WO2009095350A1 - Roboter und verfahren zum parametrieren eines robotermodells - Google Patents

Roboter und verfahren zum parametrieren eines robotermodells Download PDF

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WO2009095350A1
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transponder
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Tobias Ortmaier
Dirk Jacob
Thomas Neff
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Kuka Roboter Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a robot and a method for parameterizing a robot model.
  • Robots are working machines which can be equipped with tools for the automatic handling and / or machining of objects and which can be programmed in several axes of motion, for example with regard to orientation, position and operating sequence. Robots usually have programmable controllers (control devices) that control the movements of the robot during operation.
  • Robot e.g. is modeled by a system of motion differential equations of the robot in the form of Newton-Euler equations for holonomic systems.
  • Robots are usually provided with tools whose parameters, e.g. their masses or moments of inertia, can be entered into the control device for a parameterization of the robot model.
  • the object of the invention is to specify a simplified method for parameterizing a robot model.
  • Another object of the invention is to specify a robot whose robot model is easier to parameterize.
  • the object of the invention is achieved by a method for parameterizing a robot model, comprising the following method steps:
  • Robot model so that the parameterized robot model is automatically adapted to the tool attached to the fastening device.
  • a robot comprising:
  • a reader adapted to read out first data stored in the transponder and associated with the tool attached to the fixing device
  • a control device in which a robot model of the robot is stored and which is adapted to move the axes of the robot arm by means of drives based on the robot model, wherein the control device is further established, based on the read-out first data automatically parameterize the robot model, so that the parameterized robot model is particularly adapted automatically to the tool attached to the fastening device.
  • a robot needs a robot model to be satisfactorily controlled.
  • the robot model is e.g. stored in the control device of the robot.
  • a robot is usually provided with a tool that is attached to the attachment device, which is usually a flange of the robot. Since different tools e.g. differ in their masses, moments of inertia or expansions, the robot model must be parameterized according to the currently used tool.
  • a transponder is a device which, due to e.g. automatically generated by a reader wirelessly received signal generates another signal and sends wirelessly to the reader.
  • Transponders use the so-called RFID (Radio Frequency Identification) technology and are also referred to as RFID tags.
  • Transponders can be active and passive transponders. Active transponders have their own active energy source, e.g. a battery or a rechargeable battery. On the other hand, passive transponders do not contain any active energy source and are protected by the electromagnetic field of the reader
  • the first data are assigned to the tool on which the transponder is arranged.
  • the transponder can eg be arranged outside on the tool or inside the tool.
  • the first data are assigned to your tool, so that according to the invention, the robot model is automatically parameterized according to the tool attached to the robot on the basis of the first data read with the reader.
  • the first data could be read cyclically.
  • the first data may comprise necessary parameters of the tool for the parameterization of the robot model with the tool. These parameters are e.g. an indication of the mass, the center of gravity, the inertia or the spatial extent of the tool. Due to the read-out first data, it is then possible to parameterize the robot model automatically according to the tool used.
  • the first data stored in the transponder are overwritten by updated first data after the first data has been read out.
  • This can be useful, for example, if the current operating time of the tool is to be documented.
  • the robot according to the invention is used in the medical environment, ie when the tool is a medical instrument to be moved by the robot, it can be useful, for example also an indication of the number of sterilizations of the tool (medical instrument). or a sterilization bit with the first data.
  • the overwriting can also be carried out cyclically. The above- Write can be performed automatically or after a previous manual release.
  • the first data may be provided to contact a database on the basis of the read-out first data, the database having a Having a plurality of second data associated with a plurality of tools and the second data for parameterizing the robot model with the relevant tool having necessary parameters of the relevant tool, and parameterizing the robot model using the relevant second data such that the parameterized robot model is automatically adapted to the tool attached to the fastening device.
  • the database may e.g. be deposited in the control computer of the robot according to the invention.
  • the first data only needs an indication of the tool used, e.g. its serial number, to automatically parameterize the robot model.
  • the second data may also be at least partially overwritten by updated second data. This can be done automatically, also cyclically.
  • the overwriting can be performed automatically or after a previous manual release.
  • the reader may e.g. be arranged directly on the robot according to the invention, in particular on the robot arm.
  • the robot according to the invention may have input means for initiating readout of the first data after attaching the tool to the attachment device.
  • the inventive robot can also input means for manual Confirm that the robot model describing the robot is parameterized on the basis of the read-out first data.
  • RFID systems generally have a relatively short range. If the reading device according to a variant of the robot according to the invention is arranged on the robot such that the reading device can read the transponder of the tool attached to the robot, regardless of the position of the robot arm, then the prerequisites for a reliable readout of the first data are given.
  • the reader may in this case be e.g. be arranged in the vicinity or on the fastening device. Due to the relatively short range of the reader, for example, a few centimeters, the parameterization of the robot model can be automatically started when the tool 'comes into the range of the reader and the reader receives the first data from the transponder.
  • the robot according to the invention may e.g. used in the medical environment, for example in surgical interventions.
  • the robot according to the invention can be equipped with different tools.
  • the relatively high safety requirements, in particular for a surgical robot, make it necessary to check the installation of the correct tool on the fastening device, e.g. Flange, ahead.
  • the transponder is arranged on the tool in such a way that it can survive sterilization of the tool without damage.
  • adaptation of the robot model becomes necessary allows the mounted tool without user input.
  • the RFID technology is used according to the invention for communication.
  • the adaptation process may, for example, also include a check of the mounted tool (correct tool, sterilized tool, predetermined tool life not exceeded).
  • the adaptation (parameterization) of the robot model concerns, for example, the consideration of the tool properties center of gravity and mass for the gravity compensation, the kinematics of the robot or the mechanical inertia of the system.
  • the information flow can also take place in the opposite direction, ie from the robot to the tool. This makes it possible, for example, to deposit the previous period of use, the operator or occurring process parameters (for example, maximum forces) on the transponder.
  • Fig. 3 is a flowchart for illustrating a
  • FIG. 5 shows another flowchart to illustrate a parameterization of the robot model of the robot.
  • FIG. 1 shows a robot with a robot arm M, which in the case of the present exemplary embodiment is fastened to a socket S.
  • the robot arm M essentially represents the movable part of the robot and comprises a plurality of axes 1-6, a plurality of levers 7-10 and a flange 18 to which tools 21-24 shown in FIG. 2 can be fastened.
  • the tools 21-24 may, as provided in the case of the present embodiment, be medical instruments, in particular surgical instruments.
  • Each of the axes 1-6 is moved by a drive, for example an electric drive 11-16, which are electrically connected in a manner not shown with a control computer 17 of the robot, so that the control computer 17 or a running on the control computer 17 Computer program the electric drives 11-16 can control such that the position and orientation of the flange 18 of the robot can be aligned substantially freely in space.
  • the electric drives 11-16 of the robot include e.g. in each case an electric motor and optionally a power electronics driving the motors.
  • a generally known robot model 20 is stored in the control computer 17 by the robot. If one of the tools 21-24 is fastened to the flange 18, then it is expedient for the robot model 20 to be fastened by means of the flange 18 attached to the flange 18. parameters assigned to the tool. Parameterization as such is in principle well known and is usually performed manually.
  • At least one RFID transponder 25-28 is arranged on each of the tools 21-24, which are passive transponders in the case of the present exemplary embodiment.
  • Transponders are known in principle to the person skilled in the art, which is why the transponders 25-28 are not shown in detail and their functionality is not explained further.
  • a parameter data record 31-34 is stored in each of the transponders 25-28.
  • the parameter data set 31 includes parameters of the tool 21, which are intended to parameterize the robot model 20 when the tool 21 is attached to the flange 18.
  • the parameter data set 32 includes parameters of the tool 22 that are intended to parameterize the robot model 20 when the tool 22 is attached to the flange 18.
  • the parameter data set 33 includes parameters of the tool 23, which are intended to parameterize the robot model 20 when the tool 23 is attached to the flange 18.
  • the parameter data set 34 includes parameters of the tool 24 that are intended to parameterize the robotic model 20 when the tool 24 is attached to the flange 18.
  • a reader 19 is attached to the flange 18 of the robot, which is connected to the control computer 17 in a manner not shown.
  • Tool 21 attached to the flange 18, whereupon the transponder 25 of the tool 21 receives the signal received from the reader 19 and then automatically generates a response signal and sends it to the reader 19.
  • the response signal has the parameter data record 31 of the tool 21.
  • the reader 19 receives the response signal from the transponder 25 and transmits it to the control computer 17, step S1 of the flowchart shown in FIG.
  • Control computer 17 the parameter data set 31 of the currently attached to the flange 18 tool 21. Thereupon, the control computer 17 automatically parameterizes the robot model 20 with the parameters of the parameter data set 31, step S2 of the flowchart of Fig. 3. Thus, the robot model 20th parameterized with the parameters of the currently attached to the flange 18 tool 21.
  • Parameter records 31-34 also an indication of the current operating time of the tools 21-24 on. This information is also stored in the control computer 17. If the current tool, in this case the tool 21, is removed from the flange 18 again, the reading device 19 automatically sends a signal the transponder 25. This signal includes an indication of the current operating time of the tool 21, this information stored in the transponder 25, the parameter data set 31 is thus updated, step S3 of the flowchart of FIG. 3.
  • the parameter data sets 31-34 may also contain an indication as to whether the relevant tool 21-24 has been sterilized. This indication may e.g. be transmitted by means of a sterilization bits via the reader 19 to the control computer 17. This can then inform an operator about the sterilization of the tool done.
  • the reading device 19 again reads out the transponder of this tool, so that the control unit 17 receives the relevant parameters of this tool in order to reparameterize the robot model 20.
  • FIG. 4 shows further tools 51-54 that can be attached to the flange 18 of the robot.
  • Each of the tools 51-54 is also provided with an RFID transponder 55-58, which in the case of the present embodiment are passive transponders.
  • the serial number 61-64 of the relevant tool 51-54 is stored in each of the transponders 55-58, generally an indication which is suitable for identifying the type of the relevant tool 51-54.
  • the serial number 61 of the tool 51 is in the transponder 55 arranged on the tool 51
  • the serial number 62 of the tool 52 in the transponder 56 arranged on the tool 52 is located in the transponder 57 arranged on the tool 53 the serial number 63 of the tool 53 and stored in the tool 54 arranged on the transponder 58, the serial number 64 of the tool 54.
  • the reader 19 sends after completing the fastening, the reader 19, a signal that is received by the transponder of the attached to the flange 18 tool. If e.g. the tool 51 attached to the flange 18, then the transponder 55 of the tool 51 receives the signal sent by the reader 19 and automatically generates a response signal, which it sends to the reader 19. The response signal has the serial number 61 of the tool 51.
  • the reader 19 receives the response signal from the transponder 55 and transmits it to the control computer 17, step A of the flowchart shown in FIG.
  • a database 40 is stored on the control computer 17 which has parameter data records 41-44 provided for parameterizing the robot model 20.
  • the parameter data set 41 includes parameters of the tool 51 that are intended to parameterize the robot model 20 when the tool 51 is attached to the flange 18.
  • the parameter data set 42 includes parameters of the tool 52 that are intended to parameterize the robotic model 20 when the tool 52 is attached to the flange 18.
  • the parameter data set 43 includes parameters of the tool 53 that are intended to parameterize the robot model 20 when the tool 53 is attached to the flange 18.
  • the parameter data set 44 includes parameters of the tool 54 that are intended to parameterize the robotic model 20 when the tool 54 is attached to the flange 18.
  • the control computer 17 receives the serial number 61 of the tool 51 currently fastened to the flange 18. Furthermore, the control computer 17 is set up, based on the serial number 61 of the tool 51 currently fastened to the flange 18, to the parameter data record 41 assigned to the tool 51 from the database 40, step B of the flowchart of FIG. 5.
  • control computer 17 On the basis of the retrieved parameter data set 41, the control computer 17 then automatically parameterizes the robot model 20 with the parameters of the parameter data record 41, step C of the flowchart of FIG. 3. Thus, the robot model 20 is parameterized with the parameters of the tool 51 currently fastened to the flange 18.
  • the reader 19 again reads the transponder of this tool, so that the control unit 17 retrieves the relevant parameters from the database 40 in order to reparameterize the robot model 20.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Roboter und ein Verfahren zum Parametrieren eines Robotermodells (20). Es wird ein Werkzeug (21-24, 51-54) an einer Befestigungsvorrichtung (18) des Roboters befestigt. Das Werkzeug (21-24, 51-54) weist einen Transponder (25-28, 55-58) auf, in dem dem Werkzeug (21-24, 51-54) zugeordnete erste Daten (31-34, 61-64) gespeichert sind. Die ersten Daten (31-34, 61-64) des am Roboter befestigten Werkzeugs (21-24, 51-54) werden mittels eines Lesegerätes (19) ausgelesen und aufgrund der ausgelesenen ersten Daten (31-34, 61-64) wird insbesondere automa- tisch ein den Roboter beschreibendes Robotermodell (20) parametriert, so dass das parametrierte Robotermodell automatisch an das an der Befestigungsvorrichtung (18) befestigte Werkzeug (21-24, 51-54) angepasst ist.

Description

Roboter und Verfahren zum Parametrieren eines Robotermodells
Die Erfindung betrifft einen Roboter und ein Verfahren zum Parametrieren eines Robotermodells .
Roboter sind Arbeitsmaschinen, die zur automatischen Handhabung und/ oder Bearbeitung von Objekten mit Werkzeugen ausgerüstet werden können und in mehreren Bewegungsachsen beispielsweise hinsichtlich Orientierung, Position und Arbeits- ablauf programmierbar sind. Roboter weisen üblicherweise programmierbare Steuerungen (Steuerungsvorrichtungen) auf, die während des Betriebs die Bewegungsabläufe des Roboters steuern.
Für eine zufrieden stellende Steuerung oder Regelung des Ro- , boters weisen diese Robotermodelle auf. Die allgemeinen räumlichen Bewegungen des Roboters werden mit einem kinematischen Robotermodell modelliert, das im Wesentlichen die Geometrie des Roboters beschreibt. Für eine verbesserte dy- namische Steuerung oder Regelung kann auch die Dynamik des
Roboters berücksichtigt werden, die z.B. durch ein System der Bewegungsdifferentialgleichungen des Roboters in der Form der Newton-Eulerischen Gleichungen für holonome Systeme modelliert wird.
Roboter sind in der Regel mit Werkzeugen versehen, deren Parameter, z.B. deren Massen oder Trägheitsmomente, in die SteuerungsVorrichtung für eine Parametrierung des Robotermodells eingegeben werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Verfahren zum Parametrieren eines Robotermodells anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Roboter an- zugeben, dessen Robotermodell einfacher parametrierbar ist. Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Parametrieren eines Robotermodells, aufweisend folgende Verfahrensschritte :
- Befestigen eines Werkzeugs an einer Befestigungsvorrichtung eines Roboters, wobei das Werkzeug wenigstens einen Transponder aufweist, in dem dem Werkzeug zugeordnete erste Daten gespeichert sind,
- Auslesen der ersten Daten des am Roboter befestigten Werkzeugs mittels eines Lesegerätes und
- aufgrund der ausgelesenen ersten Daten, insbesondere auto- matisches Parametrisieren eines den Roboter beschreibenden
Robotermodells, so dass das parametrierte Robotermodell automatisch an das an der Befestigungsvorrichtung befestigte Werkzeug angepasst ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch einen Roboter, aufweisend:
- einen Roboterarm mit mehreren bewegbaren Achsen und einer Befestigungsvorrichtung, an der ein wenigstens einen Transponder aufweisendes Werkzeug befestigbar ist,
- ein Lesegerät, das eingerichtet ist, in dem Transponder gespeicherte und dem an der Befestigungsvorrichtung befestigten Werkzeug zugeordnete erste Daten auszulesen, und
- eine Steuervorrichtung, in der ein Robotermodell des Roboters gespeichert ist und die eingerichtet ist, aufgrund des Robotermodells die Achsen des Roboterarms mittels Antrieben zu bewegen, wobei die Steuervorrichtung ferner eingerichtet ist, aufgrund der ausgelesenen ersten Daten automatisch das Robotermodell zu parametrieren, so dass das parametrierte Robotermodell insbesondere automatisch an das an der Befestigungsvorrichtung befestigte Werkzeug angepasst ist.
Wie bereits in der Einleitung erwähnt, benötigt ein Roboter ein Robotermodell, um zufrieden stellend gesteuert bzw. geregelt werden zu können. Das Robotermodell ist z.B. in der Steuervorrichtung des Roboters gespeichert. Des Weiteren wird ein Roboter in der Regel mit einem Werkzeug versehen, das an der Befestigungsvorrichtung, die üblicherweise ein Flansch des Roboters ist, befestigt wird. Da sich verschiedene Werkzeuge z.B. in ihren Massen, Trägheitsmomenten oder Ausdehnungen unterscheiden, muss das Robotermodell entspre- chend dem aktuell verwendeten Werkzeug parametriert werden.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, das Werkzeug mit einem Transponder zu versehen, in dem die ersten Daten gespeichert sind, die wiederum dem relevanten Werkzeug zugeordnet sind. Ein Transponder ist dabei eine Vorrichtung, die aufgrund eines z.B. von einem Lesegerät stammenden drahtlos empfangenen Signals automatisch ein weiteres Signal erzeugt und drahtlos an das Lesegerät sendet. Transponder bedienen sich der so genannten RFID (Radio Frequency Identification) Technik und werden auch als RFID-Tags bezeichnet. Transponder können aktive und passive Transponder sein. Aktive Transponder weisen eine eigene aktive Energiequelle, z.B. eine Batterie oder einen Akku, auf. Passive Transponder umfassen dagegen keine aktive Energiequelle und werden durch das elektromagnetische Feld des Lesegerätes mit elektrischer
Energie versorgt, indem z.B. ein Kondensator des Transpon- ders durch das elektromagnetische Feld des Lesegerätes geladen wird. Die ersten Daten sind dem Werkzeug zugeordnet, an dem der Transponder angeordnet ist. Der Transponder kann z.B. außerhalb am Werkzeug oder auch innerhalb des Werkzeugs angeordnet sein. Die ersten Daten sind dein Werkzeug zugeordnet, so dass aufgrund der mit dem Lesegerät ausgelesenen ersten Daten erfindungsgemäß das Robotermodell gemäß dem am Roboter befestigten Werkzeug automatisch parametriert wird. Die ersten Daten könne z.B. zyklisch ausgelesen werden.
Die ersten Daten können nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Roboters für das Parametrieren des Robotermodells mit dem Werkzeug notwendige Parameter des Werkzeugs aufweisen. Diese Parameter sind z.B. eine Angabe über die Masse, über den Mas- senschwerpunkt , über die Trägheit oder über die räumliche Ausdehnung des Werkzeugs. Aufgrund der ausgelesenen ersten 'Daten ist es dann direkt möglich, das Robotermodell automatisch entsprechend dem verwendeten Werkzeug zu parametrieren.
Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Roboters werden zumindest teilweises die im Transponder gespeicherten ersten Daten durch aktualisierte erste Daten nach dem Auslesen der ersten Daten über- schrieben. Dies kann z.B. dann nützlich sein, wenn die aktuelle Betriebszeit des Werkzeugs dokumentiert werden soll. Insbesondere bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Roboters im medizinischen Umfeld, wenn es sich also bei dem Werkzeug um ein vom Roboter zu bewegendes medizinisches In- strument handelt, kann es sinnvoll sein, beispielsweise auch eine Angabe über die Anzahl von Sterilisierungen des Werkzeugs (medizinischen Instruments) oder eines Sterilisie- rungs-Bits mit den ersten Daten abzuspeichern. Das Überschreiben kann auch zyklisch durchgeführt werden. Das Über- schreiben kann automatisch oder nach einer vorhergehenden manuellen Freigabe durchgeführt werden.
Weisen die ersten Daten dagegen keine oder keine vollständi- ge Angabe über die benötigten Parameter auf, dann kann es nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Roboters vorgesehen sein, eine Datenbank aufgrund der ausgelesenen ersten Daten zu kontaktieren, wobei die Datenbank eine Mehrzahl von zwei- ten Daten aufweist, die einer Mehrzahl von Werkzeugen zugeordnet ist, und die zweiten Daten für das Parametrieren des Robotermodells mit dem relevanten Werkzeug notwendige Parameter des relevanten Werkzeugs aufweisen, und das Robotermodells mittels der relevanten zweiten Daten zu parametrieren, so dass das parametrierte Robotermodell automatisch an das an der Befestigungsvorrichtung befestigte Werkzeug angepasst ist. Die Datenbank kann z.B. im Steuerrechner des erfindungsgemäßen Roboters hinterlegt sein. Somit brauchen die ersten Daten lediglich eine Angabe über das verwendete Werk- zeug, z.B. dessen Seriennummer, umfassen, um automatisch das Robotermodell zu parametrieren.
Die zweiten Daten können ebenfalls durch aktualisierte zweite Daten zumindest teilweise überschrieben werden. Die kann automatisch, auch zyklisch durchgeführt werden. Das Überschreiben kann automatisch oder nach einer vorhergehenden manuellen Freigabe durchgeführt werden.
Das Lesegerät kann z.B. direkt am erfindungsgemäßen Roboter, insbesondere an dessen Roboterarm angeordnet sein.
Der erfindungsgemäße Roboter kann Eingabemittel zum Initiieren des Auslesens der ersten Daten nach dem Befestigen des Werkzeugs an der Befestigungsvorrichtung aufweisen. Der er- findungsgemäße Roboter kann auch Eingabemittel zum manuellen Bestätigen aufweisen, dass aufgrund der ausgelesenen ersten Daten das den Roboter beschreibende Robotermodell paramet- riert wird.
RFID-Systeme weisen in der Regel eine relativ geringe Reichweite auf. Ist das Lesegerät gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Roboters derart am Roboter angeordnet, dass unabhängig von der Stellung des Roboterarms das Lesegerät den Transponder des am Roboter befestigten Werkzeugs auslesen kann, dann sind Vorraussetzungen für ein zuverlässiges Auslesen der ersten Daten gegeben. Das Lesegerät kann für diesen Fall z.B. in der Nähe oder an der Befestigungsvorrichtung angeordnet sein. Durch die relativ geringe Reichweite des Lesegerätes von beispielsweise einigen Zentimetern kann beim Befestigen des Werkzeugs die Parametrierung des Robotermodells automatisch gestartet werden, sobald das Werkzeug ' in den Bereich des Lesegerätes kommt und das Lesegerät die ersten Daten vom Transponder empfängt.
Der erfindungsgemäße Roboter kann z.B. im medizinischen Umfeld, beispielsweise bei chirurgischen Eingriffen, eingesetzt werden. Für eine relativ hohe Flexibilität kann der erfindungsgemäße Roboter mit unterschiedlichen Werkzeugen ausgestattet werden. Die relativ hohen Sicherheitsanforde- rungen insbesondere an einen chirurgischen Roboter setzen die Überprüfung der Montage des korrekten Werkzeugs an der Befestigungsvorrichtung, z.B. Flansch, voraus.
Wird der erfindungsgemäße Roboter im medizinischen Umfeld verwendet, dann sollte darauf geachtet werden, dass der Transponder am Werkzeug derart angeordnet ist, dass er eine Sterilisierung des Werkzeugs schadlos übersteht.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindun- gemäßen Roboters wird die Anpassung des Robotermodells an das montierte Werkzeug ohne Benutzereingaben ermöglicht. Gegebenfalls kann eine Bestätigung/Ergänzung der ausgelesenen Parameter durch eine Bedienperson erfolgen. Um die zwischen Roboter und Werkzeug liegende Sterilbarriere im Falle einer medizinischen Verwendung zu überwinden, wird erfindungsgemäß zur Kommunikation die RFID-Technik eingesetzt. Der Anpassungsvorgang kann z.B. auch eine Überprüfung des montierten Werkzeugs (korrektes Werkzeug, Werkzeug sterilisiert, vorgegebene Einsatzdauer des Werkzeugs nicht überschritten) auf- weisen.
Die Anpassung (Parametrierung) des Robotermodells betrifft beispielsweise die Berücksichtigung der Werkzeugeigenschaften Schwerpunkt und Masse für die Schwerkraftkompensation, die Kinematik des Roboters oder die mechanische Trägheit des Systems .
Darüber hinaus kann der Informationsfluss auch in die entgegen gesetzte Richtung, also vom Roboter zum Werkzeug, erfol- gen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die bisherige Einsatzdauer, der Bedienperson oder auftretende Prozessparameter (z.B. max. Kräfte) auf dem Transponder zu hinterlegen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Roboter,
Fig. 2 mehrere Werkzeuge, die am Roboter befeεtigbar sind,
Fig. 3 ein Flussdiagramme zur Veranschaulichung einer
Parametrierung eines Robotermodells des Roboters, Fig. 4 weitere Werkzeuge, die am Roboter befestigbar sind, und
Fig. 5 ein weiteres Flussdiagramme zur Veranschaulichung einer Parametrierung des Robotermodells des Roboters .
Die Fig. 1 zeigt einen Roboter mit einem Roboterarm M, der im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf einem So- ekel S befestigt ist. Der Roboterarm M stellt im Wesentlichen den beweglichen Teil des Roboters dar und umfasst mehrere Achsen 1-6, mehrere Hebel 7-10 und einen Flansch 18, an dem in der Fig. 2 gezeigte Werkzeuge 21-24 befestigbar sind. Die Werkzeuge 21-24 können, wie dies im Falle des vorliegen- den Ausführungsbeispiels vorgesehen ist, medizinische Instrumente, insbesondere chirurgische Instrumente sein.
Jede der Achsen 1-6 wird mit einem Antrieb, beispielsweise einem elektrischen Antrieb 11-16 bewegt, die in nicht darge- stellter Weise mit einem Steuerrechner 17 des Roboters elektrisch verbunden sind, so dass der Steuerrechner 17 bzw. ein auf dem Steuerrechner 17 laufendes Rechnerprogramm die elektrischen Antriebe 11-16 derart ansteuern kann, dass die Position und Orientierung des Flansches 18 des Roboters im Wesentlichen frei im Raum ausgerichtet werden kann. Die elektrischen Antriebe 11-16 des Roboters umfassen z.B. jeweils einen elektrischen Motor und gegebenenfalls eine die Motoren ansteuernde Leistungselektronik.
Damit der Steuerrechner 17 den Roboter zufriedenstellend steuern bzw. regeln kann, ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels im Steuerrechner 17 ein allgemein bekanntes Robotermodell 20 vom Roboter gespeichert. Ist am Flansch 18 eines der Werkzeuge 21-24 befestigt, dann ist es zweckmä- ßig, das Robotermodell 20 mittels des am Flansch 18 befes- tigten Werkzeugs zugeordneten Parametern zu parametrieren. Eine Parametrierung als solche ist im Prinzip allgemein bekannt und wird üblicherweise manuell durchgeführt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird dieses Parametrieren jedoch nicht manuell, sondern, wie nachfolgend beschrieben, automatisiert durchgeführt. Einzelne Schritte der Parametrierung sind dabei in einem in der Fig. 3 dargestellten Flussdiagramm zusammengefasst .
Für das Parametrieren des Robotermodells 20 ist an jedem der Werkzeuge 21-24 jeweils mindestens ein RFID-Transponder 25- 28 angeordnet, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels passive Transponder sind. Transponder sind vom Prin- zip her dem Fachmann bekannt, weshalb die Transponder 25-28 nicht näher dargestellt sind und deren Funktionalität nicht weiter erläutert wird.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist in jedem der Transponder 25-28 ein Parameterdatensatz 31-34 gespeichert. Der Parameterdatensatz 31 umfasst Parameter des Werkzeugs 21, die dafür vorgesehen sind, das Robotermodell 20 zu parametrieren, wenn das Werkzeug 21 am Flansch 18 befestigt ist. Der Parameterdatensatz 32 umfasst Parameter des Werk- zeugs 22, die dafür vorgesehen sind, das Robotermodell 20 zu parametrieren, wenn das Werkzeug 22 am Flansch 18 befestigt ist. Der Parameterdatensatz 33 umfasst Parameter des Werkzeugs 23, die dafür vorgesehen sind, das Robotermodell 20 zu parametrieren, wenn das Werkzeug 23 am Flansch 18 befestigt ist. Der Parameterdatensatz 34 umfasst Parameter des Werkzeugs 24, die dafür vorgesehen sind, das Robotermodell 20 zu parametrieren, wenn das Werkzeug 24 am Flansch 18 befestigt ist. Ferner ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels am Flansch 18 des Roboters ein Lesegerät 19 befestigt, das in nicht dargestellter Weise mit dem Steuerrechner 17 verbunden ist .
Wird nun eines der Werkzeuge 21-24 am Flansch 18 des Roboters befestigt, dann sendet nach dem Beenden des Befestigens das Lesegerät 19 ein Signal aus, das vom Transponder des am Flansch 18 befestigten Werkzeugs empfangen wird. In dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wurde das
Werkzeug 21 am Flansch 18 befestigt, woraufhin der Transponder 25 des Werkzeugs 21 das vom Lesegerät 19 erhaltene Signal empfängt und daraufhin automatisch ein Antwortsignal erzeugt und dieses an das Lesegerät 19 sendet. Das Antwortsig- nal weist den Parameterdatensatz 31 des Werkzeugs 21 auf. , Das Lesegerät 19 empfängt das Antwortsignal vom Transponder 25 und übermittelt dieses dem Steuerrechner 17, Schritt Sl des in der Fig. 3 gezeigten Flussdiagramms .
Aufgrund des weitergeleiteten Antwortsignals erhält der
Steuerrechner 17 den Parameterdatensatz 31 des aktuell am Flansch 18 befestigten Werkzeugs 21. Aufgrund des Parameterdatensatzes 31 parametriert daraufhin automatisch der Steuerrechner 17 das Robotermodell 20 mit den Parametern des Pa- rameterdatensatzes 31, Schritt S2 des Flussdiagramms der Fig. 3. Somit ist das Robotermodell 20 mit den Parametern des aktuell am Flansch 18 befestigten Werkzeugs 21 parametriert.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weisen die
Parameterdatensätze 31-34 auch eine Angabe über die aktuelle Betriebszeit der Werkzeuge 21-24 auf. Diese Angabe wird ebenfalls im Steuerrechner 17 gespeichert. Wird das aktuelle Werkzeug, hier also das Werkzeug 21 wieder vom Flansch 18 entfernt, sendet automatisch das Lesegerät 19 ein Signal an den Transponder 25. Dieses Signal umfasst eine Angabe über die aktuelle Betriebszeit des Werkzeugs 21, wobei diese Angabe im Transponder 25 gespeichert, der Parameterdatensatz 31 also aktualisiert wird, Schritt S3 des Flussdiagramms der Fig. 3.
In den Parameterdatensätzen 31-34 können auch eine Angabe enthalten sein, ob das relevante Werkzeug 21-24 sterilisiert wurde. Diese Angabe kann z.B. mittels eines Sterilisations- Bits über das Lesegerät 19 an den Steuerrechner 17 übermittelt werden. Dieser kann dann eine Bedienperson über die erfolgte Sterilisation des Werkzeugs informieren.
Wird ein anderes Werkzeug am Flansch 18 befestigt, dann liest das Lesegerät 19 wieder den Transponder dieses Werk- zeugs aus, so dass das Steuergerät 17 die relevanten Parameter dieses Werkzeugs erhält, um das Robotermodell 20 neu zu parametrieren .
Die Figuren 4 und 5 veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die Fig. 4 zeigt dabei weitere Werkzeuge 51- 54, die am Flansch 18 des Roboters befestigt werden können. Jedes der Werkzeuge 51-54 ist ebenfalls mit einem RFID- Transponder 55-58 versehen, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels passive Transponder sind.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist in jedem der Transponder 55-58 die Seriennummer 61-64 des relevanten Werkzeugs 51-54 gespeichert, allgemein also eine Angabe, die zur Identifizierung des Typs des relevanten Werkzeugs 51-54 geeignet ist. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist also in dem am Werkzeug 51 angeordneten Transponder 55 die Seriennummer 61 des Werkzeugs 51, in dem am Werkzeug 52 angeordneten Transponder 56 die Seriennummer 62 des Werk- zeugs 52, in dem am Werkzeug 53 angeordneten Transponder 57 die Seriennummer 63 des Werkzeugs 53 und in dem am Werkzeug 54 angeordneten Transponder 58 die Seriennummer 64 des Werkzeugs 54 gespeichert.
Wird nun eines der Werkzeuge 51-54 am Flansch 18 des Roboters befestigt, dann sendet nach dem Beenden des Befestigens das Lesegerät 19 ein Signal aus, das vom Transponder des am Flansch 18 befestigten Werkzeugs empfangen wird. Wird z.B. das Werkzeug 51 am Flansch 18 befestigt, dann empfängt der Transponder 55 des Werkzeugs 51 das vom Lesegerät 19 gesendete Signal und erzeugt automatisch ein Antwortsignal, das er an das Lesegerät 19 sendet. Das Antwortsignal weist die Seriennummer 61 des Werkzeugs 51 auf. Das Lesegerät 19 empfängt das Antwortsignal vom Transponder 55 und übermittelt dieses dem Steuerrechner 17, Schritt A des in der Fig. 5 gezeigten Flussdiagramms .
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist auf dem Steuerrechner 17 eine Datenbank 40 hinterlegt, die zum Para- metrieren des Robotermodells 20 vorgesehene Parameterdatensätze 41-44 aufweist. Der Parameterdatensatz 41 umfasst Parameter des Werkzeugs 51, die dafür vorgesehen sind, das Robotermodell 20 zu parametrieren, wenn das Werkzeug 51 am Flansch 18 befestigt ist. Der Parameterdatensatz 42 umfasst Parameter des Werkzeugs 52, die dafür vorgesehen sind, das Robotermodell 20 zu parametrieren, wenn das Werkzeug 52 am Flansch 18 befestigt ist. Der Parameterdatensatz 43 umfasst Parameter des Werkzeugs 53, die dafür vorgesehen sind, das Robotermodell 20 zu parametrieren, wenn das Werkzeug 53 am Flansch 18 befestigt ist. Der Parameterdatensatz 44 umfasst Parameter des Werkzeugs 54, die dafür vorgesehen sind, das Robotermodell 20 zu parametrieren, wenn das Werkzeug 54 am Flansch 18 befestigt ist. Aufgrund des weitergeleiteten Antwortsignals erhält der Steuerrechner 17 die Seriennummer 61 des aktuell am Flansch 18 befestigten Werkzeugs 51. Des Weiteren ist der Steuerrechner 17 eingerichtet, aufgrund der Seriennummer 61 des aktuell am Flansch 18 befestigten Werkzeugs 51 den dem Werkzeug 51 zugeordneten Parameterdatensatz 41 aus der Datenbank 40 abzurufen, Schritt B des Flussdiagramms der Fig. 5.
Aufgrund des abgerufenen Parameterdatensatzes 41 paramet- riert daraufhin automatisch der Steuerrechner 17 das Robotermodell 20 mit den Parametern des Parameterdatensatzes 41, Schritt C des Flussdiagramms der Fig. 3. Somit ist das Robotermodell 20 mit den Parametern des aktuell am Flansch 18 befestigten Werkzeugs 51 parametriert .
Wird ein anderes Werkzeug am Flansch 18 befestigt, dann liest das Lesegerät 19 wieder den Transponder dieses Werkzeugs aus, so dass das Steuergerät 17 die relevanten Parameter aus der Datenbank 40 abruft, um das Robotermodell 20 neu zu parametrieren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Parametrieren eines Robotermodells, auf- weisend folgende Verfahrensschritte:
- Befestigen eines Werkzeugs (21-24, 51-54) an einer Befestigungsvorrichtung (18) eines Roboters, wobei das Werkzeug (21-24, 51-54) wenigstens einen Transponder (25-28, 55-58) aufweist, in dem dem Werkzeug (21-24, 51-54) zugeordnete erste Daten (31-34, 61-64) gespeichert sind,
- Auslesen der ersten Daten (31-34, 61-64) des am Robo- ter befestigten Werkzeugs (21-24, 51-54) mittels eines
Lesegerätes (19) und
- aufgrund der ausgelesenen ersten Daten (31-34, 61-64), insbesondere automatisches Parametrieren eines den Ro- boter beschreibenden Robotermodells (20) , so dass das parametrierte Robotermodell automatisch an das an der Befestigungsvorrichtung (18) befestigte Werkzeug (21- 24, 51-54) angepasst ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, zusätzlich aufweisend:
- Kontaktieren einer Datenbank (40) aufgrund der ausgelesenen ersten Daten (61-64), wobei die Datenbank (40) eine Mehrzahl von zweiten Daten (41-44) aufweist, die einer Mehrzahl von Werkzeugen (51-54) zugeordnet ist, und die zweiten Daten (41-44) für das Parametrieren des Robotermodells (20) mit dem relevanten Werkzeug (51-54) notwendige Parameter des relevanten Werkzeugs (51-54) aufweisen, und - automatisches Parametrieren des Robotermodells (20) mittels der relevanten zweiten Daten (41-44), so dass das parametrierte Robotermodell automatisch an das an der Befestigungsvorrichtung (18) befestigte Werkzeug (51-54) angepasst ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, zusätzlich aufweisend zumindest teilweises Überschreiben der in der Datenbank (40) gespeicherten zweiten Daten (41-44) durch aktualisierte zweite Daten.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , bei dem die ersten Daten (31-34) für das Parametrieren des Robotermodells (20) mit dem Werkzeug (21-24) notwendige Parame- ter des Werkzeugs (21-24) aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, zusätzlich aufweisend zumindest teilweises Überschreiben der im Transponder (25-28) gespeicherten ersten Daten (31-34) durch aktualisierte erste Daten vorzugsweise nach dem Auslesen der ersten Daten (31-34) .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem
- die Befestigungsvorrichtung ein Flansch (18) des Roboters ist,
- das Werkzeug (21-24, 51-54) ein vom Roboter automatisch bewegbares medizinisches Instrument ist,
- das Lesegerät (19) am Roboter angeordnet ist,
- das Lesegerät (19) in der Nähe oder an der Befestigungsvorrichtung (18) angeordnet ist und/oder - der Transponder (25-28, 55-58) ein passiver Transpon- der ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zusätzlich aufweisend:
- Manuelles Initiieren des Aus.lesens der ersten Daten
(31-34, 61-64) nach dem Befestigen des Werkzeugs (21- 24, 51-54) an der Befestigungsvorrichtung (18), und/oder
- aufgrund der ausgelesenen ersten Daten (31-34, 61-64) und aufgrund einer manuellen Bestätigung Parametrieren des den Roboter beschreibenden Robotermodells (20) , so dass das parametrierte Robotermodell automatisch an das an der Befestigungsvorrichtung (18) befestigte Werkzeug (21-24, 51-54) angepasst ist.
8. Roboter, aufweisend:
- einen Roboterarm (M) mit mehreren bewegbaren Achsen (1-6) und einer Befestigungsvorrichtung (18), an der ein einen Transponder (25-28, 55-58) aufweisendes Werkzeug (21-24, 51-54) befestigbar ist,
- ein Lesegerät (19), das eingerichtet ist, in dem Transponder (25-28, 55-58) gespeicherte und dem an der Befestigungsvorrichtung (18) befestigten Werkzeug (21- 24, 51-54) zugeordnete erste Daten (31-34, 61-64) aus- zulesen, und
- eine Steuervorrichtung (17), in dem ein Robotermodell (20) des Roboters gespeichert ist und die eingerichtet ist, aufgrund des Robotermodells (20) die Achsen (1-6) des Roboterarms (M) mittels Antrieben (11-16) zu bewe- gen, wobei die Steuervorrichtung (17) ferner eingerichtet ist, aufgrund der ausgelesenen ersten Daten (31-34, 61-64) insbesondere automatisch das Robotermodell (20) zu parametrieren, so dass das parametrierte Robotermodell automatisch an das an der Befestigungsvorrichtung (18) befestigte Werkzeug (21-24, 51-54) angepasst ist.
9. Roboter nach Anspruch 8, zusätzlich aufweisend eine Da- tenbank (40) , in der eine Mehrzahl von zweiten Daten
(41-44) gespeichert ist, die einer Mehrzahl von Werkzeugen (51-54) zugeordnet ist, und die zweiten Daten (41- 44) für das Parametrieren des Robotermodells (20) mit dem relevanten Werkzeug (51-54) notwendige Parameter des relevanten Werkzeugs (51-54) aufweisen, wobei die Steuervorrichtung (17) ferner eingerichtet ist, aufgrund der ausgelesenen ersten Daten (61-64) automatisch die Datenbank (40) zu kontaktieren, um die relevanten zweiten Daten (41-44) abzurufen, so dass das parametrierte Robo- termodell automatisch an das an der Befestigungsvorrichtung (18) befestigte Werkzeug (51-54) angepasst ist.
10. Roboter nach Anspruch 9, der eingerichtet ist, die zweiten Daten (41-44) zumindest teilweise mit aktualisierten zweiten Daten zu überschreiben.
11. Roboter nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die ersten Daten (31-34) für das Parametrieren des Robotermodells (20) mit dem an der Befestigungsvorrichtung (18) befestigten Werkzeug (21-24) notwendige Parameter des Werkzeugs (21- 24) aufweisen.
12. Roboter nach Anspruch 11, dessen Lesegerät (19) eingerichtet ist, nach dem Auslesen der ersten Daten (31-34) diese im Transponder (25-28) zumindest teilweise mit aktualisierten ersten Daten zu überschreiben.
13. Roboter nach einem der Ansprüche 8 bis 12, zusätzlich aufweisend
- Eingabemittel zum Initiieren des Auslesens der ersten Daten (31-34, 61-64) nach dem Befestigen des Werkzeugs
(21-24, 51-54) an der Befestigungsvorrichtung (18), und/oder
- Eingabemittel zum manuellen Bestätigen, dass aufgrund der ausgelesenen ersten Daten (31-34, 61-64) das den Roboter beschreibende Robotermodell (20) parametriert wird.
14. Roboter nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem
- die Befestigungsvorrichtung ein Flansch (18) des Robo- ters ist,
- das Werkzeug (21-24, 51-54) ein vom Roboter bewegbares medizinisches Instrument ist,
- das Lesegerät (19) am Roboter angeordnet ist,
- das Lesegerät (19) am Roboterarm (M) insbesondere in der Nähe oder an der Befestigungsvorrichtung (18) angeordnet ist und/oder
- der Transponder (25-28, 55-58) ein passiver Transponder ist.
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