WO2019029870A1 - Handling device having a robot, and method and computer program - Google Patents

Handling device having a robot, and method and computer program Download PDF

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WO2019029870A1
WO2019029870A1 PCT/EP2018/065689 EP2018065689W WO2019029870A1 WO 2019029870 A1 WO2019029870 A1 WO 2019029870A1 EP 2018065689 W EP2018065689 W EP 2018065689W WO 2019029870 A1 WO2019029870 A1 WO 2019029870A1
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WO
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trajectory
time
handling device
robot
module
Prior art date
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PCT/EP2018/065689
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German (de)
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Inventor
Felix Beuke
Simon Jessen
Sergey Alatartsev
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2020506796A priority patent/JP7003220B2/en
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    • B25J9/1666Avoiding collision or forbidden zones
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    • G05B2219/40477Plan path independent from obstacles, then correction for obstacles

Definitions

  • a handling device with a robot wherein the robot has a plurality of kinematic chains, wherein each of the kinematic chains is movable in a working space, wherein at least two of the working spaces have an overlap, wherein each of the kinematic chains is designed to carry out a working movement , with a control module for controlling the kinematic chains by one
  • the document DE 10 2013 014 287 A1 which is probably the closest prior art, describes a method for joining fine mechanical components by laser welding with the following steps: grasping a first component from a first magazine area with one at a first
  • Robotic arm provided first gripper. Gripping a second component from a second magazine region with a second gripper provided on a second robot arm for holding the first component with the first Gripper and holding the second component with the second gripper relative to each other and relative to a laser device in a first mounting position. Activation of the laser device and connect the first and the second component to each other by means of a first welded joint in the first mounting position to an assembly. Laying the assembly by means of the first gripper in a storage area.
  • the handling device is a device of an industrial automation technology.
  • the handling device is, for example, a robot workstation, a production station and / or a mounting station.
  • the robot is preferably designed to carry out an assembly step and / or a production step.
  • the robot is a single-arm robot, a two-arm robot or a multi-arm robot.
  • the robot may be an articulated robot.
  • the robot is designed as a multi-axis robot.
  • the handling device can be a plurality of
  • the robot has a plurality of kinematic chains.
  • the robot has exactly two or more than two kinematic chains.
  • the robot may have more than five and / or more than ten kinematic ones
  • the robot has an end effector at the end of the kinematic chain.
  • Each of the kinematic chains is in one
  • Working space movable.
  • the end effector is movable in the working space.
  • the working space is in particular a three-dimensional space.
  • each point of the working space is through the kinematic chain and / or reachable by the end effector.
  • At least two of the workspaces have an overlap.
  • the overlap can be one and / or both
  • the kinematic chains are designed to carry out a working movement.
  • the working movement serves, for example, to carry out the production and / or assembly step.
  • the working movement can be
  • a start of a point and / or a coordinate with the end effector For example, be a start of a point and / or a coordinate with the end effector.
  • the handling device and / or the robot has a control module for controlling the kinematic chains.
  • the control module is designed to control kinematic chains independently.
  • the activation of the kinematic chain is in particular for carrying out a working movement.
  • An overall movement can be represented by the working movements of the kinematic chains.
  • the total movement is the result of a series execution and / or combination of the working movements of the kinematic chains.
  • the total movement may be a synchronous movement of the kinematic chains, for example a two-armed lifting or a device-free mounting.
  • the overall motion is an asynchronous motion of the kinematic chains, such as gripping different workpieces with different kinematic chains one after another.
  • the control module is formed, the kinematic chain based on a
  • the Trajekto rientician is in particular a vector-valued function.
  • a kinematic chain comprises a number n of movable joints, the associated trajectory function being a vector with n entries, each entry indicating an angular position of the associated joint.
  • Trajektorienfunktion in addition to angular positions also include Verstell quiteen and Verstellbenchitch a joint.
  • the control module is preferably designed to serve in a discretized form as setpoint generator for the kinematic chain and / or joints.
  • the handling device comprises a trajectory determination module and a reparamization module. In particular, that can
  • Trajektorienbeéessmodul and the reparametrization module be part of the control module.
  • the control module, the trajectory determination module and / or the reparamization module are for example one
  • Computer unit a processor or a microchip.
  • the trajectory determination module is configured for each of
  • the trajectory determination module is designed to determine a minimum time trajectory for each of the kinematic chains of the robot independently of the other kinematic chains of the robot.
  • the repair parameterization module is implemented on the
  • the reparametrisiere trajectory function is designed so that kinematic chains perform the working movements so that the
  • control module is designed to control the kinematic chains based on the reparametris elected trajectory functions.
  • the invention is based on the consideration of an automated
  • a kinematic chain, a plurality of kinematic chains and / or all kinematic chains are each designed as a robot arm and / or manipulator.
  • the robot arms are designed to perform a mechanical work. For example, by means of the robot arm a
  • the robot arm is designed to carry out a positioning task and / or a measuring task.
  • the robot arm includes a gripper as end effector.
  • the robot arm comprises a plurality of axes of rotation and / or shear axes for performing the working movement.
  • Trajectory function is that which takes a minimum time to perform the work movement.
  • the minimal time trajectory is the
  • the trajectory determination module is designed, the minimum time trajectory based on a finite
  • a finite adjustment speed and / or finite adjustment acceleration of the kinematic chain and / or a joint is understood as a kinodynamic restriction.
  • the repair parameterization module is designed to repair the overall movement with a global time curve. It is provided in particular that for a robot with a number of x kinematic chains the
  • Global time curve is a curve in x-dimensional space, especially in R x .
  • the global time curve is writable by means of point tuples, with each entry in that point tuple describing a point in time on the
  • Minimal time trajectory corresponds to a kinematic chain.
  • the dot tuple In particular, time points and / or positions on different minimum-time trajectories are assigned to one another.
  • the minimum time trajectories are each described by means of a proper time by the trajectory determination module.
  • the proper time extends from an initial time to an end time, and the
  • Own time determines where the kinematic chain is located on the minimum time trajectory between the start time and the end time.
  • the repair parameterization module includes a test function.
  • the test function has as function arguments the minimum time trajectories.
  • the test function has, based on the function arguments as output, in particular a "collision of the kinematic chains" or a "collision freedom of the
  • test function outputs a value a, where a
  • the check function outputs a value b as a function value in the event of any collision of the kinematic chains, where b is 0, for example.
  • the reparamization module is configured to include a subspace in one
  • the robot has a number x of kinematic chains, the subspace being an x-dimensional subspace.
  • the repair parameterization module is in particular designed to associate a point in the subspace with the collision space if a collision of kinematic chains has been detected and / or the test function outputs the value a.
  • the reparametrization module is in particular designed to assign a point in the subspace to the effective space if no collision of the kinematic chains has been detected and / or the test function outputs the value b.
  • the repair parameterization module is preferably designed as a global time curve to determine a curve in the effective space.
  • the global time curve has no point in the collision space.
  • the total movement begins at a starting point and ends at an end point.
  • the starting point is preferably a point in the working space, wherein a time coordinate can be assigned to the starting point in the subspace.
  • the time coordinate of the starting point in the subspace corresponds in particular to the zero points of the minimum time trajectories of the kinematic chains in the subspace.
  • the end point is preferably a point in the working space, wherein a time coordinate can be assigned to the end point in the subspace.
  • the time coordinate of the end point in the subspace corresponds in particular to the end points of the minimum time trajectories of the kinematic chains in the subspace.
  • the reparametrization module is designed to determine, as the global time curve, a shortest connection between the time coordinate of the starting point and the time coordinate of the end point.
  • control module is designed to
  • Control of the robot to convert the reparametrisiere minimal time trajectory using an inverse kinematics is based entirely on an inverse kinematics.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the total movement comprises an asynchronous working movement of at least two kinematic chains.
  • the asynchronous working movement of at least two kinematic chains.
  • Another object of the invention is a method for driving a robot.
  • the method for controlling the robot with the handling device is designed according to one of the preceding claims.
  • the method provides that a minimum time trajectory is determined for each kinematic chain of the robot.
  • the minimum-time trajectory is in particular for describing a working movement of the kinematic chain educated.
  • the trajectory function based on the minimum-time trajectory is reparametrized such that an overall movement of the kinematic chains is collision-free.
  • Another object of the invention is a computer program with program code means for carrying out the method described above, when the computer program on a computer or the
  • Handling device is executed.
  • Figure 1 shows a handling device as a first embodiment
  • Figure 2 shows an embodiment of a subspace
  • FIG. 3 shows the subspace with collision space and effective space
  • FIG. 4 shows the subspace with global time curve
  • Figure 5 shows the subspace with global time curve and indicated
  • Figure 1 shows a handling device 1 with a robot 2 as an embodiment of the invention.
  • the handling device 1 is a mounting station of a production plant.
  • the robot 2 is designed for processing and / or mounting an object 3, for example a workpiece.
  • the robot 2 the object 3 grab, transport and edit.
  • the robot 2 has a first kinematic chain 4a and a second kinematic chain 4b.
  • the first and second kinematic chains 4a, 4b are each designed as a robot arm.
  • the first kinematic chain 4a has a plurality of joints 5a and the second kinematic chain 4b has a plurality of joints 5b.
  • the joints 5a and 5b are changeable in their angular position, so that by means of the joints 5a and 5b the
  • kinematic chains are each movable in a working space.
  • an end effector 6a, 6b is arranged, wherein the end effectors 6a and 6b are each formed as a gripper for gripping the workpiece 3.
  • the kinematic chains 4a and 4b are movable in the working space.
  • End effector 6a is movable by means of the kinematic chain 4a from a starting point along a movement path si (t) to an end point.
  • the end effector 6b is movable from a starting point along a moving path S2 (t) to an end point by means of the kinematic chain 4b.
  • the handling device 1 comprises a control module for controlling the kinematic chains 4a and 4b to run the path si (t) and S2 (t) with the end effector 6a and 6b.
  • the kinematic chain 4a is actuated based on a trajectory function qi, the kinematic chain 4b being driven based on a trajectory function q2.
  • the trajectory functions qi and q2 are each vector-valued functions, each having as many entries as the kinematic chain 4a, 4b has joints 6a, 6b.
  • the first kinematic chain 4a has three joints, with the associated kinematic chain 4a
  • Trajectory function qi for example, by qi (0i, 0 2 , 0 3 ) is writable, where
  • the adjustment acceleration of the joints comprises, for example, and is writable as ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 0i), (0 2 , 02 02). (03-03-0s)) -
  • the handling device 1 comprises a trajectory determination module for determining in each case a minimum time trajectory qi and q2 for the kinematic chains 4a and 4b.
  • the minimum-time trajectory is in each case the trajectory function for generating a movement of the kinematic chains 4a and 4b which requires the shortest time to execute the movement.
  • To carry out the Minimal time trajectory qi requires the kinematic chain 4a the time Ti.
  • To carry out the minimum time trajectory q2, the kinematic chain 4a needs the time T 2 .
  • the handling device 1 comprises a reparametrization module, the reparametrization module reparametrieisert the minimum time trajectories qi and q 2 by means of a global time curve ⁇ R SO that the total movement of the kinematic chains 4a and 4b is collision-free.
  • the control module is in particular designed to control the kinematic chains 4a and 4b for carrying out the working movements and / or to control them by means of the reparametrized minimum-time trajectories.
  • the control module uses the reparametris convinced minimal time trajectories as trajectory functions.
  • Minimal-time trajectory can reparametrisieren that the total movement is collision-free.
  • FIG. 2 shows a subspace 7, spanned by the proper times ⁇ and ⁇ 2 .
  • the subspace of this figure is an example of the subspace of
  • the proper times ⁇ and ⁇ 2 form, in particular, an orthonormal basis of the subspace 7.
  • the proper time ⁇ of the kinematic chain 4a forms the abscissa, whereby the proper time ⁇ 2 of the kinematic chain 4b forms the ordinate.
  • Below the abscissa the time course of the minimum time trajectory qi ⁇ is shown graphically.
  • To the left of the ordinate the temporal course of the minimum time trajectory q 2 (r 2 ) is shown graphically.
  • the time coordinate T s and ⁇ ⁇ indicated, the time coordinate T s corresponds to the proper times, in which the
  • FIG. 3 shows a representation in which the subspace 7 from FIG. 2 was divided by the reparameterizing module into an effective space 8 and a collision space 9.
  • the repair parameterization module comprises a test function c.
  • the test function c has as arguments the minimum time trajectories qi ⁇ ) and q2 (r 2 ), so that q2 (r 2 )).
  • the test function c is designed to check whether or not the kinematic chains 4a and 4b collide for given minimum-time trajectories qi ⁇ ) and q2 (r 2 ).
  • the test function determines that there is no collision for given minimum-time trajectories qi ⁇ ) and q2 (r 2 ) at a certain point in time ( ⁇ ⁇ ⁇ 2 ).
  • the corresponding point ( ⁇ ⁇ ⁇ 2 ) in the subspace 7 becomes the effective space 8 counted.
  • the test function determines that there is a collision for a given minimum time trajectory qi ⁇ ) and q2 (r 2 ) at a certain point in time ( ⁇ ⁇ ⁇ 2 )
  • the corresponding point ( ⁇ ⁇ ⁇ 2 ) in the subspace 7 is added the collision space 9 counted.
  • the repair parameterization module is designed to perform this check for collision and / or collision freedom for all times (TL, ⁇ 2 ).
  • FIG. 4 shows the subspace 7 of Figure 3 with the of
  • the global time curve ⁇ R connects the time coordinate of the starting point with the time coordinate of the
  • the global time curve ⁇ R represents the shortest connection between these two points, but with the condition that the global time curve ⁇ R runs exclusively in the effective space 8 and does not pass through the collision space 9.
  • FIG. 5 shows how the control module actuates the kinematic chains 4a, 4b based on the global time curve ⁇ R ZU for a collision-free overall task.
  • the kinematic chains 4a and 4a according to the

Abstract

Robots having a plurality of arms are increasingly used in industrial production. The invention relates to a handling device (1), comprising: a robot (2), wherein the robot (2) has a plurality of kinematic chains (4a, 4b), wherein each of the kinematic chains (4a, 4b) can be moved in a working space, at least two of the working spaces have an overlap, each kinematic chain (4a, 4b) is designed to perform a working movement; a control module for controlling the kinematic chains (4a, 4b) in order to perform a total movement, wherein the total movement can be provided by means of the working movements of the kinematic chains (4a, 4b), and the control module is designed to control the kinematic chain on the basis of a trajectory function (q1, q2) for performing the working movement; and a trajectory determination module and a reparameterization module, wherein the trajectory determination module is designed to determine, for each of the working movements of the kinematic chains (4a, 4b), a minimum time trajectory (q1),(t1)q2(t2)) as the trajectory function (q1, q2), and the reparameterization module is designed to reparameterize the trajectory function (q1, q2), which is based on the minimum time trajectory (q1),(t1)q2(t2)), such that the total movement is free of collisions.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Handhabungseinrichtung mit einem Roboter sowie Verfahren und  Handling device with a robot and method and
Computerprogramm computer program
Stand der Technik State of the art
Es wird eine Handhabungseinrichtung mit einem Roboter vorgeschlagen, wobei der Roboter eine Mehrzahl an kinematischen Ketten aufweist, wobei jede der kinematischen Ketten in einem Arbeitsraum bewegbar ist, wobei mindestens zwei der Arbeitsräume einen Überlapp aufweisen, wobei jede der kinematischen Ketten zur Durchführung einer Arbeitsbewegung ausgebildet ist, mit einem Steuermodul zur Ansteuerung der kinematischen Ketten um eine A handling device with a robot is proposed, wherein the robot has a plurality of kinematic chains, wherein each of the kinematic chains is movable in a working space, wherein at least two of the working spaces have an overlap, wherein each of the kinematic chains is designed to carry out a working movement , with a control module for controlling the kinematic chains by one
Gesamtbewegung durchzuführen, wobei die Gesamtbewegung durch die Arbeitsbewegungen der kinematischen Ketten darstellbar ist. Ferner wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Roboters und ein Computerprogramm vorgeschlagen. Perform overall movement, the total movement is represented by the working movements of the kinematic chains. Furthermore, a method for driving a robot and a computer program is proposed.
Die Verwendung von Robotern in der Automatisierung von Prozessen und insbesondere in der industriellen Fertigung ist aus dem Stand der Technik bekannt. The use of robots in the automation of processes and in particular in industrial manufacturing is known from the prior art.
Die Druckschrift DE 10 2013 014 287 AI, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt ein Verfahren zum Verbinden feinmechanischer Bauteile durch Laserschweißen mit folgenden Schritten: Greifen eines ersten Bauteils aus einem ersten Magazinbereich mit einem an einem ersten The document DE 10 2013 014 287 A1, which is probably the closest prior art, describes a method for joining fine mechanical components by laser welding with the following steps: grasping a first component from a first magazine area with one at a first
Roboterarm vorgesehenen ersten Greifer. Greifen eines zweiten Bauteils aus einem zweiten Magazinbereich mit einem an einem zweiten Roboterarm vorgesehenen zweiten Greifer zum Halten des ersten Bauteils mit dem ersten Greifer und halten des zweiten Bauteils mit dem zweiten Greifer relativ zueinander und relativ zu einer Lasereinrichtung in einer ersten Montageposition. Aktivieren der Lasereinrichtung und verbinden des ersten und des zweiten Bauteils miteinander mittels einer ersten Schweißverbindung in der ersten Montageposition zu einem Zusammenbau. Ablegen des Zusammenbaus mittels des ersten Greifers in einem Ablagebereich. Robotic arm provided first gripper. Gripping a second component from a second magazine region with a second gripper provided on a second robot arm for holding the first component with the first Gripper and holding the second component with the second gripper relative to each other and relative to a laser device in a first mounting position. Activation of the laser device and connect the first and the second component to each other by means of a first welded joint in the first mounting position to an assembly. Laying the assembly by means of the first gripper in a storage area.
Offenbarung der Erfindung Es wird eine Handhabungseinrichtung mit einem Roboter mit den Merkmalen desDISCLOSURE OF THE INVENTION A handling device with a robot with the features of the
Anspruchs 1 vorgeschlagen. Ferner wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Roboters, insbesondere eines Roboters einer Handhabungseinrichtung, mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 12 vorgeschlagen. Weitere Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung. Proposed claim 1. Furthermore, a method for driving a robot, in particular a robot of a handling device, with the features of claim 11 and a computer program with the features of claim 12 is proposed. Further advantages and effects will become apparent from the dependent claims of the following description.
Es wird eine Handhabungseinrichtung mit einem Roboter vorgeschlagen. It is proposed a handling device with a robot.
Insbesondere ist die Handhabungseinrichtung eine Einrichtung einer industriellen Automatisierungstechnik. Die Handhabungseinrichtung ist beispielsweise ein Roboterarbeitsplatz, ein Fertigungsplatz und/oder ein Montageplatz. Der Roboter ist vorzugsweise zur Durchführung eines Montageschrittes und/oder eines Fertigungsschrittes ausgebildet. Insbesondere ist der Roboter ein Einarmroboter, ein Zweiarmroboter oder ein Mehrarmroboter. Ferner kann der Roboter ein Knickarmroboter sein. Im Speziellen ist der Roboter als ein Mehrachsroboter ausgebildet. Insbesondere kann die Handhabungseinrichtung eine Mehrzahl anIn particular, the handling device is a device of an industrial automation technology. The handling device is, for example, a robot workstation, a production station and / or a mounting station. The robot is preferably designed to carry out an assembly step and / or a production step. In particular, the robot is a single-arm robot, a two-arm robot or a multi-arm robot. Furthermore, the robot may be an articulated robot. In particular, the robot is designed as a multi-axis robot. In particular, the handling device can be a plurality of
Robotern aufweisen. Have robots.
Der Roboter weist eine Mehrzahl an kinematischen Ketten auf. Insbesondere weist der Roboter exakt zwei oder mehr als zwei kinematische Ketten auf. Im Speziellen kann der Roboter mehr als fünf und/oder mehr als zehn kinematischeThe robot has a plurality of kinematic chains. In particular, the robot has exactly two or more than two kinematic chains. In particular, the robot may have more than five and / or more than ten kinematic ones
Ketten aufweisen. Vorzugsweise weist der Roboter am Ende der kinematischen Kette einen Endeffektor auf. Jede der kinematischen Ketten ist in einem Have chains. Preferably, the robot has an end effector at the end of the kinematic chain. Each of the kinematic chains is in one
Arbeitsraum bewegbar. Insbesondere ist der Endeffektor im Arbeitsraum bewegbar. Der Arbeitsraum ist insbesondere ein dreidimensionaler Raum. Working space movable. In particular, the end effector is movable in the working space. The working space is in particular a three-dimensional space.
Vorzugsweise ist jeder Punkt des Arbeitsraums durch die kinematische Kette und/oder durch den Endeffektor erreichbar. Mindestens zwei der Arbeitsräume weisen einen Überlapp auf. Der Überlapp kann einen und/oder beide Preferably, each point of the working space is through the kinematic chain and / or reachable by the end effector. At least two of the workspaces have an overlap. The overlap can be one and / or both
Arbeitsräume vollständig umfassen. Completely enclosing work spaces.
Die kinematischen Ketten sind zur Durchführung einer Arbeitsbewegung ausgebildet. Die Arbeitsbewegung dient beispielsweise der Durchführung des Produktions- und/oder Montageschrittes. Die Arbeitsbewegung kann The kinematic chains are designed to carry out a working movement. The working movement serves, for example, to carry out the production and / or assembly step. The working movement can
beispielsweise ein Anfahren eines Punktes und/oder einer Koordinate mit dem Endeffektor sein. For example, be a start of a point and / or a coordinate with the end effector.
Die Handhabungseinrichtung und/oder der Roboter weist ein Steuermodul zur Ansteuerung der kinematischen Ketten auf. Insbesondere ist das Steuermodul ausgebildet kinematischen Ketten unabhängig anzusteuern. Das Ansteuern der kinematischen Kette ist insbesondere zur Durchführung einer Arbeitsbewegung. Eine Gesamtbewegung ist durch die Arbeitsbewegungen der kinematischen Ketten darstellbar. Insbesondere ist die Gesamtbewegung das Resultat einer Hintereinanderausführung und/oder Kombination der Arbeitsbewegungen der kinematischen Ketten. Die Gesamtbewegung kann eine synchrone Bewegung der kinematischen Ketten sein, beispielsweise ein zweiarmiges Heben oder ein vorrichtungsfreies Montieren. Alternativ ist die Gesamtbewegung eine asynchrone Bewegung der kinematischen Ketten, beispielsweise ein Greifen von unterschiedlichen Werkstücken mit verschiedenen kinematischen Ketten nacheinander. Das Steuermodul ist ausgebildet, die kinematische Kette basierend auf einerThe handling device and / or the robot has a control module for controlling the kinematic chains. In particular, the control module is designed to control kinematic chains independently. The activation of the kinematic chain is in particular for carrying out a working movement. An overall movement can be represented by the working movements of the kinematic chains. In particular, the total movement is the result of a series execution and / or combination of the working movements of the kinematic chains. The total movement may be a synchronous movement of the kinematic chains, for example a two-armed lifting or a device-free mounting. Alternatively, the overall motion is an asynchronous motion of the kinematic chains, such as gripping different workpieces with different kinematic chains one after another. The control module is formed, the kinematic chain based on a
Trajektorienfunktion zur Durchführung der Arbeitsbewegung anzusteuern. Die Trajekto rienfunktion ist insbesondere eine vektorwertige Funktion. Beispielsweise umfasst eine kinematische Kette eine Anzahl n an bewegbaren Gelenken, wobei die zugehörige Trajektorienfunktion ein Vektor mit n Einträgen ist, wobei jeder Eintrag eine Winkelstellung des zugehörigen Gelenks angibt. Ferner kann dieTo control the trajectory function for carrying out the work movement. The Trajekto rienfunktion is in particular a vector-valued function. For example, a kinematic chain comprises a number n of movable joints, the associated trajectory function being a vector with n entries, each entry indicating an angular position of the associated joint. Furthermore, the
Trajektorienfunktion neben Winkelstellungen auch Verstellgeschwindigkeiten und Verstellbeschleunigungen eines Gelenkes umfassen. Das Steuermodul ist vorzugsweise ausgebildet in einer diskretisierten Form als Sollwertgeber für die kinematische Kette und/oder Gelenke zu dienen. Die Handhabungseinrichtung umfasst ein Trajektorienbestimmungsmodul und ein Reparametrisierungsmodul. Insbesondere können das Trajektorienfunktion in addition to angular positions also include Verstellgeschwindigkeiten and Verstellbeschleunigungen a joint. The control module is preferably designed to serve in a discretized form as setpoint generator for the kinematic chain and / or joints. The handling device comprises a trajectory determination module and a reparamization module. In particular, that can
Trajektorienbestimmungsmodul und das Reparametrisierungsmodul Teil des Steuermoduls sein. Das Steuermodul, das Trajektorienbestimmungsmodul und/oder das Reparametrisierungsmodul sind beispielsweise eine Trajektorienbestimmungsmodul and the reparametrization module be part of the control module. The control module, the trajectory determination module and / or the reparamization module are for example one
Rechnereinheit, ein Prozessor oder ein Mikrochip.  Computer unit, a processor or a microchip.
Das Trajektorienbestimmungsmodul ist ausgebildet, für jede der The trajectory determination module is configured for each of
Arbeitsbewegungen des Roboters und/oder jede Arbeitsbewegung der kinematischen Ketten jeweils eine Minimalzeittrajektorie als Trajektorienfunktion zu bestimmen. Insbesondere ist das Trajektorienbestimmungsmodul ausgebildet, für jede der kinematischen Ketten des Roboters unabhängig von den anderen kinematischen Ketten des Roboters eine Minimalzeittrajektorie zu bestimmen. Working movements of the robot and / or each working movement of the kinematic chains in each case to determine a minimum time trajectory as a trajectory function. In particular, the trajectory determination module is designed to determine a minimum time trajectory for each of the kinematic chains of the robot independently of the other kinematic chains of the robot.
Das Reparametrisierungsmodul ist ausgebildet, die auf den The repair parameterization module is implemented on the
Minimalzeittrajektorien basierenden Trajektorienfunktionen zu reparametrisieren. Insbesondere ist die reparametrisierte Trajektorienfunktion ausgebildet, dass kinematischen Ketten die Arbeitsbewegungen so durchführen, dass die To reparametrize minimal-time trajectory-based trajectory functions. In particular, the reparametrisierte trajectory function is designed so that kinematic chains perform the working movements so that the
Gesamtbewegung kollisionsfrei ist. Vorzugsweise ist das Steuermodul ausgebildet, die kinematischen Ketten basierend auf den reparametrisierten Trajektorienfunktionen anzusteuern. Total movement is collision-free. Preferably, the control module is designed to control the kinematic chains based on the reparametrisierten trajectory functions.
Die Erfindung basiert auf der Überlegung, eine automatisierte The invention is based on the consideration of an automated
Handhabungseinrichtung mit einem Roboter bereitzustellen, welcher kollisionsfrei seine Aufgaben durchführen kann. Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind beispielsweise, dass der Einsatz von symbolischer Planung auf einer höheren Abstraktionsebene möglich ist. Ferner kann eine fehleranfällige und zeitaufwendige manuelle Koordination der kinematischen Ketten entfallen. Durch die Anwendung des Steuermoduls sind die geplanten Bewegungen und/oder Prozesse des Roboters garantiert kollisionsfrei. Insbesondere ist ein Vorteil, dass inhärent asynchrone Bewegungen vorab nicht künstlich synchronisiert werden müssen. To provide handling device with a robot that can perform its tasks collision-free. Advantages over the prior art, for example, that the use of symbolic planning at a higher level of abstraction is possible. Furthermore, an error-prone and time-consuming manual coordination of the kinematic chains can be omitted. By using the control module, the planned movements and / or processes of the robot are guaranteed to be collision-free. In particular, an advantage is that inherently asynchronous motions do not have to be artificially synchronized in advance.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine kinematische Kette, eine Mehrzahl an kinematischen Ketten und/oder alle kinematischen Ketten jeweils als ein Roboterarm und/oder Manipulator ausgebildet sind. Die Roboterarme sind zur Durchführung einer mechanischen Arbeit ausgebildet. Beispielsweise kann mittels des Roboterarms eine In one possible embodiment of the invention, it is provided that a kinematic chain, a plurality of kinematic chains and / or all kinematic chains are each designed as a robot arm and / or manipulator. The robot arms are designed to perform a mechanical work. For example, by means of the robot arm a
manipulierende Aufgabe, zum Beispiel Schweißen, Zerteilen oder ein anderes Fertigungsverfahren durchgeführt werden. Im Speziellen ist der Roboterarm zur Durchführung einer Positionieraufgabe und/oder einer Messaufgabe ausgebildet. Beispielsweise umfasst der Roboterarm als Endeffektor einen Greifer. manipulating task, for example, welding, cutting or another manufacturing process can be performed. In particular, the robot arm is designed to carry out a positioning task and / or a measuring task. For example, the robot arm includes a gripper as end effector.
Vorzugsweise umfasst der Roboterarm eine Mehrzahl an Drehachsen und/oder an Schubachsen zur Durchführung der Arbeitsbewegung. Preferably, the robot arm comprises a plurality of axes of rotation and / or shear axes for performing the working movement.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Minimalzeittrajektorie die It is particularly preferred that the minimum time trajectory the
Trajektorienfunktion ist, welche zur Ausführung der Arbeitsbewegung eine geringste Zeit benötigt. Im speziellen ist die Minimalzeitrajektorie die Trajectory function is that which takes a minimum time to perform the work movement. In particular, the minimal time trajectory is the
Trajektorienfunktion, die für einen gegebenen Pfad unter Berücksichtigung von kinodynamischen Beschränkungen des Roboters und/oder der kinematischen Kette so mit einer Funktion reparametrisiert ist, dass sich insgesamt eine geringste Ausführungsdauer für die Arbeitsbewegung ergibt. Trajectory function that is reparametrisiert with a function for a given path, taking into account kinodynamic constraints of the robot and / or the kinematic chain so that overall results in a minimum execution time for the working movement.
Optional ist es vorgesehen, dass das Trajektorienbestimmungsmodul ausgebildet ist, die Minimalzeittrajektorie basierend auf einer endlichen Optionally, it is provided that the trajectory determination module is designed, the minimum time trajectory based on a finite
Maximalbeschleunigung und/oder einer endlichen Maximalgeschwindigkeit der kinematischen Kette und/oder eines der Gelenke zu bestimmen. Insbesondere werden als kinodynamische Beschränkung eine endliche Verstellgeschwindigkeit und/oder endliche Verstellbeschleunigung der kinematischen Kette und/oder eines Gelenkes verstanden. Maximum acceleration and / or a finite maximum speed of the kinematic chain and / or one of the joints to determine. In particular, a finite adjustment speed and / or finite adjustment acceleration of the kinematic chain and / or a joint is understood as a kinodynamic restriction.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Reparametrisierungsmodul ausgebildet ist, die Gesamtbewegung mit einer Globalzeitkurve zu reparametrisieren. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass für einen Roboter mit einer Anzahl an x kinematischen Ketten die In one possible embodiment of the invention, it is provided that the repair parameterization module is designed to repair the overall movement with a global time curve. It is provided in particular that for a robot with a number of x kinematic chains the
Globalzeitkurve eine Kurve im x-dimensionalen Raum ist, im speziellen im Rx. Die Globalzeitkurve ist im Speziellen mittels von Punktetupeln beschreibbar, wobei jeder Eintrag in diesem Punktetupel einem Zeitpunkt auf der Global time curve is a curve in x-dimensional space, especially in R x . Specifically, the global time curve is writable by means of point tuples, with each entry in that point tuple describing a point in time on the
Minimalzeittrajektorie einer kinematischen Kette entspricht. Das Punktetupel ordnet dabei insbesondere Zeitpunkte und/oder Positionen auf unterschiedlichen Minimalzeittrajektorien einander zu. Minimal time trajectory corresponds to a kinematic chain. The dot tuple In particular, time points and / or positions on different minimum-time trajectories are assigned to one another.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass durch das Trajektorienbestimmungsmodul die Minimalzeittrajektorien jeweils mittels einer Eigenzeit beschrieben sind. Insbesondere erstreckt sich die Eigenzeit von einem Anfangszeitpunkt zu einem Endzeitpunkt, wobei die In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the minimum time trajectories are each described by means of a proper time by the trajectory determination module. In particular, the proper time extends from an initial time to an end time, and the
Eigenzeit bestimmt, wo auf der Minimalzeittrajektorie zwischen Anfangszeitpunkt und Endzeitpunkt sich die kinematische Kette befindet. Own time determines where the kinematic chain is located on the minimum time trajectory between the start time and the end time.
Das Reparametrisierungsmodul umfasst eine Prüffunktion. Die Prüffunktion weist als Funktionsargumente die Minimalzeittrajektorien auf. Die Prüffunktion weist basierend auf den Funktionsargumenten als Ausgabe insbesondere eine „Kollision der kinematischen Ketten" oder eine„Kollisionsfreiheit der The repair parameterization module includes a test function. The test function has as function arguments the minimum time trajectories. The test function has, based on the function arguments as output, in particular a "collision of the kinematic chains" or a "collision freedom of the
kinematischen Ketten" zu. Beispielsweise gibt die Prüffunktion bei Kollision der kinematischen Ketten als Funktionswert einen Wert a aus, wobei a For example, if the kinematic chains collide as a function value, the test function outputs a value a, where a
beispielsweise 1 ist, wobei die Prüfunktion bei keiner Kollision der kinematischen Ketten als Funktionswert einen Wert b ausgibt, wobei b beispielsweise 0 ist. Das Reparametrisierungsmodul ist ausgebildet, einen Unterraum in einen 1, for example, the check function outputs a value b as a function value in the event of any collision of the kinematic chains, where b is 0, for example. The reparamization module is configured to include a subspace in one
Kollisionsraum und einen Effektivraum aufzuteilen. Der Unterraum ist Split up collision space and an effective space. The subspace is
aufgespannt durch die Eigenzeit der kinematischen Ketten. Beispielsweise weist der Roboter eine Anzahl x an kinematischen Ketten auf, wobei der Unterraum ein x-dimensionaler Unterraum ist. Dabei ist das Reparametrisierungsmodul insbesondere ausgebildet, einen Punkt im Unterraum dem Kollisionsraum zuzuordnen, wenn eine Kollision kinematischer Ketten detektiert wurde und/oder die Prüffunktion den Wert a ausgibt. spanned by the proper time of the kinematic chains. For example, the robot has a number x of kinematic chains, the subspace being an x-dimensional subspace. In this case, the repair parameterization module is in particular designed to associate a point in the subspace with the collision space if a collision of kinematic chains has been detected and / or the test function outputs the value a.
Ferner ist das Reparametrisierungsmodul insbesondere ausgebildet, einen Punkt im Unterraum dem Effektivraum zuzuordnen, wenn keine Kollision der kinematischen Ketten detektiert wurde und/oder die Prüffunktion den Wert b ausgibt. Das Reparametrisierungsmodul ist vorzugsweise ausgebildet als Globalzeitkurve eine Kurve im Effektivraum zu bestimmen. Im Speziellen weist die Globalzeitkurve keinen Punkt ilm Kollisionsraum auf. Optional ist es vorgesehen, dass die Gesamtbewegung an einem Startpunkt beginnt und an einem Endpunkt endet. Der Startpunkt ist vorzugsweise ein Punkt im Arbeitsraum, wobei dem Startpunkt im Unterraum eine Zeitkoordinate zuordenbar ist. Die Zeitkoordinate des Startpunktes im Unterraum entspricht insbesondere den Nullpunkten der Minimalzeittrajektorien der kinematischen Ketten im Unterraum. Der Endpunkt ist vorzugsweise ein Punkt im Arbeitsraum, wobei dem Endpunkt im Unterraum eine Zeitkoordinate zuordenbar ist. Die Zeitkoordinate des Endpunktes im Unterraum entspricht insbesondere den Endpunkten der Minimalzeittrajektorien der kinematischen Ketten im Unterraum. Das Reparametrisierungsmodul ist ausgebildet, als Globalzeitkurve eine kürzeste Verbindung zwischen der Zeitkoordinate des Startpunktes und der Zeitkoordinate des Endpunktes zu bestimmen. Furthermore, the reparametrization module is in particular designed to assign a point in the subspace to the effective space if no collision of the kinematic chains has been detected and / or the test function outputs the value b. The repair parameterization module is preferably designed as a global time curve to determine a curve in the effective space. In particular, the global time curve has no point in the collision space. Optionally, it is provided that the total movement begins at a starting point and ends at an end point. The starting point is preferably a point in the working space, wherein a time coordinate can be assigned to the starting point in the subspace. The time coordinate of the starting point in the subspace corresponds in particular to the zero points of the minimum time trajectories of the kinematic chains in the subspace. The end point is preferably a point in the working space, wherein a time coordinate can be assigned to the end point in the subspace. The time coordinate of the end point in the subspace corresponds in particular to the end points of the minimum time trajectories of the kinematic chains in the subspace. The reparametrization module is designed to determine, as the global time curve, a shortest connection between the time coordinate of the starting point and the time coordinate of the end point.
Alternativ und/oder ergänzend ist es vorgesehen, dass durch das Alternatively and / or additionally, it is provided that by
Reparametrisierungsmodul als Globalzeitkurve eine schnellste Verbindung zwischen der Zeitkoordinate des Startpunktes und der Zeitkoordinate des Endpunktes bestimmt wird. Reparametrisierungsmodul as global time curve a fastest connection between the time coordinate of the starting point and the time coordinate of the end point is determined.
Besonders bevorzugt ist es, dass das Steuermodul ausgebildet ist, zur It is particularly preferred that the control module is designed to
Ansteuerung des Roboters die reparametrisierte Minimalzeittrajektorie mittels einer inversen Kinematik umzurechnen. Insbesondere basiert der Roboter oder die Steuerung des Roboters gänzlich auf einer inversen Kinematik. Control of the robot to convert the reparametrisierte minimal time trajectory using an inverse kinematics. In particular, the robot or the controller of the robot is based entirely on an inverse kinematics.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Gesamtbewegung eine asynchrone Arbeitsbewegung von mindestens zwei kinematischen Ketten umfasst. Beispielsweise ist die asynchrone A particularly preferred embodiment of the invention provides that the total movement comprises an asynchronous working movement of at least two kinematic chains. For example, the asynchronous
Arbeitsbewegung das sequenzielle Greifen eines Werkstückes mit zwei unterschiedlichen Roboterarmen und/oder kinematischen Ketten. Work movement the sequential gripping a workpiece with two different robot arms and / or kinematic chains.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Ansteuerung eines Roboters. Insbesondere ist das Verfahren zur Ansteuerung des Roboters mit der Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet. Das Verfahren sieht vor, dass für jede kinematische Kette des Roboters eine Minimalzeittrajektorie bestimmt wird. Die Minimalzeittrajektorie ist insbesondere zur Beschreibung einer Arbeitsbewegung der kinematischen Kette ausgebildet. Gemäß dem Verfahren, wird die auf der Minimalzeittrajektorie basierende Trajektorienfunktion so reparametrisiert, dass eine Gesamtbewegung der kinematischen Ketten kollisionsfrei ist. Another object of the invention is a method for driving a robot. In particular, the method for controlling the robot with the handling device is designed according to one of the preceding claims. The method provides that a minimum time trajectory is determined for each kinematic chain of the robot. The minimum-time trajectory is in particular for describing a working movement of the kinematic chain educated. According to the method, the trajectory function based on the minimum-time trajectory is reparametrized such that an overall movement of the kinematic chains is collision-free.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner oder der Another object of the invention is a computer program with program code means for carrying out the method described above, when the computer program on a computer or the
Handhabungseinrichtung ausgeführt wird. Handling device is executed.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen: Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and the accompanying figures. Showing:
Figur 1 eine Handhabungseinrichtung als ein erstes Ausführungsbeispiel; Figure 1 shows a handling device as a first embodiment;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Unterraums; Figure 2 shows an embodiment of a subspace;
Figur 3 den Unterraum mit Kollisionsraum und Effektivraum; FIG. 3 shows the subspace with collision space and effective space;
Figur 4 den Unterraum mit Globalzeitkurve; FIG. 4 shows the subspace with global time curve;
Figur 5 den Unterraum mit Globalzeitkurve und angedeuteten Figure 5 shows the subspace with global time curve and indicated
Trajektorienfunktionen. Trajektorienfunktionen.
Figur 1 zeigt eine Handhabungseinrichtung 1 mit einem Roboter 2 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Handhabungseinrichtung 1 ist ein Montageplatz einer Produktionsanlage. Der Roboter 2 ist zur Bearbeitung und/oder Montage eines Objektes 3, beispielsweise eines Werkstückes, ausgebildet. Dabei kann der Roboter 2 das Objekt 3 greifen, transportieren und bearbeiten. Figure 1 shows a handling device 1 with a robot 2 as an embodiment of the invention. The handling device 1 is a mounting station of a production plant. The robot 2 is designed for processing and / or mounting an object 3, for example a workpiece. In this case, the robot 2, the object 3 grab, transport and edit.
Der Roboter 2 weist eine erste kinematische Kette 4a und eine zweite kinematische Kette 4b auf. Die erste und die zweite kinematische Kette 4a, 4b sind jeweils als ein Roboterarm ausgebildet. Die erste kinematische Kette 4a weist eine Mehrzahl an Gelenken 5a auf und die zweite kinematische Kette 4b weist eine Mehrzahl an Gelenken 5b auf. Die Gelenke 5a und 5b sind in ihrer Winkelstellung änderbar, sodass mittels der Gelenke 5a und 5b die The robot 2 has a first kinematic chain 4a and a second kinematic chain 4b. The first and second kinematic chains 4a, 4b are each designed as a robot arm. The first kinematic chain 4a has a plurality of joints 5a and the second kinematic chain 4b has a plurality of joints 5b. The joints 5a and 5b are changeable in their angular position, so that by means of the joints 5a and 5b the
kinematischen Ketten jeweils in einem Arbeitsraum bewegbar sind. Insbesondere sind die Gelenke 5a und 5b mit einer Verstellgeschwindigkeit und einer kinematic chains are each movable in a working space. In particular, the joints 5a and 5b with an adjustment speed and a
Verstellbeschleunigung zum Bewegen ansteuerbar, wobei die Gelenke 5a undVerstellbeschleunigung controlled to move, the joints 5a and
5b eine Maximalgeschwindigkeit und eine Maximalbeschleunigung aufweisen. Am freien Ende der kinematischen Ketten 4a und 4b ist jeweils ein Endeffektor 6a, 6b angeordnet, wobei die Endeffektoren 6a und 6b jeweils als ein Greifer zum Greifen des Werkstücks 3 ausgebildet sind. 5b have a maximum speed and a maximum acceleration. At the free end of the kinematic chains 4a and 4b, respectively, an end effector 6a, 6b is arranged, wherein the end effectors 6a and 6b are each formed as a gripper for gripping the workpiece 3.
Die kinematischen Ketten 4a und 4b sind im Arbeitsraum bewegbar. Der The kinematic chains 4a and 4b are movable in the working space. The
Endeffektor 6a ist mittels der kinematischen Kette 4a von einem Startpunkt entlang eines Bewegungspfades si(t) zu einem Endpunkt bewegbar. Der Endeffektor 6b ist mittels der kinematischen Kette 4b von einem Startpunkt entlang eines Bewegungspfades S2(t) zu einem Endpunkt bewegbar. End effector 6a is movable by means of the kinematic chain 4a from a starting point along a movement path si (t) to an end point. The end effector 6b is movable from a starting point along a moving path S2 (t) to an end point by means of the kinematic chain 4b.
Die Handhabungseinrichtung 1 umfasst ein Steuermodul zur Ansteuerung der kinematischen Ketten 4a und 4b um den Pfad si(t) und S2(t) mit dem Endeffektor 6a und 6b abzufahren. Dabei wird die kinematische Kette 4a basierend auf einer Trajektorienfunktion qi angesteuert, wobei die kinematische Kette 4b basierend auf einer Trajektorienfunktion q2 angesteuert wird. Die Trajektorienfunktionen qi und q2 sind jeweils vektorwertige Funktionen, die jeweils so viele Einträge haben, wie die kinematische Kette 4a, 4b Gelenke 6a, 6b aufweist. Beispielweise weist die erste kinematische Kette 4a drei Gelenke auf, wobei die zugehörige The handling device 1 comprises a control module for controlling the kinematic chains 4a and 4b to run the path si (t) and S2 (t) with the end effector 6a and 6b. In this case, the kinematic chain 4a is actuated based on a trajectory function qi, the kinematic chain 4b being driven based on a trajectory function q2. The trajectory functions qi and q2 are each vector-valued functions, each having as many entries as the kinematic chain 4a, 4b has joints 6a, 6b. For example, the first kinematic chain 4a has three joints, with the associated kinematic chain 4a
Trajektorienfunktion qi beispielsweise durch qi(0i, 02, 03) beschreibbar ist, wobeiTrajectory function qi, for example, by qi (0i, 0 2 , 0 3 ) is writable, where
0i.02.03 jeweils eine Winkelstellung eines Gelenkes ist. Ferner ist es möglich, dass die Trajektorienfunktion die Verstellgeschwindigkeit und die 0i.0 2 .0 3 each is an angular position of a joint. Furthermore, it is possible that the trajectory function the Verstellgeschwindigkeit and the
Verstellbeschleunigung der Gelenke umfasst und beispielsweis beschreibbar ist alS ^{{φ^ φ^ 0i), (02, 02. 02). (03- 03- 0s))- The adjustment acceleration of the joints comprises, for example, and is writable as {{{φ ^ φ ^ 0i), (0 2 , 02 02). (03-03-0s)) -
Die Handhabungseinrichtung 1 umfasst ein Trajektorienbestimmungsmodul zum Bestimmen jeweils einer Minimalzeittrajektorie qi und q2 für die kinematische Ketten 4a und 4b. Die Minimalzeittrajektorie ist jeweils die Trajektorienfunktion zur Generierung einer Bewegung der kinematischen Ketten 4a und 4b, die zur Ausführung der Bewegung die kürzeste Zeit benötigt. Zur Durchführung der Minimalzeittrajektorie qi benötigt die kinematische Kette 4a die Zeit Ti. Zur Durchführung der Minimalzeittrajektorie q2 benötigt die kinematische Kette 4a die Zeit T2. Der Parameter der die Minimalzeittrajektorien parametrisiert ist jeweils eine Eigenzeit τ1, τ2, wobei die Minimalzeittrajektorie qi sich dann beispielsweise zu oiiicpi f i), φ21), φ31))= ί(τ1) ergibt und die Minimalzeittrajektorie q2(r2) ist. The handling device 1 comprises a trajectory determination module for determining in each case a minimum time trajectory qi and q2 for the kinematic chains 4a and 4b. The minimum-time trajectory is in each case the trajectory function for generating a movement of the kinematic chains 4a and 4b which requires the shortest time to execute the movement. To carry out the Minimal time trajectory qi requires the kinematic chain 4a the time Ti. To carry out the minimum time trajectory q2, the kinematic chain 4a needs the time T 2 . The parameter that parameterizes the minimum time trajectories is a respective proper time τ 1 , τ 2 , where the minimum time trajectory qi then results, for example, in oiiicpi fi), φ 21 ), φ 31 )) = ί (τ 1 ), and the minimum time trajectory is q 2 (r 2 ).
Die Handhabungseinrichtung 1 umfasst ein Reparametrisierungsmodul, wobei das Reparametrisierungsmodul die Minimalzeittrajektorien qi und q2 mittels einer Globalzeitkurve†R SO reparametrieisert, dass die Gesamtbewegung der kinematischen Ketten 4a und 4b kollisionsfrei ist. Das Steuermodul ist insbesondere ausgebildet, die kinematischen Ketten 4a und 4b zur Durchführung der Arbeitsbewegungen basierend und/oder mittels der reparametrisierten Minimalzeittrajektorien anzusteuern. Dabei verwendet das Steuermodul die reparametrisierten Minimalzeittrajektorien als Trajektorienfunktionen. In den folgenden Figuren ist dargestellt, wie das Reparametrisierungsmodul die The handling device 1 comprises a reparametrization module, the reparametrization module reparametrieisert the minimum time trajectories qi and q 2 by means of a global time curve † R SO that the total movement of the kinematic chains 4a and 4b is collision-free. The control module is in particular designed to control the kinematic chains 4a and 4b for carrying out the working movements and / or to control them by means of the reparametrized minimum-time trajectories. The control module uses the reparametrisierten minimal time trajectories as trajectory functions. The following figures show how the repair parameterization module
Minimalzeittrajektorie reparametrisieren kann, dass die Gesamtbewegung kollisionsfrei ist.  Minimal-time trajectory can reparametrisieren that the total movement is collision-free.
Figur 2 zeigt einen Unterraum 7, aufgespannt durch die Eigenzeiten τ und τ2. Der Unterraum dieser Figur ist ein Beispiel für den Unterraum der FIG. 2 shows a subspace 7, spanned by the proper times τ and τ 2 . The subspace of this figure is an example of the subspace of
Handhabungseinrichtung 1 aus Figur 1. Die Eigenzeiten τ und τ2 bilden insbesondere eine Orthonormalbasis des Unterraums 7. Die Eigenzeit τ der kinematischen Kette 4a bildet die Abszisse, wobei die Eigenzeit τ2 der kinematischen Kette 4b die Ordinate bildet. Unterhalb der Abszisse ist der zeitliche Verlauf der Minimalzeittrajektorie qi^) grafisch dargestellt. Links neben der Ordinate ist der zeitliche Verlauf der Minimalzeittrajektorie q2(r2) grafisch dargestellt. Ebenso ist im Unterraum die Zeitkoordinate Ts und τΕ angegeben, wobei die Zeitkoordinate Ts den Eigenzeiten entspricht, bei der die Handling device 1 from FIG. 1. The proper times τ and τ 2 form, in particular, an orthonormal basis of the subspace 7. The proper time τ of the kinematic chain 4a forms the abscissa, whereby the proper time τ 2 of the kinematic chain 4b forms the ordinate. Below the abscissa, the time course of the minimum time trajectory qi ^ is shown graphically. To the left of the ordinate the temporal course of the minimum time trajectory q 2 (r 2 ) is shown graphically. Likewise, in the subspace the time coordinate T s and τ Ε indicated, the time coordinate T s corresponds to the proper times, in which the
Gesamtbewegung beginnt und die Zeitkoordinate τΕ der Eigenzeiten entspricht, bei der die Gesamtbewegung endet. Total motion begins and the time coordinate τ Ε corresponds to the Eigenzeiten, at which the total movement ends.
Figur 3 zeigt eine Darstellung, bei der der Unterraum 7 aus Figur 2 durch das Reparametrisierungsmodul in einen Effektivraum 8 und einen Kollisionsraum 9 aufgeteilt wurde. Dazu umfasst das Reparametrisierungsmodul eine Prüffunktion c. Die Prüffunktion c weist als Argumente die Minimalzeittrajektorien qi^) und q2(r2) auf, sodass
Figure imgf000013_0001
q2(r2)). Die Prüffunktion c ist ausgebildet zu prüfen, ob die kinematischen Ketten 4a und 4b für gegebene Minimalzeittrajektorien qi^) und q2(r2) eine Kollision aufweisen oder nicht. Für den Fall, dass die Prüffunktion feststellt, dass für gegebene Minimalzeittrajektorien qi^) und q2(r2) bei einem bestimmten Zeitpunkt (τ^ τ2) keine Kollision vorliegt, wird der zugehörige Punkt (τ^ τ2) im Unterraum 7 zu dem Effektivraum 8 gezählt. Für den Fall, dass die Prüffunktion feststellt, dass für gegebene Minimalzeittrajektorie qi^) und q2(r2) bei einem bestimmten Zeitpunkt (τ^ τ2) eine Kollision vorliegt, wird der zugehörige Punkt (τ^ τ2) im Unterraum 7 zu dem Kollisionsraum 9 gezählt. Das Reparametrisierungsmodul ist dabei ausgebildet für alle Zeitpunkte (T-L, τ2) diese Prüfung auf Kollision und/oder Kollisionsfreiheit durchzuführen.
FIG. 3 shows a representation in which the subspace 7 from FIG. 2 was divided by the reparameterizing module into an effective space 8 and a collision space 9. For this purpose, the repair parameterization module comprises a test function c. The test function c has as arguments the minimum time trajectories qi ^) and q2 (r 2 ), so that
Figure imgf000013_0001
q2 (r 2 )). The test function c is designed to check whether or not the kinematic chains 4a and 4b collide for given minimum-time trajectories qi ^) and q2 (r 2 ). In the event that the test function determines that there is no collision for given minimum-time trajectories qi ^) and q2 (r 2 ) at a certain point in time (τ ^ τ 2 ), the corresponding point (τ ^ τ 2 ) in the subspace 7 becomes the effective space 8 counted. In the event that the test function determines that there is a collision for a given minimum time trajectory qi ^) and q2 (r 2 ) at a certain point in time (τ ^ τ 2 ), the corresponding point (τ ^ τ 2 ) in the subspace 7 is added the collision space 9 counted. The repair parameterization module is designed to perform this check for collision and / or collision freedom for all times (TL, τ 2 ).
Figur 4 zeigt den Unterraum 7 aus Figur 3 mit der vom Figure 4 shows the subspace 7 of Figure 3 with the of
Reparametrisierungsmodul bestimmten Globalzeitkurve†R. Die Globalzeitkurve†R verbindet die Zeitkoordinate des Startpunktes mit der Zeitkoordinate des  Repair Parameter Module Specific Global Time Curve † R. The global time curve † R connects the time coordinate of the starting point with the time coordinate of the
Endpunktes. Die Globalzeitkurve†R stellt dabei die kürzeste Verbindung zwischen diesen beiden Punkten dar, jedoch mit der Bedingung, dass die Globalzeitkurve †R ausschließlich im Effektivraum 8 verläuft und nicht durch den Kollisionsraum 9 verläuft. Die Globalzeitkurve†R ist als parametrisierte Kurve darstellbar in der Form tR= (TLJB, τ2,Λ). End point. The global time curve † R represents the shortest connection between these two points, but with the condition that the global time curve † R runs exclusively in the effective space 8 and does not pass through the collision space 9. The global time curve † R can be represented as a parameterized curve in the form t R = (T LJ B, τ 2, Λ ).
Figur 5 zeigt wie das Steuermodul die kinematischen Ketten 4a, 4b basierend auf der Globalzeitkurve†R ZU einer kollisionsfreien Gesamtaufgabe ansteuert. Dabei werden die kinematischen Ketten 4a und 4a entsprechend der FIG. 5 shows how the control module actuates the kinematic chains 4a, 4b based on the global time curve † R ZU for a collision-free overall task. In this case, the kinematic chains 4a and 4a according to the
Minimalzeittrajektorien
Figure imgf000013_0002
τ2 nur in Kombinationen angesteuert werden, für die {τ1 τ2) =†R = (T1R, T2IR) gilt.
Minimalzeittrajektorien
Figure imgf000013_0002
τ 2 can only be controlled in combinations for which {τ 1 τ 2 ) = † R = (T 1R , T 2IR ).

Claims

Ansprüche claims
1. Handhabungseinrichtung (1) mit einem Roboter (2), wobei der Roboter (2) eine Mehrzahl an kinematischen Ketten (4a, 4b) aufweist, wobei jede der kinematischen Ketten (4a, 4b) in einem Arbeitsraum bewegbar ist, wobei mindestens zwei der Arbeitsräume einen Überlapp aufweisen, wobei jede kinematische Kette (4a, 4b) zur Durchführung einer Arbeitsbewegung ausgebildet ist, mit einem Steuermodul zur Ansteuerung der kinematischen Ketten (4a, 4b) um eine Gesamtbewegung durchzuführen, wobei die Gesamtbewegung durch die Arbeitsbewegungen der kinematischen Ketten (4a, 4b) darstellbar ist, wobei das Steuermodul ausgebildet ist, die kinematischen Ketten basierend auf einer Trajektorienfunktion (qi, q2) zur Durchführung der Arbeitsbewegung anzusteuern, gekennzeichnet durch ein Trajektorienbestimmungsmodul und ein 1. Handling device (1) with a robot (2), wherein the robot (2) comprises a plurality of kinematic chains (4a, 4b), wherein each of the kinematic chains (4a, 4b) is movable in a working space, wherein at least two the work spaces have an overlap, wherein each kinematic chain (4a, 4b) is designed to carry out a working movement, with a control module for controlling the kinematic chains (4a, 4b) to perform an overall movement, wherein the total movement by the working movements of the kinematic chains ( 4a, 4b), wherein the control module is designed to control the kinematic chains based on a trajectory function (qi, q2) for carrying out the working movement, characterized by a trajectory determination module and a
Reparametrisierungsmodul, wobei das Trajektorienbestimmungsmodul ausgebildet ist, für jede der Reparameterization module, wherein the trajectory determination module is formed, for each of
Arbeitsbewegungen der kinematischen Ketten (4a, 4b) jeweils eine Working movements of the kinematic chains (4a, 4b) one each
Minimalzeittrajektorie (qi^), q2(r2)) als Trajektorienfunktion (qi, q2) zu bestimmen, wobei das Reparametrisierungsmodul ausgebildet ist, die auf der Minimum time trajectory (qi ^), q2 (r 2 )) as trajectory function (qi, q2) to determine, wherein the Reparametrisierungsmodul formed on the
Minimalzeittrajektorie (qi^), q2(r2)) basierende Trajektorienfunktion (qi, q2) zu reparametrisieren, sodass die Gesamtbewegung kollisionsfrei ist. Minimal-time trajectory (qi ^), q2 (r 2 )) based trajectory function (qi, q2) to reparametrisieren so that the overall movement is collision-free.
2. Handhabungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Kette (4a, 4b) jeweils ein Roboterarm sind. 2. Handling device (1) according to claim 1, characterized in that the kinematic chain (4a, 4b) are each a robot arm.
3. Handhabungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 3. Handling device (1) according to claim 1 or 2, characterized
gekennzeichnet, dass die Minimalzeittrajektorie (qi^), q2(r2)) die characterized in that the minimum time trajectory (qi ^), q2 (r 2 )) the
Trajektorienfunktion (qi, q2) ist, welche zur Ausführung der Arbeitsbewegung eine geringste Zeit benötigt. Trajectory function (qi, q2), which takes a minimum time to perform the working movement.
4. Handhabungseinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trajektorienbestimmungsmodul ausgebildet ist, die Minimalzeitrajektorie (qi^), q2(r2)) basierend auf einer endlichen 4. Handling device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the Trajektorienbestimmungsmodul is formed, the minimum time trajectory (qi ^), q2 (r 2 )) based on a finite
Maximalbeschleunigung und/oder einer endlichen Maximalgeschwindigkeit zu bestimmen. Maximum acceleration and / or a finite maximum speed to determine.
5. Handhabungseinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reparametrisierungsmodul ausgebildet ist, die Gesamtbewegung mit einer Globalzeitkurve tR zu reparametrisieren. 5. Handling device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the repair parameterization module is designed to repair the total movement with a global time curve tR.
6. Handhabungseinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (2) eine Anzahl n an kinematischen Ketten (4a, 4b) aufweist, wobei die Globalzeitkurve tR eine Kurve in einem n- dimensionalen Raum ist. 6. Handling device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the robot (2) has a number n of kinematic chains (4a, 4b), wherein the global time curve tR is a curve in an n-dimensional space.
7. Handhabungseinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Trajektorienbestimmungsmodul die 7. Handling device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that by the Trajektorienbestimmungsmodul the
Minimalzeittrajektorien (qi^), q2(r2)) jeweils mittels einer Eigenzeit τ1, τ2) beschrieben sind, wobei das Reparametrisierungsmodul eine Prüffunktion Minimal time trajectories (qi ^), q2 (r 2 )) are each described by means of a proper time τ 1 , τ 2 ), wherein the reparametrization module is a test function
(cfaiCr!), q2(r2)) zum Prüfen einer Kollision der kinematischen Ketten aufweist, und das Reparametrisierungsmodul ausgebildet ist, einen Unterraum (7), aufgespannt durch die Eigenzeiten (τ1, τ2), in einen Kollisionsraum (9) und einen Effektivraum (8) aufzuteilen, wobei der Kollisionsraum (9) durch die Punkte im Unterraum (7) definiert ist, für die die Prüfunktion c eine Kollision der kinetischen Ketten (4a, 4b) feststellt, und der Effektivraum (8) durch die Punkte im Unterraum (7) definiert ist, für die die Prüffunktion eine Kollisionsfreiheit der kinematischen Ketten (4a, 4b) feststellt, wobei das Reparametrisierungsmodul ausgebildet ist als Globalzeitkurve†R eine Kurve im Effektivraum (8) zu bestimmen. (cfaiCr ! ), q2 (r 2 )) for checking a collision of the kinematic chains, and the reparametrization module is designed, a subspace (7), spanned by the proper times (τ 1 , τ 2 ), in a collision space (9) and dividing an effective space (8), wherein the collision space (9) is defined by the points in the subspace (7) for which the check function c detects a collision of the kinetic chains (4a, 4b), and the effective space (8) through the Points in the subspace (7) is defined, for which the test function a collision freedom of the kinematic Chains (4a, 4b) determines, the reparametrization module is designed as a global time curve † R to determine a curve in the effective space (8).
8. Handhabungseinrichtung (7) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbewegung an einem Startpunkt beginnt und an einem Endpunkt endet, wobei dem Startpunkt im Unterraum (7) eine Zeitkoordinate(rs) zuordenbar ist und dem Endpunkt eine Zeitkoordinate (τΕ) zuordenbar ist, wobei das Reparametrisierungsmodul ausgebildet ist, die Globalzeitkurve†R als kürzeste Verbindung zwischen den Zeitkoordinaten von Endpunkt und Startpunkt im Effektivraum (7) zu bestimmen. 8. Handling device (7) according to claim 7, characterized in that the total movement begins at a starting point and ends at an end point, wherein the starting point in the subspace (7) a time coordinate (r s ) can be assigned and the endpoint a time coordinate (τ Ε ), wherein the repair parameterization module is designed to determine the global time curve † R as the shortest connection between the time coordinates of the end point and the starting point in the effective space (7).
9. Handhabungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbewegung an einem Startpunkt beginnt und an einem Endpunkt endet, wobei dem Startpunkt im Unterraum (7) eine 9. Handling device (1) according to one of claims 6 to 8, characterized in that the total movement begins at a starting point and ends at an end point, wherein the starting point in the subspace (7) a
Zeitkoordinate (Ts) zuordenbar ist und dem Endpunkt eine Zeitkoordinate(rB) zuordenbar ist, wobei das Reparametrisierungsmodul ausgebildet ist, die Globalzeitkurve†R als schnellste Verbindung zwischen den Zeitkoordinaten des Startpunkts und des Endpunkts im Effektivraum (7) zu bestimmen. Time coordinate (T s ) can be assigned and the end point, a time coordinate (r B ) is assigned, the reparametrization module is configured to determine the global time curve † R as the fastest connection between the time coordinates of the starting point and the end point in the effective space (7).
10. Handhabungseinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul ausgebildet ist, zur Ansteuerung des Roboters (2) die reparametrisierte Minimalzeittrajektorie (qi^), q2(r2)) mittels einer inversen Kinematik umzurechnen. 10. Handling device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control module is designed to control the robot (2) to convert the reparametrisierte minimal time trajectory (qi ^), q2 (r 2 )) by means of an inverse kinematics.
11. Handhabungseinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbewegung eine asynchrone Arbeitsbewegung zweier kinematischer Ketten (4a, 4b) umfasst. 11. Handling device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the total movement comprises an asynchronous working movement of two kinematic chains (4a, 4b).
12. Verfahren zur Ansteuerung eines Roboters (2), insbesondere mit der Handhabungseinrichtung aus einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede kinematische Kette (4a, 4b) des Roboters (2) eine Minimalzeittrajektorie (qi, q2) bestimmt wird, wobei die auf der 12. A method for controlling a robot (2), in particular with the handling device from one of the preceding claims, characterized in that for each kinematic chain (4a, 4b) of the robot (2) a minimum time trajectory (qi, q2) is determined, the on the
Minimalzeittrajektorie (qi^), q2(r2)) basierende Trajektorienfunktion (qi, q2) so reparametrisiert, dass eine Gesamtbewegung der kinematischen Ketten (4a, 4b) kollisionsfrei ist. Minimal time trajectory (qi ^), q2 (r 2 )) based trajectory function (qi, q2) so reparametrisiert that a total movement of the kinematic chains (4a, 4b) is collision-free.
13. Computerprogramm mit Programmcodemitteln zur Durchführung dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren aus Anspruch 11 durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner oder der Handhabungseinrichtung13. Computer program with program code means for carrying out characterized in that the method of claim 11 is performed when the computer program on a computer or the handling device
(1) ausgeführt wird. (1) is executed.
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