WO2017097664A1 - Verfahren zum erkennen einer kollision eines roboterarms mit einem objekt und roboter mit einem roboterarm - Google Patents

Verfahren zum erkennen einer kollision eines roboterarms mit einem objekt und roboter mit einem roboterarm Download PDF

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robot arm
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tool center
tcp
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PCT/EP2016/079477
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Yevgen Kogan
Steffen Walther
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Kuka Roboter Gmbh
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49141—Detect near collision and slow, stop, inhibit movement tool

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a collision of a robot arm with an object and a correspondingly formed robot comprising a robot arm and an electronic control device.
  • Robots in general are handling machines equipped for the automatic handling of objects with suitable tools, so-called end effectors, and in several axes of motion, in particular with regard to
  • Robots comprise a robotic arm with a plurality of links arranged one behind the other and programmable controllers (control devices) which, during an automatic operation of the robot, control drives of the robot for the movements of the robot arm.
  • controllers control devices
  • corresponding computer programs so-called user programs, run on the control devices.
  • Trajectory section is monitored in a reference run through to determine continuous movement characteristic measurements, which are stored as reference values.
  • EP 0 365 681 A1 discloses a method for detecting a collision of a robot arm with an object Evaluating electric currents of the electric motors provided for moving the robot arm.
  • the object of the present invention is to specify a further method for detecting a collision of a robot arm with an object.
  • a further object of the invention is to specify a correspondingly configured robot.
  • the object of the invention is achieved by a method for detecting a collision of a robot arm with an object, wherein the robot arm is part of a robot and a plurality of successively arranged with respect to axes rotatably mounted members and the individual axes associated to determine the positions of two adjacent each Having members relative to each other provided position sensors, in particular the robot arm is associated with a Tool Center Point, and the robot has an electronic control device connected to the positioning devices and driven by the electronic control device for automatically moving the members of the robot arm relative to each other, comprising the following method steps:
  • a robot comprising a robot arm, which in particular is assigned a tool center point and which has a plurality of members arranged one behind the other, mounted with respect to axes and assigned to the individual axes, for determining the positions of two adjacent members relative to one another provided position sensors, an electronic control device connected to the positioning devices and actuated by the electronic control device for automatically moving the members of the robot arm relative to each other, wherein the electronic control device is arranged such that the robot performs the inventive method.
  • the robot includes the electronic control device and the robot arm.
  • the electronic control device is set up to control the drives of the robot in such a way that the robot arm thus makes a corresponding movement to the members of the robot arm.
  • the tool center point of the robot arm moves along a corresponding desired path.
  • a corresponding computer program runs on the electronic control device.
  • the Tool Center Point may automatically move along an actual path.
  • the drives are preferably electric drives, in particular regulated electric drives. In particular, at least the electric motors of these electric drives are mounted in or on the robot arm.
  • the robotic arm comprises the plurality of consecutively arranged members which are mounted with respect to the axes and the position sensors.
  • the links are preferably rotatable with respect to the axles.
  • the position sensors are preferably resolvers.
  • the position sensors are preferably implemented in so-called safe technology and are connected to the electronic control device, so that the electronic control device is able to evaluate the signals originating from the position sensors.
  • the electronic control device determines the current positions, i. To determine the actual positions of the individual members during the actual movement relative to each other. Due to the actual positions, it is also possible for the electronic control device to determine the current position, i. determine the actual position or the actual position of the Tool Center Point during automatic movement.
  • the location of the Tool Center Point is its position and its orientation in space.
  • the links are rotatably mounted relative to the axes, then the positions of the links relative to one another are corresponding angular positions.
  • Derived variables of the actual position of the Tool Center Point are, in particular, temporal changes or derivations of the actual position according to time, such as, for example, the speed, the acceleration or also higher derivatives of the actual position after the time.
  • Derived quantities of the actual positions are e.g. temporal changes or discharges after the time of the actual angular positions or higher derivatives of the actual angular positions after the time.
  • the electronic control device during the automatic actual movement by means of the electronic control device and based on the signals originating from the position sensors, it is checked whether on the basis of the actual positions and / or the derived variables of the actual positions and / or due to the actual position and / or the at least one derived size of the actual position of the tool center point, the at least one for the desired movement of the robot arm for the current movement, ie the actual movement of the robot arm is fulfilled.
  • an invariant as it is known from computer science, is a statement that applies beyond the execution of certain program instructions. It is therefore true before, during and after the program commands. It is thus unchangeable, that is invariant.
  • the invariant associated with the desired movement of the robot arm ie that of the corresponding true statement about the target movement of the robot arm, is checked to see whether it is also fulfilled by the current movement associated with the actual movement of the robot arm. If the invariant is not fulfilled by the actual movement, which is done by checking the actual positions and / or the derived variables of the actual positions and / or on the basis of the actual position and / or the at least one derived variable of the actual position of the Tool Center Point is detected, a collision with the object can be inferred.
  • the electronic control device then initiates a safety function of the robot.
  • An example of a safety function is an immediate stopping of the movement of the robot arm, for example as part of a so-called "emergency stop".
  • position sensors e.g. on the drive side and / or driven side with respect to the corresponding drives are attached to the robot arm, use.
  • the position sensors are preferably implemented in safe technology.
  • quantities derived from the signals of the Positioanssensoren are in particular speed, acceleration, and jerk, that is, the time derivative of the acceleration.
  • the assumption can be used as an invariant that movements are planned smoothly, for example, by the electronic control device. This means that there should be no jumps in the speed signal during normal motion execution. A jump would mean a sudden change in acceleration, so a jerk. Now occurs during a smoothly scheduled If there is a jolt, a collision can be concluded. If position sensors used in safe technology are used, then all the information derived therefrom (speed, acceleration, jerk) is also safely available.
  • the invariant refers to the fact that the desired movement is jerk-free. Then, a collision of the robot arm with the object can be inferred if the third derivation of the actual position of the tool center point after the time or a temporal change of the actual acceleration of the tool center point exceeds a predetermined value. Alternatively, it is also possible that a collision of the robot arm with the object is concluded when the third derivatives of the actual positions of the members relative to each other after the time or a temporal change of the actual accelerations of the actual positions of the members relative to each other exceed predetermined value.
  • quantities taken from the measured quantities may be subtracted (e.g., target speeds, desired physical model accelerations).
  • the result of the subtraction may be against a threshold, i. be checked the predetermined value.
  • the course of the variables measured by means of the position sensors can also be recorded.
  • the current profile ie in particular the course of the actual movement
  • recorded variables ie in particular the course of the desired movement
  • current controller parameters of a controller of the robot can be used to detect the collision.
  • the deviation in particular the recognizable jerk, will change with the rigidity of a controller used.
  • the robot arm is operated by means of admitance or force control and the invariant refers to the fact that the movement associated with the desired path is jerk-free.
  • provision may be made for a collision of the robot arm with the object to be inferred if the third derivation of the actual position of the tool center point according to time or a temporal change in the actual acceleration of the tool center point has a predetermined value exceeds, or when the third derivatives of the actual positions of the members relative to each other over time or a change over time of the actual accelerations of the actual positions of the members relative to each other exceeds a predetermined value, wherein the predetermined value of the stiffness of Admitanz- or Force control depends.
  • the electronic control device may be configured to include a first control functionality and a second control functionality.
  • the first control function takes over the task of a safety controller and the second control functionality of the remaining controls Ro ⁇ boters.
  • the first control functionality or the safety controller is suitable for realizing safety-related functionalities. such as stop reactions.
  • the safety controller requires data or signals generated using safe technology. This can be realized by the use of sensors in safe technology.
  • the target path may be assigned a linear movement of the tool center point.
  • the distance between an actual position and the straight line assigned to the target path is greater than one Threshold or predetermined value, then it can be concluded on a colli ⁇ sion.
  • the at least one invariant is assigned to the desired position of the tool center point during the desired movement. Then it can be provided that during the actual movement of the tool center point the actual positions of the tool center point are checked, and the invariant is then not fulfilled as soon as at least one of the actual positions of the corresponding desired position of the tool Center Points by a predetermined value.
  • the desired positions are preferably calculated within the safe control on the basis of the invariant.
  • the at least one invariant is assigned to the desired positions of the members relative to one another during the desired movement.
  • the desired movement can be determined, for example, by means of a path planning carried out by the electronic control device.
  • This path planning is carried out in particular by means of the second control functionality.
  • the second control functionality of the first control functionality ie the safety controller, transmits information that a planned linear desired movement is imminent.
  • This information includes, in particular, an indication of the desired start and target end points of the Tool Center Point, as a result of which the first control functionality receives the information, as an invariant, that the desired positions of the Tool Center Point of the imminent desired movement are Start and target endpoints runs along certain straight lines. If at least one of the actual positions deviates from this straight line by the predetermined value during the actual movement of the robot arm, the first control functionality closes upon the collision.
  • the straight line can also be specified by another description known from mathematics.
  • failure to execute the movement of the Robo ⁇ terarms results in addition to detect, ie even if no collision came up, but the robot does not move as expected.
  • An example is, if the Tool Center Point is to move along a linear path, at least one actual position of the Tool Center Point deviates too much from the corresponding straight line.
  • the electronic control device in particular the first
  • Control functionality evaluates the movement of the Tool Center Point at the beginning of a movement to obtain the target movement or an invariant associated with the target movement by extrapolating this movement. In this case it can be provided that no information is exchanged between the first and the second control functionality.
  • the first control functions from the actual positions may ality during a preferably predetermined amount of time to record, for example, the tool center point and from this the future desired movement of the robot arm extrapo ⁇ lose.
  • the basis of the extrapolation can be information about which type of webs are possible in principle, eg linear webs or even circular webs.
  • the extrapolation should preferably be completed before the speed of the Tool Center Point becomes so high that potential collisions become dangerous.
  • the at least one invariant is associated with a constant setpoint speed of the tool center point during its movement.
  • the actual speed and / or the actual acceleration of the Tool Center Point can then be determined and evaluated as at least one derived variable of the actual position of the Tool Center Point.
  • the invariant is not fulfilled if the actual speed of the Tool Center Point deviates by a specified value and / or the amount of the actual acceleration of the Tool Center Point exceeds a predetermined value.
  • the at least one invariant is associated with a constant desired acceleration of the tool center point during its movement.
  • the actual acceleration can and / or the change with time of the actual acceleration of the Tool Center Point is determined and evaluated as at least one derived variable of the actual position of the Tool Center Point.
  • the invariant is not fulfilled if the actual acceleration of the Tool Center Point deviates by a predetermined value and / or the amount of the time change of the actual acceleration of the Tool Center Point exceeds a predetermined value.
  • no assumptions are made about the entire target path, but only about the local behavior on the target path. For example, a maximum allowable or reasonable curvature of the path along which the Tool Center Point is to move, be accepted. If the curvature increases in a section, it could be a collision.
  • the tool center point should move along a desired path.
  • the tool center point moves along an actual path.
  • the desired path is a curved path.
  • the Invari- ante then refers to a maximum curvature of the rümm ⁇ th path, so it is concluded that a collision of the robot arm with the object when an evaluation of the signals of the position sensors results in that the curvature of the actual path exceeds a predetermined value.
  • the desired path is a circular path of the tool Center points with a predetermined curvature and the invariant refers to the predetermined curvature. Then, a collision of the robot arm with the object can be concluded, if an evaluation of the signals of the position sensors shows that the curvature of the actual path deviates from the predetermined curvature by a predetermined value.
  • the local curvature can be related to the speed, so that the initiation of the safety function due to a larger curvature only occurs when the speed exceeds a certain value. This means that relatively large bends are only allowed at relatively low speeds. Can thus be a function of the speed of the tool center point during movement along the actual web to a collision of the robot arm with the object ge ⁇ closed addition, according to another variant of the method according to the invention.
  • the electronic control device can access pre-configured values of the curvature, for example, as part of an ESM (this is the abbreviation for "Event Driven Safety Monitoring", a custom About ⁇ monitoring function) can be defined.
  • ESM Event Driven Safety Monitoring
  • Another invariant may be that the actual lane can not be reversed. As a result, at least those collisions directed parallel to the web tangent can be detected, which are directed counter to the direction of movement.
  • FIG. 1 shows a robot in a perspective illustration
  • FIG. 1 shows a robot 1 which has a robot arm 2 and an electronic control device 10.
  • the robot arm 2 comprises a plurality of links arranged one after the other and connected by joints.
  • the links are in particular a stationary or movable frame 3 and a carousel 4 rotatably mounted relative to the frame 3 about a vertical axis AI.
  • Further links of the robot arm 2 are in the case of the present embodiment a rocker 5, a boom 6 and a preferably multi-axis robot hand 7 with an example as a flange 8 running fastening device for attaching an end effector 11th
  • the rocker 5 is pivotally mounted at the lower end, for example on a swing bearing head not shown on the carousel 4 about a preferably horizontal axis A2.
  • a swing bearing head not shown on the carousel 4 about a preferably horizontal axis A2.
  • At the upper end of the rocker 5 is in turn about a likewise preferably horizontal axis A3 of the boom 6 pivotally stored.
  • This end carries the robot hand 7 with its preferably three axes A4, A5, A6.
  • the robot 1 or its robot arm 2 In order to move the robot 1 or its robot arm 2, it comprises drives which are connected in a generally known manner to the electronic control device 10 (robot control).
  • the drives are in particular electric drives, which include electric motors 9. At least the motors or the electric motors 9 are arranged or fastened in or on the robot arm 2. In Fig. 1, only some of the electric motors 9 are shown.
  • the drive are preferably regulated electric drives.
  • Power electronics of the electric drives are arranged for example within a housing of a control cabinet, not shown, in which, for example, the electronic control device 10 is arranged.
  • the electric motors 9 are in the case of the present embodiment, three-phase motors, for example, three-phase synchronous motors.
  • the power electronics can also be arranged in and / or on the robot arm 2.
  • the electronic control device 10 includes, for example, a processor not shown in detail and may be embodied, for example, as a computer.
  • the elekt ⁇ tronic control device 10 is configured such that it comprises a first and a second control functionality Steuerfunkti ⁇ tionality.
  • the first control functionality takes over the task of a safety controller and the second control functionality takes over the remaining controls of the Robo ⁇ ters.
  • On the electronic control device 10 runs a computer program, a so-called user program, by means of which the control device 10 controls the drives in an automatic operation in the context of the task so possibly controls so that the robot arm 2 and the flange 8 of the robot 1 and a dem Robotarm 2 associated Tool Center Point TCP performs a predetermined movement. This is eg from the second
  • the tool center point should move along a desired path.
  • the tool center point moves along an actual path.
  • the electronic control device 10 in the normal operation of the robot 1 also controls by means of the user program attached to the flange 8 end effector 11.
  • the robot 1 or its robot arm 2 further comprises a plurality of position sensors 12 preferably designed as resolvers.
  • the position sensors 12 are implemented in a safe manner and are set up to determine the actual angular positions of two adjacent links 3-8 relative to one another ,
  • the position sensors 12 are connected to the electronic control device 10 so that it is able to evaluate the signals originating from the position sensors 12. This is done in the case of the present embodiment by means of the first control functionality.
  • each one of the axes A1-A6 at least one position sensor 12 is assigned, so that the electronic control device 10 in the proper operation of the robot 1 due to the signals coming from the position sensors 12 information about the actual angular positions of each of the members 3-8 of the robot arm 2 relative to its adjacent member 3-8.
  • the electronic control device 10 is also in particular able to determine the actual position and possibly also the actual orientation of the tool center point TCP in the room.
  • the electronic control device 10 determines the current one Speed, the current acceleration and / or the change of the current acceleration of the Tool Center Point TCP and / or the individual members 3-8.
  • the robot 1 or its electronic control device 10 is set up to check during an actual movement of the robot arm 2, in particular during the movement of the tool center point TCP along an actual path on the basis of the signals originating from the position sensors 12 whether, based on the actual angular positions and / or derived variables of the actual angular positions and / or on the basis of the actual position and / or at least one derived variable of the actual position of the tool center point, at least one target value associated with the actual movement Movement of the robot arm or at least one for the movement of the tool center point TCP along the setpoint Path valid invariant for the actual movement of the robot arm or for the movement of the tool center point TCP along the actual path is met. If the invariant for the actual movement is not met, then the electronic control device 10 concludes that the robot arm 2 has collided with an object 13 and initiates a safety function of the robot.
  • the invariant refers to the fact that the desired movement is smooth.
  • 10 includes the electronic control device to a collision of the Ro ⁇ boterarms 2 with the object 13 when the third derivative of the actual position of the tool center point TCP to time or a change with time of the actual acceleration of the tool center point TCP a exceeds predetermined value.
  • a collision of the robot arm 2 with the object 13 it is also possible for a collision of the robot arm 2 with the object 13 to be inferred if the third derivatives of the actual angular positions after the time or a time-dependent change in the actual accelerations of the actual angular positions exceed a predetermined value.
  • the electronic control device 10 controls the robot arm 2 by means of an admittance or a force control.
  • the predetermined value may then depend on the stiffness of the admittance or force control.
  • the electronic control device 10 can obtain data due to non-secure technology. These are processed with the second control functionality. For example, data used or generated for a control fulfills the criteria not secure data. This data is used, for example, for the current movement of the robot arm 2. As a rule, these data or information can not be evaluated with the first control functionality since they originally originated, for example, from the non-secure user program. In some cases, however, it is possible to obtain information that is otherwise available only in non-secure control using secure technology, based on available secure data about assumptions / models.
  • the desired movement of the robot arm 2 is associated with a linear movement of the tool center point TCP.
  • the desired movement of the robot arm 2 takes place by means of a path planning carried out by the electronic control device 10. This path planning is carried out in particular by means of the second control functionality.
  • the second control functionality of the first control functionality transmits information that a planned linear movement of the tool center point TCP is imminent.
  • This information includes in particular an indication of the target start and target endpoints of the Tool Center Points TCP, whereby the first control functionality as Invariant receives the information that the target positions of the Tool Center Point TCP of the upcoming target movement on the target start and target end points run certain straight lines. If at least one of the actual positions deviates from the corresponding target Position during the movement of this line by the predetermined value, the first control functionality closes on the collision.
  • collision detection there is also the possibility of detecting faulty execution of the path, ie even if no collision has occurred, but the robot arm does not move as expected. This is illustrated in a table shown in FIG.
  • the electronic control device 10 concludes a collision, even if none is present. If there is an additional collision, there are two errors.
  • the electronic control device 10 in particular its first control functionality, evaluates the movement of the tool center point TCP at the beginning of a movement in order to obtain the desired path by extrapolating this movement.
  • the electronic control device 10 evaluates the movement of the tool center point TCP at the beginning of a movement in order to obtain the desired path by extrapolating this movement.
  • no information is exchanged between the first and the second control functionality.
  • the first control functionality At the beginning ofspanssaus ⁇ lead, for example, in an acceleration phase, the first control functionality, the movement of the tool center point TCP or members 3-8 to record during a preferably predetermined time period at the start of actual movement of the robot arm 2 and from this the future target extrapolate motion of the Robo ⁇ terarms. 2
  • the basis of the extrapolation can be information about which type of webs are possible in principle, eg linear webs or even circular webs.
  • the extrapolation should preferably be completed before attempting the speed of the center point TCP tool or the robot arm 2 is so high that potential collisions are ge ⁇ dangerous.
  • the desired path is a curved path.
  • the invariant then refers to e.g. to a maximum curvature of the curved path, so that a collision of the robot arm 2 is closed with the object 13 when an evaluation of the signals of the position sensors 12 shows that the curvature of the actual path exceeds a predetermined value.
  • the desired path of the tool center point TCP is a circular path of the tool center point TCP with a predetermined curvature and the invariant refers to the predetermined curvature. Then a collision of the robot arm with the object can be concluded, if an evaluation of the signals of the position sensors results, that the curvature of the actual path deviates from the predetermined curvature by a predetermined value.
  • the local curvature can be related to the speed, so that the initiation of the safety function due to the greater curvature only occurs when the speed exceeds a certain value. This means that relatively larger bends are allowed only at relatively low speeds.
  • Another invariant may be that the actual lane can not be reversed. As a result, at least parallel to the web tangent directed collisions can be detected, which are directed against the direction of movement.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Kollision eines Roboterarms (2) mit einem Objekt (13) und einen entsprechend eingerichteten Roboter (1). Der Roboterarm (2) ist Teil des Roboters (1) und umfasst mehrere, hintereinander angeordnete, bezüglich Achsen (A1-A6) gelagerte Glieder (3-8) und den einzelnen Achsen (A1-A6) zugeordnete, zum Ermitteln der Stellungen jeweils zweier benachbarter Glieder (3-8) relativ zueinander vorgesehene Positionssensoren (12). Der Roboter (1) umfasst eine mit den Positionsvorrichtungen (12) verbundene elektronische Steuervorrichtung (10) und von der elektronischen Steuervorrichtung (10) angesteuerte Antriebe zum automatischen Bewegen der Glieder (3-8) des Roboterarms (2) relativ zueinander.

Description

Verfahren zum Erkennen einer Kollision eines Roboterarms mit einem Objekt und Roboter mit einem Roboterarm
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Kollision eines Roboterarms mit einem Objekt und einen entsprechend ausgebildeten Roboter, der einen Roboterarm und eine elektronische Steuervorrichtung umfasst.
Roboter im Allgemeinen sind Handhabungsmaschinen, die zur selbsttätigen Handhabung von Objekten mit zweckdienlichen Werkzeugen, sogenannte Endeffektoren, ausgerüstet und in mehreren Bewegungsachsen insbesondere hinsichtlich
Orientierung, Position und Arbeitsablauf für ein automatisches Ausführen einer Arbeitsaufgabe programmierbar sind. Roboter weisen einen Roboterarm mit mehreren, hintereinander angeordneten Gliedern und programmierbare Steuerungen (Steuervorrichtungen) auf, die während eines Automatikbetriebs des Roboters Antriebe des Roboters für die Bewegungsabläufe des Roboterarms steuern bzw. regeln. Dazu laufen auf den Steuervorrichtungen entsprechende Rechenprogramme, sogenannte Anwenderprogramme .
Die DE 10 2004 026 185 AI offenbart einen Roboter mit einem Roboterarm, an dem ein Inertialsensor befestigt ist. Dieser liefert bewegungscharakteristische Messwerte. Ein
Bahnabschnitt wird überwacht in einer Referenzfahrt durchfahren, um kontinuierlich bewegungscharakteristische Messwerte zu ermitteln, die als Referenzwerte gespeichert werden .
Die EP 0 365 681 AI offenbart eine Verfahren zum Erkennen einer Kollision eines Roboterarms mit einem Objekt durch Auswerten von elektrischen Strömen der zum Bewegen des Roboterarms vorgesehenen elektrischen Motoren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren zum Erkennen einer Kollision eines Roboterarms mit einem Objekt anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen entsprechen eingerichteten Roboter anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen einer Kollision eines Roboterarms mit einem Objekt, wobei der Roboterarm Teil eines Roboters ist und mehrere, hintereinander angeordnete, bezüglich Achsen drehbar gelagerte Glieder und den einzelnen Achsen zugeordnete, zum Ermitteln der Stellungen jeweils zweier benachbarter Glieder relativ zueinander vorgesehene Positionssensoren aufweist, insbesondere dem Roboterarm ein Tool Center Point zugeordnet ist, und der Roboter eine mit den Positionsvorrichtungen verbundene elektronische Steuervorrichtung und von der elektronischen Steuervorrichtung angesteuerte Antriebe zum automatischen Bewegen der Glieder des Roboterarms relativ zueinander aufweist, aufweisend folgende Verfahrensschritte:
- gesteuert durch die elektronische Steuervorrichtung, automatisches Bewegen der Glieder, sodass der Roboterarm eine Ist-Bewegung durchführt, der eine Soll-Bewegung des Roboterarms zugeordnet ist,
- während der Ist-Bewegung des Roboterarms, mittels der elektronischen Steuervorrichtung und aufgrund der von den Positionssensoren stammenden Signalen, Überprüfen, ob aufgrund der Ist-Stellungen und/oder abgeleiteter Größen der
Ist-Stellungen der Glieder relativ zueinander und/oder aufgrund der Ist-Position und/oder wenigstens einer abgeleiteten Größe der Ist-Position des Tool Center Points wenigstens eine für die Soll-Bewegung des Roboterarms geltende Invariante erfüllt ist,
- Schließen auf eine Kollision des Roboterarms mit dem Objekt, wenn das Überprüfen ein Nichterfüllen der wenigstens einen Invariante ergibt, und daraufhin
- gesteuert durch die elektronische Steuervorrichtung, Einleiten einer Sicherheitsfunktion des Roboters.
Die weitere Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Roboter, aufweisend einen Roboterarm, dem insbesondere ein Tool Center Point zugeordnet ist und der mehrere, hintereinander angeordnete, bezüglich Achsen gelagerte Glieder und den einzelnen Achsen zugeordnete, zum Ermitteln der Stellungen jeweils zweier benachbarter Glieder relativ zueinander vorgesehene Positionssensoren aufweist, eine mit den Positionsvorrichtungen verbundene elektronische Steuervorrichtung und von der elektronischen Steuervorrichtung angesteuerte Antriebe zum automatischen Bewegen der Glieder des Roboterarms relativ zueinander, wobei die elektronische Steuervorrichtung derart eingerichtet ist, dass der Roboter das erfindungsgemäße Verfahren durchführt.
Der Roboter umfasst die elektronische Steuervorrichtung und den Roboterarm. Die elektronische Steuervorrichtung ist eingerichtet, die Antriebe des Roboters derart anzusteuern, dass der Roboterarm uns somit die Glieder des Roboterarms eine entsprechende Bewegung ausführen. Dadurch bewegt sich gegebenenfalls der Tool Center Point des Roboterarms entlang einer entsprechenden Soll-Bahn. Dazu läuft auf der elektronischen Steuervorrichtung z.B. ein entsprechendes Rechnerprogramm. Während dieser automatischen Bewegung bewegt sich gegebenenfalls der Tool Center Point automatisch entlang einer Ist-Bahn. Die Antriebe sind vorzugsweise elektrische Antriebe, insbesondere geregelte elektrische Antriebe. Insbesondere sind zumindest die elektrischen Motoren dieser elektrischen Antriebe im oder am Roboterarm befestigt.
Der Roboterarm umfasst die mehreren, hintereinander angeordneten Glieder, die bezüglich der Achsen gelagert sind, sowie die Positionssensoren. Die Glieder sind vorzugsweise drehbar bezüglich der Achsen gelagert. Die Positionssensoren sind vorzugsweise Resolver. Die Positionssensoren sind vorzugsweise in sogenannter sicherer Technik ausgeführt und sind mit der elektronischen Steuervorrichtung verbunden, sodass die elektronische Steuervorrichtung die von den Positionssensoren stammenden Signale auszuwerten vermag.
Mittels der Positionssensoren ist es der elektronischen Steuervorrichtung möglich, die aktuellen Stellungen, d.h. die Ist-Stellungen der einzelnen Glieder während der Ist-Bewegung relativ zueinander zu ermitteln. Aufgrund der Ist-Stellungen ist es der elektronischen Steuervorrichtung außerdem möglich, die aktuelle Position bzw. Lage, d.h. die Ist-Position bzw. die Ist-Lage des Tool Center Points während des automatischen Bewegens zu ermitteln. Die Lage des Tool Center Points ist dessen Position und dessen Orientierung im Raum.
Sind die Glieder relativ zu den Achsen drehbar gelagert, dann handelt es sich bei den Stellungen der Glieder relativ zueinander um entsprechende Winkelstellungen.
Außerdem ist es der elektronischen Steuervorrichtung möglich, abgeleitete Größen der Ist-Position bzw. der Ist-Stellungen zu ermitteln. Abgeleitete Größen der Ist-Position des Tool Center Points sind insbesondere zeitliche Änderungen bzw. Ableitungen der Ist-Position nach der Zeit, wie z.B. die Geschwindigkeit, die Beschleunigung oder auch höhere Ableitungen der Ist-Position nach der Zeit.
Abgeleitete Größen der Ist-Stellungen sind z.B. zeitliche Änderungen bzw. Ableitungen nach der Zeit der Ist- Winkelstellungen oder auch höhere Ableitungen der Ist- Winkelstellungen nach der Zeit.
Erfindungsgemäß werden während der automatischen Ist-Bewegung mittels der elektronischen Steuervorrichtung und aufgrund der von den Positionssensoren stammenden Signalen überprüft, ob aufgrund der Ist-Stellungen und/oder der abgeleiteten Größen der Ist-Stellungen und/oder aufgrund der Ist-Position und/oder der wenigstens einen abgeleiteten Größe der Ist-Position des Tool Center Points die wenigstens eine für die Soll-Bewegung des Roboterarms für die aktuelle Bewegung, d.h. die Ist- Bewegung des Roboterarms erfüllt ist.
Eine Invariante ist, wie es aus der Informatik bekannt ist, eine Aussage, die über die Ausführung bestimmter Programmbefehle hinweg gilt. Sie ist also vor, während und nach den Programmbefehlen wahr. Sie ist somit unveränderlich, also invariant. Dies bedeutet also, dass die der Soll-Bewegung des Roboterarms zugeordnete Invariante, d.h. die der entsprechenden wahren Aussage über die Soll-Bewegung des Roboterarms dahingehend überprüft wird, ob sie auch durch die aktuelle, der Ist-Bewegung des Roboterarms zugeordneten Bewegung erfüllt wird. Wird die Invariante durch die der Ist- Bewegung nicht erfüllt, was durch das Überprüfen der Ist-Stellungen und/oder der abgeleiteten Größen der Ist-Stellungen und/oder aufgrund der Ist-Position und/oder der wenigstens einen abgeleiteten Größe der Ist-Position des Tool Center Points erkannt wird, so kann auf eine Kollision mit dem Objekt geschlossen werden. Daraufhin leitet die elektronische Steuervorrichtung eine Sicherheitsfunktion des Roboters ein. Ein Beispiel einer Sicherheitsfunktion ist ein sofortiges Stoppen der Bewegung des Roboterarms z.B. im Rahmen eines sogenannten „Not-Stopps".
Zur Erkennung von Kollisionen werden somit Positionssensoren, die z.B. antriebsseitig und/oder abtriebsseitig bezüglich der entsprechenden Antriebe am Roboterarm befestigt sind, verwen- den. Die Positionssensoren sind vorzugsweise in sicherer Technik ausgeführt. Insbesondere können dabei zusätzlich oder alternativ aus den Signalen der Positioanssensoren ableitbare Größen herangezogen werden. Dies sind insbesondere Geschwindigkeit, Beschleunigung, und „Ruck", d.h. die zeitliche Ableitung der Beschleunigung.
Insbesondere werden die gemessenen Daten bzw. die Signale der
Positionssensoren in Verbindung mit den Annahmen über die
Invarianten während der Bewegungsausführung verwendet, um dadurch auf eine Kollision zu schließen.
In einer Ausführung kann als Invariante die Annahme verwendet werden, dass Bewegungen ruckfrei z.B. durch die elektronsiche Steuervorrichtung geplant werden. Dies bedeutet, dass während der normalen Bewegungsausführung keine Sprünge im Geschwindigkeitssignal auftreten sollten. Ein Sprung würde eine plötzliche Änderung der Beschleunigung bedeuten, also einen Ruck. Tritt nun während einer ruckfrei geplanten Bewegung doch ein Ruck auf, kann auf eine Kollision geschlossen werden. Werden in sicherer Technik ausgeführte Positionssensensoren verwendet, dann sind auch alle davon abgeleiteten Informationen (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Ruck) sicher verfügbar.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich die Invariante darauf, dass die der Soll- Bewgung ruckfrei ist. Dann kann auf eine Kollision des Roboterarms mit dem Objekt geschlossen werden, wenn die dritte Ableitung der Ist-Position des Tool Center Points nach der Zeit oder eine zeitliche Änderung der Ist-Beschleunigen des Tool Center Points einen vorbestimmten Wert überschreitet. Alternativ ist es auch möglich, dass auf eine Kollision des Roboterarms mit dem Objekt geschlossen wird, wenn die dritten Ableitungen der Ist-Stellungen der Glieder relativ zueinander nach der Zeit oder eine zeitliche Änderung der Ist-Beschleunigungen der Ist- Stellungen der Glieder relativ zueinander einen vorbestimmten Wert überschreiten.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können von den gemessenen Größen angenommene Größen subtrahiert werden (z.B. Soll-Geschwindigkeiten, Soll- Beschleunigungen aus physikalischem Modell) . Das Ergebnis der Subraktion kann gegen einen Schwellwert, d.h. den vorbestimmten Wert geprüft werden.
Der Verlauf der mittels der Positionssensoren gemessenen Größen kann auch aufgezeichnet werden. Durch Vergleichen des aktuellen Verlaufs, also insbesondere des Verlaufs der Ist- Bewegung mit aufgezeichneten Größen, also insbesondere des Verlaufs der Soll-Bewegung, kann gegebenfalls bei bestehenden Abweichungen ebenfalls auf eine Kollisionen geschlossen werden . Es können zusätzlich auch aktuelle Reglerparameter einer Regelung des Roboters zum Erkennen der Kollision verwendet werden. So wird sich z.B. die Abweichung, inbesondere der erkennbare Ruck, mit einer Steifigkeit eines eingesetzten Reglers verändern.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Roboterarm mittels einer Admitanz- oder einer Kraftregelung betrieben und die Invariante bezieht sich darauf, dass die der Soll-Bahn zugeordnete Bewegung ruckfrei ist. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass auf eine Kollision des Roboterarms mit dem Objekt geschlossen wird, wenn die dritte Ableitung der Ist-Position des Tool Center Points nach der Zeit oder eine zeitliche Änderung der Ist- Beschleunigung des Tool Center Points einen vorbestimmten Wert überschreitet, oder wenn die dritten Ableitungen der Ist-Stellungen der Glieder relativ zueinander nach der Zeit oder eine zeitliche Änderung der Ist-Beschleunigungen der Ist-Stellungen der Glieder relativ zueinander einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei der vorbestimmte Wert von der Steifigkeit der Admitanz- oder Kraftregelung abhängt.
Die elektronische Steuervorrichtung kann derart eingerichtet sein, dass sie eine erste Steuerfunktionalität und eine zweite Steuerfunktionalität aufweist. Die erste Steuerfunktionalität übernimmt dabei die Aufgabe einer Sicherheitssteuerung und die zweite Steuerfunktionalität die restlichen Steuerungen des Ro¬ boters .
Die erste Steuerfunktionalität bzw. die Sicherheitssteuerung ist für eine Realisierung sicherheitsgerichteter Funktionali- täten, wie z.B. Stopp-Reaktionen, vorgesehen. Für die Sicherheitssteuerung werden in sicherer Technik erzeugte Daten bzw. Signale benötigt. Dies kann durch die Verwendung von Sensorik in sicherer Technik realisiert werden.
Weitere Daten können jedoch aufgrund von nicht-sicherer Technik erhalten werden. Beispielsweise für eine Regelung verwendete oder erzeugte Daten erfüllen das Kriterium von sicheren Daten nicht. Diese Daten werden beispielswiese für die aktu- eile Bewegung des Roboterarms verwendet. Diese Daten bzw. In¬ formationen können somit nicht in der Sicherheitssteuerung ausgewertet werden, da sie ursprünglich z.B. aus dem nichtsicheren Anwenderprogramm stammen. In einigen Fällen ist es jedoch trotzdem möglich, basierend auf verfügbaren sicheren Daten über Annahmen/Modelle auch die sonst nur in der nicht¬ sicheren Steuerung verfügbaren Informationen in sicherer Technik zu erhalten. Im Folgenden werden einige Beispiele aufgeführt . Bei einer Steuerung eines Roboters können Interpolationsarten wie z.B. „PTP" oder „LIN" verwendet werden. „PTP" ist die Abkürzung für „Point to Point" und „LIN" für „linear". In beiden Fällen handelt es sich um gerade bzw. lineare Bahnen (PTP: Gerade im sogenannten Achsraum, LIN: Gerade im kartesi- sehen Raum) .
Somit kann gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens der Soll-Bahn eine lineare Bewegung des Tool Center Points zugeordnet sein.
Ist in diesem Fall die Entfernung zwischen einer Ist-Position und der der Soll-Bahn zugeordneten Geraden größer als ein Schwellwert bzw. vorgegebener Wert, dann kann auf eine Kolli¬ sion geschlossen werden.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die wenigstens eine Invariante der Soll-Position des Tool Center Points während der Soll-Bewegung zugeordnet. Dann kann es vorgesehen sein, dass während der Ist-Bewegung des Tool Center Points die Ist-Positionen des Tool Center Points überprüft werden, und die Invariante dann nicht erfüllt ist, sobald wenigstens eine der Ist-Positionen von der entsprechenden Soll-Position des Tool Center Points um einen vorgegebenen Wert abweicht. Die Soll-Positionen werden vorzugsweise inner¬ halb der sicheren Steuerung aufgrund der Invariante berechnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die wenigstens eine Invariante den Soll- Stellungen der Glieder relativ zueinander während der Soll- Bewegung zugeordnet. Dann kann es vorgesehen sein, dass während der Ist-Bewegung des Roboterarms die Ist-Stellungen der Glieder relativ zueinander überprüft werden, und die Invariante dann nicht erfüllt ist, wenn wenigstens eine der Ist-Stellungen von der entsprechenden Soll-Stellung um einen vorgegebenen Wert abweicht. Diese Tatsachen können zur Kollisionserkennung insbesondere auf mehrere Arten ausgenutzt werden.
Die Soll-Bewegung kann z.B. mittels einer von der elektronischen Steuervorrichtung durchgeführten Bahnplanung ermittelt werden. Diese Bahnplanung wird insbesondere mittels der zweiten Steuerfunktionalität durchgeführt. Gemäß dieser Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die zweite Steuerfunktionalität der ersten Steuerfunktionalität, also der Sicherheitssteuerung, eine Information darüber übermittelt, dass eine geplante lineare Soll-Bewegung bevorsteht. Diese Information umfasst insbesondere eine Angabe über die Soll-Start- und Soll-Endpunkte des Tool Center Points, wodurch die erste Steuerfunktionalität als Invariante die Information erhält, dass die Soll-Positionen des Tool Center Points der bevorstehenden Soll-Bewegung auf der durch Soll-Start- und Soll-Endpunkte bestimmten Geraden verläuft. Weicht wenigstens eine der Ist-Positionen während der Ist-Bewegung des Roboterarms von dieser Geraden um den vorgegeben Wert ab, so schließt die erste Steuerfunktionalität auf die Kollision. Die Gerade kann auch durch eine andere aus der Mathematik bekannte Be- Schreibung angegeben werden.
Neben der Kollisionserkennung ergibt sich zusätzlich die Möglichkeit, fehlerhafte Ausführung der Bewegung des Robo¬ terarms zu detektieren, d.h. auch wenn keine Kollision auf- getreten ist, aber der Roboterarm nicht wie erwartet sich bewegt. Ein Beispiel ist, wenn der Tool Center Point sich entlang einer linearen Bahn bewegen soll, wenigstens eine Ist-Position des Tool Center Points zu stark von der entsprechenden Geraden abweicht.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die elektronische Steuervorrichtung, insbesondere deren erste
Steuerfunktionalität die Bewegung des Tool Center Points zu Beginn einer Bewegung auswertet, um durch Extrapolieren dieser Bewegung die Soll-Bewegung bzw. einer der Soll-Bewegung zugeordneten Invariante zu erhalten. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass keine Informationen zwischen der ersten und der zweiten Steuerfunktionalität ausgetauscht werden. Am Anfang der Bewegungsausführung, z.B. in einer Beschleunigungsphase, kann die erste Steuerfunktio- nalität während einer vorzugsweise vorbestimmten Zeitdauer die Ist-Positionen z.B. des Tool Center Points aufzeichnen und daraus die zukünftige Soll-Bewegung des Roboterarms extrapo¬ lieren. Grundlage der Extrapolation kann eine Information darüber sein, welche Art von Bahnen prinzipiell möglich sind, z.B. lineare Bahnen oder auch kreisförmige Bahnen.
Die Extrapolation sollte vorzugsweise abgeschlossen sein, bevor die Geschwindigkeit des Tool Center Points so hoch wird, dass potenzielle Kollisionen gefährlich werden.
Nach einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die wenigstens eine Invariante einer konstanten Soll- Geschwindigkeit des Tool-Center Points während seiner Bewegung zugeordnet. Während der Bewegung des Tool Center Points entlang einer Ist-Bahn kann dann die Ist-Geschwindigkeit und/oder die Ist-Beschleunigung des Tool Center Points als wenigstens eine abgeleitete Größe der Ist-Position des Tool Center Points ermittelt und ausgewertet werden. Die Invariante ist dann nicht erfüllt, wenn die Ist-Geschwindigkeit des Tool Center Points um einen vorgegebenen Wert abweicht und/oder der Betrag der Ist-Beschleunigung des Tool Center Points einen vorgegeben Wert übersteigt.
Nach einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die wenigstens eine Invariante einer konstanten Soll- Beschleunigung des Tool-Center Points während seiner Bewegung zugeordnet. Während der Ist-Bewegung des Tool Center Points entlang einer Ist-Bahn kann dann die Ist-Beschleunigung und/oder die zeitliche Änderung der Ist-Beschleunigung des Tool Center Points als wenigstens eine abgeleitete Größe der Ist-Position des Tool Center Points ermittelt und ausgewertet werden. Die Invariante ist dann nicht erfüllt, wenn die Ist- Beschleunigung des Tool Center Points um einen vorgegebenen Wert abweicht und/oder der Betrag der zeitlichen Änderung der Ist-Beschleunigung des Tool Center Points einen vorgegebenen Wert übersteigt. Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden keine Annahmen über die gesamte Soll-Bahn getroffen, sondern nur über das lokale Verhalten auf der Soll-Bahn. Beispielsweise kann eine maximal zulässige bzw. sinnvolle Krümmung der Bahn, entlang deren sich der Tool Center Point bewegen soll, angenommen werden. Wird die Krümmung in einem Abschnitt größer, könnte es sich um eine Kollision handeln.
Aufgrund der Soll-Bewegung des Roboterarms soll sich der Tool Center Point entlang einer Soll-Bahn bewegen. Während der Ist- Bewegung des Roboterarms bewegt sich der Tool Center Point entlang einer Ist-Bahn.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei der Soll-Bahn um eine gekrümmte Bahn. Die Invari- ante bezieht sich dann auf eine maximale Krümmung der gekrümm¬ ten Bahn, sodass auf eine Kollision des Roboterarms mit dem Objekt geschlossen wird, wenn ein Auswerten der Signale der Positionssensoren ergibt, dass die Krümmung der Ist-Bahn einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Soll-Bahn eine kreisförmige Bahn des Tool Center Points mit einer vorbestimmten Krümmung und die Invariante bezieht sich auf die vorbestimmte Krümmung. Dann kann auf eine Kollision des Roboterarms mit dem Objekt geschlossen werden, wenn ein Auswertung der Signale der Positionssensoren ergibt, dass die Krümmung der Ist-Bahn von der vorbestimmten Krümmung um einen vorbestimmten Wert abweicht.
Zusätzlich kann die lokale Krümmung in den Zusammenhang mit der Geschwindigkeit gebracht werden, sodass das Einleiten der Sicherheitsfunktion aufgrund einer größeren Krümmung nur dann erfolgt, wenn auch die Geschwindigkeit einen bestimmten Wert überschreitet. Das bedeutet, dass relativ große Krümmungen nur bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten zulässig sind. Somit kann gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Tool Center Points während der Bewegung entlang der Ist- Bahn auf eine Kollision des Roboterarms mit dem Objekt ge¬ schlossen werden.
Bildlich gesprochen würde man versuchen, die Bahn durch ein kurzes gerades Rohr zu ziehen. Ab einer gewissen Krümmung der Bahn würde sie im Rohr stecken bleiben. Damit kann durch die Länge und den Durchmesser des Rohres die maximal zulässige Krümmung der Bahn definiert werden.
Anstatt eine bestimmte Krümmung oder einen anderen Wert anzu¬ nehmen, kann die elektronische Steuervorrichtung auf vorkonfigurierte Werte der Krümmung zugreifen, die beispielsweise als Bestandteil eines ESMs (dies ist die Abkürzung für „Event- Driven Safety Monitoring", also eine benutzerdefinierte Über¬ wachungsfunktion) definiert werden können. Eine weitere Invariante kann sein, dass die Ist-Bahn nicht rückwärts abgefahren werden kann. Dadurch können zumindest diejenigen parallel zur Bahntangente gerichteten Kollisionen erkannt werden, die entgegen der Bewegungsrichtung gerichtet sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Roboter in einer perspektivischen Darstellung, und
Fig. 2 eine Tabelle. Die Fig. 1 zeigt einen Roboter 1, der einen Roboterarm 2 und eine elektronische Steuervorrichtung 10 aufweist. Der Roboterarm 2 umfasst mehrere, nacheinander angeordnete und mittels Gelenke verbundene Glieder. Bei den Gliedern handelt es sich insbesondere um ein ortsfestes oder bewegliches Gestell 3 und ein relativ zum Gestell 3 um eine vertikal verlaufende Achse AI drehbar gelagertes Karussell 4. Weitere Glieder des Roboterarms 2 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Schwinge 5, ein Ausleger 6 und eine vorzugsweise mehrachsige Roboterhand 7 mit einer z.B. als Flansch 8 ausgeführten Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines Endeffektors 11.
Die Schwinge 5 ist am unteren Ende z.B. an einem nicht näher dargestellten Schwingenlagerkopf auf dem Karussell 4 um eine vorzugsweise horizontale Achse A2 schwenkbar gelagert. Am oberen Ende der Schwinge 5 ist wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise horizontale Achse A3 der Ausleger 6 schwenkbar gelagert. Dieser trägt endseitig die Roboterhand 7 mit ihren vorzugsweise drei Achsen A4, A5, A6.
Um den Roboter 1 bzw. dessen Roboterarm 2 zu bewegen, umfasst dieser in allgemein bekannter Weise mit der elektronischen Steuervorrichtung 10 (Robotersteuerung) verbundene Antriebe. Die Antriebe sind insbesondere elektrische Antriebe, die elektrische Motoren 9 umfassen. Zumindest die Motoren bzw. die elektrischen Motoren 9 sind im oder am Roboterarm 2 angeordnet bzw. befestigt. In der Fig. 1 sind nur einige der elektrischen Motoren 9 gezeigt. Die Antrieb sind vorzugweise geregelte elektrische Antriebe.
Leistungselektroniken der elektrischen Antriebe sind z.B. innerhalb eines Gehäuses eines nicht näher dargestellten Steuerschranks angeordnet, in dem z.B. auch die elektronische Steuervorrichtung 10 angeordnet ist. Die elektrischen Motoren 9 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels Drehstrommotoren, beispielsweise Drehstrom-Synchronmotoren. Die Leistungselektroniken können aber auch im und/oder am Roboterarm 2 angeordnet sein. Die elektronische Steuervorrichtung 10 umfasst z.B. einen nicht näher gezeigten Prozessor und kann z.B. als ein Computer ausgeführt sein. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die elekt¬ ronische Steuervorrichtung 10 derart eingerichtet, dass sie eine erste Steuerfunktionalität und eine zweite Steuerfunkti¬ onalität aufweist. Die erste Steuerfunktionalität übernimmt dabei die Aufgabe einer Sicherheitssteuerung und die zweite Steuerfunktionalität die restlichen Steuerungen des Robo¬ ters 1. Auf der elektronischen Steuervorrichtung 10 läuft ein Rechenprogramm, ein sogenanntes Anwenderprogramm, mittels dem die Steuervorrichtung 10 die Antriebe in einem Automatikbetrieb im Rahmen der Arbeitsaufgabe derart ansteuert, gegebenenfalls regelt, so dass der Roboterarm 2 bzw. der Flansch 8 des Roboters 1 bzw. ein dem Roboterarm 2 zugeordneter Tool Center Point TCP eine vorgegebene Bewegung durchführt. Dies wird z.B. von der zweiten
Steuerfunktionalität durchgeführt .
Aufgrund der Soll-Bewegung des Roboterarms soll sich der Tool Center Point entlang einer Soll-Bahn bewegen. Während der Ist- Bewegung des Roboterarms bewegt sich der Tool Center Point entlang einer Ist-Bahn.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die elektronische Steuervorrichtung 10 im bestimmungsgemäßen Betrieb des Roboters 1 auch mittels des Anwenderprogramms den am Flansch 8 befestigten Endeffektor 11 ansteuert.
Der Roboter 1 bzw. dessen Roboterarm 2 umfasst ferner mehrere vorzugsweise als Resolver ausgeführte Positionssensoren 12. Die Positionssensoren 12 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels in sicher Technik ausgeführt und sind eingerichtet, die Ist-Winkelstellungen jeweils zweier benachbarter Glieder 3-8 relativ zueinander zu ermitteln.
Die Positionssensoren 12 sind mit der elektronischen Steuervorrichtung 10 verbunden, sodass diese die von den Positionssensoren 12 stammenden Signale auszuwerten vermag. Dies erfolgt im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mittels der ersten Steuerfunktionalität. Insbesondere ist je einer der Achsen A1-A6 zumindest jeweils ein Positionssensor 12 zugeordnet, sodass die elektronische Steuervorrichtung 10 im bestimmungsgemäßen Betrieb des Roboters 1 aufgrund der von den Positionssensoren 12 stammenden Signale eine Information über die Ist- Winkelstellungen jeder der Glieder 3-8 des Roboterarms 2 relativ zu seinem benachbarten Glied 3-8 erhält. Dadurch ist es der elektronischen Steuervorrichtung 10 insbesondere auch möglich, die Ist-Position und gegebenenfalls auch die Ist- Orientierung des Tool Center Points TCP im Raum zu ermitteln.
Beispielsweise durch Differenzieren bzw. mehrmaliges Differenzieren bzw. durch Ableiten nach der Zeit oder mehrmaliges Ableiten nach der Zeit der ermittelten Ist- Position des Tool Center Points TCP und/oder der ermittelten einzelnen Ist-Winkelstellungen ist es der elektronischen Steuervorrichtung 10 zudem möglich, die aktuelle Geschwindigkeit, die aktuelle Beschleunigung und/oder die Änderung der aktuellen Beschleunigung des Tool Center Points TCP und/oder der einzelnen Glieder 3-8 zu ermitteln.
Der Roboter 1 bzw. dessen elektronische Steuervorrichtung 10 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eingerichtet, während einer Ist-Bewegung des Roboterarms 2, insbesondere während des Bewegens des Tool Center Points TCP entlang einer Ist-Bahn aufgrund der von den Positionssensoren 12 stammenden Signale zu überprüfen, ob aufgrund der Ist- Winkelstellungen und/oder abgeleiteter Größen der Ist- Winkelstellungen und/oder aufgrund der Ist-Position und/oder wenigstens einer abgeleiteten Größe der Ist-Position des Tool Center Points wenigstens eine für die der Ist-Bewegung zugeordnete Soll-Bewegung des Roboterarms bzw. wenigstens eine für die Bewegung des Tool Center Points TCP entlang der Soll- Bahn geltende Invariante für die Ist-Bewegung des Roboterarms bzw. für die Bewegung des Tool Center Points TCP entlang der Ist-Bahn erfüllt ist. Ist die Invariante für die Ist-Bewegung nicht erfüllt, dann schließt die elektronische Steuervorrichtung 10, dass der Roboterarm 2 mit einem Objekt 13 kollidiert ist, und leitet eine Sicherheitsfunktion des Roboters ein.
Im Falle des vorliegendne Ausführungsbeispiels kann es vorgesehen sein, dass sich die Invariante darauf bezieht, dass die Soll- Bewegung ruckfrei ist. Dann schließt die elektronische Steuervorrichtung 10 auf eine Kollision des Ro¬ boterarms 2 mit dem Objekt 13, wenn die dritte Ableitung der Ist-Position des Tool Center Points TCP nach der Zeit bzw. eine zeitliche Änderung der Ist-beschleunigung des Tool Center Points TCP einen vorbestimmten Wert überschreitet. Alternativ ist es auch möglich, dass auf eine Kollision des Roboterarms 2 mit dem Objekt 13 geschlossen wird, wenn die dritten Ableitungen der Ist-Winkelstellungen nach der Zeit oder eine zeit- liehe Änderung der Ist-Beschleunigungen der Ist-Winkelstellungen einen vorbestimmten Wert überschreiten.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann es vorgesehen sein, dass die elektronische Steuervorrichtung 10 den Roboterarm 2 mittels einer Admitanz- oder einer Kraftregelung ansteuert. Der vorbestimmte Wert kann dann von der Steifigkeit der Admitanz- oder Kraftregelung abhängen.
Die elektronische Steuerungsvorrichtung 10 kann Daten aufgrund von nicht-sicherer Technik erhalten. Diese werden mit der zweiten Steuerfunktionalität verarbeitet. Beispielsweise für eine Regelung verwendete oder erzeugte Daten erfüllen das Kri- terium von sicheren Daten nicht. Diese Daten werden beispielsweise für die aktuelle Bewegung des Roboterarms 2 verwendet. Diese Daten bzw. Informationen können somit in der Regel nicht mit der ersten Steuerfunktionalität ausgewertet werden, da sie ursprünglich z.B. aus dem nicht-sicheren Anwenderprogramm stammen. In einigen Fällen ist es jedoch trotzdem möglich, basierend auf verfügbaren sicheren Daten über Annahmen/Modelle auch die sonst nur in der nicht-sicheren Steuerung verfügbaren Informationen in sicherer Technik zu erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführung ist der Soll-Bewegung des Roboterarms 2 eine lineare Bewegung des Tool Center Points TCP zugeordnet . Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann es vorgesehen sein, dass die Soll-Bewegung des Roboterarms 2 mittels einer von der elektronischen Steuervorrichtung 10 durchgeführten Bahnplanung erfolgt. Diese Bahnplanung wird insbesondere mittels der zweiten Steuerfunktionalität durchgeführt.
Gemäß dieser Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die zweite Steuerfunktionalität der ersten Steuerfunktionalität eine Information darüber übermittelt, dass eine geplante li- neare Bewegung des Tool Center Points TCP bevorsteht. Diese Information umfasst insbesondere eine Angabe über die Soll- Start- und Soll-Endpunkte des Tool Center Points TCP, wodurch die erste Steuerfunktionalität als Invariante die Information erhält, dass die Soll-Positionen des Tool Center Points TCP der bevorstehenden Soll-Bewegung auf der durch die Soll-Start- und Soll-Endpunkte bestimmten Geraden verlaufen. Weicht wenigstens eine der Ist-Positionen von der entsprechenden Soll- Position während der Bewegung von dieser Geraden um den vorgegebenen Wert ab, so schließt die erste Steuerfunktionalität auf die Kollision. Neben der Kollisionserkennung ergibt sich zusätzlich die Möglichkeit, fehlerhafte Ausführung der Bahn zu detektieren, d.h. auch wenn keine Kollision aufgetreten ist, aber der Roboterarm nicht wie erwartet sich bewegt. Dies ist in einer in der Fig. 2 gezeigten Tabelle veranschaulicht.
Ist die Informationsübertragung zwischen den beiden Steuerfunktionalitäten fehlerfrei, wird eine Kollision zuverlässig erkannt bzw. keine Sicherheitsfunktion eingeleitet, wenn keine Kollision erkannt wird.
Ist dagegen die Informationsübertragung zwischen den beiden Steuerfunktionalitäten fehlerbehaftet, dann schließt die elektronische Steuervorrichtung 10 auf eine Kollision, auch wenn keine vorliegt. Sollte zusätzlich noch eine Kollision vorliegen, dann ergeben sich zwei Fehler.
Somit ist sichergestellt, dass nur dann keine Sicherheitsfunk¬ tion eingeleitet wird, wenn die Übertragung zwischen den beiden Steuerfunktionalität fehlerfrei ist und nicht auf eine Kollision geschlossen wird.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann es auch vorgesehen sein, dass die elektronische Steuervorrichtung 10, insbesondere deren erste Steuerfunktionalität die Bewegung des Tool Center Points TCP zu Beginn einer Bewegung auswertet, um durch Extrapolieren dieser Bewegung die Soll-Bahn zu erhalten. In diesem Fall ist es insbesondere vorgesehen, dass keine Informationen zwischen der ersten und der zweiten Steuerfunktionalität ausgetauscht werden. Am Anfang der Bewegungsaus¬ führung, z.B. in einer Beschleunigungsphase, kann die erste Steuerfunktionalität während einer vorzugsweise vorbestimmten Zeitdauer die Bewegung des Tool Center Points TCP oder der Glieder 3-8 zu Beginn einer Ist-Bewegung des Roboterarms 2 aufzeichnen und daraus die zukünftige Soll-Bewegung des Robo¬ terarms 2 extrapolieren. Grundlage der Extrapolation kann eine Information darüber sein, welche Art von Bahnen prinzipiell möglich sind, z.B. lineare Bahnen oder auch kreisförmige Bahnen .
Die Extrapolation sollte vorzugsweise abgeschlossen sein, be- vor die Geschwindigkeit des Tool Center Points TCP bzw. des Roboterarms 2 so hoch wird, dass potenzielle Kollisionen ge¬ fährlich werden.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann es vorgesehen sein, dass es sich bei der Soll-Bahn um eine gekrümmte Bahn handelt. Die Invariante bezieht sich dann z.B. auf eine maximale Krümmung der gekrümmten Bahn, sodass auf eine Kollision des Roboterarms 2 mit dem Objekt 13 geschlossen wird, wenn ein Auswertung der Signale der Positionssensoren 12 ergibt, dass die Krümmung der Ist-Bahn einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Soll-Bahn des Tool Center Points TCP eine kreisförmige Bahn des Tool Center Points TCP mit einer vorbestimmten Krümmung ist und sich die Invariante auf die vorbestimmte Krümmung bezieht. Dann kann auf eine Kollision des Roboterarms mit dem Objekt geschlossen werden, wenn eine Auswertung der Signale der Positionssensoren ergibt, dass die Krümmung der Ist-Bahn von der vorbestimmten Krümmung um einen vorbestimmten Wert abweicht.
Zusätzlich kann die lokale Krümmung in den Zusammenhang mit der Geschwindigkeit gebracht werden, sodass das Einleiten der Sicherheitsfunktion aufgrund der größeren Krümmung nur dann erfolgt, wenn auch die Geschwindigkeit einen bestimmten Wert überschreitet. Das bedeutet, dass relativ größere Krümmungen nur bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten zulässig sind.
Eine weitere Invariante kann sein, dass die Ist-Bahn nicht rückwärts abgefahren werden kann. Dadurch können zumindest parallel zur Bahntangente gerichtete Kollisionen erkannt werden, die entgegen der Bewegungsrichtung gerichtet sind.

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Kollision eines Roboterarms (2) mit einem Objekt (13), wobei der Roboterarm (2) Teil eines Roboters (1) ist und mehrere, hintereinander angeordnete, bezüglich Achsen (A1-A6) gelagerte Glieder (3-8) und den einzelnen Achsen (A1-A6) zugeordnete, zum Ermitteln der Stellungen jeweils zweier benachbarter Glieder (3-8) relativ zueinander vorgesehene
Positionssensoren (12) aufweist, dem Roboterarm (2) insbesondere ein Tool Center Point (TCP) zugeordnet ist und der Roboter (1) eine mit den Positionsvorrichtungen (12) verbundene elektronische Steuervorrichtung (10) und von der elektronischen Steuervorrichtung (10) angesteuerte Antriebe zum automatischen Bewegen der Glieder (3-8) des Roboterarms (2) relativ zueinander aufweist, aufweisend folgende Verfahrensschritte:
- gesteuert durch die elektronische Steuervorrichtung (10), automatisches Bewegen der Glieder (3-8), sodass der Roboterarm (2) eine Ist-Bewegung durchführt, der eine Soll-Bewegung des Roboterarms (2) zugeordnet ist,
- während der Ist-Bewegung des Roboterarms (2), mittels der elektronischen Steuervorrichtung (10) und aufgrund der von den Positionssensoren (12) stammenden Signalen, Überprüfen, ob aufgrund der Ist-Stellungen und/oder abgeleiteter Größe der Ist-Stellungen der Glieder (3-8) relativ zueinander und/oder aufgrund der Ist-Position und/oder wenigstens einer abgeleiteten Größe der Ist- Position des Tool Center Points (TCP) wenigstens eine für die Soll-Bewegung des Roboterarms (2) geltende Invariante für die Ist-Bewegung des Roboterarms (2) erfüllt ist, - Schließen auf eine Kollision des Roboterarms (2) mit dem Objekt (13), wenn das Überprüfen ein Nichterfüllen der wenigstens einen Invariante ergibt, und daraufhin
- gesteuert durch die elektronischen Steuervorrichtung (10), Einleiten einer Sicherheitsfunktion des Roboters ( 1 ) .
Verfahren nach Anspruch 1, aufweisend Ermitteln der Soll- Bewegung mittels einer von der elektronischen Steuervorrichtung (10) durchgeführten Bahnplanung, oder mittels der elektronischen Steuervorrichtung (10), Auswerten der Bewegung des Tool Center Points (TCP) oder der Glieder (3-4) zu Beginn einer Ist-Bewegung des Roboterarms (2) und Extrapolieren dieser Bewegung, um die Soll-Bewegung des Roboterarms (2) zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sich die Invariante darauf bezieht, dass die Soll-Bewegung ruckfrei ist, und auf eine Kollision des Roboterarms (2) mit dem Objekt (13) geschlossen wird,
- wenn die dritte Ableitung der Ist-Position des Tool Center Points (TCP) nach der Zeit oder eine zeitliche Än¬ derung der Ist-Beschleunigung des Tool Center Points (TCP) einen vorbestimmten Wert überschreitet, oder
- wenn die dritten Ableitungen der Ist-Stellungen der Glieder (3-8) relativ zueinander nach der Zeit oder eine zeitliche Änderung der Ist-Beschleunigungen der Ist- Stellungen der Glieder (3-8) relativ zueinander einen vorbestimmten Wert überschreiten. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Roboterarm (2) mittels einer Admitanz- oder einer Kraftregelung betrieben wird und der vorbestimmte Wert von der Steifigkeit der Admitanz- oder Kraftregelung abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem
- die wenigstens eine Invariante den Soll-Positionen des Tool Center Points (TCP) während der Soll-Bewegung zugeordnet ist, während der Ist-Bewegung des Roboterarms
(2) die Ist-Positionen des Tool Center Points (TCP) überprüft werden, und die Invariante nicht erfüllt ist, wenn wenigstens eine der Ist-Positionen von der entsprechenden Soll-Position des Tool Center Points
(TCP) um einen vorgegebenen Wert abweicht, oder
- die wenigstens eine Invariante Soll-Stellungen der Glieder (3-8) relativ zueinander während der Soll- Bewegung zugeordnet ist, während der Ist-Bewegung des Roboterarms (2) die Ist-Stellungen der Glieder (3-8) relativ zueinander überprüft werden, und die Invariante nicht erfüllt ist, wenn wenigstens eine der Ist- Stellungen von der entsprechenden Soll-Stellung um einen vorgegebenen Wert abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem
- die wenigstens eine Invariante einer konstanten Soll- Geschwindigkeit des Tool-Center Points (TCP) während seiner Bewegung zugeordnet ist, während der Ist-Bewegung des Roboterarms (2) die Ist-Geschwindigkeit und/oder die Ist-Beschleunigung des Tool Center Points (TCP) als wenigstens eine abgeleitete Größe der Ist-Position des Tool Center Points (TCP) ermittelt und ausgewertet wird, und die Invariante nicht erfüllt ist, wenn die Ist- Geschwindigkeit des Tool Center Points (TCP) um einen vorgegebenen Wert abweicht und/oder der Betrag der Ist- Beschleunigung des Tool Center Points (TCP) einen vorgegebenen Wert übersteigt, oder
- die wenigstens eine Invariante einer konstanten Soll- Beschleunigung des Tool-Center Points (TCP) während seiner Bewegung zugeordnet ist, während der Ist-Bewegung des Roboterarms (2) die Ist-Beschleunigung und/oder die zeitliche Änderung der Ist-Beschleunigung des Tool Center Points (TCP) als wenigstens eine abgeleitete Größe der Ist-Position des Tool Center Points (TCP) ermittelt und ausgewertet wird, und die Invariante nicht erfüllt ist, wenn die Ist-Beschleunigung des Tool Center Points (TCP) um einen vorgegebenen Wert abweicht und/oder der Betrag der zeitlichen Änderung der Ist- Beschleunigung des Tool Center Points (TCP) einen vorgegebenen Wert übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Soll-Bewegung des Roboterarms (2) eine lineare Bewegung des Tool Center Points (TCP) zugeordnet ist oder bei dem sich aufgrund der Soll-Bewegung des Roboterarms (2) die Glieder (3-8) des Roboterarms (2) linear bewegen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, bei dem aufgrund der Soll- Bewegung des Roboterarms (2) sich der Tool Center Point (TCP) entlang einer Soll-Bahn bewegen soll, und sich der Tool Center Point (TCP) während der Ist-Bewegung des Roboterarms (2) entlang einer Ist-Bahn bewegt. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Soll-Bahn eine gekrümmte Bahn des Tool Center Points (TCP) ist und die Invariante sich auf eine maximale Krümmung der gekrümmten Bahn bezieht, und auf eine Kollision des Roboterarms (2) mit dem Objekt (13) geschlossen wird, wenn ein Auswertung der Signale der Positionssensoren (12) ergibt, dass die Krümmung der Ist-Bahn einen vorbestimmten Wert überschreitet .
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Soll-Bahn eine kreisförmige Bahn des Tool Center Points (TCP) mit einer vorbestimmten Krümmung ist und die Invariante sich auf die vorbestimmte Krümmung bezieht, und auf eine Kollision des Roboterarms (2) mit dem Objekt (13) geschlossen wird, wenn ein Auswertung der Signale der Positionssensoren (12) ergibt, dass die Krümmung der Ist-Bahn von der vorbestimmten Krümmung um einen vorbestimmten Wert abweicht.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem zusätzlich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Tool Center Points (TCP) während der Bewegung entlang der Ist-Bahn auf eine Kollision des Roboterarms (2) mit dem Objekt (13) geschlossen wird.
Roboter, aufweisend einen Roboterarm (2), dem ein Tool Center Point (TCP) zugeordnet ist und der mehrere, hintereinander angeordnete, bezüglich Achsen (A1-A6) gelagerte Glieder (3-8) und den einzelnen Achsen (A1-A6) zugeordnete, zum Ermitteln der Winkelstellungen jeweils zweier benachbarter Glieder (3-8) relativ zueinander vorgesehene Positionssensoren (12) aufweist, eine mit den Positionsvorrichtungen (12) verbundene elektronische Steuervorrichtung (10) und von der elektronischen Steuervorrichtung (10) angesteuerte Antriebe zum automatischen Bewegen der Glieder (3-8) des Roboterarms (2) relativ zueinander, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuervorrichtung (10) derart eingerichtet ist, dass der Roboter (1) das Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 11 durchführt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021000741A1 (de) 2020-03-03 2021-09-09 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Verfahren zum Betreiben einer Maschine und Anlage zur Durchführung des Verfahrens

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7013766B2 (ja) * 2017-09-22 2022-02-01 セイコーエプソン株式会社 ロボット制御装置、ロボットシステム、及び制御方法
CN109079784B (zh) * 2018-08-16 2019-11-19 居鹤华 一种基于轴不变量的多轴机器人***建模与控制方法
CN109807196B (zh) * 2019-03-08 2020-12-15 安徽机电职业技术学院 一种检查机器人
JP2022527059A (ja) * 2019-03-28 2022-05-30 ジェネシス ロボティクス アンド モーション テクノロジーズ リミテッド パートナーシップ 衝突検出
US11224972B2 (en) 2019-11-22 2022-01-18 Fanuc Corporation State machine for dynamic path planning
CN111604897B (zh) * 2020-04-15 2022-12-02 上海钧控机器人有限公司 一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法
CN111390886B (zh) * 2020-04-23 2021-09-03 苏州霖怡明机电设备有限公司 一种旋转式的机械手
DE102020133102A1 (de) 2020-12-11 2022-06-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stoßschutz-Sicherheitseinrichtung für Roboter
CN113510746B (zh) * 2021-04-27 2022-03-29 中铁工程装备集团有限公司 一种多机械臂协同的快速自碰撞检测方法
DE102022112439B3 (de) 2022-05-05 2023-07-27 Franka Emika Gmbh Sicherer Roboter
DE102022111226B3 (de) 2022-05-05 2023-07-27 Franka Emika Gmbh Gekapselte Sicherheit für den Betrieb eines Robotermanipulators
CN116728406A (zh) * 2023-06-15 2023-09-12 甘肃云梯信息科技有限公司 基于支撑向量机的机械手体感识别控制***

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2106279A (en) * 1981-09-19 1983-04-07 Prutec Ltd Automated machine safety
EP0365681A1 (de) 1988-03-10 1990-05-02 Fanuc Ltd. Verfahren zur kollisionsermittlung von beweglichen, mittels servomotoren angetriebenen gegenständen
US5204598A (en) * 1990-03-29 1993-04-20 Fanuc Ltd. Method and apparatus for stopping an industrial robot
JPH08229864A (ja) * 1995-03-01 1996-09-10 Daikin Ind Ltd 産業用ロボットの衝突検知方法およびその装置
EP1477284A1 (de) * 2002-02-18 2004-11-17 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Antriebssteuerverfahren und antriebssteuerung
DE102004026185A1 (de) 2004-05-28 2005-12-22 Kuka Roboter Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Maschine, wie eines Mehrachs- Industrieroboters

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100592967C (zh) * 2003-07-29 2010-03-03 松下电器产业株式会社 控制机器人的方法和设备
DE102008041602B4 (de) * 2008-08-27 2015-07-30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Roboter und Verfahren zum Steuern eines Roboters
DE102008054312A1 (de) * 2008-11-03 2010-05-06 Kuka Roboter Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur sicheren Erfassung einer kinematischen Größe eines Manipulators
US20160008979A1 (en) * 2013-03-07 2016-01-14 Abb Technology Ag Method for checking a robot path
CN103722565B (zh) * 2014-01-23 2015-09-16 哈尔滨工业大学 仿人机器人自碰撞监控***及监控方法
CN105004368B (zh) * 2015-06-29 2018-03-20 深圳乐动机器人有限公司 一种自主机器人的碰撞检测方法、装置及***
WO2017044686A1 (en) * 2015-09-09 2017-03-16 Carbon Robotics, Inc. Robotic arm system and object avoidance methods
JP6690213B2 (ja) * 2015-12-09 2020-04-28 セイコーエプソン株式会社 ロボット、制御装置およびロボットシステム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2106279A (en) * 1981-09-19 1983-04-07 Prutec Ltd Automated machine safety
EP0365681A1 (de) 1988-03-10 1990-05-02 Fanuc Ltd. Verfahren zur kollisionsermittlung von beweglichen, mittels servomotoren angetriebenen gegenständen
US5119006A (en) * 1988-03-10 1992-06-02 Fanuc Ltd. Method of detecting a collision of machine operating parts driven by servomotors
US5204598A (en) * 1990-03-29 1993-04-20 Fanuc Ltd. Method and apparatus for stopping an industrial robot
JPH08229864A (ja) * 1995-03-01 1996-09-10 Daikin Ind Ltd 産業用ロボットの衝突検知方法およびその装置
EP1477284A1 (de) * 2002-02-18 2004-11-17 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Antriebssteuerverfahren und antriebssteuerung
DE102004026185A1 (de) 2004-05-28 2005-12-22 Kuka Roboter Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Maschine, wie eines Mehrachs- Industrieroboters

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021000741A1 (de) 2020-03-03 2021-09-09 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Verfahren zum Betreiben einer Maschine und Anlage zur Durchführung des Verfahrens

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CN108367437A (zh) 2018-08-03
DE102015224641A1 (de) 2017-06-08
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