DE102018133483B4 - Regeleinrichtung zur Sollwertkompensation - Google Patents

Regeleinrichtung zur Sollwertkompensation Download PDF

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Abstract

Regeleinrichtung (1) einer Steuereinheit eines Robotermanipulators, aufweisend:
- ein Schaltelement (3), das dazu ausgeführt ist, auf Basis eines Schaltkommandos zwischen mindestens zwei Eingangssignalen (5,7) des Schaltelements (3) zu schalten und das geschaltete Eingangssignal auszugeben, wobei ein erstes Eingangssignal des Schaltelements (3) ein durch ein quantisiertes und zeitdiskretes Sensorsignal erfasster Zustand (5) des Robotermanipulators ist und wobei ein zweites Eingangssignal des Schaltelements (3) eine Vorgabe (7) des Zustands (5) des Robotermanipulators ist,
- ein Logikelement (9), das zum Ausgeben des Schaltkommandos und zum Übermitteln des Schaltkommandos an das Schaltelement (3) ausgeführt ist, und
- eine Regelfehlervergleichseinheit (11), die dazu ausgeführt ist, eine Differenz aus dem durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfassten Zustand (5) des Robotermanipulators und dem geschalteten Eingangssignal zu bilden und die Differenz als Signal auszugeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung einer Steuereinheit eines Robotermanipulators und ein Verfahren zum Steuern eines Robotermanipulators durch eine Regeleinrichtung einer Steuereinheit des Robotermanipulators.
  • Im Stand der Technik sind kollaborative Roboter bekannt. Die DE 10 2018 100 217 A1 betrifft dazu ein System für Mensch-Roboter-Kollaboration, bei dem ein Roboter und ein Mensch in einem gemeinsam genutzten Arbeitsbereich zusammenarbeiten.
  • Ferner betrifft die DE 10 2017 003 000 A1 ein mit Menschen kooperierendes Robotersystem, das dazu eingerichtet ist, in Kooperation mit einer Bedienperson zu arbeiten.
  • Die DE 10 2016 122 033 A1 betrifft außerdem eine Anordnung, umfassend eine Vorrichtung, welche Handlungen ausführt, ein Eingabegerät, mit welchem die Vorrichtung durch einen Benutzer bedienbar ist, damit sie die Handlungen ausführt, und einen Zustimmer, welcher vom Benutzer bedienbar ist, um die Vorrichtung zu aktivieren, die durch das Eingabegerät eingegebenen Handlungen auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit mittels mindestens eines Überwachungssignals die gleichzeitige Bedienung des Eingabegerätes und des Zustimmers durch denselben Benutzer erfasst.
  • Ferner betrifft die DE 10 2016 008 908 A1 ein Industrierobotersystem, umfassend: einen Roboter; eine Krafterfassungseinheit, die eine auf den Roboter ausgeübte externe Kraft feststellt; eine Kraftschätzungseinheit, die als einen Kraftschätzwert aus Informationen über einen Arbeitsablauf des Roboters eine auf die Krafterfassungseinheit ausgeübte externe Kraft schätzt; eine Abweichungsberechnungseinheit, die eine Abweichung zwischen dem Kraftschätzwert und einem auf den Roboter angewendeten Krafterfassungswert berechnet, der aus Informationen der Krafterfassungseinheit erhalten wird; eine Vergleichseinheit, die die Abweichung mit einem ersten Schwellenwert vergleicht; und eine Befehlsausgabeeinheit, wobei die Befehlsausgabeeinheit einen Betriebsbefehl, einen Haftbefehl, einen Verlangsamungsbefehl oder einen Verlangsamungshaltbefehl an den Roboter ausgibt, wenn die Vergleichseinheit feststellt, dass die Abweichung größer als der erste Schwellenwert ist, wobei die vierte Befehlsausgabeeinheit den Betriebsbefehl ausgibt, der dem mindestens einen Abweichungsmuster entspricht, wenn die Abweichung das mindestens eine gemeinsame Abweichungsmuster umfasst.
  • Die DE 10 2015 009 151 A1 betrifft ein Verfahren zum automatisierten Ermitteln eines Eingabebefehls für einen Roboter, der durch manuelles Ausüben einer externen Kraft auf den Roboter eingegeben wird.
  • Zudem betrifft die DE 10 2013 218 823 A1 ein Verfahren zum manuell geführten Verstellen der Pose eines Manipulatorarms eines Industrieroboters.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung einer Steuereinheit eines Robotermanipulators insbesondere für den Fall des manuellen Führens des Robotermanipulators durch einen Benutzer zu verbessern.
  • 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 eine Regeleinrichtung einer Steuereinheit eines Robotermanipulators. Die Regeleinrichtung weist Folgendes auf:
    • - ein Schaltelement, das dazu ausgeführt ist, auf Basis eines Schaltkommandos zwischen mindestens zwei Eingangssignalen des Schaltelements zu schalten und das geschaltete Eingangssignal auszugeben, wobei ein erstes Eingangssignal des Schaltelements ein durch ein quantisiertes und zeitdiskretes Sensorsignal erfasster Zustand des Robotermanipulators ist und wobei ein zweites Eingangssignal des Schaltelements eine Vorgabe des Zustands des Robotermanipulators ist,
    • - ein Logikelement, das zum Ausgeben des Schaltkommandos und zum Übermitteln des Schaltkommandos an das Schaltelement ausgeführt ist, und
    • - eine Regelfehlervergleichseinheit, die dazu ausgeführt ist, eine Differenz aus dem durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfassten Zustand des Robotermanipulators und dem geschalteten Eingangssignal zu bilden und die Differenz als Signal auszugeben.
  • Dem Fachmann ist klar, dass die Regelfehlervergleichseinheit äquivalent dazu ausgeführt sein kann, eine Differenz aus der Vorgabe des Zustands des Robotermanipulators und dem geschalteten Eingangssignal zu bilden, und hierbei - im Vergleich zum ersten Aspekt der Erfindung - das Schaltelement gegenteilig über das Logikelement zu steuern. Der Effekt für die Regeleinrichtung ist dabei in beiden Fällen gleich.
  • Der Robotermanipulator weist insbesondere einen Manipulatorarm und eine Basis zum Lagern des Manipulatorarms auf. Ferner weist bevorzugt der Manipulatorarm mehrere durch Gelenke miteinander verbundene Glieder auf, wobei bevorzugt an den Gelenken Aktuatoren, insbesondere elektrische Motoren, angeordnet sind. Diese Aktuatoren sind insbesondere mit der Steuereinheit verbunden, die zum Ansteuern der Aktuatoren dient. Die Steuereinheit kann eine oder mehrere Regeleinrichtungen aufweisen.
  • Bevorzugt ist die Regeleinrichtung als zeitdiskreter Algorithmus rechnerimplementiert. Eine Implementierung durch analoge Elektronikelemente ist aber auch möglich.
  • Der Ausdruck „zwischen mindestens zwei Eingangssignalen des Schaltelements zu schalten“ bedeutet insbesondere, dass von mindestens zwei Eingangssignalen des Schaltelements eines ausgewählt wird und als Ausgang des Schaltelements verwendet wird.
  • Der Zustand des Robotermanipulators ist bevorzugt eines aus Position, Orientierung (Pose), Gelenkwinkel, Geschwindigkeit, Beschleunigung, jeweils kartesisch oder im Gelenkwinkelraum.
  • Das Schaltkommando bestimmt insbesondere darüber, welches dieser Eingangssignale des Schaltelements ausgewählt wird. Das Schaltkommando ist daher bevorzugt bei zwei Eingangssignalen ein binäres Signal, das einen oberen Wert und einen unteren Wert annehmen kann. Im Schaltelement wird dazu vorteilhaft eine Schwelle definiert, sodass beim Überschreiten der Schwelle durch das Schaltkommando ein erstes der Eingangssignale ausgewählt wird, und bei Unterschreiten der Schwelle durch das Schaltkommando ein zweites der Eingangssignale ausgewählt wird, oder umgekehrt.
  • Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass durch eine auch in sicherheitskritischen Systemen einfach zu realisierende logische Schaltung die Stellengrößenberechnung zwischen einer auf Soll-Ist-Vergleich beruhenden Berechnung und einem neutralen Modus, in dem der Soll-Ist-Vergleich keinen aktuellen Anteil auf die Stellengrößenberechnung addiert, umschaltbar ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft anwendbar, wenn der Robotermanipulator schwerkraftkompensiert manuell geführt wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Regeleinrichtung ein erstes Signalbegrenzungselement auf, wobei das erste Signalbegrenzungselement dazu ausgeführt, das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte obere Grenze zu begrenzen.
  • Überschreitet das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz die vordefinierte obere Grenze, so wird bevorzugt von dem ersten Signalbegrenzungselement anstelle des Signals der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz ein Wert der oberen Grenze als Signal ausgegeben. Unterschreitet das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz die vordefinierte untere Grenze, so wird bevorzugt von dem ersten Signalbegrenzungselement anstelle des Signals der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz ein Wert der unteren Grenze als Signal ausgegeben. Vorteilhaft wird hierdurch im Falle eines Sensorfehlers der Wert des Signals der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz begrenzt. Ferner wird hierdurch vorteilhaft das letztendlich aus dem Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz ermittelte Aktuatorkommando begrenzt. Dies verhindert vorteilhaft übermäßige Reaktionen des Robotermanipulators und dessen Glieder auf einen großen Regelfehler (Differenz der Regelfehlervergleichseinheit).
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Logikelement dazu ausgeführt, ein derartiges Schaltkommando auszugeben, dass von dem Schaltelement der durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfasste Zustand des Robotermanipulators geschaltet wird, wenn vom Logikelement ein manuelles Führen des Robotermanipulators durch einen Benutzer erkannt wird.
  • Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, den Robotermanipulator und insbesondere den Manipulatorarm gravitationskompensiert anzusteuern. Das heißt, dass abhängig von einer aktuellen Pose des Robotermanipulators die Aktuatoren eine bestimmte Kraft oder auch ein bestimmtes Drehmoment aufbringen müssen, so dass diese Kraft oder auch dieses Drehmoment genau so groß sind, dass sich der Robotermanipulator im Einfluss des Schwerkraftfeldes nicht bewegt. In anderen Worten wird bevorzugt beim manuellen Führen des Robotermanipulators die Schwerkraft des Manipulatorarms aktuatorisch kompensiert, und durch das Logikelement ein derartiges Schaltkommando ausgegeben, dass von dem Schaltelement der durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfasste Zustand des Robotermanipulators geschaltet wird.
  • Vorteilhaft wird hierdurch ein Aktuatorkommando, das dem manuellen Führen des Robotermanipulators entgegenwirkt, unterbunden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Logikelement daher dazu ausgeführt, ein derartiges Schaltkommando auszugeben, dass von dem Schaltelement der durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfasste Zustand des Robotermanipulators geschaltet wird, wenn vom Logikelement ein manuelles Führen des Robotermanipulators durch einen Benutzer unter Schewrkraftkompensation erkannt wird.
  • Das Erkennen des manuellen Führens des Robotermanipulators durch einen Benutzer erfolgt insbesondere durch einen entsprechend vorgegebenen Modus an einer Benutzerschnittstelle, oder auch durch Erfassen und Erkennen eines externen Kraftwinders als gewünschte Eingabe des Benutzers.
  • Die im Folgenden genannten Ausführungsformen können insbesondere einzeln oder beliebig untereinander kombiniert verwirklicht werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Regeleinrichtung ein Filterelement auf, wobei das Filterelement dazu ausgeführt, das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz durch Multiplikation mit einem vordefinierten Frequenzgang zu filtern.
  • Die Multiplikation mit Frequenzgang impliziert eine Ausführung des Filterns im Frequenzbereich, gleichwertig wäre eine Lösung im Zeitbereich über Konvolution möglich. Das Filterelement ist bevorzugt eines aus: Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Lead-Lag-Filter, Bandpassfilter. In jedem Fall wird aber abhängig von der Frequenz des Signals das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz mit einer bestimmten Amplitudenverstärkung (bzw. Amplitudenabschwächung im Falle der negativen Amplitudenverstärkung) versehen. Vorteilhaft ist hiermit der Frequenzgang der geschlossen Reglerschleife gestaltbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Regeleinrichtung einen Skalierungsoperator auf, wobei der Skalierungsoperator zum Erzeugen eines Kommandosignals für einen Aktuator des Robotermanipulators ausgeführt ist, wobei das Kommandosignal durch Bilden eines skalierten proportionalen und/oder differenzierten und/oder integrierten Signals der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz und durch Summation aller skalierten proportionalen und/oder differenzierten und/oder integrierten Signalanteile ermittelt wird.
  • Der Skalierungsoperator ermittelt vorteilhaft aus einer aus der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz, sowie bevorzugt aus der differenzierten Differenz der Regelfehlervergleichseinheit und der integrierten Differenz der Regelfehlervergleichseinheit ein Aktuatorkommando.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Regeleinrichtung ein zweites Signalbegrenzungselement auf, wobei das zweite Signalbegrenzungselement dazu ausgeführt ist, das Kommandosignal des Skalierungsoperators auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte ober Grenze zu begrenzen.
  • Überschreitet das Kommandosignal des Skalierungsoperators die vordefinierte obere Grenze, so wird bevorzugt von dem zweiten Signalbegrenzungselement anstelle des Kommandosignals des Skalierungsoperators ein Wert der oberen Grenze als Signal ausgegeben. Unterschreitet das Kommandosignal des Skalierungsoperators die vordefinierte untere Grenze, so wird bevorzugt von dem zweiten Signalbegrenzungselement anstelle des Kommandosignals des Skalierungsoperators ein Wert der unteren Grenze als Signal ausgegeben. Vorteilhaft wird hierdurch im Falle eines Sensorfehlers der Wert des Kommandosignals des Skalierungsoperators begrenzt. Ferner wird hierdurch vorteilhaft das letztendlich aus dem Kommandosignal des Skalierungsoperators ermittelte Aktuatorkommando begrenzt. Dies verhindert vorteilhaft übermäßige Reaktionen des Robotermanipulators und dessen Glieder auf ein großes Kommandosignal des Skalierungsoperators.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Regeleinrichtung ein Integratorelement auf, wobei das Integratorelement zum Erzeugen des integrierten Signals aus dem Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz ausgeführt ist, weiterhin aufweisend ein drittes Signalbegrenzungselement und ein Subtraktionsglied, wobei das dritte Signalbegrenzungselement dazu ausführt ist, das integrierte Signal auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte obere Grenze zu begrenzen und wobei das Subtraktionsglied dazu ausgeführt ist, eine Differenz aus dem integrierten Signal und von dem durch das Signalbegrenzungselement begrenzte Signal zu bilden und mit einem vordefinierten Faktor zu multiplizieren und von dem Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit ermittelten Differenz zu subtrahieren.
  • Vorteilhaft wird hierdurch eines Signalintegration über die jeweilige vordefinierte obere und untere Grenze vermieden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Zustand des Robotermanipulators zumindest eine kartesische Pose des Robotermanipulators auf.
  • Die kartesische Pose ist vorteilhaft in einem globalen Koordinatensystem, das heißt erdfestem Koordinatensystem, definiert.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Zustand des Robotermanipulators zumindest einen Vektor aus Gelenkwinkeln des Robotermanipulators auf, wobei ein jeweiliger der Gelenkwinkel in einem am jeweiligen Gelenk körperfest gedacht angeordneten radialen Koordinatensystem definiert ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Robotermanipulators durch eine Regeleinrichtung einer Steuereinheit des Robotermanipulators, aufweisend die Schritte:
    • - Ausgeben eines Schaltkommandos und Übermitteln des Schaltkommandos an ein Schaltelement durch ein Logikelement,
    • - Schalten zwischen mindestens zwei Eingangssignalen des Schaltelements auf Basis des Schaltkommandos und Ausgeben des geschalteten Eingangssignals, wobei ein erstes Eingangssignal des Schaltelements ein durch ein quantisiertes und zeitdiskretes Sensorsignal erfasste Zustand ist und wobei ein zweites Eingangssignal des Schaltelements eine Vorgabe des Zustands des Robotermanipulators ist, und
    • - Bilden einer Differenz aus dem durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfassten Zustand des Robotermanipulators und dem geschalteten Eingangssignal durch eine Regelfehlervergleichseinheit und Ausgeben der Differenz als Signal durch die Regelfehlervergleichseinheit.
  • Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Regeleinrichtung 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:
    • 1 eine Regeleinrichtung einer Steuereinheit eines Robotermanipulators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    • 2 eine Regeleinrichtung einer Steuereinheit eines Robotermanipulators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
    • 3 ein Verfahren zum Steuern eines Robotermanipulators durch eine Regeleinrichtung einer Steuereinheit des Robotermanipulators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
  • 1 zeigt eine Regeleinrichtung 1 einer Steuereinheit eines Robotermanipulators, aufweisend ein Schaltelement 3, das dazu ausgeführt ist, auf Basis eines Schaltkommandos zwischen mindestens zwei Eingangssignalen 5,7 des Schaltelements 3 zu schalten und das geschaltete Eingangssignal auszugeben, wobei ein erstes Eingangssignal des Schaltelements 3 ein durch ein quantisiertes und zeitdiskretes Sensorsignal erfasster Positions-Zustand 5 des Robotermanipulators ist und wobei ein zweites Eingangssignal des Schaltelements 3 eine Vorgabe 7 des Position-Zustands 5 des Robotermanipulators ist. Der Positions-Zustand des Robotermanipulators weist zumindest einen Vektor aus Gelenkwinkeln des Robotermanipulators auf, wobei ein jeweiliger der Gelenkwinkel in einem am jeweiligen Gelenk körperfest gedacht angeordneten radialen Koordinatensystem definiert ist. Das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal wird dabei aus dem am Robotermanipulator angeordneten Positionssensor 100 erzeugt. Ferner weist die Regeleinrichtung 1 ein Logikelement 9 auf, das zum Ausgeben des Schaltkommandos und zum Übermitteln des Schaltkommandos an das Schaltelement 3 ausgeführt ist. Des Weiteren weist die Regeleinrichtung 1 eine Regelfehlervergleichseinheit 11 auf, die dazu ausgeführt ist, eine Differenz aus dem durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfassten Positions-Zustand 5 des Robotermanipulators und dem geschalteten Eingangssignal zu bilden und die Differenz als Signal auszugeben. Ein erstes Signalbegrenzungselement 13 der Regeleinrichtung 1 ist dazu ausgeführt, das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit 11 ermittelten Differenz auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte obere Grenze zu begrenzen. Das Logikelement 9 ist außerdem zusätzlich dazu ausgeführt, ein derartiges Schaltkommando auszugeben, dass von dem Schaltelement 3 der durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfasste Positions-Zustand 5 des Robotermanipulators geschaltet wird, wenn vom Logikelement 9 ein manuelles Führen des Robotermanipulators durch einen Benutzer erkannt wird. Ein Filterelement 15 dient dazu, das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit 11 ermittelten Differenz durch Multiplikation mit einem vordefinierten Frequenzgang zu filtern. Ein Skalierungsoperator 17 dient außerdem zum Erzeugen eines Kommandosignals für einen Aktuator 19 des Robotermanipulators, wobei das Kommandosignal durch Bilden eines skalierten proportionalen und/oder differenzierten und/oder integrierten Signals der von der Regelfehlervergleichseinheit 11 ermittelten Differenz und durch Summation aller skalierten proportionalen und/oder differenzierten und/oder integrierten Signalanteile ermittelt wird. Ein zweites Signalbegrenzungselement 21 ist außerdem dazu ausgeführt, das Kommandosignal des Skalierungsoperators 17 auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte obere Grenze zu begrenzen.
  • 2 zeigt eine Regeleinrichtung 1 einer Steuereinheit eines Robotermanipulators, aufweisend ein Schaltelement 3, das dazu ausgeführt ist, auf Basis eines Schaltkommandos zwischen mindestens zwei Eingangssignalen 5,7 des Schaltelements 3 zu schalten und das geschaltete Eingangssignal auszugeben, wobei ein erstes Eingangssignal des Schaltelements 3 ein durch ein quantisiertes und zeitdiskretes Sensorsignal erfasster Positions-Zustand 5 des Robotermanipulators ist und wobei ein zweites Eingangssignal des Schaltelements 3 eine Vorgabe 7 des Positions-Zustands 5 des Robotermanipulators ist. Der Positions-Zustand 5 des Robotermanipulators weist zumindest eine kartesische Pose des Robotermanipulators auf. Das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal wird dabei aus dem am Robotermanipulator angeordneten Positionssensor 100 erzeugt. Ferner weist die Regeleinrichtung 1 ein Logikelement 9 auf, das zum Ausgeben des Schaltkommandos und zum Übermitteln des Schaltkommandos an das Schaltelement 3 ausgeführt ist. Des Weiteren weist die Regeleinrichtung 1 eine Regelfehlervergleichseinheit 11 auf, die dazu ausgeführt ist, eine Differenz aus dem durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfassten Positions-Zustand 5 des Robotermanipulators und dem geschalteten Eingangssignal zu bilden und die Differenz als Signal auszugeben. Ein erstes Signalbegrenzungselement 13 der Regeleinrichtung 1 ist dazu ausgeführt, das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit 11 ermittelten Differenz auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte obere Grenze zu begrenzen. Das Logikelement 9 ist außerdem zusätzlich dazu ausgeführt, ein derartiges Schaltkommando auszugeben, dass von dem Schaltelement 3 der durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfasste Positions-Zustand 5 des Robotermanipulators geschaltet wird, wenn vom Logikelement 9 ein manuelles Führen des Robotermanipulators durch einen Benutzer erkannt wird. Ein Filterelement 15 dient dazu, das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit 11 ermittelten Differenz durch Multiplikation mit einem vordefinierten Frequenzgang zu filtern. Ein Skalierungsoperator 17 dient außerdem zum Erzeugen eines Kommandosignals für einen Aktuator 19 des Robotermanipulators, wobei das Kommandosignal durch Bilden eines skalierten proportionalen und/oder differenzierten und/oder integrierten Signals der von der Regelfehlervergleichseinheit 11 ermittelten Differenz und durch Summation aller skalierten proportionalen und/oder differenzierten und/oder integrierten Signalanteile ermittelt wird. Ein zweites Signalbegrenzungselement 21 ist außerdem dazu ausgeführt, das Kommandosignal des Skalierungsoperators 17 auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte obere Grenze zu begrenzen. Ein Integratorelement 23 ist dem Skalierungsoperator 17 zugeordnet und dient zum Erzeugen des integrierten Signals aus dem Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit 11 ermittelten Differenz; im Zuge dessen dienen ein drittes Signalbegrenzungselement 25 und ein Subtraktionsglied 27 dazu, das integrierte Signal auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte obere Grenze zu begrenzen im Falle des Subtraktionsglieds 27 dazu, eine Differenz aus dem integrierten Signal und von dem durch das Signalbegrenzungselement begrenzte Signal zu bilden und mit einem vordefinierten Faktor zu multiplizieren und von dem Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit 11 ermittelten Differenz zu subtrahieren.
  • 3 zeigt ein Verfahren zum Steuern eines Robotermanipulators durch eine Regeleinrichtung 1 einer Steuereinheit des Robotermanipulators, aufweisend die Schritte:
    • - Ausgeben S1 eines Schaltkommandos und Übermitteln des Schaltkommandos an ein Schaltelement 3 durch ein Logikelement 9,
    • - Schalten S2 zwischen mindestens zwei Eingangssignalen 5,7 des Schaltelements 3 auf Basis des Schaltkommandos und Ausgeben des geschalteten Eingangssignals, wobei ein erstes Eingangssignal des Schaltelements 3 ein durch ein quantisiertes und zeitdiskretes Sensorsignal erfasster Zustand 5 ist und wobei ein zweites Eingangssignal des Schaltelements 3 eine Vorgabe 7 des Zustands 5 des Robotermanipulators ist, und
    • - Bilden S3 einer Differenz aus dem durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfassten Zustand 5 des Robotermanipulators und dem geschalteten Eingangssignal durch eine Regelfehlervergleichseinheit 11 und Ausgeben der Differenz als Signal durch die Regelfehlervergleichseinheit 11.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Regeleinrichtung
    3
    Schaltelement
    5
    Zustand
    7
    Vorgabe
    9
    Logikelement
    11
    Regelfehlervergleichseinheit
    13
    erstes Signalbegrenzungselement
    15
    Filterelement
    17
    Skalierungsoperator
    19
    Aktuator
    21
    zweites Signalbegrenzungselement
    23
    Integratorelement
    25
    drittes Signalbegrenzungselement
    27
    Subtraktionsglied
    100
    Positionssensor
    S1
    Ausgeben
    S2
    Schalten
    S3
    Bilden

Claims (10)

  1. Regeleinrichtung (1) einer Steuereinheit eines Robotermanipulators, aufweisend: - ein Schaltelement (3), das dazu ausgeführt ist, auf Basis eines Schaltkommandos zwischen mindestens zwei Eingangssignalen (5,7) des Schaltelements (3) zu schalten und das geschaltete Eingangssignal auszugeben, wobei ein erstes Eingangssignal des Schaltelements (3) ein durch ein quantisiertes und zeitdiskretes Sensorsignal erfasster Zustand (5) des Robotermanipulators ist und wobei ein zweites Eingangssignal des Schaltelements (3) eine Vorgabe (7) des Zustands (5) des Robotermanipulators ist, - ein Logikelement (9), das zum Ausgeben des Schaltkommandos und zum Übermitteln des Schaltkommandos an das Schaltelement (3) ausgeführt ist, und - eine Regelfehlervergleichseinheit (11), die dazu ausgeführt ist, eine Differenz aus dem durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfassten Zustand (5) des Robotermanipulators und dem geschalteten Eingangssignal zu bilden und die Differenz als Signal auszugeben.
  2. Regeleinrichtung (1) nach Anspruch 1, aufweisend ein erstes Signalbegrenzungselement (13), wobei das erste Signalbegrenzungselement (13) dazu ausgeführt, das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit (11) ermittelten Differenz auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte obere Grenze zu begrenzen.
  3. Regeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Logikelement (9) dazu ausgeführt ist, ein derartiges Schaltkommando auszugeben, dass von dem Schaltelement (3) der durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfasste Zustand (5) des Robotermanipulators geschaltet wird, wenn vom Logikelement (9) ein manuelles Führen des Robotermanipulators durch einen Benutzer erkannt wird.
  4. Regeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein Filterelement (15), wobei das Filterelement (15) dazu ausgeführt, das Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit (11) ermittelten Differenz durch Multiplikation mit einem vordefinierten Frequenzgang zu filtern.
  5. Regeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Skalierungsoperator (17), wobei der Skalierungsoperator (17) zum Erzeugen eines Kommandosignals für einen Aktuator (19) des Robotermanipulators ausgeführt ist, wobei das Kommandosignal durch Bilden eines skalierten proportionalen und/oder differenzierten und/oder integrierten Signals der von der Regelfehlervergleichseinheit (11) ermittelten Differenz und durch Summation aller skalierten proportionalen und/oder differenzierten und/oder integrierten Signalanteile ermittelt wird.
  6. Regeleinrichtung (1) nach Anspruch 5, aufweisend ein zweites Signalbegrenzungselement (21), wobei das zweite Signalbegrenzungselement (21) dazu ausgeführt, das Kommandosignal des Skalierungsoperators (17) auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte ober Grenze zu begrenzen.
  7. Regeleinrichtung (1) nach einem Ansprüche 5 bis 6, aufweisend ein Integratorelement (23), wobei das Integratorelement (23) zum Erzeugen des integrierten Signals aus dem Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit (11) ermittelten Differenz ausgeführt ist, weiterhin aufweisend ein drittes Signalbegrenzungselement (25) und ein Subtraktionsglied (27), wobei das dritte Signalbegrenzungselement (25) dazu ausführt ist, das integrierte Signal auf eine vordefinierte untere Grenze und/oder auf eine vordefinierte obere Grenze zu begrenzen und wobei das Subtraktionsglied (27) dazu ausgeführt ist, eine Differenz aus dem integrierten Signal und von dem durch das Signalbegrenzungselement begrenzte Signal zu bilden und mit einem vordefinierten Faktor zu multiplizieren und von dem Signal der von der Regelfehlervergleichseinheit (11) ermittelten Differenz zu subtrahieren.
  8. Regeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zustand (5) des Robotermanipulators zumindest eine kartesische Pose des Robotermanipulators aufweist.
  9. Regeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zustand (5) des Robotermanipulators zumindest einen Vektor aus Gelenkwinkeln des Robotermanipulators aufweist, wobei ein jeweiliger der Gelenkwinkel in einem am jeweiligen Gelenk körperfest gedacht angeordneten radialem Koordinatensystem definiert ist.
  10. Verfahren zum Steuern eines Robotermanipulators durch eine Regeleinrichtung (1) einer Steuereinheit des Robotermanipulators, aufweisend die Schritte: - Ausgeben (S1) eines Schaltkommandos und Übermitteln des Schaltkommandos an ein Schaltelement (3) durch ein Logikelement (9), - Schalten (S2) zwischen mindestens zwei Eingangssignalen (5,7) des Schaltelements (3) auf Basis des Schaltkommandos und Ausgeben des geschalteten Eingangssignals, wobei ein erstes Eingangssignal des Schaltelements (3) ein durch ein quantisiertes und zeitdiskretes Sensorsignal erfasster Zustand (5) ist und wobei ein zweites Eingangssignal des Schaltelements (3) eine Vorgabe (7) des Zustands (5) des Robotermanipulators ist, und - Bilden (S3) einer Differenz aus dem durch das quantisierte und zeitdiskrete Sensorsignal erfassten Zustand (5) des Robotermanipulators und dem geschalteten Eingangssignal durch eine Regelfehlervergleichseinheit (11) und Ausgeben der Differenz als Signal durch die Regelfehlervergleichseinheit (11).
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