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Title:
VERIFICATION OF A MASS MODEL OF A ROBOT MANIPULATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/013975
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for verifying a mass model of a robot manipulator (1), having the steps of: - performing (S1) system identification in order to ascertain the mass model, - providing (S2) the estimate of the local gravity vector, - moving (S3) the robot manipulator (1) to a multiplicity of predefined locations, - actuating (S4) actuators (3) of the robot manipulator (1) using a pilot control signal from a gravity compensation system based on the mass model and the estimate of the gravity vector, - ascertaining (S5) a deflection of the position of the robot manipulator (1) by way of a sensor unit (7), - checking (S6) whether a deflection of the position of the reference point of other than zero occurs at the respective one of the predefined locations, and - executing (S7) a predefined response when a deflection of the reference point of other than zero occurs.

Inventors:
SPENNINGER ANDREAS (DE)
GOLZ SASKIA (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/070913
Publication Date:
January 28, 2021
Filing Date:
July 24, 2020
Export Citation:
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Assignee:
FRANKA EMIKA GMBH (DE)
International Classes:
B25J9/16
Domestic Patent References:
WO2019117855A12019-06-20
Other References:
SHEN ET AL: "The Effect of Ill-conditioned Inertia Matrix on Controlling Manipultor Robot", INTERNET, 1 January 2003 (2003-01-01), XP055737132, Retrieved from the Internet [retrieved on 20201006]
Attorney, Agent or Firm:
FRANK RÖSLER (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Verifizieren eines Massemodells eines Robotermanipulators (1) und/ oder einer Schätzung eines lokalen Schwerkraftvektors, wobei der

Robotermanipulator (1) eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundenen Gliedern aufweist und an den Gelenken Aktuatoren (3) zum Bewegen der Glieder gegeneinander angeordnet sind, aufweisend die Schritte:

- Durchführen (S1) einer statischen oder dynamischen Systemidentifikation durch eine Steuereinheit (5) zum Ermitteln des Massemodells des Robotermanipulators

(1) ,

- Bereitstellen (S2) der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors durch die Steuereinheit (5),

- Bewegen (S3) eines Referenzpunktes des Robotermanipulators (1) an eine Vielzahl vorgegebener Orte und Stoppen des Referenzpunktes des

Robotermanipulators (1) an jedem der vorgegebenen Orte,

- Ansteuern (S4) der Aktuatoren (3) des Robotermanipulators (1) mit einem

Vorsteuersignal einer Schwerkraftkompensation durch die Steuereinheit (5), nachdem der Referenzpunkt des Robotermanipulators (1) an dem jeweiligen der vorgegebenen Orte gestoppt wurde, wobei das Vorsteuersignal auf dem

Massemodell und der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors basiert,

- Ermitteln (S5) einer ersten oder höheren zeitlichen Ableitung der Position des Referenzpunktes des Robotermanipulators (1) durch eine Sensoreinheit (7) während des Ansteuerns der Aktuatoren (3) mit dem Vorsteuersignal,

- Prüfen (S6) durch die Steuereinheit (5), ob am jeweiligen der vorgegebenen Orte eine erste oder höhere zeitliche Ableitung der Position des Referenzpunktes ungleich null auftritt, und

- Ausführen (S7) einer vorgegebenen Reaktion durch die Steuereinheit (5), wenn eine erste oder höhere zeitliche Ableitung des Referenzpunktes ungleich null auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

wobei die vorgegebene Reaktion das Ausgeben einer visuellen, audiovisuellen oder akustischen Warnung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 ,

wobei die vorgegebene Reaktion das Anpassen des Massemodells und/oder der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

wobei das Anpassen des Massemodells und/oder der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors durch Erzeugen und Lösen eines überbestimmten

Gleichungssystems erfolgt und im Gleichungssystem eine jeweilige Zeile einem der vorgegebenen Orte entspricht, und die Variablen einer jeden Gleichung zumindest einen Masseparameter des Massemodells und einen jeweiligen dem jeweiligen Masseparameter zugeordneten Ortsvektor und die Schätzung des lokalen

Schwerkraftvektors umfassen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

wobei das Bewegen des Referenzpunktes des Robotermanipulators (1) an die Vielzahl vorgegebener Orte durch Ansteuern der Aktuatoren (3) des

Robotermanipulators (1) durch die Steuereinheit (5) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

wobei das Bewegen des Referenzpunktes des Robotermanipulators (1) an die Vielzahl vorgegebener Orte durch manuelles Führen des Robotermanipulators (1) durch einen Anwender erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

wobei der lokale Schwerkraftvektor nur den Betrag der lokal auf den

Robotermanipulator (1) wirkenden Schwerkraft umfasst.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

wobei der lokale Schwerkraftvektor den Betrag und die Richtung der lokal auf den Robotermanipulator (1) wirkenden Schwerkraft umfasst.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei beim Prüfen, ob am jeweiligen der vorgegebenen Orte eine erste oder höhere zeitliche Ableitung der Position des Referenzpunktes ungleich null auftritt, ein Totbereich auf die erste oder höhere zeitliche Ableitung angewendet wird.

10. Robotersystem (10) zum Verifizieren eines Robotermanipulators (1) des

Robotersystems (10) und/oder einer Schätzung eines lokalen Schwerkraftvektors, wobei der Robotermanipulator (1) eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundenen Gliedern aufweist und an den Gelenken Aktuatoren (3) zum Bewegen der Glieder gegeneinander angeordnet sind, wobei das Robotersystem (10) eine Steuereinheit (5) aufweist, die dazu ausgeführt ist,

- eine statische oder dynamische Systemidentifikation zum Ermitteln des

Massemodells des Robotermanipulators (1) durchzuführen,

- die Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors bereitzustellen,

- die Aktuatoren (3) des Robotermanipulators (1) zum Bewegen eines

Referenzpunktes des Robotermanipulators (1) an eine Vielzahl vorgegebener Orte und Stoppen des Referenzpunktes des Robotermanipulators (1) an jedem der vorgegebenen Orte anzusteuern, und

- die Aktuatoren (3) mit einem Vorsteuersignal einer Schwerkraftkompensation anzusteuern, nachdem der Referenzpunkt des Robotermanipulators (1) an dem jeweiligen der vorgegebenen Orte gestoppt wurde, wobei das Vorsteuersignal auf dem Massemodell und der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors basiert, und wobei das Robotersystem (10) eine Sensoreinheit (7) aufweist, die zum

Ermitteln einer ersten oder höheren zeitlichen Ableitung der Position des

Referenzpunktes des Robotermanipulators (1) ausgeführt ist, wobei die

Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, zu prüfen, ob am jeweiligen der

vorgegebenen Orte eine erste oder höhere zeitliche Ableitung der Position des Referenzpunktes ungleich null auftritt, und dazu ausgeführt ist, eine vorgegebene

Reaktion auszuführen, wenn eine erste oder höhere zeitliche Ableitung des Referenzpunktes ungleich null auftritt.

Description:
Verifikation eines Massemodells eines Robotermanipulators

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verifizieren eines Massemodells eines

Robotermanipulators und/oder einer Schätzung eines lokalen Schwerkraftvektors, sowie ein Robotersystem zum Verifizieren eines Massemodells eines Robotermanipulators des Robotersystems und/oder einer Schätzung eines lokalen Schwerkraftvektors.

Die folgenden Informationen sind nicht notwendigerweise auf einen bestimmten Stand der Technik bezogen, sondern geben allgemeine Sichtweisen und Probleme der Robotik wieder:

Die Masse und insbesondere die Massenverteilung eines Robotermanipulators, wie eines Industrieroboters, stellen eine wichtige Basis für eine hochperformante und auch sichere Regelung des Robotermanipulators dar. Insbesondere für die Reglerauslegung oder auch für Kollisionsdetektionen ist die Masseverteilung über den Robotermanipulator

idealerweise mit hoher Genauigkeit bekannt. Auch eine schwerkraftkompensierte

Ansteuerung der Aktuatoren eines Robotermanipulators funktioniert typischerweise auf Basis eines Massemodells und der Kenntnis der aktuellen Pose des Robotermanipulators und auf Basis eines geschätzten Wertes und einer geschätzten Richtung der aktuellen Schwerkraft. In einer solchen schwerkraftkompensierten Ansteuerung wird dabei ein solches Moment durch die Aktuatoren erzeugt, das die Gesamtheit der Momente der Aktuatoren die auf den Robotermanipulator wirkende Schwerkraft neutralisiert, sodass sich der Robotermanipulator in einem künstlichen schwerelosen Feld befindet. Vor diesem Hintergrund liegt nicht nur der Einfluss von Fehlern der modellierten

Masseverteilung auf die Güte der Regelung des Robotermanipulators nahe, sondern auch der sicherheitsrelevante Aspekt der Genauigkeit der modellierten Masseverteilung. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die modellierte Masseverteilung zu verifizieren, und bei einem negativen Ergebnis der Verifikation eine entsprechende Reaktion auszuführen.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verifizieren eines

Massemodells eines Robotermanipulators und/oder einer Schätzung eines lokalen Schwerkraftvektors, wobei der Robotermanipulator eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundenen Gliedern aufweist und an den Gelenken Aktuatoren zum Bewegen der Glieder gegeneinander angeordnet sind, aufweisend die Schritte:

- Durchführen einer statischen oder dynamischen Systemidentifikation durch eine Steuereinheit zum Ermitteln des Massemodells des Robotermanipulators,

- Bereitstellen der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors durch die Steuereinheit,

- Bewegen eines Referenzpunktes des Robotermanipulators an eine Vielzahl vorgegebener Orte und Stoppen des Referenzpunktes des Robotermanipulators an jedem der vorgegebenen Orte,

- Ansteuern der Aktuatoren des Robotermanipulators mit einem Vorsteuersignal einer Schwerkraftkompensation durch die Steuereinheit, nachdem der Referenzpunkt des Robotermanipulators an dem jeweiligen der vorgegebenen Orte gestoppt wurde, wobei das Vorsteuersignal auf dem Massemodell und der Schätzung des lokalen

Schwerkraftvektors basiert,

- Ermitteln einer ersten oder höheren zeitlichen Ableitung der Position des

Referenzpunktes des Robotermanipulators durch eine Sensoreinheit während des Ansteuerns der Aktuatoren mit dem Vorsteuersignal,

- Prüfen durch die Steuereinheit, ob am jeweiligen der vorgegebenen Orte eine erste oder höhere zeitliche Ableitung der Position des Referenzpunktes ungleich null auftritt, und

- Ausführen einer vorgegebenen Reaktion durch die Steuereinheit, wenn eine erste oder höhere zeitliche Ableitung des Referenzpunktes ungleich null auftritt.

Die Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors wird bevorzugt in einem Speicher der Steuereinheit abgespeichert, alternativ bevorzugt dazu wird sie durch Messung erzeugt, oder wiederum alternativ dazu von einem Anwender insbesondere aufgrund von

Vorwissen eingegeben. Prinzipiell können die im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Ermitteln des lokalen Schwerkraftvektors verwendet werden. Entscheidend ist, dass ein Startwert als„Schätzung“ des lokalen Schwerkraftvektors durch die Steuereinheit bereitgestellt wird, unabhängig davon woher dieser Startwert stammt. Der Begriff der Schätzung schließt dabei mit ein, dass auch eine Messung nur eine Näherung der Realität wiedergeben kann.

Die Systemidentifikation dient dazu, die Masseverteilung und daher letztendlich auch ein Massemodell des Robotermanipulators zu ermitteln. Die Masseverteilung ist dabei insbesondere von der Geometrie des Robotermanipulators abhängig, das heißt die Ausdehnung der jeweiligen Glieder und Gelenke des Robotermanipulators ist zu beachten. Wie sich die Masse über diese Ausdehnung der Glieder und Gelenke verteilt, gibt die Masseverteilung des Robotermanipulators an. Davon umfasst ist die Masse eines Endeffektors, sofern einer am distalen Ende des Robotermanipulators angeordnet ist, und andere verbleibende Lasten. Eine solche Systemidentifikation kann statisch oder dynamisch stattfinden. Im statischen Fall wird der Robotermanipulator in gewisse Posen verfahren und durch Ermittlung von Kräften und/oder Momenten auf den

Robotermanipulator während des Verbleibs in einer jeweiligen Pose des

Robotermanipulators wird die Masseverteilung über den Robotermanipulator ermittelt. Werden ausreichend viele statische Posen des Robotermanipulators angefahren und sind diese Posen ausreichend zueinander verschieden, bezüglich der jeweiligen Gelenkwinkel zueinander, so kann insbesondere durch Drehmomenterfassung an den Gelenken die Masseverteilung des Robotermanipulators ermittelt werden. In der dynamischen

Systemidentifikation dagegen wird der Robotermanipulator im Gegensatz zu den stationären Posen des Robotermanipulators, in denen sich der Robotermanipulator in einer jeweiligen Ruhelage befindet, mit kommandierten Signalen vorgegebener

Frequenzen angeregt. Bevorzugt wird ein sinusförmiges Signal auf den vorgesteuerten Kommandozweig eines Reglers des Robotermanipulators gegeben, wobei das sinusförmige Signal eines sich über die Zeitdauer des Signals ändernde Frequenz aufweist. Bevorzugt wird ein so genanntes "Chirp" Signal verwendet, um so zu einem insbesondere linearen Modell einer Übertragungsfunktion oder einem linearen

Zustandsraummodell des Robotermanipulators zu gelangen. Durch Vergleich dieses Eingangssignals mit einem Ausgangssignal (beispielsweise einer Position, einer

Geschwindigkeit, oder einer Beschleunigung des Robotermanipulators) kann

insbesondere im Frequenzbereich durch Ermitteln eines Ausgangsspektrums und eines Eingangsspektrums ein Frequenzgang ermittelt werden und mittels des Frequenzgangs die Parameter eines analytischen Modells angepasst werden, insbesondere mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate oder anderen Methoden der linearen und insbesondere nichtlinearen Optimierung. Die Parameter des analytischen Modells weisen dabei insbesondere die Masseparameter eines insbesondere diskretisierten

Massemodells des Robotermanipulators auf. Bevorzugt werden für das analytische Modell die Newton-Euler-Gleichungen verwendet.

Letztendlich können die im Stand der Technik bekannten Verfahren zur

Systemidentifikation verwendet werden, um die Masseverteilung über den

Robotermanipulator zu bestimmen. Die so bestimmte Masseverteilung wird jedoch durch Reibungseffekte, nichtlineare Effekte, Messfehler, und andere störende prozessbedingte und auch zufällige Einflüsse nie vollständig der Realität entsprechen. Wird also der Robotermanipulator wie oben geschildert schwerkraftkompensiert angesteuert, so würde sich bei Nichtübereinstimmung der Realität mit dem Massemodell ein Drift des

Robotermanipulators ergeben, und der Robotermanipulator würde sich wegen des Schwerkrafteinfluss oder wegen zu hoch gewählter Gegenmomente der Aktuatoren gegen den Schwerkrafteinfluss nicht mehr in seiner Ruhelage verbleiben. Dies nutzt der erste Aspekt der Erfindung und erfasst eine zeitliche Ableitung der Position des

Referenzpunktes des Robotermanipulators, insbesondere eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung des Referenzpunktes. Wird hierbei ein Wert ungleich null festgestellt, deutet dies auf ein fehlerhaftes Massemodell hin. Dann wird vorteilhaft eine

entsprechende vorgegebene Reaktion durch die Steuereinheit ausgeführt.

Die erste oder höhere zeitliche Ableitung der Position des Referenzpunktes wird bevorzugt mittels einer Sensoreinheit erfasst. Die Sensoreinheit ist dabei je nachdem, welche Ableitung ermittelt wird, entsprechend ausgestaltet. Bevorzugt weisen die

Gelenke des Robotermanipulators Positionssensoren auf. Durch eine erste zeitliche Ableitung der durch die Positionssensoren erfassten Gelenkwinkel wird eine jeweilige Gelenkgeschwindigkeit erhalten. Durch nochmalige, bevorzugt gefilterte, zeitliche

Ableitung wird eine jeweilige Wnkelbeschleunigung zwischen den Gliedern des

Robotermanipulators erhalten. Alternativ dazu können Beschleunigungssensoren verwendet werden, um direkt die Winkelbeschleunigung zu erhalten.

Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass ein fehlerhaftes Massemodell eines Robotermanipulators zügig und ohne großen Aufwand erkannt wird und entsprechend darauf reagiert werden kann. Diese erhöht vorteilhaft die Zuverlässigkeit und Güte des Reglers und ferner auch die Sicherheit des Betriebs des Robotermanipulators.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die vorgegebene Reaktion das Ausgeben einer visuellen, audiovisuellen oder akustischen Warnung. Vorteilhaft wird einem

Anwender des Robotermanipulators dabei sehr zügig und intuitiv mitgeteilt, dass das Massemodell des Robotermanipulators im Bezug zur Schätzung des lokalen

Schwerkraftvektors fehlerhaft ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die vorgegebene Reaktion das Anpassen des Massemodells und/oder der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors. Wrd eine Bewegung des Robotermanipulators detektiert, insbesondere eine

Beschleunigung des Robotermanipulators, so wird implizit damit auch automatisch darauf geschlossen, dass die schwerkraftkompensierte Ansteuerung des Robotermanipulators durch das Vorsteuersignal entweder aufgrund eines fehlerhaften Massemodells, das heißt einer nicht realitätsgetreu erfassten Masseverteilung des Robotermanipulators, oder durch eine fehlerhafte Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors, oder durch Fehler sowohl in dem Massemodell als auch in der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors nicht wie gewünscht funktioniert. Die Schwerkraftkompensation erfolgt an der Vielzahl vorgegebener Orte nämlich lediglich durch eine Vorsteuerung, das heißt es wird kein geschlossener Regelkreis verwendet. Daher werden Fehler in der Vorsteuerung auch nicht ausgeglichen. Dadurch, dass das Ansteuern der Aktuatoren des

Robotermanipulators mit einem Vorsteuersignal einer Schwerkraftkompensation durch die Steuereinheit an der Vielzahl vorgegebener Orte im jeweiligen Ruhezustand des

Robotermanipulators erfolgt, kann wiederum das Verfahren des Robotermanipulators in die Vielzahl der vorgegebenen Orte für eine erneute und anpassende statische

Systemidentifikation genutzt werden. Vorteilhaft wird dadurch das Verfahren der

Verifikation gleich dazu genutzt, neue Daten für eine neue Systemidentifikation zu schaffen, wodurch es effizient möglich ist, das Massenmodell und/oder die Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors anzupassen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Anpassen des

Massemodells und/oder der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors durch Erzeugen und Lösen eines überbestimmten Gleichungssystems. Im Gleichungssystem entspricht eine jeweilige Zeile einem der vorgegebenen Orte, und die Variablen einer jeden

Gleichung umfassen zumindest einen Masseparameter des Massemodells und einen jeweiligen dem jeweiligen Masseparameter zugeordneten Ortsvektor und die Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors. Durch die überbestimmte Natur des Gleichungssystems kann insbesondere Prozessrauschen und Sensorrauschen ausgemittelt werden und somit ein genaueres Massemodell und/oder eine bessere Schätzung des lokalen

Schwerkraftvektors erhalten werden. Je nach Anzahl der Gleichungen kann nur das Massemodell angepasst werden, oder auch, wenn ausreichend viele Gleichungen vorhanden sind, die Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors angepasst werden, welche dann als weitere Unbekannte im Gleichungssystem behandelt wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Bewegen des

Referenzpunktes des Robotermanipulators an die Vielzahl vorgegebener Orte durch Ansteuern der Aktuatoren des Robotermanipulators durch die Steuereinheit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Bewegen des

Referenzpunktes des Robotermanipulators an die Vielzahl vorgegebener Orte durch manuelles Führen des Robotermanipulators durch einen Anwender. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der lokale

Schwerkraftvektor nur den Betrag der lokal auf den Robotermanipulator wirkenden Schwerkraft. Der Betrag der auf den Robotermanipulator wirkenden Schwerkraft ist insbesondere der Betrag des Ortsfaktors, das heißt des lokalen Schwerkraftvektors. Ein möglicher Durchschnittswert über die verschiedenen Ortsfaktoren der Erde ist insbesondere 9,81 m/s 2 .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der lokale

Schwerkraftvektor den Betrag und die Richtung der lokal auf den Robotermanipulator wirkenden Schwerkraft. Der lokal an einem Ort der Erde wirkende Schwerkraftvektor variiert über die Erde nicht nur betragsmäßig, sondern auch dessen Richtung zeigt nicht immer zum Mittelpunkt der mathematisch ideal als Referenzellipsoid modellierten Erde.

So weist die Erde insbesondere in Äquatornähe einen größeren Umfang als über die Pole auf, zudem variiert die Dichte der Erde. Hinzu kommt, dass beim Aufstellen eines Robotermanipulators dieser nie mathematisch exakt zum lokalen Schwerkraftvektor orientiert wird. Durch Berücksichtigung der Richtung des lokalen Schwerkraftvektors werden gemäß dieser Ausführungsform vorteilhaft diese Unsicherheiten in Betracht gezogen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird beim Prüfen, ob am jeweiligen der vorgegebenen Orte eine erste oder höhere zeitliche Ableitung der Position des Referenzpunktes ungleich null auftritt, ein Totbereich auf die erste oder höhere zeitliche Ableitung angewendet. Bevorzugt werden innerhalb des Totbereichs liegende Werte der Ableitung auf null abgebildet. Werte außerhalb des Totbereichs behalten dagegen bevorzugt ihren eigentlichen Wert, oder alternativ dazu bevorzugt beginnen bei Null genau an der Grenze zum Totbereich. Dies entspricht effektiv einem Grenzwert bezüglich der ersten höheren zeitlichen Ableitung der Position des Referenzpunktes, ab dem die Reaktion des Robotermanipulators durch die Steuereinheit stattfindet. Vorteilhaft wird mit dieser Ausführungsform erreicht, dass nur kleine Fehler im Massenmodell des

Robotermanipulators und/oder in der Schätzung des lokalen Schwerkraftrektors vernachlässigt werden, und dass weithin vorteilhaft Sensorrauschen nicht unmittelbar zu der vorgegebenen Reaktion des Robotermanipulators durch die Steuereinheit führt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Robotersystem zum Verifizieren eines Massemodells eines Robotermanipulators des Robotersystems und/oder einer Schätzung eines lokalen Schwerkraftvektors, wobei der Robotermanipulator eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundenen Gliedern aufweist und an den Gelenken Aktuatoren zum Bewegen der Glieder gegeneinander angeordnet sind, wobei das Robotersystem eine Steuereinheit aufweist, die dazu ausgeführt ist,

- eine statische oder dynamische Systemidentifikation zum Ermitteln des Massemodells des Robotermanipulators durchzuführen,

- die Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors bereitzustellen,

- die Aktuatoren des Robotermanipulators zum Bewegen eines Referenzpunktes des Robotermanipulators an eine Vielzahl vorgegebener Orte und Stoppen des

Referenzpunktes des Robotermanipulators an jedem der vorgegebenen Orte

anzusteuern, und

- die Aktuatoren mit einem Vorsteuersignal einer Schwerkraftkompensation anzusteuern, nachdem der Referenzpunkt des Robotermanipulators an dem jeweiligen der

vorgegebenen Orte gestoppt wurde, wobei das Vorsteuersignal auf dem Massemodell und der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors basiert,

und wobei das Robotersystem eine Sensoreinheit aufweist, die zum Ermitteln einer ersten oder höheren zeitlichen Ableitung der Position des Referenzpunktes des

Robotermanipulators ausgeführt ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, zu prüfen, ob am jeweiligen der vorgegebenen Orte eine erste oder höhere zeitliche

Ableitung der Position des Referenzpunktes ungleich null auftritt, und dazu ausgeführt ist, eine vorgegebene Reaktion auszuführen, wenn eine erste oder höhere zeitliche Ableitung des Referenzpunktes ungleich null auftritt.

Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Robotersystems ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen.

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 zeigen:

Fig. 1 ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 2 ein zum Verfahren nach Fig. 1 zugehöriges Robotersystem gemäß dem

Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.

Fig. 1 zeigt ein Verfahren zum Verifizieren eines Massemodells eines

Robotermanipulators 1. Die Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors wird dabei konstant beibehalten. Der Robotermanipulator 1 ist ein Industrieroboter und weist eine Vielzahl von durch Gelenke miteinander verbundenen Gliedern auf. An den Gelenken sind Aktuatoren 3 zum Bewegen der Glieder gegeneinander angeordnet, sowie

Gelenkwinkelsensoren und auch Drehmomentsensoren einer Sensoreinheit 7

angeordnet. Die folgenden Verfahrensschritte werden auf einem Robotersystem 10, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgeführt, sodass auch die Fig. 2 bezüglich der folgenden

Beschreibung herangezogen werden kann. Die Schritte sind im einzelnen:

- Durchführen S1 einer statischen Systemidentifikation durch eine Steuereinheit 5 des Robotermanipulators 1 zum Ermitteln eines Massemodells des Robotermanipulators 1 ,

- Bereitstellen S2 einer Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors durch die

Steuereinheit 5, wobei die Schätzung in einem Speicher der Steuereinheit 5 abgelegt ist und der lokale Schwerkraftvektor den Betrag und die Richtung der lokal auf den

Robotermanipulator 1 wirkenden Schwerkraft umfasst,

- Bewegen S3 eines Referenzpunktes am Endeffektor des Robotermanipulators 1 an eine Vielzahl vorgegebener Orte und Stoppen des Referenzpunktes des

Robotermanipulators 1 an jedem der vorgegebenen Orte, wobei das Bewegen des Referenzpunktes des Robotermanipulators 1 an die Vielzahl vorgegebener Orte durch Ansteuern der Aktuatoren 3 des Robotermanipulators 1 durch die Steuereinheit 5 erfolgt,

- Ansteuern S4 der Aktuatoren 3 des Robotermanipulators 1 mit einem Vorsteuersignal einer Schwerkraftkompensation durch die Steuereinheit 5, nachdem der Referenzpunkt des Robotermanipulators 1 an dem jeweiligen der vorgegebenen Orte gestoppt wurde, wobei das Vorsteuersignal auf dem Massemodell und der Schätzung des lokalen

Schwerkraftvektors basiert,

- Ermitteln S5 einer ersten Ableitung der Position des Referenzpunktes des

Robotermanipulators 1 durch die Sensoreinheit 7 durch Ermitteln einer zeitlichen

Ableitung der von den Gelenkwinkelsensoren jeweils ermittelten Gelenkwinkeln während des Ansteuerns der Aktuatoren 3 mit dem Vorsteuersignal,

- Prüfen S6 durch die Steuereinheit 5, ob am jeweiligen der vorgegebenen Orte eine erste zeitliche Ableitung der Position des Referenzpunktes ungleich null oberhalb eines Totbereichs auftritt, und

- Ausführen S7 einer vorgegebenen Reaktion durch die Steuereinheit 5, wenn die erste Ableitung des Referenzpunktes ungleich null auftritt, wobei die vorgegebene Reaktion das Ausgeben einer visuellen Warnung auf einer mit dem Robotermanipulator 1 verbundene Anzeigeeinheit (der Einfachheit halber nicht in Fig. 2 dargestellt) und das Anpassen des Massemodells umfasst. Das Anpassen des Massemodells erfolgt durch Erzeugen eines überbestimmten Gleichungssystems. In diesem Gleichungssystem ist eine jeweilige Zeile einem der vorgegebenen Orte zugeordnet, und die Variablen einer jeden Gleichung, nach denen das Gleichungssystem zu lösen ist, weisen zumindest einen Masseparameter und einen jeweiligen dem jeweiligen Masseparameter zugeordneten Ortsvektor auf.

Fig. 2 zeigt ein Robotersystem 10, um das Verfahren nach Fig. 1 auszuführen. Wie unter der Beschreibung zu Fig. 1 erwähnt weist das Robotersystem 10 eine Steuereinheit 5 auf, die dazu dient,

- die statische Systemidentifikation zum Ermitteln des Massemodells des

Robotermanipulators 1 durchzuführen,

- die Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors bereitzustellen,

- die Aktuatoren 3 des Robotermanipulators 1 zum Bewegen eines Referenzpunktes des Robotermanipulators 1 an die Vielzahl der vorgegebenen Orte und Stoppen des

Referenzpunktes des Robotermanipulators 1 an jedem der vorgegebenen Orte

anzusteuern, und

- die Aktuatoren 3 mit einem Vorsteuersignal einer Schwerkraftkompensation

anzusteuern, nachdem der Referenzpunkt des Robotermanipulators 1 an dem jeweiligen der vorgegebenen Orte gestoppt wurde, wobei das Vorsteuersignal auf dem

Massemodell und der Schätzung des lokalen Schwerkraftvektors basiert. In Fig. 2 ist dabei symbolisch durch die Strichelung der Pose in (B) dargestellt, die um 180° gedreht zur Pose in (A) ist, dass der Referenzpunkt des Robotermanipulators 1 an die Vielzahl der vorgegebenen Orte bewegt wird. Es werden möglichst verschiedene Posen angefahren, um die Masseverteilung besser schätzen zu können. Das Robotersystem 10 weist außerdem eine Sensoreinheit 7 mit Gelenkwinkelsensoren und auch mit

Drehmomentsensoren auf, welche an den Gelenken des Robotermanipulators 1 angeordnet sind. Die Gelenkwinkelsensoren erfassen jeweilige Gelenkwinkel und die Steuereinheit 5 ermittelt durch Anwenden einer gefilterten Ableitung auf die Gelenkwinkel die Geschwindigkeit des Referenzpunktes des Endeffektors des Robotermanipulators 1. Ferner dient die Steuereinheit 5 dazu, zu prüfen, ob am jeweiligen der vorgegebenen Orte eine Geschwindigkeit des Referenzpunktes ungleich null auftritt, und führt bei einer solchen Geschwindigkeit ungleich null die unter der Fig. 1 aufgezählten Reaktionen aus.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der

Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende

Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.

Bezugszeichenliste

1 Robotermanipulator

3 Aktuatoren

5 Steuereinheit

7 Sensoreinheit

10 Robotersystem

51 Durchführen

52 Bereitstellen

53 Bewegen

54 Ansteuern

S5 Ermitteln

56 Prüfen

57 Ausführen