EP4493362A1 - Planen einer bahn eines roboters - Google Patents

Planen einer bahn eines roboters

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EP4493362A1
EP4493362A1 EP23711438.4A EP23711438A EP4493362A1 EP 4493362 A1 EP4493362 A1 EP 4493362A1 EP 23711438 A EP23711438 A EP 23711438A EP 4493362 A1 EP4493362 A1 EP 4493362A1
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EP
European Patent Office
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robot
path
model
environment
computer
Prior art date
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Pending
Application number
EP23711438.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingo KRESSE
Jürgen Blume
Pascal Caprano
Marcus Hofmann
Fabian Jennrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Deutschland GmbH
KUKA Systems GmbH
Original Assignee
KUKA Deutschland GmbH
KUKA Systems GmbH
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Publication date
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Priority claimed from DE102022202564.4A external-priority patent/DE102022202564B4/de
Priority claimed from DE102022202569.5A external-priority patent/DE102022202569B3/de
Priority claimed from DE102022202563.6A external-priority patent/DE102022202563B3/de
Priority claimed from DE102022202571.7A external-priority patent/DE102022202571B3/de
Application filed by KUKA Deutschland GmbH, KUKA Systems GmbH filed Critical KUKA Deutschland GmbH
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    • G05B2219/40317—For collision avoidance and detection

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for planning a path of a robot and a computer program or computer program product for carrying out the method.
  • robot paths on which a robot also avoids collisions with obstacles that are modeled as computer-implemented in the simulation environment can advantageously be planned in advance, in particular using optimizers.
  • the object of the present invention is to improve the operation of robots, in particular (by) planning their paths.
  • Claims 13, 14 represent a system or computer program or
  • a method for planning a path of a robot comprises the steps:
  • a collision-free path can advantageously be theoretically planned in advance using algorithms or software-technical path planning tools known for simulation environments, particularly advantageously with the help of Known algorithms or software optimization tools are suitable for simulation environments in such a way that the robot not only avoids collisions with the environment on the path, but at the same time also with regard to a specified quality criterion, for example within the framework of a specified accuracy, number of iterations, computing time, possibility of variation or the like, is possible optimal.
  • the first path in one embodiment is planned using an optimization of a given one- or multi-dimensional quality criterion.
  • the freedom from collisions can be taken into account in one version as a boundary condition, in another version as part of the quality criterion, in particular in the form of a penalty function, for example by not allowing paths with collisions during optimization or by collisions deteriorating the value of the quality criterion so massively that the corresponding path is not optimal and is discarded accordingly.
  • a planner can advantageously check the planned path in augmented reality and, in particular, identify problems that arise, for example, from a change (in) the environment that occurred after the environment was recorded and was not taken into account during the planning, inaccurate modeling of the robot or a incorrect path planning can result.
  • the quality criterion depends on the time required to travel along the path with the robot and/or on the time required to travel along the path with the robot Robot required energy and / or a distance of the robot from the environment, in a further development of a minimum distance of the robot from the environment when traveling along the path with the robot.
  • the (first) path can be planned in such a way that the time required to travel this path with the robot is minimal, the energy required to travel this path with the robot (for this) is minimal, the minimum or average distance of the robot from the Environment when traveling along this path with the robot is maximum or the like, in which case in particular a mixed, preferably weighted, quality criterion can be used, which takes into account two or more of the above-mentioned aspects and / or further aspects, for example speeds, accelerations and / or jerks of the robot or the like, taken into account together.
  • the method in one embodiment can have the steps:
  • the user input occurs using the visualization device.
  • a planner can advantageously be provided with possible alternatives in one embodiment, from which he can then select a particularly advantageous one using user input after checking the alternatives using or in augmented reality selects.
  • the selected and/or using one Optimization planned path can then be traversed in a further process step with the real robot or the process can have this step. This allows a planner to plan a collision-free path that is advantageous from his point of view particularly easily, quickly and/or reliably, in particular paths that are theoretically collision-free, but in which he can detect a collision or other weakness based on the visualization in augmented reality discovered, can be discarded.
  • the first path and/or one or more of the further path(s) are planned based on one or more predetermined path points, in a further development on the basis of a predetermined initial path.
  • the respective path is planned in such a way that it runs through the predetermined path point(s).
  • the specified initial path is used as a start for path planning, in particular optimization.
  • the planned path can be particularly advantageously adapted to the real environment in one embodiment; by using a predetermined initial path, the path planning, in particular optimization, can converge particularly advantageously in one embodiment and/or the user can choose from particularly advantageous alternatives be provided.
  • the user can first specify an initial path, with the first path and/or the further path(s) being planned on the basis of this initial path, in a further development by automatic modification. In this way, an (initial) path specified by the user can be (re)planned or modified into a collision-free path, preferably optimal or optimized with regard to a predetermined quality criterion.
  • (one or more) of the predetermined path point(s), in one embodiment of the development the predetermined initial path, are predetermined in advance by, in one embodiment, hand-guided approach or departure with a real robot, preferably with the robot , for which the railway is planned.
  • a hand-guided approach or shutdown includes manual movement of the robot by applying forces to it.
  • the planned path can be particularly advantageously adapted to the real environment or the robot in one embodiment.
  • the predetermined path point(s), in one embodiment of the further development the predetermined initial path is/are predetermined in advance using a simulation environment and/or by offline programming.
  • the path planning in particular optimization, can converge particularly advantageously in one embodiment and/or the user can be given particularly advantageous alternatives to choose from.
  • the robot has a robot arm with three or more, preferably at least six, in one embodiment at least seven, joints, in a further development, swivel joints that connect movable members of the robot to one another and are movable by drives, in particular motors, of the robot, and / or a mobile base that can be moved, in particular with the help of at least one drive, in particular a motor, of the robot.
  • the invention is particularly advantageous for such robots, particularly due to the complex paths that are possible with it.
  • a robot-guided tool or workpiece forms a (distal) movable member of the robot in the sense of the present invention or the model of the robot (also) has a model of a robot-guided tool or workpiece.
  • the three-dimensional environment model includes, in particular permanently or temporarily stored data, the one or more three-dimensional contour(s) or geometry(s) of a real environment of the robot, in particular a robot cell, production or warehouse or the like , specify or describe.
  • the model of the robot includes, in particular, permanently or temporarily stored data which indicates or describes the three-dimensional contour(s) or geometry(s) of the (real) robot, in particular one or more of its movable members.
  • a robot-guided tool or workpiece forms a (distal) movable member of the robot in the sense of the present invention or the model of the robot (also) has a model of a robot-guided tool or workpiece.
  • the detection device is arranged on the visualization device, in a further development integrated or detachable.
  • the environmental model can advantageously be determined in situ or promptly before planning or visualization and can therefore be particularly up-to-date and the path can therefore be planned particularly advantageously.
  • the acquisition device for acquiring the data is moved translationally and/or rotationally and/or manually relative to the real environment, in particular by a planner handling the visualization device.
  • a larger area of the environment and/or the surroundings can be captured precisely and the path can thus be planned particularly advantageously.
  • the detection device has one or more non-contact measuring distance meters, in a further development one or more radar distance meters, one or more ultrasonic distance meters and / or one or more lidar distance meters.
  • the environmental model can be determined precisely and the path can be planned particularly advantageously.
  • Lidar distance meters are particularly advantageous because they are compact and measure precisely.
  • the detection device has one or more cameras, in a further development a 3D camera system, which in one embodiment has at least two or stereo cameras, a triangulation system in which at least one light source images a defined pattern on the environment and at least one Camera records this pattern, preferably from a different angle, has at least one TOF camera, at least one interferometry camera, at least one light field camera or the like, and / or an image evaluation.
  • a 3D camera system which in one embodiment has at least two or stereo cameras, a triangulation system in which at least one light source images a defined pattern on the environment and at least one Camera records this pattern, preferably from a different angle, has at least one TOF camera, at least one interferometry camera, at least one light field camera or the like, and / or an image evaluation.
  • the environment model in addition to the determination on the basis of the recorded data of the real environment, is (also) determined on the basis of predetermined target data, in a further development CAD data, of the environment.
  • the environmental model can be determined more quickly and/or precisely in one embodiment.
  • the model of the robot is determined on the basis of specified target data, in a further development CAD data of the robot, and/or a measurement of the robot. By taking such data into account, the model of the robot can be determined more quickly and/or precisely in one embodiment.
  • the model of the robot has or indicates a pose of the robot members relative to one another and/or a reference system fixed in the surroundings for different sections, in particular points, of the planned path.
  • a pose or position in the sense of the present invention includes a one-, two- or three-dimensional position and/or a one-, two- or three-dimensional orientation.
  • a robot-guided tool or workpiece forms a movable member of the robot in the sense of the present invention.
  • the model of the robot has a computer-implemented model of a robot-guided tool or workpiece as a movable member of the robot. In one embodiment, this can advantageously reduce the risk of a robot-guided tool or workpiece colliding with the environment.
  • the model of the robot is determined on the basis of specified target data, in a further development CAD data, the tool or workpiece, and/or a measurement of the tool or workpiece.
  • the environmental model has one or more geometry primitives in a predetermined relation, in particular spatial position, to a real environmental obstacle, in particular to several real environmental obstacles, at least one geometry primitive in a predetermined relation, in particular spatial position, to this real environmental obstacle.
  • the Model of the robot one or more geometry primitives in a predetermined relation, in particular spatial position, to a link of the robot, in particular to several links of the robot, preferably at least one end effector, each at least one geometry primitive in a predetermined relation, in particular spatial position, to this Robot limb, on. This means that a collision-free path can be planned more quickly in one version.
  • a geometry primitive in the sense of the present invention is a polyhedron, in particular a prism, in particular a cuboid, or a cylinder, cone, ellipsoid, in particular a sphere, or the like. This means that in one embodiment, a collision-free path can be planned particularly quickly.
  • the environmental model is determined using at least one approximation of features detected using the detection device, in particular points, particularly preferably a point cloud detected using the detection device, in a further development using one or more grids and / or one or more approximation surfaces, in particular flat approximation surfaces and/or single or multiple curved approximation surfaces, such grids or approximation surfaces being determined in one embodiment by compensation, in particular interpolation or extrapolation, smoothing and/or other fitting functions of features, in particular points, detected using the detection device , in particular the environment model can have this approximation.
  • the environment in one embodiment can be modeled particularly advantageously, in particular quickly and/or precisely.
  • the environmental model is determined on the basis of the robot, in particular with the aid of data from the robot recorded, in particular by the detection device, and/or on the basis of the model of the robot.
  • the robot that may have been captured when data from the robot's real environment is captured using the capture device is at least partially eliminated or hidden. This allows the environment model to be improved in one embodiment.
  • the environmental model is determined based on a selection of an environmental area by a planner. In further training there will be an environmental area selected by the planner is not taken into account by the environmental model, in a further development it is already not detected using the detection device, and/or only an environmental area selected by the planner is taken into account by the environmental model, in a further development only this environmental area is detected using the detection device. As a result, in one embodiment, the environmental model can be improved and/or determined more quickly.
  • the visualization device is a mobile, in particular portable (by a person, preferably with one hand), visualization device; in one embodiment it has a handheld device, preferably a handheld, tablet, smartphone, a laptop or the like, and / or glasses , especially A(ugmented)R(eality) glasses.
  • the recording, planning and/or visualization can be carried out in situ or on site and thus improved.
  • the visualization device is set up (hardware and/or software) to control the robot or is (also) used for this purpose. As a result, commissioning can be carried out more quickly and/or safely in one version.
  • the (visualized) virtual representation of the planned first path and/or (one or more) of the further path(s) each has a, in one embodiment, continuous path of a robot-fixed reference point, preferably an end effector of the robot, and/or a representation of one or more, in particular all, movable members of the robot, in an embodiment using or through geometry primitives of the model of the robot.
  • the representation of the limb(s) of the robot changes in one embodiment during the visualization according to the (respectively) planned or visualized path; accordingly, the virtual representation can in particular be a virtual simulation of the robot or representation of the movement of one or more of its limbs Departures of this path have.
  • the planned path can be checked quickly and/or reliably, in particular a test person can check the path easily, intuitively and/or quickly. judge.
  • one or more parameters of this path are output; in one embodiment, a speed and/or at least one parameter, for example a speed , for at least one section, in particular point, of this path, selected in particular by the planner, and / or at least one parameter, for example a speed, for a section, in particular point, of this path that has just been or is currently simulated during visualization .
  • a parameter is output numerically, acoustically and/or symbolically.
  • a direction of travel can be output by an arrow, a TCP speed by a corresponding number or by a tone, in particular in relation to a reference tone, which can in particular be assigned to a zero value or reference value of the parameter.
  • this allows a planner to check or assess the path more quickly and/or reliably.
  • the invention can be used with particular advantage when or for commissioning the robot and/or for transfer paths in which the robot is to move from a starting position to a target pose without colliding with the environment, as it is particularly advantageous for commissioning and transfer paths security can be increased and/or effort and/or time can be reduced, but is not limited to this.
  • a system in particular hardware and/or software, in particular program technology, is set up to carry out a method described here and/or has:
  • - a visualization device for visualizing a virtual representation of this planned first path in an augmented reality.
  • system or its means has:
  • an optimizer for planning the (first) path using an optimization of a predetermined quality criterion the quality criterion preferably depending on a time and/or energy required to travel the path with the robot and/or a distance of the robot from the environment;
  • the visualization device providing a virtual representation of these planned further path(s) in the augmented Reality is visualized together with the virtual representation of the first path or is set up or used for this purpose, as well as means for selecting a path from a set comprising the first and the further path(s) based on user input; and or
  • a system and/or a means in the sense of the present invention can be designed in terms of hardware and/or software technology, in particular at least one processing unit, in particular a microprocessor unit, preferably connected to a memory and/or bus system with data or signals, in particular digital processing unit ( CPU), graphics card (GPU) or the like, and/or one or more programs or program modules.
  • the processing unit can be designed to process commands that are implemented as a program stored in a memory system, to detect input signals from a data bus and/or to deliver output signals to a data bus.
  • a storage system can have one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid-state and/or other non-volatile media.
  • a computer program product can have, in particular, a storage medium, in particular a computer-readable and/or non-volatile storage medium, for storing a program or instructions or with a program or with instructions stored thereon.
  • executing this program or these instructions by a system or a controller causes the system or the controller, in particular the computer or computers, to implement a method described here or to carry out one or more of its steps, or the program or the instructions are set up for this purpose.
  • one or more, in particular all, steps of the method are carried out completely or partially automatically, in particular by the system or its means.
  • the system has the robot.
  • the method comprises the step:
  • the method in one embodiment has the step:
  • the quality criterion used in the optimization is specified based on user input.
  • the user or planner can select one or more (sub)criteria and/or their weighting or the like from a predetermined set.
  • system or its means has:
  • the method also includes operating the robot by traveling the, optionally selected and/or modified, path with the robot, and can therefore in particular be a method for operating one or the robot.
  • the system in one embodiment can also be a system for operating a robot.
  • Fig. 1 a system for planning a path of a robot according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 a method for planning the path according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a system for checking a predetermined path of a robot 1 using a visualization device in the form of an AR device 2 or a tablet 3 by a planner 4.
  • a real environment 6 of the robot is created using a detection device 5A or 5B arranged on the visualization device 2 or 3, preferably integrated or detachable, for example a 3D camera system, lidar sensor or the like recorded and in a step S20 a computer-implemented environment model is determined using this data.
  • the environment model can also be created based on target data from the environment.
  • a first path of the robot is planned on the basis of this environment model and a computer-implemented model of the robot in such a way that a collision between this robot model and the environment model is avoided.
  • the first path is planned using an optimization of a given quality criterion, for example a mixed quality criterion in the form of a weighted sum of at least two of: for Time required to travel along the path, energy required to travel along the path, minimum distance between the robot, if necessary with a robot-guided tool or piece, and the environment when moving along the path, maximum speed occurring when moving along the path, maximum acceleration occurring when moving along the path , maximum jerk occurring when traveling along the path and/or other sub-criteria.
  • the freedom from collisions can advantageously be taken into account as a boundary condition or additional sub-criteria in the optimization. This is of course purely exemplary, without the invention being limited to such an optimization.
  • the planner specifies the quality criterion using user input.
  • step S30 one or more additional alternative collision-free paths of the robot are planned in addition to the first path.
  • a virtual representation of the first path and possibly the further path(s) is visualized in an augmented reality using the visualization device 2 or 3, for example the path of the TCP as a line and/or the geometry primitives during simulated travel of the (respective ) Path, whereby in one version the paths are traversed in parallel and in another version they are traversed one after the other in a simulated manner.
  • the planner 4 can check in step S40 whether the planned path meets (his) requirements, for example whether it is also collision-free in augmented reality.
  • a step S50 he selects a path from a set comprising the first and the further path(s) using user input and/or modifies the first or selected path using user input.
  • the tested, possibly selected or modified path can then be traversed with the real robot in a step S60.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Ein Verfahren zum Planen einer Bahn eines Roboters (1) umfasst die Schritte: Erfassen (S10) von Daten einer realen Umgebung (6) des Roboters mithilfe einer, insbesondere mobilen, insbesondere tragbaren, Erfassungsvorrichtung (5A; 5B); Ermitteln (S20) eines computerimplementierten dreidimensionalen Umgebungsmodells auf Basis dieser erfassten Daten, insbesondere mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten; Planen (S30) einer ersten Bahn des Roboters auf Basis dieses Umgebungsmodells und eines computerimplementierten Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen diesem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird; und Visualisieren (S40) einer virtuellen Repräsentation dieser geplanten ersten Bahn mithilfe einer Visualisierungsvorrichtung in einer augmentierten Realität.

Description

Beschreibung
Planen einer Bahn eines Roboters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Planen einer Bahn eines Roboters sowie ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
In Simulationsumgebungen können Roboterbahnen, auf denen ein Roboter auch Kollisionen mit Hindernissen, die in der Simulationsumgebung als computerimplementiert modelliert sind, vermeidet, vorteilhaft vorab, insbesondere mittels Optimierern, geplant werden.
In einer realen Umgebung wird dies nach betriebsinterner Praxis bisher manuell durchgeführt, was nicht nur zeitaufwändig(er) ist, sondern zudem erhebliche Erfahrung des Inbetriebnehmers erfordert. Auf der anderen Seite lassen sich die vorab in einer Simulationsumgebung geplanten Bahnen nicht ohne Weiteres in realen Umgebungen durchführen, wenn beispielsweise reale Hindernisse nicht oder falsch modelliert oder nach Erstellen der Simulationsumgebung weggefallen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb von Robotern, insbesondere (durch) das Planen von deren Bahnen, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 13, 14 stellen ein System bzw. Computerprogramm bzw.
Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens, unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Planen einer Bahn eines Roboters („Roboterbahn“) die Schritte:
- Erfassen von Daten einer realen Umgebung des Roboters mithilfe einer, in einer Ausführung mobilen, in einer Weiterbildung, insbesondere von einer Person, tragbaren, Erfassungsvorrichtung;
- Ermitteln eines computerimplementierten dreidimensionalen Umgebungsmodells auf Basis dieser erfassten Daten, in einer Ausführung mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten;
- Planen einer ersten Bahn des Roboters auf Basis dieses Umgebungsmodells und eines computerimplementierten Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen diesem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird; und
- Visualisieren einer virtuellen Repräsentation dieser geplanten ersten Bahn mithilfe einer Visualisierungsvorrichtung in einer augmentierten Realität.
Indem mithilfe der Erfassungsvorrichtung bzw. von ihr erfassten Daten ein Umgebungsmodell der realen Umgebung erstellt und beim Planen verwendet wird, kann in einer Ausführung mithilfe an sich für Simulationsumgebungen bekannter Algorithmen bzw. softwaretechnischer Bahnplanungswerkzeuge vorteilhaft eine kollisionsfreie Bahn vorab theoretisch geplant werden, besonders vorteilhaft mithilfe an sich für Simulationsumgebungen bekannter Algorithmen bzw. softwaretechnischer Optimierungswerkzeuge derart, dass der Roboter auf der Bahn nicht nur Kollisionen mit der Umgebung vermeidet, sondern dabei zugleich auch hinsichtlich eines vorgegebenen Gütekriteriums soweit, beispielsweise im Rahmen einer vorgegebenen Genauigkeit, Iterationszahl, Rechenzeit, Variationsmöglichkeit oder dergleichen, möglich optimal ist. Entsprechend wird die erste Bahn in einer Ausführung mithilfe einer Optimierung eines vorgegebenen ein- oder mehrdimensionalen Gütekriteriums geplant. Die Kollisionsfreiheit kann dabei in einer Ausführung als Randbedingung, in einer anderen Ausführung als Teil des Gütekriteriums, insbesondere in Form einer Straffunktion, berücksichtigt werden, beispielsweise, indem Bahnen mit Kollisionen beim Optimieren nicht zugelassen werden oder Kollisionen den Wert des Gütekriteriums so massiv verschlechtern, dass die entsprechende Bahn nicht optimal ist und entsprechend verworfen wird. Durch die Visualisierung kann ein Planer die geplante Bahn vorteilhaft in der augmentierten Realität überprüfen und dabei insbesondere Probleme erkennen, die beispielsweise aus einer nach Erfassen der Umgebung erfolgten, bei der Planung nicht berücksichtigten Änderung (in) der Umgebung, einer ungenauen Modellierung des Roboters oder einer fehlerhaften Bahnplanung resultieren können.
Das Gütekriterium hängt in einer Ausführung von einer zum Abfahren der Bahn mit dem Roboter erforderlichen Zeit und/oder von einer zum Abfahren der Bahn mit dem Roboter erforderlichen Energie und/oder von einem Abstand des Roboters von der Umgebung ab, in einer Weiterbildung von einem minimalen Abstand des Roboters von der Umgebung beim Abfahren der Bahn mit dem Roboter. Insbesondere kann die (erste) Bahn derart geplant werden, dass die zum Abfahren dieser Bahn mit dem Roboter erforderliche Zeit minimal ist, die zum Abfahren dieser Bahn mit dem Roboter (hierfür) erforderliche Energie minimal ist, der minimale oder mittlere Abstand des Roboters von der Umgebung beim Abfahren dieser Bahn mit dem Roboter maximal ist oder dergleichen, wobei insbesondere ein gemischtes, vorzugsweise gewichtetes, Gütekriterium verwendet werden kann, das zwei oder mehr der oben genannten Aspekte und/oder weitere Aspekte, beispielsweise Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und/oder Rucke des Roboters oder dergleichen, gemeinsam berücksichtigt.
Dadurch können in einer Ausführung für Roboter besonders vorteilhafte Bahnen geplant werden.
Zusätzlich oder alternativ zu dem vorstehend erläuterten Optimieren kann das Verfahren in einer Ausführung die Schritte aufweisen:
- Planen einer oder mehrerer weiterer Bahnen des Roboters (jeweils) auf Basis des Umgebungsmodells und des Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen dem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird;
- Visualisieren einer virtuellen Repräsentation dieser geplanten weiteren Bahn(en) mithilfe der Visualisierungsvorrichtung in der augmentierten Realität zusammen mit der virtuellen Repräsentation der ersten Bahn; und
- Auswählen einer Bahn aus einer die erste und die weitere(n) Bahn(en) aufweisenden Menge auf Basis einer Benutzereingabe.
Die Benutzereingabe erfolgt in einer Ausführung mithilfe der Visualisierungsvorrichtung.
Durch die Planung und Visualisierung von zwei oder mehr (jeweils bereits theoretisch) kollisionsfreien Bahnen können in einer Ausführung einem Planer vorteilhaft mögliche Alternativen zur Verfügung gestellt werden, aus denen er dann nach Prüfen der Alternativen mithilfe bzw. in der augmentierten Realität eine besonders vorteilhafte mittels Benutzereingabe auswählt. Die ausgewählte und/oder mithilfe einer Optimierung geplante Bahn kann dann in einem weiteren Verfahrensschritt mit dem realen Roboter abgefahren werden bzw. das Verfahren diesen Schritt aufweisen. Hierdurch kann ein Planer besonders einfach, schnell und/oder zuverlässig eine aus seiner Sicht vorteilhafte, kollisionsfreie Bahn planen, wobei er insbesondere Bahnen, die zwar theoretisch kollisionsfrei sind, bei denen er jedoch anhand der Visualisierung in der augmentierten Realität eine Kollision oder eine andere Schwäche entdeckt, verwerfen kann.
In einer Ausführung werden die erste Bahn und/oder die bzw. eine oder mehrere der weitere(n) Bahn(en jeweils) auf Basis eines oder mehrerer vorgegebener Bahnpunkte geplant, in einer Weiterbildung auf Basis einer vorgegebenen Ausgangsbahn. In einer Ausführung wird die jeweilige Bahn derart geplant, dass sie durch den bzw. die vorgegebenen Bahnpunkte verläuft. In der Weiterbildung wird die vorgegebene Ausgangsbahn als Start für die Bahnplanung, insbesondere Optimierung, verwendet.
Durch die Nutzung vorgegebener Bahnpunkte kann die geplante Bahn in einer Ausführung besonders vorteilhaft an die reale Umgebung angepasst werden, durch die Nutzung einer vorgegebenen Ausgangsbahn können die Bahnplanung, insbesondere Optimierung, in einer Ausführung besonders vorteilhaft konvergieren und/oder dem Benutzer besonders vorteilhafte Alternativen zur Auswahl gestellt werden. In einer Ausführung kann der Benutzer zunächst eine Ausgangsbahn vorgeben, wobei auf Basis dieser Ausgangsbahn, in einer Weiterbildung durch automatisches Modifizieren, die erste Bahn und/oder die weitere(n) Bahnen geplant werden. Auf diese Weise kann eine vom Benutzer vorgegebene (Ausgangs)Bahn in eine kollisionsfreie, vorzugsweise hinsichtlich eines vorgegebenen Gütekriteriums optimale bzw. optimierte, Bahn (um)geplant bzw. modifiziert werden.
In einer Ausführung wird/werden (einer oder mehrere) der vorgegebene Bahnpunkt(e), in einer Ausführung der Weiterbildung die vorgegebene Ausgangsbahn, vorab durch, in einer Ausführung handgeführtes, An- bzw. Abfahren mit einem realen Roboter vorgegeben, vorzugsweise mit dem Roboter, für den die Bahn geplant wird. Ein handgeführtes An- bzw. Abfahren umfasst in einer Ausführung ein manuelles Bewegen des Roboters durch Aufbringen von Kräften auf diesen. Hierdurch kann die geplante Bahn in einer Ausführung besonders vorteilhaft an die reale Umgebung bzw. den Roboter angepasst werden.
Zusätzlich oder alternativ wird/werden in einer Ausführung (einer oder mehrere) der vorgegebene Bahnpunkt(e), in einer Ausführung der Weiterbildung die vorgegebene Ausgangsbahn, vorab, mithilfe einer Simulationsumgebung und/oder durch eine Offline-Programmierung vorgegeben.
Hierdurch können in einer Ausführung die Bahnplanung, insbesondere Optimierung, in einer Ausführung besonders vorteilhaft konvergieren und/oder dem Benutzer besonders vorteilhafte Alternativen zur Auswahl gestellt werden.
Der Roboter weist in einer Ausführung einen Roboterarm mit drei oder mehr, vorzugsweise wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, Gelenken, in einer Weiterbildung Drehgelenken, die bewegliche Glieder des Roboters miteinander verbinden und durch Antriebe, insbesondere Motoren, des Roboters beweglich sind, und/oder eine mobile, insbesondere mithilfe wenigstens eines Antriebs, insbesondere Motors, des Roboters, verfahrbare Basis auf. Für solche Roboter ist die Erfindung, insbesondere aufgrund der damit möglichen komplexen Bahnen, besonders vorteilhaft. In einer Ausführung bildet ein robotergeführtes Werkzeug oder Werkstück ein (distales) bewegliches Glied des Roboters im Sinne der vorliegenden Erfindung bzw. weist das Modell des Roboters (auch) ein Modell eines robotergeführten Werkzeugs oder Werkstücks auf.
Das dreidimensionale Umgebungsmodell umfasst in einer Ausführung, insbesondere dauerhaft oder temporär abgespeicherte Daten, die eine bzw. mehrere dreidimensionale(n) Kontur(en) bzw. Geometrie(n) einer realen Umgebung des Roboters, insbesondere einer Roboterzelle, Fertigungs- oder Lagerhalle oder dergleichen, angeben bzw. beschreiben.
Das Modell des Roboters umfasst in einer Ausführung, insbesondere dauerhaft oder temporär abgespeicherte Daten, die die dreidimensionale(n) Kontur(en) bzw. Geometrie(n) des (realen) Roboters, insbesondere eines oder mehrerer seiner beweglichen Glieder angeben bzw. beschreiben. We vorstehend erwähnt, bildet in einer Ausführung ein robotergeführtes Werkzeug oder Werkstück ein (distales) bewegliches Glied des Roboters im Sinne der vorliegenden Erfindung bzw. weist das Modell des Roboters (auch) ein Modell eines robotergeführten Werkzeugs oder Werkstücks auf.
In einer Ausführung ist die Erfassungsvorrichtung an der Visualisierungsvorrichtung, in einer Weiterbildung integriert oder lösbar, angeordnet. Dadurch kann in einer Ausführung vorteilhaft das Umgebungsmodell in situ bzw. zeitnah vor dem Planen bzw. Visualisieren ermittelt werden und damit besonders aktuell sein und dadurch die Bahn besonders vorteilhaft geplant werden.
In einer Ausführung wird die Erfassungsvorrichtung zum Erfassen der Daten relativ zu der realen Umgebung translatorisch und/oder rotatorisch und/oder manuell, insbesondere durch einen die Visualisierungsvorrichtung handhabenden Planer, bewegt. Dadurch kann in einer Ausführung ein größerer Bereich der Umgebung und/oder die Umgebung präzise(r) erfasst werden und so die Bahn besonders vorteilhaft geplant werden.
In einer Ausführung weist die Erfassungsvorrichtung einen oder mehrere berührungslos messende Abstandsmesser auf, in einer Weiterbildung einen oder mehrere Radar-Abstandsmesser, einen oder mehrere Ultraschall-Abstandsmesser und/oder einen oder mehrere Lidar-Abstandsmesser. Hierdurch kann in einer Ausführung das Umgebungsmodell präzise(r) ermittelt und so die Bahn besonders vorteilhaft geplant werden. Dabei sind Lidar-Abstandsmesser besonders vorteilhaft, da diese kompakt bauen und präzise messen.
Zusätzlich oder alternativ weist die Erfassungsvorrichtung in einer Ausführung einen oder mehrere Kameras, in einer Weiterbildung ein 3D-Kamerasystem, welches in einer Ausführung wenigstens zwei bzw. Stereokameras, ein Triangulationssystem, bei dem wenigstens eine Lichtquelle ein definiertes Muster auf die Umgebung abbildet und wenigstens eine Kamera dieses Muster, vorzugsweise aus einem anderen Blickwinkel, aufnimmt, wenigstens eine TOF-Kamera, wenigstens eine Interferometrie-Kamera, wenigstens eine Lichtfeldkamera oder dergleichen aufweist, und/oder eine Bildauswertung auf. Hierdurch kann in einer Ausführung die Umgebung rasch(er) erfasst werden und so das Verfahren besonders rasch durchgeführt und/oder eine größere Umgebung berücksichtigt werden. In einer Ausführung wird das Umgebungsmodell zusätzlich zur Ermittlung auf Basis der erfassten Daten der realen Umgebung (auch) auf Basis vorgegebener Soll-Daten, in einer Weiterbildung CAD-Daten, der Umgebung ermittelt. Durch die Berücksichtigung solcher Daten kann in einer Ausführung das Umgebungsmodell rasch(er) und/oder präzise(r) ermittelt werden.
In einer Ausführung wird das Modell des Roboters auf Basis vorgegebener Soll-Daten, in einer Weiterbildung CAD-Daten, des Roboters, und/oder einer Vermessung des Roboters ermittelt. Durch die Berücksichtigung solcher Daten kann in einer Ausführung das Modell des Roboters rasch(er) und/oder präzise(r) ermittelt werden. In einer Ausführung weist das Modell des Roboters für verschiedene Abschnitte, insbesondere Punkte, der geplanten Bahn jeweils eine durch diese geplante Bahn bestimmte Pose der Roboterglieder zueinander und/oder einem umgebungsfesten Bezugssystem, auf bzw. gibt eine solche an. Eine Pose bzw. Lage im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst in einer Ausführung eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung.
Wie vorstehend erläutert, bildet in einer Ausführung ein robotergeführtes Werkzeug oder Werkstück ein bewegliches Glied des Roboters im Sinne der vorliegenden Erfindung. Entsprechend weist in einer Ausführung das Modell des Roboters ein computerimplementiertes Modell eines robotergeführten Werkzeugs oder Werkstücks als bewegliches Glied des Roboters auf. Dadurch kann in einer Ausführung vorteilhaft die Gefahr einer Kollision eines robotergeführten Werkzeugs oder Werkstücks mit der Umgebung reduziert werden. Entsprechend wird in einer Ausführung das Modell des Roboters auf Basis vorgegebener Soll-Daten, in einer Weiterbildung CAD-Daten, des Werkzeugs oder Werkstücks, und/oder einer Vermessung des Werkzeugs oder Werkstücks ermittelt.
In einer Ausführung weist das Umgebungsmodell ein oder mehrere Geometrieprimitive in einer vorgegebenen Relation, insbesondere räumlichen Lage, zu einem realen Umgebungshindernis, insbesondere also zu mehreren realen Umgebungshindernissen jeweils wenigstens ein Geometrieprimitiv in einer vorgegebenen Relation, insbesondere räumlichen Lage, zu diesem realen Umgebungshindernis, auf. Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung das Modell des Roboters ein oder mehrere Geometrieprimitive in einer vorgegebenen Relation, insbesondere räumlichen Lage, zu einem Glied des Robotes, insbesondere also zu mehreren Gliedern des Roboters, vorzugsweise wenigstens einem Endeffektor, jeweils wenigstens ein Geometrieprimitiv in einer vorgegebenen Relation, insbesondere räumlichen Lage, zu diesem Roboterglied, auf. Dadurch kann in einer Ausführung eine kollisionsfreie Bahn schnell(er) geplant werden. Ein Geometrieprimitiv im Sinne der vorliegenden Erfindung ist in einer Ausführung ein Polyeder, insbesondere Prisma, insbesondere Quader, oder ein Zylinder, Kegel, Ellipsoid, insbesondere eine Kugel, oder dergleichen. Dadurch kann in einer Ausführung eine kollisionsfreie Bahn besonders rasch geplant werden.
In einer Ausführung wird das Umgebungsmodell mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten, besonders bevorzugt einer mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Punktewolke, ermittelt, in einer Weiterbildung mithilfe eines oder mehrerer Gitter und/oder einer oder mehrerer Approximationsflächen, insbesondere ebener Approximationsflächen und/oder ein- oder mehrfach gekrümmter Approximationsflächen, wobei solche Gitter bzw. Approximationsflächen in einer Ausführung durch Ausgleichs-, insbesondere Inter- bzw. Extrapolations-, Glättungs- und/oder andere Fittingfunktionen von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten, ermittelt werden, insbesondere kann das Umgebungsmodell diese Approximation aufweisen. Durch eine solche Approximation kann die Umgebung in einer Ausführung jeweils besonders vorteilhaft, insbesondere rasch und/oder präzise, modelliert werden.
In einer Ausführung wird das Umgebungsmodell auf Basis des Roboters, insbesondere mithilfe einer, insbesondere der, Erfassungsvorrichtung erfassten Daten des Roboters, und/oder auf Basis des Modells des Roboters ermittelt. In einer Weiterbildung wird dabei der gegebenenfalls bei der Erfassung von Daten der realen Umgebung des Roboters mithilfe der Erfassungsvorrichtung miterfasste Roboter wenigstens teilweise eliminiert bzw. ausgeblendet. Dadurch kann in einer Ausführung das Umgebungsmodell verbessert werden.
In einer Ausführung wird das Umgebungsmodell auf Basis einer Auswahl eines Umgebungsbereichs durch einen Planer ermittelt. In einer Weiterbildung wird dabei ein durch den Planer ausgewählter Umgebungsbereich durch das Umgebungsmodell nicht berücksichtigt, in einer Weiterbildung bereits nicht mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfasst, und/oder nur ein durch den Planer ausgewählter Umgebungsbereich durch das Umgebungsmodell berücksichtigt, in einer Weiterbildung nur dieser Umgebungsbereich mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfasst. Dadurch kann in einer Ausführung das Umgebungsmodell verbessert und/oder rasch(er) ermittelt werden.
In einer Ausführung ist die Visualisierungsvorrichtung eine mobile, insbesondere (durch eine Person, vorzugsweise mit einer Hand) tragbare, Visualisierungsvorrichtung, in einer Ausführung weist sie ein Handgerät, vorzugsweise ein Handheld, Tablet, Smartphone, einen Laptop oder dergleichen, und/oder eine Brille, insbesondere A(ugmented)R(eality)-Brille, auf. Dadurch kann in einer Ausführung die Erfassung, Planung und/oder Visualisierung in situ bzw. vor Ort durchgeführt und damit verbessert werden. In einer Ausführung ist die Visualisierungsvorrichtung (hard- und/oder softwaretechnisch) zum Steuern des Roboters eingerichtet bzw. wird (auch) hierzu verwendet. Dadurch kann in einer Ausführung eine Inbetriebnahme rasch(er) und/oder sicher(er) durchgeführt werden.
In einer Ausführung weist die (visualisierte) virtuelle Repräsentation der geplanten ersten Bahn und/oder (einer oder mehrerer) der weiteren Bahn(en jeweils) einen, in einer Ausführung kontinuierlichen, Weg eines roboterfesten Referenzpunkts, vorzugsweise eines Endeffektors des Roboters, und/oder eine Darstellung von einem oder mehreren, insbesondere allen, beweglichen Glieder des Roboters auf, in einer Ausführung mittels bzw. durch Geometrieprimitive des Modells des Roboters. Die Darstellung des bzw. der Glieder des Roboters ändert sich in einer Ausführung während der Visualisierung entsprechend der (jeweils) geplanten bzw. visualisierten Bahn, entsprechend kann die virtuelle Repräsentation insbesondere eine virtuelle Simulation des Roboters bzw. Darstellung der Bewegung eines oder mehrerer seiner Glieder beim Abfahren dieser Bahn aufweisen.
Durch die Visualisierung des Wegs kann in einer Ausführung die geplante Bahn rasch(er) und/oder zuverlässig(er) überprüft werden, insbesondere eine Prüfperson die Bahn einfach(er), intuitiv(er) und/oder rasch(er) prüfen bzw. beurteilen. In einer Ausführung werden beim Visualisieren der virtuellen Repräsentation der ersten Bahn und/oder (einer oder mehrerer) der weiteren Bahn(en jeweils) ein oder mehrere Parameter dieser Bahn ausgegeben, in einer Ausführung eine Geschwindigkeit und/oder wenigstens ein Parameter, beispielsweise eine Geschwindigkeit, für wenigstens einen, insbesondere von dem Planer, ausgewählten Abschnitt, insbesondere Punkt, dieser Bahn und/oder wenigstens ein Parameter, beispielsweise eine Geschwindigkeit, für einen beim Visualisieren gerade bzw. aktuell simuliert ab- bzw. angefahrenen Abschnitt, insbesondere Punkt, dieser Bahn.
Die Ausgabe eines Parameters erfolgt in einer Ausführung numerisch, akustisch und/oder symbolisch. Beispielsweise kann eine Fahrtrichtung durch einen Pfeil ausgegeben werden, eine TCP-Geschwindigkeit durch eine entsprechende Zahlenangabe oder durch einen Ton, insbesondere in Bezug zu einem Referenzton, der insbesondere einem Nullwert oder Bezugswert des Parameters zugeordnet sein kann.
Hierdurch kann in einer Ausführung ein Planer die Bahn rasch(er) und/oder zuverlässig(er) prüfen bzw. beurteilen.
Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil beim bzw. zum Inbetriebnehmen des Roboters und/oder für Transferbahnen, bei denen der Roboter aus einer Ausgangs- in eine Zielpose verfahren soll, ohne mit der Umgebung zu kollidieren, verwendet werden, da bei Inbetriebnahmen und Transferbahnen besonders vorteilhaft die Sicherheit erhöht und/oder Aufwand und/oder Zeit reduziert werden kann, sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
- eine, insbesondere mobile, insbesondere tragbare, Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Daten einer realen Umgebung des Roboters;
- Mittel zum Ermitteln eines computerimplementierten dreidimensionalen Umgebungsmodells auf Basis dieser erfassten Daten, insbesondere mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten; - Mittel zum Planen einer ersten Bahn des Roboters auf Basis dieses Umgebungsmodells und eines computerimplementierten Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen diesem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird; und
- eine Visualisierungsvorrichtung zum Visualisieren einer virtuellen Repräsentation dieser geplanten ersten Bahn in einer augmentierten Realität.
In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
- einen Optimierer zum Planen der (ersten) Bahn mithilfe einer Optimierung eines vorgegebenen Gütekriteriums, wobei das Gütekriterium vorzugsweise von einer zum Abfahren der Bahn mit dem Roboter erforderlichen Zeit und/oder Energie und/oder einem Abstand des Roboters von der Umgebung abhängt; und/oder
- Mittel zum Planen einer oder mehrerer weiterer Bahnen des Roboters auf Basis des Umgebungsmodells und des Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen dem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird, wobei die Visualisierungsvorrichtung eine virtuelle Repräsentation dieser geplanten weiteren Bahn(en) in der augmentierten Realität zusammen mit der virtuellen Repräsentation der ersten Bahn visualisiert bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird, sowie Mittel zum Auswählen einer Bahn aus einer die erste und die weitere(n) Bahn(en) aufweisenden Menge auf Basis einer Benutzereingabe; und/oder
- Mittel zum Planen der ersten Bahn und/oder der weiteren Bahn(en) auf Basis wenigstens eines vorgegebenen Bahnpunktes, insbesondere einer vorgegebenen Ausgangsbahn, insbesondere Mittel zum Vorgeben des wenigstens einen Bahnpunkts, insbesondere der vorgegebene Ausgangsbahn, vorab durch, insbesondere handgeführtes, An- bzw. Abfahren mit einem, insbesondere dem, realen Roboter, mithilfe einer Simulationsumgebung und/oder durch eine Offline- Programmierung; und/oder
- Mittel zum Ermitteln des Modells des Roboters auf Basis vorgegebener Soll-Daten, insbesondere CAD-Daten, des Roboters und/oder einer Vermessung des Roboters; und/oder
- Mittel zum Ermitteln des Umgebungsmodells auf Basis des Roboters, insbesondere mithilfe einer, insbesondere der, Erfassungsvorrichtung erfassten Daten des Roboters, und/oder auf Basis des Modells des Roboters und/oder auf Basis einer Auswahl eines Umgebungsbereichs durch einen Planer; und/oder
- Mittel zum Ausgeben wenigstens eines Parameters der ersten Bahn und/oder der wenigstens einen weiteren Bahn beim Visualisieren der virtuellen Repräsentation dieser Bahn, insbesondere eine Geschwindigkeit und/oder für wenigstens einen ausgewählten Abschnitt, insbesondere Punkt, dieser Bahn und/oder für einen beim Visualisieren simuliert ab- bzw. angefahrenen Abschnitt, insbesondere Punkt, dieser Bahn, insbesondere numerisch und/oder symbolisch.
Ein System und/oder ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere wenigstens eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU), Graphikkarte (GPU) oder dergleichen, und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Bahn(en) planen und/oder den Roboter bei bzw. zu deren Abfahren steuern kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere computerlesbares und/oder nichtflüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. von Anweisungen bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm bzw. mit darauf gespeicherten Anweisungen aufweisen, insbesondere sein. In einer Ausführung veranlasst ein Ausführen dieses Programms bzw. dieser Anweisungen durch ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer oder eine Anordnung von mehreren Computern, das System bzw. die Steuerung, insbesondere den bzw. die Computer, dazu, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen, bzw. sind das Programm bzw. die Anweisungen hierzu eingerichtet. In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.
In einer Ausführung weist das System den Roboter auf.
In einer Ausführung weist das Verfahren den Schritt auf:
- Modifizieren der ersten Bahn und/oder (einer oder mehrerer) der weiteren Bahn(en jeweils) auf Basis einer Benutzereingabe, in einer Weiterbildung der aus der ersten und der bzw. den weiteren Bahn(en) ausgewählten Bahn.
Dadurch kann der Planer die entsprechende Bahn in einer Ausführung vorteilhaft an die reale Umgebung und/oder geänderte Randbedingungen und/oder zusätzliche Erfordernisse vorteilhaft anpassen.
Zusätzlich oder alternativ weist das Verfahren in einer Ausführung den Schritt auf:
- Abfahren der geplanten, gegebenenfalls ausgewählten und/oder modifizierten, Bahn mit dem Roboter.
Dadurch kann der Planer die entsprechende Bahn in einer Ausführung vorteilhaft mit dem realen Roboter überprüfen.
In einer Ausführung wird das bei der Optimierung verwendete Gütekriterium auf Basis einer Benutzereingabe vorgegeben. Beispielsweise kann der Benutzer bzw. Planer eines oder mehrere (Teil)Kriterien und/oder deren Gewichtung oder dergleichen aus einer vorgegebenen Menge auswählen.
Entsprechend weist in einer Ausführung das System bzw. sein(e) Mittel auf:
- Mittel zum Modifizieren der ersten und/oder wenigstens einen weiteren, insbesondere der ausgewählten, Bahn auf Basis einer Benutzereingabe; und/oder
- Mittel zum Abfahren der, gegebenenfalls ausgewählten und/oder modifizieren, Bahn mit dem Roboter; und/oder
- Mittel zum Vorgeben des Gütekriteriums auf Basis einer Benutzereingabe. In einer Ausführung umfasst das Verfahren auch ein Betreiben des Roboters mit Abfahren der, gegebenenfalls ausgewählten und/oder modifizierten, Bahn mit dem Roboter, kann also insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines bzw. des Roboters sein. Entsprechend kann auch das System in einer Ausführung ein System zum Betreiben eines bzw. des Roboters sein.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 : ein System zum Planen einer Bahn eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2: ein Verfahren zum Planen der Bahn nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein System zum Prüfen einer vorgegebenen Bahn eines Roboters 1 mithilfe einer Visualisierungsvorrichtung in Form einer AR-Bri Ile 2 oder eines T ablets 3 durch einen Planer 4.
In einem Schritt S10 (vgl. Fig.2) wird mithilfe einer an der Visualisierungsvorrichtung 2 bzw. 3, vorzugsweise integriert oder lösbar, angeordneten Erfassungsvorrichtung 5A bzw. 5B, beispielsweise einem 3D-Kamerasystem, Lidarsensor oder dergleichen, eine reale Umgebung 6 des Roboters erfasst und in einem Schritt S20 mithilfe dieser Daten ein computerimplementiertes Umgebungsmodell ermittelt. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann das Umgebungsmodell zusätzlich auch auf Basis von Soll-Daten der Umgebung erstellt werden.
In einem Schritt S30 wird auf Basis dieses Umgebungsmodells und eines computerimplementierten Modells des Roboters eine erste Bahn des Roboters derart geplant, dass eine Kollision zwischen diesem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird.
Dabei wird in einer Ausführung die erste Bahn mithilfe einer Optimierung eines vorgegebenen Gütekriteriums geplant, beispielsweise eines gemischten Gütekriteriums in Form einer gewichteten Summe aus wenigstes zwei von: zum Abfahren der Bahn erforderlicher Zeit, zum Abfahren der Bahn erforderlicher Energie, beim Abfahren der Bahn auftretendem minimalem Abstand zwischen Roboter, gegebenenfalls mit robotergeführtem Werkzeug bzw. -stück, und Umgebung, beim Abfahren der Bahn auftretender maximaler Geschwindigkeit, beim Abfahren der Bahn auftretender maximaler Beschleunigung, beim Abfahren der Bahn auftretendem maximalen Ruck und/oder weiteren Teilkriterien. Hierbei kann die Kollisionsfreiheit vorteilhaft als Randbedingung oder zusätzliches Teilkriterien bei der Optimierung berücksichtigt sein. Dies ist natürlich rein exemplarisch, ohne dass die Erfindung auf eine solche Optimierung beschränkt wäre. In einer Ausführung gibt der Planer das Gütekriterium mithilfe einer Benutzereingabe vor.
In einer Ausführung werden in Schritt S30 zusätzlich zu der ersten Bahn eine oder mehrere weitere, alternative kollisionsfreie Bahnen des Roboters geplant.
In einem Schritt S40 wird eine virtuelle Repräsentation der ersten Bahn und gegebenenfalls der weiteren Bahn(en) mithilfe der Visualisierungsvorrichtung 2 bzw. 3 in einer augmentierten Realität visualisiert, beispielsweise der Weg des TCPs als Linie und/oder die Geometrieprimitive beim simulierten Abfahren der (jeweiligen) Bahn, wobei die Bahnen in einer Ausführung parallel, in einer anderen Ausführung nacheinander simuliert abgefahren werden.
Mithilfe dieser visualisierten virtuellen Repräsentation(en) kann der Planer 4 in Schritt S40 prüfen, ob die geplante Bahn (seinen) Anforderungen genügt, beispielsweise auch in der augmentierten Realität kollisionsfrei ist.
Gegebenenfalls wählt er in einem Schritt S50 mittels Benutzereingabe aus einer die erste und die weitere(n) Bahn(en) aufweisenden Menge eine Bahn aus und/oder modifiziert die erste bzw. ausgewählte Bahn mittels Benutzereingabe.
Die geprüfte, gegebenenfalls ausgewählte bzw. modifizierte, Bahn kann dann in einem Schritt S60 mit dem realen Roboter abgefahren werden.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezuqszeichenliste
1 Roboter
2 AR-Brille 3 Tablet
4 Planer
5A; 5B Erfassungsvorrichtung
6 Umgebung
TCP Tool Center Point

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Planen einer Bahn eines Roboters (1), mit den Schritten:
- Erfassen (S10) von Daten einer realen Umgebung (6) des Roboters mithilfe einer, insbesondere mobilen, insbesondere tragbaren, Erfassungsvorrichtung (5A; 5B);
- Ermitteln (S20) eines computerimplementierten dreidimensionalen Umgebungsmodells auf Basis dieser erfassten Daten, insbesondere mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten;
- Planen (S30) einer ersten Bahn des Roboters auf Basis dieses Umgebungsmodells und eines computerimplementierten Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen diesem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird; und
- Visualisieren (S40) einer virtuellen Repräsentation dieser geplanten ersten Bahn mithilfe einer Visualisierungsvorrichtung in einer augmentierten Realität. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn mithilfe einer Optimierung eines vorgegebenen Gütekriteriums geplant wird. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gütekriterium von einer zum Abfahren der Bahn mit dem Roboter erforderlichen Zeit und/oder Energie und/oder einem Abstand des Roboters von der Umgebung abhängt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Planen (S30) wenigstens einer weiteren Bahn des Roboters auf Basis des Umgebungsmodells und des Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen dem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird;
- Visualisieren (S40) einer virtuellen Repräsentation dieser geplanten weiteren Bahn mithilfe der Visualisierungsvorrichtung in der augmentierten Realität zusammen mit der virtuellen Repräsentation der ersten Bahn; und
- Auswählen (S50) einer Bahn aus einer die erste und die weitere(n) Bahn(en) aufweisenden Menge auf Basis einer Benutzereingabe; und/oder durch wenigstens einen der Schritte:
- Modifizieren (S50) der ersten und/oder wenigstens einen weiteren, insbesondere der ausgewählten, Bahn auf Basis einer Benutzereingabe; und/oder
- Abfahren (S60) der, gegebenenfalls ausgewählten und/oder modifizierten, Bahn mit dem Roboter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bahn und/oder die wenigstens eine weitere Bahn auf Basis wenigstens eines vorgegebenen Bahnpunktes, insbesondere einer vorgegebenen Ausgangsbahn, geplant wird. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine vorgegebene Bahnpunkt, insbesondere die vorgegebene Ausgangsbahn, vorab durch, insbesondere handgeführtes, An- bzw. Abfahren mit einem, insbesondere dem, realen Roboter, mithilfe einer Simulationsumgebung und/oder durch eine Offline-Programmierung vorgegeben wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung an der Visualisierungsvorrichtung angeordnet ist und/oder zum Erfassen der Daten relativ zu der realen Umgebung translatorisch und/oder rotatorisch und/oder manuell bewegt wird und/oder wenigstens einen berührungslos messenden Abstandsmesser, insbesondere wenigstens einen Lidar-, Radar- oder Ultraschall-Abstandsmesser, und/oder wenigstens eine Kamera, insbesondere ein 3D-Kamerasystem, und/oder eine Bildauswertung aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgebungsmodell wenigstens ein dreidimensionales Geometrieprimitiv in einer vorgegebenen Relation zu einem realem Umgebungshindernis aufweist und/oder das Modell des Roboters auf Basis vorgegebener Soll-Daten, insbesondere CAD-Daten, des Roboters und/oder einer Vermessung des Roboters ermittelt wird und/oder wenigstens ein dreidimensionales Geometrieprimitiv in einer vorgegebenen Relation zu einem Glied des Robotes aufweist und/oder das Modell des Roboters ein computerimplementiertes Modell eines robotergeführten Werkzeugs oder Werkstücks als bewegliches Glied des Roboters aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgebungsmodell auf Basis des Roboters, insbesondere mithilfe einer, insbesondere der, Erfassungsvorrichtung erfassten Daten des Roboters, und/oder auf Basis des Modells des Roboters und/oder auf Basis einer Auswahl eines Umgebungsbereichs durch einen Planer ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Visualisierungsvorrichtung eine mobile, insbesondere tragbare, Visualisierungsvorrichtung ist, insbesondere ein Handgerät, insbesondere ein Smartphone, und/oder eine Brille aufweist, und/oder die Visualisierungsvorrichtung zum Steuern des Roboters eingerichtet ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Repräsentation der ersten Bahn und/oder der wenigstens einen weiteren Bahn einen, insbesondere kontinuierlichen, Weg eines roboterfesten Referenzpunkts, insbesondere eines Endeffektors, und/oder eine Darstellung von einem oder mehreren, insbesondere allen, beweglichen Glieder des Roboters, insbesondere eine Simulation des Roboters beim Abfahren der Bahn, aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Visualisieren der virtuellen Repräsentation der ersten Bahn und/oder der wenigstens einen weiteren Bahn wenigstens ein Parameter dieser Bahn, insbesondere eine Geschwindigkeit und/oder für wenigstens einen ausgewählten Abschnitt, insbesondere Punkt, dieser Bahn und/oder für einen beim Visualisieren simuliert ab- bzw. angefahrenen Abschnitt, insbesondere Punkt, dieser Bahn, ausgegeben wird, insbesondere numerisch und/oder akustisch und/oder symbolisch. System zum Planen einer Bahn eines Roboters (1), das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: - eine, insbesondere mobile, insbesondere tragbare, Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Daten einer realen Umgebung des Roboters;
- Mittel zum Ermitteln eines computerimplementierten dreidimensionalen Umgebungsmodells auf Basis dieser erfassten Daten, insbesondere mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten;
- Mittel zum Planen einer ersten Bahn des Roboters auf Basis dieses Umgebungsmodells und eines computerimplementierten Modells des Roboters derart, dass eine Kollision zwischen diesem Robotermodell und dem Umgebungsmodell vermieden wird; und
- eine Visualisierungsvorrichtung zum Visualisieren einer virtuellen Repräsentation dieser geplanten ersten Bahn in einer augmentierten Realität. Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, insbesondere auf einem computerlesbaren und/oder nicht-flüchtigen Speichermedium gespeicherte, Anweisungen enthält, die bei der Ausführung durch einen oder mehrere Computer oder ein System nach Anspruch 13 den oder die Computer oder das System dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
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