WO2025119671A1 - Konfigurieren und/oder prüfen einer begrenzung für einen roboter oder teil eines roboters - Google Patents

Konfigurieren und/oder prüfen einer begrenzung für einen roboter oder teil eines roboters Download PDF

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WO2025119671A1
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space
movement
user
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Niels Jochen DEHIO
Christian Scheurer
Gaetano Meli
Tilman Geishauser
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KUKA Deutschland GmbH
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KUKA Deutschland GmbH
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/16—Program controls
    • B25J9/1656—Program controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Program controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • B25J9/1666—Avoiding collision or forbidden zones
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4061—Avoiding collision or forbidden zones
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40478—Graphic display of work area of robot, forbidden, permitted zone
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40519—Motion, trajectory planning
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49137—Store working envelop, limit, allowed zone

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for configuring and/or checking a limitation for a robot or a part of the robot and to a computer program or computer program product for carrying out the method.
  • boundaries for robots can be configured in the form of virtual walls through user input. Boundaries configured in this way are checked according to company practice by moving the robot to them and determining whether this triggers a designated safety monitor.
  • the object of the present invention is to improve the configuration and/or testing of a boundary for a robot.
  • Claims 9 and 10 protect a system, computer program, or computer program product for implementing a method described herein.
  • the subclaims relate to advantageous developments.
  • a method for configuring and/or testing a boundary for a robot or a part of the robot comprises the step of:
  • the boundary is a virtual or software-implemented boundary and/or comprises one or more boundaries, in particular a space, in one embodiment virtual, in which the robot or part of the robot may be located or move, and/or a space, in one embodiment virtual, in which the robot or part of the robot may not be located or into which it may not penetrate.
  • a space within the meaning of the present invention can be composed of several separately defined subspaces.
  • a space in which the robot or part of the robot may be located or move can be delimited by a defined outer boundary (beyond which the robot or part of the robot may not move) and one or more defined inner boundaries within the space delimited by this outer boundary, in particular subspaces in which the robot or part of the robot may not be located or into which it may not penetrate; accordingly, the boundary can have the outer boundary and the inner boundaries.
  • the boundary comprises one or more, in particular virtual and/or flat or curved, walls which the robot or part of the robot should not or may not penetrate.
  • a space or a boundary or limit within the meaning of the present invention can in particular be a Cartesian space or a boundary or limit in Cartesian space or a [configuration or.
  • a space or a boundary or limit in the sense of the present invention can refer in particular to one or more different robot-fixed references, for example robot-fixed points, virtual or real bodies, coordinate systems or the like, and/or to the entire kinematic chain and/or contour of the robot or a part of the robot, in particular a part of its kinematic chain and/or contour, one or more individual links, for example the end effector, elbow or the like, in particular a possibly simplified envelope contour of the chain or contour or of the part of the robot or of the individual link(s).
  • robot-fixed references for example robot-fixed points, virtual or real bodies, coordinate systems or the like
  • individual links for example the end effector, elbow or the like, in particular a possibly simplified envelope contour of the chain or contour or of the part of the robot or of the individual link(s).
  • a part of the robot within the meaning of the present invention can have one or more individual links, possibly connected to one another in an articulated manner, and/or be part of its kinematic chain and/or contour and/or have two or more individual parts, possibly spaced apart from one another.
  • a space determined to be freely accessible can in particular be a space which is determined to be freely accessible for the, if appropriate, an envelope contour of the entire kinematic chain and/or contour of the robot or a part of the robot, in particular one or more individual links, for example the end effector.
  • a limitation or boundary for a robot can accordingly in particular be a limitation or boundary for the, if appropriate, an envelope contour of the entire kinematic chain and/or contour of the robot or a part of the robot, in particular one or more individual links, for example a limitation or boundary for the end effector.
  • a space or a boundary or limit within the meaning of the present invention can in particular be a one-, two-, three- or multi-dimensional space or boundary or limit, in particular a one-dimensional space, for example a Cartesian direction or a boundary or limit in a Cartesian direction, or a three-dimensional space or boundary or limit, for example (for) a position in Cartesian space, or a six- or multi-dimensional space or boundary or
  • Limit that specifies or limits a position and orientation in Cartesian space or the position of the joints or (motion) axes of a six-axis robot. If in this case there is talk of a limitation for the robot or a space accessible to the robot, this can refer in one embodiment to the entire robot or a part, in a further development to one or more members of the robot.
  • the robot has at least one robot arm and/or a fixed or mobile base, in a further development a chassis. It can be, in particular, a stationary robot, in a further development in a robot cell, a walking robot, an underwater robot, or a drone.
  • the robot in a further development the robot arm, has at least three, in particular at least six, in one embodiment at least seven, (motion) axes or joints that can be moved or adjusted by, preferably electromagnetic, drives of the robot.
  • the present invention is particularly advantageous, in particular due to the kinematics and boundary or operating conditions.
  • the method comprises the step:
  • - is visualized with the aid of, preferably on, a user interface, preferably graphically visualized, in one embodiment by corresponding, in particular virtual, interfaces or the like.
  • the method comprises, in addition to or alternatively to a configuration described here, the steps:
  • the safety monitoring function is configured to be triggered when the robot or part of the robot reaches or exceeds the limit (to be checked).
  • providing the geometry data comprises adjusting the robot into different robot positions, wherein the workspace is expanded based on these robot positions, preferably by these robot positions and/or based on the poses of the part of the robot in these robot positions, or the protection space is reduced based on these robot positions, preferably by these robot positions and/or based on the poses of the part of the robot in these robot positions, in particular by the poses.
  • the robot or part of the robot successively clears a space that forms the workspace or part of the workspace or is no longer part of the protection space.
  • the provision of the geometry data in one embodiment comprises a sensor-based, in a further development camera-based, detection of an environment of the robot, wherein the workspace or protection space is provided in one development on the basis of an evaluation of the sensor data, in particular camera images, in one embodiment on the basis of an automatic detection of boundary surfaces on the basis of the sensor data, in particular (image evaluation of the) camera images.
  • the working or protective space can be provided in one embodiment at least partially without (moving the) robot(s) and/or (even) more quickly and/or easily.
  • the provision of geometry data may additionally or alternatively also include, in particular, the retrieval or retrieval of stored geometry data.
  • the workspace or the protection space is discretized, preferably into grid or volume elements such as voxels, octrees, or the like.
  • the workspace or protection space can be provided particularly advantageously, in particular more simply and/or reliably, and/or used to plan the movement of the robot to check the configured boundary.
  • the robot is adjusted or manually guided into one or more of the various robot positions based on a load applied manually (by a user), preferably under appropriate, particularly flexible, control. This allows the workspace or protective space to be provided particularly advantageously, particularly more simply and/or reliably, in one embodiment.
  • the robot is adjusted to one or more of the various robot positions based on a command input from a user via an input interface, preferably via an operating device, in particular a handheld control unit that can preferably be spaced apart from the robot. This allows the work or protection space to be provided particularly advantageously, in particular more quickly, in one embodiment.
  • the robot is adjusted to one or more of the different robot positions based on an automated path planning, preferably a systematic path planning for the preferably collision-free scanning of a space.
  • an automated path planning preferably a systematic path planning for the preferably collision-free scanning of a space.
  • the robot is adjusted to additional robot positions, wherein the workspace or the protection space is updated based on these additional robot positions.
  • these additional robot positions are specified, in one embodiment by automatic path planning, based on a specification by the user during configuration, in particular a rejection or modification of a generated suggestion and/or a specification of a spatial area to be traversed or evaluated.
  • this advantageously allows areas that have not yet been evaluated to be evaluated as needed and/or initiated by the configuration and/or collision-free, and thus the workspace can be enlarged as needed and/or initiated by the configuration, or the protection space can be reduced accordingly.
  • a user can reject a boundary suggested to them based on the previously provided workspace.
  • the user may also determine that the provided workspace or protection space may not yet adequately represent the actually freely accessible space and therefore specify a spatial area to be evaluated. This spatial area is then evaluated by adjusting the robot to corresponding additional robot positions based on this spatial area specified as being to be evaluated, and the workspace or protection space is updated accordingly.
  • the method comprises the steps:
  • the suggestion is generated by means of data processing based at least partially on machine learning and/or pattern recognition and/or, preferably by a user and/or on the basis of a numerical data model, parameters of a topology of the robot and/or the environment specified.
  • a work table, a column, a shelf or the like can be recognized based on the provided geometric data of the determined work or protection space and/or by means of data processing based at least partially on machine learning if the corresponding area has been determined to be not freely accessible to the robot or part of the robot, and a corresponding boundary of the work or protection space can be proposed as (part of) the boundary, preferably based on a numerical data model for such environmental obstacles by means of data processing based at least partially on machine learning.
  • a suggestion for the boundary to be configured can include, in particular be, a suggestion for one or more boundaries of the boundary.
  • the planned movement is visualized using the user interface before execution. This can improve the safety and/or effectiveness of the movement or test.
  • the executed movement and/or the detection of a triggering of the safety monitoring system as a result of the execution of the movement is saved. Based on this, in a further development based on a visualization of the planned and/or executed movement and/or also based on a test input from a user, a test report is generated, with the user preferably signing the test report.
  • the executed movement and/or the detection of a triggering of the safety monitoring system is saved with the test report. This allows the test of the configured limitation to be advantageously documented in one embodiment.
  • a virtual representation of the robot or part of the robot and/or at least one virtual representation of an object, in particular an obstacle, in the environment of the robot is additionally visualized using the user interface.
  • the user switches between visualizing the boundary during configuration together with the working space and visualizing the boundary during configuration together with the protection space, or can switch between these visualizations. This allows the configuration to be improved, in particular, performed more easily and/or reliably, in one embodiment.
  • the user interface can comprise, in particular be, a handheld device, in particular a handset, a smartphone, or the like, and/or a virtual reality (VR) or augmented reality (AR) interface, in particular VR or AR glasses or the like.
  • VR virtual reality
  • AR augmented reality
  • a system for configuring and/or checking a boundary for a robot or part of the robot, in particular hardware and/or software, in particular program technology is set up to carry out a method described here and/or has means for providing geometric data of a workspace determined as a space freely accessible to the robot or part of the robot or of a protective space complementary thereto.
  • the system comprises means for configuring a boundary for the robot or part of the robot based on a user input, wherein this boundary is visualized during this configuration together with the workspace or protection space based on the user input and the provided geometry data using a user interface.
  • the system is configured to:
  • Detecting the triggering of a safety monitoring system can, in particular, comprise detecting a signal from the safety monitoring system.
  • system or its means comprises:
  • - Means for additional visualization when visualizing the boundary during configuration together with the workspace or protection space based on the user input and the provided geometry data using the user interface, of a virtual representation of the robot or part of the robot and/or at least one virtual representation of an object in the environment of the robot; and/or - Means for switching, as a result of a user switching input, between visualizing the boundary during configuration together with the working space and visualizing the boundary during configuration together with the protection space.
  • a means within the meaning of the present invention can be implemented in hardware and/or software, in particular at least one, in particular digital, processing unit, in particular a microprocessor unit (CPU), graphics card (GPU), or the like, preferably connected to a memory and/or bus system for data or signals, and/or one or more programs or program modules.
  • the processing unit can be configured to execute commands implemented as a program stored in a memory system, to acquire input signals from a data bus, and/or to output signals to a data bus.
  • a memory system can have one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid-state, and/or other non-volatile media.
  • a computer program product can comprise, in particular be, a storage medium, in particular a computer-readable and/or non-volatile one, for storing a program or instructions or with a program or instructions stored thereon.
  • execution of this program or these instructions by a system or a controller causes the system or the controller, in particular the computer(s), to carry out a method described here or one or more of its steps, or the program or the instructions are configured to do so.
  • one or more, in particular all, steps of the method are fully or partially computer-implemented or one or more, in particular all, steps of the method are fully or partially automated, in particular by the system or its means.
  • the system comprises the robot.
  • the boundary for the robot or part of the robot is configured in such a way; in a further development, a proposal for the boundary to be configured is generated based on the provided geometric data in such a way that the boundary lies at least partially, preferably entirely, within the workspace or at least partially, preferably entirely, outside the protective space, in one embodiment by a predetermined minimum distance.
  • Fig. 1 a system for configuring and/or checking a boundary for a robot according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 a method for configuring and/or checking a boundary for a robot according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a system for configuring and/or checking a boundary for a robot 10 having a controller 20 with an input/output interface 21 according to an embodiment of the present invention.
  • the freely accessible workspace (“Explored Space”) for the robot or part of the robot is first explored based on the movement of the robot 10 by a user and subsequent evaluation of the joint angle positions stored during this movement.
  • the workspace is successively expanded by the volume traversed by the robot or part of the robot during the movement ("Swept Volume”), or conversely, a complementary protective space is reduced accordingly.
  • the workspace freely accessible to the robot or part of the robot or the complementary protective space can also be determined sensor-based, for example with the aid of one or more cameras 22.
  • Such a working space is indicated by empty voxels in Fig. 1, and a protection space by cross-hatched voxels.
  • the workspace or explored space or the complementary protective space is visually displayed to the user using the input/output interface 21, which accordingly forms or has a user interface, wherein the user can switch between the two views "workspace” and "protective space".
  • the display takes place, for example, on a computer screen or on a smartpad or touchpad or a dedicated device, for example a smartphone, or on augmented reality glasses (AR glasses) 23.
  • AR glasses augmented reality glasses
  • additional virtual representations of known obstacles for example CAD data or the like, are visualized.
  • step S30 the user can manually configure the desired virtual boundary.
  • Virtual walls or spaces for example, in the form of cuboids, prisms, or the like, are displayed together with the workspace or explored space, or the complementary shelter space.
  • This combination of both displays supports spatial understanding for an inexperienced user and helps avoid sources of error when configuring and verifying the virtual boundaries. For example, it makes it easier to assess the accuracy of parameters regarding translation and orientation of the virtual spaces.
  • a possible incorrect positioning of a virtual space to limit robot movement is made more apparent to the user by the overlay, non-overlay, or overlaying of the virtual spaces. Partial overlay with the working space or explored space is detected very quickly and can be corrected accordingly.
  • a suggestion for configuring the virtual boundaries is automatically generated before and/or during configuration.
  • an algorithm automatically detects possible obstacle geometries in the robot's environment based on the workspace or explored space. For example, if straight surfaces with rectangular indentations or curves with a regular radius are clearly visible, these can be recognized as a table, cabinet, wall, (cylindrical) column, or the like.
  • topological and semantic information can also be automatically incorporated.
  • an artificial intelligence system such as empirical knowledge, learned knowledge, an artificial neural network or the like, can recognize a manual workstation for a human worker and then the program can automatically suggest to the user that a boundary or an area restricted to the robot or part of the robot be set up at the corresponding location, and for this purpose, determine the corresponding parameters of the virtual boundary.
  • the automatically generated suggestion can be displayed visually together with the workspace or explored space, in particular on the screen, the smartpad/touchpad, the smartphone, AR glasses or the like.
  • the user can then accept, modify or reject the automatically generated suggestion in step S30.
  • the user can reject the automatically generated suggestion regarding a suspected obstacle, for example, because it is actually a freely accessible space rather than an obstacle. This indicates that the geometric data of the workspace or explored space was incomplete.
  • a corresponding trajectory can then be automatically planned and executed to expand the initially provided workspace or explored space in this area with additional (geometry) data. The visualization of the workspace or explored space is then updated accordingly.
  • Collision-free path planning can advantageously ensure that the automatically generated robot movements do not leave the already determined explored space or the space additionally specified or confirmed by the user as freely accessible. This ensures that the automatically generated robot movements do not cause collisions.
  • the data-based update of the Explored Space ensures that users don't mistakenly classify spaces with obstacles as "freely accessible.” This feature can therefore be understood as a kind of easy-to-use double-check to avoid errors.
  • the virtual boundary is then checked using the workspace or explored space.
  • the robot or part of the robot can move collision-free. Therefore, collision-free robot movements can be planned based on the explored space, preferably as part of offline robot programming, and implemented in or by corresponding robot programs, which serve to automatically check the previously configured virtual boundaries.
  • the robot movements can preferably be monitored by the user or automatically.
  • the robot trajectory is recorded and saved over time, preferably both Cartesian and in axis space, or depending on the points of interest of the safety spaces, for example, TCP, third axis, elbow, or the like, as well as the time of the safety trigger or the activation of the safety monitoring.
  • This data can, if necessary, be later used in a virtual 2D or 3D animation. loaded and visualized and checked by the user or automatically, whereby a corresponding test report is accepted, preferably signed, by the user.
  • a movement of the robot is planned to check the configured limitation for the robot or part of the robot based on the provided geometry data and in a step S50, drives 11 of the robot are controlled to carry out the planned movement and a triggering of a safety monitoring device as a result of this execution of the movement is detected, wherein during this execution of the planned movement, the movement and/or a detection of a triggering of the safety monitoring device as a result of the execution of the movement is stored, wherein based on this, in particular a visualization of the planned and/or executed movement and/or also on the basis of a test input from a user, a test report can be generated (step S60).
  • the invention can assist a user in configuring the virtual boundary, but does not necessarily completely relieve the user of this task.
  • the user can or must manually test the configuration of the virtual boundary as before.

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Abstract

Ein Verfahren zum Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter (10) oder einen Teil des Roboters umfasst den Schritt: Bereitstellen (S10) von Geometriedaten eines als ein für den Roboter oder Teil des Roboters frei zugänglicher Raum ermittelten Arbeitsraumes oder eines hierzu komplementären Schutzraumes. In einer Ausführung umfasst das Verfahren den Schritt: Konfigurieren (S30) einer Begrenzung für den Roboter oder Teil des Roboters auf Basis einer Benutzereingabe, wobei diese Begrenzung während dieses Konfigurierens zusammen mit dem Arbeitsraum oder Schutzraum basierend auf der Benutzereingabe und den bereitgestellten Geometriedaten mithilfe einer Benutzerschnittstelle visualisiert wird. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Verfahren die Schritte: Planen (S40) einer Bewegung des Roboters zum Überprüfen einer bzw. der konfigurierten Begrenzung für den Roboter oder Teil des Roboters basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten; Ansteuern (S50) von Antrieben des Roboters zum Durchführen der geplanten Bewegung; und Erfassen einer Auslösung einer Sicherheitsüberwachung infolge der Durchführung der Bewegung. Die Erfindung betrifft außerdem ein System bzw. Computerprogramm(produkt).

Description

Beschreibung
Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter oder Teil eines Roboters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter oder einen Teil des Roboters sowie ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Nach betriebsinterner Praxis können Begrenzungen für Roboter in Form von virtuellen Wänden durch Benutzereingaben konfiguriert werden. Solcherart konfigurierte Begrenzungen werden nach betriebsinterner Praxis geprüft, indem der Roboter an diese herangeführt und erfasst wird, ob dies eine hierfür vorgesehene Sicherheitsüberwachung auslöst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 9, 10 stellen ein System bzw. Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter oder einen Teil des Roboters den Schritt:
- Bereitstellen von Geometriedaten eines Raumes, der, vorzugsweise zuvor, als ein für den Roboter bzw. Teil des Roboters frei zugänglicher Raum ermittelt worden ist, in einer Ausführung wird, und vorliegend als Arbeitsraum bezeichnet wird, oder eines hierzu komplementären Schutzraumes. In einer Ausführung ist die Begrenzung eine virtuelle bzw. softwaremäßig implementierte Begrenzung und/oder umfasst eine oder mehrere Grenzen, insbesondere eines, in einer Ausführung virtuellen, Raumes, in dem sich der Roboter bzw. Teil des Roboters befinden bzw. bewegen darf, und/oder eines, in einer Ausführung virtuellen, Raumes, in dem der Roboter bzw. Teil des Roboters sich nicht befinden bzw. in die er nicht eindringen darf.
Ein Raum im Sinne der vorliegenden Erfindung kann aus mehreren separat( definierten Teilräumen zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann ein Raum, in dem sich der Roboter bzw. Teil des Roboters befinden bzw. bewegen darf, durch eine definierte Außengrenze (über die der Roboter bzw. Teil des Roboters nicht hinausfahren darf) und eine oder mehrere definierte Innengrenzen innerhalb des durch diese Außengrenze umgrenzten Raums, insbesondere Teilräume, in denen der Roboter bzw. Teil des Roboters sich nicht befinden bzw. in die er nicht eindringen darf, begrenzt sein, entsprechend kann die Begrenzung die Außengrenze und die Innengrenzen aufweisen. In einer Ausführung umfasst die Begrenzung eine oder mehrere, insbesondere virtuelle und/oder ebene oder gekrümmte, Wände, die der Roboter bzw. Teil des Roboters nicht durchdringen soll bzw. darf.
Ein Raum bzw. eine Begrenzung bzw. Grenze im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein kartesischer Raum bzw. eine Begrenzung bzw. Grenze im kartesischen Raum oder ein [Configurations- bzw.
Gelenkkoordinatenraum bzw. eine Begrenzung bzw. Grenze im Konfigurations- bzw. Gelenkkoordinatenraum bzw. als kartesischer Raum oder Konfigurations- bzw. Gelenkkoordinatenraum bzw. in einem kartesischen Raum oder einem [Configurations- bzw. Gelenkkoordinatenraum definiert bzw. vorgegebenen sein.
Ein Raum bzw. eine Begrenzung bzw. Grenze im Sinne der vorliegenden Erfindung kann sich insbesondere auf eine oder mehrere verschiedene roboterfeste Referenzen, beispielsweise roboterfeste Punkte, virtuelle oder reale Körper, Koordinatensysteme oder dergleichen, und/oder auf die gesamte kinematische Kette und/oder Kontur des Roboters oder einen Teil des Roboters, insbesondere einen Teil seiner kinematischen Kette und/oder Kontur, ein oder mehrere Einzelglieder, beispielsweise den Endeffektor, Ellbogen oder dergleichen, insbesondere eine, gegebenenfalls vereinfachte, Hüllkontur der Kette bzw. Kontur bzw. des Teils des Roboters bzw. des bzw. der Einzelgliedes bzw. der Einzelglieder beziehen. Ein Teil des Roboters im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein oder mehrere, gegebenenfalls gelenkig miteinander verbundene, Einzelglieder aufweisen und/oder ein Teil seiner kinematischen Kette und/oder Kontur sein und/oder zwei oder mehr, gegebenenfalls voneinander beabstandete, Einzelteile aufweisen.
Entsprechend kann zum Beispiel ein (als) frei zugänglich( ermittelter Raum insbesondere ein Raum sein, der für die, gegebenenfalls eine Hüllkontur der, gesamte(n) kinematische(n) Kette und/oder Kontur des Roboters oder einen Teil des Roboters, insbesondere ein oder mehrere Einzelglieder, beispielsweise den Endeffektor, (als) frei zugänglich (ermittelt) ist. Eine Begrenzung bzw. Grenze für einen Roboter kann entsprechend insbesondere eine Begrenzung bzw. Grenze für die, gegebenenfalls eine Hüllkontur der, gesamte(n) kinematische(n) Kette und/oder Kontur des Roboters oder einen Teil des Roboters, insbesondere ein oder mehrere Einzelglieder, beispielsweise eine Begrenzung bzw. Grenze für den Endeffektor, sein.
Ein Raum bzw. eine Begrenzung bzw. Grenze im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein(e) ein-, zwei-, drei- oder mehrdimensionale(r) Raum bzw. Begrenzung bzw. Grenze sein, insbesondere ein eindimensionaler Raum, beispielsweise eine kartesischen Richtung bzw. eine Begrenzung bzw. Grenze in einer kartesischen Richtung, oder ein(e) dreidimensionale(r) Raum bzw. Begrenzung bzw. Grenze, beispielsweise (für) eine Position im kartesischen Raum, oder ein(e) sechs- oder mehrdimensionale(r) Raum bzw. Begrenzung bzw.
Grenze, der bzw. die eine Position und Orientierung im kartesischen Raum oder die Stellung der Gelenke bzw. (Bewegungs)Achsen eines sechsachsigen Roboters angibt bzw. begrenzt. Sofern vorliegend von einer Begrenzung für den Roboter bzw. einem für den Roboter zugänglichen Raum die Rede ist, kann sich dies in einer Ausführung auf den gesamten Roboter oder einen Teil, in einer Weiterbildung ein oder mehrere Glieder des Roboters, beziehen.
Der Roboter weist in einer Ausführung wenigstens einen Roboterarm und/oder eine feste oder mobile Basis, in einer Weiterbildung ein Fahrwerk auf, er kann insbesondere ein stationärer Roboter, in einer Weiterbildung in einer Roboterzelle, ein Laufroboter, ein Unterwasserroboter oder eine Drohne sein. In einer Ausführung weist der Roboter, in einer Weiterbildung der Roboterarm, wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, (Bewegungs)Achsen bzw. Gelenke auf, die durch, vorzugsweise elektromagnetische, Antriebe des Roboters beweg- bzw. verstellbar sind.
Für solche Begrenzungen bzw. Roboter ist die vorliegende Erfindung, insbesondere aufgrund der Kinematik und Rand- bzw. Einsatzbedingungen, besonders vorteilhaft.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren den Schritt auf:
- Konfigurieren einer bzw. der Begrenzung für den Roboter bzw. Teil des Roboters auf Basis einer (von einem Benutzer eingegebenen) Benutzereingabe, wobei diese Begrenzung
- während dieses Konfigurierens und
- zusammen mit dem Arbeitsraum oder Schutzraum und
- basierend auf
- der Benutzereingabe und
- den bereitgestellten Geometriedaten des Arbeits- bzw. Schutzraums
- mithilfe, vorzugsweise an, einer Benutzerschnittstelle visualisiert wird, vorzugsweise graphisch visualisiert wird, in einer Ausführung durch entsprechende, insbesondere virtuelle, Grenzflächen oder dergleichen. Durch die gemeinsame Visualisierung des als ein für den Roboter bzw. Teil des Roboters frei zugänglicher Raum ermittelten Arbeitsraumes bzw. hierzu komplementären Schutzraumes zusammen mit der basierend auf einer Benutzereingabe zu konfigurierenden Begrenzung während dieses Konfigurierens kann das Konfigurieren in einer Ausführung vorteilhaft, insbesondere schnell(er) und/oder sicher(er), durchgeführt werden. So kann ein Benutzer beispielsweise in einer Ausführung rasch(er) und/oder zuverlässig(er) erkennen, dass eine von ihm konfigurierte Begrenzung ungewollt innerhalb des Schutzraumes liegt, bzw. eine Begrenzung gezielt in den Arbeitsraum oder an dessen Außengrenze legen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren zusätzlich oder alternativ zu einem hier beschriebenen Konfigurieren die Schritte auf:
- Planen einer Bewegung des Roboters zum Überprüfen einer bzw. der, vorzugsweise wie hier beschrieben, konfigurierten Begrenzung für den Roboter bzw. Teil des Roboters basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten, vorzugsweise mittels einer automatisierten Bahnplanung, in einer Ausführung mit Geschwindigkeitsprofil, und/oder derart, dass der Roboter bzw. Teil des Roboters sich dabei innerhalb des Arbeitsraums befindet bzw. in diesem bleibt bzw. den Schutzraum vermeidet und/oder derart, dass der Roboter bzw. Teil des Roboters die konfigurierte Begrenzung erreicht, gegebenenfalls überschreitet;
- Ansteuern von Antrieben des Roboters zum Durchführen der geplanten Bewegung; und
- Erfassen einer Auslösung einer Sicherheitsüberwachung infolge der Durchführung der Bewegung, insbesondere, ob infolge einer Bewegung des Roboters beim Durchführen der geplanten Bewegung in eine Roboterpose eine hierfür vorgegebene Sicherheitsüberwachung, insbesondere korrekt, ausgelöst wird oder nicht. Entsprechend ist die Sicherheitsüberwachung in einer Ausführung dazu eingerichtet, dadurch ausgelöst zu werden, dass der Roboter bzw. Teil des Roboters die (zu überprüfende) Begrenzung erreicht oder überschreitet. Durch das Planen der Bewegung des Roboters zum Überprüfen der konfigurierten Begrenzung basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten des als ein für den Roboter bzw. Teil des Roboters frei zugänglicher Raum ermittelten Arbeitsraumes bzw. hierzu komplementären Schutzraumes kann in einer Ausführung die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Roboters bzw. Teil des Roboters während des Überprüfens reduziert und dadurch die konfigurierte Begrenzung vorteilhaft, insbesondere schnell(er) und/oder sicher(er), geprüft werden.
In einer Ausführung umfasst das Bereitstellen der Geometriedaten ein Verstellen des Roboters in verschiedene Roboterstellungen, wobei der Arbeitsraum auf Basis dieser Roboterstellungen, vorzugsweise um dieser Roboterstellungen und/oder auf Basis der, insbesondere um die, Posen des Teils des Roboters in diesen Roboterstellungen, erweitert oder der Schutzraum auf Basis dieser Roboterstellungen, vorzugsweise um diese Roboterstellungen und/oder auf Basis der, insbesondere um die, Posen des Teils des Roboters in diesen Roboterstellungen, reduziert wird. Anschaulich gesprochen räumt der Roboter bzw. Teil des Roboters bei diesem Verstellen in die verschiedenen Roboterstellungen einen Raum sukzessive frei, der den Arbeitsraum oder einen Teil des Arbeitsraums bildet bzw. nicht mehr Teil des Schutzraums ist.
Dadurch kann der Arbeits- bzw. Schutzraum in einer Ausführung besonders zuverlässig und/oder einfach bereitgestellt werden.
Zusätzlich oder alternativ umfasst das Bereitstellen der Geometriedaten in einer Ausführung eine sensorbasierte, in einer Weiterbildung kamerabasierte, Erfassung einer Umgebung des Roboters, wobei der Arbeits- bzw. Schutzraum in einer Weiterbildung auf Basis einer Auswertung der Sensordaten, insbesondere Kamerabilder, in einer Ausführung auf Basis einer automatischen Detektion von Grenzflächen auf Basis der Sensordaten, insbesondere (Bildauswertung der) Kamerabilder, bereitgestellt wird. Dadurch kann der Arbeits- bzw. Schutzraum in einer Ausführung wenigstens zum Teil ohne (Bewegen des) Roboter(s) und/oder (noch) schnell(er) und/oder einfach(er) bereitgestellt werden.
Das Bereitstellen von Geometriedaten kann zusätzlich oder alternativ auch das Ab- bzw. Aufrufen gespeicherter Geometriedaten umfassen, insbesondere sein.
In einer Ausführung ist der Arbeitsraum oder der Schutzraum diskretisiert, vorzugsweise in Gitter- oder Volumenelemente wie Voxel, Octrees oder dergleichen. Dadurch kann in einer Ausführung der Arbeits- bzw. Schutzraum besonders vorteilhaft, insbesondere einfach(er) und/oder zuverlässig(er), bereitgestellt und/oder zum Planen der Bewegung des Roboters zum Überprüfen der konfigurierten Begrenzung verwendet werden.
In einer Ausführung wird der Roboter in eine oder mehrere der verschiedenen Roboterstellungen basierend auf einer manuell (von einem Benutzer) auf ihn ausgeübten Last verstellt bzw. handgeführt, vorzugsweise unter entsprechender, insbesondere nachgiebiger, Regelung. Dadurch kann in einer Ausführung der Arbeits- bzw. Schutzraum besonders vorteilhaft, insbesondere einfach(er) und/oder zuverlässig(er), bereitgestellt werden.
Zusätzlich oder alternativ wird der Roboter in einer Ausführung in eine oder mehrere der verschiedenen Roboterstellungen basierend auf einer Kommandoeingabe eines Benutzers über eine Eingabeschnittstelle verstellt, vorzugsweise über ein Bediengerät, insbesondere ein, vorzugsweise von dem Roboter beabstandbares, Bedienhandgerät. Dadurch kann in einer Ausführung der Arbeits- bzw. Schutzraum besonders vorteilhaft, insbesondere schnell(er), bereitgestellt werden.
Zusätzlich oder alternativ wird der Roboter in einer Ausführung in eine oder mehrere der verschiedenen Roboterstellungen basierend auf einer automatisierten Bahnplanung, vorzugsweise einer systematischen Bahnplanung zum, vorzugsweise kollisionsfreien, Abrastern eines Raumes, verstellt. Dadurch kann in einer Ausführung der Arbeits- bzw. Schutzraum besonders vorteilhaft, insbesondere gründlich(er) bzw. umfassend(er), bereitgestellt werden.
In einer Ausführung wird während, in einer Weiterbildung infolge, des Konfigurierens der Begrenzung der Roboter in zusätzliche Roboterstellungen verstellt, wobei der Arbeitsraum oder der Schutzraum auf Basis dieser zusätzlichen Roboterstellungen aktualisiert wird. Vorzugsweise werden diese zusätzlichen Roboterstellungen, in einer Ausführung durch eine automatische Bahnplanung, auf Basis einer Vorgabe durch den Benutzer während des Konfigurierens, insbesondere eines Verwerfens oder Modifizieren eines generierten Vorschlags und/oder einer Vorgabe eines abzufahrenden bzw. zu evaluierenden Raumbereichs, vorgegeben. Dadurch können in einer Ausführung vorteilhaft Gebiete, die bisher noch nicht evaluiert wurden, bei Bedarf und/oder initiiert durch das Konfigurieren und/oder kollisionsfrei evaluiert und so der Arbeitsraum bei Bedarf und/oder initiiert durch das Konfigurieren vergrößert bzw. der Schutzraum entsprechend verkleinert werden. Beispielsweise kann, wie nachfolgend eingehender erläutert, ein Benutzer eine ihm vorgeschlagene Begrenzung verwerfen, die ihm basierend auf dem bisher bereitgestellten Arbeitsraum vorgeschlagen wird. Dies deutet darauf hin, dass der bisher bereitgestellte Arbeitsraum zu klein bzw. ein durch die vorgeschlagene Begrenzung gesperrtes Gebiet nach Auffassung des Benutzers für den Roboter bzw. Teil des Roboters zugänglich ist, so dass durch entsprechende Aktualisierung des Arbeits- bzw. Schutzraums basierend auf zusätzlich während des Konfigurierens, insbesondere durch das Verwerfen ausgelöst, angefahrenen Roboterstellungen der Arbeitsraum entsprechend erweitert wird. Gleichermaßen kann der Benutzer auch in anderen Fällen beim Konfigurieren auf Basis der Visualisierung feststellen, dass der bereitgestellte Arbeits- bzw. Schutzraum den tatsächlich frei zugänglichen Raum eventuell noch nicht ausreichend abbildet und daher einen zu evaluierenden Raumbereich vorgegeben, der dann durch Verstellen des Roboters in entsprechende, auf diesem als zu evaluierend vorgegebenen Raumbereich basierende zusätzliche Roboterstellungen evaluiert und der Arbeits- bzw. Schutzraum entsprechend aktualisiert wird. In einer Ausführung weist das Verfahren die Schritte auf:
- Generieren eines Vorschlags für die zu konfigurierende Begrenzung basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten; und
- Visualisieren dieses Vorschlags mithilfe der Benutzerschnittstelle zum Konfigurieren der Begrenzung für den Roboter bzw. Teil des Roboters, wobei das Konfigurieren ein Akzeptieren oder Modifizieren oder Verwerfen des Vorschlags auf Basis einer Bewertungseingabe eines Benutzers umfasst.
Dadurch kann das Konfigurieren in einer Ausführung vorteilhaft, insbesondere schnell(er) und/oder sicher(er), durchgeführt werden.
In einer Weiterbildung wird der Vorschlag mittels einer wenigstens teilweise auf maschinellem Lernen basierenden Datenverarbeitung und/oder einer Mustererkennung und/oder, vorzugsweise von einem Benutzer und/oder auf Basis eines numerischen Datenmodells, vorgegebenen Parametern einer Topologie des Roboters und/oder der Umgebung generiert. Beispielsweise kann ein Arbeitstisch, eine Säule, ein Regal oder dergleichen basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten des ermittelten Arbeits- bzw. Schutzraumes und/oder mittels einer wenigstens teilweise auf maschinellem Lernen basierenden Datenverarbeitung erkannt werden, wenn das entsprechende Gebiet als nicht für den Roboter bzw. Teil des Roboters frei zugänglich ermittelt worden ist, und eine entsprechende Grenze des Arbeits- bzw. Schutzraumes, vorzugsweise basierend auf einem numerischen Datenmodell für solche Umgebungshindernisse mittels einer wenigstens teilweise auf maschinellem Lernen basierenden Datenverarbeitung, als (Teil) der Begrenzung vorgeschlagen werden. Allgemein kann ein Vorschlag für die zu konfigurierende Begrenzung einen Vorschlag für eine oder mehrere Grenzen der Begrenzung umfassen, insbesondere sein.
In einer Ausführung wird die geplante Bewegung vor dem Durchführen mithilfe der Benutzerschnittstelle visualisiert. Dadurch kann in einer Ausführung die Sicherheit und/oder Effektivität der Bewegung bzw. Prüfung verbessert werden. In einer Ausführung wird beim Durchführen der geplanten Bewegung die durchgeführte Bewegung und/oder ein Erfassen einer Auslösung der Sicherheitsüberwachung infolge der Durchführung der Bewegung abgespeichert, wobei basierend hierauf, in einer Weiterbildung basierend auf einer Visualisierung der geplanten und/oder durchgeführten Bewegung und/oder auch auf Basis einer Prüfeingabe eines Benutzers, ein Prüfprotokoll generiert wird, wobei vorzugsweise der Benutzer das Prüfprotokoll signiert. In einer Ausführung wird die durchgeführte Bewegung und/oder das Erfassen einer Auslösung der Sicherheitsüberwachung mit dem Prüfprotokoll abgespeichert. Dadurch kann in einer Ausführung die Prüfung der konfigurierten Begrenzung vorteilhaft dokumentiert werden.
In einer Ausführung wird beim Visualisieren der Begrenzung während des Konfigurierens zusammen mit dem Arbeitsraum oder Schutzraum basierend auf der Benutzereingabe und den bereitgestellten Geometriedaten mithilfe der Benutzerschnittstelle zusätzlich eine virtuelle Repräsentation des Roboters oder Teils des Roboters und/oder wenigstens eine virtuelle Repräsentation eines Objekts, insbesondere Hindernisses, in der Umgebung des Roboters (zusammen mit der Begrenzung und dem Arbeitsraum oder Schutzraum) visualisiert.
In einer Ausführung wird infolge einer Schalteingabe eines Benutzers zwischen einem Visualisieren der Begrenzung während des Konfigurierens zusammen mit dem Arbeitsraum und einem Visualisieren der Begrenzung während des Konfigurierens zusammen mit dem Schutzraum umgeschaltet bzw. ist zwischen diesen Visualisierungen umschaltbar. Dadurch kann in einer Ausführung das Konfigurieren verbessert, insbesondere einfach(er) und/oder zuverlässig(er), durchgeführt werden.
In einer Ausführung kann die Benutzerschnittstelle ein Handgerät, insbesondere ein Bedienhandgerät, ein Smartphone oder dergleichen, und/oder eine Virtual Reality- bzw. VR- oder Augmented Reality- bzw. AR-Schnittstelle, insbesondere eine VR- oder AR-Brille oder dergleichen, aufweisen, insbesondere sein. Dadurch kann in einer Ausführung das Konfigurieren verbessert, insbesondere einfach(er) und/oder zuverlässig(er) durchgeführt werden. Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter oder Teil des Roboters, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist Mittel zum Bereitstellen von Geometriedaten eines als ein für den Roboter bzw. Teil des Roboters frei zugänglicher Raum ermittelten Arbeitsraumes oder eines hierzu komplementären Schutzraumes auf.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das System Mittel zum Konfigurieren einer Begrenzung für den Roboter bzw. Teil des Roboters auf Basis einer Benutzereingabe, wobei diese Begrenzung während dieses Konfigurierens zusammen mit dem Arbeitsraum oder Schutzraum basierend auf der Benutzereingabe und den bereitgestellten Geometriedaten mithilfe einer Benutzerschnittstelle visualisiert wird, auf.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das System
- Mittel zum Planen einer Bewegung des Roboters zum Überprüfen einer bzw. der konfigurierten Begrenzung für den Roboter bzw. Teil des Roboters basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten;
- Mittel zum Ansteuern von Antrieben des Roboters zum Durchführen der geplanten Bewegung; und
- Mittel zum Erfassen einer Auslösung einer Sicherheitsüberwachung infolge der Durchführung der Bewegung auf. Ein Erfassen einer Auslösung einer Sicherheitsüberwachung kann insbesondere ein Erfassen eines Signals der Sicherheitsüberwachung umfassen, insbesondere sein.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Mittel auf:
- Mittel zum Verstellen des Roboters in verschiedene Roboterstellungen und Mittel zum Erweitern des Arbeitsraums auf Basis dieser Roboterstellungen oder zum Reduzieren des Schutzraums auf Basis dieser Roboterstellungen; und/oder
- Mittel zur sensorbasierten Erfassung einer Umgebung des Roboters; und/oder - Mittel zum Verstellen des Roboters basierend auf einer manuell auf ihn ausgeübten Last und/oder auf einer Kommandoeingabe eines Benutzers über eine Eingabeschnittstelle und/oder auf einer automatisierten Bahnplanung in wenigstens eine der verschiedenen Roboterstellungen; und/oder
- Mittel zum Verstellen des Roboters während, insbesondere infolge, des Konfigurierens der Begrenzung in zusätzliche Roboterstellungen, und Mittel zum Aktualisieren des Arbeitsraums oder des Schutzraums auf Basis dieser zusätzliche Roboterstellungen; und/oder
- Mittel zum Generieren eines Vorschlags für die zu konfigurierende Begrenzung basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten und Mittel zum Visualisieren dieses Vorschlags mithilfe der Benutzerschnittstelle zum Konfigurieren der Begrenzung für den Roboter bzw. Teil des Roboters, wobei das Konfigurieren ein Akzeptieren oder Modifizieren oder Verwerfen des Vorschlags auf Basis einer Bewertungseingabe eines Benutzers umfasst, wobei der Vorschlag in einer Ausführung mittels einer wenigstens teilweise auf maschinellem Lernen basierenden Datenverarbeitung und/oder einer Mustererkennung und/oder vorgegebenen Parametern einer Topologie des Roboters und/oder der Umgebung generiert wird; und/oder
- Mittel zum Visualisieren der geplanten Bewegung vor dem Durchführen mithilfe der Benutzerschnittstelle; und/oder
- Mittel zum Abspeichern, beim Durchführen der geplanten Bewegung, der Bewegung und/oder eines Erfassens einer Auslösung der Sicherheitsüberwachung infolge der Durchführung der Bewegung, und Mittel zum Generieren, basierend hierauf, insbesondere einer Visualisierung der geplanten und/oder durchgeführten Bewegung und/oder auch auf Basis einer Prüfeingabe eines Benutzers, eines Prüfprotokolls;
- Mittel zum zusätzlichen Visualisieren, beim Visualisieren der Begrenzung während des Konfigurierens zusammen mit dem Arbeitsraum oder Schutzraum basierend auf der Benutzereingabe und den bereitgestellten Geometriedaten mithilfe der Benutzerschnittstelle, einer virtuellen Repräsentation des Roboters bzw. Teils des Roboters und/oder wenigstens einer virtuellen Repräsentation eines Objekts in der Umgebung des Roboters; und/oder - Mittel zum Umschalten infolge einer Schalteingabe eines Benutzers zwischen einem Visualisieren der Begrenzung während des Konfigurierens zusammen mit dem Arbeitsraum und einem Visualisieren der Begrenzung während des Konfigurierens zusammen mit dem Schutzraum.
Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere wenigstens eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU), Graphikkarte (GPU) oder dergleichen, und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere eine Begrenzung für einen Roboter bzw. Teil des Roboters konfigurieren und/oder prüfen bzw. einen Benutzer dabei unterstützen kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere computerlesbares und/oder nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. von Anweisungen bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm bzw. mit darauf gespeicherten Anweisungen aufweisen, insbesondere sein. In einer Ausführung veranlasst ein Ausführen dieses Programms bzw. dieser Anweisungen durch ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer oder eine Anordnung von mehreren Computern, das System bzw. die Steuerung, insbesondere den bzw. die Computer, dazu, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen, bzw. sind das Programm bzw. die Anweisungen hierzu eingerichtet. In einer Ausführung sind ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise computerimplementiert bzw. werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.
In einer Ausführung weist das System den Roboter auf. In einer Ausführung wird die Begrenzung für den Roboter bzw. Teil des Roboters derart konfiguriert, in einer Weiterbildung ein Vorschlag für die zu konfigurierende Begrenzung basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten derart generiert, dass die Begrenzung wenigstens teilweise, vorzugsweise ganz, innerhalb des Arbeitsraums bzw. wenigstens teilweise, vorzugsweise ganz, außerhalb des Schutzraums liegt, in einer Ausführung um einen vorgegebenen Mindestabstand.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 : ein System zum Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2: ein Verfahren zum Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein System zum Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter 10 mit einer Steuerung 20 mit einer Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 21 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Zum Konfigurieren wird zunächst der für den Roboter oder einen Teil des Roboters frei zugängliche Arbeitsraum („Explored Space“) basierend auf dem Bewegen des Roboters 10 durch einen Benutzer und anschließender Auswertung der dabei gespeicherten Gelenkwinkel-Stellungen exploriert. Dabei wird der Arbeitsraum sukzessive um das vom Roboter bzw. Teil des Roboters während der Bewegung durchfahrene Volumen („Swept Volume“) erweitert bzw. umgekehrt ein hierzu komplementärer Schutzraum entsprechend reduziert. Alternativ oder zusätzlich kann der für den Roboter bzw. Teil des Roboters frei zugängliche Arbeitsraum bzw. hierzu komplementäre Schutzraum auch sensorbasiert, beispielsweise mithilfe einer oder mehreren Kameras 22 ermittelt werden.
Exemplarisch ist ein solcher Arbeitsraum in Fig. 1 durch leere Voxel angedeutet, ein Schutzraum durch kreuzschraffierte Voxel.
Nach dem vorstehend beschriebenen Schritt S10 (vgl. Fig. 2), in dem der Arbeitsraum bzw. Explored Space ermittelt, in einer Ausführung approximiert, wird, wird der Arbeitsraum bzw. Explored Space oder der dazu komplementäre Schutzraum dem Benutzer mithilfe der Ein-Ausgabe-Schnittstelle 21 , die entsprechend eine Benutzerschnittstelle bildet oder aufweist, visuell angezeigt, wobei der Benutzer zwischen beiden Ansichten „Arbeitsraum“ und „Schutzraum“ umschalten kann. Die Anzeige erfolgt beispielsweise auf einem Computer-Bildschirm oder auf einem Smartpad bzw. Touchpad oder einem eigenen Device, beispielsweise einem Smartphone, oder auf einer Augmented-Reality-Brille (AR-Brille) 23. Optional werden zusätzlich weitere virtuelle Repräsentationen von bekannten Hindernissen, beispielsweise CAD- Daten oder dergleichen, visualisiert.
Der Benutzer kann in einem Schritt S30 die gewünschte virtuelle Begrenzung manuell konfigurieren. Dabei werden virtuelle Wände bzw. Räume, beispielsweise, in Form von Quadern, Prismen oder dergleichen, zusammen mit dem Arbeitsraum bzw. Explored Space, bzw. dem dazu komplementären Schutzraum angezeigt.
Diese Kombination beider Anzeigen unterstützt das räumliche Verständnis bei einem unerfahrenen Benutzer, und hilft Fehlerquellen bei der Konfiguration und Überprüfung der virtuellen Begrenzungen zu vermeiden. Beispielsweise wird es dadurch einfacher, Parameter bezüglich Translationen und Orientierungen der virtuellen Räume auf ihre Korrektheit einzuschätzen. Eine mögliche Fehl- Positionierung eines virtuellen Raums zur Begrenzung der Roboterbewegung fällt dem Benutzer durch die Überlagerung bzw. Nicht-Überlagerung bzw. Teil-Überlagerung mit dem Arbeitsraum bzw. Explored Space sehr schnell auf und kann entsprechend korrigiert werden.
Optional wird vor und/oder während dem Konfigurieren automatisch ein Vorschlag zur Konfiguration der virtuellen Begrenzungen generiert.
Beispielsweise erkennt ein Algorithmus in einem Schritt S20 auf Basis des Arbeitsraums bzw. Explored Space mögliche Hindernis-Geometrien in der Umgebung des Roboters automatisch. Sind beispielsweise geradlinig verlaufende Flächen mit rechtwinkligen Einbuchtungen oder aber Krümmungen mit regelmäßigem Radius markant erkennbar, kann dies als Tisch, Schrank, Wand, (zylindrische) Säule oder dergleichen erkannt werden.
Zusätzlich zu solchen geometrischen Informationen können auch topologische und semantische Informationen automatisch einbezogen werden. Beispielsweise kann eine künstliche Intelligenz, zum Beispiel Erfahrungswissen, gelerntes Wissen, ein Künstliches Neuronales Netz bzw. Neural Network oder dergleichen, einen manuellen Arbeitsplatz für eine menschliche Arbeitskraft erkennen und daraufhin das Programm dem Benutzer automatisch vorschlagen, an der entsprechenden Stelle eine Grenze bzw. einen für den Roboter bzw. Teil des Roboters gesperrten Bereich vorzusehen, und hierzu entsprechende Parameter der virtuellen Begrenzung ermitteln. Der automatisch erzeugte Vorschlag kann visuell zusammen mit dem Arbeitsraum bzw. Explored Space angezeigt werden, insbesondere auf dem Bildschirm, dem Smartpad/Touchpad, dem Smartphone, der AR-Bri Ile oder dergleichen.
Der Benutzer kann daraufhin in Schritt S30 den automatisch generierten Vorschlag über- bzw. annehmen, abändern oder verwerfen.
Wiederum exemplarisch sind in Fig. 1 Grenzen einer Begrenzung fett gestrichelt angedeutet.
Der Benutzer kann den automatisch generierten Vorschlag bezüglich eines vermuteten Hindernisses ablehnen, beispielsweise, weil es sich tatsächlich um einen frei zugänglichen Raum anstatt eines Hindernisses handelt. Dies deutet darauf hin, dass die Geometriedaten des Arbeitsraums bzw. Explored Space unvollständig waren. Dann kann optional im Anschluss automatisch eine entsprechende Trajektorie geplant und abgefahren werden, um den initial bereitgestellten Arbeitsraum bzw. Explored Space in diesem Bereich durch zusätzliche (Geometrie)Daten zu erweitern. Anschließend wird die Visualisierung des Arbeitsraums bzw. Explored Space entsprechend aktualisiert.
Mittels kollisionsfreier Bahnplanung kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die automatisch generierten Roboterbewegungen den bereits ermittelten Explored Space und den zusätzlich vom Benutzer als frei zugänglich vorgegebenen bzw. bestätigten Raum nicht verlassen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die automatisch generierten Roboterbewegungen keine Kollisionen verursachen.
Die Daten-basierte Aktualisierung des Explored Space stellt sicher, dass der Benutzer nicht irrtümlich Räume mit Hindernissen als „frei-zugänglich“ einstuft. Dieses Feature lässt sich daher als eine Art easy-to-use Doppel-Check verstehen, um Fehler zu vermeiden.
Anschließend wird mit Hilfe des Arbeitsraums bzw. Explored Space die virtuelle Begrenzung überprüft. Innerhalb des Arbeitsraums bzw. Explored Space kann sich der Roboter bzw. Teil des Roboters kollisionsfrei bewegen. Daher können, vorzugsweise im Rahmen einer Offline-Roboter-Programmierung, auf Basis der Explored Space kollisionsfreie Roboter-Bewegungen geplant und in bzw. durch entsprechende Roboter-Programme umgesetzt werden, welche dem automatischen Überprüfen der zuvor konfigurierten virtuellen Begrenzungen dienen. Vorzugsweise können die Roboter-Bewegungen vom Benutzer oder automatisch überwacht werden. Währenddessen wird die Robotertrajektorie über die Zeit, vorzugsweise sowohl kartesisch als auch im Achsraum bzw. abhängig von den Points-of-Interest der Sicherheitsräume, beispielsweise TCP, dritte Achse, Ellenbogen oder dergleichen und auch der Zeitpunkt des Safety-Triggers bzw. Auslösens der Sicherheitsüberwachung aufgezeichnet und abgespeichert. Diese Daten können gegebenenfalls später in einer virtuellen 2D- oder 3D-Animation geladen und visualisiert und vom Benutzer oder automatisch überprüft werden, wobei ein entsprechendes Prüfprotokoll vom Benutzer angenommen, vorzugsweise unterschrieben, wird.
Entsprechend werden in einem Schritt S40 eine Bewegung des Roboters zum Überprüfen der konfigurierten Begrenzung für den Roboter bzw. Teil des Roboters basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten geplant und in einem Schritt S50 Antriebe 11 des Roboters zum Durchführen der geplanten Bewegung angesteuert und eine Auslösung einer Sicherheitsüberwachung infolge dieser Durchführung der Bewegung erfasst, wobei bei diesem Durchführen der geplanten Bewegung die Bewegung und/oder ein Erfassen einer Auslösung der Sicherheitsüberwachung infolge der Durchführung der Bewegung abgespeichert wird, wobei basierend hierauf, insbesondere einer Visualisierung der geplanten und/oder durchgeführten Bewegung und/oder auch auf Basis einer Prüfeingabe eines Benutzers, ein Prüfprotokoll generiert werden kann (Schritt S60).
Die Erfindung kann einen Benutzer bei der Konfiguration der virtuellen Begrenzung unterstützen, nehmen ihm diese Tätigkeit aber nicht notwendigerweise vollständig ab. In einer Ausführung kann bzw. muss der Benutzer wie bisher die Konfiguration der virtuellen Begrenzung manuell testen.
In der vorliegenden Offenbarung impliziert „weist ein X auf“ allgemein keine abschließende Aufzählung, sondern ist eine Kurzform von „weist wenigstens ein X auf“ und umfasst auch „weist zwei oder mehr X auf“ sowie „weist außer X auch Y auf“. Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezuqszeichenliste
10 Roboter
11 Antrieb
20 Steuerung 21 Ein-/Ausgabe-Schnittstelle
22 Kamera
23 AR-Brille

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter (10) oder einen Teil des Roboters, umfassend den Schritt:
- Bereitstellen (S10) von Geometriedaten eines als ein für den Roboter oder Teil des Roboters frei zugänglicher Raum ermittelten Arbeitsraumes oder eines hierzu komplementären Schutzraumes; wobei das Verfahren den Schritt:
- Konfigurieren (S30) einer Begrenzung für den Roboter oder Teil des Roboters auf Basis einer Benutzereingabe, wobei diese Begrenzung während dieses Konfigurierens zusammen mit dem Arbeitsraum oder Schutzraum basierend auf der Benutzereingabe und den bereitgestellten Geometriedaten mithilfe einer Benutzerschnittstelle (21 ; 23) visualisiert wird; und/oder die Schritte aufweist:
- Planen (S40) einer Bewegung des Roboters zum Überprüfen einer bzw. der konfigurierten Begrenzung für den Roboter oder Teil des Roboters basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten;
- Ansteuern (S50) von Antrieben des Roboters zum Durchführen der geplanten Bewegung; und
- Erfassen einer Auslösung einer Sicherheitsüberwachung infolge der Durchführung der Bewegung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Geometriedaten
- ein Verstellen des Roboters in verschiedene Roboterstellungen, wobei der Arbeitsraum auf Basis dieser Roboterstellungen erweitert oder der Schutzraum auf Basis dieser Roboterstellungen reduziert wird; und/oder
- eine sensorbasierte Erfassung einer Umgebung des Roboters umfasst und/oder dass
- der Arbeitsraum oder der Schutzraum diskretisiert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der Roboter basierend auf einer manuell auf ihn ausgeübten Last und/oder auf einer Kommandoeingabe eines Benutzers über eine Eingabeschnittstelle und/oder auf einer automatisierten Bahnplanung in wenigstens eine der verschiedenen Roboterstellungen verstellt wird; und/oder
- während, insbesondere infolge, des Konfigurierens der Begrenzung der Roboter in zusätzliche Roboterstellungen verstellt wird, wobei der Arbeitsraum oder der Schutzraum auf Basis dieser zusätzlichen Roboterstellungen aktualisiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Generieren (S20) eines Vorschlags für die zu konfigurierende Begrenzung basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten; und
- Visualisieren dieses Vorschlags mithilfe der Benutzerschnittstelle zum Konfigurieren der Begrenzung für den Roboter oder Teil des Roboters, wobei das Konfigurieren ein Akzeptieren oder Modifizieren oder Verwerfen des Vorschlags auf Basis einer Bewertungseingabe eines Benutzers umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschlag mittels einer wenigstens teilweise auf maschinellem Lernen basierenden Datenverarbeitung und/oder einer Mustererkennung und/oder vorgegebenen Parametern einer Topologie des Roboters und/oder der Umgebung generiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die geplante Bewegung vor dem Durchführen mithilfe der Benutzerschnittstelle visualisiert wird und/oder
- beim Durchführen der geplanten Bewegung die Bewegung und/oder ein Erfassen einer Auslösung der Sicherheitsüberwachung infolge der Durchführung der Bewegung abgespeichert wird, wobei basierend hierauf, insbesondere einer Visualisierung der geplanten und/oder durchgeführten Bewegung und/oder auch auf Basis einer Prüfeingabe eines Benutzers, ein Prüfprotokoll generiert wird (S60).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- beim Visualisieren der Begrenzung während des Konfigurierens zusammen mit dem Arbeitsraum oder Schutzraum basierend auf der Benutzereingabe und den bereitgestellten Geometriedaten mithilfe der Benutzerschnittstelle zusätzlich eine virtuelle Repräsentation des Roboters oder Teils des Roboters und/oder wenigstens eine virtuelle Repräsentation eines Objekts in der Umgebung des Roboters visualisiert wird; und/oder
- infolge einer Schalteingabe eines Benutzers zwischen einem Visualisieren der Begrenzung während des Konfigurierens zusammen mit dem Arbeitsraum und einem Visualisieren der Begrenzung während des Konfigurierens zusammen mit dem Schutzraum umgeschaltet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Benutzerschnittstelle ein Handgerät und/oder eine VR- oder AR- Schnittstelle aufweist.
9. System zum Konfigurieren und/oder Prüfen einer Begrenzung für einen Roboter (10) oder Teil des Roboters, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder
- Mittel zum Bereitstellen von Geometriedaten eines als ein für den Roboter oder Teil des Roboters frei zugänglicher Raum ermittelten Arbeitsraumes oder eines hierzu komplementären Schutzraumes; sowie
- Mittel zum Konfigurieren einer Begrenzung für den Roboter oder Teil des Roboters auf Basis einer Benutzereingabe, wobei diese Begrenzung während dieses Konfigurierens zusammen mit dem Arbeitsraum oder Schutzraum basierend auf der Benutzereingabe und den bereitgestellten Geometriedaten mithilfe einer Benutzerschnittstelle visualisiert wird; und/oder - Mittel zum
- Planen einer Bewegung des Roboters zum Überprüfen einer bzw. der konfigurierten Begrenzung für den Roboter oder Teil des Roboters basierend auf den bereitgestellten Geometriedaten; - Ansteuern von Antrieben des Roboters zum Durchführen der geplanten Bewegung; und
- Erfassen einer Auslösung einer Sicherheitsüberwachung infolge der Durchführung der Bewegung aufweist.
10. Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, wobei das
Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, insbesondere auf einem computerlesbaren und/oder nicht-flüchtigen Speichermedium gespeicherte, Anweisungen enthält, die bei der Ausführung durch einen oder mehrere Computer oder ein System nach Anspruch 9 den oder die Computer oder das System dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
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