EP4731392A1

EP4731392A1 - Tragbare roboter-lehrvorrichtung und verfahren zum manuellen einlernen von arbeitspunkten, bahnpunkten und/oder trajektorien

Info

Publication number: EP4731392A1
Application number: EP24729001.8A
Authority: EP
Inventors: Niels Jochen DEHIO
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2023-06-23
Filing date: 2024-05-27
Publication date: 2026-04-29
Also published as: CN121794100A; WO2024260681A1; DE102023116651B3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine tragbare Roboter-Lehrvorrichtung (13) zum manuellen Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien eines durch einen Roboter (1) nach dem Einlernen automatisch auszuführenden Arbeitsablaufes, und zwar auf Grundlage eines Roboterprogramms, in dem die im Teach-In-Verfahren mittels der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) angelernten Arbeitspunkte, Bahnpunkte und/oder Trajektorie aufgenommen sind, unter anderem aufweisend eine Sensoreinrichtung (20) zum Erfassen wenigstens eines Zustands eines Stellglieds (17) der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) synchron zu aufgenommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien. Die Erfindung betrifft außerdem ein zugehöriges Verfahren zum manuellen Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien eines durch einen Roboter (1) nach dem Einlernen automatisch auszuführenden Arbeitsablaufes mittels einer tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13).

Description

Tragbare Roboter-Lehrvorrichtung und Verfahren zum manuellen Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien

Die Erfindung betri f ft eine tragbare Roboter-Lehrvorrichtung zum manuellen Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien eines durch einen Roboter nach dem Einlernen automatisch aus zuführenden Arbeitsablaufes , und zwar auf Grundlage eines Roboterprogramms , in dem die im Teach- In-Verf ahren mittels der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung angelernten Arbeitspunkte , Bahnpunkte und/oder Traj ektorie aufgenommen sind . Die Erfindung betri f ft außerdem ein Verfahren zum manuellen Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien eines durch einen Roboter nach dem Einlernen automatisch aus zuführenden Arbeitsablaufes mittels einer tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung .

Die WO 2017 / 036521 Al beschreibt ein handgehaltenes Positionsvektor-Lerngerät für die Roboterprogrammierung, umfassend einen handgehaltenen Grundkörper, eine an dem handgehaltenen Grundkörper angebrachte mechanische Interaktionseinrichtung, die sich entlang einer Referenzachse erstreckt und einen Referenzwerkzeugmittelpunkt auf der Referenzachse definiert , eine in den handgehaltenen Grundkörper integrierte Positions- und Orientierungsbestimmungseinrichtung, die dazu vorgesehen ist , die Position des Referenzwerkzeugmittelpunktes und die Orientierung der Referenzachse relativ zu einem Referenzkoordinatensystem zu bestimmen, das auf die mechanische Interaktionseinrichtung ausgerichtet ist , eine Kommunikationsschnittstelle zum Datenaustausch mit einer Recheneinrichtung, insbesondere mit einer Robotersteuerung, wobei die handgehaltene Positionsvektor-Lehreinrichtung dazu vorgesehen ist , ihrer Kommunikationsschnittstelle Daten zur Verfügung zu stellen, die die aktuelle Position des Referenzwerkzeugmittelpunktes und die Orientierung der Referenzachse relativ zu dem ausgerichteten Ref erenzkoordinatensystem beschreiben .

Aufgabe der Erfindung ist es , eine tragbare Roboter- Lehrvorrichtung und ein zugehöriges Verfahren zu schaffen, die einen erweiterten Nutzen aufweisen, so dass mittels eines Roboters automatisch aus zuführende Arbeitsabläufe mit höherer Präzision und/oder größerem Funktionsumfang manuell gelehrt werden können .

Die Aufgabe wird gelöst durch eine tragbare Roboter- Lehrvorrichtung zum manuellen Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien eines durch einen Roboter nach dem Einlernen automatisch aus zuführenden Arbeitsablaufes , und zwar auf Grundlage eines Roboterprogramms , in dem die im Teach- In-Verf ahren mittels der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung angelernten Arbeitspunkte , Bahnpunkte und/oder Traj ektorie auf genommen sind, aufweisend :

- einen Grundkörper mit einem Gri f f abschnitt , der ausgebildet ist zum manuellen Halten und manuellen Führen der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung,

- eine an den Grundkörper angeschlossene Werkzeug- Repräsentanz , welche wenigstens ein ansteuerbares Stellglied aufweist , das ausgebildet ist zum Ansteuern einer Werkzeugfunktion, wenigstens ein manuelles Betätigungsmittel zum

Ansteuern des Stellglieds ,

- eine Erfassungseinrichtung zum Aufnehmen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Tra j ektorien, und

- eine Sensoreinrichtung zum Erfassen wenigstens eines Zustands des Stellglieds synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Tra j ektorien .

Die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung dient dazu, im Rahmen einer Erstellung eines Roboterprogramms , die für die spätere automatische Aus führung des Roboterprogramms durch einen Roboter benötigten Arbeitspunkte , Bahnpunkte und/oder Traj ektorien manuell zu erfassen . Ein solches Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien kann statt oder ergänzend zu einem Erstellen auch ein Korrigieren bereits eingelernter Arbeitspunkte , Bahnpunkte und/oder Traj ektorien eines bestehenden Roboterprogramms umfassen . Dazu hält und führt eine Person die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung innerhalb eines Arbeitsraumes , in dem der Roboter die programmierte Arbeitsaufgabe durchführen soll . Bei der automatischen Aus führung des Roboterprogramms bewegt der Roboter ein Werkzeug, um damit die gewünschte Arbeitsaufgabe , beispielsweise an einem Werkstück, aus zuführen . Das Werkzeug kann beispielsweise ein Greifer sein, welcher Werkstücke ergrei ft , transportiert , ablegt und/oder in sonstiger Weise handhabt . Das Werkzeug kann aber auch ein Bearbeitungswerkzeugs , das von dem Roboter geführt wird und das an Werkstücken bestimmte Bearbeitungen durchführt . So kann das Bearbeitungswerkzeug beispielsweise eine Schweiß zange sein, welche an einem Werkstück Schweißpunkte anbringt . Das Bearbeitungswerkzeug kann aber beispielsweise auch ein Bohrer oder ein Fräser sein, welcher das Werkstück beispielsweise spanend bearbeitet . Ein weiteres nicht abschließendes Beispiel eines Bearbeitungswerkzeugs kann beispielsweise eine Sprayvorrichtung sein, die beispielsweise Farbe oder Lack versprüht , so dass eine Oberfläche eines Werkstücks automatisch lackiert werden kann .

In vielen Fällen ist es zur Erstellung eines Roboterprogramms erforderlich, neben den Positionen und/oder Orientierungen des vom Roboter zu führenden Werkzeugs , außerdem wenigstens eine Werkzeugfunktion anzulernen, so dass das Roboterprogramm nicht nur die Arbeitspunkte , Bahnpunkte und/oder Traj ektorien vorgibt , entlang denen sich das Werkzeug geführt durch den Roboter automatisch bewegen soll , sondern auch wie sich die Werkzeugfunktion während des automatischen Handhabens des Werkzeugs durch den Roboter zu verhalten hat .

So ist es bei der Erstellung eines Roboterprogramms zum robotergeführten Handhaben eines Grei fers beispielsweise erforderlich auch zu programmieren, in welchen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder an welchen Stellen der Traj ektorien der Grei fer sich öf fnen soll oder sich schließen soll . Im Falle eines Bearbeitungswerkzeugs , wie Bohrer oder Fräsen, ist beispielsweise zu programmieren, in welchen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder an welchen Stellen der Traj ektorien der Bohrer oder Fräsen sich drehen sol l oder stillstehen soll . Gegebenenfalls ist beispielsweise auch eine Vorschubkraft oder Vorschubgeschwindigkeit zu programmieren . Im Falle einer Spraydüse als Werkzeug ist beispielsweise zu programmieren, wann die Spraydüse zu öf fnen ist und wann die Spraydüse wieder zu schließen ist . Auch der Spraydruck oder die Auftragsmenge kann positionsabhängig und/oder lageabhängig zu verändern sein . Im Falle eines Sauggrei fers ist beispielsweise zu programmieren, wann an dem wenigstens einen Saugelement des Sauggrei fers ein Unterdrück herzustellen ist , wann ein Unterdrück wieder wegzunehmen ist und/oder wann gegebenenfalls ein Überdruck an das wenigstens eine Saugelement anzulegen ist , beispielsweise , wenn ein vom Saugelement angesaugter Gegenstand losgelassen werden soll , insbesondere aktiv abgestoßen werden soll , d . h . abgeworfen werden soll .

Der Gri f f abschnitt des Grundkörpers kann einen Handgrif f aufweisen, der entsprechend ergonomisch gestaltet sein kann, so dass die tragbare Roboterlehrvorrichtung mittels einer Hand einer Person gehalten, getragen und gehandhabt bzw . im Raum bewegt werden kann . Der Grundkörper kann einen Flansch aufweisen, an dem wahlweise unterschiedliche Arten von Werkzeug-Repräsentanzen angekoppelt werden können . So kann der Grundkörper, welcher auch mit der erforderlichen Elektronik bzw . Steuerungseinrichtungen versehen sein kann, in Verbindung mit unterschiedlichen Werkzeug-Repräsentanzen verwendet werden .

Als Werkzeug-Repräsentanz wird wahlweise ein Werkzeug verstanden, welches das eigentliche am Roboter zu befestigende , den zu programmierenden Arbeitsablauf tatsächlich aus führende funktions fähige Werkzeug sein kann, oder eine Attrappe eines am Roboter zu befestigenden Werkzeugs sein kann . Die Attrappe kann insoweit einen reduzierten Funktionsumfang aufweisen und/oder aus einfachen, leichteren, kostengünstigen Komponenten und/oder Komponenten anderer Werkstof fe hergestellt sein als dies bei vollfunktions fähigen Werkzeugen der Fall ist . Die Werkzeug-Repräsentanz muss nicht zwingend eine Werkzeugfunktion zum mechanischen Bearbeiten eines Werkstücks aufweisen . Die Werkzeug-Repräsentanz kann beispielsweise auch ein berührungslos arbeitendes Messinstrument darstellen . In einer einfachen Form kann es sich dabei beispielsweise um lediglich den Grundkörper mit einer integrierten Kamera handeln, welche für einen speziellen Anwendungs fall die Werkzeug-Repräsentanz selbst bildet , beispielsweise zum Demonstrieren von einer reinen visuellen Inspektions-Aufgabe ohne mechanische Kontakte . Es sind auch Prozesse mit kontakt freier Inspektion in einem variablen Prozess möglich, beispielsweise zur Überprüfung der Temperatur mit einem Temperatur-Sensor, zur Überprüfung von Lecks mit einem Leckage-Sensor, zur Überprüfung von Material fehlern mit einem Kamera-Sensor .

Mittels des manuellen Betätigungsmittels kann eine Person, welche die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung manuell trägt und handhabt , auch das Stellglied der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung manuell ansteuern, insbesondere gleichzeitig, d . h . synchron, während die Person die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung im Raum von einem Arbeitspunkt oder einem Bahnpunkt zu einem anderen Arbeitspunkt oder anderen Bahnpunkt bewegt , deren Orientierung ändert oder mittels einer durchgehenden Bewegung eine Traj ektorie im Raum auf zeichnet .

Die Erfassungseinrichtung zum Aufnehmen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien kann analog den bekannten Erfassungseinrichtungen ausgebildet sein, wie sie schon bisher bei tragbaren Roboter-Lehrvorrichtungen nach dem Stand der Technik verwendet werden . So kann die Erfassung von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien, und/oder die Erfassung der Positionen und/oder Orientierungen der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung im Raum durch Verwendung von internen Sensoren, wie beispielsweise Gyroskope oder Inertialmesssystemen erfolgen . Alternativ oder ergänzend können externe Sensoren eingesetzt werden, wie beispielsweise Tracking-Sensoren bzw . „Motion-Capture"-Sensoren . Die Erfassungseinrichtung kann ausgebildet und eingerichtet sein, neben der Erfassung von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien auch eine Erfassung von weiteren Sensor-Daten und/oder Aktuator-Daten zu ermöglichen .

Bei tragbaren Roboter-Lehrvorrichtungen nach dem Stand der Technik ist es zwar bekannt , dass neben den Positionen und Orientierung der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung bzw . dessen definiertem Arbeitspunkt , auch zusätzlich Kräfte angelernt werden können . Allerdings können solche Kräfte keine genaue Rückschlüsse auf den tatsächlichen Zustand von Stellgliedern liefern, welche das tatsächliche Verhalten des zu programmierenden Werkzeugs darstellen . So kann davon ausgegangen werden, dass eine rein mechanische Beweglichkeit von Grei f fingern an der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtungen kein Stellglied repräsentieren können für die Grei f finger und die zugehörigen Stellglieder, die ein funktions fähiges Werkzeug aufweisen müsste , um die tatsächliche Arbeitsaufgabe aus zuführen, insbesondere wenn die Bewegungen der Grei ferfinger, d . h . ein Öf fnen und/oder Schließen der Grei ferfinger, bei der späteren Aus führung des angelernten Roboterprogramms , durch den Roboter bzw . durch die Robotersteuerung automatisch ausgeführt werden sollen . Das funktions fähige Werkzeug muss dann nämlich über aktiv antreibbare Grei ferfinger verfügen und die Grei ferf inger des funktions fähigen Werkzeugs dürften nicht mehr rein manuell durch die Finger einer Hand einer Person verstellbar sein . Die erfindungsgemäße Lösung sieht daher vor, dass die an den Grundkörper der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung angeschlossene Werkzeug-Repräsentanz zumindest ein ansteuerbares Stellglied aufweist , welches eine zugeordnete Werkzeugfunktion ansteuert , und eine Sensoreinrichtung zum Erfassen wenigstens eines Zustands des Stellglieds synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien vorgesehen ist .

Der Zustand des Stellglieds kann seine Stellung, insbesondere seine Position und/oder Orientierung sein . Als Bezugspunkt kann ein fester Ort an der Werkzeug-Repräsentanz oder an dem Grundkörper der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung dienen . Der Zustand des Stellglieds kann aber auch ein funktioneller Zustand sein . Beispielsweise im Falle eines Ventils als Stellglied kann der erfasste Zustand ein „Ventil-of f en"- Zustand sein oder eine „Ventil-geschlossen"-Zustand sein . In einem anderen Fall , in dem die Werkzeugfunktion beispielsweise ein Bearbeitungswerkzeug, wie beispielsweise ein Bohrer oder ein Fräser ist , kann der Zustand des Stellglieds , das in diesem Fall der Bohrer oder Fräser selbst sein kann, oder ein den Bohrer oder Fräser tragendes Bohrfutter sein kann, beispielsweise die Drehzahl sein .

Im Falle eines Grei fers mit Grei fbacken oder Grei f f ingern, die geöf fnet und geschlossen werden können, kann neben dem Zustand des „Grei fer of fen" und des Zustands des „Greifer geschlossen" auch Zustände erfasst werden, welche die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung umfassen, mit der die Grei fbacken oder Grei f finger geöf fnet oder geschlossen werden . Dies kann beispielsweise bei Fallgestaltungen von Bedeutung sein, in denen ein Grei fer einen Gegenstand erfasst und der Gegenstand mittels des Grei fers geworfen werden soll , so dass dieser Gegenstand nach einem Öf fnen des Grei fers mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit einer erwarteten Flugbahn folgt .

Im Allgemeinen kann dieses Stellglied der Werkzeug- Repräsentanz ein rein mechanisches Stellglied sein . Beispielsweise im Falle eines Grei fers kann dies auch ein mechanisches Bauteil einer Grei ferbacke selbst sein, oder ein mechanisches Kopplungsglied zum Bewegen der Grei ferbacke sein, oder ein aktiver Antrieb sein, wie beispielsweise ein Motor, insbesondere ein elektrischer Motor, der wenigstens eine angeschlossene Grei ferbacke aktiv zu bewegen vermag .

Besonders vorteilhaft ist es , wenn zumindest das Stellglied kein Ersatzbauteil oder Dummy-Bauteil ist , sondern genau ein solches funktions fähiges Stellglied ist , wie es an dem späteren realen Werkzeug auch im Automatikbetrieb, in dem der Roboter das funktions fähige Werkzeug während der automatischen Aus führung des programmierten Arbeitsablaufes handhabt , eingebaut ist .

So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass an den Grundkörper der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung genau dasj enige , für den gemäß dem angelernten Roboterprogramm automatisch aus zuführenden Arbeitsablauf funktions fähige Werkzeug als Werkzeug-Repräsentanz angeschlossen wird, welches später auch im Automatikbetrieb am Roboter befestigt wird .

Somit kann die an den Grundkörper angeschlossene Werkzeug- Repräsentanz durch ein funktions fähiges Werkzeug gebildet werden, das zur Verwendung bei der automatischen Aus führung des vom Roboter durchzuführenden Arbeitsablaufes geeignet ist , wobei dieses funktions fähige Werkzeug an den Grundkörper angeschlossen ist , das ansteuerbare Stellglied durch einen zur Aus führung einer Werkzeugfunktion ausgebildeten Aktor des funktions fähiges Werkzeug gebildet wird und die Sensoreinrichtung ausgebildet ist , wenigstens einen Zustand des Aktors des funktions fähiges Werkzeugs synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien zu erfassen .

In vielen Fällen ist es j edoch so , dass das funktions fähige Werkzeug ein solch hohes Gewicht aufweist , dass dieses funktions fähige Werkzeug von einer Person entweder überhaupt nicht getragen werden kann, nicht mit lediglich einer einzelnen Hand getragen werden kann oder zwar kurz zeitig getragen werden kann, aber nicht so lange , dass dies für ein vollständiges Anlernen eines Arbeitsablaufes genügt . Die Person würde in einem solchen Fall also zu schnell erschöpfen, wenn sie das schwere Werkzeug manuell handhaben müsste . In solchen Fällen bietet es sich erfindungsgemäß an, nicht das funktions fähige Werkzeug für das manuelle Anlernen zu verwenden, sondern ein nicht voll funktions fähiges Modell des Werkzeugs , d . h . ein Dummy-Werkzeug zu verwenden . In diesen Fällen kann j edoch erfindungsgemäß dennoch die anzulernende Werkzeugfunktion der funktions fähigen Werkzeugfunktion entsprechen bzw . zu dieser identisch sein, bzw . das nicht voll funktions fähige Modell des Werkzeugs , d . h . das Dummy-Werkzeug kann genau ein solches funktions fähiges Stellglied aufweisen, wie es an dem späteren realen Werkzeug auch im Automatikbetrieb zur Anwendung kommt .

Demgemäß kann die an den Grundkörper angeschlossene Werkzeug- Repräsentanz alternativ zu einem realen, originalen Werkzeug, statt dessen durch eine Attrappe gebildet werden, die hinsichtlich wenigstens einer Funktion einem funktionsfähigen Werkzeug, das zur Verwendung bei der automatischen Ausführung des vom Roboter durchzuführenden Arbeitsablaufes geeignet ist , nachgebildet ist , j edoch hinsichtlich Aufbau und Werkstof fe selbst zur Verwendung bei der automatischen Aus führung des vom Roboter durchzuführenden Arbeitsablaufes nicht hinreichend geeignet ist , wobei diese Attrappe an den Grundkörper angeschlossen ist , das ansteuerbare Stellglied ein Dummy-Stellglied ist , das einem zur Aus führung einer Werkzeugfunktion ausgebildeten Aktor des funktions fähiges Werkzeug entspricht oder hinsichtlich seiner Funktionalität einem zur Aus führung einer Werkzeugfunktion ausgebi ldeten Aktor zumindest hinsichtlich seiner kinematischen Beweglichkeit nachgebildet ist und die Sensoreinrichtung ausgebildet ist , wenigstens einen Zustand des Dummy- Stellglieds synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien zu erfassen .

In einem leicht verständlichen Aus führungsbeispiel eines solchen nicht voll funktions fähigen Modells des Werkzeugs , d . h . eines Dummy-Werkzeugs kann dies beispielsweise die beiden Zangenarme einer Schweiß zange nachgebildete Zangenarme aus Kunststof f sein, wo hingegen j edoch der elektri sche Antrieb, welcher die Zangenarme bewegen soll , ein funktions fähiger Zangenantrieb ist , wie er auch im voll funktions fähigen Werkzeug Verwendung findet .

So kann einerseits die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung deutlich leichter ausgebildet sein, als es ein funktions fähiges Werkzeug wäre , und andererseits kann aber die anzulernende Werkzeugfunktion realitätsnah oder sogar realitätsidentisch angelernt werden .

In einer ersten Aus führungs form kann das manuelle

Betätigungsmittel mittels einer mechanischen Koppel an das Stellglied angekoppelt sein, so dass durch ein mechanisches Verstellen des Betätigungsmittels das Stellglied zu verstellen ist .

In einer solchen einfachen Aus führungs form sind keine Antriebe , Motoren und/oder Energieversorgungen nötig . Das Stellglied kann beispielsweise eine Koppel sein, mit der beispielsweise eine Grei ferbacke geöf fnet und/oder geschlossen werden kann . Indem eine Sensorvorrichtung vorgesehen wird, die beispielsweise die Position und/oder Orientierung des Stellglieds erfasst , können insoweit die Stellung der aktuierten Grei ferbacke , insbesondere ein Öf fnungs zustand des Grei fers und/oder ein Schließ zustand des Grei fers , gegebenenfalls auch dazwischenliegende Grei fbackenstellungen erfasst werden .

Außer einem Öf fnungs zustand des Grei fers und/oder einem Schließ zustand des Grei fers können ergänzend auch anliegende Kontaktkräf te erfasst werden . So kann beispielsweise erfasst werden, wie stark die Grei ferbacken zusammengedrückt werden .

In ähnlicher Weise kann beispielsweise bei einem Sauggrei fer der aktuell anliegende Überdruck und/oder Unterdrück erfasst werden .

Generell kann auch sowohl eine Benutzereingaben, d . h . ein Kommando abspeichert werden als auch Sensorwerte , insbesondere interne Sensorwerte des Werkzeugs abspeichert werden . Derartige Daten, insbesondere zeitabhängige Daten können über eine Kommunikationsschnittstelle , gegebenenfalls auch verschlüsselt , durch die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung zur Verfügung gestellt werden . In einer zweiten Aus führungs form kann das manuelle

Betätigungsmittel ein elektrisches erstes Eingabemittel sein, das mittels einer elektrischen oder elektronischen Verbindung an das Stellglied, welches als ein elektro-mechanisches Stellglied ausgebildet ist , angekoppelt ist , so das s durch ein manuelles Betätigen des elektrischen ersten Eingabemittels das elektro-mechanische Stellglied zu verstellen ist .

Das elektro-mechanische Stellglied kann also wenigstens ein mechanisches Bauteil aufweisen, welches konstruktiv einer Werkzeugfunktion zugeordnet ist . So kann es sich beispielsweise um ein mechanisches Ventil handeln, welches eine pneumatische oder hydraulische Leitung oder eine sonstige Fluidleitung öf fnet oder schließt . Das mechanische Ventil kann an einen elektrischen Aktuator, wie beispielsweise einen Motor angeschlossen sein . So kann durch Versorgung des elektrischen Aktuators mit elektrischer Energie das angekoppelte Ventil angesteuert , d . h . bewegt werden . Die Person, welche die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung trägt und handhabt , kann durch Betätigen eines elektrischen Betätigungsmittels somit das Ventil elektrisch ansteuern und betätigen .

In einer dritten Aus führungs form kann das manuelle Betätigungsmittel ein pneumatisches oder hydraulisches Ventil umfassen, das mittels einer pneumatischen oder hydraulischen Leitung an das Stellglied, welches als ein pneumati sches oder hydraulisches Stellglied ausgebildet ist , angekoppelt ist , so dass durch ein manuelles Betätigen des pneumatischen oder hydraulischen Ventils das pneumatische oder hydraul ische Stellglied zu verstellen ist . In dieser Aus führungs form kann also durchaus vorgesehen sein, dass das Ventil lediglich mechanisch bzw . manuell betätigt bzw . bewegt wird, allerdings kann hierbei die Stellung des Ventils mittels geeigneter Sensoren, insbesondere elektrischer Sensoren erfasst werden, so dass diese Sensoreinrichtung den Zustand des mechanischen Ventils synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien erfassen kann .

In einer Weiterbildung kann die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung eine weitere , insbesondere optische Erfassungseinrichtung aufweisen, insbesondere eine Kamera aufweisen, die ausgebildet ist , während einer manuellen Handhabung der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien und/oder synchron zu dem wenigstens einen, von der Sensoreinrichtung erfassten Zustand des Stellgl ieds , ein Abbild der Umgebung, in dem die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung manuell gehandhabt wird, zu erfassen . Die weitere Erfassungseinrichtung kann eine Kamera, ein Radar- Sensor, ein Lidar-Sensor , ein Mikrofon-Sensor, ein kapazitiver Sensor oder ein sonstiger, anderer Sensor sein .

In dieser Weiterbildung wird nicht nur ein Zustand des Stellglieds erfasst , sondern auch ein Abbild der Umgebung, in dem die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung manuell gehandhabt wird . So kann die optische Erfassungseinrichtung das Verhalten und/oder den Zustand des Stellglieds oder weiterer Komponenten der Werkzeugfunktion, wie beispielsweise die Grei ferbacken eines Grei fers , optisch erfassen . Der Zustand des Stellglieds kann insbesondere in Bezug auf variabel geformte , d . h . flexible Werkstücke , wie Schläuche oder Kabel erfasst werden . Die Vorteile einer solchen zusätzlichen, insbesondere optischen Erfassungseinrichtung, die während einer manuellen Handhabung der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien und/oder synchron zu dem wenigstens einen, von der Sensoreinrichtung erfassten Zustand des Stellgl ieds , ein Abbild der Umgebung, in dem die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung manuell gehandhabt wird, erfasst , s ind im Folgenden anhand eines repräsentativen Anwendungsbeispiels kurz näher erläutert .

Zum Beispiel möchte ein Obstbauer seinem mobilen Robotersystem durch manuelles Vormachen beibringen, Äpfel mit einem Sauggrei fer zu pflücken und in einen Behälter zu werfen . Dabei ist wichtig, dass der Stil am Apfel verbleibt . Es darf aber auch nicht ein ganzer Ast oder Zweig des Apfelbaumes abbrechen . Da die Äpfel sich alle in Form, Farbe , Gewicht und Rei fegrad unterscheiden, und in verschiedenen Positionen, Lagen und/oder Winkeln vom Baum herunterhängen, müssen zahlreiche Pflückbewegungen aufgenommen und gelernt werden, um beispielsweise ein Kl-System trainieren zu können . Der Obstbauer könnte nun mobilen Roboter benutzen und das mobile Robotersystem mit auf geschraubtem Sauggrei fer und Kamera in seiner Obstplantage hinter sich herziehen, was sehr aufwändig und umständlich wäre . Mit an sich bekannten, einfachen Zeigesti ften hingegen, ist es weder möglich die Äpfel anzusaugen, um sie zu pflücken, noch ist es möglich die Äpfel wegzublasen, um sie schwungvoll in den Behälter zu werfen, beispielsweise zur Zeitersparnis gegenüber einem vorsichtigen Ablegen der Äpfel . Dies kann beispielsweise zweckmäßig sein, wenn aus zusortierende Äpfel , wie beispielsweise beschädigte oder faulige Äpfel in ein separates Behältnis aussortiert werden sollen . Es wird demgemäß vorgeschlagen auf die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung optional eine optische Erfassungseinrichtung oder eine Kamera zu montieren und während der Bewegungsaus führung beim Teach- In zusätzlich zu den Bewegungsdaten und Kraftdaten auch Kamerabilder auf zunehmen, insbesondere mit zugehörigem Zeitstempel auf zunehmen . Das funktions fähige Roboter-Werkzeug wird analog der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung dann entsprechend auch mit einer Kamera ausgerüstet . Die Roboter-Steuerung kann anschließend den Roboter auf Basis der gespeicherten Bewegungsdaten, Kraftdaten und Kamerabilder steuern, insbesondere im Abgleich zu aktuell auf genommenen Kamerabildern . Dies ermögl icht beispielsweise eine noch genauere Positionierung des Werkzeugs . Alternativ oder ergänzend zu einer Kamera können auch Radar-Sensoren und/oder Lidar-Sensoren in die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung integriert sein .

Die optische Erfassungseinrichtung, insbesondere die Kamera kann ausgebildet und eingerichtet sein, die Werkzeug- Repräsentanz oder zumindest einen Teil der Werkzeug- Repräsentanz in Interaktion mit einem von der Werkzeug- Repräsentanz zu beeinflussenden Obj ekt zu erfassen .

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein zugehöriges Verfahren zum manuellen Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien eines durch einen Roboter nach dem Einlernen automatisch aus zuführenden Arbeitsablaufes mittels einer tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung, insbesondere einer tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung nach einem der beschriebenen Aus führungen, aufweisend die Schritte :

- Tragen und Bewegen einer tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung durch eine Person, indem die Person die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung an einem Gri f f abschnitt der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung mit wenigstens einer Hand trägt und bewegt ,

- Bewegen eines vorbestimmten Bezugspunktes einer Werkzeug-Repräsentanz der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung von wenigstens einem ersten Arbeitspunkt oder von wenigstens einem ersten Bahnpunkt einer Traj ektorie zu wenigstens einem zweiten Arbeitspunkt oder zu wenigstens einem zweiten Bahnpunkt einer Traj ektorie ,

- Erfassen des wenigstens einen ersten Arbeitspunktes oder des wenigstens einen ersten Bahnpunktes der Traj ektorie und des wenigstens einen zweiten Arbeitspunktes oder des wenigstens einem zweiten Bahnpunktes der Traj ektorie mittels einer Erfassungseinrichtung der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung, indem die Person ein zweites Eingabemittel der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung betätigt , wenn die Person die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung in eine Position und/oder Orientierung bewegt hat , in welcher der vorbestimmte Bezugspunkt der Werkzeug-Repräsentanz sich an dem ersten Arbeitspunkt , an dem ersten Bahnpunkt , an dem zweiten Arbeitspunkt oder an dem zweiten Bahnpunkt befindet ,

- während des Tragens und/oder Bewegens der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung durch die Person, manuelles Betätigen wenigstens eines ersten Eingabemittels oder eines manuellen Betätigungsmittels der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung, um wenigstens ein Stellglied der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung zu verstellen, und

- Erfassen wenigstens eines Zustands des Stellglieds synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien mittels einer Sensoreinrichtung der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung .

In einer ersten Weiterbildung kann das Verfahren die zusätzlichen Schritte aufweisen :

- Tragen und Bewegen einer ersten tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung durch eine Person, indem die Person die erste tragbare Roboter-Lehrvorrichtung an einem Gri f f abschnitt der ersten tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung mit ihrer einen Hand trägt und bewegt ,

- Tragen und Bewegen einer zweiten tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung durch die Person oder durch eine andere Person, indem diese Person die zweite tragbare Roboter-Lehrvorrichtung an einem Gri f f abschnitt der zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung mit ihrer anderen Hand trägt und bewegt ,

- unmittelbares Erfassen eines relativen Unterschiedes in der Position und/oder Orientierung der ersten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung bezüglich der zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung synchron zu einer Erfassung wenigstens eines Zustands eines Stellglieds der ersten und/oder zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung und/oder synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien der ersten und/oder zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung .

Beispielhafte Applikationen wären das Befüllen eines Reagenzglases oder eines Bierglases , oder das Aufschrauben einer Flasche oder eines Gefäßes mit Schraubdeckel . Dazu werden erfindungsgemäß zwei tragbare Roboter- Lehrvorrichtungen verwendet , eine für die linke Hand des Operators und ein für die rechte Hand des Operators . Dadurch kann während eines Anlernens durch Vormachen ( Demonstration) die relative Position, relative Bewegung und/oder die relative Kraft der beiden Roboter-Lehrvorrichtungen zueinander erfasst , bestimmt und/oder gespeichert werden . Anschließend kann beispielsweise ein Dual-Roboter-System oder zwei separate kooperierende Roboter die demonstrierte bi- manuale Bewegung nachmachen . Der Vorteil ist , dass die relativen Bewegungsdaten innerhalb des gemeinsamen Arbeitsraums der beiden Roboter an eine beliebige Position und in eine beliebige Orientierung trans formiert werden können . Dies ist wichtig, da der gemeinsame Arbeitsraum des Dual-Roboter-Systems oder der beiden separaten, kooperierenden Roboter in der Regel stark von dem gemeinsamen „Arbeitsraum" der Hände eines Menschen abweicht .

Es sind auch mehr als zwei tragbaren Roboter- Lehrvorrichtungen möglich, welche durch mehr als eine Person gesteuert werden . Ein Beispiel ist die minimal-invasive Chirurgie , wo gleichzeitig mehrere chirurgische Werkzeuge und Kameras im Körper des Patienten bewegt und gesteuert werden . Ein solcher Prozess kann nach der Datenaufnahme von mehreren Robotern gemeinsam automatisch ausgeführt werden . In einer zweiten Weiterbildung kann das Verfahren, die zusätzlichen Schritte aufweisen :

- elektronisches Erfassen des wenigstens einen Zustands des Stellglieds der ersten und/oder zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien mittels einer Sensoreinrichtung der ersten und/oder zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung, als erste Trainingsdaten, und/oder

- elektronisches Erfassen von Bilddaten einer optischen Erfassungseinrichtung, insbesondere einer Kamera der ersten und/oder zweiten tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung, wobei die optische Erfassungseinrichtung, insbesondere die Kamera ausgebildet und eingerichtet ist , die Werkzeug- Repräsentanz oder zumindest einen Teil der Werkzeug- Repräsentanz in Interaktion mit einem von der Werkzeug-Repräsentanz zu beeinflussenden Obj ekt zu erfassen, als zweite Trainingsdaten,

- Bereitstellen der ersten Trainingsdaten und/oder der zweiten Trainingsdaten einem maschinellen Lernmodel l .

Innerhalb des maschinellen Lernmodells , das in einem elektronischen Rechner implementiert sein kann, kann aus den bereitgestellten ersten Trainingsdaten und/oder zweiten Trainingsdaten mittels bekannter Algorithmen des maschinellen Lernens statistische Modelle automatisch aufgebaut bzw . vorhandene statistische Modelle korrigiert , angepas st und/oder erweitert werden, welche dann beim späteren automatisierten Aus führens einer Arbeitsaufgabe durch den Roboter und durch das mittels des Roboters gehandhabten und angesteuerten Werkzeugs verwendet werden können, um konkrete Einzelaufgaben bearbeiten zu können, selbst wenn diese bisher nicht gesondert durch ein Teach- In-Verf ahren angelernt worden sind .

Konkrete Aus führungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert . Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Aus führungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet , allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen .

Es zeigen :

Fig . 1 eine schematische Darstellung der

Komponenten einer beispielhaften, erfindungsgemäßen tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung,

Fig . 2 eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Aus führungs form einer tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung mit einem Grei fer,

Fig . 3 eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Aus führungs form einer tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung mit einer Punktschweiß zange ,

Fig . 4 eine schematische Darstellung einer dritten beispielhaften Aus führungs form einer tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung mit einem Sauggrei fer,

Fig . 5 einen beispielhaften Roboter-

Arbeitsplatz , und

Fig . 6 ein Flussdiagramm der Schritte in dem grundlegenden erfindungsgemäßen

Verfahren .

In der Fig . 1 ist schematisch eine tragbare Roboter- Lehrvorrichtung 13 dargestellt .

Die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 dient zum manuellen Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien eines durch einen Roboter 1 nach dem Einlernen automatisch aus zuführenden Arbeitsablaufes , und zwar auf Grundlage eines Roboterprogramms , in dem die im Teach-In- Verfahren mittels der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 angelernten Arbeitspunkte , Bahnpunkte und/oder Traj ektorie aufgenommen sind .

Die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 weist einen Grundkörper 14 auf , mit einem Gri f f abschnitt 15 , der ausgebildet ist zum manuellen Halten und manuellen Führen der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 .

Die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 weist eine an den Grundkörper 14 angeschlossene Werkzeug-Repräsentanz 16 auf , welche wenigstens ein ansteuerbares Stellglied 17 aufweist , das ausgebildet ist zum Ansteuern einer Werkzeugfunktion . Die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 weist außerdem wenigstens ein manuelles Betätigungsmittel 18 zum Ansteuern des Stellglieds 17 auf .

Darüber hinaus weist die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 eine Erfassungseinrichtung 19 zum Aufnehmen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien auf . Die Erfassungseinrichtung 19 zum Aufnehmen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien kann analog den bekannten Erfassungseinrichtungen ausgebildet sein, wie sie schon bisher bei tragbaren Roboter-Lehrvorrichtungen 13 nach dem Stand der Technik verwendet werden . So kann die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 wenigstens einen Taster 23 aufweisen, insbesondere in der der Nähe oder direkt an dem Gri f f abschnitt 15 , so dass durch Drücken der Taste 23 mit dem Finger einer Hand der die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 haltende Person an j eder gewünschten räumlichen Stelle ein „Touch-up" , d . h . ein Speichern der Positionen und/oder Orientierungen eines Bezugspunktes der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung 13 durchgeführt werden kann .

Außerdem kann die Erfassung von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien, und/oder die Erfassung der Positionen und/oder Orientierungen der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 im Raum durch Verwendung von internen Sensoren, wie beispielsweise Gyroskope oder Inertialmesssystemen erfolgen . Alternativ oder ergänzend können externe Sensoren eingesetzt werden, wie beispielsweise Tracking-Sensoren bzw . „Motion- Capture" -Sensoren .

Die tragbare Roboter-Lehrvorrichtungen 13 kann eine an sich bekannte Kommunikationsschnittstelle 30 aufweisen, durch welche erfasste Zustände , Sensorwerte und/oder sonstige Daten zur weiteren Verwendung bzw . Auswertung an eine Steuereinrichtung, wie beispielsweise die Robotersteuerung 10 gesendet werden können, insbesondere drahtlos gesendet werden können .

Erfindungsgemäß umfasst die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 außerdem eine Sensoreinrichtung 20 zum Erfassen wenigstens eines Zustands des Stellglieds 17 synchron zu den von der Erfassungseinrichtung 19 auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Tra j ektorien . Der Grundkörper 14 weist im Falle des vorliegenden Aus führungsbeispiels einen Flansch 21 auf , an dem wahlweise unterschiedliche Arten von Werkzeug- Repräsentanzen 16 angekoppelt werden können . So kann der Grundkörper 14 , welcher auch mit der erforderlichen Elektronik bzw . Steuerungseinrichtungen versehen sein kann, in Verbindung mit unterschiedlichen Werkzeug-Repräsentanzen

16 verwendet werden .

Die an den Grundkörper 14 angeschlossene Werkzeug- Repräsentanz 16 kann durch ein funktions fähiges Werkzeug gebildet werden, das zur Verwendung bei der automatischen Aus führung des vom Roboter 1 durchzuführenden Arbeitsablaufes geeignet ist , wobei dieses funktions fähige Werkzeug an den Grundkörper 14 angeschlossen ist , das ansteuerbare Stellglied

17 durch einen zur Aus führung einer Werkzeugfunktion ausgebildeten Aktor des funktions fähiges Werkzeug gebildet wird und die Sensoreinrichtung 20 ausgebildet ist , wenigstens einen Zustand des Aktors des funktions fähiges Werkzeugs synchron zu den von der Erfassungseinrichtung 19 auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien zu erfassen .

Die an den Grundkörper 14 angeschlossene Werkzeug- Repräsentanz 16 kann alternativ durch eine Attrappe gebildet werden, die hinsichtlich wenigstens einer Funktion einem funktions fähigen Werkzeug, das zur Verwendung bei der automatischen Aus führung des vom Roboter 1 durchzuführenden Arbeitsablaufes geeignet ist , nachgebildet ist , j edoch hinsichtlich Aufbau und Werkstof fe selbst zur Verwendung bei der automatischen Aus führung des vom Roboter 1 durchzuführenden Arbeitsablaufes nicht hinreichend geeignet ist , wobei diese Attrappe an den Grundkörper 14 angeschlossen ist , das ansteuerbare Stellglied 17 ein Dummy-Stellglied sein kann, das einem zur Aus führung einer Werkzeugfunktion ausgebildeten Aktor des funktions fähiges Werkzeug entspricht oder hinsichtlich seiner Funktionalität einem zur Aus führung einer Werkzeugfunktion ausgebildeten Aktor zumindest hinsichtlich seiner kinematischen Beweglichkeit nachgebildet ist und die Sensoreinrichtung 20 ausgebildet ist , wenigstens einen Zustand des Dummy-Stellglieds synchron zu den von der Erfassungseinrichtung 19 auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien zu erfassen .

Das manuelle Betätigungsmittel 18 kann mittels einer mechanischen Koppel an das Stellglied 17 angekoppelt sein, so dass durch ein mechanisches Verstellen des Betätigungsmittels 18 das Stellglied 17 zu verstellen ist .

Alternativ kann das manuelle Betätigungsmittel 18 ein elektrisches erstes Eingabemittel 18a sein, das mittels einer elektrischen oder elektronischen Verbindung an das Stellglied 17 , welches als ein elektro-mechanisches Stellglied 17a ausgebildet sein kann, angekoppelt ist , so dass durch ein manuelles Betätigen des elektrischen ersten Eingabemittels 18a das elektro-mechanische Stellglied 17a zu verstellen ist .

Das manuelle Betätigungsmittel 18 kann aber auch al s ein pneumatisches oder hydraulisches Ventil 18b ausgebi ldet sein, das mittels einer pneumatischen oder hydraulischen Leitung an das Stellglied 17 , welches als ein pneumatisches oder hydraulisches Stellglied 17b ausgebildet sein kann, angekoppelt ist , so dass durch ein manuelles Betätigen des pneumatischen oder hydraulischen Ventils 18b das pneumatische oder hydraulische Stellglied 17b zu verstellen ist .

Im Falle des in Fig . 1 dargestellten Aus führungsbei spiels weist die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 eine optische Erfassungseinrichtung 22 , insbesondere eine Kamera 22a auf , die ausgebildet ist , während einer manuellen Handhabung der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien und/oder synchron zu dem wenigstens einen, von der Sensoreinrichtung 20 erfassten Zustand des Stel lglieds 17 , ein Abbild der Umgebung, in dem die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung 13 manuell gehandhabt wird, zu erfassen .

Mittels der optischen Erfassungseinrichtung 22 , insbesondere der Kamera 22a können während der Bewegungsaus führung beim Teach- In zusätzlich zu den Bewegungsdaten und gegebenenfalls Kraftdaten auch Kamerabilder auf genommen werden . Das beispielsweise funktions fähige Roboter-Werkzeug 16 wird analog der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 dann entsprechend auch mit einer Kamera ausgerüstet . Die Robotersteuerung 10 kann anschließend den Roboter 1 auf Basis der gespeicherten Bewegungsdaten, Kraftdaten und Kamerabilder steuern, insbesondere im Abgleich zu aktuell auf genommenen Kamerabildern . Dies ermöglicht beispielsweise eine noch genauere Positionierung des Werkzeugs . Alternativ oder ergänzend zu einer Kamera 22a können auch Radar-Sensoren und/oder Lidar-Sensoren in die tragbare Roboter- Lehrvorrichtung integriert sein . Die optische Erfassungseinrichtung 22, insbesondere die

Kamera 22a kann demgemäß ausgebildet und eingerichtet sein, die Werkzeug-Repräsentanz 16 oder zumindest einen Teil der Werkzeug-Repräsentanz 16 in Interaktion mit einem von der Werkzeug-Repräsentanz 16 zu beeinflussenden Objekt zu erfassen .

In der Fig. 2 ist schematisch eine erste beispielhafte Aus führungs form einer tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 dargestellt, bei der an dem Flansch 21 ein Greifer 16.1 als eine konkrete Werkzeug-Repräsentanz 16 angekoppelt ist. Der Greifer 16.1 weist einen ersten Greiferfinger 24.1 und einen zweiten Greiferfinger 24.2 auf. Der erste Greiferfinger 24.1 und der zweite Greiferfinger 24.2 können aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden, um den Greifer 16.1 wahlweise zu schließen oder zu öffnen, so dass ein Gegenstand von dem Greifer 16.1 erfasst, d.h. aufgenommen werden kann und auch wieder losgelassen werden kann. Die beiden Greiferfinger 24.1, 24.2 sind mittels eines elektrischen Motors 25 automatisch verstellbar. Als Stellglied 17 kann beispielsweise der elektrische Motors 25, insbesondere dessen Motorwelle, die Seilzüge 26, die Koppelstellen 27 und/oder der erste Greiferfinger 24.1 bzw. der zweite Greiferfinger

24.2 direkt gelten. Es handelt sich insoweit um ein elektromechanisches Stellglied 17a. Ein solcher Greifer 16.1 kann beispielsweise bei der beschriebenen Arbeitsaufgabe des Apfelpflückens zur Anwendung kommen.

In der Fig. 3 ist schematisch eine zweite beispielhafte Aus führungs form einer tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 dargestellt, bei der an dem Flansch 21 eine Punktschweißzange

16.2 als eine konkrete Werkzeug-Repräsentanz 16 angekoppelt ist. Die Punktschweißzange 16.2 weist beispielsweise eine feststehende erste Zangenhälfte 28.1 und eine bewegliche zweite Zangenhälfte 28.2 auf. Die bewegliche zweite Zangenhälfte 28.2 kann durch einen Zangenmotor 29 automatisch bzw. aktiv verstellt werden. Der Zangenmotor 29 kann mittels des elektrischen ersten Eingabemittels 18a angesteuert werden .

In der Fig. 4 ist schematisch eine dritte beispielhafte Aus führungs form einer tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 dargestellt, bei der an dem Flansch 21 ein Sauggreifer 16.3 als eine konkrete Werkzeug-Repräsentanz 16 angekoppelt ist. Der Sauggreifer 16.3 kann beispielsweise alternativ zum Greifer 16.1 eingesetzt werden, um die beispielhaften Äpfel handhaben zu können.

Die Fig. 5 zeigt einen Roboter 1, der einen Roboterarm 2 und eine Robotersteuerung 10 aufweist. Der Roboterarm 2 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere, nacheinander angeordnete, und mittels Gelenke LI bis L6 drehbar miteinander verbundene Glieder Gl bis G7.

Der Roboter 1 weist die Robotersteuerung 10 auf, die ausgebildet ist, ein Roboterprogramm auszuführen, sowie den Roboterarm 2 mit mehreren Gliedern G1-G7 auf, die über Gelenke L1-L6 verbunden sind, die zum automatischen gegeneinander Verstellen der Glieder G1-G7 gemäß dem Roboterprogramm ausgebildet sind, wobei eines der mehreren Glieder G1-G7 ein Endglied (G7) des Roboterarms 2 bildet, das einen Werkzeugflansch 8 aufweist.

Die Robotersteuerung 10 des Roboters 1 ist ausgebildet bzw. eingerichtet, ein Roboterprogramm auszuführen, durch welches die Gelenke LI bis L6 des Roboterarms 2 gemäß des Roboterprogramms automatisch oder in einem Handfahrbetrieb verstellt bzw . drehbewegt werden können . Dazu ist die Robotersteuerung 10 mit ansteuerbaren elektrischen Antrieben Ml bis M6 verbunden, die ausgebildet sind, die Gelenke LI bis L6 des Roboters 1 zu verstellen .

Bei den Gliedern Gl bis G7 handelt es sich im Falle des vorliegenden Aus führungsbeispiels um ein Gestell 3 und ein relativ zum Gestell 3 um eine vertikal verlaufende Achse Al drehbar gelagertes Karussell 4 . Weitere Glieder des Roboterarms 2 sind eine Schwinge 5 , ein Armausleger 6 und eine vorzugsweise mehrachsige Roboterhand 7 mit einer als Werkzeugflansch 8 ausgeführten Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines Werkzeugs 11 . Die Schwinge 5 ist am unteren Ende , d . h . an dem Gelenk L2 der Schwinge 5 , das auch als Schwingenlagerkopf bezeichnet werden kann, auf dem Karussell 4 um eine vorzugsweise hori zontale Drehachse A2 schwenkbar gelagert . Das Werkzeug 11 ist im Falle des dargestellten Aus führungsbeispiels repräsentativ für j egliches andersartiges Roboterwerkzeug als ein Sauggrei fer ausgebildet . Das Werkzeug 11 bzw . der Sauggrei fer weist seinerseits einen Befestigungs flansch 12 auf .

Am oberen Ende der Schwinge 5 ist an dem ersten Gelenk L3 der Schwinge 5 wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise hori zontale Achse A3 der Armausleger 6 schwenkbar gelagert . Dieser trägt endseitig die Roboterhand 7 mit ihren vorzugsweise drei Drehachsen A4 , A5 , A6 . Die Gelenke LI bis L6 sind durch j eweils einen der elektrischen Antriebe Ml bis M6 über die Robotersteuerung 10 programmgesteuert antreibbar .

Die Fig . 6 veranschaulicht das Verfahren zum manuel len Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien eines durch den Roboter 1 nach dem Einlernen automatisch aus zuführenden Arbeitsablaufes mittels der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 , insbesondere einer tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 nach einem der beschriebenen Aus führungen .

In einem ersten Schritt S 1 erfolgt ein Tragen bzw . Halten und Bewegen der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 durch eine Person, indem die Person die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 an einem Gri f f abschnitt 15 der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung 13 mit wenigstens einer Hand trägt und bewegt .

In einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Bewegen eines vorbestimmten Bezugspunktes der Werkzeug-Repräsentanz 16 der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 von wenigstens einem ersten Arbeitspunkt oder von wenigstens einem ersten Bahnpunkt einer Traj ektorie zu wenigstens einem zweiten Arbeitspunkt oder zu wenigstens einem zweiten Bahnpunkt einer Tra j ektorie .

In einem dritten Schritt S3 erfolgt ein Erfassen des wenigstens einen ersten Arbeitspunktes oder des wenigstens einen ersten Bahnpunktes der Traj ektorie und des wenigstens einen zweiten Arbeitspunktes oder des wenigstens einem zweiten Bahnpunktes der Traj ektorie mittels einer Erfassungseinrichtung 19 der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung 13 , indem die Person ein zweites Eingabemittel ( Taste 23 ) der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung 13 betätigt , wenn die Person die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung 13 in eine Position und/oder Orientierung bewegt hat , in welcher der vorbestimmte Bezugspunkt der Werkzeug-Repräsentanz 16 sich an dem ersten Arbeitspunkt , an dem ersten Bahnpunkt , an dem zweiten Arbeitspunkt oder an dem zweiten Bahnpunkt befindet . In einem vierten Schritt S4 erfolgt während des Tragens und/oder Bewegens der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 durch die Person, ein manuelles Betätigen des ersten Eingabemittels 18 der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 , um wenigstens ein Stellglied 17 der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung 13 zu verstellen .

In einem fünften Schritt S5 erfolgt ein Erfassen wenigstens eines Zustands des Stellglieds 17 synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Traj ektorien mittels einer Sensoreinrichtung 20 der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung 13 .

Claims

Patentansprüche

1. Tragbare Roboter-Lehrvorrichtung zum manuellen Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien eines durch einen Roboter (1) nach dem Einlernen automatisch auszuführenden Arbeitsablaufes, und zwar auf Grundlage eines Roboterprogramms, in dem die im Teach- In-Verfahren mittels der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) angelernten Arbeitspunkte, Bahnpunkte und/oder Trajektorie auf genommen sind, aufweisend :

- einen Grundkörper (14) mit einem Griff abschnitt (15) , der ausgebildet ist zum manuellen Halten und manuellen Führen der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) ,

- eine an den Grundkörper (14) angeschlossene Werkzeug- Repräsentanz (16) , welche wenigstens ein ansteuerbares Stellglied (17) aufweist, das ausgebildet ist zum Ansteuern einer Werkzeugfunktion,

- wenigstens ein manuelles Betätigungsmittel (16) zum Ansteuern des Stellglieds (17) ,

- eine Erfassungseinrichtung (19) zum Aufnehmen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien, und

- eine Sensoreinrichtung (20) zum Erfassen wenigstens eines Zustands des Stellglieds (17) synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Tra j ektorien .

2. Tragbare Roboter-Lehrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Grundkörper (14) angeschlossene Werkzeug-Repräsentanz (16) durch ein funktionsfähiges Werkzeug gebildet wird, das zur Verwendung bei der automatischen Ausführung des vom Roboter (1) durchzuführenden Arbeitsablaufes geeignet ist, wobei dieses funktionsfähige Werkzeug an den Grundkörper (14) angeschlossen ist, das ansteuerbare Stellglied (17) durch einen zur Ausführung einer Werkzeugfunktion ausgebildeten Aktor des funktionsfähiges Werkzeug gebildet wird und die Sensoreinrichtung (19) ausgebildet ist, wenigstens einen Zustand des Aktors des funktionsfähiges Werkzeugs synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien zu erfassen.

3. Tragbare Roboter-Lehrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Grundkörper (14) angeschlossene Werkzeug-Repräsentanz (16) durch eine Attrappe gebildet wird, die hinsichtlich wenigstens einer Funktion einem funktionsfähigen Werkzeug, das zur Verwendung bei der automatischen Ausführung des vom Roboter (1) durchzuführenden Arbeitsablaufes geeignet ist, nachgebildet ist, jedoch hinsichtlich Aufbau und Werkstoffe selbst zur Verwendung bei der automatischen Ausführung des vom Roboter (1) durchzuführenden Arbeitsablaufes nicht hinreichend geeignet ist, wobei diese Attrappe an den Grundkörper (14) angeschlossen ist, das ansteuerbare Stellglied (17) ein Dummy- Stellglied ist, das einem zur Ausführung einer Werkzeugfunktion ausgebildeten Aktor des funktionsfähiges Werkzeug entspricht oder hinsichtlich seiner Funktionalität einem zur Ausführung einer Werkzeugfunktion ausgebildeten Aktor zumindest hinsichtlich seiner kinematischen Beweglichkeit nachgebildet ist und die Sensoreinrichtung (20) ausgebildet ist, wenigstens einen Zustand des Dummy- Stellglieds synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien zu erfassen .

4. Tragbare Roboter-Lehrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das manuelle Betätigungsmittel (18) mittels einer mechanischen Koppel an das Stellglied (17) angekoppelt ist, so dass durch ein mechanisches Verstellen des Betätigungsmittels (18) das Stellglied (17) zu verstellen ist.

5. Tragbare Roboter-Lehrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das manuelle Betätigungsmittel (18) ein elektrisches erstes Eingabemittel (18a) ist, das mittels einer elektrischen oder elektronischen Verbindung an das Stellglied (17) , welches als ein elektro-mechanisches Stellglied (17a) ausgebildet ist, angekoppelt ist, so dass durch ein manuelles Betätigen des elektrischen ersten Eingabemittels (18a) das elektro-mechanische Stellglied (17a) zu verstellen ist.

6. Tragbare Roboter-Lehrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das manuelle Betätigungsmittel (18) ein pneumatisches oder hydraulisches Ventil (18b) umfasst, das mittels einer pneumatischen oder hydraulischen Leitung an das

Stellglied (17) , welches als ein pneumatisches oder hydraulisches Stellglied (17b) ausgebildet ist, angekoppelt ist, so dass durch ein manuelles Betätigen des pneumatischen oder hydraulischen Ventils (18b) das pneumatische oder hydraulische Stellglied (17b) zu verstellen ist.

7. Tragbare Roboter-Lehrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine optische Erfassungseinrichtung (22) , insbesondere eine Kamera (22a) , die ausgebildet ist, während einer manuellen Handhabung der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien und/oder synchron zu dem wenigstens einen, von der Sensoreinrichtung (20) erfassten Zustand des Stellglieds (17) , ein Abbild der Umgebung, in dem die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung (13) manuell gehandhabt wird, zu erfassen.

8. Tragbare Roboter-Lehrvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungseinrichtung (22) , insbesondere die Kamera (22a) ausgebildet und eingerichtet ist, die Werkzeug- Repräsentanz (16) oder zumindest einen Teil der Werkzeug-Repräsentanz (16) in Interaktion mit einem von der Werkzeug-Repräsentanz (16) zu beeinflussenden Objekt zu erfassen.

9. Verfahren zum manuellen Einlernen von Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien eines durch einen Roboter (1) nach dem Einlernen automatisch auszuführenden Arbeitsablaufes mittels einer tragbaren

Roboter-Lehrvorrichtung (13) , insbesondere einer tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend die Schritte:

- Tragen und Bewegen einer tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) durch eine Person, indem die Person die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung (13) an einem Griff abschnitt (15) der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) mit wenigstens einer Hand trägt und bewegt,

- Bewegen eines vorbestimmten Bezugspunktes einer Werkzeug-Repräsentanz (16) der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) von wenigstens einem ersten Arbeitspunkt oder von wenigstens einem ersten Bahnpunkt einer Trajektorie zu wenigstens einem zweiten Arbeitspunkt oder zu wenigstens einem zweiten Bahnpunkt einer Trajektorie,

- Erfassen des wenigstens einen ersten Arbeitspunktes oder des wenigstens einen ersten Bahnpunktes der Trajektorie und des wenigstens einen zweiten Arbeitspunktes oder des wenigstens einem zweiten Bahnpunktes der Trajektorie mittels einer Erfassungseinrichtung (20) der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) , indem die Person ein zweites Eingabemittel (23) der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) betätigt, wenn die Person die tragbare Roboter-Lehrvorrichtung (13) in eine Position und/oder Orientierung bewegt hat, in welcher der vorbestimmte Bezugspunkt der Werkzeug- Repräsentanz (16) sich an dem ersten Arbeitspunkt, an dem ersten Bahnpunkt, an dem zweiten Arbeitspunkt oder an dem zweiten Bahnpunkt befindet,

- während des Tragens und/oder Bewegens der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) durch die Person, manuelles Betätigen wenigstens eines ersten Eingabemittels (18) oder eines manuellen Betätigungsmittels der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) , um wenigstens ein Stellglied (17) der tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) zu verstellen, und

- Erfassen wenigstens eines Zustands des Stellglieds (17) synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien mittels einer Sensoreinrichtung (20) der tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) .

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte:

- Tragen und Bewegen einer ersten tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) durch eine Person, indem die Person die erste tragbare Roboter-Lehrvorrichtung (13) an einem Griff abschnitt (15) der ersten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) mit ihrer einen Hand trägt und bewegt,

- Tragen und Bewegen einer zweiten tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) durch die Person oder durch eine andere Person, indem diese Person die zweite tragbare Roboter-Lehrvorrichtung (13) an einem Griff abschnitt (15) der zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung

(13) mit ihrer anderen Hand trägt und bewegt,

- unmittelbares Erfassen eines relativen Unterschiedes in der Position und/oder Orientierung der ersten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) bezüglich der zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) synchron zu einer Erfassung wenigstens eines Zustands eines Stellglieds (17) der ersten und/oder zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) und/oder synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien der ersten und/oder zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) .

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte:

- elektronisches Erfassen des wenigstens einen Zustands des Stellglieds (17) der ersten und/oder zweiten tragbaren Roboter-Lehrvorrichtung (13) synchron zu den auf genommenen Arbeitspunkten, Bahnpunkten und/oder Trajektorien mittels einer Sensoreinrichtung (20) der ersten und/oder zweiten tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) , als erste Trainingsdaten, und/ oder

- elektronisches Erfassen von Bilddaten einer optischen Erfassungseinrichtung (22) , insbesondere einer Kamera (22a) der ersten und/oder zweiten tragbaren Roboter- Lehrvorrichtung (13) , wobei die optische Erfassungseinrichtung (22) , insbesondere die Kamera (22a) ausgebildet und eingerichtet ist, die Werkzeug- Repräsentanz (16) oder zumindest einen Teil der Werkzeug-Repräsentanz (16) in Interaktion mit einem von der Werkzeug-Repräsentanz (16) zu beeinflussenden Objekt zu erfassen, als zweite Trainingsdaten, - Bereitstellen der ersten Trainingsdaten und/oder der zweiten Trainingsdaten einem maschinellen Lernmodell.