DE102017009939B4

DE102017009939B4 - Verfahren und System zum Betreiben eines mobilen Roboters

Info

Publication number: DE102017009939B4
Application number: DE102017009939.1A
Authority: DE
Inventors: Shashank Sharma; Uwe Zimmermann; Jianlin LU
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2021-07-01
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: CN111278610A; EP3700718A1; WO2019081155A1; DE102017009939A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines mobilen Roboters mit einer mobilen Plattform (11), an der ein gelenkiger Roboterarm (14) angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:- Handführen (S20) einer Roboterreferenz (16; 16'; TCP) des nachgiebig geregelten Roboterarms zu einer Umgebungsreferenz (20; W);- Erfassen (S30) einer Armpose des Roboterarms relativ zur Plattform und odometrisches Erfassen (S10) einer Plattformpose der Plattform relativ zu einer Ausgangspose (Od) der Plattform für die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz; und- Steuern (S50) des Roboters in Abhängigkeit von der erfassten Arm- und Plattformpose;- wobei die Roboterreferenz derart zu der Umgebungsreferenz geführt wird, dass die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz eine vorgegebene Orientierung relativ zu der Umgebungsreferenz aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines mobilen Roboters sowie eine Anordnung mit dem mobilen Roboter und System und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Einerseits ist es aus betriebsinterner Praxis bekannt, Bearbeitungen von Werkstücken durch Roboter durch Vorgabe von Bearbeitungsposen eines robotergeführten Endeffektors relativ zu einem werkstückfesten Koordinatensystem vorzugeben. So können beispielsweise auf Basis von CAD-Daten eines Werkstücks Schweiß-, Schnitt-, Klebe-, Lackier-, Schleif- oder ähnliche Bahnen eines robotergeführten Schweiß-, Schneid-, Klebe-, Lackier-, Schleif- oder ähnlichen Werkzeugkopfes vorgegeben werden.
1 verdeutlicht hierzu exemplarisch eine solche Soll-Bearbeitungspose eines robotergeführten Endeffektors 16 relativ zu einem Werkstück 20 bzw. einem durch seine x- und y-Achse x_w, y_w angedeuteten werkstückfesten Koordinatensystems W (welches auch als „task (coordinate) frame“ bezeichnet wird), die durch eine entsprechende Transformation wT^T vom Koordinatensystem W in ein Koordinatensystem T vorgegeben wird bzw. ist, in das ein endeffektorfestes Koordinatensystem TCP hierzu zu überführen ist (TCP → T). Mit anderen Worten soll der Endeffektor 16 bzw. das endeffektorfeste Koordinatensystem TCP die durch T bzw. _wT^T vorgegebene Pose einnehmen.
Andererseits ist es aus betriebsinterner Praxis bekannt, mobile Roboter mit einer mobilen Plattform 11 und einem gelenkigen Roboterarm 14 (vgl. wiederum 1) auf Basis von (Soll-)Posen eines Endeffektors des Roboterarms 14 relativ zu einem umgebungsfesten Ausgangskoordinatensystem zu steuern, gegenüber dem eine Pose der Plattform odometrisch, beispielsweise auf Basis erfasster Radumdrehungen, Schritte oder dergleichen, erfasst wird.
In 1 sind hierzu exemplarisch ein durch seine x- und y-Achse x_Od, y_Od angedeutetes Ausgangskoordinatensystem Od und eine aktuelle Pose der Plattform 11 bzw. eines plattformfesten Koordinatensystems B sowie eine entsprechende Transformation _OdT^B vom Ausgangskoordinatensystem Od in das plattformfeste Koordinatensystem B dargestellt.
Wie insbesondere hieraus erkennbar, ist zum Steuern des mobilen Roboters zum Anfahren der relativ zu dem werkstückfesten Koordinatensystem W durch _wT^T vorgegebenen (Soll-)Bearbeitungspose auf Basis der odometrisch erfassten, durch _OdT^B bestimmten Pose der Plattform die (Kenntnis der) Pose des werkstückfesten Koordinatensystems W relativ zum umgebungsfesten Odometrie-Ausgangskoordinatensystem Od bzw. die (Kenntnis der) Transformation _OdT^w vom Ausgangskoordinatensystem Od in das werkstückfeste Koordinatensystem W erforderlich, da gilt: $_{Od} T^{T} =_{W} T^{T} \cdot_{Od} T^{W} \to_{B} T^{TCP} \cdot_{Od} T^{B}$
mit:

der Transformation _OdT^B, die durch die odometrisch erfasste Pose der Plattform relativ zur Ausgangspose bestimmt ist, die das Ausgangskoordinatensystem Od festlegt;
der Transformation _BT^TCP, die durch die Pose des Roboterarms relativ zur Plattform bzw. seine Gelenkkoordinaten bestimmten ist;
der Transformation _wT^T, die, beispielsweise anhand von CAD-Daten, vorgegeben ist; und
der entsprechend gesuchten Transformation _OdT^W.

Mit anderen Worten können bei bekannten Transformationen _OdT^w und _wT^T die entsprechenden Transformationen _OdT^B und _BT^TCP bzw. die zugehörigen anzufahrenden bzw. Soll-Gelenkstellungen des Roboterarms und anzufahrenden bzw. Soll-Pose der Plattform ermittelt und der mobile Roboter dementsprechend gesteuert werden.
Für ein Anfahren der relativ zu dem werkstückfesten Koordinatensystem W durch _wT^T vorgegebenen (Soll-)Bearbeitungspose auf Basis einer anderen, odometrisch erfassten und durch _OdT^B* bestimmten Pose der Plattform („andere Plattformpose“) kann eine (andere) Pose des Roboterarms entsprechend so bestimmt bzw. der Roboterarms so gesteuert werden, dass gilt: $_{W} T^{T} \cdot_{Od} T^{W} =_{B} T^{TCP*} \cdot_{Od} T^{B*}$
bzw. die entsprechende Transformation _BT^TCP* ermittelt und der Roboterarm entsprechend gesteuert werden. Mit anderen Worten kann, sobald einmal die Transformation _OdT^w vom Ausgangskoordinatensystem Od in das werkstückfeste Koordinatensystem W ermittelt worden ist, eine durch _wT^T vorgegebenen (Soll- )Bearbeitungspose für beliebige odometrisch erfasste Plattformposen _OdT^B, _OdT^B* jeweils durch Ermittlung und Realisierung entsprechender Posen _BT^TCP, _BT^TCP* des Roboterarms realisiert werden.
Die DE 10 2014 001 376 B3 betrifft ein Verfahren zur geometrisch bestimmten Positionierung einer Arbeitsvorrichtung, insbesondere eines Roboterarms,im Innenraum einer zu bearbeitenden Vorrichtung, vorzugsweiser eines Fahrzeuginnenraums. Das Verfahren zum Abgleich beinhaltet ein erstes Koordinatensystems in einer Karosserie eines Fahrzeugs mit einer darin angeordneter Referenzmarke in einem Innenraum und einem zweiten Koordinatensystem mit einem außerhalb der Fahrzeugkarosserie stehenden Roboter mit einer an einem Roboterarm befestigten Kamera und einer Montage-, Kalibier- und/oder Justiervorrichtung. Dabei erfolgt in einem ersten Schritt der Abgleich des ersten Koordinatensystems mit dem zweiten Koordinatensystem durch eine grobe Anpeilung der Referenzmarke durch die Kamera außerhalb der Karosserie wobei dann die Position des Roboters anhand der Referenzmarke zu der ersten Messposition der Karosserie korrigiert wird und in einem zweiten Schritt der Roboterarm in den Innenraum durch eine seitliche Öffnung in der Karosserie auf die zweite Messposition nahe der Referenzmarke bewegt wird und schließlich in einem dritten Schritt die genaue Position der Vorrichtung in der Karosserie eingestellt wird.
Ein aus der DE 10 2008 062 623 B4 bekanntes Verfahren zur Auswahl einer gespeicherten Position eines Arbeitspunktes eines Manipulators, insbesondere eines Roboters, aus einer Gruppe von für ein Manipulatorprogramm gespeicherten Positionen, welche eine Arbeitsbahn des Manipulators definieren, umfasst die Schritte: Erfassen einer aktuellen Raumposition eines Referenzpunktes; Bestimmen von Differenzen zwischen der erfassten Raumposition und gespeicherten Positionen der Arbeitspunkte der Gruppe; und Auswahl wenigstens einer derjenigen gespeicherten Positionen, deren Differenz zu der erfassten Raumposition kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist.
Die DE 196 26 459 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Teachen eines programmgesteuerten Roboters bezüglich der Arbeits- oder Bahnpunkte an einem Werkstück, die mit einem Handgerät aufgesucht werden, das ein oder mehrere Positionsmelder besitzt. Deren Lage wird von einer externen Vermessungskamera aufgenommen und gespeichert. Aus der Lage der Positionsmelder wird die Position der Arbeits- oder Bahnpunkte berechnet und in die Steuerung des Roboters übergeben. Vor oder nach dem Teachen kann ein Kalibriervorgang stattfinden. Das Handgerät wird in einer der Werkzeugorientierung entsprechenden Stellung an das Werkstück gehalten und dazu vorzugsweise zangenförmig ausgebildet.
Aus der JP H06-190 756 A ist ein Festlegungsverfahren für ein Koordinatensystem eines Roboters bekannt, wobei ein Identifikationspunkt aus drei oder mehr Punkten mit einer auf einem Roboter installierten Kamera erkannt wird. Der Relativpositionssensorframe der Koordinaten eines visuellen Sensors wird auf Basis dieser Erkennung bestimmt.
Die EP 1 738 881 B1 offenbart ein Robotersteuersystem, das Folgendes umfasst: Steuermittel zur Steuerung des Betriebs eines Roboters, der mit einem Roboterkopf in einem Roboterkoordinatensystem bereitgestellt ist, das aus orthogonal aufeinander stehenden X-, Y- und Z-Achsen besteht, einem Betätigungskopf, den ein Benutzer hält und der mit einem Betätigungsschalter, der durch den Benutzer betätigt wird, und einem 6-Freiheitsgrade-Magnetsensor zur Detektion der Position und der Lage des Betätigungskopfs in einem Referenzkoordinatensystem, das aus X-,Y- und Z-Achsen besteht, die parallel zu dem Roboterkoordinatensystem vorliegen, bereitgestellt ist, worin: das Steuermittel die Position und Lage des Betätigungskopfs in Bezug auf das Koordinatensystem durch den 6-Freiheitsgrade-Magnetsensor erkennt, während der Betätigungsschalter eingeschaltet ist, so dass die Position und Lage des Roboterkopfs in dem Roboterkoordinatensystem einer Änderung der Position und Lage des Betätigungskopfs folgen, und das Steuermittel einen Lagevektor einer Ausgangslage des Betätigungskopfs durch den 6-Freiheitsgrade-Magnetsensor erkennt, wenn der Betätigungsschalter eingeschaltet ist, den Lagevektor einer Lage nach einer Veränderung, durch die der Kopf bewegt wurde, erkennt und einen Verschiebungsvektor erfasst, der die Veränderung der Lage ausgehend von der Ausgangslage auf Grundlage der Unterschiede zwischen dem Lagevektor der Ausgangslage des Betätigungskopfs und dem Lagevektor der Lage nach der Veränderung, zu der es nach Einschalten des Betätigungsschalters gekommen ist, darstellt, wobei das Steuermittel eine vorbestimmte Lage des Betätigungskopfs als Referenzlage des Betätigungskopfs in dem Referenzkoordinatensystem festlegt, der Verschiebungsvektor in Bezug auf die Referenzlage dadurch bestimmt wird, dass der Lagevektor der Ausgangslage von der Summe des Verschiebungsvektors ausgehend von der Ausgangslage und dem Lagevektor der Ausgangslage subtrahiert wird und in einen Verschiebungsvektor umgewandelt wird, der die Lageveränderung in Bezug auf die Referenzlage darstellt, so dass die Lage des Roboterkopfs dem Verschiebungsvektor ausgehend von der Ausgangslage folgt, bis der Betätigungsschalter ausgeschaltet wird.
Die US 5 297 238 A offenbart ein Verfahren zum Kalibrieren eines Werkzeug-Kontroll-Frames auf einem Roboter mit Bezug auf einen bekannten Kalibrier-Referenz-Frame, der in einer Starrkörperverbindung mit einem Roboterglied ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Betreiben eines mobilen Roboters, in einer Ausführung ein Anfahren vorgegebener Bearbeitungsposen mit einer roboterfesten Referenz, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 9 - 11 stellen ein System bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens bzw. eine Anordnung mit einem hier beschriebenen mobilen Roboter und System unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Betreiben eines mobilen Roboters mit einer mobilen Plattform, an der ein gelenkiger Roboterarm angeordnet ist, die Schritte auf:

- Handführen einer Roboterreferenz des nachgiebig geregelten Roboterarms zu einer bzw. an eine Umgebungsreferenz, insbesondere derart, dass die zu der bzw. an die Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz eine vorgegebene, insbesondere eindeutige bzw. dreidimensionale, Position und/oder Orientierung relativ zu der Umgebungsreferenz aufweist;
- Erfassen einer Armpose des Roboterarms relativ zur Plattform und odometrisches Erfassen einer Plattformpose der Plattform relativ zu einer Ausgangspose der Plattform für die bzw. bei zu der Umgebungsreferenz geführte(n) Roboterreferenz; und
- Steuern des Roboters in Abhängigkeit von der erfassten Arm- und Plattformpose.

Durch die zu der bzw. an die Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz ist in einer Ausführung eine Position und in einer Weiterbildung auch eine Orientierung des mobilen Roboters, insbesondere (auch) seiner Plattform, relativ zur Umgebungsreferenz bestimmt. Somit ist in einer Ausführung durch die erfasste Arm- und Plattformpose auch eine Position und in einer Weiterbildung auch eine Orientierung der Umgebungsreferenz relativ zur Ausgangspose der odometrischen Erfassung der Plattformpose bestimmt. Entsprechend kann in einer Ausführung der Roboter in Abhängigkeit von dieser erfassten Arm- und Plattformpose vorteilhaft gesteuert, insbesondere die eingangs erläuterte Transformation _OdT^w von einem Ausgangskoordinatensystem Od der odometrischen Erfassung der Plattformpose in ein umgebungs-, insbesondere werkstück- oder -zeugfestes Koordinatensystem ermittelt werden.
Die mobile Plattform weist in einer Ausführung ein Fahrwerk mit einem oder mehreren angetriebenen und/oder lenkbaren Rädern, insbesondere Mecanum-Rädern, Raupen, Ketten, Luftkissen, (Schwebe)Magneten oder dergleichen und/oder einen oder mehrere Sensoren zum Erfassen einer Bewegung der Plattform, insbesondere ihrer Antriebe bzw. Bewegungsmittel, insbesondere Räder, Raupen, Ketten, Beine oder dergleichen, auf, das insbesondere schienenlos sein kann. Hierdurch kann der mobile Roboter in einer Ausführung vorteilhaft verschiedene Arbeitsstationen bzw. eine Arbeitsstation mehrfach und/oder flexibel anfahren.
Der gelenkige Roboterarm weist in einer Ausführung wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, insbesondere wenigstens sieben, Gelenke, insbesondere Drehgelenke, auf, die in einer Ausführung durch Antriebe, insbesondere Elektromotoren, aktuierbar sind bzw. aktuiert werden. Durch wenigstens sechs Gelenke kann ein Endeffektor bzw. eine Roboterreferenz in einer Ausführung vorteilhaft beliebige dreidimensionale Positionen und Orientierungen in einem Arbeitsraum einnehmen, durch wenigstens sieben Gelenke in einer Ausführung eine vorteilhafte Redundanz, insbesondere zum Anfahren der Umgebungsreferenz mit unterschiedlichen Armposen zur Kollisionsvermeidung oder dergleichen, zur Verfügung gestellt werden.
Ein Handführen der Roboterreferenz des nachgiebig geregelten Roboterarms umfasst in einer Ausführung ein steuerungstechnisches Ausweichen bzw. Folgen von manuell auf den Roboterarm, insbesondere an der Roboterreferenz oder hiervon beabstandet, aufgeprägten Kräften, insbesondere unter Kompensation der Gravitation bzw. Gewichtskraft des Roboterarms bzw. Beibehaltung seiner Pose bei Abwesenheit extern aufgeprägter Kräfte, wobei vorliegend zur kompakteren Darstellung auch antiparallele Kräftepaare bzw. Drehmomente verallgemeinernd als Kräfte bezeichnet werden und ein Steuern im Sinne der vorliegenden Erfindung in einer Ausführung ein Steuern auf Basis erfasster Ist- und vorgegebener Soll-Werte bzw. ein Regeln umfasst.
In einer Ausführung wird der Roboterarm bzw. dessen Steuerung, insbesondere erst, zum Handführen der Roboterreferenz zu der Umgebungsreferenz in eine Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere in eine Schwerkraftkompensationsregelung, (um)geschaltet, insbesondere (erst) nach Erreichen der Plattformpose. Hierdurch kann in einer Ausführung die Plattformpose vorteilhaft angefahren werden, insbesondere auch durch Schieben des mobilen Roboters an seinem, insbesondere noch steif geregelten oder, insbesondere regelungstechnisch oder mechanisch, blockierten Arm oder dergleichen.
Die Roboterreferenz kann in einer Ausführung roboterarmfest, insbesondere ein, insbesondere distales und/oder zerstörungsfrei lösbar befestigtes, insbesondere angeschraubtes, geklemmtes und/oder verrastetes, Teil des Roboterarms, insbesondere ein Roboter(arm)endeffektor, insbesondere ein roboter(arm)geführtes Werkzeug, und/oder ein diesbezüglich festes bzw. dadurch definiertes Koordinatensystem umfassen, insbesondere sein.
Die Umgebungsreferenz kann in einer Ausführung ein Teil (in) einer Umgebung des Roboters, insbesondere ein(es) Werkzeug(s) zur Bearbeitung eines robotergeführten Werkstücks, ein(es) durch den Roboter zu bearbeitendes bzw. zu bearbeitenden Werkstück(s) und/oder eine(r) Aufnahme, insbesondere ein(es) Tisch(s), eine(r) Spannvorrichtung oder dergleichen, hierfür und/oder ein diesbezüglich festes bzw. dadurch definiertes Koordinatensystem umfassen, insbesondere sein.
In einer Ausführung weist die Umgebungsreferenz eine oder mehrere, insbesondere optische, insbesondere graphische, Markierungen und/oder eine, insbesondere visuell( erkennbare, eindeutige dreidimensionale Orientierung, insbesondere ausgezeichnete Punkte, Ecken, Kanten, asymmetrische Konturen oder dergleichen, auf. Hierdurch kann in einer Ausführung das Handführen der Roboterreferenz zu der bzw. an die Umgebungsreferenz, insbesondere mit vorgegebener Orientierung relativ zur Umgebungsreferenz, verbessert werden.
Eine (Arm)Pose des Roboterarms relativ zur Plattform wird in einer Ausführung mithilfe von Gelenk-, insbesondere Winkelsensoren erfasst. Zusätzlich oder alternativ kann eine solche (Arm)Pose in einer Ausführung auch mittels Kameras, Lasertrackern oder dergleichen erfasst werden.
Das odometrische Erfassen einer P(lattformp)ose der Plattform relativ zur Ausgangspose der Plattform bzw. relativ zu bzw. in einem entsprechenden (Ausgangs)Koordinatensystem der odometrischen Erfassung umfasst in einer Ausführung ein Erfassen einer Bewegung der Plattform, insbesondere ihrer Bewegungsmittel wie Räder, Raupen, Ketten, Beine oder dergleichen, ausgehend von der Ausgangspose sowie deren, insbesondere numerische, Integration, in einer Ausführung mithilfe von Weg-, insbesondere Winkel-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssensoren an der Plattform. Die Ausgangspose kann daher insbesondere eine Pose sein, in der die odometrische Erfassung der Plattformpose gestartet bzw. -nullt wird.
Durch ein odometrisches Erfassen kann in einer Ausführung vorteilhaft ein höherer Regeltakt und/oder eine stetige(re) bzw. sprungärmere Steuerung gegenüber einem kartenbasierten Erfassen oder dergleichen realisiert werden.
Wie einleitend erläutert, kann ein mobiler Roboter, dessen Plattformposen odometrisch erfasst werden, vorteilhaft Bearbeitungsposen anfahren bzw. hierzu gesteuert werden, die relativ zu der Umgebungsreferenz vorgegeben sind bzw. werden, wenn eine Transformation zwischen der Ausgangspose der odometrischen Erfassung und der Umgebungsreferenz bzw. eine Umgebungsreferenzpose der Umgebungsreferenz relativ zu der Ausgangspose bekannt ist.
Entsprechend wird in einer Ausführung eine Umgebungsreferenzpose der Umgebungsreferenz relativ zu der Ausgangspose, insbesondere eine Transformation zwischen einem durch die Ausgangspose bestimmten bzw. diese bestimmenden (Ausgangs)Koordinatensystem der odometrischen Erfassung und einem umgebungsreferenzfesten Koordinatensystem, in Abhängigkeit von der erfassten Arm- und Plattformpose ermittelt und der mobile Roboter in Abhängigkeit von dieser ermittelten Umgebungsreferenzpose bzw. Transformation und einer oder mehreren Bearbeitungsposen gesteuert, die relativ zu der Umgebungsreferenz vorgegeben sind bzw. werden, beispielsweise auf Basis von CAD-Daten, geplanten Bearbeitungsbahnen oder dergleichen, insbesondere zum Anfahren dieser Bearbeitungspose(n).
Sobald diese Umgebungsreferenzpose bzw. Transformation einmal ermittelt worden ist, kann der mobile Roboter die Bearbeitungspose(n) in einer Ausführung nach Verlassen der Plattformpose, insbesondere mehrfach, erneut anfahren, ohne dass die Umgebungsreferenzpose bzw. Transformation erneut bestimmt bzw. hierzu die Roboterreferenz zu der Umgebungsreferenz handgeführt werden müsste, insbesondere wenn bzw. solange die odometrische Erfassung ausreichend präzise ist, insbesondere ihre (numerische) Drift ausreichend klein bleibt.
Entsprechend weist das Verfahren in einer Ausführung die Schritte auf: ein- oder mehrmaliges erneutes Anfahren der Plattformpose und/oder einer oder mehrerer anderer Plattformpose(n) (jeweils) ohne erneutes Handführen der Roboterreferenz zu der Umgebungsreferenz und anschließendes Steuern des Roboterarms in Abhängigkeit von der ermittelten Umgebungsreferenzpose bzw. Transformation und der bzw. den Bearbeitungspose(n), insbesondere (zum) Anfahren der Bearbeitungspose(n) mit dem Roboterarm, insbesondere einem roboter(arm)geführten Endeffektor, insbesondere Werkzeug bzw. -stück.
Eine Pose im Sinne der vorliegenden Erfindung kann in einer Ausführung (jeweils) eine ein-, zwei- oder dreidimensionale, insbesondere kartesische, Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung, insbesondere im Raum, umfassen, insbesondere sein.
So kann insbesondere das Handführen der Roboterreferenz zu der bzw. an die Umgebungsreferenz ein Handführen eines ausgezeichneten Punktes der Roboterreferenz, insbesondere eines Ursprungs eines roboterreferenzfesten Koordinatensystems oder eines Punktes, bezüglich dem dieser Ursprung bzw. dieses Koordinatensystems festgelegt ist, zu einem bzw. an einen, insbesondere in einen, ausgezeichneten Punkt der Umgebungsreferenz, insbesondere einen Ursprung eines umgebungsreferenzfesten Koordinatensystems oder einen Punkt, bezüglich dem dieser Ursprung bzw. dieses Koordinatensystems festgelegt ist, umfassen, wobei in einer Weiterbildung die Roboterreferenz derart zu der Umgebungsreferenz geführt wird, dass zusätzlich die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz auch eine vorgegebene, insbesondere ein-, zwei- oder dreidimensionale, Orientierung relativ zu der Umgebungsreferenz aufweist, insbesondere wenigstens eine, insbesondere alle drei Koordinatenachsen eines bzw. des roboterreferenzfesten Koordinatensystems mit entsprechenden Koordinatenachsen eines bzw. des umgebungsreferenzfesten Koordinatensystems fluchten oder vorgegebene Winkel bilden. In einer anderen Weiterbildung kann die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz bzw. das roboterreferenzfeste Koordinatensystem relativ zu der Umgebungsreferenz bzw. dem umgebungsreferenzfesten Koordinatensystem eine beliebige Orientierung um eine oder mehrere Achsen aufweisen. Eine odometrisch erfasste P(lattformp)ose der Plattform relativ zur Ausgangspose der Plattform kann in einer Ausführung durch eine zweidimensionale, insbesondere horizontale, Position und eine eindimensionale Orientierung, insbesondere um die bzw. relativ zur Vertikalen, bestimmt sein.
Insbesondere, wenn die Roboterreferenz in einer Ausführung visuell eindeutig bzw. dreidimensional orientierbar ist, insbesondere wenigstens drei visuell eindeutig identifzierbare bzw. ausgezeichnete Achsen bzw. Richtungen aufweist, die beispielsweise durch wenigstens zwei nicht kollineare Kanten oder dergleichen definiert sein können, kann sie in einer Ausführung derart zu der Umgebungsreferenz geführt werden, dass die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz eine vorgegebene dreidimensionale bzw. eindeutige Orientierung relativ zu der Umgebungsreferenz aufweist.
Dadurch kann in einer Ausführung die Umgebungsreferenzpose bzw. entsprechende Transformation vorteilhaft bereits mit einem einzigen Anfahren bzw. einer einzigen Armpose eindeutig ermittelt werden („one-point method“).
Insbesondere, wenn die Roboterreferenz in einer anderen Ausführung wenigstens eine Rotationssymmetrieachse aufweist bzw. visuell nicht eindeutig orientierbar ist, da ihre Orientierung relativ zur Rotationssymmetrieachse nicht bzw. nur schwierig und/oder unpräzise erkennbar ist, weist in einer Ausführung das Verfahren die Schritte auf („two-point method“):

- handgeführtes Bewegen der zu der Umgebungsreferenz geführten Roboterreferenz in einer relativ zu der Umgebungsreferenz vorgegebenen Richtung, insbesondere längs einer visuell identifzierbaren bzw. ausgezeichneten Achse bzw. Richtung; und
- Erfassen wenigstens, insbesondere nur, einer weiteren Armpose des Roboterarms relativ zur Plattform für die in der vorgegebenen Richtung bewegte Roboterreferenz,

In einer Weiterbildung bildet die vorgegebene Richtung mit der Rotationssymmetrieachse einen von Null verschiedenen Winkel, der in einer Ausführung wenigstens 15°, insbesondere wenigstens 45°, und/oder höchstens 165°, insbesondere höchstens 135°, beträgt. Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung die Umgebungsreferenz bzw. das umgebungsreferenzfeste Koordinatensystem relativ zu einer Verfahr- bzw. Aufstandsebene der Plattform eine vorgegebene Orientierung auf, in einer Weiterbildung ist die Umgebungsreferenz bzw. eine Koordinatenebene des umgebungsreferenzfesten Koordinatensystems, wenigstens im Wesentlichen, parallel zur Verfahr- bzw. Aufstandsebene der Plattform.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine Rotationssymmetrie der Roboterreferenz vorteilhaft kompensiert werden.
Wie bereits erwähnt, kann eine odometrische Erfassung eine, insbesondere numerische, Drift aufweisen, so dass bei einem erneuten Anfahren der Plattformpose bzw. einem Anfahren einer anderen Plattformpose mittels bzw. auf Basis der odometrischen Erfassung ein (Position(ierung)s- und/oder Orientierungs)Fehler auftreten kann.
Dies kann in einer Ausführung dadurch kompensiert werden, dass ein hier beschriebenes Verfahren zum Ermitteln der Umgebungsreferenzpose der Umgebungsreferenz relativ zu der Ausgangspose bzw. der entsprechenden Transformation, insbesondere zyklisch, wiederholt wird.
Dabei kann, insbesondere aufgrund einer visuell eindeutig orientierbaren Roboterreferenz, die derart zu der Umgebungsreferenz geführt wird, dass die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz eine vorgegebene dreidimensionale Orientierung relativ zu der Umgebungsreferenz aufweist, bereits das Handführen der Roboterreferenz zu der Umgebungsreferenz zur eindeutigen Ermittlung der Umgebungsreferenzpose ausreichen.
Falls jedoch aufgrund einer Rotationssymmetrie der Roboterreferenz wenigstens eine weitere Armpose für ein erstes Ermitteln der Umgebungsreferenzpose erforderlich war, kann dies(e) in einer Ausführung bei einem erneuten Ermitteln der Umgebungsreferenzpose bzw. ihrer entsprechenden Korrektur vorteilhaft entfallen.
Insbesondere hierzu weist das Verfahren in einer Ausführung die Schritte auf:

- Erfassen einer Bezugspose der Plattform relativ zu einer Umgebung der Plattform für die bzw. bei bzw. in der Plattformpose mittels einer Abtastung, insbesondere einer Karte, der Umgebung;
- erneutes Navigieren der Plattform zu der Bezugspose mittels der Abtastung bzw. Karte der Umgebung;
- odometrisches Erfassen einer Plattformvergleichspose der Plattform relativ zu der Ausgangspose für die zu der Bezugspose navigierte Plattform; und
- Korrigieren der Umgebungsreferenzpose in Abhängigkeit von der Plattformpose und der Plattformvergleichspose.

Durch das erneute Navigieren in die Bezugspose mittels der Abtastung bzw. Karte kann diese regelmäßig mit höherer Präzision wieder eingenommen werden. Aufgrund der Drift stimmt die dabei odometrisch erfasste Plattformvergleichspose jedoch nicht mit der beim ersten Anfahren odometrisch erfassten Plattformpose überein. Entsprechend kann in einer Ausführung aus der Differenz zwischen Plattformpose und Plattformvergleichspose, die - im Rahmen der Genauigkeit der Navigation mittels der Abtastung bzw. Karte - die gleiche Pose sein sollte, ein Fehler der odometrischen Erfassung ermittelt und entsprechend kompensiert werden, beispielsweise durch Aufschalten entsprechender Korrekturterme, Offsets und/oder Drehungen.
In einer Weiterbildung weist das Verfahren die Schritte auf:

- erneutes Handführen der Roboterreferenz des nachgiebig geregelten Roboterarms zu der Umgebungsreferenz bei zu der Bezugspose navigierter Plattform bzw. in der Bezugspose;
- Erfassen einer Armvergleichspose des Roboterarms relativ zur Plattform für die erneut zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz; und
- Korrigieren der Umgebungsreferenzpose in Abhängigkeit (auch) von der Armpose und der Armvergleichspose.

Durch das erneute Handführen der Roboterreferenz des nachgiebig geregelten Roboterarms zu der Umgebungsreferenz und das Erfassen einer Armvergleichspose des Roboterarms relativ zur Plattform kann in einer Ausführung eine positionelle bzw. translatorische Abweichung bzw. Drift der odometrischen Erfassung bzw. Ausgangspose vorteilhaft noch präziser ermittelt und kompensiert werden als alleine auf Basis der abtastungs- bzw. kartenbasierten Navigation in die Bezugspose.
Die Erfassung der Bezugspose der Plattform und ihr Navigieren zu jener mittels einer Abtastung bzw. Karte der Umgebung ist nach betriebsinterner Praxis als Alternative zur odometrischen Erfassung bekannt, jedoch insbesondere aufgrund der langsamen Taktrate und der möglichen Sprünge an sich weniger geeignet. Allerdings kann dies in einer Ausführung gleichwohl vorteilhaft zur Kompensation der odometrischen Erfassung, insbesondere deren Drift, genutzt werden. In einer Ausführung werden die vorstehend genannten Schritte daher zyklisch wiederholt.
In einer Ausführung wird die Plattform in Abhängigkeit von einer Reichweite des Roboterarms in die Plattformpose navigiert, insbesondere derart, dass die Roboterreferenz in der Plattformpose zu der Umgebungsreferenz führbar ist. In einer Ausführung wird die Plattform hierbei automatisiert, insbesondere mittels einer bzw. der Abtastung bzw. Karte und/oder odometrischen Erfassung, und/oder durch einen Benutzer navigiert, insbesondere durch Steuern von Antrieben der Plattform und/oder antriebsloses Verfahren der Plattform.
Zusätzlich oder alternativ ruht die Plattform in einer Ausführung in der Plattformpose beim Handführen der Roboterreferenz des nachgiebig geregelten Roboterarms zu der Umgebungsreferenz, in einer Weiterbildung ist bzw. wird sie, insbesondere sicher, stillgesetzt, insbesondere durch Abschalten oder entsprechendes (bremsendes bzw. positionshaltendes) Steuern von Antrieben, Schließen von Bremsen oder dergleichen.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Präzision und/oder Sicherheit des Verfahrens erhöht werden.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere eine (Roboter)Steuerung, zum Betreiben eines mobilen Roboters, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:

- Mittel zum nachgiebigen Regeln des Roboterarms zum Handführen der Roboterreferenz zu der Umgebungsreferenz;
- Mittel zum Erfassen der Armpose des Roboterarms relativ zur Plattform und zum odometrischen Erfassen einer Plattformpose der Plattform relativ zu einer Ausgangspose der Plattform für die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz; und
- Mittel zum Steuern des Roboters in Abhängigkeit von der erfassten Arm- und Plattformpose .

In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:

Mittel zum Ermitteln einer Umgebungsreferenzpose der Umgebungsreferenz relativ zu der Ausgangspose in Abhängigkeit von der erfassten Arm- und Plattformpose, wobei der Roboter in Abhängigkeit von der ermittelten Umgebungsreferenzpose und wenigstens einer relativ zu der Umgebungsreferenz vorgegebenen Bearbeitungspose gesteuert wird bzw. das Mittel zum Steuern des Roboters hierzu eingerichtet ist; und/oder
Mittel zum erneuten Anfahren der Plattformpose und/oder wenigstens einer anderer Plattformpose (jeweils) ohne erneutes Handführen der Roboterreferenz zu der Umgebungsreferenz und anschließendem Steuern des Roboterarms in Abhängigkeit von der ermittelten Umgebungsreferenzpose und der wenigstens einen Bearbeitungspose; und/oder
Mittel zum Führen der Roboterreferenz derart zu der Umgebungsreferenz, dass die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz eine vorgegebene Orientierung relativ zu der Umgebungsreferenz aufweist, und/oder
Mittel zum Erfassen wenigstens einer weiteren Armpose des Roboterarms relativ zur Plattform für die in einer relativ zu der Umgebungsreferenz vorgegebenen Richtung bewegte Roboterreferenz, wobei der Roboter in Abhängigkeit von der erfassten weiteren Armpose gesteuert, insbesondere die Umgebungsreferenzpose in Abhängigkeit von der erfassten weiteren Armpose ermittelt, wird bzw. das Mittel zum Steuern des Roboters bzw. Ermitteln einer Umgebungsreferenzpose hierzu eingerichtet ist; und/oder
Mittel zum Erfassen einer Bezugspose der Plattform relativ zu einer Umgebung der Plattform für die Plattformpose mittels einer Abtastung der Umgebung, insbesondere einer Karte der Umgebung, Mittel zum erneuten Navigieren der Plattform zu der Bezugspose mittels der Abtastung, insbesondere Karte, Mittel zum odometrischen Erfassen einer Plattformvergleichspose der Plattform relativ zu der Ausgangspose für die zu der Bezugspose navigierte Plattform und Mittel zum Korrigieren der Umgebungsreferenzpose in Abhängigkeit von der Plattformpose und der Plattformvergleichspose; und/oder
Mittel zum Erfassen einer Armvergleichspose des Roboterarms relativ zur Plattform für die erneut zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz und Mittel zum Korrigieren der Umgebungsreferenzpose in Abhängigkeit von der Armpose und der Armvergleichspose; und/oder Mittel zum Navigieren der Plattform in Abhängigkeit von einer Reichweite des Roboterarms in die Plattformpose und/oder Stillsetzten der Plattform in der Plattformpose beim Handführen der Roboterreferenz des nachgiebig geregelten Roboterarms zu der Umgebungsreferenz.

Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU 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 CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Roboter betreiben bzw. steuern kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen.
In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

1: eine Anordnung mit einem mobilen Roboter und einem System zum Betreiben des mobilen Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2: ein Verfahren zum Betreiben des mobilen Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
3: die Anordnung der 1 bei einem Schritt des Verfahrens der 2;
4: ein Verfahren zum Betreiben eines mobilen Roboters der Anordnung der 5 nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
5: diese Anordnung bei einem Schritt des Verfahrens der 4.

1 zeigt, wie bereits einleitend teilweise erläutert, in einer vertikalen Draufsicht einen mobilen Roboter mit einer mobilen Plattform 11, an der ein gelenkiger Roboterarm 14 angeordnet ist, von dessen Drehgelenken 15 in 1 zur kompakteren Darstellung nur ein proximales Drehgelenk zur Verdrehung gegenüber der Plattform 11 sowie ein weiteres Drehgelenk angedeutet ist.
Die mobile Plattform 11 weist Räder mit Sensoren 12 zum odometrischen Erfassen von Plattformposen der Plattform 11 relativ zu einer Ausgangspose der Plattform auf, die mit einer Steuerung 18 kommunizieren.
Zudem kommuniziert mit der Steuerung 18 mit einem oder mehreren weiteren Sensoren 13 zum Abtasten einer Umgebung bzw. Erfassen von Posen der Plattform 11 relativ zur Umgebung mittels einer Karte.
Dies ist in 1 durch entsprechende Koordinatensysteme, die jeweils durch ihre x- und y-Achse angedeutet sind, und Transformationen (_{Ausgangs-Koordinatensystem}T^{Ziel-Koordinatensystem}) von einem Ausgangs- in ein Ziel-Koordinatensystem illustriert:
Bei Initialisierung der odometrischen Erfassung wird eine Pose eines plattformfesten Koordinatensystems B, das in 1 durch seine x- und y-Achse x_B, y_B angedeutet ist und auch als „base-link (coordinate) frame“ bezeichnet wird, als Ausgangspose der Plattform festgelegt, in 1 durch ein entsprechendes Koordinatensystem der Ausgangspose bzw. Ausgangs- bzw. Bezugs-Koordinatensystem der odometrischen Erfassung Od durch seine x- und y-Achse x_Od, y_Od angedeutet, das auch als „odom (coordinate) frame“ bezeichnet wird.
Entsprechend bestimmt die odometrisch mittels der Radsensoren 12 erfasste aktuelle Pose der Plattform 11 bzw. des plattformfesten Koordinatensystems B die Transformation _OdT^B bzw. kann diese einer odometrisch erfassten Plattformpose der Plattform 11 relativ zur Ausgangspose der Plattform entsprechen.
Gleichermaßen kann mittels des bzw. der Sensoren 13 eine Bezugspose der Plattform 11 bzw. des plattformfesten Koordinatensystems B relativ zur Umgebung mittels bzw. in einer Karte bzw. einem umgebungsfesten Karten-Koordinatensystem M, angedeutet durch dessen x- und y-Achse x_M, y_M erfasst werden, die entsprechend die Transformation _MT^B vom Karten-Koordinatensystem M in die Bezugspose bestimmt. Das Karten-Koordinatensystem M wird auch als „map (coordinate) frame“ bezeichnet, die Transformation _MT^B kann somit einer mittels einer Abtastung bzw. Karte der Umgebung erfassten Bezugspose der Plattform 11 relativ zur Umgebung der Plattform entsprechen.
Wie bereits einleitend erläutert, können (Soll-)Bearbeitungsposen, insbesondere für robotergeführte Werkzeuge 16 bzw. ein TCP-Koordinatensystem, angedeutet durch dessen x- und y-Achse x_TCP, y_TCP, in einem werkstückfesten Koordinatensystem W, angedeutet durch dessen x- und y-Achse x_w, y_w, vorgegeben werden, beispielsweise auf Basis von CAD-Daten oder dergleichen.
Da die Steuerung 18 des Roboters mittels der odometrischen Erfassung die Transformation _OdT^B und auf Basis der erfassten Gelenkwinkel die Transformation _BT^TCP ermitteln kann, kann sie mit dem Roboter diese vorgegebenen Bearbeitungspose(n) T anfahren, d.h. das Koordinatensystem TCP mit dem (jeweiligen) Koordinatensystem T zur Deckung bringen, sofern die Transformation _OdT^w bzw. die Umgebungsreferenzpose des werkstückfesten Koordinatensystems W bzw. einer Umgebungsreferenz 20, bezüglich der dieses Koordinatensystem festgelegt ist, beispielsweise eines Werkstücks, einer Werkstückaufnahme, insbesondere Werkstückauflage oder dergleichen, relativ zu der Ausgangspose (vgl. Od) bekannt ist: $_{Od} T^{T (CP)} =_{W} T^{T} \cdot_{Od} T^{W} =_{B} T^{TCP} \cdot_{Od} T^{B}$
Insbesondere zum Ermitteln dieser Umgebungsreferenzpose bzw. entsprechenden Transformation _OdT wird in einer Ausführung ein Verfahren durchgeführt, das nachfolgend mit Bezug auf 2, 3 näher erläutert wird:

In einem Schritt S10 wird die Plattform 11 in Abhängigkeit von einer Reichweite des Roboterarms 14 in die Plattformpose der 3 navigiert und in dieser stillgesetzt.

11

_Od

^B

12

Anschließend wird in einem Schritt S20 die Steuerung 18 in einen Gravitationskompensations-Modus umgeschaltet, in der der Roboterarm nachgiebig geregelt wird. In diesem Zustand wird das Werkzeug 16 zu der Umgebungsreferenz 20 handgeführt, so dass das Koordinatensystem TCP mit dem Koordinatensystem W übereinstimmt, d.h. beide Koordinatensysteme denselben Ursprung und ihre Koordinatenachsen dieselben Orientierungen aufweisen, wie dies in 3 dargestellt ist.
Hierzu setzt der Benutzer beispielsweise das Werkzeug 16 in der in 3 angedeuteten Weise mit der (markierten bzw. visuell erkennbaren) Mitte seiner inneren Kante an die Ecke des Werkstücks 20 und richtet diese innere Kante mit der in 3 oberen Kante des Werkstücks 20 aus, wobei das Werkzeug 16 auf der Oberfläche des Werkstücks 20 senkrecht steht. Dies ist nur exemplarisch für eine eindeutige, dreidimensionale Positionierung und Orientierung von Werkzeug bzw. Roboterreferenz 16 an Werkstück bzw. Umgebungsreferenz 20.
In einem Schritt S30 wird nun die sechsdimensionale Armpose von Werkzeug bzw. Roboterreferenz 16 relativ zur Plattform 11 mittels Winkelsensoren in den Gelenken 15 erfasst, die die Transformation _BT^TCP bestimmt.
Hieraus kann in einem Schritt S40 die Umgebungsreferenzpose der Umgebungsreferenz 20 relativ zur Ausgangspose bzw. die entsprechende Transformation _OdT^w bestimmt werden: $_{Od} T^{W=TCP} =_{B} T^{TCP} \cdot_{Od} T^{B}$
Nun kann der Roboter in einem Schritt S50 aus der Plattformpose entfernt werden. Er kann diese in Schritt S50 später mittels odometrischer Erfassung erneut anfahren, um die Bearbeitungspose(n) anzufahren bzw. das Werkstück 20 mit dem Werkzeug 16 zu bearbeiten.
Gleichermaßen kann er in Schritt S50 auch eine andere Plattformpose anfahren, um bzw. und (in dieser) die Bearbeitungspose(n) an(zu)fahren bzw. das Werkstück 20 mit dem Werkzeug 16 (zu) bearbeiten. Wie bereits anfangs erläutert, können für eine solche andere Plattformpose mit einer entsprechenden Transformation _OdT^B* ≠ _OdT^B die durch _wT^T vorgegebenen Bearbeitungspose(n) dadurch angefahren werden, dass entsprechende andere Posen des Roboterarms relativ zur Plattform bzw. entsprechende Transformationen _BT^TCP* ermittelt bzw. realisiert bzw. der Roboterarm entsprechend gesteuert wird, die sich mit der in Schritt S40 bestimmten Umgebungsreferenzpose der Umgebungsreferenz 20 relativ zur Ausgangspose bzw. entsprechenden Transformation _OdT^w gemäß $_{W} T^{T} =_{Od} T^{W} =_{B} T^{TCP} \cdot_{Od} T^{B *}$
ergibt.
Wie vorstehend erläutert, erfordert dieses Verfahren eine eindeutige bzw. dreidimensionale Orientierung von Werkzeug bzw. Roboterreferenz 16 relativ zu Werkstück bzw. Umgebungsreferenz 20, im obigen Ausführungsbeispiel exemplarisch illustriert durch das Senkrechtstehen von Werkzeug 16 auf Werkstück 20 und die miteinander fluchtende innere und obere Kante.
Bei rotationssymmetrischen Werkzeugen ist dies jedoch nicht möglich. Exemplarisch ist hierzu in 5 ein Werkzeug 16' angedeutet, das um eine zur Zeichenebene der 5 senkrechte Mittelachse rotationssymmetrisch ist.
Entsprechend wird hier ein Verfahren nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung angewandt, das mit Bezug auf 4, 5 erläutert wird. Dabei sind einander entsprechende Merkmale durch identische Bezugszeichen identifiziert, so dass auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird.
In Schritt S10 wird die Plattform 11 wiederum in Abhängigkeit von der Reichweite des Roboterarms 14 in die Plattformpose der 5 navigiert und in dieser stillgesetzt. Dabei wird die Plattformpose der Plattform 11 relativ zur Ausgangspose mittels der Radsensoren 12 odometrisch erfasst, die die Transformation _OdT^B bestimmt.
Anschließend wird in Schritt S20 die Steuerung 18 wiederum in den Gravitationskompensations-Modus umgeschaltet, in der der Roboterarm nachgiebig geregelt wird. In diesem Zustand wird das Werkzeug 16 zu der Umgebungsreferenz 20 handgeführt, so dass die Koordinatensysteme TCP, W denselben Ursprung aufweisen.
Hierzu setzt der Benutzer beispielsweise das kegelförmige Werkzeug 16' mit seiner Spitze an die Ecke des Werkstücks 20, wobei die x- und y-Achse x_TCP, y_TCP gegenüber Umgebungsreferenz bzw. Werkstück 20 bzw. dem werkzeugfesten Koordinatensystem W beliebig verdreht sein können, wie in 5 angedeutet. Auch dies ist wieder nur exemplarisch für eine eindeutige dreidimensionale Positionierung und eine beliebige Orientierung von Werkzeug bzw. Roboterreferenz 16 relativ zu Werkstück bzw. Umgebungsreferenz 20.
In Schritt S30 wird wiederum die sechsdimensionale Armpose von Werkzeug bzw. Roboterreferenz 16 relativ zur Plattform 11 mittels Winkelsensoren in den Gelenken 15 erfasst, die die Transformation _BT^TCP bestimmt.
In einem zusätzlichen Schritt S35 wird nun Werkzeug bzw. Roboterreferenz 16' handgeführt in einer relativ zu Werkstück bzw. Umgebungsreferenz 20 vorgegebenen Richtung, im Ausführungsbeispiel längs der in 5 linken Kante von Werkstück bzw. Umgebungsreferenz 20 bzw. der x-Achse x_w des werkzeugfesten Koordinatensystems W in die in 5 gezeigte weitere Armpose verschoben, die die Transformation _BT'^TCP bestimmt.
In einem Schritt S45 können anstelle des Schrittes S40 aus der odometrisch erfassten Plattformpose des Schrittes S10 und den beiden Armposen der Schritte S30, S35 die Umgebungsreferenzpose der Umgebungsreferenz 20 relativ zur Ausgangspose bzw. die entsprechende Transformation _OdT^w ermittelt werden, insbesondere die Orientierung der x-Achse x_w der Umgebungsreferenz 20 relativ zur Ausgangspose (als) parallel zur Differenz der Koordinatenursprünge des Koordinatensystems TCP bzw. der Positionen der Kegelspitze des Werkzeugs 16' in den beiden Armposen, der Koordinatenursprung des werkzeugfesten Koordinatensystems W als Koordinatenursprung des Koordinatensystems TCP bzw. Position der Kegelspitze des Werkzeugs 16 in der Armpose des Schritts S30 (vgl. hierzu auch 3) sowie die Orientierung der y-Achse y_w der Umgebungsreferenz 20 relativ zur Ausgangspose (als) parallel zur y-Achse des Koordinatensystems Od.
Dabei wird somit vorausgesetzt, dass Umgebungsreferenz 20 bzw. Koordinatensystem W parallel zu Ausgangspose bzw. Koordinatensystem Od bzw. die Oberfläche des Werkstücks 20 parallel zur Aufstands- bzw. Verfahrebene der Plattform 11 liegt.
In einer Abwandlung kann stattdessen auch das rotationssymmetrische Werkzeug bzw. die rotationssymmetrische Roboterreferenz 16' mit einer vorgegebenen Orientierung seiner/ihrer Rotationssymmetrieachse auf dem Werkstück bzw. der Umgebungsreferenz 20 aufgesetzt werden, beispielsweise senkrecht zur Oberfläche von Werkstück bzw. Umgebungsreferenz 20. Dann kann die Orientierung der z-Achse der Umgebungsreferenz 20 bzw. des Koordinatensystems W relativ zur Ausgangspose bzw. dem Koordinatensystem Od (als) parallel zur z-Achse des Koordinatensystems TCP bzw. der Rotationssymmetrieachse in der Armpose des Schritts S30 ermittelt werden.
Nun kann der Roboter in Schritt S50 wieder aus der Plattformpose entfernt werden. Er kann in Schritt S50 später diese erneut oder auch eine andere Plattformpose mittels odometrischer Erfassung anfahren, um die Bearbeitungspose anzufahren bzw. das Werkstück 20 mit dem Werkzeug 16 zu bearbeiten.
Insbesondere, wenn der Roboter die Plattformpose erst nach längeren Wegen anfährt, beispielsweise zwischenzeitlich andere Arbeitsstationen bedient hat und/oder die Plattformpose wiederholt anfährt, kann es, insbesondere aufgrund der numerischen Drift der odometrischen Erfassung, zu Fehlern kommen.
Um diese zu kompensieren, kann das vorstehend mit Bezug auf 2, 3 erläuterte Verfahren in zyklischen Abständen durchgeführt und so jeweils die Transformation _OdT^w upgedatet bzw. korrigiert werden.
Alternativ kann in einer Ausführung beim erstmaligen Erfassen der Plattformpose in Schritt S10 zusätzlich eine Bezugspose der Plattform 11 relativ zu einer Umgebung der Plattform mittels des bzw. der Sensoren 13 in einer Karte bzw. dem Koordinatensystem M erfasst werden, die die Transformation _MT^B bestimmt (vgl. 1).
Wird nun in einem Schritt S60 (vgl. 4) die Plattform 11 mittels der Karte bzw. in dem Koordinatensystem M erneut in die Plattformpose navigiert, sollte die dabei odometrisch erfasste Plattformvergleichspose relativ zur Ausgangspose ohne Positions- und Winkelfehler der odometrischen Erfassung mit der in Schritt S10 erfassten Plattformpose übereinstimmen. Entsprechend kann aus der Differenz der in Schritt S10 erfassten Plattformpose und der in Schritt S60 erfassten Plattformvergleichspose in Schritt S60 der Positions- und Winkelfehler der odometrischen Erfassung ermittelt und korrigiert werden, insbesondere durch Aufschalten eines entsprechenden Korrekturoffsets.
Um die Präzision dieser Korrektur noch weiter zu erhöhen, wird in einer Ausführung in Schritt S60 die Plattform 11 in der Bezugspose stillgesetzt, die Steuerung 18 in den Gravitationskompensations-Modus umgeschaltet und das Werkzeug 16 oder 16' zu der Umgebungsreferenz 20 handgeführt, so dass die Koordinatensysteme TCP, W denselben Ursprung aufweisen, wie vorstehend erläutert.
Nun sollte die dabei erfasste Armvergleichspose des Roboterarms relativ zur Plattform ohne Positionsfehler der odometrischen Erfassung mit der in Schritt S30 erfassten Armpose übereinstimmen. Entsprechend kann aus der Differenz der in Schritt S30 erfassten Armpose und der in Schritt S60 erfassten Armvergleichspose der Positionsfehler der odometrischen Erfassung (noch präziser) ermittelt und korrigiert werden.
Wie sich insbesondere aus Vorstehendem ergibt, können in einer Ausführung Koordinatensysteme Referenzen bzw. Posen entsprechen, insbesondere ein roboterarm-, insbesondere endeffektorfestes Koordinatensystem der Roboterreferenzen, ein werkzeug(aufnahme)festes Koordinatensystem der Umgebungsreferenz und/oder ein Ausgangskoordinatensystem der odometrischen Erfassung der Ausgangspose, sowie Posen Transformationen entsprechen, insbesondere die Transformation _OdT^w der Umgebungsreferenzpose, die Transformation _BT^(,)TCP der Arm(vergleichs)pose, die Transformation _ODT^B der odometrisch erfassten Plattform(vergleichs)pose, die Transformation _MT^B der Bezugspose der Plattform 11 und/oder die Transformation _wT^T einer vorgegebenen Bearbeitungspose.
Zudem sei ausdrücklich klargestellt, dass eine hier genannte Transformation von einem ersten Koordinatensystem in ein zweites Koordinatensystem natürlich im Sinne der vorliegenden Erfindung stets gleichermaßen auch durch eine (analoge bzw. Rückwärts)Transformation von dem zweiten Koordinatensystem in das erste Koordinatensystem realisiert sein kann.
Bezugszeichenliste

11: mobile Plattform
12: Rad(sensor)
13: (Abtast)Sensor
14: Roboterarm
15: Gelenk(e)
16: Endeffektor, insbesondere Werkzeug (visuell eindeutig orientierbar)
16': Endeffektor, insbesondere Werkzeug mit Rotationssymmetrieachse
18: Steuerung
20: Werkstück (Umgebungsreferenz)
B: plattformfestes Koordinatensystem
M: Karte(nkoordinatensystem)
Od: Ausgangspose/-koordinatensystem der odometrischen Erfassung
T: (Soll-)Bearbeitungspose
TCP: endeffektor-/werkzeugfestes Koordinatensystem (Roboterreferenz)
W: werkstückfestes Koordinatensystem (Umgebungsreferenz)

Claims

Verfahren zum Betreiben eines mobilen Roboters mit einer mobilen Plattform (11), an der ein gelenkiger Roboterarm (14) angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: - Handführen (S20) einer Roboterreferenz (16; 16'; TCP) des nachgiebig geregelten Roboterarms zu einer Umgebungsreferenz (20; W); - Erfassen (S30) einer Armpose des Roboterarms relativ zur Plattform und odometrisches Erfassen (S10) einer Plattformpose der Plattform relativ zu einer Ausgangspose (Od) der Plattform für die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz; und - Steuern (S50) des Roboters in Abhängigkeit von der erfassten Arm- und Plattformpose; - wobei die Roboterreferenz derart zu der Umgebungsreferenz geführt wird, dass die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz eine vorgegebene Orientierung relativ zu der Umgebungsreferenz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt: - Ermitteln (S40; S45) einer Umgebungsreferenzpose der Umgebungsreferenz relativ zu der Ausgangspose in Abhängigkeit von der erfassten Arm- und Plattformpose, wobei der Roboter in Abhängigkeit von der ermittelten Umgebungsreferenzpose und wenigstens einer relativ zu der Umgebungsreferenz vorgegebenen Bearbeitungspose (T) gesteuert wird (S50).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch die Schritte: - erneutes Anfahren (S50) der Plattformpose und/oder wenigstens einer anderer Plattformpose ohne erneutes Handführen der Roboterreferenz zu der Umgebungsreferenz; und anschließendes - Steuern (S50) des Roboterarms in Abhängigkeit von der ermittelten Umgebungsreferenzpose und der wenigstens einen Bearbeitungspose.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: - handgeführtes Bewegen (S35) der zu der Umgebungsreferenz geführten Roboterreferenz in einer relativ zu der Umgebungsreferenz vorgegebenen Richtung; und - Erfassen (S35) wenigstens einer weiteren Armpose des Roboterarms relativ zur Plattform für die in der vorgegebenen Richtung bewegte Roboterreferenz; wobei der Roboter in Abhängigkeit von der erfassten weiteren Armpose gesteuert (S50), insbesondere die Umgebungsreferenzpose in Abhängigkeit von der erfassten weiteren Armpose ermittelt (S45), wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: - Erfassen (S10) einer Bezugspose der Plattform relativ zu einer Umgebung der Plattform für die Plattformpose mittels einer Abtastung der Umgebung, insbesondere einer Karte (M) der Umgebung; - erneutes Navigieren (S60) der Plattform zu der Bezugspose mittels der Abtastung, insbesondere Karte; - odometrisches Erfassen (S60) einer Plattformvergleichspose der Plattform relativ zu der Ausgangspose für die zu der Bezugspose navigierte Plattform; und - Korrigieren (S60) der Umgebungsreferenzpose in Abhängigkeit von der Plattformpose und der Plattformvergleichspose.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch die Schritte: - erneutes Handführen (S60) der Roboterreferenz des nachgiebig geregelten Roboterarms zu der Umgebungsreferenz bei zu der Bezugspose navigierter Plattform; - Erfassen (S60) einer Armvergleichspose des Roboterarms relativ zur Plattform für die erneut zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz; und - Korrigieren (S60) der Umgebungsreferenzpose in Abhängigkeit von der Armpose und der Armvergleichspose.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Roboterreferenz visuell eindeutig orientierbar (16) ist oder wenigstens eine Rotationssymmetrieachse aufweist (16').
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform in Abhängigkeit von einer Reichweite des Roboterarms in die Plattformpose navigiert wird und/oder in dieser beim Handführen der Roboterreferenz des nachgiebig geregelten Roboterarms zu der Umgebungsreferenz ruht.
System (12, 13, 18) zum Betreiben eines mobilen Roboters, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und aufweist: - Mittel (18) zum nachgiebigen Regeln des Roboterarms (14) zum Handführen der Roboterreferenz (16; 16'; TCP) zu der Umgebungsreferenz (20; W); - Mittel (12) zum Erfassen der Armpose des Roboterarms relativ zur Plattform und zum odometrischen Erfassen einer Plattformpose der Plattform relativ zu einer Ausgangspose der Plattform für die zu der Umgebungsreferenz geführte Roboterreferenz; und - Mittel (18) zum Steuern des Roboters in Abhängigkeit von der erfassten Arm- und Plattformpose.
Anordnung mit einem mobilen Roboter (11, 14-16; 16') und einem System (12, 13, 18) zum Betreiben des mobilen Roboters nach dem vorhergehenden Anspruch.
Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8.