WO2020200800A1

WO2020200800A1 - Robotersystem zum koordinierten ansteuern eines robotermanipulators und eines externen robotermoduls

Info

Publication number: WO2020200800A1
Application number: PCT/EP2020/057553
Authority: WO
Inventors: Andreas SPENNINGER; Saskia Golz
Original assignee: Franka Emika Gmbh
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2020-10-08
Also published as: DE102019108419B3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Robotersystem (1), aufweisend - einen Robotermanipulator (3), - eine mit dem Robotermanipulator (3) verbindbare Steuereinheit (5), und - ein externes Robotermodul (7), wobei der Robotermanipulator (3) eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist und die Glieder in den Freiheitsgraden der Gelenke durch Gelenksaktuatoren (9) gegeneinander bewegbar sind, wobei das externe Robotermodul (7) eine zu einer Steuereinheitschnittstelle (13) der Steuereinheit (5) kompatible Modulschnittstelle (15) zur Datenübertragung aufweist und dazu ausgeführt ist, durch Datenübertragung Kennungsinformationen des Robotermoduls (7) an die Steuereinheit (5) zu übermitteln, wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, auf Basis der Kennungsinformationen eine Steuermatrix zu erstellen und aus einer kommandierten Bewegung oder aus einer kommandierten Ausführung einer Aufgabe - eine jeweilige Trajektorie für jeden der Gelenksaktuatoren (9), und - eine jeweilige Trajektorie für einen Antrieb (11) des Robotermoduls (7) zu erzeugen und an ein jeweiliges Motorsteuergerät eines jeweiligen der Gelenksaktuatoren (9) und des Antriebs des Robotermoduls (7) zu übermitteln, wobei die jeweiligen Trajektorien für die Gelenksaktuatoren (9) untereinander und mit der Trajektorie für den Antrieb (11) des Robotermoduls (7) durch die Steuermatrix vorgegebene Verkopplungen aufweisen, sodass der Robotermanipulator (3) und das Robotermodul (7) zueinander koordiniert angesteuert werden.

Description

Robotersystem zum koordinierten Ansteuern eines Robotermanipulators und eines externen Robotermoduls

Die Erfindung betrifft ein Robotersystem insbesondere mit einer Steuereinheit, die zum koordinierten Ansteuern eines Robotermanipulators und eines externen Robotermoduls des Robotersystems dient, sowie ein Verfahren zum koordinierten Ansteuern eines Robotermanipulators und eines Robotermoduls eines Robotersystems.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuerung von Robotersystemen zu verbessern.

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 Robotersystem, aufweisend einen

Robotermanipulator eine mit dem Robotermanipulator verbindbare Steuereinheit und ein externes Robotermodul, wobei der Robotermanipulator eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist und die Glieder in den Freiheitsgraden der Gelenke durch Gelenksaktuatoren gegeneinander bewegbar sind, wobei das externe Robotermodul eine zu einer Steuereinheitschnittstelle der Steuereinheit kompatible Modulschnittstelle zur insbesondere drahtlosen Datenübertragung insbesondere via Funk aufweist und dazu ausgeführt ist, durch die insbesondere drahtlose Datenübertragung Kennungsinformationen des Robotermoduls an die Steuereinheit zu übermitteln, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, auf Basis der Kennungsinformationen eine

Steuermatrix zu erstellen und aus einer kommandierten Bewegung oder aus einer kommandierten Ausführung einer Aufgabe jeweilige T rajektorien für jeden der

Gelenksaktuatoren, und eine jeweilige Trajektorie für einen jeweiligen Antrieb des Robotermoduls zu erzeugen und an ein jeweiliges Motorsteuergerät eines jeweiligen der Gelenksaktuatoren und des Antriebs des Robotermoduls zu übermitteln, wobei die jeweiligen Trajektorien für die Gelenksaktuatoren untereinander und mit der Trajektorie für den Antrieb des Robotermoduls durch die Steuermatrix vorgegebene Verkopplungen aufweisen, sodass der Robotermanipulator und das Robotermodul zueinander koordiniert angesteuert werden. Insbesondere weist das Robotersystem eine mit dem Robotermanipulator verbundene Steuereinheit auf. Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit in einem Gehäuse des

Robotermanipulators angeordnet.

Insbesondere sind die Steuereinheitschnittstelle der Steuereinheit sowie die zu der Steuereinheitschnittstelle kompatible Modulschnittstelle jeweils als mechanische und elektrische Steckverbindung ausgebildet. Bevorzugt aber sind die

Steuereinheitschnittstelle der Steuereinheit sowie die zu der Steuereinheitschnittstelle kompatible Modulschnittstelle jeweils als Funkempfänger und Funksender ausgebildet, sodass die Kennungsinformationen über Funkwellen übertragen werden.

Die jeweiligen Trajektorien für jeden der Gelenksaktuatoren sowie für den Antrieb des Robotermoduls sind zeitabhängige Aktuatorkommandos, das heißt Signale, die für ein jeweiliges Motorsteuergerät als Sollwert dienen. Ein solcher Sollwert ist insbesondere eine Soll-Geschwindigkeit oder ein Soll-Moment oder eine Soll-Position des jeweiligen Motors der Gelenksaktuatoren oder des jeweiligen Antriebs des Robotermoduls. Das Robotermodul kann einen einzigen oder aber mehrere Antriebe aufweisen. Das jeweilige Motorsteuergerät übernimmt dabei die Ansteuerung des jeweiligen Antriebs bzw. der Gelenksaktuatoren selbst, beispielsweise bei einem bürstenlosen elektrischen Motor die Regelung des umlaufenden Magnetfelds des jeweiligen elektrischen Motors. Das jeweilige Motorsteuergerät übernimmt dabei lediglich die hardwarenahe Regelung, das heißt, es steuert den jeweiligen Motor so an, dass die jeweilige vorgegebene Trajektorie für den jeweiligen Motor auch vom jeweiligen Motor über die Zeit hin eingehalten wird. Die jeweilige Trajektorie für einen Aktuator/Antrieb ist daher nicht als Bahnkurve in einem Raum zu verstehen, sondern als zeitlicher Verlauf einer insbesondere skalaren Sollgröße am jeweiligen Aktuator/Antrieb; insbesondere einer oben genannten, insbesondere einem Drehmoment oder einer Position oder einer Geschwindigkeit eines Aktuators/Antriebs.

Die Steuermatrix ist insbesondere eine Matrix im mathematischen Sinn, die im Sinne eines MIMO-Systems (engl für "multiple input, multiple output") eine verkoppelte

Abbildung der Komponenten eines Vektors auf einen weiteren Vektor angibt. Die

Steuermatrix kann alternativ dazu in anderen dem Fachmann bekannten Ausführungen ausgedrückt werden, insbesondere einem neuronalen Netzwerk, einem

Gleichungssystem, einem symbolisch abgebildeten Flussdiagramm, der

Aneinanderreihung von mathematisch funktionellen Blöcken und anderen Methoden, die sich für eine algorithmischen Abbildung eigenen. Die Steuermatrix bewirkt insbesondere, dass nicht nur die Trajektorien für die Gelenksaktuatoren untereinander, sondern auch die Trajektorie für den Antrieb des Robotermoduls mit den Trajektorien für die

Gelenksaktuatoren vorgegebene gegenseitige Verkopplungen aufweisen.

Die kommandierte Bewegung sowie die kommandierte Ausführung einer Aufgabe bezeichnen höherwertige Kommandos, die nicht unmittelbar einer Trajektorie für die Gelenksaktuatoren und für einen jeweiligen der Antriebe des externen Robotermoduls entsprechen, vielmehr müssen die kommandierte Bewegung und die kommandierte Ausführung auf eine solche jeweilige Trajektorie umgerechnet werden. Eine solche Umrechnung hängt insbesondere von den physikalischen Gegebenheiten, der

Konfiguration, von Versionsparametern, von Maximalwerten, von Motortypen und ähnlichen Gegebenheiten des Robotermanipulators wie auch des externen

Robotermoduls ab. Die kommandierte Bewegung bzw. die kommandierte Ausführung der Aufgabe können insbesondere als Eingabe von einem Anwender vorgegeben werden, oder sind in einem Ablauf eines Steuerprogramms definiert.

Mithilfe der Steuermatrix erfolgt die Transformation der kommandierten Bewegung bzw. der kommandierten Ausführung der Aufgabe in Trajektorien für Motorsteuergeräte nicht für die Gelenksaktuatoren und für einen jeweiligen Antrieb des externen Robotermoduls separat, sondern verkoppelt und damit koordiniert zueinander in einem einzigen Vorgang.

Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass ein beliebiges externes

Robotermodul durch die Steuereinheit des Robotermanipulators koordiniert und synchron zusammen mit den Gelenksaktuatoren des Robotermanipulators angesteuert werden kann. Es ist somit nicht notwendig, dass das externe Robotermodul Kommandos von der Steuereinheit des Robotersystems empfängt und diese Kommandos selbst in eine jeweilige Trajektorie für den jeweiligen Antrieb des Robotermoduls umrechnet. Dieser Schritt des Umrechnens erfolgt vorteilhaft bereits zentral in der Steuereinheit des

Robotersystems, wobei die Steuereinheit grundsätzlich den Robotermanipulator ansteuert. Mithilfe der Kennungsinformationen, die von dem externen Robotermodul an die Steuereinheit übermittelt werden, ist die Steuereinheit vorteilhaft in der Lage, einen vollständigen Vektor von Sollgrößen für alle der Gelenksaktuatoren und für alle der Antriebe des externen Robotermoduls schon in der Steuereinheit zu erzeugen, ohne dass ein jeweiliges der Motorsteuergeräte die Umrechnung eines höherwertigen Kommandos in ein für ein jeweiliges Motorsteuergerät, das heißt für einen jeweiligen der

Gelenksaktuatoren und Antriebe des externen Robotermoduls, geeigneten

Trajektorienverlauf in entsprechenden Protokollen und entsprechend skaliert übernehmen müsste. Die Steuereinheit des Robotersystems steuert nach Erstellen der Steuermatrix daher vorteilhaft in einem gemeinsamen Vektor die Gelenksaktuatoren und die Antriebe des externen Robotermoduls gemeinsam an. Dies erlaubt vorteilhaft eine koordinierte Bewegung der Gelenksaktuatoren zusammen mit dem jeweiligen Antrieb des externen Robotermoduls, sodass durch das erfindungsgemäße Verfahren sehr komplexe koordinierte Bewegungsmuster ausführbar sind. Vorteilhaft erlaubt das

erfindungsgemäße Verfahren weiterhin eine globale Optimierung der koordinierten Ansteuerung der Gelenksaktuatoren sowie des jeweiligen Antriebs des externen

Robotermoduls, ohne dass die Gelenksaktuatoren des Robotermanipulators separat zu der Ansteuerung der Antriebe des externen Robotermoduls erfolgen müsste. Eine solche globale Optimierung ist insbesondere vorteilhaft bei der Interaktion mit einem Anwender vorteilhaft, beispielsweise für die Anwendung eines solchen Robotersystems zur Altenpflege, wobei für die Altenpflege besonders koordinierte und damit natürlich erscheinende Bewegungen eines humanoiden Robotersystems gewünscht sind. Denn eine abgehackte Bewegung, insbesondere durch eine sequenzielle Ansteuerung verschiedener Elemente eines Robotersystems, schreckt häufig ältere Menschen ab. Die koordinierte Ansteuerung der Gelenksaktuatoren und des jeweiligen Antriebs des externen Robotermoduls jedoch lässt vorteilhaft den Gesamteindruck beim Anwender eines sehr natürlichen und menschenähnlichen Bewegungsverhaltens entstehen. Auch kann somit vorteilhaft eine komplexe Kollisionsvermeidung oder eine komplexe Reaktion auf eine Kollision erstellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, aus der kommandierten Bewegung oder aus einer kommandierten Ausführung einer Aufgabe und aus Rückführsignalen von Sensoren des Robotermanipulators und/oder des Robotermoduls jeweilige T rajektorien für jeden der Gelenksaktuatoren, und die jeweilige Trajektorie für einen Antrieb des Robotermoduls, zu erzeugen. Gemäß dieser

Ausführungsform wird nicht nur ein Vorwärtszweig in der Ansteuerung der

Gelenksaktuatoren sowie des jeweiligen Antriebs des externen Robotermoduls betrachtet, sondern auch eine Rückführschleife. Eine Rückführschleife weist

insbesondere den Vorteil gegenüber einem bloßen Vorwärtszweig auf, dass auch Störungen ausgeregelt werden sowie ein genaueres Folgen von gewünschten

Bewegungen möglich ist. Hierzu dienen die Rückführsignale von Sensoren, wobei die Sensoren insbesondere eine Kraft oder ein Moment, bzw. kinematische Daten des Robotermanipulators und des externen Robotermoduls erfassen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Sensoren des Robotermanipulators und/oder des Robotermoduls jeweils zumindest einen der folgenden:

- Stromstärkensensor,

- Drehmomentsensor,

- Kraftsensor,

- Positionssensor,

- Geschwindigkeitssensor,

- Beschleunigungssensor.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Steuereinheit und die Gelenksaktuatoren und das Robotermodul ein jeweiliges Funkmodul auf, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, die Trajektorien an das jeweilige Motorsteuergerät der Gelenksaktuatoren und des Antriebs des Robotermoduls per Funk zu übermitteln.

Insbesondere dann, wenn bereits die Steuereinheitschnittstelle der Steuereinheit sowie die zu der Steuereinheitschnittstelle kompatible Modulschnittstelle jeweils als

Funkempfänger und Funksender ausgebildet sind, sodass die Kennungsinformationen über Funkwellen übertragen werden, und zusätzlich gemäß dieser Ausführungsform auch die Trajektorien an das jeweilige Motorsteuergerät der Gelenksaktuatoren und des Antriebs des Robotermoduls per Funk zu übermittelt werden, ist vorteilhaft keine mechanische Verbindung zwischen der Steuereinheit und dem externen Robotermodul notwendig. Insbesondere ist auch keine mechanische Verbindung zwischen dem

Robotermanipulator und dem externen Robotermodul notwendig, was insbesondere dann von großem Vorteil ist, wenn das externe Robotermodul nicht ein Endeffektor ist, beispielsweise ein Greifer, der an den Robotermanipulator angeordnet wird, sondern es sich bei dem externen Robotermodul um ein unabhängiges externes Robotermodul handelt, so wie etwa um einen zweiten Roboter oder um ein Förderband.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Robotermodul ein

Endeffektor für den Robotermanipulator. Insbesondere ist der Endeffektor ein robotischer Greifer. Vorteilhaft kann durch diese Ausführungsform sichergestellt werden, dass nicht ein Greifer die Umrechnung zwischen der Vorgabe der Bewegung bzw. der Ausführung einer Aufgabe in eine Trajektorie für den jeweiligen Antrieb des Greifers vollziehen muss, sondern diese Umrechnung bereits zentral in der Steuereinheit zusammen mit der Umrechnung für die Gelenksaktuatoren des Robotermanipulators erfolgt. Zusammen mit der Übermittlung der Kennungsinformationen kann daher ein beliebiger Greifertyp am Robotermanipulators ausgewechselt werden, ohne dass eine Neukonfiguration durch einen Anwender notwendig wäre.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Robotermodul ein externer Roboter. Der externe Roboter kann insbesondere ein zweiter Robotermanipulator, oder ein fahrbarer Roboter, oder ein Förderband sein. Vorteilhaft erzeugt die Steuereinheit für eine Vielzahl von Robotermanipulatoren koordinierte Trajektorien für die

Gelenksaktuatoren und Antriebe, wobei die Antriebe des zweiten Roboters ebenfalls Gelenksaktuatoren sein können. Eine einzige zentral angeordnete Steuereinheit ist somit vorteilhaft in der Lage, eine Vielzahl von Robotermanipulatoren koordiniert anzusteuern, was insbesondere für Zweiarmsysteme vorteilhaft zur Koordination der beiden

Robotermanipulatoren genutzt werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Robotermodul ein modularer fahrbarer Untersatz für den Robotermanipulator. Der modular fahrbare Untersatz des Robotermanipulators entspricht einer auswechselbaren Basis. So kann eine ortsfeste Basis durch eine fahrbare Basis des Robotermanipulators ersetzt werden, wobei der Typ der fahrbaren Basis für den Robotermanipulator durch Übertragung der

Kennungsinformationen ebenfalls austauschbar ist. Vorteilhaft kann somit je nach Anwendung des Robotermanipulators eine feste Basis durch eine fahrbare Basis ersetzt werden, wobei durch die Steuereinheit eine koordinierte Ansteuerung der

Gelenksaktuatoren sowie der Antriebe der fahrbaren Basis erfolgt, wodurch vorteilhaft ein besseres Bewegungsverhalten des Robotermanipulators gegenüber seiner fahrbaren Basis und umgekehrt erreicht wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Robotermodul zusätzliche Glieder für den Robotermanipulator auf. Solche zusätzlichen Glieder können vorteilhaft am Robotermanipulators angeordnet werden, sodass aus einem Robotermanipulator mit eindeutigen Freiheitsgraden modular ein Robotermanipulator mit redundanten

Freiheitsgraden erzeugt werden kann, wobei ein Robotermanipulator mit redundanten Freiheitsgraden in bestimmten Gelenken die durch diese Gelenke miteinander verbundenen Glieder in einem Nullraum bewegbar sind, das heißt, dass bei Bewegung der Glieder im Nullraum die Position und/oder die Orientierung des distalen Gliedes des Robotermanipulators wie ursprünglich verbleibt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Kennungsinformationen zumindest eines aus den folgenden auf: - Typ des Antriebs des Robotermoduls,

- Motorträgheit des Antriebs des Robotermoduls,

- Ort des Antriebs relativ zum Robotermodul,

- Ort des Robotermoduls,

- Konfiguration des Robotermoduls,

- maximale Stromaufnahme und/oder maximale Drehzahl und/oder maximales

Drehmoment des Robotermoduls,

- aktueller Zustand und/oder aktuell vorliegender Fehler des Robotermoduls,

- Version des Robotermoduls,

- Trägheitstensor des Robotermoduls,

- Trägheitstensor des Antriebs des Robotermoduls,

- Schwerpunkt des Robotermoduls,

- Masse des Robotermoduls.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum koordinierten Ansteuern eines Robotermanipulators und eines Robotermoduls eines Robotersystems, wobei der Robotermanipulator mit einer Steuereinheit verbunden ist und eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist und die Glieder in den Freiheitsgraden der Gelenke durch Gelenksaktuatoren gegeneinander bewegbar sind, wobei das externe Robotermodul eine zu einer Steuereinheitschnittstelle der Steuereinheit kompatible Modulschnittstelle zur Datenübertragung aufweist, aufweisend die Schritte:

- Übermitteln von Kennungsinformationen des Robotermoduls durch Datenübertragung an die Steuereinheit,

- Erstellen einer Steuermatrix auf Basis der Kennungsinformationen durch die

Steuereinheit,

- Aus einer kommandierten Bewegung oder aus einer kommandierten Ausführung einer Aufgabe: Erzeugen einer jeweiligen Trajektorie für jeden der Gelenksaktuatoren und einer jeweilige Trajektorie für einen Antrieb des Robotermoduls, wobei die jeweiligen Trajektorien für die Gelenksaktuatoren untereinander und mit der Trajektorie für den Antrieb des Robotermoduls durch die Steuermatrix vorgegebene Verkopplungen aufweisen, sodass der Robotermanipulator und das Robotermodul zueinander koordiniert angesteuert werden, und

- Übermitteln der jeweiligen Trajektorien an das jeweilige Motorsteuergerät des jeweiligen der Gelenksaktuatoren und des Antriebs des Robotermoduls. Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Robotersystem 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 Robotersystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 ein Robotersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der

Erfindung,

Fig. 3 das Ablaufschema zur Ansteuerung der Gelenksaktuatoren und des

jeweiligen Antriebs des externen Robotermoduls gemäß dem

Ausführungsbeispiel aus der Fig. 2, und

Fig. 4 ein Verfahren zum koordinierten Ansteuern eines Robotermanipulators und eines Robotermoduls eines Robotersystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.

Fig. 1 zeigt ein Robotersystem 1. Das Robotersystem 1 weist einen Robotermanipulator 3 mit einer Steuereinheit 5 und eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Gliedern auf. Die Glieder sind in den Freiheitsgraden der Gelenke durch

Gelenksaktuatoren 9 gegeneinander bewegbar. Weiterhin ist im Robotersystem 1 ein

Greifer als externes Robotermodul 7 vorgesehen. Eine zu einer Steuereinheitschnittstelle 13 der Steuereinheit 5 kompatible Modulschnittstelle 15 des Robotermoduls 7 dient zur Datenübertragung. Mittels einer solchen Datenübertragung übermittelt das Robotermodul 7 Kennungsinformationen des Robotermoduls 7 an die Steuereinheit 5 des

Robotermanipulators 3. Die Kennungsinformationen weisen Informationen über den Typ des Antriebs des Robotermoduls 7, die Motorträgheit des Antriebs des Robotermoduls 7, die maximale Stromaufnahme und die maximale Drehzahl und das maximale Drehmoment des Robotermoduls 7, sowie den Trägheitstensor des Antriebs des

Robotermoduls 7 auf. Die Steuereinheit 5 erstellt auf Basis dieser

Kennungsinformationen eine Steuermatrix und erzeugt aus einer kommandierten

Bewegung oder aus einer kommandierten Ausführung einer Aufgabe eine jeweilige Trajektorie für jeden der Gelenksaktuatoren 9 und eine jeweilige Trajektorie für den elektrischen Antrieb 1 1 des Robotermoduls 7. Die Steuereinheit 5 übermittelt außerdem die jeweilige T rajektorie für jeden der Gelenksaktuatoren 9 und die jeweilige T rajektorie für den elektrischen Antrieb 1 1 des Robotermoduls 7 an das jeweilige Motorsteuergerät der Gelenksaktuatoren 9 und des Antriebs des Robotermoduls 7, wobei die jeweiligen Trajektorien für die Gelenksaktuatoren 9 untereinander und mit der Trajektorie für den Antrieb 1 1 des Robotermoduls 7 durch die Steuermatrix vorgegebene Verkopplungen aufweisen, sodass der Robotermanipulator 3 und das Robotermodul 7 zueinander koordiniert angesteuert werden. Die Übertragung der jeweiligen Trajektorien von der Steuereinheit 5 erfolgt dabei über die Steuereinheitschnittstelle 13 sowohl an die einzelne Funkempfänger der jeweiligen Gelenksaktuatoren 9 sowie an den Funkempfänger, das heißt die Modulschnittstelle 15, des Antriebs 1 1 des externen Robotermoduls 7 per Funk. Im an das distale Glied des Robotermanipulators 3 angeordneten Zustand des als Greifer ausgeführten externen Robotermoduls 7 wird der Greifer mit Energie versorgt, und der Robotermanipulator 3 wird mit dem Greifer 7 zusammen koordiniert betrieben.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Robotersystem 1 . Das Robotersystem 1 weist einen

Robotermanipulator 3 mit einer Steuereinheit 5 und eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Gliedern auf. Die Glieder sind in den Freiheitsgraden der Gelenke durch Gelenksaktuatoren 9 gegeneinander bewegbar. Weiterhin ist im

Robotersystem 1 ein zweiter Roboter als externes Robotermodul 7 vorgesehen. Eine Vielzahl von zu einer Steuereinheitschnittstelle 13 der Steuereinheit 5 kompatiblen Modulschnittstellen 15 des Robotermoduls 7 dient zur Datenübertragung, wobei jeder der Antriebe 1 1 des externen Robotermoduls 7 eine solche per Funkantenne ausgeführte Modulschnittstelle 15 aufweist. Mittels einer solchen Datenübertragung übermittelt der jeweilige Antrieb 1 1 des Robotermoduls 7 Kennungsinformationen über den jeweiligen Antrieb des Robotermoduls 7 an die Steuereinheit 5 des Robotermanipulators 3. Die Kennungsinformationen weisen dabei Informationen über den Typ des jeweiligen Antriebs des Robotermoduls 7, die jeweilige Motorträgheit des jeweiligen Antriebs des

Robotermoduls 7, den Ort des Robotermoduls 7, die Konfiguration des Robotermoduls 7, sowie den aktueller Zustand, und ob aktuell ein Fehler des Robotermoduls 7 vorliegt, auf. Die Steuereinheit 5 erstellt auf Basis dieser Kennungsinformationen eine Steuermatrix und erzeugt aus einer kommandierten Bewegung oder aus einer kommandierten Ausführung einer Aufgabe und aus Rückführsignalen von Sensoren eine jeweilige Trajektorie für jeden der Gelenksaktuatoren 9 und eine jeweilige Trajektorie für jeden der elektrischen Antriebe 1 1 des Robotermoduls 7. Die Sensoren umfassen dabei jeweils einen Drehmomentsensor und einen Positionssensor an allen der Gelenksaktuatoren 9 und an allen der Antriebe 1 1 des Robotermoduls 7. Die Steuereinheit 5 übermittelt außerdem die jeweilige T rajektorie für jeden der Gelenksaktuatoren 9 und die jeweilige Trajektorie für den elektrischen Antrieb 1 1 des Robotermoduls 7 an das jeweilige

Motorsteuergerät der Gelenksaktuatoren 9 und der Antriebe des Robotermoduls 7, wobei die jeweiligen Trajektorien für die Gelenksaktuatoren 9 untereinander und mit der Trajektorie für den Antrieb 1 1 des Robotermoduls 7 durch die Steuermatrix vorgegebene Verkopplungen aufweisen, sodass der Robotermanipulator 3 und das Robotermodul 7 zueinander koordiniert angesteuert werden. Die Übertragung der jeweiligen Trajektorien von der Steuereinheit 5 erfolgt dabei über die Steuereinheitschnittstelle 13 sowohl an die einzelne Funkempfänger der jeweiligen Gelenksaktuatoren 9 sowie an die

Funkempfänger, das heißt die Modulschnittstelle 15, der Antriebe 1 1 des externen Robotermoduls 7 per Funk. Eine Verdeutlichung dieser koordinierten Ansteuerung ist in Fig. 3 gezeigt.

Fig. 3 zeigt den Signalverlauf im Robotersystem 1 der Fig. 2 noch einmal schematisch. Die Steuereinheit 5 erhält, dargestellt durch einen abgerundeten Pfeil von dem

Robotermodul 7 an die Steuereinheit 5, Kennungsinformationen über das Robotermodul. 7. Nach Erstellung der Steuermatrix durch die Steuereinheit 5 auf Basis dieser

Kennungsinformationen steuert die Steuereinheit 5 sowohl die Gelenksaktuatoren 9 des Robotermanipulators 3 als auch die Antriebe 1 1 des externen Robotermoduls 7 koordiniert und verkoppelt per Funk an.

Fig. 4 zeigt ein Verfahren zum koordinierten Ansteuern eines Robotermanipulators 3 und eines Robotermoduls 7 eines Robotersystem 1 s, wobei der Robotermanipulator 3 eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist und die Glieder in den Freiheitsgraden der Gelenke durch Gelenksaktuatoren 9 gegeneinander bewegbar sind, wobei das externe Robotermodul 7 eine zu einer Steuereinheitschnittstelle 13 der Steuereinheit 5 kompatible Modulschnittstelle 15 zur Datenübertragung aufweist, aufweisend die Schritte:

- Übermitteln S1 von Kennungsinformationen des Robotermoduls 7 durch

Datenübertragung an die Steuereinheit 5,

- Erstellen S2 einer Steuermatrix auf Basis der Kennungsinformationen durch die

Steuereinheit 5, - Aus einer kommandierten Bewegung oder aus einer kommandierten Ausführung einer Aufgabe: Erzeugen S3 einer jeweiligen Trajektorie für jeden der Gelenksaktuatoren 9 und einer jeweilige Trajektorie für einen Antrieb 1 1 des Robotermoduls 7, wobei die jeweiligen Trajektorien für die Gelenksaktuatoren 9 untereinander und mit der Trajektorie für den Antrieb 1 1 des Robotermoduls 7 durch die Steuermatrix vorgegebene Verkopplungen aufweisen, sodass der Robotermanipulator 3 und das Robotermodul 7 zueinander koordiniert angesteuert werden, und

- Übermitteln S4 der jeweiligen Trajektorien an das jeweilige Motorsteuergerät des jeweiligen der Gelenksaktuatoren 9 und des Antriebs des Robotermoduls 7.

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

I Robotersystem

3 Robotermanipulator

5 Steuereinheit

7 externes Robotermodul

9 Gelenksaktuatoren

I I Antrieb

13 Steuereinheitschnittstelle

15 Modulschnittstelle

51 Übermitteln

52 Erstellen

S3 Erzeugen

S4 Übermitteln

Claims

Patentansprüche

1. Robotersystem (1 ), aufweisend

- einen Robotermanipulator (3),

- eine mit dem Robotermanipulator (3) verbindbare Steuereinheit (5), und

- ein externes Robotermodul (7),

wobei der Robotermanipulator (3) eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist und die Glieder in den Freiheitsgraden der Gelenke durch Gelenksaktuatoren (9) gegeneinander bewegbar sind,

wobei das externe Robotermodul (7) eine zu einer Steuereinheitschnittstelle (13) der Steuereinheit (5) kompatible Modulschnittstelle (15) zur Datenübertragung aufweist und dazu ausgeführt ist, durch Datenübertragung Kennungsinformationen des Robotermoduls (7) an die Steuereinheit (5) zu übermitteln,

wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist,

auf Basis der Kennungsinformationen eine Steuermatrix zu erstellen und aus einer kommandierten Bewegung oder aus einer kommandierten Ausführung einer Aufgabe

- jeweilige T rajektorien für jeden der Gelenksaktuatoren (9), und

- eine jeweilige Trajektorie für einen jeweiligen Antrieb (1 1 ) des Robotermoduls (7) zu erzeugen und an ein jeweiliges Motorsteuergerät eines jeweiligen der

Gelenksaktuatoren (9) und des Antriebs des Robotermoduls (7) zu übermitteln, wobei die jeweiligen Trajektorien für die Gelenksaktuatoren (9) untereinander und mit der Trajektorie für den Antrieb (1 1 ) des Robotermoduls (7) durch die

Steuermatrix vorgegebene Verkopplungen aufweisen, sodass der

Robotermanipulator (3) und das Robotermodul (7) zueinander koordiniert angesteuert werden.

2. Robotersystem (1 ) nach Anspruch 1 ,

wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist,

aus der kommandierten Bewegung oder aus einer kommandierten Ausführung einer Aufgabe und aus Rückführsignalen von Sensoren des Robotermanipulators (3) und/oder des Robotermoduls (7)

- jeweilige T rajektorien für jeden der Gelenksaktuatoren (9), und

- die jeweilige T rajektorie für einen jeweiligen Antrieb (1 1 ) des Robotermoduls (7) zu erzeugen.

3. Robotersystem (1 ) nach Anspruch 2,

wobei die Sensoren des Robotermanipulators (3) und/oder des Robotermoduls (7) jeweils zumindest einen der folgenden umfassen:

- Stromstärkensensor,

- Drehmomentsensor,

- Kraftsensor,

- Positionssensor,

- Geschwindigkeitssensor,

- Beschleunigungssensor.

4. Robotersystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Steuereinheit (5) und die Gelenksaktuatoren (9) und das Robotermodul (7) ein jeweiliges Funkmodul aufweisen, wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, die Trajektorien an das jeweilige Motorsteuergerät der

Gelenksaktuatoren (9) und des Antriebs des Robotermoduls (7) per Funk zu übermitteln.

5. Robotersystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

wobei das Robotermodul (7) ein Endeffektor für den Robotermanipulator (3) ist.

6. Robotersystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

wobei das Robotermodul (7) ein externer Roboter ist.

7. Robotersystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

wobei das Robotermodul (7) ein modularer fahrbarer Untersatz für den

Robotermanipulator (3) ist.

8. Robotersystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

wobei das Robotermodul (7) zusätzliche Glieder für den Robotermanipulator (3) aufweist.

9. Robotersystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Kennungsinformationen zumindest eines aus den folgenden aufweisen: - Typ des Antriebs des Robotermoduls (7),

- Motorträgheit des Antriebs des Robotermoduls (7),

- Ort des Antriebs relativ zum Robotermodul (7), - Ort des Robotermoduls (7),

- Konfiguration des Robotermoduls (7),

- maximale Stromaufnahme und/oder maximale Drehzahl und/oder maximales Drehmoment des Robotermoduls (7),

- aktueller Zustand und/oder aktuell vorliegender Fehler des Robotermoduls (7),

- Version des Robotermoduls (7),

- Trägheitstensor des Robotermoduls (7),

- Trägheitstensor des Antriebs des Robotermoduls (7),

- Schwerpunkt des Robotermoduls (7),

- Masse des Robotermoduls (7).

10. Verfahren zum koordinierten Ansteuern eines Robotermanipulators (3) und eines Robotermoduls (7) eines Robotersystem (1 )s, wobei der Robotermanipulator (3) eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist und die Glieder in den Freiheitsgraden der Gelenke durch Gelenksaktuatoren (9) gegeneinander bewegbar sind, wobei das externe Robotermodul (7) eine zu einer Steuereinheitschnittstelle (13) der Steuereinheit (5) kompatible Modulschnittstelle (15) zur Datenübertragung aufweist,

aufweisend die Schritte:

- Übermitteln (S1 ) von Kennungsinformationen des Robotermoduls (7) durch Datenübertragung an die Steuereinheit (5),

- Erstellen (S2) einer Steuermatrix auf Basis der Kennungsinformationen durch die Steuereinheit (5),

- Aus einer kommandierten Bewegung oder aus einer kommandierten Ausführung einer Aufgabe: Erzeugen (S3) einer jeweiligen Trajektorie für jeden der

Gelenksaktuatoren (9) und einer jeweilige Trajektorie für einen Antrieb (1 1 ) des Robotermoduls (7), wobei die jeweiligen Trajektorien für die Gelenksaktuatoren (9) untereinander und mit der Trajektorie für den Antrieb (1 1 ) des Robotermoduls (7) durch die Steuermatrix vorgegebene Verkopplungen aufweisen, sodass der Robotermanipulator (3) und das Robotermodul (7) zueinander koordiniert angesteuert werden, und

- Übermitteln (S4) der jeweiligen Trajektorien an das jeweilige Motorsteuergerät des jeweiligen der Gelenksaktuatoren (9) und des Antriebs des Robotermoduls (7).