WO2019224288A1 - Direction-dependent collision detection for a robot manipulator - Google Patents

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WO2019224288A1
WO2019224288A1 PCT/EP2019/063298 EP2019063298W WO2019224288A1 WO 2019224288 A1 WO2019224288 A1 WO 2019224288A1 EP 2019063298 W EP2019063298 W EP 2019063298W WO 2019224288 A1 WO2019224288 A1 WO 2019224288A1
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ext
task
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robot manipulator
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PCT/EP2019/063298
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Sven Parusel
Saskia Golz
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Franka Emika Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an actuator-driven
  • Robot manipulator with an end effector and a device for controlling an actuator-driven robot manipulator with an end effector and a robot with such a device.
  • the object of the invention is to better detect collisions of a robot manipulator, in particular during the execution of a task by the robot manipulator, and thereby perform the task better.
  • a first aspect of the invention relates to a method for controlling an actuator-driven robotic manipulator having an end effector, in which the end effector executes a predetermined target movement and performs a task during execution of the target movement, comprising the steps of:
  • K ext has a vector F ext of at least one external force and / or a vector M ext of at least one external moment
  • K - detecting exceeds a predefined second limit value of a faulty execution of the task, if K ext in or near m axes of the coordinate system or if K ex t ⁇ K d it is, wherein K of a dependent of the task and exclusively in or around the m axis occurring expected and / or desired force Winder, where K of a vector F of the at least one expected and / or desired force and / or a vector M of the expected of at least one and / or has the desired torque, and wherein me N and min is established,
  • K DES is a dependent on the task and occur exclusively in, or to the m axis of expected and / or desired force Winder, in particular the pre-defined coordinate system and the m axis, and especially its orientation, defined on the basis of prior knowledge of K of the appropriately.
  • K des results advantageously by knowing the task and the expected during the execution of the task by interaction with an environment, acting on the robot manipulator mechanical forces and / or moments. Because the
  • K K of the (t).
  • the end effector is also referred to as such when it is not aktuiert itself, that is, even has no movable or otherwise controllable actuators.
  • the end effector can thus also simply be the distal end of the robot manipulator.
  • a kinematic data set for specifying the movement of the end effector of the robot manipulator is defined via a desired movement path, that is, by means of a sequence of desired positions of a specific reference point on the
  • Robot manipulator in particular a reference point on the end effector of the robot manipulator or on the distal end of the robot manipulator, and further advantageously by means of a speed associated with this desired sequence of positions and an acceleration of the reference point.
  • the term "desired movement” also includes a desired standstill of this reference point considered. Then, in this case of the desired standstill, a setpoint position that is constant over time and a setpoint speed of zero and one applies
  • External forces and moments are understood here as meaning those which do not arise through the drives which are connected to the robot manipulator.
  • the joints of the robot manipulator as drives on electric motors for generating moments between the robot members, which are each rotatably connected to each other by the joint.
  • These moments which can be equivalently converted into a force by dividing a corresponding radius to be considered, are, in contrast to the external forces and moments mentioned above, understood as internal forces and moments.
  • are preferred and
  • the vector standard is preferably the 2-norm, ie
  • the comparisons become advantageous for the m axes and the n axes after separation of the vectorial quantities in the
  • the determination of the external power winch K ext by means of sensors, in particular by means of force sensors and / or torque sensors.
  • the moment sensors are preferably already installed in joints of the robot manipulator together with the motor located in the respective joint.
  • force sensors are preferably arranged on a structural component of a robot member, wherein this type of force sensors determines a tension or a force in the respective robot member via the material expansion of the robot member and the known material constants, in particular of the modulus of elasticity.
  • electrical current sensors are used, which measure the electric current through an electric motor of the robot manipulator, in order to conclude from changes in the electric current to an abnormal change in torque at the motor and thus to an external force or external moment .
  • the motors themselves serve as torque sensors.
  • Detecting an undesired collision of the robotic manipulator consists, in particular, in detecting an undesired collision of the robot
  • the external force winder K ext is a vector which combines the detected forces F ext as a column vector and the detected moments M ext as a column vector and records them together in a preferably six-dimensional column vector, since both F ext and M ext, in particular in a Cartesian coordinate system recorded three entries for three mutually orthogonal spatial directions.
  • the components of this vector contain a zero in all entries for the external moments.
  • the predefined coordinate system has in particular N axes. These N axes are preferably such that an indication of a coordinate by means of the predefined coordinate system requires the specification of only one value on each individual axis of the coordinate system and also allows what is the case in particular for orthogonal axes.
  • m axis occurs in or near that of the expected and / or desired force Winder K of , not necessarily orthogonal to each other and preferably form an angle of ⁇ 90 ° to each other and thus more than six spatial directions (that is, more than three spatial directions in ignoring signs) by the m axes can be considered.
  • the external force winder is determined in a Winder coordinate system, which is generally independent of the predefined coordinate system in which the n axes and the m axes are defined. If both coordinate systems differ in particular in the location of their origin or also in their orientation, or even in their type, for example if the Winder coordinate system defines rotation coordinates with radius r and vectorial angle a and the predefined coordinate system is a Cartesian coordinate system, in particular the external force winder by coordinate system transformation from the Winder coordinate system in the
  • predefined coordinate system transformed in order to specify in the predefined coordinate system, a respective component of the external power winders in a respective axis of the predefined coordinate system.
  • the coordinate system transformation consists in particular of an image, preferably comprising a rotation matrix and a displacement vector to account for different origins of the respective coordinate systems.
  • the m axes differ from the n axes in that a force winder K des dependent on the task is expected and / or desired in or around the m axes.
  • This is expressed by the terms m ⁇ N and mi n, which say that the predefined coordinate system has in particular N axes whose
  • m ⁇ N and mi n mean that an axis can fall below either the m axes or below the n axes, but can not simultaneously be an axis of the m and the n axes. In other words, for a certain axis, a component of the power wind K of is expected or not.
  • This expected and / or desired force Winder K des in particular by a desired contact with the environment of the robot manipulator with an object from the environment to the state, for example, when editing an object by the end effector, when gripping an object by the end effector, when
  • this expected and / or desired force Winder K is the taken into account as described above, in particular a desired force Winder K of preferably from a force control of the robot manipulator is determined, and an expected force Winder K of the preferred estimation a contact force of a manipulation object is determined. Again applies to the expected and / or desired force Winder K of the
  • the axes are preferably to be considered separately in their respective direction for the comparison of the determined force winders with the respective limit value, that is to say that in a Cartesian coordinate system, a distinction is made in particular between a positive and a negative axis, for example a direction "+ x" and an order 180 ° rotated on the other hand running direction "-x".
  • a first limit value can thus be defined in a first direction of a Cartesian coordinate system, and a further first limit value can be defined with differing values for the negative direction of the first direction. This is particularly preferred
  • error mode generally indicates a signal, a control command or a
  • Control program that defines the driving of the robot manipulator in response to detecting an unwanted collision of the robot manipulator and / or an erroneous execution of the task.
  • Preferred embodiments of the failure mode are those listed below.
  • the failure mode is preferably that the execution of the task is aborted first and then a new attempt to execute the task is repeated with changed parameters.
  • the error mode consists in a termination of the instantaneous movement until the robot manipulator is at a standstill, that is to say in a so-called "safe stop”.
  • the execution of the error mode preferably consists in changing the parameters of one
  • Compliance control Such a compliance control generates an artificial spring-mass-damper model of the robotic manipulator and defines this model as desired behavior which the controller of the robotic manipulator is to produce.
  • this change of the compliance control in the failure mode is in one lower spring force constant with correspondingly reduced damping of the spring mass damper model.
  • Another alternatively preferred failure mode is an active avoidance of the external force Winder K ext .
  • a controller of the robot manipulator is actively controlled accordingly and with corresponding setpoints of position and / or speed and / or acceleration
  • the execution of the failure mode is to issue a warning to a user or to another person.
  • three general options are to be considered for the failure mode, namely an active reaction, a passive reaction, or a stopping of the movement of the
  • Robotemanipulators can be detected more accurately. This advantageous effect occurs in particular in that in or around the m axes of the predefined
  • the second threshold is selected to be higher than the first limit for the n axes in which no contact force is expected and / or desired.
  • a faulty execution of the task is the power Winder K ext determined by the expected and / or desired force Winder K of compensated and the compensated force Winder with the second threshold value is compared, at least for the detection.
  • the external force Winder K ext is determined by means of a pulse observer.
  • the impulse observer records those based on engine torques
  • Coordinate system and / or the m axes and / or the n axes time-varying and depending on the desired movement and / or the task.
  • the m axes and / or the n axes are advantageously adapted over this.
  • the first limit value and / or the second limit value are time-variant and dependent on the progress in the course of the execution of the task.
  • the first and / or the second limit value are predetermined by a user and are adaptable by the user.
  • the first and / or the second limit value are defined together with the task.
  • the first and / or the second limit value are determined and adapted by machine learning.
  • machine learning is preferably understood a parametric adaptation of the first limit value and / or the second limit value.
  • Adaptation is preferably carried out gradient-based or based on a general cost or energy function, the respective parameter or limit itself is at least square in the energy function or the cost function, so that when forming a time derivative of the cost or energy function of the value function decreases over time and thus has a convergence of the respective limit value or parameter to lower values of the cost function.
  • one or more statistical functions are used for machine learning, in particular to form an expected value for the first or second limit value depending on the past first or second limit values.
  • machine learning is preferably based on the use of neural networks or related trainable constructs which, in particular via superimposed and adapted sigmoid functions, map input / output behavior as input values depending on environmental parameters, and thus, in particular, environmental conditions and detects parameters of the respective task, determine a first and / or second threshold as the respective output value of the neural network.
  • machine learning relies on linear regression to statistically adjust the respective linear factors of a linear equation system such that the result of the linear system of equations provides the first or second threshold.
  • Another aspect of the invention relates to an apparatus for controlling an actuator driven robotic manipulator having an end effector, wherein the end effector is configured to perform a predetermined desired movement and to perform a task during the execution of the desired movement, comprising: a
  • Force determination unit used to determine a robot manipulator
  • K ext is executed during the execution of the desired movement, wherein K ext has a vector F ext at least one external force and / or a vector M ext at least one external moment
  • a computing unit which is executed to an undesirable collision of the robot manipulator when K ext in or around n axes of a predefined coordinate system with N axes exceeds a predefined first limit, where ne / V, and is designed to detect erroneous execution of the task, if K ext in or around m axes of the coordinate system exceeds a predefined second threshold value or if K ext ⁇ K of, where K is the one dependent on the object and occur exclusively in, or to the m axis of expected and / or desired force Winder, where K of a vector F of at least an expected and / or desired force and / or a vector M of the at least one t is an expected and / or desired torque, and where m ⁇ N and mi n, wherein the first threshold is
  • Another aspect of the invention relates to a robot with a device as described above and below.
  • Fig. 1 shows a method for controlling an actuator-driven
  • FIG. 2 shows a robot with a device for controlling an actuator
  • Fig. 1 shows a method for controlling an actuator-driven
  • a determination S1 of an external power wincher K ext introduced into the robot manipulator 1 takes place, wherein K ext has a vector F ext of at least one external force and / or a vector M ext of at least one external moment.
  • the external force Winder K ext is determined by means of a force and torque sensor.
  • Coordinate system with N axes exceeds a predefined first limit, where ne / V. Further, a detecting occurs S3 a faulty execution of the task, if K ext exceeds a predefined second limit value in or near m axes of the coordinate system or if K ext ⁇ K of, where K of a dependent of the task and exclusively in or around the m Axes expected expected and / or desired Kraftwinder is, and where m ⁇ N and mi n applies.
  • the first limit value is smaller than the second limit value.
  • a drive S4 of the robot manipulator 1 takes place in an error mode when an unwanted collision of the robot manipulator 1 and / or an erroneous execution of the task is detected.
  • the predefined coordinate system along with the m axes and the n axes, is time-variant and dependent upon an execution progress task.
  • the first and / or the second limit value are further specified by a user and can be adapted by the user during the execution of the task.
  • FIG. 2 shows a robot 200 having a device 100 for controlling an actuator-driven robot manipulator 1 with an end effector 3, wherein the end effector 3 is designed to execute a predetermined target movement and to execute a task during the execution of the target movement.
  • the end effector 3 in this case has a drill chuck and a drill clamped therein.
  • the device 100 has a force determination unit 5, which is used to determine one in the
  • Robot manipulator 1 introduced external power windlass K ext is executed during the execution of the desired movement, where K ext has a vector F ext at least one external force and / or a vector M ext at least one external moment. Furthermore, the device 100 has a computing unit 7 which is designed to detect an unwanted collision of the robot manipulator 1 if K ext in or around n axes of a predefined coordinate system with N axes exceeds a predefined first limit value, where ne / V, and detecting a faulty execution of the task, if K ext exceeds a predefined second limit value in or near m axes of the coordinate system or if K ext ⁇ K of, where K of a dependent of the task and exclusively in or around the m axis occurring expected and / or desired force winder, and wherein me / and mi n, where the first limit is less than the second limit.
  • N axes are considered: "x", where
  • 4.
  • a feed takes place as the desired motion for drilling by means of the arranged to the end effector 3 drill, and from the component, is carried out a contact force in the form of an expected and / or desired force Winders K of the axis , is - z "as the only m Axis defined.
  • the other axes "x", "y”, "z” are consequently n axes. However, remains from the force of the blast K, i.e.
  • the device 100 has a control unit 9, which is designed to, the
  • Robotemanipulator 1 in a failure mode to control when the computing unit 7 detects an undesired collision of the robot manipulator 1 and / or an erroneous execution of the task.
  • the error mode consists here in an abort of the

Abstract

The invention relates to a method for controlling an actuator-driven robot manipulator (1) having an end effector (3), in which the end effector (3) executes a predefined target movement and executes a task while executing the target movement, comprising the following steps: while executing the target movement, determining (S1) an external wrench Kext introduced into the robot manipulator (1), wherein Kext has a vector Fext of at least one external force and/or a vector Mext of at least one external torque; detecting (S2) an unwanted collision of the robot manipulator (1), if Kext exceeds a predefined first threshold value in or about n axes of a predefined coordinates system with N axes, wherein n∈N; detecting (S3) an erroneous execution of the task, if Kext exceeds a predefined second threshold value in or about m axes of the coordinates system, or if Kext<Kdes, wherein Kdes is a wrench that is dependent on the task and desired, expected and/or occurring exclusively in or about the m axes, and wherein m∈N and m ∉ n, wherein the first threshold value is lower than the second threshold value; and actuating (S4) the robot manipulator (1) in an error mode, if an unwanted collision of the robot manipulator (1) and/or an erroneous execution the the task is detected.

Description

Richtungsabhängige Kollisionsdetektion für einen Robotermanipulator  Direction-dependent collision detection for a robot manipulator
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen The invention relates to a method for controlling an actuator-driven
Robotermanipulators mit einem Endeffektor, sowie eine Vorrichtung zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators mit einem Endeffektor und einen Roboter mit einer ebensolchen Vorrichtung. Aufgabe der Erfindung ist es, Kollisionen eines Robotermanipulators insbesondere während der Ausführung einer Aufgabe durch den Robotermanipulator besser zu erkennen und dadurch die Aufgabe besser auszuführen.  Robot manipulator with an end effector, and a device for controlling an actuator-driven robot manipulator with an end effector and a robot with such a device. The object of the invention is to better detect collisions of a robot manipulator, in particular during the execution of a task by the robot manipulator, and thereby perform the task better.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators mit einem Endeffektor, bei dem der Endeffektor eine vorgegebene Sollbewegung ausführt und während der Ausführung der Sollbewegung eine Aufgabe ausführt, aufweisend die Schritte: A first aspect of the invention relates to a method for controlling an actuator-driven robotic manipulator having an end effector, in which the end effector executes a predetermined target movement and performs a task during execution of the target movement, comprising the steps of:
- während der Ausführung der Sollbewegung Ermitteln eines in den Robotermanipulator eingebrachten externen Kraftwinders Kext, wobei Kext einen Vektor Fext zumindest einer externen Kraft und/oder einen Vektor Mext zumindest eines externen Moments aufweist,during the execution of the desired movement, determination of an external power wincher K ext introduced into the robot manipulator, wherein K ext has a vector F ext of at least one external force and / or a vector M ext of at least one external moment,
- Detektieren einer unerwünschten Kollision des Robotermanipulators, wenn Kext in oder um n Achsen eines vordefinierten Koordinatensystems mit N Achsen einen vordefinierten ersten Grenzwert überschreitet, wobei gilt n e N, Detection of an undesired collision of the robot manipulator when K ext in or around n axes of a predefined coordinate system with N axes exceeds a predefined first limit value, where ne N,
- Detektieren einer fehlerhaften Ausführung der Aufgabe, wenn Kext in oder um m Achsen des Koordinatensystems einen vordefinierten zweiten Grenzwert überschreitet oder wenn Kext<Kdes ist, wobei Kdes ein von der Aufgabe abhängiger und ausschließlich in oder um die m Achsen auftretender erwarteter und/oder erwünschter Kraftwinder ist, wobei Kdes einen Vektor Fdes zumindest einer erwarteten und/oder erwünschten Kraft und/oder einen Vektor Mdes zumindest eines erwarteten und/oder erwünschten Moments aufweist, und wobei m e N und m i n gilt, - detecting exceeds a predefined second limit value of a faulty execution of the task, if K ext in or near m axes of the coordinate system or if K ex t <K d it is, wherein K of a dependent of the task and exclusively in or around the m axis occurring expected and / or desired force Winder, where K of a vector F of the at least one expected and / or desired force and / or a vector M of the expected of at least one and / or has the desired torque, and wherein me N and min is established,
wobei der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert ist, und wherein the first threshold is less than the second threshold, and
- Ansteuern des Robotermanipulators in einem Fehlermodus, wenn eine unerwünschte- Driving the robot manipulator in an error mode when an undesirable
Kollision des Robotermanipulators und/oder eine fehlerhafte Ausführung der Aufgabe detektiert wird. Insbesondere tritt eine externe Kraft als solche in einer Achse auf, und ein externes Moment als solches um eine Achse. Damit Kdes ein von der Aufgabe abhängiger und ausschließlich in oder um die m Achsen auftretender erwarteter und/oder erwünschter Kraftwinder ist, wird insbesondere das vordefinierte Koordinatensystem und dessen m Achsen, und insbesondere dessen Orientierung, auf Grund von Vorwissen über Kdes entsprechend definiert. Kdes ergibt sich vorteilhaft durch Kenntnis der Aufgabe und der bei Ausführung der Aufgabe durch Wechselwirkung mit einer Umgebung erwarteten, auf den Robotermanipulator wirkenden mechanischen Kräfte und/oder Momente. Da die Collision of the robot manipulator and / or a faulty execution of the task is detected. In particular, an external force occurs as such in an axis, and an external moment as such about an axis. Thus, K DES is a dependent on the task and occur exclusively in, or to the m axis of expected and / or desired force Winder, in particular the pre-defined coordinate system and the m axis, and especially its orientation, defined on the basis of prior knowledge of K of the appropriately. K des results advantageously by knowing the task and the expected during the execution of the task by interaction with an environment, acting on the robot manipulator mechanical forces and / or moments. Because the
Ausführung der Aufgabe durch den Robotermanipulator einen Zeitraum benötigt, ist Kdes zudem vorteilhaft zeitabhängig: Kdes = Kdes(t). Execution of the task required by the robot manipulator a period of K is also advantageous time-dependent: K = K of the (t).
Der Endeffektor wird auch als solcher bezeichnet, wenn er selbst nicht aktuiert ist, das heißt selbst keine bewegbaren oder anderweitig ansteuerbaren Stellglieder aufweist. Der Endeffektor kann somit auch einfach das distale Ende des Robotermanipulators sein. The end effector is also referred to as such when it is not aktuiert itself, that is, even has no movable or otherwise controllable actuators. The end effector can thus also simply be the distal end of the robot manipulator.
Unter einer Sollbewegung wird vorteilhaft ein kinematischer Datensatz zur Vorgabe der Bewegung des Endeffektors des Robotermanipulators verstanden. Vorteilhaft wird die Sollbewegung über einen gewünschten Bewegungspfad definiert, das heißt mittels einer Abfolge von gewünschten Positionen eines bestimmten Referenzpunktes auf dem Under a desired movement is advantageously understood a kinematic data set for specifying the movement of the end effector of the robot manipulator. Advantageously, the desired movement is defined via a desired movement path, that is, by means of a sequence of desired positions of a specific reference point on the
Robotermanipulator, insbesondere eines Referenzpunktes auf dem Endeffektor des Robotermanipulators oder auf dem distalen Ende des Robotermanipulators, und weiterhin vorteilhaft mittels einer zu dieser gewünschten Abfolge von Positionen zugehörigen Geschwindigkeit und einer Beschleunigung des Referenzpunktes. Dementsprechend ist von dem Begriff „Sollbewegung“ auch ein gewünschter Stillstand dieses betrachteten Referenzpunktes umfasst. Dann gilt für diesen Fall des gewünschten Stillstands eine über die Zeit konstante Sollposition, sowie eine Sollgeschwindigkeit von Null und eine Robot manipulator, in particular a reference point on the end effector of the robot manipulator or on the distal end of the robot manipulator, and further advantageously by means of a speed associated with this desired sequence of positions and an acceleration of the reference point. Accordingly, the term "desired movement" also includes a desired standstill of this reference point considered. Then, in this case of the desired standstill, a setpoint position that is constant over time and a setpoint speed of zero and one applies
Sollbeschleunigung von Null des Referenzpunktes. Target acceleration of zero of the reference point.
Unter externen Kräften und Momenten werden hier solche verstanden, welche nicht durch die Antriebe entstehen, die mit dem Robotermanipulator in Verbindung stehen. Bevorzugt weisen die Gelenke des Robotermanipulators als Antriebe elektrische Motoren zum Erzeugen von Momenten zwischen den Robotergliedern auf, die jeweils durch das Gelenk verdrehbar miteinander verbunden sind. Diese Momente, die sich durch Division eines entsprechenden zu betrachtenden Radius äquivalent in eine Kraft überführen lassen, werden im Gegensatz zu den oben erwähnten externen Kräften und Momenten vorliegend als interne Kräfte und Momente verstanden. Der Vergleich von Kext mit Kdes und von Kext mit dem ersten und zweiten Grenzwert erfolgen bevorzugt komponentenweise des im Allgemeinen vektoriellen Kext und des im Allgemeinen vektoriellen Kdes, sodass jeweils Skalare mit Skalaren verglichen werden. Alternativ bevorzugt werden skalare Vektornormen ||Kext|| sowie ||Kdes|| gebildet und diese miteinander und mit dem ersten und dem zweiten Grenzwert verglichen. Bevorzugt wird als Vektornorm die 2-Norm, das heißt ||Kext| |2 sowie ||Kdes| |2 verwendet, die als Zeitintegral der quadrierten Vektorkomponenten eine energiegleiche Norm bildet, oder alternativ bevorzugt dazu als Vektornorm die“-Norm, das heißt ||Kext||~ sowie ||Kdes||~ verwendet, die den jeweils größten Wert aller Vektorkomponenten über die Zeit angibt. Im Falle der Verwendung der“-Norm und/oder der 2-Norm werden vorteilhaft die Vergleiche einzeln für die m Achsen und die n Achsen nach Trennung der vektoriellen Größen in die External forces and moments are understood here as meaning those which do not arise through the drives which are connected to the robot manipulator. Preferably, the joints of the robot manipulator as drives on electric motors for generating moments between the robot members, which are each rotatably connected to each other by the joint. These moments, which can be equivalently converted into a force by dividing a corresponding radius to be considered, are, in contrast to the external forces and moments mentioned above, understood as internal forces and moments. The comparison of K ext with the K and K ext of, preferably, with the first and second component-wise limit of vector generally K ext and of the vectorial in general K, so scalars are compared with each of the scalars. Alternatively, scalar vector norms || K ext || are preferred and || K of || formed and compared with each other and with the first and the second limit. The vector standard is preferably the 2-norm, ie || K ext | | 2 and || K of | 2, which as a time integral of the squared vector components forms an energy-equal standard, or alternatively preferably uses as the vector standard the "norm, that is || K ext || ~ and || K of || ~, which has the largest value indicates all vector components over time. In the case of using the "-norm and / or the 2-norm, the comparisons become advantageous for the m axes and the n axes after separation of the vectorial quantities in the
Komponenten der m Achsen und in die Komponenten der n Achsen vorgenommen. Components of the m axes and made into the components of the n axes.
Bevorzugt erfolgt das Ermitteln des externen Kraftwinders Kext mittels Sensoren, insbesondere mittels Kraftsensoren und/oder Momentensensoren. Insbesondere die Momentensensoren werden bevorzugt bereits in Gelenken des Robotermanipulators zusammen mit dem im jeweiligen Gelenk befindlichen Motor verbaut. Weiterhin bevorzugt werden Kraftsensoren auf einem Strukturbauteil eines Roboterglieds angeordnet, wobei diese Art von Kraftsensoren über die Materialdehnung des Roboterglieds und der bekannten Materialkonstanten, insbesondere des E-Moduls, eine Spannung bzw. eine Kraft in dem jeweiligen Roboterglied ermittelt. Ferner bevorzugt werden elektrische Stromsensoren verwendet, die den elektrischen Strom durch einen elektrischen Motor des Robotermanipulators messen, um von Änderungen im elektrischen Strom auf eine anormale Momentenänderung am Motor und damit auf eine sich in einer externen Kraft oder in einem externen Moment äu ßernde Kollision zu schließen. In diesem Fall dienen die Motoren selbst als Momentensensoren. Preferably, the determination of the external power winch K ext by means of sensors, in particular by means of force sensors and / or torque sensors. In particular, the moment sensors are preferably already installed in joints of the robot manipulator together with the motor located in the respective joint. Furthermore, force sensors are preferably arranged on a structural component of a robot member, wherein this type of force sensors determines a tension or a force in the respective robot member via the material expansion of the robot member and the known material constants, in particular of the modulus of elasticity. Further preferably, electrical current sensors are used, which measure the electric current through an electric motor of the robot manipulator, in order to conclude from changes in the electric current to an abnormal change in torque at the motor and thus to an external force or external moment , In this case, the motors themselves serve as torque sensors.
Das Detektieren einer unerwünschten Kollision des Robotermanipulators besteht insbesondere in einem Detektieren einer unerwünschten Kollision des Detecting an undesired collision of the robotic manipulator consists, in particular, in detecting an undesired collision of the robot
Robotermanipulators mit einem Objekt der Umgebung, mit einem am Endeffektor aufgegriffenen Objekt, oder durch eine Kollision des Robotermanipulators mit sich selbst, beispielsweise zwischen zwei Gliedern des Robotermanipulators, oder mit einer Robot manipulator with an object of the environment, with an object picked up at the end effector, or by a collision of the robot manipulator with itself, for example between two members of the robot manipulator, or with a
Roboterbasis, mit der der Robotermanipulator verbunden ist und die als Auflager des Robotermanipulators dient. Insbesondere ist der externe Kraftwinder Kext ein Vektor, der die erfassten Kräfte Fext als Spaltenvektor und die erfassten Momente Mext als Spaltenvektor kombiniert und zusammen in einem bevorzugt sechsdimensionalen Spaltenvektor notiert, da sowohl Fext als auch Mext insbesondere in einem kartesischen Koordinatensystem je drei Einträge für drei aufeinander jeweils orthogonal stehende Raumrichtungen erfasst. Werden insbesondere nur externe Kräfte ermittelt, so enthalten die Komponenten dieses Vektors in allen Einträgen für die externen Momente eine Null. Bevorzugt, und im allgemeinsten Fall, gilt daher für den externen Kraftwinder KeXt=[FeXt T,Mext T]T, wobei das hochgestellte „T“ in Form von„(-)“ den Transponierten-Operator angibt, durch den ein Zeilenvektor zum Spaltenvektor wird und umgekehrt. Robot base to which the robot manipulator is connected and which serves as a support for the robot manipulator. In particular, the external force winder K ext is a vector which combines the detected forces F ext as a column vector and the detected moments M ext as a column vector and records them together in a preferably six-dimensional column vector, since both F ext and M ext, in particular in a Cartesian coordinate system recorded three entries for three mutually orthogonal spatial directions. In particular, if only external forces are determined, the components of this vector contain a zero in all entries for the external moments. Preferably, and in the most general case, therefore, for the external force winder K eXt = [F eXt T , M ext T ] T , where the superscript "T" in the form of "(-)" indicates the transposed operator through which Row vector becomes column vector and vice versa.
Das vordefinierten Koordinatensystem weist insbesondere N Achsen auf. Diese N Achsen sind bevorzugt derart, dass eine Angabe einer Koordinate mittels des vordefinierten Koordinatensystems die Angabe nur genau eines Werts auf jeder einzelnen Achse des Koordinatensystems erfordert und auch zulässt, was insbesondere bei orthogonal zueinander stehenden Achsen der Fall ist. Insbesondere für komplexe Lastfälle mit mehreren Kraftrichtungen eines erwarteten und/oder gewünschten Kraftwinders Kdes bei Ausführung der Aufgabe wird alternativ dazu bevorzugt ein überbestimmtes vordefiniertes Koordinatensystem verwendet, so dass die m Achsen, in oder um die der erwartete und/oder gewünschten Kraftwinder Kdes auftritt, nicht zwingend orthogonal aufeinander stehen und bevorzugt einen Winkel von <90° zueinander bilden und somit mehr als sechs Raumrichtungen (das heißt mehr als drei Raumrichtungen bei Nichtbeachtung von Vorzeichen) durch die m Achsen berücksichtigt werden können. The predefined coordinate system has in particular N axes. These N axes are preferably such that an indication of a coordinate by means of the predefined coordinate system requires the specification of only one value on each individual axis of the coordinate system and also allows what is the case in particular for orthogonal axes. Especially for complex load cases with several force directions of an expected and / or desired force Winders K of at execution of the task is alternatively preferably an overdetermined predefined coordinate system used, so that the m axis, occurs in or near that of the expected and / or desired force Winder K of , not necessarily orthogonal to each other and preferably form an angle of <90 ° to each other and thus more than six spatial directions (that is, more than three spatial directions in ignoring signs) by the m axes can be considered.
Der externe Kraftwinder wird in einem Winder-Koordinatensystem ermittelt, das allgemein unabhängig von dem vordefinierten Koordinatensystem ist, in dem die n Achsen und die m Achsen definiert werden. Unterscheiden sich beide Koordinatensysteme insbesondere in dem Ort ihres Ursprungs oder auch in ihrer Orientierung, oder auch in ihrer Art, beispielsweise wenn das Winder-Koordinatensystem Rotationskoordinaten mit Radius r und vektoriellem Winkel a definiert und dagegen das vordefinierte Koordinatensystem ein kartesisches Koordinatensystem ist, wird insbesondere der externe Kraftwinder durch Koordinatensystemtransformation aus dem Winder-Koordinatensystem in das The external force winder is determined in a Winder coordinate system, which is generally independent of the predefined coordinate system in which the n axes and the m axes are defined. If both coordinate systems differ in particular in the location of their origin or also in their orientation, or even in their type, for example if the Winder coordinate system defines rotation coordinates with radius r and vectorial angle a and the predefined coordinate system is a Cartesian coordinate system, in particular the external force winder by coordinate system transformation from the Winder coordinate system in the
vordefinierte Koordinatensystem transformiert, um im vordefinierten Koordinatensystem eine jeweilige Komponente des externen Kraftwinders in einer jeweiligen Achse des vordefinierten Koordinatensystems anzugeben. Die Koordinatensystemtransformation besteht insbesondere aus einer Abbildung, bevorzugt aufweisend eine Drehmatrix und einem Verschiebungsvektor zur Berücksichtigung unterschiedlicher Ursprünge der jeweiligen Koordinatensysteme. predefined coordinate system transformed in order to specify in the predefined coordinate system, a respective component of the external power winders in a respective axis of the predefined coordinate system. The coordinate system transformation consists in particular of an image, preferably comprising a rotation matrix and a displacement vector to account for different origins of the respective coordinate systems.
Demzufolge unterscheiden sich die m Achsen dadurch von den n Achsen, dass in oder um die m Achsen ein von der Aufgabe abhängiger Kraftwinder Kdes erwartetet und/oder gewünscht ist. Dies wird durch die Terme m^N und mi n ausgedrückt, die besagen, dass das vordefinierte Koordinatensystem insbesondere N Achsen aufweist, deren As a result, the m axes differ from the n axes in that a force winder K des dependent on the task is expected and / or desired in or around the m axes. This is expressed by the terms m ^ N and mi n, which say that the predefined coordinate system has in particular N axes whose
Orientierung im Raum und insbesondere die Auswahl der m Achsen gemäß der Richtung und Orientierung des Kraftwinders Kdes definiert werden. Ferner besagen die Terme m^N und mi n, dass eine Achse entweder unter die m Achsen oder unter die n Achsen fällt, nicht aber gleichzeitig eine Achse aus den m und den n Achsen sein kann. In anderen Worten wird für eine bestimmte Achse eine Komponente des Kraftwinders Kdes erwartet oder nicht. Orientation in space and in particular the selection of the m axes according to the direction and orientation of the power wind K of be defined. Furthermore, the terms m ^ N and mi n mean that an axis can fall below either the m axes or below the n axes, but can not simultaneously be an axis of the m and the n axes. In other words, for a certain axis, a component of the power wind K of is expected or not.
Dieser erwartete und/oder gewünschte Kraftwinder Kdes kommt insbesondere durch einen gewünschten Kontakt mit der Umgebung des Robotermanipulators mit einem Objekt aus der Umgebung zu Stande, beispielsweise beim Bearbeiten eines Gegenstandes durch den Endeffektor, beim Greifen eines Gegenstands durch den Endeffektor, beim This expected and / or desired force Winder K des in particular by a desired contact with the environment of the robot manipulator with an object from the environment to the state, for example, when editing an object by the end effector, when gripping an object by the end effector, when
Bearbeiten eines Werkstücks durch den Endeffektor, zum Beispiel beim Schweißen, Bohren, Fräsen, Lackieren, oder Ähnlichem. Durch solche Tätigkeiten entsteht gemäß dem Newtonschen Gesetz„Actio ist gegengleich Reactio“ eine Kraft auf insbesondere den Endeffektor, die jedoch nicht als unerwünschte Kollision gewertet werden soll. Daher wird dieser erwartete und/oder gewünschte Kraftwinder Kdes wie oben beschrieben mit berücksichtigt, wobei insbesondere ein gewünschter Kraftwinder Kdes bevorzugt aus einer Kraft-Regelung des Robotermanipulators ermittelt wird und ein erwarteter Kraftwinder Kdes bevorzugt als Schätzung einer Kontaktkraft einer Manipulationsaufgabe ermittelt wird. Wiederum gilt für den erwarteten und/oder gewünschten Kraftwinder Kdes die Machining a workpiece through the end effector, for example, welding, drilling, milling, painting, or the like. By such activities arises according to the Newton's law "Actio is equal to Reactio" a force on in particular the end effector, which should not be regarded as an undesirable collision. Therefore, this expected and / or desired force Winder K is the taken into account as described above, in particular a desired force Winder K of preferably from a force control of the robot manipulator is determined, and an expected force Winder K of the preferred estimation a contact force of a manipulation object is determined. Again applies to the expected and / or desired force Winder K of the
Vektoreigenschaft analog zum externen Kraftwinder Kext, wobei Kdes die erwarteten und/oder gewünschten Kräfte Fdes als Spaltenvektor und die erwarteten und/oder gewünschten Momente Mdes als Spaltenvektor kombiniert und zusammen in einem sechsdimensionalen Spaltenvektor notiert, da sowohl Fdes als auch Mdes insbesondere in einem kartesischen Koordinatensystem je drei Einträge für drei aufeinander jeweils orthogonal stehende Raumrichtungen erfasst. Werden insbesondere nur erwartete und/oder gewünschte Kräfte ermittelt, so enthalten die Komponenten dieses Vektors in allen Einträgen für die externen Momente eine Null. Bevorzugt, und im allgemeinsten Fall, gilt daher für den erwarteten und/oder gewünschten Kraftwinder Kdes=[FdesT, MdesT]T, wobei das hochgestellte„T“ in Form von„(-)“ den Transponierten-Operator angibt, durch den ein Zeilenvektor zum Spaltenvektor wird und umgekehrt. Vector property analogous to the external force Winder K ext, where K of the expected and / or desired forces F of as a column vector and the expected and / or desired moments M of the combined as a column vector and recorded together in a six-dimensional column vector, since both F of and M of the detected three successive entries for three orthogonally related directions in space, in particular in a Cartesian coordinate system. If, in particular, only expected and / or desired forces are determined, then the components of this vector contain a zero in all entries for the external moments. Preferably, and in the most general case, therefore, for the expected and / or desired force winder K d es = [F d es T , M de s T ] T , where the superscript "T" in the form of "(-)" indicates the transposed operator through which a row vector becomes the column vector and vice versa.
Die Achsen sind bevorzugt in ihrer jeweiligen Richtung getrennt für den Vergleich des ermittelten Kraftwinders mit dem jeweiligen Grenzwert zu betrachten, das heißt dass in einem kartesischen Koordinatensystem insbesondere zwischen einer positiven und einer negativen Achse unterschieden wird, beispielsweise eine Richtung "+x" und eine um 180° gedrehte dagegen laufende Richtung "-x". Vorteilhaft kann hierdurch ein erster Grenzwert in eine erste Richtung eines kartesischen Koordinatensystems definiert werden, und für die negative Richtung der ersten Richtung ein weiterer erster Grenzwert mit sich unterscheidenden Werten definiert werden. Besonders bevorzugt wird diese The axes are preferably to be considered separately in their respective direction for the comparison of the determined force winders with the respective limit value, that is to say that in a Cartesian coordinate system, a distinction is made in particular between a positive and a negative axis, for example a direction "+ x" and an order 180 ° rotated on the other hand running direction "-x". Advantageously, a first limit value can thus be defined in a first direction of a Cartesian coordinate system, and a further first limit value can be defined with differing values for the negative direction of the first direction. This is particularly preferred
Unterscheidung gemäß des Vorzeichens der Richtung lediglich in den m Achsen vorgenommen, wohingegen in den n Achsen der Kraftwinder Kext lediglich betragsmäßig mit dem ersten bzw. zweiten Grenzwert verglichen wird. Für alle Richtungen jeder Achse, das heißt auch für beide Richtungen„+x“ und ,,-x“ wird hierbei jedoch die betragsmäßige Komponente des externen Kraftwinders Kext mit einem jeweiligen positiven Grenzwert verglichen. Die Aussage, dass der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert ist, ist also immer für positive Grenzwerte im Vergleich zu betragsmäßigen Komponenten des externen Kraftwinders Kext und analog dazu im Vergleich mit dem betragsmäßigen erwarteten und/oder gewünschten Kraftwinder Kdes zu verstehen. Distinction according to the sign of the direction made only in the m axes, whereas in the n axes of the force Winder K ext is only compared in terms of absolute value with the first and second limit. For all directions of each axis, that is to say for both directions "+ x" and "- x", the component of the external power wind K ext is compared here with a respective positive limit value. The statement that the first limit value is smaller than the second limit value is therefore always to be understood as positive limit values in comparison to absolute components of the external power wind K ext and analogously thereto in comparison with the magnitude expected and / or desired force winder K des .
Der Begriff„Fehlermodus“ gibt allgemein ein Signal, einen Steuerbefehl oder ein The term "error mode" generally indicates a signal, a control command or a
Steuerprogramm an, das die Ansteuerung des Robotermanipulators als Reaktion auf das Erkennen einer unerwünschten Kollision des Robotermanipulators und/oder einer fehlerhaften Ausführung der Aufgabe definiert. Bevorzugte Ausführungsformen des Fehlermodus sind die nachfolgend angeführten. Control program that defines the driving of the robot manipulator in response to detecting an unwanted collision of the robot manipulator and / or an erroneous execution of the task. Preferred embodiments of the failure mode are those listed below.
Der Fehlermodus besteht bevorzugt darin, dass die Ausführung der Aufgabe zunächst abgebrochen wird und anschließend ein neuer Versuch zum Ausführen der Aufgabe mit geänderten Parametern wiederholt wird. Alternativ bevorzugt besteht der Fehlermodus in einem Abbruch der momentanen Bewegung bis zum Stillstand des Robotermanipulators, das heißt, in einem sogenannten„Sicheren Stopp“. Weiterhin alternativ bevorzugt besteht die Ausführung des Fehlermodus in einer Änderung der Parameter einer The failure mode is preferably that the execution of the task is aborted first and then a new attempt to execute the task is repeated with changed parameters. Alternatively preferably, the error mode consists in a termination of the instantaneous movement until the robot manipulator is at a standstill, that is to say in a so-called "safe stop". As an alternative, the execution of the error mode preferably consists in changing the parameters of one
Nachgiebigkeitsregelung. Eine solche Nachgiebigkeitsregelung erzeugt ein künstliches Feder-Masse-Dämpfer Modell des Robotermanipulators und definiert dieses Modell als Wunschverhalten, welches der Regler des Robotermanipulators erzeugen soll. Bevorzugt besteht diese Änderung der Nachgiebigkeitsregelung in dem Fehlermodus in einer geringeren Federkraftkonstante mit entsprechend verringerter Dämpfung des Feder- Masse-Dämpfer Modells. Ein weiterer alternativ bevorzugter Fehlermodus besteht in einem aktiven Ausweichen vor dem externen Kraftwinder Kext. In diesem Fall wird ein Regler des Robotermanipulators aktiv entsprechend gesteuert und mit entsprechenden Sollwerten von Position und/oder Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung Compliance control. Such a compliance control generates an artificial spring-mass-damper model of the robotic manipulator and defines this model as desired behavior which the controller of the robotic manipulator is to produce. Preferably, this change of the compliance control in the failure mode is in one lower spring force constant with correspondingly reduced damping of the spring mass damper model. Another alternatively preferred failure mode is an active avoidance of the external force Winder K ext . In this case, a controller of the robot manipulator is actively controlled accordingly and with corresponding setpoints of position and / or speed and / or acceleration
beaufschlagt, sodass dem ermittelten externen Kraftwinder Kext aktiv ausgewichen wird. Vorteilhaft wird hierzu ein Verfahren zum Ermitteln eines einwirkenden Orts, das heißt Lokalisation, zumindest einer externen Kraft bzw. externen Momenten angewendet. Alternativ bevorzugt besteht die Ausführung des Fehlermodus in der Ausgabe einer Warnung an einen Benutzer oder an eine andere Person. Allgemein formuliert sind vorteilhaft für den Fehlermodus drei generelle Möglichkeiten zu beachten, nämlich eine aktive Reaktion, eine passive Reaktion, oder ein Stoppen der Bewegung des acted so that the determined external force Winder K ext is actively avoided. For this purpose, a method for determining an acting location, that is localization, of at least one external force or external moments is advantageously used. Alternatively, the execution of the failure mode is to issue a warning to a user or to another person. Generally speaking, three general options are to be considered for the failure mode, namely an active reaction, a passive reaction, or a stopping of the movement of the
Robotermanipulators auf den jeweiligen Grenzwert überschreitenden externen Robotemanipulators on the respective limit exceeding external
Kraftwinder Kext. Kraftwinder K ext .
Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass eine Kollisionen eines It is an advantageous effect of the invention that a collision of a
Robotermanipulators genauer erkannt werden kann. Diese vorteilhafte Wirkung tritt insbesondere dadurch ein, dass in oder um die m Achsen des vordefinierten Robotemanipulators can be detected more accurately. This advantageous effect occurs in particular in that in or around the m axes of the predefined
Koordinatensystems, in denen eine Kraft erwartetet und/oder gewünscht wird, der zweite Grenzwert höher gewählt wird, als der erste Grenzwert für die n Achsen, in denen keine Kontaktkraft erwartetet und/oder gewünscht wird. Demzufolge werden unerwünschte Kollisionen durch den relativ niedrigen ersten Grenzwert in den n Achsen recht schnell erkannt, wohingegen die durch die Aufgabe entstehenden Kräfte und/oder Momente auf den m Achsen keinen schädlichen Einfluss ausüben, der zu Fehldetektionen von unerwünschten Kollisionen am Robotermanipulator führen könnten. Coordinate system in which a force is expected and / or desired, the second threshold is selected to be higher than the first limit for the n axes in which no contact force is expected and / or desired. As a result, unwanted collisions are recognized rather quickly by the relatively low first limit in the n axes, whereas the forces and / or moments on the axes do not exert any deleterious influence on the axes that could lead to misdetections of unwanted collisions on the robot manipulator.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird zumindest für das Detektieren einer fehlerhaften Ausführung der Aufgabe der ermittelte Kraftwinder Kext um den erwarteten und/oder gewünschten Kraftwinder Kdes kompensiert und der kompensierte Kraftwinder mit dem zweiten Grenzwert verglichen. According to an advantageous embodiment of a faulty execution of the task is the power Winder K ext determined by the expected and / or desired force Winder K of compensated and the compensated force Winder with the second threshold value is compared, at least for the detection.
Diese Ausführungsform wird insbesondere bei bekanntem oder vorgegebenem This embodiment is particularly known or predetermined
Kraftwinder Kdes durchgeführt. Demnach wird vorteilhaft lediglich die Differenz zwischen dem Kraftwinder Kdes und dem Kraftwinder Kext mit dem zweiten Grenzwert verglichen. Vorteilhaft wird hierdurch eine Unsicherheit, welchen Anteil in dem Kraftwinder Kext tatsächlich der Kraftwinder Kdes einnimmt, herausgenommen, wodurch ein Vergleich mit dem zweiten Grenzwert verlässlichere Ergebnisse liefert. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der externe Kraftwinder Kext mittels eines Impulsbeobachters ermittelt. Kraftwinder K of the performed. Accordingly, only the difference between the force Winder K des and the force Winder K ext is advantageously compared to the second limit value. Thereby an uncertainty, which share in the power actually Winder K ext of the force of the blast K occupies taken out, which provides a comparison with the second threshold value is advantageously more reliable results. According to a further advantageous embodiment, the external force Winder K ext is determined by means of a pulse observer.
Der Impulsbeobachter erfasst insbesondere die auf Basis der Motormomente In particular, the impulse observer records those based on engine torques
geschätzten Winkelbeschleunigungen der Gelenke zwischen den Robotergliedern des Robotermanipulators. Diese können mit den tatsächlichen Winkelbeschleunigungen der Gelenke verglichen werden und vorteilhaft somit bei Abweichungen auf externe Kräfte und Momente geschlossen werden. estimated angular accelerations of the joints between the robot members of the robot manipulator. These can be compared with the actual angular accelerations of the joints and thus advantageously closed in case of deviations to external forces and moments.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind das vordefinierte According to a further advantageous embodiment, the predefined
Koordinatensystem und/oder die m Achsen und/oder die n Achsen zeitvariant und abhängig von der Sollbewegung und/oder der Aufgabe. Coordinate system and / or the m axes and / or the n axes time-varying and depending on the desired movement and / or the task.
Vorteilhaft und insbesondere wenn sich der erwartete Kraftwinder Kdes in seiner Advantageous and particularly if the expected force Winder K of its
Orientierung über den Verlauf der Ausführung der Aufgabe ändert, werden hierüber vorteilhaft die m Achsen und/oder die n Achsen angepasst. Orientation over the course of the execution of the task changes, the m axes and / or the n axes are advantageously adapted over this.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Grenzwert und/oder der zweite Grenzwert zeitvariant und abhängig vom Fortschritt im Verlauf der Ausführung der Aufgabe. According to a further advantageous embodiment, the first limit value and / or the second limit value are time-variant and dependent on the progress in the course of the execution of the task.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden der erste und/oder der zweite Grenzwert von einem Nutzer vorgegeben und sind vom Nutzer anpassbar. According to a further advantageous embodiment, the first and / or the second limit value are predetermined by a user and are adaptable by the user.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der erste und/oder der zweite Grenzwert zusammen mit der Aufgabe definiert. According to a further advantageous embodiment, the first and / or the second limit value are defined together with the task.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden der erste und/oder der zweite Grenzwert durch maschinelles Lernen ermittelt und angepasst. According to a further advantageous embodiment, the first and / or the second limit value are determined and adapted by machine learning.
Unter„maschinellem Lernen“ wird bevorzugt ein parametrisches Anpassen des ersten Grenzwertes und/oder des zweiten Grenzwertes verstanden. Das parametrische By "machine learning" is preferably understood a parametric adaptation of the first limit value and / or the second limit value. The parametric
Anpassen erfolgt bevorzugt gradientenbasiert oder auf Grundlage einer allgemeinen Kosten- oder Energiefunktion, wobei der jeweilige Parameter oder auch Grenzwert selbst zumindest quadratisch in die Energiefunktion oder die Kostenfunktion eingeht, sodass beim Bilden einer zeitlichen Ableitung der Kosten- oder Energiefunktion der Wert der jeweiligen Funktion über die Zeit abnimmt und damit eine Konvergenz des jeweiligen Grenzwertes oder Parameters zu niedrigeren Werten der Kostenfunktion aufweist. Adaptation is preferably carried out gradient-based or based on a general cost or energy function, the respective parameter or limit itself is at least square in the energy function or the cost function, so that when forming a time derivative of the cost or energy function of the value function decreases over time and thus has a convergence of the respective limit value or parameter to lower values of the cost function.
Alternativ bevorzugt werden für das maschinelle Lernen eine oder mehrere statistische Funktionen benutzt, um insbesondere einen Erwartungswert für den ersten oder zweiten Grenzwert abhängig von den vergangenen ersten oder zweiten Grenzwerten zu bilden. Ferner bevorzugt stützt sich das maschinelle Lernen auf die Verwendung von neuronalen Netzen oder damit verwandten trainierbaren Konstrukten, die insbesondere über überlagerte und angepasste Sigmoidfunktionen ein Eingangs-/Ausgangs Verhalten abhängig von Umgebungsparametern als Eingangswerten abbilden, und somit abhängig von der jeweiligen Situation, die insbesondere Umgebungsbedingungen und Parameter der jeweiligen Aufgabe erfasst, einen ersten und/oder zweiten Grenzwert als jeweiligen Ausgangswert des neuronalen Netzes ermitteln. Weiterhin bevorzugt stützt sich das maschinelle Lernen auf eine lineare Regression, um die jeweiligen Linearfaktoren eines linearen Gleichungssystems statistisch derart anzupassen, dass das Ergebnis des linearen Gleichungssystems den ersten oder den zweiten Grenzwert bereitstellt. Alternatively, preferably one or more statistical functions are used for machine learning, in particular to form an expected value for the first or second limit value depending on the past first or second limit values. Furthermore, machine learning is preferably based on the use of neural networks or related trainable constructs which, in particular via superimposed and adapted sigmoid functions, map input / output behavior as input values depending on environmental parameters, and thus, in particular, environmental conditions and detects parameters of the respective task, determine a first and / or second threshold as the respective output value of the neural network. Further preferably, machine learning relies on linear regression to statistically adjust the respective linear factors of a linear equation system such that the result of the linear system of equations provides the first or second threshold.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators mit einem Endeffektor, wobei der Endeffektor zum Ausführen einer vorgegebenen Sollbewegung und zum Ausführen einer Aufgabe während der Ausführung der Sollbewegung ausgeführt ist, aufweisend: Eine Another aspect of the invention relates to an apparatus for controlling an actuator driven robotic manipulator having an end effector, wherein the end effector is configured to perform a predetermined desired movement and to perform a task during the execution of the desired movement, comprising: a
Kraftbestimmungseinheit, die zum Ermitteln eines in den Robotermanipulator Force determination unit used to determine a robot manipulator
eingebrachten externen Kraftwinders Kext während der Ausführung der Sollbewegung ausgeführt ist, wobei Kext einen Vektor Fext zumindest einer externen Kraft und/oder einen Vektor Mext zumindest eines externen Moments aufweist, eine Recheneinheit, die dazu ausgeführt ist, eine unerwünschte Kollision des Robotermanipulators zu detektieren, wenn Kext in oder um n Achsen eines vordefinierten Koordinatensystems mit N Achsen einen vordefinierten ersten Grenzwert überschreitet, wobei gilt ne/V, und dazu ausgeführt ist, eine fehlerhafte Ausführung der Aufgabe zu detektieren, wenn Kext in oder um m Achsen des Koordinatensystems einen vordefinierten zweiten Grenzwert überschreitet oder wenn Kext<Kdes ist, wobei Kdes ein von der Aufgabe abhängiger und ein ausschließlich in oder um die m Achsen auftretender erwarteter und/oder erwünschter Kraftwinder ist, wobei Kdes einen Vektor Fdes zumindest einer erwarteten und/oder erwünschten Kraft und/oder einen Vektor Mdes zumindest eines erwarteten und/oder erwünschten Moments aufweist, und wobei m^N und mi n gilt, wobei der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert ist, und eine Steuereinheit, die dazu ausgeführt ist, den Robotermanipulator in einem Fehlermodus anzusteuern, wenn die Recheneinheit eine unerwünschte Kollision des Robotermanipulators und/oder eine fehlerhafte Ausführung der Aufgabe detektiert. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung weiterhin eine Benutzerschnittstelle zum Vorgeben des ersten Grenzwerts und/oder des zweiten Grenzwerts auf. introduced external power winch K ext is executed during the execution of the desired movement, wherein K ext has a vector F ext at least one external force and / or a vector M ext at least one external moment, a computing unit, which is executed to an undesirable collision of the robot manipulator when K ext in or around n axes of a predefined coordinate system with N axes exceeds a predefined first limit, where ne / V, and is designed to detect erroneous execution of the task, if K ext in or around m axes of the coordinate system exceeds a predefined second threshold value or if K ext <K of, where K is the one dependent on the object and occur exclusively in, or to the m axis of expected and / or desired force Winder, where K of a vector F of at least an expected and / or desired force and / or a vector M of the at least one t is an expected and / or desired torque, and where m ^ N and mi n, wherein the first threshold is less than the second threshold, and a control unit configured to drive the robotic manipulator in an error mode when the computing unit detects an undesired collision of the robot manipulator and / or an erroneous execution of the task. According to a further advantageous embodiment, the device furthermore has a user interface for specifying the first limit value and / or the second limit value.
Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen der vorgeschlagenen Vorrichtung ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen. Advantages and preferred developments of the proposed device result from an analogous and analogous transmission of the statements made above in connection with the proposed method.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Roboter mit einer Vorrichtung wie oben und im Folgenden beschrieben. Another aspect of the invention relates to a robot with a device as described above and below.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein Verfahren zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Fig. 1 shows a method for controlling an actuator-driven
Robotermanipulators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und  Robot manipulator according to an embodiment of the invention, and
Fig. 2 einen Roboter mit einer Vorrichtung zur Steuerung eines aktorisch 2 shows a robot with a device for controlling an actuator
angetriebenen Robotermanipulators gemäß einem weiteren  driven robotic manipulator according to another
Ausführungsbeispiel der Erfindung.  Embodiment of the invention.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. The illustrations in the figures are schematic and not to scale.
Fig. 1 zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Fig. 1 shows a method for controlling an actuator-driven
Robotermanipulators 1 mit einem Endeffektor 3, bei dem der Endeffektor 3 eine vorgegebene Sollbewegung ausführt und während der Ausführung der Sollbewegung eine Aufgabe ausführt. In einem ersten Schritt findet während der Ausführung der Sollbewegung ein Ermitteln S1 eines in den Robotermanipulator 1 eingebrachten externen Kraftwinders Kext statt, wobei Kext einen Vektor Fext zumindest einer externen Kraft und/oder einen Vektor Mext zumindest eines externen Moments aufweist. Der externe Kraftwinder Kext wird hierbei mittels eines Kraft- und Momentensensors ermittelt. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Detektieren S2 einer unerwünschten Kollision des Robotermanipulators 1 , wenn Kext in oder um n Achsen eines vordefinierten Robot manipulator 1 with an end effector 3, in which the end effector 3 executes a predetermined desired movement and executes a task during the execution of the desired movement. In a first step, during the execution of the desired movement, a determination S1 of an external power wincher K ext introduced into the robot manipulator 1 takes place, wherein K ext has a vector F ext of at least one external force and / or a vector M ext of at least one external moment. The external force Winder K ext is determined by means of a force and torque sensor. In a further step, a detection S2 of an undesired collision of the Robot manipulator 1, if K ext in or around n axes of a predefined
Koordinatensystems mit N Achsen einen vordefinierten ersten Grenzwert überschreitet, wobei gilt ne/V. Ferner erfolgt ein Detektieren S3 einer fehlerhaften Ausführung der Aufgabe, wenn Kext in oder um m Achsen des Koordinatensystems einen vordefinierten zweiten Grenzwert überschreitet oder wenn Kext<Kdes ist, wobei Kdes ein von der Aufgabe abhängiger und ausschließlich in oder um die m Achsen auftretender erwarteter und/oder erwünschter Kraftwinder ist, und wobei m^N und mi n gilt. Der erste Grenzwert ist hierbei kleiner als der zweite Grenzwert. Im abschließenden Schritt erfolgt ein Ansteuern S4 des Robotermanipulators 1 in einem Fehlermodus, wenn eine unerwünschte Kollision des Robotermanipulators 1 und/oder eine fehlerhafte Ausführung der Aufgabe detektiert wird. Außerdem ist das vordefinierte Koordinatensystem zusammen mit den m Achsen und den n Achsen zeitvariant und abhängig von einem Fortschritt beim Ausführen Aufgabe. Der erste und/oder der zweite Grenzwert sind ferner von einem Nutzer vorgegeben und vom Nutzer im Verlauf der Ausführung der Aufgabe anpassbar. Coordinate system with N axes exceeds a predefined first limit, where ne / V. Further, a detecting occurs S3 a faulty execution of the task, if K ext exceeds a predefined second limit value in or near m axes of the coordinate system or if K ext <K of, where K of a dependent of the task and exclusively in or around the m Axes expected expected and / or desired Kraftwinder is, and where m ^ N and mi n applies. The first limit value is smaller than the second limit value. In the final step, a drive S4 of the robot manipulator 1 takes place in an error mode when an unwanted collision of the robot manipulator 1 and / or an erroneous execution of the task is detected. In addition, the predefined coordinate system, along with the m axes and the n axes, is time-variant and dependent upon an execution progress task. The first and / or the second limit value are further specified by a user and can be adapted by the user during the execution of the task.
Fig. 2 zeigt einen Roboter 200 mit einer Vorrichtung 100 zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators 1 mit einem Endeffektor 3, wobei der Endeffektor 3 zum Ausführen einer vorgegebenen Sollbewegung und zum Ausführen einer Aufgabe während der Ausführung der Sollbewegung ausgeführt ist. Der Endeffektor 3 weist hierbei ein Bohrfutter und einen darin eingespannten Bohrer auf. Die Vorrichtung 100 weist eine Kraftbestimmungseinheit 5 auf, die zum Ermitteln eines in den 2 shows a robot 200 having a device 100 for controlling an actuator-driven robot manipulator 1 with an end effector 3, wherein the end effector 3 is designed to execute a predetermined target movement and to execute a task during the execution of the target movement. The end effector 3 in this case has a drill chuck and a drill clamped therein. The device 100 has a force determination unit 5, which is used to determine one in the
Robotermanipulator 1 eingebrachten externen Kraftwinders Kext während der Ausführung der Sollbewegung ausgeführt ist, wobei Kext einen Vektor Fext zumindest einer externen Kraft und/oder einen Vektor Mext zumindest eines externen Moments aufweist. Ferner weist die Vorrichtung 100 eine Recheneinheit 7 auf, die dazu ausgeführt ist, eine unerwünschte Kollision des Robotermanipulators 1 zu detektieren, wenn Kext in oder um n Achsen eines vordefinierten Koordinatensystems mit N Achsen einen vordefinierten ersten Grenzwert überschreitet, wobei gilt ne/V, und eine fehlerhafte Ausführung der Aufgabe zu detektieren, wenn Kext in oder um m Achsen des Koordinatensystems einen vordefinierten zweiten Grenzwert überschreitet oder wenn Kext<Kdes ist, wobei Kdes ein von der Aufgabe abhängiger und ausschließlich in oder um die m Achsen auftretender erwarteter und/oder erwünschter Kraftwinder ist, und wobei me/ und mi n gilt, wobei der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert ist. In diesem Fall sind folgende N Achsen betrachtet:„x“,
Figure imgf000013_0001
wobei |A/|=4. Da in z-Richtung ein Vorschub als Sollbewegung zum Bohren mittels des am Endeffektor 3 angeordneten Bohrers erfolgt, und vom Bauteil, in das gebohrt wird, eine Kontaktkraft in Form eines erwarteten und/oder erwünschten Kraftwinders Kdes erfolgt, wird die Achse ,,-z“ als die einzige m Achse definiert. Die weiteren Achsen„x“,„y“,„z“sind in Konsequenz daraus n Achsen. Bleibt jedoch der Kraftwinder Kdes aus, das heißt Kext<Kdes tritt ein, so wird wie oben erörtert eine fehlerhafte Ausführung der Aufgabe detektiert, da das Bohren nicht wie geplant erfolgt, beispielsweise wenn das zu bohrende Bauteil verrutscht ist. Ferner weist die Vorrichtung 100 eine Steuereinheit 9 auf, die dazu ausgeführt ist, den
Robot manipulator 1 introduced external power windlass K ext is executed during the execution of the desired movement, where K ext has a vector F ext at least one external force and / or a vector M ext at least one external moment. Furthermore, the device 100 has a computing unit 7 which is designed to detect an unwanted collision of the robot manipulator 1 if K ext in or around n axes of a predefined coordinate system with N axes exceeds a predefined first limit value, where ne / V, and detecting a faulty execution of the task, if K ext exceeds a predefined second limit value in or near m axes of the coordinate system or if K ext <K of, where K of a dependent of the task and exclusively in or around the m axis occurring expected and / or desired force winder, and wherein me / and mi n, where the first limit is less than the second limit. In this case, the following N axes are considered: "x",
Figure imgf000013_0001
where | A / | = 4. As is drilled in the in z-direction, a feed takes place as the desired motion for drilling by means of the arranged to the end effector 3 drill, and from the component, is carried out a contact force in the form of an expected and / or desired force Winders K of the axis ,, is - z "as the only m Axis defined. The other axes "x", "y", "z" are consequently n axes. However, remains from the force of the blast K, i.e. K ext <K of enters, so a faulty execution of the task is detected as discussed above, since the drilling not carried out as planned, for example, if the slip is to be drilled component. Furthermore, the device 100 has a control unit 9, which is designed to, the
Robotermanipulator 1 in einem Fehlermodus anzusteuern, wenn die Recheneinheit 7 eine unerwünschte Kollision des Robotermanipulators 1 und/oder eine fehlerhafte Ausführung der Aufgabe detektiert. Der Fehlermodus besteht hierbei in einem Abbruch des  Robotemanipulator 1 in a failure mode to control when the computing unit 7 detects an undesired collision of the robot manipulator 1 and / or an erroneous execution of the task. The error mode consists here in an abort of the
Ausführens der Aufgabe und ein Stillstand des Endeffektors. Performing the task and a stoppage of the end effector.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele Although the invention has been illustrated and explained in detail by preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples
eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der and other variations can be deduced therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exists. It is also to be understood that exemplified embodiments are really only examples that are not in any way intended to limit such scope, uses, or uses
Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Configuration of the invention are to be construed. Rather, the foregoing description and description enable the skilled artisan to practice the exemplary embodiments, and those of skill in the knowledge of the disclosed inventive concept may make various changes, for example, to the function or arrangement of particular elements recited in an exemplary embodiment. without departing from the scope of the protection by the claims and their legal equivalents, such as more extensive
Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird. Explanations in the description, is defined.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Robotermanipulator1 robot manipulator
3 Endeffektor 3 end effector
5 Kraftbestimmungseinheit5 force determination unit
7 Recheneinheit 7 arithmetic unit
9 Steuereinheit 9 control unit
100 Vorrichtung  100 device
200 Roboter  200 robots
51 Ermitteln 51 Determine
52 Detektieren  52 Detect
53 Detektieren  53 Detect
54 Ansteuern  54 driving

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators (1 ) mit einem Endeffektor (3), bei dem der Endeffektor (3) eine vorgegebene Anspruch [en] A method of controlling an actuator-driven robotic manipulator (1) having an end effector (3), wherein the end effector (3) has a predetermined one
Sollbewegung ausführt und während der Ausführung der Sollbewegung eine Aufgabe ausführt, aufweisend die Schritte:  Executes target movement and executes a task during execution of the target movement, comprising the steps of:
- während der Ausführung der Sollbewegung Ermitteln (S1 ) eines in den  - During the execution of the desired movement determining (S1) one in the
Robotermanipulator (1 ) eingebrachten externen Kraftwinders Kext, wobei Kext einenRobotemanipulator (1) introduced external force winders K ext , where K ext a
Vektor Fext zumindest einer externen Kraft und/oder einen Vektor Mext zumindest eines externen Moments aufweist, Vector F ext has at least one external force and / or vector M ext of at least one external moment,
- Detektieren (S2) einer unerwünschten Kollision des Robotermanipulators (1 ), wenn Kext in oder um n Achsen eines vordefinierten Koordinatensystems mit N Achsen einen vordefinierten ersten Grenzwert überschreitet, wobei gilt n e N,Detecting (S2) an undesired collision of the robot manipulator (1) when K ext in or around n axes of a predefined coordinate system with N axes exceeds a predefined first limit, where ne N,
- Detektieren (S3) einer fehlerhaften Ausführung der Aufgabe, wenn Kext in oder um m Achsen des Koordinatensystems einen vordefinierten zweiten Grenzwert überschreitet oder wenn Kext<Kdes ist, wobei Kdes ein von der Aufgabe abhängiger und ausschließlich in oder um die m Achsen auftretender erwarteter und/oder erwünschter Kraftwinder ist, und wobei m e N und m i n gilt, - detecting (S3) a faulty execution of the task, if K ext exceeds a predefined second limit value in or near m axes of the coordinate system or if K ext <K of, where K of a dependent of the task and exclusively in or around the m Axes expected and / or desired force winders, and where me N and min,
wobei der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert ist, und  wherein the first threshold is less than the second threshold, and
- Ansteuern (S4) des Robotermanipulators (1 ) in einem Fehlermodus, wenn eine unerwünschte Kollision des Robotermanipulators (1 ) und/oder eine fehlerhafte Ausführung der Aufgabe detektiert wird.  - driving (S4) of the robot manipulator (1) in an error mode when an unwanted collision of the robot manipulator (1) and / or a faulty execution of the task is detected.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
wobei zumindest für das Detektieren einer fehlerhaften Ausführung der Aufgabe der ermittelte Kraftwinder Kext um den erwarteten und/oder gewünschten Kraftwinder Kdes kompensiert wird und der kompensierte Kraftwinder mit dem zweiten Grenzwert verglichen wird. wherein, at least for detecting an erroneous execution of the task, the determined force winder K ext is compensated for by the expected and / or desired force winder K des and the compensated force winder is compared with the second limit value.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. The method according to any one of the preceding claims,
wobei der externe Kraftwinder Kext mittels eines Impulsbeobachters ermittelt wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wherein the external force Winder K ext is determined by means of a pulse observer. 4. The method according to any one of the preceding claims,
wobei das vordefinierte Koordinatensystem und/oder die m Achsen und/oder die n Achsen zeitvariant und abhängig von der Sollbewegung und/oder der Aufgabe sind. wherein the predefined coordinate system and / or the m axes and / or the n axes are time-variant and dependent on the desired movement and / or the task.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
wobei der erste und/oder der zweite Grenzwert von einem Nutzer vorgegeben werden und vom Nutzer anpassbar sind.  wherein the first and / or the second limit value are predetermined by a user and are user-adaptable.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6. The method according to any one of claims 1 to 4,
wobei der erste und/oder der zweite Grenzwert zusammen mit der Aufgabe definiert sind. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,  wherein the first and / or the second limit are defined together with the task. 7. The method according to any one of claims 1 to 4,
wobei der erste und/oder der zweite Grenzwert durch maschinelles Lernen ermittelt und angepasst werden.  wherein the first and / or second thresholds are determined and adjusted by machine learning.
Vorrichtung (100) zur Steuerung eines aktorisch angetriebenen Device (100) for controlling an actuator-driven
Robotermanipulators (1 ) mit einem Endeffektor (3), wobei der Endeffektor (3) zum Ausführen einer vorgegebenen Sollbewegung und zum Ausführen einer Aufgabe während der Ausführung der Sollbewegung ausgeführt ist, aufweisend:  A robotic manipulator (1) having an end effector (3), wherein the end effector (3) is adapted to perform a predetermined target movement and to perform a task during execution of the target movement, comprising:
- eine Kraftbestimmungseinheit (5), die zum Ermitteln eines in den  - A force determination unit (5) for determining a in the
Robotermanipulator (1 ) eingebrachten externen Kraftwinders Kext während der Ausführung der Sollbewegung ausgeführt ist, wobei Kext einen Vektor Fext zumindest einer externen Kraft und/oder einen Vektor Mext zumindest eines externen Moments aufweist, Robot manipulator (1) introduced external power windlass K ext is executed during the execution of the desired movement, wherein K ext has a vector F ext at least one external force and / or a vector M ext at least one external moment,
- eine Recheneinheit (7), die dazu ausgeführt ist, eine unerwünschte Kollision des Robotermanipulators (1 ) zu detektieren, wenn Kext in oder um n Achsen eines vordefinierten Koordinatensystems mit N Achsen einen vordefinierten ersten Grenzwert überschreitet, wobei gilt ne/V, und eine fehlerhafte Ausführung der Aufgabe zu detektieren, wenn Kext in oder um m Achsen des Koordinatensystems einen vordefinierten zweiten Grenzwert überschreitet oder wenn Kext<Kdes ist, wobei Kdes ein von der Aufgabe abhängiger und ausschließlich in oder um die m Achsen auftretender erwarteter und/oder erwünschter Kraftwinder ist, und wobei m^N und min gilt, wobei der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert ist, unda computing unit (7) designed to detect an undesired collision of the robot manipulator (1) when K ext in or around n axes of a predefined coordinate system with N axes exceeds a predefined first limit, where ne / V, and to detect a faulty execution of the task, if K ext exceeds a predefined second limit value in or near m axes of the coordinate system or if K ex t <K d it is, wherein K of a dependent of the task and exclusively in or around the m axis occurring expected and / or desired Kraftwinder, and wherein m ^ N and min applies, wherein the first limit is less than the second threshold, and
- eine Steuereinheit (9), die dazu ausgeführt ist, den Robotermanipulator (1 ) in einem Fehlermodus anzusteuern, wenn die Recheneinheit (7) eine unerwünschte Kollision des Robotermanipulators (1 ) und/oder eine fehlerhafte Ausführung der Aufgabe detektiert. a control unit (9) designed to control the robotic manipulator (1) in an error mode when the arithmetic unit (7) detects an undesired collision of the robotic manipulator (1) and / or an erroneous execution of the task.
9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 8, weiterhin aufweisend: - eine Benutzerschnittstelle zum Vorgeben des ersten und/oder des zweiten Grenzwerts. The apparatus (100) of claim 8, further comprising: a user interface for specifying the first and / or the second threshold.
10. Roboter (200) mit einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 9.  10. robot (200) with a device (100) according to any one of claims 8 to 9.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021108416B3 (en) 2021-04-01 2022-03-24 Franka Emika Gmbh Force control with damping on a robot manipulator
DE102021113636B3 (en) 2021-05-26 2022-11-10 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for determining external interaction forces and/or interaction moments of a robot, robot and computer program product
CN113459095B (en) * 2021-06-23 2022-12-06 佛山智能装备技术研究院 Robot collision response method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150290809A1 (en) * 2014-04-09 2015-10-15 Fanuc Corporation Human-cooperative industrial robot with lead-through function
US20160176052A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-23 Fanuc Corporation Robot control device for stopping robot by detecting contact force with person
US20160243700A1 (en) * 2015-02-20 2016-08-25 Fanuc Corporation Human cooperation robot system in which robot is caused to perform retreat operation
US20160346890A1 (en) * 2015-05-27 2016-12-01 Rolls-Royce Corporation Machine tool monitoring
WO2017094240A1 (en) * 2015-12-01 2017-06-08 川崎重工業株式会社 Robot system monitoring device
DE102016107842A1 (en) * 2016-04-27 2017-11-02 Haddadin Beteiligungs UG (haftungsbeschränkt) Method for joining an object into an article receptacle by means of a robot manipulator

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10245594A1 (en) 2002-09-30 2004-04-08 Dürr Systems GmbH Collision detection method
DE102007060680A1 (en) 2007-12-17 2009-06-18 Kuka Roboter Gmbh Method and device for controlling a manipulator
DE102008010983A1 (en) 2008-02-25 2009-08-27 Mtu Aero Engines Gmbh Method for optimized near-net shape milling
JP5311294B2 (en) 2010-04-28 2013-10-09 株式会社安川電機 Robot contact position detector
DE102011111758A1 (en) 2011-08-24 2013-02-28 Dürr Systems GmbH Control method for a robot
DE102014103240A1 (en) 2014-03-11 2015-10-01 Pro-Micron Gmbh & Co. Kg Method for setting up and / or monitoring operating parameters of a workpiece processing machine
EP2954986B1 (en) 2014-06-10 2020-05-06 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus and method for managing and controlling motion of a multiple body system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150290809A1 (en) * 2014-04-09 2015-10-15 Fanuc Corporation Human-cooperative industrial robot with lead-through function
US20160176052A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-23 Fanuc Corporation Robot control device for stopping robot by detecting contact force with person
US20160243700A1 (en) * 2015-02-20 2016-08-25 Fanuc Corporation Human cooperation robot system in which robot is caused to perform retreat operation
US20160346890A1 (en) * 2015-05-27 2016-12-01 Rolls-Royce Corporation Machine tool monitoring
WO2017094240A1 (en) * 2015-12-01 2017-06-08 川崎重工業株式会社 Robot system monitoring device
DE102016107842A1 (en) * 2016-04-27 2017-11-02 Haddadin Beteiligungs UG (haftungsbeschränkt) Method for joining an object into an article receptacle by means of a robot manipulator

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