WO2016206796A1 - Verbesserung der temperaturdriftkompensation durch einlernen der restdrift - Google Patents

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WO2016206796A1
WO2016206796A1 PCT/EP2016/001046 EP2016001046W WO2016206796A1 WO 2016206796 A1 WO2016206796 A1 WO 2016206796A1 EP 2016001046 W EP2016001046 W EP 2016001046W WO 2016206796 A1 WO2016206796 A1 WO 2016206796A1
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residual drift
drift
residual
reference point
comparison
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PCT/EP2016/001046
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Inventor
Michael Groll
Markus Hager
Sebastian Kaderk
Robert Miller
Ralf Mittmann
Thomas Purrucker
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Kuka Roboter Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • 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
    • G05B2219/36—Nc in input of data, input key till input tape
    • G05B2219/36416—Adapt teached position as function of deviation 3-D, 2-D position of end effector, tool
    • 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
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39192—Compensate thermal effects, expansion of links
    • 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
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41207—Lookup table with position command, deviation and correction value
    • 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
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49207—Compensate thermal displacement using measured distance

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a manipulator, and in particular for determining the position of a point or for approaching a component point by means of a manipulator, as well as a corresponding
  • Robots and in particular industrial robots, are automatically controlled, freely programmable multipurpose manipulators. They are designed for use in industrial environments and can thus be used in different areas of a production plant.
  • an industrial robot can be used to measure one or more measuring points of a component in a processing station or surveying station, or to run a specific path program on a workpiece while processing the workpiece or component by means of, for example, a folding tool.
  • the industrial robot Before use, the industrial robot usually needs to be calibrated to obtain a complete kinematic model of the robot. For this purpose, different parameters of the robot mechanics must be determined in order to finally obtain a complete robot model. In addition, the robot must be aligned with respect to the component to be measured or machined: In this case, a reference from the coordinate system of the robot to the coordinate system of the
  • reference points can be approached, which represent a fixed point in space.
  • a reference point may e.g. be read optically, or manually from one
  • Robots are approached. Because the position of a reference point in the
  • World coordinate system is defined by detecting the reference point, for example, the exact position of an end effector of the robot using
  • CONFIRMATION COPY corresponding transformations between the robot coordinate system and the world coordinate system are determined.
  • Waste heat of electrical components changes the temperature of the
  • Robot mechanics This can lead to a change in size of the individual elements, as well as a change in the viscosity of liquids and changes in the
  • Reference body or reference body, with known or measured positions measurable. From an in-house method is known to determine an optimized model parameter set during calibration. The model parameter set or the parameterizable mathematical robot model is used for the control of the manipulator. In order to determine the optimized model parameter set, deviations of the positioning of the robot on a temperature-stable calibration body are measured. The optimization then takes place by minimizing the residual error of the positioning. As the effect of temperature drift on
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method and a robot system, which minimize the disadvantages listed above - at least partially. It is a further object of the present invention to minimize residual drift on the component.
  • the present invention includes a method for controlling a manipulator.
  • the method is suitable for approaching a point by means of a manipulator or for determining the position of a point by means of a
  • the method is suitable for approaching a component point by means of a manipulator, wherein the component point is a point on a component or workpiece, which is to be approached, for example, for measuring the component or to edit the component in the operating mode.
  • the method according to the invention comprises providing a calibration, which is preferably a temperature-dependent calibration.
  • the providing may include creating the calibration.
  • the calibration can be carried out at any time.
  • the calibration has the following steps: Repeated start of at least one reference point, and in particular M Reference points until a temperature criterion of the manipulator is met, and
  • the approach of a reference point means a detection of the reference point, which can be done, for example, optically or by touch.
  • Reference point has a well-known position.
  • an assignment to the world coordinate system as well as to the basic coordinate system of the measuring robot is known.
  • the reference points are in the vicinity of the measuring points,
  • Processing points or component points on the component can also be arranged directly on the component.
  • a residual drift with respect to the approached reference point is determined.
  • each residual drift dataset includes residual drifts at component points relative to residual drifts at the reference points.
  • the temperature criterion is selected such that the starting and determining is repeated until the temperature of the robot is in a stable state and changes only marginally.
  • the calibration is preferably performed while the robot or manipulator is heating.
  • the temperature of the robot changes rapidly and reaches a constant value after a certain time. During this time, preferably the calibration or
  • the method according to the invention also has a start-up of, in particular exactly one or N, reference points (s). This startup will be normal
  • the method comprises determining a
  • the number of reference points N is smaller than the number of reference points M.
  • the method according to the invention comprises calculating a correction value based on the determined instantaneous reference point residual drift and based on at least one of the residual drift data sets.
  • at least one comparison reference point residual drift from the calibration is used to calculate the correction value.
  • the residual drift data set of the calibration from which the comparison reference point residual drift is to be used is selected based on the instantaneous reference point residual drift determined in the operating mode.
  • Calibration based on the determined instantaneous reference point residual drift can be selected.
  • the method according to the invention comprises controlling the manipulator taking into account the calculated correction value.
  • the control preferably comprises carrying out a measurement with the manipulator taking into account the correction value, or starting up a point in consideration of the
  • correction value wherein the point is particularly preferably a component point.
  • the carrying out of a measurement can, for example, the execution of a
  • the manipulator may comprise a suitable device, such as a laser.
  • the measurement result obtained can be offset with the correction value after the measurement, or a path point of the path program can be offset with the correction value, and the point can then be approached on the basis of the path program.
  • the "reference point" can thus be any point in the environment of the
  • Manipulator may for example be a component point, ie a point on a component or workpiece.
  • the term “comparison reference point residual drift” may describe a residual drift at a reference point which is determined in the course of the calibration.
  • the term “instantaneous reference point residual drift” may describe a residual drift at a reference point, which is determined in the course of the operating mode
  • a “reference drift dataset” may be a dataset that includes one or more values, such as a comparative reference point residual drift, for example, the dataset may include two residual drifts, one determined for one component point and another for a reference point away from the component. On, several or all during a calibration
  • Reference drift data sets may be provided in a controller of the manipulator or separately.
  • a "residual drift” itself does not have to be corrected, so it can only be a “drift”.
  • providing the calibration includes creating the calibration.
  • the point to be approached by means of the manipulator is a component point.
  • the measured data can be corrected by means of the calibration.
  • the calibration was carried out before the measuring operation. Instead, the calibration can also be carried out later and the data measured during measurement operation can then be corrected. However, the calibration is preferably already present during the operating mode or measuring mode, so that the measured data can be corrected directly.
  • the robot model can also be optimized based on the correction values, so that the
  • Component points can be approached precisely.
  • the repeated start of the calibration comprises a repeated approach of two reference points
  • the determined residual drift data sets each comprise two comparison reference point residual drifts.
  • one of the reference points is a component point and one of the comparison reference point residual drifts is a corresponding comparison component point residual drift.
  • Relationship between a comparison reference point residual drift and a comparison component point residual drift a correction value, taking into account the in productive Operation determined instantaneous reference point residual drift, be calculated.
  • a suitable comparison component point residual drift can be determined, which can be used for the calculation of the correction value.
  • the calculation of the correction value comprises the following steps:
  • Residual drift data set is selected so that the difference between the determined instantaneous reference point residual drift and the comparison reference point residual drift of the selected residual drift dataset is minimal. This is given that the
  • Residual drift dataset from the calibration optimally matches the instantaneous state of the manipulator.
  • the creation of the correction value based on the selected residual drift data set may include, for example, generating the correction value based on the at least one comparison reference point residual drift of the selected residual drift data set.
  • those determined in the calibration include
  • the correction value of the comparison component residual drift can be. Consequently, a residual drift data set is selected, wherein the comparison reference point residual drift from the calibration with the instantaneous reference point residual drift from the productive operation is closest, so that the comparison component residual drift from the calibration best corresponds to the current conditions and thus for the Calculation of the correction value and consequently for controlling the manipulator, such as the start or measurement of the point, can be used.
  • the calculation of the correction value comprises the following steps:
  • Residual drift data sets are created, or based on an interpolation of the comparison reference point residual drifts of the selected residual drift data sets.
  • the residual drift data sets determined in the calibration preferably each comprise at least one comparison reference point residual drift and one comparison component point residual drift.
  • the creation of the correction value is then preferably based on an interpolation of the comparison component residual drifts of the two selected ones
  • the person skilled in the art understands that more than two residual drift data sets can also be selected based on the instantaneous reference point residual drift determined in the production mode and can be used for the calculation of the correction value. For example, if three residual drift data sets have been selected, a correction value can be calculated based on a spline interpolation of the residual drift data sets or the corresponding residual drifts. Furthermore, the person skilled in the art understands that the method according to the invention can also be combined with other methods for the compensation of different drifts. The method according to the invention is suitable in particular, a residual drift or the effect of a
  • a calibration is thus carried out in which a great many (temperature-dependent) states of the robot are detected.
  • a suitable value from the calibration can thus be used for the instantaneous state of the manipulator.
  • the present invention allows to improve the positioning accuracy of a robot or manipulator. In this case, for example, a high accuracy of better than +0.15 mm can be achieved.
  • the present invention further comprises a robot system having means for carrying out the method according to the invention.
  • the means include in particular a robot controller.
  • the present invention includes a computer-readable medium containing instructions that, when executed by a processing system, perform steps to control a manipulator according to the inventive method for controlling a manipulator.
  • FIG. 1 shows the procedure of the calibration according to the present invention
  • FIG. 2 shows a method according to the invention for controlling a manipulator.
  • FIG. 1 schematically shows the sequence or process 10 of a (temperature-dependent) calibration according to the present invention.
  • the process 10 begins in step 11.
  • a reference point is approached by the manipulator. This reference point is preferably not on the component, but is provided independently of the component.
  • a comparison reference point residual drift with respect to the approached in step 12 reference point is determined.
  • a component point is approached, ie a point on the zu
  • a comparison component residual drift is determined, ie the residual drift between the manipulator and the approached component point.
  • step 16 a residual drift data set is created, in which the comparison reference point residual drift determined in step 13 is linked to the comparison component residual drift determined in step 15. Subsequently, this residual drift data set is stored in a corresponding calibration database.
  • decision 17 it is checked whether the temperature of the manipulator has exceeded a predefined limit value. Alternatively, in decision 17 it can also be checked whether the temperature of the manipulator has reached a constant value. If the decision 17 is negative, a new
  • Residual drift data set determined by the method in step 12 is continued. If the decision 17 is positive, the calibration ends in step 18.
  • Comparative component residual drift is linked. Each residual drift data set was determined at a different temperature of the manipulator. Only when the
  • Fig. 2 the flow 20 of a method according to the invention for controlling a manipulator is shown schematically, wherein a component point by means of a
  • Manipulator is approached. This method is preferably performed in the working or operating mode. The process begins in step 21. In step 22, a (temperature dependent) calibration is provided. Preferably, the calibration has been performed according to the process illustrated in FIG. 1 and provides corresponding residual drift data sets.
  • step 23 a reference point is approached by the manipulator. This reference point is identical to the reference point, which during the Calibration started or measured.
  • step 24 an instantaneous reference point residual drift is determined, ie the residual drift between the manipulator and the approached reference point.
  • step 25 two residual drift data sets are selected from the calibration.
  • the residual drift data sets are thereby selected by comparison of the instantaneous reference point residual drift determined in step 24 and the comparison reference point residual drifts of the residual drift data sets of the calibration.
  • the comparison determines which comparison reference point residual drifts of the residual drift datasets of the calibration are closest to the instantaneous reference point residual drift determined in step 24. Accordingly, two residual drift data sets with the closest comparison reference point residual drifts with respect to the instantaneous reference point residual drift are then selected.
  • step 26 the comparison component residual drifts associated with the two comparison reference point residual drifts of the selected residual drift data sets of the calibration are interpolated, and a correction value is calculated on the basis of the interpolation.
  • step 27 the component point is approached and the measured values are corrected on the basis of the correction value calculated in step 26.
  • the robot model can also be optimized on the basis of the correction value, and the component point can be approached on the basis of the optimized robot model. Subsequently, the process ends in step 28.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Punktes, und insbesondere eines Bauteilpunktes, mittels Manipulators. Das Verfahren umfasst dabei Bereitstellen einer temperaturabhängigen Kalibrierung, anhand derer basierend auf bestimmten Referenzpunkt-Restdrift-Werten ein Korrekturwert berechnet wird. Anschließend wird der Punkt unter Berücksichtigung des Korrekturwertes angefahren.

Description

Verbesserung der Temperaturdriftkompensation durch
Einlernen der Restdrift l. Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Manipulators, und insbesondere zur Positionsbestimmung eines Punktes oder zum Anfahren eines Bauteilpunktes mittels eines Manipulators, als auch ein entsprechendes
Robotersystem.
2. Technischer Hintergrund
Roboter, und insbesondere Industrieroboter sind automatisch gesteuerte, frei programmierbare Mehrzweck-Manipulatoren. Sie sind dabei für den Einsatz im industriellen Umfeld konzipiert und können so in unterschiedlichen Bereichen einer Fertigungsanlage eingesetzt werden. So kann ein Industrieroboter beispielsweise eingesetzt werden, um in einer Bearbeitungsstation oder Vermessungsstation ein oder mehrere Messpunkte eines Bauteils zu vermessen, oder an einem Werkstück ein bestimmtes Bahnprogramm abzufahren und dabei das Werkstück bzw. Bauteil mittels beispielsweise eines Falzwerkzeugs zu bearbeiten.
Vor dem Einsatz muss der Industrieroboter üblicherweise kalibriert werden, um ein vollständiges kinematisches Modell des Roboters zu erhalten. Hierzu müssen verschiedene Parameter der Robotermechanik ermittelt werden, um letztendlich ein vollständiges Robotermodell zu erhalten. Außerdem muss der Roboter in Bezug auf das zu vermessende oder zu bearbeitende Bauteil ausgerichtet werden: Dabei muss ein Bezug von dem Koordinatensystem des Roboters zum Koordinatensystem der
Arbeitsstation bzw. dem Bauteil hergestellt werden. Hierzu können beispielsweise Referenzpunkte angefahren werden, die einen festen Punkt im Raum darstellen. Ein Referenzpunkt kann z.B. optisch gelesen werden, oder auch manuell von einem
Roboter angefahren werden. Da die Position eines Referenzpunktes im
Weltkoordinatensystem definiert ist, kann durch Erfassen des Referenzpunktes beispielsweise die genaue Position eines Endeffektors des Roboters mittels
BESTÄTIGUNGSKOPIE entsprechender Transformationen zwischen dem Roboter-Koordinatensystem und dem Weltkoordinatensystem bestimmt werden.
Durch Reibung in den mechanischen Elementen eines Roboters und durch die
Abwärme elektrischer Komponenten verändert sich die Temperatur der
Robotermechanik. Dies kann zu einer Größenänderung der einzelnen Elemente führen, als auch eine Änderung der Viskosität von Flüssigkeiten und Änderungen der
Elastizität von Elementen, wie beispielsweise dem Getriebe, mit sich bringen. Wenn die Parameter des Robotermodells nicht zyklisch aktualisiert werden, ergibt sich eine sogenannte Drift in der Positionierung des Roboters, welche die Wiederhol- und Absolutgenauigkeit des Roboters überlagert. Diese Drift ist an einem festen
Bezugskörper, oder Referenzkörper, mit bekannten bzw. vermessenen Positionen messbar. Aus einem betriebsinternen Verfahren ist bekannt, bei der Kalibrierung einen optimierten Modellparametersatz zu ermitteln. Der Modellparametersatz bzw. das parametrisierbare mathematische Robotermodell wird dabei für die Steuerung des Manipulators verwendet. Um den optimierten Modellparametersatz zu ermitteln werden Abweichungen der Positionierung des Roboters an einem temperaturstabilen Kalibrierkörper gemessen. Die Optimierung erfolgt dann mittels Minimierung des Restfehlers der Positionierung. Da sich der Effekt der Temperaturdrift an
unterschiedlichen Posen unterschiedlich stark auswirkt, wird versucht, über
Extremposen des Manipulators möglichst stark variierende und einen großen
Achsbereich abdeckende Achsstellung zu bestimmen. Allerdings werden so nur die Effekte kompensiert, die sich bei den Messungen an dem Kalibierkörper ergeben.
Effekte, die durch die Temperaturänderung der Kinematik hervorgerufen werden, können allerdings nicht durch die Roboterposen am Kalibrierkörper abgebildet werden und werden somit nicht kompensiert. Im Laufe eines typischen Messzyklus wird ein Bauteil in eine Messzelle eingeschleust, vermessen und anschließend wieder ausgeschleust. Hierbei erwärmt sich der Roboter. Folglich passen die zu Beginn des Zyklus bestimmten Parameter des Robotermodells im Laufe des Zyklus immer schlechter zur tatsächlichen Positionierung des Roboters. Folglich ist spät im Zyklus eine höhere Restdrift an den gemessenen Punkten zu erwarten.
Die Gültigkeit des optimierten Parametersatzes für den gesamten Arbeitsraum basiert auf der Annahme, dass eine Auswahl von Extremposen alle Temperatureffekte aufzeigt. Diese Herangehensweise birgt allerdings die Gefahr, dass Teile des Arbeitsraums nicht mit abgedeckt sind oder temperaturabhängige Effekte generell nicht berücksichtigt werden. Dies führt zu einer sichtbaren Restdrift an den Bauteilpunkten. Diese Restdrift am Bauteil setzt sich dabei aus nicht kompensierten, temperaturabhängigen Einflüssen auf die Positionierung als auch eine Temperaturdrift durch Erwärmung der Kinematik seit der letzten Kalibrierung zusammen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Robotersystem bereitzustellen, welche die oben aufgeführten Nachteile - zumindest teilweise - minimieren. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Restdrift am Bauteil zu minimieren.
Diese und weitere Aufgaben werden durch den Gegenstand der Hauptansprüche gelöst. 3. Inhalt der Erfindung
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Manipulators. Vorzugsweise eignet sich das Verfahren dabei zum Anfahren eines Punktes mittels eines Manipulators oder zur Positionsbestimmung eines Punktes mittels eines
Manipulators. Insbesondere vorzugsweise eignet sich das Verfahren zum Anfahren eines Bauteilpunktes mittels eines Manipulators, wobei der Bauteilpunkt ein Punkt an einem Bauteil bzw. Werkstück ist, welcher beispielsweise zur Vermessung des Bauteils oder zum Bearbeiten des Bauteils im Betriebsmodus angefahren werden soll. Das erfindungsgemäße Verfahren weist ein Bereitstellen einer Kalibrierung auf, welche vorzugsweise eine temperaturabhängige Kalibrierung ist. Vorzugsweise kann das Bereitstellen ein Erstellen der Kalibrierung umfassen. Die Kalibrierung kann dabei zu jedem Zeitpunkt durchgeführt werden. Die Kalibrierung weist dabei folgende Schritte auf: Wiederholtes Anfahren zumindest eines Referenzpunktes, und insbesondere M Referenzpunkte, bis ein Temperaturkriterium des Manipulators erfüllt ist, und
Ermitteln, nach jedem Anfahren, eines Restdriftdatensatzes umfassend zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift.
Das Anfahren eines Referenzpunktes bedeutet dabei ein Erfassen des Referenzpunktes, welches beispielsweise optisch oder durch Berührung erfolgen kann. Der
Referenzpunkt hat eine genau bekannte Position. Somit ist eine Zuordnung zum Welt- Koordinatensystem als auch zum Basis-Koordinatensystem des Messroboters bekannt. Vorzugsweise befinden sich die Referenzpunkte in der Nähe der Messpunkte,
Bearbeitungspunkte oder auch Bauteilpunkte am Bauteil, und können auch direkt auf dem Bauteil angeordnet sein. Beim Ermitteln des Restdriftdatensatzes wird eine Restdrift bezüglich des angefahrenen Referenzpunktes ermittelt.
Vorzugsweise werden zumindest zwei Referenzpunkte wiederholt angefahren, und nach jedem Anfahren der zwei Referenzpunkte ein Restdriftdatensatz ermittelt, der zumindest zwei Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte umfasst. Dabei ist vorzugsweise einer der Referenzpunkte ein Bauteilpunkt, welcher auch im Betriebsmodus von dem Manipulator bzw. Roboter angefahren werden soll. Weiter vorzugsweise ist einer der Referenzpunkte kein Bauteilpunkt, und wird auch im normalen Arbeitsbetrieb bzw. während eines normalen Betriebszyklus von dem Roboter angefahren. Somit umfasst jeder Restdriftdatensatz Restdrifte an Bauteilpunkten in Bezug zu Restdriften an den Referenzpunkten.
Vorzugsweise ist das Temperaturkriterium derart gewählt, dass das Anfahren und Ermitteln so oft wiederholt wird, bis die Temperatur des Roboters in einem stabilen Zustand ist und sich nur noch marginal verändert. Somit wird die Kalibrierung vorzugsweise durchgeführt während sich der Roboter bzw. Manipulator erwärmt.
Insbesondere nach dem Aktivieren oder Einschalten eines Roboters verändert sich die Temperatur des Roboters rapide, und erreicht nach einer gewissen Zeit einen konstanten Wert. Während dieser Zeit wird vorzugsweise die Kalibrierung bzw.
temperaturabhängige Kalibrierung durchgeführt, um vorteilhaft alle
temperaturabhängigen Effekte zu erfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist ferner ein Anfahren eines, insbesondere genau eines oder N, Referenzpunkte(s) auf. Dieses Anfahren wird dabei im normalen
Arbeitsbetrieb des Roboters, oder auch Betriebsmodus, durchgeführt, und nicht während der Kalibrierung. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer
Momentan-Referenzpunkt-Restdrift. Folglich wird im produktiven Betrieb die
Momentan-Referenzpunkt-Restdrift bezüglich des angefahrenen Referenzpunktes bestimmt. Vorzugsweise ist die Anzahl der Referenzpunkte N kleiner als die Anzahl der Referenzpunkte M. Somit kann eine präzise Korrektur für verschiedene
Manipulatoraktionen gewährt werden.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Berechnen eines Korrekturwertes basierend auf der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift und basierend auf zumindest einem der Restdriftdatensätze. Somit wird zumindest eine Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift von der Kalibrierung herangezogen, um den Korrekturwert zu berechnen. Dabei wird der Restdriftdatensatz der Kalibrierung, aus dem die Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift verwendet werden soll, basierend auf der im Betriebsmodus bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift gewählt. Somit kann vorteilhaft ein passender Korrekturwert ermittelt werden, wobei ein geeigneter Wert aus der
Kalibrierung anhand der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift gewählt werden kann.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Steuern des Manipulators unter Berücksichtigung des berechneten Korrekturwertes. Vorzugsweise umfasst das Steuern dabei ein Durchführen einer Messung mit dem Manipulator unter Berücksichtigung des Korrekturwertes, oder ein Anfahren eines Punktes unter Berücksichtigung des
Korrekturwertes, wobei der Punkt insbesondere vorzugsweise ein Bauteilpunkt ist. Das Durchführen einer Messung kann dabei beispielsweise das Durchführen einer
Abstandsmessung zu einem Punkt mittels eines Lasers umfassen. Hierfür kann der Manipulator eine geeignete Vorrichtung aufweisen, wie beispielsweise einen Laser. Dabei kann beispielsweise im Messverfahren das erhaltene Messergebnis mit dem Korrekturwert nach der Messung verrechnet werden, oder auch ein Bahnpunkt des Bahnprogramms mit dem Korrekturwert verrechnet werden, und der Punkt anhand des Bahnprogramms anschließend angefahren werden. Der„Referenzpunkt" kann somit ein beliebiger Punkt in der Umgebung des
Manipulators sein, und kann beispielsweise ein Bauteilpunkt, also ein Punkt auf einem Bauteil oder Werkstück, sein. Der Begriff„Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift" kann eine Restdrift an einem Referenzpunkt beschreiben, welche im Zuge der Kalibrierung bestimmt wird. Analog kann der Begriff„Momentan-Referenzpunkt-Restdrift" eine Restdrift an einem Referenzpunkt beschreiben, welche im Zuge des Betriebsmodus bestimmt wird. Ein„Referenzdriftdatensatz" wiederum kann ein Datensatz sein, welcher einen oder mehrere Werte, wie eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift umfasst. Der Datensatz kann beispielsweise zwei Restdrifte umfasse, wobei einer für einen Bauteilpunkt und ein weiterer für einen Referenzpunkt abseits des Bauteils ermittelt wurde. Ein, mehrere oder alle während einer Kalibrierung ermittelten
Referenzdriftdatensätze können in einer Steuerung des Manipulators oder separat bereitgestellt sein. Eine„Restdrift" selber muss dabei nicht bereits korrigiert sein, kann also lediglich eine„Drift" sein.
Vorzugsweise umfasst das Bereitstellen der Kalibrierung ein Erstellen der Kalibrierung. Vorzugsweise ist der Punkt, welcher mittels des Manipulators angefahren werden soll, ein Bauteilpunkt. Vorzugsweise können im Messbetrieb, also beim Vermessen von Gegenständen, die gemessenen Daten mittels der Kalibrierung korrigiert werden.
Hierzu ist es nicht notwendig, dass die Kalibrierung vor dem Messbetrieb durchgeführt wurde. Stattdessen kann die Kalibrierung auch später durchgeführt werden und die im Messbetrieb gemessenen Daten anschließend korrigiert werden. Vorzugsweise liegt die Kalibrierung allerdings bereits während dem Arbeitsbetrieb oder Messbetrieb vor, sodass die gemessenen Daten direkt korrigiert werden können. Vorzugsweise kann das Robotermodell auch anhand der Korrekturwerte optimiert werden, sodass die
Bauteilpunkte präzise angefahren werden können.
Vorzugsweise umfasst das wiederholte Anfahren der Kalibrierung ein wiederholtes Anfahren von zwei Referenzpunkten, und die ermittelten Restdriftdatensätze umfassen jeweils zwei Vergleichs-Referenzpunkt- Restdrifte. Dabei ist vorzugsweise einer der Referenzpunkte ein Bauteilpunkt und einer der Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte eine entsprechende Vergleichs-Bauteilpunkt- Restdrift. Somit kann mittels der
Beziehung zwischen einer Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und einer Vergleichs- Bauteilpunkt-Restdrift ein Korrekturwert, unter Berücksichtigung der im produktiven Betrieb bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift, berechnet werden.
Vorzugsweise kann durch Vergleich der Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte mit der Momentan-Referenzpunkt-Restdrift eine passende Vergleichs-Bauteilpunkt-Restdrift ermittelt werden, welche für die Berechnung des Korrekturwertes herangezogen werden kann.
Vorzugsweise weist das Berechnen des Korrekturwertes folgende Schritte auf:
Auswählen eines Restdriftdatensatzes basierend auf der bestimmten Momentan- Referenzpunkt-Restdrift, so dass die Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift des ausgewählten Restdriftdatensatzes nächstliegend zu der bestimmten Momentan- Referenzpunkt-Restdrift ist, und Erstellen des Korrekturwertes basierend auf dem ausgewählten Restdriftdatensatz. Somit wird ein bestmöglich passender
Restdriftdatensatz ausgewählt, so dass die Differenz zwischen dem bestimmten Momentan-Referenzpunkt- Restdrift und der Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift des ausgewählten Restdriftdatensatzes minimal ist. Dadurch wird gegeben, dass der
Restdriftdatensatz aus der Kalibrierung bestmöglich zu dem momentanen Zustand des Manipulators passt.
Das Erstellen des Korrekturwertes basierend auf dem ausgewählten Restdriftdatensatz kann beispielsweise ein Erstellen des Korrekturwertes basierend auf der zumindest einen Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift des ausgewählten Restdriftdatensatzes umfassen. Vorzugsweise umfassen die in der Kalibrierung ermittelten
Restdriftdatensätze zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und zumindest eine Vergleichs-Bauteil-Restdrift, und das Erstellen des Korrekturwertes basiert auf der Vergleichs-Bauteil-Restdrift des ausgewählten Restdriftdatensatzes. Hierzu kann beispielsweise der Korrekturwert der Vergleichs-Bauteil-Restdrift sein. Folglich wird ein Restdriftdatensatz ausgewählt, wobei die Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift aus der Kalibrierung mit der Momentan-Referenzpunkt- Restdrift aus dem produktiven Betrieb nächstliegend ist, so dass die Vergleichs-Bauteil-Restdrift aus der Kalibrierung den momentanen Gegebenheiten bestmöglich entspricht und somit für die Berechnung des Korrekturwertes und folglich für das Steuern des Manipulators, wie etwa das Anfahren oder Vermessen des Punktes, herangezogen werden kann. Vorzugsweise weist das Berechnen des Korrekturwertes folgende Schritte auf:
Auswählen von zumindest zwei verschiedenen Restdriftdatensätzen basierend auf der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift, so dass die Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrifte der ausgewählten Restdriftdatensätze nächstliegend zu der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift sind, und Erstellen des
Korrekturwertes basierend auf einer Interpolation der ausgewählten
Restdriftdatensätze. Somit werden zwei Restdriftdatensätze herangezogen, die bestmöglich den momentanen Zustand des Manipulators wiederspiegeln. Der
Korrekturwert wird dann basierend auf einer Interpolation dieser beiden
Restdriftdatensätze erstellt, bzw. basierend auf einer Interpolation der Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrifte der ausgewählten Restdriftdatensätze.
Vorzugsweise umfassen die in der Kalibrierung ermittelten Restdriftdatensätze jeweils zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und eine Vergleichs-Bauteilpunkt- Restdrift. Das Erstellen des Korrekturwertes basierend dann vorzugsweise auf einer Interpolation der Vergleichs-Bauteil-Restdrifte der beiden ausgewählten
Restdriftdatensätze. Folglich wird durch die Relation zwischen den Vergleichs- Referenzpunkt-Restdriften und Vergleichs-Bauteil-Restdriften aus der Kalibrierung und basierend auf der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift anhand einer Interpolation der Vergleichs-Bauteil-Restdrifte der Korrekturwert erstellt, und der Punkt anhand dieses Korrekturwertes angefahren. Es ist somit möglich,
Korrekturwerte aus der Kalibrierung zu erhalten, die bestmöglich zu dem aktuellen Zustand des Roboters bzw. Manipulators passen.
Der Fachmann versteht, dass auch mehr als zwei Restdriftdatensätze basierend auf der im Produktionsbetrieb bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift ausgewählt werden können und für die Berechnung des Korrekturwertes herangezogen werden können. So kann beispielsweise, wenn drei Restdriftdatensätze ausgewählt wurden, ein Korrekturwert basierend auf einer Spline-Interpolation der Restdriftdatensätze bzw. der entsprechenden Restdrifte berechnet werden. Ferner versteht der Fachmann, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Verfahren zur Kompensation verschiedener Drifte kombiniert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich dabei insbesondere, eine verbleibende Restdrift bzw. den Effekt einer
verbleibenden Restdrift zu minimieren. Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine Kalibrierung durchgeführt, in der sehr viele (temperaturabhängige) Zustände des Roboters erfasst werden. Durch den Vergleich einer Momentan-Referenzpunkt-Restdrift mit einer Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift aus der Kalibrierung kann somit ein passender Wert aus der Kalibrierung für den momentanen Zustand des Manipulators herangezogen werden. Dabei erlaubt es die vorliegende Erfindung, die Positioniergenauigkeit eines Roboters bzw. Manipulators zu verbessern. Dabei kann beispielsweise eine hohe Genauigkeit von besser als +0,15 mm erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Robotersystem, welches Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Mittel umfassen dabei insbesondere eine Robotersteuerung. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium, welches Instruktionen enthält, welche, wenn durch ein Verarbeitungssystem ausgeführt, Schritte zum Steuern eines Manipulators ausführen, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Manipulators.
4. Ausführungsbeispiel(e) Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 den Ablauf der Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Manipulators.
In Fig. 1 ist schematisch der Ablauf bzw. Prozess 10 einer (temperaturabhängigen) Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Prozess 10 beginnt in Schritt 11. In Schritt 12 wird ein Referenzpunkt durch den Manipulator angefahren. Dieser Referenzpunkt befindet sich vorzugsweise nicht auf dem Bauteil, sondern ist unabhängig von dem Bauteil bereitgestellt. In Schritt 13 wird eine Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrift bezüglich des in Schritt 12 angefahrenen Referenzpunktes ermittelt. In Schritt 14 wird ein Bauteilpunkt angefahren, d.h. ein Punkt auf dem zu
vermessenden oder zu bearbeitenden Bauteil wird durch den Manipulator angefahren. Im folgenden Schritt 15 wird eine Vergleichs-Bauteil- Restdrift ermittelt, also die Restdrift zwischen dem Manipulator und dem angefahrenen Bauteilpunkt.
In Schritt 16 wird ein Restdriftdatensatz erstellt, in welchem die im Schritt 13 ermittelte Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift mit der im Schritt 15 ermittelten Vergleichs- Bauteil-Restdrift verknüpft wird. Anschließend wird dieser Restdriftdatensatz in einer entsprechenden Datenbank der Kalibrierung hinterlegt.
Bei der Entscheidung 17 wird überprüft, ob die Temperatur des Manipulators einen vordefinierten Grenzwert überschritten hat. Alternativ kann bei der Entscheidung 17 auch überprüft werden, ob die Temperatur des Manipulators einen konstanten Wert erreicht hat. Falls die Entscheidung 17 negativ ausfällt, wird ein neuer
Restdriftdatensatz ermittelt, indem das Verfahren bei Schritt 12 fortgeführt wird. Falls die Entscheidung 17 positiv ausfällt, endet die Kalibrierung im Schritt 18.
Somit werden mit der Kalibrierung mehrere Restdriftdatensätze ermittelt, wobei in jedem Restdriftdatensatz eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift mit einer
Vergleichs-Bauteil-Restdrift verknüpft ist. Jeder Restdriftdatensatz wurde dabei bei einer unterschiedlichen Temperatur des Manipulators ermittelt. Erst wenn die
Temperatur des Manipulators vorzugsweise annähernd stabil ist, wird die Kalibrierung beendet. In Fig. 2 ist schematisch der Ablauf 20 eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines Manipulators dargestellt, wobei ein Bauteilpunkt mittels eines
Manipulators angefahren wird. Dieses Verfahren wird vorzugsweise im Arbeitsbetrieb oder Betriebsmodus durchgeführt. Das Verfahren beginnt in Schritt 21. In Schritt 22 wird eine (temperaturabhängige) Kalibrierung bereitgestellt. Vorzugsweise wurde die Kalibrierung gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Prozess durchgeführt und stellt entsprechende Restdriftdatensätze bereit.
In Schritt 23 wird ein Referenzpunkt durch den Manipulator angefahren. Dieser Referenzpunkt ist dabei identisch mit dem Referenzpunkt, welcher während der Kalibrierung angefahren bzw. vermessen wurde. Im Schritt 24 wird eine Momentan- Referenzpunkt-Restdrift bestimmt, also der Restdrift zwischen dem Manipulator und dem angefahrenen Referenzpunkt.
In Schritt 25 werden aus der Kalibrierung zwei Restdriftdatensätze ausgewählt. Die Restdriftdatensätze werden dabei durch Vergleich des in Schritt 24 bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift und der Vergleichs- Referenzpunkt-Restdrifte der Restdriftdatensätze der Kalibrierung ausgewählt. Durch den Vergleich wird festgestellt, welche Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte der Restdriftdatensätze der Kalibrierung nächstliegend zu der in Schritt 24 bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift sind. Entsprechend werden dann zwei Restdriftdatensätze mit den nächstliegenden Vergleichs-Referenzpunkt- Restdriften bzgl. der Momentan-Referenzpunkt- Restdrift ausgewählt.
In Schritt 26 werden die mit den beiden Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte verknüpften Vergleichs-Bauteil-Restdrifte der ausgewählten Restdriftdatensätze der Kalibrierung interpoliert, und anhand der Interpolation ein Korrekturwert berechnet. Im folgenden Schritt 27 wird der Bauteilpunkt angefahren und die Messwerte anhand des in Schritt 26 berechneten Korrekturwertes korrigiert. Alternativ kann auch das Robotermodell anhand des Korrekturwertes optimiert werden, und der Bauteilpunkt anhand des optimierten Robotermodells angefahren werden. Anschließend endet das Verfahren in Schritt 28.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Manipulators, aufweisend:
a) Bereitstellen einer Kalibrierung, aufweisend folgende Schritte:
Wiederholtes Anfahren zumindest eines, insbesondere M,
Referenzpunkte(s) bis ein Temperaturkriterium des Manipulators erfüllt ist, und
Ermitteln, nach jedem Anfahren, eines Restdriftdatensatzes umfassend zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift;
b) Anfahren eines, insbesondere genau eines oder N, Referenzpunkte(s);
c) Bestimmen einer Momentan-Referenzpunkt-Restdrift;
d) Berechnen eines Korrekturwertes basierend auf der bestimmten Momentan- Referenzpunkt-Restdrift und basierend auf zumindest einem der
Restdriftdatensätze, und
e) Steuern des Manipulators unter Berücksichtigung des Korrekturwertes.
2. Verfahren nach Anspruch l, wobei das Steuern des Manipulators ein
Durchführen einer Messung mit dem Manipulator unter Berücksichtigung des
Korrekturwertes oder ein Anfahren eines Punktes unter Berücksichtigung des
Korrekturwertes umfasst, wobei der Punkt vorzugsweise ein Bauteilpunkt ist.
3. Verfahren nach Anspruch ι oder 2, wobei das Bereitstellen der Kalibrierung ein Erstellen der Kalibrierung umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das wiederholte Anfahren ein wiederholtes Anfahren von zwei Referenzpunkten umfasst und die ermittelten Restdriftdatensätze zwei Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte umfassen, und wobei vorzugsweise einer der Referenzpunkte ein Bauteilpunkt ist und eine der Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte eine Vergleichs-Bauteilpunkt-Restdrift ist.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Berechnen folgende Schritte aufweist: - Auswählen von einem Restdriftdatensatz basierend auf der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift, so dass die Vergleichs-Referenzpunkt- Restdrift des ausgewählten Restdriftdatensatzes nächstliegend zu der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift ist, und
Erstellen des Korrekturwertes basierend auf dem ausgewählten
Restdriftdatensatz.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die ermittelten Restdriftdatensätze zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und zumindest eine Vergleichs- Bauteilpunkt-Restdrift umfassen, und wobei das Erstellen des Korrekturwertes auf der Vergleichs-Bauteilpunkt-Restdrift des ausgewählten Restdriftdatensatzes basiert.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Berechnen folgende Schritte aufweist:
- Auswählen von zumindest zwei verschiedenen Restdriftdatensätzen basierend auf der bestimmten Momentan-Referenzpunkt- Restdrift, so dass die
Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrifte der ausgewählten Restdriftdatensätzen nächstliegend zu der bestimmten Momentan-Referenzpunkt-Restdrift sind, und Erstellen des Korrekturwertes basierend auf einer Interpolation der
ausgewählten Restdriftdatensätze.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die ermittelten Restdriftdatensätze zumindest eine Vergleichs-Referenzpunkt-Restdrift und zumindest eine Vergleichs- Bauteilpunkt- Restdrift umfassen, und wobei das Erstellen des Korrekturwertes auf einer Interpolation der Vergleichs-Bauteilpunkt-Restdrifte der ausgewählten
Restdriftdatensätze basiert.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Anzahl der Referenzpunkte N aus Schritt b) kleiner als die Anzahl der Referenzpunkte M aus Schritt a) ist.
10. Robotersystem aufweisend Mittel zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8.
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