WO2019096551A1 - Verfahren und system zum simulieren eines bremsvorgangs eines roboters - Google Patents

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WO2019096551A1
WO2019096551A1 PCT/EP2018/079082 EP2018079082W WO2019096551A1 WO 2019096551 A1 WO2019096551 A1 WO 2019096551A1 EP 2018079082 W EP2018079082 W EP 2018079082W WO 2019096551 A1 WO2019096551 A1 WO 2019096551A1
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simulated
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Dietmar Tscharnuter
Uwe Bonin
Oliver Klaffenbach
Thomas Rohrer
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Kuka Deutschland Gmbh
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    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39098—Estimate stop, brake distance in predef time, then verify if in safe distance

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for simulating a braking operation of a robot and a computer program product for
  • Movement range is calculated, which includes the maximum achievable by the robot positions for the trajectory.
  • the object of the present invention is to improve the operation of a robot.
  • Claims 9, 10 provide a system or computer program product
  • the robot has a robot arm with at least three, in particular at least six, in one embodiment at least seven,
  • the robot in particular electric, in one embodiment, electromotive, drives for moving these axes and / or, in particular mechanically (acting) brakes, in particular holding brakes, for braking, in particular detecting, these axes.
  • the dynamic model describes poses of the robot and / or its first and / or higher time derivatives, in one embodiment it links them with, in particular, drive, brake, weight, friction and / or
  • a pose of the robot may in particular comprise a position of one or more axes of the robot and / or a position and / or position of a robot-fixed reference, in particular a TCP, of the robot.
  • the end state region may include, in particular, a standstill range with a plurality of possible standstill poses of the robot, wherein in one embodiment the robot does not move or stand still in one or more standstill poses. Standstill displays can be particularly relevant for the design of the robot and / or its surroundings, in particular safety devices in its surroundings.
  • the final state area may also include, in particular, a range of motion poses having multiple possible motion poses of the robot, with the robot still moving or not resting in one pose in one pose.
  • a braking process for a predetermined (braking) time simulated and so a range of possible states of motion, in particular
  • the standstill range is predicted based on a movement pose of the robot during the simulated braking process, in which the robot is still moving, and a predetermined mapping, in particular extrapolated, the different movement poses, in particular different pairs of movement poses and speeds, each standstill zone with several levels assigns possible stalls, in particular in the form of a function, a map, predetermined deviations or the like.
  • a movement pose is understood to mean in particular a pose of the robot in which it (still) moves or (still) does not stand still.
  • a speed of the robot in particular of one or more of its axes and / or a robot-fixed reference, in particular of its TCP, is in the movement pose, on the basis of which the standstill range is determined
  • the stall range is not determined based on a simulated stall, but instead based on a previous simulated pose of motion during the (simulated) pause.
  • the simulation can be executed in one execution when a predetermined minimum speed or the predetermined range for the (simulated) Speed can be aborted, in another embodiment also continued until a simulated standstill.
  • a simulation time can be shortened in one embodiment. Additionally or alternatively, in one embodiment, an informative value and / or reliability can be improved, in particular since numerical errors,
  • Influences of deviating parameter values and the like, can greatly increase up to a simulated standstill.
  • At least one parameter of the dynamic model specifies a variation range, in particular a tolerance range, in a development for two or more parameters of the dynamic model a variation range, in particular a tolerance range.
  • a parameter may include, in particular, a friction parameter, in particular a joint of the robot, and / or a, in particular maximum, minimum or average, braking torque of a brake of the robot.
  • the braking process can be simulated respectively with or for different values from the given variation range (s) and thus the final state or standstill range can be determined.
  • the braking operation is simulated using interval arithmetic for the one or more parameters of the dynamic model for which a range of variation is or is specified.
  • interval arithmetic such as described in RE Moore: Interval Analysis, Prentice-Hall, Englewood Cliff, NJ 1966, ISBN 0-13-476853-1, and / or in accordance with IEEE Standard 1788-2015 is understood as interval arithmetic .
  • At least two of the possible end states of the determined end state region are used
  • a safety device in one embodiment a safety area, a protective fence or the like, based on the determined end state area and the design size (s) determined therefor.
  • a range of possible states of motion, in particular (residual) speeds, and corresponding kinetic energies of the robot at the end of this time can be determined and a protective fence, in particular its type and / or material, designed accordingly.
  • Standstill range of possible standstill poses of the robot determined at the end of the braking process and a security area, in particular its size and / or shape, are designed accordingly.
  • a safety device in one embodiment a safety area, a protective fence or the like, based on the determined EndClouds Symposiume and the design parameters determined for this purpose are designed. For example, for different starting points
  • the present invention particularly also relates to a method or system for designing a (safety device of) an environment of the robot, in particular a safety fence and / or safety area.
  • Design may, in one embodiment, include creating and / or modifying and / or reviewing the existing or designed robot or any existing or designed (safety device) environment of the robot
  • Robot include, in particular his.
  • an axis of the robot is (simulated) braked.
  • in the (simulated) braking process in particular (already) at or in the initial state or during the entire braking process, at least one, in one embodiment, all other,
  • Axis (s) of the robot still, in one embodiment (each) in a position that maximizes a kinetic (initial) energy of the robot.
  • a standstill range is determined for at least one tracking path of the robot.
  • a system in particular hardware and / or software, in particular programmatically, for implementing a method described herein and / or comprises: means for determining a final state area with several possible final states of the robot as a result of the simulated braking process for an initial state of the robot.
  • system or its agent has:
  • a means in the sense of the present invention may be designed in terms of hardware and / or software, in particular a data or signal-connected, preferably digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU) and / or a memory and / or bus system or multiple programs or program modules.
  • the CPU may be configured to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or
  • a storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and / or other non-volatile media.
  • the program may be arranged to be capable of embodying the methods described herein so that the CPU may perform the steps of such methods.
  • a computer program product may include, in particular, a non-volatile storage medium for storing a program or a program stored thereon, wherein execution of this program causes a system, in particular a computer, to execute a method or method described here to do one or more of his steps.
  • one or more, in particular all, steps of the method are completely or partially automated, in particular by the system or its (e) means.
  • a region mentioned here can be a region which is open on one side or closed on both sides, in particular a closed or unilaterally open interval, or have an upper and / or lower limit, in particular as a result.
  • Fig. 1 a robot and a system for simulating a braking operation of the robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 shows a six-axis robot 1 and a system in the form of a computer 2 for simulating a braking operation of the robot according to an embodiment of the present invention, the method for simulating the braking operation illustrated in FIG. 2 according to an embodiment of the present invention performs.
  • braking of an axle is considered, whose position in FIG. 1 is indicated by a corresponding axis coordinate q.
  • a braking operation of the robot 1 is then simulated to a standstill using the dynamic model, using
  • a required safety area is then determined in each case for the minimum overrun qi and the maximum overrun q 2 , and in step S40 a safety area of the robot 1 is designed corresponding to the larger of these safety areas.
  • step S10 a map Q is given which
  • Robot respectively arrest poses ranges [q (q k, q p), q 2 (q k, q p)> qq k, q p)] assigns a plurality of possible standstill poses qi (q k, q p)]: [q (q k, q p), q 2 (q k, q p)] for example in the form of predetermined deviations Q: (q k, q p) -> [qk - a ⁇ q p, q k + a * q p] with the constant a.
  • step S20 of the modification a braking operation of the robot 1 is then simulated again with the aid of the dynamic model, but with singular values for the braking torque B and the friction coefficient m.
  • Standstill range [q 1; q 2 ] can be predicted on the basis of the current (simulated motion pose and the given mapping Q. For example, starting from a motion pose q E , in which the velocity q E of the robot is in the above range for the first time, the standstill range [q 1 q 2] using the above picture Q to [q e - q a ⁇ e> QE + oc ⁇ q e].
  • step S30 qi and the maximum stopping distance is then determined q 2 respectively, a required security area and laid out in step S40, a safety range of the robot 1 corresponding to the larger of these security areas for the minimum stopping distance.
  • the invention relates generally to the aspect of prediction of the stoppage range on the basis of a movement pose of the robot and a predetermined mapping, which assigns each stance pose areas with several possible stalls, and the aspect of simulation, in which for at least one parameter of the dynamic model, a variation range is specified or , in one embodiment also be combined, in the exemplary embodiment, for example, by using interval arithmetic for the ranges of variation [mi, m 2 ], [B 1; B 2 ] is simulated until the velocities q p of the robot are in the predetermined range, and the stop-gap range [q 1; q 2 ] based on movement poses from the determined

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Abstract

Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Simulieren eines Bremsvorgangs eines Roboters (1) mithilfe eines dynamischen Modells des Roboters wird für einen Ausgangszustand des Roboters ein Endzustandsbereich mit mehreren möglichen Endzuständen des Roboters infolge des simulierten Bremsvorgangs ermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren und System zum Simulieren eines Bremsvorgangs eines Roboters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Simulieren eines Bremsvorgangs eines Roboters sowie ein Computerprogrammprodukt zur
Durchführung des Verfahrens.
Aus der EP 1 906 281 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem für eine Anzahl von wählbaren Punkten auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn eines Roboters jeweils eine Bremsstrecke berechnet wird, die diesen Punkt mit einem Stillstandspunkt verbindet, und unter Berücksichtigung der Bremsstrecken ein virtueller
Bewegungsbereich berechnet wird, der die vom Roboter maximal erreichbaren Positionen für die Bewegungsbahn einschließt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb eines Roboters zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 9, 10 stellen ein System bzw. Computerprogrammprodukt zur
Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren zum Simulieren eines Bremsvorgangs eines Roboters mithilfe eines dynamischen Modells des Roboters für (wenigstens) einen Ausgangszustand des Roboters, in einer
Ausführung (jeweils) mittels nur einer Simulation des Bremsvorgangs bzw. einem einmaligen Simulieren des Bremsvorgangs, (jeweils) ein Endzustandsbereich mit mehreren möglichen Endzuständen des Roboters infolge des simulierten
Bremsvorgangs ermittelt.
Hierdurch können in einer Ausführung Variationen, insbesondere Toleranzen, in Parametern des Roboters mit berücksichtigt und so die Aussagefähigkeit und/oder Zuverlässigkeit der Simulation und damit insbesondere einer hierauf basierenden Auslegung des Roboters und/oder seiner Umgebung verbessert werden. So variieren beispielsweise Reibparameter von Gelenken und/oder Antrieben sowie Bremsmomente von, insbesondere mechanischen, Roboterbremsen, insbesondere Haltebremsen, relativ stark. Entsprechend ist die Aussagefähigkeit bzw.
Zuverlässigkeit eines virtuellen Bewegungsbereichs, der in der eingangs genannten EP 1 906 281 B1 nur auf Basis einzelner Stillstandspunkte berechnet wird,
eingeschränkt.
In einer Ausführung weist der Roboter einen Roboterarm mit wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben,
(Bewegungs)Achsen bzw. Gelenken auf. In einer Weiterbildung weist der Roboter, insbesondere elektrische, in einer Ausführung elektromotorische, Antriebe zum Bewegen dieser Achsen und/oder, insbesondere mechanisch( wirkende) Bremsen, insbesondere Haltebremsen, zum Abbremsen, insbesondere Feststellen, dieser Achsen auf.
Das dynamische Modell beschreibt in einer Ausführung Posen des Roboters und/oder deren erste und/oder höhere Zeitableitungen, in einer Ausführung verknüpft es diese mit, insbesondere Antriebs-, Brems-, Gewichts-, Reibungs- und/oder
(roboter)externen Kräften, in einer Ausführung mittels, insbesondere in Form von, Differentialgleichungen, wobei zur kompakteren Darstellung vorliegend auch gegensinnig parallele Kräftepaare bzw. Drehmomente verallgemeinernd als Kräfte bezeichnet werden. Das Simulieren eines Bremsvorgangs umfasst entsprechend in einer Ausführung das, insbesondere numerische, Lösen dieser
Differentialgleichungen bzw. Berechnen von Zeitverläufen der Posen des Roboters und/oder deren erste und/oder höhere Zeitableitungen. Eine Pose des Roboters kann in einer Ausführung eine Stellung einer oder mehrerer Achsen des Roboters und/oder eine Position und/oder Lage einer roboterfesten Referenz, insbesondere eines TCPs, des Roboters umfassen, insbesondere sein.
In einer Ausführung kann der Endzustandsbereich ein(en) Stillstandsposenbereich mit mehreren möglichen Stillstandsposen des Roboters aufweisen, insbesondere sein, wobei sich der Roboter in einer Ausführung in einer bzw. den Stillstandsposen nicht bewegt bzw. stillsteht. Stillstandsposen können insbesondere für die Auslegung des Roboters und/oder seiner Umgebung, insbesondere Sicherheitseinrichtungen seiner Umgebung, besonders relevant sein. Gleichermaßen kann der Endzustandsbereich in einer Ausführung auch ein(en) Bewegungsposenbereich mit mehreren möglichen Bewegungsposen des Roboters aufweisen, insbesondere sein, wobei sich der Roboter in einer Ausführung in einer Bewegungspose (jeweils) noch bewegt bzw. nicht stillsteht. So kann beispielsweise in einer Ausführung ein Bremsvorgang für eine vorgegebene (Brems)zeit simuliert und so ein Bereich möglicher Bewegungszustände, insbesondere
(Rest)Geschwindigkeiten, des Roboters bei Ablauf dieser Zeit ermittelt werden.
In einer Ausführung wird der Stillstandsposenbereich auf Basis einer Bewegungspose des Roboters während des simulierten Bremsvorgangs, in der der Roboter sich noch bewegt, und einer vorgegebenen Abbildung prognostiziert, insbesondere extrapoliert, die verschiedenen Bewegungsposen, insbesondere verschiedenen Paaren von Bewegungsposen und Geschwindigkeiten, jeweils Stillstandsposenbereiche mit mehreren möglichen Stillstandsposen zuordnet, insbesondere in Form einer Funktion, eines Kennfeldes, vorgegebener Abweichungen oder dergleichen.
Wie bereits erläutert, wird vorliegend unter einer Bewegungspose insbesondere eine Pose des Roboter verstanden, in der dieser sich (noch) bewegt bzw. (noch) nicht stillsteht.
In einer Ausführung liegt eine Geschwindigkeit des Roboters, insbesondere einer oder mehrerer seiner Achsen und/oder einer roboterfesten Referenz, insbesondere seines TCPs, in der Bewegungspose, auf deren Basis der Stillstandsposenbereich
prognostiziert bzw. der die vorgegebene Abbildung den Stillstandsposenbereich zuordnet, in einem vorgegebenen Bereich, der in einer Weiterbildung höchstens 10%, insbesondere höchstens 1 %, einer (entsprechenden) maximal( möglich- bzw.
zulässigen Geschwindigkeit beträgt und/oder wenigstens 0,1 ° pro Sekunde oder 1 mm pro Sekunde beträgt.
Somit wird in einer Ausführung der Stillstandsposenbereich nicht auf Basis einer simulierten Stillstandspose ermittelt, sondern stattdessen auf Basis einer dieser vorausgehenden simulierten Bewegungspose während des (simulierten)
Bremsvorgangs, der die vorgegebene Abbildung dann den Stillstandsposenbereich zuordnet. Die Simulation kann in einer Ausführung bei Erreichen einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit bzw. des vorgegebenen Bereichs für die (simulierte) Geschwindigkeit abgebrochen, in einer anderen Ausführung auch bis zu einer simulierten Stillstandspose fortgesetzt werden.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine Simulationszeit verkürzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch in einer Ausführung eine Aussagefähigkeit und/oder Zuverlässigkeit verbessert werden, insbesondere da sich numerische Fehler,
Einflüsse von abweichenden Parameterwerten und dergleichen, bis zu einer simulierten Stillstandspose stark vergrößern können.
In einer Ausführung wird bzw. ist bei bzw. in der bzw. für die Simulation für
wenigstens einen Parameter des dynamischen Modells ein Variations-, insbesondere Toleranzbereich vorgegeben, in einer Weiterbildung für zwei oder mehr Parameter des dynamischen Modells jeweils ein Variations-, insbesondere Toleranzbereich. In einer Ausführung kann ein solcher Parameter ein Reibparameter, insbesondere eines Gelenks des Roboters, und/oder ein, insbesondere maximales, minimales oder mittleres, Bremsmoment einer Bremse des Roboters aufweisen, insbesondere sein.
Hierdurch können in einer Ausführung Variationen, insbesondere Toleranzen, in Parametern des Roboters mit berücksichtigt und so die Aussagefähigkeit und/oder Zuverlässigkeit der Simulation und damit insbesondere einer hierauf basierenden Auslegung des Roboters und/oder seiner Umgebung verbessert werden.
In einer Ausführung kann der Bremsvorgang jeweils mit bzw. für verschiedene(n) Werte(n) aus dem bzw. den vorgegebenen Variationsbereich(en) simuliert und so der Endzustands- bzw. Stillstandsposenbereich ermittelt werden.
In einer Ausführung wird der Bremsvorgang mithilfe von Intervallarithmetik für den bzw. einen oder mehrere der Parameter des dynamischen Modells simuliert, für den bzw. die (jeweils) ein Variationsbereich vorgegeben wird bzw. ist. Dabei wird unter Intervallarithmetik insbesondere eine Arithmetik, wie sie beispielsweise in R. E. Moore: Interval Analysis, Prentice-Hall, Englewood Cliff, NJ 1966, ISBN 0-13-476853-1 beschrieben ist, und/oder gemäß lEEE-Standard 1788-2015 verstanden,
insbesondere also eine Arithmetik, in der die Addition zweier Parameter x, y, für die jeweils ein Variationsbereich [xi, x2 > Xi] bzw. [yi , y2 > yi] vorgegeben ist, durch [xi + yi , x2 + y2] definiert ist. Hierdurch kann in einer Ausführung eine Simulationszeit verkürzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch in einer Ausführung eine Aussagefähigkeit und/oder Zuverlässigkeit verbessert werden.
In einer Ausführung wird für wenigstens zwei der möglichen Endzustände des ermittelten Endzustandsbereichs, insbesondere einen oder zwei extremale
Endzustände des ermittelten Endzustandsbereichs, jeweils eine hiervon abhängige Auslegungsgröße, insbesondere eine kinetische Energie des Roboters und/oder ein Parameter einer Sicherheitseinrichtung einer Umgebung des Roboters, ermittelt.
In einer Ausführung kann somit der Roboter und/oder dessen Umgebung,
insbesondere eine Sicherheitseinrichtung, in einer Ausführung ein Sicherheitsbereich, ein Schutzzaun oder dergleichen, auf Basis des ermittelten Endzustandsbereichs und der hierfür ermittelten Auslegungsgröße(n) ausgelegt werden.
So kann beispielsweise für eine vorgegebene Bremszeit ein Bereich möglicher Bewegungszustände, insbesondere (Rest)Geschwindigkeiten, und entsprechender kinetischer Energien des Roboters bei Ablauf dieser Zeit ermittelt und ein Schutzzaun, insbesondere dessen Art und/oder Material, entsprechend ausgelegt werden.
Gleichermaßen kann zum Beispiel für wenigstens einen Ausgangszustand ein
Stillstandsposenbereich möglicher Stillstandsposen des Roboters am Ende des Bremsvorgangs ermittelt und ein Sicherheitsbereich, insbesondere dessen Größe und/oder Gestalt, entsprechend ausgelegt werden.
In einer Ausführung werden für mehrere Ausgangszustände des Roboters jeweils in hier beschriebener Weise ein Endzustandsbereich mit mehreren möglichen
Endzuständen des Roboters infolge eines simulierten Bremsvorgangs ermittelt und eine von diesen Endzuständen abhängige Auslegungsgröße, insbesondere eine kinetische Energie des Roboters und/oder ein Parameter einer Sicherheitseinrichtung einer Umgebung des Roboters, ermittelt.
In einer Ausführung kann somit der Roboter und/oder dessen Umgebung,
insbesondere eine Sicherheitseinrichtung, in einer Ausführung ein Sicherheitsbereich, ein Schutzzaun oder dergleichen, auf Basis der ermittelten Endzustandsbereiche und der hierfür ermittelten Auslegungsgrößen ausgelegt werden. So kann beispielsweise für verschiedene Ausgangsposen
und/oder -geschwindigkeiten jeweils ein Bereich möglicher Stillstandsposen ermittelt und ein Sicherheitsbereich, insbesondere dessen Größe und/oder Gestalt,
entsprechend ausgelegt werden. Entsprechend betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere auch ein Verfahren bzw. System zur Auslegung einer (Sicherheitseinrichtung einer) Umgebung des Roboters, insbesondere eines Schutzzauns und/oder Sicherheitsbereichs. Ein Auslegen bzw. eine Auslegung kann in einer Ausführung ein Erstellen und/oder ein Modifizieren und/oder Überprüfen des vorhandenen oder konzipierten Roboters bzw. einer vorhandenen oder konzipierten (Sicherheitseinrichtung einer) Umgebung des
Roboters umfassen, insbesondere sein.
In einer Ausführung wird bei dem (simulierten) Bremsvorgang wenigstens, in einer Ausführung genau, eine Achse des Roboters (simuliert) abgebremst. Zusätzlich oder alternativ steht bzw. stehen in einer Ausführung bei dem (simulierten) Bremsvorgang, insbesondere (bereits) bei bzw. in dem Ausgangszustand bzw. während des gesamten Bremsvorgang, wenigstens eine, in einer Ausführung alle weiteren,
Achse(n) des Roboters still, in einer Ausführung (jeweils) in einer Stellung, die eine kinetische (Anfangs) Energie des Roboters maximiert.
Mit anderen Worten wird in einer Ausführung für wenigstens einen Nachlaufweg des Roboters ein Stillstandsposenbereich ermittelt.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere hard- und/oder Software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf: Mittel zum Ermitteln eines Endzustandsbereichs mit mehreren möglichen Endzuständen des Roboters infolge des simulierten Bremsvorgangs für einen Ausgangszustand des Roboters.
In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
Mittel zum Prognostizieren des Stillstandsposenbereichs auf Basis einer
Bewegungspose des Roboters während des simulierten Bremsvorgangs, in der der Roboter sich noch bewegt, und einer vorgegebenen Abbildung, die verschiedenen Bewegungsposen jeweils Stillstandsposenbereiche mit mehreren möglichen
Stillstandsposen zuordnet; und/oder
Mittel zum Vorgeben eines Variationsbereichs für wenigstens einen Parameter des dynamischen Modells; und/oder
Mittel zum Simulieren des Bremsvorgangs mithilfe von Intervallarithmetik für den wenigstens einen Parameter des dynamischen Modells; und/oder
Mittel zum Ermitteln für wenigstens zwei der möglichen Endzustände des ermittelten Endzustandsbereichs jeweils einer hiervon abhängigen Auslegungsgröße,
insbesondere einer kinetischen Energie des Roboters und/oder eines Parameters einer Sicherheitseinrichtung einer Umgebung des Roboters; und/oder
Mittel zum Ermitteln für mehrere Ausgangszustände des Roboters jeweils eines Endzustandsbereichs mit mehreren möglichen Endzuständen des Roboters infolge eines simulierten Bremsvorgangs und einer von diesen Endzuständen abhängigen Auslegungsgröße, insbesondere einer kinetischen Energie des Roboters und/oder eines Parameters einer Sicherheitseinrichtung einer Umgebung des Roboters.
Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder
Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen. In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.
Ein hier genannter Bereich kann in einer Ausführung (jeweils) ein einseitig offener oder beidseitig geschlossener Bereich, insbesondere ein abgeschlossenes oder einseitig offenes Intervall, sein bzw. eine obere und/oder untere Grenze aufweisen, insbesondere hierdurch vorgegeben sein bzw. werden.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert,:
Fig. 1 : einen Roboter und ein System zum Simulieren eines Bremsvorgangs des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2: ein Verfahren zum Simulieren des Bremsvorgangs nach einer
Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen sechsachsigen Roboter 1 und ein System in Form eines Computers 2 zum Simulieren eines Bremsvorgangs des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, der bzw. das ein in Fig. 2 dargestelltes Verfahren zum Simulieren des Bremsvorgangs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung durchführt.
Exemplarisch wird ein Abbremsen einer Achse betrachtet, deren Stellung in Fig. 1 durch eine entsprechende Achskoordinate q angedeutet ist.
Die Gleichung m- l2 - q = m- g - l - cos(q)+ A - B - sgn(q)- m · q mit der Masse m, die in einem im Abstand I von der Achse beabstandeten Punkt konzentriert angenommen wird, der Gravitationskonstanten g, dem
Antriebsdrehmoment A der Achse, einem durch die Vorzeichenfunktion sgn(x) = {1 = x > 0; -1 x < 0; 0 x = 0} richtungsabhängigen Bremsmoment B und einem Reibkoeffizienten m sowie der ersten bzw. zweiten Zeitableitung q, q stellt vereinfacht ein dynamisches Modell des Roboters 1 dar.
In einem Schritt S10 wird für das Bremsmoment B und den Reibkoeffizienten m jeweils ein Variationsbereich [B1 ; B2 > B^ bzw. [m1 ; m2 > mi] vorgegeben.
In einem Schritt S20 wird dann ein Bremsvorgang des Roboters 1 mithilfe des dynamischen Modells bis zu einem Stillstand simuliert, und zwar mithilfe von
Intervallarithmetik, so dass beispielsweise bei der numerischen Zeitintegration der oben angegebenen Differentialgleichung eine Addition B + m durch das Intervall [B! + mi , B2 + m2] bestimmt ist.
Entsprechend ergibt sich dabei ein Stillstandsposenbereich [qi, q2 > qi] mit mehreren möglichen Stillstandsposen q, des Roboters. So kann beispielsweise ein minimaler Reibkoeffizient mi aus dem Variationsbereich [mi , m2] in Verbindung mit einem minimalen Bremsmoment B-i aus dem Variationsbereich [B1 ; B2] zu einem maximalen Nachlaufweg q2 und umgekehrt ein maximaler Reibkoeffizient m2 aus dem
Variationsbereich [m1 ; m2] in Verbindung mit einem maximalen Bremsmoment B2 aus dem Variationsbereich [Bi , B2] zu einem minimalen Nachlaufweg qi führen.
In einem Schritt S30 wird dann für den minimalen Nachlaufweg qi und den maximalen Nachlaufweg q2 jeweils ein erforderlicher Sicherheitsbereich ermittelt und in Schritt S40 ein Sicherheitsbereich des Roboters 1 entsprechend dem größeren dieser Sicherheitsbereiche ausgelegt.
In einer Abwandlung wird in Schritt S10 eine Abbildung Q vorgegeben, die
verschiedenen Paaren von Bewegungsposen qk und Geschwindigkeiten qp des
Roboters jeweils Stillstandsposenbereiche [qi (qk, qp ), q2(qk, qp ) > q qk, qp )] mit mehreren möglichen Stillstandsposen qi(qk, qp )] zuordnet:
Figure imgf000010_0001
[qi(qk, qp ), q2(qk, qp )] beispielsweise in Form vorgegebener Abweichungen Q: (qk, qp )— > [qk - a· qp , qk + a· qp ] mit der Konstanten a.
In Schritt S20 der Abwandlung wird dann wieder ein Bremsvorgang des Roboters 1 mithilfe des dynamischen Modells simuliert, allerdings mit singulären Werten für das Bremsmoment B und den Reibkoeffizienten m. Sobald in der Simulation die
Geschwindigkeiten q des Roboters in einem vorgegebenen Bereich vor einem
Stillstand liegt, kann die Simulation abgebrochen und in Schritt S20 der
Stillstandsposenbereich [q1 ; q2] auf Basis der aktuell( simulierten Bewegungspose und der vorgegebenen Abbildung Q prognostiziert werden. So ergibt sich beispielsweise ausgehend von einer Bewegungspose qE, in der die Geschwindigkeit qE des Roboters erstmals in dem oben genannten Bereich liegt, der Stillstandsposenbereich [q1 ; q2] mithilfe der oben genannten Abbildung Q zu [qE - a· qE > QE + oc· qE ].
In Schritt S30 wird dann für den minimalen Nachlaufweg qi und den maximalen Nachlaufweg q2 jeweils ein erforderlicher Sicherheitsbereich ermittelt und in Schritt S40 ein Sicherheitsbereich des Roboters 1 entsprechend dem größeren dieser Sicherheitsbereiche ausgelegt.
Wie insbesondere hieraus klar wird, kann in einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung allgemein der Aspekt der Prognose des Stillstandsposenbereichs auf Basis einer Bewegungspose des Roboters und einer vorgegebenen Abbildung, die verschiedenen Bewegungsposen jeweils Stillstandsposenbereiche mit mehreren möglichen Stillstandsposen zuordnet, und der Aspekt der Simulation, bei der für wenigstens einen Parameter des dynamischen Modells ein Variationsbereich vorgegeben wird bzw. ist, in einer Ausführung auch kombiniert sein bzw. werden, im Ausführungsbeispiel etwa dadurch, dass in Schritt S20 mithilfe von Intervallarithmetik für die Variationsbereiche [mi , m2], [B1 ; B2] simuliert wird, bis die Geschwindigkeiten qp des Roboters in dem vorgegebenen Bereich liegt, und der Stillstandsposenbereich [q1 ; q2] auf Basis von Bewegungsposen aus dem dabei ermittelten
Bewegungsposenbereich und der vorgegebenen Abbildung Q prognostiziert wird. Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen
Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die
Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die
Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten
Merkmalskombinationen ergibt.
Bezuqszeichenliste
1 Roboter
2 Computer (System)
q Gelenkwinkel (Pose)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Simulieren eines Bremsvorgangs eines Roboters (1 ) mithilfe eines dynamischen Modells des Roboters, wobei für einen Ausgangszustand des Roboters ein Endzustandsbereich mit mehreren möglichen Endzuständen des Roboters infolge des simulierten Bremsvorgangs ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Endzustandsbereich einen Stillstandsposenbereich mit mehreren möglichen Stillstandsposen des Roboters aufweist.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Stillstandsposenbereich auf Basis einer Bewegungspose des Roboters während des simulierten Bremsvorgangs, in der der Roboter sich noch bewegt, und einer vorgegebenen Abbildung prognostiziert wird, die verschiedenen
Bewegungsposen jeweils Stillstandsposenbereiche mit mehreren möglichen Stillstandsposen zuordnet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Simulation für wenigstens einen Parameter des dynamischen Modells ein Variationsbereich vorgegeben wird.
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsvorgang mithilfe von Intervallarithmetik für den wenigstens einen Parameter des dynamischen Modells simuliert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens zwei der möglichen Endzustände des ermittelten
Endzustandsbereichs jeweils eine hiervon abhängige Auslegungsgröße, insbesondere eine kinetische Energie des Roboters und/oder ein Parameter einer Sicherheitseinrichtung einer Umgebung des Roboters, ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Ausgangszustände des Roboters jeweils ein
Endzustandsbereich mit mehreren möglichen Endzuständen des Roboters infolge eines simulierten Bremsvorgangs nach einem der vorhergehenden Ansprüche ermittelt und eine von diesen Endzuständen abhängige Auslegungsgröße, insbesondere eine kinetische Energie des Roboters und/oder ein Parameter einer Sicherheitseinrichtung einer Umgebung des Roboters, ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Bremsvorgang wenigstens eine Achse des Roboters abgebremst wird und/oder wenigstens eine Achse des Roboters stillsteht.
9. System (2) zum Simulieren eines Bremsvorgangs eines Roboters (1 ) mithilfe eines dynamischen Modells des Roboters, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: Mittel zum Ermitteln eines Endzustandsbereichs mit mehreren möglichen Endzuständen des Roboters infolge des simulierten Bremsvorgangs für einen Ausgangszustand des Roboters.
10. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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