WO2016094925A1 - Verfahren zur vorgabe des arbeitsraums eines roboters - Google Patents

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WO2016094925A1
WO2016094925A1 PCT/AT2015/050324 AT2015050324W WO2016094925A1 WO 2016094925 A1 WO2016094925 A1 WO 2016094925A1 AT 2015050324 W AT2015050324 W AT 2015050324W WO 2016094925 A1 WO2016094925 A1 WO 2016094925A1
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Christian AUGDOPPLER
Klaus Meeners
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Keba Ag
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • B25J9/1666—Avoiding collision or forbidden zones
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40478—Graphic display of work area of robot, forbidden, permitted zone
    • G—PHYSICS
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    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49137—Store working envelop, limit, allowed zone

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a robot specified in the preamble of claim 1. Art.
  • Industrial robots usually can only manage a limited number of secure workspaces. Such robots are typically designed to operate in a work space defined relative to the robot origin. This assumes that corresponding objects are always placed in a fixed position and the position of a tool center, also called Tool Center Point, is monitored with respect to the workspace. Therefore, a separate work space has to be defined for each use case.
  • DE 10 2012 010 856 AI shows a generic method for operating a tool center
  • Robot in which a working space for the robot is specified and monitored during operation of the robot that a tool center of the robot is moved only within the given working space.
  • at least one working space is predetermined or defined with reference to the robot origin. Is the positioning of an object, such as a
  • Load carrier not complied with, must be defined for each possible position either respective work spaces or a subsequent exact positioning of the carrier must be performed. Both are not particularly advantageous, since either the number of maximum available work spaces quickly reached or a costly and expensive positioning mechanism for the object, such as the carrier would be required.
  • a relative arrangement of an object to the robot is detected and an arrangement of the working space is predetermined as a function of the detected relative arrangement of the object. This makes it possible for a single working space to be defined or specified once.
  • the relative arrangement of the working space is carried out taking into account the environmental situation of the robot, more specifically, in dependence on a detected relative arrangement of an object to the robot.
  • the object with which the robot is intended to interact may simply lie within the overall working space of the robot, ie, be reachable by means of the tool center point of the robot.
  • the arrangement of the working space ie its position in space and spatial position or orientation, on the other hand, is predefined as required in dependence on the detected relative arrangement of the object to the robot.
  • a distance between the object and the robot is detected and taken into account in the arrangement of the working space.
  • relative orientation of the object with respect to the robot is also detected.
  • a spatial position of the robot is compared with a detected spatial position of the object and correlated, this information also being taken into account in the arrangement of the working space.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that a shape of the work space is predetermined as a function of a shape of the object.
  • the size and shape of the working space is thus given taking into account the size and shape of the object, in such a way that a collision of the robot, in particular also the tool center of the robot can be prevented with the object.
  • the robot is so limited by the predetermined shape and arrangement of the working space in its movement that it can come to any collisions, bruises and the like.
  • the object is a charge carrier.
  • the arrangement of the working space is preferably first given and the monitoring of the working space only activated when the tool center has been moved into the carrier.
  • the safe working area can therefore be flexibly applied to a respective environmental situation. If, for example, a workpiece is removed from the load carrier by means of a hand-guided robot, the load carrier can be positioned as desired in the overall working space of the robot. If the tool center dips into the load carrier, the work space, which is to be understood as a relative work space, is first activated. As a result, the robot is then restricted in its movement so that no collisions, bruises and the like can occur.
  • different workpieces which are not shown here, can be removed from the load carrier 12, as long as the load carrier 12 is arranged in a total work space, not shown, of the robot 10.
  • the charge carrier 12 must be aligned and positioned so close to the robot 10 that the robot 10 with its tool center 14 can dip into the charge carrier 12 and remove said workpieces from the charge carrier 12.
  • a particular challenge in operating the robot 12 is that the robot 12 does not collide with the load carrier 12 itself when removing the workpieces from the load carrier 12.
  • a working space 16 is specified.
  • the working space 16 is predetermined in terms of its shape and its dimensions depending on the shape of the charge carrier 12 such that a collision of the robot 10 is avoided with the carrier 12 as long as the tool center 14 is moved within the working space 16, which in turn within the charge carrier 12 is positioned.
  • the charge carrier 12 can be arranged differently with respect to the robot 10.
  • the charge carrier 12 can be arranged at different distances from the robot 10 and differently oriented.
  • a relative arrangement of the load carrier 12 to the robot 10 is detected and a respective one Arrangement of the working space 16 in dependence on the detected relative arrangement of the charge carrier 12 is specified.
  • a relative position of the charge carrier 12 to the robot 10 and on the other hand a relative orientation of the charge carrier 12 to the robot is detected. In other words, on the one hand it is determined how far away the charge carrier 12 from the robot 10 is arranged, and on the other hand it is determined how the charge carrier 12 is oriented to the robot 10.
  • the positioning and alignment of the working space 16 can thus be specified flexibly relative to the tool center 14. If, for example, a workpiece is removed from the charge carrier 12 by means of the hand-guided robot 10, the charge carrier 12 can be positioned arbitrarily in the total work space of the robot 10. If the tool center point 14 dips into the charge carrier 12, the working space 16 is predetermined with regard to its arrangement such that the working space 16 lies within the charge carrier 12. At the same time, monitoring of the working space 16 is activated, as a result of which the robot 10 is restricted in its movement such that no collisions, bruising and the like occur with the charge carrier 12. Because the arrangement of the working space 16, that is to say its positioning and orientation in space, can be set flexibly to the prevailing ambient situation, complicated positioning of the charge carrier 12 with respect to the robot 10 can be dispensed with.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorgabe des Arbeitsraums eines Roboters (10), bei welchem der Arbeitsraum (16) für den Roboter (10) vorgegeben und während des Betriebs des Roboters (10) überwacht wird, wobei ein Werkzeugmittelpunkt (14) der Roboters (10) ausschließlich innerhalb des vorgegebenen Arbeitsraums (16) bewegt wird, wobei eine relative Anordnung eines Objekts (12) zu dem Roboter (10) erfasst und die Anordnung des Arbeitsraums (16) in Abhängigkeit von der erfassten relativen Anordnung des Objekts (12) vorgegeben wird.

Description

VERFAHREN ZUR VORGABE DES ARBEITSRAUMS EINES ROBOTERS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Roboters der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Industrieroboter können üblicherweise nur eine begrenzte Anzahl sicherer Arbeitsräume verwalten. Derartige Roboter werden typischerweise so ausgestaltet, dass sie in einem in Bezug auf den Roboterursprung definierten Arbeitsraum arbeiten. Dies setzt voraus, dass entsprechende Objekte immer an einer festen Position platziert sind und das die Position eines Werkzeugmittelpunkts, auch Tool Center Point genannt, in Bezug auf den Arbeitsraum überwacht wird. Daher ist für jeden Anwendungsfall ein eigener Arbeitsraum zu definieren. Die DE 10 2012 010 856 AI zeigt ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines
Roboters, bei welchem ein Arbeitsraum für den Roboter vorgegeben und während des Betriebs des Roboters überwacht wird, dass ein Werkzeugmittelpunkt des Roboters ausschließlich innerhalb des vorgegebenen Arbeitsraums bewegt wird. Bei dem dort gezeigten Verfahren wird zumindest ein Arbeitsraum bezogen auf den Roboterursprung vorgegeben beziehungsweise definiert. Wird die Positionierung eines Objekts, beispielsweise eines
Ladungsträgers, nicht eingehalten, so müssen zu jeder möglichen Position entweder jeweilige Arbeitsräume definiert werden oder eine nachträgliche exakte Positionierung des Ladungsträgers muss durchgeführt werden. Beides ist nicht besonders vorteilhaft, da entweder die Anzahl der maximal verfügbaren Arbeitsräume schnell erreicht oder eine auf- wendige und kostenintensive Positionierungsmechanik für das Objekt, beispielsweise den Ladungsträger, erforderlich wäre.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Roboters bereitzustellen, mittels welchem ein Arbeitsraum eines Roboters besonders fle- xibel auf eine jeweilige Umgebungssituation eingestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Roboters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Um einen Arbeitsraum eines Roboters besonders flexibel auf eine jeweils vorherrschende
Umgebungssituation einstellen zu können, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass eine relative Anordnung eines Objekts zu dem Roboter erfasst und eine Anordnung des Arbeitsraums in Abhängigkeit von der erfassten relativen Anordnung des Objekts vorgegeben wird. Dadurch ist es möglich, dass ein einziger Arbeitsraum einmal defi- niert beziehungsweise vorgegeben wird. Die relative Anordnung des Arbeitsraums erfolgt dabei unter Berücksichtigung der Umgebungssituation des Roboters, genauer gesagt also in Abhängigkeit von einer erfassten relativen Anordnung eines Objekts zu dem Roboter.
Das Objekt, mit welchem der Roboter beispielsweise interagieren soll, oder aus welchem der Roboter gegebenenfalls Bauteile oder dergleichen entnehmen soll, muss lediglich innerhalb des Gesamtarbeitsraums des Roboters liegen, also an sich mittels des Werkzeugmittelpunkts des Roboters erreichbar sein. Die Anordnung des Arbeitsraums, also dessen Position im Raum und Raumlage beziehungsweise Ausrichtung hingegen bedarfsgerecht in Abhängigkeit von der erfassten relativen Anordnung des Objekts zu dem Roboter vorgegeben.
Durch die erfindungsgemäße Lösung muss nur noch ein einziger Arbeitsraum für den Roboter vorgegeben werden, wobei lediglich die Anordnung des Arbeitsraums in Abhängigkeit von einer jeweiligen Umgebungssituation des Roboters variiert werden muss. Auch ein aufwendiges Positionieren eines Objekts, mit welchem der Roboter interagieren beziehungswei- se aus welchem er gegebenenfalls Bauteile entnehmen soll, kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entfallen. Aufwendige und gegebenenfalls auch kostenintensive Positionierungsmechaniken für das Objekt sind dadurch obsolet. Ferner muss ein Roboter bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur noch einen einzigen Arbeitsraum verwalten, was dem Umstand entgegen kommt, dass heutige Industrieroboter üblicherweise nur eine relativ begrenzte Anzahl sicherer Arbeitsräume verwalten können.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei der Erfassung der relativen Anordnung des Objekts an dem Roboter eine Relativposition des Objekts bezüglich des Roboters erfasst wird. Mit anderen Worten wird also ein Abstand zwischen dem Objekt und dem Roboter erfasst und bei der Anordnung des Arbeitsraums berücksichtigt. Vorzugsweise wird zudem bei der Erfassung der relativen Anordnung des Objekts zu dem Roboter auch eine relative Ausrichtung des Objekts bezüglich des Roboters erfasst. Mit anderen Worten wird also eine Raumlage des Roboters mit einer erfassten Raumlage des Objekts verglichen und miteinander in Beziehung gesetzt, wobei diese Information ebenfalls bei der Anordnung des Arbeitsraums berücksichtigt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Form des Ar- beitsraums in Abhängigkeit von einer Form des Objekts vorgegeben wird. Die Größe und Formgebung des Arbeitsraums wird somit unter Berücksichtigung der Größe und der Form des Objekts vorgegeben, und zwar derart, dass eine Kollision des Roboters, insbesondere auch des Werkzeugmittelpunkts des Roboters, mit dem Objekt verhindert werden kann. Der Roboter wird also durch die vorgegebene Form und Anordnung des Arbeitsraums in seiner Bewegung derart eingeschränkt, dass es zu keinen Kollisionen, Quetschungen und dergleichen kommen kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Objekt ein Ladungsträger ist. Die Anordnung des Arbeitsraums wird vorzugsweise erst vorgegeben und die Überwachung des Arbeitsraums erst aktiviert, sobald der Werkzeugmittelpunkt in den Ladungsträger bewegt worden ist. Der sichere Arbeitsbereich kann also flexibel auf eine jeweilige Umgebungssituation angewendet werden. Wird beispielsweise ein Werkstück mittels eines handgeführten Roboters aus dem Ladungsträger entnommen, kann der Ladungsträger beliebig im Gesamtarbeitsraum des Roboters stehen. Taucht der Werk- zeugmittelpunkt in den Ladungsträger ein, wird der Arbeitsraum, welcher als relativer Arbeitsraum zu verstehen ist, erst aktiviert. Dadurch ist der Roboter dann in seiner Bewegung so eingeschränkt, dass es zu keinen Kollisionen, Quetschungen und dergleichen kommen kann. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung eines Roboters und einen quaderförmigen Ladungsträger, welcher in unterschiedlichen Relativpositionen bezüglich des Roboters dargestellt ist.
Ein Roboter 10 und ein Ladungsträger 12, welcher in unterschiedlichen Positionen darge- stellt ist, sind in der einzigen Figur gezeigt. Mittels des Roboters 10 können unterschiedliche Werkstücke, welche vorliegend nicht dargestellt sind, aus dem Ladungsträger 12 entnommen werden, solange der Ladungsträger 12 in einem nicht näher dargestellten Gesamtar- beitsraum des Roboters 10 angeordnet ist. Mit anderen Worten muss der Ladungsträger 12 derart ausgerichtet und so nahe an dem Roboter 10 angeordnet sein, dass der Roboter 10 mit seinem Werkzeugmittelpunkt 14 in den Ladungsträger 12 eintauchen und die besagten Werkstücke aus dem Ladungsträger 12 entnehmen kann.
Eine besondere Herausforderung beim Betreiben des Roboters 12 besteht darin, dass der Roboter 12 beim Entnehmen der Werkstücke aus dem Ladungsträger 12 nicht mit dem Ladungsträger 12 selbst kollidiert. Um Kollisionen des Roboters 10 mit dem Ladungsträger 12 zu vermeiden, wird ein Arbeitsraum 16 vorgegeben. Der Arbeitsraum 16 wird bezüglich seiner Formgebung und seiner Abmaße in Abhängigkeit von der Form des Ladungsträgers 12 derart vorgegeben, dass eine Kollision des Roboters 10 mit dem Ladungsträger 12 vermieden wird, solange der Werkzeugmittelpunkt 14 innerhalb des Arbeitsraums 16 bewegt wird, welcher seinerseits innerhalb des Ladungsträgers 12 positioniert ist.
Wie vorliegend zu erkennen, kann der Ladungsträger 12 unterschiedlich gegenüber dem Roboter 10 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Ladungsträger 12 unterschiedlich weit entfernt von dem Roboter 10 und unterschiedlich ausgerichtet angeordnet sein.
Um den Arbeitsraum 16 besonders flexibel je nach Umgebungssituation des Roboters 10 - also je nach Anordnung des Ladungsträgers 12 - einzustellen, ist es vorgesehen, dass eine relative Anordnung des Ladungsträgers 12 zu dem Roboter 10 erfasst und eine jeweilige Anordnung des Arbeitsraums 16 in Abhängigkeit von der erfassten relativen Anordnung des Ladungsträgers 12 vorgegeben wird. Bei der Erfassung der relativen Anordnung des Ladungsträgers 12 zu dem Roboter 10 wird zum einen eine Relativposition des Ladungsträgers 12 zu dem Roboter 10 und zum anderen eine relative Ausrichtung des Ladungsträgers 12 zu dem Roboter erfasst. Mit anderen Worten wird also zum einen bestimmt, wie weit entfernt der Ladungsträger 12 von dem Roboter 10 angeordnet ist, und zum anderen wird bestimmt, wie der Ladungsträger 12 zu dem Roboter 10 orientiert ist.
Die Positionierung und Ausrichtung des Arbeitsraums 16 kann somit flexibel relativ zum Werkzeugmittelpunkt 14 vorgegeben werden. Wird nun beispielsweise ein Werkstück mittels des handgeführten Roboters 10 aus dem Ladungsträger 12 entnommen, kann der Ladungsträger 12 beliebig im Gesamtarbeitsraum des Roboters 10 stehen. Taucht der Werkzeugmittelpunkt 14 in den Ladungsträger 12 ein, so wird der Arbeitsraum 16 bezüglich seiner Anordnung derart vorgegeben, dass der Arbeitsraum 16 innerhalb des Ladungsträgers 12 liegt. Gleichzeitig wird eine Überwachung des Arbeitsraums 16 aktiviert, infolgedessen der Roboter 10 derart in seiner Bewegung eingeschränkt ist, dass es zu keinen Kollisionen, Quetschungen und dergleichen mit dem Ladungsträger 12 kommt. Dadurch, dass die Anordnung des Arbeitsraums 16, also dessen Positionierung und Ausrichtung im Raum, flexibel auf die gerade vorherrschende Umgebungssituation eingestellt werden kann, kann ein aufwendiges Posi- tionieren des Ladungsträgers 12 bezüglich des Roboters 10 entfallen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Betreiben eines Roboters (10), bei welchem ein Arbeitsraum (16) für den Roboter (10) vorgegeben und während des Betriebs des Roboters (10) überwacht wird, dass ein Werkzeugmittelpunkt (14) der Roboters (10) ausschließlich innerhalb des vorgegebenen Arbeitsraums (16) bewegt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine relative Anordnung eines Objekts (12) zu dem Roboter (10) erfasst und eine Anordnung des Arbeitsraums (16) in Abhängigkeit von der erfassten relativen Anordnung des Objekts (12) vorgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Erfassung der relativen Anordnung des Objekts (12) zu dem Roboter (10) eine Rela- tivposition des Objekts (12) bezüglich des Roboters (10) erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Erfassung der relativen Anordnung des Objekts (12) zu dem Roboter (10) eine relative Ausrichtung des Objekts (12) bezüglich des Roboters (10) erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Form des Arbeitsraums (16) in Abhängigkeit von einer Form des Objekts (12) vorgege- ben wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Objekt (12) ein Ladungsträger ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anordnung des Arbeitsraums (16) erst vorgegeben und die Überwachung des Arbeits- raums (16) erst aktiviert wird, sobald der Werkzeugmittelpunkt (14) in den Ladungsträger bewegt worden ist.
PCT/AT2015/050324 2014-12-19 2015-12-18 Verfahren zur vorgabe des arbeitsraums eines roboters WO2016094925A1 (de)

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