DE102015218699A1 - Method for automatically configuring an external control system for controlling and / or regulating a robot system - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur automatischen Konfiguration eines externen Steuerungssystems (2) zur Steuerung und/oder Regelung eines Robotersystems (1) angegeben. Bei dem Verfahren werden ein externes Steuerungssystem (2) sowie eines Robotersystems (1), welches zumindest einen Manipulator (3) und eine Robotersteuerung (4) aufweist, bereitgestellt. Weiterhin wird eine Verbindung (5) zum Datenaustausch zwischen dem Robotersystem (1) und dem externen Steuerungssystem (2) aufgebaut. Beschreibungsdaten werden vom Robotersystem (1) an das externe Steuerungssystem (2) übertragen. Des Weiteren wird ein mathematisches Robotermodell durch das externe Steuerungssystem (2) auf Basis der empfangenen Beschreibungsdaten erstellt und es wird eine Kommunikation (6) zwischen dem externen Steuerungssystem (2) und der Robotersteuerung (4) auf Basis der empfangenen Beschreibungsdaten eingerichtet.A method is provided for automatically configuring an external control system (2) for controlling and / or regulating a robot system (1). In the method, an external control system (2) and a robot system (1), which has at least one manipulator (3) and a robot controller (4), are provided. Furthermore, a connection (5) for data exchange between the robot system (1) and the external control system (2) is constructed. Descriptive data is transmitted from the robot system (1) to the external control system (2). Further, a mathematical robot model is prepared by the external control system (2) based on the received description data, and communication (6) is established between the external control system (2) and the robot controller (4) based on the received description data.

Figure DE102015218699A1_0001
Figure DE102015218699A1_0001

Description

Es wird ein Verfahren zur automatischen Konfiguration eines externen Steuerungssystems zur Steuerung und/oder zur Regelung eines Robotersystems angegeben. Das Robotersystem weist zumindest einen Manipulator und eine Robotersteuerung auf.A method for automatically configuring an external control system for controlling and / or controlling a robot system is provided. The robot system has at least a manipulator and a robot controller.

Robotersysteme bestehen üblicherweise aus einem Manipulator (Roboterarm) und einer Robotersteuerung, die für die Programmierung, Steuerung und Regelung des Manipulators zuständig ist. Zentrale Bestandteile dieser Steuerung sind z. B. Applikationsprogramm, Interpreter, mathematische Funktionen zur Bahnplanung und Interpolation sowie Frequenzumrichter zur Ansteuerung der Elektromotoren des Manipulators. Des Weiteren enthält die Steuerung normalerweise Kommunikationsmechanismen, um mit unter- (z. B. Schweißzangensteuerung) und übergeordneter Peripherie (z. B. SPS-Zellensteuerung) zu kommunizieren.Robot systems usually consist of a manipulator (robot arm) and a robot controller, which is responsible for the programming, control and regulation of the manipulator. Central components of this control are z. As application program, interpreter, mathematical functions for path planning and interpolation and frequency converter for controlling the electric motors of the manipulator. Furthermore, the controller normally includes communication mechanisms to communicate with sub (eg, weld gun control) and higher level peripheral (eg, PLC cell control).

Robotersteuerung und Manipulator werden heutzutage als Komplettlösung erworben und stellen stark proprietäre Systeme dar. Beispielsweise sind Programmierung und Konfiguration weitestgehend herstellerspezifisch. Insbesondere in der Applikationsentwicklung sind daher funktionale Einschränkungen und reduzierte herstellerübergreifende Austauschbarkeit die Folge.Robot control and manipulator are nowadays acquired as a complete solution and represent highly proprietary systems. For example, programming and configuration are largely manufacturer-specific. Functional restrictions and reduced cross-manufacturer interchangeability are therefore the result, especially in application development.

Es gibt bereits Bestrebungen, Funktionen der herstellerspezifischen Robotersteuerung in externe Steuerungssysteme zu legen. Die bisher bekannten Lösungen stellen jedoch lediglich Insellösungen der einzelnen Roboterhersteller dar. So variieren die verfügbaren Konzepte je nach Roboterhersteller.There are already efforts to place functions of the manufacturer-specific robot control in external control systems. However, the previously known solutions only represent isolated solutions of the individual robot manufacturers. The available concepts vary depending on the robot manufacturer.

Beispielsweise sind Systeme bekannt, um Teach- und Verfahrbefehle des Roboters über eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) vorzunehmen. Dadurch kann sowohl die Bewegungsprogrammierung als auch die Ablaufsteuerung des Roboterprogramms in der SPS erfolgen. Sämtliche darunter liegende Funktionen, wie Bahnplanung und Peripherieansteuerung, werden weiterhin in der Robotersteuerung durchgeführt.For example, systems are known to teach and move commands of the robot via a PLC (programmable logic controller) make. As a result, both the motion programming and the sequence control of the robot program can take place in the PLC. All underlying functions, such as path planning and peripheral control, will continue to be performed in the robot controller.

Andere externe Steuerungssysteme bieten die Möglichkeit, die Bahnplanung des Roboters zum Teil bzw. vollständig zu deaktivieren, d. h. Achs- oder Werkzeugpositionen (TCP, „Tool Center Point”) des Roboters können durch das externe Steuerungssystem vorgegeben bzw. beeinflusst werden. Die Schnittstellen variieren jedoch in den Konzepten und der Implementierung.Other external control systems offer the possibility of partially or completely deactivating the path planning of the robot, i. E. H. Axis or tool positions (TCP, "Tool Center Point") of the robot can be specified or influenced by the external control system. However, the interfaces vary in the concepts and the implementation.

Des Weiteren ist es möglich auf die Steuerung des Roboterherstellers zu verzichten und lediglich den Manipulator einzusetzen. Die Steuerung wird in diesem Fall von einem Drittlieferant bezogen. Diese umfasst neben der notwendigen Software die Antriebssteuerung (Frequenzumrichter), um die Motoren des Roboterarms zu steuern. Eingesetzt werden diese Systeme insbesondere für Spezialapplikationen oder in Systemlösungen. Die Unterstützung durch Roboterhersteller variiert jedoch stark, da wettbewerbsrelevante Daten zur Verfügung gestellt werden müssen und der Roboterhersteller lediglich als Mechaniklieferant dient.Furthermore, it is possible to dispense with the control of the robot manufacturer and only use the manipulator. The control is in this case obtained from a third party supplier. In addition to the necessary software, this includes the drive control (frequency converter) to control the motors of the robot arm. These systems are used in particular for special applications or in system solutions. However, support from robotic manufacturers varies greatly as competitive data needs to be made available and the robot manufacturer serves merely as a mechanic supplier.

Die Inbetriebnahme eines Robotersystems mit externer Steuerung ist heutzutage ein zeitaufwändiger und manueller Prozess, der tiefes steuerungstechnisches und Robotik-Know-How erfordert. Zum einen muss die korrekte Schnittstellenbelegung der Schnittstelle der Robotersteuerung im externen Steuerungssystem implementiert werden. Dies variiert je nach Roboterhersteller und umfasst die korrekte Zuweisung von Ein- und Ausgängen oder die korrekte Aufbereitung und Interpretation von Nachrichtentelegrammen. Notwendig ist dies, um die korrekten Steuerungsbefehle an die Robotersteuerung zu senden und den aktuellen Systemzustand des Robotersystems zu erfassen und zu verarbeiten. Auf Ebene der Antriebe sind Informationen zur Ansteuerung des Motors notwendig: z. B. Spannung, Frequenz.The commissioning of a robot system with external control is today a time-consuming and manual process that requires deep control technology and robotics know-how. On the one hand, the correct interface assignment of the robot control interface must be implemented in the external control system. This varies depending on the robot manufacturer and includes the correct assignment of inputs and outputs or the correct preparation and interpretation of message telegrams. This is necessary in order to send the correct control commands to the robot controller and to detect and process the current system state of the robot system. At the drive level, information is required to control the motor: z. B. voltage, frequency.

Zum anderen muss in der externen Steuerung ein Robotermodell des Manipulators erstellt werden, um Positionsvorgaben korrekt durchzuführen. Je nach tiefe der Integration muss das Robotermodell zudem weitere Eigenschaften (wie Massen, Massenträgheit) beinhalten um eine dynamisch ideale Steuerung des Manipulators zu gewährleisten.On the other hand, a robot model of the manipulator must be created in the external control in order to perform position specifications correctly. Depending on the depth of the integration, the robot model must also contain other properties (such as masses, inertia) to ensure a dynamically ideal control of the manipulator.

Insbesondere der aufwändige Implementierungsprozess auf Grund des erforderlichen Roboter Know-Hows und die unklare Schnittstellendefinition bzw. Schnittstellenvielfalt sind hinderlich, um externe Steuerungssysteme flexibel einsetzen zu können. Zudem variiert die Unterstützung einer externen Steuerungsanbindung von Robotersystemen stark nach Roboterlieferant.In particular, the time-consuming implementation process due to the required robot know-how and the unclear interface definition or interface diversity are a hindrance to being able to use external control systems flexibly. In addition, the support of an external control connection of robot systems varies greatly according to robot supplier.

Zusammenfassend lassen sich die Nachteile der im Stand der Technik bekannten Lösungen und die damit verbundenen Herausforderungen wie folgt darstellen:

  • – Hohe Diversität an Komponenten, Vielzahl an Schnittstellen, kein einheitlicher Standard,
  • – manuelle und aufwendige Konfiguration der Grundsteuerung (BUS-Konfiguration und Antriebsfreigabe), der externen Schnittstellen und des Robotermodells in der externen Steuerung,
  • – Beschaffung der jeweiligen Daten zur Robotermechanik vom Lieferanten, und
  • – Geheimhaltung von Dynamik- und Antriebsdaten durch den Roboterhersteller – mit steigender Anzahl und Varianz an Manipulatoren bzw. Peripheriekomponenten multipliziert sich der Aufwand.
In summary, the disadvantages of the solutions known in the prior art and the associated challenges can be represented as follows:
  • - High diversity of components, variety of interfaces, no uniform standard,
  • - Manual and complex configuration of the basic control (BUS configuration and drive enable), the external interfaces and the robot model in the external control,
  • - Procurement of the respective robot mechanics data from the supplier, and
  • - Confidentiality of dynamics and drive data by the robot manufacturer - with increasing number and variance of manipulators or peripheral components, the effort is multiplied.

Es ist somit eine Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen ein Verfahren zur automatischen Konfiguration eines externen Steuerungssystems anzugeben, durch welches ein zeitaufwändiger und manueller Prozess zur Konfiguration und Ansteuerung eines Roboters entfallen kann.It is thus an object of at least some embodiments to provide a method for automatically configuring an external control system by which a time-consuming and manual process for configuring and controlling a robot can be eliminated.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.This object is achieved by a method according to the independent claim. Advantageous embodiments and further developments will become apparent from the dependent claims, the following description and from the drawings.

Bei einem hier beschriebenen Verfahren zur automatischen Konfiguration eines externen Steuerungssystems zur Steuerung und/oder Regelung eines Robotersystems werden ein externes Steuerungssystem und ein Robotersystem bereitgestellt. Das Robotersystem weist vorzugsweise zumindest einen Manipulator und eine Robotersteuerung auf. Der Manipulator weist vorzugsweise zumindest einen Roboterarm auf. Beispielsweise kann es sich um einen mehrachsigen Roboterarm handeln. Die Robotersteuerung kann insbesondere zur Steuerung und/oder Regelung des Manipulators zuständig sein.In a method for automatically configuring an external control system for controlling and / or controlling a robot system described herein, an external control system and a robot system are provided. The robot system preferably has at least one manipulator and one robot controller. The manipulator preferably has at least one robot arm. For example, it may be a multi-axis robotic arm. The robot controller may be responsible in particular for controlling and / or regulating the manipulator.

Zwischen dem Robotersystem und dem externen Steuerungssystem wird eine Verbindung zum Datenaustausch aufgebaut. Beispielsweise kann die Verbindung zum Datenaustausch zwischen der Robotersteuerung des Robotersystems und dem externen Steuerungssystem aufgebaut werden. Die Verbindung kann beispielsweise über ein Datentransfermodul über Netzwerktechnik, z. B. mittels TCP/IP („Transmission Control Protocol/Internet Protocol”) oder mittels NFC („Near Field Communication”, Nahfeldkommunikation) erfolgen. Weiterhin ist ein Abruf auf ein weiteres System (z. B. Datenbank, Internet/Intranet) möglich. Anschließend werden Beschreibungsdaten vom Robotersystem an das externe Steuerungssystem übertragen. Die Beschreibungsdaten können z. B. von der Robotersteuerung des Robotersystems an das externe Steuerungssystem übertragen werden.Between the robot system and the external control system, a connection for data exchange is established. For example, the connection for data exchange between the robot controller of the robot system and the external control system can be established. The connection can, for example via a data transfer module via network technology, eg. B. by TCP / IP ("Transmission Control Protocol / Internet Protocol") or by means of NFC ("Near Field Communication", Nahfeldkommunikation). Furthermore, retrieval to another system (eg database, Internet / Intranet) is possible. Subsequently, description data is transmitted from the robot system to the external control system. The description data can z. B. be transmitted from the robot controller of the robot system to the external control system.

Auf Basis der empfangenen Beschreibungsdaten wird ein mathematisches Robotermodell durch das externe Steuerungssystem erstellt. Bei dem Robotermodell kann es sich um ein statisches und/oder dynamisches Robotermodell handeln, mittels dessen die Bewegung des Manipulators richtig berechnet werden kann und mithilfe dessen der Manipulator korrekt angesteuert werden kann. Das statische Robotermodell kann insbesondere Informationen über die Kinematik des Manipulators, beispielsweise Achslängen oder DH-Parameter, umfassen, um Vorwärtskinematik und/oder eine Rückwärtskinematik berechnen zu können. Das dynamische Robotermodell umfasst vorzugsweise Informationen über dynamische Parameter, beispielsweise Achsmassen, Schwerpunkte und/oder Trägheit des Manipulators. Das Erstellen des mathematischen Robotermodells durch das externe Steuerungssystem kann beispielsweise teilautomatisiert oder voll automatisiert erfolgen.Based on the received description data, a mathematical robot model is created by the external control system. The robot model can be a static and / or dynamic robot model, by means of which the movement of the manipulator can be calculated correctly and with the aid of which the manipulator can be controlled correctly. In particular, the static robot model may include information about the manipulator's kinematics, such as axis lengths or DH parameters, to calculate forward kinematics and / or reverse kinematics. The dynamic robot model preferably comprises information about dynamic parameters, for example axle masses, center of gravity and / or inertia of the manipulator. The creation of the mathematical robot model by the external control system can, for example, be semi-automated or fully automated.

Weiterhin wird eine Kommunikation zwischen dem externen Steuerungssystem und der Robotersteuerung des Robotersystems auf Basis der empfangenen Beschreibungsdaten eingerichtet. Das Einrichten der Kommunikation kann ebenfalls teilautomatisiert oder voll automatisiert erfolgen. Vorzugsweise kann das externe Steuerungssystem automatisiert die Steuer- und/oder Regelungshoheit über das Robotersystem übernehmen.Furthermore, communication between the external control system and the robot controller of the robot system is established based on the received description data. Setting up the communication can also be semi-automated or fully automated. Preferably, the external control system can automatically take over the control and / or regulation sovereignty over the robot system.

Mittels des hier beschriebenen Verfahrens kann vorteilhafterweise eine Konfiguration und Ansteuerung des Robotersystems automatisiert erfolgen.By means of the method described here advantageously a configuration and control of the robot system can be automated.

Weiterhin kann dadurch eine aufwändige manuelle Implementierung des Robotermodells für den jeweiligen Manipulator entfallen. Somit können Integrationszeiten stark verkürzt werden, wodurch ein zügiger Einsatz des für eine bestimmte Anwendung am besten geeigneten Manipulators ermöglicht wird.Furthermore, this eliminates a complex manual implementation of the robot model for the respective manipulator. Thus, integration times can be greatly reduced, thereby allowing a speedy use of the most suitable for a particular application manipulator.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das externe Steuerungssystem eine weitere Robotersteuerung auf oder besteht aus einer weiteren Robotersteuerung. Das externe Steuerungssystem kann z. B. eine Industriesteuerung sein. Weiterhin kann das externe Steuerungssystem einen Computer aufweisen oder aus einem Computer bestehen, wobei es sich bei dem Computer insbesondere um einen Personal Computer oder um einen Tablet Computer handeln kann. Darüber hinaus kann das externe Steuerungssystem auch ein verteiltes Computersystem, wie z. B. eine sogenannte Cloud, umfassen.According to a further embodiment, the external control system has a further robot control or consists of a further robot control. The external control system can, for. B. be an industrial control. Furthermore, the external control system may comprise a computer or consist of a computer, wherein the computer may be in particular a personal computer or a tablet computer. In addition, the external control system may also include a distributed computer system, such as a computer. As a so-called cloud include.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthalten die Beschreibungsdaten Basisdaten des Robotersystems. Beispielsweise können die Beschreibungsdaten Daten über den Hersteller des Robotersystems und/oder über eine Visualisierung enthalten. Die Basisdaten können z. B. Informationen über eine Integrationstiefe des Robotersystems enthalten.According to another embodiment, the description data includes basic data of the robot system. For example, the description data may include data about the manufacturer of the robot system and / or about a visualization. The basic data can z. B. information about a depth of integration of the robot system included.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthalten die vom Robotersystem an das externe Steuerungssystem übertragenen Beschreibungsdaten Daten über den Manipulator des Robotersystems. Die Daten über den Manipulator können z. B. Informationen über ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: Kinematik, Achsen, DH-Parameter, Massen, Massenträgheit, Schwerpunkte, Ruck, Drehmomente, Motordaten, statische und/oder dynamische Reibung, Getriebeübersetzung.According to another embodiment, the description data transmitted from the robot system to the external control system includes data about the manipulator of the robot system. The Data about the manipulator can z. B. Information about one or more of the following features: kinematics, axes, DH parameters, masses, inertia, centers of gravity, jerk, torques, motor data, static and / or dynamic friction, gear ratio.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthalten die übertragenen Beschreibungsdaten Informationen zur Einrichtung der Kommunikation zwischen dem externen Steuerungssystem und der Robotersteuerung. Die Beschreibungsdaten können z. B. Informationen über ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: Schnittstellenbelegung zu einer Bewegungsbefehlsvorgabe, Signalablauf, Schnittstellenbelegung zu einer Positionsvorgabe, Zykluszeit, Jitter, Bewegungslatenz, Aufbau des Nachrichtenprotokolls.According to another embodiment, the transmitted description data includes information for establishing the communication between the external control system and the robot controller. The description data can z. B. information about one or more of the following features: interface assignment to a motion command specification, signal flow, interface assignment to a position specification, cycle time, jitter, motion latency, structure of the message protocol.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Beschreibungsdaten semantisch beschrieben, sodass eine automatisierte Verarbeitung ermöglicht wird. Die Beschreibungsdaten werden z. B. durch eine formale, domänenspezifische Taxonomie und Ontologie definiert, um die Verarbeitungsdaten maschineninterpretier- und bearbeitbar zu halten. Dieses formale Datenmodell beinhaltet vorzugsweise die notwendigen Informationen für die Integration der Steuerungsschnittstelle und den Aufbau des mathematischen Robotermodells.According to a further embodiment, the description data is described semantically, so that an automated processing is made possible. The description data are z. For example, by a formal, domain-specific taxonomy and ontology to keep the processing data machine-interpretable and workable. This formal data model preferably contains the information necessary for the integration of the control interface and the construction of the mathematical robot model.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Beschreibungsdaten in einem mehrstufigen Modell beschrieben. Insbesondere können die Beschreibungsdaten derart in einem mehrstufigen Modell beschrieben sein, dass die Steuerung des Robotersystems zwischen zumindest zwei der Ebenen Applikation, Interpolation und/oder Antrieb differenziert werden kann. Die Applikationsebene kann beispielsweise eine Vorgabe von Bewegungsbefehlen oder Bewegungsprimitiven umfassen. Die Interpolationsebene kann z. B. eine zyklische Vorgabe von kartesischen TCP-Positionen oder Achspositionen umfassen. Die Antriebsebene kann beispielsweise die Steuerung und/oder Regelung des Antriebssystems des Robotersystems umfassen. Besonders bevorzugt sind die Beschreibungsdaten derart in einem mehrstufigen Modell beschrieben, dass die Steuerung des Robotersystems zwischen den drei Ebenen Applikation, Interpolation und Antrieb differenziert werden kann.According to another embodiment, the description data is described in a multi-level model. In particular, the description data can be described in a multi-stage model such that the control of the robot system can be differentiated between at least two of the levels application, interpolation and / or drive. The application level may include, for example, a specification of motion commands or motion primitives. The interpolation level can be z. B. include a cyclic specification of Cartesian TCP positions or axis positions. The drive level may include, for example, the control and / or regulation of the drive system of the robot system. The description data are particularly preferably described in a multi-stage model such that the control of the robot system can be differentiated between the three levels of application, interpolation and drive.

Beispielsweise kann das mehrstufige Modell auf einer obersten Ebene notwendige Informationen zur Ausführung von Bewegungsaktionen umfassen. Auf einer weiteren, mittleren Ebene kann das mehrstufige Modell Informationen zum Ausführen von Steuerungsfunktionen auf zyklischer Positionsebene (Soll-Vorgaben) umfassen. Auf einer oder mehreren weiteren, tiefen Ebenen kann das mehrstufige Modell Informationen zum Ausführen von Regelungsfunktionen umfassen.For example, the top-level multi-level model may include necessary information to perform motion actions. At a further, middle level, the multi-level model may include information for performing control functions at the cyclic position level (target specifications). At one or more other low levels, the multi-level model may include information for performing control functions.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das mehrstufige Modell zwei oder mehr Ebenen aus den folgenden Integrationsebenen umfassen: Basisinformationsebene (Integrationsebene 0), Applikationsebene (Integrationsebene 1), Interpolationsebene (Integrationsebene 2), Antriebsebene (Integrationsebene 3).According to a further embodiment, the multi-level model may comprise two or more levels from the following integration levels: basic information level (integration level 0), application level (integration level 1), interpolation level (integration level 2), drive level (integration level 3).

Die Basisinformationsebene kann insbesondere Basisdaten des Robotersystems, wie z. B. Angaben des Herstellers, Seriennummer, CAD-Daten und/oder die zur Verfügung gestellten Integrationsebenen umfassen. Weiterhin können in dieser Ebene Datenmaterial zur BUS-Konfiguration und/oder Visualisierungsdaten des Robotersystems enthalten sein.The basic information level can in particular base data of the robot system, such. B. information from the manufacturer, serial number, CAD data and / or the provided integration levels include. Furthermore, data on the BUS configuration and / or visualization data of the robot system can be contained in this level.

Die Applikationsebene kann beispielsweise verwendbare Applikationsbefehle, wie z. B. PTP oder LIN-Bewegungen, notwendige Parameter und/oder die Schnittstellenbelegungen zum Aufruf der Funktionen umfassen.The application level, for example, usable application commands, such. B. PTP or LIN movements, necessary parameters and / or the interface assignments to call the functions.

Die Interpolationsebene kann sich beispielsweise in eine statische und dynamische Interpolation separieren. Auf statischer Interpolationsebene können z. B. Informationen wie Zykluszeit der Interpolation oder Schnittstellen zur Ansteuerung der einzelnen Achsen zur Konfiguration enthalten sein. Weiterhin können z. B. Kinematikdaten (DH-Parameter, Anzahl Achsen, Achslängen, Kinematiktyp) bezüglich der Mechanik des Manipulators enthalten sein. Optional können auch für eine ideal dynamische Steuerung Angaben zu Massen bzw. Massenträgheiten mitgeliefert werden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich für die dynamisch ideale Ansteuerung notwendige Daten als Beschleunigungs- und/oder Bahnplanungsmodul mitzuliefern. Dem Roboterhersteller steht somit frei, ob er wettbewerbskritische Informationen (Massen, Massenschwerpunkt und -Trägheit) zur Verfügung stellen möchte oder die Dynamikdaten in einer Softwarebibliothek verschlüsselt mitliefert.For example, the interpolation level may separate into static and dynamic interpolation. On static interpolation level z. B. information such as cycle time of the interpolation or interfaces for controlling the individual axes for configuration may be included. Furthermore, z. B. kinematics data (DH parameters, number of axes, axial lengths, kinematic type) with respect to the mechanics of the manipulator may be included. Optionally, information on masses or inertia can also be supplied for ideal dynamic control. Additionally or alternatively, it is possible for the dynamically ideal control to supply necessary data as acceleration and / or path planning module. The robot manufacturer is therefore free to provide competitive-critical information (masses, center of mass and inertia) or to enclose the dynamic data in a software library.

Die Antriebsebene kann beispielsweise Informationen über Getriebe, Reibung und Motor im Modell enthalten.For example, the drive level may include information about the transmission, friction, and motor in the model.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Beschreibungsdaten in einem mehrstufigen Modell beschrieben, wobei das mehrstufige Modell die vier Ebenen Basisinformationsebene, Applikationsebene, Interpolationsebene und Antriebsebene umfasst.According to a particularly preferred embodiment, the description data are described in a multi-level model, wherein the multi-level model comprises the four levels of basic information level, application level, interpolation level and drive level.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Übertragung der Beschreibungsdaten über einen Freigabemechanismus. Beispielsweise kann die Übertragung der Beschreibungsdaten über einen Lizenzschlüssel erfolgen. Dadurch kann vorteilhafterweise einem Missbrauch vorgebeugt werden.According to another embodiment takes place the transmission of the description data via a release mechanism. For example, the transmission of the description data can take place via a license key. This can advantageously be prevented from misuse.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthalten die übertragenen Beschreibungsdaten ein Bahnplanungsmodul und/oder maximale Beschleunigungswerte des Manipulators. Beispielsweise können die Beschreibungsdaten auf der Interpolationsebene lediglich Daten bezüglich des Bahnplanungsmoduls und/oder der maximalen Beschleunigungswerte, jedoch keinerlei Detailinformationen zu Massen, Massenschwerpunkten und/oder Massenträgheiten des Manipulators enthalten.According to a further embodiment, the transmitted description data includes a path planning module and / or maximum acceleration values of the manipulator. For example, the description data at the interpolation level may contain only data relating to the path planning module and / or the maximum acceleration values, but no detailed information on masses, center of masses and / or mass inertias of the manipulator.

Durch das hier beschriebene Verfahren können vorteilhafterweise Robotersysteme von unterschiedlichen Herstellern und Manipulatoren unterschiedlicher Geometrie aufwandsarm in übergeordnete bzw. externe Steuerungssysteme eingebunden werden. Dies stellt einen Befähiger dar, um unterschiedliche Robotersysteme in einer Produktionslandschaft hochflexibel integrieren zu können.By virtue of the method described here, it is advantageously possible to integrate robotic systems from different manufacturers and manipulators of different geometry with little effort into higher-level or external control systems. This represents a facilitator in order to be able to flexibly integrate different robot systems in a production landscape.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:Further advantages and advantageous embodiments of the method described here will become apparent from the following in connection with the 1 to 3 described embodiments. Show it:

1 und 2 schematische Darstellungen eines Verfahrens zur automatischen Konfiguration eines externen Steuerungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel, und 1 and 2 schematic representations of a method for automatically configuring an external control system according to an embodiment, and

3 eine schematische Darstellung eines hier beschriebenen Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 3 a schematic representation of a method described herein according to another embodiment.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dimensioniert dargestellt sein.In the exemplary embodiments and figures, identical or identically acting components may each be provided with the same reference numerals. The illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be considered as true to scale. Rather, individual elements can be shown exaggeratedly large for better representability and / or better understanding.

Die 1 und 2 zeigen zwei verschiedene schematische Darstellungen eines Verfahrens 100 zur automatischen Konfiguration eines externen Steuerungssystems 2 zur Steuerung und/oder Regelung eines Robotersystems 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Bei dem Verfahren 100 werden zunächst in einem ersten Verfahrensschritt A ein externes Steuerungssystem 2 sowie ein Robotersystem 1, das einen Manipulator 3 und eine Robotersteuerung 4 umfasst, bereitgestellt. Das externe Steuerungssystem 2 kann beispielsweise eine weitere Robotersteuerung aufweisen oder aus einer weiteren Robotersteuerung bestehen. Weiterhin kann das externe Steuerungssystem 2 einen Computer aufweisen und/oder ein verteiltes Computersystem, insbesondere eine sogenannte Cloud, umfassen.The 1 and 2 show two different schematic representations of a method 100 for automatic configuration of an external control system 2 for controlling and / or regulating a robot system 1 according to a first embodiment. In the process 100 First, in a first method step A, an external control system 2 as well as a robot system 1 that is a manipulator 3 and a robot controller 4 includes, provided. The external control system 2 For example, it may have another robot controller or it may consist of another robot controller. Furthermore, the external control system 2 comprise a computer and / or a distributed computer system, in particular a so-called cloud include.

In einem nachfolgenden Verfahrensschritt B wird eine Verbindung 5 zum Datenaustausch zwischen dem Robotersystem 1 und dem externen Steuerungssystem 2 aufgebaut.In a subsequent method step B, a connection is made 5 for data exchange between the robot system 1 and the external control system 2 built up.

Nach dem Aufbauen der Verbindung 5 werden im Verfahrensschritt C Beschreibungsdaten vom Robotersystem 1 an das externe Steuerungssystem 2 übertragen. Auf Basis der übertragenen Beschreibungsdaten ist es dem externen Steuerungssystem 2 möglich, die Schnittstellenkonfiguration automatisch durchzuführen und ein statisches und/oder dynamisches Robotermodell automatisiert aufzubauen, um den Manipulator 3 korrekt anzusteuern.After establishing the connection 5 in method step C, description data are obtained from the robot system 1 to the external control system 2 transfer. Based on the transmitted description data, it is the external control system 2 it is possible to perform the interface configuration automatically and automatically build a static and / or dynamic robotic model around the manipulator 3 to drive correctly.

Die Beschreibungsdaten enthalten vorzugsweise Basisdaten des Robotersystems 1. Insbesondere können die Beschreibungsdaten Informationen über den Hersteller des Robotersystems 1 und/oder über eine Visualisierung enthalten. Die Basisdaten des Robotersystems 1 können z. B. Informationen über eine Integrationstiefe des Robotersystems 1 enthalten. Zusätzlich oder alternativ können die vom Robotersystem 1 an das externe Steuerungssystem 2 übertragenen Beschreibungsdaten Daten über den Manipulator 3 des Robotersystems 1 enthalten. Beispielsweise können die Daten über den Manipulator 3 Informationen über die Kinematik, die Achsen, die DH Parameter, die Massen, Massenträgheit, die Schwerpunkte, den Rock, die Drehmomente, die Motordaten, die statische bzw. dynamische Reibung und/oder über die Getriebeübersetzung des Manipulators enthalten. Weiterhin können die Beschreibungsdaten Informationen zur Einrichtung der Kommunikation 6 zwischen dem externen Steuerungssystem 2 und der Robotersteuerung 4 enthalten. Beispielsweise können die Beschreibungsdaten Informationen über die Schnittstellenbelegung zu einer Bewegungsbefehlsvorgabe, den Signalablauf, die Schnittstellenbelegung zu einer Positionsvorgabe, die Zykluszeit, den Jitter, die Bewegungslatenz und/oder den Aufbau des Nachrichtenprotokolls enthalten.The description data preferably contains basic data of the robot system 1 , In particular, the description data may contain information about the manufacturer of the robot system 1 and / or via a visualization. The basic data of the robot system 1 can z. B. Information about an integration depth of the robot system 1 contain. Additionally or alternatively, those of the robot system 1 to the external control system 2 transmitted description data data via the manipulator 3 of the robot system 1 contain. For example, the data about the manipulator 3 Information about the kinematics, the axes, the DH parameters, the masses, the mass inertia, the center of gravity, the rock, the torques, the motor data, the static or dynamic friction and / or the gear ratio of the manipulator. Furthermore, the description data may include information for setting up the communication 6 between the external control system 2 and the robot controller 4 contain. By way of example, the description data may contain information about the interface assignment to a motion command specification, the signal sequence, the interface assignment to a position specification, the cycle time, the jitter, the motion latency and / or the structure of the message protocol.

Im Verfahrensschritt D wird ein mathematisches Robotermodell durch das externe Steuerungssystem 2 auf Basis der empfangenen Beschreibungsdaten erstellt. Das Erstellen des mathematischen Robotermodells durch das externe Steuerungssystem 2 erfolgt vorzugsweise teilautomatisiert oder vollautomatisiert.In method step D, a mathematical robot model is created by the external control system 2 based on the received description data. The creation of the mathematical robot model by the external control system 2 is preferably semi-automated or fully automated.

Im Verfahrensschritt E wird auf Basis der empfangenen Beschreibungsdaten eine Kommunikation 6 zwischen dem externen Steuerungssystem 2 und der Robotersteuerung 4 eingerichtet. Das Einrichten der Kommunikation 6 erfolgt vorzugsweise ebenfalls teilautomatisiert oder vollautomatisiert.In method step E, a communication is based on the received description data 6 between the external control system 2 and the robot controller 4 set up. Setting up the communication 6 is preferably also semi-automated or fully automated.

Die 3 zeigt anhand eines Ablaufdiagramms eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur automatischen Konfiguration eines externen Steuerungssystems 2 zur Steuerung und/oder Regelung eines Robotersystems 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Dabei wird ein bereitgestelltes externes Steuerungssystem 2 zum Datenaustausch durch eine Datenverbindung 5 mit einem Robotersystem 1 verbunden. Weiterhin werden durch das externe Steuerungssystem 2 in einem Verfahrensschritt F Basisinformationen vom Robotersystem 1 abgerufen. Die Kommunikation zwischen dem externen Steuerungssystem 2 und dem Robotersystem 1 kann beispielsweise mittels TCP/IP („Transmission Control Protocol/Internet Protocol”) oder mittels NFC („Near Field Communication”, Nahfeldkommunikation) erfolgen. Im Verfahrensschritt G werden vom Robotersystem 1 die Basisinformationen zur Verfügung gestellt. Die Basisinformationen können beispielsweise Herstellerangaben, wie z. B. einen Herstellernamen, mögliche auszuwählende Integrationsebenen, Informationen über eine Buskonfiguration und/oder Visualisierungsdaten enthalten. Im Verfahrensschritt H wird mittels des externen Steuerungssystems 2 eine geeignete Integrationsebene ausgewählt und im Verfahrensschritt I werden durch das externe Steuerungssystem 2 die zur Konfiguration notwendigen Informationen abgerufen.The 3 shows a schematic diagram of a method for automatically configuring an external control system based on a flowchart 2 for controlling and / or regulating a robot system 1 according to a further embodiment. Thereby a provided external control system becomes 2 for data exchange through a data connection 5 with a robot system 1 connected. Furthermore, by the external control system 2 in a method step F basic information from the robot system 1 accessed. The communication between the external control system 2 and the robot system 1 can be done for example by means of TCP / IP ("Transmission Control Protocol / Internet Protocol") or by means of NFC ("Near Field Communication", near field communication). In method step G, the robot system 1 the basic information provided. The basic information can, for example, manufacturer information such. As a manufacturer name, possible levels of integration to be selected, information about a bus configuration and / or visualization data included. In method step H, by means of the external control system 2 a suitable integration level is selected and in method step I by the external control system 2 the information required for the configuration is retrieved.

Die auszuwählenden Integrationsebenen können beispielsweise die Ebenen „Applikation”, „Interpolation” und/oder „Antrieb” umfassen. Die Ebene „Applikation” kann z. B. Applikationsbefehle (PTP, LIN), Parameter und/oder Schnittstellenbelegungen (I/O) umfassen. Die Ebene „Interpolation” kann beispielsweise Daten über den Manipulator 3 umfassen, wie z. B. Daten zu Kinematik, Achsen, DH-Parameter, Massen, Massenträgheit, Schwerpunkte, Ruck und/oder Drehmomente. Weiterhin kann die Ebene „Interpolation” Steuerungsinformationen enthalten, wie z. B. bzgl. Schnittstellenbelegung, Signalablauf, Zykluszeit, Jitter, Bewegungslatenz, Aufbau des Nachrichtenprotokolls, Bahnplanungsmodul und/oder maximale Beschleunigungen. Die Ebene „Antrieb” kann z. B. Daten über den Manipulator 3 umfassen, wie z. B. Motordaten, Daten zur statischen bzw. dynamischen Reibung und/oder Getriebeübersetzung des Manipulators. Weiterhin kann die Ebene „Antrieb” Steuerungsinformationen bezüglich einer Schnittstellenbelegung enthalten.The integration levels to be selected may include, for example, the levels "application", "interpolation" and / or "drive". The level "application" can z. B. Application commands (PTP, LIN), parameters and / or interface assignments (I / O) include. The level "Interpolation" can, for example, data about the manipulator 3 include, such. Eg data on kinematics, axes, DH parameters, masses, mass inertia, center of gravity, jerk and / or torques. Furthermore, the level "interpolation" may contain control information, such as: As regards. Interface assignment, signal flow, cycle time, jitter, Bewegungslatenz, structure of the message log, path planning module and / or maximum accelerations. The plane "drive" can z. B. data about the manipulator 3 include, such. As engine data, data for static or dynamic friction and / or gear ratio of the manipulator. Furthermore, the "drive" level may contain control information regarding an interface assignment.

Im Verfahrensschritt J werden die abgerufenen Daten, welche insbesondere die Schnittstellen- und Manipulatordaten umfassen, vom Robotersystem 1 zur Verfügung gestellt. Anschließend werden im Verfahrensschritt K die zur Verfügung gestellten Daten vom externen Steuerungssystem 2 verarbeitet und überprüft. Im nachfolgenden Verfahrensschritt L erfolgt die automatische Konfiguration der Schnittstellenanbindung. Im Verfahrensschritt wird das mathematische Robotermodell durch das externe Steuerungssystem 2 auf Basis der vom Robotersystem 1 zur Verfügung gestellten Daten erstellt. Weiterhin wird auf Basis der Daten eine Kommunikation 6 zwischen dem externen Steuerungssystem 2 und der Robotersteuerung 4 eingerichtet. Das Einrichten der Kommunikation 6 kann beispielsweise teil- oder vollautomatisiert erfolgen.In method step J, the retrieved data, which in particular include the interface and manipulator data, are retrieved from the robot system 1 made available. Subsequently, in method step K, the data made available are from the external control system 2 processed and checked. In the subsequent method step L, the automatic configuration of the interface connection takes place. In the method step, the mathematical robot model is controlled by the external control system 2 based on the robot system 1 provided data. Furthermore, based on the data, a communication 6 between the external control system 2 and the robot controller 4 set up. Setting up the communication 6 For example, it can be partially or fully automated.

Die in den gezeigten Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert sein. Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.The features described in the embodiments shown may also be combined with each other according to further embodiments. Alternatively or additionally, the embodiments shown in the figures may have further features according to the embodiments of the general description.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Robotersystemrobot system
22
externes Steuerungssystemexternal control system
33
Manipulatormanipulator
44
Robotersteuerungrobot control
55
Verbindungconnection
66
Kommunikationcommunication
100100
Verfahrenmethod
A–MAT THE
Verfahrensschrittesteps

Claims (16)

Verfahren zur automatischen Konfiguration eines externen Steuerungssystems (2) zur Steuerung und/oder Regelung eines Robotersystems (1), aufweisend folgende Schritte: – Bereitstellen eines externen Steuerungssystems (2) sowie eines Robotersystems (1), welches zumindest einen Manipulator (3) und eine Robotersteuerung (4) aufweist, – Aufbauen einer Verbindung (5) zum Datenaustausch zwischen dem Robotersystem (1) und dem externen Steuerungssystem (2), – Übertragen von Beschreibungsdaten vom Robotersystem (1) an das externe Steuerungssystem (2), – Erstellen eines mathematischen Robotermodells durch das externe Steuerungssystem (2) auf Basis der empfangenen Beschreibungsdaten, und – Einrichten einer Kommunikation (6) zwischen dem externen Steuerungssystem (2) und der Robotersteuerung (4) auf Basis der empfangenen Beschreibungsdaten.Method for automatically configuring an external control system ( 2 ) for controlling and / or regulating a robot system ( 1 ), comprising the following steps: - providing an external control system ( 2 ) as well as a robot system ( 1 ), which at least one manipulator ( 3 ) and a robot controller ( 4 ), - establishing a connection ( 5 ) for data exchange between the robot system ( 1 ) and the external control system ( 2 ), - transfer of description data from the robot system ( 1 ) to the external control system ( 2 ), - creation of a mathematical robot model by the external control system ( 2 ) based on the received description data, and - establishing communication ( 6 ) between the external control system ( 2 ) and the robot controller ( 4 ) based on the received description data. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschreibungsdaten Basisdaten des Robotersystems (1), insbesondere Daten über Hersteller und/oder Visualisierung, enthalten.The method of claim 1, wherein the description data is basic data of the robot system ( 1 ), in particular data on manufacturer and / or visualization included. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Basisdaten Informationen über eine Integrationstiefe des Robotersystems (1) enthalten. Method according to claim 2, wherein the basic data contain information about an integration depth of the robot system ( 1 ) contain. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschreibungsdaten Daten über den Manipulator (3) des Robotersystems (1) enthalten.Method according to one of the preceding claims, wherein the description data contains data about the manipulator ( 3 ) of the robot system ( 1 ) contain. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Daten über den Manipulator (3) Informationen über ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: Kinematik, Achsen, DH-Parameter, Massen, Massenträgheit, Schwerpunkte, Ruck, Drehmomente, Motordaten, statische und/oder dynamische Reibung, Getriebeübersetzung.Method according to claim 4, wherein the data are transmitted via the manipulator ( 3 ) Information about one or more of the following features includes: kinematics, axes, DH parameters, masses, mass inertia, center of gravity, jerk, torques, motor data, static and / or dynamic friction, gear ratio. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschreibungsdaten Informationen zur Einrichtung der Kommunikation (6) zwischen dem externen Steuerungssystem (2) und der Robotersteuerung (4) enthalten.Method according to one of the preceding claims, wherein the description data contain information about the establishment of the communication ( 6 ) between the external control system ( 2 ) and the robot controller ( 4 ) contain. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Beschreibungsdaten Informationen über ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: Schnittstellenbelegung zu einer Bewegungsbefehlsvorgabe, Signalablauf, Schnittstellenbelegung zu einer Positionsvorgabe, Zykluszeit, Jitter, Bewegungslatenz, Aufbau des Nachrichtenprotokolls.The method of claim 6, wherein the description data includes information about one or more of the following features: interface occupancy to a motion command prompt, signal flow, interface assignment to a position preset, cycle time, jitter, motion latency, messaging protocol design. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erstellen des mathematischen Robotermodells durch das externe Steuerungssystem (2) teil- oder vollautomatisiert erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the creation of the mathematical robot model by the external control system ( 2 ) partially or fully automated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einrichten der Kommunikation (6) zwischen dem externen Steuerungssystem (2) und der Robotersteuerung (4) teil- oder vollautomatisiert erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the establishment of the communication ( 6 ) between the external control system ( 2 ) and the robot controller ( 4 ) partially or fully automated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das externe Steuerungssystem (2) eine weitere Robotersteuerung aufweist oder aus einer weiteren Robotersteuerung besteht.Method according to one of the preceding claims, wherein the external control system ( 2 ) has a further robot control or consists of a further robot control. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das externe Steuerungssystem (2) einen Computer, insbesondere einen Personal Computer, aufweist oder aus einem Computer besteht.Method according to one of the preceding claims, wherein the external control system ( 2 ) comprises a computer, in particular a personal computer, or consists of a computer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das externe Steuerungssystem (2) ein verteiltes Computersystem umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the external control system ( 2 ) comprises a distributed computer system. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschreibungsdaten zur Ermöglichung einer automatisierten Verarbeitung semantisch beschrieben sind.Method according to one of the preceding claims, wherein the description data for enabling automated processing are described semantically. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschreibungsdaten in einem mehrstufigen Modell beschrieben sind, um die Steuerung des Robotersystems (1) zwischen zumindest zwei der folgenden Ebenen zu differenzieren: Applikationsebene, Interpolationsebene, Antriebsebene.Method according to one of the preceding claims, wherein the description data are described in a multi-stage model in order to control the robot system ( 1 ) between at least two of the following levels: application level, interpolation level, drive level. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übertragung der Beschreibungsdaten über einen Freigabemechanismus, insbesondere einen Lizenzschlüssel, erfolgen muss.Method according to one of the preceding claims, wherein the transmission of the description data via a release mechanism, in particular a license key, must be made. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschreibungsdaten ein Bahnplanungsmodul und/oder maximale Beschleunigungswerte enthalten.Method according to one of the preceding claims, wherein the description data contain a path planning module and / or maximum acceleration values.
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