WO2019197611A1 - Aufnehmen von nutzlasten mittels eines robotergeführten werkzeugs - Google Patents

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WO2019197611A1
WO2019197611A1 PCT/EP2019/059428 EP2019059428W WO2019197611A1 WO 2019197611 A1 WO2019197611 A1 WO 2019197611A1 EP 2019059428 W EP2019059428 W EP 2019059428W WO 2019197611 A1 WO2019197611 A1 WO 2019197611A1
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tool
environment
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robot
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PCT/EP2019/059428
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Benno EICHNER
Kamuran Isik
Markus Hager
Andreas FRUECHTL
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Kuka Deutschland Gmbh
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Publication date
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    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J13/00—Controls for manipulators
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/40053—Pick 3-D object from pile of objects

Definitions

  • the present invention relates to a method for receiving at least one payload in an environment by means of a tool arranged on a flange of a robot and to a system and computer program product for carrying out the method.
  • the object of the present invention is to improve the acceptance of payloads by means of robot-guided tools.
  • Claims 9, 10 provide a system or computer program product
  • a method for receiving a first payload in an environment having (a) a first tool (s) arranged on a flange, in particular a distal or tool flange, of a robot comprises the steps of:
  • the same sensor (s) of the sensor system the sensor is integrated into a single sensor
  • the environment can be taken into account, in particular precisely (r) and / or up-to-date (er), when determining the receiving pose.
  • the probability of a collision of the tool (currently fastened to the flange) with the environment and thus particularly significantly the probability of a collision of the robot with the environment can be reduced.
  • the robot has at least three, in particular at least six, in one embodiment at least seven, axes or joints, in particular rotation axes or joints, and, in one embodiment, electric drives for adjusting or moving these axes or joints , in particular a (kink) arm with these axes or drives.
  • the present invention can be used with particular advantage.
  • a pose within the meaning of the present invention may in particular have a one-, two- or three-dimensional position and / or a one-, two- or three-dimensional orientation, in particular be.
  • the method comprises the steps, which are repeated one or more times in one embodiment:
  • Reference geometry, the predetermined first or a second reference point, the detected environment and the (respective) detected second payload is or will be determined.
  • the first and / or at least one second tool has in one embodiment
  • each one, in particular electrically, hydraulically and / or pneumatically actuated gripper, which receives the payload (s) in one embodiment pneumatically, magnetically and / or mechanically, in particular positive and / or frictional, or is set up for this purpose. Additionally or alternatively, this tool is attached to the flange in a non-destructive detachable manner, in particular optionally or alternatively, the first or at least a second tool. In such (robotic) tools, the present invention can be used with particular advantage.
  • the first reference point for the first tool is specified when the first tool for recording
  • Payloads is used, in particular attached to the flange, and the second reference point for the second tool specified or used when the second tool is used for receiving payloads, in particular is attached to the flange.
  • the (first) first reference point for the first and the second tool is specified or used when the first or second tool is used for receiving payloads, in particular attached to the flange.
  • the default effort can advantageously be reduced.
  • the first or second reference point can be implicitly specified, in particular by a given area on which it lies, in particular by a sphere or a cuboid.
  • the first and / or second is / are / will / will
  • a discrete point can in one embodiment (in each case) by three discrete, in particular constant, coordinate values and / or in a robot, in particular flange-resistant
  • Coordinate system can be specified or be.
  • a computational effort can be reduced and thus a process speed can be increased.
  • the first and / or at least one second reference point, in particular one or more of the discrete ones, is / are or will / will be
  • the first and / or at least one second reference point, in particular one or more of the discrete ones, is / are or will / will be
  • the (current) tool can be automatically taken into account simply, quickly and / or reliably.
  • the first and / or at least one second reference point, in particular one or more of the discrete ones, is / are or will / will be
  • Reference points predetermined such that, in particular always, (in each case) outside a surface and / or a maximum range of motion of the corresponding tool and / or another flange-resistant, in particular flexible, component, in particular a flange-side portion of a line for electrical, pneumatic and / or hydraulic supply of the tool is arranged.
  • a safety distance can be maintained and / or tolerances in the specification of the reference point (s) can be compensated and / or movements of the tool or flexible component can be taken into account.
  • the environment may include, in particular, a container with the first and / or the second payload (s).
  • the first and / or second payload (s) are present in a disordered or chaotic manner in the container.
  • the present invention is used in one embodiment in a so-called "pick-in-the-box" robot application, which is a particularly advantageous application of the present invention, in particular due to the variability prevailing therewith.
  • the method comprises the steps:
  • the first potential uptake is not approached if in it the first reference point is outside the boundary.
  • the first potential acquisition pose is not approached, if in it at least one of these plurality of predetermined discrete reference points is outside the limit, or only approached if all of this plurality of predetermined discrete
  • At least one second payload is received by the first tool in a second receptacle is determined based on the predetermined first reference point, a second potentialrappose for receiving the second payload on the basis of this detected payload determined, this second potential lunarpose is not approached, if in her the first reference point is outside the limit.
  • a second potential receptacle for acquiring the second payload is determined based on this detected payload , wherein this second potential lunarpose is not approached, if in her the first reference point is outside the boundary.
  • a second potential receptacle for acquiring the second payload is determined based on this detected payload , wherein this second potential lunarpose is not approached, if in her the second reference point is outside the limit.
  • the second potential acquisition pose is not approached if at least one of these plurality is in it given predetermined discrete reference points outside the limit, or only approached, if in it all of this plurality
  • predetermined discrete reference points lie within the boundary.
  • the determination of the (first or second) potential receiving pose is carried out in an embodiment by means of identification of payloads or contact surfaces to be recorded, in particular by matching data acquired with the aid of the sensor
  • Determination for receiving these identified payloads or at these identified contact surfaces suitable tool, in particular gripper poses comprises in one embodiment the displacement and / or rotation of the basis of the predetermined
  • Reference geometry specific virtual boundary corresponding to the detected environment in particular a fitting of the virtual boundary in the detected environment.
  • at least one significant point of the detected environment in particular a spatial or area center, is determined and a corresponding point of the virtual boundary is brought into agreement with it.
  • a potential receiving pose can be checked for collision with the environment.
  • the virtual boundary has one or more flat surfaces, in particular it may consist of these. Additionally or alternatively, in one embodiment, the virtual boundary has a side wall closed or open on one or both sides.
  • the reference geometry may in one embodiment have one or more dimensions of the environment, in particular consist thereof.
  • a potential receiving pose can be checked for collision with the environment.
  • Recording pose the first or second reference point or at least one of the discrete reference points outside the limit are, in particular, until a termination criterion is met, in particular a predetermined maximum number of attempts has been reached or no further potentialrapposen can be determined, or a potential Recording pose has been determined in which the first or second reference point or all of the plurality of predetermined discrete reference points lie within the boundary, and then to
  • potential uptake poses are determined and tested virtually until one has been found or determined in which none of the reference points to be checked is outside the virtual boundary, and then identified as the first or second acquisition puss or is approached.
  • the senor detects the environment and / or first and / or at least one second payload contactless, three-dimensional and / or simultaneously or is provided for this purpose, in particular set up, or is used for this purpose.
  • the sensor system for this purpose one or more cameras,
  • the senor is in one embodiment, in particular non-destructively releasably attached to the robot, in particular its flange, attached.
  • a system in particular hardware and / or software, in particular program technology, is set up to carry out a method described here and / or has:
  • a sensor for detecting the environment and the first payload
  • the system or its agent has:
  • system or its agent has:
  • Reference point in particular at least one of the discrete reference points, based on a user input or a mathematical model of the first and / or at least one other tool, in particular such that it outside of a surface and / or a maximum range of motion of this tool and / or another flange fixed, in particular flexible, component is arranged; and or
  • An agent in the sense of the present invention may be designed in terms of hardware and / or software, in particular one, preferably with a memory and / or Bus system data or signal connected, in particular digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU) and / or one or more programs or program modules.
  • the CPU may be configured to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or
  • a storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and / or other non-volatile media.
  • the program may be such that it is capable of embodying or executing the methods described herein, so that the CPU may perform the steps of such methods, and thus, in particular, control the robot.
  • a computer program product may comprise, in particular, a nonvolatile storage medium for storing a program or a program stored thereon, wherein execution of this program is prompted by a system or a controller, in particular a computer, here described method or perform one or more of its 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.
  • the system includes the robot.
  • Fig. 1 a system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a system according to an embodiment of the present invention with a robot 10 and a robot controller 2.
  • a gripper 1 1 At a distal flange of the robot 10, a gripper 1 1, a sensor 12 and a support 13 of a flexible supply 14 of the gripper 1 1 are attached.
  • the robot is to lift 1 1 components 100, 101 of a cuboid container 200 with its gripper.
  • a reference geometry of the container 200 in the embodiment of its length, width and height, given.
  • a plurality of, in the exemplary embodiment, approximately 10, discrete, flange-fixed reference points will be specified such that they are each arranged outside a maximum range of motion of the gripper 1 1, the sensor 12 and the gripper-side end portion of the flexible supply 14.
  • two such discrete reference points R1, R2 are indicated by dots.
  • both the container 200 and the components 100, 101 are detected by means of the sensor system 12.
  • the robot controller 2 determines based on the detected components 100, 101 potentialchirposen the gripper 1 1 for receiving these components.
  • the robot controller 2 determines in step S40 based on the container 200 detected by the sensor system 12 and its predetermined one in step S10
  • Reference geometry a virtual cuboid, upwards or unilaterally open boundary 201, which is indicated by dashed lines in Fig. 1. This determines the
  • Robot controller 2 the center of the detected container 200 and rotates and pushes the virtual cuboid boundary 201 so that its center coincides with this center of the detected container 200.
  • a step S50 the robot controller 2 then checks whether at least one of the discrete, flange-fixed reference points predetermined in step S20 lies outside the boundary 201 in an initial one of these potential recording poses. If this is not the case (S50: "N"), in a step S55 it moves on to this receiving pod, grasps the corresponding component in it and lifts it out of the container 200.
  • step S50 the process for the remaining component (s) can be repeated from step S50 with the potential intake poses determined for them (not shown).
  • the robot controller 2 checks in a step S60 whether a termination condition is fulfilled, for example if no further potential acquisition doses are available or determined or a predefined maximum number of attempts has already been made.
  • step S50 the robot controller 2 repeats step S50 with another of the potential recording poses, i. checks whether, in this potential pickup pose, at least one of the discrete flange-fixed reference points set in step S20 is outside the boundary 201, and otherwise moves to this pick-up pose in step S55, grasps the corresponding member and lifts it out of the container 200.
  • step S20 only one potential uptake pose is determined, and only if necessary in step S50 another potential uptake pose is determined.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufnehmen einer ersten Nutzlast (100) in einer Umgebung (200) mittels eines an einem Flansch eines Roboters (10) angeordneten ersten Werkzeugs (11) umfasst die Schritte: − Vorgeben (S10) einer Referenzgeometrie der Umgebung; − Vorgeben (S20) eines ersten roboter-, insbesondere flanschfesten Referenzpunktes (R1); − Erfassen (S30) der Umgebung und der ersten Nutzlast mithilfe einer Sensorik (12); − Anfahren (S55) einer ersten Aufnahmepose des ersten Werkzeugs; und − Aufnehmen (S55) der ersten Nutzlast mit dem ersten Werkzeug; wobei die erste Aufnahmepose auf Basis der vorgegebenen Referenzgeometrie, des vorgegebenen ersten Referenzpunktes, der erfassten Umgebung und der erfassten ersten Nutzlast ermittelt wird (S40).

Description

Beschreibung
Aufnehmen von Nutzlasten mittels eines robotergeführten Werkzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen wenigstens einer Nutzlast in einer Umgebung mittels eines an einem Flansch eines Roboters angeordneten Werkzeugs sowie ein System und Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Aufnehmen von Nutzlasten mittels robotergeführter Werkzeuge 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 umfasst ein Verfahren zum Aufnehmen einer ersten Nutzlast in einer Umgebung mit(tels) eines bzw. einem an einem Flansch, insbesondere distalen bzw. End- bzw. Werkzeugflansch, eines Roboters angeordneten ersten Werkzeug(s) die Schritte:
- Vorgeben einer Referenzgeometrie der Umgebung;
- Vorgeben eines roboterfesten, insbesondere flanschfesten, ersten
Referenzpunktes;
- Erfassen der Umgebung und der ersten Nutzlast mithilfe einer Sensorik;
- Anfahren einer ersten Aufnahmepose des ersten Werkzeugs; und
- Aufnehmen der ersten Nutzlast mit dem ersten Werkzeug;
wobei die erste Aufnahmepose auf Basis bzw. in Abhängigkeit von
- der vorgegebenen Referenzgeometrie,
- dem vorgegebenen ersten Referenzpunkt,
- der erfassten Umgebung und
- der erfassten ersten Nutzlast
ermittelt wird. Indem Umgebung und Nutzlast mithilfe der(selben) Sensorik, in einer Ausführung dem- bzw. denselben Sensor(en) der Sensorik erfasst werden, wird in einer
Ausführung die Sensorik, die zum Erfassen der aufzunehmenden Nutzlast verwendet wird, zusätzlich zum Erfassen der Umgebung verwendet. Hierdurch kann in einer Ausführung die Umgebung vorteilhaft, insbesondere präzise(r) und/oder aktuell(er), beim Ermitteln der Aufnahmepose berücksichtigt werden.
Indem zusätzlich eine Referenzgeometrie der Umgebung vorgegeben und beim Ermitteln der Aufnahmepose berücksichtigt wird, kann in einer Ausführung ein
Rechenaufwand gegenüber einer nur auf der erfassten Umgebung basierenden Ermittlung der Aufnahmepose reduziert und so eine Prozessgeschwindigkeit erhöht werden.
Indem wenigstens ein flanschfester Referenzpunkt beim Ermitteln der Aufnahmepose berücksichtigt wird, kann in einer Ausführung die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des (aktuell am Flansch befestigten) Werkzeugs mit der Umgebung und damit besonders signifikant die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Roboters mit der Umgebung reduziert werden.
In einer Ausführung weist der Roboter wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, Achsen bzw. Gelenke, insbesondere Drehachsen bzw. -gelenke, und, in einer Ausführung elektrische, Antriebe zum Verstellen bzw. Bewegen dieser Achsen bzw. Gelenke auf, insbesondere einen (Knick)Arm mit diesen Achsen bzw. Antrieben. Bei solchen Robotern kann die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil verwendet werden.
Eine Pose im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung aufweisen, insbesondere sein.
In einer Ausführung umfasst das Verfahren die, in einer Ausführung ein- oder mehrfach wiederholten, Schritte:
- Erfassen (je) einer zweiten Nutzlast mithilfe der Sensorik; - Anfahren (je) einer zweiten Aufnahmepose des oder eines zweiten Werkzeugs; und
- Aufnehmen der zweiten Nutzlast mit diesem Werkzeug;
wobei diese zweite(n) Aufnahmepose(n jeweils) auf Basis der vorgegebenen
Referenzgeometrie, des vorgegebenen ersten oder eines zweiten Referenzpunktes, der erfassten Umgebung und der (jeweiligen) erfassten zweiten Nutzlast ermittelt wird bzw. werden.
Das erste und/oder wenigstens ein zweite Werkzeug weist in einer Ausführung
(jeweils) einen, insbesondere elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch aktuierten, Greifer auf, der die Nutzlast(en) in einer Ausführung pneumatisch, magnetisch und/oder mechanisch, insbesondere form- und/oder reibschlüssig, aufnimmt bzw. hierzu eingerichtet ist. Zusätzlich oder alternativ ist bzw. wird dieses Werkzeug in einer Ausführung zerstörungsfrei lösbar an dem Flansch befestigt, insbesondere wahlweise bzw. alternativ das erste oder wenigstens eine zweite Werkzeug. Bei solchen (Roboter)Werkzeugen kann die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil verwendet werden.
In einer Ausführung ist bzw. wird der erste Referenzpunkt für das erste Werkzeug vorgegeben bzw. verwendet, wenn das erste Werkzeug zum Aufnehmen von
Nutzlasten verwendet wird, insbesondere am Flansch befestigt ist, und der zweite Referenzpunkt für das zweite Werkzeug vorgegeben bzw. verwendet, wenn das zweite Werkzeug zum Aufnehmen von Nutzlasten verwendet wird, insbesondere am Flansch befestigt ist. Mit anderen Worten werden in einer Ausführung
werkzeugspezifisch( vorgegebene Referenzpunkte verwendet bzw. berücksichtigt. Dadurch kann in einer Ausführung vorteilhaft unterschiedlichen
Werkzeugabmessungen Rechnung getragen werden.
In einer anderen Ausführung ist bzw. wird der(selbe) erste Referenzpunkt für das erste und das zweite Werkzeug vorgegeben bzw. verwendet, wenn das erste oder zweite Werkzeug zum Aufnehmen von Nutzlasten verwendet wird, insbesondere am Flansch befestigt ist. Mit anderen Worten werden in einer Ausführung für
verschiedene Werkzeuge dieselben Referenzpunkte verwendet bzw. berücksichtigt. Dadurch kann in einer Ausführung vorteilhaft der Vorgabeaufwand reduziert werden. Der erste bzw. zweite Referenzpunkt kann in einer Ausführung implizit, insbesondere durch eine vorgegebene Fläche, auf der er liegt, vorgegeben werden bzw. sein, insbesondere durch eine Sphäre oder einen Quader.
In einer Ausführung ist/sind bzw. wird/werden der erste und/oder zweite
Referenzpunkt und in einer Weiterbildung mehrere roboter-, insbesondere
flanschfeste Referenzpunkte als diskrete Punkte bzw. in Form diskreter Punkte vorgegeben und die erste und/oder die wenigstens eine zweite Aufnahmepose auf Basis dieser vorgegebenen diskreten Referenzpunkte ermittelt. Ein diskreter Punkt kann in einer Ausführung (jeweils) durch drei diskrete, insbesondere konstante, Koordinatenwerte und/oder in einem roboter-, insbesondere flanschfesten
Koordinatensystem vorgegeben werden bzw. sein.
Hierdurch kann in einer Ausführung gegenüber einer Kollisionsprüfung auf Basis implizit vorgegebener Punkte oder dergleichen ein Rechenaufwand reduziert und so eine Prozessgeschwindigkeit erhöht werden.
In einer Ausführung ist/sind bzw. wird/werden der erste und/oder wenigstens eine zweite Referenzpunkt, insbesondere einer oder mehrere der diskreten
Referenzpunkte, auf Basis, insbesondere durch, eine(r), insbesondere manuelle(n), Benutzereingabe vorgegeben. Hierdurch kann der Benutzer in einer Ausführung das (aktuelle) Werkzeug einfach, schnell und/oder zuverlässig berücksichtigen.
In einer anderen Ausführung ist/sind bzw. wird/werden der erste und/oder wenigstens eine zweite Referenzpunkt, insbesondere einer oder mehrere der diskreten
Referenzpunkte, auf Basis bzw. in Abhängigkeit von einem mathematischen Modell, insbesondere einem CAD-Modell oder dergleichen, des ersten und/oder wenigstens einen weiteren Werkzeugs vorgegeben. Hierdurch kann in einer Ausführung das (aktuelle) Werkzeug automatisch einfach, schnell und/oder zuverlässig berücksichtigt werden.
In einer Ausführung ist/sind bzw. wird/werden der erste und/oder wenigstens eine zweite Referenzpunkt, insbesondere einer oder mehrere der diskreten
Referenzpunkte, derart vorgegeben, dass er, insbesondere stets, (jeweils) außerhalb einer Oberfläche und/oder eines maximalen Bewegungsspielraums des entsprechenden Werkzeugs und/oder eines weiteren flanschfesten, insbesondere flexiblen, Bauteils, insbesondere eines flanschseitigen Abschnitts einer Leitung zur elektrischen, pneumatischen und/oder hydraulischen Versorgung des Werkzeugs, angeordnet ist.
Hierdurch können in einer Ausführung ein Sicherheitsabstand eingehalten und/oder Toleranzen bei der Vorgabe des bzw. der Referenzpunkte kompensiert und/oder Bewegungen des Werkzeugs bzw. flexiblen Bauteils berücksichtigt werden.
In einer Ausführung kann die Umgebung ein(en) Behälter mit der ersten und/oder der bzw. den zweiten Nutzlast(en) aufweisen, insbesondere sein. In einer Weiterbildung liegen die erste und/oder zweite(n) Nutzlast(en) ungeordnet bzw. chaotisch in dem Behälter vor. Mit anderen Worten wird die vorliegende Erfindung in einer Ausführung in einer sogenannten„Griff in die Kiste“-Roboterapplikation („bin picking“) verwendet, was, insbesondere aufgrund der dabei herrschenden Variabilität, eine besonders vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung darstellt.
In einer Ausführung weist das Verfahren die Schritte auf:
- Ermitteln einer virtuellen Begrenzung auf Basis der vorgegebenen
Referenzgeometrie und der erfassten Umgebung; und
- Ermitteln einer ersten potentiellen Aufnahmepose zum Aufnehmen der ersten Nutzlast auf Basis dieser erfassten Nutzlast;
wobei die erste potentielle Aufnahmepose nicht angefahren wird, falls in ihr der erste Referenzpunkt außerhalb der Begrenzung liegt.
In einer Weiterbildung, in der mehrere diskrete roboter-, insbesondere flanschfeste Referenzpunkte vorgegeben werden bzw. sind und die erste Aufnahmepose auf Basis dieser vorgegebenen diskreten Referenzpunkte ermittelt wird, wird die erste potentielle Aufnahmepose nicht angefahren, falls in ihr wenigstens einer dieser Mehrzahl vorgegebener diskreter Referenzpunkte außerhalb der Begrenzung liegt, bzw. nur angefahren, falls in ihr alle dieser Mehrzahl vorgegebener diskreter
Referenzpunkte innerhalb der Begrenzung liegen.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung, in der wenigstens eine zweite Nutzlast mit dem ersten Werkzeug in einer zweiten Aufnahmepose aufgenommen wird, die auf Basis des vorgegebenen ersten Referenzpunktes ermittelt wird, eine zweite potentielle Aufnahmepose zum Aufnehmen der zweiten Nutzlast auf Basis dieser erfassten Nutzlast ermittelt, wobei diese zweite potentielle Aufnahmepose nicht angefahren wird, falls in ihr der erste Referenzpunkt außerhalb der Begrenzung liegt. Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung, in der wenigstens eine zweite Nutzlast mit dem zweiten Werkzeug in einer zweiten Aufnahmepose aufgenommen wird, die auf Basis des vorgegebenen ersten Referenzpunktes ermittelt wird, eine zweite potentielle Aufnahmepose zum Aufnehmen der zweiten Nutzlast auf Basis dieser erfassten Nutzlast ermittelt, wobei diese zweite potentielle Aufnahmepose nicht angefahren wird, falls in ihr der erste Referenzpunkt außerhalb der Begrenzung liegt.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung, in der wenigstens eine zweite Nutzlast mit dem zweiten Werkzeug in einer zweiten Aufnahmepose aufgenommen wird, die auf Basis des vorgegebenen zweiten Referenzpunktes ermittelt wird, eine zweite potentielle Aufnahmepose zum Aufnehmen der zweiten Nutzlast auf Basis dieser erfassten Nutzlast ermittelt, wobei diese zweite potentielle Aufnahmepose nicht angefahren wird, falls in ihr der zweite Referenzpunkt außerhalb der Begrenzung liegt.
In einer Weiterbildung, in der mehrere diskrete roboter-, insbesondere flanschfeste Referenzpunkte vorgegeben werden bzw. sind und die zweite Aufnahmepose auf Basis dieser vorgegebenen diskreten Referenzpunkte ermittelt wird, wird in einer Ausführung die zweite potentielle Aufnahmepose nicht angefahren, falls in ihr wenigstens einer dieser Mehrzahl vorgegebener diskreter Referenzpunkte außerhalb der Begrenzung liegt, bzw. nur angefahren, falls in ihr alle dieser Mehrzahl
vorgegebener diskreter Referenzpunkte innerhalb der Begrenzung liegen.
Die Ermittlung der (ersten bzw. zweiten) potentiellen Aufnahmepose erfolgt in einer Ausführung mittels Identifikation aufzunehmender Nutzlasten bzw. Kontaktflächen, insbesondere durch Abgleich von mithilfe der Sensorik erfassten Daten mit
vorgegebenen Mustern aufzunehmender Nutzlasten bzw. Kontaktflächen, und
Bestimmung zum Aufnehmen dieser identifizierten Nutzlasten bzw. an diesen identifizierten Kontaktflächen geeigneter Werkzeug-, insbesondere Greiferposen. Das Ermitteln der virtuellen Begrenzung auf Basis der vorgegebenen Referenzgeometrie und der erfassten Umgebung umfasst in einer Ausführung die Verschiebung und/oder Verdrehung der auf Basis der vorgegebenen
Referenzgeometrie bestimmten virtuellen Begrenzung entsprechend der erfassten Umgebung, insbesondere ein Einpassen der virtuellen Begrenzung in die erfasste Umgebung. In einer bevorzugten Ausführung wird hierzu wenigstens ein signifikanter Punkt der erfassten Umgebung, insbesondere ein Raum- oder Flächenmittelpunkt, bestimmt und ein entsprechender Punkt der virtuellen Begrenzung mit diesem in Übereinstimmung gebracht.
Hierdurch kann in einer Ausführung in einfacher, präziser und/oder schneller Weise eine potentielle Aufnahmepose auf Kollision mit der Umgebung überprüft werden.
In einer Ausführung weist die virtuelle Begrenzung eine oder mehrere ebene Flächen auf, sie kann insbesondere hieraus bestehen. Zusätzlich oder alternativ weist die virtuelle Begrenzung in einer Ausführung eine ein- oder beidseitig geschlossene bzw. offene Seitenwandung auf. Die Referenzgeometrie kann in einer Ausführung eine oder mehrere Dimensionen bzw. Abmessungen der Umgebung aufweisen, insbesondere hieraus bestehen.
Hierdurch kann in einer Ausführung in einfacher, präziser und/oder schneller Weise eine potentielle Aufnahmepose auf Kollision mit der Umgebung überprüft werden.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung eine weitere potentielle
Aufnahmepose ermittelt und geprüft, ob in ihr der erste bzw. zweite Referenzpunkt bzw. alle der Mehrzahl vorgegebener diskreter Referenzpunkte innerhalb der
Begrenzung liegen, falls in der ermittelten ersten bzw. zweiten potentiellen
Aufnahmepose der erste bzw. zweite Referenzpunkt bzw. wenigstens einer der diskreten Referenzpunkte außerhalb der Begrenzung liegen, insbesondere solange, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist, insbesondere eine vorgegebene Höchstzahl von Versuchen erreicht worden ist oder keine weiteren potentiellen Aufnahmeposen mehr ermittelt werden können, oder eine potentielle Aufnahmepose ermittelt worden ist, in der der erste bzw. zweite Referenzpunkt bzw. alle der Mehrzahl vorgegebener diskreter Referenzpunkte innerhalb der Begrenzung liegen, und die dann zum
Aufnehmen der entsprechenden Nutzlast als erste bzw. zweite Aufnahmepose angefahren wird. Mit anderen Worten werden in einer Ausführung solange potentielle Aufnahmeposen ermittelt und virtuell getestet, bis eine gefunden bzw. ermittelt worden ist, in der keiner der zu prüfenden Referenzpunkte außerhalb der virtuellen Begrenzung liegt, und die dann als die erste bzw. zweite Aufnahmepose ermittelt bzw. angefahren wird.
In einer Ausführung erfasst die Sensorik die Umgebung und/oder erste und/oder wenigstens eine zweite Nutzlast berührungslos, dreidimensional und/oder simultan bzw. ist hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird hierzu verwendet. In einer Weiterbildung kann die Sensorik hierzu eine oder mehrere Kameras,
insbesondere wenigstens eine Stereokamera aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ ist bzw. wird die Sensorik in einer Ausführung, insbesondere zerstörungsfrei lösbar, an dem Roboter, insbesondere dessen Flansch, befestigt.
Hierdurch können Umgebung bzw. Nutzlast(en) vorteilhaft(er), insbesondere präzise(r), störungsfrei(er) und/oder schnell(er), erfasst werden. 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 Vorgeben einer Referenzgeometrie der Umgebung;
- Mittel zum Vorgeben eines ersten roboter-, insbesondere flanschfesten
Referenzpunktes;
- eine Sensorik zum Erfassen der Umgebung und der ersten Nutzlast;
- Mittel zum Ermitteln einer ersten Aufnahmepose auf Basis
- der vorgegebenen Referenzgeometrie,
- des vorgegebenen ersten Referenzpunktes,
- der erfassten Umgebung und
- der erfassten ersten Nutzlast;
- Mittel zum Anfahren der ermittelten ersten Aufnahmepose des ersten Werkzeugs; und
- Mittel zum Aufnehmen der ersten Nutzlast mit dem ersten Werkzeug. In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
- Mittel zum Erfassen einer zweiten Nutzlast mithilfe der Sensorik;
- Mittel zum Ermitteln einer zweiten Aufnahmepose des ersten oder eines zweiten Werkzeugs auf Basis der vorgegebenen Referenzgeometrie, des vorgegebenen ersten oder eines zweiten Referenzpunktes, der erfassten Umgebung und dieser erfassten zweiten Nutzlast;
- Mittel zum Anfahren der zweiten Aufnahmepose; und
- Mittel zum Aufnehmen der zweiten Nutzlast mit diesem Werkzeug.
In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
- Mittel zum Vorgeben mehrerer diskreter roboter-, insbesondere flanschfester Referenzpunkte und Ermitteln der ersten und/oder wenigstens einen zweiten Aufnahmepose auf Basis dieser vorgegebenen diskreten Referenzpunkte;
und/oder
- Mittel zum Vorgeben des ersten und/oder wenigstens einen zweiten
Referenzpunkts, insbesondere wenigstens eines der diskreten Referenzpunkte, auf Basis einer Benutzereingabe oder eines mathematischen Modells des ersten und/oder wenigstens einen weiteren Werkzeugs, insbesondere derart, dass er außerhalb einer Oberfläche und/oder eines maximalen Bewegungsspielraums dieses Werkzeugs und/oder eines weiteren flanschfesten, insbesondere flexiblen, Bauteils angeordnet ist; und/oder
- Mittel zum Ermitteln einer virtuellen Begrenzung auf Basis der vorgegebenen
Referenzgeometrie und der erfassten Umgebung; und Mittel zum Ermitteln einer ersten potentiellen Aufnahmepose zum Aufnehmen der ersten Nutzlast auf Basis dieser erfassten Nutzlast, wobei die erste potentielle Aufnahmepose nicht angefahren wird, falls in ihr der erste Referenzpunkt außerhalb der Begrenzung liegt; und/oder
- Mittel zum Ermitteln einer weiteren potentiellen Aufnahmepose und Prüfen, ob in ihr der erste Referenzpunkt innerhalb der Begrenzung liegt, falls in der ermittelten ersten potentiellen Aufnahmepose der erste Referenzpunkt außerhalb der Begrenzung liegt.
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 und damit insbesondere den Roboter steuern 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 bzw. eine Steuerung, 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. In einer Ausführung weist das System den Roboter auf.
Die Bezeichnungen„erste“ bzw.„zweite“ dienen vorliegend nur der Unterscheidung voneinander und bedeuten keine Beschränkung der Allgemeinheit.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 : ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2: ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Roboter 10 und einer Robotersteuerung 2. An einem distalen Flansch des Roboters 10 sind ein Greifer 1 1 , eine Sensorik 12 und eine Stütze 13 einer flexiblen Versorgung 14 des Greifers 1 1 befestigt.
Der Roboter soll mit seinem Greifer 1 1 Bauteile 100, 101 aus einem quaderförmigen Behälter 200 heben.
In einem Schritt S10 (vgl. Fig. 2) wird eine Referenzgeometrie des Behälters 200, im Ausführungsbeispiel dessen Länge, Breite und Höhe, vorgegeben.
In einem Schritt S20 werden mehrere, im Ausführungsbeispiel etwa 10, diskrete flanschfeste Referenzpunkte derart vorgeben, dass sie jeweils außerhalb eines maximalen Bewegungsspielraums des Greifers 1 1 , der Sensorik 12 und des greiferseitigen Endabschnitts der flexiblen Versorgung 14 angeordnet sind.
Exemplarisch sind hierzu zwei solcher diskreter Referenzpunkte R1 , R2 punktiert angedeutet.
In einem Schritt S30 werden mithilfe der Sensorik 12 sowohl der Behälter 200 als auch die Bauteile 100, 101 erfasst.
In einem Schritt S40 ermittelt die Robotersteuerung 2 auf Basis der erfassten Bauteile 100, 101 potentielle Aufnahmeposen des Greifers 1 1 zum Aufnehmen dieser Bauteile.
Zusätzlich ermittelt die Robotersteuerung 2 in Schritt S40 auf Basis des mithilfe der Sensorik 12 erfassten Behälters 200 und seiner in Schritt S10 vorgegebenen
Referenzgeometrie eine virtuelle quaderförmigen, nach oben bzw. einseitig offene Begrenzung 201 , die in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist. Hierbei ermittelt die
Robotersteuerung 2 den Mittelpunkt des erfassten Behälters 200 und verdreht und -schiebt die virtuelle quaderförmige Begrenzung 201 so, dass ihr Mittelpunkt mit diesem Mittelpunkt des erfassten Behälters 200 übereinstimmt.
Nun prüft die Robotersteuerung 2 in einem Schritt S50, ob in einer initialen dieser potentiellen Aufnahmeposen wenigstens einer der in Schritt S20 vorgegebenen diskreten flanschfesten Referenzpunkte außerhalb der Begrenzung 201 liegt. Ist dies nicht der Fall (S50:„N“), fährt sie in einem Schritt S55 diese Aufnahmepose an, greift in dieser das entsprechende Bauteil und hebt es aus dem Behälter 200.
Dann kann das Verfahren für das bzw. die verbliebenen Bauteile ab Schritt S50 mit den für diese ermittelten potentiellen Aufnahmeposen wiederholt werden (nicht dargestellt).
Liegt hingegen in der initialen potentiellen Aufnahmepose wenigstens einer der Referenzpunkte außerhalb der Begrenzung (S50:„Y“), prüft die Robotersteuerung 2 in einem Schritt S60, ob eine Abbruchbedingung erfüllt ist, beispielsweise keine weiteren potentiellen Aufnahmeposen mehr zur Verfügung stehen bzw. ermittelt werden können, oder bereits eine vorgegebene Höchstzahl von Versuchen durchgeführt wurde.
Ist dies der Fall (S60:„Y“), gibt sie in einem Schritt S65 eine entsprechende Meldung aus und beendet das Verfahren.
Ist die Abbruchbedingung nicht erfüllt (S60:„N“), wiederholt die Robotersteuerung 2 Schritt S50 mit einer weiteren der potentiellen Aufnahmeposen, d.h. prüft, ob in dieser potentiellen Aufnahmepose wenigstens einer der in Schritt S20 vorgegebenen diskreten flanschfesten Referenzpunkte außerhalb der Begrenzung 201 liegt, und fährt andernfalls diese Aufnahmepose in Schritt S55 an, greift das entsprechende Bauteil und hebt es aus dem Behälter 200. Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
So werden in einer Abwandlung in Schritt S20 nur eine potentielle Aufnahmepose und nur bei Bedarf in Schritt S50 jeweils eine weitere potentielle Aufnahmepose ermittelt.
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.
Bezuaszeichenliste
2 Robotersteuerung
10 Roboter
11 Greifer
12 Sensorik
13 Stütze
14 Versorgung
100, 101 Bauteil
200 Behälter
201 virtuelle Begrenzung
R1 , R2 Referenzpunkt

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufnehmen einer ersten Nutzlast (100) in einer Umgebung (200) mittels eines an einem Flansch eines Roboters (10) angeordneten ersten
Werkzeugs (1 1 ), mit den Schritten:
- Vorgeben (S10) einer Referenzgeometrie der Umgebung;
- Vorgeben (S20) eines ersten roboter-, insbesondere flanschfesten
Referenzpunktes (R1 );
- Erfassen (S30) der Umgebung und der ersten Nutzlast mithilfe einer Sensorik
(12) ;
- Anfahren (S55) einer ersten Aufnahmepose des ersten Werkzeugs; und
- Aufnehmen (S55) der ersten Nutzlast mit dem ersten Werkzeug;
wobei die erste Aufnahmepose auf Basis der vorgegebenen Referenzgeometrie, des vorgegebenen ersten Referenzpunktes, der erfassten Umgebung und der erfassten ersten Nutzlast ermittelt wird (S40). 2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die, insbesondere wiederholten,
Schritte:
- Erfassen einer zweiten Nutzlast (101 ) mithilfe der Sensorik;
- Anfahren einer zweiten Aufnahmepose des ersten oder eines zweiten
Werkzeugs; und
- Aufnehmen der zweiten Nutzlast mit diesem Werkzeug;
wobei diese zweite Aufnahmepose auf Basis der vorgegebenen
Referenzgeometrie, des vorgegebenen ersten oder eines zweiten
Referenzpunktes, der erfassten Umgebung und dieser erfassten zweiten Nutzlast ermittelt wird. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere diskrete roboter-, insbesondere flanschfeste Referenzpunkte (R1 ,
R2) vorgegeben werden und die erste und/oder wenigstens eine zweite
Aufnahmepose auf Basis dieser vorgegebenen diskreten Referenzpunkte ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder wenigstens eine zweite Referenzpunkt, insbesondere wenigstens einer der diskreten Referenzpunkte, auf Basis einer Benutzereingabe oder eines mathematischen Modells des ersten und/oder wenigstens einen zweiten Werkzeugs vorgegeben wird, insbesondere derart, dass er außerhalb einer Oberfläche und/oder eines maximalen Bewegungsspielraums dieses Werkzeugs und/oder eines weiteren flanschfesten, insbesondere flexiblen,
Bauteils (12, 13) angeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebung einen Behälter (200) mit der ersten und/oder wenigstens einen zweiten Nutzlast aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Ermitteln (S40) einer virtuellen Begrenzung (201 ) auf Basis der vorgegebenen Referenzgeometrie und der erfassten Umgebung; und
- Ermitteln (S40) einer ersten potentiellen Aufnahmepose zum Aufnehmen der ersten Nutzlast auf Basis dieser erfassten Nutzlast;
wobei die erste potentielle Aufnahmepose nicht angefahren wird, falls in ihr der erste Referenzpunkt außerhalb der Begrenzung liegt. 7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Begrenzung eine oder mehrere ebene Flächen aufweist und/oder eine weitere potentielle Aufnahmepose ermittelt und geprüft wird, ob in ihr der erste Referenzpunkt innerhalb der Begrenzung liegt, falls in der ermittelten ersten potentiellen Aufnahmepose der erste Referenzpunkt außerhalb der Begrenzung liegt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik die Umgebung und/oder erste und/oder wenigstens eine zweite Nutzlast berührungslos, dreidimensional und/oder simultan erfasst und/oder an dem Roboter, insbesondere dessen Flansch, befestigt ist.
9. System zum Aufnehmen einer ersten Nutzlast (100) in einer Umgebung (200) mittels eines an einem Flansch eines Roboters (10) angeordneten ersten
Werkzeugs (1 1 ), das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist.
- Mittel zum Vorgeben einer Referenzgeometrie der Umgebung;
- Mittel zum Vorgeben eines ersten roboter-, insbesondere flanschfesten
Referenzpunktes (R1 );
- eine Sensorik (12) zum Erfassen der Umgebung und der ersten Nutzlast;
- Mittel zum Ermitteln einer ersten Aufnahmepose auf Basis der vorgegebenen Referenzgeometrie, des vorgegebenen ersten Referenzpunktes, der erfassten
Umgebung und der erfassten ersten Nutzlast;
- Mittel zum Anfahren der ermittelten ersten Aufnahmepose des ersten
Werkzeugs; und
- Mittel zum Aufnehmen der ersten Nutzlast mit dem ersten Werkzeug 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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