EP3934857A1 - Verfahren zum betrieb eines antriebssystems sowie antriebssystem - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines antriebssystems sowie antriebssystem

Info

Publication number
EP3934857A1
EP3934857A1 EP20709141.4A EP20709141A EP3934857A1 EP 3934857 A1 EP3934857 A1 EP 3934857A1 EP 20709141 A EP20709141 A EP 20709141A EP 3934857 A1 EP3934857 A1 EP 3934857A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
end effector
target
pose
image
drive system
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.)
Pending
Application number
EP20709141.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Aden
Kai Eggers
Tobias Ortmaier
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.)
Matthias Dagen Jens Kotlarski Tobias Ortmaier Forwardttc Ip Holding Gbr
Original Assignee
Avateramedical Digital Solutions 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 Avateramedical Digital Solutions GmbH filed Critical Avateramedical Digital Solutions GmbH
Publication of EP3934857A1 publication Critical patent/EP3934857A1/de
Pending 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
    • B25J9/1679—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
    • G05B2219/39045—Camera on end effector detects reference pattern

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a drive system according to patent claim 1, a drive system for executing such a method according to patent claim 14 and a computer program product with a program code for executing such a method according to patent claim 15.
  • drive systems have been used for a long time to relieve people of mechanical work or at least to make them easier for them.
  • two members of the drive system can be moved relative to one another.
  • Several drives and links which can also be referred to as axes, can be combined to form multi-link or multi-axis drive systems, which carry out multi-dimensional movements and correspondingly more complex movement sequences or can follow trajectories.
  • Such drive systems can also be referred to as mechatronic systems.
  • the position of a link is understood to be the location within a Cartesian coordinate system at which the link is located in a geometric space. Positioning a limb is understood to mean occupying a specific spatial location. Orientation of a link is understood to mean the orientation of the link to the axes of a Cartesian coordinate system. Taking an orientation of a link means changing the current orientation of the link by rotating it around the corresponding axes of a Cartesian coordinate system into a desired orientation. Position and orientation can be referred to collectively as a pose or a configuration.
  • a trajectory of a link or an end effector is a movement of the link or the end effector in space along a path, taking into account its chronological sequence. A trajectory can also be called a trajectory. The path can also be called a path.
  • Electric motors which can convert the relative movement either directly or, for example, via gears, are usually used as drives for such drive systems.
  • drives for such drive systems.
  • translatory and rotational movements can be carried out, which can be used in combination with one another within the drive system.
  • Such drive systems can For example, they can be used in industry, in particular to take on tasks in assembly, production, logistics, and packing and picking of goods.
  • the drive system can be referred to as an automation system or a robot.
  • Articulated arm robots in particular are widespread in industry.
  • An articulated arm robot is usually a 6-axis drive system with a spherical work area, which is why articulated arm robots can be used very flexibly.
  • the tool that serves as the end effector can be changed.
  • the programming of the Articulated Arm robot has to be adapted to the application.
  • the articulated arm robot itself can be used unchanged, which can make it very adaptable.
  • robots with fewer than six axes are also known, which can take correspondingly fewer poses in the work area, but are simpler and cheaper, e.g. can be implemented in that fewer drives have to be used, operated and controlled or regulated.
  • These drive systems can e.g. can also be used to carry out charging processes in electrically operated vehicles such as, in particular, land vehicles such as e.g. Carry out buses, trucks and passenger vehicles.
  • electrically operated land vehicles have hitherto had the major disadvantage of the comparatively short range, which essentially results from the weight, from the size and from the costs of the accumulators as rechargeable electrical energy stores.
  • the capacity of the electrical storage could be increased.
  • numerous electrically operated land vehicles have been equipped with rechargeable electrical energy storage devices with comparatively low capacity, which reduces their range but can save weight, space and costs. So far, this can be more important for a customer's purchase decision than the range of the vehicle.
  • the vehicle can e.g. At home overnight, during working hours at work or while shopping in a parking garage, they can be connected to an electrical charging station located there, in order to use any interruption in use to recharge.
  • Corresponding drive systems can be used in parking garages and the like to automatically connect the electric charging station to the vehicle's charging port by means of its charging plug and also to separate it again automatically.
  • sensors are required to usually determine the relative position for each drive in translatory movements and with rotational movements to detect the relative orientation or angular position of the two members, which are movably connected to one another by the drive; these sensors can be referred to as position sensors regardless of whether a position in the translatory direction or an angular position in the rotary direction is to be detected.
  • the poses of the individual drives and members to one another and to a reference coordinate system or to a base that is fixed relative to the members can be determined from these recorded position or angle information from the position sensors via the known kinematic structure of the drive system.
  • an outermost, last link of the drive system which within the kinematic structure, which e.g. in the case of an articulated arm robot can also be referred to as a kinematic chain, is arranged farthest away from the fixed base and can usually be referred to as an end effector in robots and in particular in articulated arm robots.
  • the end effector or its member of the kinematic structure can e.g. have a gripper which by means of the drive system can be positioned and / or oriented with respect to the base, e.g. Tasks in production, assembly, storage, packing and commissioning, transport and the like can be performed.
  • the end effector can grip a charging connection or a charging connection receptacle with its gripper or can itself be designed as a charging connection or as a charging connection receptacle.
  • switching off at least the position sensors may mean that the positions or angular positions of the individual members are unknown when the drive system is switched on again, since the last ones recorded relative information has been lost when the drive system or its position sensors are switched off. Should the last recorded relative position or angle information have been saved, it cannot be ruled out that e.g. The position of the members and thus also the position of the sensor elements of the relative measuring position sensors to each other was changed by forces or moments from outside the drive system when the drive system was switched off, which could not be detected by the position sensors when switched off.
  • the drive system when the drive system is switched on, the limbs would assume a different pose than is actually assumed, which can lead to errors in the movements of the drive system and in particular to collisions with other objects such as other objects or even people.
  • the drive system can have been moved into a so-called home position before being switched off, in order to be switched off in a known, predetermined position and put back into operation later.
  • this pose can e.g. have been changed by touching a user in the switched-off state, so that the drive system assumes the home position as the pose when the new operation starts, but actually another random pose is assumed, so that trajectories emanating from this changed pose do not lead to the ge desired positioning and orientation of the end effector.
  • a charging connection cannot usually be successfully inserted into the correcting charging connection receptacle of a vehicle. Rather, this can lead to a collision of the charging plug e.g. with the body of the vehicle.
  • the link to be referenced is moved by the corresponding drive in a predetermined direction until a standstill is reached and / or a specified force or a specified torque is reached or exceeded.
  • This can be recognized by the control unit of the drive system, for example, via a resulting increase in the current intensity of the corresponding electric drive and assessed as reaching the known reference position or reference angular position, so that the movement of the drive ends and the position sensor is set to the current position or angular position as Reference pose can be set up.
  • a disadvantage of such relatively sensing sensors can be that referencing such as e.g. previously described is necessary at all. This can delay the start of operation of the drive system after an interruption in operation.
  • the referencing function described above must also be provided, which e.g. can cause additional work when programming the drive system.
  • limit switch sensors can be used against which the reference movement can be carried out as described above. With these additional sensors a contact of the respective link can be recognized and this can be assessed as reaching the known reference position or reference angle position. Blockages of the movement of the limb into the reference position, as previously described, can therefore no longer lead to an incorrect detection of a reference position which is actually not assumed at all.
  • Another disadvantage in this case is that a further sensor with appropriate cabling must be used per link, which, in addition to the additional costs of the absolute encoder, can also lead to additional cabling costs and additional assembly costs. Furthermore, the referencing can also be carried out if an absolute encoder fails, e.g. by damage to the sensor itself as well as e.g. can no longer be executed in the event of a cable break.
  • An object of the present invention is to provide a drive system of the type described at the outset, so that the detection of the position or the angular position of at least one link can be simplified and / or improved. This should preferably be done as inexpensively as possible and / or without additional technical devices such as in particular without additional position sensors and in particular without absolute value encoders. In particular, the detection of the position or the angular position of the member when the drive system or its position sensors are switched on is to be simplified and / or improved.
  • the present invention thus relates to a method for operating a drive system, preferably a robot, the drive system having:
  • At least one image acquisition unit which is arranged and aligned on the end effector or independently of the end effector, to capture the end effector in a target-target pose.
  • a base is to be understood as an element of the drive system against which the end effector can be moved via at least one drive.
  • This mobility can be either rotary or linear.
  • the drive system can have several drives, which che are connected to each other via at least one link.
  • This enables an activated kinematic chain to be implemented between the end effector and the base, which can give the end effector more options for positioning and orientation than with just one drive.
  • Several parallel kinematic chains can also be used, for example in the form of parallel kinematics.
  • a single drive, ie a single degree of freedom, of the end effector relative to the base may be sufficient to implement the present invention.
  • optical image acquisition can take place starting from the end effector.
  • the image capturing unit can preferably be aligned in such a way that the area directly in front of the end effector can be captured by the image capturing area of the image capturing unit.
  • an optical image acquisition can take place from a point which is independent of the end effector, i.e. that the end effector can be positioned and aligned independently of the optical image capture unit.
  • the imaging unit located there does not carry out the movements of the end effector and can therefore, with appropriate alignment relative to the end effector, detect this when the end effector is in a target-target pose, which will be described in more detail below.
  • the optical image acquisition unit can be arranged on a member of the drive system which is movable relative to the end effector.
  • the optical image acquisition unit can also be at the base or at a location such as e.g. be arranged on a wall on which the base is arranged.
  • the image acquisition unit can preferably be a camera and in particular a stereo camera pair or a mono camera. This can enable the implementation of an optical image acquisition in a comparatively cost-effective manner. If two cameras with low resolution, e.g. If CCD cameras are used, this can be implemented particularly inexpensively.
  • the image processing can also be implemented with comparatively little computer power.
  • Using a stereo camera pair for this purpose can offer the advantage that stereoscopic image capture can be made possible, so that depth information can be obtained from the captured images. This can enable the determination of depth information from two images recorded at the same time, which are at least essentially oriented in the same direction but spatially borrowed are offset from each other. Taking into account the depth information, a significantly more precise and robust depth estimate and thus also a more precise determination of the pose of an object in the captured image can be carried out than when evaluating just a single image.
  • a mono camera can not enable the acquisition of depth information at all or only with an increased effort for image processing and pattern recognition, but for this it can be simpler and / or more compact in terms of design and size. This can lead to lower costs.
  • the evaluation of the captured image data can also take place more easily and quickly, which can save computing power. For these reasons, it may be preferable to use a mono camera over a stereo camera.
  • the method according to the invention can be carried out with at least the following steps:
  • the target-target pose is predetermined so that a predetermined object or the end effector can be captured by the image capture unit
  • the method according to the invention serves to approach a target target pose of the end effector by means of its drive so that either the predetermined object or the end effector can be optically captured as an actual image from this target target pose by the image acquisition unit .
  • the captured actual image can then be compared with a target image, so that a statement can be made as to whether or not the actual image matches the target image. If there is a match between the actual image and the target image, the target-target pose was correctly approached and assumed and the actual target pose corresponds to the target-target pose, i.e. the supposed target-target pose corresponds to the actual target-target pose.
  • different reactions can be carried out.
  • the present invention is based on the knowledge that an actual target pose of an end effector, which was approached according to a predetermined target target pose, does not have to correspond to the actual target target pose.
  • This deviation can be based on external circumstances, such as, for example, externally acting forces or moments as well as blockages in the trajectory and the like.
  • There may also be, for example, inaccuracies in the control or regulation, play in the bearings the drives and / or joints, damage and soiling of the image capture unit as well as inaccuracies in the sensory position detection on a deviation between a target trajectory or target target pose and an actual trajectory or an actual target pose effect, which can be reflected accordingly in an actual target pose, which supposedly corresponds to the target target pose, but actually deviates from it.
  • an image acquisition unit of the drive system can be used according to the invention.
  • the actual image can be captured by the drive system without additional expenditure on components and cabling.
  • an image acquisition unit which can usually be procured and used inexpensively, can be provided in a stationary manner to the end effector, as described above, in order to enable an alternative implementation of the present invention.
  • the actual image and the target image are compared with one another, which can be done with known methods for image processing and / or pattern recognition, then there must be a match, provided that the target-target pose of the end effector matches the actual actual target The end effector's pose corresponds. In this case, by comparing the actual image and the target image, a correspondence between the target-target pose and the actual target-target pose can be confirmed. Otherwise, deviations can be detected and a response can be made. The response to an appropriate match can be different than to a non-matched match.
  • any optically detectable object can be used as the object of which an actual image and a target image are viewed, which object is located in the target-target pose in the image acquisition area of the image acquisition unit.
  • This object can lie partially or completely outside the drive system.
  • part of the drive system itself such as its base, can also be used as an object.
  • the drive system, and in particular its base can also have at least one marking, which is preferably optically particularly characteristic and can therefore be optically particularly easy and reliable to identify.
  • Any image acquisition method that is suitable for this purpose depending on the application and configuration of the object can be used to acquire the actual image.
  • the end effector itself can also be considered.
  • the respective actual target pose can be compared for its correspondence with the target target pose of the end effector.
  • This can be done for Reference poses, home poses and intermediate poses can be used along a trajectory of the end effector, as will be described in more detail below.
  • the reactions can in particular be a continuation of a movement or the execution of a movement from the current actual target pose. If they do not match, a new referencing or an initial referencing can take place. Messages and information can also be issued to the user and other devices and, for safety reasons, the operation of the drive system can be terminated or at least interrupted.
  • the method has at least the further steps before starting:
  • the end effector is moved into the target target pose by means of its drives, which in this case can be verified as the actual target pose by a user, for example. This can be done on the part of the user by checking the recorded actual image, by checking recorded measured values, by using further external sensor means and the like.
  • the target image can then be stored in the drive system for further use.
  • the target image can also be referred to as a reference image.
  • the target target pose of the end effector is approached by means of the drive, the actual target pose is verified as a target target pose, an image of the predetermined object or the end effector is captured by means of the image acquisition unit in the target-target pose and saving the captured image as a target image when the drive system is started up.
  • the commissioning can in particular be an initial commissioning. Such commissioning is usually carried out by a person who is appropriately trained and trained for this purpose. A reliable check can therefore be made in this way as to whether the actual target pose of the end effector corresponds to the target target pose of the end effector and can be stored accordingly as a target image or as a reference image.
  • the method according to the invention can thus be started on the basis of a target image of the actual target target pose.
  • This target image can be valid for all further embodiments of the method according to the invention.
  • a single target image is usually stored here. However, several target images can also be stored which, for example, were recorded at different times of the day or year and can be used, for example, to take into account different illuminations of the object or the end effector in the target-target pose. Several target images can also be recorded in a situation and averaged to form a single target image in order to compensate for smaller deviations in the lighting conditions.
  • a new, current target image can also be created and saved as a reference image for every start-up that is carried out under the supervision of a person in order to take into account changes and, in particular, soiling and fading of the object or the end effector and thereby the quality to improve or maintain comparisons.
  • the method has at least the further step before starting:
  • the target image can thus also be specified by a predetermined target image instead of a target image verified in the actual target target pose.
  • a predetermined target image can be recorded, for example, independently of the place of use of the drive system, for example in a laboratory of the manufacturer of the drive system, and stored in the drive system in a generally valid manner.
  • artificially create such a predetermined target image e.g. to be generated by means of computer software and to be generally stored in the drive system. This can be done, for example, using a rendered target image. In such cases, one can speak of a factory setting, since the predetermined image can be specified as the target image regardless of the location of the drive system. This can simplify the specification of the predetermined image.
  • the desired target pose of the end effector is a reference pose of the end effector.
  • a reference pose is understood to mean a pose of the drive system in which the drive system is referenced. Starting from such a reference position, all further movements and in particular trajectories of the drive system can be predetermined in order to be able to start from a uniformly defined and known reference point.
  • the reference point is to be understood in the sense of a landmark as a point or area to which a spatial description is based.
  • This reference pose is of correspondingly great importance for the use of the drive system, since if the start pose of a path deviates from the Reference pose, the actual trajectory can also deviate from the target trajectory and thereby, for example, cause collisions with other devices or users.
  • the inventive method can be used to record the actual image of the predetermined object in the supposed reference pose of the end effector and to compare this with the desired image of the reference pose. This allows the alleged reference pose to be verified against the actual reference pose in accordance with the target image as the reference image. If they match, a successfully referenced drive system or end effector can then be assumed and the trajectories can be traversed. If they do not match, a new referencing can take place, for example, which can be checked again according to the method according to the invention.
  • the target-target pose of the end effector is a home pose of the end effector.
  • a home pose is understood to be a pose of the end effector, which can be viewed as a general start pose from which the movements or trajectories are usually carried out starting.
  • the home pose usually deviates from a reference pose, but can also coincide with this. While the reference pose is only assumed for referencing, the home pose is usually assumed after the completion of a trajectory and in particular before the drive system is switched off or shut down. In this way, the home pose is intended to ensure that the same pose can always be assumed at the start of operation and in particular at the start of trajectories.
  • the home pose is also of particular importance when operating the drive system, since, as previously described for the reference pose, the accuracy of the home pose can also affect the accuracy of the movements and trajectories emanating from it. If a supposed home pose is verified as an actual home pose by the method according to the invention, then this pose can be used to execute movements of the drive system. If a mismatch is found, this should be avoided. Instead, the drive system can be referenced again, which, as described above, can also be checked according to the invention. The successfully referenced drive system can then be moved into the home pose again, which can be verified again according to the inventive method. This can improve the operational safety of the drive system.
  • the method has at least the further step:
  • the desired target pose of the end effector is an intermediate pose within a trajectory of the end effector.
  • An intermediate pose is understood to mean a pose of the trajectory that lies between a start pose and an end pose of the trajectory.
  • the trajectory can be interrupted by the end effector at the intermediate point and an image of the predetermined object can be captured there, as described above.
  • a check can be made as to whether or not the trajectory was successfully followed by the drive system at least until the intermediate pose was reached. If this is determined by a match between the desired image and the actual image in the intermediate pose, the trajectory can be continued. Otherwise, the end effector can, for example, be moved back into the start pose and the trajectory can be started again. If necessary, the end effector can also be referenced in between in order to improve the accuracy of the trajectory during the subsequent movement.
  • the predetermined object is, at least in sections, the base and / or a marking, preferably the base, and / or an object to be approached by means of a trajectory.
  • This aspect of the present invention is based on the knowledge that the predetermined object to be captured by means of the image capture unit can differ depending on the application in terms of the way in which a pose is to be checked for correctness or accuracy.
  • the predetermined object can be partially or completely the base, the marking or the object to be driven.
  • the predetermined object it will usually be expedient for the predetermined object to include at least part of the drive system and / or at least part of the surroundings of the drive system, since these can be viewed as unchangeable and thus as reference objects for verifying a reference -Pose or a home pose.
  • the base itself can preferably be used, since the end effector is moved relative to the base via the drive and the base not only has a fixed reference point or reference point for the kinematics of the drive system, but also for capturing the actual image or target image. can represent a landmark.
  • the base can, for example, on the basis of its contour, its color, its shape, its patterning or at least one marking attached to it, be so clearly or easily recognizable in the actual image that it can be used to compare the actual image and the target image.
  • Image can be particularly suitable.
  • a marking which can preferably be arranged on the base but also in its surroundings, allows the respective pose to be checked as clearly as possible from the actual image and the target image.
  • the marking can be a reference marking or a start marking or a home marking.
  • the step of comparing the actual image of the predetermined object with the desired image of the predetermined object can be improved by a distinctive design of the base and / or by a marking to be used. This can improve the execution of the method according to the invention and in particular the result of the comparison.
  • the triggering triggers at least one of the following reactions if the comparison of the actual image of the predetermined object or of the end effector with the target image of the predetermined object or of the end effector leads to a mismatch:
  • Renewed referencing of the end effector can be useful or necessary in particular if the target-target pose is a reference pose which, however, was actually not taken. This can lead to the referencing being carried out again with the aim of achieving successful referencing.
  • the operation of the drive system can preferably be interrupted and the user can be informed, for example via a display on a display device, that operation of the drive system does not appear to be possible at this point in time due to referencing that has not been carried out successfully several times.
  • Corresponding information can also be passed on to other devices that can interact with the drive system, for example, or depend on their functionality, for example in subsequent production steps, in order to also inform them that the drive system is currently operating due to a lack of successful referencing appears not possible. A user can then investigate the reason why referencing could not be carried out successfully and eliminate the cause and / or initiate other measures.
  • An initial referencing can also be carried out in this way, preferably considered after an interruption in the operation of the drive system. This can be useful or necessary, for example, if the examination of an alleged flome pose led to the result that the home pose is actually not taken at all. While the drive system could have been operated directly from a home pose actually taken, in this case referencing of the drive system should be initiated so that the home pose can be approached again and verified again. A user or other subsequent devices can also be informed about this additional effort, which in particular requires time, as described above. This applies in a comparable way to an intermediate pose within a trajectory of the end effector, which could also not be successfully verified. In this case, too, referencing the drive system can be beneficial in order to be able to run the trajectory of the end effector again from an improved start pose.
  • These possible reactions in the event of a mismatch between the actual image and the target image also include canceling or interrupting the operation of the drive system, as already mentioned in some cases. This can ensure that, for example, possible damage to the drive system, which can lead to a mismatch between the actual image and the target image, does not continue and may affect other components of the drive system or the environment. Rather, it can be helpful at this point to replace the drive system from a Let the user investigate what reason the actual image and the target image could not match. The cause can be eliminated by the user and / or other measures can be initiated in order to then resume operation of the drive system.
  • an indication of the mismatch can be output to a user in the form of a message, for example via an optical output device such as a monitor.
  • an optical output device such as a monitor.
  • Such a notice can additionally or solely be given optically by a warning signal or the like.
  • Such a notice can also be given, particularly in the case of a smartphone, by triggering a vibration function.
  • the attention of the user can be obtained via the notification that a mismatch between the actual image and the target image was recognized according to the method according to the invention in order to at least inform the user of this and, if necessary, to initiate his intervention, as before already mentioned.
  • the output of an indication of the mismatch to at least one other device can ensure that a user can be relieved of having to transmit the information received from the drive system to other devices himself. This can be useful in particular in the case of a cooperating production process in which the drive system under consideration is integrated.
  • the triggering triggers at least one of the following reactions if the comparison of the actual image of the predetermined object or of the end effector with the target image of the predetermined object or of the end effector leads to a match:
  • the operation of the drive system can be continued as intended.
  • this can be the departure of a predetermined trajectory of the end effector, which can preferably begin from a reference position or a home position.
  • a trajectory of the end effector can be continued after the method according to the invention has verified that an intermediate pose within the trajectory has been successfully approached by the end effector up to that point. Further Rea- options can result from the respective application.
  • the reference pose and the home pose can also coincide and be identical.
  • the drive is designed to relatively detect a position or an angular position between its drive side and its output side.
  • This aspect of the present invention is based on the knowledge that relatively detecting position sensors are often used due to their comparatively low cost, for example in drive systems considered in this way as described at the beginning. Due to their relatively working position or angle determination, however, it is always necessary to reference the relatively ar processing position sensor when starting operation. For the successful operation of the drive system, it is crucial, as described at the beginning, that the referencing is carried out successfully.
  • a home pose can also be assumed before the operation of the drive system is interrupted. However, due to the interruption of the operation of the drive system, the referenced position or angle detection of the relatively operating position sensor is lost. Thus, when such a drive system starts operating, it is necessary to move it from the home pose into the reference pose in order to carry out a new referencing there, as described above. However, if, according to the invention, the home pose, which should actually be present when restarting operation, can be verified according to the invention by comparing the actual image and the target image, the additional referencing step can be dispensed with and the drive system can be operated directly the home pose can be run out. This can save time for operating the drive system.
  • the drive system has a linear drive, which is designed, the base against a substrate, preferably against a Move the wall, preferably vertically.
  • a linear drive which is designed, the base against a substrate, preferably against a Move the wall, preferably vertically.
  • the drive system can be moved with its base on a wall, in particular vertically in the fleas.
  • the end effector can be designed to be moved by the drive and the links in the horizontal plane relative to the base. This can enable comparatively simple kinematics of the drive system, since comparatively few drives and links have to be used to carry out a horizontal movement of the end effector.
  • the three-dimensional mobility of the end effector can then be achieved via the relative mobility of the base in relation to the wall.
  • an end effector with or as a charging plug relative to a charging socket of an electrically driven vehicle can be sufficiently positioned and oriented within a certain working space in order to carry out the charging process.
  • the present invention also relates to a drive system for carrying out a method as described above with a base, an end effector, at least one drive which movably connects the end effector to the base, and at least one image acquisition unit which is arranged on the end effector.
  • a drive system of this type can be used to implement the previously described method according to the invention in order to be able to implement its properties and advantages.
  • the drive system can have a control unit which can carry out the method steps described above.
  • the control unit can also receive the sensor queries required for this, for example from the drive and the image acquisition unit.
  • the control unit can also operate the drive and the end effector or the image acquisition unit.
  • the present invention also relates to a computer program product with a program code, which is stored on a medium that can be read by a computer, for carrying out a method as described above.
  • the computer readable medium may include internal memory of a computer as well as removable memory such as e.g. be a floppy disk, a CD, a DVD, a USB stick, a memory card and the like.
  • removable memory such as e.g. be a floppy disk, a CD, a DVD, a USB stick, a memory card and the like.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a drive system according to the invention according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic top view of the drive system of FIG. 1 when checking a reference pose in a first representation
  • FIG. 3 shows a schematic top view of the drive system of FIG. 1 when checking the reference pose in a second representation
  • FIG. 4 shows a schematic top view of the drive system of FIG. 1 when checking a flome pose in a first representation
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of the drive system of FIG. 1 when checking the home pose in a second representation
  • FIG. 6 shows a schematic top view of a drive system according to a second exemplary embodiment when checking a reference pose in a first representation
  • FIG. 7 shows a schematic top view of the drive system of FIG. 6 when checking the reference pose in a second representation
  • FIG. 8 shows a schematic top view of the drive system of FIG. 1 when checking an intermediate pose of a trajectory in a first representation
  • FIG. 9 shows a schematic top view of the drive system of FIG. 1 when checking the inter mediate pose of a trajectory in a second representation
  • FIGS. 10 shows a flowchart for executing a method according to the invention for implementing the checks of FIGS. 2 to 7.
  • a longitudinal direction X extends, which can also be referred to as depth X.
  • a transverse direction Y which can also be referred to as width Y, extends perpendicular to the longitudinal direction X.
  • a vertical direction (not shown), which can also be referred to as the height, extends perpendicular to both the longitudinal direction X and the transverse direction Y.
  • Fig. 1 shows a schematic plan view of an inventive drive system 1 according to a first embodiment.
  • the drive system 1 under consideration can be referred to as a robot 1 and, in particular, as an articulated arm robot 1.
  • the robot 1 could also be referred to as a manipulator 1 who the.
  • the robot 1 represents a charging device 1.
  • the drive system 1 could also be an automation system 1.
  • the robot 1 is designed as a charging device 1 in the case under consideration essentially in the horizontal plane, which is spanned by the transverse direction Y and the longitudinal direction X.
  • the robot 1 has a base 10 in which a control unit 16 of the robot 1 is arranged.
  • the control unit 16 can also be referred to as a computer unit 16 and can be used to carry out, for example, the method according to the invention according to the flowchart in FIG. 10.
  • the robo- ter 1 is arranged on the part of its base 10 via a linear drive 17 in height (not shown) on a substrate 3 in the form of a wall 3.
  • the robot 1 also has three drives 12 in the form of actuated swivel joints 12.
  • Two links 11, which can also be referred to as axles 11, are arranged between the three actuated swivel joints 12.
  • One of the three actuated swivel joints 12 is arranged between the two links 11.
  • Another actuated swivel joint 12 is arranged between one of the links 11 and the base 10.
  • the third actuated swivel joint 12 is arranged at the end of the other link 11 and has an end effector 13 on the output side, which, due to the use of the robot 1 as a charging device 1, is designed as a charging plug 13, but alternatively also designed to grip, hold and guide a charging plug 13 could be.
  • the image capturing unit 14 points with its image capturing area A in the direction in which the charging plug 13 as the end effector 13 is pointing.
  • a marking 15, 15a, 15b represents a reference marking 15a, the function of which will be explained in more detail below.
  • a further marking 15, 15a, 15b in the form of a start marking 15b is arranged next to it, which can also be referred to as a home marking 15b.
  • the function of the home marker 15b will also be explained in more detail below. Only a single marking 15, 15a, 15b can be used, which can be used both as reference marking 15a and as start marking 15b or as home marking 15b (not shown).
  • While the linear drive 17 has an absolute encoder (not shown) in order to be able to detect the position of the base 10 in height relative to the wall 3 without the need for referencing at any time and thus also after an interruption in operation or after the robot 1 has been switched off actuated swivel joints 12 only equipped with relatively operating position sensors (not shown) for reasons of cost.
  • the position sensors of the actuated swivel joints 12 are each designed to detect an angular position between the drive side and the output side of the respective actuated swivel joint 12, which can be made available to the control unit 16.
  • FIG. 2 shows a schematic top view of the drive system 1 of FIG. 1 when checking a reference pose in a first representation.
  • Fig. 3 shows a schematic plan view of the drive system 1 of FIG. 1 when checking the reference pose in a second representation.
  • the end effector 13 with its image capturing unit 14 is aligned with the reference marking 15 a, so that it lies in the image capturing area A of the image capturing unit 14.
  • This pose corresponds to the reference pose of the robot 1. If the links 11 or the actuated swivel joints 12 and the end effector 13 assume this reference pose, the robot 1 can be referenced. Starting from this reference pose, all further movements and trajectories of the robot 1 can be carried out, since the relatively measuring position sensors detect the angular positions of the actuated swivel joints 12 based on their respective angular position, which is assumed in the reference pose. Accordingly, it follows the control or operation of the robot 1 on the part of the control unit 16 based on the sen relative angular positions.
  • this is applied to the intended application of FIGS. 2 and 3 in such a way that when the robot 1 is started up, in which the robot 1 is mounted on the wall 3 by a service technician, electrically closed as well as being put into operation for the first time, in a step 100 an approach to the reference pose is carried out as the desired target pose of the end effector 13.
  • the service technician can, for example, ensure that the actual reference position is assumed. be verified by viewing the pose of the robot 1 in a step 150.
  • an image of the reference marking 15a can now be captured by means of the image capture unit 14.
  • the captured image can be stored as a target image or as a reference image in a further storage step 300 in the control unit 16. In this way, when the robot 1 is started up for the first time, the preparation can take place in order to be able to carry out the method according to the invention while the robot 1 is in operation.
  • a predetermined image can also be saved as a target image beforehand.
  • This predetermined image can, for example, be a representation of the reference marking 15a in front of a neutral, for example white, background or the like.
  • the reference marking 15a can also be used in a pictorial representation instead of as a captured real image. In this way, it is possible to dispense with the effort of capturing a target image as a reference image in front of the application environment through the initial start-up, as described above.
  • the generally valid predetermined image can contain less information. hold, which result for the place of application of the robot 1 in particular from the lighting conditions and can be present in a captured real image.
  • the end effector 13 can move to the reference position as the target-target pose.
  • an image of the reference marking 15a can now be captured by the image capturing unit 14 in a step 700.
  • the captured image can be compared as the actual image in a step 800 with the target image of the reference marking 15a. It is not necessary here to compare the entire recorded actual image with the entire target image, but it can be sufficient to provide sufficiently distinctive information, such as the reference marking 15a, but also the contour, color, etc. of the base 10, which forms the background of the reference mark 15a, can be viewed in the respective images.
  • the result of the comparison 800 can be that the reference markings 15a in the actual image and in the target image correspond sufficiently with regard to their size, positioning and orientation, so that it can be concluded from this that the actual target is also -Pose, from which the actual image was taken, with the desired target pose or reference pose from which the desired image or reference image was recorded, match. This can make it possible to draw the conclusion that the referencing was carried out successfully or that the reference pose was successfully assumed by the end effector 13.
  • a step 900 all further steps in the operation of the robot 1 which start from the reference position can be initiated as a reaction to this.
  • the actual target pose would differ from the target target pose as a reference pose, so that correspondingly large deviations between the actual image of the actual target pose and the target image or the reference image of the target Target pose are recognized by step 800 of the comparison, it can be concluded from this that the actual target pose of the end effector 13 and the desired target pose or reference pose do not match, as shown in FIG .
  • a new referencing can be attempted.
  • the referencing can also be aborted directly or subsequently in the event of a renewed unsuccessful referencing in a step 600 and the operation of the robot 1 can be stopped at least temporarily.
  • a user can be informed about the unsuccessful referencing in order to view the robot 1 and to search for the cause of the incorrect referencing.
  • FIG. 4 shows a schematic top view of the drive system 1 of FIG. 1 when checking a home position in a first representation.
  • Fig. 5 shows a schematic plan view of the drive system 1 of the figure when checking the home position in a second representation.
  • the method according to the invention is used in accordance with the flow chart of FIG.
  • the home marker 15b is based on the base 10 of the robot ters 1 captured by capturing 700 by image capturing unit 14 of end effector 13 as an actual image.
  • a comparison 800 takes place with a target image of the home marker 15b, as it was either captured and verified as a target image as part of an initial start-up or was specified at the factory as a predetermined image, as described above.
  • the captured actual image of the home marker 15b is compared with the corresponding stored target image, the supposed home pose can be confirmed as the actual home pose.
  • the subsequent operation of the robot 1 can take place starting from the verified home pose without the need to refer to the robot 1. The corresponding expenditure of time can thus be saved.
  • Fig. 6 shows a schematic plan view of a drive system 1 according to a secondstrasbei game when checking a reference pose in a first representation.
  • Fig. 7 shows a schematic plan view of the drive system 1 of Figure 6 when checking the reference pose in a second representation.
  • the image acquisition unit 14 is not arranged on the end effector 13 but in a stationary manner relative to the end effector 13, which in the example of FIGS. 6 and 7 under consideration is achieved by arranging the image acquisition unit 14 on the wall 3.
  • the image capture unit 14 is designed to capture the end effector in the target-target pose.
  • the method according to the invention runs as described above with reference to FIGS. 2 and 3 according to the flowchart in FIG.
  • the only difference from the second exemplary embodiment in FIGS. 6 and 7 is that in this case the actual image is not aligned with the reference marking 15a from the perspective of the end effector 13, but that the image acquisition unit 14 is directed towards the end effector 13 is aligned; In addition, the reference marking 15a in the background of the end effector 13 can be detected.
  • This actual image can also be compared with the corresponding target image in order to identify whether the end effector 13 is actually in the target-target pose, i.e. the actual target pose and the target target pose match, as shown in FIG. 6, or whether this is not the case, as shown in FIG. 7.
  • a corresponding reaction can be made to this, as has already been described with regard to FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 8 shows a schematic top view of the drive system 1 of FIG. 1 when checking an intermediate pose of a trajectory in a first representation.
  • Fig. 9 shows a schematic plan view of the drive system 1 of FIG. 1 when checking the intermediate pose of a trajectory in a two-th representation.
  • the method according to the invention can also be successfully applied to such an application in accordance with the flowchart in FIG. In this application, too, a target image can first be captured as a reference image during initial start-up, or it can be specified at the factory as a predetermined image, as described above.
  • the predetermined object 2 represents a reference point 2 independent of the robot 1.
  • the target image is a representation of the charging socket 2 from a pose of the end effector 13 in which the end effector 13 has already been moved to a certain extent towards the charging socket 2 or its vehicle.
  • this pose of the end effector 13 can lie on a trajectory where a rough approach of the end effector 13 to the charging socket 2 is complete and a fine alignment of the end effector 13 with respect to the charging socket 2 has to take place.
  • the image capturing unit 14 can capture 700 an image of the charging socket 2 as an actual image. In this case, too, a comparison 800 of the captured actual image of the charging socket 2 with the desired image or reference image of the charging socket 2 can take place. If a sufficient match is also found in this case, the Trajectory are continued in order to complete the process of plugging the end effector 13 as a charging plug 13 into the charging socket 2. Otherwise, the current movement can be aborted, for example, in order to avoid a collision of the end effector 13 with the vehicle. In particular, the trajectory can be carried out again, with the end effector 13 preferably being referenced again beforehand, as described above.
  • the trajectory can be followed again until the intermediate pose is reached again.
  • the application of the method according to the invention described above can be carried out again. If the supposed intermediate pose can now be verified as an actual intermediate pose, in this case the process of approaching the charging socket 2 can be continued and completed. If this again cannot be done, the process should be canceled and the user informed.
  • the home pose can preferably be assumed in this case and the robot 1 can be stopped in the home pose or even switched to a rest mode or switched off.
  • the disadvantages that result from the use of relatively detecting position sensors can be reduced to fully compensated for.
  • the detection of the position or the angular position of the actuated swivel joints 12 can be simplified or improved to the effect that relatively measuring position sensors can be used and their disadvantages can be at least partially avoided.
  • this can take place in a comparatively cost-effective manner, since an image acquisition unit 14 can be used, which nowadays can usually be present on the end effector 13 anyway in numerous robots 1.
  • an image acquisition unit 14 can be used, which nowadays can usually be present on the end effector 13 anyway in numerous robots 1.
  • the properties and advantages described above can be achieved without having to use additional technical devices.
  • the properties described above can also be achieved without the use of comparatively expensive absolute encoders. This can lead to an improved robot 1 and in particular to an improved charging device 1 at comparatively low costs.

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems (1), vorzugsweise eines Roboters (1), wobei das Antriebssystem (1) aufweist: • eine Basis (10), • einen Endeffektor (13), • wenigstens einen Antrieb (12), welcher den Endeffektor (13) beweglich mit der Basis (10) verbindet, und • wenigstens eine Bilderfassungseinheit (14), welche an dem Endeffektor (13) oder unabhängig vom Endeffektor (13) angeordnet und ausgerichtet ist, den Endeffektor in einer Soll-Ziel-Pose zu erfassen, wobei das Verfahren wenigstens die Schritte aufweist: Anfahren (500) einer Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) mittels des Antriebs (12), wobei die Soll-Ziel-Pose derart vorgegeben ist, so dass ein vorbestimmtes Objekt (10; 15; 15a; 15b; 2) oder der Endeffektor (13) von der Bilderfassungseinheit (14) erfasst werden kann, in einer Ist-Ziel-Pose, Erfassen (700) eines Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mittels der Bilderfassungseinheit (14) als Ist-Bild, Vergleichen (800) des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mit einem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13), und in Abhängigkeit des Vergleiches (800), Auslösen (900) einer Reaktion.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems sowie Antriebssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems gemäß dem Patent anspruch 1, ein Antriebssystem zur Ausführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 14 sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zur Ausführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 15.
Auf vielen technischen sowie auch auf sonstigen Gebieten werden seit Längerem Antriebssysteme ver wendet, um dem Menschen mechanische Arbeiten abzunehmen bzw. ihm diese zumindest zu erleich tern. Mittels eines Antriebs können zwei Glieder des Antriebssystems relativ zueinander bewegt wer den. Mehrere Antriebe und Glieder, welche auch als Achsen bezeichnet werden können, können dabei zu mehrgliedrigen bzw. mehrachsigen Antriebssystemen kombiniert werden, welche mehrdimensionale Bewegungen und entsprechend komplexere Bewegungsabläufe ausführen bzw. Trajektorien abfahren können. Derartige Antriebssysteme können auch als mechatronische Systeme bezeichnet werden.
Unter Position eines Gliedes wird der Ort innerhalb eines kartesischen Koordinatensystems verstanden, an dem sich das Glied in einem geometrischen Raum befindet. Unter Positionierung eines Gliedes wird das Einnehmen eines konkreten räumlichen Ortes verstanden. Unter Orientierung eines Gliedes wird die Ausrichtung des Gliedes zu den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems verstanden. Unter der Einnahme einer Orientierung eines Gliedes wird die Veränderung der aktuellen Orientierung des Gliedes durch Drehung um die entsprechenden Achsen eines kartesischen Koordinatensystems in eine ge wünschte Orientierung verstanden. Position und Orientierung können gemeinsam als Pose oder als Kon figuration bezeichnet werden. Eine Trajektorie eines Gliedes bzw. eines Endeffektors ist eine Bewegung des Gliedes bzw. des Endeffektors im Raum entlang eines Weges unter Berücksichtigung dessen zeitli chen Ablaufs. Eine Trajektorie kann auch als Bahnkurve bezeichnet werden. Der Weg kann auch als Pfad bezeichnet werden.
Als Antriebe derartiger Antriebssysteme werden üblicherweise elektrische Motoren verwendet, welche die Relativbewegung entweder direkt oder z.B. über Getriebe umsetzen können. Hierdurch können so wohl translatorische als auch rotatorische Bewegungen ausgeführt werden, welche innerhalb des An triebssystems miteinander kombiniert eingesetzt werden können. Derartige Antriebssysteme können z.B. in der Industrie eingesetzt werden, um insbesondere Aufgaben in der Montage, in der Fertigung, in der Logistik sowie beim Verpacken und Kommissionieren von Waren zu übernehmen.
Je nach Anwendung und Ausgestaltung kann das Antriebssystem als Automatisierungsanlage oder als Roboter bezeichnet werden. So sind in der Industrie insbesondere Knickarmroboter weit verbreitet. Ein Knickarmroboter ist üblicherweise ein 6-achsiges Antriebssystem mit einem kugelförmigen Arbeitsraum, weshalb Knickarmroboter sehr flexibel eingesetzt werden können. Je nach Anwendung kann das Werk zeug, welches als Endeffektor dient, gewechselt werden. Ferner ist die Programmierung des Knickarmro boters an die Anwendung anzupassen. An sich kann der Knickarmroboter jedoch unverändert eingesetzt werden, was ihn sehr anpassungsfähig machen kann. Es sind jedoch auch Roboter mit weniger als sechs Achsen bekannt, welche entsprechend weniger Posen im Arbeitsraum einnehmen können, dafür jedoch einfacher und kostengünstiger z.B. dadurch realisiert werden können, dass weniger Antriebe verwendet, betrieben und gesteuert bzw. geregelt werden müssen.
Diese Antriebssysteme können z.B. auch dazu verwendet werden, Ladevorgänge bei elektrisch betreib baren Fahrzeugen wie insbesondere bei Landfahrzeugen wie z.B. Busse, Lastkraftwagen und Personen kraftwagen auszuführen. Derartige elektrisch betreibbare Landfahrzeuge weisen bislang den großen Nachteil der vergleichsweise geringen Reichweite auf, welche im Wesentlichen aus dem Gewicht, aus der Größe und aus den Kosten der Akkumulatoren als wiederaufladbare elektrische Energiespeicher resultiert. Um die Reichweite dieser Fahrzeuge zu erhöhen, könnte die Kapazität des elektrischen Spei chers vergrößert werden. Dies würde jedoch zum Einsatz noch schwererer, größerer und teurerer Akku mulatoren führen. Um dieses Gewicht und insbesondere die gestiegenen Kosten zu vermeiden, werden daher bislang zahlreiche elektrisch betreibbare Landfahrzeuge mit wiederaufladbaren elektrischen Ener giespeichern mit vergleichsweise geringer Kapazität ausgerüstet, was zwar deren Reichweite reduziert, jedoch Gewicht, Platz und Kosten sparen kann. Dies kann für die Kaufentscheidung eines Kunden bislang wichtiger als die Reichweite des Fahrzeugs sein.
Im Umkehrschluss ist es jedoch erforderlich, den wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher auf grund seiner vergleichsweise geringen Kapazität möglichst häufig wiederaufzuladen, um eine Nutzung des Fahrzeugs mit möglichst vollständiger Aufladung und damit mit möglichst maximaler Reichweite beginnen zu können. Hierzu kann das Fahrzeug z.B. über Nacht zu Hause, während der Arbeitszeit am Ort der Arbeit oder während des Einkaufens in einem Parkhaus an eine dort befindliche elektrische La destation angeschlossen werden, um möglichst jede Nutzungsunterbrechung zur Aufladung zu nutzen.
Dies kann jedoch dazu führen, dass ein Benutzer sein Fahrzeug nach jeder Nutzung an eine derartige elektrische Ladestation anschließen sowie vor jeder Nutzung wieder von der elektrischen Ladestation trennen muss. Das Aufladen kann es erfordern, dass der Benutzer zu der elektrischen Ladestation hin geht, ein elektrisches Ladekabel aufnimmt, einen Verschluss des Ladeanschlusses des Fahrzeugs öffnet, den Ladestecker des elektrischen Ladekabels in den Ladeanschluss des Fahrzeugs einführt und somit ei ne elektrisch leitfähige Verbindung herstellt, um die Aufladung durchzuführen. Nach Beendigung der Aufladung sind diese Schritte sinngemäß in der umgekehrten Reihenfolge zu wiederholen. Dieser Auf wand und die hierfür erforderliche Zeit können den Benutzer stören und somit einer Anschaffung und Nutzung eines derartigen elektrisch betreibbaren Fahrzeugs entgegenstehen.
Auch für derartige Tätigkeiten z.B. zu Hause in der Garage aber auch in öffentlichen Bereichen wie z.B. in Parkhäusern und dergleichen können entsprechende Antriebssysteme eingesetzt werden, um die elek trische Ladestation mittels dessen Ladestecker selbsttätig mit dem Ladeanschluss des Fahrzeugs zu ver binden und auch wieder selbsttätig zu trennen.
Um bei derartigen Antriebssystemen eine Steuerung bzw. Regelung der Antriebe mittels einer Steue rungseinheit vornehmen zu können und hierdurch das Einnehmen von Posen bzw. das Abfahren von Trajektorien zu ermöglichen, sind Sensoren erforderlich, um üblicherweise pro Antrieb bei translatori schen Bewegungen die relative Position und bei rotatorischen Bewegungen die relative Orientierung bzw. Winkelstellung der beiden Glieder, welche durch den Antrieb beweglich miteinander verbunden werden, zueinander zu erfassen; diese Sensoren können unabhängig davon, ob eine Position in transla torischer Richtung oder eine Winkelstellung in rotatorischer Richtung erfasst werden soll, als Positions sensoren bezeichnet werden. Aus diesen erfassten Positions- bzw. Winkelangaben der Positionssenso ren können über die bekannte kinematische Struktur des Antriebssystems die Posen der einzelnen An triebe und Glieder zueinander sowie gegenüber einem Referenzkoordinatensystem bzw. gegenüber einer relativ zu den Gliedern feststehenden Basis bestimmt werden.
Dies gilt insbesondere für ein äußerstes, letztes Glied des Antriebssystems, welches innerhalb der kine matischen Struktur, welche z.B. bei einem Knickarmroboter auch als kinematische Kette bezeichnet werden kann, am weitesten von der feststehenden Basis entfernt angeordnet ist und üblicherweise bei Robotern und insbesondere bei Knickarmrobotern als Endeffektor bezeichnet werden kann. Der Endef fektor bzw. dessen Glied der kinematischen Struktur kann z.B. einen Greifer aufweisen, welcher mittels des Antriebssystems gegenüber der Basis positioniert und bzw. oder orientiert werden kann, um z.B. Aufgaben in der Produktion, in der Montage, in der Lagerhaltung, beim Verpacken und Kommissionie ren, beim Transport und dergleichen wahrnehmen zu können. Wird das Antriebssystem zum Aufladen eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs eingesetzt, so kann der Endeffektor mit seinem Greifer einen Ladeanschluss bzw. eine Ladeanschlussaufnahme greifen können oder selbst als Ladeanschluss bzw. als Ladeanschlussaufnahme ausgebildet sein.
Bei den Anwendungen derartiger Antriebssysteme kann es dazu kommen, dass diese ausgeschaltet wer den, wenn das Antriebssystem nicht betrieben wird. Dies kann z.B. bei einer Unterbrechung einer Pro duktion in der Nacht oder am Wochenende der Fall sein. Auch wird z.B. in der Produktion nicht jedes Antriebssystem durchgängig betrieben bzw. muss durchgängig in einem Bereitschaftsmodus gehalten werden, so dass es auch in diesen Fällen zu einer Ausschaltung des Antriebssystems kommen kann. Fer ner können in einem Bereitschaftsmodus bestimmte Funktionen des Antriebssystems wie z.B. die Positi onssensoren ausgeschaltet werden, während andere Funktionen weiterhin betrieben werden.
In jedem Fall kann es bei derartigen Antriebssystemen bei der Verwendung von relativ arbeitenden Posi tionssensoren durch das Ausschalten zumindest der Positionssensoren dazu kommen, dass die Positio nen bzw. Winkelstellungen der einzelnen Glieder zueinander bei einem erneuten Einschalten des An triebssystems unbekannt sind, da die zuletzt erfassten relativen Angaben durch das Ausschalten des Antriebssystems bzw. dessen Positionssensoren verloren gegangen sind. Sollten die zuletzt erfassten relativen Positions- bzw. Winkelangaben gespeichert worden sein, so kann dennoch nicht ausgeschlos sen werden, dass z.B. durch Kräfte bzw. Momente von außerhalb des Antriebssystems die Lage der Glie der und damit auch die Lage der Sensorelemente der relativ messenden Positionssensoren zueinander im ausgeschalteten Zustand des Antriebssystems verändert wurde, was von den Positionssensoren im ausgeschalteten Zustand nicht erfasst werden konnte.
In diesem Fall würde bei Einschalten des Antriebssystems von einer anderen Pose der Glieder ausgegan gen werden als tatsächlich eingenommen wird, was bei den Bewegungen des Antriebssystems zu Feh lern und insbesondere zu Kollisionen mit anderen Objekten wie anderen Gegenständen oder sogar Per sonen führen kann. Beispielsweise kann das Antriebssystem vor dem Ausschalten in eine sog. Home-Po- sition verfahren worden sein, um in einer bekannten vorbestimmten Pose ausgeschaltet und später wieder in Betrieb genommen zu werden. Diese Pose kann jedoch z.B. durch Berührung eines Benutzers im ausgeschalteten Zustand verändert worden sein, so dass das Antriebssystem bei der erneuten Be triebsaufnahme von der Home-Position als Pose ausgeht, tatsächlich jedoch eine andere zufällige Pose eingenommen wird, so dass von dieser veränderten Pose ausgehende Trajektorien nicht zu der ge wünschten Positionierung und Orientierung des Endeffektors führen können. Beispielsweise kann z.B. ein Ladeanschluss von dieser veränderten Pose ausgehend üblicherweise nicht erfolgreich in die korre spondierende Ladeanschlussaufnahme eines Fahrzeugs eingeführt werden. Vielmehr kann dies zu einer Kollision des Ladesteckers z.B. mit der Karosserie des Fahrzeugs führen.
Daher ist es insbesondere bei Antriebssystemen mit relativ erfassenden Positionssensoren üblich, Refe renzmechanismen vorzusehen, welche das Einnehmen und Erfassen einer vorbestimmten Referenzpose als Referenzstellung jedes Antriebs des Antriebssystems erlauben, von der ausgehend alle weiteren Po sitions- bzw. Winkeländerungen des jeweiligen Antriebs erfasst werden.
Dies kann beispielsweise über mechanische Endanschläge erfolgen, welche für kostengünstige Anwen dungen sehr geeignet sein können. Das zu referenzierende Glied wird dabei solange durch den entspre chenden Antrieb in eine vorgegebene Richtung bewegt, bis ein Stillstand erreicht und bzw. oder eine vorgegebene Kraft bzw. ein vorgegebenes Moment erreicht bzw. überschritten wird. Dies kann von der Steuerungseinheit des Antriebssystems z.B. über einen hieraus resultierenden Anstieg der Stromstärke des entsprechenden elektrischen Antriebs erkannt und als Erreichen der bekannten Referenzposition bzw. Referenzwinkelstellung gewertet werden, so dass die Bewegung des Antriebs beendet und der Positionssensor auf die aktuelle Position bzw. Winkelstellung als Referenzpose eingerichtet werden kann.
Nachteilig kann bei derartigen relativ erfassenden Sensoren sein, dass eine Referenzierung wie z.B. zu vor beschrieben überhaupt erforderlich ist. Dies kann die Aufnahme des Betriebs des Antriebssystems nach einer Betriebsunterbrechung verzögern. Auch ist die zuvor beschriebene Funktion der Referenzie rung vorzusehen, was z.B. einen zusätzlichen Aufwand bei der Programmierung des Antriebssystems verursachen kann.
Nachteilig kann auch sein, dass die Bewegung des Gliedes in die Referenzposition bzw. in die Referenz winkelstellung z.B. durch eine Kollision des Gliedes z.B. mit einem Gegenstand oder durch einen Scha den z.B. des entsprechenden Antriebs wie z.B. einen Getriebeschaden blockiert sein kann. Die Schadens ursache kann dann z.B. zu einem Anstieg der Stromstärke des entsprechenden elektrischen Antriebs führen, welche von der Steuerungseinheit des Antriebssystems erfasst und fälschlicherweise als Errei chen der bekannten Referenzposition bzw. Referenzwinkelstellung gewertet werden kann. Entspre chend würden alle Bewegungen des Antriebs von einer Position bzw. Winkelstellung ausgehend erfol gen, welche gar nicht dessen Referenzstellung entspricht. Dies kann zu einem fehlerhaften Betrieb des Antriebs bzw. des Antriebssystems und insbesondere zu Kollisionen führen.
Alternativ können Endschaltersensoren verwendet werden, gegen welche die Referenzbewegung wie zuvor beschrieben durchgeführt werden kann. Durch diese zusätzlichen Sensoren kann ein Kontakt des jeweiligen Gliedes erkannt und dies als Erreichen der bekannten Referenzposition bzw. Referenzwinkel stellung gewertet werden. Blockaden der Bewegung des Gliedes in die Referenzstellung, wie zuvor be schrieben, können somit nicht mehr zu einem fehlerhaften Erkennen einer Referenzstellung führen, welche tatsächlich gar nicht eingenommen wird.
Nachteilig ist hierbei jedoch, dass pro Glied ein weiterer Sensor verwendet werden muss. Dies kann zusätzliche Kosten für den Sensor sowie seine Verkabelung erfordern sowie einen zusätzlichen Aufwand bei der Montage verursachen. Insbesondere bei Knickarmrobotern kann diese Verkabelung sehr auf wendig sein. Auch kann die Referenzierung bei Ausfall eines Endschaltersensors z.B. durch Beschädigung des Sensors selbst sowie bei sonstigen Schäden wie z.B. bei Kabelbruch, bei Getriebeschäden, bei Schä den der Kupplung zwischen Motor und Getriebe und dergleichen nicht mehr ausgeführt werden können. Um den Aufwand des Referenzierens zu vermeiden, können Absolutwertgeber als Positionssensoren eingesetzt werden, welche stets die absolute Position bzw. Winkelstellung erfassen können, so dass die se nach einer Betriebsunterbrechung des Antriebssystems bzw. dessen Positionssensoren unmittelbar zur Verfügung stehen kann.
Nachteilig ist jedoch bei Absolutwertgebern als Positionssensoren, dass diese üblicherweise deutlich teuer als relativ erfassende Positionssensoren sind.
Nachteilig ist ferner auch in diesem Fall, dass pro Glied ein weiterer Sensor mit entsprechender Verkabe lung verwendet werden muss, was neben den Mehrkosten des Absolutwertgebers an sich auch zu zu sätzlichen Kosten für die Verkabelung sowie zu einem zusätzlichen Aufwand der Montage führen kann. Ferner kann die Referenzierung auch bei Ausfall eines Absolutwertgebers z.B. durch Beschädigung des Sensors selbst sowie z.B. bei Kabelbruch nicht mehr ausgeführt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Antriebssystem der eingangs beschriebenen Art be reitzustellen, so dass die Erfassung der Position bzw. der Winkelstellung wenigstens eines Gliedes ver einfacht und bzw. oder verbessert werden kann. Dies soll vorzugsweise möglichst kostengünstig und bzw. oder ohne zusätzliche technische Vorrichtungen wie insbesondere ohne zusätzlichen Positionssen sor und insbesondere ohne Absolutwertgeber erfolgen. Insbesondere soll die Erfassung der Position bzw. der Winkelstellung des Gliedes bei einem Einschalten des Antriebssystems bzw. dessen Positions sensoren vereinfacht und bzw. oder verbessert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 14 sowie durch ein Computerpro grammprodukt mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems, vorzugsweise eines Roboters, wobei das Antriebssystem aufweist:
• eine Basis,
• einen Endeffektor,
• wenigstens einen Antrieb, welcher den Endeffektor beweglich mit der Basis verbindet, und
• wenigstens eine Bilderfassungseinheit, welche an dem Endeffektor oder unabhängig vom Endef fektor angeordnet und ausgerichtet ist, den Endeffektor in einer Soll-Ziel-Pose zu erfassen.
Unter einer Basis ist ein Element des Antriebssystems zu verstehen, gegenüber welchem der Endeffek tor über wenigstens einen Antrieb bewegt werden kann. Diese Beweglichkeit kann entweder rotatorisch oder linear ausgeführt sein. Vorzugsweise kann das Antriebssystem mehrere Antriebe aufweisen, wel- che über jeweils wenigstens ein Glied miteinander verbunden sind. Hierdurch kann eine aktuierte kine matische Kette zwischen dem Endeffektor und der Basis realisiert werden, welche dem Endeffektor mehr Möglichkeiten zur Positionierung sowie zur Orientierung geben kann als bei lediglich einem An trieb. Auch können mehrere parallele kinematische Ketten z.B. in Form einer Parallelkinematik verwen det werden. Ein einziger Antrieb, d.h. ein einziger Freiheitsgrad, des Endeffektors gegenüber der Basis kann jedoch ausreichend sein, um die vorliegende Erfindung umzusetzen.
Durch die Verwendung einer Bilderfassungseinheit kann zum einen eine optische Bilderfassung vom Endeffektor ausgehend erfolgen. Dabei kann die Bilderfassungseinheit vorzugsweise derart ausgerichtet sein, dass der Bereich unmittelbar vor dem Endeffektor von dem Bilderfassungsbereich der Bilderfas sungseinheit erfasst werden kann. Zum anderen kann eine optische Bilderfassung von einer Stelle aus erfolgen, welcher unabhängig vom Endeffektor ist, d.h. dass der Endeffektor unabhängig von der opti schen Bilderfassungseinheit positioniert und ausgerichtet werden kann. Die dort angeordnete Bilderfas sungseinheit führt die Bewegungen des Endeffektors nicht mit aus und kann somit bei entsprechender Ausrichtung relativ zum Endeffektor diesen erfassen, wenn sich der Endeffektor in einer Soll-Ziel-Pose befindet, welche weiter unten näher beschrieben werden wird. Hierzu kann die optische Bilderfassungs einheit an einem Glied des Antriebsystems angeordnet sein, welches relativ zum Endeffektor beweglich ist. Auch kann die optische Bilderfassungseinheit an der Basis oder auch an einer Stelle wie z.B. an einer Wand angeordnet sein, an welcher die Basis angeordnet ist. Hierdurch können vielfältige Anwendungs möglichkeiten geschaffen werden, den Endeffektor in seiner Soll-Ziel-Pose mittels der optischen Bilder fassungseinheit zu erfassen.
Dabei ist es auch möglich, eine erste Bilderfassungseinheit am Endeffektor und eine zweite Bilderfas sungseinheit ortsfest zum Endeffektor einzusetzen und das weiter unten beschriebene erfindungsgemä ße Verfahren jeweils umzusetzen, wobei die Ergebnisse beider Verfahren miteinander in Kombination betrachtet werden könnten. Beispielsweise könnte dann das Auslösen einer Reaktion davon abhängen, ob beide Verfahren zum selben Ergebnis oder zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.
Die Bilderfassungseinheit kann vorzugsweise eine Kamera und insbesondere ein Stereokamerapaar oder eine Monokamera sein. Dies kann die Umsetzung einer optischen Bilderfassung vergleichsweise kosten günstig ermöglichen. Werden zur Umsetzung eines Stereokamerapaars zwei Kameras mit geringer Auf lösung wie z.B. CCD-Kameras verwendet, so kann dies besonders preisgünstig umgesetzt werden. Auch kann die Bildverarbeitung mit vergleichsweise geringer Computerleistung umgesetzt werden.
Hierzu ein Stereokamerapaar zu verwenden, kann den Vorteil bieten, dass eine stereoskopische Bilder fassung ermöglicht werden kann, so dass aus den erfassten Bildern Tiefeninformationen gewonnen wer den können. Dies kann die Bestimmung einer Tiefeninformation aus zwei zeitgleich aufgenommenen Bildern ermöglichen, welche zumindest im Wesentlichen in dieselbe Richtung ausgerichtet aber räum- lieh zueinander versetzt sind. Unter Berücksichtigung der Tiefeninformation können eine deutlich ge nauere und robustere Tiefenschätzung und damit auch eines genaueres Bestimmen der Pose eines Ob jekts in dem erfassten Bild als bei der Auswertung lediglich eines einzelnen Bildes erfolgen.
Die Verwendung einer Monokamera kann die Gewinnung von Tiefeninformationen gar nicht oder nur mit einem erhöhten Aufwand der Bildverarbeitung und Mustererkennung ermöglichen, hierfür jedoch einfacher und bzw. oder kompakter in der Gestaltung und Größe sein. Dies kann zu geringeren Kosten führen. Auch kann die Auswertung der erfassten Bilddaten einfacher und schneller erfolgen, was Re chenleistung einsparen kann. Aus diesen Gründen kann die Verwendung einer Monokamera gegenüber einer Stereokamera zu bevorzugen sein.
Mittels des zuvor beschriebenen Antriebssystems kann das erfindungsgemäße Verfahren mit wenigs tens den folgenden Schritten ausgeführt werden:
• Anfahren einer Soll-Ziel-Pose des Endeffektors mittels des Antriebs,
• wobei die Soll-Ziel-Pose derart vorgegeben ist, so dass ein vorbestimmtes Objekt oder der End effektor von der Bilderfassungseinheit erfasst werden kann,
• in einer Ist-Ziel-Pose, Erfassen eines Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mittels der Bilderfassungseinheit als Ist-Bild,
• Vergleichen des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mit einem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors, und
• in Abhängigkeit des Vergleichens, Auslösen einer Reaktion.
Mit anderen Worten dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, eine Soll-Ziel-Pose des Endeffektors mittels dessen Antriebs anzufahren, so dass aus dieser Soll-Ziel-Pose heraus entweder das vorbestimmte Objekt oder der Endeffektor von der Bilderfassungseinheit als Ist-Bild optisch erfasst werden kann. Das erfasste Ist-Bild kann dann mit einem Soll-Bild verglichen werden, so dass eine Aussage darüber getrof fen werden kann, ob eine Übereinstimmung des Ist-Bildes mit dem Soll-Bild vorliegt oder nicht. Liegt eine Übereinstimmung zwischen Ist-Bild und Soll-Bild vor, so wurde die Soll-Ziel-Pose korrekt angefah ren und eingenommen und die Ist-Ziel-Pose entspricht der Soll-Ziel-Pose, d.h. die vermeintliche Soll-Ziel- Pose entspricht der tatsächlichen Soll-Ziel-Pose. Je nach Ergebnis dieses Vergleichens können unter schiedliche Reaktionen ausgeführt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass eine Ist-Ziel-Pose eines Endeffek tors, welche gemäß einer vorgegebenen Soll-Ziel-Pose angefahren wurde, gar nicht der tatsächlichen Soll-Ziel-Pose entsprechen muss. Diese Abweichung kann auf äußeren Umständen, wie zum Beispiel von außen einwirkenden Kräften bzw. Momenten sowie Blockaden der Trajektorie und dergleichen, beru hen. Auch können sich z.B. Ungenauigkeiten in der Steuerung bzw. Regelung, Spiel in den Lagerungen der Antriebe und bzw. oder Gelenke, Beschädigungen sowie Verschmutzungen der Bilderfassungsein heit ebenso wie Ungenauigkeiten in den sensorischen Positionserfassungen auf eine Abweichung zwi schen einer Soll-Trajektorie bzw. Soll-Ziel-Pose und einer Ist-Trajektorie bzw. einer Ist-Ziel-Pose auswir ken, welche sich entsprechend in einer Ist-Ziel-Pose widerspiegeln kann, welche vermeintlich der Soll- Ziel-Pose entspricht, tatsächlich jedoch von dieser abweicht.
Um nun festzustellen, ob eine derartige Abweichung vorliegt oder die Soll-Ziel-Pose ausreichend genau vom Endeffektor eingenommen wird, kann erfindungsgemäß eine Bilderfassungseinheit des Antriebssys tems verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Bilderfassungseinheit, welche heutzutage häu fig ohnehin bei Antriebssystemen und insbesondere bei Robotern vorhanden und üblicherweise gerade an dessen Endeffektor zum Beispiel zur Überwachung des Arbeitsraums und zur Vermeidung von Kolli sionen angeordnet ist, zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. In diesem Fall kann das Ist-Bild seitens des Antriebssystems ohne zusätzlichen Aufwand an Komponenten und Verkabelung erfasst werden. Alternativ kann eine Bilderfassungseinheit, welche üblicherweise kos tengünstig beschafft und angewendet werden kann, ortsfest zum Endeffektor vorgesehen werden, wie zuvor beschrieben, um eine alternative Umsetzung der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
Werden nun das Ist-Bild und das Soll-Bild miteinander verglichen, was mit bekannten Verfahren zur Bildverarbeitung und bzw. oder Mustererkennung erfolgen kann, so muss eine Übereinstimmung vorlie gen, sofern die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors der tatsächlichen Ist-Ziel-Pose des Endeffektors ent spricht. In diesem Fall kann durch das Vergleichen von Ist-Bild und Soll-Bild eine Übereinstimmung von Soll-Ziel-Pose und tatsächlicher Ist-Ziel-Pose bestätigt werden. Andernfalls können Abweichungen er kannt und es kann hierauf reagiert werden. Dabei kann die Reaktion auf eine zutreffende Übereinstim mung anders als auf eine nicht übereinstimmende Übereinstimmung ausfallen.
Als Objekt, von dem ein Ist-Bild und ein Soll-Bild betrachtet werden, kann jegliches optisch erfassbare Objekt verwendet werden, welches sich in der Soll-Ziel-Pose im Bilderfassungsbereich der Bilderfas sungseinheit befindet. Dieses Objekt kann teilweise oder vollständig außerhalb des Antriebssystems liegen. Es kann jedoch auch ein Teil des Antriebssystems selbst, wie beispielsweise dessen Basis, als Ob jekt verwendet werden. Auch kann das Antriebssystem und insbesondere dessen Basis wenigstens eine Markierung aufweisen, welche vorzugsweise optisch besonders charakteristisch und somit optisch be sonders einfach und verlässlich zu identifizieren sein kann. Für das Erfassen des Ist-Bildes können jegli che Bilderfassungsverfahren verwendet werden, welche je nach Anwendungsfall und Ausgestaltung des Objekts hierzu geeignet sind. Alternativ kann, wie zuvor beschrieben, auch der Endeffektor selbst be trachtet werden.
Erfindungsgemäß können auf diese Art und Weise die jeweilige Ist-Ziel-Pose, je nach Anwendungsfall, auf ihre Übereinstimmung mit der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors verglichen werden. Dies kann für Re- ferenz-Posen, Home-Posen sowie Zwischen-Posen entlang einer Trajektorie des Endeffektors verwendet werden, wie weiter unten noch näher beschrieben wird. Die Reaktionen können insbesondere ein Fort setzen einer Bewegung bzw. das Ausführen einer Bewegung aus der aktuellen Ist-Ziel-Pose heraus sein. Im Fall des Nichtübereinstimmens kann eine erneute Referenzierung bzw. eine erstmalige Referenzie- rung erfolgen. Auch können Meldungen und Informationen an den Benutzer und andere Vorrichtungen herausgegeben sowie aus Sicherheitsgründen der Betrieb des Antriebssystems abgebrochen oder zu mindest unterbrochen werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren vor dem Anfahren wenigstens die weiteren Schritte auf:
• Anfahren der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors mittels des Antriebs,
• Verifizieren der Ist-Ziel-Pose als Soll-Ziel-Pose,
• in der Soll-Ziel-Pose, Erfassen eines Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mittels der Bilderfassungseinheit, und
• Speichern des erfassten Bildes als Soll-Bild.
Dies stellt eine Möglichkeit dar, dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Soll-Bild vorzugeben, gegenüber dem ein Vergleichen mit einem aktuell aufgenommenen Ist-Bild zu erfolgen hat. Dabei wird auch in die sem Fall der Endeffektor mittels seiner Antriebe in die Soll-Ziel-Pose verfahren, welche in diesem Fall zum Beispiel durch einen Benutzer als Ist-Ziel-Pose verifiziert werden kann. Dies kann seitens des Benut zers durch eine Überprüfung des aufgenommenen Ist-Bildes, durch die Überprüfung von erfassten Messwerten, durch die Verwendung von weiteren externen Sensormitteln und dergleichen erfolgen.
Das Soll-Bild kann dann zur weiteren Verwendung in dem Antriebssystem gespeichert werden. Das Soll- Bild kann auch als Referenzbild bezeichnet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Anfahren der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors mittels des Antriebs, das Verifizieren der Ist-Ziel-Pose als Soll-Ziel-Pose, das Erfassen eines Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mittels der Bilderfassungseinheit in der Soll- Ziel-Pose und das Speichern des erfassten Bildes als Soll-Bild bei einer Inbetriebnahme des Antriebssys tems. Die Inbetriebnahme kann insbesondere eine Erstinbetriebnahme sein. Eine derartige Inbetrieb nahme wird üblicherweise durch eine Person durchgeführt, welche hierzu entsprechend geschult und ausgebildet ist. Daher kann auf diese Art und Weise eine zuverlässige Überprüfung erfolgen, ob die Ist- Ziel-Pose des Endeffektors der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors entspricht und entsprechend als Soll-Bild bzw. als Referenzbild gespeichert werden kann. Nach Abschluss der Inbetriebnahme und insbesondere einer Erstinbetriebnahme kann somit das erfindungsgemäße Verfahren, wie zuvor beschrieben, ausge hend von einem Soll-Bild der tatsächlichen Soll-Ziel-Pose gestartet werden. Dieses Soll-Bild kann für alle weiteren Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens Gültigkeit haben. Dabei wird üblicherweise ein einziges Soll-Bild hinterlegt. Es können jedoch auch mehrere Soll-Bilder hinterlegt werden, welche z.B. zu unterschiedlichen Tages- oder Jahreszeiten erfasst wurden und ver wendet werden können, um z.B. unterschiedliche Beleuchtungen des Objekts bzw. des Endeffektors in der Soll-Ziel-Pose zu berücksichtigen. Auch können in einer Situation mehrere Soll-Bilder erfasst und zu einem einzigen Soll-Bild gemittelt werden, um kleinere Abweichungen in den Lichtverhältnissen auszu gleichen. Ebenso kann bei jeder Inbetriebnahme, welche unter der Aufsicht einer Person durchgeführt wird, ein neues aktuelles Soll-Bild als Referenz-Bild erstellt und gespeichert werden, um Veränderungen und insbesondere Verschmutzungen sowie ein Verblassen des Objekts bzw. des Endeffektors berück sichtigen und hierdurch die Qualität des Vergleichens verbessern bzw. aufrechterhalten zu können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren wenigstens den weite ren Schritt vor dem Anfahren auf:
• Speichern eines vorbestimmten Bildes als Soll-Bild.
Alternativ kann das Soll-Bild somit anstatt durch eines in der tatsächlichen Soll-Ziel-Pose verifiziertes Soll-Bild auch durch ein vorbestimmtes Soll-Bild vorgegeben werden. Ein derartig vorbestimmtes Soll- Bild kann zum Beispiel unabhängig von dem Einsatzort des Antriebssystems, wie zum Beispiel in einem Labor des Herstellers des Antriebssystems, aufgenommen und in dem Antriebssystem allgemeingültig hinterlegt werden. Auch besteht die Möglichkeit, ein derartig vorbestimmtes Soll-Bild künstlich z.B. mit tels einer Computersoftware zu erzeugen und allgemeingültig in dem Antriebssystem zu hinterlegen. Dies kann zum Beispiel über ein gerendertes Soll-Bild erfolgen. In derartigen Fällen kann von einer werksseitigen Vorgabe gesprochen werden, da das vorbestimmte Bild als Soll-Bild unabhängig vom An wendungsort des Antriebssystems vorgegeben werden kann. Dies kann die Vorgabe des vorbestimmten Bildes vereinfachen. Nachteilig kann hierbei sein, dass zum Beispiel Lichtverhältnisse und andere äußere Umstände des realen Anwendungsortes nicht in dem vorbestimmten Bild dargestellt werden können. Dies kann den Vergleich zwischen Ist-Bild und Soll-Bild bei der späteren Anwendung des erfindungsge mäßen Verfahrens erschweren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors eine Referenz-Pose des Endeffektors. Unter einer Referenz-Pose wird eine Pose des Antriebssystems verstan den, in der eine Referenzierung des Antriebssystems erfolgt. Von einer derartigen Referenzposition aus gehend können alle weiteren Bewegungen und insbesondere Trajektorien des Antriebssystems vorgege ben sein, um von einem einheitlich definierten und bekannten Bezugspunkt ausgehen zu können. Der Bezugspunkt ist dabei im Sinne einer Landmarke als Punkt bzw. Fläche zu verstehen, auf den eine räum liche Beschreibung bezogen wird. Dieser Referenz-Pose kommt eine entsprechend hohe Bedeutung für die Benutzung des Antriebssystems zu, da bei Abweichungen der Start-Pose eines Pfades gegenüber der Referenz-Pose auch die tatsächliche Trajektorie von der Soll-Trajektorie abweichen und hierdurch zum Beispiel Kollisionen mit anderen Vorrichtungen oder Benutzern hervorrufen kann.
Um somit die Sicherheit des Betriebs des Antriebssystems zu erhöhen, kann das erfindungsgemäße Ver fahren dazu angewendet werden, in der vermeintlichen Referenz-Pose des Endeffektors das Ist-Bild des vorbestimmten Objekts aufzunehmen und dieses mit dem Soll-Bild der Referenz-Pose zu vergleichen. Hierdurch kann eine Verifizierung der vermeintlichen Referenz-Pose gegenüber der tatsächlichen Refe renz-Pose gemäß des Soll-Bildes als Referenzbild erfolgen. Bei Übereinstimmung kann dann von einem erfolgreich referenzierten Antriebssystem bzw. Endeffektor ausgegangen und die Trajektorien abgefah ren werden. Bei Nichtübereinstimmung kann beispielsweise ein erneutes Referenzieren erfolgen, wel ches erneut gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zu überprüfen sein kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors eine Home-Pose des Endeffektors. Unter einer Home-Pose wird eine Pose des Endeffektors verstanden, wel che als allgemeine Start-Pose angesehen werden kann, von der die Bewegungen bzw. Trajektorien übli cherweise ausgehend ausgeführt werden. Die Home-Pose weicht dabei üblicherweise von einer Refe renz-Pose ab, kann jedoch auch mit dieser zusammenfallen. Während die Referenz-Pose nur zur Refe- renzierung eingenommen wird, wird die Home-Pose üblicherweise nach dem Abschluss einer Trajektorie und insbesondere vor dem Ausschalten bzw. Herunterfahren des Antriebssystems eingenommen. Auf diese Art und Weise soll über die Home-Pose sichergestellt werden, dass bei Betriebsbeginn und insbe sondere bei Beginn von Trajektorien stets von der gleichen Pose ausgegangen werden kann.
Entsprechend kommt auch der Home-Pose eine besondere Bedeutung beim Betrieb des Antriebssys tems zu, da sich, wie zuvor bei der Referenz-Pose beschrieben, auch die Genauigkeit der eingehaltenen Home-Pose auf die Genauigkeit der von ihr ausgehenden Bewegungen und Trajektorien auswirken kann. Wird somit durch das erfindungsgemäße Verfahren eine vermeintliche Home-Pose als tatsächliche Ho me-Pose verifiziert, so kann diese Pose verwendet werden, um Bewegungen des Antriebssystems auszu führen. Wird eine Nichtübereinstimmung festgestellt, sollte dies vermieden werden. Stattdessen kann ein erneutes Referenzieren des Antriebssystems erfolgen, welches, wie zuvor beschrieben, erfindungs gemäß ebenfalls überprüft werden kann. Das erfolgreich referenzierte Antriebssystem kann dann erneut in die Home-Pose gefahren werden, welche gemäß dem Erfindungsverfahren erneut verifiziert werden kann. Dies kann die Betriebssicherheit des Antriebssystems verbessern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren nach dem Anfahren und vor dem Erfassen wenigstens den weiteren Schritt auf:
• Unterbrechen des Betriebs des Antriebssystems. Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass, wie zuvor bereits erwähnt, eine Home-Pose üblicherweise gerade dann eingenommen wird, bevor das Antriebssystem ausgeschal tet bzw. heruntergefahren wird. Da jedoch nicht ausgeschlossen werden kann, dass durch äußere Um stände wie einwirkende Kräfte bzw. Momente, zum Beispiel durch einen Benutzer oder durch andere Vorrichtungen, das Antriebssystem im unterbrochenen Betriebszustand aus der Home-Pose herausbe wegt wird, ist es gerade in diesem Fall vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren, wie zuvor beschrie ben, anzuwenden, um beim Wiedereinschalten des Antriebssystems die vermeintliche Home-Pose auf ihre Gültigkeit zu überprüfen. Hierdurch kann die Betriebssicherheit, wie zuvor beschrieben, gewährleis tet werden. Gleichzeitig kann durch eine Überprüfung der Home-Pose auf ein Referenzieren des An triebssystems bei jedem Wiedereinschalten verzichtet werden, was einen größeren Aufwand darstellen würde, als gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens die Home-Pose zu verifizieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors eine Zwischen-Pose innerhalb einer Trajektorie des Endeffektors. Unter einer Zwischen-Pose wird eine Pose der Trajektorie verstanden, welche zwischen einer Start-Pose und einer End-Pose der Trajektorie liegt. Auf diese Art und Weise kann das Abfahren einer Trajektorie durch den Endeffektor an der Zwischen-Po se unterbrochen und dort, wie zuvor beschrieben, ein Bild des vorbestimmten Objekts erfasst werden. Durch den Vergleich mit einem Soll-Bild, welches an dieser Zwischen-Pose zuvor verifiziert oder vorge geben wurde, kann eine Überprüfung erfolgen, ob die Trajektorie zumindest bis zum Erreichen der Zwi schen-Pose erfolgreich von dem Antriebssystem abgefahren wurde oder nicht. Wird dies durch eine Übereinstimmung von Soll-Bild und Ist-Bild festgestellt in der Zwischen-Pose festgestellt, so kann die Trajektorie fortgesetzt werden. Andernfalls kann der Endeffektor beispielsweise zurück in die Start-Pose bewegt und das Abfahren der Trajektorie erneut begonnen werden. Gegebenenfalls kann auch zwi schendurch ein Referenzieren des Endeffektors erfolgen, um die Genauigkeit des Abfahrens der Trajekt orie bei dem darauffolgenden Abfahren zu verbessern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das vorbestimmte Objekt zumindest ab schnittsweise die Basis und bzw. oder eine Markierung, vorzugsweise der Basis, und bzw. oder ein mit tels einer Trajektorie anzufahrendes Objekt.
Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich das mittels der Bild erfassungseinheit zu erfassende vorbestimmte Objekt nach Anwendung dahingehend unterscheiden kann, auf welche Art eine Pose auf ihre Korrektheit bzw. Genauigkeit überprüft werden soll. In jedem Fall kann das vorbestimmte Objekt teilweise oder vollständig die Basis, die Markierung bzw. das anzu fahrende Objekt sein.
Wird beispielsweise eine Trajektorie zu einem Objekt hin abgefahren, so bietet es sich an, ein Bild des anzufahrenden Objektes zu erfassen. Findet jedoch eine Überprüfung einer Referenz-Pose bzw. einer Home-Pose statt, so wird es üblicherweise zweckmäßig sein, dass das vorbestimmte Objekt zumindest einen Teil des Antriebssystems und bzw. oder zumindest einen Teil der Umgebung des Antriebssystems umfasst, da diese als unveränderlich angesehen werden können und somit als Bezugsobjekte zur Verifi zierung einer Referenz-Pose bzw. einer Home-Pose dienen können. Hierzu kann vorzugsweise die Basis selbst verwendet werden, da der Endeffektor über den Antrieb gegenüber der Basis bewegt wird und die Basis nicht nur für die Kinematik des Antriebssystems, sondern auch für die Erfassung des Ist-Bildes bzw. Soll-Bildes einen festen Bezugspunkt bzw. eine Landmarke darstellen kann. Die Basis kann bei spielsweise aufgrund ihrer Kontur, ihrer Farbe, ihrer Formgebung, ihrer Bemusterung bzw. wenigstens einer darauf angebrachten Markierung derart eindeutig bzw. einfach in dem Ist-Bild zu erkennen sein, dass sie für den Vergleich von Ist-Bild und Soll-Bild besonders geeignet sein kann. Gerade über eine Mar kierung, welche vorzugsweise auf der Basis aber auch in dessen Umgebung angeordnet sein kann, kann eine möglichst eindeutige Überprüfung der jeweiligen Pose aus dem Ist-Bild und dem Soll-Bild erfolgen können. Je nach Anwendungsfall kann es sich bei der Markierung um eine Referenz-Markierung oder um eine Start-Markierung bzw. eine Home-Markierung handeln.
In jedem Fall kann der Schritt des Vergleichens des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts mit dem Soll- Bild des vorbestimmten Objekts durch eine markante Gestaltung der Basis und bzw. oder durch eine zu verwendende Markierung verbessert werden. Dies kann die Ausführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens und insbesondere das Ergebnis des Vergleichens verbessern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung löst das Auslösen, falls das Vergleichen des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mit dem Soll-Bild des vorbestimmten Ob jekts oder des Endeffektors zu einer Nichtübereinstimmung führt, wenigstens eine der folgenden Reak tionen aus:
• Durchführen einer erneuten Referenzierung, vorzugsweise falls die Soll-Ziel-Pose des Endeffek tors eine Referenz-Pose des Endeffektors ist;
• Durchführen einer Referenzierung, vorzugsweise falls die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors eine Home-Pose des Endeffektors ist und bzw. oder eine Zwischen-Pose innerhalb einer Trajektorie des Endeffektors ist;
• Abbrechen oder Unterbrechen des Betriebs des Antriebssystems;
• Ausgeben eines Hinweises auf die Nichtübereinstimmung an den Benutzer;
• Ausgeben eines Hinweises auf die Nichtübereinstimmung an wenigstens eine andere Vorrich tung. Wie teilweise zuvor bereits erwähnt, können auf diese Art und Weise Reaktionen ausgeführt werden, welche je nach Anwendungsfall zu der Nichtübereinstimmung von Ist-Bild und Soll-Bild des erfindungs gemäßen Verfahrens passen können.
Eine erneute Referenzierung des Endeffektors kann dabei insbesondere dann nützlich bzw. erforderlich sein, falls die Soll-Ziel-Pose eine Referenz-Pose ist, welche jedoch tatsächlich nicht eingenommen wurde. Dies kann zur erneuten Durchführung der Referenzierung führen mit dem Ziel, dass sich hierdurch eine erfolgreiche Referenzierung erreichen lässt. Ist dies nicht der Fall, kann vorzugsweise der Betrieb des Antriebssystems unterbrochen und der Benutzer zum Beispiel über eine Anzeige auf einem Anzeigegerät darauf hingewiesen werden, dass ein Betrieb des Antriebssystems aufgrund einer mehrfach nicht erfolg reich durchgeführten Referenzierung zu diesem Zeitpunkt nicht möglich erscheint. Entsprechende Infor mationen können auch an andere Vorrichtungen übergeben werden, welche zum Beispiel mit dem An triebssystem interagieren können bzw. auf deren Funktionsfähigkeit zum Beispiel in nachfolgenden Pro duktionsschritten angewiesen sind, um auch diese zu informieren, dass ein derzeitiger Betrieb des An triebssystems mangels erfolgreicher Referenzierung nicht möglich erscheint. Dann kann ein Benutzer den Grund untersuchen, warum eine Referenzierung nicht erfolgreich durchgeführt werden konnte und die Ursache beheben und bzw. oder sonstige Maßnahmen einleiten.
Auch kann auf diese Art und Weise eine erstmalige Referenzierung, vorzugsweise betrachtet nach einer Unterbrechung des Betriebs des Antriebssystems, ausgeführt werden. Dies kann beispielsweise nützlich oder erforderlich sein, falls die Überprüfung einer vermeintlichen Flome-Pose zu dem Ergebnis führte, dass die Home-Pose tatsächlich gar nicht eingenommen wird. Während aus einer tatsächlich eingenom menen Home-Pose heraus hätte der Betrieb des Antriebssystems direkt erfolgen können, so sollte in diesem Fall eine Referenzierung des Antriebssystems eingeleitet werden, um danach die Home-Pose erneut anfahren und erneut zu verifizieren. Über diesen zusätzlichen Aufwand, welcher insbesondere Zeit erfordert, kann ein Benutzer bzw. können nachfolgende andere Vorrichtungen ebenfalls informiert werden, wie zuvor beschrieben. Dies gilt vergleichbar für eine Zwischen-Pose innerhalb einer Trajektorie des Endeffektors, welche ebenfalls nicht erfolgreich verifiziert werden konnte. Auch in diesem Fall kann eine Referenzierung des Antriebssystems förderlich sein, um von einer verbesserten Start-Pose aus die Trajektorie des Endeffektors erneut abfahren zu können.
Zu diesen möglichen Reaktionen im Falle einer Nichtübereinstimmung von Ist-Bild und Soll-Bild gehört auch das Abbrechen oder das Unterbrechen des Betriebs des Antriebssystems, wie teilweise zuvor be reits angesprochen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass sich z.B. mögliche Beschädigungen des Antriebssystems, welche zu einer Nichtübereinstimmung von Ist-Bild und Soll-Bild führen können, sich nicht weiter fortsetzen und ggfs auf andere Komponenten des Antriebssystems bzw. auf die Umgebung auswirken können. Vielmehr kann es an dieser Stelle hilfreich sein, das Antriebssystem von einem Be- nutzer daraufhin untersuchen zu lassen, welchen Grund das Nichtübereinstimmen von Ist-Bild und Soll- Bild haben könnte. Von dem Benutzer können die Ursache behoben und bzw. oder sonstige Maßnah men eingeleitet werden, um danach den Betrieb des Antriebssystems wieder aufzunehmen.
Das Ausgeben eines Hinweises auf die Nichtübereinstimmung an einen Benutzer kann, wie zuvor bereits erwähnt, in Form einer Mitteilung, zum Beispiel über ein optisches Ausgabegerät wie einen Monitor, erfolgen. Dies kann ebenso über stationäre Vorrichtungen wie über mobile Vorrichtungen, wie zum Bei spiel ein Tablet oder ein Smartphone oder dergleichen, erfolgen. Auch kann ein derartiger Hinweis zu sätzlich oder alleinig optisch durch ein Warnsignal oder dergleichen erfolgen. Ebenso kann ein derartiger Hinweis insbesondere bei einem Smartphone durch das Auslösen einer Vibrationsfunktion erfolgen. In allen Fällen kann über den Hinweis die Aufmerksamkeit des Benutzers erlangt werden, dass ein Nicht übereinstimmen von Ist-Bild und Soll-Bild gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens erkannt wurde, um den Benutzer wenigstens hierüber zu informieren und gegebenenfalls sein Eingreifen zu veranlas sen, wie zuvor bereits erwähnt.
Das Ausgeben eines Hinweises auf die Nichtübereinstimmung an wenigstens eine andere Vorrichtung kann dafür sorgen, dass ein Benutzer davon entlastet werden kann, die erhaltene Information des An triebssystems selbst auf andere Vorrichtungen zu übertragen. Dies kann insbesondere bei einem zusam menwirkenden Produktionsablauf zweckmäßig sein, in den das betrachtete Antriebssystem eingebun den ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung löst das Auslösen, falls das Vergleichen des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts oder des Endeffektors mit dem Soll-Bild des vorbestimmten Ob jekts oder des Endeffektors zu einer Übereinstimmung führt, wenigstens eine der folgenden Reaktionen aus:
• Abfahren einer vorbestimmten Trajektorie des Endeffektors, vorzugsweise von einer Referenz- Pose des Endeffektors oder von einer Home-Pose beginnend;
• Fortsetzen des Abfahrens einer Trajektorie des Endeffektors, vorzugsweise von einer Zwischen- Pose innerhalb der Trajektorie des Endeffektors beginnend.
Wie bereits zuvor erwähnt, kann in dem Fall der Übereinstimmung von Ist-Bild und Soll-Bild der Betrieb des Antriebssystems wie vorgesehen fortgesetzt werden. Dies kann, je nach Anwendungsfall, das Abfah ren einer vorbestimmten Trajektorie des Endeffektors sein, welche vorzugsweise von einer Referenz-Po se bzw. einer Home-Pose aus beginnen kann. Ebenso kann eine Trajektorie des Endeffektors fortgesetzt werden, nachdem durch das erfindungsgemäße Verfahren verifiziert wurde, dass eine Zwischen-Pose innerhalb der Trajektorie von dem Endeffektor bis dahin erfolgreich angefahren wurde. Weitere Reak- tionen können sich aus dem jeweiligen Anwendungsfall ergeben. Die Referenz-Pose und die Home-Pose können auch zusammenfallen und identisch sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Antrieb ausgebildet, eine Position oder eine Winkelstellung zwischen seiner Antriebsseite und seiner Abtriebsseite relativ zu erfassen. Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass relativ erfassende Positi onssensoren aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Kosten häufig verwendet werden, zum Beispiel in derartig betrachteten Antriebssystemen wie eingangs beschrieben. Aufgrund ihrer relativ arbeitenden Positions- bzw. Winkelbestimmung ist es jedoch stets erforderlich, bei Betriebaufnahme den relativ ar beitenden Positionssensor zu referenzieren. Dabei kommt es für den erfolgreichen Betrieb des Antriebs systems entscheidend darauf an, wie eingangs beschrieben, dass die Referenzierung erfolgreich durch geführt wird.
Dies kann jedoch, beispielsweise durch Blockaden oder Beschädigungen des Antriebs, verhindert wer den, wobei dennoch von dem Antriebssystem von einer vermeintlich erfolgreichen Referenzierung aus gegangen werden kann. Von einer fälschlicherweise verwendeten Referenz-Pose ausgehende Trajektori- en können entsprechend zu Kollisionen, Beschädigungen sowie Verletzungen von Benutzern führen. Daher ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, eine vermeintlich erfolgte Referenzierung über den Abgleich von Ist-Bild und Soll-Bild in der Referenz-Pose zusätzlich zu überprüfen. Auf diese Art und Weise kann eine aufgrund von Störungen fälschlicherweise als erfolgreich angenommene Referenzierung als solche erkannt und entsprechende Reaktionen wie zuvor beschrieben ausgelöst werden, so dass die vermeint lich erfolgreiche Referenzierung nicht als Start-Pose für eine Bewegung und einen Betrieb des Antriebs systems verwendet werden kann. Dies kann die Sicherheit des Antriebssystems verbessern und dennoch die Verwendung von vergleichsweise kostengünstigen relativ erfassenden Positionssensoren erlauben.
Auch kann eine Home-Pose eingenommen werden, bevor die Unterbrechung des Betriebs des Antriebs systems erfolgt. Durch die Unterbrechung des Betriebs des Antriebssystems gehen jedoch die referen- zierte Positions- bzw. Winkelerfassung des relativ arbeitenden Positionssensors verloren. Somit ist es bei Betriebsaufnahme eines derartigen Antriebssystems erforderlich, dass dieses aus der Home-Pose zu nächst in die Referenz-Pose bewegt wird, um dort eine erneute Referenzierung, wie zuvor beschrieben, durchzuführen. Kann jedoch erfindungsgemäß die Home-Pose, welche bei einer erneuten Betriebsauf nahme eigentlich vorliegen müsste, erfindungsgemäß durch den Vergleich von Ist-Bild und Soll-Bild veri fiziert werden, so kann auf den zusätzlichen Schritt des Referenzierens verzichtet und der Betrieb des Antriebssystems direkt aus der Home-Pose heraus ausgeführt werden. Dies kann Zeit für den Betrieb des Antriebssystems sparen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Antriebssystem einen Linearan trieb auf, welcher ausgebildet ist, die Basis gegenüber einem Untergrund, vorzugsweise gegenüber einer Wand, vorzugsweise vertikal, zu verfahren. Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkennt nis zugrunde, dass ein derartiges Antriebssystem z.B. zum selbsttätigen Aufladen eines elektrisch be treibbaren Fahrzeugs verwendet werden kann. In diesem Fall kann das Antriebssystem mit seiner Basis an einer Wand, insbesondere vertikal in der Flöhe, verfahren werden. In diesem Fall kann der Endeffek tor ausgebildet sein, durch den Antrieb und die Glieder in der horizontalen Ebene relativ zur Basis be wegt zu werden. Dies kann eine vergleichsweise einfache Kinematik des Antriebssystems ermöglichen, da vergleichsweise wenige Antriebe und Glieder zur Durchführung einer horizontalen Bewegung des Endeffektors verwendet werden müssen. Die dreidimensionale Beweglichkeit des Endeffektors kann dann über die relative Beweglichkeit der Basis gegenüber der Wand erreicht werden. Auf diese Art und Weise kann ein Endeffektor mit bzw. als Ladestecker gegenüber einer Ladebuchse eines elektrisch be treibbaren Fahrzeugs innerhalb eines gewissen Arbeitsraums ausreichend positioniert und orientiert werden, um den Aufladevorgang auszuführen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Antriebssystem zur Ausführung eines Verfahrens, wie zuvor beschrieben, mit einer Basis, einem Endeffektor, wenigstens einem Antrieb, welcher den Endeffektor beweglich mit der Basis verbindet, und wenigstens einer Bilderfassungseinheit, welche an dem Endef fektor angeordnet ist. Mittels eines derartigen Antriebssystems kann eine Umsetzung des zuvor be schriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen, um deren Eigenschaften und Vorteile umsetzen zu können. Insbesondere kann das Antriebssystem eine Steuerungseinheit aufweisen, welche die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Steuerungseinheit kann ferner die hierzu erfor derlichen Sensorabfragen, zum Beispiel seitens des Antriebs und der Bilderfassungseinheit, erhalten. Ebenso kann die Steuerungseinheit den Antrieb und den Endeffektor bzw. die Bilderfassungseinheit betreiben.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Ausführung eines Verfahrens, wie zuvor beschrieben. Das computerlesbare Medium kann ein interner Speicher eines Computers sowie ein entfernbarer Speicher wie z.B. eine Diskette, eine CD, eine DVD, ein USB-Stick, eine Speicherkarte und dergleichen sein. Auf diese Art und Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren einem Computer, wel cher eine Steuerungseinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sein kann, zur Verfügung gestellt werden.
Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammen hang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Antriebssystem gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels; Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der Figur 1 bei der Überprüfung einer Referenz-Pose in einer ersten Darstellung;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der Figur 1 bei der Überprüfung der Re ferenz-Pose in einer zweiten Darstellung;
Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der Figur 1 bei der Überprüfung einer Flome-Pose in einer ersten Darstellung;
Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der Figur 1 bei der Überprüfung der Ho- me-Pose in einer zweiten Darstellung;
Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf ein Antriebssystem gemäß eines zweiten Ausführungsbei spiels bei der Überprüfung einer Referenz-Pose in einer ersten Darstellung;
Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der Figur 6 bei der Überprüfung der Re ferenz-Pose in einer zweiten Darstellung;
Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der Figur 1 bei der Überprüfung einer Zwischenpose einer Trajektorie in einer ersten Darstellung;
Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem der Figur 1 bei der Überprüfung der Zwi schenpose einer Trajektorie in einer zweiten Darstellung; und
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umsetzung der Überprüfungen der Fig. 2 bis 7.
Die o.g. Figuren werden in kartesischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsrichtung X, welche auch als Tiefe X bezeichnet werden kann. Senkrecht zur Längsrichtung X erstreckt sich eine Quer richtung Y, welche auch als Breite Y bezeichnet werden kann. Senkrecht sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung Y erstreckt sich eine vertikale Richtung (nicht dargestellt), welche auch als Höhe bezeichnet werden kann.
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Antriebssystem 1 gemäß eines ers ten Ausführungsbeispiels. Das betrachtete Antriebssystem 1 kann als Roboter 1 und insbesondere als Knickarmroboter 1 bezeichnet werden. Der Roboter 1 könnte auch als Manipulator 1 bezeichnet wer den. Der Roboter 1 stellt in diesem betrachteten Ausführungsbeispiel eine Aufladevorrichtung 1 dar. Alternativ könnte das Antriebssystem 1 auch eine Automatisierungsanlage 1 sein.
Der Roboter 1 ist als Aufladevorrichtung 1 im betrachteten Fall im Wesentlichen in der horizontalen Ebene ausgebildet, welche durch die Querrichtung Y und die Längsrichtung X aufgespannt wird. Der Roboter 1 weist eine Basis 10 auf, in welcher eine Steuerungseinheit 16 des Roboters 1 angeordnet ist. Die Steuerungseinheit 16 kann auch als Rechnereinheit 16 bezeichnet und zur Durchführung z.B. des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß des Ablaufdiagramms der Fig. 10 verwendet werden. Der Robo- ter 1 ist seitens seiner Basis 10 über einen Linearantrieb 17 in der Höhe (nicht dargestellt) verfahrbar an einem Untergrund 3 in Form einer Wand 3 angeordnet.
Der Roboter 1 weist ferner drei Antriebe 12 in Form von aktuierten Drehgelenken 12 auf. Zwischen den drei aktuierten Drehgelenken 12 sind zwei Glieder 11 angeordnet, welche auch als Achsen 11 bezeichnet werden können. Dabei ist eines der drei aktuierten Drehgelenke 12 zwischen den beiden Gliedern 11 angeordnet. Ein weiteres aktuiertes Drehgelenk 12 ist zwischen einem der Glieder 11 und der Basis 10 angeordnet. Das dritte aktuierte Drehgelenk 12 ist am Ende des anderen Gliedes 11 angeordnet und weist abtriebsseitig einen Endeffektor 13 auf, welcher aufgrund der Verwendung des Roboters 1 als Aufladevorrichtung 1 als Ladestecker 13 ausgebildet ist, alternativ aber auch zum Greifen, Halten und Führen eines Ladesteckers 13 ausgebildet sein könnte.
An dem Endeffektor 13 ist ferner eine Bilderfassungseinheit 14 in Form einer Kamera 14 angeordnet, welche als Monokamerapaar 14 realisiert ist, da die hiermit erfassbaren Bilddaten für den betrachteten Anwendungsfall als ausreichend angesehen und gleichzeitig die Kosten der Bilderfassungseinheit 14 gering gehalten werden können. Die Bilderfassungseinheit 14 weist mit ihrem Bilderfassungsbereich A in die Richtung, in welche der Ladestecker 13 als Endeffektor 13 zeigt.
Auf der Seitenfläche der Basis 10, welche in der Darstellung der Fig. 1 nach oben ausgerichtet ist, sind zwei Objekte 15, 15a, 15b in Form von Markierungen 15, 15a, 15b angeordnet. Eine Markierung 15, 15a, 15b stellt eine Referenz-Markierung 15a dar, deren Funktion im Folgenden näher erklärt werden wird. Daneben ist eine weitere Markierung 15, 15a, 15b in Form einer Start-Markierung 15b angeordnet, wel che auch als Home-Markierung 15b bezeichnet werden kann. Auch die Funktion der Home-Markierung 15b wird im Folgenden näher erläutert werden. Dabei kann auch lediglich eine einzige Markierung 15, 15a, 15b verwendet werden, welche sowohl als Referenz-Markierung 15a als auch als Start-Markierung 15b bzw. als Home-Markierung 15b verwendet werden kann (nicht dargestellt).
Während der Linearantrieb 17 einen Absolutgeber (nicht dargestellt) aufweist, um die Position der Basis 10 in der Höhe gegenüber der Wand 3 ohne die Notwendigkeit einer Referenzierung jederzeit und damit auch nach Betriebsunterbrechung bzw. nach einem Ausschalten des Roboters 1 erfassen zu können, sind die aktuierten Drehgelenke 12 aus Kostengründen lediglich mit relativ arbeitenden Positionssenso ren ausgestattet (nicht dargestellt). Die Positionssensoren der aktuierten Drehgelenke 12 sind jeweils dazu ausgebildet, eine Winkelstellung zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite des jeweiligen aktuierten Drehgelenks 12 zu erfassen, welche der Steuerungseinheit 16 zur Verfügung gestellt werden kann.
Die sich aus der Kostenersparnis ergebenden Nachteile sollen durch das betrachtete erfindungsgemäße Verfahren, wie es in der Fig. 10 in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt ist, überwunden oder zumin- dest reduziert werden. Dies wird im Folgenden durch die Betrachtung von drei Anwendungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens näher betrachtet.
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der Fig. 1 bei der Überprüfung einer Referenz-Pose in einer ersten Darstellung. Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssys tem 1 der Fig. 1 bei der Überprüfung der Referenz-Pose in einer zweiten Darstellung.
In der Darstellung der Fig. 2 ist der Endeffektor 13 mit seiner Bilderfassungseinheit 14 auf die Referenz- Markierung 15a ausgerichtet, so dass diese im Bilderfassungsbereich A der Bilderfassungseinheit 14 liegt. Diese Pose entspricht der Referenz-Pose des Roboters 1. Wird von den Gliedern 11 bzw. von den aktuierten Drehgelenken 12 sowie von dem Endeffektor 13 diese Referenz-Pose eingenommen, so kann eine Referenzierung des Roboters 1 erfolgen. Von dieser Referenz-Pose ausgehend können alle weiteren Bewegungen und das Abfahren von Trajektorien des Roboters 1 durchgeführt werden, da die relativ messenden Positionssensoren die Winkelstellungen der aktuierten Drehgelenke 12 ausgehend ihrer jeweiligen Winkelstellung erfassen, welche in der Referenz-Pose eingenommen wird. Entsprechend er folgt die Steuerung bzw. der Betrieb des Roboters 1 seitens der Steuerungseinheit 16 basierend auf die sen relativen Winkelstellungen.
Gemäß des Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens der Fig. 10 wird dieses auf die be trachtete Anwendung der Fig. 2 und 3 derart angewendet, dass bei einer Inbetriebnahme des Roboters 1, bei welcher der Roboter 1 durch einen Servicetechniker an der Wand 3 montiert, elektrisch ange schlossen sowie erstmalig in Betrieb genommen wird, in einem Schritt 100 ein Anfahren der Referenz- Pose als Soll-Ziel-Pose des Endeffektors 13 durchgeführt wird. Dass hierbei die tatsächliche Referenz-Po se eingenommen wird, kann seitens des Servicetechnikers z.B. durch das Betrachten der Pose des Robo ters 1 in einem Schritt 150 verifiziert werden. In dieser tatsächlichen Referenz-Pose kann nun in einem Schritt 200 ein Erfassen eines Bildes der Referenz-Markierung 15a mittels der Bilderfassungseinheit 14 erfolgen. Das erfasste Bild kann als Soll-Bild bzw. als Referenzbild in einem weiteren Schritt 300 eines Speicherns in der Steuerungseinheit 16 hinterlegt werden. Auf diese Art und Weise kann bei der erstma ligen Inbetriebnahme des Roboters 1 die Vorbereitung erfolgen, um das erfindungsgemäße Verfahren im Betrieb des Roboters 1 durchführen zu können.
Alternativ kann auch zuvor im Rahmen der Fierstellung des Roboters 1 in einem Schritt 400 ein vorbe stimmtes Bild als Soll-Bild gespeichert werden. Dieses vorbestimmte Bild kann beispielsweise eine Dar stellung der Referenz-Markierung 15a vor einem neutralen, zum Beispiel weißen, Flintergrund oder der gleichen sein. Auch kann die Referenz-Markierung 15a in einer bildlichen Darstellung anstelle als erfass tes reales Bild verwendet werden. Auf diese Art und Weise kann auf den Aufwand verzichtet werden, ein Soll-Bild als Referenzbild vor der Anwendungsumgebung durch die Erstinbetriebnahme zu erfassen, wie zuvor beschrieben. Jedoch kann das allgemeingültig vorbestimmte Bild weniger Informationen ent- halten, welche sich für den Ort der Anwendung des Roboters 1 insbesondere aus den Lichtverhältnissen ergeben und in einem erfassten realen Bild vorhanden sein können.
Ist es im späteren Betrieb des Roboters 1 erforderlich, dass ein Referenzieren des Endeffektors 13 durchgeführt wird, so kann erfindungsgemäß in einem Schritt 500 das Anfahren der Referenzposition als Soll-Ziel-Pose des Endeffektors 13 erfolgen. In dieser vermeintlichen Referenz-Pose kann nun in einem Schritt 700 ein Erfassen eines Bildes der Referenz-Markierung 15a seitens der Bilderfassungseinheit 14 erfolgen. Das erfasste Bild kann als Ist-Bild in einem Schritt 800 mit dem Soll-Bild der Referenz-Markie rung 15a verglichen werden. Hierbei ist es nicht erforderlich, das gesamte erfasste Ist-Bild mit dem ge samten Soll-Bild zu vergleichen, sondern es kann ausreichend sein, ausreichend markante Informatio nen, wie zum Beispiel die Referenz-Markierung 15a, aber auch die Kontur, Farbe etc. der Basis 10, wel che den Hintergrund der Referenz-Markierung 15a bildet, in den jeweiligen Bildern zu betrachten.
Das Ergebnis des Vergleichens 800 kann es sein, dass die Referenz-Markierungen 15a in dem Ist-Bild und in dem Soll-Bild hinsichtlich ihrer Größe, Positionierung sowie Orientierung ausreichend übereinstim men, so dass hieraus geschlussfolgert werden kann, dass auch die Ist-Ziel-Pose, aus der das Ist-Bild auf genommen wurde, mit der Soll-Ziel-Pose bzw. Referenz-Pose, aus welcher das Soll-Bild bzw. Referenz bild aufgenommen wurde, übereinstimmen. Dies kann die Schlussfolgerung ermöglichen, dass die Refe- renzierung erfolgreich durchgeführt bzw. die Referenz-Pose erfolgreich von dem Endeffektor 13 einge nommen wurde. In einem Schritt 900 können hierauf als Reaktion alle weiteren Schritte des Betriebs des Roboters 1 eingeleitet werden, welche von der Referenzposition ausgehen.
Würde hingegen die Ist-Ziel-Pose von der Soll-Ziel-Pose als Referenz-Pose abweichen, so dass entspre chend große Abweichungen zwischen dem Ist-Bild der Ist-Ziel-Pose und dem Soll-Bild bzw. dem Refe renzbild der Soll-Ziel-Pose durch den Schritt 800 des Vergleichens erkannt werden, so kann hieraus auf eine Nichtübereinstimmung von Ist-Ziel-Pose des Endeffektors 13 und der Soll-Ziel-Pose bzw. Referenz- Pose geschlussfolgert werden, wie in der Fig. 3 dargestellt. In diesem Fall kann ein erneutes Referenzie ren versucht werden. Alternativ kann direkt oder anschließend im Falle einer erneuten erfolglosen Refe- renzierung in einem Schritt 600 das Referenzieren auch abgebrochen und der Betrieb des Roboters 1 zumindest vorläufig eingestellt werden. Gleichzeitig kann ein Benutzer über das erfolglose Referenzieren informiert werden, um den Roboter 1 zu betrachten und nach der Ursache des fehlerhaften Referenzie- rens zu suchen.
Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der Fig. 1 bei der Überprüfung einer Home-Position in einer ersten Darstellung. Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssys tem 1 der Figur bei der Überprüfung der Home-Position in einer zweiten Darstellung. Auch bei dieser Anwendung wird das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Ablaufdiagramm der Fig. 10, wie zuvor be schrieben, angewendet. In diesem Fall wird jedoch die Home-Markierung 15b auf der Basis 10 des Robo- ters 1 durch das Erfassen 700 von der Bilderfassungseinheit 14 des Endeffektors 13 als Ist-Bild erfasst. Entsprechend erfolgt ein Vergleichen 800 mit einem Soll-Bild der Home-Markierung 15b, wie sie entwe der im Rahmen einer Erstinbetriebnahme als Soll-Bild erfasst und verifiziert oder werksseitig als vorbe stimmtes Bild vorgegeben wurde, wie zuvor beschrieben.
Wird bei dieser Anwendung, wie in der Fig. 4 dargestellt, das erfasste Ist-Bild der Home-Markierung 15b übereinstimmend mit dem entsprechenden gespeicherten Soll-Bild verglichen, so kann die vermeintli che Home-Pose als tatsächliche Home-Pose bestätigt werden. In diesem Fall kann der nachfolgende Betrieb des Roboters 1 ausgehend von der verifizierten Home-Pose aus erfolgen, ohne dass ein Referen- zieren des Roboters 1 erforderlich wäre. Der entsprechende Zeitaufwand kann somit eingespart werden.
Wird hingegen, wie in der Fig. 5 dargestellt, durch das Vergleichen 800 des Ist-Bildes der Home-Markie rung 15b mit dem Soll-Bild der Home-Markierung 15b eine derartige Abweichung festgestellt, dass ein Nichtübereinstimmen vorliegt, so kann nun ein Referenzieren des Roboters 1 eingeleitet werden, wie es zuvor anhand der Figuren 2 und 3 beschrieben wurde. Wird dann dieses Referenzieren erfolgreich durchgeführt, kann ausgehend von der Referenz-Pose die Home-Pose erneut angefahren werden. Nun kann die Home-Pose wieder, wie zuvor beschrieben, überprüft werden. Falls dieses Mal eine Überein stimmung bei dem Vergleichen 800 erreicht wird, können nun alle weiteren Bewegungen des Roboters 1 von der verifizierten Home-Pose ausgehen. Kann die Home-Pose jedoch erneut nicht erfolgreich verifi ziert werden, ist vergleichbar, wie zuvor beschrieben, auch in diesem Fall der Betrieb des Roboters 1 zumindest zu unterbrechen und der Benutzer zu informieren, um die Ursache der Abweichungen der Posen herauszufinden.
Somit kann durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die betrachtete Anwendung bei erfolgreicher Verifikation der Home-Pose ein Referenzieren vermieden werden, was zu einer ent sprechenden Ersparnis an Zeit führen kann. Ist dennoch ein Referenzieren erforderlich, stellt dies keinen erwähnenswerten Umstand dar, da es bisher bekannt ist, insbesondere bei jeder Betriebsaufnahme eines Roboters 1 mit relativ erfassenden Winkelsensoren derartiger aktuierter Drehgelenke 12 ein Refe renzieren durchzuführen, weil durch die Betriebsunterbrechung die relativen Winkeldaten verloren ge gangen sind. Somit kann es durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf diese Anwen dung lediglich zu einer Zeitersparnis kommen, welche bei einer Nichtübereinstimmung zwischen dem erfassten Ist-Bild mit dem erfassten Soll-Bildes lediglich zu einer Referenzierung wie bisher bekannt füh ren kann. Es kann somit lediglich eine Verbesserung gegenüber dem bekannten Betrieb des Roboters 1 an dieser Stelle erreicht werden, jedoch keine Verschlechterung.
Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Antriebssystem 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbei spiels bei der Überprüfung einer Referenz-Pose in einer ersten Darstellung. Fig. 7 zeigt eine schemati sche Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der Figur 6 bei der Überprüfung der Referenz-Pose in einer zweiten Darstellung. In diesem Fall ist die Bilderfassungseinheit 14 nicht am Endeffektor 13 sondern ortsfest zum Endeffektor 13 angeordnet, was in dem betrachteten Beispiel der Fig. 6 und 7 durch eine Anordnung der Bilderfassungseinheit 14 an der Wand 3 erfolgt. Dabei ist die Bilderfassungseinheit 14 ausgerichtet, den Endeffektor in der Soll-Ziel-Pose zu erfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft auch in diesem Fall wie zuvor bezüglich der Fig. 2 und 3 beschrie ben gemäß des Ablaufdiagramms der Fig. 10 ab. Der Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 liegt lediglich darin, dass in diesem Fall das Ist-Bild nicht aus der Perspektive des Endef fektors 13 auf die Referenz-Markierung 15a ausgerichtet erfolgt, sondern dass die Bilderfassungseinheit 14 auf den Endeffektor 13 ausgerichtet ist; zusätzlich kann die Referenz-Markierung 15a im Flintergrund des Endeffektors 13 erfasst werden.
Auch dieses Ist-Bild kann mit dem entsprechenden Soll-Bild verglichen werden um zu erkennen, ob sich der Endeffektor 13 tatsächlich in der Soll-Ziel-Pose befindet, d.h. die Ist-Ziel-Pose und die Soll-Ziel-Pose übereinstimmen, wie in der Fig. 6 dargestellt, oder ob dies nicht der Fall ist, wie in der Fig. 7 dargestellt. Entsprechend kann hierauf reagiert werden, wie hinsichtlich der Fig. 2 und 3 bereits beschrieben wurde.
Fig. 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der Fig. 1 bei der Überprüfung einer Zwischen-Pose einer Trajektorie in einer ersten Darstellung. Fig. 9 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem 1 der Fig. 1 bei der Überprüfung der Zwischen-Pose einer Trajektorie in einer zwei ten Darstellung. Auch auf einen derartigen Anwendungsfall kann das erfindungsgemäße Verfahren ge mäß des Ablaufdiagramms der Fig. 10 erfolgreich angewendet werden. Es kann auch bei dieser Anwen dung bei einer Erstinbetriebnahme zunächst ein Soll-Bild als Referenzbild erfasst bzw. werksseitig als vorbestimmtes Bild vorgegeben werden, wie zuvor beschrieben.
Das vorbestimmte Objekt 2 stellt in diesem Fall einen Bezugspunkt 2 unabhängig von dem Roboter 1 dar. Wird die Umsetzung des Roboters 1 als Aufladevorrichtung 1 betrachtet, bei dem ein Ladestecker 13 als Endeffektor 13 in eine Ladebuchse 2 eines elektrischen betreibbaren Fahrzeugs (nicht dargestellt) einzuführen ist, so ist das Soll-Bild eine Darstellung der Ladebuchse 2 aus einer Pose des Endeffektors 13 heraus, in welcher der Endeffektor 13 bereits in einem gewissen Maße an die Ladebuchse 2 bzw. dessen Fahrzeug heranbewegt wurde. Insbesondere kann diese Pose des Endeffektors 13 dort auf einer Trajekt orie liegen, wo eine grobe Annäherung des Endeffektors 13 an die Ladebuchse 2 abgeschlossen ist und eine feine Ausrichtung des Endeffektors 13 gegenüber der Ladebuchse 2 zu erfolgen hat.
Ist diese Pose seitens des Endeffektors 13 angefahren worden, kann ein Erfassen 700 eines Bildes der Ladebuchse 2 seitens der Bilderfassungseinheit 14 als Ist-Bild erfolgen. Nun kann auch in diesem Fall ein Vergleichen 800 des erfassten Ist-Bildes der Ladebuchse 2 mit dem Soll-Bild bzw. Referenzbild der Lade buchse 2 erfolgen. Wird auch in diesem Fall eine ausreichende Übereinstimmung festgestellt, kann die Trajektorie fortgesetzt werden, um den Vorgang des Einsteckens des Endeffektors 13 als Ladestecker 13 in die Ladebuchse 2 abzuschließen. Andernfalls kann es beispielsweise zu einem Abbruch der aktuellen Bewegung kommen, um eine Kollision des Endeffektors 13 mit dem Fahrzeug zu vermeiden. Insbeson dere kann die Trajektorie erneut ausgeführt werden, wobei vorzugsweise zuvor eine erneute Referen- zierung des Endeffektors 13, wie zuvor beschrieben, durchzuführen ist.
Mittels des neu und erfolgreich referenzierten Endeffektors 13 kann die Trajektorie erneut abgefahren werden, bis die Zwischen-Pose erneut erreicht ist. An dieser Stelle kann die zuvor beschriebene Anwen dung des erfindungsgemäßen Verfahrens erneut durchgeführt werden. Kann nun die vermeintliche Zwi- schen-Pose als tatsächliche Zwischen-Pose verifiziert werden, kann in diesem Fall der Annäherungsvor gang an die Ladebuchse 2 fortgesetzt und abgeschlossen werden. Kann dies wiederum nicht erfolgen, sollte der Vorgang abgebrochen und der Benutzer informiert werden. Um die Sicherheit des Roboters 1 herzustellen und insbesondere den Roboter 1 von dem Fahrzeug zu entfernen, kann vorzugsweise in diesem Fall die Home-Pose eingenommen und der Roboter 1 in der Home-Pose angehalten oder sogar in einen Ruhe-Modus bzw. ausgeschaltet werden.
In jedem der drei zuvor beschriebenen und dargestellten Anwendungsfälle können die Nachteile, wel che sich aus der Verwendung von relativ erfassenden Positionssensoren ergeben, reduziert bis vollstän dig ausgeglichen werden. Das Erfassen der Position bzw. der Winkelstellung der aktuierten Drehgelenke 12 kann dahingehend vereinfacht bzw. verbessert werden, dass relativ messende Positionssensoren verwendet und deren Nachteile zumindest teilweise umgangen werden können. Dies kann gleichzeitig vergleichsweise kostengünstig erfolgen, da eine Bilderfassungseinheit 14 verwendet werden kann, wel che heutzutage bei zahlreichen Robotern 1 üblicherweise ohnehin an dem Endeffektor 13 vorhanden sein kann. Auf diese Art und Weise können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, ohne zusätzliche technische Vorrichtungen verwenden zu müssen. Auch können die zuvor be schriebenen Eigenschaften ohne die Verwendung von vergleichsweise teuren Absolutgebern erreicht werden. Dies kann zu einem verbesserten Roboter 1 und insbesondere zu einer verbesserten Auflade vorrichtung 1 bei gleichzeitig vergleichsweise geringen Kosten führen.
BEZUGSZEICHENLISTE (Teil der Beschreibung)
A Bilderfassungsbereich der Bilderfassungseinheit 14
X Längsrichtung; Tiefe
Y Querrichtung; Breite
1 Antriebssystem; (Knickarm-)Roboter; Manipulator; Aufladevorrichtung; Automatisierungsanlage
10 Basis; Objekt
11 Glieder
12 Antriebe; aktuierte (Dreh-)Gelenke
13 Endeffektor; Ladestecker
14 Bilderfassungseinheit; Kamera; Stereokamerapaar
15 Objekt; Markierung
15a Referenzmarkierung
15b Startmarkierung; Home-Markierung
16 Steuerungseinheit; Rechnereinheit
17 Linearantrieb
2 Objekt; Bezugspunkt; Ladebuchse
3 Untergrund; Wand
100 Anfahren Soll-Ziel-Pose des Endeffektors 13
150 Verifizieren Ist-Ziel-Pose als Soll-Ziel-Pose
200 in Soll-Ziel-Pose, Erfassen Bild des vorbestimmten Objekts 10; 15; 15a; 15b; 2
300 Speichern erfasstes Bild als Soll-Bild
400 Speichern vorbestimmtes Bild als Soll-Bild
500 Anfahren Soll-Ziel-Pose des Endeffektors 13
600 Unterbrechen Betrieb des Antriebssystems 1
700 in Ist-Ziel-Pose, Erfassen eines Bildes des vorbestimmten Objekts 10; 15; 15a; 15b; 2
800 Vergleichen Ist-Bild des vorbestimmten Objekts 10; 15; 15a; 15b; 2 mit Soll-Bild des vorbestimm ten Objekts 10; 15; 15a; 15b; 2
900 in Abhängigkeit Vergleich, Auslösen Reaktion

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems (1), vorzugsweise eines Roboters (1), wobei das Antriebssystem (1) aufweist: eine Basis (10), einen Endeffektor (13), wenigstens einen Antrieb (12), welcher den Endeffektor (13) beweglich mit der Basis (10) verbindet, und wenigstens eine Bilderfassungseinheit (14), welche an dem Endeffektor (13) oder unabhän gig vom Endeffektor (13) angeordnet und ausgerichtet ist, den Endeffektor in einer Soll-Ziel- Pose zu erfassen, wobei das Verfahren wenigstens die Schritte aufweist:
Anfahren (500) einer Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) mittels des Antriebs (12), wobei die Soll-Ziel-Pose derart vorgegeben ist, so dass ein vorbestimmtes Objekt (10; 15; 15a; 15b; 2) oder der Endeffektor (13) von der Bilderfassungseinheit (14) erfasst werden kann, in einer Ist-Ziel-Pose, Erfassen (700) eines Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mittels der Bilderfassungseinheit (14) als Ist-Bild,
Vergleichen (800) des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mit einem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13), und in Abhängigkeit des Vergleiches (800), Auslösen (900) einer Reaktion.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens die weiteren Schritte vor dem An fahren (500):
Anfahren (100) der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) mittels des Antriebs (12),
Verifizieren (150) der Ist-Ziel-Pose als Soll-Ziel-Pose, in der Soll-Ziel-Pose, Erfassen (200) eines Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mittels der Bilderfassungseinheit (14), und
Speichern (300) des erfassten Bildes als Soll-Bild.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahren (100) der Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) mittels des Antriebs (12), das Verifizie ren (150) der Ist-Ziel-Pose als Soll-Ziel-Pose, das Erfassen (200) eines Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mittels der Bilderfassungseinheit (14) in der Soll-Ziel-Pose und das Speichern (300) des erfassten Bildes als Soll-Bild bei einer Inbetriebnah me des Antriebssystems (1) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens den weiteren Schritt vor dem An fahren (500):
Speichern (400) eines vorbestimmten Bildes als Soll-Bild.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) eine Referenz-Pose des Endeffektors (13) ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) eine Home-Pose des Endeffektors (13) ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens den weiteren Schritt nach dem An fahren (500) und vor dem Erfassen (700):
Unterbrechen (600) des Betriebs des Antriebssystems (1).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) eine Zwischen-Pose innerhalb einer Trajektorie des Endef fektors (13) ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Objekt (10; 15; 15a; 15b; 2) zumindest abschnittsweise die Basis (10) und/oder eine Markierung (15; 15a; 15b), vorzugsweise der Basis (10), und/oder ein mittels einer Trajektorie anzufahrendes Objekt (2), ist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass falls das Vergleichen (800) des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mit dem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des End effektors (13) zu einer Nicht-Übereinstimmung führt, das Auslösen (900) wenigstens eine der fol genden Reaktionen auslöst:
Durchführen einer erneuten Referenzierung, vorzugsweise falls die Soll-Ziel-Pose des Endef fektors (13) eine Referenz-Pose des Endeffektors (13) ist;
Durchführen einer Referenzierung, vorzugsweise falls die Soll-Ziel-Pose des Endeffektors (13) eine Home-Pose des Endeffektors (13) und/oder eine Zwischen-Pose innerhalb einer Trajektorie des Endeffektors (13) ist;
Abbrechen oder Unterbrechen des Betriebs des Antriebssystems (1);
Ausgeben eines Hinweises auf die Nicht-Übereinstimmung an einen Benutzer;
Ausgeben eines Hinweises auf die Nicht-Übereinstimmung an wenigstens eine andere Vor richtung.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass falls das Vergleichen (800) des Ist-Bildes des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des Endeffektors (13) mit dem Soll-Bild des vorbestimmten Objekts (10; 15; 15a; 15b; 2) oder des End effektors (13) zu einer Übereinstimmung führt, das Auslösen (900) wenigstens eine der folgenden Reaktionen auslöst:
Abfahren einer vorbestimmten Trajektorie des Endeffektors (13), vorzugsweise von einer Referenz-Pose des Endeffektors (13) oder von einer Home-Pose des Endeffektors (13) be ginnend;
Fortsetzen des Abfahrens einer Trajektorie des Endeffektors (13), vorzugsweise von einer Zwischen-Pose innerhalb der Trajektorie des Endeffektors (13) beginnend.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (12) ausgebildet ist, eine Position oder eine Winkelstellung zwischen seiner Antriebs seite und seiner Abtriebsseite relativ zu erfassen.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) einen Linearantrieb (17) aufweist, welcher ausgebildet ist, die Basis (10) gegenüber einem Untergrund (3), vorzugsweise gegenüber einer Wand (3), vorzugsweise vertikal, zu verfahren.
14. Antriebssystem (1) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Basis (10), einem Endeffektor (13), wenigstens einem Antrieb (12), welcher den Endeffektor (13) beweglich mit der Basis (10) verbin det, und wenigstens einer Bilderfassungseinheit (14), welche an dem Endeffektor (13) angeordnet ist.
15. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer les- baren Medium gespeichert ist, zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
13.
EP20709141.4A 2019-03-04 2020-02-27 Verfahren zum betrieb eines antriebssystems sowie antriebssystem Pending EP3934857A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019105466.4A DE102019105466B3 (de) 2019-03-04 2019-03-04 Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems sowie Antriebssystem
PCT/EP2020/055077 WO2020178110A1 (de) 2019-03-04 2020-02-27 Verfahren zum betrieb eines antriebssystems sowie antriebssystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3934857A1 true EP3934857A1 (de) 2022-01-12

Family

ID=69743219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20709141.4A Pending EP3934857A1 (de) 2019-03-04 2020-02-27 Verfahren zum betrieb eines antriebssystems sowie antriebssystem

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3934857A1 (de)
DE (1) DE102019105466B3 (de)
WO (1) WO2020178110A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11427102B2 (en) * 2020-10-28 2022-08-30 GM Global Technology Operations LLC System and method of autonomously charging an electric vehicle

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT506865B1 (de) 2008-05-20 2010-02-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Vorrichtung zum verbessern von genauigkeitseigenschaften von handhabungsgeräten
US9393694B2 (en) 2010-05-14 2016-07-19 Cognex Corporation System and method for robust calibration between a machine vision system and a robot
JP2012254518A (ja) * 2011-05-16 2012-12-27 Seiko Epson Corp ロボット制御システム、ロボットシステム及びプログラム
DE102012209769C5 (de) * 2012-06-12 2021-11-11 Kuka Deutschland Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Roboters und Vorrichtung mit einem Roboter
DE102013113949B4 (de) 2013-12-12 2021-03-18 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Fertigungsanlage
DE102016212695B4 (de) 2016-05-31 2019-02-21 Siemens Aktiengesellschaft Industrieroboter
US10723022B2 (en) * 2016-09-16 2020-07-28 Carbon Robotics, Inc. System and calibration, registration, and training methods
TWI617995B (zh) * 2016-11-04 2018-03-11 廣明光電股份有限公司 機器人視覺定位的驗證方法
DE102017209178B4 (de) 2017-05-31 2021-09-02 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Verfahren zur Ermittlung der Raumlage eines bewegten Koordinatensystems, eines Messpunkts seines Sensors oder eines Arbeitspunktes eines Werkzeugs bei einem Roboter

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020178110A1 (de) 2020-09-10
DE102019105466B3 (de) 2020-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019166519A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum selbsttätigen verbinden eines aufladeanschlusses mit einer aufladeanschlussaufnahme eines fahrzeugs, insbesondere eines landfahrzeugs
DE102012216980B4 (de) Von einem Roboter bediente Fahrzeugladestation
DE102018203162A1 (de) Stecksystem zum Laden eines elektrischen Energiespeichers
DE69936073T2 (de) Robotersteuerung
WO2014015991A2 (de) Ladesystem und verfahren zum elektrischen aufladen eines kraftfahrzeugs
WO2016066455A1 (de) Verfahren und bodeneinheit zum induktiven laden von elektro- und hybridfahrzeugen
WO2020084111A2 (de) Vorrichtung zum automatisierten laden eines fahrzeugs, insbesondere elektrofahrzeugs
DE102016003250A1 (de) Robotersteuervorrichtung mit einer Funktion zum Erfassen eines Kontakts mit einem Objekt oder einer Person
DE102020100803B4 (de) Folgeroboter und Roboterarbeitssystem
WO2008104167A2 (de) Singularitätsbasiertes maschinenprüf- und kalibrierverfahren
EP3687933A1 (de) Lokalisierungssystem und verfahren zur bestimmung einer aktuellen position in einem aufzugschacht einer aufzuganlage
EP3959042A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur instandhaltung einer oberleitungsanlage eines gleises
WO2020058525A1 (de) Ladevorrichtung zum laden eines elektrofahrzeugs
WO2019224288A1 (de) Richtungsabhängige kollisionsdetektion für einen robotermanipulator
DE102016120809B4 (de) Verfahren zum robotergestützten Einpassen eines männlichen Bauteils in ein weibliches Bauteil
DE102007029398A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Programmieren eines Industrieroboters
WO2022233352A1 (de) Verfahren zum erstellen von greiferablaufprogrammen
EP3934857A1 (de) Verfahren zum betrieb eines antriebssystems sowie antriebssystem
DE102022205303A1 (de) Dc-pin-lokalisierung für den ac-anschluss von elektrofahrzeugen
DE10323643B4 (de) Sensorsystem für ein autonomes Flurförderfahrzeug
DE112020003236B4 (de) Robotersystem
EP1941614A1 (de) Fahrschalter zur steuerung eines fahrantriebs eines kraftgetriebenen flurförderzeugs
EP3131710A1 (de) Robotervorrichtung mit einer linearachse
DE102018109329B4 (de) Mehrgliedrige aktuierte Kinematik, vorzugsweise Roboter, besonders vorzugsweise Knickarmroboter
DE102020116124B3 (de) Aufnahmeanordnungslager für mindestens eine Fertigungsstation sowie Fertigungsstation

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: 20211004

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

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: MATTHIAS DAGEN, JENS KOTLARSKI, TOBIAS ORTMAIER FORWARDTTC IP HOLDING GBR.

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230802