EP4577382A1 - Planung von roboterbahnen und robotersteuerung - Google Patents

Planung von roboterbahnen und robotersteuerung

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Publication number
EP4577382A1
EP4577382A1 EP23744717.2A EP23744717A EP4577382A1 EP 4577382 A1 EP4577382 A1 EP 4577382A1 EP 23744717 A EP23744717 A EP 23744717A EP 4577382 A1 EP4577382 A1 EP 4577382A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
path
robot
sections
partial
planned
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
EP23744717.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yevgen Kogan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Deutschland GmbH
Original Assignee
KUKA Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUKA Deutschland GmbH filed Critical KUKA Deutschland GmbH
Publication of EP4577382A1 publication Critical patent/EP4577382A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/16—Program controls
    • B25J9/1656—Program controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Program controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • B25J9/1666—Avoiding collision or forbidden zones
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40519—Motion, trajectory planning

Definitions

  • a pose, in particular a pose of a robot-fixed reference in one embodiment in the present case defines a one-, two- or three-dimensional position and / or a one-, two- or three-dimensional orientation (of the robot-fixed reference), a robot-fixed reference can in the present case in particular an end effector, end flange or end member or TCP of the robot or be stationary thereto.
  • a method for planning a path of a robot for carrying out an application (with the robot;
  • Robot application or “robot track”) the steps: - Splitting the application into at least two consecutive sections, in one embodiment specifying a transition area, in a further development of a transition pose of the robot-fixed reference or transition position of the robot, between the two successive sections, in one embodiment dividing the application into at least three consecutive sections, in particular specifying a transition area, in a further development, a transition pose of the robot-fixed reference or transition position of the robot, between two successive sections;
  • Specifying a secondary condition for one section of the at least two consecutive sections and a different secondary condition for the other section of the at least two consecutive sections in one embodiment specifying a secondary condition for each of the at least three consecutive sections, preferably at least two of these secondary conditions are different from each other;
  • the robot has at least three, in particular at least six, in one embodiment at least seven, (movement) axes or joints, in particular rotation axes or joints.
  • the robot has a, in particular stationary or mobile, robot arm with at least three, in particular at least six, in one embodiment at least seven, (movement) axes or joints, in particular rotation axes or joints.
  • the robot has a robot-fixed reference, which can in particular be an end effector, end flange or end member or TCP of the robot or stationary thereto, with the application poses, in particular a one-, two- or three-dimensional position and / or can include one-, two- or three-dimensional orientation of the robot-fixed reference, which the robot should approach or adopt with the robot-fixed reference for or when carrying out the application one after the other or successively.
  • a robot-fixed reference which can in particular be an end effector, end flange or end member or TCP of the robot or stationary thereto, with the application poses, in particular a one-, two- or three-dimensional position and / or can include one-, two- or three-dimensional orientation of the robot-fixed reference, which the robot should approach or adopt with the robot-fixed reference for or when carrying out the application one after the other or successively.
  • the present invention is particularly suitable for such robots due to their areas of application and kinematics.
  • the application is divided into successive sections in one execution based on a user input or specification or a higher-level automatic application planning and/or on the basis of different work processes or goals for the individual application sections, for example transfer or transport processes or - sections, in particular from and/or to work stations and/or from and/or to conveyor or storage stations, on the one hand, and (processing) processes or sections on the other hand, or the like.
  • two successive sections each border one another in a transition region, in a further development in a transition pose of the robot-fixed reference or transition position of the robot, whereby in a further development these transition region(s) are or are predetermined in one embodiment when or to divide the application into sections and/or based on a user input or specification or a higher-level automatic application planning.
  • One or more of the secondary conditions can (each) avoid collisions, (taking) one or more predetermined poses of the robot-fixed reference and / or an optimization of a travel time, a load, in particular stress and / or acceleration, and / or an energy requirement of the robot to carry out the corresponding section of the application or the like and / or represent one- or multi-dimensional secondary conditions for an optimization method or be specified as such.
  • the priority (levels) are assigned to the secondary conditions in one version based on a user input or specification or automatically, in a further development based on a predetermined hierarchy of secondary conditions or the like.
  • Priority (levels) can also be assigned by default, so that, for example, by specifying a (higher or lower) priority (level) for one of two secondary conditions, this secondary condition is or is prioritized higher or lower than the other, without that a priority (level) must be explicitly assigned to this other secondary condition. Accordingly, for example, by specifying a higher and a lower priority (level) for two of three additional conditions Additional conditions can be prioritized higher or lower than the third additional condition, without a priority (level) having to be explicitly assigned to this third additional condition.
  • the method comprises the steps:
  • second-priority partial path to carry out that section of the at least two, possibly at least three, sections for which the secondary condition is specified, to which the (next) lower priority is assigned, taking this secondary condition into account and based on the previously planned highest priority partial path, in an embodiment based on or using a pose of the robot-fixed reference and / or a position of the robot at one or that end of the previously planned partial path, that of the partial path currently being planned is facing, preferably in such a way that both partial webs have this pose or position in their transition area;
  • One embodiment of the present invention is based on the idea of prioritizing the secondary conditions to be met in sections, then (each) planning a partial path for a section with the higher priority secondary condition and using this already planned partial path in the subsequent planning of the partial path for the section with the lower priority secondary condition must be taken into account.
  • a pose of the robot-fixed reference and/or a position of the robot at that end of the already planned of these two partial paths, which faces the one of the two partial paths that is still to be planned is used when planning this partial path that is still to be planned, in an execution as a pose or position of this partial path to be planned.
  • the planning of the partial path that is still to be planned can be improved, in particular in one embodiment a search space of an optimization method can advantageously be significantly reduced and / or the partial path that is still to be planned can be planned in such a way that the already planned partial path , in particular directly, is executable.
  • At least one of the sections of the application has a processing, inspection and/or measuring section for robot-assisted processing and/or inspecting and/or measuring a workpiece, in particular for holding and/or moving a robot-guided processing, inspection and/or measuring section. or measuring tool while it is machining or inspecting or measuring a workpiece, or for holding and/or moving a robot-guided workpiece while it is being handled by a machining, inspection and/or measuring tool is processed or inspected or measured, and the partial path planned to carry out this section is a processing, inspection and / or measuring path of the robot, can in particular be such.
  • processing refers in particular to material-removing processing such as grinding, sawing, drilling or the like, material-applying processing such as painting, coating or the like, connecting processing such as welding, gluing, riveting or the like, and separating processing such as sawing or the like, understood.
  • measuring is understood to mean, in particular, measuring.
  • At least one of the sections of the application has an approach section for approaching a processing, inspection and / or measuring path or a conveyor or storage point and the partial path planned to carry out this section has an approach path of the robot, can in particular a (e) be such.
  • the present invention is particularly advantageous for such applications, in particular due to the additional conditions that often have to be taken into account.
  • a method for controlling the robot comprises the steps of:
  • the system or its means for planning a partial path includes an optimizer for planning the partial path using an optimization method.
  • a system and/or a means in the sense of the present invention can be designed in terms of hardware and/or software, in particular at least one, preferably with a memory and/or bus system data or signal connected, in particular digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU ), graphics card (GPU) or the like, and / or have 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.
  • one or more, in particular all, steps of the method are completely or partially implemented by computer or 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.
  • FIG. 1 a method according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 a system according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows a system according to an embodiment of the present invention with a seven-axis robot (arm) 1 and a controller 2 for controlling the robot (arm) 1 or a path planning for it according to an embodiment of the present invention.
  • the robot (arm) 1 should move with its TCP from a starting pose or position to a predetermined initial pose S of a processing, inspection and/or measuring path (“approach path”), and then move the TCP along a predetermined distance to a predetermined end pose E, and from there drive with its TCP into a target pose or position (“way lane”).
  • Another secondary condition Ns should be met on the approach path, for example the initial pose S should be approached without collision and as quickly as possible.
  • the application or path to be planned described above is first divided into several sections or partial paths in a step S10, in the example the approach or the approach path, the processing or inspecting or measuring or the processing, inspection and and/or measuring path and the departure or the departure path.
  • the division can be carried out in particular on the basis of a user input or specification or a higher-level automatic application planning and can include specifying the transition areas between the individual partial paths, in one embodiment consisting of this.
  • different secondary conditions are specified in a step S20, in the example the aforementioned secondary conditions Ns for the approach or the approach path, NSE for the processing or inspecting or measuring or the processing, inspection and/or or measuring path and NE for the departure or the departure path.
  • the specification can in particular be based on a user input or specification or can be done automatically, for example based on an assignment of predetermined additional conditions to different application section or partial path types or the like.
  • the secondary condition NSE for the processing, inspection and/or measuring path is assigned the highest priority t (level)
  • the secondary condition NE for the exit lane is assigned the lowest priority t (level)
  • the secondary condition Ns for the approach lane is assigned a medium priority t(level), which is lower than the highest priority t(level) assigned to the secondary condition NSE for the processing, inspection and/or measuring path and higher than the lowest priority t(level) assigned to the secondary condition NE for the exit lane .
  • a step S40 the partial path is now planned whose secondary condition to be met during planning has been assigned the highest priority (level), in the above example the processing, inspection and/or measuring path.
  • the search space for planning the approach path is significantly reduced by the position qs already determined in step S40.
  • the (partial) path can be planned with little computing time and/or power and/or the risk can be reduced that the optimization method only finds local minima, in particular ending in such a dead end.
  • the primary attempt is to comply with the highest-priority secondary condition NSE, and the lower-priority secondary condition Ns is (still) complied with to the extent that this is (still) possible by the higher-priority secondary condition NSE.
  • a step S60 the partial path is then planned whose secondary condition to be adhered to in its planning has been assigned the next lower priority (level), in the above example the off-road lane.
  • This planning is carried out in a manner known per se on the basis of the specified target pose or position and the robot (arm) position QE determined in step S40, taking into account the specified secondary condition NE using the same or a different optimization method and accordingly defines positions q of the robot ( arm)s 1 along the road.
  • the roadway is planned so that it begins at or in the position QE determined in step S40.
  • This also exemplifies the reduction of the search space for planning the roadway through the position QE already determined in step S40, so that in one embodiment the (partial) path is planned with less computing time and/or performance and/or the danger can be reduced so that the optimization method only finds local minima, in particular ending in such a dead end.
  • the primary attempt is to comply with the highest-priority secondary condition NSE, then to (still) comply with the lower-priority secondary condition Ns to the extent that this is (still) possible by the higher-priority secondary condition NSE, and finally the even lower one prioritized secondary condition NE must (still) be adhered to as far as this is (still) possible through the higher-priority secondary conditions NSE, NS.
  • the planning of the approach or departure lane could be omitted and/or the secondary condition Ns or NE for the approach or departure lane could be given higher priority than the secondary condition for the processing, inspection and/or Measuring track NSE.
  • the approach path is then planned first instead of the processing, inspection and/or measuring path.
  • This planning is then carried out in a manner known per se on the basis of the predetermined starting pose or position and the predetermined initial pose S, taking into account the predetermined secondary condition Ns using an optimization method and defines positions q of the robot (arm) 1 along the processing, inspection and and/or measuring path, in particular (s) a position qs in or for the initial pose S.
  • a part of the secondary condition that only relates to the initial pose S is already taken into account, in the example the orientation specified for this of the TCP can be implemented.
  • the redundancy that is (still) permitted or available from the perspective of the subsequent processing, inspection and/or measuring path is exploited here.
  • the processing, inspection and/or measuring path is then planned in step S50.
  • This planning is carried out in a manner known per se on the basis of the specified end pose E and the robot (arm) position qs determined in step S40, taking into account the specified secondary condition NSE using the same or a different optimization method and defines positions q of the robot (arm) 1 along the processing, inspection and/or measuring path, in particular a position QE in or for the end pose E.
  • a robot position was determined by planning a partial path with a higher-priority secondary condition and this position was used when planning a partial path with a lower-priority secondary condition. It can be particularly advantageous to use this robot position determined in the higher-priority planning as the starting or end position in the lower-priority planning, i.e.
  • the approach path for approaching the processing, inspection and processing positions in the higher-priority planning /or measuring path determined robot (arm) position qs or vice versa the processing, inspection and / or measuring path for moving on from the robot (arm) position qs determined during the higher priority planning of the approach path or the exit lane for moving on from the at Plan the robot (arm) position QE ZU determined for the higher priority planning of the processing, inspection and/or measuring path.
  • the robot (arm) 1 of FIG. 1 could be arranged on a mobile platform between the end of the planned approach path and the start of the planned processing, inspection and/or measuring path a predetermined route is traveled. Then a robot (arm) position qs can first be determined for the prioritized planned processing, inspection and/or measuring path and the robot (arm) position qs to be approached on the approach path can be planned on this basis, compensating for the travel distance.
  • a transition area between the approach path and the processing, inspection and/or measuring path includes the travel path.

Landscapes

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

Abstract

Ein Verfahren zur Roboterbahnplanung umfasst die Schritte: Aufteilen (S10) der Applikation in wenigstens zwei aufeinanderfolgende Abschnitte; Vorgeben (S20) von Nebenbedingungen für diese Abschnitte; Zuordnen (S30) von Prioritäten zu den Nebenbedingungen; Planen (S40) einer Teilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die höhere Priorität zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung; nachfolgend (S50) Planen einer Teilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die niedrigere Priorität zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung und auf Basis der geplanten Teilbahn; und Planen (S70) der Bahn des Roboters, wobei die geplanten Teilbahnen in einem Übergangsbereich miteinander verbunden werden und diese verbundenen Teilbahnen die Bahn des Roboters oder einen Teil dieser Bahn bilden.

Description

Beschreibung
PLANUNG VON ROBOTERBAHNEN UND ROBOTERSTEUERUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung einer Bahn eines Roboters zur Durchführung einer Applikation bzw. zum Steuern des Roboters sowie ein System, Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens.
Zur Durchführung einer Applikation mit einem Roboter muss häufig dessen Bahn geplant werden. Unter einer Bahn eines Roboters wird vorliegend in einer Ausführung in fachüblicher Weise eine Abfolge von Stellungen q des Roboters bzw. seiner (Bewegungs)Achsen bzw. Gelenke verstanden. Dabei kann eine Stellung des Roboters vorliegend in einer Ausführung in fachüblicher Weise durch die Stellungen seiner (Bewegungs)Achsen bzw. Gelenke, beispielsweise Achs- bzw. Gelenkwinkel, oder durch eine, vorzugsweise sechsdimensionale, Pose X einer roboterfesten Referenz, insbesondere eines Endeffektors oder TCPs, gegebenenfalls in Verbindung mit zusätzlichen Redundanzparametern (beispielsweise Ellbogen- bzw.
Redundanzwinkel oder dergleichen), oder in anderer Weise definiert, insbesondere vorgegeben sein. Eine Pose, insbesondere eine Pose einer roboterfesten Referenz, definiert vorliegend in einer Ausführung in fachüblicher Weise eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung (der roboterfesten Referenz), eine roboterfeste Referenz kann vorliegend insbesondere ein Endeffektor, Endflansch bzw. Endglied oder TCP des Roboters oder ortsfest hierzu sein.
Insbesondere, wenn der Roboter bezüglich der Applikation redundant ist, rein beispielhaft ein siebenachsiger Roboterarm mit seinem Endeffektor vorgegebene dreidimensionale Positionen ohne Vorgabe einer Orientierung anfahren soll, werden nach interner Praxis Optimierungsverfahren eingesetzt, für die bestimmte Nebenbedingungen vorgegeben werden. Beispielsweise soll ein Roboter mit seinem Endeffektor von einer Start- bzw. aktuellen Pose bzw. Stellung aus kollisionsfrei und möglichst rasch und/oder energiesparend eine Anfangspose einer Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn zum Bearbeiten, Inspizieren bzw. Messen eines Werkstücks anfahren und anschließend auf der Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn ein Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messwerkzeug längs einer Werkstückkontur kollisionsfrei bis zu einer Endpose der Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn führen und dabei gegebenenfalls mit seinem Endeffektor der Werkstückkontur folgen, gegebenenfalls eine vorgegebene Orientierung des Endeffektors realisieren (beispielsweise das Werkzeug senkrecht zur Werkstückoberfläche ausrichten).
Anhand dieses Beispiels wird deutlich, dass allgemein bei einer Roboterapplikation häufig abschnittsweise unterschiedliche Nebenbedingungen eingehalten werden sollen, wobei manche Nebenbedingungen wichtiger sind als andere (im obigen Beispiel kann es beispielsweise wichtiger sein, der Werkstückkontur zu folgen als die Anfangspose möglichst rasch und energiesparend anzufahren). Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf die rein beispielhafte Anwendung bei bezüglich der Applikation redundanten Robotern und/oder den Einsatz von Optimierungsverfahren beschränkt, diese stellt jedoch eine besonders vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung dar.
Ein denkbarer Ansatz besteht darin, die gesamte Bahn für die Applikation integral bzw. in einem über ihre gesamte Länge zu planen und dabei die abschnittsweise unterschiedlichen Nebenbedingungen gemeinsam zu berücksichtigen. Dies stellt jedoch ein sehr komplexes Optimierungsproblem dar, was nicht nur zu hohen Anforderungen an Rechenzeit und -leistung führen, sondern insbesondere auch unerwünscht sackgassenartig in lokalen Minima enden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Bahnplanung und/oder Steuerung eines Roboters zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst. Ansprüche 9, 10 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 zur Planung einer Bahn eines Roboters zur Durchführung einer Applikation (mit dem Roboter;
„Roboterapplikation“ bzw. „Roboterbahn“) die Schritte: - Aufteilen der Applikation in wenigstens zwei aufeinanderfolgende Abschnitte, in einer Ausführung Vorgeben eines Übergangsbereichs, in einer Weiterbildung einer Übergangspose der roboterfesten Referenz oder Übergangsstellung des Roboters, zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten, in einer Ausführung Aufteilen der Applikation in wenigstens drei aufeinanderfolgende Abschnitte, insbesondere Vorgeben eines Übergangsbereichs, in einer Weiterbildung je einer Übergangspose der roboterfesten Referenz oder Übergangsstellung des Roboters, zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten;
- Vorgeben einer Nebenbedingung für den einen Abschnitt der wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Abschnitte und einer hiervon verschiedenen anderen Nebenbedingung für den anderen Abschnitt der wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Abschnitte, in einer Ausführung Vorgeben je einer Nebenbedingung für jeden der wenigstens drei aufeinanderfolgenden Abschnitte, wobei vorzugsweise wenigstens zwei dieser Nebenbedingungen voneinander verschieden sind; und
- Zuordnen je einer Priorität(sstufe) zu diesen Nebenbedingungen.
Der Roboter weist in einer Ausführung wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, (Bewegungs)Achsen bzw. Gelenke, insbesondere Drehachsen bzw. -gelenke, auf. In einer Ausführung weist der Roboter einen, insbesondere stationären oder mobilen, Roboterarm mit wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, (Bewegungs)Achsen bzw. Gelenken, insbesondere Drehachsen bzw. -gelenken, auf. In einer Ausführung weist der Roboter eine roboterfeste Referenz auf, die insbesondere ein Endeffektor, Endflansch bzw. Endglied oder TCP des Roboters oder ortsfest hierzu sein kann, wobei die Applikation Posen, insbesondere also jeweils eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung der roboterfesten Referenz umfassen kann, die der Roboter mit der roboterfesten Referenz zur bzw. bei Durchführung der Applikation nacheinander bzw. sukzessive anfahren bzw. einnehmen soll.
Für solche Roboter ist die vorliegende Erfindung aufgrund von deren Anwendungsgebieten und Kinematiken besonders geeignet. Das Aufteilen der Applikation in aufeinanderfolgende Abschnitte erfolgt in einer Ausführung auf Basis einer Benutzerein- bzw. -vorgabe oder einer übergeordneten automatischen Applikationsplanung und/oder auf Basis unterschiedlicher Arbeitsvorgänge bzw. -ziele für die einzelnen Applikationsabschnitte, beispielsweise Transfer- bzw. Transportvorgänge bzw. -abschnitte, insbesondere von und/oder zu Arbeitsstationen und/oder von und/oder zu Förder- oder Ablagestationen, einerseits und (Be)Arbeit(ung)svorgänge bzw. -abschnitte andererseits oder dergleichen. In einer Ausführung grenzen je zwei aufeinanderfolgende Abschnitte jeweils in einem Übergangsbereich, in einer Weiterbildung in einer Übergangspose der roboterfesten Referenz oder Übergangsstellung des Roboters, aneinander, wobei in einer Weiterbildung diese(r) Übergangsbereich(e) vorgegeben sind bzw. werden, in einer Ausführung bei bzw. zur Aufteilen der Applikation in die Abschnitte und/oder auf Basis einer Benutzerein- bzw. -vorgabe oder einer übergeordneten automatischen Applikationsplanung.
Eine oder mehrere der Nebenbedingungen kann bzw. können (jeweils) eine Kollisionsvermeidung, (das Einnehmen) eine(r) oder mehrere(r) vorgegebene(r) Posen der roboterfesten Referenz und/oder eine Optimierung einer Fahrzeit, einer Belastung, insbesondere Beanspruchung und/oder Beschleunigung, und/oder eines Energiebedarfs des Roboters zur Durchführung des entsprechenden Abschnitts der Applikation oder dergleichen umfassen und/oder ein- oder mehrdimensionale Nebenbedingungen für ein Optimierungsverfahren darstellen bzw. als solche vorgegeben sein.
Das Zuordnen der Priorität(sstuf)en zu den Nebenbedingungen erfolgt in einer Ausführung auf Basis einer Benutzerein- bzw. -vorgabe oder automatisch, in einer Weiterbildung auf Basis einer vorgegebenen Hierarchisierung von Nebenbedingungen oder dergleichen. Dabei können Priorität(sstuf)en auch defaultmäßig zugeordnet sein, so dass beispielsweise durch eine Vorgabe einer (höheren bzw. niedrigeren) Priorität(sstufe) für eine von zwei Nebenbedingungen diese Nebenbedingung gegenüber der anderen höher bzw. niedriger priorisiert wird bzw. ist, ohne dass dieser anderen Nebenbedingung eine Priorität(sstufe) explizit zugeordnet werden muss. Entsprechend können zum Beispiel durch eine Vorgabe einer höheren und einer niedrigeren Priorität(sstufe) für zwei von drei Nebenbedingungen diesen Nebenbedingungen gegenüber der dritten Nebenbedingung höher bzw. niedriger priorisiert werden bzw. sein, ohne dass dieser dritten Nebenbedingung eine Priorität(sstufe) explizit zugeordnet werden muss.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte:
- Planen einer T eilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der wenigstens zwei, gegebenenfalls wenigstens drei, Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die höhere bzw. höchste der Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser (am höchsten priorisierten) Nebenbedingung („am höchsten priorisierte Teilbahn“);
- nachfolgend Planen einer T eilbahn („zweitpriorisierte T eilbahn“) zur Durchführung desjenigen Abschnitts der wenigstens zwei, gegebenenfalls wenigstens drei, Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die (nächst)niedrigere der Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung und auf Basis der zuvor bereits geplanten am höchsten priorisierte Teilbahn, in einer Ausführung auf Basis bzw. unter Verwendung einer Pose der roboterfesten Referenz und/oder einer Stellung des Roboters an einem bzw. demjenigen Ende der zuvor bereits geplanten Teilbahn, das der gerade zu planenden Teilbahn zugewandt ist, vorzugsweise derart, dass beide Teilbahnen in ihrem Übergangsbereich diese Pose bzw. Stellung aufweisen;
- gegebenenfalls nachfolgend Planen einer T eilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der wenigstens drei Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die niedrigste der drei Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung und auf Basis der bereits geplanten am höchsten priorisierte oder zweitpriorisierte Teilbahn, in einer Ausführung auf Basis bzw. unter Verwendung einer Pose der roboterfesten Referenz und/oder einer Stellung des Roboters an einem bzw. demjenigen Ende der zuvor bereits geplanten am höchsten priorisierten bzw. zweitpriorisierten Teilbahn, das der gerade zu planenden Teilbahn zugewandt ist, vorzugsweise derart, dass beide Teilbahnen in ihrem Übergangsbereich diese Pose bzw. Stellung aufweisen; und
- Planen der Bahn des Roboters zur Durchführung der Applikation, wobei die geplante am höchsten priorisierte Teilbahn und die geplante zweitpriorisierte Teilbahn in einem Übergangsbereich miteinander verbunden werden, gegebenenfalls die dritte bzw. zuletzt geplante Teilbahn in einem weiteren Übergangsbereich mit derjenigen von der am höchsten priorisierten Teilbahn und der zweitpriorisierte Teilbahn verbunden wird, auf deren Basis sie geplant worden ist; und diese verbundenen Teilbahnen die Bahn des Roboters oder einen Teil dieser Bahn bilden.
Einer Ausführung der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, die abschnittsweise einzuhaltenden Nebenbedingungen untereinander zu priorisieren, dann (jeweils) für einen Abschnitt mit der höher priorisierten Nebenbedingung eine Teilbahn zu planen und diese bereits geplante Teilbahn bei der nachfolgenden Planung der Teilbahn für den Abschnitt mit der niedriger priorisierten Nebenbedingung zu berücksichtigen. In einer bevorzugten Weiterbildung wird dabei eine Pose der roboterfesten Referenz und/oder eine Stellung des Roboters an demjenigen Ende der bereits geplanten dieser beiden Teilbahnen, das der noch zu planenden der beiden Teilbahnen zugewandt ist, bei der Planung dieser noch zu planenden Teilbahn verwendet, in einer Ausführung als Pose bzw. Stellung dieser zu planenden Teilbahn. Hieraus wird besonders deutlich, dass in einer Ausführung die Planung der noch zu planenden Teilbahn verbessert werden kann, insbesondere kann in einer Ausführung ein Suchraum eines Optimierungsverfahrens vorteilhaft deutlich reduziert werden und/oder die noch zu planende Teilbahn so geplant werden, dass die bereits geplante Teilbahn, insbesondere direkt, ausführbar ist. Gleichermaßen ist es auch möglich, die Pose bzw. Stellung der bereits geplanten Bahn zunächst weiterzuverarbeiten, beispielsweise in vorgegebener Weise zu transformieren, insbesondere zu verschieben und/oder -drehen bzw. -stellen, und dann als Pose bzw. Stellung der zu planenden Teilbahn zu verwenden, oder diese Teilbahn auf andere, vorzugsweise vorgegebene Weise, auf Basis der bereits geplanten Teilbahn zu planen.
In einer Ausführung weist wenigstens einer der Abschnitte der Applikation einen Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messabschnitt zum robotergestützten Bearbeiten und/oder Inspizieren und/oder Messen eines Werkstücks, insbesondere zum Halten und/oder Bewegen eines robotergeführten Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messwerkzeugs, während dieses ein Werkstück bearbeitet bzw. inspiziert bzw. misst, oder zum Halten und/oder Bewegen eines robotergeführten Werkstücks, während dieses von einem Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messwerkzeug bearbeitet bzw. inspiziert bzw. gemessen wird, und die zur Durchführung dieses Abschnitts geplante Teilbahn eine Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn des Roboters auf, kann insbesondere ein(e) solche sein. Unter einem Bearbeiten wird vorliegend insbesondere ein materialabtragendes Bearbeiten wie beispielsweise Schleifen, Sägen, Bohren oder dergleichen, ein materialauftragendes Bearbeiten wie beispielsweise Lackieren, Beschichten oder dergleichen, ein verbindendes Bearbeiten wie beispielsweise Schweißen, Kleben, Nieten oder dergleichen, und ein trennendes Bearbeiten wie beispielsweise Sägen oder dergleichen, verstanden. Unter einem Messen wird vorliegend insbesondere ein Vermessen verstanden.
Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung wenigstens einer der Abschnitte der Applikation ein Anfahrabschnitt zum Anfahren einer Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn oder einer Förder- oder Lagerstelle und die zur Durchführung dieses Abschnitts geplante Teilbahn eine Anfahrbahn des Roboters auf, kann insbesondere ein(e) solche sein.
Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung wenigstens einer der Abschnitte der Applikation ein Wegfahrabschnitt zum Wegfahren von einer Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn oder einer Förder- oder Lagerstelle und die zur Durchführung dieses Abschnitts geplante Teilbahn eine Wegfahrbahn des Roboters auf, kann insbesondere ein(e) solche sein.
Für solche Applikationen ist die vorliegende Erfindung, insbesondere aufgrund der dabei oft zu beachtenden Nebenbedingungen, besonders vorteilhaft.
In einer Ausführung wird beim Planen wenigstens einer der Teilbahnen zur Durchführung eines der Abschnitte der Applikation ein Teil derjenigen Nebenbedingung berücksichtigt, die zur Durchführung eines vorhergehenden oder anschließenden Abschnitts der Applikation vorgegeben ist und der eine niedrigere der Prioritäten zugeordnet ist. Dieser Teil betrifft in einer Ausführung, vorzugsweise nur, den Übergangsbereich bzw. eine Pose der roboterfesten Referenz und/oder eine Stellung des Roboters an demjenigen Ende der gerade zu planenden Teilbahn, das der Teilbahn zur Durchführung des vorhergehenden bzw. anschließenden Abschnitts der Applikation zugewandt ist, dem die niedrigere Priorität zugeordnet ist. Hierdurch kann in einer Ausführung auch beim Planen der Teilbahn zur Durchführung des Abschnitts der Applikation, dem die höhere Priorität zugewiesen ist, vorteilhaft der Suchraum reduziert und so die Planung verbessert werden. Rein beispielhaft und zur Illustration sei der Fall betrachtet, bei dem priorisiert ein Anfahren einer Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn und anschließend die Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn selber geplant wird. Dann kann es vorteilhaft sein, bei der Planung der Anfahrbahn bereits eine für die Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn vorgegebene bzw. zu berücksichtigende Orientierung zu berücksichtigen bzw. (nur) die Redundanz auszunutzen, die aus Sicht der nachfolgend zu planenden Teilbahn, insbesondere am Übergangsbereich, (noch) zur Verfügung steht. Eine Nebenbedingung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine vorgegebene Anfang- und/oder eine vorgegebene Endbedingung des Applikationsabschnitts bzw. der Teilbahn umfassen.
Wie an anderer Stelle bereits erläutert, ist die vorliegende Erfindung insbesondere für Roboter vorteilhaft, die bezüglich eines oder mehrerer der Abschnitte der Applikation redundant sind, da hier häufig abschnittsweise verschiedene Nebenbedingungen zu berücksichtigen sind.
Vorzugsweise werden eine oder mehrere der Teilbahnen (jeweils) mithilfe eines, in einer Ausführung des gleichen, Optimierungsverfahrens geplant. Dies ist in Kombination mit der Berücksichtigung der priorisierten Nebenbedingungen besonders vorteilhaft und führt so zu einer mehrstufigen Optimierung, bei der nacheinander Teilbahnen jeweils durch (Einzel)Optimierung der jeweiligen Teilbahn mithilfe eines Optimierungsverfahrens unter Berücksichtigung der jeweiligen Nebenbedingung und gegebenenfalls auf Basis einer bereits geplanten Teilbahn, die in einem Übergangsbereich an die gerade zu planende Teilbahn anschließt, und/oder eines Teils einer Nebenbedingung für eine nachfolgend zu planende Teilbahn, die in einem Übergangsbereich an die gerade zu planende Teilbahn anschließt.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern des Roboters die Schritte:
- Planen einer Bahn des Roboters nach einem hier beschriebenen Verfahren; und
- Steuern des Roboters zum Abfahren der geplanten Bahn, insbesondere zur Durchführung einer bzw. der Applikation. 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:
- Mittel zum Aufteilen der Applikation in wenigstens zwei aufeinanderfolgende Abschnitte, in einer Ausführung Vorgeben eines Übergangsbereichs, in einer Weiterbildung einer Übergangspose der roboterfesten Referenz oder Übergangsstellung des Roboters, zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten, in einer Ausführung Aufteilen der Applikation in wenigstens drei aufeinanderfolgende Abschnitte, insbesondere Vorgeben eines Übergangsbereichs, in einer Weiterbildung je einer Übergangspose der roboterfesten Referenz oder Übergangsstellung des Roboters, zwischen je zwei der drei aufeinanderfolgenden Abschnitten;
- Mittel zum Vorgeben einer Nebenbedingung für den einen Abschnitt der wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Abschnitte und einer hiervon verschiedenen anderen Nebenbedingung für den anderen Abschnitt der wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Abschnitte, in einer Ausführung Vorgeben je einer Nebenbedingung für jeden der wenigstens drei aufeinanderfolgende Abschnitte, wobei vorzugsweise wenigstens zwei dieser Nebenbedingungen voneinander verschieden sind;
- Mittel zum Zuordnen je einer Priorität(sstufe) zu diesen Nebenbedingungen;
- Mittel zum Planen einer T eilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der wenigstens zwei, gegebenenfalls wenigstens drei, Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die höhere bzw. höchste der Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser (am höchsten priorisierten) Nebenbedingung („am höchsten priorisierte Teilbahn“);
- Mittel zum nachfolgenden Planen einer Teilbahn („zweitpriorisierte Teilbahn“) zur Durchführung desjenigen Abschnitts der wenigstens zwei, gegebenenfalls wenigstens drei, Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die (nächst)niedrigere der Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung und auf Basis der zuvor bereits geplanten am höchsten priorisierte Teilbahn, in einer Ausführung auf Basis bzw. unter Verwendung einer Pose der roboterfesten Referenz und/oder einer Stellung des Roboters an einem bzw. demjenigen Ende der zuvor bereits geplanten Teilbahn, das der gerade zu planenden Teilbahn zugewandt ist, vorzugsweise derart, dass beide Teilbahnen in ihrem Übergangsbereich diese Pose bzw. Stellung aufweisen;
- gegebenenfalls Mittel zum nachfolgenden Planen einer Teilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der wenigstens drei Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die niedrigste der drei Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung und auf Basis der bereits geplanten am höchsten priorisierten oder zweitpriorisierten Teilbahn, in einer Ausführung auf Basis bzw. unter Verwendung einer Pose der roboterfesten Referenz und/oder einer Stellung des Roboters an einem bzw. demjenigen Ende der zuvor bereits geplanten am höchsten priorisierten bzw. zweitpriorisierten Teilbahn, das der gerade zu planenden Teilbahn zugewandt ist, vorzugsweise derart, dass beide Teilbahnen in ihrem Übergangsbereich diese Pose bzw.
Stellung aufweisen; und
- Mittel zum Planen der Bahn des Roboters zur Durchführung der Applikation, wobei die geplante am höchsten priorisierte Teilbahn und die geplante zweitpriorisierte Teilbahnen in einem Übergangsbereich miteinander verbunden werden, gegebenenfalls die dritte bzw. zuletzt geplante Teilbahn in einem weiteren Übergangsbereich mit derjenigen von der am höchsten priorisierten Teilbahn und der zweitpriorisierte Teilbahn verbunden wird, auf deren Basis sie geplant worden ist; und diese verbundenen Teilbahnen die Bahn des Roboters oder einen Teil dieser Bahn bilden;
- und in einer Ausführung Mittel zum Steuern des Roboters zum Abfahren der geplanten Bahn, insbesondere zur Durchführung einer bzw. der Applikation.
In einer Ausführung ist das System bzw. sein(e) Mittel dazu eingerichtet, dass beim Planen wenigstens einer der Teilbahnen zur Durchführung eines der Abschnitte der Applikation ein Teil derjenigen Nebenbedingung berücksichtigt wird, die zur Durchführung eines vorhergehenden oder anschließenden Abschnitts der Applikation vorgegeben ist und der eine niedrigere der Prioritäten zugeordnet ist.
In einer Ausführung umfasst das System bzw. sein(e) Mittel zum Planen einer Teilbahn einen Optimierer zum Planen der Teilbahn mithilfe eines Optimierungsverfahrens. 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 Bussystemdaten- 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 planen bzw. den Roboter steuern kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere computerlesbares und/oder nicht-flüchtiges, 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 sind ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise computerimplementiert bzw. 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 einen bzw. den Roboter auf.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert: Fig. 1 : ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2: ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem siebenachsigen Roboter(arm) 1 und einer Steuerung 2 zum Steuern des Roboter(arm)s 1 bzw. einer Bahnplanung hierfür nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Exemplarisch soll der Roboter(arm) 1 mit seinem TCP aus einer Startpose bzw. -Stellung eine vorgegebene Anfangspose S einer Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn anfahren („Anfahrbahn“), den TCP dann längs einer vorgegebenen Strecke in eine vorgegebene Endpose E führen, und von dort mit seinem TCP in eine Zielpose bzw. -Stellung fahren („Wegfahrbahn“).
Auf der Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn soll dabei eine Nebenbedingung NSE eingehalten werden, beispielsweise der vorgegebenen Strecke, zum Beispiel einer Werkstückkontur, kollisionsfrei und mit einer vorgegebenen Orientierung des TCPs zu folgen.
Auf der Anfahrbahn soll eine andere Nebenbedingung Ns eingehalten werden, beispielsweise die Anfangspose S kollisionsfrei und möglichst rasch anzufahren.
Auf der Wegfahrbahn soll eine andere Nebenbedingung NE eingehalten werden, beispielsweise die Zielpose bzw. -Stellung kollisionsfrei und möglichst energiesparend anzufahren.
Zur Bahnplanung wird die oben beschriebene Applikation bzw. zu planende Bahn zunächst in einem Schritt S10 in mehrere Abschnitte bzw. Teilbahnen aufgeteilt, im Beispiel das Anfahren bzw. die Anfahrbahn, das Bearbeiten bzw. Inspizieren bzw. Messen bzw. die Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn und das Wegfahren bzw. die Wegfahrbahn. Die Aufteilung kann insbesondere auf Basis einer Benutzerein- bzw. -vorgabe oder einer übergeordneten automatischen Applikationsplanung erfolgen und das Vorgeben der Übergangsbereiche zwischen den einzelnen Teilbahnen umfassen, in einer Ausführung hieraus bestehen. Für diese Abschnitte bzw. Teilbahnen werden in einem Schritt S20 unterschiedliche Nebenbedingungen vorgegeben, im Beispiel die vorstehend genannten Nebenbedingungen Ns für das Anfahren bzw. die Anfahrbahn, NSE für das Bearbeiten bzw. Inspizieren bzw. Messen bzw. die Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn und NE für das Wegfahren bzw. die Wegfahrbahn. Die Vorgabe kann insbesondere auf Basis einer Benutzerein- bzw. -vorgabe erfolgen oder automatisch erfolgen, beispielsweise auf Basis einer Zuordnung vorgegebener Nebenbedingungen zu unterschiedlichen Applikationsabschnitts- bzw. Teilbahntypen oder dergleichen.
In einem Schritt S30 werden den unterschiedlichen Nebenbedingungen verschiedene Priorität(sstuf)en zugeordnet. Diese Zuordnung kann insbesondere auf Basis einer Benutzerein- bzw. -vorgabe erfolgen oder automatisch erfolgen, beispielsweise auf Basis einer vorgegebenen Hierarchisierung von Nebenbedingungen oder dergleichen. So kann beispielsweise ein Einhalten einer vorgegebenen Orientierung längs einer Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn einer Minimierung einer Fahrzeit und eines Energiebedarfs vorgehen oder dergleichen. Durch eine Zuordnung auf Basis einer Benutzerein- bzw. -vorgabe kann besonders vorteilhaft Expertenwissen genutzt werden, da Applikationsingenieure oftmals am besten beurteilen können, welche Nebenbedingungen am wichtigsten bzw. wenig(er) wichtig sind. Im obigen Beispiel wird der Nebenbedingung NSE für die Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn die höchste Priorit t(sstufe) zugeordnet, der Nebenbedingungen NE für die Wegfahrbahn die niedrigste Priorit t(sstufe) und der Nebenbedingungen Ns für die Anfahrbahn eine mittlere Priorit t(sstufe), die niedriger als die höchste, der Nebenbedingung NSE für die Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn zugeordnete Priorit t(sstufe) und höher als die niedrigste, der Nebenbedingung NE für die Wegfahrbahn zugeordnete Priorit t(sstufe) ist.
In einem Schritt S40 wird nun zunächst die Teilbahn geplant, deren bei ihrer Planung einzuhaltende Nebenbedingung die höchste Priorität(sstufe) zugeordnet (worden) ist, im obigen Beispiel die Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn. Diese Planung erfolgt in an sich bekannter Weise auf Basis der vorgegebenen Anfangspose S und vorgegebenen Endpose E unter Berücksichtigung der vorgegebenen Nebenbedingung NSE mithilfe eines Optimierungsverfahrens und definiert Stellungen qt = [qi, q2,...q?]i des Roboter(arm)s 1 längs der Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn, insbesondere (s)eine Stellung qs in der bzw. für die Anfangspose S und (s)eine Stellung QE in der bzw. für die Endpose E.
In einem Schritt S50 wird danach die Teilbahn geplant, deren bei ihrer Planung einzuhaltende Nebenbedingung die nächstniedrigere Priorität(sstufe) zugeordnet (worden) ist, im obigen Beispiel die Anfahrbahn. Diese Planung erfolgt in an sich bekannter Weise auf Basis der vorgegebenen Startpose bzw. -Stellung und der in Schritt S40 ermittelten Roboter(arm)stellung qs unter Berücksichtigung der vorgegebenen Nebenbedingung Ns mithilfe des gleichen oder eines anderen Optimierungsverfahrens und definiert entsprechend Stellungen q des Roboter(arm)s 1 längs der Anfahrbahn.
Dabei wird die Anfahrbahn so geplant, dass sie den Roboter(arm) 1 an ihrem Ende in die in Schritt S40 ermittelte Stellung qs überführt.
Man erkennt an diesem Beispiel, dass der Suchraum für die Planung der Anfahrbahn durch die bereits in Schritt S40 ermittelte Stellung qs deutlich reduziert ist. Auf diese Weise kann in einer Ausführung die (Teil)Bahn mit geringer(er) Rechenzeit und/oder -leistung geplant und/oder die Gefahr reduziert werden, dass das Optimierungsverfahren nur lokale Minima auffindet, insbesondere in einem solchen sackgassenartig endet. Man erkennt zudem, dass primär versucht wird, die am höchsten priorisierte Nebenbedingung NSE einzuhalten, und die demgegenüber niedriger priorisierte Nebenbedingung Ns (noch) soweit eingehalten wird, wie dies durch die höher priorisierte Nebenbedingung NSE (noch) möglich ist.
In einem Schritt S60 wird danach die Teilbahn geplant, deren bei ihrer Planung einzuhaltende Nebenbedingung die nächstniedrigere Priorität(sstufe) zugeordnet (worden) ist, im obigen Beispiel die Wegfahrbahn. Diese Planung erfolgt in an sich bekannter Weise auf Basis der vorgegebenen Zielpose bzw. -Stellung und der in Schritt S40 ermittelten Roboter(arm)stellung QE unter Berücksichtigung der vorgegebenen Nebenbedingung NE mithilfe des gleichen oder eines anderen Optimierungsverfahrens und definiert entsprechend Stellungen q des Roboter(arm)s 1 längs der Wegfahrbahn. Dabei wird die Wegfahrbahn so geplant, dass sie bei bzw. in der in Schritt S40 ermittelten Stellung QE beginnt.
Auch dies illustriert exemplarisch die Reduzierung des Suchraum für die Planung der Wegfahrbahn durch die bereits in Schritt S40 ermittelte Stellung QE, SO dass in einer Ausführung die (Teil)Bahn mit geringer(er) Rechenzeit und/oder -leistung geplant und/oder die Gefahr reduziert werden kann, dass das Optimierungsverfahren nur lokale Minima auffindet, insbesondere in einem solchen sackgassenartig endet. Man erkennt zudem, dass primär versucht wird, die am höchsten priorisierte Nebenbedingung NSE einzuhalten, dann die demgegenüber niedriger priorisierte Nebenbedingung Ns (noch) soweit einzuhalten, wie dies durch die höher priorisierte Nebenbedingung NSE (noch) möglich ist, und schließlich die demgegenüber noch niedriger priorisierte Nebenbedingung NE (noch) soweit einzuhalten, wie dies durch die höher priorisierten Nebenbedingungen NSE, NS (noch) möglich ist.
In einem Schritt S70 verbindet die Steuerung 2 die geplanten Teilbahnen und steuert den Roboter(arm) 1 zum Abfahren der geplanten Bahn zur Durchführung der Applikation. Dabei kann das Verbinden insbesondere auch dadurch erfolgen, dass eine nachfolgend geplante Teilbahn bereits bei ihrer Planung mit der bereits geplanten Teilbahn verbunden wird, sich insbesondere an diese anschließt bzw. diese fortsetzt. Somit kann allgemein ein Planen der Bahn des Roboters zur Durchführung der Applikation, wobei die geplanten Teilbahnen in einem Übergangsbereich miteinander verbunden werden und diese verbundenen Teilbahnen die Bahn des Roboters oder einen Teil dieser Bahn bilden, (bereits) durch das Planen der einzelnen Teilbahnen, im Ausführungsbeispiel die Schritte S40-S60, realisiert sein bzw. werden.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
So könnte, wiederum rein beispielhaft und nur zu Illustrationszwecken, die Planung der An- oder Wegfahrbahn entfallen und/oder die Nebenbedingung Ns bzw. NE für die An- oder Wegfahrbahn höher priorisiert werden als die Nebenbedingung für die Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn NSE. Beispielsweise wird in einer Abwandlung in Schritt S40 dann entsprechend statt der Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn zuerst die Anfahrbahn geplant. Diese Planung erfolgt dann in an sich bekannter Weise auf Basis der vorgegebenen Startpose bzw. -Stellung und der vorgegebenen Anfangspose S unter Berücksichtigung der vorgegebenen Nebenbedingung Ns mithilfe eines Optimierungsverfahrens und definiert Stellungen q des Roboter(arm)s 1 längs der Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn, insbesondere (s)eine Stellung qs in der bzw. für die Anfangspose S. Dabei wird in einer Ausführung ein Teil der Nebenbedingung, der sich nur auf die Anfangspose S bezieht, bereits mit berücksichtigt, im Beispiel die hierfür vorgegebene Orientierung des TCPs realisiert werden. Mit anderen Worten wird hier die aus Sicht der nachfolgenden Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn (noch) erlaubte bzw. zur Verfügung stehende Redundanz ausgenutzt. Natürlich ist es gleichermaßen möglich, analog bereits bei der priorisierten Planung einer nachfolgenden Teilbahn bereits den Teil der Nebenbedingung für die ihr vorhergehende Teilbahn, der sich nur auf den Übergangsbereich zwischen diesen beiden Teilbahnen bezieht, bereits mit zu berücksichtigen.
In Schritt S50 wird dann die Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn geplant. Diese Planung erfolgt in an sich bekannter Weise auf Basis der vorgegebenen Endpose E und der in Schritt S40 ermittelten Roboter(arm)stellung qs unter Berücksichtigung der vorgegebenen Nebenbedingung NSE mithilfe des gleichen oder eines anderen Optimierungsverfahrens und definiert Stellungen q des Roboter(arm)s 1 längs der Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn, insbesondere (s)eine Stellung QE in der bzw. für die Endpose E.
Auch dies illustriert exemplarisch die Reduzierung des Suchraum für die Planung der Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn durch die bereits in Schritt S40 ermittelte Stellung qs, so dass in einer Ausführung die (Teil)Bahn mit geringer(er) Rechenzeit und/oder -leistung geplant und/oder die Gefahr reduziert werden kann, dass das Optimierungsverfahren nur lokale Minima auffindet, insbesondere in einem solchen sackgassenartig endet. Man erkennt wiederum, dass primär versucht wird, die höher priorisierte Nebenbedingung Ns einzuhalten, und dann die demgegenüber niedriger priorisierte Nebenbedingung NSE (noch) soweit einzuhalten, wie dies durch die höher priorisierte Nebenbedingung Ns (noch) möglich ist.
In obigen Beispielen wurde jeweils durch die Planung einer Teilbahn mit höher priorisierter Nebenbedingung eine Roboterstellung ermittelt und diese bei der Planung einer Teilbahn mit niedriger priorisierter Nebenbedingung verwendet. Es kann dabei besonders vorteilhaft sein, diese bei der höher priorisierten Planung ermittelte Roboterstellung als Ausgangs- bzw. Endstellung bei der niedriger priorisierten Planung zu verwenden, in obigem Beispiel also die Anfahrbahn zum Anfahren der bei der höher priorisierten Planung der Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn ermittelten Roboter(arm)stellung qs bzw. umgekehrt die Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn zum Weiterfahren aus der bei der höher priorisierten Planung der Anfahrbahn ermittelten Roboter(arm)stellung qs bzw. die Wegfahrbahn zum Weiterfahren aus der bei der höher priorisierten Planung der Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn ermittelten Roboter(arm)stellung QE ZU planen. Gleichermaßen ist es jedoch auch möglich, die bei der niedriger priorisierten Planung verwendete Ausgangs- bzw. Endstellung auf Basis der bei der höher priorisierten Planung ermittelte Roboterstellung zu berechnen, insbesondere aufgrund einer vorgegebenen Abbildung bzw. Transformation. So könnte, wiederum rein beispielhaft und nur zu Illustrationszwecken, der Roboter(arm) 1 der Fig. 1 auf einer mobilen Plattform angeordnet sein, die zwischen dem Beenden der geplanten Anfahrbahn und dem Beginn der geplanten Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn um eine vorgegebene Strecke verfahren wird. Dann kann für die priorisiert geplante Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn zunächst eine Roboter(arm)stellung qs ermittelt werden und die auf der Anfahrbahn anzufahrende Roboter(arm)stellung qs auf deren Basis unter Kompensation der Verfahrstrecke geplant werden. In diesem Fall umfasst ein Übergangsbereich zwischen Anfahrbahn und Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn die Verfahrstrecke.
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(arm)
2 Steuerung
TCP Tool Center Point (roboterfeste Referenz) qi,...q7 Gelenkkoordinate

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Planung einer Bahn eines Roboters (1) zur Durchführung einer Applikation, mit den Schritten:
- Aufteilen (S10) der Applikation in wenigstens zwei aufeinanderfolgende Abschnitte;
- Vorgeben (S20) einer Nebenbedingung für den einen Abschnitt dieser beiden Abschnitte und einer hiervon verschiedenen anderen Nebenbedingung für den anderen Abschnitt dieser beiden Abschnitte;
- Zuordnen (S30) einer Priorität zu der einen dieser beiden Nebenbedingung und einer demgegenüber höheren oder niedrigeren Priorität zu der anderen dieser beiden Nebenbedingungen;
- Planen (S40) einer T eilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der beiden Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die höhere der beiden Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung;
- nachfolgend (S50) Planen einer Teilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der beiden Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die niedrigere der beiden Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung und auf Basis der zuvor bereits zur Durchführung desjenigen Abschnitts der beiden Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die höhere der beiden Prioritäten zugeordnet ist, geplanten Teilbahn; und
- Planen (S70) der Bahn des Roboters zur Durchführung der Applikation, wobei die geplanten Teilbahnen in einem Übergangsbereich miteinander verbunden werden und diese verbundenen Teilbahnen die Bahn des Roboters oder einen Teil dieser Bahn bilden. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Applikation in wenigstens drei aufeinanderfolgende Abschnitte aufgeteilt wird;
- für jeden dieser drei Abschnitte jeweils eine Nebenbedingung vorgegeben wird,
- jeder dieser drei Nebenbedingungen jeweils eine unterschiedliche Priorität zugeordnet wird; - zunächst eine T eilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der drei Abschnitte geplant wird, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die höchste der drei Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung;
- nachfolgend eine Teilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der drei Abschnitte geplant wird, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die nächstniedrigere der drei Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung und auf Basis der zuvor bereits zur Durchführung desjenigen Abschnitts der drei Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die höchste der drei Prioritäten zugeordnet ist, geplanten Teilbahn;
- nachfolgend eine Teilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der drei Abschnitte geplant wird, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die niedrigste der drei Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung und auf Basis eines der beiden bereits geplanten Teilbahnen; und
- die geplanten Teilbahnen jeweils paarweise in je einem Übergangsbereich miteinander verbunden werden und diese verbundenen Teilbahnen die Bahn des Roboters oder einen Teil dieser Bahn bilden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- wenigstens einer der Abschnitte der Applikation einen Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messabschnitt zum robotergestützten Bearbeiten, Inspizieren und/oder Messen eines Werkstücks und die zur Durchführung dieses Abschnitts geplante Teilbahn eine Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn des Roboters; und/oder
- wenigstens einer der Abschnitte der Applikation einen Anfahrabschnitt zum Anfahren einer Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn oder einer Förder- oder Lagerstelle und die zur Durchführung dieses Abschnitts geplante Teilbahn eine Anfahrbahn des Roboters; und/oder
- wenigstens einer der Abschnitte der Applikation einen Wegfahrabschnitt zum Wegfahren von einer Bearbeitungs-, Inspektions- und/oder Messbahn oder einer Förder- oder Lagerstelle und die zur Durchführung dieses Abschnitts geplante Teilbahn eine Wegfahrbahn des Roboters aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Planen wenigstens einer der Teilbahnen zur Durchführung eines der Abschnitte der Applikation ein Teil derjenigen Nebenbedingung berücksichtigt wird, die zur Durchführung eines vorhergehenden oder anschließenden Abschnitts der Applikation vorgegeben ist und der eine niedrigere der Prioritäten zugeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Nebenbedingungen eine Kollisionsvermeidung, wenigstens eine Pose einer roboterfesten Referenz des Roboters und/oder eine Optimierung einer Fahrzeit, einer Belastung und/oder eines Energiebedarfs des Roboters zur Durchführung des entsprechenden Abschnitts der Applikation umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter bezüglich wenigstens eines der Abschnitte der Applikation redundant ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Teilbahnen mithilfe eines Optimierungsverfahrens geplant wird.
8. Verfahren zum Steuern eines Roboters, mit den Schritten:
- Planen einer Bahn des Roboters nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und
- Steuern des Roboters zum Abfahren der geplanten Planen, insbesondere zur Durchführung einer Applikation.
9. System zur Planung einer Bahn eines Roboters zur Durchführung einer Applikation, insbesondere zum Steuern des Roboters, wobei das System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: - Mittel zum Aufteilen der Applikation in wenigstens zwei aufeinanderfolgende Abschnitte;
- Mittel zum Vorgeben einer Nebenbedingung für den einen Abschnitt dieser beiden Abschnitte und einer hiervon verschiedenen anderen Nebenbedingung für den anderen Abschnitt dieser beiden Abschnitte;
- Mittel zum Zuordnen einer Priorität zu der einen dieser beiden Nebenbedingung und einer demgegenüber höheren oder niedrigeren Priorität zu der anderen dieser beiden Nebenbedingungen;
- Mittel zum Planen einer Teilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der beiden Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die höhere der beiden Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung;
- Mittel zum nachfolgenden Planen einer Teilbahn zur Durchführung desjenigen Abschnitts der beiden Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die niedrigere der beiden Prioritäten zugeordnet ist, unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingung und auf Basis der zuvor bereits zur Durchführung desjenigen Abschnitts der beiden Abschnitte, für den die Nebenbedingung vorgegeben ist, der die höhere der beiden Prioritäten zugeordnet ist, geplanten Teilbahn; und
- Mittel zum Planen der Bahn des Roboters zur Durchführung der Applikation, wobei die geplanten Teilbahnen in einem Übergangsbereich miteinander verbunden werden und diese verbundenen Teilbahnen die Bahn des Roboters oder einen Teil dieser Bahn bilden. 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 9 den oder die Computer oder das System dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
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