Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Gegenstandes in eine

Gegenstandsaufnahme mittels eines Robotermanipulators. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Robotermanipulator.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und robustes Verfahren zum Fügen eines Gegenstandes in eine Gegenstandsaufnahme mittels eines Robotermanipulators anzugeben. Darüber hinaus ist es Aufgabe einen Robotermanipulator anzugeben, der zum Fügen eines Gegenstandes in eine Gegenstandsaufnahme mittels eines

Robotermanipulators ausgeführt eingerichtet ist. Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Figur dargestellt sind.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Gegenstandes in eine Gegenstandsaufnahme mittels eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators eines Roboters und zur Steuerung des Robotermanipulators eines Roboters, wobei der Robotermanipulator an seinem distalen Ende einen Effektor aufweist, der zur Aufnahme und/oder zum Greifen des Gegenstandes ausgeführt ist, und wobei für die

Gegenstandsaufnahme und den zu fügenden Gegenstand eine Fügetrajektorie T , und entlang der Fügetrajektorie T , für Orte R _T der Fügetrajektorie T , eine Soll-Orientierung O _soU (R _T ) des zu fügenden Gegenstandes definiert sind. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte. In einem ersten

Schritt erfolgt ein Aufnehmen/Greifen des Gegenstandes durch den Effektor. Der Effektor weist eine hierfür erforderliche mechanische Schnittstelle auf, und ist vorteilhaft als Greifer, künstliche Hand, Werkzeug etc. ausgebildet.

In einem zweiten Schritt erfolgt unter kraftgeregelten und/oder impedanzgeregelten Dreh- /Kippbewegungen des Gegenstands relativ zur Soll-Orientierung O _soU (R _T ) ein Bewegen des Gegenstandes mittels des Robotermanipulators entlang der Fügetrajektorie T in die Gegenstandsaufnahme bis eine vorgegebene Grenzwertbedingung G1 für ein am Effektor wirkendes Moment und/oder eine am Effektor wirkende Kraft erreicht oder überschritten wird, und/oder bis eine bereitgestellte Kraft-/Momenten-Signatur und/oder eine Positions- /Geschwindigkeitssignatur am Effektor erreicht oder überschritten wird, die

indiziert/indizieren, dass das Fügen des Gegenstandes in die Gegenstandsaufnahme innerhalb vordefinierter Toleranzen erfolgreich abgeschlossen ist. Der Robotermanipulator ist vorteilhaft dazu ausgeführt und eingerichtet, einen

ausgezeichneten Punkt des Effektors (beispielsweise den sogenannten„Tool Center Point" TCP) bzw. einen ausgezeichneten Punkt des Gegenstands (beispielsweise seinen Schwerpunkt oder geometrischen Mittelpunkt) entlang einer vorgegebenen Trajektorie zu bewegen.

Die Fügetrajektorie T wird vorteilhaft abhängig von der relativen Ausgangsposition des am Effektor angeordneten Gegenstandes zur Gegenstandsaufnahme, von der Geometrie des Gegenstandes und von der Geometrie der Gegenstandsaufnahme vorgegeben. Die Fügetrajektorie T ist typischerweise eine dreidimensionale ein- oder mehrfach gekrümmte Kurve. Natürlich sind auch gerade Linien als Fügetrajektorie T möglich.

In einem dritten Schritt erfolgt ein Freigeben des Gegenstandes durch den Effektor.

Alternativ kann der Effekt der den Gegenstand einfach loslassen. Das Freigeben erfolgt vorteilhaft unter kraftgeregelten und/oder impedanzgeregelten Dreh-/Kippbewegungen.

In einem vierten Schritt wird der Effektor mittels des Robotermanipulators entlang einer Ausgangstrajektorie A von der Gegenstandsaufnahme weg bewegt. Durch die erfindungsgemäßen kraftgeregelten und/oder impedanzgeregelten Dreh- /Kippbewegungen beim Fügen des Gegenstandes in die Gegenstandsaufnahme des Effektors wird die Erfolgsquote des Fügeprozesses erheblich gesteigert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Effektor mit dem Gegenstand im zweiten und dritten Schritt des Verfahrens zusätzlich zu den Dreh-/Kippbewegungen translatorische laterale Bewegungen um die Fügetrajektorie 77 Ausgangstrajektorie A ausführt. Durch diese Maßnahme wird die vorstehend angeführte Erfolgsquote des Fügeprozesses bzw. des Endform Prozesses weiter gesteigert.

In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens sind die Fügetrajektorie T und die

Ausgangstrajektorie A identisch. Im typischen allgemeinen Fall wird die Fügetrajektorie T und die Ausgangstrajektorie A vorteilhaft unterschiedlich gewählt, wodurch Taktzeiten durch zeitoptimierte Ausgangstrajektorie A verkürzt werden können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die DrehVKippbewegungen im zweiten und/oder dritten Schritt den Gegenstand um eine, zwei oder drei Dreh-/Kippachsen gegen die Soll-Orientierung O _soU (R _T ) drehen/kippen, wobei das Drehen/Kippen des Gegenstandes um die jeweilige Dreh-

/Kippachse in einem Winkelbereich bis zu ± 1 °, ± 2°, ± 5°, ± 7°, ± 10°, ± 12°, ± 15° zur

Soll-Orientierung O _soll (R _T ) erfolgt.

Das Fügen des Gegenstandes in die Gegenstandsaufnahme erfolgt vorteilhaft durch Einrasten, Einschrauben, Anpressen, Einpressen, Kleben, Löten, Schrumpfen.

Die Gegenstandsaufnahme weist zumindest eine von außen zugängliche Öffnung auf. Diese Öffnung ist weiterhin derart dimensioniert, dass der Gegenstand durch die Öffnung in die Gegenstandsaufnahme gefügt werden kann. Das Verfahren ist somit grundsätzlich zum Fügen von Gegenständen in eine Gegenstandsaufnahme geeignet, die die vorstehend beschriebenen Voraussetzungen erfüllen, und die von einem

Robotermanipulator bzw. dessen Effekte gehandhabt werden können.

Eine Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass sofern beim

Aufnehmen/Greifen des Gegenstandes durch den Effektor ein Fehler auftritt, das

Aufnehmen/Greifen des Gegenstandes durch den Effektor mit veränderten Parametern für das Aufnehmen/Greifen des Gegenstandes wiederholt wird. Ein solcher Fehler beim Aufnehmen/Greifen des Gegenstandes kann beispielsweise durch an Effektor und/oder am Robotermanipulator angeordnete Kraft- und/ Positionssensoren, optische Sensoren, Ultraschallsensoren, etc. erkannt werden.

Die veränderten Parameter für das Aufnehmen/Greifen des Gegenstandes können sowohl in einer Trajektorienplanung für den Robotermanipulator als auch in einer

Steuerungs- und Regelungseinheit des Roboters bzw. des Robotermanipulators ermittelt werden. Eine Anpassung einer Soll-Trajektorie für das Aufnehmen/Greifen des

Gegenstandes kann beispielsweise basierend auf den am Effektor gespürten Kräften oder Momenten erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Relaxieren eines zur Steuerung des Robotermanipulators zum Aufnehmen/Greifen des Gegenstandes eingesetzter Impedanzregler, ungewünscht hohe Prozesskräfte verkleinern.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass sofern beim Bewegen des Gegenstandes mittels des Robotermanipulators entlang der

Fügetrajektorie T in die Gegenstandsaufnahme ein Fehler auftritt, das Bewegen des Gegenstandes mittels des Robotermanipulators in die Gegenstandsaufnahme mit einer veränderten Fügetrajektorie T * und/oder mit veränderten Parametern für die

kraftgeregelten und/oder impedanzgeregelten DrehVKippbewegungen des Gegenstands relativ zur Soll-Orientierung O _soll (R _T ) wiederholt wird. Ein solcher Fehler beim Bewegen des Gegenstandes in die Gegenstandsaufnahme kann beispielsweise durch an Effektor und/oder am Robotermanipulator angeordnete Kraft- und/ Positionssensoren, optische Sensoren, Ultraschallsensoren, etc. erkannt werden. Die veränderten Parameter für die kraftgeregelten und/oder impedanzgeregelten DrehVKippbewegungen des Gegenstands relativ zur Soll-Orientierung O _soU (R _T ) können sowohl in einer Trajektorienplanung für den

Robotermanipulator als auch in einer Steuerungs- und Regelungseinheit des Roboters bzw. des Robotermanipulators ermittelt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass sofern Fehler oder andere Fehler als die zuvor beschriebenen Fehler bei der Ausführung des Verfahrens auftreten, eine Warnung ausgegeben wird und/oder die Ausführung des Verfahrens abgebrochen wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Dreh- /Kippbewegungen geschlossenen zyklischen Bewegungen, insbesondere oder nicht geschlossenen Lissajous-Figuren in zwei bis sechs Dimensionen oder Fourierreihen oder Rechteckbewegungen oder Gaußumkehrungen, etc. entsprechen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die translatorischen lateralen Bewegungen des Gegenstandes um die Fügetrajektorie T geschlossenen oder nicht geschlossenen zyklischen Bewegungen, insbesondere Lissajous-Figuren in zwei bis sechs Dimensionen oder Fourierreihen,

Rechteckbewegungen, Gaußumkehrungen, etc. entsprechen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computersystem mit einer

Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, auf der

Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, wobei die Steuersignale so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, ausgeführt wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn der Programmcode auf einer

Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computer-Programm mit Programmcodes zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung abläuft.

Ein weiterer Aspekt der bis Erfindung betrifft einen Roboter mit einem aktorisch angetriebenen Robotermanipulator, wobei der Robotermanipulator an seinem distalen Ende einen Effektor aufweist, der zur Aufnahme/Greifen des Gegenstandes ausgeführt ist, und wobei für eine Gegenstandsaufnahme und einen in die Gegenstandsaufnahme zu fügenden Gegenstand eine Fügetrajektorie T und entlang der Fügetrajektorie T für Orte

R _T der Fügetrajektorie T Soll-Orientierungen O _soU (R _T ) des zu fügenden Gegenstandes definiert sind, aufweisend eine Steuereinheit, die derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass ein Verfahren, wie es vorstehend beschrieben ist, ausführbar ist. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Ablaufschema eines vorgeschlagenen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt ein Ablaufschema eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Fügen eines Gegenstandes in eine Gegenstandsaufnahme mittels eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators eines Roboters und zur Steuerung des Robotermanipulators, wobei der Robotermanipulator an seinem distalen Ende einen Effektor aufweist, der zur Aufnahme und/oder zum Greifen des Gegenstandes ausgeführt ist, und wobei für die Gegenstandsaufnahme und den zu fügenden Gegenstand eine Fügetrajektorie T und entlang der Fügetrajektorie T für Orte R _T der Fügetrajektorie T eine Soll-Orientierung O _soU (R _T ) des zu fügenden Gegenstandes definiert sind. Das Verfahren umfasst folgende Schritte. In einem ersten Schritt 101 erfolgt ein

Aufnehmen/Greifen des Gegenstandes durch den Effektor.

In einem zweiten Schritt 102 erfolgt unter kraftgeregelten und/oder impedanzgeregelten

Dreh-/Kippbewegungen des Gegenstands relativ zur Soll-Orientierung O _soü (R _T ) ein Bewegen des Gegenstandes mittels des Robotermanipulators entlang der Fügetrajektorie f in die Gegenstandsaufnahme bis eine vorgegebene Grenzwertbedingung G1 für ein am Effektor wirkendes Moment und/oder eine am Effektor wirkende Kraft erreicht oder überschritten wird, und/oder bis eine bereitgestellte Kraft-/Momenten-Signatur und/oder eine Positions-/Geschwindigkeitssignatur am Effektor erreicht oder überschritten wird, die indiziert/indizieren, dass das Fügen des Gegenstandes in die Gegenstandsaufnahme innerhalb vordefinierter Toleranzen erfolgreich abgeschlossen ist.

Nach erfolgreichem Abschluss des Schrittes 102 erfolgt in Schritt 103 unter

kraftgeregelten und/oder impedanzgeregelten Dreh-/Kippbewegungen ein Freigeben des Gegenstandes durch den Effektor.

In Schritt 104 erfolgt ein Wegbewegen des Effektors mittels des Robotermanipulators entlang einer vorgegebenen Ausgangstrajektorie A .

Bezugszeichenliste

101- 104 Verfahrensschritte