DE102009007181A1 - Method for inputting commands into controller of e.g. multi-axis robot, involves comparing detected force with stored force, and outputting commands associated with stored force to controller if detected force corresponds to stored force - Google Patents
Method for inputting commands into controller of e.g. multi-axis robot, involves comparing detected force with stored force, and outputting commands associated with stored force to controller if detected force corresponds to stored force Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abfahren einer vorgegebenen Bahn durch einen Endeffektor eines Manipulators, insbesondere eines Roboters, eine Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie einen Manipulator, insbesondere einen Roboter, mit einer solchen Steuervorrichtung.The The present invention relates to a method for tracing a predetermined path through an end effector of a manipulator, in particular one Robot, a control device for carrying out such a method and a manipulator, in particular a robot, with such Control device.
Eine typische Aufgabe eines Manipulators besteht darin, mit seinem Endeffektor eine vorgegebene Bahn abzufahren. Dabei kann die Bahn beispielsweise durch direktes Programmieren („direct teaching”), i. e. das manuelle Führen des Endeffektors in gewünschte Lagen in einem Lernmodus, oder durch indirektes Programmieren („off-line programming”), i. e. die Erstellung von Soll-Verläufen der Gelenkwinkel entsprechend der inversen Kinematik der gewünschten Endeffektorlagen vorgegeben worden sein.A typical task of a manipulator is with its end effector to depart a predetermined path. It can, for example, the train through direct programming, i. e. manual guiding the end effector in desired Laying in a learning mode, or through indirect programming ("off-line programming "), i. e. the creation of desired gradients of joint angles accordingly the inverse kinematics of the desired End effector layers have been specified.
Die Lage umfasst dabei eine Position und/oder Orientierung des Endeffektors, die beispielsweise durch einem Vektor x ∈ Rn der Dimension n beschrieben werden kann. Die Bahn des Endeffektors kann dann beispielsweise über einen Bahnparameter s parametrisiert werden (x = x(s)), den der Manipulator im normalen Betrieb entsprechend eines Zeitprofils ds/dt(t) abarbeitet, so dass der Endeffektor die Bahn mit einem entsprechenden Bahngeschwindigkeit dx/dt abfährt.The position includes a position and / or orientation of the end effector, which can be described for example by a vector x ∈ R n of dimension n. The path of the end effector can then be parameterized, for example, via a path parameter s (x = x (s)) which the manipulator executes in normal operation according to a time profile ds / dt (t), so that the end effector processes the path with a corresponding path velocity dx / dt leaves.
Da Manipulatoren, insbesondere Industrie- und Leichtbauroboter wie die Roboter der Baureihen LBR I-IV des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), in normalen Betrieb sehr schnell verfahren können und dies eine direkte Untersuchung einer Bahn oder einen rechtzeitigen manuellen Notstop bei fehlerhaften Bahnen erschwert, ist es betriebsintern bereits bekannt, die Bahngeschwindigkeit während des Abfahrens der Bahn durch einen Bediener manuell zu ändern, beispielsweise zu verringern, um bestimmte Bahnabschnitte zu untersuchen oder die Interaktion mit anderen Manipulatoren zu prüfen. Auf der anderen Seite können durch gezielte Vergrößerung der Bahngeschwindigkeit über den Normalbetrieb hinaus vorteilhafterweise sukzessive die dynamischen Grenzen des Manipulators ausgetestet werden.There Manipulators, in particular industrial and lightweight robots such as the robots of the LBR I-IV series of the German Aerospace Center Aerospace (DLR), very fast in normal operation can and this is a direct examination of a train or a timely one Manual emergency stop is difficult for faulty railways, it is internal to the company already known, the web speed during the departure of the train manually by an operator to change For example, to reduce to investigate certain sections of track or to check the interaction with other manipulators. On the other side can through targeted enlargement of the Web speed over the Normal operation also advantageously successively the dynamic Limits of the manipulator are tested.
Bisher wird diese Änderung der Bahngeschwindigkeit während des Betriebs („override”) manuell durch ein Bedienelement an einem Kontrollboard in die Steuerung des Manipulators eingegeben. Dies ist jedoch umständlich, insbesondere, wenn ein Bediener beispielsweise einen Fügeprozess eines Roboters aus der Nähe untersuchen und hierzu die Bahngeschwindigkeit entsprechend herabsetzen will. Denn in diesem Fall muss er mit einer Hand das Bedienelement betätigen.So far will this change the web speed during operation ("override") manually by a control on a control board in the controller entered by the manipulator. However, this is awkward in particular, if an operator, for example, a joining process Close up of a robot investigate and reduce the web speed accordingly want. Because in this case he has to control the operating element with one hand actuate.
Zusätzlich oder alternativ zur Bahngeschwindigkeit kann es wünschenswert sein, auch andere Prozessgrößen des Manipulators und/oder des von ihm durchgeführten Prozesses zu verändern. So sollen beispielsweise beim direkten Programmieren eines Füge- oder Schweißprozesses eine Andruckkraft des Manipulators bzw. ein Schweißstrom an einem Arbeitspunkt durch den Bediener einstellbar sein.Additionally or As an alternative to web speed, it may be desirable to include other process variables of the Manipulator and / or the process carried out by him to change. So for example, when directly programming a joint or welding process a pressure force of the manipulator or a welding current be adjustable by the operator an operating point.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine komfortablere Änderung wenigstens einer Prozessgröße zu ermöglichen.task Therefore, the present invention is a more comfortable change to allow at least one process variable.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Anspruch 13 stellt eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, Anspruch 15 einen Manipulator mit einer solchen Steuervorrichtung unter Schutz.These The object is achieved by a method according to claim 1. claim 13 shows an apparatus for carrying out a method according to the invention, Claim 15, a manipulator with such a control device under protection.
Ein Manipulator weist bezüglich einer vorgegebenen Bahn seines Endeffektors einen Lösungsraum auf, der alle Manipulatorstellungen umfasst, die derselben Endeffektorlage zugeordnet sind. Kann der Manipulator eine Endeffektorlage nicht darstellen, entartet der Lösungsraum zur leeren Menge. Ist beispielsweise eine dreidimensionale Position und Orientierung des Endeffektors im Raum, die durch je drei Koordinaten, etwa kartesische oder Polarkoordinaten bzw. Euler- oder Kardanwinkel beschrieben werden kann, durch einen sechsachsigen Manipulator eineindeutig realisierbar, enthält der Lösungsraum entsprechend nur eine Stellung.One Manipulator points a predetermined path of its end effector a solution space which encompasses all manipulator positions, the same end effector position assigned. The manipulator can not have an end effector posture represent, the solution space degenerates to the empty amount. For example, is a three-dimensional position and orientation of the end effector in the space, each by three coordinates, about Cartesian or polar coordinates or Euler or gimbal angle can be described by a six-axis manipulator one-to-one feasible, contains the solution space accordingly only one position.
Übersteigt die Anzahl f der Freiheitsgrade eines Manipulators jedoch die Dimension n der vorgegebenen Lage des Endeffektors um wenigstens 1 (f > n), ist dieser Manipulator bezüglich dieser vorgegebenen Bahn, gegebenenfalls mehrfach, redundant, i. e. sein Lösungsraum umfasst wenigstens zwei derselben Endeffektorlage zugeordneten Manipulatorstellungen. Ein solcher um mehrfache Stellungen erweiterte Lösungsraum wird im Folgenden als „Nullraum” bezeichnet. Dies kann zum einen daraus resultieren, dass der Manipulator sieben oder mehr Freiheitsgrade aufweist wie der vorstehend erwähnte Leichtbauroboter LBR III oder IV des DLR. Zum anderen kann die Dimension n der vorgegebenen Lage des Endeffektors auch kleiner als sechs sein, falls es beispielsweise auf die Orientierung des Endeffektors bezüglich einer Raumachse nicht ankommt, etwa beim Bohren in Richtung der letzten Drehachse eines sechsarmigen Industrieroboters. In diesem Fall ist der Manipulator bezüglich der Bahn, i. e. aufgabenredundant und enthält unendlich viele, derselben Endeffektorlage x ∈ R5 zugeordnete Manipulatorstellungen.However, if the number f of the degrees of freedom of a manipulator exceeds the dimension n of the predetermined position of the end effector by at least 1 (f> n), this manipulator is redundant with respect to this predetermined path, possibly multiple times, ie its solution space comprises at least two manipulator positions assigned to the same end effector position. Such a solution space extended by multiple positions is referred to below as "zero space". On the one hand, this can result from the fact that the manipulator has seven or more degrees of freedom, such as the above-mentioned lightweight robot LBR III or IV of the DLR. On the other hand, the dimension n of the predetermined position of the end effector may also be less than six, if, for example, the orientation of the end effector with respect to a spatial axis does not matter, for example when drilling in the direction of the last axis of rotation of a six-armed industrial robot. In this case, the manipulator is task redundant with respect to the path and contains infinitely many manipulator positions assigned to the same end effector position x ∈ R 5 .
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht nun darin, eine solche Redundanz eines Manipulators auszunutzen, um eine oder mehrere Prozessgrößen des Manipulators zu ändern bzw. vorzugeben.The basis of the present invention ing idea is to exploit such a redundancy of a manipulator to change or specify one or more process variables of the manipulator.
Dabei kann es sich um Prozessgrößen handeln, die einen von dem Manipulator durchgeführten Prozess (mit) bestimmen. Beispielsweise stellen der Schweißstrom einer vom Manipulator während eines Schweißprozesses geführten Schweißzange und deren Bahngeschwindigkeit den Schweißprozess (mit) bestimmende Prozessgrößen dar. Bei einem Fügeprozess stellt beispielsweise die Andruckkraft, mit der der Manipulator ein Werkstück fügt, eine den Fügeprozess (mit) bestimmende Prozessgröße dar. Bei einem Lackierprozess stellen wiederum die Bahngeschwindigkeit des Endeffektors des Manipulators sowie der Farbausstoß den Lackierprozess (mit) bestimmende Prozessgrößen dar. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der Bahngeschwindigkeit als Beispiel für eine zu ändernde Prozessgröße näher erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt – vielmehr können beliebige Prozessgrößen geändert werden. Der Begriff „Prozessgröße” im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst daher jede, insbesondere physikalische, Größe, die von einem Benutzer in Zusammenhang mit einem Manipulator einstell- bzw. veränderbar ist, beispielsweise die Helligkeit einer Lichtquelle, die vom Manipulator getragen wird und/oder dessen Arbeitsbereich beleuchtet, eine Temperatur einer Arbeitszelle des Manipulators, eine optische und/oder akustische Anzeige oder dergleichen.there can they be process variables determine a process performed by the manipulator. For example, the welding current is one from the manipulator while a welding process out welding gun and whose web speed determines (with) the welding process Process variables. In a joining process For example, represents the pressure force with which the manipulator a workpiece adds, one the joining process (with) determining process variable. In a painting process in turn set the web speed the end effector of the manipulator and the color output the painting process (with) determining process variables. In the following, the present invention is based on the web speed as an example for one to be changed Process variable explained in more detail. The however, the present invention is not limited thereto, but rather can be any Process variables are changed. The term "process variable" in the sense The present invention therefore includes any, especially physical, Size that by a user in connection with a manipulator. or changeable is, for example, the brightness of a light source, that of the manipulator is worn and / or illuminates the work area, a temperature a working cell of the manipulator, an optical and / or acoustic Display or the like.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der Endeffektor durch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung in an sich bekannter Weise stets in der vorgegebenen Lage entsprechend der vorgegebenen Bahn bewegt. Hierzu kann die Steuervorrichtung beispielsweise eine entsprechende Lageregelung für den Endeffektor aufweisen. Vorliegend umfasst der Begriff „Steuerung” daher auch eine Regelung, i. e. eine Ausgabe von Steuergrößen unter Berücksichtigung von Soll- und Ist-Größen und einer Regeldifferenz zwischen diesen.In a preferred embodiment According to the present invention, the end effector is constituted by a control device according to the invention in a conventional manner always in the predetermined position accordingly the predetermined path moves. For this purpose, the control device for example, have a corresponding position control for the end effector. In the present case, the term "control" therefore also includes a regulation i. e. an output of control variables below consideration of nominal and actual sizes and a control difference between these.
Auch bei Änderung der Manipulatorstellung im Nullraum durch einen Bediener kann dabei weiterhin die vorgegebene Bahn nachgefahren werden. Hierzu sind verschiedene Ausführungen von Admittanz-Regelungen und Impedanz-Regelungen bekannt, die eine Bewegung des Manipulators durch den Bediener ermöglichen. Soll beispielsweise ein sechsarmiger Industrieroboter mit seinem Endeffektor eine Bahn nachfahren, bei der die Orientierung des Endeffektors bezüglich der letzten Drehachse des Roboters nicht vorgegeben ist, kann eine Positionsregelung für diese Drehachse durch entsprechende Wahl des Proportionalitätsfaktors eines reinen Proportionalreglers so weich geschaltet werden, dass ein Bediener den Endeffektor manuell um diese Achse drehen kann. Fährt der vorstehend genannte siebenachsige LBR III eine Bahn nach, kann ein Benutzer bei entsprechender Admittanz-Regelung beispielsweise den Ellbogen manuell aus seiner Position drücken, wobei die Admittanz-Regelung den Endeffektor weiterhin in einer durch drei Positions- und drei Winkelkoordinaten eindeutig vorgegebenen Lage entlang der vorgegebenen Bahn führt. Eine solche Bewegung des Manipulators durch den Bediener führt somit stets zu einer Ablage des Manipulators in seinem Nullraum, i. e. einer Differenz zwischen zwei Manipulatorstellungen des Nullraumes.Also at change the manipulator position in zero space by an operator can thereby continue to follow the predetermined path. These are different versions known from admittance regulations and impedance regulations, the one Allow movement of the manipulator by the operator. For example a six-armed industrial robot with its end effector a train nachfahren, in which the orientation of the end effector with respect last rotation axis of the robot is not specified, a position control for this Rotary axis by appropriate choice of the proportionality factor a pure proportional controller are switched so soft that an operator can manually rotate the end effector around this axis. Does that drive The aforementioned seven-axis LBR III trajectory may include Users with appropriate admittance control, for example the Manually push elbows out of its position, taking the admittance control the end effector continues in one by three position and three Angular coordinates uniquely predetermined position along the given Train leads. Such a movement of the manipulator by the operator thus leads always to a filing of the manipulator in its zero space, i. e. a difference between two manipulator positions of the null space.
Erfindungsgemäß wird nun beim Abfahren einer vorgegebenen Bahn durch einen Endeffektor eines Manipulators, der bezüglich der vorgegebenen Bahn einen Nullraum mit wenigstens zwei derselben Endeffektorlage zugeordneten Manipulatorstellungen aufweist, i. e. bezüglich der vorgegebenen Bahn redundant ist, eine Ablage des Manipulators in dem Nullraum erfasst und wenigstens eine Prozessgröße, beispielsweise die Bahngeschwindigkeit des Endeffektors entsprechend der erfassten Ablage geändert.According to the invention will now when traveling a predetermined path through an end effector of a Manipulator referring to the predetermined path a null space with at least two of the same Endeffektorlage having associated manipulator positions, i. e. regarding the predetermined path is redundant, a filing of the manipulator in the zero space detected and at least one process variable, for example the web speed of the end effector corresponding to the detected Filing changed.
Hierdurch kann also, ohne die Lage des Endeffektors bezüglich der abzufahrenden Bahn zu verändern, die Prozessgröße auf einfache und direkte Weise verändert werden, indem die Ablage des Manipulators im Nullraum als Maß einer gewünschten Prozessgrößenänderung genutzt wird. Der Bediener kann den Manipulator direkt anfassen und muss zur Prozessgrößenänderung kein Bedienelement eines Kontrollboardes oder dergleichen betätigen.hereby can therefore, without the position of the end effector with respect to the trajectory to change, the process size to simple and changed direct way be by the storage of the manipulator in the zero space as a measure of desired process variable change is being used. The operator can touch the manipulator directly and has to process variable change do not operate an operating element of a control board or the like.
Eine solche Befehlseingabe kann vorteilhafterweise intuitiv bedient werden. Beispielsweise kann das Bewegen des Manipulators in Richtung der Bahn die Geschwindigkeit erhöhen, entgegen der Bahnrichtung reduzieren oder sogar ihr Vorzeichen ändern, so dass der Endeffektor auf der vorgegebenen Bahn rückwärts fährt. Gleichermaßen kann beispielsweise das Drücken des Ellbogens des LBR III oder das Drehen einer Endflansches eines Industrieroboters in seinem letzten Drehgelenk in eine Richtung eine Geschwindigkeits- oder Andruckkraftzunahme, ein Ziehen bzw. Drehen in die entgegengesetzte Richtung eine Abnahme der Bahngeschwindigkeit bzw. der Andruckkraft bewirken.A such command input can advantageously be operated intuitively. For example, moving the manipulator in the direction of Train to increase speed reduce or even change their sign, so that the end effector moves backwards on the given path. Likewise for example, pressing of the elbow of the LBR III or turning an end flange of a Industrial robot in its last swivel in one direction one Speed or Pressure increase, pulling in the opposite direction cause a decrease in the web speed or the pressing force.
Die Änderung der Bahngeschwindigkeit dx/dt kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Beispielsweise kann zur Geschwindigkeitserhöhung ein vorgegebenen Geschwindigkeitstrapezprofil ds/dt(s) in Richtung der Zeitachse proportional verkürzt, zur Geschwindigkeitsverringerung gestreckt werden. Gleichermaßen kann einer einfachen Proportional-Differential-Regelung die nächste anzufahrende Lage der vorgegebenen Bahn früher bzw. später als Sollwert zugeführt werden, um die Geschwindigkeit zu erhöhen bzw. zu reduzieren.The change of the web speed dx / dt can be realized in different ways. For example, in order to increase the speed, a predefined speed trapezoidal profile ds / dt (s) can be proportionately shortened in the direction of the time axis and stretched for speed reduction. Similarly, a simple proportional-derivative control, the next to be approached position of the given path early or spä ter be supplied as a setpoint to increase or reduce the speed.
Bevorzugt ist zu jeder Endeffektorlage der vorgegebenen Bahn eine der Manipulatorstellungen des Nullraumes als Soll-Manipulatorstellung vorgegeben. Hierzu kann beispielsweise bei der Bahnplanung eine der Manipulatorstellungen des Nullraumes entsprechend geeigneter Kriterien ausgewählt werden, etwa die Manipulatorstellung, deren Anfahren einen minimalen Zeit- oder Energieaufwand erfordert, oder deren Unterschied zu einer vorausgegangenen Stellung am geringsten ist. Das letztgenannte Kriterium kann beispielsweise ein unerwünschtes Umspringen zwischen verschiedenen Roboterstellungen beim Anfahren der nächsten Lage vermeiden. Bei der direkten Programmierung durch manuelles Führen des Manipulators („direct teaching”) ergibt sich die Sollstellung von selbst aus der jeweiligen Stellung, in die der Bediener den Manipulator beim Teachen bringt.Prefers For each Endeffektorlage the predetermined path is one of the manipulator positions of the Nullraumes as a target manipulator position specified. For this purpose, for example, in the railway planning a the manipulator positions of the null space correspondingly suitable Criteria selected be, such as the manipulator position whose start a minimal Time or energy required, or their difference to one previous position is the lowest. The latter criterion may, for example, an undesired jump between different robot positions when approaching the next position avoid. In direct programming by manually guiding the Manipulator ("direct teaching ") if the nominal position results automatically from the respective position, in which the operator brings the manipulator while teaching.
Als Ablage kann dann die Differenz dieser Soll- zu der tatsächlichen Manipulatorstellung erfasst werden. Wird der Manipulator durch den Bediener aus seiner Sollstellung bewegt, führt dies entsprechend zu einer dauernden Ablage, solange der Manipulator nicht wieder in der Sollstellung ist. Ist beispielsweise eine bestimmte, konstante Winkelstellung des Endeffektors eines sechsachsigen Roboters bezüglich seiner letzten Drehachse als Sollstellung vorgegeben, so führt eine bleibende Verdrehung des Endeffektors in dieser Drehachse durch den Bediener zu einer konstanten Ablage und einer entsprechenden Änderung der Prozessgröße, beispielsweise der Bahngeschwindigkeit.When Filing can then be the difference between this setpoint and the actual one Manipulator position are detected. If the manipulator by the Operator moved from its nominal position, this leads to a corresponding permanent storage, as long as the manipulator is not back in the desired position is. For example, is a certain, constant angular position of the end effector of a six-axis robot with respect to it given last axis of rotation as a target position, so leads a permanent twisting of the end effector in this axis of rotation the operator to a constant filing and a corresponding change the process size, for example the web speed.
Die Prozessgröße kann in einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung der erfassten Ablage entsprechen, beispielsweise proportional zu dieser sein. Hierzu kann einer bestimmten Größe der Ablage, beispielsweise dem Betrag eines Differenzvektors der Gelenkwinkel des Manipulators eine entsprechend Prozessgröße zugeordnet werden. Im vorstehend genannten Beispiel kann etwa die Bahngeschwindigkeit durch die Winkelstellung des Endeffektors vorgegeben werden, i. e. jedem Winkel entspricht eine bestimmte Geschwindigkeit dx/dt.The Process size can in a first embodiment correspond to the present invention, the detected storage, for example be proportional to this. For this purpose, a specific size of the tray, for example, the amount of a difference vector of the joint angle be assigned to the manipulator a corresponding process size. Im above example mentioned may be about the web speed through the angular position of the end effector, i. e. corresponds to every angle a certain speed dx / dt.
In einer zweiten Ausführung kann einer bestimmten Größe der Ablage stattdessen auch eine Änderung der Prozessgröße zugeordnet werden, so dass der Manipulator beispielsweise seine Geschwindigkeit erhöht, solange ein Bediener eine Ablage erzeugt. Auch hier kann die Änderung proportional zur Ablage erfolgen, i. e. größere Ablagen die Prozessgröße stärker ändern. Eine Rückkehr zur ursprünglichen Prozessgröße erfordert in diesem Fall im Gegensatz zur ersten Ausführung nicht nur eine Rücknahme der Ablage, sondern zusätzlich eine anschließende Ablage in der entgegengesetzten Richtung.In a second embodiment can be a specific size of the tray instead, a change as well assigned to the process variable so that the manipulator, for example, his speed elevated, as long as an operator creates a tray. Again, the change proportional to the filing, i. e. larger shelves change the process size more. A return to the original Process size required in this case, unlike the first embodiment, not just a return the filing, but in addition a subsequent one Storage in the opposite direction.
Da die Ablage, insbesondere von einer dem Bediener unbekannten Sollstellung, von diesem nur schwer intuitiv erkannt wird, wird vorteilhafterweise eine Regelung zur Verringerung der Ablage durchgeführt. Lässt der Bediener den Manipulator los, kehrt dieser infolge der Regelung dann selbstständig in seine Sollstellung im Nullraum zurück. Dies ist zum einen vorteilhaft, wenn die Sollstellungen beispielsweise zur Kollisionsvermeidung des redundanten Manipulators vorgegeben werden. Zum anderen vereinfacht es die vorstehend beschriebene zweite Ausführung, da der Manipulator in seine Sollstellung im Nullraum zurückkehrt, wenn der Bediener keine Kraft mehr auf ihn ausübt, so dass die Prozessgröße solange geändert wird, solange der Bediener den Manipulator aktiv im Nullraum aus seiner Sollstellung bewegt, und der Manipulator anschließend mit der geänderten Prozessgröße weiterfährt.There the storage, in particular of a nominal position unknown to the operator, is recognized by this difficult intuitive, is advantageously a Control to reduce the filing performed. The operator leaves the manipulator go, this returns then as a result of the scheme independently in his Reference position in zero space back. This is on the one hand advantageous if the debit positions, for example specified for collision avoidance of the redundant manipulator become. On the other hand, it simplifies the second one described above Execution, because the manipulator returns to its nominal position in null space, if the operator no longer exerts any force on him, so that the process size as long changed is active as long as the operator from the manipulator in the null space moves its nominal position, and then the manipulator with the changed one Process size continues.
Alternativ kann auch eine Regelung durchgeführt werden, die eine vom Benutzer geänderte Stellung im Nullraum als neuen Sollwert zugrundelegt. Dies ist insbesondere in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen ersten Ausführung vorteilhaft, bei der der Bediener durch Auswahl einer der möglichen Manipulatorstellungen im Nullraum eine Prozessgröße vorgeben kann. Hierzu können beispielsweise anhand eines mathematischen Ersatzmodells des Manipulators und der neuen, vom Bediener vorgegebenen Manipulatorstellung Motormomente berechnet und als Sollwerte einer Kraftregelung zugeführt werden, die Gewichts-, Reibungs- und/oder dynamische Kräfte im Wesentlichen kompensieren und den Manipulator so in der neuen vorgegebenen Stellung halten.alternative can also be a regulation being a user-changed position is based in zero space as a new setpoint. This is special advantageous in connection with the first embodiment described above, in which the operator by selecting one of the possible manipulator positions specify a process variable in zero space can. You can do this for example, based on a mathematical replacement model of the manipulator and the new, given by the operator manipulator position motor moments calculated and supplied as nominal values of a force control, substantially compensate for weight, friction and / or dynamic forces and hold the manipulator in the new predetermined position.
Bevorzugt wird die Prozessgröße, beispielsweise die Bahngeschwindigkeit entsprechend einer Größe und/oder Richtung der erfassten Ablage geändert. Eine Änderung entsprechend der betragsmäßigen Größe, beispielsweise des Betrags eines Differenzvektors in den Gelenkwinkeln, ermöglicht das Abfahren der Bahn mit verschiedenen Geschwindigkeiten, die vom Bediener intuitiv durch größere oder kleinere Ablagen vorgebbar sind. Eine Änderung entsprechend der Richtung ermöglicht insbesondere ein Abfahren der vorgegebenen Bahn in umgekehrter Richtung.Prefers becomes the process size, for example the web speed according to a size and / or direction of the detected Filing changed. A change according to the magnitude, for example the amount of a difference vector in the joint angles, allows the shutdown the web at different speeds, intuitive by the operator by larger or smaller Trays can be specified. A change according to the direction allows in particular a departure of the predetermined path in the reverse direction.
Der Manipulator kann die vorgegebene Bahn lagegeregelt abfahren. Hierzu können beispielsweise die Sollstellungen im Nullraum vorgegeben sein und durch Proportional-Differential-Integral-(PID)-Regler nacheinander angefahren werden.Of the Manipulator can leave the predetermined path position-controlled. For this can For example, the desired positions in the zero space to be specified and by Proportional differential integral (PID) controller successively be approached.
Gleichermaßen kann der Manipulator auch kraftgeregelt werden. Hierzu können beispielsweise anhand eines mathematischen Ersatzmodells des Manipulators die zum Abfahren der vorgegebenen Bahnen erforderlichen Drehmomente in den Motoren des Manipulators errechnet und als Sollwerte Kraftreglern der Motoren zugeführt werden.Likewise, the manipulator can also be force-controlled. For example, this can be done calculated on the basis of a mathematical replacement model of the manipulator for driving the predetermined paths required torques in the motors of the manipulator and fed as set values force regulators of the motors.
Sowohl bei lage- als auch kraftgeregelten Manipulatoren ist es vorteilhaft, diese nachgiebig zu regeln, so dass ein Bediener manuell die Stellung des Manipulators im Nullraum ändern kann. Dies kann beispielsweise bei herkömmlichen Industrierobotern mit PID-Einzelgelenkregelung durch Reduzierung des Proportionalanteils und Deaktivieren des Integralreglers realisiert werden. Bei kraftgeregelten Manipulatoren können Kraftreglern der Motoren Sollwerte vorgegeben werden, die im Wesentlichen nur die Trägheits-, Reibungs- und Gewichtskräfte des Manipulators kompensieren.Either with position-controlled and force-controlled manipulators, it is advantageous to regulate this yielding, so that an operator can manually adjust the position of the Change Manipulator in Null Space can. This can, for example, in conventional industrial robots with PID single-joint control by reducing the proportional component and deactivating the integral controller can be realized. For force-controlled manipulators can Force regulators of the engine setpoints are given, which are essentially only the inertia, Friction and weight forces of the manipulator.
Die Ablage kann anhand von Bewegungen und/oder Kräften in Gelenken des Manipulators erfasst werden. In der Regel verfügen die Bewegungsachsen eines Manipulators über eine Positionserfassung, beispielsweise über Drehgeber oder dergleichen. Anhand der Änderung in den einzelnen Gelenken kann dann eine Ablage des Manipulators im Nullraum erfasst werden. Gleichermaßen können auch, sofern entsprechende Kraftsensoren vorhanden sind, Kräfte gemessen werden, die ein Bediener auf den Manipulator ausübt, um ihn in seinem Nullraum zu bewegen. Vorliegend werden dabei gegensinnige Kräftepaare, i. e. Drehmomente verallgemeinernd ebenfalls als Kräfte bezeichnet.The Storage can be based on movements and / or forces in joints of the manipulator be recorded. As a rule, the axes of motion have a Manipulator over a position detection, for example via encoders or the like. Based on the change in the individual joints can then be a filing of the manipulator be detected in the null space. Likewise, provided appropriate force sensors are present, forces an operator applies the manipulator to him to move in its null space. In the present case opposing pairs of forces, i. e. Generalizing torques also referred to as forces.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein Führungsgriff vorgesehen, der fest oder lösbar an dem Manipulator befestigt ist. An diesem Führungsgriff kann ein Bediener gezielt eine Ablage des Manipulators in seinem Nullraum hervorrufen, indem er den Manipulator mittels des Führungsgriffes bewegt. Durch einen solchen Führungsgriff wird eine Angriffsmöglichkeit geschaffen, die dem Bediener intuitiv klarmacht, wo und in welche Richtung er den Manipulator bewegen muss, um eine Ablage zu erzeugen. Bevorzugt können in dem Führungsgriff Bedienelemente vorgesehen sein, beispielsweise ein Sicherheitselement, dass aktiv bedient werden muss, um ein Verfahren des Manipulators, eine Bewegung des Manipulators im Nullraum durch den Bediener, oder eine manuelle Änderung der Prozessgröße zu ermöglichen.In a preferred embodiment The present invention provides a guide handle which fixed or detachable attached to the manipulator. At this guide handle can be an operator specifically cause a storage of the manipulator in its zero space, by moving the manipulator by means of the guide handle. By such a leadership becomes an attack option created, which intuitively clarifies the operator, where and in which direction he has to move the manipulator to create a tray. Prefers can in the guide handle Be provided controls, such as a security element, that actively must be operated to a procedure of the manipulator, a movement of the manipulator in neutral space by the operator, or a manual change of To allow process size.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further Objects, features and advantages emerge from the dependent claims and the following embodiments. This shows, partially schematized:
Der
Endeffektor des Roboters
Der
sechsachsige Roboter
Zwei
dieser Manipulatorstellungen, die alle derselben Endeffektorlage
zugeordnet sind, sind in
Als
Soll-Stellung qsoll im Nullraum ist die in
Der
Roboter fährt
die vorgegebene Bahn x(s) mit seinem Endeffektor TOP in Betrieb
standardmäßig mit
einer konstanten Geschwindigkeit dx/dt = v ab. Hierzu werden Proportional-Integral-Reglern (nicht
dargestellt) für
die ersten fünf
Bewegungsachsen alle 10 ms neue Sollwerte q1soll, ... q5soll zugeführt, so
dass der Roboter
Der sechsten Achse ist ein reiner Proportionalregler (nicht dargestellt) aufgeschaltet, dessen Proportionalitätskonstante so gering gewählt ist, dass ein Bediener den Endeffektor TOP manuell um die sechste Bewegungsachse verdrehen kann.Of the sixth axis is a pure proportional controller (not shown) switched, whose proportionality constant is chosen so low that an operator manually the end effector TOP around the sixth axis of movement can twist.
In
einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt) des Roboters
Lässt der Bediener den Endeffektor TOP los, dreht der Proportionalregler für die sechste Achse den Endeffektor wieder in die Solllage q6soll = 0, die Steuervorrichtung ändert die Bahngeschwindigkeit entsprechend wieder auf v, da der Faktor K auf 1 zurückgeht.Leaves the Operator loses the end effector TOP, the proportional controller rotates for the sixth Axis the end effector back to the desired position q6soll = 0, the control device changes the Path speed accordingly back to v, since the factor K on 1 goes back.
In der weiteren Ausführung soll der Endeffektor TOP wiederum die Bahn x(s) abfahren, wobei diesmal jedoch auch seine Orientierung um die gestrichelt eingezeichnete Bahn vorgegeben ist, um beispielsweise eine Schleifscheibe (nicht dargestellt) an einer Oberfläche entlang zu führen. Die Lage x ∈ R6 des Endeffektors TOP wird daher beispielsweise durch die Position des Endeffektors im Raum und dessen Orientierung, definiert durch drei Euler-Winkel, beschrieben.In the further embodiment, the end effector TOP is again intended to travel the web x (s), this time, however, also being given its orientation around the dashed web in order, for example, to guide a grinding wheel (not shown) along a surface. The position x ∈ R 6 of the end effector TOP is therefore described, for example, by the position of the end effector in space and its orientation, defined by three Euler angles.
Da
der Roboter
Der
Roboter
Bewegt
der Bediener nun den Ellbogen in Richtung der vorgegebenen Bahn,
i. e. nach rechts in
Durch die vorliegende Erfindung wird es daher ermöglicht, die Geschwindigkeit, mit der ein bezüglich einer vorgegebenen Bahn redundanter Roboter diese abfährt, einfach und direkt und damit entsprechend komfortabel zu ändern.By the present invention thus enables the speed, with the one regarding a predefined course of redundant robots this leaves, simply and to change it directly and thus comfortably.
Als
Ablage ist in diesem Ausführungsbeispiel der
Winkel a zwischen der Vertikalen und dem Lot vom Ellbogen des LBRs
auf die Verbindungslinie zwischen Schulter- und Handwurzelgelenk
gewählt,
der in der ersten Manipulatorstellung in
Der
Bediener kann den LBR nun in einer Nachgiebigkeitsregelung am Ellbogen
anfassen und ihn längs
einer in
In
einer Steuervorrichtung
- 11
- Roboterrobot
- 22
- Steuervorrichtungcontrol device
- LBRLBR
- Leichtbauroboterlightweight robot
- q1, q2, ... q7q1, q2, ... q7
- Gelenkwinkeljoint angle
- TCPTCP
- Tool Center Pointtool Center Point
- x(s)x (s)
- Sollbahnset path
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