DE102017129959A1

DE102017129959A1 - Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Maschinen

Info

Publication number: DE102017129959A1
Application number: DE102017129959.9A
Authority: DE
Inventors: Tomas Smetana; Martin Kram
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Maschinen, insbesondere mehreren Robotern, wobei das System eine erste Maschine, insbesondere einen ersten Roboter, eine zweite Maschine, insbesondere einen zweiten Roboter, und eine Datenbankeinrichtung umfasst, wobei die erste und die zweite Maschine in einem gemeinsamen Arbeitsbereich angeordnet sind, wobei die erste Maschine mindestens eine Lageranordnung und mindestens ein starres Maschinenteil, insbesondere ein Glied eines Roboterarms, aufweist, das mittels der Lageranordnung bewegbar gelagert ist, mit folgenden Verfahrensschritten:
- in einem Erfassungsschritt wird eine relative Positionsinformation des Maschinenteils bezüglich eines lokalen Koordinatensystems, insbesondere eine Drehstellung, mittels eines Sensors der Lageranordnung erfasst,
- in einem dem Erfassungsschritt nachfolgenden ersten Übermittlungsschritt wird die erfasste relative Positionsinformation, insbesondere drahtlos, von der Lageranordnung an die Datenbankeinrichtung übermittelt, und
- in einem dem ersten Übermittlungsschritt nachfolgenden Berechnungsschritt wird die Position des Maschinenteils bezüglich eines Arbeitsbereich-Koordinatensystems in Abhängigkeit von der übermittelten Positionsinformation ermittelt und in der Datenbankeinrichtung gespeichert, und
- in einem dem Berechnungsschritt nachfolgenden zweiten Übermittlungsschritt wird die in der Datenbankeinrichtung gespeicherte Position des Maschinenteils an die zweite Maschine, insbesondere eine Steuereinrichtung der zweiten Maschine, bevorzugt drahtlos, übermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein System mit mehreren Maschinen, insbesondere mehreren Robotern, wobei das System eine erste Maschine, insbesondere einen ersten Roboter, eine zweite Maschine, insbesondere einen zweiten Roboter, und eine Datenbankeinrichtung umfasst, wobei die erste und die zweite Maschine in einem gemeinsamen Arbeitsbereich angeordnet sind, wobei die erste Maschine mindestens eine Lageranordnung und mindestens ein starres Maschinenteil, insbesondere ein Glied eines Roboterarms, aufweist, das mittels der Lageranordnung bewegbar gelagert ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Systems.
In der industriellen Fertigung werden als Industrieroboter ausgebildete Maschinen eingesetzt, um vorgegebene Tätigkeiten, wie beispielsweise das Schweißen von Metallteilen oder die Montage solcher Teile, wiederholt auszuführen. Diese Industrieroboter weisen in der Regel bewegliche Roboterarme mit mehreren Gliedern auf und sind fest in einem gemeinsamen Arbeitsbereich installiert. Um Kollisionen der Roboterarme zu verhindern kann den Gliedern ein Bewegungsablauf fest vorgegebenen werden. Allerdings werden zunehmend auch solche Maschinen eingesetzt, deren Bewegungsablauf während des Betriebs veränderlich ist, beispielsweise da sie mittels eines selbstlernenden Algorithmus gesteuert werden. Bei diesen Maschinen müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, um mögliche Kollisionen in dem gemeinsamen Arbeitsbereich zu erkennen und zu vermeiden. Eine Möglichkeit besteht darin, die Stellung und Bewegung der Roboterarme optisch zu erfassen. Hierbei ergibt sich allerdings der Nachteil, dass aufwändige Sensorik zur optischen Erfassung sowie komplexe Bildverarbeitung unter einem erheblichen Rechenaufwand erforderlich ist.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, den kollisionsfreien Betrieb mehrerer Maschinen in einem gemeinsamen Arbeitsbereich mit reduziertem Aufwand zu ermöglichen.
Vorgeschlagen wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Maschinen, insbesondere mehreren Robotern, wobei das System eine erste Maschine, insbesondere einen ersten Roboter, eine zweite Maschine, insbesondere einen zweiten Roboter, und eine Datenbankeinrichtung umfasst, wobei die erste und die zweite Maschine in einem gemeinsamen Arbeitsbereich angeordnet sind, wobei die erste Maschine mindestens eine Lageranordnung und mindestens ein starres Maschinenteil, insbesondere ein Glied eines Roboterarms, aufweist, das mittels der Lageranordnung bewegbar gelagert ist, mit folgenden Verfahrensschritten:

- in einem Erfassungsschritt wird eine relative Positionsinformation des Maschinenteils bezüglich eines lokalen Koordinatensystems, insbesondere eine Drehstellung, mittels eines Sensors der Lageranordnung erfasst,
- in einem dem Erfassungsschritt nachfolgenden ersten Übermittlungsschritt wird die erfasste relative Positionsinformation, insbesondere drahtlos, von der Lageranordnung an die Datenbankeinrichtung übermittelt, und
- in einem dem ersten Übermittlungsschritt nachfolgenden Berechnungsschritt wird die Position des Maschinenteils bezüglich eines Arbeitsbereich-Koordinatensystems in Abhängigkeit von der übermittelten Positionsinformation ermittelt und in der Datenbankeinrichtung gespeichert, und
- in einem dem Berechnungsschritt nachfolgenden zweiten Übermittlungsschritt wird die in der Datenbankeinrichtung gespeicherte Position des Maschinenteils an die zweite Maschine, insbesondere eine Steuereinrichtung der zweiten Maschine, bevorzugt drahtlos, übermittelt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein System mit mehreren Maschinen, insbesondere mehreren Robotern, wobei das System eine erste Maschine, insbesondere einen ersten Roboter, eine zweite Maschine, insbesondere einen zweiten Roboter, und eine Datenbankeinrichtung umfasst, wobei die erste und die zweite Maschine in einem gemeinsamen Arbeitsbereich angeordnet sind, wobei die erste Maschine mindestens eine Lageranordnung und mindestens ein starres Maschinenteil, insbesondere ein Glied eines Roboterarms, aufweist, das mittels der Lageranordnung bewegbar gelagert ist,
wobei das System eingerichtet ist, die folgenden Verfahrensschritte durchzuführen:

Bei dem erfindungsgemäßen System sind die erste und die zweite Maschine in einem gemeinsamen Arbeitsbereich angeordnet, so dass sich die Wirkbereiche der Maschinen überlappen können. Das Arbeitsbereich-Koordinatensystem bildet ein feststehendes, gemeinsames Koordinatensystem der beiden Maschinen. Um unerwünschte Kollisionen zwischen den beiden Maschinen frühzeitig erkennen und verhindern zu können, wird die relative Positionsinformation des Maschinenteils bezüglich eines lokalen Koordinatensystems mittels eines Sensors der Lageranordnung erfasst und an die Datenbankeinrichtung übermittelt. Das lokale Koordinatensystem kann auf einen Bezugspunkt bezogen sein, der feststehend gegenüber dem Arbeitsbereich-Koordinatensystem ist, beispielsweise an einer feststehenden Basis der Maschine, oder der bewegbar gegenüber diesem Arbeitsbereich-Koordinatensystem ist, beispielsweise an einem bewegbaren Glied eines Roboterarms. In dem Berechnungsschritt wird in Abhängigkeit von der relativen Positionsinformation bezüglich des lokalen Koordinatensystems die Position des Maschinenteils bezüglich des gemeinsamen Arbeitsbereich-Koordinatensystems ermittelt, so dass die Information über die Position des Maschinenteils auch von anderen Maschinen und/oder Maschinenteilen des Systems verwendet werden kann. Schließlich erfolgt in dem zweiten Übertragungsschritt eine Übertragung der in der Datenbankeinrichtung hinterlegten Position des Maschinenteils an die zweite Maschine, beispielsweise an eine Steuereinrichtung der zweiten Maschine, so dass die Steuerung der zweiten Maschine derart erfolgen kann, dass eine Kollision mit dem Maschinenteil der ersten Maschine verhindert wird. Eine optische Erfassung der Bewegungen der Maschinen und eine Auswertung von optisch erfassten Daten ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und System nicht erforderlich, so dass der apparative Aufwand und der Rechenaufwand gegenüber einer Lösung mit optischer Erfassung reduziert ist.
Die Datenbankeinrichtung kann als Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet sein, die einen Speicher und eine Datenverarbeitungseinheit, beispielsweise einen programmierbaren Prozessor, umfasst.
Das Übermitteln der relativen Positionsinformation von der Lageranordnung an die Datenbankeinrichtung und/oder von der Datenbankeinrichtung an die zweite Maschine erfolgt bevorzugt drahtlos, so dass keine Verdrahtung erforderlich ist, die die Bewegbarkeit der jeweiligen Maschine einschränkten könnte. Zur drahtlosen Übertragung kann ein lokales Funknetz (WLAN) verwendet werden, beispielsweise gemäß einem Standard aus der Familie IEEE-802.11. Alternativ kann ein Kurzstrecken-Funknetz, beispielsweise ein Bluetooth- oder ZigBee-Netzwerk, zum Einsatz kommen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste Maschine mehrere Lageranordnungen und mehrere starre Maschinenteile auf, die mittels jeweils einer Lageranordnung bewegbar gelagert sind, wobei in dem Erfassungsschritt relative Positionsinformationen mehrerer Maschinenteile jeweils mittels eines Sensors der jeweiligen Lageranordnung erfasst werden, und die erfassten relativen Positionsinformationen, insbesondere drahtlos, von der Lageranordnung an die Datenbankeinrichtung übermittelt werden, wobei in dem Berechnungsschritt die Position des Maschinenteils bezüglich des Arbeitsbereich-Koordinatensystems in Abhängigkeit von den übermittelten relativen Positionsinformationen ermittelt und in der Datenbankeinrichtung gespeichert wird. Insofern können mehrere gegeneinander bewegbare Maschinenteile, beispielsweise Glieder eines Roboterarms, der ersten Maschine relative Positionsinformationen an die Datenbankeinrichtung übermitteln, so dass die Lage mehrerer Maschinenteile der ersten Maschine in dem Arbeitsbereich, insbesondere bezüglich des Arbeitsbereich-Koordinatensystems, ermittelt werden kann. In dem Berechnungsschritt können die relativen Positionsinformationen mehrerer Maschinenteile in Kombination herangezogen werden, um die dieser Maschinenteile zu ermitteln. Dabei kann es insbesondere erforderlich sein, das zur Berechnung der Lage eines ersten Maschinenteils zunächst die Lage eines zweiten Maschinenteils berechnet werden muss, beispielsweise weil die Lage des ersten Maschinenteils abhängig von der Lage des zweiten Maschinenteils ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird durch eine separat von der Lageranordnung ausgebildete Abstandsmesseinrichtung eine Abstandsinformation erfasst und die Position des Maschinenteils bezüglich des Arbeitsbereich-Koordinatensystems wird in dem Berechnungsschritt zusätzlich in Abhängigkeit von einer Abstandsinformation ermittelt und in der Datenbankeinrichtung gespeichert. Hierdurch kann die Genauigkeit der Positionserfassung erhöht werden. Die Abstandsmesseinrichtung kann als optische Abstandsmesseinrichtung, insbesondere LIDAR-Einrichtung, oder als funkwellengestützte Abstandsmesseinrichtung, insbesondere RADAR-Einrichtung, ausgestaltet sein. Alternativ kann die Abstandsmesseinrichtung die Abstandsinformation durch ein Trilateriationsverfahren oder Multilaterationsverfahren anhand von der Lageranordnung gesendeter Funksignale ermittelt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass in der Datenbankeinrichtung für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, eine Zustandsinformation gespeichert wird, die angibt, ob ein Abschnitt eines Maschinenteils in dem jeweiligen Raumpunkt oder Teilvolumen angeordnet ist. Hierdurch kann in der Datenbankeinrichtung eine Datenstruktur geschaffen werden, in welcher für die Raumpunkte bzw. Teilvolumina des Arbeitsbereichs eine derartige Zustandsinformation gespeichert ist. Diese Datenstruktur ist bevorzugt bezüglich des Arbeitsbereich-Koordinatensystems definiert und kann von den Maschinen des Arbeitsbereichs ausgelesen werden, ohne dass eine Koordinatentransformation erforderlich ist. Auf Grundlage dieser Datenstruktur kann eine Auswertung der räumlichen Anordnung der Maschinenteile in dem Arbeitsbereich erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem ersten Übermittlungsschritt eine Identifikationsinformation des Maschinenteils und/oder ein Zeitstempel und/oder eine Transformationsfunktion von dem jeweiligen lokalen Koordinatensystem in ein weiteres Koordinatensystem, insbesondere in das Arbeitsbereich-Koordinatensystem, übermittelt. Die vorstehend genannten Informationen können zusätzlich zur Ermittlung der Lage des Maschinenteils in dem Berechnungsschritt herangezogen werden. Über die Identifikationsinformation des Maschinenteils kann eine Zuordnung der relativen Positionsinformation zu einem Maschinenteil erfolgen. Ferner ist es möglich anhand der Identifikationsinformation vorgegebene Bauteildaten des Maschinenteils aus einer Tabelle auszulesen, beispielsweise Daten zur Geometrie, zum Material, zum physikalischen Verhalten des Maschinenteils oder zum Zusammenwirken mit anderen Maschinenteilen. Der Zeitstempel kann herangezogen werden, um zeitliche Änderungen, beispielsweis der Lage der Maschinenteile, zu ermitteln. Eine Transformationsfunktion kann herangezogen werden, um die relativen Positionsinformationen in dem jeweiligen lokalen Koordinatensystem in das gemeinsame, insofern globale, Arbeitsbereich-Koordinatensystem zu überführen.
Bevorzugt wird in der Datenbankeinrichtung für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, ein Zeitstempel gespeichert, der angibt, zu welchem Zeitpunkt die für den Raumpunkt oder das Teilvolumen gespeicherten Informationen, insbesondere die Zustandsinformation, ermittelt worden ist. Anhand des Zeitstempels kann bei einer Auswertung der in der Datenbankeinrichtung gespeicherten Daten ein Bezug zu einer aktuellen Zeit hergestellt werden und beispielsweise ermittelt werden wie aktuell die in der Datenbankeinrichtung enthaltenen Informationen sind. Der Zeitstempel kann in dem ersten Übermittlungsschritt, insbesondere drahtlos, an die Datenbankeinrichtung übermittelt werden. Alternativ kann der Zeitstempel durch die Datenbankeinrichtung erzeugt werden, sobald eine relative Positionsinformation empfangen und/oder die Lage de Maschinenteils in der Datenbankeinrichtung gespeichert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in der Datenbankeinrichtung für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, eine Temperatur gespeichert wird. Die Temperatur wird bevorzugt von einem Temperatursensor der Lageranordnung gemessen und an die Datenbankeinrichtung übertragen. Alternativ kann die Messung der Temperatur durch eine separat von der Lageranordnung ausgebildete Temperaturmesseinrichtung erfolgen, beispielsweise eine Wärmebild- oder Infrarotkamera, und an die Datenbankeinrichtung übertragen werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass in der Datenbankeinrichtung für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, ein Geschwindigkeitsvektor gespeichert wird, der angibt, mit welcher Geschwindigkeit sich das in dem Raumpunkt oder Teilvolumen befindliche Maschinenteil bewegt. Die Geschwindigkeit des Maschinenteils kann durch einen Geschwindigkeitssensor der Lageranordnung ermittelt und an die Datenbankeinrichtung übertragen werden. Alternativ kann eine separat von der Lageranordnung ausgebildete Abstands- oder Geschwindigkeitsmesseinrichtung die Geschwindigkeit des Maschinenteils ermitteln und an die Datenbankeinrichtung übertagen. Gemäß einer weiteren Alternative ist es möglich, die Geschwindigkeit des Maschinenteils, beispielsweise in der Datenbankeinrichtung, anhand der relativen Positionsinformationen und der mit diesen relativen Positionsinformationen verknüpften Zeitstempeln zu ermitteln.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in der Datenbankeinrichtung für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, eine Energie gespeichert wird, die insbesondere einen Energiegehalt des Raumpunkts bzw. des Teilvolumens angibt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass in der Datenbankeinrichtung für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, ein Datensatz gespeichert wird, der eine Zustandsinformation, eine Masse und eine Energie umfasst. Die Zustandsinformation gibt an, ob ein Abschnitt eines Maschinenteils in dem jeweiligen Raumpunkt oder Teilvolumen angeordnet ist; die Masse entspricht der in dem jeweiligen Raumpunkt oder Teilvolumen enthaltenen Masse; und die Energie bezeichnet einen Energiegehalt des Raumpunkts bzw. des Teilvolumens. Mit einem derartigen Datensatz für die Raumpunkte bzw. Teilvolumina kann der erforderliche Speicherbedarf reduziert werden, da aus den im Datensatz enthaltenen Größen bei Bedarf weitere Größen abgeleitet werden können, wie z.B. Temperatur, Geschwindigkeit, Impuls, Gewicht, Geometrie.
Bevorzugt ist die Datenbankeinrichtung kann als von der ersten und zweiten Maschine separate Datenbankeinrichtung ausgebildet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Datenbankeinrichtung als Teil der zweiten Maschine ausgebildet ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Computerprogramm mit einem computerlesbaren Programmcode, der, wenn er zumindest teilweise auf einer Datenbankeinrichtung und/oder einer Steuereinrichtung einer ersten und einer zweiten Maschine, insbesondere eines Roboters, ausgeführt wird, dazu führt, dass die Datenbankeinrichtung und die erste und zweite Maschine ein vorstehend beschriebenes Verfahren durchführen.
Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit einem auf einem computerlesbaren Medium gespeicherten, computerlesbaren Programmcode, der, wenn er zumindest teilweise auf einer Datenbankeinrichtung und/oder einer Steuereinrichtung einer ersten und einer zweiten Maschine, insbesondere eines Roboters, ausgeführt wird, dazu führt, dass die Datenbankeinrichtung und die erste und zweite Maschine ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems in einer schematischen Darstellung.

In der 1 ist beispielhaft ein System mit mehreren als Roboter 10, 30 ausgebildeten Maschinen dargestellt, die in einem gemeinsamen Arbeitsbereich angeordnet sind. Die Roboter 10, 30 weisen Roboterarme mit mehreren Gliedern 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 31, 32, 33, 34, 35, 36 auf, deren Wirkbereiche sich - wie in 1 gezeigt - überlappen. Um unerwünschte Kollisionen beim gemeinsamen Betrieb der Roboter 10, 30 zu verhindern, wird das System mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben.
Die Glieder 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 31, 32, 33, 34, 35, 36 der Roboterarme sind als starre Maschinenteile ausgebildet und sollen am Beispiel eines ersten Roboters 10 näher erläutert werden. Der erste Roboter 10 ist über ein feststehendes Glied 11 fest mit dem Untergrund des Arbeitsbereichs verbunden. Der erste Roboter 10 weist mehrere bewegbare Glieder 12, 13, 14, 15, 16, 17 auf, die jeweils mit einer Lageranordnung 21, 22, 23 ,24, 25, 26 verbunden sind und mittels dieser Lageranordnung 21, 22, 23, 24, 25, 26 bewegbar gelagert sind. Die Lageranordnungen 21, 22, 23, 24, 25, 26 weisen bevorzugt genau einen erwünschten Freiheitsgrad auf. Bei dem Ausführungsbeispiel ermöglichen die Lageranordnungen 21, 22, 23, 24, 25, 26 eine Rotation um eine Drehachse und sind als Wälzlager ausgebildet. Ein weiterer Bestandteil der Lageranordnungen ist zumindest ein Sensor, mit dem eine relative Positionsinformation des Glieds 12, 13, 14, 15, 16, 17 bezüglich eines lokalen Koordinatensystems erfasst wird, beispielsweise eine Drehstellung des Glieds 12, 13, 14, 15, 16, 17.
Beispielsweise kann über eine erste Lageranordnung 21 die Drehstellung φ₁ eines ersten bewegbaren Glieds 12 des ersten Roboters 10 ermittelt werden. Das lokale Koordinatensystem dieser Drehstellung φ₁ ist gegenüber dem feststehenden Glied 11 des Roboters 10 feststehend. Über eine zweite Lageranordnung 22 kann die Drehstellung φ_□ eines zweiten bewegbaren Glieds 13 des ersten Roboters 10 ermittelt werden. Das lokale Koordinatensystem dieser Drehstellung φ_□ bewegt sich mit dem ersten bewegbaren Glied 12 mit, so dass die Drehstellung φ_□ des zweiten bewegbaren Glieds 13 eine Abhängigkeit von der Drehstellung φ_□ des ersten bewegbaren Glieds 12 aufweist. Eine dritte Lageranordnung 23 ermittelt eine Drehstellung φ_□□ eines dritten bewegbaren Glieds 14. Ferner wird über eine vierte Lageranordnung 24 die Drehstellung φ_□ eines vierten bewegbaren Glieds 15 ermittelt. Eine fünfte Lageranordnung 25 ermittelt die Drehstellung φ_□□ eines fünftes bewegbaren Glieds 16 und eine sechse Lageranordnung die Drehstellung φ_□□ eines sechsten bewegbaren Glieds 17. An dem sechsten bewegbaren Glied 17 ist ein Werkzeug 18 angeordnet, dass in der Darstellung in 1 beispielhaft als Greifer gezeigt ist.
Die Sensoren der Lageranordnungen 21, 22, 23, 24, 25, 26 des ersten Roboters 10 erfassen insbesondere kontinuierlich die jeweilige Drehstellung der mit ihnen verbundenen Glieder 12, 13, 14, 15, 16, 17 und übermitteln diese drahtlos an eine Datenbankeinrichtung 50. Zur drahtlosen Übermittlung dieser relativen Positionsinformationen φ_□□ φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□ weisen die Lageranordnungen 21, 22, 23, 24, 25, 26 jeweils eine Sendeeinrichtung auf, beispielsweise eine WLAN, Bluetooth oder ZigBee-Sendeeinrichtung.
Bevorzugt werden mittels geeigneter Sensoren der Lageranordnung zusätzlich die Geschwindigkeit und/oder die Drehzahl und/oder eine in der Lageranordnung wirkende Kraft und/oder eine Temperatur und/oder ein Versatz einer Drehachse der Lageranordnung erfasst und drahtlos an die Datenbankeinrichtung übermittelt. Neben den über Sensoren ermittelten Informationen werden bevorzugt zusätzlich eine Identifikationsinformation des Maschinenteils und/oder ein Zeitstempel und/oder eine Transformationsfunktion von dem jeweiligen lokalen Koordinatensystem in das Arbeitsbereich-Koordinatensystem an die Datenbankeinrichtung 50 übermittelt.
Die Datenbankeinrichtung 50 ist als von den Robotern 10, 20 separate Einheit ausgebildet und umfasst neben einem Speicher eine Datenverarbeitungseinrichtung, die als programmierbarerer Prozessor ausgebildet ist. Der Erfassung der relativen Positionsinformationen φ_□□ φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□ und der Übermittlung dieser Positionsinformationen φ_□□ φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□ an die Datenbankeinrichtung 50 nachfolgend wird in der Datenbankeinrichtung 50 ein Berechnungsschritt durchgeführt. In dem Berechnungsschritt wird die Position der einzelnen Glieder 12, 13, 14, 15, 16, 17 bezüglich des Arbeitsbereich-Koordinatensystems in Abhängigkeit von den übermittelten relativen Positionsinformationen ermittelt und in der Datenbankeinrichtung gespeichert. Als relative Positionsinformationen können dabei der erfasste Drehwinkel φ_□□ φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□ und/oder der erfasste Versatz der Drehachse der jeweiligen Lageranordnung 21, 22, 23, 24, 25, 26 herangezogen werden. Bevorzugt wird die Lage der einzelnen Glieder 12, 13, 14, 15, 16, 17 anhand der von den Lageranordnungen 21, 22, 23, 24, 25, 26 an die Datenbankeinrichtung 50 übermittelten Transformationsfunktionen berechnet.
In dem Berechnungsschritt wird in der Datenbankeinrichtung 50 bevorzugt eine Datenstruktur erzeugt, die Status-Daten für die einzelnen Raumpunkte bzw. einzelne Teilvolumina des Arbeitsbereichs umfasst. Insofern wird ein virtuelles Abbild des tatsächlich vorhandenen Arbeitsbereichs mit den Robotern 10, 30 erzeugt. In der Datenbankeinrichtung 50 wird für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, eine Zustandsinformation gespeichert wird, die angibt, ob ein Abschnitt eines Maschinenteils in dem jeweiligen Raumpunkt oder Teilvolumen angeordnet ist. Zusätzlich zu der Zustandsinformation enthält diese Datenstruktur bevorzugt einen Zeitstempel, der angibt, zu welchem die Zustandsinformation ermittelt oder gespeichert wurde und/oder eine Temperatur des Raumpunkts oder Teilvolumens und/oder einen Geschwindigkeitsvektor, der angibt, mit welcher Geschwindigkeit sich das in dem Raumpunkt oder Teilvolumen befindliche Glied bewegt. Zusätzlich kann die Datenstruktur eine Angabe des Energiegehalts des Raumpunkts bzw. Teilvolumens umfassen. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass in der Datenbankeinrichtung für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, ein Datensatz gespeichert wird, der eine Zustandsinformation, eine Masse und eine Energie umfasst.
Die in der Datenbankeinrichtung 50 bestehende Datenstruktur kann nun von den Robotern 10, 30 des Systems ausgelesen werden, um die eigene Bewegungssteuerung zu verbessern und Kollisionen zu vermeiden. Beispielsweise wird die in der Datenbankeinrichtung 50 gespeicherte Position der Glieder 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 des ersten Roboters 10 an den zweiten Roboter 30, insbesondere eine Steuereinrichtung des zweiten Roboters 30, bevorzugt drahtlos, übermittelt.
Die vorstehend beschriebenen Abläufe können alternativ oder zusätzlich von den Lageranordnungen 41, 42, 43, 44, 45 des zweiten Roboters 30 durchgeführt werden, so dass die Positionen der Glieder 31, 32, 33, 34, 35, 36 des zweiten Roboters 30 in der Datenbankeinrichtung 50 hinterlegt werden. Diese Informationen können an den ersten Roboter 10, insbesondere eine Steuereinrichtung des ersten Roboters 10, übermittelt werden.
Das vorstehend beschriebene weist eine erste Maschine, insbesondere einen ersten Roboter 10, eine zweite Maschine, insbesondere einen zweiten Roboter 30, und eine Datenbankeinrichtung 50 auf, wobei die erste und die zweite Maschine 10, 30 in einem gemeinsamen Arbeitsbereich angeordnet sind, wobei die erste Maschine 10 mindestens eine Lageranordnung 21, 22, 23, 24, 25, 26 und mindestens ein starres Maschinenteil 12, 13, 14, 15, 16, 17 insbesondere ein Glied eines Roboterarms, aufweist, das mittels der Lageranordnung 21, 22, 23, 24, 25, 26 bewegbar gelagert ist. Beim Betrieb dieses System werden folgenden Verfahrensschritten durchgeführt:

- in einem Erfassungsschritt wird eine relative Positionsinformation des Maschinenteils 12, 13, 14, 15, 16, 17 bezüglich eines lokalen Koordinatensystems, insbesondere eine Drehstellung, mittels eines Sensors der Lageranordnung 21, 22, 23, 24, 25, 26 erfasst,
- in einem dem Erfassungsschritt nachfolgenden ersten Übermittlungsschritt wird die erfasste relative Positionsinformation, insbesondere drahtlos, von der Lageranordnung 21, 22, 23, 24, 25, 26 an die Datenbankeinrichtung 50 übermittelt, und
- in einem dem ersten Übermittlungsschritt nachfolgenden Berechnungsschritt wird die Position des Maschinenteils 12, 13, 14, 15, 16, 17 bezüglich eines Arbeitsbereich-Koordinatensystems in Abhängigkeit von der übermittelten Positionsinformation ermittelt und in der Datenbankeinrichtung 50 gespeichert, und
- in einem dem Berechnungsschritt nachfolgenden zweiten Übermittlungsschritt wird die in der Datenbankeinrichtung 50 gespeicherte Position des Maschinenteils 12, 13, 14, 15, 16, 17 an die zweite Maschine 30, insbesondere eine Steuereinrichtung der zweiten Maschine, bevorzugt drahtlos, übermittelt.

Bezugszeichenliste

10: Roboter
11: Glied
12: Glied
13: Glied
14: Glied
15: Glied
16: Glied
17: Glied
18: Werkzeug
21: Lageranordnung
22: Lageranordnung
23: Lageranordnung
24: Lageranordnung
25: Lageranordnung
26: Lageranordnung
30: Roboter
31: Glied
32: Glied
33: Glied
34: Glied
35: Glied
36: Glied
37: Werkzeug
41: Lageranordnung
42: Lageranordnung
43: Lageranordnung
44: Lageranordnung
45: Lageranordnung
50: Datenbankeinrichtung
φ_□□ φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□: Drehstellung

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Maschinen, insbesondere mehreren Robotern, wobei das System eine erste Maschine (10), insbesondere einen ersten Roboter, eine zweite Maschine (30), insbesondere einen zweiten Roboter, und eine Datenbankeinrichtung (50) umfasst, wobei die erste und die zweite Maschine (10, 30) in einem gemeinsamen Arbeitsbereich angeordnet sind, wobei die erste Maschine (10) mindestens eine Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) und mindestens ein starres Maschinenteil (12, 13, 14, 15, 16, 17), insbesondere ein Glied eines Roboterarms, aufweist, das mittels der Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) bewegbar gelagert ist, mit folgenden Verfahrensschritten: - in einem Erfassungsschritt wird eine relative Positionsinformation des Maschinenteils (12, 13, 14, 15, 16, 17) bezüglich eines lokalen Koordinatensystems, insbesondere eine Drehstellung (φ_□□ φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□□□φ_□□ mittels eines Sensors der Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) erfasst, - in einem dem Erfassungsschritt nachfolgenden ersten Übermittlungsschritt wird die erfasste relative Positionsinformation, insbesondere drahtlos, von der Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) an die Datenbankeinrichtung (50) übermittelt, und - in einem dem ersten Übermittlungsschritt nachfolgenden Berechnungsschritt wird die Position des Maschinenteils (12, 13, 14, 15, 16, 17) bezüglich eines Arbeitsbereich-Koordinatensystems in Abhängigkeit von der übermittelten Positionsinformation ermittelt und in der Datenbankeinrichtung (50) gespeichert, und - in einem dem Berechnungsschritt nachfolgenden zweiten Übermittlungsschritt wird die in der Datenbankeinrichtung (50) gespeicherte Position des Maschinenteils (12, 13, 14, 15, 16, 17) an die zweite Maschine (30), insbesondere eine Steuereinrichtung der zweiten Maschine (30), bevorzugt drahtlos, übermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Maschine (10) mehrere Lageranordnungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) und mehrere starre Maschinenteile (12, 13, 14, 15, 16, 17) aufweist, die mittels jeweils einer Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) bewegbar gelagert sind, wobei in dem Erfassungsschritt relative Positionsinformationen mehrerer Maschinenteile (12, 13, 14, 15, 16, 17) jeweils mittels eines Sensors der jeweiligen Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) erfasst werden, und die erfassten relativen Positionsinformationen, insbesondere drahtlos, von der Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) an die Datenbankeinrichtung übermittelt werden, wobei in dem Berechnungsschritt die Position des Maschinenteils (12, 13, 14, 15, 16, 17) bezüglich des Arbeitsbereich-Koordinatensystems in Abhängigkeit von den übermittelten relativen Positionsinformationen ermittelt und in der Datenbankeinrichtung (50) gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine separat von der Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) ausgebildete Abstandsmesseinrichtung eine Abstandsinformation erfasst wird und die Position des Maschinenteils (12, 13, 14, 15, 16, 17) bezüglich des Arbeitsbereich-Koordinatensystems wird in dem Berechnungsschritt zusätzlich in Abhängigkeit von einer Abstandsinformation ermittelt und in der Datenbankeinrichtung (50) gespeichert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenbankeinrichtung für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, eine Zustandsinformation gespeichert wird, die angibt, ob ein Abschnitt eines Maschinenteils (12, 13, 14, 15, 16, 17) in dem jeweiligen Raumpunkt oder Teilvolumen angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Übermittlungsschritt eine Identifikationsinformation des Maschinenteils (12, 13, 14, 15, 16, 17) und/oder ein Zeitstempel und/oder eine Transformationsfunktion von dem jeweiligen lokalen Koordinatensystem in ein weiteres Koordinatensystem, insbesondere in das Arbeitsbereich-Koordinatensystem, übermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenbankeinrichtung (50) für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, ein Zeitstempel gespeichert wird, der angibt, zu welchem Zeitpunkt die für den Raumpunkt oder das Teilvolumen gespeicherten Informationen, insbesondere die Zustandsinformation, ermittelt worden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenbankeinrichtung (50) für eine Menge an Raumpunkten oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, insbesondere für alle Raumpunkte oder Teilvolumina des Arbeitsbereichs, ein Datensatz gespeichert wird, der eine Zustandsinformation, eine Masse und eine Energie umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenbankeinrichtung (50) als Teil der zweiten Maschine (30) ausgebildet ist oder als von der ersten und zweiten Maschine (10, 30) separate Datenbankeinrichtung (50).
System mit mehreren Maschinen (10, 30), insbesondere mehreren Robotern, wobei das System eine erste Maschine (10), insbesondere einen ersten Roboter, eine zweite Maschine (30), insbesondere einen zweiten Roboter, und eine Datenbankeinrichtung (50) umfasst, wobei die erste und die zweite Maschine (10, 30) in einem gemeinsamen Arbeitsbereich angeordnet sind, wobei die erste Maschine (10) mindestens eine Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) und mindestens ein starres Maschinenteil (12, 13, 14, 15, 16, 17), insbesondere ein Glied eines Roboterarms, aufweist, das mittels der Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) bewegbar gelagert ist, wobei das System eingerichtet ist, die folgenden Verfahrensschritte durchzuführen: - in einem Erfassungsschritt wird eine relative Positionsinformation des Maschinenteils (12, 13, 14, 15, 16, 17) bezüglich eines lokalen Koordinatensystems, insbesondere eine Drehstellung, mittels eines Sensors der Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) erfasst, - in einem dem Erfassungsschritt nachfolgenden ersten Übermittlungsschritt wird die erfasste relative Positionsinformation, insbesondere drahtlos, von der Lageranordnung (21, 22, 23, 24, 25, 26) an die Datenbankeinrichtung (50) übermittelt, und - in einem dem ersten Übermittlungsschritt nachfolgenden Berechnungsschritt wird die Position des Maschinenteils (12, 13, 14, 15, 16, 17) bezüglich eines Arbeitsbereich-Koordinatensystems in Abhängigkeit von der übermittelten Positionsinformation ermittelt und in der Datenbankeinrichtung (50) gespeichert, und - in einem dem Berechnungsschritt nachfolgenden zweiten Übermittlungsschritt wird die in der Datenbankeinrichtung (50) gespeicherte Position des Maschinenteils (12, 13, 14, 15, 16, 17) an die zweite Maschine (30), insbesondere eine Steuereinrichtung der zweiten Maschine (30), bevorzugt drahtlos, übermittelt.
Computerprogramm mit einem computerlesbaren Programmcode, der, wenn er zumindest teilweise auf einer Datenbankeinrichtung (50) und/oder einer Steuereinrichtung einer ersten und einer zweiten Maschine (10, 30), insbesondere eines Roboters, ausgeführt wird, dazu führt, dass die Datenbankeinrichtung (50) und die erste und zweite Maschine (10, 30) ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführen.
Computerprogrammprodukt mit einem auf einem computerlesbaren Medium gespeicherten, computerlesbaren Programmcode, der, wenn er zumindest teilweise auf einer Datenbankeinrichtung (50) und/oder einer Steuereinrichtung einer ersten und einer zweiten Maschine (10, 30), insbesondere eines Roboters, ausgeführt wird, dazu führt, dass die Datenbankeinrichtung (50) und die erste und zweite Maschine (10, 30) ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführen.