WO2018206387A1

WO2018206387A1 - Roboterjustage

Info

Publication number: WO2018206387A1
Application number: PCT/EP2018/061315
Authority: WO
Inventors: Manfred Hüttenhofer
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2019-11-08
Also published as: CN110891742A; DE102017004433B4; DE102017004433A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Justieren eines Roboters (1) umfasst die Schritte: - Ermitteln (S30) einer Mehrzahl von Gelenkstellungen (q_1i, q_2i, q_3i, q_4i, q_5i, q_6i) beim Abfahren einer vorgegebenen Bahn (g) mit einer roboterfesten Referenz (4) mittels eines Erfassungsmittels (2); und - Ermitteln (S40) eines Offsets des Erfassungsmittels auf Basis der ermittelten Gelenkstellungen.

Description

Beschreibung Roboterjustage

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren, Steuern und/oder Überwachen eines Roboters sowie eine Steuerung und ein

Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens und eine

Roboteranordnung mit der Steuerung.

Insbesondere Inkremental- bzw. Relativgeber eines Roboters zum Erfassen von dessen Gelenkstellungen können justiert werden, indem der Roboter in eine definierte Justagepose gefahren wird, in der diese Erfassungsmittel mit für diese Pose vorgegebenen Werten initialisiert werden.

Entsprechend hängt die Genauigkeit der anschließend ermittelten Gelenkstellungen und damit insbesondere auch die Genauigkeit einer, insbesondere zum Steuern und/oder Überwachen des Roboters, auf Basis dieser Gelenkstellungen ermittelten Position einer roboterfesten Referenz wie des TCPs von dieser Justage,

insbesondere der Genauigkeit ab, mit der die Justagepose angefahren wird.

Aus der DE 10 2007 001 395 A1 ist daher ein Verfahren zum Justieren eines

Roboters bekannt, bei dem dieser zunächst in einer sogenannten Urjustage in eine präzise definierte Justagepose gebracht und in dieser Relativpositionen von

Merkmalen an den Robotergliedern präzise vermessen werden. Zur

Wiederherstellung der Justageposition nach einem Justageverlust wird der Roboter dann solange verfahren, bis diese Relativpositionen wieder erreicht werden.

Aufgrund der notwendigen Präzision erfordert dieses Verfahren einen hohen apparativen Messaufwand.

Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Justage, Steuerung und/oder Überwachung eines Roboters zu verbessern, insbesondere einen apparativen Messaufwand für die Justage zu reduzieren und/oder Geschwindigkeit und/oder Präzision von Justage, Steuerung und/oder Überwachung zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 13 - 15 stellen eine (Roboter)Steuerung bzw. ein

Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens bzw. eine Roboteranordnung mit einer hier beschriebenen Steuerung unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Roboter einer

Roboteranordnung wenigstens oder genau drei, vier, sechs oder sieben, Gelenke bzw (Bewegungs)Achsen, insbesondere rotatorische bzw. Drehgelenke bzw. -achsen und/oder translatorische bzw. Lineargelenke bzw. -achsen, und/oder, insbesondere elektromotorische, Antriebe zum Bewegen bzw. Verstellen der Gelenke bzw. Achsen auf. In einer Ausführung ist der Roboter ein redundanter und/oder Deltaroboter. Bei solchen Robotern kann die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil verwendet werden.

Allgemein transformiert eine sogenannte Vorwärtstransformation T Stellungen

[qi,...qi_<]^T = q der k Gelenke bzw. Achsen des Roboters auf Positionen P einer roboterfesten Referenz, insbesondere eines TCPs, des Roboters bzw. umgekehrt eine Rückwärtstransformation TT Positionen P der roboterfesten Referenz auf q seine Gelenke:

P = T(q) (1)

q = T¹ (P) (1 ')

Eine Position, insbesondere einer roboterfesten Referenz, im Sinne der vorliegenden Erfindung kann in einer Ausführung (nur oder auch) einen ein-, zwei- oder

dreidimensionalen, insbesondere kartesischen, Ort bzw. Abstand und/oder (nur oder auch) eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung (der roboterfesten Referenz) (relativ zu einem Bezugs- bzw. Koordinatensystem) aufweisen, insbesondere sein, beispielsweise also drei Ortskoordinaten (P_x, P_y, P_z) und/oder drei Orientierungswinkel aufweisen, insbesondere hierdurch festgelegt sein. Eine, insbesondere vorgegebene, Bahn einer roboterfesten Referenz umfasst in einer Ausführung eine (Ab) Folge solcher Positionen, sie kann insbesondere hierdurch definiert bzw. gebildet sein. In einer Ausführung kann eine (vorgegebene) Bahn g eine (Ab) Folge kartesischer Orte eines roboterfesten Referenzpunktes und/oder eine (Ab)Folge dreidimensionaler Orientierungen eines roboterfesten Referenzkoordinatensystem, insbesondere bei ortsfestem Koordinatensystemursprung, d.h. eine bloße Umorientierung bei ortsfestem TCP, umfassen, insbesondere sein.

Beim Abfahren einer (vorgegebenen) Bahn g mit der roboterfesten Referenz weisen deren Positionen einen durch die Bahn bestimmten bzw. vorgegebenen

geometrischen Zusammenhang auf:

P = 9(λ) (2) mit dem Bahnparameter, beispielsweise einer, insbesondere verallgemeinerten, Bahnlänge, λ. Dies kann nun ausgenutzt werden, um den Roboter, insbesondere ein

Erfassungsmittel des Roboters zum Ermitteln von Gelenkstellungen, zu justieren, insbesondere einen (konstanten) Offset, insbesondere Offset-Vektor, Q des

Erfassungsmittels zu ermitteln. Denn für jede mittels des Erfassungsmittels ermittelte Gelenkstellung q, beim Abfahren der vorgegebenen Bahn g mit der roboterfesten Referenz gilt:

Pi = 9(k, P) = T(q, + Q) (3) mit den (geometrischen) Parametern p zur (geometrischen) Festlegung der vorgegebenen Bahn.

Ist in einer Ausführung die vorgegebene Bahn eine Gerade im Arbeitsraum des Roboters, die dieser mit einem roboterfesten Punkt abfährt, so ist diese Bahn insbesondere durch drei Koordinaten (P_x, P_y, P_z) eines Bahnpunktes und zwei Polarwinkel (a, ß) festgelegt, die die Richtung v der Bahn im Arbeitsraum vermitteln:

Pi = g( , P) = [Px, Py, Pzf + λ·, · ν(α, ß); p = [P_x, P_y, P_z,a, ß] (4)

Eine vorgegebene Kreisbahn ist beispielsweise durch drei Koordinaten eines Mittelpunktes sowie einen auf Länge 1 normierten Normalenvektor und den Radius oder einen Normalenvektor, der die Länge des Radius besitzt, festgelegt, eine bloße Umorientierung beispielsweise durch entsprechende Euler- oder Kardanwinkel oder dergleichen.

Bei einer ausreichenden Anzahl n von ermittelten Gelenkstellungen qi ergibt sich aus (3) ein (über)bestimmtes Gleichungssystem für die Unbekannten λ\, p und Q. Entsprechend kann auf Basis ermittelter Gelenkstellungen qi der Offset Q des

Erfassungsmittels ermitteln werden, insbesondere mittels eines

Optimierungsverfahrens, das ein Gütekriterium G optimiert, welches insbesondere von Abweichungen zwischen Positionen Pj der roboterfesten Referenz, die auf Basis der ermittelten Gelenkstellungen qi ermittelt werden, und Positionen auf der

vorgegebenen Bahn abhängen, dieses insbesondere minimieren kann, beispielsweise:

G = £[g(/„P)-T(q_{i +} Q)] - [g(4,p)-T(q_{i +}Q)] (5)

i=1

Entsprechend umfasst nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ein

Verfahren zum Justieren des Roboters die Schritte:

- Ermitteln einer Mehrzahl von Gelenkstellungen q, beim Abfahren einer

vorgegebenen Bahn g mit einer roboterfesten Referenz mittels eines zu

justierenden Erfassungsmittels; und

- Ermitteln eines Offsets, insbesondere Offset-Vektors, Q dieses Erfassungsmittels auf Basis der ermittelten Gelenkstellungen.

Hierdurch kann in einer Ausführung die Justage verbessert, insbesondere ein apparativer Messaufwand für die Justage reduziert und/oder deren Geschwindigkeit und/oder Präzision erhöht und damit in einer Weiterbildung eine Steuerung und/oder Überwachung des justierten Roboters verbessert werden.

In einer Ausführung wird die vorgegebene Bahn kraft-, insbesondere nachgiebig(keits) geregelt und/oder handgeführt, insbesondere mit einer vorgegebenen Kontaktkraft und/oder durch manuelles Führen bzw. Aktuieren der roboterfesten Referenz an- und/oder abgefahren. Hierdurch kann in einer Ausführung die Justage weiter verbessert, insbesondere ein Aufwand für die Justage (weiter) reduziert und/oder deren Geschwindigkeit und/oder Präzision (weiter) erhöht und damit in einer Weiterbildung eine Steuerung und/oder Überwachung des justierten Roboters (weiter) verbessert werden. In einer Ausführung wird die vorgegebene Bahn mit konstanter Orientierung der roboterfesten Referenz, insbesondere in einem kartesischen Arbeitsraum des Roboters bzw. bezügliche eines Glieds, insbesondere einer Basis, des Roboters, gegenüber dem die roboterfeste Referenz durch Verstellen der zu justierenden Achsen des Roboters bewegbar ist, abgefahren, beispielsweise durch Aktuierung entsprechender Achsen eines Deltaroboters oder dergleichen. Dadurch fährt in einer Ausführung auch ein (Werkzeug)Flansch des Roboters, an dem die Referenz befestigt sein kann, diese bzw. eine hierzu kongruente und/oder parallel versetzte Bahn ab, so dass vorteilhafterweise eine Position der roboterfesten Referenz relativ zum Flansch unberücksichtigt bleiben kann. In einer Ausführung wird die

vorgegebene Bahn mit variierender Orientierung der roboterfesten Referenz, insbesondere in einem kartesischen Arbeitsraum des Roboters bzw. bezügliche eines Glieds, insbesondere einer Basis, des Roboters, gegenüber dem die roboterfeste Referenz durch Verstellen der zu justierenden Achsen des Roboters bewegbar ist, abgefahren, insbesondere ein ortsfester TCP nur umorientiert, wodurch eine besonders kompakte Bahn realisiert werden kann.

In einer Ausführung wird bzw. ist die Bahn durch eine Führung, insbesondere eine Zwangsführung, für die roboterfeste Referenz, insbesondere form- bzw.

kontaktschlüssig und/oder kraftschlüssig, insbesondere magnetisch, vorgegeben, die in einer Weiterbildung Metall aufweisen, insbesondere hieraus bestehen kann.

Zusätzlich oder alternativ wird bzw. ist die Führung in einer Weiterbildung temporär oder stationär ortsfest zu einem Glied, insbesondere einer Basis, des Roboters angeordnet, gegenüber dem die roboterfeste Referenz durch Verstellen der zu justierenden Achsen des Roboters bewegbar ist bzw. bewegt wird, insbesondere zerstörungsfrei lösbar oder dauerhaft bzw. nicht zerstörungsfrei lösbar relativ zu dem Glied, insbesondere an diesem oder von diesem beabstandet, befestigt bzw. fixiert.

Durch eine, insbesondere form- und/oder kraftschlüssige, insbesondere Kontakt- und/oder magnetische, und/oder wenigstens teilweise metallische, (Zwangs)Führung kann in einer Ausführung die Justage weiter verbessert insbesondere deren

Geschwindigkeit und/oder Präzision (weiter) erhöht werden. Durch eine stationäre Befestigung kann in einer Ausführung die Präzision (weiter) erhöht werden, durch eine temporäre Befestigung eine Einschränkung des Arbeitsraums des Roboters nach der Justage reduziert, insbesondere vermieden werden. Entsprechend wird in einer Ausführung die Führung nach erfolgter Justage wieder entfernt.

In einer Ausführung sperrt die Führung, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere durch Anlage bzw. Kontakt und/oder magnetisch, wenigstens einen und/oder höchstens zwei translatorische bzw. Orts-Freiheitsgrade und/oder keinen rotatorischen bzw. Orientierungsfreiheitsgrad der roboterfesten Referenz ein- oder zweiseitig bzw. legt nur deren kartesischen Ort mit einem

(Bahnparameter)Freiheitsgrad λ fest. Hierdurch kann in einer Ausführung das

Abfahren der Bahn und/oder die Lösung des (über)bestimmten Gleichungssystems bzw. Optimierungsproblems verbessert werden. Gleichermaßen kann in einer

Ausführung die Führung drei translatorische bzw. Orts-Freiheitsgrade ein- oder zweiseitig sperren, so dass der TCP bei ortfester Position nur umorientiert wird bzw. werden kann.

Zusätzlich oder alternativ kann die Bahn in einer Ausführung eine Gerade im

Arbeitsraum des Roboters aufweisen, insbesondere sein. Hierdurch kann in einer Ausführung das Abfahren der Bahn und/oder die Lösung des (über)bestimmten Gleichungssystems bzw. Optimierungsproblems (weiter) verbessert werden.

Zusätzlich oder alternativ wird bzw. ist die Bahn in einer Ausführung durch ein Profil, insbesondere ein, insbesondere rechtwinkliges, Winkelprofil bzw. zwei gegeneinander, insbesondere rechtwinklig, abgekantete Flächen, insbesondere form- bzw.

kontaktschlüssig, vorgegeben. Hierdurch kann in einer Ausführung das Abfahren der Bahn verbessert werden.

In einer Ausführung wird der Roboter zum Justieren, insbesondere für eine initiale bzw. Vor-Justage und/oder zum Abfahren der vorgegebenen Bahn, in einer

Ausführung durch Handverfahren, (jeweils) in eine, insbesondere dieselben oder unterschiedliche, vorgegebene Ausgangspose(n) (vor)positioniert, die in einer

Weiterbildung, insbesondere für die initiale bzw. Vor-Justage, durch eine, insbesondere mehrteilige, roboterfeste Markierung, beispielsweise einander zugeordnete Marken an gegeneinander beweglichen Roboterglieder, vorgegeben sein kann. Hierdurch kann in einer Ausführung die Justage, insbesondere deren

Konvergenz und damit deren Geschwindigkeit und/oder Präzision, verbessert werden. In einer Ausführung wird das Erfassungsmittel auf Basis dieser vorgegebenen

Ausgangspose, insbesondere grob, initial bzw. vorjustiert.

In einer Ausführung wird die Führung erst nach Anfahren der vorgegebenen

Ausgangspose angeordnet bzw. befestigt, was insbesondere das Anfahren der Ausgangspose und so die Geschwindigkeit und/oder Präzision der Justage

verbessern kann.

In einer Ausführung wird bzw. ist die roboterfeste Referenz stationär bzw. dauerhaft bzw. nicht zerstörungsfrei lösbar oder (nur) temporär bzw. zerstörungsfrei lösbar an einem, vorzugsweise End bzw. distalen, Glied des Roboters befestigt. Zusätzlich oder alternativ kann die die roboterfeste Referenz Metall aufweisen, insbesondere hieraus bestehen, und/oder eine vollständig oder teilweise sphärische Außenkontur, insbesondere zum Kontakt mit der (formschlüssigen) Führung, aufweisen.

Durch eine Befestigung an einem distalen Roboterglied, insbesondere

Werkzeugflansch, können in einer Ausführung alle Achsen des Roboters justiert werden, die dieses Glied bewegen. Durch eine stationäre Befestigung kann in einer Ausführung die Präzision (weiter) erhöht werden, durch eine temporäre Befestigung eine Einschränkung des Roboters nach der Justage reduziert, insbesondere vermieden werden. Entsprechend wird in einer Ausführung die Referenz nach erfolgter Justage wieder entfernt. Durch eine wenigstens teilweise metallische und/oder sphärische Referenz kann in einer Ausführung die Justage weiter verbessert insbesondere deren Geschwindigkeit und/oder Präzision (weiter) erhöht werden.

Insbesondere kann eine wenigstens teilweise sphärische (Außen)Kontur der Referenz Orientierungsänderungen um deren Mittelpunkt kompensieren, so dass dieser in einer Ausführung die Position der Referenz bestimmen kann.

In einer Ausführung werden wenigstens zwei, insbesondere basisnächste und/oder rotatorische und/oder translatorische, vorzugsweise alle, Achsen des Roboters, insbesondere zusammen bzw. gemeinsam, insbesondere synchron, justiert. Hierdurch kann in einer Ausführung die Justage weiter verbessert insbesondere deren Geschwindigkeit und/oder Präzision (weiter) erhöht werden. Gleichermaßen können in einer anderen Ausführung auch nur bestimmte Achsen des Roboters und/oder Achsen des Roboters sequentiell justiert werden. In einer Ausführung erfasst das, insbesondere mehrteilige, Erfassungsmittel die Achsbzw. Gelenkstellungen einer oder mehrerer, vorzugsweise aller, Achsen bzw. Gelenke des Roboters, insbesondere inkremental oder absolut, bzw. ist hierzu eingerichtet. In einer Ausführung kann das Erfassungsmittel einen oder mehrere Relativ-,

insbesondere Inkrementalwertgeber, insbesondere zur Erfassung von

Relativstellungen, insbesondere Relativstellungsänderungen, einer oder mehrerer zu justierenden Achsen des Roboters aufweisen, insbesondere hieraus bestehen. Zur Justage solcher Erfassungsmittel kann die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil verwendet werden, ohne hierauf beschränkt zu sein. Entsprechend kann das Erfassungsmittel beispielsweise auch Resolver oder dergleichen aufweisen. Nach Gleichung (3) liefert jede ermittelte Gelenkstellung q_; d Gleichungen, wobei d die Dimension einer durch die Bahn vorgegebenen Position bezeichnet, bei kartesischen Orten also beispielsweise drei Gleichungen (d = 3). Bezeichnet n die Anzahl der ermittelten Gelenkstellungen, D die Dimension bzw. Anzahl der Parameter p zur (geometrischen) Festlegung der vorgegebenen Bahn und k die Anzahl der (zu justierenden) Achsen bzw. Gelenke des Roboters bzw. die Dimension einer ermittelten Gelenkstellung und damit des zu ermittelten Offsets Q, so ergeben für die (D + k + n - 1 ) unbekannten p, Q und λ_\=_2, 3, ,„_n die (d n) Gleichungen ein bestimmtes Gleichungssystem, falls n = (D + k - 1)/(d - 1) (6) bzw. ein überbestimmtes Gleichungssystem, sobald n > (D + k - 1)/(d - 1) (6'), beispielsweise bei einem sechsachsigen Roboter (k = 6), einer Geraden im

Arbeitsraum (D = 5) und kartesischen Orten (d = 3) n = bzw. > 5. Dabei sind vorteilhaft nur noch (n - 1 ) Bahnparameterwerte λ₁₌₂, _3, ..._n unbekannt, wenn man die Parameter p für eine Gelenkstellung λι verwendet, beispielsweise eine der ermittelten Positionen als Geradenpunkt.

Entsprechend ist in einer Ausführung die Anzahl n der ermittelten Gelenkstellungen gleich oder, vorzugsweise, größer als (D + k - 1)/(d - 1 ) mit der minimalen

Parameteranzahl D zur geometrischen Festlegung der vorgegebenen Bahn, der Anzahl k der zu justierenden Gelenke des Roboters und der Dimension d einer durch die Bahn vorgegebenen Position der roboterfesten Referenz, vorzugsweise wenigstens doppelt so groß (n > 2 (D + k- 1)/(d - 1)), bevorzugt wenigstens dreimal so groß (n > 3 (D + k- 1)/(d - 1)). Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer

Ausführung Anzahl n der ermittelten Gelenkstellungen wenigstens 10, insbesondere wenigstens 15, insbesondere wenigstens 30. Hierdurch kann in einer Ausführung die Justage, insbesondere deren Konvergenz und damit deren Geschwindigkeit und/oder Präzision, (weiter) verbessert werden.

In einer Ausführung wird ein Startwert des Optimierungsverfahrens auf Basis der vorgegebenen Ausgangspose ermittelt. Hierdurch kann in einer Ausführung die

Justage, insbesondere deren Konvergenz und damit deren Geschwindigkeit und/oder Präzision, (weiter) verbessert werden.

Ist der Roboter justiert, insbesondere der Offset des Erfassungsmittels in einer hier beschriebener Weise ermittelt, können in einer Ausführung mittels des

Erfassungsmittels auf Basis bzw. unter Berücksichtigung des ermittelten Offsets Solloder Ist-Gelenkstellungen des Roboters und/oder Soll- oder Ist- Positionen der oder einer anderen roboterfesten Referenz ermittelt werden, insbesondere gemäß

Gleichungen (1), (1 ').

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine (Roboter)Steuerung, insbesondere hard- und/oder Software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist entsprechend auf:

Mittel zum Ermitteln einer bzw. der Mehrzahl von Gelenkstellungen beim Abfahren einer bzw. der vorgegebenen Bahn mit einer bzw. der roboterfesten Referenz mittels eines bzw. des Erfassungsmittels; und Mittel zum Ermitteln eines bzw. des Offsets des Erfassungsmittels auf Basis der ermittelten Gelenkstellungen.

In einer Ausführung weist die Steuerung bzw. ihr(e) Mittel auf Mittel zum An- und/oder Abfahren der vorgegebene Bahn kraftgeregelt und/oder handgeführt und/oder mit konstanter oder variierender Orientierung der roboterfesten Referenz.

In einer Ausführung weist die Roboteranordnung eine bzw. die Führung für die roboterfeste Referenz auf, durch die die Bahn vorgegeben wird bzw. ist bzw. die hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird.

In einer Ausführung weist die Steuerung bzw. ihr(e) Mittel auf:

Mittel zum (Vor)Positionieren des Roboters zum Justieren, insbesondere für eine initiale bzw. Vor-Justage und/oder zum Abfahren der vorgegebenen Bahn, in eine, insbesondere durch eine roboterfeste Markierung, vorgegebene Ausgangspose; und/oder

Mittel zum Justieren von wenigstens zwei, insbesondere basisnächsten und/oder rotatorischen und/oder translatorischen, Achsen des Roboters, insbesondere zusammen; und/oder

Mittel zum Optimieren eines Gütekriterium, das vorzugsweise von Abweichungen zwischen Positionen der roboterfesten Referenz, die auf Basis der ermittelten

Gelenkstellungen ermittelt werden, und Positionen auf der vorgegebenen Bahn abhängt, mittels eines Optimierungsverfahrens zum Ermitteln des Offsets; und/oder Mittel zum Ermitteln des Offsets des Erfassungsmittels nach einem hier

beschriebenen Verfahren; und Mittel zum Ermitteln wenigstens einer Soll- oder Ist- Gelenkstellung und/oder -Position einer roboterfesten Referenz auf Basis des ermittelten Offsets. 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 bzw. dessen

Erfassungsmittel justieren und/oder den Roboter steuern und/oder überwachen kann.

In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch die Steuerung bzw. ihr(e) Mittel.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert,:

Fig. 1 : eine Roboteranordnung mit einem Roboter, einer Führung und einer Steuerung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und Fig. 2: ein Verfahren zum Justieren des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Roboteranordnung mit einem sechsachsigen Roboter 1 , einer Führung in Form eines rechtwinkligen Metallprofils 5 und einer Steuerung 3 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, die ein nachfolgend beschriebenes Verfahren zum Justieren des Roboters 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung durchführt.

In einem ersten Schritt S10 wird der Roboter 1 durch Handverfahren relativ grob in eine Ausgangspose q-ι = [q^ , q₂,i , q₃,i , q₄,i , qs.i , qe,i]^T positioniert, die durch miteinander fluchtende Markierungselemente bzw. -merkmale einer roboterfesten Markierung auf zueinander beweglichen Gliedern des Roboters 1 vorgegeben ist, von denen in Fig. 1 exemplarisch zwei einander zugeordnete Markierungselemente 6 angedeutet sind. Auf Basis dieser vorgegeben Ausgangspose qi justiert die Steuerung 3 ein

Erfassungsmittel mit Relativdrehgebern 2 zum Ermitteln der Gelenkstellungen zunächst grob, sie kann diese beispielsweise nullen oder mit für die Ausgangspose vorgegebenen von Null verschiedenen Anfangswerten belegen.

In einem Schritt S20 wird eine Metallkugel 4 als bevorzugte Ausführunqsform einer roboterfesten Referenz an einem distalen Werkzeugflansch 11 des Roboters 1 und das Metallprofil 5 umgebungs- bzw. relativ zur proximalen Basis 12 des Roboters 1 fest fixiert.

In der Ausgangspose qi ist die Metallkugel 4 bzw. ihr Mittelpunkt, der als TCP aktiviert wird, in der kartesischen Position P = [P_{1 iX}, Pi,_y,Pi,_z]^T positioniert, die in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist.

Anschließend wird in einem Schritt S30 bei hierzu nachgiebig geregeltem Roboter 1 die an dessen Werkzeugflansch 11 befestigte Metallkugel 4 an der Führung 5 bzw. dem Metallprofil 5 entlang geführt, so dass ihr Mittelpunkt bzw. der TCP des Roboters eine durch das Metallprofil 5 formschlüssig vorgegebene Gerade g im Arbeitsraum des Roboters abfährt.

Dabei werden in bestimmten, insbesondere äquidistanten, zeitlichen Abständen n Gelenkstellungen q; = [q-ij, q₂,i, q^i, q₄,i, qsj, qe,i]^T ermittelt, von denen in Fig. 1 exemplarisch eine dargestellt ist.

In einem Schritt S40 ermittelt die Steuerung 3 mittels des anhand der durch die Markierung 5 vorgegebenen Ausgangspose grob justierten Erfassungsmittels mit den Relativdrehgebern 2 gemäß Gleichung (1) Schätzwerte für die Positionen P-i,...,P_n.

Dann löst sie das Optimierungsproblem nach Gleichung (5). Dabei verwendet sie als Startwerte der iterativen Optimierung für die Parameter p = [P_x, P_y, Ρ_ζ,α, ß]^T zur Festlegung der vorgegebenen Bahn g als Punkt [P_x, P_y, PJ^T zur Festlegung der Bahn g den Schätzwert für die Position P-ι und für die Richtung v(a, ß) zur Festlegung der Bahn g den Differenzvektor zweier Schätzwerte, beispielsweise ν(α, ß) = P_n - Pi, sowie für die Bahnparameterwerte λ, die Abstände zwischen geschätzten Positionen λι = 0 und = |P, - P_M| für 2 < i < n und für den Offset Q Null bzw. die Anfangsbelegung des Erfassungsmittels mit den Relativdrehgebern 2.

Anschließend speichert sie den derart ermittelten Offset Q ab. Dadurch ist das Erfassungsmittel mit den Relativdrehgebern 2 justiert und der Roboter 1 kann in einem Schritt S60 mittels der von dem Erfassungsmittel mit den Relativdrehgebern 2 auf Basis bzw. unter Berücksichtigung dieses Offsets ermittelten Gelenkstellungen gesteuert und/oder überwacht werden, nachdem in Schritt S50 Metallkugel 4 und Metallprofil 5 entfernt wurde. Sollte die Justage bzw. der Bezug zwischen mechanischer Relativstellung der Gelenke bzw. Glieder des Roboters und den durch das Erfassungsmittel mit den Relativdrehgebern 2 ermittelten Werten verlorengehen, kann der Roboter 1 bzw. sein Erfassungsmittel mit den Relativdrehgebern 2 in situ einfach, rasch und präzise wieder justiert werden, indem das oben beschriebene Verfahren S10 - S50 erneut durchgeführt wird.

Wird die Orientierung der Metallkugel 4 im kartesischen Arbeitsraum des Roboters 1 beim Abfahren der Bahn g nicht verändert, können statt der (Schätzwerte für die) Positionen Pi,... ,P_n des Mittelpunkts der Kugel 4 auch (Schätzwerte für die)

Positionen des Werkzeugflanschs 11 selber verwendet bzw. der TCP in diesen gelegt werden, so dass die Position der Kugel relativ zum Werkzeugflansch unberücksichtigt bleiben kann. Dies kann beispielsweise beim Justieren der proximalen Achsen 1 -3 eines Deltaroboters vorteilhaft genutzt werden.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. So können insbesondere die in Schritt S10 mithilfe der Markierungselemente 6 angefahrene Pose zur Vor- Justage und die Pose, aus der heraus die Gerade g abgefahren wird, unterschiedliche Posen sein. Insbesondere ist es möglich, die Metallkugel 4 erst nach der Grob- bzw. Vor-Justage des Schrittes S10, insbesondere durch Handverfahren, an das Metallprofil 5 heranzuführen und dann mit dessen Abfahren zu beginnen. 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

1 Roboter

2 Relativdrehgeber (Erfassungsmittel)

3 (Roboter)Steuerung

4 Metallkugel (roboterfeste Referenz)

5 Führung

6 Markierung

11 Werkzeugflansch

12 Basis

g vorgegeben Bahn

Gelenkstellung

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Justieren eines Roboters (1), mit den Schritten:

- Ermitteln (S30) einer Mehrzahl von Gelenkstellungen (q^, q₂,i, q₃.i, q4j, qsj. qe. beim Abfahren einer vorgegebenen Bahn (g) mit einer roboterfesten Referenz (4) mittels eines Erfassungsmittels (2); und

- Ermitteln (S40) eines Offsets des Erfassungsmittels auf Basis der ermittelten Gelenkstellungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Bahn (g) kraftgeregelt und/oder handgeführt und/oder mit konstanter oder variierender Orientierung der roboterfesten Referenz (4) an- und/oder abgefahren wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn (g) durch eine Führung (5) für die roboterfeste Referenz (4) vorgegeben ist.

4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (5) Metall aufweist und/oder temporär oder stationär ortsfest zu einem Glied (12) des Roboters angeordnet ist, gegenüber dem die roboterfeste Referenz (4) durch Verstellen der zu justierenden Achsen des Roboters (1) bewegbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn eine Gerade (g) im Arbeitsraum des Roboters aufweist und/oder durch ein Profil (5) vorgegeben ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter zum Justieren, insbesondere Abfahren der vorgegebenen Bahn, in eine, insbesondere durch eine roboterfeste Markierung (6), vorgegebene Ausgangspose positioniert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die roboterfeste Referenz (4) temporär oder stationär an einem Glied (1 1) des Roboters befestigt ist und/oder Metall und/oder eine wenigstens teilweise sphärische Außenkontur aufweist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, insbesondere basisnächste und/oder rotatorische und/oder translatorische, Achsen des Roboters, insbesondere zusammen, justiert werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsmittel wenigstens einen Relativwertgeber (2) zur Erfassung von Relativstellungen einer zu justierenden Achse des Roboters aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ermittelten Gelenkstellungen gleich oder größer als (D + k - 1)/(d - 1 ) mit der minimalen Parameteranzahl D zur geometrischen Festlegung der vorgegebenen Bahn (g), der Anzahl k der zu justierenden Gelenke des Roboters und der Dimension d einer durch die Bahn vorgegebenen Position (P,) der roboterfesten Referenz (4) ist und/oder wenigstens 10 beträgt.

11 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Offsets mittels eines Optimierungsverfahrens ein

Gütekriterium optimiert wird (S40), das vorzugsweise von Abweichungen zwischen Positionen (P,) der roboterfesten Referenz (4), die auf Basis der ermittelten

Gelenkstellungen (q^, q_2,i, qs,i, q4,i, qs,i, qej) ermittelt werden, und Positionen auf der vorgegebenen Bahn (g) abhängt.

12. Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen eines Roboters (1), mit den

Schritten:

- Ermitteln des Offsets (S40) des Erfassungsmittels (2) nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und

- Ermitteln (S60) wenigstens einer Soll- oder Ist-Gelenkstellung und/oder - Position einer roboterfesten Referenz auf Basis des ermittelten Offsets.

13. Steuerung (3) zum Justieren, insbesondere zum Steuern und/oder Überwachen, eines Roboters (1), das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist:

Mittel zum Ermitteln einer Mehrzahl von Gelenkstellungen (q-y, q₂,i, qsj, q₄ , q_5ii, q_6,i) beim Abfahren einer vorgegebenen Bahn (g) mit einer roboterfesten Referenz (4) mittels eines Erfassungsmittels (2); und Mittel zum Ermitteln eines Offsets des Erfassungsmittels auf Basis der ermittelten Gelenkstellungen.

14. Roboteranordnung mit einem Roboter (1 ) und einer Steuerung (3) zum Justieren, insbesondere zum Steuern und/oder Überwachen, des Roboters nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

15. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.