) Ist-Größen als Steuern im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Eine Kraft im Sinne der vorliegenden Erfindung kann verallgemeinernd auch ein antiparalleles Kräftepaar, d.h. ein (Dreh)Moment umfassen, insbesondere sein. Unter einer Steifigkeit wird vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise ein Verhältnis zwischen einer Eindringtiefe bzw., insbesondere elastischen und/oder plastischen, Verformung und einer hierzu erforderlichen bzw. aufgeprägten Kraft, insbesondere ein Quotient von Kraft durch Eindringtiefe bzw. Verformung, verstanden. In einer Ausführung prägt der anhaltende bzw. angehaltene Roboter die Reaktionsbzw. Soll-Kraft durch ein robotergeführtes Werkzeug oder -stück auf die Kontaktstelle auf bzw. ist hierzu vorgesehen bzw. eingerichtet.
In einer Ausführung umfasst das Abbremsen des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft ein entsprechendes (An)Steuern, insbesondere also Regeln, der Antriebe bzw. Bremsen, insbesondere ein Ermitteln und/oder Kommandieren einer Soll-Pose des anhaltenden bzw.
angehaltenen Roboters, in der er die vorgegebene Soll-Kraft auf die Kontaktstelle aufprägt bzw. aufprägen soll, und/oder einer Soll-Bewegung, insbesondere einer/eines Soll-Geschwindigkeit(sverlauf) und/oder Soll-Beschleunig(sverlauf), in Abhängigkeit von der bestimmten Kontaktsteifigkeit und der vorgegebenen Soll-Kraft.
Insbesondere wird in einer Ausführung der sich bewegende Roboter durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft in einer ersten Pose angehalten bzw. zum Stehen gebracht, falls die Kontaktsteifigkeit einen ersten Wert aufweist bzw. entsprechend bestimmt wird bzw. ist, und in einer zweiten Pose angehalten, in der er, insbesondere das robotergeführte Werkzeug bzw. -stück, tiefer in die Kontaktstelle eingedrungen bzw. eine größere Verformung erreicht ist, falls die Kontaktsteifigkeit einen zweiten Wert aufweist bzw. entsprechend bestimmt wird bzw. ist, der kleiner als der erste Wert ist.
In einer Ausführung wird mit dem Abbremsen durch die Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft zu einem ersten Zeitpunkt begonnen, bevor die Soll- Kraft erreicht ist, falls die Kontaktsteifigkeit einen ersten Wert aufweist bzw. entsprechend bestimmt wird bzw. ist, und zu einem späteren zweiten Zeitpunkt begonnen, bevor die Soll-Kraft erreicht ist, falls die Kontaktsteifigkeit einen zweiten Wert aufweist bzw. entsprechend bestimmt wird bzw. ist, der kleiner als der erste Wert ist, insbesondere das Abbremsen durch die Antriebe und/oder Bremsen zu dem ersten Zeitpunkt eingeleitet, insbesondere kommandiert, falls die Kontaktsteifigkeit den ersten Wert aufweist, und zu dem zweiten Zeitpunkt eingeleitet bzw. kommandiert, falls die Kontaktsteifigkeit den zweiten Wert aufweist.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung der Roboter durch seine Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft in wenigstens einer Phase stärker abgebremst bzw. verzögert, falls die Kontaktsteifigkeit einen bzw. den ersten Wert aufweist bzw. entsprechend bestimmt wird bzw. ist, und wenigstens in dieser Phase schwächer abgebremst bzw. verzögert, falls die Kontaktsteifigkeit einen bzw. zweiten Wert aufweist bzw. entsprechend bestimmt wird bzw. ist, der kleiner als der erste Wert ist. In einer Ausführung weist das Verfahren den Schritt auf: Erfassen einer aktuellen oder bevorstehenden Kontaktierung der Kontaktstelle durch den sich bewegenden Roboter, insbesondere eines Beginns bzw. Schließen eines Kontakts zwischen Roboter und Kontaktstelle, wobei der sich bewegende Roboter durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden bzw. angehaltenen Roboter auf Basis bzw. in Abhängigkeit (auch) von dieser erfassten Kontaktierung abgebremst wird.
Die Reaktionskraft zwischen dem Roboter und der Kontaktstelle bzw. die
Reaktionskraft, die der Roboter auf die Kontaktstelle aufprägt bzw. ausübt, hängt einerseits von der Kontaktsteifigkeit und andererseits von der Eindringtiefe bzw., insbesondere elastischen und/oder plastischen, Verformung ab, welche ihrerseits von der Differenz der Pose des Roboters zu seiner Pose bei Kontaktierung der
Kontaktstelle bzw. Beginn bzw. Schließen des Kontakts zwischen Roboter und
Kontaktstelle abhängt, beispielsweise gemäß einem Federgesetz in der allgemeinen Form F = fc(x-xc), insbesondere eines linearen Federgesetzes F = c (x-xc) mit der Kontaktsteifigkeitsfunktion fc bzw. dem Kontaktsteifigkeitsfaktor c, der aktuellen
Position des Roboterkontaktbereichs x und dessen Position xc bei Kontaktierung. Entsprechend kann in einer Ausführung durch Abbremsen des sich bewegenden Roboters, insbesondere Anhalten in der ersten oder zweiten Pose, Begin(nen) des Abbremsens zu dem ersten oder zweiten Zeitpunkt und/oder stärkeren oder schwächeren Abbremsen, in Abhängigkeit von der erfassten Kontaktierung ein Nachlauf der Roboters mit einer entsprechenden Kraftüberhöhung reduziert und vorzugsweise, wenigstens im Wesentlichen, vermieden und so die Übereinstimmung der Reaktionskraft, die der anhaltende bzw. angehaltene Roboter schließlich tatsächlich auf die Kontaktstelle aufprägt, mit der vorgegebenen Soll-Kraft verbessert und/oder der Roboter auch in der Nähe zur Kontaktstelle noch mit höherer
Geschwindigkeit bewegt und so insbesondere eine Taktzeit reduziert werden. In einer Ausführung wird das Abbremsen des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden bzw. angehaltenen Roboter gegebenenfalls bereits begonnen, noch bevor der sich bewegende Roboter die Kontaktstelle hierzu kontaktiert. Dies ermöglicht es in einer Ausführung auch bei hohen Kontaktsteifigkeiten und/oder hohen Annäherungsgeschwindigkeiten ein zu tiefes Eindringen des Roboters mit einer entsprechend großen Kraftüberhöhung über die Soll-Kraft hinaus zu vermeiden.
Zusätzlich oder alternativ wird das Abbremsen des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden bzw. angehaltenen Roboter gegebenenfalls erst begonnen, nachdem der sich bewegende Roboter die Kontaktstelle hierzu bereits kontaktiert. Dies ermöglicht es in einer Ausführung, durch ein Erfassen einer Reaktionskraft zwischen der Kontaktstelle und dem diese kontaktierenden Roboter die aktuelle Kontaktierung auf Basis dieser Reaktionskraft zu erfassen und/oder die
Kontaktsteifigkeit auf Basis dieser Reaktionskraft zu bestimmen. In einer Ausführung wird eine bzw. die Reaktionskraft zwischen der Kontaktstelle und dem diese kontaktierenden Roboter erfasst und die aktuelle Kontaktierung auf Basis dieser Reaktionskraft erfasst, insbesondere eine aktuelle Kontaktierung erfasst, sobald die Reaktionskraft einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt bzw. dies erfasst wird. Hierdurch kann die aktuelle Kontaktierung in einer Ausführung präzise und/oder mittels entsprechender Kraftsensorik des Roboters erfasst werden. Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung ein Abstand zwischen dem Roboter und der Kontaktstelle erfasst, insbesondere mithilfe wenigstens eines
robotergeführten und/oder wenigstens eines vom Roboter beabstandeten Sensors, insbesondere (wenigstens) eines elektrischen, magnetischen und/oder optischen Sensors, insbesondere (wenigstens) einer Kamera, und die aktuelle und/oder bevorstehende Kontaktierung auf Basis dieser Abstands erfasst. Hierdurch kann in einer Ausführung bereits eine bevorstehende Kontaktierung erfasst und so ein
Abbremsen besonders frühzeitig begonnen werden. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch in einer Ausführung auch ohne Kraftsensoren durch den Roboter eine gewünschte Soll-Kraft auf die Kontaktstelle aufgeprägt werden.
In einer Ausführung weist das Verfahren den Schritt auf: Erfassen einer aktuellen Bewegung, insbesondere Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung, des Roboters, wobei der sich bewegende Roboter durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden bzw.
angehaltenen Roboter in Abhängigkeit (auch) von dieser erfassten Bewegung, insbesondere in Abhängigkeit von einem, insbesondere mathematischen,
(Ersatz)Modell des Roboters, abgebremst wird. Hierdurch kann das Abbremsen des Roboters derart, dass er in einer Pose anhält, in der er die Soll-Kraft auf die
Kontaktstelle aufprägt, und die entsprechend von der Kontaktsteifigkeit abhängt, vorteilhaft präzise(r) erfolgen, insbesondere modellgestützt vorgesteuert und/oder geregelt werden, wobei in einer Ausführung in dem Modell die Kontaktsteifigkeit berücksichtigt wird bzw. ist.
Insbesondere wird in einer Ausführung der sich bewegende Roboter durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft in wenigstens einer Phase stärker abgebremst und/oder mit dem Abbremsen durch die Antriebe und/oder
Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft zu einem ersten Zeitpunkt begonnen, falls der Roboter, insbesondere ein Roboterkontaktbereich, bei Kontaktierung eine erste Geschwindigkeit aufweist, und wenigstens in dieser Phase schwächer abgebremst und/oder mit dem Abbremsen zu einem späteren zweiten Zeitpunkt begonnen, falls der Roboter(kontaktbereich) bei Kontaktierung eine zweite Geschwindigkeit aufweist, die kleiner als die erste Geschwindigkeit ist, da die Reaktionskraft bei größerer Kontaktierungsgeschwindigkeit schneller anwächst. In einer Ausführung wird die Kontaktsteifigkeit in Abhängigkeit von einer Steifigkeit der Kontaktstelle und/oder einer Steifigkeit des Roboters bestimmt, insbesondere also in einer Ausführung die Nachgiebigkeit, insbesondere Elastizität, des Gesamtsystems aus Kontaktstelle und Roboter berücksichtigt. Hierdurch kann das Abbremsen des Roboters derart, dass er in einer Pose anhält, in der er die Soll-Kraft auf die
Kontaktstelle aufprägt, und die entsprechend von der Kontaktsteifigkeit abhängt, vorteilhaft präzise(r) erfolgen. Sofern hingegen die Kontaktsteifigkeit unabhängig von einer Steifigkeit der Kontaktstelle oder unabhängig von einer Steifigkeit des Roboters bestimmt wird, kann dies in einer Ausführung deren Bestimmung vereinfachen. Die Kontaktsteifigkeit kann in einer Ausführung theoretisch, insbesondere numerisch, insbesondere durch Simulation, bestimmt, insbesondere abgeschätzt werden, insbesondere auf Basis bzw. in Abhängigkeit von bekannten Material- und/oder Geometrieparametern von Kontaktstelle und/oder Roboter.
Zusätzlich oder alternativ kann die Kontaktsteifigkeit in einer Ausführung empirisch bestimmt werden, insbesondere, indem eine Reaktionskraft zwischen der
Kontaktstelle und dem die Kontaktstelle kontaktierenden Roboter und/oder eine oder mehrere Reaktionskräfte zwischen der Umgebung der Kontaktstelle und dem diese Umgebung kontaktierenden Roboter erfasst und die Kontaktsteifigkeit auf Basis dieser erfassten Reaktionskraft bzw. Reaktionskräfte bestimmt wird. Eine Reaktionskraft zwischen Kontaktstelle bzw. Umgebung und Roboter wird in einer Ausführung durch eine Kraftsensorik des Roboters erfasst, insbesondere einen oder mehrere
Kraftsensoren in seinen Gelenken und/oder an seinem Roboter- bzw.
Werkzeugflansch, wobei, wie vorstehend erläutert, Kräfte auch Momente umfassen können, Kraftsensoren im Sinne der vorliegenden Erfindung also insbesondere auch Momentensensoren.
Hierdurch kann die Kontaktsteifigkeit in einer Ausführung vorteilhaft präzise(r) und/oder online bestimmt werden.
In einer Ausführung wird die Reaktionskraft erfasst und die Kontaktsteifigkeit auf Basis dieser Reaktionskraft bestimmt, während der Roboter die Kontaktstelle bereits zum Aufprägen der Soll-Kraft durch den anhaltenden bzw. angehaltenen Roboter kontaktiert. Dadurch kann in einer Ausführung die Kontaktsteifigkeit für die aktuelle Kontaktstelle präzise(r) bestimmt werden.
In einer anderen Ausführung kontaktiert der Roboter die Kontaktstelle und/oder deren Umgebung zunächst ein- oder mehrfach testweise. Dabei wird (jeweils) die
Reaktionskraft erfasst und die Kontaktsteifigkeit auf Basis dieser Reaktionskraft bzw. Reaktionskräfte bestimmt, insbesondere durch Mittelung, Inter- und/oder Extrapolation oder dergleichen, bevor der Roboter dann die Kontaktstelle zum Aufprägen der Soll- Kraft durch den anhaltenden bzw. angehaltenen Roboter (erneut) kontaktiert. Dadurch kann die Kontaktsteifigkeit in einer Ausführung vorab bestimmt und so insbesondere bei hohen Kontaktsteifigkeiten und hohen Annäherungsgeschwindigkeiten ein zu tiefes Eindringen des Roboters mit einer entsprechend großen Kraftüberhöhung über die Soll-Kraft hinaus vermieden werden.
In einer Ausführung wird die Kontaktsteifigkeit in Abhängigkeit von einer Pose des Roboters bestimmt, insbesondere aus einer von mehreren posenspezifischen
Kontaktsteifigkeiten ausgewählt und/oder inter- und/oder extrapoliert, die in einer Ausführung durch das vorstehend erläuterte testweise Kontaktieren bzw. Eindringen vorab ermittelt worden sind. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft
berücksichtigt werden, dass einerseits die Steifigkeit des Roboters und andererseits die Kontaktstelle und damit deren Steifigkeit von der Pose des Roboters abhängen können.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerung zum Steuern des Roboters, insbesondere hard- und/oder Software-, insbesondere
programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
- Mittel zum Vorgeben einer Soll-Kraft auf eine Kontaktstelle;
- Mittel zum Bestimmen einer Kontaktsteifigkeit an dieser Kontaktstelle; und
- Mittel zum Abbremsen des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter in Abhängigkeit von der bestimmten Kontaktsteifigkeit, wobei mit dem Abbremsen begonnen wird, bevor die Soll-Kraft erreicht ist. In einer Ausführung weist die Steuerung bzw. ihre Mittel auf:
- Mittel zum Erfassen einer aktuellen oder bevorstehenden Kontaktierung der
Kontaktstelle durch den sich bewegenden Roboter, wobei der sich bewegende Roboter durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter in Abhängigkeit von dieser erfassten Kontaktierung abgebremst wird;
- Mittel zum Beginnen mit dem Abbremsen des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die
Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter
gegebenenfalls bereits bevor der sich bewegende Roboter die Kontaktstelle kontaktiert;
- Mittel zum Beginnen mit dem Abbremsen des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die
Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter
gegebenenfalls erst nachdem der sich bewegende Roboter die Kontaktstelle kontaktiert;
- Mittel zum Erfassen einer Reaktionskraft zwischen der Kontaktstelle und dem
diese kontaktierenden Roboter und der aktuellen Kontaktierung auf Basis dieser Reaktionskraft;
- Mittel zum Erfassen eines Abstand zwischen dem Roboter und der Kontaktstelle und der aktuellen und/oder bevorstehenden Kontaktierung auf Basis dieser Abstands;
- Mittel zum Erfassen einer aktuellen Bewegung des Roboters, wobei der sich
bewegende Roboter durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter in Abhängigkeit von dieser erfassten Bewegung, insbesondere in
Abhängigkeit von einem Modell des Roboters, abgebremst wird;
- Mittel zum Bestimmen der Kontaktsteifigkeit in Abhängigkeit von einer Steifigkeit der Kontaktstelle und/oder des Roboters;
- Mittel zum Erfassen wenigstens einer Reaktionskraft zwischen dem Roboter und der Kontaktstelle und/oder deren Umgebung und Bestimmen der Kontaktsteifigkeit auf Basis dieser Reaktionskraft;
- Mittel zum Erfassen der Reaktionskraft und Bestimmen der Kontaktsteifigkeit auf Basis dieser Reaktionskraft, während der Roboter die Kontaktstelle bereits zum Aufprägen der Soll-Kraft durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter kontaktiert;
- Mittel zum ein- oder mehrfachen testweisen Kontaktieren der Kontaktstelle
und/oder deren Umgebung durch den Roboter und Erfassen der Reaktionskraft dabei und Bestimmen der Kontaktsteifigkeit auf Basis dieser Reaktionskraft, bevor der Roboter die Kontaktstelle zum Aufprägen der Soll-Kraft durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter erneut kontaktiert; und/oder
- Mittel zum Bestimmen der Kontaktsteifigkeit in Abhängigkeit von einer Pose des Roboters. Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder
Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Roboter steuern kann.
In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch die Steuerung bzw. ihr(e) Mittel.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 : eine Anordnung mit einem Roboter und einer Steuerung zum Steuern des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2: ein Aufprägen einer Reaktions- bzw. Soll-Kraft durch den Roboter; und Fig. 3: ein Verfahren zum Steuern des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einem Roboter 1 und einer Steuerung 3 zum Steuern des Roboters 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, Fig. 3 ein
Verfahren zum Steuern des Roboters 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, das durch die Steuerung 3 ausgeführt wird.
In einem Schritt S10 wird eine Soll-Kraft Fs vorgegeben, die der Roboter auf eine Kontaktstelle 2 aufprägen soll. Dies kann beispielsweise durch eine Benutzereingabe, ein Arbeitsprogramm bzw. Prozess des Roboters oder dergleichen vorgegeben werden bzw. sein. Insbesondere kann in einer Ausführung eine Soll-Kraft durch eine Stop-Bedingung in einem Arbeitsprogramm vorgegeben werden bzw. sein.
In einem Schritt S20, der gleichermaßen vor, parallel zu oder nach Schritt S10 durchgeführt werden kann, wird eine Kontaktsteifigkeit c an der Kontaktstelle 2 in Abhängigkeit von einer Steifigkeit der Kontaktstelle 2 und einer Steifigkeit des
Roboters 1 bestimmt, die in Fig. 1 durch eine Federsteifigkeit Ci des Roboters 1 und eine Federsteifigkeit c2 der Kontaktstelle 2 angedeutet ist und sich im
C ' c
Ausführungsbeispiel vereinfacht durch c =——— ergibt. An einer anderen
+ c2
c - c'
Kontaktstelle 2' beträgt die Kontaktsteifigkeit beispielsweise c'=——— , wie in Fig. 1
+ c'2
durch eine entsprechende Federsteifigkeit c'2 angedeutet. Diese Bestimmung der Kontaktsteifigkeit c bzw. c' kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Kontaktstellen 2, 2' mit dem Roboter 1 testweise vorab angefahren werden und dieser mit einer vorgegebenen, insbesondere variierenden, Kraft in diese eindringt und dabei die Geweilige) Eindringtiefe erfasst wird und/oder umgekehrt der Roboter 1 eine vorgegebene, insbesondere variierende, Eindringtiefe eindringt und dabei die Geweilige) Reaktionskraft erfasst wird.
Die Kontaktsteifigkeit kann kontaktstellenspezifisch bestimmt werden, beispielsweise durch das vorstehend beschriebene testweise Eindringen an der Kontaktstelle 2 die Kontaktsteifigkeit c =——— und an der Kontaktstelle 2' die Kontaktsteifigkeit
+ c2
c - c'
c'=——— , wobei dann je nach aktueller Kontaktstelle die entsprechende
+ c'2
Kontaktsteifigkeit ausgewählt oder zwischen mehreren Kontaktsteifigkeiten inter- oder extrapoliert wird. Gleichermaßen kann für die Kontaktstellen 2, 2' einheitlich eine gemittelte Kontaktsteifigkeit (c+c')/2 bestimmt werden. Es versteht sich, dass die zwei Kontaktstellen 2, 2' lediglich der vereinfachten Erläuterung dienen.
Gleichermaßen kann die Bestimmung der Kontaktsteifigkeit c auch online erfolgen, während der Roboter 1 die Kontaktstelle 2 anfährt, um bereits die Soll-Kraft Fs aufzuprägen, insbesondere am Anfang eines Eindringens durch Vergleich von Eindringtiefe und hierbei erfasster Reaktionskraft.
In einem Schritt S30 wird eine aktuelle oder bevorstehende Kontaktierung xc der Kontaktstelle 2 durch den sich bewegenden Roboter 1 erfasst.
Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass mithilfe einer in Antrieben 5 integrierten Kraftsensorik und/oder einer Kraftsensorik 5' am Flansch des Roboters 1 eine Reaktionskraft zwischen der Kontaktstelle 2 und dem diese kontaktierenden Roboter 1 erfasst und die aktuelle Kontaktierung auf Basis dieser Reaktionskraft erfasst wird.
Gleichermaßen kann mithilfe einer robotergeführten Kamera 4, die in einer
Abwandlung auch vom Roboter 1 beabstandet sein kann, ein Abstand zwischen dem Roboter 1 und der Kontaktstelle 2 erfasst und die aktuelle oder bevorstehende Kontaktierung xc auf Basis dieser Abstands erfasst werden.
Auf Basis der in Schritt S10 vorgegebenen Soll-Kraft Fs, der in Schritt S20 bestimmten Kontaktsteifigkeit c und der in Schritt S30 erfassten Kontaktierung xc ermittelt die Steuerung 3 in einem Schritt S40 eine Soll-Pose xs des Roboters 1 , in der dieser die Soll-Kraft Fs aufprägt. Dies ist in Fig. 2 vereinfacht anhand eines linear angenommenen bzw. approximierten Modells veranschaulicht. Man erkennt, dass sich die Soll-Pose xs im
F
Ausführungsbeispiel durch xs =— -xc ergibt.
c
In einem Schritt S50 bremst die Steuerung 3 den sich bewegenden Roboter 1 dessen Antriebe 5 so ab, dass er in der Soll-Pose xs anhält und in dieser
entsprechend dann die Soll-Kraft Fs auf die Kontaktstelle 2 aufprägt.
Dies kann insbesondere modellgestützt unter Berücksichtigung der Kontaktsteifigkeit c und Erfassung der Bewegung dx/dt, d2x/dt2 des Roboters 1 erfolgen. Projiziert man vereinfacht Massen und Antriebskräfte des Roboters auf eine Masse m und eine Antriebskraft Fx in Richtung der in Fig. 1 eingezeichneten x-Achsenrichtung, ergibt ein Modell unter Vernachlässigung weiterer Kräfte wie Reibung, Schwerkraft etc.:
Hieraus können mit der erfassten Geschwindigkeit bei Kontaktierung und dem geforderten Anhalten bei xs die entsprechenden Antriebskräfte ermittelt und kommandiert werden.
Die Soll-Pose xs muss jedoch nicht berechnet werden. In einer Abwandlung kann beispielsweise aus der Geschwindigkeit des Roboters 1 bzw. seines Kontaktbereichs bei Kontaktierung und der bestimmten Federsteifigkeit c ermittelt, insbesondere modellgestützt prognostiziert, werden, wann die Soll-Kraft Fs erreicht wird, und mit dem Abbremsen entsprechend früh(er) bzw. spät(er) begonnen und/oder
entsprechend wenigstens phasenweise stärker bzw. schwächer gebremst werden.
Im Beispiel der Kontaktstelle 2 wird mit dem Abbremsen bei Xb begonnen, bevor die Soll-Kraft Fs bei xs erreicht ist, aber erst nachdem der sich bewegende Roboter 1 die Kontaktstelle 2 kontaktiert. Gleichermaßen kann, insbesondere bei hohen Kontaktsteifigkeiten wie durch c'2 > c2 exemplarisch angedeutet, das Abbremsen des sich bewegenden Roboters 1 durch dessen Antriebe 5 zum Aufprägen der Soll-Kraft Fs auf die Kontaktstelle 2' durch den angehaltenen Roboter bereits bei x'b begonnen werden, noch bevor der sich bewegende Roboter bei xc die Kontaktstelle 2' kontaktiert.
Dies verdeutlich auch, dass die Kontaktsteifigkeit auf Basis bzw. in Abhängigkeit von der Pose des Roboters 1 ausgewählt oder zwischen mehreren Kontaktsteifigkeiten inter- oder extrapoliert werden kann. Je nach Pose des Roboters 1 kontaktiert er die Kontaktstelle 2 oder 2', so dass in Schritt S20 jeweils die hierfür bestimmte posenspezifische Kontaktsteifigkeit c bzw. c' ausgewählt werden kann. In einer anderen Pose kann aus diesen Kontaktsteifigkeiten c, c' inter- bzw. extrapoliert werden.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen
Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die
Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die
Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten
Merkmalskombinationen ergibt.
Bezuqszeichenliste
1 Roboter
2, 2' Kontaktstelle
3 Steuerung
4 Kamera
5 Antrieb mit Kraft- bzw. Momentensensor 5' Kraft- bzw. Momentensensor
c Kontaktsteifigkeit
Ci Steifigkeit des Roboters 1
c2, c'2 Steifigkeit der Kontaktstelle 2/2'
Fs Soll-Kraft
xc Kontaktierung
xs Soll-Pose
Xb, x'b Abbremsbeginn

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Roboters (1 ), mit den Schritten:
- Vorgeben (S10) einer Soll-Kraft (Fs) auf eine Kontaktstelle (2; 2');
- Bestimmen (S20) einer Kontaktsteifigkeit (c; c') an dieser Kontaktstelle; und - Abbremsen (S50) des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe (5) und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter in Abhängigkeit von der bestimmten Kontaktsteifigkeit, wobei mit dem Abbremsen begonnen wird (xt,; x'b), bevor die Soll-Kraft erreicht ist (xs; x's).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch den Schritt:
- Erfassen (S30) einer aktuellen oder bevorstehenden Kontaktierung (xc) der Kontaktstelle durch den sich bewegenden Roboter, wobei der sich bewegende Roboter durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll- Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter in Abhängigkeit von dieser erfassten Kontaktierung abgebremst wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Abbremsen des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter gegebenenfalls bereits begonnen wird (x'b), bevor der sich bewegende Roboter die Kontaktstelle kontaktiert (xc).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Abbremsen des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter gegebenenfalls erst begonnen wird (Xb), nachdem der sich bewegende Roboter die Kontaktstelle kontaktiert (xc).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Reaktionskraft zwischen der Kontaktstelle und dem diese kontaktierenden Roboter erfasst und die aktuelle Kontaktierung auf Basis dieser Reaktionskraft erfasst wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem Roboter und der Kontaktstelle erfasst und die aktuelle und/oder bevorstehende Kontaktierung auf Basis dieses Abstands erfasst wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt:
- Erfassen einer aktuellen Bewegung des Roboters, wobei der sich bewegende Roboter durch dessen Antriebe und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll- Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter in Abhängigkeit von dieser erfassten Bewegung, insbesondere in
Abhängigkeit von einem Modell des Roboters, abgebremst wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktsteifigkeit in Abhängigkeit von einer Steifigkeit (c2; c'2) der Kontaktstelle und/oder einer Steifigkeit (c-i) des Roboters bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reaktionskraft zwischen dem Roboter und der Kontaktstelle und/oder deren Umgebung erfasst und die Kontaktsteifigkeit auf Basis dieser Reaktionskraft bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskraft erfasst und die Kontaktsteifigkeit auf Basis dieser Reaktionskraft bestimmt wird, während der Roboter die Kontaktstelle bereits zum Aufprägen der Soll-Kraft durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter kontaktiert.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter die
Kontaktstelle und/oder deren Umgebung ein- oder mehrfach testweise kontaktiert und dabei die Reaktionskraft erfasst wird und die Kontaktsteifigkeit auf Basis dieser Reaktionskraft bestimmt wird, bevor der Roboter die Kontaktstelle zum Aufprägen der Soll-Kraft durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter erneut kontaktiert.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktsteifigkeit in Abhängigkeit von einer Pose des Roboters bestimmt wird.
13. Steuerung (3) zum Steuern eines Roboters (1 ), das zur Durchführung eines
Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist:
- Mittel zum Vorgeben einer Soll-Kraft (Fs) auf eine Kontaktstelle (2; 2');
- Mittel zum Bestimmen einer Kontaktsteifigkeit (c; c') an dieser Kontaktstelle; und
- Mittel zum Abbremsen des sich bewegenden Roboters durch dessen Antriebe (5) und/oder Bremsen zum Aufprägen der Soll-Kraft auf die Kontaktstelle durch den anhaltenden und/oder angehaltenen Roboter in Abhängigkeit von der bestimmten Kontaktsteifigkeit, wobei mit dem Abbremsen begonnen wird (xt,; x'b), bevor die Soll-Kraft erreicht ist (xs; x's).
14. Anordnung mit einem Roboter (1 ) und einer Steuerung (3) zum Steuern des
Roboters nach dem vorhergehenden Anspruch.
15. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
EP18725454.5A 2017-06-13 2018-05-14 Steuern eines roboters Withdrawn EP3638462A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017005581.5A DE102017005581B4 (de) 2017-06-13 2017-06-13 Steuern eines Roboters
PCT/EP2018/062335 WO2018228762A1 (de) 2017-06-13 2018-05-14 Steuern eines roboters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3638462A1 true EP3638462A1 (de) 2020-04-22

Family

ID=62196546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18725454.5A Withdrawn EP3638462A1 (de) 2017-06-13 2018-05-14 Steuern eines roboters

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11260527B2 (de)
EP (1) EP3638462A1 (de)
KR (1) KR102542089B1 (de)
CN (1) CN110730706B (de)
DE (1) DE102017005581B4 (de)
WO (1) WO2018228762A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017005581B4 (de) * 2017-06-13 2019-02-21 Kuka Deutschland Gmbh Steuern eines Roboters
EP3689555A1 (de) 2019-02-04 2020-08-05 Siemens Aktiengesellschaft Kraftbegrenztes verfahren mindestens eines elements einer produktionsmaschine im manuellen betrieb
DE102021111413B3 (de) 2021-05-03 2022-06-09 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Aktuatorsystem sowie Verfahren zur Federsteifigkeitsanpassung in einem Aktuatorsystem
US20230075185A1 (en) * 2021-09-09 2023-03-09 Ford Global Technologies, Llc Method and system for positioning a moveable robotic system

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3077514B2 (ja) 1994-06-28 2000-08-14 トヨタ自動車株式会社 ロボット
RU2140849C1 (ru) * 1995-03-31 1999-11-10 Тойо Кохан Ко., Лтд. Способ манипулирования и робот, используемый для осуществления способа
JPH09230922A (ja) * 1996-02-23 1997-09-05 Hitachi Constr Mach Co Ltd 力制御ロボットの接触検出装置
JP3300625B2 (ja) * 1997-01-27 2002-07-08 ファナック株式会社 ロボットの制御方式
DE19728357C2 (de) * 1997-07-03 2001-09-27 Martin Munz Vorrichtung und Verfahren in der kontaktierenden Rasterkraftmikroskopie mit periodischer Modulation der Auflagekraft zur Messung der lokalen elastischen und anelastischen Eigenschaften von Oberflächen unter Konstanthaltung der Deformation im Kontaktbereich von Meßsonde und Probenoberfläche
DE10226853B3 (de) * 2002-06-15 2004-02-19 Kuka Roboter Gmbh Verfahren zum Begrenzen der Krafteinwirkung eines Roboterteils
DE102006045643A1 (de) * 2006-09-27 2008-04-03 Westfälische Wilhelms-Universität Münster Verfahren und Vorrichtung zur ortsaufgelösten Untersuchung der elastischen Eigenschaften einer Probe mit einem Rasterkraftmikroskop
DE102006061752A1 (de) * 2006-12-28 2008-07-03 Kuka Roboter Gmbh Roboter und Verfahren zum Programmieren eines Roboters
DE102007040130B3 (de) * 2007-08-24 2008-11-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zum Umformen eines Werkstückes
DE102008005926A1 (de) * 2008-01-24 2009-07-30 Kuka Roboter Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Manipulators
DE102008027008B4 (de) * 2008-06-06 2016-03-17 Kuka Roboter Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Manipulators
US8700123B2 (en) * 2008-10-20 2014-04-15 The Johns Hopkins University Environment property estimaton and graphical display
DE102009032278B4 (de) * 2009-07-08 2021-03-04 Kuka Roboter Gmbh Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Manipulators
WO2012101956A1 (ja) 2011-01-27 2012-08-02 パナソニック株式会社 ロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、ロボットアーム制御プログラム、並びに、集積電子回路
DE102011006679B4 (de) * 2011-03-16 2018-07-12 Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh Aktive Handhabungsvorrichtung und Verfahren für Kontaktaufgaben
JP5374613B2 (ja) * 2012-05-30 2013-12-25 株式会社神戸製鋼所 多関節ロボットの弾性変形補償制御装置および制御方法
KR20140147267A (ko) * 2013-06-19 2014-12-30 광주과학기술원 위치 제어 산업 로봇의 제어 방법 및 장치
JP5917467B2 (ja) * 2013-09-26 2016-05-18 富士フイルム株式会社 内視鏡
US9981389B2 (en) * 2014-03-03 2018-05-29 California Institute Of Technology Robotics platforms incorporating manipulators having common joint designs
DE102014011012A1 (de) 2014-07-24 2016-01-28 Kuka Roboter Gmbh Verfahren und Mittel zum Auslegen und/oder Betreiben eines Roboters
CN106182040B (zh) * 2014-12-23 2021-10-15 库卡罗伯特有限公司 机器人系统
DE102015008144B4 (de) * 2015-06-24 2024-01-18 Kuka Roboter Gmbh Umschalten einer Steuerung eines Roboters in einen Handführ-Betriebsmodus
JP6046218B1 (ja) * 2015-07-09 2016-12-14 ファナック株式会社 物体と物体とを合わせ状態にするロボットのロボット制御装置
JP6240133B2 (ja) 2015-09-18 2017-11-29 ファナック株式会社 溶接を行う打点の位置を測定するスポット溶接システム
JP6250900B2 (ja) * 2015-09-29 2017-12-20 ファナック株式会社 工作機械とロボットとの協働によってワークを加工する方法
US10413373B2 (en) * 2016-08-16 2019-09-17 Ethicon, Llc Robotic visualization and collision avoidance
DE102017005581B4 (de) * 2017-06-13 2019-02-21 Kuka Deutschland Gmbh Steuern eines Roboters

Also Published As

Publication number Publication date
US11648665B2 (en) 2023-05-16
US20220134554A1 (en) 2022-05-05
DE102017005581A1 (de) 2018-12-13
CN110730706A (zh) 2020-01-24
DE102017005581B4 (de) 2019-02-21
KR20200019154A (ko) 2020-02-21
WO2018228762A1 (de) 2018-12-20
CN110730706B (zh) 2023-08-04
KR102542089B1 (ko) 2023-06-09
US20210138641A1 (en) 2021-05-13
US11260527B2 (en) 2022-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018228762A1 (de) Steuern eines roboters
EP3117968B1 (de) Steuern eines nachgiebig geregelten roboters
DE102016008908B4 (de) Industrierobotersystem und Steuerverfahren dafür
EP2905111B1 (de) Verfahren zum Programmieren eines Industrieroboters und zugehöriger Industrieroboter
DE102016003513B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine, um die synchronisierte Betätigung von Spindelachse und Vorschubachse zu steuern
DE102010044644B4 (de) Verfahren zur Kollisionserkennung für eine Antriebseinheit
DE102015005213B4 (de) Steuervorrichtung für eine flexible Robotersteuerung
DE102009049172A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Manipulators
DE102015013635A1 (de) Steuervorrichtung mit Funktion zum Überprüfen von Lastinformationseinstellungen
DE102016001967A1 (de) Robotersteuervorrichtung zum automatischen Wechseln eines Betriebsbegrenzungsmodus eines Roboters
EP3017918A1 (de) Flexibles taktzeitoptimiertes teilen eines arbeitsraums für roboter
DE102017000473B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine für das Steuern des synchronisierten Betriebs von Spindelachse und Vorschubachse
DE102018210864B3 (de) Verfahren und System zum Regeln eines Roboters
DE102019205651B3 (de) Verfahren und System zum Ausführen von Roboterapplikationen
DE102015004481A1 (de) Robotersteuervorrichtung zum Steuern eines gemäß einer ausgeübten Kraft bewegten Roboters
WO2007079950A1 (de) Verfahren zum testen einer bremsfunktion eines roboterantriebes
DE102016014989B4 (de) Kollisionsüberwachung eines Roboters
DE102018200864B3 (de) Verfahren und System zum Steuern eines Roboters
WO2019224288A1 (de) Richtungsabhängige kollisionsdetektion für einen robotermanipulator
WO2008025577A1 (de) Verfahren zur einrichtung zur kollisionsüberwachung eines maschinenelements mit einem gegenstand bei einer werkzeugmaschine, produktionsmaschine und/oder bei einer als roboter ausgebildeten maschine
EP2082852B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Manipulators
EP3802013B1 (de) Kraftregelung eines roboters
DE102014019187A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Antriebsanordnung zum Bewegen eines, insbesondere robotergeführten, Werkzeugs
EP3710900B1 (de) Verfahren und system zum vorgeben bzw. lernen eines roboterbefehls
DE102012223806A1 (de) Verfahren zum materialabtragenden Bearbeiten eines Werkstücks

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20191211

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20211203

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20220408

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230528