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Title:
ARRANGEMENT FOR AN ARTICULATED ARM ROBOT AND METHOD FOR DETERMINING THE POSITIONING OF A MOUNT FOR AN END EFFECTOR OF AN ARTICULATED ARM ROBOT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/011381
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an arrangement for an articulated arm robot having an articulated arm (1) and having a measurement arm (2). The articulated arm (1) comprises: joints (4.1-4.6), each of which has a joint axis; actuators, each actuator being associated with one of the joints (4.1-4.6); link elements (5.1-5.6), which connect the joints (4.1-4.6) in a serial articulated arm arrangement; and a mount (12) for an end effector, which mount is arranged at an end of the articulated arm (1) and is designed to hold an end effector. The measurement arm (2) comprises: measurement arm joints (6.1-6.6), each of which has a measurement arm joint axis, which extends coaxially to the joint axis of an associated joint (4.1-4.6) of the articulated arm (1); rotary encoders, each encoder being associated with one of the measurement arm joints (6.1-6.6); and measurement arm link elements (7.1-7.6), which connect the measurement arm joints (6.1-6.6) in a serial measurement arm arrangement. The articulated arm (1) and the measurement arm (2) form a parallel kinematic system, in which the end (11) of the articulated arm (1) is connected to an end of the measurement arm (2) and an opposite end of the articulated arm is connected to an opposite end of the measurement arm. Also provided are a control device (8), which is designed to control the actuators of the joints (4.1-4.6) in order to move the articulated arm (1), and a measurement device (9), which is designed to determine, on the basis of measurement signals of the rotary encoders of the measurement arm joints (6.1-6.6), the position and/or orientation of the end of the measurement arm (2) and thus the position and/or orientation of the end (11) of the articulated arm having the mount (12) for the end effector. The invention further relates to a method for determining the positioning of a mount (12) for an end effector of an articulated arm robot.

Inventors:
GRÄDENER, Alina (Savignyplatz 5, Berlin, 10623, DE)
ROKEACH, Leo (Bernadottestraße 10a, Berlin, 14193, DE)
Application Number:
DE2018/100635
Publication Date:
January 17, 2019
Filing Date:
July 11, 2018
Export Citation:
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Assignee:
GRÄDENER, Alina (Savignyplatz 5, Berlin, 10623, DE)
ROKEACH, Leo (Bernadottestraße 10a, Berlin, 14193, DE)
International Classes:
B25J13/08; B25J9/16; B25J18/00
Foreign References:
EP2732934A22014-05-21
BE1000768A41989-03-28
US4606696A1986-08-19
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
BOEHMERT & BOEHMERT ANWALTSPARTNERSCHAFT MBB (Bittner, Thomas L, Hollerallee 32 Bremen, 28209, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Anordnung für einen Knickarmroboter, mit

- einem Gelenkarm, mit

-· Gelenken, die jeweils eine Gelenkachse aufweisen;

- Aktuatoren, die jeweils einem der Gelenke zugeordnet sind;

~ Gliederelementen, die die Gelenke in einer seriellen Gelenkarmanordnung verbinden; und

- einer Aufnahme für einen Endeffektor, die an einem Ende des Gelenkarms ange- ordnet und eingerichtet ist, einen Endeffektor aufzunehmen;

- einem Messarm, mit

- Messarmgelenken, die jeweils eine Messarmgelenkachse aufweisen, die sich koaxial zur Gelenkachse eines zugeordneten Gelenks des Geienkarms erstreckt;

* Drehgebern, die jeweils einem der Messarmgelenke zugeordnet sind; und

- Messarmgliederelementen, die die Messarmgelenke in einer seriellen Messarmanordnung verbinden;

wobei Gelenkarm und Messarm eine parallele Kinematik bilden, bei der das Ende des Gelenkarms mit einem Ende des Messarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Gelenkarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Messarms verbunden sind; ~ einer Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, die Aktuatoren der Gelenke zum Bewegen des Gelenkarms zu steuern; und

• einer Messeinrichtung, die eingerichtet ist, unter Einbeziehung von Messsignalen der Drehgeber der Messarmgelenke eine Position und / oder Orientierung des Endes des Messarms und so eine Position und / oder Orientierung des Endes des Gelenkarms mit der Aufnahme des Endeffektors zu bestimmen.

2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Aktuatoren der Gelenke jeweils frei von einem Drehgeber gebildet sind. 3. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Aktuatoren der Gelenke jeweils einen Drehgeber aufweisen.

Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass alle nicht endseitigen Messarmglieder des Messarms frei von einer Verbindung mit nicht endseitigen Gliederelemente des Gelenkarms gebildet sind. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem oder mehreren der nicht endseitigen Messarmglieder des Messarms und der nicht endseitigen Gliederelemente des Gelenkarms eine Verbindungseinrichtung zugeordnet ist, die eingerichtet ist, für die nicht endseitigen Messarmglieder sowie die nicht endseitigen Gliederelemente paarweise eine lösbare Verbindung auszubilden.

Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung mittels zugeordneter Steuersignale und / oder manuell aktivierbar und deaktivierbar ist, so dass die Verbindung auf die Aktivierung / Deaktivierung ausgebildet oder gelöst wird.

Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gliederelemente des Gelenkarms ein Elementgehäuse aufweisen und der Messarm zumindest abschnittsweise in einem oder mehreren der Elementgehäuse angeordnet ist.

Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarm und der Messarm jeweils mindestens fünf Drehachsen aufweisen, die mit den Gelenken und den Messarmgelenken bereitgestellt sind.

Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messarmgliederelemente als Stäbe aus einem faserverstärkten Materia! bestehen.

0. Verfahren zum Bestimmen einer Positionierung einer Aufnahme für einen Endeffektor eines Knickarmroboters mit

- einem Gelenkarm, mit

Gelenken, die jeweils eine Gelenkachse aufweisen;

- Aktuatoren, die jeweils einem der Gelenke zugeordnet sind;

* Gliederelementen, die die Gelenke in einer seriellen Gelenkarmanordnung verbinden; und

- einer Aufnahme für einen Endeffektor, die an einem Ende des Gelenkarms angeordnet und eingerichtet ist, einen Endeffektor aufzunehmen; und

- einem Messarm, mit - Messarmgelenken, die jeweils eine Messarmgelenkachse aufweisen, die sich koaxial zur Gelenkachse eines zugeordneten Gelenks des Gelenkarms erstreckt;

- Drehgebern, die jeweils einem der Messarmgelenke zugeordnet sind; und

- Messarmgliederelementen, die die Messarmgelenke in einer seriellen Messarmanordnung verbinden;

wobei das Verfahren die folgende Schritte aufweist:

~ Ausbilden einer parallelen Kinematik für Gelenkarm und Messarm, bei der ein Ende des Messarms mit dem Ende des Gelenkarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Messarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Gelenkarms verbunden wird;

- Bewegen des Gelenkarms mittels Steuern der Aktuatoren der Gelenke mit einer Steuereinrichtung, wobei der Messarm hierbei parallel mitbewegt wird; und

- Erfassen von Messsignalen für die Drehgeber der Messarmgelenke mittels einer Messeinrichtung; und

- Bestimmen einer Position und / oder Orientierung des Endes des Messarms und so einer Position und / oder Orientierung des Endes des Gelenkarms mit der Aufnahme des Endeffektors unter Einbeziehung der Messsignale mittels der Messeinrichtung.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die bestimmte Position des Endes des Gelenkarms mit der Aufnahme des Endeffektors mit einer Sollposition verglichen wird und der Gelenkarm ergänzend bewegt wird, wenn die bestimmte Position von der Sollposition abweicht. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Verbindungseinrichtung für ein oder mehrere nicht endseitige Messarmglieder des Messarms sowie nicht endseitige Gliederelemente des Gelenkarms aktiviert wird, wenn für den Gelenkarm und / oder den Messarm eine singulare Armsteilung bestimmt wird, die durch vorgegebene Stellungen für ein oder mehrere der Gelenke / Messarmgelenke be- stimmt ist, wobei beim Aktivieren der Verbindungseinrichtung eine oder mehrere lösbare

Verbindungen zwischen den nicht endseltigen Messarmgliedern und den nicht endseiti- gen Gliederelementen paarweise ausgebildet werden.

Description:
Anordnung für einen Knickarmroboter und Verfahren zum Bestimmen einer Positionierung einer Aufnahme für einen Endeffektor eines Knickarmroboters

Die Erfindung betrifft Anordnung für einen Knickarmroboter sowie ein Verfahren zum Be- stimmen einer Positionierung einer Aufnahme für einen Endeffektor eines Knickarmroboters.

Hintergrund

Knickarmroboter, die auch als Gelenkarmroboter bezeichnet werden, sind dreidimensional bewegliche Industrieroboter, deren Kinematik aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Armgliedern aufgebaut ist, um einen Endeffektor wie Greifer oder Werkzeug zu führen. Knickarmroboter ermöglichen eine hohe Beweglichkeit. Vertikale-Knickarmroboter basieren auf einer seriellen Kinematik, bei der jedes Armglied (Güederelement) nur mit einem weiteren Armglied verbunden ist. Parallelkinematik-Knickarmroboter haben eine Kinematik aus meh- reren parallel angeordneten Achsen, die gelenkig mit einer Greiferplattform verbunden sind.

Industrielle Knickarmroboter bestehen regelmäßig aus Gelenken mit Aktuatoren, üblicherweise Servomotoren, und Armgliedern, die diese verbinden. Die Anzahl der Gelenke wird als die Anzahl der möglichen Freiheitsgrade (Englisch "Degrees of Freedom 11 = DOF) oder An- zahl der Achsen genannt. Üblicherweise haben Knickarmroboter sechs oder fünf Achsen. Aufgrund des seriellen Aufbaus können Knickarmroboter flexibel eingesetzt werden. Allerdings müssen sie im Vergleich zu Parallelkinematiken sehr steif ausgelegt werden. Hinzu kommt, dass der erste Aktuator alle darauf folgenden Aktuatoren tragen muss, der zweite die ihn folgende tragen muss usw. Dies bedingt eine Konstruktion mit hoher Masse, um eine ausreichende Steifigkeit zu ermöglichen. Die Positionsgenauigkeit und die Lagegenauigkeit des Endeffektors - wird über die Positionsgeber der Aktuatoren bestimmt. Das bedeutet, dass die Verformung in den Armgliedern und Gelenken von der Regelung der Aktuatoren nicht berücksichtigt werden kann. Insbesondere haben thermische und mechanische Lasten einen bedeutenden Einfluss auf die Positionsgenauigkeit.

Zusammenfassung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung für einen Knickarmroboter sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Positionierung einer Aufnahme für einen Endeffektor eines Knickarm- roboters anzugeben mit denen eine verbesserte Positionierung der Aufnahme für den Endeffektor sowie des Endeffektors ermöglicht ist. Zur Lösung sind eine Anordnung für einen Knickarmroboter sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Positionierung oder einer Lage einer Aufnahme für einen Endeffektor eines Knickarmroboters nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 9 geschaffen. Alternative Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.

Nach einem Aspekt ist eine Anordnung für einen Knickarmroboter geschaffen. Die Anord ¬ nung weist einen Gelenkarm auf. Der Gelenkarm ist gebildet mit Gelenken, die jeweils eine Gelenkachse aufweisen, Aktuatoren, die jeweils einem der Gelenke zugeordnet sind, Gliederelementen, die die Gelenke in einer seriellen Gelenkarmanordnung verbinden, und einer Aufnahme für einen Endeffektor, die an einem Ende des Gelenkarms angeordnet und eingerichtet ist, einen Endeffektor aufzunehmen. Die Anordnung weist zusätzlich einen Messarm auf. Der Messarm ist gebildet mit Messarmgelenken, die jeweils eine Messarmgelenkachse aufweisen, die sich koaxial zur Gelenkachse eines zugeordneten Gelenks des Gelenkarms erstreckt, Drehgebern, die jeweils einem der Messarmgelenke zugeordnet sind, und Mess- armgliederelementen, die die Messarmgelenke in einer seriellen Messarmanordnung verbinden. Der Gelenkarm und der Messarm bilden eine Parallelarmstruktur, bei der ein Ende des Messarms mit dem Ende des Gelenkarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Messarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Gelenkarms verbunden ist. Die Anordnung weist eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist, die Aktuatoren der Gelenke zum Bewe- gen des Gelenkarms zu steuern. Weiterhin weist die Anordnung eine Messeinrichtung auf, die eingerichtet ist, unter Einbeziehung von Messsignalen der Drehgeber der Messarmegelenke eine Position und / oder Orientierung des Endes des Messarms und so eine Position und / oder Orientierung des Endes des Gelenkarms mit der Aufnahme des Endeffektors zu bestimmen.

Nach einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Positionierung einer Aufnahme für einen Endeffektor eines Knickarmroboters geschaffen. Der Knickarmroboter weist einen Gelenkarm auf. Der Gefenkarm ist gebildet mit Gelenken, die jeweils eine Gelenkachse aufweisen, Aktuatoren, die jeweils einem der Gelenke zugeordnet sind, Glie- derelementen, die die Gelenke in einer seriellen Gelenkarmanordnung verbinden, und eine Aufnahme für einen Endeffektor, die an einem Ende des Gelenkarms angeordnet und eingerichtet ist, einen Endeffektor aufzunehmen. Der Knickarmroboter weist einen Messarm auf. Der Messarm ist gebildet mit Messarmgelenken, die jeweils eine Messarmgelenkachse aufweisen, die sich koaxial zur Gelenkachse eines zugeordneten Gelenks des Gelenkarms er- streckt, Drehgebern, die jeweils einem der Messgelenke zugeordnet sind, und Messarmglie- derelementen, die die Messarmgelenke in einer seriellen Messarmanordnung verbinden. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Ausbilden einer parallelen Kinematik für Gelenkarm und Messarm, bei der ein Ende des Messarms mit dem Ende des Gelenkarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Messarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Gelenkarms verbunden wird, Bewegen des Gelenkarms mittels Steuern der Aktuatoren der Gelenke mit einer Steuereinrichtung, wobei der Messarm hierbei parallel mitbewegt wird, Erfassen von Messsignalen für die Drehgeber der Messarmgelenke mittels einer Messeinrichtung, und Bestimmen einer Position und / oder Orientierung des Endes des Messarms und so einer Position und / oder Orientierung des Endes des Gelenkarms mit der Aufnahme des Endeffektors unter Einbeziehung der Messsignale mittels der Messeinrichtung.

Es ist eine parallele Ausbildung von Gelenkarm und Messarm vorgesehen. Wird der Gelenkarm mittels Ansteuern der Aktuatoren der Gelenke bewegt, so führt der Messarm gezwungen die gleiche Bewegung aus. Die Position und / oder Orientierung des Endes des Messarms kann anhand der von den Drehgebern in den Messarmgelenken erhaltenen Messsignalen bestimmt werden. Hieraus kann sodann die Position und / oder Orientierung des Endes des Gelenkarms mit der Aufnahme des Endeffektors bestimmt werden. Ist an der Aufnahme am Ende des Gelenkarms ein Endeffektor montiert, ist so die Bestimmung der Position und / oder Orientierung des Endeffektors ermöglicht.

Bei der vorgeschlagenen Technologie kann der Gelenkarm ausgebildet und hinsichtlich seiner Konstruktion optimiert werden, ohne dass hierbei auf ein Messsytem zur Positions- und / oder Orientierungsbestimmung Rücksicht genommen werden muss. Die Positions- und / oder Orientierungsbestimmung erfolgt mithilfe des Messarms und der zugeordneten Mess- einrichtung, welche die Messsignale der Drehgeber in den Messarmgelenken auswertet. Es bestehen so keine Einschränkungen oder Hindernisse, die sich aus der Berücksichtigung eines Messsystems zur Positionsbestimmung an dem Gelenkarm üblicherweise ergeben.

Werden Position und Orientierung bestimmt, wird dies auch als Bestimmung der Pose be- zeichnet.

Mit der Anordnung kann ein Vertikal-Knickarmroboter ausgebildet werden. Alternativ kann die Anordnung mit der Parallelarmstruktur mit Gelenkarm und Messarm auch für einen Nicht- Vertikal-Knickarmroboter verwendet werden, zum Beispiel einem Knickarmroboter, der an einer aufrecht stehenden Wand montiert ist. Die Aktuatoren der Gelenke können jeweils frei von einem Drehgeber gebildet sein. Da die zur Positionsbestimmung genutzten Messsignale von den Drehgebern in den Messarmgelenken bereitgestellt sind, kann auf Drehgeber in den Gelenken des Gelenkarms verzichtet werden. Die Gelenke des Gelenkarms können so vereinfacht ausgebildet werden. Insbesondere kann eine Gewichtsreduzierung erreicht werden. Auch können die Gelenke in technischer Hinsicht weniger komplex ausgebildet werden.

Alternativ können die Aktuatoren der Gelenke jeweils einen Drehgeber aufweisen. Zum Bei- spiel können die Aktuatoren mit einem Servomotor gebildet sein. Die Drehgeber in den Gelenken des Gelenkarms stellen zusätzliche Messsignale bereit, wodurch wahlweise die Positionsbestimmung optimiert werden kann. Die Drehgeber in den Gelenken des Gelenkarms können an die Messeinrichtung koppeln, sodass die Messeinrichtung Messsignale der Drehgeber der Gelenke empfängt. In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Messsignale der Drehgeber in den Gelenken des Gelenkarms ausgewertet werden, um, unter Berücksichtigung einer Steifigkeit des Gelenkarms, eine an den Aktuatoren jeweils auftretende Last und / oder eine an der Aufnahme / am Endeffektor auftretende Last zu bestimmen. Beispielweise können Steifigkeiten des Gelenkarms mittels Drehsteifigkeiten in den Gelenken idealisiert werden. Unter Verwendung eines geeigneten Prinzips, zum Beispiel dem Prinzip der virtuellen Kräfte, kann dann ein Verformungsverhalten an dem Endeffektor bestimmt werden. Hierbei dient ein Verformungswinkel in den Gelenken als Eingabegrößen. Der Verformungswinkel ist der Differenzwinkel zwischen den Winkeln von dem Drehgeber des Messarmgelenks und dem Drehgeber des zugeordneten Gelenks des Gelenkarms. Alle nicht endseitigen Messarmglieder des Messarms können frei von einer Verbindung mit nicht endseitigen Gliederelementen des Gelenkarms gebildet sein. Während die endseitigen Messarmglieder des Messarms sowie die endseitigen Gliederelemente (Armglieder) des Gelenkarms miteinander verbunden sind, besteht eine solche Verbindung zwischen den nicht endseitigen Messarmgliedern und den nicht endseitigen Gliederelementen nicht.

Einem oder mehreren der nicht endseitigen Messarmglieder des Messarms und der nicht endseitigen Gliederelemente des Gelenkarms kann eine Verbindungseinrichtung zugeordnet sein, die eingerichtet ist, für die nicht endseitigen Messarmglieder sowie die nicht endseitigen Gliederelemente paarweise eine lösbare Verbindung auszubilden. Mithilfe der Verbindungs- einrichtung können einander zugeordnete Messarmglieder des Messarms und Gliederele- mente des Gelenkarms, die in der jeweiligen seriellen Anordnung nicht endseitig angeordnet sind, beim Betrieb der Anordnung für den Knickarmroboter zeitweise miteinander verbunden werden. Dieses bedeutet, dass die lösbare Verbindung in einem Bewegungsabschnitt bestehen kann, wohingegen in einem hierauf folgenden Bewegungsabschnitt die Verbindung wie- der gelöst ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Messarm auch in singu- lären Stellungen der Gelenke des Gelenkarms der Bewegung des Gelenkarms folgt, auch wenn aufgrund einer solchen singulären Stellung eine gewisse Wahrscheinlichkeit besteht, dass dies nicht der Fall sein könnte. Mithilfe der Verbindungseinrichtung wird diese Wahrscheinlichkeit für ein Nichtfolgen überwunden. Es ist sichergestellt, dass der Messarm in jeder Stellung der Gelenke der Bewegung des Gelenkarms folgt. Die Verbindungseinrichtung kann beispielsweise eingerichtet sein, die lösbare Verbindung als eine Klemmverbindung auszubilden.

Die lösbare Verbindung kann mittels zugeordneter Steuersignale und / oder manuell aktivier- bar und deaktivierbar sein, so dass die Verbindung auf die Aktivierung / Deaktivierung ausgebildet oder gelöst wird. Im Fall der manuellen Aktivierung wird die lösbare Verbindung manuell hergestellt, um diese später wieder zu lösen, beispielsweise dann, wenn für eine folgende Bewegung der Anordnung für den Knickarmroboter keine Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass der Messarm bei dieser Bewegung der Bewegung des Gelenkarms nicht fol- gen würde. Die zugeordneten Steuersignale zum Aktivieren und zum Deaktivieren können zum Beispiel in Abhängigkeit von Winkelstellungen eines oder mehrerer der Messarmgelenke erzeugt werden. Hierbei kann die jeweilige Winkelstellung eines oder mehrerer der Messarmgelenke herangezogen werden, um die lösbare Verbindung zu aktivieren oder zu deaktivieren, also zu schließen oder zu öffnen. Alternativ oder ergänzend können Messsignale für Gelenkstellungen der Gelenke des Geienkarms zum Bestimmen einer Stellung herangezogen werden, die die Aktivierung der lösbaren Verbindung auslöst.

Die Gliederelemente des Gelenkarms können ein Elementgehäuse aufweisen, und der Messarm kann zumindest abschnittsweise in einem oder mehreren der Elementgehäuse angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform verlaufen beispielsweise Messarmgliederele- mente des Messarms im Elementgehäuse.

Der Geienkarm und der Messarm können jeweils mindestens fünf Drehachsen aufweisen, die mit den Gelenken und den Messarmgelenken bereitgestellt sind. In einer Ausführungs- form weisen der Gelenkarm und der Messarm sechs oder mehr Gelenke mit zugeordneten Drehachsen auf.

Die Messarmgliederelemente können als Stäbe aus einem faserverstärkten Material beste- hen. Hierbei können zum Beispiel kohlefaserverstärkte Materialien zum Einsatz kommen.

In Verbindung mit dem Verfahren zum Bestimmen einer Positionierung einer Aufnahme für einen Endeffektor eines Knickarmroboters können die vorangehend erläuterten alternativen Ausgestaltungen entsprechend vorgesehen sein.

Bei dem Verfahren kann die bestimmte Position des Endes des Gelenkarms mit der Auf ¬ nahme des Endeffektors mit einer Sollposition verglichen werden. Der Geienkarm kann ergänzend bewegt werden, wenn die bestimmte Position von der Sollposition abweicht. Auf diese Weise ist eine Nachjustierung des Endes des Gelenkarms mit der Aufnahme des End- effektors ausgehend von der für den Messarm bestimmten Positionierung ermöglicht. Es kann ein Regelungsmechanismus genutzt werden, um das Ende des Gelenkarms mit der Aufnahme für den Endeffektor in die Soll- oder Zielposition zu bringen. Für die Abweichung zwischen Sollposition und aktuell bestimmter Position kann eine zulässige Abweichung vorgegeben sein.

Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass eine Verbindungseinrichtung für ein oder mehrere nicht endseitige Messarmglieder des Messarms sowie nicht endseitige Gliederelemente des Gelenkarms aktiviert wird, wenn für den Gelenkarm und / oder den Messarm eine singulare Armstellung bestimmt wird, die durch vorgegebene Stellungen für ein oder mehrere Gelenke / Messarmgelenke bestimmt ist, wobei beim Aktivieren der Verbindungseinrichtung eine oder mehrere lösbare Verbindungen zwischen den nicht endseitigen Messarmgliedern und den nicht endseitigen Gliederelementen paarweise ausgebildet werden. Im Laufe einer Bewegung des Knickarmroboters, die mehrere Bewegungsabschnitte oder -elemente aufweist, kann die lösbare Verbindung für einzelne oder mehrere Bewegungsabschnitte aktiviert werden, wohingegen die Verbindung in anderen Bewegungsabschnitten gelöst ist. Das Lösen oder Verbinden kann in Abhängigkeit von aktuell gemessenen Gelenksteliungen für die Messarmgelenke und / oder die Gelenke des Geienkarms ausgeführt werden.

Bei dem Verfahren kann der Endeffektor im Betrieb manuell bewegt oder geführt werden, zum Beispiel für sogenannte„Teach In"-Zwecke. Hierbei können für die manuelle Bewegung Messwerte mittels eines Mehrachs-Last-Sensor gemessen werden, zum Beispiel mittels eines Sechsachs-Last-Sensors. Die Messwerte oder hiervon abgeleitete Parameter können mit zugeordneten Messwerten verglichen werden, die mittels des Messarms erfasst werden. Im Fall einer unzulässigen Abweichung der verglichenen Messwerte von Mehrachs-Last- Sensor und Messarm kann ein Warn- oder Notsignal ausgegeben werden, bis hin zum Blockieren des Weiterbetriebs des Knickarmroboters. Eine unzulässige Abweichung kann vorliegen, wenn die verglichenen Messwerte über vorbestimmte Grenzen hinaus voneinander abweichen. Beschreibung von Ausführunqsbeispielen

Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Figur erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung für einen Knickarmroboter mit einem Gelenkarm 1 und einem parallel hierzu ausgebildeten Messarm 2. Gelenkarm 1 und Messarm 2 bilden parallele Kinematiken (Paralielarmstruktur), derart, dass der Messarm 2 eine von dem Gelenkarm 1 ausgeführte Armbewegung (zwingend) nachverfolgt. Der Gelenkarm ist auf einer Plattform 3 montiert und weist Gelenke 4.1 , 4.6 auf, die über Gliederelemente 5.1 , 5.6 seriell miteinander verbunden sind. Die Figur zeigt eine vereinfachte Darstellung. Abweichend hiervon können ein oder mehrere der Gliederelemente 5.1 , 5.6 unter unterschiedlichen Winkeln in die Zeichenebene hinein gerichtet sein, wie dies für Knickarmroboter als solches bekannt ist.

Der Messarm 2 weist Messgelenke 6.1 , 6.6 sowie diese seriell verbindenden Messarm- gliederelemente 7.1 7.6 auf. Drehachsen der Messarmgelenke 6.1 , 6.6 sind koaxial zu den Drehachsen der Gelenke 4.1 , 4.6 angeordnet. Endseitige Gliederelemente 5.1 , 5.6 sowie endseitige Messarmgliederelemente 7.1 , 7.6 sind paarweise miteinander fest verbun- den.

Werden Aktuatoren in den Gelenken 4.1 , ... : 4.6 des Gelenkarms 1 mithilf e einer Steuereinrichtung 8 gesteuert, um den Gelenkarm 1 zu bewegen, so führt der Messarm 2 diese Bewegung gezwungen ebenso aus. Die Messarmgelenke 6.1 , 6.6 weisen jeweils einen Drehgeber auf, der an eine Messeinrichtung 9 koppelt. Anhand der Messsignale der Drehgeber aus den Messarmgelenken 6.1 , ... , 6.6 kann die Messeinrichtung 9 die Position und / oder die Orientierung eines Endes 10 des Messarms 2 bestimmen. Hieraus ist die Position und / oder die Orientierung eines Endes 11 des Gelenkarms 1 bestimmbar, an dem eine Aufnahme 12 für einen Endeffektor (nicht dargestellt) angeordnet ist, zum Beispiel ein Greifer oder ein Werkzeug. So ermöglicht die Positionsbestimmung mithilfe des Messarms 2 das Bestimmen der Position und / oder Orientierung der Aufnahme 2 für den Endeffektor, also schließlich eine Positions- und / oder Orientierungsbestimmung für einen Endeffektor, der an der Aufnahme 12 montiert ist, bei- spielsweise ein Greifer.

Zum paarweisen Verbinden der endseitigen Gliederelemente 5.1 , 5.6 sowie der endseitige Messarmgliederelemente 7.1 , 7.6 sind Verbindungen 13, 14 vorgesehen, zum Beispiel in Form einer festen mechanischen Verbindung, die wahlweise lösbar sein kann.

Die Messarmgliederelemente 7.1 , 7.6 können beispielsweise als Stäbe ausgeführt sein, zum Beispiel aus einem faserverstärkten Material.

Die Aktuatoren der Gelenke können mithilfe von Servomotoren gebildet sein, bei denen die Antriebseinrichtungen steuerbar sind. Als Servomotor werden insbesondere Elektromotoren bezeichnet, die die Kontrolle der Winkelposition ihrer Motorwelle sowie wahlweise der Drehgeschwindigkeit und / oder der Beschleunigung erlauben. Sie weisen auf einen oder bestehen aus einem Elektromotor, der zusätzlich mit einem Sensor zur Positionsbestimmung ausgestattet ist. Die vom Sensor ermittelte Drehposition der Motorwelle kann kontinuierlich an eine meist außerhalb des eigentlichen Motors angebrachte Regeielektronik übermittelt werden, den so genannten Servoregler, der die Bewegung des Motors entsprechend einem oder mehreren einstellbaren Sollwerten - wie etwa Soll-Winkelposition der Welle oder Solidrehzahl - in einem Regelkreis regeln kann. Um den Einfluss der Verformung der Gliederelemente 5.1 5.6 und der Aktuatoren auf die

Positionsgenauigkeit des Gelenkarms 1 zu vermeiden, ist vorgeschlagen, die Messung der Position und Lage des Endeffektors von den Aktuatoren des Gelenkarms 1 zu entkoppeln. Hierzu ist das Messsystem mit dem Messarm 2 mit vorzugsweise hochauflösenden Drehgebern in den Messarmgeienken 6.1, ... , 6.6 parallel zum Gelenkarm 1 vorgesehen. Hierbei ist ein physischer Kontakt für das jeweils erste und letzte Gliederelement in der Kette des Ge ¬ lenkarms 1 und des Messarms 2 vorgesehen.

Alternativ können auch nur Teile der Aktuatoren / Gelenkkette in die oben genannte An- triebskette des Gelenkarms 1 integriert werden. Die Achsen der Messarmgelenke 6.1 , ... , 6.6 stimmen mit den Achsen der Gelenke 4.1 , ... , 4.6 der Aktuatoren überein (beide Drehachsen sind koaxial). Hierbei kann auf Drehgeber von Servomotoren der gelenke 4.1 , 4.6 verzichtet werden. Die Regelung der Endeffektorposition wird mithilfe der Winkeldrehgeber in den Messarmgelenken 6.1 , 6.6 durchgeführt.

Für den Sonderfall der singulären Stellungen der einzelnen Gelenke könnte es ohne besondere Vorkehrungen vorkommen, dass der betreffende Messarm nicht der Aktuatorenkette folgt. Hierfür wird ein Klemmmechanismus, der nur für diese Stellungen eine feste Verbindung des betreffenden Gelenks mit dem Aktuatorgelenk hat, vorgeschlagen. Hierbei kann die Aktivierung dieser Klemmung mechanisch oder fremdaktiviert erfolgen.

Die Drehachsen des Messsystems mit dem Messarm 2 sind im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit und Verformungsgenauigkeit koaxial mit den jeweiligen Achsen des Roboters sein.

In der Regel wird das System auf einem Sechs-Achs-Knickarmroboter angewendet. In diesem Fall wird das Messsystem mit dem festen Glied (Gestell) und dem Endeffektor verbunden. Da insgesamt eine Sechs-Achsen-Bewegung im Messsystem durchgeführt wird, muss das Messsystem in allen sechs Achsen am Endeffektor befestigt werden (feste Einspan- nung). Denkbar ist auch ein Fünf-Achs-Roboter. Hier wäre es nötig, damit keine Zwänge im Messsystem entstehen, nur fünf Achsen am Endeffektor festzuhalten - die Drehachse, dort wo die sechste Achse normalerweise wäre, müsste frei drehbar sein. Das Messsystem mit dem Messarm 2 weist dann auch nur fünf Winkeldrehgeber auf. Alternativ können alle sechs Freiheitsgrade des Messsystems am Endeffektor gehalten und nur fünf Achsen am Anfang des Messsystems gehalten werden. Hierbei sollte der Freiheitsgrad der ersten Achse (vertikale Drehachse) frei gehalten werden.

Es kann vorgesehen sein, das Messsystem mit dem Messarm 2 nur für eine beschränkte Anzahl von Drehachsen zu verwenden. Zum Beispiel könnte das Messsystem an dem Messarmglied 7.1 zwischen Achse 1 und 2 (in den Messarmgelenken 6.1 , 6.2) und an dem Messarmglied 7.5 liegen. In diesem Fall hätte das Messsystem vier Drehgeber, und das Ende des Messarms 2 müsste zwei Freiheitsgrade freigeben (4+2 = 6), damit eine eindeutige Lage festgehalten wird und keine Zwänge im Messsystem mit dem Messarm 2 entstehen.

Auch Roboter mit mehr als sechs Achsen, wie sie zum Beispiel im schwerelosem Raum eingesetzt werden, kann mit einem solchem Messsystem ausgestattet sein. Das Messsystem mit dem Messarm 2 hat dann nicht mehr als sechs Freiheitsgrade. Dann würde es nur sechs Achsen überspannen. Alternativ könnte das Messsystem mit dem Messarm 2 mehr als sechs Drehgeber haben, und eine Anzahl von Drehgeber, die mehr als sechs sind, kann vom Gelenkarm 1 mit einem Freiheitsgrad geführt werden.

Die Positionsgenauigkeit ist nicht durch die Steifigkeit der Antriebskette des Gelenkarms 1 beeinfiusst. Die Steifigkeit und somit auch die Masse der Antriebskette kann reduziert wer- den. Durch die geringere Masse des Gelenkarms 1 ist die Verletzungsgefahr geringer. Somit ist ein Roboter mit dem Gelenkarm 1 und dem Messarm 2 eher als ein mit dem Menschen kollaborierender Roboter geeignet. Wegen der geringeren Masse können auch die Aktuatoren schwächer ausgelegt werden, was eine Preisreduzierung zur Folge hat. Da bei dem Gelenkarm 1 die Position des Aktuators nicht über den Drehgeber des Aktuators bestimmt werden muss, kann auf einen Servoaktuator, zum Beispiel ein Servomotor, verzichtet werden. Gewöhnliche Antriebe ohne Winkelgeber können eingesetzt werden.

Durch die höhere Positionsgenauigkeit sind der Gelenkarm 1 und der Messarm 2 ist ein hiermit ausgestatteter Roboter auch als Werkzeugmaschine, zum Beispiel Fräsmaschine, geeignet.

Wird dennoch in die Aktuatoren des Gefenkarms 2 ein Winkelgeber integriert, kann über die Differenz in der Soll- / Istposition und die Steifigkeit der Maschine die an den einzelnen Aktu- atoren auftretende Last als auch auf die am Endeffektor auftretende Last berechnet werden. Bei kollaborierenden Robotern kann eine übermäßig hohe Last ermittelt werden, und die Maschine kann als Reaktion hierauf abgeschaltet werden. Somit kann die Verletzungsgefahr herabgesetzt werden. Arbeitslasten wie Schnittkräfte können in der Fertigung zur Optimierung des Werkzeugeinsatzes genutzt werden.

Wird der Endeffektor für sogenannte„Teach In"-Zwecke manuell bewegt, können für die ma- nuelle Bewegung mittels eines Mehrachs-Last-Sensor, zum Beispiel einem Sechsachs-Last- Sensor, Messwerte gemessen werden. Die Messwerte oder hiervon abgeleitete Parameter können mit Messwerten verglichen werden, die mittels des Messarms erfasst werden. Im Fall einer unzulässigen Abweichung der verglichenen Messwerte von Mehrachs-Last-Sensor und Messarm kann ein Warn- oder Notsignal ausgegeben werden, bis hin zum Blockieren des Weiterbetriebs des Knickarmroboters. zum online Programmieren kann mit dieser Entwicklung implementiert werden (alternativ zu einem Mehrachs-Last-Sensor).

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Figur offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.