WO2024125920A1 - Kalibrieren einer greifersteuerung - Google Patents

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WO2024125920A1
WO2024125920A1 PCT/EP2023/081831 EP2023081831W WO2024125920A1 WO 2024125920 A1 WO2024125920 A1 WO 2024125920A1 EP 2023081831 W EP2023081831 W EP 2023081831W WO 2024125920 A1 WO2024125920 A1 WO 2024125920A1
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finger
actual
robot arm
pose
gripper
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PCT/EP2023/081831
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Dominik Joho
Kirill SAFRONOV
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Kuka Deutschland Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for calibrating a controller for controlling a robot arm and/or a gripper guided by the robot arm, a method for operating the robot arm and/or a gripper guided by the robot arm, and a system or computer program or computer program product for carrying out a method described here.
  • Robot arms that guide finger grippers are known per se. If the robot arm and/or gripper fingers are controlled based on target values, the actual poses of gripper fingers relative to a base of the gripper and/or relative to a base of the robot arm can deviate from the desired target poses, for example due to deformations, tolerances or the like.
  • the object of the present invention is to improve the operation of robot arms with robot-arm-guided grippers.
  • a robot arm has at least three, in particular at least six, in one embodiment at least seven, joints or (movement) axes, preferably at least three, in particular at least six, in one embodiment at least seven, rotary joints or rotary axes, as well as a (distal) robot base and a (proximal) end flange to which a gripper is attached, preferably non-destructively detachable or replaceable, which has a one- or multi-part gripper base, in one embodiment arranged on the end flange of the robot arm, and one, two or more (gripper) fingers that are adjustable relative to this gripper base, in one embodiment electromagnetically, in particular electromotorically, hydraulically and/or pneumatically.
  • a method for calibrating a controller that is provided or set up or used to control the robot arm and/or the gripper guided by the robot arm comprises the steps of:
  • the method comprises the step preceding the recording of the first image of bringing at least the first finger, preferably all fingers, and/or the gripper base of the gripper into the field of view or recording of the recording device, in a further development by appropriate adjustment of the robot arm and/or moving and/or focusing of the recording device.
  • One embodiment of the present invention is therefore based on the idea of using a recording device to optically calibrate the control, in particular in such a way that the calibrated control controls the robot arm and/or the gripper guided by it in such a way that an actual pose of one or more gripper fingers thus approached deviates less from a desired target pose than before or without calibration.
  • An (actual robot arm) position of the robot arm is determined in one embodiment by the positions of its joints or axes and/or a pose of its end flange or a fixed reference relative to the robot arm base.
  • a pose in the sense of the present invention comprises in one embodiment a one-, two- or three-dimensional position and/or a one-, two- or three-dimensional orientation.
  • a target pose and/or an actual pose of a finger of the gripper describes a one-, two- or three-dimensional position and/or a one-, two- or three-dimensional orientation of the finger, preferably relative to the robot arm base or particularly preferably relative to the gripper base, in one embodiment, a one-, two- or three-dimensional position and/or a one-, two- or three-dimensional orientation of a fingertip of the finger, preferably relative to the robot arm base or particularly preferably relative to the gripper base.
  • a target pose is determined on the basis of a commanded and/or, in a further development, sensor-detected position of the corresponding finger relative to the gripper base; in particular, it can be such a position or it can be determined on the basis of a kinematic model of the gripper.
  • a target pose in the sense of the present invention can comprise the travel a and/or one or more, in particular all, components of the position [x(a) y(a) z(a)] T , ie the target pose can comprise, in particular, the commanded or, in a further development, sensor-detected travel a and/or the position determined therefrom by means of forward kinematics, for example x(a).
  • the method in an embodiment analogous to the steps described above comprises the following steps:
  • the method in an embodiment analogous to the steps described above comprises the following steps:
  • control of multi-finger grippers can be calibrated particularly advantageously, and in another embodiment, more quickly. If reference is made to a second finger below, the same features can also be implemented for a third finger of the gripper in one embodiment, without this being specifically mentioned in each case.
  • the method comprises the steps:
  • the procedure in further training includes the following steps:
  • two or more actual robot arm positions of the finger(s) are used or utilized in an embodiment for calibration.
  • the method in one embodiment comprises the steps:
  • two or more images with different actual finger positions of the finger or one or more fingers can advantageously be taken in or at one or more actual robot arm positions (each), from which different actual poses of the finger or one or more fingers can be determined and used together with the associated target poses for calibration. Since the adjustment of gripper fingers can often be carried out more quickly (than the adjustment of the robot arm) and does not require an adjustment of the robot arm, which often requires a correspondingly larger work space, this can improve calibration in one embodiment, in particular precision, reliability, feasibility, safety and/or speed. In addition, errors in the robot arm position do not accumulate in one embodiment.
  • two or more images can advantageously be taken in or at different actual robot arm positions with the same or different actual finger positions of the finger or one or more of the fingers (each), from which different actual poses of the finger or one or more of the fingers can be determined and used together with the associated target poses for calibration, in particular in or at different actual robot arm positions (each) images with the same actual finger position of the finger or the same actual finger positions of the fingers can be taken.
  • this allows particularly advantageous actual finger positions, preferably large adjustment ranges of the gripper, to be used.
  • the view of the gripper by the recording device can be improved, in particular partial obscurations or the like can be at least partially compensated.
  • errors resulting from the robot arm positions can be taken into account or averaged out.
  • the two above aspects can be advantageously combined by taking images with the first and second actual finger positions of the first and possibly second finger in or at the first actual robot arm position and taking images with at least two different actual Finger position of the first and possibly second finger is recorded, actual poses of the finger(s) are determined from this and used together with the associated target poses for calibration.
  • One of the at least two different actual finger positions at or in the second actual robot arm position can be the first or second actual finger position of the respective finger at or in the first actual robot arm position, whereby in one embodiment the same actual finger position can be used multiple times and in particular effort and/or errors as a result of adjusting the respective finger can be reduced.
  • different finger positions can also be used in the first and second robot arm positions, whereby in one embodiment even more different constellations can be taken into account in the calibration and this, in particular its precision, validity and/or reliability, can be further improved.
  • the method in one embodiment comprises the steps:
  • both a pose of a finger for a second actual finger position and a pose of a finger for a second actual robot arm position are each referred to as a second pose of the finger. Accordingly, in particular - a pose of a finger for an actual finger position A for an actual robot arm position B a second pose of this finger; and
  • one aspect refers to a second pose and the other aspect refers to a further or different second pose of the respective finger.
  • a second pose of one aspect and a second pose of the other aspect can be one and the same pose (in particular, a second pose of the first finger can be a pose of the first finger at the second actual robot arm position and the second actual finger position of the first finger), or a second pose of one aspect and a second pose of the other aspect can be different poses (in particular, a second pose of the first finger can be a pose of the first finger at the second actual robot arm position and the first actual finger position of the first finger and another or different second pose of the first finger can be a pose of the first finger at the first actual robot arm position and the second actual finger position of the first finger).
  • Calibrating the control system comprises in one embodiment a determination, in a further development a parameterization and/or storage, of a mapping between actual poses and target poses of the first finger and/or a mapping between actual poses and target poses of the second finger of the gripper, in a further development an assignment of target poses of the corresponding finger to (approaching) desired Target poses and/or an assignment of actual poses of the corresponding finger to, in particular, commanded or recorded, target poses.
  • the calibration of the control in one embodiment comprises determining, in a further development parameterizing and/or storing, a correction between actual poses and target poses of the first finger and/or a correction between actual poses and target poses of the second finger of the gripper, in a further development a correction of target poses of the corresponding finger for approaching desired target poses and/or a correction of actual poses of the corresponding finger for, in particular, commanded or recorded, target poses.
  • the mapping or correction can be different for different robot arm and/or finger positions, whereby the precision can be increased in one embodiment.
  • the mapping or correction can also have a constant offset, which can advantageously be determined by averaging or the like.
  • calibration can involve determining the parameters k, x 0 in such a way that positions xn, x 2i determined for a first actual robot arm position and adjustment paths ai, a 2 and positions xi 2 , x 32 determined for a second actual robot arm position and adjustment paths ai , a 3 . +
  • a first and/or second actual pose of the first and/or second finger is determined on the basis of a theoretical, preferably kinematic model of the gripper and/or on the basis of object recognition.
  • the recording device particularly preferably comprises a recording device for recording digital and/or three-dimensional images, and can in particular have at least one 3D camera and/or at least two spatially spaced cameras and/or at least one scanner, preferably for three-dimensional scanning.
  • an image mentioned here has a point cloud, preferably a three-dimensional point cloud, and can in particular be such or consist of such.
  • a three-dimensional point cloud recorded with the aid of a recording device is referred to in particular as an image (recorded with the aid of the recording device), which in one embodiment is generally a three-dimensional image.
  • a system for calibrating the control for controlling the robot arm and/or the gripper guided by the robot arm in a further development a system for controlling the robot arm and/or gripper, in particular hardware and/or software, in particular program technology, for carrying out a method described here is set up and/or has:
  • a recording device for recording a first image of the robot-guided gripper at a first actual robot arm position of the robot arm and a first actual finger position of a first finger of the gripper relative to a base of the gripper;
  • controller for controlling the robot arm and/or gripper which in turn comprises:
  • the control can be distributed or have distributed means; in particular, in one embodiment it can have a module for controlling the robot arm and/or gripper and a separate module for calibrating this module for controlling.
  • system or its control or its means comprises:
  • system or its control or its means comprises:
  • system or its control or its means comprises:
  • system or its control or its means comprises:
  • system or its control or its means comprises:
  • the system or its control or its means comprises: means for determining, in particular parameterizing and/or storing, a mapping and/or correction between actual poses and target poses of a finger of the gripper for calibrating the control.
  • the system or its controller or its means comprises: means for determining an actual pose of a finger on the basis of an image, on the basis of image processing of this image and/or a theoretical model of the gripper, in particular on the basis of object recognition.
  • a system and/or means in the sense of the present invention can be designed in terms of hardware and/or software, in particular at least one, preferably data- or signal-connected, particularly digital, processing unit, particularly microprocessor unit (CPU), graphics card (GPU) or the like, and/or one or more programs or program modules.
  • the processing unit can be designed to process commands that are implemented as a program stored in a memory system, to detect input signals from a data bus and/or to output output signals to a data bus.
  • a memory system can have one or more, particularly different, storage media, particularly optical, magnetic, solid-state and/or other non-volatile media.
  • the program can be designed in such a way that it embodies or is capable of carrying out the methods described here, so that the processing unit can carry out the steps of such methods and thus in particular calibrate the control or operate the robot arm with the gripper guided by the robot arm.
  • a computer program product can have, in particular be, a storage medium, in particular a computer-readable and/or non-volatile one, for storing a program or instructions or with a program or instructions stored thereon.
  • execution of this program or these instructions by a system or a controller causes the system or the controller, in particular the computer(s), to carry out a method described here or one or more of its steps, or the program or the instructions are set up for this purpose.
  • one or more, in particular all, steps of the method are fully or partially computer-implemented or one or more, in particular all, steps of the method are fully or partially automated, in particular by the system or its means.
  • Fig. 1 a system for calibrating a controller for controlling a robot arm and a gripper guided by the robot arm according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 a method for calibrating the controller according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a system for calibrating a controller 3 for controlling a robot arm 10 and a gripper guided by the robot arm according to an embodiment of the present invention.
  • the robot arm 10 has a robot base 11, six rotary joints, the positions of which are indicated by qi, ..., q 6 , and an end flange 12 to which a base 20 of the gripper is attached, on which a first finger 21 and a second finger 22 of the gripper are arranged in a translationally adjustable manner, the adjustment of which for opening or closing the gripper is indicated by double movement arrows.
  • the controller 3 communicates with the robot arm 10 and gripper, in particular their drives (not shown), and a 3D recording device 4.
  • a first step S10 (see Fig. 2), the robot arm 10 is adjusted so that the gripper can be captured as well as possible by the 3D recording device 4.
  • the two fingers 21, 22 have, by way of example, the actual finger positions indicated in Fig. 1 relative to the gripper base 20.
  • a first image of the robot-guided gripper is recorded using the 3D recording device 4 at this first actual robot arm position of the robot arm and this first actual finger position of the first finger 21 and second finger 22.
  • a first actual pose of the first finger 21 and a first actual pose of the second finger 22 are determined on the basis of this first image, each relative to the gripper base 20.
  • the first actual pose y 2i of the first finger 21 relative to the gripper base 20 is symbolized by an arrow that indicates a position of the fingertip 21A in a gripper base-fixed coordinate system K 20.
  • This Determination is carried out in a manner known per se and therefore not explained in more detail here, for example by detecting edges or corners of the fingers 21, 22 and the gripper base in a point cloud recorded using the 3D recording device, advantageously on the basis of a CAD model of the gripper.
  • a first target pose of the first finger and a first target pose of the second finger 22 are determined for these first actual finger positions and this first actual robot arm position, as they result from the commanded or approached, in one embodiment sensor-detected, actual finger positions of the first finger 21 and second finger 22, each relative to the gripper base 20 and a corresponding kinematic model of the gripper.
  • the first target pose x 2i of the first finger 21 relative to the gripper base 20 is symbolized by an arrow.
  • the configuration 21 ' of the first finger 21 according to the kinematic model is indicated in dashed lines. It can be seen that the actual pose y 2i deviates from the target pose x 2i , so that the fingertip 21 A does not have the desired pose, which is to be approached by moving or commanding the corresponding robot arm and finger positions.
  • the target pose can, for example, also be just a one-dimensional position or adjustment path of the finger relative to the gripper base 20 in its adjustment direction, wherein each such position can then be assigned, for example, the three-dimensional actual position of the fingertip realized thereby or, conversely, each three-dimensional actual position of the fingertip can be assigned a corresponding one-dimensional position of the finger relative to the gripper base 20 in order to approach it.
  • the determination of the first target poses or step S40 can also be carried out before or during the adjustment of the robot arm 10 (step S10), taking the image (step S20) or determining the actual poses (step S30).
  • a step S50 in the first actual robot arm position, ie (still) without adjusting the robot arm 10, the first finger 21 and the second finger 22 are each adjusted to a second actual finger position and, in the manner explained above with reference to steps S20-S40, an image of the robot-guided gripper is taken at the first actual robot arm position and with the second actual finger positions, from this the respective (second) actual pose of the first or second finger is determined and the corresponding (second) target poses of the first and second fingers are determined from the commanded or approached actual finger positions, which are detected by sensors in one embodiment.
  • a step S60 the robot arm 10 is adjusted to a second actual robot arm position, i.e. one or more of the joint positions qi, ..., q 6 are changed, and in the manner explained above with reference to steps S20-S40 or S50, an image of the robot-guided gripper is taken in this second actual robot arm position and with the second actual finger positions, and from this a (further second) actual pose of the first or second finger is determined. Since, as explained above, the actual poses are each determined relative to the gripper base 20, the associated target poses advantageously do not change, so that their determination already took place in step S50 or the target poses determined thereby can also be adopted as target poses for the second actual robot arm position and second actual finger positions and can thus be determined.
  • a step S70 in the second actual robot arm position, i.e. without adjusting the robot arm 10, the first finger 21 and the second finger 22 are each adjusted to the above-explained first or another actual finger position and, in the manner explained above with reference to steps S20-S40, S50 or S60, an image of the robot-guided gripper is taken in the second actual robot arm position and with these first or other actual finger positions, from which a (different second) actual pose of the first or second finger is determined and the corresponding (second) target poses of the first and second fingers are determined from the commanded or approached actual finger positions, which are detected by sensors in one embodiment.
  • a step S80 the controller 3 is calibrated on the basis of these actual and target poses of the two fingers 21, 22 determined for the various robot arm and finger positions.
  • an offset is calculated between the one-dimensional position of the respective finger relative to the gripper base 20 in its Adjustment direction and the corresponding position of the fingertip are parameterized in such a way that the deviation in amount between the target and actual poses is minimal on average.
  • more complex images can also be advantageously determined, which assign the respective commanded positions of the fingers to the corresponding actual fingertip poses (forward kinematics or transformation) or, conversely, assign the desired fingertip poses to the commanded finger positions (backward kinematics or transformation).
  • step S90 the robot arm 10 and the gripper guided by the robot arm are controlled using the controller calibrated in step S80.
  • one or more additional finger positions and/or one or more additional actual robot arm positions, each with one or more actual finger positions can be approached, corresponding additional actual poses of the finger(s) can be determined from corresponding images and taken into account or used during calibration.
  • a broader database can advantageously be used for calibration and precision, validity and/or reliability can thereby be improved.
  • the exemplary embodiments are merely examples that are not intended to limit the scope of protection, applications and structure in any way.

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Abstract

Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Steuerung (3) zum Steuern eines Roboterarms (10) und/oder eines von dem Roboterarm geführten Greifers (20, 21, 22) umfasst die Schritte: Aufnehmen (S20) eines ersten Bildes des robotergeführten Greifers bei einer ersten Ist-Roboterarmstellung des Roboterarms und einer ersten Ist-Fingerstellung eines ersten Fingers (21) des Greifers relativ zu einer Basis (20) des Greifers mithilfe einer Aufnahmevorrichtung (4); Ermitteln (S30) einer ersten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses ersten Bildes; Ermitteln (S40) einer ersten Soll-Pose des ersten Fingers für diese erste Ist-Fingerstellung und diese erste Ist- Roboterarmstellung; und Kalibrieren (S80) der Steuerung auf Basis dieser ermittelten ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des ersten Fingers.

Description

Beschreibung
KALIBRIEREN EINER GREIFERSTEUERUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Steuerung zum Steuern eines Roboterarms und/oder eines von dem Roboterarm geführten Greifers, ein Verfahren zum Betreiben des Roboterarms und/oder von dem Roboterarm geführten Greifers sowie ein System bzw. Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens.
Roboterarme, die Fingergreifer führen, sind an sich bekannt. Werden dabei Roboterarm und/oder Greiferfinger auf Basis von Soll-Werten gesteuert, können die Ist-Posen von Greiferfingern relativ zu einer Basis des Greifers und/oder relativ zu einer Basis des Roboterarms von den gewünschten Soll-Posen abweichen, beispielsweise aufgrund von Deformationen, Toleranzen oder dergleichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb von Roboterarmen mit roboterarmgeführten Greifern zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 9 gelöst. Ansprüche 10, 11 stellen ein System bzw. ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Roboterarm wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, Gelenke bzw. (Bewegungs)Achsen, vorzugsweise wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, Drehgelenke bzw. Drehachsen, sowie eine (distale) Roboterbasis und einen (proximalen) Endflansch auf, an dem ein Greifer, vorzugsweise zerstörungsfrei lös- bzw. auswechselbar, befestigt ist, weicher eine, in einer Ausführung an dem Endflansch des Roboterarms angeordnete, ein- oder mehrteilige Greiferbasis und einen, zwei oder mehr relativ zu dieser Greiferbasis, in einer Ausführung elektromagnetisch, insbesondere elektromotorisch, hydraulisch und/oder pneumatisch, verstellbare (Greifer)Finger aufweist. Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren einer Steuerung, die zum Steuern des Roboterarms und/oder des von dem Roboterarm geführten Greifers vorgesehen bzw. eingerichtet ist bzw. verwendet wird, die Schritte auf:
- Aufnehmen eines ersten Bildes des robotergeführten Greifers bei bzw. in
- einer ersten Ist-Roboterarmstellung des Roboterarms und
- einer ersten Ist-Fingerstellung eines ersten Fingers des Greifers relativ zu einer Basis des Greifers (Greiferbasis) mithilfe einer Aufnahmevorrichtung;
- Ermitteln einer ersten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses ersten Bildes;
- Ermitteln einer ersten Soll-Pose des ersten Fingers für diese erste Ist- Fingerstellung und diese erste Ist-Roboterarmstellung vor, bei oder nach dem Aufnehmen des ersten Bildes und vor, bei oder nach dem Ermitteln der ersten Ist- Pose des ersten Fingers; und
- Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermitteln ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des ersten Fingers.
In einer Ausführung umfasst das Verfahren den dem Aufnehmen des ersten Bildes vorhergehenden Schritt, wenigstens den ersten Finger, vorzugsweise alle Finger, und/oder die Greiferbasis des Greifers in das Sicht- bzw. Aufnahmefeld der Aufnahmevorrichtung zu bringen, in einer Weiterbildung durch entsprechende Verstellung des Roboterarms und/oder Bewegen und/oder Fokussieren der Aufnahmevorrichtung.
Einer Ausführung der vorliegenden Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, eine Aufnahmevorrichtung zu nutzen, um die Steuerung optisch zu kalibrieren, insbesondere derart, dass die kalibrierte Steuerung den Roboterarm und/oder von ihm geführten Greifer derart steuert, dass eine dadurch angefahrene Ist-Pose eines oder mehrerer Greiferfinger weniger von einer gewünschten Ziel-Pose abweicht als vor dem bzw. ohne das Kalibrieren.
Eine (Ist-Roboterarm)Stellung des Roboterarms ist in einer Ausführung durch die Stellungen seiner Gelenke bzw. Achsen und/oder eine Pose seines Endflansches oder einer hierzu ortsfesten Referenz relativ zur Roboterarmbasis bestimmt. Eine Pose im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst in einer Ausführung eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung. Entsprechend beschreibt in einer Ausführung eine Soll-Pose und/oder eine Ist-Pose eines Fingers des Greifers eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung des Fingers, vorzugsweise relativ zur Roboterarmbasis oder besonders bevorzugt relativ zur Greiferbasis, in einer Ausführung eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung einer Fingerspitze des Fingers, vorzugsweise relativ zur Roboterarmbasis oder besonders bevorzugt relativ zur Greiferbasis. Durch die (Ermittlung der) Soll- bzw. Ist-Pose relativ zur Greiferbasis können in einer Ausführung Einflüsse der Roboterarmstellung(en) reduziert, vorzugsweise eliminiert werden, da solche sich gleichermaßen auf die Pose der Greiferbasis relativ zur Umgebung und die Pose des bzw. der Finger relativ zur Umgebung auswirken und daher durch eine (Ermittlung der) Soll- bzw. Ist-Pose des bzw. der Finger relativ zur Greiferbasis in einer Ausführung ausgeblendet werden können. Eine Soll-Pose wird in einer Ausführung auf Basis einer kommandierten und/oder, in einer Weiterbildung sensorisch, erfassten Stellung des entsprechenden Fingers relativ zur Greiferbasis ermittelt, kann insbesondere eine solche Stellung sein oder auf Basis eines Kinematikmodells des Greifers ermittelt werden. Ist beispielsweise eine dreidimensionale Position einer Fingerspitze in einem greiferbasisfesten Koordinatensystem durch [x(a) y(a) z(a)]T mit dem Stellweg a beschrieben, kann eine Soll-Pose im Sinne der vorliegenden Erfindung den Stellweg a und/oder eine oder mehrere, insbesondere alle, Komponenten der Position [x(a) y(a) z(a)]T umfassen, d. h. die Soll-Pose insbesondere den kommandierten oder, in einer Weiterbildung sensorisch, erfassten Stellweg a und/oder die hieraus mittels Vorwärtskinematik ermittelte Position, beispielsweise x(a) umfassen, insbesondere sein.
Weist der Greifer wenigstens zwei Finger auf, so umfasst das Verfahren in einer Ausführung analog zu den vorstehend beschriebenen Schritten die Schritte:
- Ermitteln einer ersten Soll-Pose eines zweiten Fingers des Greifers für eine erste Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers relativ zu der Basis des Greifers und vorzugsweise für die erste Ist-Roboterarmstellung; und
- Ermitteln einer ersten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser ersten Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers und vorzugsweise bei der ersten Ist-Roboterarmstellung aufgenommen worden ist, vorzugsweise auf Basis des ersten Bildes; wobei die Steuerung (auch) auf Basis dieser ermittelten ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des zweiten Fingers kalibriert wird.
Weist der Greifer wenigstens drei Finger auf, so umfasst das Verfahren in einer Ausführung analog zu den vorstehend beschriebenen Schritten die Schritte:
- Ermitteln einer ersten Soll-Pose eines dritten Fingers des Greifers für eine erste Ist-Fingerstellung des dritten Fingers relativ zu der Basis des Greifers und vorzugsweise für die erste Ist-Roboterarmstellung; und
- Ermitteln einer ersten Ist-Pose des dritten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser ersten Ist-Fingerstellung des dritten Fingers und vorzugsweise bei der ersten Ist-Roboterarmstellung aufgenommen worden ist, vorzugsweise auf Basis des ersten Bildes; wobei die Steuerung (auch) auf Basis dieser ermittelten ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des dritten Fingers kalibriert wird.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Steuerung bei mehrfingerigen Greifern besonders vorteilhaft, in einer Ausführung rasch(er), kalibriert werden. Sofern nachfolgend auf einen zweiten Finger Bezug genommen wird, können dieselben Merkmale in einer Ausführung entsprechend auch für einen dritten Finger des Greifers verwirklicht sein, ohne dass hierauf jeweils gesondert hingewiesen wird.
In einer Ausführung umfasst das Verfahren die Schritte:
- Verstellen des ersten Fingers in wenigstens eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der erste Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist, in einer Weiterbildung unter Beibehaltung der ersten Ist-Roboterarmstellung;
- Ermitteln einer zweiten Soll-Pose des ersten Fingers für diese zweite Ist- Fingerstellung;
- Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Greifers bei dieser zweiten Ist- Fingerstellung des ersten Fingers und vorzugsweise der beibehaltenen ersten Ist- Roboterarmstellung; und
- Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses Bildes; wobei die Steuerung (auch) auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose und zweiten Soll-Pose des ersten Fingers kalibriert wird. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Verfahren in einer Weiterbildung die Schritte:
- Verstellen des zweiten Fingers in wenigstens eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der zweite Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist, in einer Weiterbildung zusammen mit dem oben genannten Verstellen des ersten Fingers und/oder unter Beibehaltung der ersten Ist-Roboterarmstellung;
- Ermitteln einer zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers für diese zweite Ist- Fingerstellung; und
- Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser zweiten Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers aufgenommen worden ist, vorzugsweise auf Basis des Bildes, auf dessen Basis auch die zweite Ist-Pose des ersten Fingers ermittelt wird; wobei die Steuerung (auch) auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose und zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers kalibriert wird.
Zusätzlich oder alternativ zur Verwendung von zwei oder mehr Ist-Fingerstellungen des bzw. der Finger, in einer bevorzugten Weiterbildung in bzw. bei (jeweils) derselben Roboterarmstellung, werden in einer Ausführung zum Kalibrieren zwei oder mehr Ist-Roboterarmstellungen verwendet bzw. genutzt.
Entsprechend umfasst das Verfahren in einer Ausführung die Schritte:
- Verstellen des Roboterarms in wenigstens eine zweite Ist-Roboterarmstellung;
- Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Greifers bei dieser zweiten Ist- Roboterarmstellung; und
- Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des ersten Fingers und in einer Weiterbildung auch einer zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis dieses Bildes; wobei die Steuerung (auch) auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose des ersten Fingers und einer für diese zweite Ist-Roboterarmstellung und zweite Ist-Pose des ersten Fingers ermittelten zweiten Soll-Pose des ersten Fingers und gegebenenfalls (auch) auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers und einer für diese zweite Ist-Roboterarmstellung und zweite Ist-Pose des zweiten Fingers ermittelten zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers kalibriert wird.
Durch die Verwendung von zwei oder mehr Ist-Fingerstellungen des bzw. der Finger und die Verwendung von zwei oder mehr Ist-Roboterarmstellungen kann in einer Ausführung das Kalibrieren, insbesondere eine Präzision und/oder Zuverlässigkeit, verbessert werden.
Dabei können vorteilhaft in einer Ausführung in bzw. bei einer oder mehreren Ist- Roboterarmstellungen (jeweils) zwei oder mehr Bilder mit unterschiedlichen Ist- Fingerstellungen des Fingers bzw. eines oder mehrerer der Finger aufgenommen, hieraus unterschiedliche Ist-Posen des Fingers bzw. eines oder mehrerer der Finger ermittelt und zusammen mit den zugehörigen Soll-Posen zum Kalibrieren verwendet werden. Da die Verstellung von Greiferfingern häufig rasch(er als die Verstellung des Roboterarms) durchgeführt werden kann und keine Verstellung des Roboterarms mit entsprechend oft größerem Arbeitsraumbedarf erfordert, kann hierdurch in einer Ausführung das Kalibrieren, insbesondere eine Präzision, Zuverlässigkeit, Durchführbarkeit, Sicherheit und/oder Geschwindigkeit, verbessert werden. Zudem kumulieren sich in einer Ausführung dabei Fehler in der Roboterarmstellung nicht.
Zusätzlich oder alternativ können vorteilhaft in einer Ausführung mit denselben oder unterschiedlichen Ist-Fingerstellung des Fingers bzw. eines oder mehrerer der Finger (jeweils) zwei oder mehr Bilder in bzw. bei unterschiedlichen Ist-Roboterarmstellungen aufgenommen, hieraus unterschiedliche Ist-Posen des Fingers bzw. eines oder mehrerer der Finger ermittelt und zusammen mit den zugehörigen Soll-Posen zum Kalibrieren verwendet werden, insbesondere in bzw. bei unterschiedlichen Ist- Roboterarmstellungen (jeweils) Bilder mit derselben Ist-Fingerstellung des Fingers bzw. denselben Ist-Fingerstellungen der Finger aufgenommen werden. Dadurch können in einer Ausführung besonders vorteilhafte Ist-Fingerstellungen, vorzugsweise große Verstellbereiche des Greifers, genutzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann durch (ein Verstellen des Roboterarms in) unterschiedliche Ist-Roboterarmstellung in einer Ausführung ein Blick der Aufnahmevorrichtung auf den Greifer verbessert, insbesondere teilweise Verdeckungen oder dergleichen wenigstens teilweise kompensiert werden. Zudem können dadurch Fehler infolge der Roboterarmstellungen berücksichtigt bzw. ausgemittelt werden.
Vorzugsweise können die beiden obigen Aspekte vorteilhaft kombiniert werden, indem in bzw. bei der ersten Ist-Roboterarmstellung Bilder mit der ersten und zweiten Ist- Fingerstellung des ersten und gegebenenfalls zweiten Fingers und in bzw. bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung Bilder mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ist- Fingerstellung des ersten und gegebenenfalls zweiten Fingers aufgenommen, hieraus jeweils Ist-Posen des bzw. der Finger ermittelt und zusammen mit den zugehörigen Soll-Posen zum Kalibrieren verwendet werden. Dabei kann eine der wenigstens zwei unterschiedlichen Ist-Fingerstellungen bei bzw. in der zweiten Ist-Roboterarmstellung die erste oder zweite Ist-Fingerstellung des jeweiligen Fingers bei bzw. in der ersten Ist-Roboterarmstellung sein, wodurch in einer Ausführung dieselbe Ist-Fingerstellung mehrfach verwendet und dadurch insbesondere Aufwand und/oder Fehler infolge einer Verstellung des jeweiligen Fingers reduziert werden können. Zusätzlich oder alternativ können in einer Ausführung in der ersten und zweiten Roboterarmstellung auch unterschiedliche Fingerstellungen verwendet werden, wodurch in einer Ausführung noch mehr unterschiedliche Konstellationen bei der Kalibrierung berücksichtigt werden können und diese, insbesondere ihre Präzision, Gültigkeit und/oder Zuverlässigkeit, dadurch weiter verbessert werden kann.
Entsprechend umfasst das Verfahren in einer Ausführung die Schritte:
- Verstellen des ersten Fingers und in einer Weiterbildung des zweiten Fingers (jeweils) in eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der erste bzw. zweite Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist, in bzw. bei der ersten Ist-Roboterarmstellung und/oder in bzw. bei der zweiten Ist- Roboterarmstellung;
- Ermitteln (je) einer zweiten Soll-Pose des ersten bzw. zweiten Fingers für diese zweite Ist-Fingerstellung und Ist-Roboterarmstellung;
- Aufnehmen (je) wenigstens eines Bildes des Greifers bei der ersten Ist- Fingerstellung und bei der zweiten Ist-Fingerstellung des ersten und gegebenenfalls zweiten Fingers bei bzw. in der ersten und/oder zweiten Ist- Roboterarmstellung; und
- Ermitteln (je) einer zweiten Ist-Pose des ersten und gegebenenfalls zweiten Fingers auf Basis des jeweiligen Bildes; wobei die Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Posen und zweiten Soll- Posen des ersten und gegebenenfalls zweiten Fingers kalibriert wird.
Zur kompakteren Darstellung werden vorliegend sowohl eine Pose eines Fingers für eine zweite Ist-Fingerstellung als auch eine Pose eines Fingers für eine zweite Ist- Roboterarmstellung jeweils als eine zweite Pose des Fingers bezeichnet. Entsprechend kann insbesondere - eine Pose eines Fingers für eine Ist-Fingerstellung A bei einer Ist- Roboterarmstellung B eine zweite Pose dieses Fingers; sowie
- eine Pose dieses Fingers für eine andere Ist-Fingerstellung A‘ bei derselben Ist- Roboterarmstellung B und/oder
- eine Pose dieses Fingers für dieselbe Ist-Fingerstellung A bei einer anderen Ist- Roboterarmstellung B‘ und/oder
- eine Pose dieses Fingers für eine andere Ist-Fingerstellung A‘ bei einer anderen Ist-Roboterarmstellung B‘ jeweils eine weitere bzw. andere zweite Pose dieses Fingers im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnen bzw. mehrere zweite Posen desselben Fingers zum Kalibrieren verwendet werden. Werden entsprechend zwei hier beschriebene Aspekte, in denen jeweils auf eine zweite Pose eines Fingers Bezug genommen ist, miteinander kombiniert, so umfasst dies ausdrücklich
- eine Kombination der Aspekte, in denen jeweils auf dieselbe zweite Pose des jeweiligen Fingers Bezug genommen ist, und
- eine Kombination der Aspekte, wobei bei dem einen Aspekt auf eine zweite Pose und bei dem anderen Aspekt auf eine weitere bzw. andere zweite Pose des jeweiligen Fingers Bezug genommen ist.
Mit anderen Worten können bei einer Kombination von zwei hier beschriebenen Aspekten in einer Ausführung eine zweite Pose des einen Aspekts und eine zweite Pose des anderen Aspekts ein- und dieselbe Pose sein (insbesondere kann eine zweite Pose des ersten Fingers eine Pose des ersten Fingers bei der zweiten Ist- Roboterarmstellung und der zweiten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers sein), oder eine zweite Pose des einen Aspekts und eine zweite Pose des anderen Aspekts verschiedene Posen sein (insbesondere kann eine zweite Pose des ersten Fingers eine Pose des ersten Fingers bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung und der ersten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers und eine weitere bzw. andere zweite Pose des ersten Fingers eine Pose des ersten Fingers bei der ersten Ist-Roboterarmstellung und der zweiten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers sein).
Das Kalibrieren der Steuerung umfasst in einer Ausführung ein Ermitteln, in einer Weiterbildung ein Parametrieren und/oder Abspeichern, einer Abbildung zwischen Ist- Posen und Soll-Posen des ersten Fingers und/oder einer Abbildung zwischen Ist- Posen und Soll-Posen des zweiten Fingers des Greifers, in einer Weiterbildung eine Zuordnung von Soll-Posen des entsprechenden Fingers zu(m Anfahren) gewünschter Ziel-Posen und/oder eine Zuordnung von Ist-Posen des entsprechenden Fingers zu, insbesondere kommandierten oder erfassten, Soll-Posen. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Kalibrieren der Steuerung in einer Ausführung ein Ermitteln, in einer Weiterbildung ein Parametrieren und/oder Abspeichern, einer Korrektur zwischen Ist- Posen und Soll-Posen des ersten Fingers und/oder einer Korrektur zwischen Ist- Posen und Soll-Posen des zweiten Fingers des Greifers, in einer Weiterbildung eine Korrektur von Soll-Posen des entsprechenden Fingers zum Anfahren gewünschter Ziel-Posen und/oder eine Korrektur von Ist-Posen des entsprechenden Fingers für, insbesondere kommandierte oder erfasste, Soll-Posen. Die Abbildung bzw. Korrektur kann in einer Weiterbildung für unterschiedliche Roboterarm- und/oder Fingerstellungen unterschiedlich sein, wodurch in einer Ausführung die Präzision erhöht werden kann. Gleichermaßen kann die Abbildung bzw. Korrektur auch einen konstanten Offset aufweisen, der vorteilhaft durch Mittelung oder dergleichen ermittelt werden kann.
Umfasst beispielsweise ein Kinematikmodell des Greifers eine Zuordnung x(a) = k-a + xo mit dem Verstellweg a eines Fingers relativ zur Greiferbasis und einer Position x seiner Fingerspitze relativ zur Greiferbasis in Verstellrichtung, so können zum Beispiel verschiedene kommandierte oder erfasste Verstellwege ai , a2 oder zugehörige Positionen Xi = k-ai + x0, x2 = k-a2 + x0, erste bzw. zweite Soll-Posen im Sinne der vorliegenden Erfindung sein. Entsprechend kann ein Kalibrieren ein Ermitteln der Parameter k, x0 derart, dass für eine erste Ist-Roboterarmstellung und Verstellwege ai , a2 ermittelte Positionen xn, x2i und für eine zweite Ist-Roboterarmstellung und Verstellwege ai , a3 ermittelte Positionen xi2, x32 die Abweichung |xn - k-ai + x0| + |x2i - k-a2 + x0| + |xi2 - k-ai + x0| + |xs2 - k-a3 + x0| minimal wird, umfassen. Gleichermaßen kann ein konstanter Offset xkOrr ermittelt werden, der das Kinematikmodell entsprechend korrigiert, zum Beispiel x = k-a + x0 + xkOrr oder dergleichen. Diese einfachen Beispiele dienen nur der Illustration, dem Fachmann ist klar, dass auch komplexere Abbildungen bzw. Korrekturen möglich sind, in einer besonders bevorzugten Ausführung unterschiedliche Abbildungen bzw. Korrekturen für verschiedene Fingerstellungen und/oder Roboterarmstellungen.
In einer Ausführung erfolgt ein Ermitteln einer ersten und/oder zweiten Ist-Pose des ersten und/oder zweiten Fingers (jeweils) auf Basis eines theoretischen, vorzugsweise kinematischen, Modells des Greifers und/oder auf Basis einer Objekterkennung , . Die Aufnahmevorrichtung umfasst besonders bevorzugt eine Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen von digitalen und/oder dreidimensionalen Bildern, kann insbesondere wenigstens eine 3D-Kamera und/oder wenigstens zwei räumlich voneinander beabstandete Kameras und/oder wenigstens einen Scannner, vorzugsweise zum dreidimensionalen Scannen, aufweisen. In einer Ausführung weist ein hier genanntens Bild (jeweils) eine Punktewolke, vorzugsweise eine dreidimensionale Punktewolke, auf, kann insbesondere eine solche sein bzw. aus einer solchen bestehen. Entsprechend wird insbesondere eine mithilfe einer Aufnahmevorrichtung aufgenommene dreidimensionale Punktewolke als (mithilfe der Aufnahmevorrichtung aufgenommenes) Bild bezeichnet, welches allgemein in einer Ausführung ein dreidimensionales Bild ist.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Kalibrieren der Steuerung zum Steuern des Roboterarms und/oder des von dem Roboterarm geführten Greifers, in einer Weiterbildung ein System zum Steuern des Roboterarms und/oder Greifers, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
- einen bzw. den Roboterarm und einen bzw. den von dem Roboterarm geführten Greifer;
- eine bzw. die Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen eines ersten Bildes des robotergeführten Greifers bei einer ersten Ist-Roboterarmstellung des Roboterarms und einer ersten Ist-Fingerstellung eines ersten Fingers des Greifers relativ zu einer Basis des Greifers; und
- eine bzw. die Steuerung zum Steuern des Roboterarms und/oder Greifers, die ihrerseits aufweist:
- Mittel zum Ermitteln einer ersten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses ersten Bildes;
- Mitteln zum Ermitteln einer ersten Soll-Pose des ersten Fingers für diese erste Ist-Fingerstellung und diese erste Ist-Roboterarmstellung; und
- Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermitteln ersten Ist- Pose und ersten Soll-Pose des ersten Fingers. Die Steuerung kann dabei verteilt sein bzw. verteilte Mittel aufweisen, insbesondere kann sie in einer Ausführung ein Modul zum Steuern des Roboterarms und/oder Greifers und ein eigenes Modul zum Kalibrieren dieses Moduls zum Steuern aufweisen.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf:
- Mitteln zum Verstellen des ersten Fingers in eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der erste Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist;
- Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Soll-Pose des ersten Fingers für diese zweite Ist-Fingerstellung;
- Mitteln zum Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Greifers bei dieser zweiten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers; und
- Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses Bildes; und
- Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist- Pose und zweiten Soll-Pose des ersten Fingers.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf:
- Mitteln zum Ermitteln einer ersten Soll-Pose wenigstens eines zweiten Fingers des Greifers für eine erste Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers relativ zu der Basis des Greifers;
- Mitteln zum Ermitteln einer ersten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser ersten Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers aufgenommen worden ist; und
- Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermitteln ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des zweiten Fingers.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf:
- Mitteln zum Verstellen des zweiten Fingers in wenigstens eine zweite Ist- Fingerstellung, in der der zweite Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist;
- Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers für diese zweite Ist-Fingerstellung; - Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser zweiten Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers aufgenommen worden ist; und
- Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist- Pose und zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf:
- Mitteln zum Verstellen des Roboterarms in wenigstens eine zweite Ist- Roboterarmstellung;
- Mitteln zum Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Greifers bei dieser zweiten Ist-Roboterarmstellung;
- Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses Bildes; und
- Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist- Pose des ersten Fingers und einer für diese zweite Ist-Roboterarmstellung und zweite Ist-Pose des ersten Fingers ermittelten zweiten Soll-Pose des ersten Fingers.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf:
- Mitteln zum Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis des Bildes, das bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung aufgenommen worden ist; und
- Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist- Pose des zweiten Fingers und einer für diese zweite Ist-Roboterarmstellung und zweite Ist-Pose des zweiten Fingers ermittelten zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf: Mittel zum Ermitteln, insbesondere Parametrieren und/oder Abspeichern, einer Abbildung und/oder Korrektur zwischen Ist-Posen und Soll-Posen weniges eines Fingers des Greifers zum Kalibrieren der Steuerung.
In einer Ausführung weist das System bzw. seine Steuerung bzw. seine Mittel auf: Mittel zum Ermitteln einer Ist-Pose eines Fingers auf Basis eines Bildes auf Basis einer Bildverarbeitung dieses Bildes und/oder eines theoretischen Modells des Greifers, insbesondere auf Basis einer Objekterkennung. Ein System und/oder ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere wenigstens eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU), Graphikkarte (GPU) oder dergleichen, und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit 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 Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Steuerung kalibrieren bzw. den Roboterarm mit dem von dem Roboterarm geführten Greifer betreiben kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere computerlesbares und/oder nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. von Anweisungen bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm bzw. mit darauf gespeicherten Anweisungen aufweisen, insbesondere sein. In einer Ausführung veranlasst ein Ausführen dieses Programms bzw. dieser Anweisungen durch ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer oder eine Anordnung von mehreren Computern, das System bzw. die Steuerung, insbesondere den bzw. die Computer, dazu, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen, bzw. sind das Programm bzw. die Anweisungen hierzu eingerichtet.
In einer Ausführung sind ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise computerimplementiert bzw. werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert: Fig. 1 : ein System zum Kalibrieren einer Steuerung zum Steuern eines Roboterarms und eines von dem Roboterarm geführten Greifers nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2: ein Verfahren zum Kalibrieren der Steuerung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein System zum Kalibrieren einer Steuerung 3 zum Steuern eines Roboterarms 10 und eines von dem Roboterarm geführten Greifers nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Der Roboterarm 10 weist eine Roboterbasis 11 , sechs Drehgelenke, deren Stellungen mit qi, ... ,q6 angedeutet sind, und einen Endflansch 12 auf, an dem eine Basis 20 des Greifers befestigt ist, an der translatorisch verstellbar ein erster Finger 21 und ein zweiter Finger 22 des Greifers angeordnet sind, deren Verstellung zum Öffnen bzw. Schließen des Greifers durch Bewegungsdoppelpfeile angedeutet ist.
Die Steuerung 3 kommuniziert mit dem Roboterarm 10 und Greifer, insbesondere deren Antrieben (nicht dargestellt), und einer 3D-Aufnahmevorrichtung 4.
In einem ersten Schritt S10 (vgl. Fig. 2) wird der Roboterarm 10 so verstellt, dass der Greifer möglichst gut von der 3D-Aufnahmevorrichtung 4 erfasst werden kann. Die beiden Finger 21 , 22 weisen exemplarisch die in Fig. 1 angedeuteten Ist- Fingerstellungen relativ zur Greiferbasis 20 auf.
In einem Schritt S20 wird mithilfe der 3D-Aufnahmevorrichtung 4 ein erstes Bild des robotergeführten Greifers bei dieser ersten Ist-Roboterarmstellung des Roboterarms und dieser ersten Ist-Fingerstellung des ersten Fingers 21 und zweiten Fingers 22 aufgenommen.
In einem Schritt S30 werden auf Basis dieses ersten Bildes eine erste Ist-Pose des ersten Fingers 21 sowie eine erste Ist-Pose des zweiten Fingers 22 jeweils relativ zur Greiferbasis 20 ermittelt. Exemplarisch ist die erste Ist-Pose y2i des ersten Fingers 21 relativ zur Greiferbasis 20 durch einen Pfeil symbolisiert, der eine Position der Fingerspitze 21A in einem greiferbasisfesten Koordinatensystem K20 andeutet. Diese Ermittlung erfolgt in an sich bekannter und daher hier nicht näher erläuterter Weise, beispielsweise indem in einer mithilfe der 3D-Aufnahmevorrichtung aufgenommenen Punktewolke Kanten bzw. Ecken der Finger 21 , 22 und der Greiferbasis erkannt werden, vorteilhafterweise auf Basis eines CAD-Modells des Greifers.
In einem Schritt S40 werden eine erste Soll-Pose des ersten Fingers sowie eine erste Soll-Pose des zweiten Fingers 22 für diese ersten Ist-Fingerstellungen und diese erste Ist-Roboterarmstellung ermittelt, wie sie sich aus den kommandierten bzw. angefahrenen, in einer Ausführung sensorisch erfassten, Ist-Fingerstellungen des ersten Fingers 21 und zweiten Fingers 22 jeweils relativ zur Greiferbasis 20 und einem entsprechenden Kinematikmodell des Greifers ergibt. Wiederum exemplarisch ist die erste Soll-Pose x2i des ersten Fingers 21 relativ zur Greiferbasis 20 durch einen Pfeil symbolisiert. Gestrichelt ist dabei die Konfiguration 21 ‘ des ersten Fingers 21 entsprechend dem Kinematikmodell angedeutet. Man erkennt, dass die Ist-Pose y2i von der Soll-Pose x2i abweicht, so dass die Fingerspitze 21 A nicht die gewünschte Pose aufweist, die durch Anfahren bzw. Kommandieren der entsprechenden Roboterarm- und Fingerstellungen angefahren werden soll.
Entsprechend kann auf Basis der (Abweichung zwischen) Ist-Pose y2i und Soll-Pose x2i eine Korrektur bzw. Abbildung y2i = y2i(x2i) bzw. x2i = x2i(y2i) ermittelt werden, die diese Abweichung reduziert, vorzugsweise minimiert. Anhand des Ausführungsbeispiels wird deutlich, dass die Soll-Pose beispielsweise auch nur ein(e) eindimensionale(r) Position bzw. Verstellweg des Fingers relativ zur Greiferbasis 20 in dessen Verstellrichtung sein kann, wobei dann jeder solchen Position jeweils beispielsweise die dadurch realisierte dreidimensionale Ist-Position der Fingerspitze bzw. umgekehrt jeder dreidimensionale Ist-Position der Fingerspitze eine entsprechende eindimensionale Position des Fingers relativ zur Greiferbasis 20 zugeordnet werden kann, um diese anzufahren.
Die Ermittlung der ersten Soll-Posen bzw. Schritt S40 kann auch vor oder während dem Verstellen des Roboterarms 10 (Schritt S10), Aufnehmen des Bildes (Schritt S20) oder Ermitteln der Ist-Posen (Schritt S30) erfolgen.
In einem Schritt S50 werden in der ersten Ist-Roboterarmstellung, d. h. (noch) ohne Verstellen des Roboterarms 10, der erste Finger 21 und der zweite Finger 22 jeweils in eine zweite Ist-Fingerstellung verstellt und in vorstehend mit Bezug auf die Schritte S20-S40 erläuterter Weise ein Bild des robotergeführten Greifers bei der ersten Ist- Roboterarmstellung und mit den zweiten Ist-Fingerstellungen aufgenommen, hieraus die jeweilige (zweite) Ist-Pose des ersten bzw. zweiten Fingers ermittelt sowie aus den kommandierten bzw. angefahrenen, in einer Ausführung sensorisch erfassten, Ist-Fingerstellungen die entsprechenden (zweiten) Soll-Posen des ersten und zweiten Fingers ermittelt.
Dann wird in einem Schritt S60 der Roboterarm 10 in eine zweite Ist- Roboterarmstellung verstellt, d. h. eine oder mehrere der Gelenkstellungen q-i, ... ,q6 verändert, und in vorstehend mit Bezug auf die Schritte S20-S40 bzw. S50 erläuterter Weise ein Bild des robotergeführten Greifers bei dieser zweiten Ist- Roboterarmstellung und mit den zweiten Ist-Fingerstellungen aufgenommen und hieraus jeweils eine (weitere zweite) Ist-Pose des ersten bzw. zweiten Fingers ermittelt. Da, wie vorstehend erläutert, die Ist-Posen jeweils relativ zur Greiferbasis 20 ermittelt werden, ändern sich dabei vorteilhaft die zugehörigen Soll-Posen nicht, so dass deren Ermitteln bereits in Schritt S50 erfolgte bzw. die dabei ermittelten Soll- Posen auch als Soll-Posen für die zweite Ist-Roboterarmstellung und zweiten Ist- Fingerstellungen übernommen und dadurch ermittelt werden können.
Dann werden in einem Schritt S70 in der zweiten Ist-Roboterarmstellung, d. h. ohne Verstellen des Roboterarms 10, der erste Finger 21 und der zweite Finger 22 jeweils in die oben erläuterte erste oder eine andere Ist-Fingerstellung verstellt und in vorstehend mit Bezug auf die Schritte S20-S40, S50 bzw. S60 erläuterter Weise ein Bild des robotergeführten Greifers bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung und mit diesen ersten bzw. anderen Ist-Fingerstellungen aufgenommen, hieraus jeweils eine (andere zweite) Ist-Pose des ersten bzw. zweiten Fingers ermittelt sowie aus den kommandierten bzw. angefahrenen, in einer Ausführung sensorisch erfassten, Ist- Fingerstellungen die entsprechenden (zweiten) Soll-Posen des ersten und zweiten Fingers ermittelt.
In einem Schritt S80 wird die Steuerung 3 auf Basis dieser für die verschiedenen Roboterarm- und Fingerstellung ermittelten Ist- und Soll-Posen der beiden Finger 21 , 22 kalibriert. In einem sehr einfachen Beispiel wird ein Offset zwischen der eindimensionalen Position des jeweiligen Fingers relativ zur Greiferbasis 20 in dessen Verstellrichtung und der entsprechenden Position seiner Fingerspitze derart parametriert, dass die betragsmäßige Abweichung zwischen Soll- und Ist-Posen im Mittel minimal wird. Dem Fachmann ist klar, dass vorteilhaft auch komplexere Abbildungen ermittelt werden können, die jeweils kommandierten Positionen der Finger entsprechende tatsächliche Fingerspitzenposen zuordnen (Vorwärtskinematik bzw. -transformation) bzw. umgekehrt gewünschten Fingerspitzenposen zu kommandierende Fingerpositionen zuordnen (Rückwärtskinematik bzw. -transformation).
In einem Schritt S90 werden der Roboterarm 10 und der von dem Roboterarm geführte Greifer mithilfe der in Schritt S80 kalibrierten Steuerung gesteuert.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
So können in der ersten und/oder zweiten Ist-Roboterarmstellung noch ein oder mehrere weitere Fingerstellungen und/oder zusätzlich eine oder mehrere weitere Ist- Roboterarmstellungen mit je einer oder mehreren Ist-Fingerstellungen angefahren, aus entsprechenden Bildern entsprechende zusätzliche Ist-Posen des bzw. der Finger ermittelt und beim Kalibrieren berücksichtigt bzw. verwendet werden. Durch die Nutzung von zwei oder mehr Ist-Roboterarmstellungen und die Nutzung von zwei oder mehr Ist-Fingerstellungen kann vorteilhaft eine breite(re) Datenbasis zum Kalibrieren verwendet und dadurch eine Präzision, Gültigkeit und/oder Zuverlässigkeit verbessert werden. 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
3 Steuerung
4 Aufnahmevorrichtung 10 Roboterarm
11 Roboterarmbasis
12 Roboterarmendflansch
20 Greiferbasis
21 erster Finger 21 ‘ Konfiguration des ersten Fingers
21A Fingerspitze
22 zweiter Finger qi - qe Roboterarmgelenkstellung
X21 Soll-Pose y2i Ist-Pose

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Kalibrieren einer Steuerung (3) zum Steuern eines Roboterarms
(10) und/oder eines von dem Roboterarm geführten Greifers (20, 21 , 22), mit den Schritten:
- Aufnehmen (S20) eines ersten Bildes des robotergeführten Greifers bei einer ersten Ist-Roboterarmstellung des Roboterarms und einer ersten Ist- Fingerstellung eines ersten Fingers (21) des Greifers relativ zu einer Basis (20) des Greifers mithilfe einer Aufnahmevorrichtung (4);
- Ermitteln (S30) einer ersten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses ersten Bildes;
- Ermitteln (S40) einer ersten Soll-Pose des ersten Fingers für diese erste Ist- Fingerstellung und diese erste Ist-Roboterarmstellung; und
- Kalibrieren (S80) der Steuerung auf Basis dieser ermittelten ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des ersten Fingers.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , mit den Schritten:
- Verstellen des ersten Fingers in eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der erste Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist;
- Ermitteln einer zweiten Soll-Pose des ersten Fingers für diese zweite Ist- Fingerstellung;
- Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Greifers bei dieser zweiten Ist- Fingerstellung des ersten Fingers; und
- Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses Bildes; wobei die Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose und zweiten Soll-Pose des ersten Fingers kalibriert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
- Ermitteln einer ersten Soll-Pose wenigstens eines zweiten Fingers (22) des Greifers für eine erste Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers relativ zu der Basis des Greifers; und
- Ermitteln einer ersten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser ersten Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers aufgenommen worden ist; wobei die Steuerung auf Basis dieser ermittelten ersten Ist-Pose und ersten Soll- Pose des zweiten Fingers kalibriert wird. Verfahren nach Anspruch 3, mit den Schritten:
- Verstellen des zweiten Fingers in wenigstens eine zweite Ist-Fingerstellung, in der der zweite Finger relativ zu der Basis des Greifers eine veränderte Stellung aufweist;
- Ermitteln einer zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers für diese zweite Ist- Fingerstellung;
- Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis eines Bildes, welches bei dieser zweiten Ist-Fingerstellung des zweiten Fingers aufgenommen worden ist; wobei die Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose und zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers kalibriert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
- Verstellen des Roboterarms in wenigstens eine zweite Ist-Roboterarmstellung;
- Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Greifers bei dieser zweiten Ist- Roboterarmstellung; und
- Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses Bildes; wobei die Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose des ersten Fingers und einer für diese zweite Ist-Roboterarmstellung und zweite Ist-Pose des ersten Fingers ermittelten zweiten Soll-Pose des ersten Fingers kalibriert wird. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren den Schritt aufweist:
- Ermitteln einer zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers auf Basis des Bildes, das bei der zweiten Ist-Roboterarmstellung aufgenommen worden ist; wobei die Steuerung auf Basis dieser ermittelten zweiten Ist-Pose des zweiten Fingers und einer für diese zweite Ist-Roboterarmstellung und zweite Ist-Pose des zweiten Fingers ermittelten zweiten Soll-Pose des zweiten Fingers kalibriert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kalibrieren der Steuerung ein Ermitteln, insbesondere Parametrieren und/oder Abspeichern, einer Abbildung und/oder Korrektur zwischen Ist-Posen und Soll-Posen wenigstens eines Fingers des Greifers umfasst. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Ermitteln einer Ist-Pose eines Fingers auf Basis eines Bildes auf Basis einer Objekterkennung und/oder eines theoretischen Modells des Greifers erfolgt. Verfahren zum Betreiben eines Roboterarms (10) mit einem von dem Roboterarm geführten Greifer (20, 21 , 22) mithilfe einer Steuerung (3), wobei die Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche kalibriert und der Roboterarm und/oder Greifer mithilfe der kalibrierten Steuerung gesteuert wird. System zum Kalibrieren einer Steuerung (3) zum Steuern eines Roboterarms (10) und/oder eines von dem Roboterarm geführten Greifers (20, 21 , 22), insbesondere System zum Steuern des Roboterarms und/oder Greifers, wobei das System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist:
- einen Roboterarm (10) und einen von dem Roboterarm geführten Greifer (20, 21 , 22);
- eine Aufnahmevorrichtung (4) zum Aufnehmen eines ersten Bildes des robotergeführten Greifers bei einer ersten Ist-Roboterarmstellung des Roboterarms und einer ersten Ist-Fingerstellung eines ersten Fingers (21) des Greifers relativ zu einer Basis (20) des Greifers; und
- eine Steuerung (3) zum Steuern des Roboterarms und/oder Greifers mit:
- Mitteln zum Ermitteln einer ersten Ist-Pose des ersten Fingers auf Basis dieses ersten Bildes;
- Mitteln zum Ermitteln einer ersten Soll-Pose des ersten Fingers für diese erste Ist-Fingerstellung und diese erste Ist-Roboterarmstellung; und
- Mitteln zum Kalibrieren der Steuerung auf Basis dieser ermittelten ersten Ist-Pose und ersten Soll-Pose des ersten Fingers. Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, insbesondere auf einem computerlesbaren und/oder nicht-flüchtigen Speichermedium gespeicherte, Anweisungen enthält, die bei der Ausführung durch einen oder mehrere Computer oder ein System nach Anspruch 10 den oder die Computer oder das System dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
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