WO2020200804A1 - Kalibrieren von drehmomentsensoren eines robotermanipulators - Google Patents

Kalibrieren von drehmomentsensoren eines robotermanipulators Download PDF

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WO2020200804A1
WO2020200804A1 PCT/EP2020/057567 EP2020057567W WO2020200804A1 WO 2020200804 A1 WO2020200804 A1 WO 2020200804A1 EP 2020057567 W EP2020057567 W EP 2020057567W WO 2020200804 A1 WO2020200804 A1 WO 2020200804A1
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setting angle
joint
torque sensor
acting
link
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PCT/EP2020/057567
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Andreas SPENNINGER
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Franka Emika Gmbh
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    • G01L25/003—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency for measuring torque
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    • G05B2219/39058—Sensor, calibration of sensor, potentiometer
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40599—Force, torque sensor integrated in joint

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating a first torque sensor and a second torque sensor of a robot manipulator as well as a
  • Robot system with a robot manipulator and a computing unit for calibrating a first torque sensor and a second torque sensor of the
  • Robot manipulator Torque sensors of robot manipulators are various sources of interference
  • Electromechanical interference on a motor of a drive at the respective joint e.g. the so-called “cogging” and the so-called “torque ripple"
  • these interfering influences occur deterministically, so that they can be identified and the torque sensors can be calibrated with the identified interfering influences.
  • the object of the invention is the calibration of torque sensors
  • a first aspect of the invention relates to a method for calibrating a first
  • Torque sensor and a second torque sensor of a robot manipulator having a plurality of links connected to one another by joints, wherein a first link and a second link are connected to one another by a first joint and the first torque sensor is arranged on the first joint, the first link is rotatable with respect to the second member in a first angular range over a plurality of angles, this being caused by the force of gravity acting on the members of the robot manipulator and in the degree of freedom of the first joint is constant over the first angular range, a third link and a fourth link being connected to one another by a second joint and the second torque sensor being arranged on the second joint, the third link being in a second angular range over the fourth link is rotatable a variety of angles, the by the on the links of the
  • Gravity caused by the robot manipulator and acting in the degree of freedom of the second joint are equal in magnitude and have opposite signs, and detection of a second moment acting at the respective first setting angle and at the respective second setting angle for each of the setting angle tuples,
  • first link and second link do not mean that the links are numbered consecutively, especially from the base, but merely denote the existence of a first and a second link, which together at any point on the robot manipulator by a first joint are connected.
  • a robotic manipulator can comprise a plurality of such pairs of a first link and a second link.
  • a respective one of the robot manipulators has a plurality of pairs of first links and second links, and a plurality of pairs of third links and fourth links.
  • one of the set can be the first member, the second Link, third link, fourth link can be an immobile base of the robot manipulator. If the first link is still moved relative to the second link, this means that the first link and the second link always move against one another. Which of the links is fixed to a fixed coordinate system does not matter, since only the relative movement of the first link with respect to the second link is decisive. An analogous understanding applies to the naming of the third link and the fourth link.
  • the first torque sensor as well as the second torque sensor of the first torque sensor as well as the second torque sensor of the first torque sensor
  • Robot manipulator is, in particular, a mechanical torque sensor which, via the stretching of an elastic material, is exerted on an actuator arranged in the joint and in particular by the drive or the gearbox of the actuator
  • the calibration of the first torque sensor on the basis of the recorded first moments takes place in particular in such a way that one of the recorded first moments is stored over a large number of angles for each of the angles in order to subtract this stored moment from the measurement as a function of the angle in future measurements. If, for example, an interfering torque of 1 Nm is recorded and stored at an angle of 5 °, this interfering torque is identified as an incorrectly measured first torque and is subtracted from the currently measured torque with each torque measurement at the joint angle of 5 °.
  • the second torque sensor is calibrated similarly to this, but on the basis of an average of the torque measured at the first setting angle and the torque measured at the second setting angle, because such a torque is theoretically carried out
  • a plurality of setting angle tuples is preferably provided, the setting angles preferably being setting angle pairs, that is to say a first setting angle is opposite a second setting angle.
  • the plurality of setting angle tuples describes in particular a predetermined finite set of setting angle pairs, so that a plurality of measurement pairs are obtained by detecting the respective second moment at the respective first setting angle and at the respective second setting angle of a setting angle tuple. Not only can the recorded second moments at the first setting angle and the second
  • a mean over all setting angles of all setting angle tuples can also be determined.
  • the mean is preferably an arithmetic mean or a weighted mean, so that especially in the second case above, measurement results in
  • Robot manipulator higher weights are applied than in other angular ranges.
  • the large number of setting angle tuples is specified in particular.
  • the mean of the moment recorded at the first setting angle and the moment recorded at the second setting angle also allows a conclusion that the second torque sensor is incorrectly measured to the extent that a constantly present disturbing moment is caused by the difference in sign of the measured moment at the first setting angle and the second setting angle while the influence of gravity is compensated for by the different signs.
  • the respective setting angle is preferably defined as the relative angle between the third link and the fourth link. Calibration with the first recorded moments as well as with the respective recorded second moment does not necessarily mean that the respectively recorded moment is saved immediately, since certain intermediate calculations may be necessary, especially if a constant offset of a recorded moment is reflected in all points . Compare also the example in FIG. 3.
  • Torque sensors can in particular be controlled very precisely force-controlled or torque-controlled in later operation.
  • Robot manipulator is therefore very realistic when the robot manipulators are later operated.
  • assembly errors can be identified with the aid of the method in which the method is applied and thus a falsely measured torque is identified, which with a falsely measured torque before
  • the rotation of the first member with respect to the second member takes place at a constant speed.
  • Rotating at a constant speed has the advantage that the constant speed, by definition, does not cause any acceleration in the degree of freedom of the first joint.
  • a moment caused by the movement between the first link and the second link of the robot manipulator itself does not have to be subtracted from the recorded first moments in order to reduce the measurement to the disturbing moments.
  • the rotation of the first member with respect to the second member takes place at a changing speed, the torque required or generated from the change in speed being subtracted from the recorded first moments. If there is an accelerated movement in the degree of freedom of the first joint, the familiar pose of the
  • Robot manipulator the moment are determined that is necessary to accelerate the limbs in the degree of freedom of the first joint and from the first detected
  • the moment caused by the force of gravity acting on the links of the robot manipulator and acting in the degree of freedom of the first joint is constantly zero over the first angular range. This is particularly the case when the degree of freedom of the first joint by one
  • Rotation axis is defined, which coincides with the direction of the gravity vector.
  • the first torque sensor is calibrated on the basis of the recorded first moments by storing the recorded first moments and the angles belonging to the recorded first moments from the first angle range.
  • the angular dependency of the stored recorded first moments advantageously ensures that locally occurring influences, such as a high roughness occurring only at a certain point on the circumference of the first angular range, are also only calibrated locally in order to compensate for this disturbing influence later only locally.
  • the first is preferably calibrated
  • Torque sensor based on the recorded first moments by storing an average value of the recorded first moments for the first angular range.
  • the second torque sensor is calibrated on the basis of the respective means by storing the means detected for each setting angle tuple and the respective setting angle associated with the respective means, that is to say separately for each setting angle tuple.
  • the mean is preferably determined from all of the setting angle tuples at the respective setting angles. In the latter alternative, all recorded second moments are averaged over all setting angle tuples and are thus determined independently of the respective angle pair of the respective setting angle tuple, with the calibration of the second
  • Torque sensor takes place in particular with the means determined in this way.
  • the rotation of the third link relative to the fourth link within the second angular range takes place in a respective first setting angle and in a respective second setting angle from the plurality of setting angle tuples, in each case several times by repeatedly approaching the respective setting angle from at least two directions respective means by averaging the second moment recorded for each repeated approach to the first setting angle and that for each repeated approach to the second
  • Adjustment angle of the respective detected second moment is obtained for a respective adjustment angle tuple.
  • the repeated approach to the first setting angle and also the repeated approach to the second setting angle advantageously allow hysteresis and inertia effects such as an unavoidable play in the drive train to drive the second joint or friction effects to be identified and averaged out.
  • the rotation of the first link relative to the second link and / or the rotation of the third link relative to the fourth link takes place in each case by actuating actuators.
  • the second torque sensor is calibrated by storing an angle-dependent torque at the first setting angle and at the respective second setting angle after subtracting a torque theoretically caused by the force of gravity acting on the links of the robot manipulator from the respective recorded second moment.
  • Another aspect of the invention relates to a robot system with a
  • Torque sensor and a second torque sensor of the robot manipulator having a plurality of interconnected by joints Having links, wherein a first link and a second link are interconnected by a first joint and the first torque sensor is arranged on the first joint, the first link being rotatable with respect to the second link in a first angular range over a plurality of angles, the The moment caused by the force of gravity acting on the links of the robot manipulator and acting in the degree of freedom of the first joint is constant over the first angular range, a third link and a fourth link being connected to one another by a second joint and the second torque sensor being arranged on the second joint, wherein the third link is rotatable with respect to the fourth link in a second angular range over a plurality of angles, the by the on the links of the
  • the moment caused by gravity acting on the robot manipulator and acting in the degree of freedom of the second joint varies over the second angular range depending on the joint angle of the second joint, the computing unit being designed to
  • the setting angle of a respective one of the setting angle tuples caused by the respective gravity acting on the links of the robot manipulator and acting in the degree of freedom of the second joint are equal in magnitude and have opposite signs, and one that is detected by the second torque sensor at the respective first setting angle and at the respective second setting angle to determine the second moment for each of the setting angle tuples,
  • the respective means To calibrate the second torque sensor on the basis of a respective means, the respective means by averaging the second torque detected at the first setting angle and the second torque detected at the second setting angle for a respective one
  • Setting angle tuple is determined by the computing unit.
  • FIG. 1 shows a method for calibrating a first torque sensor and a second torque sensor of a robot manipulator in a more general overview and according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a special situation and application of the method of FIG. 1
  • FIG. 4 shows an alternative to the method of FIG. 3 according to another
  • FIG. 5 shows a robot system with a robot manipulator and a computing unit for
  • Fig. 1 shows a method for calibrating a first torque sensor 1 1 and a second torque sensor 12 of a robot manipulator 3, wherein the
  • Robot manipulator 3 has a plurality of links connected to one another by joints, a first link 21 and a second link 22 being connected to one another by a first joint 31 and the first torque sensor 1 1 being arranged on the first joint 31, the first link 21 opposite the second member 22 is rotatable in a first angular range over a plurality of angles, which caused by the force of gravity acting on the members of the robot manipulator 3 and in the
  • Degree of freedom of the first joint 31 acting moment over the first angular range is constant, wherein a third link 23 and a fourth link 24 are connected by a second joint 32 and the second torque sensor 12 is arranged on the second joint 32, the third link 23 relative to the fourth link 24 in a second angular range over a plurality is rotatable by angles, the moment caused by the force of gravity acting on the links of the robot manipulator 3 and acting in the degree of freedom of the second joint 32 varies over the second angular range depending on the joint angle of the second joint 32,
  • Robot manipulator 3 acting gravity and acting in the degree of freedom of the second joint 32 are equal in magnitude and have opposite signs, and detecting a second moment acting at the respective first setting angle and at the respective second setting angle for each of the setting angle tuples,
  • FIG. 2 shows a robot manipulator 3 belonging to the method from FIG. 1 with a first member 21 and a second member 22, the second member 22 being a stationary base of the robot manipulator 3.
  • FIG. 2 shows one possibility for this pair of links, one possibility for the third and fourth link 23, 24 only in FIG. 3. Otherwise, the description of FIG. 1 also applies in principle to FIG. 2.
  • the rotation of the first Member 21 takes place with respect to the second member 22 at a constant speed about a vertical axis which coincides with an axis of rotation of the degree of freedom of the first joint 31. Therefore, according to the theory, one rotation of the first member 21 with respect to the second member 22 should not change the recorded first Cause torque in the degree of freedom of the first joint 31.
  • the moment acting by gravity in the degree of freedom of the first joint 31 is constantly equal to zero.
  • the calibration of the first torque sensor 11 on the basis of the recorded first moments is carried out by storing an angle-dependent moment that acts in the degree of freedom of the first joint 31.
  • FIG. 3 shows the second feature of the method shown in FIG. 1, a robot manipulator 3 with a third link 23 and with a fourth link 24 being shown.
  • the third link 23 is rotated relative to the fourth link 24 within the second angular range into a respective first setting angle “+ a” and into a respective second setting angle (-a) from a plurality of setting angle tuples.
  • the first setting angle “+ a” and the second setting angle “- a” are only shown by way of example for one of the large number of setting angle tuples.
  • Another setting angle tuple has the first
  • the respective means is determined by averaging the second moment recorded for each repeated approach to the first setting angle and the second moment recorded for each repeated approach to the second setting angle for a respective setting angle tuple.
  • a large number of recorded second moments result for all of the setting angles for all of the setting angle tuples and for all approach directions, all of which are arithmetically averaged. In this case, due to the linear nature of the arithmetic mean, the same pair of identical gravity influences are canceled out, and what remains is an averaged interfering influence which is used to calibrate the second torque sensor 12.
  • Fig. 5 shows a robot system 1 with a robot manipulator 3 and a
  • Computing unit 5 for calibrating a first torque sensor 11 and a second Torque sensor 12 of the robot manipulator 3, the robot manipulator 3 having a plurality of links connected to one another by joints,
  • first link 21 and a second link 22 are connected to one another by a first joint 31 and the first torque sensor 1 1 is arranged on the first joint 31, the first link 21 relative to the second link 22 in a first angular range over a plurality of angles is rotatable, which caused by the force of gravity acting on the links of the robot manipulator 3 and im
  • Degree of freedom of the first joint 31 is constant over the first angular range
  • a third link 23 and a fourth link 24 are connected to each other by a second joint 32 and the second torque sensor 12 is arranged on the second joint 32
  • the third link 23 opposite the fourth member 24 is rotatable in a second angular range over a plurality of angles
  • the moment caused by the force of gravity acting on the members of the robot manipulator 3 and acting in the degree of freedom of the second joint 32 varies over the second angular range depending on the joint angle of the second joint 32
  • the computing unit being designed to
  • the setting angle of a respective one of the setting angle tuples caused by the respective gravity acting on the links of the robot manipulator 3 and acting in the degree of freedom of the second joint 32 are equal in magnitude and have opposite signs, and a recorded by the second torque sensor at the respective first setting angle and at the respective second setting angle to determine the respective effective second moment for each of the setting angle tuples,

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines ersten und eines zweiten Drehmomentsensors (11,12) eines Robotermanipulators (3), wobei ein erstes und ein zweites Glied (21,22) durch ein erstes Gelenk (31) mit einem ersten Drehmomentsensor (11) verbunden sind und in einem ersten Winkelbereich drehbar sind, über den ein Moment durch Schwerkraft konstant ist, wobei ein drittes und viertes Glied (23,24) durch ein zweites Gelenk (32) mit einem zweiten Drehmomentsensor (12) verbunden sind und in einem zweiten Winkelbereich drehbar sind, über den ein Moment durch Schwerkraft abhängig vom Gelenkwinkel des zweiten Gelenks (32) variiert, mit den Schritten: - Drehen (S1) des ersten Gliedes (21) gegenüber dem zweiten Glied (22) innerhalb des ersten Winkelbereichs und Erfassen von im Freiheitsgrad des ersten Gelenks (31) wirkenden ersten Momenten, - Drehen (S2) des dritten Gliedes (23) gegenüber dem vierten Glied (24) innerhalb des zweiten Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel aus einer Vielzahl von Einstellwinkeltupeln, sodass die jeweiligen am ersten Einstellwinkel und am zweiten Einstellwinkel eines jeweiligen der Einstellwinkeltupel durch die jeweilige auf die Glieder des Robotermanipulators (3) wirkende Schwerkraft verursachten und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks (32) wirkenden Momente betraglich gleich groß sind und gegenteilige Vorzeichen aufweist, und Erfassen eines am jeweiligen ersten Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel jeweilig wirkenden zweiten Moments für jedes der Einstellwinkeltupel, - Kalibrieren (S3) des ersten Drehmomentsensors (11) auf Basis der erfassten ersten Momente, und - Kalibrieren (S4) des zweiten Drehmomentsensors (12) auf Basis eines jeweiligen Mittels, wobei das jeweilige Mittel durch Mitteln des am ersten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments und des am zweiten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments für ein jeweiliges Einstellwinkeltupel erhalten wird.

Description

Kalibrieren von Drehmomentsensoren eines Robotermanipulators
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines ersten Drehmomentsensors und eines zweiten Drehmomentsensors eines Robotermanipulators sowie ein
Robotersystem mit einem Robotermanipulator und einer Recheneinheit zum Kalibrieren eines ersten Drehmomentsensors und eines zweiten Drehmomentsensors des
Robotermanipulators. Drehmomentsensoren von Robotermanipulatoren sind diversen Störeinflüssen
ausgesetzt. Darunter fallen unter anderem:
- Elektromechanische Störeinflüsse auf einen Motor eines Antriebs am jeweiligen Gelenk (z.B. das so genannte„Cogging“, und das so genannte„Torque ripple“),
- Mechanische Einflüsse des Getriebes (z.B. das so genannte„Torque ripple“, oder die so genannte Drehmomentwelligkeit),
- andere Einflüsse auf den Drehmomentsensor, wie durch das Erdmagnetfeld verursachte oder andere Umweltbeeinflussungen oder Hystereseeffekte,
- Einflüsse eines Drehlagers (z.B. durch Haftreibung).
Oft treten diese Störeinflüsse jedoch deterministisch auf, sodass sie identifiziert werden können und die Drehmomentsensoren mit den identifizierten Störeinflüssen kalibriert werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Kalibrieren von Drehmomentsensoren von
Robotermanipulatoren zu vereinfachen, sowie in kürzerer Zeit und möglichst automatisiert durchzuführen.
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 ersten
Drehmomentsensors und eines zweiten Drehmomentsensors eines Robotermanipulators, wobei der Robotermanipulator eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist, wobei ein erstes Glied und ein zweites Glied durch ein erstes Gelenk miteinander verbunden sind und der erste Drehmomentsensor am ersten Gelenk angeordnet ist, wobei das erste Glied gegenüber dem zweiten Glied in einem ersten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des ersten Gelenks wirkende Moment über den ersten Winkelbereich konstant ist, wobei ein drittes Glied und ein viertes Glied durch ein zweites Gelenk miteinander verbunden sind und der zweite Drehmomentsensor am zweiten Gelenk angeordnet ist, wobei das dritte Glied gegenüber dem vierten Glied in einem zweiten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des
Robotermanipulators wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks wirkende Moment über den zweiten Winkelbereich abhängig vom Gelenkwinkel des zweiten Gelenks variiert, mit den Schritten:
- Drehen des ersten Gliedes gegenüber dem zweiten Glied innerhalb des ersten
Winkelbereichs und Erfassen von im Freiheitsgrad des ersten Gelenks wirkenden ersten Momenten,
- Drehen des dritten Gliedes gegenüber dem vierten Glied innerhalb des zweiten
Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel aus einer Vielzahl von Einstellwinkeltupeln,
sodass die jeweiligen am ersten Einstellwinkel und am zweiten Einstellwinkel eines jeweiligen der Einstellwinkeltupel durch die jeweilige auf die Glieder des
Robotermanipulators wirkende Schwerkraft verursachten und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks wirkenden Momente betraglich gleich groß sind und gegenteilige Vorzeichen aufweisten, und Erfassen eines am jeweiligen ersten Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel jeweilig wirkenden zweiten Moments für jedes der Einstellwinkeltupel,
- Kalibrieren des ersten Drehmomentsensors auf Basis der erfassten ersten Momente, und
- Kalibrieren des zweiten Drehmomentsensors auf Basis eines jeweiligen Mittels, wobei das jeweilige Mittel durch Mitteln des am ersten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments und des am zweiten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments für ein jeweiliges
Einstellwinkeltupel erhalten wird.
Die Ausdrücke„erstes Glied“ und„zweites Glied“ bedeuten nicht, dass die Glieder insbesondere von der Basis weg gerechnet durchnummeriert werden, sondern bezeichnen lediglich die Existenz eines ersten und eines zweiten Gliedes, die zusammen an beliebiger Stelle des Robotermanipulators durch ein erstes Gelenk miteinander verbunden sind. In Konsequenz dessen kann ein Robotermanipulator eine Vielzahl eines solchen Paares aus einem ersten Glied und aus einem zweiten Glied umfassen.
Insbesondere weist ein jeweiliger der Robotermanipulatoren eine Vielzahl von Paaren aus ersten Gliedern und zweiten Gliedern auf, und eine Vielzahl von Paaren aus dritten Gliedern und vierten Gliedern. Ferner kann eines aus der Menge erstes Glied, zweites Glied, drittes Glied, viertes Glied eine unbewegte Basis des Robotermanipulators sein. Wird weiterhin das erste Glied gegenüber dem zweiten Glied bewegt, so bedeutet dies, dass sich immer das erste Glied und das zweite Glied gegeneinander bewegen. Welches der Glieder dabei insbesondere zu einem erdfesten Koordinatensystem fixiert ist, spielt dabei keine Rolle, da lediglich die Relativbewegung des ersten Gliedes gegenüber dem zweiten Glied entscheidend ist. Ein analoges Verständnis gilt für die Namensgebung des dritten Gliedes und des vierten Gliedes.
Der erste Drehmomentsensor wie auch der zweite Drehmomentsensor des
Robotermanipulators ist insbesondere ein mechanischer Drehmomentsensor, der über die Dehnung eines elastischen Materials auf ein im Gelenk und insbesondere vom Antrieb oder vom Getriebe des im Gelenk angeordneten Aktuators ausgeübtes
Drehmoment zurückgerechnet. Auch die Messung der im Aktuator vorherrschenden Stromstärke eines elektrischen Aktuators oder auch andere im Stand der Technik bekannte Formen von Drehmomentsensoren sind jeweils für den ersten
Drehmomentsensor und für den zweiten Drehmomentsensor möglich.
Aufgrund geometrischer Überlegungen wirkt zumindest der Theorie nach beim Bewegen des ersten Gliedes relativ zum zweiten Glied im Freiheitsgrad des ersten Gelenks kein Moment, zumindest kein Moment, das von der Schwerkraft herrührt und auf sämtliche Glieder des Robotermanipulators wirkt. Eine Änderung im Gelenkswinkel im ersten Gelenk führt daher insbesondere zu keiner Änderung eines Moments, das durch die Schwerkraft, die auf die Glieder des Robotermanipulators wirkt. Dennoch wird in der Realität ein sich über den ersten Winkelbereich änderndes Moment gemessen, welches zumindest durch den Schwerkrafteinfluss nicht erklärbar ist. Diese gemessenen ersten Momente werden von einem störenden Moment verursacht, welches auch bei einwandfreier Funktionsweise des ersten Drehmomentsensors aufgrund oben genannter Einflüsse wie elektromagnetischen oder anderen mechanischen Einflüssen gemessen wird. Das Kalibrieren des ersten Drehmomentsensors auf Basis der erfassten ersten Momente erfolgt insbesondere so, dass über eine Vielzahl von Winkeln zu jedem der Winkel eines der erfassten ersten Momente abgespeichert wird, um bei zukünftigen Messungen dieses gespeicherte Moment von der Messung winkelabhängig abzuziehen. Wird beispielsweise bei einem Winkel von 5° ein störendes Moment von 1 Nm erfasst und abgespeichert, so ist dieses störende Moment als fälschlicherweise gemessenes erstes Moment identifiziert, und wird bei jeder Drehmomentmessung am Gelenkswinkel von 5° vom aktuell gemessenen Moment subtrahiert. Ähnlich hierzu wird der zweite Drehmomentsensor kalibriert, jedoch auf Basis eines Mittels aus dem am ersten Einstellwinkel gemessenen Moment und dem am zweiten Einstellwinkel gemessenen Moment, denn ein solcher theoretisch durch
Schwerkrafteinfluss momentenfreier Winkelbereich existiert im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks im allgemeinen nicht. Bevorzugt ist eine Vielzahl von Einstelltwinkeltupel vorgesehen, wobei die Einstellwinkel bevorzugt Einstellwinkelpaare sind, das heißt ein erster Einstellwinkel einem zweiten Einstellwinkel gegenübersteht. Die Vielzahl der Einstelltwinkeltupel beschreibt dabei insbesondere eine vorgegebene endliche Menge von Einstellwinkelpaaren, sodass eine Vielzahl von Messpaaren durch die Erfassung des jeweiligen zweiten Moments am jeweiligen ersten Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel eines Einstellwinkeltupels erhalten werden. So können nicht nur die erfassten zweiten Momente jeweils am ersten Einstellwinkel und am zweiten
Einstellwinkel eines einzigen Einstelltwinkeltupels gemittelt werden, sondern
insbesondere auch ein Mittel über alle Einstellwinkel aller Einstelltwinkeltupel ermittelt werden. Das Mittel ist bevorzugt ein arithmetisches Mittel oder auch ein gewichtetes Mittel, sodass insbesondere im zweiten obigen Fall bevorzugt Messergebnisse in
Winkelbereichen, in denen insbesondere ein Großteil des Betriebes des
Robotermanipulators durchgeführt wird, höhere Gewichtungen angewendet werden als in anderen Winkelbereichen. Die Vielzahl der Einstellwinkeltupel wird insbesondere vorgegeben. Das Mittel aus dem am ersten Einstellwinkel erfassten Moment und dem am zweiten Einstellwinkel erfassten Moment lässt außerdem einen Schluss auf eine fehlerhafte Messung des zweiten Drehmomentsensors insoweit zu, als dass ein konstant vorliegendes störendes Moment durch den Vorzeichenunterschied des gemessenen Moments am ersten Einstellwinkel und am zweiten Einstellwinkel identifiziert wird, während der Schwerkrafteinfluss durch die unterschiedlichen Vorzeichen kompensiert wird.
Bevorzugt findet nach dem Drehen des dritten Gliedes gegenüber dem vierten Glied innerhalb des zweiten Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel zum Erfassen eines am jeweiligen ersten
Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel jeweilig wirkenden zweiten Moments für jedes der Einstellwinkeltupel keine Bewegung der Glieder des
Robotermanipulators statt, sodass während des Erfassens selbst keine
Beschleunigungskräfte auftreten, die fälschlicherweise vom zweiten Drehmomentsensor erfasst werden würden. Der jeweilige Einstellwinkel ist dabei bevorzugt als relativer Winkel zwischen dem dritten Glied und dem vierten Glied definiert. Das Kalibrieren mit den ersten erfassten Momenten wie auch mit dem jeweiligen erfassten zweiten Moment heißt, heißt nicht zwingend, dass unmittelbar das jeweils erfasste Moment abgespeichert wird, da gewisse Zwischenberechnungen notwendig sein können, insbesondere wenn sich ein konstanter Versatz eines erfassten Moments in allen Punkten widerspiegelt. Vergleiche hierzu auch das Beispiel der Fig. 3.
Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass die Drehmomentsensoren eines Robotermanipulators abhängig von ihrer Platzierung und abhängig von den
physikalischen Randbedingungen des Gelenks an der Platzierung vollautomatisch kalibriert werden können und gleichzeitig auf Einbaufehler überprüft werden können. Das Verfahren kann vorteilhaft parallel und gleichzeitig an mehreren Robotermanipulatoren durchgeführt werden. Weiterhin vorteilhaft liefert das Verfahren genaue
Kalibrationsergebnisse, sodass die Robotermanipulatoren mit den kalibrierten
Drehmomentsensoren im späteren Betrieb insbesondere sehr genau kraftgeregelt bzw. drehmomentgeregelt angesteuert werden können. Auch eine Kraftmessung bzw. eine Drehmomentmessung mithilfe der kalibrierten Drehmomentsensoren am
Robotermanipulator ist im späteren Betrieb der Robotermanipulatoren daher sehr realitätsnah möglich.
Insbesondere Montagefehler können mithilfe des Verfahrens identifiziert werden, in dem das Verfahren angewendet wird und damit ein fälschlich gemessenes Drehmoment identifiziert wird, welches mit einem fälschlich gemessenen Drehmoment vor dem
Zusammenbau des jeweiligen Robotermanipulators verglichen wird. Überschreitet die Differenz aus den identifizierten Werten für die jeweilig fälschlich gemessenen
Drehmomente einen Grenzwert, so deutet dies auf eine fehlerhafte Montage des
Robotermanipulators hin.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Drehen des ersten Gliedes gegenüber dem zweiten Glied mit konstanter Geschwindigkeit. Das Drehen mit konstanter Geschwindigkeit weist den Vorteil auf, dass die konstante Geschwindigkeit per Definition keine Beschleunigung im Freiheitsgrad des ersten Gelenks verursacht. Somit muss nicht rechnerisch ein durch die Bewegung zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied des Robotermanipulators selbst verursachtes Moment von den erfassten ersten Momenten subtrahiert werden, um die Messung auf die störenden Momente zu reduzieren. Dies vereinfacht vorteilhaft das Verfahren. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Drehen des ersten Gliedes gegenüber dem zweiten Glied mit sich verändernder Geschwindigkeit, wobei das aus der Änderung der Geschwindigkeit erforderliche oder erzeugte Moment von den erfassten ersten Momenten subtrahiert wird. Erfolgt eine beschleunigte Bewegung im Freiheitsgrad des ersten Gelenks, so kann aus der bekannten Pose des
Robotermanipulators und den bekannten Trägheitsmomenten der Glieder des
Robotermanipulators das Moment ermittelt werden, das zum Beschleunigen der Glieder im Freiheitsgrad des ersten Gelenks notwendig ist und von den erfassten ersten
Momenten subtrahiert werden muss. Vorteilhaft können somit auch Anfahrvorgänge zum Kalibrieren des ersten Drehmomentsensors verwendet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des ersten Gelenks wirkende Moment über den ersten Winkelbereich konstant Null. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Freiheitsgrad des ersten Gelenks um eine
Drehachse definiert ist, die mit der Richtung des Schwerkraftvektors übereinstimmt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Kalibrieren des ersten Drehmomentsensors auf Basis der erfassten ersten Momente durch Abspeichern der erfassten ersten Momente und der den erfassten ersten Momenten zugehörigen Winkeln aus dem ersten Winkelbereich. Die Winkelabhängigkeit der gespeicherten erfassten ersten Momente stellt vorteilhaft sicher, dass lokal auftretende Einflüsse, wie eine nur an einem bestimmten Punkt des Umfangs des ersten Winkelbereichs auftretende hohe Rauigkeit, auch nur lokal kalibriert werden, um später nur lokal diesen störenden Einfluss zu kompensieren. Alternativ bevorzugt dazu erfolgt das Kalibrieren des ersten
Drehmomentsensors auf Basis der erfassten ersten Momente durch Abspeichern eines Mittelwertes der erfassten ersten Momente für den ersten Winkelbereich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Kalibrieren des zweiten Drehmomentsensors auf Basis des jeweiligen Mittels durch Abspeichern des für jedes Einstellwinkeltupel erfassten Mittels und des dem jeweiligen Mittel zugehörigen jeweiligen Einstellwinkels, das heißt für jedes Einstellwinkeltupel separat. Alternativ bevorzugt dazu wird das Mittel aus allen an den jeweiligen Einstellwinkeln der Einstellwinkeltupel insgesamt ermittelt. In letzterer Alternative werden alle erfassten zweiten Momente über alle Einstellwinkeltupel gemittelt und somit unabhängig vom jeweiligen Winkelpaar des jeweiligen Einstellwinkeltupels ermittelt, wobei das Kalibrieren des zweiten
Drehmomentsensors insbesondere mit dem so ermittelten Mittel erfolgt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Drehen des dritten Gliedes gegenüber dem vierten Glied innerhalb des zweiten Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel aus der Vielzahl von Einstellwinkeltupeln jeweils mehrfach durch wiederholtes Anfahren des jeweiligen Einstellwinkels aus zumindest zwei Richtungen, wobei das jeweilige Mittel durch Mitteln des für jedes wiederholte Anfahren des ersten Einstellwinkels jeweiligen erfassten zweiten Moments und des für jedes wiederholte Anfahren des zweiten
Einstellwinkels jeweiligen erfassten zweiten Moments für ein jeweiliges Einstellwinkeltupel erhalten wird. Das wiederholte Anfahren des ersten Einstellwinkels sowie auch das wiederholte Anfahren des zweiten Einstellwinkels erlauben vorteilhaft, Hysterese- und Trägheitseffekte wie durch ein unvermeidliches Spiel im Antriebsstrang zum Antreiben des zweiten Gelenks oder auch Hafreibungseffekte zu identifizieren und auszumitteln.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Drehen des ersten Gliedes gegenüber dem zweiten Glied und/oder das Drehen des dritten Gliedes gegenüber dem vierten Glied jeweils durch Ansteuern von Aktuatoren. Indem Aktuatoren zum Drehen des ersten Gliedes gegenüber dem zweiten Glied und zum Drehen des dritten Gliedes gegenüber dem vierten Glied verwendet werden, kann das Verfahren vorteilhaft vollautomatisch und ohne Zutun eines Anwenders durchgeführt werden. Dies senkt vorteilhaft Produktionszeiten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Kalibrieren des zweiten Drehmomentsensors durch Abspeichern eines winkelabhängigen Moments am ersten Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel nach dem Subtrahieren eines durch die auf die Glieder des Robotermanipulators wirkende Schwerkraft theoretisch verursachten Moments von dem jeweiligen erfassten zweiten Moment. Indem zusätzlich das theoretisch ermittelte Moment, welches durch die Schwerkraft verursacht wird, subtrahiert wird, wird sich nicht nur darauf verlassen, dass beim Erzeugen des Mittels der Schwerkrafteinfluss sich kürzt, sondern es wird zusätzlich das theoretisch ermittelte Moment aus der Schwerkraft berücksichtigt. Dies ermöglicht unter Umständen vorteilhaft eine genauere Identifikation der Störmomente.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Robotersystem mit einem
Robotermanipulator und einer mit Recheneinheit zum Kalibrieren eines ersten
Drehmomentsensors und eines zweiten Drehmomentsensors des Robotermanipulators, wobei der Robotermanipulator eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist, wobei ein erstes Glied und ein zweites Glied durch ein erstes Gelenk miteinander verbunden sind und der erste Drehmomentsensor am ersten Gelenk angeordnet ist, wobei das erste Glied gegenüber dem zweiten Glied in einem ersten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des ersten Gelenks wirkende Moment über den ersten Winkelbereich konstant ist, wobei ein drittes Glied und ein viertes Glied durch ein zweites Gelenk miteinander verbunden sind und der zweite Drehmomentsensor am zweiten Gelenk angeordnet ist, wobei das dritte Glied gegenüber dem vierten Glied in einem zweiten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des
Robotermanipulators wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks wirkende Moment über den zweiten Winkelbereich abhängig vom Gelenkwinkel des zweiten Gelenks variiert, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist,
- einen ersten Aktuator zum Drehen des ersten Gliedes gegenüber dem zweiten Glied innerhalb des ersten Winkelbereichs anzusteuern und von dem ersten
Drehmomentsensor erfasste und im Freiheitsgrad des ersten Gelenks wirkende erste Momente zu ermitteln,
- einen zweiten Aktuator zum Drehen des dritten Gliedes gegenüber dem vierten Glied innerhalb des zweiten Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel aus einer Vielzahl von Einstellwinkeltupeln anzusteuern, sodass die jeweiligen am ersten Einstellwinkel und am zweiten
Einstellwinkel eines jeweiligen der Einstellwinkeltupel durch die jeweilige auf die Glieder des Robotermanipulators wirkende Schwerkraft verursachten und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks wirkenden Momente betraglich gleich groß sind und gegenteilige Vorzeichen aufweisen, und ein vom zweiten Drehmomentsensor erfasstes am jeweiligen ersten Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel jeweilig wirkendes zweites Moment für jedes der Einstellwinkeltupel zu ermitteln,
- den ersten Drehmomentsensors auf Basis der erfassten ersten Momente zu kalibrieren, und
- den zweiten Drehmomentsensor auf Basis eines jeweiligen Mittels zu kalibrieren, wobei das jeweilige Mittel durch Mitteln des am ersten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments und des am zweiten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments für ein jeweiliges
Einstellwinkeltupel durch die Recheneinheit ermittelt wird.
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 zum Kalibrieren eines ersten Drehmomentsensors und eines zweiten Drehmomentsensors eines Robotermanipulators in generellerer Übersicht und gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 für das Verfahren der Fig. 1 eine spezielle Situation und Anwendung des
Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 für das Verfahren der Fig. 1 eine spezielle Situation und Anwendung des
Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4 eine Alternative zum Verfahren der Fig. 3 gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 5 ein Robotersystem mit einem Robotermanipulator und einer Recheneinheit zum
Kalibrieren eines ersten Drehmomentsensors und eines zweiten
Drehmomentsensors des Robotermanipulators gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Fig. 1 zeigt ein Verfahren zum Kalibrieren eines ersten Drehmomentsensors 1 1 und eines zweiten Drehmomentsensors 12 eines Robotermanipulators 3, wobei der
Robotermanipulator 3 eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist, wobei ein erstes Glied 21 und ein zweites Glied 22 durch ein erstes Gelenk 31 miteinander verbunden sind und der erste Drehmomentsensor 1 1 am ersten Gelenk 31 angeordnet ist, wobei das erste Glied 21 gegenüber dem zweiten Glied 22 in einem ersten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators 3 wirkende Schwerkraft verursachte und im
Freiheitsgrad des ersten Gelenks 31 wirkende Moment über den ersten Winkelbereich konstant ist, wobei ein drittes Glied 23 und ein viertes Glied 24 durch ein zweites Gelenk 32 miteinander verbunden sind und der zweite Drehmomentsensor 12 am zweiten Gelenk 32 angeordnet ist, wobei das dritte Glied 23 gegenüber dem vierten Glied 24 in einem zweiten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators 3 wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks 32 wirkende Moment über den zweiten Winkelbereich abhängig vom Gelenkwinkel des zweiten Gelenks 32 variiert,
mit den Schritten:
- Drehen S1 des ersten Gliedes 21 gegenüber dem zweiten Glied 22 innerhalb des ersten Winkelbereichs und Erfassen von im Freiheitsgrad des ersten Gelenks 31 wirkenden ersten Momente,
- Drehen S2 des dritten Gliedes 23 gegenüber dem vierten Glied 24 innerhalb des zweiten Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel aus einer Vielzahl von Einstellwinkeltupeln,
sodass die jeweiligen am ersten Einstellwinkel und am zweiten Einstellwinkel eines jeweiligen der Einstellwinkeltupel durch die jeweilige auf die Glieder des
Robotermanipulators 3 wirkende Schwerkraft verursachten und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks 32 wirkenden Momente betraglich gleich groß sind und gegenteilige Vorzeichen aufweist, und Erfassen eines am jeweiligen ersten Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel jeweilig wirkenden zweiten Moments für jedes der Einstellwinkeltupel,
- Kalibrieren S3 des ersten Drehmomentsensors 1 1 auf Basis der erfassten ersten Momente und
- Kalibrieren S4 des zweiten Drehmomentsensors 12 auf Basis eines jeweiligen Mittels, wobei das jeweilige Mittel durch Mitteln des am ersten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments und des am zweiten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments für ein jeweiliges Einstellwinkeltupel erhalten wird.
Fig. 2 zeigt einen zum Verfahren aus Fig. 1 gehörenden Robotermanipulator 3 mit einem ersten Glied 21 und einem zweiten Glied 22, wobei das zweite Glied 22 eine ortsfeste Basis des Robotermanipulators 3 ist. In der Fig. 2 wird eine Möglichkeit für dieses Gliederpaar gezeigt, eine Möglichkeit für das dritte und vierte Glied 23,24 erst in Fig. 3. Anderweitig gilt grundsätzlich die Beschreibung von Fig. 1 auch für die Fig. 2. Das Drehen des ersten Gliedes 21 erfolgt gegenüber dem zweiten Glied 22 mit konstanter Geschwindigkeit um eine vertikale Achse, die mit einer Drehachse des Freiheitsgrads des ersten Gelenks 31 übereinstimmt. Daher dürfte der Theorie nach eine Umdrehung des ersten Gliedes 21 gegenüber dem zweiten Glied 22 keine Änderung im erfassten ersten Drehmoment im Freiheitsgrad des ersten Gelenks 31 bewirken. Vielmehr ist das durch die Schwerkraft wirkende Moment im Freiheitsgrad des ersten Gelenks 31 konstant gleich null. Das Kalibrieren des ersten Drehmomentsensors 1 1 auf Basis der erfassten ersten Momente erfolgt durch Abspeichern eines winkelabhängigen von im Freiheitsgrad des ersten Gelenks 31 wirkenden Moments.
Fig. 3 zeigt die zweite Gegebenheit des in Fig. 1 dargestellten Verfahrens, wobei ein Robotermanipulator 3 mit einem dritten Glied 23 und mit einem vierten Glied 24 gezeigt ist. Es erfolgt ein Drehen des dritten Gliedes 23 gegenüber dem vierten Glied 24 innerhalb des zweiten Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel„+a“ und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel (-a) aus einer Vielzahl von Einstellwinkeltupeln. Wird beispielsweise am Einstellwinkel„+a“ -49,8 Nm und am Einstellwinkel ,,-a“ +50,2 Nm gemessen, so ergibt das Mittel mit (+50,2-49,8) Nm / 2 = 0,2 Nm, so dass der zweite Drehmomentsensor mit +0,2 Nm kalibriert wird. Der erste Einstellwinkel„+a“ und der zweite Einstellwinkel ,,-a“ sind dabei nur beispielhaft für eines aus der Vielzahl der Einstellwinkeltupel gezeigt. Ein weiteres Einstellwinkeltupel weist den ersten
Einstellwinkel„+a+5°“ und den zweiten Einstellwinkel ,,-(a+5)°“ auf, und so weiter, bis zum letzten Element einer vorgegebenen endlichen Menge von Einstellwinkeltupeln.
Fig. 4 zeigt das Verfahren und den Robotermanipulator 3 aus der Fig. 3, jedoch erfolgt das Drehen des dritten Gliedes 23 gegenüber dem vierten Glied 24 innerhalb des zweiten Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel„+a“ und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel ,,-a“ aus einer Vielzahl von Einstellwinkeltupeln jeweils mehrfach, nämlich durch wiederholtes Anfahren des jeweiligen Einstellwinkels aus zwei Richtungen. Hierbei wird das jeweilige Mittel durch Mitteln des für jedes wiederholte Anfahren des ersten Einstellwinkels jeweiligen erfassten zweiten Moments und des für jedes wiederholte Anfahren des zweiten Einstellwinkels jeweiligen erfassten zweiten Moments für ein jeweiliges Einstellwinkeltupel ermittelt. Es ergeben sich eine Vielzahl von erfassten zweiten Momenten für alle der Einstellwinkel für alle der Einstellwinkeltupel und für alle Anfahrrichtungen, die allesamt arithmetisch ausgemittelt werden. Hierbei kürzt sich jeweils durch die lineare Natur des arithmetischen Mittels der jeweils paarweise gleiche Schwerkrafteinfluss heraus und übrig bleibt ein gemittelter Störeinfluss, welcher zum Kalibrieren des zweiten Drehmomentsensors 12 verwendet wird.
Fig. 5 zeigt ein Robotersystem 1 mit einem Robotermanipulator 3 und einer
Recheneinheit 5 zum Kalibrieren eines ersten Drehmomentsensors 1 1 und eines zweiten Drehmomentsensors 12 des Robotermanipulators 3, wobei der Robotermanipulator 3 eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist,
wobei ein erstes Glied 21 und ein zweites Glied 22 durch ein erstes Gelenk 31 miteinander verbunden sind und der erste Drehmomentsensor 1 1 am ersten Gelenk 31 angeordnet ist, wobei das erste Glied 21 gegenüber dem zweiten Glied 22 in einem ersten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators 3 wirkende Schwerkraft verursachte und im
Freiheitsgrad des ersten Gelenks 31 wirkende Moment über den ersten Winkelbereich konstant ist, wobei ein drittes Glied 23 und ein viertes Glied 24 durch ein zweites Gelenk 32 miteinander verbunden sind und der zweite Drehmomentsensor 12 am zweiten Gelenk 32 angeordnet ist, wobei das dritte Glied 23 gegenüber dem vierten Glied 24 in einem zweiten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators 3 wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks 32 wirkende Moment über den zweiten Winkelbereich abhängig vom Gelenkwinkel des zweiten Gelenks 32 variiert, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist,
- einen ersten Aktuator 7 zum Drehen des ersten Gliedes 21 gegenüber dem zweiten Glied 22 innerhalb des ersten Winkelbereichs anzusteuern und von dem ersten
Drehmomentsensor erfasste und im Freiheitsgrad des ersten Gelenks 31 wirkende erste Momente zu ermitteln,
- einen zweiten Aktuator 9 zum Drehen des dritten Gliedes 23 gegenüber dem vierten Glied 24 innerhalb des zweiten Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel aus einer Vielzahl von Einstellwinkeltupeln anzusteuern, sodass die jeweiligen am ersten Einstellwinkel und am zweiten
Einstellwinkel eines jeweiligen der Einstellwinkeltupel durch die jeweilige auf die Glieder des Robotermanipulators 3 wirkende Schwerkraft verursachten und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks 32 wirkenden Momente betraglich gleich groß sind und gegenteilige Vorzeichen aufweisen, und ein vom zweiten Drehmomentsensor erfasstes am jeweiligen ersten Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel jeweilig wirkendes zweites Moment für jedes der Einstellwinkeltupel zu ermitteln,
- den ersten Drehmomentsensors 1 1 auf Basis der erfassten ersten Momente zu kalibrieren, und
- den zweiten Drehmomentsensor 12 auf Basis eines jeweiligen Mittels zu kalibrieren, wobei das jeweilige Mittel durch Mitteln des am ersten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments und des am zweiten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments für ein jeweiliges Einstellwinkeltupel ermittelt wird. 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 Recheneinheit
7 erster Aktuator
9 zweiter Aktuator
I I erster Drehmomentsensor 12 zweiter Drehmomentsensor
21 erstes Glied
22 zweites Glied
23 drittes Glied
24 viertes Glied
31 erstes Gelenk
32 zweites Gelenk
51 Drehen und Erfassen
52 Drehen und Erfassen S3 Kalibrieren
S4 Kalibrieren

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Kalibrieren eines ersten Drehmomentsensors (1 1 ) und eines zweiten Drehmomentsensors (12) eines Robotermanipulators (3), wobei der
Robotermanipulator (3) eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist,
wobei ein erstes Glied (21 ) und ein zweites Glied (22) durch ein erstes Gelenk (31 ) miteinander verbunden sind und der erste Drehmomentsensor (1 1 ) am ersten Gelenk (31 ) angeordnet ist, wobei das erste Glied (21 ) gegenüber dem zweiten
Glied (22) in einem ersten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators (3) wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des ersten Gelenks (31 ) wirkende Moment über den ersten Winkelbereich konstant ist,
wobei ein drittes Glied (23) und ein viertes Glied (24) durch ein zweites Gelenk (32) miteinander verbunden sind und der zweite Drehmomentsensor (12) am zweiten Gelenk (32) angeordnet ist, wobei das dritte Glied (23) gegenüber dem vierten Glied (24) in einem zweiten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators (3) wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks (32) wirkende
Moment über den zweiten Winkelbereich abhängig vom Gelenkwinkel des zweiten Gelenks (32) variiert, mit den Schritten:
- Drehen (S1 ) des ersten Gliedes (21 ) gegenüber dem zweiten Glied (22) innerhalb des ersten Winkelbereichs und Erfassen von im Freiheitsgrad des ersten Gelenks (31 ) wirkenden ersten Momenten,
- Drehen (S2) des dritten Gliedes (23) gegenüber dem vierten Glied (24) innerhalb des zweiten Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel aus einer Vielzahl von Einstellwinkeltupeln, sodass die jeweiligen am ersten Einstellwinkel und am zweiten Einstellwinkel eines jeweiligen der Einstellwinkeltupel durch die jeweilige auf die Glieder des
Robotermanipulators (3) wirkende Schwerkraft verursachten und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks (32) wirkenden Momente betraglich gleich groß sind und gegenteilige Vorzeichen aufweist, und Erfassen eines am jeweiligen ersten
Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel jeweilig wirkenden zweiten Moments für jedes der Einstellwinkeltupel,
- Kalibrieren (S3) des ersten Drehmomentsensors (1 1 ) auf Basis der erfassten ersten Momente, und - Kalibrieren (S4) des zweiten Drehmomentsensors (12) auf Basis eines jeweiligen Mittels, wobei das jeweilige Mittel durch Mitteln des am ersten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments und des am zweiten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments für ein jeweiliges Einstellwinkeltupel ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei das Drehen des ersten Gliedes (21 ) gegenüber dem zweiten Glied (22) mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei das Drehen des ersten Gliedes (21 ) gegenüber dem zweiten Glied (22) mit sich verändernder Geschwindigkeit erfolgt und wobei das aus der Änderung der Geschwindigkeit erforderliche oder erzeugte Moment von dem erfassten ersten Momenten subtrahiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators (3) wirkende
Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des ersten Gelenks (31 ) wirkende Moment über den ersten Winkelbereich konstant Null ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehendem Ansprüche,
wobei das Kalibrieren des ersten Drehmomentsensors (1 1 ) auf Basis der erfassten ersten Momente durch Abspeichern der erfassten ersten Momente und der den erfassten ersten Momenten zugehörigen Winkeln aus dem ersten Winkelbereich erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehendem Ansprüche,
wobei das Kalibrieren des zweiten Drehmomentsensors (12) auf Basis des jeweiligen Mittels durch Abspeichern des für jedes Einstellwinkeltupel erfassten Mittels und des dem jeweiligen Mittel zugehörigen jeweiligen Einstellwinkels erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Drehen des dritten Gliedes (23) gegenüber dem vierten Glied (24) innerhalb des zweiten Winkelbereichs in den jeweiligen ersten Einstellwinkel und in den jeweiligen zweiten Einstellwinkel aus der Vielzahl von Einstellwinkeltupeln jeweils mehrfach erfolgt durch wiederholtes Anfahren des jeweiligen Einstellwinkels aus zumindest zwei Richtungen, und wobei das jeweilige Mittel durch Mitteln des für jedes wiederholte Anfahren des ersten Einstellwinkels jeweiligen erfassten zweiten Moments und des für jedes wiederholte Anfahren des zweiten Einstellwinkels jeweiligen erfassten zweiten Moments für ein jeweiliges Einstellwinkeltupel erhalten wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Drehen des ersten Gliedes (21 ) gegenüber dem zweiten Glied (22) und/oder das Drehen des dritten Gliedes (23) gegenüber dem vierten Glied (24) jeweils durch Ansteuern von Aktuatoren (7,9) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Kalibrieren des zweiten Drehmomentsensors (12) durch Abspeichern eines winkelabhängigen zweiten Moments am jeweiligen ersten Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel nach dem Subtrahieren eines durch die auf die Glieder des Robotermanipulators (3) wirkende Schwerkraft theoretisch
verursachten Moments von dem jeweiligen erfassten zweiten Moment erfolgt.
10. Robotersystem (1 ) mit einem Robotermanipulator (3) und einer Recheneinheit (5) zum Kalibrieren eines ersten Drehmomentsensors (1 1 ) und eines zweiten
Drehmomentsensors (12) des Robotermanipulators (3), wobei der
Robotermanipulator (3) eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundene Glieder aufweist,
wobei ein erstes Glied (21 ) und ein zweites Glied (22) durch ein erstes Gelenk (31 ) miteinander verbunden sind und der erste Drehmomentsensor (1 1 ) am ersten Gelenk (31 ) angeordnet ist, wobei das erste Glied (21 ) gegenüber dem zweiten Glied (22) in einem ersten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators (3) wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des ersten Gelenks (31 ) wirkende Moment über den ersten Winkelbereich konstant ist,
wobei ein drittes Glied (23) und ein viertes Glied (24) durch ein zweites Gelenk (32) miteinander verbunden sind und der zweite Drehmomentsensor (12) am zweiten Gelenk (32) angeordnet ist, wobei das dritte Glied (23) gegenüber dem vierten Glied (24) in einem zweiten Winkelbereich über eine Vielzahl von Winkeln drehbar ist, wobei das durch die auf die Glieder des Robotermanipulators (3) wirkende Schwerkraft verursachte und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks (32) wirkende Moment über den zweiten Winkelbereich abhängig vom Gelenkwinkel des zweiten Gelenks (32) variiert, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, - einen ersten Aktuator (7) zum Drehen des ersten Gliedes (21 ) gegenüber dem zweiten Glied (22) innerhalb des ersten Winkelbereichs anzusteuern und von dem ersten Drehmomentsensor erfasste und im Freiheitsgrad des ersten Gelenks (31 ) wirkende erste Momente zu ermitteln,
- einen zweiten Aktuator (9) zum Drehen des dritten Gliedes (23) gegenüber dem vierten Glied (24) innerhalb des zweiten Winkelbereichs in einen jeweiligen ersten Einstellwinkel und in einen jeweiligen zweiten Einstellwinkel aus einer Vielzahl von Einstellwinkeltupeln anzusteuern, sodass die jeweiligen am ersten Einstellwinkel und am zweiten Einstellwinkel eines jeweiligen der Einstellwinkeltupel durch die jeweilige auf die Glieder des Robotermanipulators (3) wirkende Schwerkraft verursachten und im Freiheitsgrad des zweiten Gelenks (32) wirkenden Momente betraglich gleich groß sind und gegenteilige Vorzeichen aufweisen, und ein vom zweiten Drehmomentsensor erfasstes am jeweiligen ersten Einstellwinkel und am jeweiligen zweiten Einstellwinkel jeweilig wirkendes zweite Moment für jedes der Einstellwinkeltupel zu ermitteln,
- den ersten Drehmomentsensors (1 1 ) auf Basis der erfassten ersten Momente zu kalibrieren, und
- den zweiten Drehmomentsensor (12) auf Basis eines jeweiligen Mittels zu kalibrieren, wobei das jeweilige Mittel durch Mitteln des am ersten Einstellwinkel erfassten zweiten Moments und des am zweiten Einstellwinkel erfassten zweiten
Moments für ein jeweiliges Einstellwinkeltupel ermittelt wird.
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