WO2015024634A1 - Energy-optimised configuration of a manipulator - Google Patents

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Abstract

In a method according to the invention for configuring a manipulator process with a specified movement phase (9) and a variable movement phase (10), a kinematic variable of the manipulator process in the variable movement phase (10) is specified in such a way that an energy variable is reduced.

Description

Beschreibung  description
Energieoptimales Konfigurieren eines Manipulators Energy-optimized configuration of a manipulator
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konfigurieren eines Manipulatorprozesses, insbesondere eines Roboterprozesses, und ein Konfigurationsmittel zum Konfigurieren eines Manipulatorprozesses. The present invention relates to a method for configuring a manipulator process, in particular a robot process, and a configuration means for configuring a manipulator process.
Manipulatoren, insbesondere Roboter im industriellen Einsatz, führen üblicherweise sich wiederholende, strukturierte Aufgaben aus. Dazu wird eine Bahn des Manipulators zuvor meist über eine Manipulatorsteuerung und ein entsprechendes Programmiermittel vorgegeben. Eine solche Bahn besteht üblicherweise aus mehreren unterschiedlichen Bahnabschnitten. Sollen beispielsweise durch einen manipulatorgeführten Klebstoffspender mehrere Klebespuren auf einem Werkstück erzeugt werden sollen, wobei die Klebespuren geometrisch so angeordnet sind, dass jede Klebespur eine Seite eines durch die Klebespuren aufgespannten Rechtecks bildet, entspricht jede Klebespur einem vorgegebenen Bahnabschnitt, der während einer korrespondierenden vorgegebenen Bewegungsphase abgefahren wird. Manipulators, especially industrial robots, usually perform repetitive, structured tasks. For this purpose, a path of the manipulator is previously predetermined mostly via a manipulator control and a corresponding programming means. Such a web usually consists of several different track sections. If, for example, a plurality of adhesive traces are to be produced on a workpiece by a manipulator-guided adhesive dispenser, with the adhesive tracks being arranged geometrically such that each adhesive trace forms one side of a rectangle formed by the adhesive traces, each adhesive trace corresponds to a predetermined web segment which traveled during a corresponding predetermined movement phase becomes.
Zwischen zwei vorgegebenen benachbarten Bewegungsphasen muss der Manipulator seine Bewegungsrichtung entsprechend anpassen, um beispielsweise die nächste Klebespur abzufahren. Unterschiedliche vorgegebene Bewegungsphasen entlang der Gesamtbahn weisen üblicherweise nicht nur unterschiedliche Bewegungsrichtungen auf, sondern können auch Differenzen bezüglich anderer Zustände des Manipulators, insbesondere bezüglich kinematischer Größen, aufweisen. Bei diesen kinematischen Größen kann es sich insbesondere um Positionen, Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen des Manipulators handeln. Im oben genannten Beispiel eines Klebeprozesses kann eine solche Differenz beispielsweise eine Geschwindigkeit betreffen, mit welcher der Manipulator die Klebespur legt und über welche die Dicke der Klebespur moduliert wird. Die Klebespuren können beispielsweise durch eine vorgegebene konstante Geschwindigkeit des Manipulators realisiert werden, so dass sich eine Klebespur konstanter Dicke ergibt. Between two predetermined adjacent phases of motion, the manipulator must adjust its direction of movement accordingly, for example, to start the next glue track. Different predetermined movement phases along the entire path usually do not only have different directions of movement, but may also have differences with regard to other states of the manipulator, in particular with respect to kinematic variables. These kinematic variables may in particular be positions, speeds and / or accelerations of the manipulator. In the above-mentioned example of a gluing process, such a difference may, for example, relate to a speed at which the manipulator places the gluing trace and over which the thickness of the gluing trace is modulated. The traces of adhesive can, for example, by a predetermined constant Speed of the manipulator can be realized, so that there is a glue trace constant thickness.
Zur Überführung von einer vorgegebenen Bewegungsphase in eine andere sind demnach zumeist neben Anpassungen der Richtung auch Anpassungen einer oder mehrerer anderer kinematischer Größen des Manipulators notwendig. For the transition from a given movement phase to another accordingly usually adjustments of the direction and adjustments of one or more other kinematic variables of the manipulator are necessary.
Die Anpassungen geschehen gemäß betriebsinterner Praxis bisher dadurch, dass der Manipulator vor dem Beginn einer neuen vorgegebenen Bewegungsphase abbremst, seine Position entsprechend justiert, insbesondere ein Werkzeug hebt oder senkt, und wieder beschleunigt. Diese Anpassungen sind meist mit einer Energieaufnahme und/oder einer Energiedissipation verbunden. The adjustments happen according to internal practice so far by the fact that the manipulator decelerates before the start of a new predetermined movement phase, adjusted its position accordingly, in particular a tool raises or lowers, and accelerates again. These adjustments are usually associated with energy intake and / or energy dissipation.
Nicht immer ist es dabei notwendig oder möglich, dass der Manipulator seine Zustände erst am Übergangspunkt zwischen zwei vorgegebenen Bewegungsphasen anpasst. Beispielsweise können am Übergang zwischen zwei vorgegebenen Bewegungsphasen, durch welche ein Richtungswechsel der Bahn definiert wird, Positionsabweichungen des Manipulators von den vorgegebenen Bahnabschnitten, zwischen denen der Übergang erfolgt, zulässig sein. Es ist dabei bekannt, den Manipulator in diesen Bereichen durch ein sogenanntes „Überschleifen" oder „Versch leiten" von einem Bahnabschnitt in einen nächsten Bahnabschnitt so zu überführen, dass die Bewegung des Manipulators während des Übergangs von den vorgegebenen Bahnabschnitten abweicht. In dem oben genannten Beispiel kann so vermieden werden, dass die bei einem Richtungswechsel zwischen zwei aufeinanderfolgenden vorgegebenen Bewegungsphasen am Übergangspunkt zwischen den entsprechenden vorgegebenen Bahnabschnitten vorhandene Ecke positionsgenau abgefahren werden muss. In diesem Fall besteht ein Manipulatorprozess aus vorgegebenen Bewegungsphasen und aus variablen Bewegungsphasen, durch welche der Übergang zwischen zwei vorgegebenen Bewegungsphasen bezeichnet wird. It is not always necessary or possible that the manipulator adapts its states only at the transition point between two predetermined movement phases. For example, at the transition between two predetermined movement phases, by which a change in direction of the web is defined, positional deviations of the manipulator from the predetermined track sections, between which the transition occurs, be allowed. It is known, the manipulator in these areas by a so-called "blending" or "Versch verschleiten" of a track section in a next track section to be such that the movement of the manipulator deviates during the transition from the predetermined track sections. In the above example, it can be avoided that the corner which exists in the event of a change of direction between two successive predetermined phases of movement at the transition point between the corresponding predefined track sections must be traversed with exact position. In this case, a manipulator process consists of given phases of movement and of variable phases of movement, which designates the transition between two predetermined phases of movement.
So lehrt zum Beispiel die EP 0 706 104 B1 ein Verfahren zum Verschleifen nichttangentialer Bereiche in programmierten Konturen, insbesondere zum Einsatz in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinensteuerungen. Dabei wird der Verlauf der Maschinenachsen innerhalb des Überschleifelementes approximativ bestimmt. Ziel ist es, ein Verfahren zum Verschleifen unstetiger Bereiche in programmierten Konturen so auszugestalten, dass dadurch bedingte in den Maschinenachsen auftretende Achsgeschwindigkeitssprünge und die dem zugrunde liegenden Beschleunigungsimpulse eingeschränkt werden können. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Manipulatorprozess bereitzustellen. For example, EP 0 706 104 B1 teaches a method of smoothing non-tangential areas in programmed contours, particularly for use in numerically controlled machine tool controls. The course of the machine axes within the grinding element is determined approximately. the goal is it is to design a method for smoothing unsteady regions in programmed contours in such a way that as a result axis-velocity jumps occurring in the machine axes and the underlying acceleration pulses can be limited. The present invention has for its object to provide an improved manipulator process.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Konfigurieren eines Manipulatorprozesses mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Anspruch 1 1 stellt ein Konfigurationsmittel, Anspruch 12 ein Computerprogramm zum Durchführen eines entsprechenden Verfahrens unter Schutz, Anspruch 13 ein entsprechendes Computerprogrammprodukt. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung. This object is achieved by a method for configuring a manipulator process having the features of claim 1. Claim 1 1, a configuration means, claim 12, a computer program for performing a corresponding method under protection, claim 13, a corresponding computer program product. The subclaims relate to preferred developments of the present invention.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Konfigurieren eines Manipulatorprozesses kann insbesondere zum Konfigurieren eines Roboterprozesses verwendet werden, der durch einen oder mehrere, insbesondere kooperierende, Roboter durchgeführt wird. A method according to the invention for configuring a manipulator process can be used in particular for configuring a robot process which is carried out by one or more, in particular cooperating, robots.
Der Manipulatorprozess weist eine oder mehrere vorgegebene Bewegungsphasen und eine oder mehrere variable Bewegungsphasen auf. Vorgegebene Bewegungsphasen können insbesondere auf Basis einer Bearbeitungs- und/oder Transportaufgabe vorab vorgegeben werden bzw. sein, beispielsweise auf Basis einer durch einen oder mehrere Roboter abzufahrenden Bearbeitungs- oder Transportbahn, etwa einer Klebe-, Schweiß- oder Lackierbahn oder dem Aufnehmen von oder Absetzen auf einem Förderband. Eine variable Bewegungsphase im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine freie Transferbahn eines oder mehrerer Roboter sein, die den bzw. die Roboter von einem vorgegebenen Zustand in einen anderen vorgegebenen Zustand, insbesondere auch einen Stillstand, überführt, ohne, beispielsweise auf Basis einer durch einen oder mehrere Roboter abzufahrenden Bearbeitungs- oder Transportbahn, vorgegeben zu sein. Die variable Bewegungsphase kann insbesondere auch eine Bahn sein, auf der kein Bearbeitungsprozess stattfindet, etwa Kleben, Schweißen oder Lackieren. Hierbei kann insbesondere der Übergang der vorgegebenen Zustände am Ende einer vorhergehenden Bewegungsphase und am Anfang einer weiteren anschließenden vorgegebenen Bewegungsphase stattfinden. Als Übergang im Sinn der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise der Zeitpunkt eines Wechsels zwischen einer vorgegebenen und einer variablen Bewegungsphase oder zwischen einer variablen und einer vorgegebenen Bewegungsphase bezeichnet. The manipulator process has one or more predetermined motion phases and one or more variable motion phases. Predetermined movement phases can be predetermined in advance or be based in particular on the basis of a processing and / or transport task, for example on the basis of a processing or transport path to be traveled by one or more robots, such as a gluing, welding or varnishing path or picking up or setting down on a conveyor belt. A variable movement phase in the sense of the present invention may in particular be a free transfer orbit of one or more robots, which transfers the robot (s) from a predetermined state to another predetermined state, in particular also a standstill, without, for example, based on a or several robots to be traveled processing or transport path to be specified. The variable movement phase can in particular also be a web on which no machining process takes place, such as gluing, welding or painting. Here, in particular, the transition of the predetermined states at the end of a previous movement phase and take place at the beginning of another subsequent predetermined movement phase. As transition in the sense of the present invention, the time of a change between a predetermined and a variable movement phase or between a variable and a predetermined movement phase is preferably referred to.
Entsprechend ist eine kinematische Größe des Manipulatorprozesses am Übergang zwischen einer variablen Bewegungsphase und einer vorhergehenden und/oder einer anschließenden vorgegebenen Bewegungsphase vorgegeben. Beispielsweise ist die Position und Geschwindigkeit am Ende eines Klebestreifens und die Position und Geschwindigkeit am Anfang eines anschließend abzufahrenden Klebestreifens durch den Klebeprozess vorgegeben, d.h. die Vorgabe des Klebeprozesses hat in der vorgegebenen Bewegungsphase die Form eines Klebestreifens, in der variablen Bewegungsphase die Form einer Transferbahn zum nächsten Klebestreifen, und ab dem Übergang dieser variablen Bewegungsphase in die anschließende Bewegungsphase wiederum die Form eines Klebestreifens. Accordingly, a kinematic variable of the manipulator process is predetermined at the transition between a variable movement phase and a preceding and / or subsequent predetermined movement phase. For example, the position and speed at the end of an adhesive strip and the position and speed at the beginning of an adhesive strip to be subsequently removed are predetermined by the bonding process, i. the specification of the bonding process has the form of an adhesive strip in the predetermined movement phase, in the variable movement phase the form of a transfer path to the next adhesive strip, and from the transition of this variable movement phase in the subsequent movement phase again the shape of an adhesive strip.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine kinematische Größe wird in einer oder mehreren variablen Bewegungsphasen, insbesondere komplett während einer oder mehreren variablen Bewegungsphasen, automatisch so vorgegeben, dass eine Energiegröße reduziert wird. So kann beispielsweise vorteilhaft in einem manipulatorgestützten Klebeprozess eine kinetische Energie des Roboters am Ende einer Klebespur vorteilhaft dazu genutzt werden, den Roboter an einen Anfang einer nächsten Klebespur zu verfahren, ohne ihn dabei vollständig anzuhalten und dabei seine kinetische Energie ungenutzt in Wärme umzuwandeln. Ein Manipulatorprozess im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein durch eine Manipulatoranordnung zielgerichtet durchgeführter Vorgang, insbesondere ein Klebeprozess, eine Schweißapplikation, Pressenverkettungsprozess, ein Schweißstrom, ein Betrieb einer Achse oder eines weiteren Antriebs sein. Eine Manipulatoranordnung kann dabei insbesondere einen oder mehrere Manipulatoren, insbesondere Roboter, umfassen, aber auch andere Vorrichtungen, wie eine Zusatzachse, ein Förderband, ein Werkzeug, etc. Ein Manipulatorprozess kann eine algorithmisch ablaufende Informationsverarbeitung umfassen. Insbesondere kann ein Prozess ein Vorgang sein, der durch ein Programm kontrolliert wird, welches insbesondere zur Ausführung einen Prozessor benötigt, der vorzugsweise durch eine Steuerungsvorrichtung bereitgestellt wird. Unter einer Bewegungsphase im Sinne der Erfindung wird insbesondere ein Zeit- bzw. Bahnabschnitt eines Manipulatorprozesses verstanden, in welchem die Zustände des Manipulatorprozesses bestimmte Werte aufweisen. Unter einem Zustand des Manipulatorprozesses wird im Folgenden insbesondere ein physikalischer Zustand einer oder mehrerer am Manipulatorprozess beteiligten Vorrichtung, insbesondere eines oder mehrerer Manipulatoren, also ein Zustand der Manipulatoranordnung, verstanden. Während einer Bewegungsphase weisen solche Zustände bestimmte Werte auf. Zum Beispiel können ein oder mehrere Manipulatoren bestimmte Positionen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen etc. aufweisen. Diese können zumindest teilweise vorgegeben sein bzw. werden. Gleichermaßen können sich Zustände des Manipulatorprozesses aus vorgegebenen Zuständen und/oder aus Nebenbedingungen des Manipulatorprozesses bzw. der daran beteiligten Vorrichtungen ergeben. Zum Beispiel können ein oder mehrere Manipulatoren, insbesondere Teile davon, eine bestimmte potentielle Energie und/oder kinetische Energie aufweisen und/oder können ein oder mehrere Zustände eines Manipulatorprozesses, insbesondere innerhalb gewisser Grenzen, variabel sein. According to one aspect of the present invention, a kinematic variable is automatically set in one or more variable movement phases, in particular completely during one or more variable movement phases, in such a way that an energy quantity is reduced. Thus, for example, advantageously in a manipulator-based adhesion process, a kinetic energy of the robot at the end of an adhesive trace can be advantageously used to move the robot to a beginning of a next adhesive trace, without stopping it completely and thereby converting its kinetic energy unused into heat. A manipulator process in the sense of the present invention may be a process performed by a manipulator arrangement in a targeted manner, in particular an adhesion process, a welding application, a press-chaining process, a welding current, an operation of an axle or another drive. In this case, a manipulator arrangement can in particular comprise one or more manipulators, in particular robots, but also other devices, such as an additional axis, a conveyor belt, a tool, etc. A manipulator process can be a algorithmically executing information processing. In particular, a process may be a process controlled by a program which, in particular, requires a processor for execution, which is preferably provided by a control device. A movement phase in the sense of the invention is understood in particular to mean a time or path section of a manipulator process in which the states of the manipulator process have specific values. In the following, a state of the manipulator process is understood in particular to be a physical state of one or more devices involved in the manipulator process, in particular of one or more manipulators, that is to say a state of the manipulator arrangement. During a movement phase, such states have certain values. For example, one or more manipulators may have certain positions, speeds, accelerations, etc. These can be or at least partially predetermined. Likewise, states of the manipulator process may result from predetermined states and / or constraints of the manipulator process or devices involved. For example, one or more manipulators, particularly parts thereof, may have a certain potential energy and / or kinetic energy, and / or one or more states of a manipulator process, especially within certain limits, may be variable.
Eine Vorgabe im Sinne der Erfindung kann eine, insbesondere automatische, Vorgabe umfassen, welche insbesondere durch ein Konfigurationsmittel erfolgen kann. Vorzugsweise ist eine Vorgabe abhängig von einem Zustand des Manipulatorprozesses, insbesondere einem Zustand eines oder mehrerer Manipulatoren der Manipulatoranordnung und/oder eines oder mehrerer Werkzeuge eines Manipulators der Manipulatoranordnung. Eine Vorgabe kann abhängig von einem oder mehreren Werkstücken der Manipulatoranordnung sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Vorgabe durch eine Vorrichtung kommuniziert werden, die mit der Manipulatoranordnung zusammenwirkt. Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein. Insbesondere kann das Mittel eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) sein und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Manipulatorprozess konfigurieren bzw. vorgeben kann. A specification within the meaning of the invention can comprise a, in particular automatic, specification, which can be effected in particular by a configuration means. Preferably, a specification is dependent on a state of the manipulator process, in particular a state of one or more manipulators of the manipulator arrangement and / or one or more tools of a manipulator of the manipulator arrangement. A default may be dependent on one or more workpieces of the manipulator assembly. Additionally or alternatively, a default may be communicated through a device that interacts with the manipulator assembly. An agent in the sense of the present invention may be designed in terms of hardware and / or software. In particular, the means may comprise a data or signal-connected, preferably digital, preferably with a memory and / or bus system. Processing, in particular microprocessor unit (CPU) and / or have one or more programs or program modules. The CPU may be configured to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or to output signals to a data bus. A storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and / or other non-volatile media. The program may be such that it is capable of embodying or executing the methods described herein so that the CPU may perform the steps of such methods and, in particular, configure or dictate the manipulator process.
Ein Konfigurationsmittel kann insbesondere eine Robotersteuerung für einen oder mehrere Roboter aufweisen, insbesondere sein. Gleichermaßen kann das Konfigurationsmittel ein mit der Robotersteuerung zusammenwirkendes Mittel sein, insbesondere ein PC, welcher vorzugsweise mit einer Eingabeschnittstelle verbunden ist. Ein Konfigurationsmittel kann insbesondere zum Konfigurieren eines Manipulatorprozesses über ein Netzwerk, insbesondere das Internet, eingerichtet sein. A configuration means may comprise, in particular, a robot controller for one or more robots, in particular. Similarly, the configuration means may be a means cooperating with the robot controller, in particular a PC, which is preferably connected to an input interface. A configuration means can be set up in particular for configuring a manipulator process via a network, in particular the Internet.
Eine kinematische Größe im Sinne der Erfindung kann ein Zustand des Manipulatorprozesses sein. Vorzugsweise beschreibt eine kinematische Größe eine Position und/oder Bewegung eines Punktes oder eines Körpers im Raum, insbesondere eines oder mehrerer Elemente der Manipulatoranordnung. Eine kinematische Größe kann somit eine Position, eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung und/oder eine Zeitableitung einer solchen Größe sein. Eine kinematische Größe kann auch dynamische Größen umfassen, insbesondere Parameter eines Models des Manipulatorprozesses und/oder der Manipulatoranordnung, insbesondere Parameter einer Differentialgleichung und/oder einer Übertragungsfunktion. Eine kinematische Größe kann insbesondere auch eine Kraft oder ein Moment umfassen. Eine kinematische Größe kann ein- oder mehrdimensional sein. Eine Energiegröße im Sinne der Erfindung umfasst insbesondere eine Größe, die einen energetischen Zustand eines Systems, eines Feldes und/oder von Teilen davon beschreibt. Im Sinne der Erfindung kann eine Energiegröße jede Energie umfassen, die in Verbindung mit einer Maschine auftreten kann, insbesondere eine kinetische und/oder eine potentielle Energie. Eine Energiegröße kann darüber hinaus eine Verlustenergie umfassen, insbesondere sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Energiegröße eine elektrische Energie oder eine Wärmeenergie beinhalten. Eine Energiegröße kann auch eine Ableitung und/oder ein Integral einer anderen Energiegröße umfassen, insbesondere kann eine Energiegröße somit eine Leistung sein. Eine Energiegröße kann eine Abbildung bzw. eine Funktion einer Energie sein, insbesondere einer kinetischen und/oder einer potentiellen Energie. Insbesondere kann eine solche Abbildung eine Gütefunktion oder ein Gütefunktional eines Optimierungsproblems, insbesondere eines Minimierungsproblems, umfassen. A kinematic variable in the sense of the invention may be a state of the manipulator process. Preferably, a kinematic variable describes a position and / or movement of a point or a body in space, in particular one or more elements of the manipulator arrangement. A kinematic variable may thus be a position, a velocity, an acceleration and / or a time derivative of such a variable. A kinematic variable may also include dynamic variables, in particular parameters of a model of the manipulator process and / or the manipulator arrangement, in particular parameters of a differential equation and / or a transfer function. A kinematic variable may in particular also include a force or a moment. A kinematic variable can be one-dimensional or multi-dimensional. An energy quantity within the meaning of the invention comprises in particular a variable which describes an energetic state of a system, a field and / or parts thereof. For the purposes of the invention, an energy quantity may include any energy which may occur in connection with a machine, in particular a kinetic and / or a potential energy. In addition, an energy quantity may include, in particular, a loss energy. Additionally or alternatively, an energy quantity may include electrical energy or heat energy. An energy quantity may also include a derivative and / or an integral of another energy quantity, in particular an energy quantity may thus be a power. An energy quantity may be an image or a function of an energy, in particular a kinetic and / or a potential energy. In particular, such a mapping may include a merit function or a merit function of an optimization problem, in particular a minimization problem.
Durch die erfindungsgemäße Vorgabe der kinematischen Größe zur Reduktion einer Energiegröße innerhalb einer variablen Bewegungsphase können Übergangsphasen, insbesondere zwischen zwei vorgegebenen Bewegungsphasen, besser, vorzugsweise energieoptimal, vorgegeben werden. Vorteilhaft kann dadurch ein effizienterer Betrieb eines Manipulatorprozesses erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann dadurch ein genauerer und sicherer Betrieb eines Manipulatorprozesses erreicht werden, da durch eine entsprechend energieoptimale Vorgabe einer kinematischen Größe vorteilhafterweise auch mechanische Anregungen, beispielsweise Schwingungen, in der Manipulatoranordnung minimiert bzw. insbesondere nur dort zugelassen werden, wo sie mit einer Bedienervorgabe oder notwendig einzuhaltenden Nebenbedingungen nicht in Konflikt stehen. By the inventive specification of the kinematic variable for reducing an energy quantity within a variable motion phase transition phases, in particular between two predetermined movement phases, better, preferably energy optimal, can be specified. Advantageously, this can achieve a more efficient operation of a manipulator process. In addition or as an alternative, a more accurate and reliable operation of a manipulator process can be achieved, since mechanically optimized excitations, for example oscillations, in the manipulator arrangement are advantageously minimized or, in particular, only permitted where appropriate with an operator specification or by a correspondingly energy-optimal specification of a kinematic variable necessary to be complied with secondary conditions do not conflict.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Manipulatorprozess zwei oder mehr vorgegebene Bewegungsphasen auf. Dabei endet die erste vorgegebene Bewegungsphase, vorzugsweise unmittelbar, bevor die erfindungsgemäß vorgegebene variable Bewegungsphase anfängt. In einer Ausführung fallen der Endpunkt der ersten vorgegebenen Bewegungsphase und der Anfangspunkt der variablen Bewegungsphase zeitlich zusammen. Zusätzlich oder alternativ endet die zweite vorgegebene Bewegungsphase, vorzugsweise unmittelbar, nach der variablen Bewegungsphase. In einer Ausführung fallen der Endpunkt der variablen Bewegungsphase und der Anfangspunkt der zweiten vorgegebenen Bewegungsphase zeitlich zusammen. Vorteilhaft können dadurch zwei durch einen Bediener vorgegebene Bewegungsphasen, deren korrespondierende vorgegebene Bahnabschnitte nicht zusammenhängen, ineinander überführt werden. In a preferred development, the manipulator process has two or more predetermined movement phases. In this case, the first predetermined movement phase ends, preferably immediately before the inventively predetermined variable motion phase begins. In one embodiment, the endpoint of the first predetermined motion phase and the starting point of the variable motion phase coincide in time. Additionally or alternatively, the second predetermined movement phase ends, preferably immediately, after the variable movement phase. In one embodiment, the end point of the variable motion phase and the starting point of the second predetermined motion phase coincide in time. Advantageously, by two by a Operator predetermined movement phases whose corresponding predetermined track sections are not related, are converted into each other.
Vorzugsweise umfasst der Manipulatorprozess mehrere variable Bewegungsphasen. Diese variablen Bewegungsphasen können insbesondere jeweils durch vorgegebene Bewegungsphasen getrennt sein. Zum Beispiel kann ein Prozess zum Kleben eines Rechtecks vier vorgegebene Bewegungsphasen umfassen, zwischen denen vier variable Bewegungsphasen angeordnet sind. Vorzugsweise bilden vorgegebene Bewegungsphasen und variable Bewegungsphasen einen periodischen Manipulatorprozess. Vorteilhaft kann dadurch ein, insbesondere abschnittsweiser, periodischer Manipulatorprozess einfach konfiguriert werden. Preferably, the manipulator process comprises a plurality of variable motion phases. In particular, these variable movement phases can each be separated by predetermined movement phases. For example, a process for gluing a rectangle may comprise four predetermined movement phases, between which four variable movement phases are arranged. Preferably, given movement phases and variable movement phases form a periodic manipulation process. Advantageously, this makes it easy to configure a periodic manipulator process, in particular sections.
In einer Ausführung des Verfahrens wird eine kinematische Größe auf Basis mehrerer Bewegungsphasen vorgegeben. Insbesondere können diese Bewegungsphasen vorgegebene Bewegungsphasen umfassen, insbesondere sein. Zusätzlich oder alternativ können diese Bewegungsphasen variable Bewegungsphasen umfassen, insbesondere sein. In einer Ausführung wird eine kinematische Größe in einer variablen Bewegungsphase auf Basis aller restlichen variablen Bewegungsphasen und/oder aller vorgegebenen Bewegungsphasen des Manipulatorprozesses vorgegeben. In einer Ausführung wird eine kinematische Größe auf Basis aller anderen Bewegungsphasen vorgegeben. Insbesondere kann eine Vorgabe einer kinematischen Größe auf Basis einer dynamischen Programmierung durchgeführt werden, wobei insbesondere die gesamte Manipulatorbahn, d.h. alle Bewegungsphasen, berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann eine Geschwindigkeit während eines Klebeprozesses mit vier vorgegebenen Bewegungsphasen und vier variablen Bewegungsphasen so vorgegeben werden, dass eine durch einen Energiespeicher bereitgestellte Energie optimal zur Bewegung genutzt wird. Vorteilhaft kann dadurch eine variable Bewegungsphase unter Einbeziehung einer globalen Nebenbedingung einfach konfiguriert werden. In one embodiment of the method, a kinematic variable is predefined on the basis of several movement phases. In particular, these movement phases may include, in particular, predetermined movement phases. Additionally or alternatively, these movement phases may include variable movement phases, in particular. In one embodiment, a kinematic variable in a variable motion phase is predefined on the basis of all remaining variable motion phases and / or all predetermined motion phases of the manipulator process. In one embodiment, a kinematic variable is predefined on the basis of all other phases of motion. In particular, a specification of a kinematic variable can be carried out on the basis of a dynamic programming, wherein in particular the entire manipulator path, i. all phases of movement, be taken into account. For example, a speed during an adhesion process with four predetermined movement phases and four variable movement phases can be set in such a way that an energy provided by an energy store is used optimally for movement. Advantageously, this allows a variable motion phase to be easily configured, including a global constraint.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden wahlweise unterschiedliche kinematische Größen vorgegeben. Insbesondere kann in einer variablen Bewegungsphase zunächst eine Beschleunigung vorgegeben werden und danach eine Geschwindigkeit oder Position. Gleichermaßen kann wahlweise und/oder q In a preferred development of the method optionally different kinematic variables are specified. In particular, in a variable movement phase, an acceleration can first be specified and then a speed or position. Similarly, optional and / or q
abwechselnd eine Beschleunigung, eine Geschwindigkeit und/oder eine Kraft vorgegeben werden. Insbesondere kann während einer variablen Bewegungsphase ein Halt des Manipulators vorgegeben werden. Insbesondere kann eine Umschaltung der vorgegebenen kinematischen Größe während der variablen Bewegungsphase, vorzugsweise unter Echtzeitbedingungen, durchgeführt werden, wodurch gewährleistet ist, dass die Umschaltung innerhalb gewisser Zeitvorgaben abgeschlossen ist. Vorzugsweise wird eine sequenzielle Umschaltung zwischen verschiedenen kinematischen Größen vorab festgelegt. Insbesondere kann eine Priorisierung festgelegt werden, um zwischen verschiedenen kinematischen Größen zu wählen auf die umgeschaltet werden soll. Vorteilhaft kann dadurch die variable Bewegungsphase flexibel vorgegeben werden. alternately an acceleration, a speed and / or a force can be specified. In particular, a stop of the manipulator can be specified during a variable movement phase. In particular, a changeover of the predetermined kinematic variable during the variable movement phase, preferably under real-time conditions, be performed, thereby ensuring that the switch is completed within certain time limits. Preferably, a sequential switching between different kinematic variables is predetermined. In particular, a prioritization can be defined to select between different kinematic variables to be switched to. Advantageously, the variable movement phase can thereby be flexibly specified.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die kinematische Größe auf Basis einer Minimierung der Energiegröße vorgegeben. Beispielsweise kann die für einen Manipulatorklebeprozess notwendige elektrische Energie minimiert werden. Insbesondere kann die Energiegröße durch eine Gütefunktion, vorzugsweise als Gütevektorfunktion, beschrieben werden, welche eine kinematische Größe umfasst. Alternativ kann die Energiegröße als Gütefunktional beschrieben werden, welche mehrere Funktionen einer oder mehrerer kinematischen Größen beinhaltet. Zusätzlich oder alternativ kann eine kinematische Größe so vorgegeben werden, dass diese als eine Nebenbedingung eines Energiegrößenoptimierungsproblems eingehalten wird. Vorzugsweise wird die kinematische Größe als Extremalgröße vorgegeben. Eine solche Extremalgröße kann insbesondere eine bestimmte Position oder eine Funktion einer Position umfassen, eine maximale Geschwindigkeit und/oder eine maximale Beschleunigung bzw. Verzögerung, die insbesondere durch eine bestimmte Achse des Manipulators nicht überschritten werden darf. In a preferred development, the kinematic variable is predefined on the basis of a minimization of the energy quantity. For example, the electrical energy necessary for a manipulator bonding process can be minimized. In particular, the energy quantity can be described by a quality function, preferably as a quality vector function, which comprises a kinematic variable. Alternatively, the energy quantity can be described as a quality functional, which includes several functions of one or more kinematic variables. Additionally or alternatively, a kinematic variable may be predetermined to be adhered to as a constraint of an energy size optimization problem. Preferably, the kinematic variable is specified as extremal size. Such an extreme variable may in particular comprise a specific position or a function of a position, a maximum speed and / or a maximum acceleration or deceleration, which may not be exceeded, in particular, by a specific axis of the manipulator.
Eine solche Extremalgröße kann insbesondere auch eine durch einen Manipulator der Manipulatoranordnung auf einen Gegenstand aufbringbare maximale Kraft sein, welche nicht überschritten werden darf. Neben einer Maximalgröße kann eine kinematische Größe als Extremalgröße auch eine Minimalgröße umfassen, insbesondere eine nicht zu unterschreitende Geschwindigkeit. Vorteilhaft kann dadurch die Reduktion der Energiegröße in ein lokales oder globales Minimum erreicht werden, insbesondere unter Einhaltung vorgegebener Maximal- und/oder Minimalwerte. Such an extreme size can in particular also be a maximum force that can be applied to an object by a manipulator of the manipulator arrangement, which force must not be exceeded. In addition to a maximum size, a kinematic variable can also include a minimum size as an extreme variable, in particular a speed that can not be undershot. Advantageously, this can reduce the energy size to a local or global minimum be achieved, in particular in compliance with predetermined maximum and / or minimum values.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist die kinematische Größe eine Zeitableitung, insbesondere eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung, einer oder mehrerer Achsen eines oder mehrerer Manipulatoren zum Durchführen des Manipulatorprozesses auf. Dadurch kann vorteilhaft eine Energiegröße einer bestimmten Achse eines Manipulators und/oder einer Zusatzachse oder eines ganzen Manipulators reduziert werden. Eine Achse eines Manipulators im Sinn der vorliegenden Erfindung kann insbesondere einen Antriebsstrang, vorzugsweise mit einem Motor, einer Bremse und/oder Sensorik umfassen. Des Weiteren kann eine Achse eines Manipulators auch ein Strukturelement des Roboters umfassen, insbesondere einen Arm, eine Schwinge und/oder ein Werkzeug. Achsen können insbesondere auch einen Energiespeicher einer Manipulatoranordnung betreffen. Achsen mit ähnlichem Aufbau, welche insbesondere mit einem Manipulator zusammenwirken, können Zusatzachsen des Manipulators darstellen. In a preferred development, the kinematic variable has a time derivation, in particular a speed and / or an acceleration, of one or more axes of one or more manipulators for carrying out the manipulator process. As a result, advantageously, an energy quantity of a specific axis of a manipulator and / or an additional axis or an entire manipulator can be reduced. An axis of a manipulator in the sense of the present invention may in particular comprise a drive train, preferably with a motor, a brake and / or sensors. Furthermore, an axis of a manipulator can also comprise a structural element of the robot, in particular an arm, a rocker and / or a tool. Axes may in particular also relate to an energy store of a manipulator arrangement. Axes of similar construction, which interact in particular with a manipulator, can represent additional axes of the manipulator.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die kinematische Größe auf Basis einer Nachgiebigkeit, einer Dämpfung, einer Reibung und/oder einer Trägheit der zu bewegenden Achsen des Manipulators vorgegeben. Die kinematische Größe kann dabei insbesondere auf Basis einer Impedanz vorgegeben werden, wobei eine Impedanz im Sinn der Erfindung eine mechanische Größe Quotienten aus Kraft und Geschwindigkeit umfasst. Insbesondere können in der Manipulatoranordnung inhärente Energiespeicher als Impedanzen beschrieben werden, welche insbesondere Energie enthalten, die auf Basis einer kinematischen Größe beschrieben werden kann und/oder von einer Energiegröße umfasst und reduziert wird. Vorteilhaft können dadurch, die in einem Leichtbauroboter durch Elastizitäten strukturell vorhandenen Energiespeicher genutzt werden. In einer bevorzugten Weiterbildung wird die kinematische Größe auf Basis einer oder mehrerer generatorischer Phasen eines oder mehrerer Manipulatoren, welche mit einem oder mehreren anderen Manipulatoren gekoppelt sind, vorgegeben. Eine generatorische Phase kann dabei Teil einer vorgegebenen oder einer variablen Bewegungsphase sein. Eine generatorische Phase umfasst vorzugsweise Verzögerungen, welche durch eine Motorbremse eines Manipulators bewirkt wird. Die dabei entstehende Energie kann zur Bewegung einer anderen Achse, insbesondere einer Achse eines anderen Roboters genutzt werden, wobei beide Roboter vorzugsweise elektrisch, insbesondere über einen Zwischenkreis, gekoppelt sind. Der energiebereitstellende Manipulator kann insbesondere Teil der Manipulatoranordnung des Manipulatorprozesses sein oder in einer anderen Manipulatoranordnung betrieben werden. Vorzugsweise wird eine kinematische Größe so vorgegeben, dass eine elektrische Energie, welche durch eine generatorische Phase bereitgestellt wird, insbesondere vollständig, während der variablen Bewegungsphase in mechanische Energie transformiert wird, insbesondere in kinetische und/oder potentielle Energie. Vorteilhaft kann dadurch ein Energiebedarf durch einen Manipulator während eines Manipulatorprozesses verringert werden. Außerdem kann dadurch eine Dissipation von mechanischer Energie in Wärmeenergie vorteilhaft verringert werden. In einer bevorzugten Weiterbildung wird die kinematische Größe auf Basis verfügbarer Energie in einem Energiespeicher vorgegeben. Ein Energiespeicher im Sinn der Erfindung kann insbesondere einen elektrischen Energiespeicher, vorzugsweise eine Batterie, einen Akkumulator und/oder einen Kondensator aufweisen. Ein Energiespeicher im Sinn der Erfindung kann auch ein mechanischer Energiespeicher sein, welcher eine kinetische und/oder eine potentielle Energie speichert. Insbesondere kann ein Energiespeicher ein Teil der Manipulatoranordnung sein. Unter einem Energiespeicher kann auch eine oder mehrere Achsen eines Manipulators und/oder eine Zusatzachse verstanden werden. Insbesondere kann Energie in einem rotierenden Motor gespeichert sein. Vorzugsweise wird eine kinematische Größe so vorgegeben, dass ein Manipulator eine bestimmte Energie während der variablen Bewegungsphase aufnimmt und/oder abgibt. Vorteilhaft kann dadurch eine Bewegung der variablen Bewegungsphase so vorgegeben werden, dass eine Aufnahme einer Energie aus einer externen Stromversorgung verringert bzw. vermieden wird. In a preferred refinement, the kinematic variable is predefined on the basis of a compliance, a damping, a friction and / or an inertia of the axes of the manipulator to be moved. The kinematic variable can be specified in particular on the basis of an impedance, wherein an impedance in the sense of the invention comprises a mechanical quantity quotient of force and speed. In particular, energy stores inherent in the manipulator arrangement can be described as impedances which in particular contain energy which can be described on the basis of a kinematic variable and / or which is encompassed and reduced by an energy quantity. Advantageously, the structurally existing in a lightweight robot by elasticities energy storage can be used. In a preferred refinement, the kinematic variable is predefined on the basis of one or more generator phases of one or more manipulators, which are coupled to one or more other manipulators. A regenerative phase can be part of a predetermined or a variable movement phase. A regenerative phase preferably comprises Delays, which is caused by a motor brake of a manipulator. The resulting energy can be used to move another axis, in particular an axis of another robot, wherein both robots are preferably electrically, in particular via a DC link coupled. The energy-providing manipulator may in particular be part of the manipulator arrangement of the manipulator process or be operated in another manipulator arrangement. Preferably, a kinematic variable is predetermined so that an electrical energy which is provided by a generator phase, in particular completely, during the variable motion phase is transformed into mechanical energy, in particular kinetic and / or potential energy. Advantageously, an energy requirement by a manipulator during a manipulator process can thereby be reduced. In addition, it can be advantageously reduced dissipation of mechanical energy into heat energy. In a preferred refinement, the kinematic variable is predefined on the basis of available energy in an energy store. An energy store in the sense of the invention may in particular comprise an electrical energy store, preferably a battery, an accumulator and / or a capacitor. An energy store in the sense of the invention can also be a mechanical energy store which stores a kinetic and / or a potential energy. In particular, an energy store may be part of the manipulator arrangement. An energy store can also be understood to be one or more axes of a manipulator and / or an additional axis. In particular, energy can be stored in a rotating motor. Preferably, a kinematic variable is predetermined so that a manipulator receives and / or emits a certain energy during the variable movement phase. Advantageously, a movement of the variable movement phase can thereby be predetermined in such a way that absorption of energy from an external power supply is reduced or avoided.
In einer bevorzugten Weiterbildung können Merkmale der vorherigen Weiterbildungen vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Weitere Weiterbildungen sowie Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Diese zeigen, teilweise schematisiert: In a preferred development features of the previous developments can be advantageously combined. Further developments and advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures. These show, partially schematized:
Fig. 1 : ein Verfahren zum Konfigurieren eines Manipulatorprozesses nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 1 shows a method for configuring a manipulator process according to an embodiment of the present invention and
Fig. 2: ein Verfahren zum Konfigurieren eines Manipulatorprozesses nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows a method for configuring a manipulator process according to another embodiment of the present invention.
Fig. 1 zeigt ein Verfahren zum Konfigurieren eines Manipulatorprozesses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dargestellt ist eine Manipulatoranord- nung 1 mit einem Werkstück 2 und einem Manipulator, welcher zwei Linearachsen 3, 4 aufweist, die orthogonal zueinander bewegt werden können, wobei eine Achse an ihrem Tool Center Point (TCP) eine Klebepistole 5 führt. Ziel des durch die Manipulatoranordnung durchgeführten Manipulatorprozesses ist es, geradlinige Klebespuren 6 (strichliert in Fig. 1 ) auf dem Werkstück 2 zu legen, um das Werkstück 2 an einem anderen Werkstück (nicht dargestellt) anzufügen. Um die Bahn zur Erzeugung der Klebespuren 6 für den Manipulator 3, 4, 5 zu programmieren, wird zunächst eine Bahn aus einem Rechteck 7 hilfsweise konfiguriert. Danach werden Nebenbedingungen konfiguriert, welche weitere Anforderungen an die Bahn darstellen, um gewünschte Klebespuren 6 zu erzeugen. Zunächst werden als Nebenbedingungen über bestimmte Positionen 8 Abschnitte 9 auf der RechteckbahnFIG. 1 shows a method for configuring a manipulator process according to an embodiment of the present invention. Shown is a Manipulatoranord- tion 1 with a workpiece 2 and a manipulator, which has two linear axes 3, 4, which can be moved orthogonal to each other, wherein an axis at its Tool Center Point (TCP) performs a glue gun 5. The aim of the manipulator process performed by the manipulator assembly is to place linear adhesive traces 6 (dashed line in Fig. 1) on the workpiece 2 to attach the workpiece 2 to another workpiece (not shown). In order to program the web for generating the adhesive traces 6 for the manipulator 3, 4, 5, a web of a rectangle 7 is firstly configured in the alternative. Thereafter, constraints are configured which are additional requirements for the web to produce desired adhesive traces 6. First, as constraints on certain positions 8 sections 9 on the rectangular track
7 definiert, welche durch die Manipulatorbahn einzuhalten sind. Die Vorgabe der Bewegung des Manipulators auf den vier jeweils durch die entsprechenden Positionen7 defines which are to be maintained by the manipulator track. The specification of the movement of the manipulator on the four respectively by the corresponding positions
8 definierten, geraden Bahnabschnitten korrespondiert für die hier dargestellte Ausführungsform des Verfahrens zu vier vorgegebenen Bewegungsphasen 9, während denen die Klebespuren 6 gelegt werden sollen. 8 defined, straight track sections corresponds for the embodiment of the method shown here to four predetermined movement phases 9, during which the adhesive traces 6 are to be laid.
Die Bewegungen auf den Eckbahnabschnitten, die zwischen den vorgegebenen Bewegungsphasen 9 erfolgen, stellen die variablen Bewegungsphasen 10 dar, während denen insbesondere die Bahn frei gewählt werden kann und nur den Positionsnebenbedingungen unterliegt, End- und Anfangspunkte 8 aufeinanderfolgender Klebespuren 6 bzw. vorgegebener Bewegungsphasen 9 miteinander zu verbinden bzw. die Klebepistole 5 zwischen diesen zu transferieren. Als globale Nebenbedingung, welche sowohl während der vorgegebenen Bewegungsphasen 9 als auch während der variablen Bewegungsphasen 10 einzuhalten sind, kann eine minimale Geschwindigkeit v_min vorgegeben sein, welche nicht zu unterschreiten ist. Unter Berücksichtigung dieser Nebenbedingungen wird durch Variation der variablen Bewegungsphasen die Gesamtenergie des Manipulatorprozesses als Energiegröße minimiert. Wenn die Lösung des Optimierungsproblems mehr als eine Lösung für die vier variablen Bewegungsphasen 10 ergibt, wird ein weiteres Kriterium angewendet, um die alternativen Lösungen in eine einzige Lösung zu konsolidieren. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Lösung ausgewählt, welche sich mit der höchsten Durchschnittsgeschwindigkeit für den Gesamtprozess realisieren lässt. Als Ergebnis des Verfahrens resultiert für die variablen Bewegungsphasen 10 jeweils eine bogenförmige Manipulatorbahn, welche an den Übergängen 8 zwischen vorgegebenen Bewegungsphasen 9 und variablen Bewegungsphasen 10 insbesondere in Position, Fahrtrichtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung übereinstimmt, so dass insbesondere während des Übergangs keine mechanischen Anregungen des Manipulators beispielsweise durch Sprünge in den Antriebssignalen auftreten. Als weiterer Teil der Lösung ergibt sich als kinematische Größe eine Geschwindigkeitstrajektorie für die Achsen 3, 4 des Manipulators, welche zu keinem Zeitpunkt die minimal vorgegebene Geschwindigkeit v_min unterschreitet. Die Klebespuren 6 können somit durch einen Bediener einfach konfiguriert werden und qualitativ hochwertig durch den Manipulatorprozess erzeugt werden. The movements on the corner track sections, which take place between the predetermined movement phases 9, represent the variable movement phases 10, during which in particular the track can be chosen freely and only subject to the positional constraints, end and start points 8 consecutive glue tracks 6 and predetermined movement phases 9 with each other to connect or transfer the glue gun 5 between them. As a global constraint, which must be observed both during the given movement phases 9 and during the variable movement phases 10, a minimum speed v_min can be predetermined, which should not be undershot. Taking into account these constraints, the total energy of the manipulator process as an energy quantity is minimized by varying the variable motion phases. If the solution to the optimization problem yields more than one solution to the four variable motion phases 10, another criterion is used to consolidate the alternative solutions into a single solution. In this embodiment, the solution is selected which can be realized with the highest average speed for the overall process. As a result of the method results for the variable movement phases 10 each an arcuate manipulator path, which coincides at the transitions 8 between predetermined movement phases 9 and variable movement phases 10 in particular position, direction, speed and acceleration, so that in particular during the transition no mechanical stimuli of the manipulator occur for example by jumps in the drive signals. As a further part of the solution results as a kinematic size, a speed trajectory for the axes 3, 4 of the manipulator, which at no time below the minimum predetermined speed v_min. The adhesive tracks 6 can thus be easily configured by an operator and produced with high quality by the manipulator process.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm nach einer anderen Ausführung des Verfahrens, durch das eine Schweißapplikation durchgeführt wird. Dabei wird zunächst in einem Schritt S10 über [s ges] ein Bereich vorgegeben, den ein Schweißroboter nicht verlassen darf. Außerdem werden vorgegebene Bewegungsphasen s_vor(x,y,z) im kartesischen Koordinatensystem x, y, z des Roboters definiert, indem verschiedene Schweißnähte konfiguriert werden, die der Roboter zu ziehen hat. Die Schweißnähte besitzen dabei eine bestimmte Form und müssen mit einer ebenfalls vorgegebenen Geschwindigkeit gezogen werden, damit eine gleichmäßige Schweißnaht entsteht. In einem anschließenden Schritt S20 werden Nebenbedingungen definiert, welche für den gesamten Schweißprozess oder nur für eine oder mehrere variable Bewegungsphasen gelten können. FIG. 2 shows a flowchart according to another embodiment of the method by which a welding application is carried out. Initially, in a step S10, a range is specified via [s tot] which a welding robot may not leave. In addition, predetermined motion phases s_vor (x, y, z) are defined in the cartesian coordinate system x, y, z of the robot by configuring various welds that the robot has to draw. The welds have a certain shape and must be pulled at a speed also given, so that a uniform weld. In a subsequent step S20, secondary conditions are defined which may apply to the entire welding process or only to one or more variable movement phases.
Für die variablen Bewegungsphasen werden dabei Bahnabschnitte vorgegeben, welche jeweils die korrespondierenden Bahnabschnitte von zwei vorgegebenen Bewegungsphasen miteinander verbinden. Um jeden dieser Bahnabschnitte herum wird ein schlauchförmiger Variationsbereich definiert. Dieser Variationsbereich definiert jeweils zulässige Abweichungen x, y, z von dem Bahnabschnitt, welche innerhalb der variablen Bewegungsphasen erlaubt sind. Zusätzlich oder alternativ dazu kann um jeden der Bahnpunkte dieser Bahnabschnitte entsprechend ein kugelförmiger Variationsbereich definiert werden. For the variable motion phases while track sections are given, which each connect the corresponding track sections of two predetermined movement phases together. Around each of these track sections a tubular variation area is defined. This variation range defines permissible deviations x, y, z from the path section which are permitted within the variable motion phases. Additionally or alternatively, a spherical variation range may be defined around each of the track points of these track sections.
Danach wird in einem Schritt S30 als Energiegröße eine Leistung P definiert. Diese Leistung ergibt sich aus dem Produkt zwischen der durch den Roboter realisierten kartesischen Geschwindigkeit und der zum Führen der Schweißzange notwendigen Kraft. Die kinematischen Größen, Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung werden während der variablen Bewegungsphasen nunmehr automatisch so bestimmt, dass die Leistung minimiert wird. Thereafter, a power P is defined as an energy quantity in a step S30. This power results from the product between the Cartesian speed realized by the robot and the force necessary to guide the welding gun. The kinematic variables, position, speed and acceleration are now automatically determined during the variable motion phases so that the performance is minimized.
Durch die Lösung dieses Optimalsteuerungsproblems werden die variablen Phasen s_var(x,y,z) des Schweißprozesses festgelegt. Als Ergebnis resultieren in einem Schritt S40 diejenigen Trajektorien für die kinematischen Größen der variablen Bewegungsphasen, welche die Leistungsaufnahme des Manipulatorprozesses minimieren. By solving this optimal control problem, the variable phases s_var (x, y, z) of the welding process are determined. As a result, in a step S40, those trajectories for the kinematic variables of the variable motion phases that minimize the power consumption of the manipulator process result.
Zum Schluss wird in einem Schritt S50 der gesamte Manipulatorprozess s_ges durch die vorgegebenen Bewegungsphasen und durch die variablen Bewegungsphasen definiert und auf die Steuerung des Schweißroboters (nicht dargestellt) geladen. Finally, in a step S50, the entire manipulator process s_ges is defined by the predetermined movement phases and by the variable movement phases and loaded onto the control of the welding robot (not shown).
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Manipulatoranordnung 1 manipulator arrangement
2 Werkstück  2 workpiece
3 Manipulatorachse Manipulatorachse 3 manipulator axis manipulator axis
TCP mit Klebepistole TCP with glue gun
Klebespur Klebespur
rechteckige Hilfsbahn rectangular auxiliary track
Positionsnebenbedingungen  Position constraints
Bahn in vorgegebener Bewegungsphase Path in a given phase of movement
Bahn in variabler Bewegungsphase Track in variable movement phase

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Konfigurieren eines Manipulatorprozesses, insbesondere eines Roboterprozesses, der 1. A method for configuring a manipulator process, in particular a robot process, the
wenigstens eine vorgegebene Bewegungsphase (9) und  at least one predetermined movement phase (9) and
wenigstens eine variable Bewegungsphase (10) aufweist;  has at least one variable movement phase (10);
wobei eine kinematische Größe des Manipulatorprozesses an einem Übergang zwischen einer der vorgegebenen und einer der variablen Bewegungsphasen vorgegeben ist; und  wherein a kinematic variable of the manipulator process is predetermined at a transition between one of the predetermined and one of the variable motion phases; and
wobei die kinematische Größe in der variablen Bewegungsphase (10) automatisiert so vorgegeben wird, dass eine Energiegröße reduziert wird.  wherein the kinematic variable in the variable motion phase (10) is automatically specified so that an energy quantity is reduced.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulatorprozess wenigstes zwei vorgegebene Bewegungsphasen (9) umfasst, wobei die erste vorgegebene Bewegungsphase vor einer variablen Bewegungsphase (10) endet und die zweite vorgegebene Bewegungsphase nach dieser variablen Bewegungsphase (10) beginnt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the manipulator process at least two predetermined movement phases (9), wherein the first predetermined movement phase before a variable movement phase (10) ends and the second predetermined movement phase begins after this variable movement phase (10).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorgabe der kinematischen Größe auf Basis mehrerer Bewegungsphasen (9, 10), insbesondere des gesamten Manipulatorprozesses. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized by a specification of the kinematic size based on a plurality of movement phases (9, 10), in particular of the entire manipulator process.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise und/oder abschnittsweise unterschiedliche kinematische Größen vorgegeben werden. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that optionally and / or sections different kinematic variables are specified.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Größe auf Basis einer Minimierung der Energiegröße vorgegeben wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the kinematic variable is predetermined on the basis of minimizing the energy size.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Größe eine Zeitableitung, insbesondere eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung, wenigstens einer Achse (3, 4) eines Manipulators und/oder einer Manipualtoranordnung zum Ausführen des Manipulatorprozesses aufweist. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the kinematic variable is a time derivation, in particular a speed and / or an acceleration, at least one axis (3, 4) a manipulator and / or a Manipualtoranordnung for performing the manipulator process.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Größe auf Basis einer Extremalgröße einer Zeitableitung und/oder einer Extremalgröße einer Kraft und/oder eines Momentes, vorgegeben wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the kinematic variable on the basis of an extreme size of a time derivative and / or an extreme size of a force and / or torque, is specified.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Größe auf Basis einer Nachgiebigkeit, einer Dämpfung, einer Reibung und/oder einer Trägheit zu bewegender Achsen (3, 4) des Manipulators vorgegeben wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the kinematic variable on the basis of a compliance, damping, friction and / or inertia to moving axes (3, 4) of the manipulator is specified.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Größe auf Basis wenigstens einer generatorischen Phase eines von wenigstens zwei energetisch gekoppelten Manipulatoren vorgegeben wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the kinematic variable is predetermined on the basis of at least one regenerative phase of one of at least two energetically coupled manipulators.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Größe auf Basis einer Energie in einem Energiespeicher vorgegeben wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the kinematic variable is predetermined based on an energy in an energy storage.
1 1. Konfigurationsmittel zum Konfigurieren eines Manipulatorprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist. 1 1. Configuration means for configuring a manipulator process, characterized in that the means for performing a method according to one of the preceding claims is set up.
12. Computerprogramm, das ein Verfahren nach einem der Ansprüche ausführt, wenn es in einem Konfigurationsmittel gemäß dem vorhergehenden Anspruch abläuft. A computer program executing a method according to any one of claims when running in a configuration means according to the preceding claim.
13. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist und ein Computerprogramm gemäß dem vorhergehenden Anspruch umfasst. A computer program product with program code stored on a machine-readable medium and comprising a computer program according to the preceding claim.
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