DE102020205322A1

DE102020205322A1 - Verfahren zum automatischen Planen der zeitlichen Ausführung von Bremsentests und zugehöriger Roboter

Info

Publication number: DE102020205322A1
Application number: DE102020205322.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Finke; Thomas Neff
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2021-10-28
Also published as: CN115485106A; EP4142989A1; KR20230003063A; US20230173677A1; WO2021219502A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Planen der zeitlichen Ausführung mehrerer, in zeitlichen Abständen aufeinander folgender Bremsentests (1) an mehreren Bremsen eines mit mehreren Gelenkes (L1-L6) und die Gelenke (L1-L6) miteinander verbindenden mehreren Gliedern ausgestatteten Roboterarms (9), der mit einer Robotersteuerung (10) verbunden ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Gelenke (L1-L6) und die Bremsen (B1-B6) anzusteuern, um den Roboterarm (9) zu bewegen. Dabei erfolgt ein Konfigurieren jeweils wenigstens eines individuellen Parameters (P1-P6) für die Bremsen (B1-B6), automatisches Initialisieren eines dem Roboterarm (9) zugeordneten Bremsentestverfahrens, und ein automatisches Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens, in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter (P1-P6). Die Erfindung betrifft außerdem einen Roboter (8), dessen Robotersteuerung (10) ausgebildet und eingerichtet ist, ein entsprechendes Verfahren durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Planen der zeitlichen Ausführung mehrerer, in zeitlichen Abständen aufeinander folgender Bremsentests an mehreren Bremsen eines mit mehreren Gelenken und die Gelenke miteinander verbindenden mehreren Gliedern ausgestatteten Roboterarms, der mit einer Robotersteuerung verbunden ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Gelenke und die Bremsen anzusteuern, um den Roboterarm zu bewegen. Die Erfindung betrifft außerdem einen Roboter, dessen Robotersteuerung ausgebildet und eingerichtet ist, ein entsprechendes Verfahren durchzuführen.
Die WO 2007/079950 A1 beschreibt ein Verfahren zum Testen einer Bremsfunktion eines Roboterantriebes, wobei der Roboterantrieb positionsgeregelt betrieben wird, und eine Bremse betätigt wird, während der Roboterantrieb läuft, und nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Betätigen der Bremse die Geschwindigkeit des Roboterantriebes gemessen und die gemessene Geschwindigkeit mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Verfügbarkeit eines Roboters in seinem anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch zu verbessern, ohne dass dabei die Sicherheit des Roboters beeinträchtigt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum automatischen Planen der zeitlichen Ausführung mehrerer, in zeitlichen Abständen aufeinander folgender Bremsentests an mehreren Bremsen eines mit mehreren Gelenken und die Gelenke miteinander verbindenden mehreren Gliedern ausgestatteten Roboterarms, der mit einer Robotersteuerung verbunden ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Gelenke und die Bremsen anzusteuern, um den Roboterarm zu bewegen, aufweisend die Schritte:

- Konfigurieren jeweils wenigstens eines individuellen Parameters für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen, wobei der jeweilige Parameter wenigsten einem Kriterium zugeordnet ist, das eine für den sicheren Betrieb der Bremse relevante Eigenschaft ist,
- automatisches Initialisieren eines dem Roboterarm zugeordneten Bremsentestverfahrens, das vorgesehen ist, die Gelenke und die Bremsen des Roboterarms mittels der Robotersteuerung anzusteuern, dadurch die Glieder des Roboterarms gemäß eines durch das Bremsentestverfahren vorgegebenen Bremsentestprogramms automatisch zu bewegen und die Bremsen automatisch anzusteuern, in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter, und
- automatisches Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens, in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter, während einer Betriebsdauer des Roboterarms, in welcher der Roboterarm für seinen anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichtet ist.

Bei Robotern, insbesondere Robotern, die bestimmte Sicherheitsanforderungen erfüllen müssen, wie beispielsweise gemäß IEC 60601-1, sind in regelmäßigen zeitlichen Abständen die den Gelenken des Roboterarms zugordneten Bremsen, die Gelenkbremsen, dahingehend zu überprüfen, ob sie ihre notwendigen Bremsfunktionen noch aufweisen. Die Bremsfunktionen, insbesondere die vorgegebene Nennbremskraft der jeweiligen Bremse müssen während der Dauer des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Roboterarms stets sichergestellt sein, um in einem Fehlerfall sicher stellen zu können, dass die Bewegungen des Roboterarms im Notfall jederzeit angehalten werden können und der Roboterarm im Notfall keine gefahrbringende Bewegung mehr ausführt. Die IEC 60601-1 betrifft medizinische elektrische Geräte und die ISO/TS 15066 betrifft Roboter mit Mensch-Roboter-Kollaboration im industriellen Umfeld. Das heißt, dass ein Bremsentest immer dort notwendig ist, wo durch eine fehlhafte Bremse ein Risiko für Personen, wie beispielsweise Bediener, Patienten oder Inbetriebnehmer, entsteht. Ob ein Risiko besteht, muss mittels Risikoanalysen der Anwendung durch den Integrator ermittelt werden. Im medizinischen Umfeld ist dies durch die Gegenwart eines Patienten besonders zu betrachten.
Ein Überprüfen der Bremsen erfolgt mittels Bremsentests. Es können unterschiedliche Arten von Bremsentests durchgeführt werden. Eine mögliche Art eines Bremsentests ist es, die jeweilige zu testende Bremse automatisch zu schließen und dann den Motor desjenigen Gelenks des Roboterarms anzutreiben, dem die geschlossene Bremse zugeordnet ist. Der Motor versucht dabei das Gelenk zu bewegen, obwohl die Bremse geschlossen ist und somit bei ordnungsgemäßer Funktion der Bremse, das Gelenk sich dennoch nicht bewegt. Der Motor wird derart automatisch angetrieben, dass er zumindest ein solches Drehmoment auf das Gelenk aufbringt, welches zumindest dem Nennmoment der zugeordneten Bremse entspricht. Es kann auch ein höheres Drehmoment durch den Motor auf das Gelenk aufgebracht werden. Das Gelenk wird dabei automatisch überwacht, ob es sich bewegt. Wenn sich das Gelenk auch bei einem aufgebrachten maximalen Drehmoment nicht dreht, wird davon ausgegangen, dass die Bremse ausreichend funktionstüchtig ist.
Neben dieser beschrieben Art eines Bremsentests, kann der Bremsentest gegebenenfalls auch anders durchgeführt werden. So kann vorgesehen sein, dass das Antriebsmoment am Motor nicht nur bis zum Nennmoment der betreffenden Bremse erhöht wird, sondern sogar deutlich darüber hinaus erhöht wird, bis das Gelenk tatsächlich anfängt zu drehen, trotz geschlossener Bremse. Dadurch kann das tatsächliche Nennmoment der Bremse ermittelt werden. Eine weitere Art einen Bremsentest durchzuführen, kann sein, das Gelenk des Roboterarms bei geöffneter Bremse zu bewegen und während der Bewegung die zugeordnete Bremse zu schließen und dabei automatisch zu erfassen, ob sich die Drehbewegung des Gelenks verlangsamt und die Bewegung des Gelenks zum Stillstand kommt.
All die möglichen Arten von Bremsentests werden üblicher Weise in regelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholend durchgeführt, so dass eine fortlaufende Überprüfung der Bremsen stattfindet und somit durchgehend sichergestellt werden kann, dass der Roboterarm in sicherer Weise betrieben werden kann. Wird durch einen Bremsentest eine ungenügende oder fehlerhafte Funktion einer Bremse festgestellt, kann ein Weiterbetreiben des Roboterarms automatisch unterbunden werden. In diesem Fall kann beispielsweise eine Wartungsuntersuchung am Roboterarm angestoßen werden und ein Weiterbetreiben des Roboterarms erst dann wieder freigegeben werden, wenn die betreffende Bremse wieder in einen sicher funktionsfähigen Zustand gebracht ist, beispielsweise indem eine defekte Bremse ausgetauscht und durch eine neue, funktionsfähige Bremse ersetzt worden ist.
Die Durchführung der Bremsentests in regelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholend kann automatisch geplant werden. Eine solche automatische Planung kann Vorschriften umfassen, in welchen zeitlichen Abständen derartige Bremsentests durchzuführen sind und gegebenenfalls zu welchen Zeitpunkten derartige Bremsentests durchzuführen sind. Die geplanten Bremsentests können durch eine Robotersteuerung eines den Roboterarm umfassenden Roboters automatisch angestoßen werden. Dabei kann eine Unterbrechung eines laufenden Anwenderprogramms, das die Bewegungsabfolgen des Roboterarms entsprechend einer Benutzeranwendung automatisch vorgibt, erzwungen werden, oder ein Starten eines solchen Anwenderprogramms kann unterbunden werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Bremsentest täglich und zwar vor Beginn einer „Schicht“ mit dem Anwenderprogramm für die Bewegungsabfolgen des Roboterarms durchgeführt werden muss, oder es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Bremsentest zu einem bestimmten Zeitpunkt, beispielsweise nachts durchgeführt wird, zu einem Zeitpunkt, wenn der Roboterarm nicht gemäß dem Anwenderprogramm in Betrieb ist.
Üblicherweise werden bei bisher bekannten Bremsentests stets alle Bremsen aller Gelenke des Roboterarms im Rahmen eines gemeinsam durchgeführten einheitlichen Bremsentests getestet. Wenn nur eine einzige Bremse den Bremsentest nicht besteht, d.h. eine beliebige einzige Bremse als nicht sicher eingestuft wird, wird der Roboterarm in einen sicheren Zustand überführt, indem ein Starten oder Weiterbetreiben eines Anwenderprogramms nicht mehr möglich ist.
Bei Robotern für beispielsweise medizinische Anwendungen sind die Anforderungen der IEC 60601-1 zu erfüllen, die besagt, dass im Fehlerfall immer eine Maßnahme existieren muss, um den Roboter stoppen zu können. Im Fehlerfall muss die Patientensicherheit gewährleistet bleiben. Bei einem Roboter im medizinischen Umfeld bedeutet das, dass aktuelle Bewegungen gestoppt und weitere Bewegungen unterbunden werden müssen. Dadurch wird die Patientensicherheit bei der medizinischen Anwendung gewährleistet.
Hält man einen Roboter, wie beispielsweise einen Leichtbauroboter, der kraft- und/oder momentgeregelt betrieben werden kann, im Normalfall in seiner Positionsregelung und nutzt die Bremse als Sicherheitsmaßnahme, die den Roboter im Fehlerfall stoppt, so muss zusätzlich in regelmäßigen Abständen der Zustand der Bremsen überprüft werden, um sicherzugehen, dass diese stets betriebsbereit sind. Dies wird mittels eines entsprechenden Bremsentestverfahrens, d.h. von einer speziellen Software durchgeführt und so die Bremsen überwacht.
Die Durchführung des Bremsentests ist bisher beispielsweise nach jedem Neustart und dann spätestens nach 24 Stunden Dauerbetrieb nötig, wobei ein solcher Tageszyklus beispielsweise dreimal um bis zu 8 Stunden jeweils verschoben werden kann.
Schlägt ein Bremsentest fehl, oder wird die Frist versäumt, so wird der Roboter automatisch gestoppt und kann erst wieder genutzt werden, nachdem ein erneuter Bremsentest erfolgreich durchgeführt wurde. Schlägt der Bremsentest (weiterhin) fehl, wird unmittelbar danach automatisch ein zweiter Test durchgeführt. Sollte auch dieser Test fehlschlagen, werden Bewegungen des Roboters mittels des Bremsentestverfahrens komplett verhindert und es muss beispielsweise ein Servicetechniker beauftragt werden, den Roboter zu überprüfen und gegebenenfalls müssen funktionsuntüchtige Bremsen repariert oder durch funktionstüchtige Bremsen ersetzt werden.
Der Nutzer wird rechtzeitig vor Ablauf der Frist, beispielsweise eine Stunde vorher, über die Notwendigkeit des Bremsentests informiert. Die Durchführung muss bisher aber alle Bremsen des Roboters umfassen und das Ergebnis zur Bewertung des Roboters entspricht demgemäß der schlechtesten Bremse aller Bremsen.
Diese Randbedingungen limitieren den Einsatz des Roboters sehr stark und legen beispielsweise einem Systemintegrator, der den Roboter beim Anwender einrichtet, große Restriktionen bei der Einbindung in den Arbeitsablauf auf. Insbesondere wird ein Evakuieren, d.h. Herausbringen des Roboterarms beispielsweise aus einem Operationsfeld eines medizinischen Arbeitsplatzes wesentlich erschwert, wenn grundlegend im Fehlerfall der komplette Roboter stillgelegt wird, obwohl in dieser Situation in direkter Umgebung zu Patient und OP-Personal kein Bremsentest ausgeführt werden kann. Dies wirkt umso kritischer, da nicht alle Bremsen das gleiche Risikopotential im Fehlerfall bergen. Das Risikopotential hängt insbesondere davon ab, welches Gelenk des Roboterarms betroffen ist, d.h. an welchem Gelenk des Roboterarms eine vermeintlich unsichere Bremse durch den Bremsentest festgestellt wurde. So besteht beispielsweise bei Bremsen an schwerkraftbelasteten Gelenken ein erhöhtes Risiko im Gegensatz zu Bremsen an nicht schwerkraftbelasteten Gelenken.
Ein Ziel der Erfindung kann es sein, die starken Restriktionen bei der Durchführung und Überwachung der bekannten Bremsentests zu verringern, um eine leichtere Integration in den Arbeitsablauf beim Anwender des Roboters zu ermöglichen.
Die Flexibilität und Dynamik kann erhöht werden, indem der Bremsentest nicht mehr alle Bremsen des Roboterarms als Einheit betrachtet, sondern jede einzelne Bremse oder gegebenenfalls verschiedene Gruppen von mehreren Bremsen individuell betrachtet und bewertet werden.
Das Risikopotential, das von einer defekten Bremse ausgeht, kann der Systemintegrator für eine konkrete Anwendung des Roboters wesentlich besser beurteilen, da dies beispielsweise, unter anderem, auch von der Einbaulage des Roboterarms, des am Flansch des Roboterarms befestigten Werkzeugs, gegebenenfalls inklusive Traglasten, und der Tatsache, ob Personen in der Nähe des Roboterarms sich aufhalten, abhängt.
Damit wird der Systemintegrator zwar in die Pflicht genommen, die Risikopotentiale der Bremsen in seiner eigenen Risikobeurteilung zu betrachten, er gewinnt aber deutlich mehr an Spielraum, um die Durchführung der Bremsentests für jede Bremse individuell an seine Applikation anpassen zu können. So könnte z.B. in der Risikobeurteilung herauskommen, dass nur die Gelenke der Handachsen ein erhöhtes Risiko haben und damit regelmäßig, beispielsweise täglich, getestet werden müssen, während die übrigen Achsen der anderen Gelenke mit geringem Risiko, beispielsweise nur einmal in der Woche getestet werden müssen, weil aufgrund der Einbaulage des Roboterarms in der konkreten Applikation eine unbeabsichtigte Bewegung des Roboterarms nur beim Ausfall genau dieser Bremsen ein erhöhtes Risiko auftreten kann und ein Ausfall an einer der anderen Gelenke zu keiner unbeabsichtigte Bewegung des Roboterarms führt. Dies kann beispielsweise bei solchen Gelenken des Roboterarms der Fall sein, die sich ausschließlich um eine stets vertikale Drehachse, die damit nicht schwerkraftbelastend wirkt, drehen können. Dann führt der Ausfall einer Bremse an einer solchen Gelenksachse zu keiner unbeabsichtigten Bewegung des Roboterarms.
Die Verantwortung für diese Anpassung liegt dann beim Systemintegrator, wobei die standardmäßige Einstellung ab Werk, wie bisher, die tägliche Notwendigkeit des Bremsentests wäre.
Daraus können sich die im Folgenden beschriebenen Vorteile ergeben. Es kann sich eine leichtere Integration in den Arbeitsablauf des Anwenders ergeben. Der jeweilige Zyklus eines Bremsentests kann schneller durchgeführt werden, da nicht mehr alle Bremsen in einem kompletten Durchlauf getestet werden müssen, sondern bedarfsorientiert jede Bremse individuell und gegebenenfalls nach unterschiedlichen Kriterien getestet werden kann. Das ist insbesondere beim wiederholten Test einer einzelnen Bremse der Fall, sollte diese einen ersten Bremsentest nicht bestehen. Der Roboter muss demgemäß nur noch dann stillgelegt werden, wenn eine konkrete Bremse mehrmals hintereinander den Bremsentest nicht erfolgreich durchführt. Ein weiterer Vorteil kann es sein, dass dynamisch auf den Zustand des Roboters reagiert werden kann.
Das Zeitfenster innerhalb dessen eine Bremse getestet werden muss, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren somit konfigurierbar, so dass dynamisch auf den Prozess, die konkrete Applikation oder Anwendung, die Risikobeurteilung und/oder auch auf den Zustand der Bremse selber reagiert werden kann.
Für jede Bremse kann dafür ein individueller Zyklus definiert werden, innerhalb dem die Bremse getestet werden muss, andernfalls werden weitere Bewegungen des Roboters unterbunden.
Das Zeitfenster für die Durchführung des Bremsentests kann dynamisch angepasst werden, wobei beispielsweise die folgenden Kriterien herangezogen werden können.
Im Hinblick auf eine Risikobeurteilung kann eine initiale und/oder statische Definition eines Bremsentestzyklus durchgeführt werden. Ein anderes Kriterium kann der Zustand der Bremse sein. Eine Bremse, die beim zuletzt durchgeführten Bremsentest beispielsweise 150% des notwendigen Haltenennmoments erreicht hat, muss seltener getestet werden, als eine Bremse, die beim zuletzt durchgeführten Bremsentest lediglich 105% des notwendigen Haltenennmoments erreicht hat.
Darüber hinaus können applikationsspezifische Trigger, d.h. Auslöser definiert werden, die eine automatische Durchführung des Bremsentests auslösen. Dies können die Zeitintervalle sein. Die meisten Prozesse, auch die in einer Applikation, laufen zyklisch ab. So kann der Bremsentest beispielsweise immer nach dem Neustart der Robotersteuerung durchgeführt werden, oder beispielsweise immer um 12:00 Uhr mittags durchgeführt werden. Es können aber auch externe Trigger bzw. Auslöser definiert werden. Beispielsweise in einem Applikationsprozess soll auf einen anderen Teilprozess, z.B. einen zweiten Roboter, gewartet werden. Diese Wartezeit kann genutzt werden, um einen Bremsentest durchzuführen, wobei es auch vorgesehen sein kann, dass lediglich genau diejenige Bremse automatisch getestet wird, deren Bremsentest als nächstes überfällig wird. Alternativ oder ergänzend kann ein räumlicher Trigger vorgesehen sein. Beispielsweise sobald der Roboterarm in eine bestimmte Position gefahren wurde, wird die Durchführung der Bremsentests ausgelöst.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zeitlichen Ausführungen mehrerer, in zeitlichen Abständen aufeinander folgender Bremsentests automatisch geplant und zwar variabel konfigurierbar, je nachdem, auf welche Weise der Roboterarm in seinem anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch angeordnet, eingerichtet, programmiert und betrieben ist.
Der Roboterarm weist mehrere Gelenke und mehrere Glieder auf, die durch die Bewegungen der Gelenke des Roboterarms gegeneinander verstellbar sind, wobei jedem angetriebenen Gelenk ein Motor und eine Bremse zugeordnet sind. Der jeweilige Motor ist ausgebildet, das ihm zugeordnete Gelenk zu verstellen und zwar durch automatisches Ansteuern des Motors, beispielsweise über eine Robotersteuerung. Die Robotersteuerung kann ausgebildet sein zum automatischen Ansteuern der Motoren des Roboterarms, um die Glieder des Roboterarms durch angetriebenes Bewegen der Gelenke automatisch und individuell gegeneinander zu verstellen. Die Robotersteuerung kann auch zum automatischen Ansteuern der Bremsen dienen, um die Gelenke des Roboterarms individuell abzubremsen und arretiert halten zu können.
Der Roboterarm kann derart ausgebildet sein, dass jeweils zwei benachbarte Glieder durch ein Gelenk verbunden sind. Insoweit kann sich eine kinematische Kette von mehreren, sich abwechselnden Gliedern und Gelenken ergeben. Die Gelenke können insbesondere als Drehgelenke ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann ein Glied oder können mehrere Glieder als ein linear verstellbares Gelenk ausgebildet sein.
Jedem Gelenk kann insbesondere eine eigene Bremse zugeordnet sein. Gegebenenfalls kann ein Gelenk auch zwei oder mehrere Bremsen aufweisen, beispielsweise dann, wenn eine Redundanz und/oder Diversität geschaffen werden soll. Die jeweilige Bremse kann beispielsweise an der Lagerung des Gelenks, an einem Getriebe des Gelenks oder an dem Motor des Gelenks angeordnet sein.
Der Roboterarm kann durch eine Robotersteuerung angesteuert werden, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Gelenke des Roboterarms, d.h. die Motoren und die Bremsen des Roboterarms anzusteuern. Die Ansteuerung der Motoren und der Bremsen kann gemäß einem Roboterprogramm erfolgen, das auf der Robotersteuerung abläuft. Die Robotersteuerung, insbesondere veranlasst durch das Roboterprogramm, steuert den Roboterarm, um ihn zu bewegen und anzuhalten, oder auch im Notfall einen Notstopp durchzuführen.
In einem ersten Schritt erfolgt ein Konfigurieren jeweils wenigstens eines individuellen Parameters für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen, wobei der jeweilige Parameter wenigsten einem Kriterium zugeordnet ist, das eine für den sicheren Betrieb der Bremse relevante Eigenschaft ist.
Das Konfigurieren kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Benutzer über Eingabemittel eines Rechners, der mit der Robotersteuerung verbunden ist, entsprechende mögliche Parameter auswählt und gewünschte Parameterwerte eingibt. Die Parameterwerte können beispielsweise numerisch frei eingetippt werden. Alternativ oder ergänzend können gewünschte Parameterwerte beispielsweise aus einer Menge an vorgegebenen Parameterwertvorgaben ausgewählt werden. Ein Auswählen kann beispielsweise mittels eines auf einem Bildschirm angezeigten Menüs einer Eingabeschnittstelle durch Anklicken mit der Eingabemaus oder durch Tastenanwahl an einer Computertastatur erfolgen.
Alternativ zu einer manuellen Eingabe der Parameterwerte können die Parameterwerte auch vorbestimmt zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise durch Einspielen einer die Parameterwerte enthaltenden Konfigurationsdatei, die vorab erstellt worden sein kann und die zum Zeitpunkt der Konfiguration des bestimmten Roboters in die Robotersteuerung des Roboterarms eingespielt, d.h. aufgeladen werden kann. Ist die Robotersteuerung in ein Datennetz integriert, können die Parameterwerte und/oder die Konfigurationsdateien über das Netzwerk in die Robotersteuerung geladen werden.
Für jedes Gelenk des Roboterarms und/oder für jede Bremse des Roboterarms können individuelle Parameter definiert sein und es können für jedes Gelenk des Roboterarms und/oder für jede Bremse des Roboterarms individuelle Parameterwerte festgelegt werden. Es müssen jedoch nicht notwendiger Weise für alle Gelenke und alle Bremsen unterschiedliche Parameter definiert sein und verschiedene Parameterwerte vergeben werden. Vielmehr können auch Gruppen von mehreren Gelenken und/oder Gruppen von mehreren Bremsen gleiche Parameter und/oder gleiche Parameterwerte zugeordnet werden. Es sind jedoch erfindungsgemäß stets mindestens zwei Gruppen von Gelenken und/oder Bremsen zu definieren, denen zumindest verschiedene Parameterwerte zugeordnet werden. Als Parameter an sich können die mindestens zwei Gruppen von Gelenken und/oder Bremsen wahlweise gleiche Arten von Parametern aufweisen oder unterschiedliche Arten von Parametern aufweisen.
Der Parameter kann beispielsweise die Einbaulage des Roboterarms sein, d.h. die Orientierung des Grundgestells des Roboterarms in der Montagelage des Roboterarms. Dieser Parameter korreliert im Falle des Grundgestells beispielsweise mit der räumlichen Lage der Drehachse des ersten Gelenks des Roboterarms, wobei die Zählweise am proximalen Ende des Roboterarms, d.h. am Grundgestell beginnt und am distalen Ende des Roboterarms, d.h. am Werkzeugflansch des Roboterarms endet.
Das Kriterium ist das spezifische Merkmal des Parameters, also die Eigenschaft der relevanten Unterscheidung beim Parameter. So kann beispielsweise im Falle der erwähnten Einbaulage des Roboterarms als Parameter das zugehörige Kriterium die Orientierung im Raum bezüglich der Schwerkraftrichtung sein, also beispielsweise kann das Kriterium beispielsweise die vertikale Ausrichtung sein oder beispielsweise die horizontale Ausrichtung sein.
Ein anderes beispielhaftes Kriterium kann z.B. die spezifische Anordnung des Werkzeugs an dem Flansch des Roboterarms sein. Im Falle eines Knickarmroboters mit beispielsweise sieben Achsen, d.h. sieben Drehgelenken und sieben Bremsen, kann das siebte Drehgelenk den Flansch des Roboterarms bewegen, an dem das Werkzeug befestigt ist. Ist das Werkzeug, abstrakt dargestellt, annähernd wie eine Kugel ausgebildet und mit seinem Kugelzentrum auf der Drehachse des siebten Drehgelenks angeordnet, so kann eine ausgefallene oder eine schlecht funktionierende Bremse an diesem siebten Drehgelenk kein hohes Risiko darstellen, da auch bei einem Versagen genau dieser Bremse des siebten Gelenks keine oder zumindest keine nennenswerte Bewegung des Werkzeugs stattfinden kann. Dies unterstellt jedoch, dass weiterhin die jeweils anderen Bremsen ausreichend funktionstüchtig sind. In einem solchen Fall ist der Parameter die Gestalt und die Anordnung des Werkzeugs, gegebenenfalls auch dessen Gewicht, und das Kriterium kann sein, die Exzentrizität des Massenschwerpunktes des Werkzeugs bezüglich der Drehachse des siebten Drehgelenks.
Ist das Werkzeug jedoch beispielsweise annähernd stabförmig ausgebildet und gegebenenfalls auch scharfkantig, wie beispielsweise ein vom Roboterarm geführtes Skalpell, so kann eine ausgefallene oder eine schlecht funktionierende Bremse an diesem siebten Drehgelenk ein besonders hohes Risiko darstellen. In einem solchen Fall wäre das siebte Drehgelenk des Roboterarms mit einem sehr hohen Risiko zu konfigurieren.
Der Parameter kann demgemäß auch einfach ein Risikoparameter sein oder ein Risikofaktor sein. Das Kriterium kann in einem solchen Fall eine reine Zahl oder ein numerischer Faktor sein, bei dem beispielsweise definiert sein kann, dass dieser numerisch zwischen 0 und 100 liegt und je größer die Zahl ist, dies ein höheres Risiko bedeutet. So kann jedem Gelenk oder jeder Bremse in einer einfachen Ausführung der Erfindung auch nur ein solcher Risikoparameter oder Risikofaktor zugeordnet sein, wobei für jedes individuelle Gelenk oder jede individuelle Bremse oder jede Gruppe von Gelenken oder Gruppen von Bremsen jeweils ein verschiedener numerischer Wert konfiguriert sein kann.
Demgemäß kann jedem jeweiligen Parameter wenigsten ein Kriterium zugeordnet sein. Es können aber auch je Bremse oder je Gruppe von Bremsen mehrere verschiedene Parameter zugeordnet sein und/oder jedem Parameter mehrere verschiedene Kriterien zugeordnet sein.
In einem zweiten Schritt erfolgt ein automatisches Initialisieren eines dem Roboterarm zugeordneten Bremsentestverfahrens, das vorgesehen ist, die Gelenke und die Bremsen des Roboterarms mittels der Robotersteuerung anzusteuern, dadurch die Glieder des Roboterarms gemäß eines durch das Bremsentestverfahren vorgegebenen Bremsentestprogramms automatisch zu bewegen und die Bremsen automatisch anzusteuern, in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter.
Beim automatischen Initialisieren können die konfigurierten Parameter, die der jeweiligen Anwendung des Roboterarms zugeordnet sind, eingelesen werden, beispielsweise in eine Softwareroutine, welche für die Ausführung von Bremsentestverfahren programmiert ist. Die eingelesenen Parameter können, je nach ihren Eigenschaften, unmittelbar angewendet werden oder gegebenenfalls weiter ausgewertet, interpretiert und/oder umgewandelt werden in geeignete Vorgaben für die individuelle Ausführung der jeweiligen Bremsentestverfahren.
Es können verschiedene Bremsentestverfahren, insbesondere solche Bremsentestverfahren, die dem Fachmann bereits bekannt sind, angewendet werden. Es können auch mehrere verschiedene Bremsentestverfahren zur Auswahl bereitgestellt werden. Eine Auswahl eines spezifischen Bremsentestverfahrens kann automatisch erfolgen, beispielsweise in Abhängigkeit eines dem jeweiligen Bremsentestverfahren zugeordneten oder zuordenbaren Parameters, wie er konfiguriert ist. Das Bremsentestverfahren ist generell vorgesehen, die Gelenke und die Bremsen des Roboterarms mittels der Robotersteuerung anzusteuern und automatisch zu bewegen. Das Bremsentestverfahren kann insoweit durch ein Bremsentestprogramm vorgegeben, d.h. durch dieses definiert sein.
Das Bremsentestverfahren steuert die Bremsen automatisch an und zwar in Abhängigkeit der initialisierten Konfiguration.
In einem dritten Schritt erfolgt somit ein automatisches Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens, in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter, während einer Betriebsdauer des Roboterarms, in welcher der Roboterarm für seinen anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichtet ist
Das Bremsentestverfahren kann in einer ersten Ausführungsvariante automatisch initialisiert werden, derart, dass in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter jeweilige Bremsentests an der jeweils einzeln konfigurierte Bremse der mehreren Bremsen oder an den jeweils gemeinsam in wenigstens zwei Gruppen konfigurierten Bremsen der mehreren Bremsen zu individuellen, unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder in individuellen, unterschiedlichen Zeitintervallen durchgeführt werden.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass Bremsen, die gemäß der Konfiguration ein höheres Sicherheitsrisiko in sich bergen, öfter durch ein Bremsentestverfahren getestet werden, als Bremsen, die gemäß der Konfiguration ein geringeres Sicherheitsrisiko in sich bergen. Zudem kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass Bremsen, die gemäß der Konfiguration ein höheres Sicherheitsrisiko in sich bergen, mehrfach tagsüber innerhalb der täglichen Gebrauchsdauer des Roboterarms mittels des Bremsentestverfahrens getestet werden, und Bremsen, die gemäß der Konfiguration ein geringeres Sicherheitsrisiko in sich bergen, lediglich einmal am Tag oder sogar lediglich nur einmal in der Woche mittels des Bremsentestverfahrens getestet werden, wobei dieser seltenere Bremsentest dann optional lediglich außerhalb der täglichen Gebrauchsdauer des Roboterarms, also beispielsweise nachts oder am Wochenende durchgeführt wird.
Im Ergebnis kann die Häufigkeit von Bremsentest reduziert werden, was zur Folge hat, dass die Verfügbarkeit des Roboterarms für seinen bestimmungsgemäßen Gebrauch erhöht werden kann. Wenn beispielsweise tagsüber nur eine einzige Bremse getestet werden muss, so verringert sich die Dauer der tagsüber durchgeführten Bremsentestverfahren. Ebenso kann sich je nach Auswahl des Bremsentestverfahrens auch die Anforderung an den freien Arbeitsraum während des Bremsentests verringern, wenn nur eine reduzierte Anzahl von Bremsen getestet werden muss. Dies hat Vorteile, wenn der Bremsentest während des eigentlichen Betriebs des Roboters durchgeführt werden muss; im Gegensatz zu beispielsweise einem morgendlichen Einrichtbetrieb vor dem eigentlichen Betrieb.
Das Bremsentestverfahren kann in einer zweiten Ausführungsvariante, die alternativ oder ergänzend zu den anderen Ausführungsvarianten vorgesehen sein kann, automatisch initialisiert werden, aufgrund von jeweils wenigstens eines individuell konfigurierten Parameters für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen, der ein Kriterium der Montagelage des Roboterarms in der für den anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichteten Zustand des Roboterarms ist.
Der Parameter kann somit die Einbaulage des Roboterarms sein, d.h. die Orientierung des Grundgestells des Roboterarms in der Montagelage des Roboterarms. Dieser Parameter korreliert im Falle des Grundgestells beispielsweise mit der räumlichen Lage der Drehachse des ersten Gelenks des Roboterarms, wobei die Zählweise am proximalen Ende des Roboterarms, d.h. am Grundgestell beginnt und am distalen Ende des Roboterarms, d.h. am Werkzeugflansch des Roboterarms endet.
Das Kriterium ist das spezifische Merkmal des Parameters, also die Eigenschaft der relevanten Unterscheidung beim Parameter. So kann beispielsweise im Falle der erwähnten Einbaulage des Roboterarms als Parameter das zugehörige Kriterium die Orientierung im Raum bezüglich der Schwerkraftrichtung sein, also beispielsweise kann das Kriterium beispielsweise die vertikale Ausrichtung sein oder beispielsweise die horizontale Ausrichtung sein.
Das Bremsentestverfahren kann in einer dritten Ausführungsvariante, die alternativ oder ergänzend zu den anderen Ausführungsvarianten vorgesehen sein kann, automatisch initialisiert werden, aufgrund von jeweils wenigstens eines individuell konfigurierten Parameters für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen, der ein Kriterium des an dem Roboterarm befestigen Roboterwerkzeugs ist.
Im Falle eines Knickarmroboters mit beispielsweise sieben Achsen, d.h. sieben Drehgelenken und sieben Bremsen, kann das siebte Drehgelenk den Flansch des Roboterarms bewegen, an dem das Werkzeug befestigt ist. Ist das Werkzeug, abstrakt dargestellt, annähernd wie eine Kugel ausgebildet und mit seinem Kugelzentrum auf der Drehachse des sieben Drehgelenks angeordnet, so kann eine ausgefallene oder eine schlecht funktionierende Bremse an diesem siebte Drehgelenk kein hohes Risiko darstellen, da auch bei einem Versagen genau dieser Bremse des siebten Gelenks keine oder zumindest keine nennenswerte Bewegung des Werkzeugs stattfinden kann. Dies unterstellt jedoch, dass weiterhin die jeweils anderen Bremsen ausreichend funktionstüchtig sind. In einem solchen Fall ist der Parameter die Gestalt und die Anordnung des Werkzeugs, gegebenenfalls auch dessen Gewicht, und das Kriterium kann sein, die Exzentrizität des Massenschwerpunktes des Werkzeugs bezüglich der Drehachse des siebten Drehgelenks.
Ist das Werkzeug jedoch beispielsweise annähernd stabförmig ausgebildet und gegebenenfalls auch scharfkantig, wie beispielsweise ein vom Roboterarm geführtes Skalpell, so kann eine ausgefallene oder eine schlecht funktionierende Bremse an diesem siebten Drehgelenk ein besonders hohes Risiko darstellen. In einem solchen Fall wäre das siebte Drehgelenk des Roboterarms mit einem sehr hohen Risiko zu konfigurieren.
Das Bremsentestverfahren kann in einer vierten Ausführungsvariante, die alternativ oder ergänzend zu den anderen Ausführungsvarianten vorgesehen sein kann, automatisch initialisiert werden, aufgrund von jeweils wenigstens eines individuell konfigurierten Parameters für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen, der ein Kriterium des Arbeitsplatzes ist, in dessen Bereich der Roboterarm in seinem anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichtet ist.
Die Kriterien des Arbeitsplatzes können vielfältig sein. So können beispielsweise Bremsen eines an einer Decke eines Raumes montierten Roboterarmes jeweils ein geringes Sicherheitsrisiko zugeordnet werden, wenn bei einem Versagen der Bremsen, der Roboterarm aufgrund der Schwerkraft in eine senkrechte Strecklage gelangt, und bei einer solchen Streckbewegung keine Kollision mit einem Patienten zu befürchten ist, beispielsweise, weil der Patient am Arbeitsplatz auf einer Patientenliege liegt und das Werkzeug lediglich ein berührungslos arbeitendes Strahlungsgerät oder ein berührungslos arbeitender Empfänger ist und selbst in der Strecklage des Roboterarms der Roboterarm den Patienten nicht erreichen kann. Das Risiko darf sich jedoch nicht nur auf den Patienten beziehen, sondern muss alle anwesenden Personen berücksichtigen. Eine Deckenmontage hat diesbezüglich keine besondere risikominimierende Bedeutung, denn das Risiko wäre auch bei einem bodenmontierten Roboter generell geringer, wenn kein Kontakt zu einer Person erfolgen kann. Die Deckenmontage hat nur dann einen positiven Einfluss, wenn der Roboter schon nahe der Strecklage positioniert ist und durch die Schwerkraft vollends in die Strecklage gezogen würde, statt unkontrolliert irgendwohin abzusacken.
Ein anderes Kriterium des Arbeitsplatzes kann sich beispielsweise darin unterscheiden, dass einem Arbeitsplatz, der beispielsweise ein Bestrahlungsraum ist, in dem sich während der berührungslosen Behandlung ausschließlich der Patient befindet, ein geringeres Sicherheitsrisiko zugeordnet werden kann, und einem anderen Arbeitsplatz, der beispielsweise ein Operationssaal ist, in dem mehrere Chirurgen und weiteres Personal anwesend ist und an einem Situs eines Patienten unter Assistenz eines Operationsroboters operiert wird, ein höheres Sicherheitsrisiko zugeordnet werden muss, da bereits kleinste Bewegungsabweichungen von dem gewünschten Bewegungsverhalten des Roboterarms unkalkulierbare Sicherheitsrisiken ausgehen können.
In einer speziellen Ausführungsform kann der jeweilige konfigurierte Wert des individuellen Parameters durch eine manuelle Eingabe an einer Steuervorrichtung des Roboterarms festgelegt und der manuell eingegebene Wert automatisch gespeichert werden, so dass er während des automatischen Initialisierens des Bremsentestverfahrens abrufbar ist.
Das Konfigurieren kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Benutzer über Eingabemittel eines Rechners, der mit der Robotersteuerung verbunden ist, entsprechende mögliche Parameter auswählt und gewünschte Parameterwerte eingibt. Die Parameterwerte können beispielsweise numerisch frei eingetippt werden. Alternativ oder ergänzend können gewünschte Parameterwerte beispielsweise aus einer Menge an vorgegebenen Parameterwertvorgaben ausgewählt werden. Ein Auswählen kann beispielsweise mittels eines auf einem Bildschirm angezeigten Menüs einer Eingabeschnittstelle durch Anklicken mit der Eingabemaus oder durch Tastenanwahl an einer Computertastatur erfolgen.
Der jeweilige konfigurierte Wert des individuellen Parameters kann unmittelbar der Zeitpunkt und/oder das Zeitintervall sein, gemäß dem der jeweilige Bremsentest an der jeweils einzeln konfigurierte Bremse der mehreren Bremsen oder an den jeweils gemeinsam in wenigstens zwei Gruppen konfigurierten Bremsen der mehreren Bremsen zu ihren individuellen, unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder in individuellen, unterschiedlichen Zeitintervallen durchzuführen ist.
So können die Zeitpunkte und/oder die Zeitintervalle für jede Bremse oder jede Gruppe von Bremsen numerisch, beispielsweise in genauen Uhrzeiten (z.B. 12:00 Uhr) oder Zeitdauern (z.B. 24 Stunden) unmittelbar konfiguriert werden, beispielsweise durch direkte manuelle Eingabe oder durch automatisches Einlesen vorbestimmter Zeitdatensätze.
Es kann steuerungstechnisch vorgesehen sein, dass das Konfigurieren des jeweils wenigstens einen individuellen Parameters für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen, nur innerhalb eines vordefinierten, zulässigen Wertebereiches möglich ist, insbesondere ein Eingeben und/oder ein Speichern von Werten außerhalb des vordefinierten, zulässigen Wertebereiches automatisch verhindert ist.
Diese Vorgaben können beispielsweise herstellerseitig festgelegt und nachträglich unveränderbar sein. So kann sichergestellt sein, dass unabhängig von einer individuellen Konfiguration dennoch in einem erforderlichen Mindestmaß Bremsentests an allen Bremsen des Roboterarms durchgeführt werden.
Das automatische Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens kann sowohl in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter, während einer Betriebsdauer des Roboterarms, in welcher der Roboterarm für seinen anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichtet ist, durchgeführt werden, als auch in Abhängigkeit von Messwerten durchgeführt werden, die während der Betriebsdauer des Roboterarms aus Zustandsmessungen an den Bremsen des Roboterarms, insbesondere während eines jeweiligen Durchführens des Bremsentestverfahrens an dem Roboterarm, erfasst werden.
So kann es vorgesehen sein, dass das verwendete Bremsentestverfahren während des Bremsentests mittels den Bremsen zugeordneter Sensoren Messwerte erfasst. Diese Messwerte können beispielsweise die individuell für jede Bremse ermittelten tatsächlichen Bremsmomentwerte sein. Diese können beispielsweise auf Basis der Motorströme der elektrischen Motoren, die den Bremsen zugeordnet sind, elektrisch bestimmt und elektronisch ausgewertet werden. Die Messwerte können individuell jeder Bremse zugeordnet gespeichert werden und folglich in gleicher Weise Kriterien bilden, die einem Parameter zugeordnet sein können. Eine Bremse, die beim zuletzt durchgeführten Bremsentest beispielsweise 150% des notwendigen Haltenennmoments erreicht hat, muss seltener getestet werden, als eine Bremse, die beim zuletzt durchgeführten Bremsentest lediglich 105% des notwendigen Haltenennmoments erreicht hat.
Generell kann bei allen verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens vorgesehen sein, dass neben einem automatischen Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens, ein zusätzliches oder alternatives Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens angestoßen werden kann, durch Zuführen eines vom Roboter externen Signals, insbesondere eines Prozesszustandes und/oder durch einen räumlichen Auslöser, der insbesondere das Erreichen einer Achsgrenze oder eines Achsanschlags eines Gelenks des Roboterarms ist.
Ebenfalls können generell in allen Ausführungen des Verfahrens den einer bestimmten Bremse eines bestimmten Gelenks des Roboterarms zugeordneten Parametern für dieses bestimmte Gelenk eine erste Gewichtung zugeordnet wird, und den Parametern der wenigstens einen anderen Bremse eines anderen Gelenks des Roboterarms für dieses andere Gelenk oder diese anderen Gelenke eine von der ersten Gewichtung verschiedene andere Gewichtung zugeordnet wird.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen Roboter, aufweisend einen Roboterarm mit mehreren Gelenken und mehreren Gliedern, die durch die Bewegungen der Gelenke des Roboterarms gegeneinander verstellbar sind, wobei jedem angetriebenen Gelenk ein Motor und eine Bremse zugeordnet ist, wobei der jeweilige Motor ausgebildet ist, das ihm zugeordnete Gelenk zu verstellen und zwar durch automatisches Ansteuern des Motors, und aufweisend eine Robotersteuerung, die ausgebildet ist zum automatischen Ansteuern der Motoren, um die Glieder des Roboterarms durch angetriebenes Bewegen der Gelenke automatisch und individuell gegeneinander zu verstellen, und zum automatischen Ansteuern der Bremsen, um die Gelenke des Roboterarms individuell abzubremsen und arretiert halten zu können, wobei die Robotersteuerung ausgebildet und eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie beschrieben, durchzuführen.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, aufweisend einen maschinenlesbaren Träger, auf dem Programmcode gespeichert ist, der von einer Robotersteuerung eines Roboters, wie erfindungsgemäß beschrieben, auslesbar ist und der die Robotersteuerung ausbildet und/oder einrichtet, ein Verfahren zum automatischen Planen der zeitlichen Ausführung mehrerer, in zeitlichen Abständen aufeinander folgender Bremsentests, wie erfindungsgemäß beschrieben, durchzuführen, wenn der Programmcode von der Robotersteuerung ausgeführt wird.
Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise eine CD, eine DVD oder ein USB-Stick sein. Das Computerprogrammprodukt kann aber auch eine Steuerungskarte sein, auf der Mikroprozessoren eingebunden sind. Das Computerprogrammprodukt kann jedoch auch in Form eines Downloads realisiert sein, der über das Internet oder ein anderes Netzwerk angeboten und verkauft werden kann.
Der maschinenlesbare Träger kann somit eine CD, eine DVD oder ein Mikroprozessor sein, auf dem der Programmcode gespeichert ist. Der maschinenlesbare Träger kann aber auch eine Festplatte oder ein SSD-Laufwerk sein, auf das der Programmcode heruntergeladen wurde, beispielsweise mittels eines Downloads, insbesondere in Form von Datenpaketen.
Der Programmcode kann durch ein editiertes Programm und/oder Daten repräsentiert sein, die auf dem maschinenlesbaren Träger gespeichert sind.
Durch ein Auslesen des editierten Programms und/oder der Daten wird die auslesende Robotersteuerung ausgebildet und/oder eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren ausführen zu können.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durchgeführt, wenn die Robotersteuerung den Programmcode d.h. das editierte Programm tatsächlich entsprechend ausführt und/oder die Daten tatsächlich entsprechend verarbeitet.
Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen:

1 einen beispielhaften Roboter, umfassend einen Roboterarm mit mehreren Gliedern und mehreren Gelenken, wobei jedem Gelenk ein eigener Motor und eine eigene Bremse zugeordnet ist, und umfassend eine Robotersteuerung zum Ansteuern des Roboterarms, insbesondere der Motoren und Bremsen der Gelenke,
2 eine schematische Darstellung des grundlegenden erfinderungemäßen Verfahrens, und
3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Robotersteuerung, die ausgebildet und eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Die 1 zeigt einen Roboter 8, der einen Roboterarm 9 und eine Robotersteuerung 10 aufweist. Der Roboterarm 9 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere, nacheinander angeordnete, und mittels Gelenke L1 bis L6 drehbar miteinander verbundene Glieder G1 bis G7.
Der Roboter 8 weist die Robotersteuerung 10 auf, die ausgebildet ist, ein Roboterprogramm auszuführen und die Glieder G1-G7 und Gelenke L1-L6 des Roboterarms 9 automatisch zu bewegen. Eines der mehreren Glieder G1-G7 bildet ein Endglied (G7) des Roboterarms 9, das einen Werkzeugflansch 11 aufweist.
Die Robotersteuerung 10 des Roboters 8 ist ausgebildet bzw. eingerichtet, ein Roboterprogramm auszuführen, durch welches die Gelenke L1 bis L6 des Roboterarms 9 gemäß des Roboterprogramms automatisiert oder in einem Handfahrbetrieb automatisch verstellt bzw. drehbewegt werden können. Dazu ist die Robotersteuerung 10 mit ansteuerbaren elektrischen Antrieben, den Motoren M1 bis M6 verbunden, die ausgebildet sind, die jeweiligen Gelenke L1 bis L6 des Roboterarms 9 zu verstellen.
Bei den Gliedern G1 bis G7 handelt es sich im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels um ein Robotergrundgestell 13 und ein relativ zum Robotergrundgestell 13 um eine vertikal verlaufende Achse A1 drehbar gelagertes Karussell 14. Weitere Glieder des Roboterarms 9 sind eine Schwinge 15, ein Armausleger 16 und eine vorzugsweise mehrachsige Roboterhand 17 mit einer als Werkzeugflansch 11 ausgeführten Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines Werkzeugs. Die Schwinge 15 ist am unteren Ende, d.h. an dem Gelenk L2 der Schwinge 15, das auch als Schwingenlagerkopf bezeichnet werden kann, auf dem Karussell 14 um eine vorzugsweise horizontale Drehachse A2 schwenkbar gelagert.
Am oberen Ende der Schwinge 15 ist an dem ersten Gelenk L3 der Schwinge 15 wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise horizontale Achse A3 der Armausleger 16 schwenkbar gelagert. Dieser trägt endseitig die Roboterhand 17 mit ihren vorzugsweise drei Drehachsen A4, A5, A6. Die Gelenke L1 bis L6 sind durch jeweils einen der elektrischen Motoren M1 bis M6 über die Robotersteuerung 10 programmgesteuert antreibbar und sind mittels den Gelenken L1 bis L6 bzw. den Motoren M1 bis M6 zugeordneten Bremsen B1 bis B6 abbremsbar und arretiert festhaltbar.
Die 2 und 3 veranschaulichen das Verfahren zum automatischen Planen der zeitlichen Ausführung mehrerer, in zeitlichen Abständen aufeinander folgender Bremsentests 1 an mehreren Bremsen B1 bis B6 eines mit mehreren Gelenken L1 bis L6 und die Gelenke L1 bis L6 miteinander verbindenden mehreren Gliedern G1 bis G7 ausgestatteten Roboterarms 9, der mit einer Robotersteuerung 10 verbunden ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Gelenke L1 bis L6 und die Bremsen B1 bis B6 anzusteuern, um den Roboterarm 9 zu bewegen.
Im ersten Schritt S1 erfolgt im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Konfigurieren in einem Konfigurator 2 der Robotersteuerung 10 jeweils wenigstens eines individuellen Parameters P1 bis P6 für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen B1 bis B6 oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen B1 bis B6, wobei der jeweilige Parameter P1 bis P6 wenigsten einem Kriterium K1 bis K6 zugeordnet ist, das eine für den sicheren Betrieb der Bremse B1 bis B6 relevante Eigenschaft ist.
Im zweiten Schritt S2 erfolgt im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein automatisches Initialisieren in einer Initialisierungseinrichtung 3 eines dem Roboterarm 9 zugeordneten Bremsentestverfahrens, das vorgesehen ist, die Gelenke L1 bis L6 und die Bremsen B1 bis B6 des Roboterarms 9 mittels der Robotersteuerung 10 anzusteuern, dadurch die Glieder G1 bis G7 des Roboterarms gemäß eines durch das Bremsentestverfahren vorgegebenen Bremsentestprogramms 1 automatisch zu bewegen und die Bremsen B1 bis B6 automatisch anzusteuern, in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter P1 bis P6.
Im dritten Schritt S3 erfolgt im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein automatisches Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens, in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter P1 bis P6, während einer Betriebsdauer des Roboterarms 9, in welcher der Roboterarm 9 für seinen anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichtet ist.
Das Bremsentestverfahren kann automatisch initialisiert werden, in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter P1 bis P6, derart, dass jeweilige Bremsentests 1 an der jeweils einzeln konfigurierte Bremse der mehreren Bremsen B1 bis B6 oder an den jeweils gemeinsam in wenigstens zwei Gruppen konfigurierten Bremsen der mehreren Bremsen B1 bis B6 zu individuellen, unterschiedlichen Zeitpunkten T und/oder in individuellen, unterschiedlichen Zeitintervallen Δt durchgeführt werden.
Das Bremsentestverfahren kann automatisch initialisiert werden, aufgrund von jeweils wenigstens eines individuell konfigurierten Parameters P1 bis P6 für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen B1 bis B6 oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen B1 bis B6, der ein Kriterium der Montagelage ML des Roboterarms 9 in der für den anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichteten Zustand des Roboterarms 9 ist.
Das Bremsentestverfahren kann automatisch initialisiert werden, aufgrund von jeweils wenigstens eines individuell konfigurierten Parameters P1 bis P6 für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen B1 bis B6 oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen B1 bis B6, der ein Kriterium des an dem Roboterarm 9 befestigen Roboterwerkzeugs 4 ist.
Das Bremsentestverfahren kann automatisch initialisiert werden, aufgrund von jeweils wenigstens eines individuell konfigurierten Parameters P1 bis P6 für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen B1 bis B6 oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen B1 bis B6, der ein Kriterium des Arbeitsplatzes AP ist, in dessen Bereich der Roboterarm 9 in seinem anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichtet ist.
Der jeweilige konfigurierte Wert des individuellen Parameters P1 bis P6 kann durch eine manuelle Eingabe an der Robotersteuerung 10 des Roboterarms 9 festgelegt und der manuell eingegebene Wert automatisch gespeichert werden, so dass er während des automatischen Initialisierens des Bremsentestverfahrens abrufbar ist.
Der jeweilige konfigurierte Wert des individuellen Parameters P1 bis P6 kann unmittelbar der Zeitpunkt T und/oder das Zeitintervall Δt sein, gemäß dem der jeweilige Bremsentest 1 an der jeweils einzeln konfigurierte Bremse der mehreren Bremsen B1 bis B6 oder an den jeweils gemeinsam in wenigstens zwei Gruppen konfigurierten Bremsen der mehreren Bremsen B1 bis B6 zu ihren individuellen, unterschiedlichen Zeitpunkten T1 bis T6 und/oder in individuellen, unterschiedlichen Zeitintervallen Δt1 bis Δt6 durchzuführen ist.
Das automatische Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens kann sowohl in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter P1 bis P6, während einer Betriebsdauer des Roboterarms 9, in welcher der Roboterarm 9 für seinen anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichtet ist, durchgeführt werden, als auch in Abhängigkeit von Messwerten W1 bis W6 durchgeführt wird, die während der Betriebsdauer des Roboterarms 9 aus Zustandsmessungen an den Bremsen B1 bis B6 des Roboterarms 9, insbesondere während eines jeweiligen Durchführens des Bremsentestverfahrens an dem Roboterarm 9, erfasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007/079950 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum automatischen Planen der zeitlichen Ausführung mehrerer, in zeitlichen Abständen aufeinander folgender Bremsentests (1) an mehreren Bremsen (B1-B6) eines mit mehreren Gelenken (L1-L6) und die Gelenke (L1-L6) miteinander verbindenden mehreren Gliedern (G1-G7) ausgestatteten Roboterarms (9), der mit einer Robotersteuerung (10) verbunden ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Gelenke (L1-L6) und die Bremsen (B1-B6) anzusteuern, um den Roboterarm (9) zu bewegen, aufweisend die Schritte: - Konfigurieren jeweils wenigstens eines individuellen Parameters (P1-P6) für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen (B1-B6) oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen (B1-B6), wobei der jeweilige Parameter (P1-P6) wenigsten einem Kriterium (K1-K6) zugeordnet ist, das eine für den sicheren Betrieb der Bremse (B1-B6) relevante Eigenschaft ist, - automatisches Initialisieren eines dem Roboterarm (9) zugeordneten Bremsentestverfahrens, das vorgesehen ist, die Gelenke (L1-L6) und die Bremsen (B1-B6) des Roboterarms (9) mittels der Robotersteuerung (10) anzusteuern, dadurch die Glieder (G1-G7) des Roboterarms (9) gemäß eines durch das Bremsentestverfahren vorgegebenen Bremsentestprogramms automatisch zu bewegen und die Bremsen (B1-B6) automatisch anzusteuern, in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter (P1-P6), - automatisches Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens, in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter (P1-P6), während einer Betriebsdauer des Roboterarms (9), in welcher der Roboterarm (9) für seinen anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsentestverfahren automatisch initialisiert wird, derart, dass in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter (P1-P6) jeweilige Bremsentests (1) an der jeweils einzeln konfigurierte Bremse der mehreren Bremsen (Bl-B6) oder an den jeweils gemeinsam in wenigstens zwei Gruppen konfigurierten Bremsen der mehreren Bremsen (Bl-B6) zu individuellen, unterschiedlichen Zeitpunkten (T1-T6) und/oder in individuellen, unterschiedlichen Zeitintervallen (Δt1-Δt6) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsentestverfahren automatisch initialisiert wird, aufgrund von jeweils wenigstens eines individuell konfigurierten Parameters (P1-P6) für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen (B1-B6) oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen (B1-B6), der ein Kriterium der Montagelage (ML) des Roboterarms (9) in der für den anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichteten Zustand des Roboterarms (9) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsentestverfahren automatisch initialisiert wird, aufgrund von jeweils wenigstens eines individuell konfigurierten Parameters (P1-P6) für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen (B1-B6) oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen (B1-B6), der ein Kriterium des an dem Roboterarm (9) befestigen Roboterwerkzeugs (4) ist.
Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsentestverfahren automatisch initialisiert wird, aufgrund von jeweils wenigstens eines individuell konfigurierten Parameters (P1-P6) für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen (Bl-B6) oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen (B1-B6), der ein Kriterium des Arbeitsplatzes (AP) ist, in dessen Bereich der Roboterarm (9) in seinem anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichtet ist.
Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige konfigurierte Wert des individuellen Parameters (P1-P6) durch eine manuelle Eingabe an einer Steuervorrichtung (10) des Roboterarms (9) festgelegt und der manuell eingegebene Wert automatisch gespeichert wird, so dass er während des automatischen Initialisierens des Bremsentestverfahrens abrufbar ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige konfigurierte Wert des individuellen Parameters (P1-P6) unmittelbar der Zeitpunkt (T1-T6) und/oder das Zeitintervall (Δt1-Δt6) ist, gemäß dem der jeweilige Bremsentest (1) an der jeweils einzeln konfigurierte Bremse der mehreren Bremsen (B1-B6) oder an den jeweils gemeinsam in wenigstens zwei Gruppen konfigurierten Bremsen der mehreren Bremsen (B1-B6) zu ihren individuellen, unterschiedlichen Zeitpunkten (T1-T6) und/oder in individuellen, unterschiedlichen Zeitintervallen (Δt1-Δt6) durchzuführen ist.
Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Konfigurieren des jeweils wenigstens einen individuellen Parameters (P1-P6) für jeweils eine einzelne Bremse der mehreren Bremsen (B1-B6) oder jeweils gemeinsam für wenigstens zwei Gruppen von Bremsen der mehreren Bremsen (B1-B6), nur innerhalb eines vordefinierten, zulässigen Wertebereiches möglich ist, insbesondere ein Eingeben und/oder ein Speichern von Werten außerhalb des vordefinierten, zulässigen Wertebereiches automatisch verhindert ist.
Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das automatische Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens, sowohl in Abhängigkeit der konfigurierten Parameter (P1-P6), während einer Betriebsdauer des Roboterarms (9), in welcher der Roboterarm (9) für seinen anwendungsspezifischen, bestimmungsgemäßen Gebrauch eingerichtet ist, durchgeführt wird, als auch in Abhängigkeit von Messwerten (W1-W6) durchgeführt wird, die während der Betriebsdauer des Roboterarms (9) aus Zustandsmessungen an den Bremsen (B1-B6) des Roboterarms (9), insbesondere während eines jeweiligen Durchführens des Bremsentestverfahrens an dem Roboterarm (9), erfasst werden.
Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass neben einem automatischen Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens, ein zusätzliches oder alternatives Ausführen des initialisierten Bremsentestverfahrens angestoßen werden kann durch Zuführen eines vom Roboter (8) externen Signals, insbesondere eines Prozesszustandes und/oder durch einen räumlichen Auslöser, der insbesondere das Erreichen einer Achsgrenze oder eines Achsanschlags eines Gelenks (L1-L6) des Roboterarms (9) ist.
Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass den einer bestimmten Bremse (B1-B6) eines bestimmten Gelenks (L1-L6) des Roboterarms (9) zugeordneten Parametern (P1-P6) für dieses bestimmte Gelenk (L1-L6) eine erste Gewichtung zugeordnet wird, und den Parametern (P1-P6) der wenigstens einen anderen Bremse (B1-B6) eines anderen Gelenks (L1-L6) des Roboterarms (9) für dieses andere Gelenk (L1-L6) oder diese anderen Gelenke (L1-L6) eine von der ersten Gewichtung verschiedene andere Gewichtung zugeordnet wird.
Roboter, aufweisend einen Roboterarm (9) mit mehreren Gelenken (L1-L6) und mehreren Gliedern (G1-G7), die durch die Bewegungen der Gelenke (L1-L6) des Roboterarms (9) gegeneinander verstellbar sind, wobei jedem angetriebenen Gelenk (L1-L6) ein Motor (M1-M6) und eine Bremse (B1-B6) zugeordnet ist, wobei der jeweilige Motor (M1-M6) ausgebildet ist, das ihm zugeordnete Gelenk (L1-L6) zu verstellen und zwar durch automatisches Ansteuern des Motors (M1-M6), und aufweisend eine Robotersteuerung (10), die ausgebildet ist zum automatischen Ansteuern der Motoren (M1-M6), um die Glieder (G1-G7) des Roboterarms (9) durch angetriebenes Bewegen der Gelenke (L1-L6) automatisch und individuell gegeneinander zu verstellen, und zum automatischen Ansteuern der Bremsen (B1-B6), um die Gelenke (L1-L6) des Roboterarms (9) individuell abzubremsen und arretiert halten zu können, wobei die Robotersteuerung (10) ausgebildet und eingerichtet ist, zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.