WO2020161037A1 - Kombinieren zweier einzelner robotermanipulatoren zu einem robotersystem durch kalibrieren - Google Patents

Kombinieren zweier einzelner robotermanipulatoren zu einem robotersystem durch kalibrieren Download PDF

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WO2020161037A1
WO2020161037A1 PCT/EP2020/052536 EP2020052536W WO2020161037A1 WO 2020161037 A1 WO2020161037 A1 WO 2020161037A1 EP 2020052536 W EP2020052536 W EP 2020052536W WO 2020161037 A1 WO2020161037 A1 WO 2020161037A1
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WO
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robot manipulator
poses
robot
point
manipulator
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/052536
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Wahrmann Lockhart
Andreas SPENNINGER
Mohamadreza Sabaghian
Christoph Jähne
Zheng QU
Thore Goll
Ahmed Wafik
Benjamin Loinger
Original Assignee
Franka Emika Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1682—Dual arm manipulator; Coordination of several manipulators
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39124—Grasp common rigid object, no movement end effectors relative to object
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40367—Redundant manipulator

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating a robot system with a first robot manipulator and with a second robot manipulator and a robot system with a first robot manipulator and a second
  • Robot manipulator and in particular with a computing unit for calibrating the robot system.
  • the object of the invention is to provide a robot system consisting of a first
  • a first aspect of the invention relates to a method for calibrating a
  • Robot system with a first robot manipulator and a second
  • Robot manipulator comprising the steps:
  • Robot manipulator in a direction facing a distal end of the first robot manipulator up to the calibration point and from the calibration point along the links of the second robot manipulator in one to a base of the second
  • Robot manipulator facing direction runs to a fixed on a link or on the base of the second robot manipulator end point, and determining a relative position between the starting point and the end point of the kinematic chain and a relative orientation of the link or the base of the starting point and the link or the base of the end point,
  • Moving the first robot manipulator over a large number of poses while the first reference point of the first robot manipulator remains at the specified calibration point is carried out in particular by moving links of the first robot manipulator between the base of the first robot manipulator and the first reference point, and moving the second robot manipulator via a A large number of poses while the second reference point of the second robot manipulator remains at a predetermined calibration point takes place in particular by moving limbs of the second robot manipulator between the base of the second robot manipulator and the second reference point.
  • the respective poses of other links that change due to movement are not taken into account in the kinematic chain, so that the movement of the links towards the distal end is based on the
  • the respective reference point is advantageously at the respective distal end of the respective robot manipulator, in particular at the respective end effector of the respective robot manipulator, and the starting point and the end point in a respective base, then the poses of all limbs of the respective are automatically
  • Robot manipulator in the kinematic sense is part of the kinematic chain.
  • the first robot manipulator has a plurality of links connected to one another by joints and the first pose detection unit for detecting joint angles of the first robot manipulator
  • the second robot manipulator has a plurality of links connected to one another and the second Pose detection unit for detecting joint angles of the second
  • the joints preferably have actuators for tilting or rotating members arranged on a respective joint.
  • the actuators on the joints are preferably electric motors. By controlling the actuators, the links connected to one another by a respective joint are activated
  • the joints can therefore be controlled in particular by a computing unit connected to the robot manipulator.
  • a pose of the respective robot manipulator here comprises a set of position and orientation for the joints and other elements of a respective robot manipulator, with a respective set of position and orientation being uniquely determined in particular via the joint angles of joints that connect the respective links of the respective robot manipulator is.
  • Robot manipulators take place in particular by manually guiding the respective robot manipulator.
  • the respective robot manipulator is preferably controlled in a gravity-compensated manner during manual guidance, so that the respective robot manipulator can be moved freely in space, but gravity does not result in any acceleration of the respective robot manipulator.
  • the first robot manipulator and the second robot manipulator are preferably moved by a corresponding control of the respective actuators of the respective
  • Robot manipulator by a respective control unit and according to a predetermined control program.
  • Robot manipulator arranged, that is, at the distal end of the first
  • the second reference point is furthermore preferably arranged on an end effector of the second robot manipulator, that is to say at the distal end of the second robot manipulator.
  • the starting point of the kinematic chain is preferably arranged on a base of the first robot manipulator.
  • the end point is also preferred
  • the starting point and the end point of the kinematic chain can be interchanged as desired, since the kinematic chain is not based on direction information about the direction of travel on the kinematic chain, but only on the geometric relationships between the links and the joint angles between the links.
  • the averaged relative orientation and the averaged relative position are preferably stored in a memory unit.
  • a kinematic chain within the meaning of the invention specifies the linking of the geometry of the links of a respective robot manipulator with the current states in the degrees of freedom in which the links can be moved relative to one another.
  • the information about the position of a starting point of the kinematic chain together with all the joint angles between the links and the information about the geometry of the links, in particular a respective length of the links uniquely provides the position of an end point of the kinematic chain.
  • the kinematic chain therefore also serves as the basis for
  • Transformation includes, between two body firm at one of the
  • Robot manipulators or coordinate systems thought to be arranged on different robot manipulators.
  • the kinematic chain runs in particular along the links of a respective robot manipulator in accordance with the current joint angle of the respective robot manipulator.
  • a kinematic chain can still go from the base of the first robot manipulator to the reference point of the first robot manipulator and further via the second reference point the links of the second robot manipulator to the base of the second robot manipulator are formed when the corresponding joint angles are detected in poses of the respective robot manipulator while the first reference point is on
  • Calibration point and the second reference point is also located at the calibration point.
  • the first reference point and the second reference point do not necessarily have to be at the calibration point at the same time, but this can also take place offset in time in this case, namely that the calibration point is in the vicinity of the first robot manipulator and the second robot manipulator the first robotic manipulator and the second
  • Robot manipulator can each be designed as redundant robot manipulators.
  • each of the robot manipulators has a multiplicity of joints, of which at least a subset has degrees of freedom that are redundant to one another.
  • Members of a respective robot manipulator can then be moved in a null space, i.e. in particular when the first reference point is arranged on an end effector of the first robot manipulator, and when the second reference point is arranged on a second end effector of the second robot manipulator, the respective members of the respective robot manipulator are moved, namely in their zero space, without changing the position of the respective reference point.
  • the first reference point can remain at the calibration point, while joint angles are recorded for each point in time of a changing pose of the first robot manipulator and a relationship between the first base of the first robot manipulator and the first reference point is formed via the respective joint angles.
  • Calibration points remain, while joint angles are recorded for each point in time of a changing pose of the second robot manipulator and a kinematic chain is formed from in particular the second base of the second robot manipulator to the second reference point via the respective joint angles of the second robot manipulator. Since only a single calibration point is provided, this is a common point for the first reference point and the second reference point during the movement of the respective robot manipulator. So a kinematic chain along the links of the first robot manipulator can be advantageous depending on the
  • Joint angles of the first robot manipulator are formed up to the calibration point, and after this a calibration point also with the second reference point
  • the kinematic chain at the calibration point are continued to an end point of the kinematic chain on the second robot manipulator, in particular on the second base of the second robot manipulator.
  • the calibration point is not in the vicinity of the first and second robot manipulators, but fixed to the body on one of the robot manipulators, and the position of the calibration point corresponds to the position of one of the reference points, the condition is that the first reference point or the second reference point remains at the calibration point for exactly one of the
  • Robot manipulators always met by definition. Because in this case the calibration point always corresponds to one of the reference points. So that the other reference point also matches the calibration point during the movement of the other robot manipulator, both reference points become during the movement of the first robot manipulator and the second robot manipulator always held together remaining in this case, it is not necessary that the first
  • Robot manipulator and / or the second robot manipulator are designed redundantly, because then the two reference points are moved together and at the same time in space.
  • the kinematic chain is intuitively always completely present at a particular point in time over the course of the two robot manipulators.
  • the kinematic chain can in particular from a base of the first
  • Robot manipulator along the links of the first robot manipulator to the calibration point at the first reference point, which is preferably located on the first end effector of the first robot manipulator, further extending over the links of the second robot manipulator preferably to the base of the second robot manipulator.
  • the calibration point coincides with one of the reference points and the calibration point is in the vicinity of the first
  • kinematic chains can be determined.
  • the relative position of the starting point and the end point of the respective kinematic chain can accordingly also be determined.
  • the relative positions between the starting point and the end point of the respective kinematic chain determined from the plurality of poses are averaged out, so that inaccuracies in the measurement of the joint angles are averaged out for each of the poses.
  • the starting point of the kinematic chain and the end point of the kinematic chain are in a respective base of the
  • Robot manipulators are, in particular the starting point in the base of the first robot manipulator and the end point in the base of the second robot manipulator, a relative orientation of the base of the first robot manipulator, at which the starting point of the kinematic chain is defined for the orientation of the
  • the basis of the second robot manipulator, at which the end point of the kinematic chain is defined is known.
  • the determined relative orientations are advantageously averaged out via the large number of kinematic chains that are obtained through the large number of poses of the movement of the first robot manipulator and the second robot manipulator.
  • a first robot manipulator and a second robot manipulator each of which, taken individually, can represent an independent robot unit and can independently perform tasks, become one Robot system can be linked together.
  • the method according to the invention can be carried out by a user without in-depth technical knowledge and also by manually guiding the robot manipulators, the method offers itself as a technically simple solution.
  • the averaging also eliminates inaccuracies in the detection of the joint angle and others
  • Coordinate systems of the first robot manipulator and coordinate systems of the second robot manipulator are carried out.
  • the position of a reference point of the first robot manipulator in the coordinate systems of the second robot manipulator is therefore also known from the information about the joint angle of the first robot manipulator, and vice versa.
  • This advantageously enables precise coordination between the first robot manipulator and the second robot manipulator, so that a task can be carried out cooperatively by the two robot manipulators very precisely.
  • precise knowledge of the relative orientation and the relative position between two members, especially between the bases of the robot manipulators is of great advantage.
  • the method according to the invention can advantageously be scaled up to robot systems with several robot manipulators - in this way two robot manipulators can be calibrated against each other in pairs.
  • the method according to the invention can also be carried out if, in particular, the reference points, in particular on the end effectors, of more than two robot manipulators are guided in a stationary manner with one another in space.
  • the first reference point is arranged on the distal link of the first robot manipulator and / or the second reference point is arranged on a distal link of the second robot manipulator.
  • the calibration point is the first reference point or the second reference point, the first robot manipulator and the second robot manipulator being moved simultaneously during the first
  • At least a subset of joints of the first robot manipulator have mutually redundant degrees of freedom, so that at least a subset of the limbs of the first robot manipulator can be moved in a first null space, with at least a subset of joints of the second robot manipulator having mutually redundant degrees of freedom so that at least a subset of the members of the second robot manipulator is movable in a second null space, the calibration point in a vicinity of the first
  • Robot manipulator and the second robot manipulator is arranged, and wherein moving the first robot manipulator in the null space of the first
  • Robot manipulator takes place and the movement of the second robot manipulator takes place in the null space of the second robot manipulator.
  • the calibration point is arranged on an external sensor unit.
  • the sensor unit is preferably an external one
  • the averaged relative orientation and the averaged relative position are determined by respective arithmetic averaging of the relative orientations and relative positions determined for the poses of the first robot manipulator and for the poses of the second robot manipulator.
  • the averaged relative orientation and the averaged relative position are determined by respective weighted averaging of the relative orientations and relative positions determined for the poses of the first robot manipulator and for the poses of the second robot manipulator, with those in poses within a preferred
  • the relative orientations and relative positions determined in the workspace are weighted higher than those determined in poses outside the preferred workspace.
  • the preferred working space is in particular a subset of the
  • Joint angles of the first robot manipulator and joint angles of the second robot manipulator in each case in response to an input signal entered on an input unit is used as the input unit.
  • Another aspect of the invention relates to a robot system having a first
  • Robot manipulator and a second robot manipulator a first
  • the pose detection unit is designed to measure the joint angle of the first
  • Robot manipulator is moved to a predetermined calibration point, wherein a second pose detection unit is designed to joint angle of the second
  • a computing unit is designed for each of the plurality of poses of the first robot manipulator and from the plurality of poses of the second robot manipulator one determined by the respective joint angles and the respective geometry of links of the first robot manipulator and the second robot manipulator
  • the kinematic chain from a fixed on a link or on a base of the first robot manipulator starting point along the links of the first robot manipulator in a to a distal end of the first
  • Robot manipulator facing direction to the calibration point and from
  • Calibration point runs along the links of the second robot manipulator in a direction facing a base of the second robot manipulator to an end point fixed on a link or on the base of the second robot manipulator, and determining a relative position between the starting point and the end point of the kinematic chain and a relative one Orientation of the limb or base of the starting point and the limb or base of the end point, and where the
  • Computing unit is also designed to calculate an averaged relative orientation and an averaged relative position by averaging the for the poses of the first
  • Robot manipulator and for the poses of the second robot manipulator in each case determined relative positions and relative orientations to determine and
  • FIG. 1 shows a method on a robot system according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a method on a robot system according to another
  • FIG. 3 shows a method for calibrating a robot system with a first one
  • Robot manipulator and with a second robot manipulator according to a further embodiment of the invention.
  • the robot system 1 shows a method based on a robot system 1, the robot system 1 being calibrated.
  • the robot system 1 has a first robot manipulator 10 and a second robot manipulator 20.
  • the steps are carried out as shown in Figure 3.
  • the movement S1 of the first robot manipulator 10 takes place over a large number of poses while a first reference point 11 of the first robot manipulator 10 remains at a predetermined calibration point 30 and at the same time the movement S3 of the second robot manipulator 20 over a large number of poses while a second reference point 21 remains second robot manipulator 20 at the predetermined calibration point 30.
  • joint angles of the first robot manipulator 10 are detected S2 in each of the plurality of poses of the first
  • Robot manipulator 10 by a first pose detection unit 12 and the detection S4 of joint angles of the second robot manipulator 20 in each of the plurality of poses of the second robot manipulator 20 by a second pose detection unit 22.
  • the calibration point 30 corresponds to the first reference point 11, the first robot manipulator 10 and the second robot manipulator 20 are moved simultaneously by manual guidance, while the first reference point 11 and the second reference point 21 remain adjacent to one another.
  • the first reference point 11 is located on a front side of an end effector of the first robot manipulator 10
  • the second reference point 21 is located on an end effector of the second
  • Robot manipulator 20 This ensures that the first reference point 11 of the first robot manipulator 10 and the second reference point 21 of the second
  • Robot manipulator 20 remain on one another during the movement of the first robot manipulator 10 and the movement of the second robot manipulator 20, the two end effectors are fixed to a common plate.
  • a computing unit 40 determines S5 for each of the plurality of poses of the first robot manipulator 10 and from the plurality of poses of the second robot manipulator 20 a kinematic chain determined by the respective joint angles and the respective geometry of links of the first robot manipulator 10 and the second robot manipulator 20, wherein the kinematic chain from a starting point fixed on a base 13 of the first robot manipulator 10 along the links of the first robot manipulator 10 in a direction facing a distal end of the first robot manipulator 10 to the calibration point 30 and from the calibration point 30 along the links of the second
  • Robot manipulator 20 extends in a direction facing a base 23 of the second robot manipulator to an end point fixed on the base 23 of the second robot manipulator 20, and the computing unit 40 has a relative position between the starting point and the end point of the kinematic chain and a relative orientation between the Base 13 of the starting point, that is to say the base 13 of the first robot manipulator 10, and the base of the end point, that is to say the base 23 of the second robot manipulator 20, are determined.
  • S6 determines the
  • Computing unit 40 calculates an average relative orientation and an average relative position by arithmetic averaging of the relative positions and relative orientations determined for the poses of the first robot manipulator 10 and for the poses of the second robot manipulator 20, and S6 stores these in a memory unit.
  • FIG. 2 shows a method using a robot system 1, the robot system 1 being calibrated.
  • the robot system 1 has a first robot manipulator 10 and a second robot manipulator 20.
  • the steps are again carried out as shown in FIG.
  • the first robot manipulator 10 is moved S1 over a large number of poses while a first reference point 11 of the first robot manipulator 10 remains at a predetermined calibration point 30 and, at the same time, that Moving S3 of the second robot manipulator 20 over a large number of poses while a second reference point 21 of the second robot manipulator 20 remains at the predetermined calibration point 30.
  • S2 is detected
  • Pose detection unit 22 At least a subset of joints of the first
  • Robot manipulator 10 has degrees of freedom that are redundant to one another, so that at least a subset of the links of the first robot manipulator 10 can be moved in a first null space.
  • Calibration point 30 is arranged in the vicinity of the first robot manipulator 10 and the second robot manipulator 20 on an external sensor unit.
  • the first robot manipulator 10 is now moved in the first null space of the first robot manipulator 10 and the second robot manipulator 20 is moved in the second null space of the second robot manipulator 20.
  • a computing unit 40 determines S5 for each of the multitude of poses of the first robot manipulator 10 and from the The plurality of poses of the second robot manipulator 20 is a kinematic chain determined by the respective joint angles and the respective geometry of links of the first robot manipulator 10 and the second robot manipulator 20, the kinematic chain from a starting point fixed on a base 13 of the first robot manipulator 10 along the links of the first robot manipulator 10 in a direction facing a distal end of the first robot manipulator 10 up to the calibration point 30 and from the calibration point 30 along the links of the second
  • Robot manipulator 20 extends in a direction facing a base 23 of the second robot manipulator to an end point fixed on the base 23 of the second robot manipulator 20, and the computing unit 40 has a relative position between the starting point and the end point of the kinematic chain and a relative orientation of the base 13 of the starting point and the base 23 of the
  • S6, computing unit 40 determines an averaged relative orientation and an averaged relative position by arithmetic averaging of the relative positions and relative positions determined for the poses of the first robot manipulator 10 and for the poses of the second robot manipulator 20
  • Orientations. 3 shows a method for calibrating a robot system 1 with a first robot manipulator 10 and with a second robot manipulator 20, comprising the steps:
  • Robot manipulator 10 and the second robot manipulator 20 determined
  • the kinematic chain from a starting point fixed on a link or on a base of the first robot manipulator 10 along the links of the first robot manipulator 10 in a direction facing a distal end of the first robot manipulator 10 to the calibration point 30 and along from the calibration point 30 the links of the second robot manipulator 20 runs in a direction facing a base 23 of the second robot manipulator to an end point fixed on a link or on the base 23 of the second robot manipulator 20, and determining a relative position between the starting point and the end point of the kinematic chain and a relative orientation of the limb or the base of the starting point and the limb or the base of the end point,
  • Robot manipulator 10 and for the poses of the second robot manipulator 20 each determined relative positions and relative orientations.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines ersten Robotermanipulators (10) zu einem zweiten Robotermanipulator (20), aufweisend die Schritte: - Unter Erfassung (S2) von Gelenkwinkeln durch eine erste Rosenerfassungseinheit (12): Bewegen (S1) des ersten Robotermanipulators (10) über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines ersten Referenzpunktes (11) an einem vorgegebenen Kalibrierpunkt (30), - Unter Erfassung (S4) von Gelenkwinkeln durch eine zweite Posenerfassungseinheit (22): Bewegen (S3) des zweiten Robotermanipulators (20) über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines zweiten Referenzpunktes (21) an dem Kalibrierpunkt (30), - Für jede aus der Vielzahl der Posen: Ermitteln (S5) einer kinematischen Kette, welche von einem am ersten Robotermanipulators (10) fixierten Anfangspunkt entlang der Glieder des ersten Robotermanipulators (10) bis zum Kalibrierpunkt (30) und weiter entlang der Glieder des zweiten Robotermanipulators (20) zu einem am zweiten Robotermanipulator (20) fixierten Endpunkt verläuft, und Ermitteln einer relativen Position zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt und einer relativen Orientierung des Gliedes oder der Basis (13) des Anfangspunktes und des Gliedes oder der Basis (23) des Endpunktes, und - Ermitteln und Abspeichern (S6) einer ausgemittelten relativen Orientierung und einer ausgemittelten relativen Position,

Description

Kombinieren zweier einzelner Robotermanipulatoren zu einem Robotersystem durch Kalibrieren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Robotersystems mit einem ersten Robotermanipulator und mit einem zweiten Robotermanipulator sowie ein Robotersystem mit einem ersten Robotermanipulator und mit einem zweiten
Robotermanipulator, und insbesondere mit einer Recheneinheit zum Kalibrieren des Robotersystems.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Robotersystem bestehend aus einem ersten
Robotermanipulator und einem zweiten Robotermanipulator derart gegeneinander zu kalibrieren, sodass die Robotermanipulatoren des Robotersystems präzise kooperative Aufgaben erledigen können.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines
Robotersystems mit einem ersten Robotermanipulator und mit einem zweiten
Robotermanipulator, aufweisend die Schritte:
- Bewegen des ersten Robotermanipulators über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines ersten Referenzpunktes des ersten Robotermanipulators an einem vorgegebenen Kalibrierpunkt,
- Erfassen von Gelenkwinkeln des ersten Robotermanipulators in jeder der Vielzahl der Posen des ersten Robotermanipulators durch eine erste Posenerfassungseinheit,
- Bewegen des zweiten Robotermanipulators über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines zweiten Referenzpunktes des zweiten Robotermanipulators an dem vorgegebenen Kalibrierpunkt,
- Erfassen von Gelenkwinkeln des zweiten Robotermanipulators in jeder der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators durch eine zweite Posenerfassungseinheit,
- Für jede aus der Vielzahl der Posen des ersten Robotermanipulators und aus der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators-. Ermitteln einer durch die jeweiligen Gelenkwinkei und die jeweilige Geometrie von Gliedern des ersten Robotermanipulators und des zweiten Robotermanipulators bestimmte kinematischen Kette, wobei die kinematische Kette von einem an einem Glied oder an einer Basis des ersten Robotermanipulators fixierten Anfangspunkt entlang der Glieder des ersten
Robotermanipulators in einer auf ein distales Ende des ersten Robotermanipulators zugewandten Richtung bis zum Kalibrierpunkt und vom Kalibrierpunkt entlang der Glieder des zweiten Robotermanipulators in einer zu einer Basis des zweiten
Robotermanipulators zugewandten Richtung zu einem an einem Glied oder an der Basis des zweiten Robotermanipulators fixierten Endpunkt verläuft, und Ermitteln einer relativen Position zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt der kinematischen Kette und einer relativen Orientierung des Gliedes oder der Basis des Anfangspunktes und des Gliedes oder der Basis des Endpunktes,
- Ermitteln einer ausgemittelten relativen Orientierung und einer ausgemittelten relativen Position durch Mitteln der für die Posen des ersten Robotermanipulators und für die Posen des zweiten Robotermanipulators jeweils ermittelten relativen Positionen und relativen Orientierungen und Abspeichern der ausgemittelten relativen Orientierung und der ausgemittelten relativen Position.
Das Bewegen des ersten Robotermanipulators über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib des ersten Referenzpunktes des ersten Robotermanipulators an dem vorgegebenen Kalibrierpunkt erfolgt insbesondere durch Bewegen von Gliedern des ersten Robotermanipulators zwischen der Basis des ersten Robotermanipulators und dem ersten Referenzpunkt, und das Bewegen des zweiten Robotermanipulators über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib des zweiten Referenzpunktes des zweiten Robotermanipulators an einem vorgegebenen Kalibrierpunkt erfolgt insbesondere durch Bewegen von Gliedern des zweiten Robotermanipulators zwischen der Basis des zweiten Robotermanipulators und dem zweiten Referenzpunkt. Die jeweilige durch Bewegung sich ändernde Pose anderer Glieder wird nicht in der kinematischen Kette berücksichtigt, sodass die Bewegung der Glieder zum distalen Ende hin gesehen nach dem
Referenzpunk des jeweiligen Robotermanipulators für das Verfahren irrelevant ist.
Befindet sich jedoch der jeweilige Referenzpunkt vorteilhaft am jeweiligen distalen Ende des jeweiligen Robotermanipulators, insbesondere an dem jeweiligen Endeffektor des jeweiligen Robotermanipulators, und der Anfangspunkt und der Endpunkt in einer jeweiligen Basis, so sind automatisch die Posen aller Glieder des jeweiligen
Robotermanipulators im kinematische Sinne Teil der kinematischen Kette.
Bevorzugt weist der erste Robotermanipulator eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder und die erste Posenerfassungseinheit zum Erfassen von Gelenkwinkeln des ersten Robotermanipulators auf und der zweite Robotermanipulator eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder und die zweite Posenerfassungseinheit zum Erfassen von Gelenkwinkeln des zweiten
Robotermanipulators. Bevorzugt weisen die Gelenke Aktuatoren zum Verkippen oder Verdrehen von an einem jeweiligen Gelenk angeordneten Gliedern auf. Die Aktuatoren an den Gelenken sind bevorzugt elektrische Motoren. Durch Ansteuern der Aktuatoren werden die durch ein jeweiliges Gelenk miteinander verbundenen Glieder des
Robotermanipulators gegeneinander verkippt oder verdreht. Die Gelenke sind daher insbesondere durch eine mit dem Robotermanipulator verbundene Recheneinheit ansteuerbar. Eine Pose des jeweiligen Robotermanipulators umfasst hierbei einen Satz aus Position und Orientierung für die Gelenke und weitere Elemente eines jeweiligen Robotermanipulators, wobei ein jeweiliger Satz aus Position und Orientierung insbesondere über die Gelenkwinkel von Gelenken, die die jeweiligen Glieder des jeweiligen Robotermanipulators miteinander verbinden, eindeutig bestimmt ist.
Das Bewegen des ersten Robotermanipulators und das Bewegen des zweiten
Robotermanipulators erfolgen insbesondere durch manuelles Führen des jeweiligen Robotermanipulators. Bevorzugt ist der jeweilige Robotermanipulator beim manuellen Führen schwerkraftkompensiert angesteuert, sodass der jeweilige Robotermanipulator frei im Raum bewegbar ist, die Schwerkraft aber keine Beschleunigung des jeweiligen Robotermanipulators nach sich zieht. Alternativ dazu erfolgt bevorzugt das Bewegen des ersten Robotermanipulators und des zweiten Robotermanipulators durch eine entsprechende Ansteuerung der jeweiligen Aktuatoren des jeweiligen
Robotermanipulators durch eine jeweilige Steuereinheit und gemäß einem vorgegebenen Steuerprogramm.
Bevorzugt ist der erste Referenzpunkt auf einem Endeffektor des ersten
Robotermanipulators angeordnet, das heißt am distalen Ende des ersten
Robotermanipulators. Weiterhin bevorzugt ist der zweite Referenzpunkt auf einem Endeffektor des zweiten Robotermanipulators angeordnet, das heißt am distalen Ende des zweiten Robotermanipulators.
Bevorzugt ist der Anfangspunkt der kinematischen Kette an einer Basis des ersten Robotermanipulators angeordnet. Weiterhin bevorzugt ist der Endpunkt der
kinematischen Kette an einer Basis zweiten Robotermanipulators angeordnet.
Der Anfangspunkt und der Endpunkt der kinematischen Kette sind dabei beliebig vertauschbar, da die kinematische Kette nicht auf einer Richtungsinformation zur Laufrichtung auf der kinematischen Kette beruht, sondern lediglich auf den geometrischen Zusammenhängen zwischen den Gliedern und den Gelenkwinkeln zwischen den Gliedern.
Bevorzugt erfolgt das Abspeichern der ausgemittelten relativen Orientierung und der ausgemittelten relativen Position in einer Speichereinheit.
Eine kinematische Kette im Sinne der Erfindung gibt insbesondere die Verknüpfung der Geometrie der Glieder eines jeweiligen Robotermanipulators mit den aktuellen Zuständen in den Freiheitsgraden an, in denen die Glieder gegeneinander bewegbar sind. In anderen Worten liefert die Information über die Position eines Anfangspunktes der kinematischen Kette zusammen mit allen Gelenkwinkeln zwischen den Gliedern und mit der Information über die Geometrie der Glieder, insbesondere eine jeweilige Länge der Glieder, eindeutig die Position eines Endpunktes der kinematischen Kette. Die kinematische Kette dient daher auch als Grundlage zur
Koordinatensystemtransformation, insbesondere nach der Denavit-Hartenberg
Konvention, welche eine Verschiebung und eine Orientierungsänderung in die
Transformation mit einschließt, zwischen zwei körperfest an einem der
Robotermanipulatoren oder auf unterschiedlichen Robotermanipulatoren gedacht angeordneten Koordinatensystemen. Die kinematische Kette verläuft insbesondere entlang der Glieder eines jeweiligen Robotermanipulators entsprechend der aktuellen Gelenkwinkel des jeweiligen Robotermanipulators.
Befindet sich der Kalibrierpunkt nicht körperfest an einem der Robotermanipulatoren, sondern in einer Umgebung der beiden Robotermanipulatoren und ortsbekannt insbesondere bezüglich eines erdfesten Koordinatensystems, so kann dennoch eine kinematische Kette von der Basis des ersten Robotermanipulators zum Referenzpunkt des ersten Robotermanipulators und weiter über den zweiten Referenzpunkt über die Glieder des zweiten Robotermanipulators zur Basis des zweiten Robotermanipulators gebildet werden, wenn die entsprechenden Gelenkwinkel in Posen des jeweiligen Robotermanipulators erfasst werden, während der erste Referenzpunkt sich am
Kalibrierpunkt befindet und auch der zweite Referenzpunkt am Kalibrierpunkt sich befindet. Hierzu müssen sich zwar nicht notwendigerweise der erste Referenzpunkt und der zweite Referenzpunkt zur gleichen Zeit am Kalibrierpunkt befinden, sondern dies kann auch zeitlich versetzt erfolgen in diesem Fall, nämlich dass sich der Kalibrierpunkt in der Umgebung des ersten Robotermanipulators und des zweiten Robotermanipulators befindet, müssen allerdings der erste Robotermanipulator und der zweite
Robotermanipulator jeweils als redundante Robotermanipulatoren ausgeführt sein. Das heißt, dass jeder der Robotermanipulatoren eine Vielzahl von Gelenken aufweist, von denen zumindest eine Teilmenge zueinander redundante Freiheitsgrade aufweist. Dann können Glieder eines jeweiligen Robotermanipulators in einem Nullraum bewegt werden, das heißt insbesondere dann, wenn der erste Referenzpunkt an einem Endeffektor des ersten Robotermanipulators angeordnet ist, und wenn der zweite Referenzpunkt an einem zweiten Endeffektor des zweiten Robotermanipulators angeordnet ist, können die jeweiligen Glieder des jeweiligen Robotermanipulators bewegt werden, nämlich in ihrem Nullraum, ohne dass sich dabei die Position des jeweiligen Referenzpunktes ändert. Dementsprechend kann der erste Referenzpunkt am Kalibrierpunkt bleiben, während für jeden Zeitpunkt einer sich ändernden Pose des ersten Robotermanipulators Gelenkwinkel erfasst werden und über die kinematische Kette ein Zusammenhang von insbesondere der ersten Basis des ersten Robotermanipulators zum ersten Referenzpunkt über die jeweiligen Gelenkwinkel gebildet wird. Ebenso kann der zweite Referenzpunkt am
Kalibrierpunkt verbleiben, während für jeden Zeitpunkt einer sich ändernden Pose des zweiten Robotermanipulators Gelenkwinkel erfasst werden und eine kinematische Kette von insbesondere der zweiten Basis des zweiten Robotermanipulators zum zweiten Referenzpunkt über die jeweiligen Gelenkwinkel des zweiten Robotermanipulators gebildet wird. Da nur ein einziger Kalibrierpunkt vorgesehen ist, ist dies ein gemeinsamer Punkt für den ersten Referenzpunkt und den zweiten Referenzpunkt während der Bewegung des jeweiligen Robotermanipulators. So kann vorteilhaft eine kinematische Kette entlang der Glieder des ersten Robotermanipulators abhängig von den
Gelenkwinkeln des ersten Robotermanipulators bis zum Kalibrierpunkt gebildet werden, und nachdem dieser eine Kalibrierpunkt auch mit dem zweiten Referenzpunkt
übereinstimmt, während der zweite Robotermanipulator bewegt wird, die kinematische Kette am Kalibrierpunkt weitergeführt werden bis zu einem Endpunkt der kinematischen Kette auf dem zweiten Robotermanipulator, insbesondere an der zweiten Basis des zweiten Robotermanipulators.
Liegt jedoch im Gegensatz zum oben beschriebenen Fall der Kalibrierpunkt nicht in einer Umgebung des ersten und zweiten Robotermanipulators, sondern körperfest auf einem der Robotermanipulatoren, und die Position des Kalibrierpunktes stimmt mit der Position einer der Referenzpunkte überein, so ist die Bedingung, dass der erste Referenzpunkt oder der zweite Referenzpunkt am Kalibrierpunkt verbleibt, für genau einen der
Robotermanipulatoren per Definition immer erfüllt. Denn der Kalibrierpunkt stimmt in diesem Fall mit einem der Referenzpunkte immer überein. Damit auch der andere Referenzpunkt mit dem Kalibrierpunkt übereinstimmt, während der Bewegung des anderen Robotermanipulators, werden beide Referenzpunkte während der Bewegung des ersten Robotermanipulators und des zweiten Robotermanipulators immer aneinander verbleibend gehalten in diesem Fall ist es nicht notwendig, dass der erste
Robotermanipulator und/oder der zweite Robotermanipulator redundant ausgeführt sind, denn dann werden die beiden Referenzpunkte gemeinsam und zur gleichen Zeit im Raum bewegt. In diesem Fall liegt die kinematische Kette intuitiv ersichtlich immer zu einem jeweiligen Zeitpunkt über den Verlauf der beiden Robotermanipulatoren vollständig vor. Die kinematische Kette kann insbesondere von einer Basis des ersten
Robotermanipulators entlang der Glieder des ersten Robotermanipulators bis zum Kalibrierpunkt am ersten Refernzpunkt, der sich bevorzugt am ersten Endeffektor des ersten Robotermanipulators befindet, weiter laufend über die Glieder des zweiten Robotermanipulators bevorzugt bis hin zur Basis des zweiten Robotermanipulators erstrecken.
So sind in beiden Fällen, nämlich dass der Kalibrierpunkt mit einem der Referenzpunkte übereinstimmt und dass der Kalibrierpunkt sich in einer Umgebung des ersten
Robotermanipulators und des zweiten Robotermanipulators befindet, kinematische Ketten ermittelbar. Mittels dieser Kenntnis der jeweiligen kinematischen Kette über die Vielzahl der Posen der Robotermanipulatoren sind dementsprechend auch die relative Position des Anfangspunkt und des Endpunktes der jeweiligen kinematischen Kette ermittelbar. Insbesondere werden die über die Vielzahl der Posen ermittelten relativen Positionen zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt der jeweiligen kinematischen Kette ausgemittelt, sodass Ungenauigkeiten in der Messung der Gelenkwinkel für jede der Posen ausgemittelt werden. Insbesondere wenn der Anfangspunkt der kinematischen Kette und der Endpunkt der kinematischen Kette in einer jeweiligen Basis der
Robotermanipulatoren liegen, insbesondere der Anfangspunkt in der Basis des ersten Robotermanipulators und der Endpunkt in der Basis des zweiten Robotermanipulators, so ist auch über die kinematische Kette eine relative Orientierung der Basis des ersten Robotermanipulators, an dem der Anfangspunkt der kinematischen Kette definiert ist zur Orientierung der Basis des zweiten Robotermanipulators, an dem der Endpunkt der kinematischen Kette definiert ist, bekannt. Auch hier erfolgt vorteilhaft ein Ausmitteln der ermittelten relativen Orientierungen über die Vielzahl der kinematischen Ketten, die durch die Vielzahl der Posen der Bewegung des ersten Robotermanipulators des zweiten Robotermanipulators erhalten wird.
Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass ein erster Robotermanipulator und ein zweiter Robotermanipulator, die jeweils beide für sich genommen eine eigenständige Robotereinheit darsteilen können und eigenständig Aufgaben erledigen können, zu einem Robotersystem zusammengeschlossen werden können. Insbesondere dadurch, dass das erfindungsgemäße Verfahren von einem Anwender ohne tiefere technische Kenntnisse und auch durch manuelles Führen der Robotermanipulatoren durchführbar ist, bietet sich das Verfahren ais eine technische einfache Lösung an. Ferner werden durch das Ausmitteln Ungenauigkeiten in der Erfassung von Gelenkwinkel und andere
Ungenauigkeiten wie Hystereseeffekte wirkungsvoll ausgeglichen. Indem als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens die relative Orientierung und die relative Position eines Gliedes und insbesondere der Basis des ersten Robotermanipulators gegenüber einem Glied und insbesondere der Basis des zweiten Robotermanipulators bekannt ist, können vorteilhaft beliebige Koordinatensystemtransformationen zwischen
Koordinatensystemen des ersten Robotermanipulators und Koordinatensystemen des zweiten Robotermanipulators durchgeführt werden. Aus der Information der Gelenkwinkel des ersten Robotermanipulators ist also auch die Position eines Referenzpunktes des ersten Robotermanipulators in Koordinatensystemen des zweiten Robotermanipulators bekannt, und umgekehrt. Dies ermöglicht vorteilhaft eine genaue Koordination zwischen dem ersten Robotermanipulator und dem zweiten Robotermanipulator, sodass von den beiden Robotermanipulatoren sehr präzise eine Aufgabe kooperativ durchgeführt werden kann. Insbesondere bei Aufgaben, bei der die Genauigkeit der gewünschten und auch tatsächlichen relativen Position der Endeffektoren der Robotermanipulatoren eine entscheidende Rolle spielt, ist die genaue Kenntnis der relativen Orientierung und der relativen Position zwischen zwei Gliedern, insbesondere zwischen den Basen der Robotermanipulatoren, von großem Vorteil. Vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf Robotersysteme mit mehreren Robotermanipulatoren hochskalieren - so können jeweils zwei Robotermanipulatoren paarweise gegeneinander kalibriert werden. Auch wenn insbesondere die Referenzpunkte insbesondere an den Endeffektoren von mehr als zwei Robotermanipulatoren ortsfest miteinander im Raum geführt werden, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Referenzpunkt am distalen Glied des ersten Robotermanipulators angeordnet und/oder der zweite Referenzpunkt an einem distalen Glied des zweiten Robotermanipulators angeordnet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Kalibrierpunkt der erste Referenzpunkt oder der zweite Referenzpunkt, wobei der erste Robotermanipulator und der zweite Robotermanipulator gleichzeitig bewegt werden während der erste
Referenzpunkt und der zweite Referenzpunkt aneinander liegend verbleiben. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen zumindest eine Teilmenge von Gelenken des ersten Robotermanipulators zueinander redundante Freiheitsgrade auf, sodass zumindest eine Teilmenge der Glieder des ersten Robotermanipulators in einem ersten Nullraum bewegbar ist, wobei zumindest eine Teilmenge von Gelenken des zweiten Robotermanipulators zueinander redundante Freiheitsgrade aufweisen sodass zumindest eine Teilmenge der Glieder des zweiten Robotermanipulators in einem zweiten Nullraum bewegbar ist, wobei der Kalibrierpunkt in einer Umgebung des ersten
Robotermanipulators und des zweiten Robotermanipulators angeordnet ist, und wobei das Bewegen des ersten Robotermanipulators im Nullraum des ersten
Robotermanipulators erfolgt und das Bewegen des zweiten Robotermanipulators im Nullraum des zweiten Robotermanipulators erfolgt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Kalibrierpunkt an einer externen Sensoreinheit angeordnet. Bevorzugt ist die Sensoreinheit eine externe
Kameraeinheit.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Ermitteln der ausgemittelten relativen Orientierung und der ausgemittelten relativen Position durch jeweiliges arithmetisches Mitteln der für die Posen des ersten Robotermanipulators und für die Posen des zweiten Robotermanipulators ermittelten relativen Orientierungen und relativen Positionen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Ermitteln der ausgemittelten relativen Orientierung und der ausgemittelten relativen Position durch jeweiliges gewichtetes Mitteln der für die Posen des ersten Robotermanipulators und für die Posen des zweiten Robotermanipulators ermittelten relativen Orientierungen und relativen Positionen, wobei diejenigen in Posen innerhalb eines bevorzugten
Arbeitsraums ermittelten relativen Orientierungen und relativen Positionen höher gewichtet werden als diejenigen in Posen außerhalb des bevorzugten Arbeitsraums ermittelten. Der bevorzugte Arbeitsraum ist insbesondere eine Teilmenge des
grundsätzlich möglichen Arbeitsraumes, von dem erwartet wird, dass sich darin ein Großteil aller Aufgaben abspielen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Erfassen von
Gelenkwinkeln des ersten Robotermanipulators und von Gelenkwinkeln des zweiten Robotermanipulators jeweils auf ein an einer Eingabeeinheit eingegebenes Eingabesignai hin. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird als Eingabeeinheit ein Schalter verwendet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Robotersystem mit einem ersten
Robotermanipulator und einem zweiten Robotermanipulator, wobei eine erste
Posenerfassungseinheit dazu ausgeführt ist, Gelenkwinkel des ersten
Robotermanipulators über eine Vielzahl von Posen des ersten Robotermanipulators zu erfassen, während der erste Robotermanipulator über die Vielzahl von Posen des ersten Robotermanipulators unter Verbleib eines ersten Referenzpunktes des ersten
Robotermanipulators an einem vorgegebenen Kalibrierpunkt bewegt wird, wobei eine zweite Posenerfassungseinheit dazu ausgeführt ist, Gelenkwinkel des zweiten
Robotermanipulators über eine Vielzahl von Posen des zweiten Robotermanipulators zu erfassen, während der zweite Robotermanipulator über die Vielzahl von Posen des zweiten Robotermanipulators unter Verbleib eines zweiten Referenzpunktes des zweiten Robotermanipulators an dem vorgegebenen Kalibrierpunkt bewegt wird, und wobei eine Recheneinheit dazu ausgeführt ist, für jede aus der Vielzahl der Posen des ersten Robotermanipulators und aus der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators eine durch die jeweiligen Gelenkwinkel und die jeweilige Geometrie von Gliedern des ersten Robotermanipulators und des zweiten Robotermanipulators bestimmte
kinematische Kette zu ermitteln, wobei die kinematische Kette von einem an einem Glied oder an einer Basis des ersten Robotermanipulators fixierten Anfangspunkt entlang der Glieder des ersten Robotermanipulators in einer auf ein distales Ende des ersten
Robotermanipulators zugewandten Richtung bis zum Kalibrierpunkt und vom
Kalibrierpunkt entlang der Glieder des zweiten Robotermanipulators in einer zu einer Basis des zweiten Robotermanipulators zugewandten Richtung zu einem an einem Glied oder an der Basis des zweiten Robotermanipulators fixierten Endpunkt verläuft, und Ermitteln einer relativen Position zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt der kinematischen Kette und einer relativen Orientierung des Gliedes oder der Basis des Anfangspunktes und des Gliedes oder der Basis des Endpunktes, und wobei die
Recheneinheit weiterhin dazu ausgeführt ist, eine ausgemittelte relative Orientierung und eine ausgemittelte relative Position durch Mitteln der für die Posen des ersten
Robotermanipulators und für die Posen des zweiten Robotermanipulators jeweils ermittelten relativen Positionen und relativen Orientierungen zu ermitteln und
abzuspeichern. Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Robotersystems ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen. 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. Es zeigen:
Fig. 1 ein Verfahren an einem Robotersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 ein Verfahren an einem Robotersystem gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 3 ein Verfahren zum Kalibrieren eines Robotersystems mit einem ersten
Robotermanipulator und mit einem zweiten Robotermanipulator gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Fig. 1 zeigt ein Verfahren anhand eines Robotersystems 1 , wobei das Robotersystem 1 kalibriert wird. Das Robotersystem 1 weist einen ersten Robotermanipulator 10 und einen zweiten Robotermanipulator 20 auf. Die Schritte werden wie in Fig.3 gezeigt, ausgeführt. Es erfolgt das Bewegen S1 des ersten Robotermanipulators 10 über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines ersten Referenzpunktes 11 des ersten Robotermanipulators 10 an einem vorgegebenen Kalibrierpunkt 30 und gleichzeitig das Bewegen S3 des zweiten Robotermanipulators 20 über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines zweiten Referenzpunktes 21 des zweiten Robotermanipulators 20 an dem vorgegebenen Kalibrierpunkt 30. Währenddessen erfolgen das Erfassen S2 von Gelenkwinkeln des ersten Robotermanipulators 10 in jeder der Vielzahl der Posen des ersten
Robotermanipulators 10 durch eine erste Posenerfassungseinheit 12 und das Erfassen S4 von Gelenkwinkeln des zweiten Robotermanipulators 20 in jeder der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators 20 durch eine zweite Posenerfassungseinheit 22. Der Kalibrierpunkt 30 stimmt mit dem ersten Referenzpunkt 11 überein, wobei der erste Robotermanipulator 10 und der zweite Robotermanipulator 20 gleichzeitig durch manuelles Führen bewegt werden, während der erste Referenzpunkt 11 und der zweite Referenzpunkt 21 aneinander liegend verbleiben. Der erste Referenzpunk 11 befindet sich an einer Frontseite eines Endeffektors des ersten Robotermanipulators 10, und der zweite Referenzpunk 21 befindet sich auf einem Endeffektor des zweiten
Robotermanipulators 20. Damit sichergestellt ist, dass der erste Referenzpunkt 11 des ersten Robotermanipulators 10 und der zweite Referenzpunkt 21 des zweiten
Robotermanipulators 20 während der Bewegung des ersten Robotermanipulators 10 und der Bewegung des zweiten Robotermanipulators 20 aneinander verbleiben, werden die beiden Endeffektoren an einer gemeinsamen Platte fixiert. Eine Recheneinheit 40 ermittelt S5 für jede aus der Vielzahl der Posen des ersten Robotermanipulators 10 und aus der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators 20 eine durch die jeweiligen Gelenkwinkel und die jeweilige Geometrie von Gliedern des ersten Robotermanipulators 10 und des zweiten Robotermanipulators 20 bestimmte kinematische Kette, wobei die kinematische Kette von einem an einer Basis 13 des ersten Robotermanipulators 10 fixierten Anfangspunkt entlang der Glieder des ersten Robotermanipulators 10 in einer auf ein distales Ende des ersten Robotermanipulators 10 zugewandten Richtung bis zum Kalibrierpunkt 30 und vom Kalibrierpunkt 30 entlang der Glieder des zweiten
Robotermanipulators 20 in einer zu einer Basis 23 des zweiten Robotermanipulators zugewandten Richtung zu einem an der Basis 23 des zweiten Robotermanipulators 20 fixierten Endpunkt verläuft, und wobei die Recheneinheit 40 eine relative Position zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt der kinematischen Kette und eine relative Orientierung zwischen der Basis 13 des Anfangspunktes, das heißt der Basis 13 des ersten Robotermanipulators 10, und der Basis des Endpunktes, das heißt der Basis 23 des zweiten Robotermanipulators 20, ermittelt. Schließlich ermittelt S6 die
Recheneinheit 40 eine ausgemitteite relative Orientierung und eine ausgemittelte relative Position durch arithmetisches Mitteln der für die Posen des ersten Robotermanipulators 10 und für die Posen des zweiten Robotermanipulators 20 jeweils ermittelten relativen Positionen und relativen Orientierungen und speichert S6 diese in einer Speichereinheit ab.
Fig. 2 zeigt ein Verfahren anhand eines Robotersystems 1 , wobei das Robotersystem 1 kalibriert wird. Das Robotersystems 1 weist einen ersten Robotermanipulator 10 und einen zweiten Robotermanipulator 20 auf. Die Schritte werden wiederum wie in Fig. 3 gezeigt, ausgeführt. Es erfolgt das Bewegen S1 des ersten Robotermanipulators 10 über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines ersten Referenzpunktes 1 1 des ersten Robotermanipulators 10 an einem vorgegebenen Kalibrierpunkt 30 und gleichzeitig das Bewegen S3 des zweiten Robotermanipulators 20 über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines zweiten Referenzpunktes 21 des zweiten Robotermanipulators 20 an dem vorgegebenen Kalibrierpunkt 30. Währenddessen erfolgen das Erfassen S2 von
Gelenkwinkeln des ersten Robotermanipulators 10 in jeder der Vielzahl der Posen des ersten Robotermanipulators 10 durch eine erste Posenerfassungseinheit 12 und das Erfassen S4 von Gelenkwinkeln des zweiten Robotermanipulators 20 in jeder der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators 20 durch eine zweite
Posenerfassungseinheit 22. Zumindest eine Teilmenge von Gelenken des ersten
Robotermanipulators 10 weist zueinander redundante Freiheitsgrade auf, sodass zumindest eine Teilmenge der Glieder des ersten Robotermanipulators 10 in einem ersten Nullraum bewegbar ist. Auch am zweiten Robotermanipulator 20 weist zumindest eine Teilmenge von Gelenken des zweiten Robotermanipulators 20 zueinander redundante Freiheitsgrade auf, sodass zumindest eine Teilmenge der Glieder des zweiten Robotermanipulators 20 in einem zweiten Nullraum bewegbar ist. Der
Kalibrierpunkt 30 ist hierbei in einer Umgebung des ersten Robotermanipulators 10 und des zweiten Robotermanipulators 20 an einer externen Sensoreinheit angeordnet. Das Bewegen des ersten Robotermanipulators 10 erfolgt nun im ersten Nullraum des ersten Robotermanipulators 10 und das Bewegen des zweiten Robotermanipulators 20 erfolgt im zweiten Nullraum des zweiten Robotermanipulators 20. Eine Recheneinheit 40 ermittelt S5 für jede aus der Vielzahl der Posen des ersten Robotermanipulators 10 und aus der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators 20 eine durch die jeweiligen Gelenkwinkel und die jeweilige Geometrie von Gliedern des ersten Robotermanipulators 10 und des zweiten Robotermanipulators 20 bestimmte kinematische Kette, wobei die kinematische Kette von einem an einer Basis 13 des ersten Robotermanipulators 10 fixierten Anfangspunkt entlang der Glieder des ersten Robotermanipulators 10 in einer auf ein distales Ende des ersten Robotermanipulators 10 zugewandten Richtung bis zum Kalibrierpunkt 30 und vom Kalibrierpunkt 30 entlang der Glieder des zweiten
Robotermanipulators 20 in einer zu einer Basis 23 des zweiten Robotermanipulators zugewandten Richtung zu einem an der Basis 23 des zweiten Robotermanipulators 20 fixierten Endpunkt verläuft, und wobei die Recheneinheit 40 eine relative Position zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt der kinematischen Kette und einer relativen Orientierung der Basis 13 des Anfangspunktes und der Basis 23 des
Endpunktes ermittelt. Schließlich ermittelt S6 die Recheneinheit 40 eine ausgemittelte relative Orientierung und eine ausgemittelte relative Position durch arithmetisches Mitteln der für die Posen des ersten Robotermanipulators 10 und für die Posen des zweiten Robotermanipulators 20 jeweils ermittelten relativen Positionen und relativen
Orientierungen. Fig. 3 zeigt ein Verfahren zum Kalibrieren eines Robotersystems 1 mit einem ersten Robotermanipulator 10 und mit einem zweiten Robotermanipulator 20, aufweisend die Schritte:
- Bewegen S1 des ersten Robotermanipulators 10 über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines ersten Referenzpunktes 11 des ersten Robotermanipulators 10 an einem vorgegebenen Kalibrierpunkt 30,
- Erfassen S2 von Gelenkwinkeln des ersten Robotermanipulators 10 in jeder der Vielzahl der Posen des ersten Robotermanipulators 10 durch eine erste Posenerfassungseinheit 12,
- Bewegen S3 des zweiten Robotermanipulators 20 über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines zweiten Referenzpunktes 21 des zweiten Robotermanipulators 20 an dem vorgegebenen Kalibrierpunkt 30,
- Erfassen S4 von Gelenkwinkeln des zweiten Robotermanipulators 20 in jeder der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators 20 durch eine zweite
Posenerfassungseinheit 22,
- Für jede aus der Vielzahl der Posen des ersten Robotermanipulators 10 und aus der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators 20: Ermitteln S5 einer durch die jeweiligen Gelenkwinkel und die jeweilige Geometrie von Gliedern des ersten
Robotermanipulators 10 und des zweiten Robotermanipulators 20 bestimmte
kinematischen Kette, wobei die kinematische Kette von einem an einem Glied oder an einer Basis des ersten Robotermanipulators 10 fixierten Anfangspunkt entlang der Glieder des ersten Robotermanipulators 10 in einer auf ein distales Ende des ersten Robotermanipulators 10 zugewandten Richtung bis zum Kalibrierpunkt 30 und vom Kalibrierpunkt 30 entlang der Glieder des zweiten Robotermanipulators 20 in einer zu einer Basis 23 des zweiten Robotermanipulators zugewandten Richtung zu einem an einem Glied oder an der Basis 23 des zweiten Robotermanipulators 20 fixierten Endpunkt verläuft, und Ermitteln einer relativen Position zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt der kinematischen Kette und einer relativen Orientierung des Gliedes oder der Basis des Anfangspunktes und des Gliedes oder der Basis des Endpunktes,
- Ermitteln und Abspeichern S6 einer ausgemittelten relativen Orientierung und einer ausgemittelten relativen Position durch Mitteln der für die Posen des ersten
Robotermanipulators 10 und für die Posen des zweiten Robotermanipulators 20 jeweils ermittelten relativen Positionen und relativen Orientierungen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele 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
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
Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
Bezugszeichenliste
1 Robotersystem
10 erster Robotermanipulator
11 erster Referenzpunkt
12 erste Posenerfassungseinheit
13 Basis des ersten Robotermanipulators 20 zweiter Robotermanipulator
21 zweiter Referenzpunkt
22 zweite Posenerfassungseinheit
23 Basis des zweiten Robotermanipulators
30 Kalibrierpunkt
40 Recheneinheit
S1 Bewegen
S2 Erfassen
S3 Bewegen
S4 Erfassen
S5 Ermitteln
S6 Ermitteln und Abspeichern

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Kalibrieren eines Robotersystems (1) mit einem ersten
Robotermanipulator (10) und mit einem zweiten Robotermanipulator (20), aufweisend die Schritte:
- Bewegen (S1 ) des ersten Robotermanipulators (10) über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines ersten Referenzpunktes (11) des ersten Robotermanipulators (10) an einem vorgegebenen Kalibrierpunkt (30),
- Erfassen (S2) von Gelenkwinkeln des ersten Robotermanipulators (10) in jeder der Vielzahl der Posen des ersten Robotermanipulators (10) durch eine erste Posenerfassungseinheit (12),
- Bewegen (S3) des zweiten Robotermanipulators (20) über eine Vielzahl von Posen unter Verbleib eines zweiten Referenzpunktes (21) des zweiten
Robotermanipulators (20) an dem vorgegebenen Kalibrierpunkt (30),
- Erfassen (S4) von Gelenkwinkeln des zweiten Robotermanipulators (20) in jeder der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators (20) durch eine zweite Posenerfassungseinheit (22),
- Für jede aus der Vielzahl der Posen des ersten Robotermanipulators (10) und aus der Vielzahl der Posen des zweiten Robotermanipulators (20): Ermitteln (S5) einer durch die jeweiligen Gelenkwinkel und die jeweilige Geometrie von Gliedern des ersten Robotermanipulators (10) und des zweiten Robotermanipulators (20) bestimmte kinematischen Kette, wobei die kinematische Kette von einem an einem Glied oder an einer Basis (13) des ersten Robotermanipulators (10) fixierten Anfangspunkt entlang der Glieder des ersten Robotermanipulators (10) in einer auf ein distales Ende des ersten Robotermanipulators (10) zugewandten Richtung bis zum Kalibrierpunkt (30) und vom Kalibrierpunkt (30) entlang der Glieder des zweiten Robotermanipulators (20) in einer zu einer Basis (23) des zweiten
Robotermanipulators zugewandten Richtung zu einem an einem Glied oder an der Basis (23) des zweiten Robotermanipulators (20) fixierten Endpunkt verläuft, und Ermitteln einer relativen Position zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt der kinematischen Kette und einer relativen Orientierung des Gliedes oder der Basis (13) des Anfangspunktes und des Gliedes oder der Basis (23) des
Endpunktes,
- Ermitteln und Abspeichern (S6) einer ausgemittelten relativen Orientierung und einer ausgemittelten relativen Position durch Mitteln der für die Posen des ersten Robotermanipulators (10) und für die Posen des zweiten Robotermanipulators (20) jeweils ermittelten relativen Positionen und relativen Orientierungen. 2. Verfahren nach Anspruch 1
wobei der erste Referenzpunkt (11 ) an einem distalen Glied des ersten
Robotermanipulators (10) angeordnet ist und/oder der zweite Referenzpunkt (21) an einem distalen Glied des zweiten Robotermanipulators (20) angeordnet ist. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
wobei der Kalibrierpunkt (30) der erste Referenzpunkt (11) oder der zweite Referenzpunkt (21 ) ist, wobei der erste Robotermanipulator (10) und der zweite Robotermanipulator (20) gleichzeitig bewegt werden, während der erste
Referenzpunkt (11) und der zweite Referenzpunkt (21) aneinander liegend verbleiben.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
wobei zumindest eine Teilmenge von Gelenken des ersten Robotermanipulators (10) zueinander redundante Freiheitsgrade aufweisen sodass zumindest eine Teilmenge der Glieder des ersten Robotermanipulators (10) in einem ersten
Nullraum bewegbar ist,
wobei zumindest eine Teilmenge von Gelenken des zweiten Robotermanipulators (20) zueinander redundante Freiheitsgrade aufweisen sodass zumindest eine Teilmenge der Glieder des zweiten Robotermanipulators (20) in einem zweiten Nullraum bewegbar ist,
wobei der Kalibrierpunkt (30) in einer Umgebung des ersten Robotermanipulators (10) und des zweiten Robotermanipulators (20) angeordnet ist, und
wobei das Bewegen des ersten Robotermanipulators (10) im ersten Nullraum des ersten Robotermanipulators (10) erfolgt und das Bewegen des zweiten
Robotermanipulators (20) im zweiten Nullraum des zweiten Robotermanipulators
(20) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
wobei der Kalibrierpunkt (30) an einer externen Sensoreinheit angeordnet ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Ermitteln der ausgemittelten relativen Orientierung und der ausgemittelten relativen Position durch jeweiliges arithmetisches Mitteln der für die Posen des ersten Robotermanipulators (10) und für die Posen des zweiten
Robotermanipulators (20) ermittelten relativen Orientierungen und relativen Positionen erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Ermitteln der ausgemittelten relativen Orientierung und der
ausgemittelten relativen Position durch jeweiliges gewichtetes Mitteln der für die Posen des ersten Robotermanipulators (10) und für die Posen des zweiten
Robotermanipulators (20) ermittelten relativen Orientierungen und relativen
Positionen erfolgt, wobei diejenigen in Posen innerhalb eines bevorzugten
Arbeitsraums ermittelten relativen Orientierungen und relativen Positionen höher gewichtet werden als diejenigen in Posen außerhalb des bevorzugten Arbeitsraums ermittelten.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Erfassen von Gelenkwinkeln des ersten Robotermanipulators (10) und von Gelenkwinkeln des zweiten Robotermanipulators (20) jeweils auf ein an einer Eingabeeinheit eingegebenes Eingabesignal hin erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
wobei als Eingabeeinheit ein Schalter verwendet wird.
10. Robotersystem (1) mit einem ersten Robotermanipulator (10) und mit einem
zweiten Robotermanipulator (20), wobei eine erste Posenerfassungseinheit (12) dazu ausgeführt ist, Gelenkwinkel des ersten Robotermanipulators (10) über eine Vielzahl von Posen des ersten Robotermanipulators (10) zu erfassen, während der erste Robotermanipulator (10) über die Vielzahl von Posen des ersten
Robotermanipulators (10) unter Verbleib eines ersten Referenzpunktes (11) des ersten Robotermanipulators (10) an einem vorgegebenen Kalibrierpunkt (30) bewegt wird, wobei eine zweite Posenerfassungseinheit (22) dazu ausgeführt ist, Gelenkwinkel des zweiten Robotermanipulators (20) über eine Vielzahl von Posen des zweiten Robotermanipulators (20) zu erfassen, während der zweite
Robotermanipulator (20) über die Vielzahl von Posen des zweiten
Robotermanipulators (20) unter Verbleib eines zweiten Referenzpunktes (21) des zweiten Robotermanipulators (20) an dem vorgegebenen Kalibrierpunkt (30) bewegt wird, und wobei eine Recheneinheit (40) dazu ausgeführt ist, für jede aus der Vielzahl von Posen des ersten Robotermanipulators (10) und aus der Vielzahl von Posen des zweiten Robotermanipulators (20) eine durch die jeweiligen
Gelenkwinkel und die jeweilige Geometrie von Gliedern des ersten
Robotermanipulators (10) und des zweiten Robotermanipulators (20) bestimmte kinematische Kette zu ermitteln, wobei die kinematische Kette von einem an einem
Glied oder an einer Basis (13) des ersten Robotermanipulators (10) fixierten Anfangspunkt entlang der Glieder des ersten Robotermanipulators (10) in einer auf ein distales Ende des ersten Robotermanipulators (10) zugewandten Richtung bis zum Kalibrierpunkt (30) und vom Kalibrierpunkt (30) entlang der Glieder des zweiten Robotermanipulators (20) in einer zu einer Basis (23) des zweiten
Robotermanipulators zugewandten Richtung zu einem an einem Glied oder an der Basis (23) des zweiten Robotermanipulators (20) fixierten Endpunkt verläuft, und wobei die Recheneinheit (40) zum Ermitteln einer relativen Position zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt der kinematischen Kette und einer relativen Orientierung des Gliedes oder der Basis (13) des Anfangspunktes und des Gliedes oder der Basis (23) des Endpunktes ausgeführt ist, und wobei die Recheneinheit (40) weiterhin dazu ausgeführt ist, eine ausgemittelte relative Orientierung und eine ausgemittelte relative Position durch Mitteln der für die Posen des ersten
Robotermanipulators (10) und für die Posen des zweiten Robotermanipulators (20) jeweils ermittelten relativen Positionen und relativen Orientierungen zu ermitteln und abzuspeichern.
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