WO2019214932A2 - Verfahren und system zum steuern eines roboters - Google Patents

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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
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    • B25J9/1641—Program controls characterised by the control loop compensation for backlash, friction, compliance, elasticity in the joints
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39181—Compensation of coulomb friction in joint

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for controlling a robot and to a computer program product for carrying out the method.
  • Robotic joints are subject to friction, the friction being directed counter to a direction of movement of the joint.
  • the object of the present invention is to improve the operation of a robot, preferably to reduce the above-mentioned disadvantage. This object is achieved by a method having the features of claim 1. Claims 8, 9 protect a system or computer program product for carrying out a method described herein. The subclaims relate to advantageous developments.
  • rotary or sliding joint one, in one embodiment mobile, more, in one embodiment at least three, in particular at least six, in one
  • the present invention in particular due to the there regularly higher friction loads and / or missing
  • friction compensation can be the determination of a virtual friction used in an embodiment in a dynamic model for, in particular, compliant, rules of the robot, and / or the Imprinting a, in particular model-based (determined compensation load, in particular a compensation force or a compensation torque, for
  • a direction of the (assumed or to be compensated) friction or the movement of the joint is predetermined, and thus a (still) advantageous (re), especially at a start of movement or low speeds. Friction compensation can be performed.
  • a second friction compensation different from the first friction compensation is carried out for the (respective) joint at one or more second speeds of the joint in the first operating mode (in each embodiment) a second virtual friction is determined (respectively) ) imprinted a second compensation load.
  • a stronger second compared to the first friction compensation is carried out for the (respective) joint at one or more second velocities of the joint, which are higher than the first velocity, in the first operating mode (respectively).
  • Friction compensation performed, in one embodiment (each) determines a relation to the first virtual friction stronger second virtual friction or (respectively) imprinted a stronger compared to the first compensation load second compensation load, and in addition to one or more compared to the first
  • Speed of lower second velocities of the joint in the first mode of operation also performed (each) a stronger compared to the first friction compensation second friction compensation, in one embodiment (respectively) compared to the first virtual friction stronger second virtual friction determined or (respectively) one compared to the first Compensation load stronger second compensation load imprinted.
  • the one or more of the second or the second articulation is for the (respective) joint
  • an at least section-wise constant friction compensation can be predetermined in different directions and thus, in particular, at one
  • Friction compensation can be performed.
  • the same friction compensation is performed for the (respective) joint at at least one other speed different from the first speed in the first and second operating modes, in each case the same from a predetermined minimum speed of the joint in the first and second operating modes
  • Friction compensation performed in particular so (each) determines the same virtual friction or imprinted the same compensation load.
  • the friction compensation can be carried out or carried out automatically outside the speed range specified by the minimum amount, independently of the selection of the operating mode, and thus detected in a higher speed range Speed of the joint based, whereby the friction compensation (further) can be improved.
  • one or more of the aforementioned friction compensations in particular virtual friction or
  • Hyperbolic tangent of a linear function K 22 ⁇ w depends on the velocity, and / or has a fraction K 3 i ⁇ bcr (-K 32 ⁇ w 2 ) ⁇ K 33 ⁇ w, that of the natural
  • Exponential function of a quadratic function -K ⁇ -co 2 of velocity and depends on a linear function K 33 ⁇ w of velocity (T (w) K r co + K 2r tanh (K 22 co) + Ksrexp -K ⁇ -co ⁇ -Kss-co; K ⁇ . K 33 > 0).
  • switching between the first and second operating modes is possible by means of a switching means which, in a development, is connected to the robot, in particular the (respective) Joint, or one, in particular portable, input device for controlling, in particular programming, the robot arranged and / or designed hardware or software technology, in one embodiment has a physical or software switch, in particular one.
  • a switching means which, in a development, is connected to the robot, in particular the (respective) Joint, or one, in particular portable, input device for controlling, in particular programming, the robot arranged and / or designed hardware or software technology, in one embodiment has a physical or software switch, in particular one.
  • a system in particular hardware and / or software, in particular program technology, is set up to carry out a method described here and / or has one or more
  • Switching means for, in particular manual or active, switching between the first and second operating modes, in an embodiment for, in particular manual or active, switching between the first operating mode and the first and second operating modes on.
  • system or its agent has:
  • Friction compensation different friction compensation in the second mode of operation, in particular the (other) other second
  • Velocity of the joint in the first and second modes of operation in particular for performing in each case the same friction compensation in the first and second operating modes from a predetermined minimum amount; and / or means for determining a virtual friction and / or imprinting a
  • 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.
  • a computer program product may comprise, in particular, a nonvolatile storage medium for storing a program or a program stored thereon, wherein execution of this program is prompted by a system or a controller, in particular a computer, here described method or perform one or more of its steps.

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Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Roboters (10), wobei, insbesondere manuell, zwischen einem ersten Betriebsmodus (S10), in dem für wenigstens ein Gelenk (A1; A2) des Roboters bei einer ersten Geschwindigkeit (ω1) dieses Gelenks eine erste Reibungskompensation durchgeführt wird, und einem zweiten Betriebsmodus (S11) umschaltbar ist, in dem für dieses Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit keine oder eine von der ersten Reibungskompensation verschiedene Reibungskompensation durchgeführt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und System zum Steuern eines Roboters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Steuern eines Roboters sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens. Robotergelenke sind reibungsbehaftet, wobei die Reibung einer Bewegungsrichtung des Gelenks entgegengerichtet ist.
Wird aufgrund von Messrauschen oder dergleichen irrtümlich bei stillstehendem Gelenk eine Bewegung des Gelenks, insbesondere in wechselnden Richtungen, erfasst, führt dies entsprechend zu einer fälschlichen Annahme (wechselnder)
Reiblasten.
Aus der US 2006/0041249 A1 ist ein Verfahren zur Reibungskompensation bei einem Medizinroboter bekannt. Um dabei eine fehlerhafte Kompensation solcher fälschlichen (wechselnden) Reiblasten zu vermeiden, schlägt die US 2006/0041249 A1 vor, im Bereich kleiner Gelenkgeschwindigkeiten ein zyklisch wechselndes Drehmoment aufzuschalten.
Nachteilig erhöht dies den Energieverbrauch, was besonders bei mobilen Robotern mit autonomer Energieversorgung unerwünscht ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb eines Roboters zu verbessern, vorzugsweise den oben genannten Nachteil zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 8, 9 stellen ein System bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist bzw. wird beim bzw. zum Steuern eines Roboters, insbesondere manuell bzw. aktiv, zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus umschaltbar bzw. umgeschaltet, wobei
- in dem ersten Betriebsmodus für ein oder mehrere Gelenke des Roboters (jeweils) bei einer ersten Geschwindigkeit dieses Gelenks eine erste
Reibungskompensation durchgeführt wird, und
- in dem zweiten Betriebsmodus für dieses bzw. das jeweilige Gelenk (jeweils) bei der(selben) ersten Geschwindigkeit keine Reibungskompensation oder eine von dieser ersten Reibungskompensation verschiedene, insbesondere schwächere, Reibungskompensation durchgeführt wird.
Somit kann in einer Ausführung wahlweise in dem ersten Betriebsmodus die
Reibungskompensation abhängig von einer erfassten Geschwindigkeit des Gelenks sein bzw. durchgeführt werden oder stattdessen in dem zweiten Betriebsmodus entfallen oder von einer (erfassten) Geschwindigkeit des Gelenks wenigstens bereichsweise unabhängig sein bzw. durchgeführt werden.
Auf diese Weise kann in einer Ausführung einerseits im zweiten Betriebsmodus ein Energieverbrauch reduziert und trotzdem im ersten Betriebsmodus insbesondere auch bei einem Bewegungsstart bzw. kleinen Geschwindigkeiten eine vorteilhafte Reibungskompensation durchgeführt werden.
Das bzw. die Gelenk(e) ist/sind in einer Ausführung (jeweils) ein Gelenk,
insbesondere Dreh- oder Schubgelenk, eines, in einer Ausführung mobilen, mehr-, in einer Ausführung wenigstens drei-, insbesondere wenigstens sechs-, in einer
Ausführung wenigstens siebenachsigen Roboters, insbesondere einer Zusatzachse zum Bewegen eines, insbesondere wenigstens sechs-, in einer Ausführung
wenigstens siebenachsigen Roboterarms.
Bei solchen Robotern bzw. Gelenken kann die vorliegende Erfindung, insbesondere aufgrund der dort regelmäßig höheren Reiblasten und/oder fehlenden
Gelenklastsensoren, mit besonderem Vorteil verwendet werden.
Eine Reibungskompensationen kann insbesondere das Ermitteln einer virtuellen Reibung, die in einer Ausführung in einem dynamischen Modell zum, insbesondere nachgiebigen, Regeln des Roboters verwendet bzw. berücksichtigt wird, und/oder das Aufprägen einer, insbesondere modellgestützt( ermittelten Kompensationslast, insbesondere einer Kompensationskraft bzw. eines Kompensationsmoments, zur
Kompensation von Reibung am, insbesondere im, Geienk aufweisen, insbesondere sein. Entsprechend wird in einer Ausführung
- in dem ersten Betriebsmodus bei der ersten Geschwindigkeit eine erste virtuelle Reibung ermittelt bzw. eine erste Kompensationslast aufgeprägt und
- in dem zweiten Betriebsmodus bei der(selben) ersten Geschwindigkeit keine
virtuelle Reibung ermittelt bzw. Kompensationslast aufgeprägt bzw. eine von der ersten virtuellen Reibung verschiedene, insbesondere schwächere, virtuelle Reibung ermittelt bzw. eine von der ersten Kompensationslast verschiedene, insbesondere schwächere, Kompensationslast aufgeprägt.
In einer Ausführung ist bzw. wird, insbesondere manuell bzw. aktiv, zwischen
- dem ersten Betriebs modus,
- einer ersten Betriebsart des zweiten Betriebsmodus, in dem für das Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit eine von der ersten Reibungskompensation verschiedene andere erste Reibungskompensation durchgeführt,
- insbesondere eine von der ersten virtuellen Reibung verschiedene andere erste virtuelle Reibung ermittelt bzw. eine von der ersten
Kompensationslast verschiedene andere erste Kompensationslast aufgeprägt,
wird, und
- einer zweiten Betriebsari des zweiten Betriebsmodus umschaltbar bzw.
umgeschaltet, in dem für das Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit eine von der ersten und anderen ersten Reibungskompensation verschiedene, insbesondere zu der anderen ersten Reibungskompensation gegensinnige, weitere erste
Reibungskompensation durchgeführt,
- insbesondere von der ersten und anderen ersten virtuellen Reibung
verschiedene, insbesondere zu der anderen ersten virtuellen Reibung gegensinnige, weitere erste virtuelle Reibung ermittelt bzw. eine von der ersten und anderen ersten Kompensationslast verschiedene, insbesondere zu der anderen ersten Kompensationslast gegensinnige, weitere erste Kompensationslast aufgeprägt
wird. Somit kann in einer Ausführung durch das Umschalten zwischen der ersten und zweiten Betriebsart eine Richtung der (anzunehmenden bzw. zu kompensierenden) Reibung bzw. der Bewegung des Gelenks vorgegeben und so insbesondere bei einem Bewegungsstart bzw. kleinen Geschwindigkeiten eine (noch) vorteilhafte(re) Reibungskompensation durchgeführt werden.
In einer Ausführung wird für das (jeweilige) Gelenk bei einer oder mehreren zweiten Geschwindigkeiten des Gelenks in dem ersten Betriebsmodus (jeweils) eine von der ersten Reibungskompensation verschiedene zweite Reibungskompensation durchgeführt, in einer Ausführung (jeweils) eine zweite virtuelle Reibung ermittelt bzw. (jeweils) eine zweite Kompensationslast aufgeprägt. In einer Weiterbildung wird für das (jeweilige) Gelenk bei einer oder mehreren gegenüber der ersten Geschwindigkeit höheren zweiten Geschwindigkeiten des Gelenks in dem ersten Betriebsmodus (jeweils) eine gegenüber der ersten Reibungskompensation stärkere zweite
Reibungskompensation durchgeführt, in einer Ausführung (jeweils) eine gegenüber der ersten virtuellen Reibung stärkere zweite virtuelle Reibung ermittelt bzw. (jeweils) eine gegenüber der ersten Kompensationslast stärkere zweite Kompensationslast aufgeprägt, und zusätzlich bei einer oder mehreren gegenüber der ersten
Geschwindigkeit niedrigeren zweiten Geschwindigkeiten des Gelenks in dem ersten Betriebsmodus ebenfalls (jeweils) eine gegenüber der ersten Reibungskompensation stärkere zweite Reibungskompensation durchgeführt, in einer Ausführung (jeweils) eine gegenüber der ersten virtuellen Reibung stärkere zweite virtuelle Reibung ermittelt bzw. (jeweils) eine gegenüber der ersten Kompensationslast stärkere zweite Kompensationslast aufgeprägt.
Hierdurch kann in einer Ausführung sowohl eine viskose als auch eine
Stribeck-Reibung nachgebildet und damit die Reibung besser kompensiert werden.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung in dem zweiten Betriebsmodus für das (jeweilige) Gelenk bei der bzw. einer oder mehreren der zweiten
Geschwindigkeiten jeweils) keine oder eine von der (jeweiligen) zweiten
Reibungskompensation verschiedene Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere keine bzw. eine von der (jeweiligen) zweiten virtuellem Reibung verschiedene virtuelle Reibung ermittelt bzw. eine von der (jeweiligen) zweiten
Kompensationslast verschiedene Kompensationslast aufgeprägt, in einer Ausführung - in der ersten Betriebsart eine von der (jeweiligen) zweiten Reibungskompensation verschiedene andere zweite Reibungskompensation, insbesondere die andere erste Reibungskompensation, durchgeführt,
- insbesondere eine von der (jeweiligen) zweiten virtuellen Reibung
verschiedene andere zweite virtuelle Reibung ermittelt bzw. eine von der (jeweiligen) zweiten Kompensationslast verschiedene andere zweite Kompensationslast aufgeprägt,
und
- in der zweiten Betriebsart eine von der (jeweiligen) zweiten und anderen zweiten Reibungskompensation verschiedene weitere zweite Reibungskompensation, insbesondere die weitere erste Reibungskompensation, durchgeführt,
insbesondere eine von der (jeweiligen) zweiten und anderen zweiten virtuellen Reibung verschiedene weitere zweite virtuelle Reibung ermittelt bzw. eine von der (jeweiligen) zweiten und anderen zweiten
Kompensationslast verschiedene weitere zweite Kompensationslast aufgeprägt.
Hierdurch kann in einer Ausführung durch das Umschalten zwischen der ersten und zweiten Betriebsart eine wenigstens abschnittsweise konstante Reibkompensation in unterschiedlichen Richtungen vorgegeben und so insbesondere bei einem
Bewegungsstart bzw. kleinen Geschwindigkeiten eine (noch) vorteilhafte(re)
Reibungskompensation durchgeführt werden.
In einer Ausführung wird für das (jeweilige) Gelenk bei wenigstens einer von der ersten Geschwindigkeit verschiedenen anderen Geschwindigkeit des Gelenks in dem ersten und zweiten Betriebsmodus dieselbe Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere ab einem vorgegebenen Mindestbetrag der Geschwindigkeit des Gelenks in dem ersten und zweiten Betriebsmodus jeweils dieselbe
Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere also (jeweils) dieselbe virtuelle Reibung ermittelt bzw. dieselbe Kompensationslast aufgeprägt.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Reibungskompensation außerhalb des durch den Mindestbetrag vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs automatisch unabhängig von der Wahl des Betriebsmodus erfolgen bzw. durchgeführt werden und so insbesondere in höheren Geschwindigkeitsbereichen auf einer erfassten Geschwindigkeit des Gelenks basieren, wodurch die Reibungskompensation (weiter) verbessert werden kann.
In einer Ausführung wird/werden bzw. ist/sind eine oder mehrere der vorstehend genannten Reibungskompensationen, insbesondere virtuellen Reibungen bzw.
Kompensationslasten, insbesondere -kräfte bzw. -momente, (jeweils) empirisch, insbesondere mittels Variation von Parametern einer Näherungsfunktion T(co), vorgegeben, welche in einer Weiterbildung einen linear von der Geschwindigkeit w des Gelenk abhängigen Anteil Krco, einen Anteil K21 tanh(K22 co), der vom
Hyperbeltangens einer linearen Funktion K22·w der Geschwindigkeit abhängt, und/oder einen Anteil K3i·bcr(-K32·w2)·K33·w aufweist, der von der natürlichen
Exponentialfunktion einer quadratischen Funktion -K^-co2 der Geschwindigkeit und von einer linearen Funktion K33·w der Geschwindigkeit abhängt (T(w) = Krco + K2rtanh(K22 co) + Ksrexp -K^-co^-Kss-co; KΊ . K33 > 0).
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass hierdurch die Reibungskompensation (weiter) verbessert werden kann.
Zusätzlich oder alternativ ist/sind eine oder mehrere der vorstehend genannten Reibungskompensationen, insbesondere virtuellen Reibungen bzw.
Kompensationslasten, (jeweils) unabhängig von einer erfassten Gelenklast, insbesondere -kraft bzw. -moment. Mit anderen Worten wird die vorliegende
Erfindung mit besonderem Vorteil zur Reibungskompensationen bei Robotergelenken ohne Gelenklast-, insbesondere -kraft- bzw. -momentensensor verwendet, da dieser hierbei eine besondere Bedeutung zukommt.
In einer Ausführung ist bzw. wird zwischen dem ersten und zweiten Betriebsmodus, insbesondere zwischen dem ersten Betriebsmodus und der ersten und zweiten Betriebsart des zweiten Betriebsmodus, mithilfe eines Umschaltmittels umschaltbar bzw. umgeschaltet, welches in einer Weiterbildung an dem Roboter, insbesondere dem (jeweiligen) Gelenk, oder einer, insbesondere tragbaren, Eingabevorrichtung zum Steuern, insbesondere Programmieren, des Roboters angeordnet und/oder hard- oder softwaretechnisch ausgebildet ist, in einer Ausführung einen physischen oder Softwareschalter aufweist, insbesondere ein solcher ist. Hierdurch kann in einer Ausführung das manuelle bzw. aktive Umschalten und damit die Bedienung, insbesondere eine Handführung, des Roboters verbessert werden. Entsprechend wird die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil beim
Handführen von Robotern bzw. des (jeweiligen) Gelenks verwendet.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere hard- und/oder Software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist ein bzw. das
Umschaltmittel zum, insbesondere manuellen bzw. aktiven, Umschalten zwischen dem ersten und zweiten Betriebsmodus, in einer Ausführung zum, insbesondere manuellen bzw. aktiven, Umschalten zwischen dem ersten Betriebsmodus und der ersten und zweiten Betriebsart auf.
In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
Mittel zum Durchführen der ersten Reibungskompensation für das (jeweilige) Gelenk des Roboters in dem ersten Betriebsmodus bei der ersten Geschwindigkeit und keiner oder einer von der ersten Reibungskompensation verschiedenen
Reibungskompensation in dem zweiten Betriebsmodus für dieses Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit;
Mittel zum Durchführen der anderen ersten Reibungskompensation in der ersten Betriebsart des zweiten Betriebsmodus für das (jeweilige) Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit und der weiteren ersten Reibungskompensation in der zweiten Betriebsart des zweiten Betriebsmodus für das (jeweilige) Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit;
Mittel zum Durchführen der (jeweiligen) zweiten Reibungskompensation für das (jeweilige) Gelenk bei der wenigstens einen zweiten Geschwindigkeit des Gelenks in dem ersten Betriebsmodus;
Mittel zum Durchführen keiner oder (je) einer von der (jeweiligen) zweiten
Reibungskompensation verschiedenen Reibungskompensation in dem zweiten Betriebsmodus, insbesondere der (jeweiligen) anderen zweiten
Reibungskompensation in der ersten Betriebsart und der (jeweiligen) weiteren zweiten Reibungskompensation in der zweiten Betriebsart;
Mittel zum Durchführen derselben Reibungskompensation für das (jeweilige) Gelenk bei wenigstens einer von der ersten Geschwindigkeit verschiedenen anderen
Geschwindigkeit des Gelenks in dem ersten und zweiten Betriebsmodus, insbesondere zum Durchführen jeweils derselben Reibungskompensation in dem ersten und zweiten Betriebsmodus ab einem vorgegebenen Mindestbetrag; und/oder Mittel zum Ermitteln einer virtuellen Reibung und/oder zum Aufprägen einer
Kompensationslast.
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 Roboter 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 das System bzw. sein(e) Mittel. In einer Ausführung weist das System den Roboter auf.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 : ein System zum Steuern eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 2: Verfahren zum Steuern des Roboters nach Ausführungen der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3: eine Näherungsfunktion zur Approximation einer Reibung.
Fig. 1 zeigt ein System zum Steuern eines mobilen Roboters 10 nach einer
Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei eine Robotersteuerung 2 ein Verfahren zum Steuern des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ausführt bzw. hierzu eingerichtet ist, welches nachfolgend mit Bezug auf Fig. 2, 3 näher erläutert wird.
Der mobile Roboter 10 weist einen siebenachsigen Roboterarm 1 1 auf, der verschiebbar an einer Säule 12 gelagert ist (Zusatzachse A^, welche ihrerseits drehbar an einer mobilen Basis 13 gelagert ist (Zusatzachse A2).
Diese Zusatzachsen Ai, A2 des Roboters 10 sollen zum Flandführen nachgiebig geregelt werden und weisen keine Drehmomentsensoren auf.
In einem Verfahrensschritt S1 (vgl. Fig. 2) prüft die Robotersteuerung 2, ob ein Druckschalter 3, der am Gelenk der Zusatzachse Ai angeordnet ist, aktuell betätigt ist bzw. wird.
Ist dies nicht der Fall (S1 :„0“), wird eine Reibung dieses Gelenks auf Basis einer in Fig. 3 dünn ausgezogen angedeuteten Näherungsfunktion T(co) = Krco +
K21 tanh(K22 co) + K31 exp(-K32 co2) K33 ro kompensiert. Deren Parameter Parameter Ki, ..., K33 wurden vorab empirisch derart ermittelt, dass sie Messwerte, die in Fig. 3 durch Kreise angedeutet sind, im Mittel möglichst gut approximiert.
Man erkennt in Fig. 3, in der ein virtuelles Reibmoment T über der Geschwindigkeit w des Gelenks aufgetragen ist, ein statisches Reibmoment, das einem Bewegungsstart entgegenwirkt, einen anschließenden Abschnitt, in dem das Reibmoment mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt, und einen daran anschließenden Abschnitt, in dem das Reibmoment mit zunehmender Geschwindigkeit zunimmt und der Bewegungs- bzw. Geschwindigkeitsrichtung jeweils entgegenwirkt bzw. -gesetzt ist. Diese geschwindigkeitsabhängige Reibung setzt sich aus Coulomb-Reibung und Stribeck’scher bzw. viskoser Reibung zusammen.
Bei betätigtem Schalter 3 (S1 :„1“) wird in einem Geschwindigkeitsbereich D die Reibung nicht kompensiert, außerhalb des Geschwindigkeitsbereichs D hingegen wie bei unbetätigtem Schalter bzw. wie in Schritt S10. Dies ist in Fig. 3 durch eine fett ausgezogene Linie angedeutet.
Man erkennt, dass in einem ersten Betriebsmodus (S10; dünn ausgezogen in Fig. 3) für das Gelenk bei einer ersten Geschwindigkeit cc»! dieses Gelenks eine erste Reibungskompensation durchgeführt wird, indem hierzu eine virtuelle Reibung ermittelt bzw. ein entsprechendes Kompensationsmoment aufgeprägt wird, und in einem zweiten Betriebsmodus (S1 1 ; fett ausgezogen in Fig. 3) für dieses Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit cc»! keine Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere kein Kompensationsmoment aufgeprägt wird.
Man erkennt weiter, dass in dem ersten Betriebsmodus für das Gelenk bei einer höheren bzw. schnelleren zweiten Geschwindigkeit co2 des Gelenks in dem ersten Betriebsmodus eine gegenüber der ersten Reibungskompensation stärkere zweite Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere eine stärkere virtuelle Reibung ermittelt bzw. ein stärkeres Kompensationsmoment aufgeprägt wird, und auch bei einer niedrigeren bzw. langsameren zweiten Geschwindigkeit w2· des Gelenks in dem ersten Betriebsmodus eine gegenüber der ersten Reibungskompensation stärkere zweite Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere eine stärkere virtuelle Reibung ermittelt bzw. ein stärkeres Kompensationsmoment aufgeprägt wird, während in dem zweiten Betriebsmodus auch bei diesen zweiten Geschwindigkeiten co2, co2‘ keine Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere kein
Kompensationsmoment aufgeprägt wird.
Man erkennt weiterhin, dass ab einem vorgegebenen Mindestbetrag D/2 der
Geschwindigkeit des Gelenks in dem ersten und zweiten Betriebsmodus jeweils dieselbe Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere jeweils dieselbe virtuelle Reibung ermittelt bzw. dasselbe Kompensationsmoment aufgeprägt wird, insbesondere also bei einer von der ersten Geschwindigkeit cc»! verschiedenen anderen Geschwindigkeit co3.
In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, die zusammen mit der vorstehend erläuterten Ausführung in den Fig. 1 - 3 dargestellt ist, ist der Schalter 3 als Wippschalter ausgebildet, so dass durch Betätigen wahlweise in eine erste oder zweite Betriebsart umgeschaltet werden kann.
Bei nicht betätigtem Wippschalter 3 (S1 :„0“) entspricht diese weitere Ausführung der vorstehend erläuterten Ausführung, auf deren Erläuterung entsprechend Bezug genommen wird. Ist bzw. wird der Wippschalter 3 in eine Richtung betätigt (S1 :„1“), wird dadurch vom ersten Betriebsmodus in die erste Betriebsart umgeschaltet.
In dieser wird in dem Geschwindigkeitsbereich D die Reibung durch ein konstantes Drehmoment kompensiert, außerhalb des Geschwindigkeitsbereichs D hingegen wie bei unbetätigtem Schalter bzw. wie in Schritt S10. Dies ist in Fig. 3 durch eine dünne strich-doppelpunktierte Linie angedeutet.
Ist bzw. wird der Wippschalter 3 in die andere Richtung betätigt (S1 :„2“), wird dadurch vom ersten Betriebsmodus in die zweite Betriebsart umgeschaltet.
In dieser wird in dem Geschwindigkeitsbereich D die Reibung durch ein gegensinniges konstantes Drehmoment kompensiert, außerhalb des Geschwindigkeitsbereichs D hingegen wie bei unbetätigtem Schalter bzw. wie in Schritt S10. Dies ist in Fig. 3 durch eine dünne doppelstrich-punktierte Linie angedeutet.
Man erkennt, dass in dem ersten Betriebsmodus (S10; dünn ausgezogen in Fig. 3) für das Gelenk bei einer ersten Geschwindigkeit cc>i dieses Gelenks eine erste
Reibungskompensation durchgeführt wird, indem hierzu eine erste virtuelle Reibung ermittelt bzw. ein erstes Kompensationsmoment aufgeprägt wird, in der ersten
Betriebsart des zweiten Betriebsmodus (S1 1 ; dünne strich-doppelpunktierte Linie in Fig. 3) für dieses Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit cc>i eine von der ersten Reibungskompensation verschiedene andere erste Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere eine von der ersten virtuellen Reibung verschiedene andere erste virtuelle Reibung ermittelt bzw. ein von dem ersten
Kompensationsmoment verschiedenes anderes erstes Kompensationsmoment aufgeprägt wird, und in der zweiten Betriebsart des zweiten Betriebsmodus (S12; dünne doppelstrich-punktierte Linie in Fig. 3) für dieses Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit cc»! eine von der ersten und anderen ersten Reibungskompensation verschiedene, zu der anderen ersten Reibungskompensation gegensinnige weitere Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere eine von der ersten und anderen ersten virtuellen Reibung verschiedene, zu der anderen ersten virtuellen Reibung gegensinnige weitere erste virtuelle Reibung ermittelt bzw. ein von dem ersten und anderen ersten Kompensationsmoment verschiedenes, zu dem anderen ersten Kompensationsmoment gegensinniges weiteres erstes Kompensationsmoment aufgeprägt wird.
Man erkennt weiter, dass in dem ersten Betriebsmodus für das Gelenk bei einer höheren bzw. schnelleren zweiten Geschwindigkeit co2 des Gelenks in dem ersten Betriebsmodus eine gegenüber der ersten Reibungskompensation stärkere zweite Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere eine stärkere virtuelle Reibung ermittelt bzw. ein stärkeres Kompensationsmoment aufgeprägt wird und auch bei einer niedrigeren bzw. langsameren zweiten Geschwindigkeit
Figure imgf000013_0001
des Gelenks in dem ersten Betriebsmodus eine gegenüber der ersten Reibungskompensation stärkere zweite Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere eine stärkere virtuelle Reibung ermittelt bzw. ein stärkeres Kompensationsmoment aufgeprägt wird, während in den beiden Betriebsarten des zweiten Betriebsmodus bei diesen zweiten Geschwindigkeiten w2, w2· dieselbe Reibungskompensation durchgeführt wird wie bei der ersten Geschwindigkeit
Figure imgf000013_0002
Man erkennt weiterhin, dass ab einem vorgegebenen Mindestbetrag D/2 der
Geschwindigkeit des Gelenks in dem ersten und zweiten Betriebsmodus jeweils dieselbe Reibungskompensation durchgeführt, insbesondere jeweils dieselbe virtuelle Reibung ermittelt bzw. dasselbe Kompensationsmoment aufgeprägt wird,
insbesondere also bei einer von der ersten Geschwindigkeit cc»! verschiedenen anderen Geschwindigkeit co3. Für den Schalter 4 bzw. das Drehgelenk der Zusatzachse A2 bzw. der Säule 12 des Roboters 10 wird das Verfahren analog durchgeführt.
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.
Bezuaszeichenliste
10 Roboter
1 1 Roboterarm
12 Säule
13 Basis
2 Steuerung
3, 4 Schalter

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Roboters (10), wobei, insbesondere manuell,
zwischen einem ersten Betriebsmodus (S10), in dem für wenigstens ein Gelenk (A^ A2) des Roboters bei einer ersten Geschwindigkeit (w^ dieses Gelenks eine erste Reibungskompensation durchgeführt wird, und einem zweiten
Betriebsmodus (S1 1 ) umschaltbar ist, in dem für dieses Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit keine oder eine von der ersten Reibungskompensation verschiedene Reibungskompensation durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Betriebsmodus, einer ersten Betriebsart (S1 1 ) des zweiten Betriebsmodus, in dem für das Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit eine andere erste
Reibungskompensation durchgeführt wird, und einer zweiten Betriebsart (S12) des zweiten Betriebsmodus umschaltbar ist, in dem für das Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit eine von der ersten und anderen ersten Reibungskompensation verschiedene, insbesondere zu der anderen ersten Reibungskompensation gegensinnige, weitere erste Reibungskompensation durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Gelenk bei wenigstens einer zweiten Geschwindigkeit (w2, co2 ) des Gelenks in dem ersten Betriebsmodus eine von der ersten Reibungskompensation verschiedene zweite Reibungskompensation durchgeführt wird und/oder in dem zweiten Betriebsmodus keine oder eine von der zweiten Reibungskompensation verschiedene Reibungskompensation durchgeführt wird, insbesondere in der ersten Betriebsart eine andere zweite Reibungskompensation, insbesondere die andere erste Reibungskompensation, und in der zweiten Betriebsart eine von der zweiten und anderen zweiten Reibungskompensation verschiedene weitere zweite Reibungskompensation, insbesondere die weitere erste Reibungskompensation, durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Gelenk bei wenigstens einer von der ersten Geschwindigkeit verschiedenen anderen Geschwindigkeit (co3) des Gelenks in dem ersten und zweiten Betriebsmodus dieselbe Reibungskompensation durchgeführt wird, insbesondere ab einem vorgegebenen Mindestbetrag (D/2) der Geschwindigkeit des Gelenks in dem ersten und zweiten Betriebsmodus jeweils dieselbe
Reibungskompensation durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Reibungskompensationen empirisch, insbesondere mittels Variation von Parametern einer Näherungsfunktion, vorgegeben wird und/oder das Ermitteln einer virtuellen Reibung und/oder Aufprägen einer
Kompensationslast aufweist und/oder unabhängig von einer erfassten Gelenklast ist.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherungsfunktion einen linear von der Geschwindigkeit des Gelenk abhängigen Anteil, einen Anteil, der vom Hyperbeltangens einer linearen Funktion der Geschwindigkeit abhängt, und/oder einen Anteil aufweist, der von der natürlichen Exponentialfunktion einer quadratischen Funktion der Geschwindigkeit und von einer linearen Funktion der Geschwindigkeit abhängt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Betriebsmodus, insbesondere zwischen dem ersten Betriebsmodus und der ersten und zweiten Betriebsart des zweiten Betriebsmodus, mithilfe eines, insbesondere an dem Roboter, insbesondere Gelenk, oder einer Eingabevorrichtung zum Steuern des Roboters angeordneten Umschaltmittels (3; 4) umschaltbar ist.
8. System zum Steuern eines Roboters (10), das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: Umschaltmittel (3; 4) zum, insbesondere manuellen, Umschalten zwischen einem ersten Betriebsmodus (S10), in dem für wenigstens ein Gelenk (Ai ; A2) des Roboters bei einer ersten Geschwindigkeit (coi) dieses Gelenks eine erste
Reibungskompensation durchgeführt wird, und einem zweiten Betriebsmodus
(S1 1 ), in dem für dieses Gelenk bei der ersten Geschwindigkeit keine oder eine von der ersten Reibungskompensation verschiedene Reibungskompensation durchgeführt wird
9. 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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