WO2019091892A1 - Roboterarm und verfahren zu dessen justage - Google Patents

Roboterarm und verfahren zu dessen justage Download PDF

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WO2019091892A1
WO2019091892A1 PCT/EP2018/080104 EP2018080104W WO2019091892A1 WO 2019091892 A1 WO2019091892 A1 WO 2019091892A1 EP 2018080104 W EP2018080104 W EP 2018080104W WO 2019091892 A1 WO2019091892 A1 WO 2019091892A1
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WO
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adjustment
measuring
joint
robot arm
adjusting
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PCT/EP2018/080104
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English (en)
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Inventor
Alexander HANDFEST
Gernot Nitz
Jorge Torres
Sinan Özpinar
Original Assignee
Kuka Deutschland Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0095—Means or methods for testing manipulators

Definitions

  • the present invention relates to a robot arm, a method for adjusting a joint of the robot arm, and a controller and a computer program product for performing the method and a robot with the robot arm and the controller.
  • the placement of the Justagepatrone or the sensor can be problematic.
  • Object of the present invention is an adjustment of a joint of the
  • Claims 8-10 protect a controller and a computer program product for carrying out a method or a robot described here with a robot arm described here and a controller described here.
  • a robot arm has two links which are connected together in a joint, which present without
  • the two in the Justagegelenk interconnected members are referred to as an adjustment member and a neighboring member, wherein in one Execution one, in particular theoretical, pose of the Justageglieds relative to the adjacent member is determined only by the position of the adjustment joint.
  • the robot arm has a further link, which is connected to the neighboring link via at least one joint, which in the present case is known without loss of generality
  • This further member is referred to as a carrier member.
  • the robot arm has a
  • adjustment joint and with a hinge axis of the intermediate joint an angle between 80 ° and 100 °, in particular between 85 ° and 95 °, in one
  • Execution an angle of 90 ° includes or on the hinge axis of the
  • Intermediate joint at least substantially, is perpendicular or orthogonal thereto.
  • the adjusting member side and thus with an adjustment of the Justageglieds mitbewegte around its hinge axis measuring element is only or
  • the measuring plane (the measuring arrangement) is predetermined in one embodiment, in particular defined with respect to the carrier member, stationary in one embodiment with respect to the carrier member.
  • the measuring arrangement in particular the measuring element and / or the measuring plane, is or are provided or used to detect that the measuring element lies in the measuring plane, in particular a passage of the measuring element through the measuring plane to detect, in one embodiment, the measuring element, in particular only (and optionally in a relation to the adjustment position rotated by 180 ° position), in the predetermined adjustment position of the adjustment joint (by the measuring arrangement) detectable in the measurement plane.
  • the measuring plane has a through the hinge axis of
  • the measuring element is, in particular only, in the predetermined adjustment position of the adjustment joint (by the measuring arrangement) detectable in the half-plane.
  • the measuring arrangement detects whether the measuring element is in the measurement or half-plane or not, can be determined in one embodiment, whether the adjustment joint is in the predetermined adjustment position or not: if (is detected that) the measuring element in If the measuring or half plane is located, it is detected that the adjustment joint is in the predetermined adjustment position, otherwise or (if it is detected that) the measuring element is not in the measuring or half plane, it is detected that the adjustment joint not in the specified adjustment position.
  • the measuring plane is constructive or structural, in particular relative to or through the carrier member and / or invariable or stationary, in particular by the (arrangement or alignment of) subsequently explained (n) measuring mark and / or interface and / or (the) measuring sensor (s), given or the measuring arrangement, in particular the interface, the measuring mark and / or the measuring sensor set up accordingly, in one embodiment, interface or measuring sensor for detecting the measuring mark only in the adjustment position.
  • the measuring plane is constructive or structural, in particular relative to or through the carrier member and / or invariable or stationary, in particular by the (arrangement or alignment of) subsequently explained (n) measuring mark and / or interface and / or (the) measuring sensor (s), given or the measuring arrangement, in particular the interface, the measuring mark and / or the measuring sensor set up accordingly, in one embodiment, interface or measuring sensor for detecting the measuring mark only in the adjustment position.
  • the measuring mark or interface or the measuring sensor is arranged in the measuring or half plane.
  • a hinge axis of a rotary joint is understood to mean, in particular, its rotational or rotational axis, under a hinge axis of a
  • Pivoting joint in particular its translational or displacement axis.
  • Position of the intermediate joint the detection of the adjustment position of the adjustment joint at most slightly, preferably - at least substantially - not at all.
  • the measuring arrangement can be advantageously placed and at the same time a measuring error of the measuring arrangement caused in particular be kept small, although a measuring arrangement or an adjustment via at least two joints or (joint) axes initially seems unfavorable due to the reduced accuracy ,
  • the support member is with the neighboring member in the one
  • a measurement error of the measuring arrangement can be kept small.
  • the support member is connected to the neighboring member via or through two or more intermediate joints, wherein the measuring plane with
  • Joint axes of these intermediate joints in each case an angle between 80 ° and 100 °, in particular between 85 ° and 95 °, in one embodiment an angle of 90 °, includes or these hinge axes are each, at least substantially, perpendicular or orthogonal to the measurement plane.
  • the measuring arrangement can be advantageously placed and, at the same time, a measuring error of the measuring arrangement, in particular caused thereby, can be kept small.
  • the measuring element may be a, in particular stationary, placed on the adjustment member, in particular mechanically (detectable) e and / or
  • optically (detectable) e, measuring mark, in particular recess or elevation have, in particular be, and the measuring arrangement one, in particular stationary, on the support member, in particular in the measuring, in particular half-plane, placed
  • the measuring sensor in one embodiment remain stationary during adjustment of the adjustment joint for its adjustment and thereby advantageously placed the measuring arrangement and / or a measurement error of the measuring arrangement are kept small.
  • the measuring arrangement can be a
  • the measuring element have an, in particular stationary, placed on the Justageglied interface, in particular be, at the one , in particular electrical, measuring sensor, in one embodiment non-destructively detachable and / or temporary, is fixed or is, by or with which the measurement mark is detected or detected, in particular whether the interface or the measuring sensor in the Mess or half plane is or not dependent on the Justagegelenk the predetermined Justage ein or not, or is / are interface, measuring mark and / or measuring sensor set up for this purpose or is / are used for this purpose. In this embodiment, therefore, the measuring sensor moves due to an adjustment of the
  • the carrier member can be made more compact.
  • the measuring arrangement comprises the one at the interface
  • the interface may itself, in particular by means of the measuring mark and / or translationally adjustable measuring element, in particular for the actuation of the measuring sensor, in particular be.
  • Attached interface measuring sensor and / or an engagement direction of the measuring mark with the hinge axis of the intermediate joint or the joint axes of the
  • joints each an angle between 80 ° and 100 °, in particular between 85 ° and 95 °, in one embodiment an angle of 90 °, wherein
  • Adjustment axis or engagement direction does not intersect this hinge axis (s) in one embodiment, but this distance or skew may be this. Additionally or alternatively, the adjustment axis of the measuring member or engagement direction of the measuring mark in one embodiment - at least substantially - parallel to
  • a measurement error of the measuring arrangement can be kept small.
  • the adjustment member is a distal end member, in particular a robot (arm) flange.
  • the present invention is particularly advantageous because of the fact that it is preferably compact in order to increase the applicability, without the present invention being limited thereto.
  • a method for adjusting the adjustment joint of the robot arm comprises the steps of:
  • adjusting the Justagegelenks at least) until using the measuring arrangement (the presence) a (r) Justage ein the Justagegelenks, in particular (the presence) that the measuring element is in the measuring or half-plane, is detected;
  • Adjustment of the adjustment joint as a function of the detected adjustment position or its presence comprises in one embodiment a calibration, in particular determination or correction, a zero or
  • Reference position and / or an offset of the adjustment joint in particular a (adjustment) joint sensor, which detects a position of the joint or the adjustment and the adjacent member relative to each other or is set up for this purpose or is used.
  • a position of the adjustment joint detected by a joint sensor when the adjustment is detected can be defined as a zero or reference position, or a corresponding offset can be determined.
  • the adjustment joint can also be mechanically changed or readjusted in one embodiment.
  • the method comprises the step preceding the adjustment of the adjustment joint:
  • Justagegelenks using the measuring device is detected or can be detected.
  • the measuring arrangement can be aligned in an advantageous pose, in a further development measuring sensor and mark relative to each other, and so a measurement error of the measuring arrangement can be kept small.
  • a controller for controlling the robot arm, in particular hardware and / or software, in particular program technology, for implementing a method described here is set up and / or has:
  • Measuring arrangement and - Means for adjusting the Justagegelenks depending on the detected adjustment position.
  • the controller or its (e) means comprises: means for adjusting the one intermediate joint or the intermediate joints (respectively) in a measuring position for detecting an adjustment position of the adjustment joint by means of the measuring arrangement
  • a means in the sense of the present invention may be designed in terms of hardware and / or software, in particular a data or signal-connected, preferably digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU) and / or a memory and / or bus system or multiple programs or program modules.
  • the CPU may be configured to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or
  • a storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and / or other non-volatile media.
  • the program may be such that it is capable of embodying or executing the methods described herein so that the CPU may perform the steps of such methods, and thus, in particular, control the robot arm.
  • a computer program product may include, in particular, a storage medium for storing a program or a program stored thereon, in particular a nonvolatile storage medium, wherein execution of this program is prompted by a system or a controller, in particular a computer method described herein or one or more of its steps.
  • the robotic arm has in one embodiment except the Justage- and the or the intermediate joint (s), one or more of which, in one embodiment may be all, hinges, one or more other joints, in particular
  • the robot arm has a total or including adjustment and intermediate joint (s), at least five, in particular at least six, in one embodiment at least seven joints, in particular hinges, on. Additionally or alternatively, in one embodiment, the robot arm has (in each case) one, in particular electric, preferably electromotive, drive for adjusting one or more of its joints, in particular one,
  • electromotive drive for adjusting the intermediate joint or the intermediate joints, which in one embodiment (in each case) controlled by the controller, in particular regulated, is.
  • a stationary placement can be a non-destructively detachable or permanently provided placement, in particular a placement
  • the measuring element lies exactly in the measuring or half plane in the sense of the present invention, if a measuring element-fixed reference point lies in the measuring or half plane or at most has a predetermined tolerance distance therefrom, which in a development of a predetermined
  • Adjustment accuracy corresponds and / or at most 1%, in particular at most 0, 1%, a maximum achievable by adjustment of the adjustment joint distance to the measuring or half-plane.
  • Fig. 1 a robot arm according to an embodiment of the present invention with an Justage- and an intermediate joint
  • Fig. 2 a part of the robot arm with the intermediate joint in one
  • Fig. 3 the part of the robot arm with Justage- and intermediate joint in another position; and 4 shows a method for adjusting an adjustment joint of the robot arm according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a robot arm according to an embodiment of the present invention with an adjustment member in the form of a distal end member 4 and a neighboring member in the form of a pivot housing 2, which with the Justage- or distal end member 4 in a Justagerehgelenk 3 and with a support member in shape a base body 5 is connected in an intermediate pivot joint.
  • On the main body 5 is an interface in the form of a known per se
  • FIGS. 2, 3 each show a part of the robot arm with the intermediate joint in a measuring position and the adjustment joint in an adjustment position (FIG.
  • the measuring sensor 1 A (see ( Figures 2, 3) or its interface in the form of
  • Adjustment cartridge 1 (see Fig. 1) has a structurally predetermined
  • Half-plane (right in Fig. 2) is located. It can be seen from the synopsis of Figs. 2, 3 that due to the orthogonal orientation of the adjustment direction R 1A or measuring plane E 3 to the (joint) axis of the intermediate pivot joint 5A whose position is not included in the measurement of the position of the Justagerehgelenkenks 3.
  • the (hinge) axis of Justagerehgelenks 3 is parallel to this adjustment direction R 1A .
  • the interface 1 or the measuring sensor 1A can also be placed on the adjusting member 4 and the measuring groove 1B can be fixed in the carrier member.
  • Fig. 4 shows a method for adjusting the adjustment joint 3 according to an embodiment of the present invention.
  • a step S10 the controller 30 first adjusts the intermediate joint 5A to the measuring position shown in FIG. 2, in which a measuring device is used by means of the measuring arrangement
  • the adjustment joint 3 and can be detected whether the measuring groove 1 B in the measuring or half plane E 3 is (Fig. 3 -> Fig. 2).
  • the measuring sensor 1 A is attached to the Justagepatrone 1 before or after approaching the measuring position.
  • step S20 the controller 30 commands rotation of only the adjustment joint 3 and constantly records during this whether the measurement notch 1 B is arranged in the measurement or half plane E 3 .
  • a detected passage of the measuring groove 1 B through the measuring or half plane E 3 is determined as a mechanical zero position of the adjustment joint 3 and the adjustment joint 3 adjusted accordingly, for example, a joint angle sensor (not shown) zeroed or the like.
  • the adjustment position of the adjustment joint 3, aligned and then reliably and precisely an actual mechanical position of the adjustment joint 3 are determined based on detected by the joint angle sensor positions.

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Abstract

Ein erfindungsgemäßer Roboterarm weist ein Justageglied (4) und ein Nachbarglied (2), die in einem Justagegelenk (3) miteinander verbunden sind, ein Trägerglied (5), das mit dem Nachbarglied über wenigstens ein Zwischengelenk (5A) verbunden ist, und eine Messanordnung mit einem justagegliedseitigen Messelement (1B) auf, das in einer vorgegebenen Justagestellung des Justagegelenks in einer Messebene (E3) liegt, welche eine Gelenkachse des Justagegelenks enthält und mit einer Gelenkachse des Zwischengelenks einen Winkel zwischen 80° und 100° einschließt.

Description

Beschreibung
Roboterarm und Verfahren zu dessen Justage
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboterarm, ein Verfahren zur Justage eines Gelenks des Roboterarms sowie eine Steuerung und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens und einen Roboter mit dem Roboterarm und der Steuerung.
Aus betriebsinterner Praxis ist es bekannt, zur Justage eines Robotergelenks, in welchem zwei Glieder eines Roboterarms miteinander verbunden sind, an einem der beiden Glieder eine Messkerbe und an dem anderen der beiden Glieder eine Mess- bzw. Justagepatrone vorzusehen, an der zur Justage ein elektrischer Sensor befestigt wird, der erfasst, ob die Messkerbe in einer Messebene liegt, was eine definierte Stellung des Robotergelenks bestimmt, welches somit auf Basis dieser definierten Stellung justiert werden kann.
Insbesondere aus konstruktiven Gründen kann die Platzierung der Justagepatrone bzw. des Sensors problematisch sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Justage eines Gelenks des
Roboterarms zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen Roboterarm mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Ansprüche 8 - 10 stellen eine Steuerung und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens bzw. einen Roboter mit einem hier beschriebenen Roboterarm und einer hier beschriebenen Steuerung unter Schutz. Die
Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Roboterarm zwei Glieder auf, die in einem Gelenk miteinander verbunden sind, welches vorliegend ohne
Beschränkung der Allgemeinheit als zu justierendes bzw. Justagegelenk bezeichnet wird. Die beiden in dem Justagegelenk miteinander verbundenen Glieder werden entsprechend als ein Justageglied und ein Nachbarglied bezeichnet, wobei in einer Ausführung eine, insbesondere theoretische, Pose des Justageglieds relativ zu dem Nachbarglied nur durch die Stellung des Justagegelenks bestimmt ist.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Roboterarm ein weiteres Glied auf, das mit dem Nachbarglied über bzw. durch wenigstens ein Gelenk verbunden ist, welches vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als
Zwischengelenk bezeichnet wird. Dieses weitere Glied wird als ein Trägerglied bezeichnet.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Roboterarm eine
Messanordnung mit einem justagegliedseitigen, insbesondere -festen, ein- oder mehrteiligen Messelement auf, das in einer vorgegebenen Justagestellung des Justagegelenks in einer Messebene liegt, welche eine Gelenkachse des
Justagegelenks enthält und mit einer Gelenkachse des Zwischengelenks einen Winkel zwischen 80° und 100°, insbesondere zwischen 85° und 95°, in einer
Ausführung einen Winkel von 90°, einschließt bzw. auf der Gelenkachse des
Zwischengelenks, wenigstens im Wesentlichen, senkrecht steht bzw. orthogonal hierzu ist.
In einer Ausführung liegt das justagegliedseitige und somit mit einer Verstellung des Justageglieds um seine Gelenkachse mitbewegte Messelement nur bzw.
ausschließlich in der vorgegebenen Justagestellung und gegebenenfalls in einer gegenüber der Justagestellung um 180° verdrehten Stellung in der Messebene. Die Messebene (der Messanordnung) ist in einer Ausführung vorgegeben, insbesondere bezüglich des Trägerglieds definiert, in einer Ausführung bezüglich des Trägerglieds ortsfest.
In einer Ausführung ist bzw. wird die Messanordnung, insbesondere das Messelement und/oder die Messebene, dazu vorgesehen bzw. eingerichtet bzw. verwendet, zu erfassen, dass bzw. ob das Messelement in der Messebene liegt, insbesondere einen Durchgang des Messelements durch die Messebene zu erfassen, in einer Ausführung liegt das Messelement, insbesondere nur (und gegebenenfalls in einer gegenüber der Justagestellung um 180° verdrehten Stellung), in der vorgegebenen Justagestellung des Justagegelenks (durch die Messanordnung) erfassbar in der Messebene. In einer Ausführung weist die Messebene eine durch die Gelenkachse des
Justagegelenks begrenzte Halbebene auf und die Messanordnung, insbesondere das Messelement und/oder diese Halbebene, ist bzw. wird dazu vorgesehen bzw.
eingerichtet bzw. verwendet, zu erfassen, dass bzw. ob das Messelement in der Halbebene liegt, insbesondere einen Durchgang des Messelements durch die
Halbebene zu erfassen, in einer Ausführung liegt das Messelement, insbesondere nur, in der vorgegebenen Justagestellung des Justagegelenks (durch die Messanordnung) erfassbar in der Halbebene.
Indem mithilfe der Messanordnung erfasst wird, ob das Messelement in der Mess- bzw. Halbebene liegt oder nicht, kann in einer Ausführung ermittelt werden, ob sich das Justagegelenk in der vorgegebenen Justagestellung befindet oder nicht: wenn (erfasst wird, dass) das Messelement in der Mess- bzw. Halbebene liegt, wird erfasst, dass sich das Justagegelenk in der vorgegebenen Justagestellung befindet, andernfalls bzw. wenn (erfasst wird, dass) das Messelement nicht in der Mess- bzw. Halbebene liegt, wird erfasst, dass sich das Justagegelenk nicht in der vorgegebenen Justagestellung befindet.
In einer Ausführung ist die Messebene konstruktiv bzw. strukturell, insbesondere relativ zu dem bzw. durch das Trägerglied und/oder unveränderlich bzw. stationär, insbesondere durch die (Anordnung bzw. Ausrichtung der) nachfolgend erläuterte(n) Messmarke und/oder Schnittstelle und/oder (des) Messsensor(s), vorgegeben bzw. die Messanordnung, insbesondere die Schnittstelle, die Messmarke und/oder der Messsensor entsprechend eingerichtet, in einer Ausführung also Schnittstelle bzw. Messsensor zur Erfassung der Messmarke nur in der Justagestellung. In einer
Ausführung ist hierzu die Messmarke oder Schnittstelle bzw. der Messsensor in der Mess- bzw. Halbebene angeordnet.
Unter einer Gelenkachse eines Drehgelenks wird vorliegend insbesondere dessen rotatorische bzw. Drehachse verstanden, unter einer Gelenkachse eines
Schubgelenks insbesondere dessen translatorische bzw. Verschiebeachse.
Durch die, wenigstens im Wesentlichen, orthogonale Ausrichtung der Gelenkachse des Zwischengelenks relativ zur Messebene beeinflusst in einer Ausführung die
Stellung des Zwischengelenks die Erfassung der Justagestellung des Justagegelenks höchstens geringfügig, vorzugsweise - wenigstens im Wesentlichen - gar nicht.
Dadurch kann in einer Ausführung die Messanordnung vorteilhaft platziert und gleichzeitig ein, insbesondere hierdurch bedingter, Messfehler der Messanordnung klein gehalten werden, obwohl an sich eine Messanordnung bzw. eine Justage über wenigstens 2 Gelenke bzw. (Gelenk)Achsen aufgrund der verminderten Genauigkeit zunächst ungünstig scheint.
In einer Ausführung ist das Trägerglied mit dem Nachbarglied in dem einen
Zwischengelenk verbunden, so dass in einer Ausführung eine, insbesondere theoretische, Pose des Trägerglieds relativ zu dem Nachbarglied nur durch die Stellung des Zwischengelenks bestimmt ist. Mit anderen Worten sind in einer
Ausführung das eine Zwischen- und das Justagegelenk (unmittelbar)
aufeinanderfolgende Gelenke bzw. Träger-, Nachbar- und Justageglied (kinematisch unmittelbar) aufeinanderfolgende Glieder des Roboterarms.
Hierdurch kann in einer Ausführung ein Messfehler der Messanordnung klein gehalten werden.
In einer alternativen Ausführung ist das Trägerglied mit dem Nachbarglied über bzw. durch zwei oder mehr Zwischengelenke verbunden, wobei die Messebene mit
Gelenkachsen dieser Zwischengelenke jeweils einen Winkel zwischen 80° und 100°, insbesondere zwischen 85° und 95°, in einer Ausführung einen Winkel von 90°, einschließt bzw. diese Gelenkachsen jeweils, wenigstens im Wesentlichen, senkrecht bzw. orthogonal zur Messebene stehen.
Dadurch kann in einer Ausführung die Messanordnung vorteilhaft platziert und gleichzeitig ein, insbesondere hierdurch bedingter, Messfehler der Messanordnung klein gehalten werden. In einer Ausführung kann das Messelement eine, insbesondere stationär, an dem Justageglied platzierte, insbesondere mechanisch( erfassbar)e und/oder
optisch( erfassbar)e, Messmarke, insbesondere Vertiefung oder Erhöhung, aufweisen, insbesondere sein, und die Messanordnung eine, insbesondere stationär, an dem Trägerglied, insbesondere in der Mess-, insbesondere Halbebene, platzierte
Schnittstelle aufweisen, an der ein, insbesondere elektrischer, Messsensor, in einer Ausführung zerstörungsfrei lösbar und/oder temporär und/oder in der Mess-, insbesondere Halbebene, befestigt ist bzw. wird, durch den bzw. mithilfe dessen die Messmarke erfassbar bzw. erfasst ist bzw. wird, insbesondere ob die Messmarke in der Mess- bzw. Halbebene liegt oder nicht bzw. davon abhängig das Justagegelenk die vorgegebene Justagestellung aufweist oder nicht, bzw. ist/sind Schnittstelle, Messmarke und/oder Messsensor hierzu eingerichtet bzw. wird/werden hierzu verwendet.
Durch eine Platzierung des Messsensors bzw. der Schnittstelle an dem Trägerglied kann der Messsensor in einer Ausführung bei einer Verstellung des Justagegelenks zu dessen Justage ortsfest bleiben und dadurch die Messanordnung vorteilhaft platziert und/oder ein Messfehler der Messanordnung klein gehalten werden.
In einer alternativen Ausführung kann umgekehrt die Messanordnung eine,
insbesondere stationär, an dem Trägerglied, insbesondere in der Mess-,
insbesondere Halbebene, platzierte, insbesondere mechanisch( erfassbar)e und/oder optisch( erfassbar)e, Messmarke, insbesondere Vertiefung oder Erhöhung, aufweisen, und das Messelement eine, insbesondere stationär, an dem Justageglied platzierte Schnittstelle aufweisen, insbesondere sein, an der ein, insbesondere elektrischer, Messsensor, in einer Ausführung zerstörungsfrei lösbar und/oder temporär, befestigt ist bzw. wird, durch den bzw. mithilfe dessen die Messmarke erfassbar bzw. erfasst ist bzw. wird, insbesondere ob die Schnittstelle bzw. der Messsensor in der Mess- bzw. Halbebene liegt oder nicht bzw. davon abhängig das Justagegelenk die vorgegebene Justagestellung aufweist oder nicht, bzw. ist/sind Schnittstelle, Messmarke und/oder Messsensor hierzu eingerichtet bzw. wird/werden hierzu verwendet. Bei dieser Ausführung bewegt sich somit der Messsensor infolge einer Verstellung des
Justagegelenks relativ zur Messebene.
Hierdurch kann in einer Ausführung das Trägerglied kompakter bauen.
In einer Ausführung umfasst die Messanordnung den an der Schnittstelle
befestigbaren, insbesondere wenigstens temporär befestigten, Messsensor. Zusätzlich oder alternativ kann die Schnittstelle selber ein, insbesondere durch die Messmarke und/oder translatorisch, verstellbares Messglied, insbesondere zur Betätigung des Messsensors, aufweisen, insbesondere sein.
In einer Ausführung schließt die, in einer Ausführung translatorische, Verstellachse eines Messglieds, insbesondere Tasters, der Schnittstelle bzw. des (an der
Schnittstelle befestigten) Messsensors und/oder eine Eingriffsrichtung der Messmarke mit der Gelenkachse des Zwischengelenks bzw. den Gelenkachsen der
Zwischengelenke (jeweils) einen Winkel zwischen 80 ° und 100 °, insbesondere zwischen 85 ° und 95 °, in einer Ausführung einen Winkel von 90 °, ein, wobei
Verstellachse bzw. Eingriffsrichtung diese Gelenkachse(n) in einer Ausführung nicht schneidet, sondern hiervon beabstandet bzw. windschief hierzu sein kann. Zusätzlich oder alternativ ist die Verstellachse des Messglieds bzw. Eingriffsrichtung der Messmarke in einer Ausführung - wenigstens im Wesentlichen - parallel zur
Gelenkachse des Justagegelenks. Hierdurch kann in einer Ausführung ein Messfehler der Messanordnung klein gehalten werden.
In einer Ausführung ist das Justageglied ein distales Endglied, insbesondere ein Roboter(arm)flansch. Für solche distalen Endglieder ist die vorliegende Erfindung aufgrund der dort zur Erhöhung der Einsetzbarkeit vorzugsweise kompakte(re)n Abmessungen besonders vorteilhaft, ohne dass die vorliegende Erfindung hierauf beschränkt wäre.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Justage des Justagegelenks des Roboterarms die Schritte auf:
- Verstellen, in einer Ausführung nur, des Justagegelenks;
- Erfassen (des Vorliegens) einer Justagestellung des Justagegelenks,
insbesondere (des Vorliegens), dass das Messelement in der Mess-,
insbesondere Halbebene liegt bzw. eines Durchgangs des Messelements durch die Mess- bzw. Halbebene, mithilfe der Messanordnung, insbesondere während und/oder nach dem Verstellen des Justagegelenks, in einer Ausführung Verstellen des Justagegelenks (wenigstens), bis mithilfe der Messanordnung (das Vorliegen) eine(r) Justagestellung des Justagegelenks, insbesondere (das Vorliegen), dass das Messelement in der Mess- bzw. Halbebene liegt, erfasst wird; und
- Justieren des Justagegelenks in Abhängigkeit von der erfassten Justagestellung bzw. deren Vorliegen. Ein Justieren bzw. eine Justage des Justagegelenks umfasst in einer Ausführung eine Kalibrierung, insbesondere Festlegung bzw. Korrektur, einer Null- bzw.
Referenzstellung und/oder eines Offsets des Justagegelenks, insbesondere eines (Justage)Gelenksensors, der eine Stellung des Gelenks bzw. des Justage- und des Nachbarglieds relativ zueinander erfasst bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird. Insbesondere kann eine bei erfasster Justagestellung durch einen Gelenksensor erfasste Stellung des Justagegelenks als Null- bzw. Referenzstellung festgelegt bzw. ein entsprechender Offset ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Justagegelenk in einer Ausführung auch mechanisch verändert bzw. nachjustiert werden. In einer Ausführung umfasst das Verfahren den dem Verstellen des Justagegelenks vorhergehenden Schritt:
- Verstellen des einen Zwischengelenks bzw. der Zwischengelenke (jeweils) in eine Messstellung zum Erfassen einer Justagestellung des Justagegelenks mithilfe der Messanordnung bzw. eine Messstellung, in der eine Justagestellung des
Justagegelenks mithilfe der Messanordnung erfassbar ist bzw. erfasst werden kann.
Hierdurch kann die Messanordnung in einer Ausführung in eine vorteilhafte Pose, in einer Weiterbildung Messsensor und -marke relativ zueinander ausgerichtet, und so ein Messfehler der Messanordnung klein gehalten werden. In einer Ausführung ist eine Steuerung zum Steuern des Roboterarms, insbesondere hard- und/oder Software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
- Mittel zum Verstellen, in einer Ausführung nur, des Justagegelenks;
- Mittel zum Erfassen einer Justagestellung des Justagegelenks mithilfe der
Messanordnung; und - Mittel zum Justieren des Justagegelenks in Abhängigkeit von der erfassten Justagestellung.
In einer Ausführung weist die Steuerung bzw. ihr(e) Mittel auf: Mittel zum Verstellen des einen Zwischengelenks bzw. der Zwischengelenke (jeweils) in eine Messstellung zum Erfassen einer Justagestellung des Justagegelenks mithilfe der Messanordnung
Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder
Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Roboterarm steuern kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nicht- flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen. In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des
Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch die Steuerung bzw. ihr(e) Mittel.
Der Roboterarm weist in einer Ausführung außer dem Justage- und dem bzw. den Zwischengelenk(en), von denen eines oder mehrere, in einer Ausführung alle, Drehgelenke sein können, ein oder mehrere weitere Gelenke, insbesondere
Drehgelenke, auf. In einer Ausführung weist der Roboterarm insgesamt bzw. einschließlich von Justage- und Zwischengelenk(en), wenigstens fünf, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, Gelenke, insbesondere Drehgelenke, auf. Zusätzlich oder alternativ weist der Roboterarm in einer Ausführung (jeweils) einen, insbesondere elektrischen, vorzugsweise elektromotorischen, Antrieb zum Verstellen einer oder mehrerer seiner Gelenke, insbesondere einen,
insbesondere elektrischen, vorzugsweise elektromotorischen, Antrieb zum Verstellen des Justagegelenks und/oder (jeweils) einen, insbesondere elektrischen,
vorzugsweise elektromotorischen, Antrieb zum Verstellen des Zwischengelenks bzw. der Zwischengelenke, auf, der in einer Ausführung (jeweils) durch die Steuerung gesteuert, insbesondere geregelt, wird.
Eine stationäre Platzierung kann in einer Ausführung eine nicht zerstörungsfrei lösbare bzw. eine dauerhaft vorgesehene Platzierung, insbesondere eine
stoffschlüssige Befestigung oder integrale Ausbildung, umfassen, insbesondere sein. Das Messelement liegt in einer Ausführung genau dann in der Mess- bzw. Halbebene im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn ein messelementfester Referenzpunkt in der Mess- bzw. Halbebene liegt oder von dieser höchstens einen vorgegebenen Toleranzabstand aufweist, der in einer Weiterbildung einer vorgegebenen
Justagegenauigkeit entspricht und/oder höchstens 1 %, insbesondere höchstens 0, 1 %, eines durch Verstellung des Justagegelenks maximal realisierbaren Abstands zur Mess- bzw. Halbebene beträgt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 : einen Roboterarm nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Justage- und einem Zwischengelenk; Fig. 2: einen Teil des Roboterarms mit dem Zwischengelenk in einer
Messstellung und dem Justagegelenk in einer Justagestellung;
Fig. 3: den Teil des Roboterarms mit Justage- und Zwischengelenk in einer anderen Stellung; und Fig. 4: ein Verfahren zur Justage eines Justagegelenks des Roboterarms nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Roboterarm nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Justageglied in Form eines distalen Endglieds 4 und einem Nachbarglied in Form eines Schwenkgehäuses 2, welches mit dem Justage- bzw. distalen Endglied 4 in einem Justagedrehgelenk 3 und mit einem Trägerglied in Form eines Grundkörpers 5 in einem Zwischendrehgelenk verbunden ist.
An dem Grundkörper 5 ist eine Schnittstelle in Form einer an sich bekannten
Justagepatrone 1 zur Befestigung eines Messsensors stationär platziert. Fign. 2, 3 zeigen jeweils einen Teil des Roboterarms mit dem Zwischengelenk in einer Messstellung und dem Justagegelenk in einer Justagestellung (Fig. 2) bzw.
demgegenüber verstellten anderen Stellungen (Fig. 3) in schematisierter Form.
Dabei ist in Fign. 2, 3 anstelle der Justagepatrone 1 der daran temporär befestigte Messsensor 1 A dargestellt, der mit einer Steuerung 30 kommuniziert. Zusätzlich sind in Fign. 2, 3 die (Gelenk)Achse des Justagedrehgelenks 3
strichpunktiert bzw. durch die Gelenkkoordinate q3 sowie die (Gelenk)Achse des Zwischendrehgelenks 5A angedeutet.
Der Messsensor 1 A (vgl. (Fign. 2, 3) bzw. dessen Schnittstelle in Form der
Justagepatrone 1 (vgl. Fig. 1 ) weist eine konstruktiv vorgegebene,
trägerglied(orts)feste Betätigungs- bzw. Verstellrichtung R1A auf. Diese liegt in einer mit der Zeichenebene der Fign. 2, 3 identischen Messebene E3 einer Messanordnung mit dem Messsensor 1 A bzw. dessen Schnittstelle 1 und einer Messmarke in Form einer Messkerbe 1 B an dem Justage- bzw. distalen Endglied 4, welche (nur) in der in Fig. 2 gezeigten Justagestellung des Justagegelenks 3 (und in einer gegenüber dieser Justagestellung um 180° verstellten Stellung) in dieser Messebene E3 bzw. nur in der Justagestellung in der entsprechenden, durch die Gelenkachse begrenzten
Halbebene (rechts in Fig. 2) liegt. Man erkennt aus der Zusammenschau der Fign. 2, 3, dass aufgrund der orthogonalen Ausrichtung der Verstellrichtung R1A bzw. Messebene E3 zur (Gelenk)Achse des Zwischendrehgelenks 5A dessen Stellung nicht in die Messung der Stellung des Justagedrehgelenks 3 eingeht. Im Ausführungsbeispiel ist zudem die (Gelenk)Achse des Justagedrehgelenks 3 parallel zu dieser Verstellrichtung R1A.
In einer nicht dargestellten Abwandlung kann umgekehrt auch die Schnittstelle 1 bzw. der Messsensor 1 A an dem Justageglied 4 und die Messkerbe 1 B trägergliedfest platziert sein bzw. werden.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren zur Justage des Justagegelenks 3 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
In einem Schritt S10 verstellt die Steuerung 30 zunächst das Zwischengelenk 5A in die in Fig. 2 gezeigte Messstellung, in der mithilfe der Messanordnung eine
Justagestellung des Justagegelenks 3 bzw. erfasst werden kann, ob die Messkerbe 1 B in der Mess- bzw. Halbebene E3 liegt (Fig. 3 -> Fig. 2). Dabei wird vor oder nach Anfahren der Messstellung der Messsensor 1 A an der Justagepatrone 1 befestigt.
Anschließend kommandiert die Steuerung 30 in einem Schritt S20 eine Drehung nur des Justagegelenks 3 und erfasst während dieser fortwährend, ob die Messkerbe 1 B in der Mess- bzw. Halbebene E3 angeordnet ist.
In einem Schritt S30 wird ein erfasster Durchgang der Messkerbe 1 B durch die Mess- bzw. Halbebene E3 als mechanische Nullstellung des Justagegelenks 3 ermittelt und das Justagegelenk 3 entsprechend justiert, beispielsweise ein Gelenkwinkelsensor (nicht dargestellt) genullt oder dergleichen.
Dadurch kann der Gelenkwinkelsensor zuverlässig und präzise mit einer
vorgegebenen mechanischen Stellung, der Justagestellung des Justagegelenks 3, abgeglichen und dann auf Basis von durch den Gelenkwinkelsensor erfassten Stellungen zuverlässig und präzise eine tatsächliche mechanische Stellung des Justagegelenks 3 ermittelt werden. Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen
Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die
Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die
Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten
Merkmalskombinationen ergibt.
Bezuqszeichenliste
1 Justagepatrone (Schnittstelle)
1 A Messsensor
1 B Messkerbe (Messmarke)
2 Schwenkgehäuse (Nachbarglied)
3 Drehgelenk (Justagegelenk)
4 distales Endglied (Justageglied)
5 Grundkörper (Trägerglied)
5A Zwischen(dreh)gelenkachse
30 Steuerung
E3 Mess- bzw. Halbebene
Gelenkwinkel
RIA Verstellrichtung

Claims

Patentansprüche
Roboterarm, der
- ein Justageglied (4) und ein Nachbarglied (2), die in einem Justagegelenk (3) miteinander verbunden sind,
- ein Trägerglied (5), das mit dem Nachbarglied über wenigstens ein
Zwischengelenk (5A) verbunden ist, und
- eine Messanordnung mit einem justagegliedseitigen Messelement (1 B)
aufweist, das in einer vorgegebenen Justagestellung des Justagegelenks in einer Messebene (E3) liegt, welche eine Gelenkachse des Justagegelenks enthält und mit einer Gelenkachse des Zwischengelenks einen Winkel zwischen 80° und 100° einschließt.
Roboterarm nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerglied mit dem Nachbarglied in dem einen Zwischengelenk verbunden ist.
Roboterarm nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerglied mit dem Nachbarglied über wenigstens zwei Zwischengelenke verbunden ist, wobei die Messebene mit Gelenkachsen dieser Zwischengelenke jeweils einen Winkel zwischen 80° und 100° einschließt.
Roboterarm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Messelement eine, insbesondere stationär, an dem Justageglied platzierte, insbesondere mechanische und/oder optische, Messmarke (1 B) und die
Messanordnung eine, insbesondere stationär, an dem Trägerglied platzierte Schnittstelle (1 ) zur Befestigung eines Messsensors (1 A) zum Erfassen der Messmarke aufweist; oder
- die Messanordnung eine, insbesondere stationär, an dem Trägerglied
platzierte, insbesondere mechanische und/oder optische, Messmarke und das Messelement eine, insbesondere stationär, an dem Justageglied platzierte Schnittstelle zur Befestigung eines Messsensors zum Erfassen der
Messmarke aufweist.
5. Roboterarm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Justageglied ein distales Endglied ist.
6. Verfahren zur Justage eines Justagegelenks eines Roboterarms nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
- Verstellen (S20) des Justagegelenks;
- Erfassen (S20) einer Justagestellung des Justagegelenks mithilfe der
Messanordnung; und
- Justieren (S30) des Justagegelenks in Abhängigkeit von der erfassten
Justagestellung. 7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch den
vorhergehenden Schritt:
- Verstellen (S10) des wenigstens einen Zwischengelenks in eine Messstellung zum Erfassen einer Justagestellung des Justagegelenks mithilfe der
Messanordnung. 8. Steuerung (30) zum Steuern eines Roboterarms nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der
vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist:
- Mittel zum Verstellen des Justagegelenks;
- Mittel zum Erfassen einer Justagestellung des Justagegelenks mithilfe der
Messanordnung; und
- Mittel zum Justieren des Justagegelenks in Abhängigkeit von der erfassten
Justagestellung.
9. Roboter mit einem Roboterarm und einer Steuerung (30) zum Steuern des
Roboterarms nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 10. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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