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Patent Searching and Data


Title:
CONTROL OF A ROBOT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/073800
Kind Code:
A1
Abstract:
A method according to the invention for controlling a robot (10-15) comprises the step of: calculating (S10) a target load (Fd) of at least one drive (14, 15) of an axis of the robot, in particular on the basis of a mathematical model of the axis, wherein the drive exerts in a first friction compensation mode a friction compensation load (Fc) onto the axis, in particular an oscillating friction component load in alternating directions, on the basis of the calculated target load (S60).

Inventors:
SHARMA SHASHANK (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/074556
Publication Date:
April 22, 2021
Filing Date:
September 03, 2020
Export Citation:
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Assignee:
KUKA DEUTSCHLAND GMBH (DE)
International Classes:
B25J9/16
Foreign References:
JPH04343690A1992-11-30
US7713263B22010-05-11
DE102018207354B32019-05-29
US7713263B22010-05-11
Other References:
GUANGJUN LIU ET AL: "Development of modular and reconfigurable robot with multiple working modes", 2008 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ROBOTICS AND AUTOMATION. THE HALF-DAY WORKSHOP ON: TOWARDS AUTONOMOUS AGRICULTURE OF TOMORROW; PASADENA, CA, USA, MAY 19-23, 2008, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 19 May 2008 (2008-05-19), pages 3502 - 3507, XP031340690, ISBN: 978-1-4244-1646-2
Attorney, Agent or Firm:
OELKE, Jochen (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Steuern eines Roboters (10-15), mit dem Schritt:

- Berechnen (S10) einer Soll-Last (Fd) wenigstens eines Antriebs (14, 15) einer Achse des Roboters, insbesondere auf Basis eines mathematischen Modells der Achse;

- wobei der Anrieb in einem ersten Reibungskompensations-Modus auf die Achse eine Reibungskompensations-Last (Fc), insbesondere eine oszillierende Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen, auf Basis der berechneten Soll-Last ausübt (S60).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter in einem zweiten Reibungskompensations-Modus gesteuert wird (S30), in dem der Anrieb auf die Achse eine Reibungskompensations-Last auf Basis einer erfassten Ist-Geschwindigkeit dieser Achse ausübt, falls diese Geschwindigkeit innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt, insbesondere ihr Betrag einen vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert übersteigt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter in einem dritten Reibungskompensations-Modus gesteuert wird (S50), in dem der Anrieb keine oszillierende Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen auf diese Achse ausübt, falls ein Betrag der berechneten Soll-Last in einem vorgegebenen ersten Bereich liegt, insbesondere gleich Null ist, und eine, insbesondere die, erfasste Ist-Geschwindigkeit außerhalb eines, insbesondere des, vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt, insbesondere ihr Betrag einen, insbesondere den, vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert unterschreitet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Reibungskompensations-Modus ein Betrag der Reibungskompensations-Last, insbesondere eine Amplitude einer oszillierenden Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen, mit der zeit wenigstens abschnittsweise, insbesondere linear und/oder über wenigstens 25% der Dauer des ersten Reibungskompensations-Modus und/oder in einer vorgegebenen Weise, ansteigt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskompensations-Last in dem ersten Reibungskompensations-Modus mit in einer Bewegungsrichtung der Achse wachsender berechneter Soll-Last in dieser Bewegungsrichtung ansteigt. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskompensations-Last in dem ersten

Reibungskompensations-Modus mit einem Tastgrad auf Basis der berechneten Soll-Last pulsweitenmoduliert wird.

7. System zum Steuern eines Roboters (10-15), das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist:

Mittel (20) zum Berechnen einer Soll-Last (Fd) wenigstens eines Antriebs (14, 15) einer Achse des Roboters, insbesondere auf Basis eines mathematischen Modells der Achse; und einen ersten Reibungskompensations-Modus, in dem der Anrieb auf die Achse eine Reibungskompensations-Last (Fc), insbesondere eine oszillierende Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen, auf Basis der berechneten Soll-Last ausübt.

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

Description:
Beschreibung

Steuerung eines Roboters

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Steuern eines Roboters sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.

In Roboterachsen tritt Reibung auf, die insbesondere handgeführte und modellbasiert geregelte Bewegung des Roboters erschwert.

Reibung wirkt stets der tatsächlichen Bewegungsrichtung bzw. der Bewegungsrichtung, in die ausgeübte Lasten ein ruhendes System antreiben, entgegengerichtet.

Misst man daher eine Ist-Geschwindigkeit, um die Richtung der Reibung zu bestimmen und diese entsprechend kompensieren zu können, kann ein Rauschen im Ist-Geschwindigkeitssignal, insbesondere bei kleinen Geschwindigkeiten, zu einer fehlerhaften Reibungskompensation führen.

Aus der US 7,713,263 B2 ist ein Verfahren zur Reibungskompensation eines Medizinroboters bekannt, bei dem ein Geschwindigkeitsmesswert bestimmt und eine oszillierende Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen ausgeübt wird, wenn der Geschwindigkeitsmesswert in einem ersten Messwertbereich um Null herum liegt.

Fig. 3 zeigt hierzu einen Tastgrad dc‘ einer pulsweitenmodulierten Reibungskompensations-Kraft über einer gemessenen Geschwindigkeit v m eas.

Innerhalb des ersten Messwertbereichs [-vi, +vi] erhöht sich der Tastgrat dc‘ linear von 0% auf 100%, so dass bei v meas > +vi eine konstante

Reibungskompensations-Kraft +f c in einer erste Bewegungsrichtung und bei v meas < - vi eine betragsgleiche konstante Reibungskompensations-Kraft -f c in der Gegenrichtung ausgeübt wird.

Hierdurch soll ein Handführen insbesondere im Bereich kleiner Geschwindigkeiten [-vi, +vi], insbesondere bei v meas « 0, verbessert werden. Dieses Verfahren zeigt in der Praxis, insbesondere für schwer(gängige)(re) Roboter(achsen), Nachteile.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Steuern von Robotern zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 7, 8 stellen ein System bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Roboters den, vorzugsweise zyklisch, in einer Ausführung im Regeltakt, wiederholten, Schritt:

- Berechnen einer Soll-Last wenigstens eines Achsantriebs des Roboters.

Der Roboter kann insbesondere ein mobiler und/oder redundanter Roboter sein und/oder einen Roboterarm mit mehreren (Bewegungs)Achsen bzw. Gelenken, insbesondere Drehachsen bzw. -gelenken, aufweisen.

Hierfür ist die vorliegende Erfindung, insbesondere aufgrund der meist autonomen Energie-, insbesondere Batterieversorgung mobiler Roboter und/oder dem Aufbau und/oder Einsatz solcher Roboter(arme) besonders geeignet, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.

Eine Soll-Last kann insbesondere eine Soll-Kraft und/oder ein Soll-(Dreh)Moment aufweisen, insbesondere sein.

Durch die Berechnung von Soll-Lasten können Roboter in einer Ausführung besonders vorteilhaft gesteuert werden, wobei unter einem Steuern vorliegend zur kompakteren Darstellung insbesondere auch ein Regeln verstanden wird. So können Roboter auf Basis berechneter Soll-Lasten vorteilhafterweise mittels Operational Space Control gesteuert, impedanz- bzw. admittanzgereglt oder auch Nullraumbewegungen redundanter Roboter kommandiert werden. Allgemein wird der Roboter in einer Ausführung auf Basis der berechneten Soll-Last(en) gesteuert, insbesondere in dem nachfolgend erläuterten ersten, zweiten und/oder dritten Reibungskompensations-Modus und/oder wenigstens einem hiervon verschiedenen (Betriebs)Modus, bzw. ist/sind die berechneten Soll-Last(en) hierzu vorgesehen bzw. werden (auch) hierzu berechnet bzw. verwendet.

In einer Ausführung wird/werden die Soll-Last(en) auf Basis eines mathematischen, insbesondere numerischen, Modelles der Achse, insbesondere des Roboters, berechnet, insbesondere eines von einer Getriebeübersetzung und/oder Masse, insbesondere Massenverteilung abhängigen Modells. In einer Ausführung wird das Modell und/oder die berechnete Soll-Last für bzw. in eine(r) modellbasierte(n) Regelung, insbesondere Operational Space Control, Nachgiebigkeits-, insbesondere Impedanz- oder Admittanz-, und/oder Nullraumregelung verwendet bzw. ist hierzu geeignet, insbesondere vorgesehen.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren einen ersten Reibungskompensations-(Betriebs)Modus, in dem der Anrieb auf die Achse eine Reibungskompensations-Last auf Basis bzw. in Abhängigkeit von der berechneten Soll-Last ausübt.

Entsprechend umfasst das Verfahren in einer Ausführung die Schritte:

- Ermitteln einer Reibungskompensations-Last auf Basis bzw. in Abhängigkeit von der berechneten Soll-Last des Achsantriebs; und

- Ausüben dieser Reibungskompensations-Last auf die Achse mithilfe des, insbesondere durch den, (Achs)Antrieb.

Wie einleitend erläutert, kann insbesondere ein Rauschen in einem

Ist- Geschwindigkeitssignal bei kleiner oder verschwindender Geschwindigkeit zu einer fehlerhaften Reibungskompensation führen.

Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass berechnete Soll-Last in der Regel exakt(er) sind und die Bewegungsrichtung, in der eine ruhende Achse losbricht, (mit)bestimmen. Auf diese Weise kann insbesondere im Bereich kleiner oder verschwindender Geschwindigkeiten eine Reibungskompensation gegenüber der eingangs genannten US 7,713,263 B2 verbessert werden. In einer Ausführung ist die in dem ersten Reibungskompensations-Modus von dem Antrieb auf die Achse ausgeübte Reibungskompensations-Last eine oszillierende Last in alternierenden Richtungen.

Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft ein Haft-Gleit-Übergang in der Achse verbessert oder vermieden werden.

In einer Ausführung umfasst das Verfahren einen zweiten Reibungskompensations-Modus, in dem der Antrieb auf die Achse eine Reibungskompensations-Last auf Basis einer erfassten Ist-Geschwindigkeit, insbesondere in deren Richtung, dieser Achse ausübt, wobei in einer Ausführung dieser zweite Reibungskompensations-Modus durchgeführt, insbesondere in diesen (um)geschaltet, wird, falls diese Geschwindigkeit innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt, in einer Ausführung, falls ihr Betrag einen vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert übersteigt.

Entsprechend umfasst das Verfahren in einer Ausführung die Schritte:

- Erfassen einer Ist-Geschwindigkeit der Achse; und

- Durchführen des, insbesondere (Um)Schalten in den, zweiten Reibungskompensations-Modus, falls diese Geschwindigkeit innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt, in einer Ausführung, falls ihr Betrag einen vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert übersteigt; wobei der zweite Reibungskompensations-Modus die Schritte umfasst:

- Ermitteln einer Reibungskompensations-Last auf Basis bzw. in Abhängigkeit von der erfassten Ist-Geschwindigkeit; und

- Ausüben dieser Reibungskompensations-Last auf die Achse mithilfe des, insbesondere durch den, (Achs)Antrieb.

Dem liegt die Idee zugrunde, dass bei höheren Ist-Geschwindigkeiten die Reibung, insbesondere deren Richtung, zuverlässig auf Basis dieser Ist-Geschwindigkeiten ermittelt bzw. kompensiert werden kann.

Die Reibungskompensations-Last des zweiten Reibungskompensations-Modus ist in einer Ausführung eine konstante, in einer Weiterbildung von der berechneten Soll-Last unabhängige, Reibungskompensations-Last, in einer anderen Ausführung eine, insbesondere linear, mit der Ist-Geschwindigkeiten zunehmende Reibungskompensations-Last oder eine anderweit von der Ist-Geschwindigkeiten abhängige Reibungskompensations-Last.

In einer Ausführung umfasst das Verfahren einen Reibungskompensations-Modus, in dem der Anrieb keine oszillierende Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen auf diese Achse ausübt, wobei in einer Ausführung dieser Reibungskompensations-Modus durchgeführt, insbesondere in diesen (um)geschaltet, wird, falls sowohl ein Betrag der berechneten Soll-Last innerhalb eines vorgegebenen ersten Bereichs liegt, insbesondere gleich Null ist, als auch eine, insbesondere die, erfasste Ist-Geschwindigkeit außerhalb eines, insbesondere des, vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt, insbesondere falls ihr Betrag einen, insbesondere den, vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert unterschreitet. Dieser Reibungskompensations-Modus wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit als dritter Reibungskompensations-Modus bezeichnet, insbesondere ohne einen bzw. den zweiten Reibungskompensations-Modus zu erfordern.

Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft bei (gewünschtem bzw. aufrechtzuerhaltenden) Stillstand der Achse eine Belastung von Achse und/oder Antrieb und/oder ein Energieverbrauch reduziert werden, was insbesondere bei mobilen Robotern mit autonomer Energie-, insbesondere Batterieversorgung von besonderer Bedeutung ist.

In einer Ausführung steigt in dem ersten Reibungskompensations-Modus ein Betrag der Reibungskompensations-Last, in einer Ausführung eine Amplitude einer oszillierenden Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen, mit der zeit wenigstens abschnittsweise, insbesondere linear und/oder über wenigstens 25% der Dauer des ersten Reibungskompensations-Modus und/oder in einer, insbesondere vorab und/oder durch einen vorgegebenen ein- oder mehrdimensionalen Anstiegsparameter, vorgegebenen Weise an. In einer Ausführung steigt die Amplitude der oszillierenden, insbesondere pulsweitenmodulierten,

Reibungskompensations-Last innerhalb wenigstens einer, insbesondere jeder, Schwingung, insbesondere wenigstens eines, insbesondere jedes, Impulses innerhalb einer P(ulsweitenp)eriode, mit der zeit an, in einer Ausführung linear und/oder in einer, insbesondere vorab und/oder durch einen vorgegebenen ein- oder mehrdimensionalen Anstiegsparameter, vorgegebenen Weise.

Hierdurch kann in einer Ausführung eine Bewegung(seinleitung) verbessert und so insbesondere vorteilhaft in den zweiten Reibungskompensations-Modus übergegangen werden.

In einer Ausführung steigt die Reibungskompensations-Last in dem ersten Reibungskompensations-Modus mit in einer (ersten) Bewegungsrichtung der Achse wachsender berechneter Soll-Last in dieser (ersten) Bewegungsrichtung an, in einer Weiterbildung mit in der entgegengesetzten (zweiten) Bewegungsrichtung der Achse wachsender berechneter Soll-Last in dieser entgegengesetzten (zweiten) Bewegungsrichtung an. Dieser Anstieg kann insbesondere durch eine entsprechende Pulsweitenmodulation implementiert sein.

Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass die Richtung und der Betrag der berechneten Soll-Last die Bewegung, in der eine ruhende Achse losbricht, (mit)bestimmen. Auf diese Weise kann insbesondere im Bereich kleiner oder verschwindender Geschwindigkeiten eine Reibungskompensation gegenüber der eingangs genannten US 7,713,263 B2 verbessert werden.

In einer Ausführung wird die Reibungskompensations-Last in dem ersten Reibungskompensations-Modus mit einem Tast- bzw. Aussteuergrad (duty cycle) auf Basis bzw. in Abhängigkeit von der berechneten Soll-Last pulsweitenmoduliert.

Entsprechend umfasst das Verfahren in einer Ausführung die Schritte:

- Ermitteln eines Tastgrads auf Basis bzw. in Abhängigkeit von der berechneten Soll-Last des Achsantriebs; und

- Pulsweitenmodulation der Reibungskompensations-Last mit diesem Tastgrad.

Unter einem Tastgrad wird vorliegend insbesondere in fachüblicher Form das Verhältnis von Impulsdauern innerhalb einer Periode relativ zu der Periodendauer verstanden. Entsprechend entspricht in einer Ausführung ein Tastgrad von x% (0 < x < 100) einer Impulsdauer bzw. Pulsweite, insbesondere theoretischen bzw. Soll-Impulsdauer, einer Reibungskompensations-Last in einer ersten Richtung von x-T und einer (theoretischen bzw. Soll-)lmpulsdauer bzw. Pulsweite einer Reibungskompensations-Last in einer entgegengesetzten zweiten Richtung von (100%-x)-T, wobei T die Periodendauer der oszillierenden Reibungskompensations-Last ist. Der Tastgrad kann vorzugsweise innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zwischen zwei Grenzwerten der

Reibungskompensations-Last mit der Reibungskompensations-Last, insbesondere linear, von 0% auf 100% steigen, unterhalb des einen der Grenzwerte bei konstant 0% und/oder oberhalb des anderen der Grenzwerte bei konstant 100% liegen, insbesondere analog zu dem Ist-Geschwindigkeits-abhängigen Tastgrad der US 7,713,263 B2, auf die insofern ergänzend Bezug genommen wird.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Steuern eines bzw. des Roboters, insbesondere hard- und/oder Software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:

- Mittel zum Berechnen einer Soll-Last wenigstens eines Antriebs einer Achse des Roboters; und

- einen ersten Reibungskompensations-Modus, in dem der Anrieb auf die Achse eine Reibungskompensations-Last, insbesondere eine oszillierende Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen, auf Basis der berechneten Soll-Last ausübt.

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

- einen zweiten Reibungskompensations-Modus, in dem der Anrieb auf die Achse eine Reibungskompensations-Last auf Basis einer erfassten Ist-Geschwindigkeit dieser Achse ausübt, falls diese Geschwindigkeit innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt, insbesondere ihr Betrag einen vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert übersteigt; und/oder

- einen dritten Reibungskompensations-Modus, in dem der Anrieb keine oszillierende Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen auf diese Achse ausübt, falls ein Betrag der berechneten Soll-Last in einem vorgegebenen ersten Bereich liegt, insbesondere gleich Null ist, und eine, insbesondere die, erfasste Ist-Geschwindigkeit außerhalb eines, insbesondere des, vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt, insbesondere ihr Betrag einen, insbesondere den, vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert unterschreitet; und/oder

- Mittel zum Erhöhen eines Betrags der Reibungskompensations-Last, insbesondere einer Amplitude einer oszillierenden Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen, in dem ersten Reibungskompensations-Modus mit der Zeit wenigstens abschnittsweise, insbesondere linear und/oder über wenigstens 25% der Dauer des ersten Reibungskompensations-Modus und/oder in einer vorgegebenen Weise; und/oder

- Mittel zum Erhöhen der Reibungskompensations-Last in dem ersten Reibungskompensations Modus mit in einer Bewegungsrichtung der Achse wachsender berechneter Soll-Last in dieser Bewegungsrichtung; und/oder

- Mittel zur Pulsweitenmodulation der Reibungskompensations-Last in dem ersten Reibungskompensations-Modus mit einem Tastgrad auf Basis der berechneten Soll-Last.

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), Graphikkarte (GPU) oder dergleichen, und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit 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 Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Roboter steuern kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nicht flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen.

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

In einer Ausführung weist das System den Roboter auf.

Weist der Roboter mehrere Achsen auch, kann das hier beschriebene Verfahren in einer Ausführung achsweise für eine oder mehrere dieser Achsen durchgeführt werden.

Eine Ausüben einer Reibungskompensations-Last auf eine Achse durch deren (Achs)Antrieb umfasst in einer Ausführung in dem ersten und/oder zweiten Reibungskompensations-Modus ein Kommandieren der entsprechenden Last, in einer Ausführung zusätzlich zu der ebenfalls kommandierten Soll-Last bzw. als (zusätzlicher) Anteil oder anstelle der Soll-Last, an den Antrieb. Entsprechend übt in einer Ausführung der Antrieb die Reibungskompensations-Last zusätzlich zu oder anstelle der berechneten Soll-Last auf die Achse aus.

Hierdurch kann in einer Ausführung die Reibung bei der, vorzugsweise (roboter)modellgestützten bzw. -basierten, Berechnung der Soll-Last außer Acht gelassen werden, da sie in einer Ausführung durch die (superponierte) Reibungskompensations-Last, wenigstens näherungsweise bzw. im Wesentlichen, kompensiert wird bzw. ist.

In einer Ausführung wird der erste Reibungskompensations-Modus durchgeführt, insbesondere in diesen (um)geschaltet, falls ein Betrag der berechneten Soll-Last außerhalb eines vorgegebenen, insbesondere des ersten, Bereichs liegt, insbesondere falls der Betrag ungleich Null ist, und/oder die erfasste Ist-Geschwindigkeit außerhalb eines, insbesondere des, vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt, insbesondere falls ihr Betrag einen, insbesondere den, vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert unterschreitet, insbesondere also falls sowohl ein Betrag der berechneten Soll-Last außerhalb eines vorgegebenen, insbesondere des ersten, Bereichs liegt, insbesondere falls der Betrag ungleich Null ist, als auch die erfasste Ist-Geschwindigkeit außerhalb eines, insbesondere des, vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt, insbesondere falls ihr Betrag einen, insbesondere den, vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert unterschreitet.

Wie bereits erläutert, kann der erste Reibungskompensations-Modus somit in einer Ausführung vorzugsweise bei (noch) stillstehender Achse und einer von Null (ausreichend) verschiedenen Soll-Last verwendet und dadurch vorteilhafterweise ein Haft-Gleit-Übergang bzw. ein Losfahren der Achse verbessert werden.

In einer Ausführung ist bzw. dient die Reibungskompensations-Last, vorzugsweise nur bzw. ausschließlich, zur Kompensation einer Reibung in dem Gelenk vorgesehen bzw. wird, vorzugsweise nur bzw. ausschließlich, hierzu verwendet.

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

Fig. 1 : ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2: ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3: einen Verlauf einer Reibungskompensations-Last nach dem Stand der Technik;

Fig. 4 einen Verlauf eines Tastgrads einer pulsweitenmodulierten

Reibungskompensations-Last nach der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5A, 5B: einen Verlauf der Reibungskompensations-Last über der Zeit für verschiedene Tastgrade.

Fig. 1 zeigt ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem mobilen Roboter, der eine mobile Basis 10, eine drehbare (vgl. Fig. 1 : Drehachse bzw. Achssteilung q2) Hubsäule 11 , auf der ein Portal 12 verschiebbar ist (vgl. Fig. 1 : Linearachse bzw. Achssteilung qi), und einen an dem Portal 12 befestigten siebenachsigen Roboterarm 13 (vgl. Fig. 1 : Drehachsen bzw. Achssteilungen q3 - q9) aufweist, und einer Steuerung 20 zur Durchführung des nachfolgend beschriebenen, periodisch durchgeführten Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

In einem Schritt S10 werden jeweils achsweise eine aktuelle Ist-Geschwindigkeit erfasst und eine Soll-Kraft bzw. ein Soll-Drehmoment F d für den jeweiligen Achsantrieb berechnet. Exemplarisch sind hierzu die Achsantriebe 14, 15 der ersten beiden Achsen (qi, q2) angedeutet.

In einem Schritt S20 wird geprüft, ob die erfasst Ist-Geschwindigkeit einen vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert (betragsmäßig) übersteigt.

Ist dies der Fall (S20: „Y“), wird ein zweiter Reibungskompensations-Modus durchgeführt, in dem der jeweilige Antrieb eine Reibungskompensations-Last auf die Achse ausübt (S30), die dieser Geschwindigkeit entgegengerichtet ist und in einer Ausführung konstant ist, in einer anderen Ausführung beispielsweise linear mit der Geschwindigkeit ansteigt. Dann kehrt das Verfahren bzw. die Steuerung zu Schritt S10 zurück.

Andernfalls (S20: „N“) wird geprüft, ob der Betrag der in Schritt S10 berechneten Soll- Last gleich Null ist (S40).

Ist dies der Fall (S40: „Y“), wird ein dritter Reibungskompensations-Modus durchgeführt, in dem der jeweilige Antrieb keine Reibungskompensations-Last auf die Achse ausübt (S50). Dann kehrt das Verfahren bzw. die Steuerung zu Schritt S10 zurück.

Andernfalls (S40: „N“) wird ein erster Reibungskompensations-Modus durchgeführt, in dem der jeweilige Antrieb eine oszillierende Reibungskompensations-Last in alternierenden Richtungen auf Basis der berechneten Soll-Last auf die Achse ausübt (S60). Dann kehrt das Verfahren bzw. die Steuerung zu Schritt S10 zurück.

Dabei kann die oszillierende Reibungskompensations-Last analog zu dem in Fig. 3 angedeuteten Verfahren der US 7,713,263 B2 ermittelt bzw. ausgeübt werden, auf die entsprechend ergänzend Bezug genommen und deren Inhalt vollständig in die vorliegende Offenbarung einbezogen wird, wobei im Gegensatz zu dieser der Tastgrad auf Basis der berechneten Soll-Last F d und nicht auf Basis der erfassten Ist-Geschwindigkeit bestimmt wird.

Wie in Fig. 4 angedeutet, wird innerhalb eines Bereichs [-Fi, +Fi] zwischen den beiden Grenzwerten -Fi und +F1 für die berechnete Soll-Last F d ein Tastgrad („duty cycle“) de der pulsweitenmodulierten Reibungskompensations-Last linear von 0% auf 100% erhöht.

Fig. 5A zeigt hierzu exemplarisch die pulsweitenmodulierte

Reibungskompensations-Last F c über der Zeit t mit einem Tastgrad de = 50%, Fig. 5B mit einem Tastgrad de = 80%.

Man erkennt in Fig. 5A, 5B, dass die Amplitude der pulsweitenmodulierten Reibungskompensations-Last F c innerhalb jedes der beiden alternierenden Impulse einer Periode T jeweils linear ansteigt, wobei der Anstieg durch den Anstiegsparameter a vorgegeben ist.

Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung lässt sich auch anhand eines Klotzes mit der Masse m veranschaulichen, der auf einem horizontalen Tisch mit dem Reibbeiwert m liegt.

Für eine Soll-Bewegung X d (t) dieses Klotzes mithilfe einer horizontalen Antriebskraft F(t) und dem Modell m d 2 x/dt 2 = F kann eine Soll-Last F d berechnet werden: F d (t) = m-d 2 X d /dt 2 In der Realität wirkt bei einer Bewegung zusätzlich eine dieser Bewegung entgegengerichtete Reibkraft FR = m-rm-g. Indem nun in oben beschriebener weise ein Antrieb

- bei Stillstand und ohne Soll-Last (S40: „Y“) keine Reibungskompensations-Last auf den Klotz ausübt,

- ab einer gewissen erfassten Ist-Geschwindigkeit des Klotzes (S20: „Y“) zusätzlich zu der berechneten Soll-Last F d eine dieser Geschwindigkeit entgegengerichtete Reibungskompensations-Last m-rm-g, und - bei ruhendem Klotz und einer berechneten Soll-Last F d in einer ersten Richtung, z.B. = 0,6-F d , eine entsprechende Reibungskompensations-Last in dieser Richtung, beispielsweise durch einen entsprechenden Tastgrad wie in Fig. 5B angedeutet, kann vorteilhaft ein Energiebedarf und/oder eine Belastung reduziert und/oder der Klotz vorteilhaft bewegt, insbesondere aus dem Stillstand beschleunigt, werden.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. 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

10 mobile Basis

11 Hubsäule

12 Portal

13 Roboterarm

14 Drehantrieb Hubsäule

15 Linearantrieb Portal

20 Rechner de; dc‘ Tastgrad (duty cycle)

F c Reibungskompensations-Last

F d berechnete Soll-Last

Fi Soll-Last-(Grenz)Wert

F2 Reibungskompensations-Last-Wert qi-qs Roboterachs(stellung)en t Zeit

T Periodendauer

V meas erfasste Geschwindigkeit vi Geschwindigkeits-(Grenz)Wert a Anstiegsparameter