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DE102006007623A1 - Robot with a control unit for controlling a movement between an initial pose and an end pose - Google Patents

Robot with a control unit for controlling a movement between an initial pose and an end pose Download PDF

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DE102006007623A1
DE102006007623A1 DE200610007623 DE102006007623A DE102006007623A1 DE 102006007623 A1 DE102006007623 A1 DE 102006007623A1 DE 200610007623 DE200610007623 DE 200610007623 DE 102006007623 A DE102006007623 A DE 102006007623A DE 102006007623 A1 DE102006007623 A1 DE 102006007623A1
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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Roboter, insbesondere von einem Industrie- oder Gelenkroboter, mit wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgraden (alpha<SUB>1</SUB>, alpha<SUB>2</SUB>) und einer Steuereinheit (12) zum Steuern einer Bewegung zwischen einer Anfangspose (14) und einer Endpose (16). Um einen gattungsgemäßen Roboter mit einer Steuereinheit (12) auszustatten, die eine ungewollte Kollision des Roboters mit Gegenständen (64) in seinem Arbeitsbereich wirkungsvoll verhindert, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit (12) eine Speichereinheit (30) zum Speichern einer Landkarte (32) umfasst, in der zumindest eine Störkontur (34) verzeichnet werden kann.The invention is based on a robot, in particular an industrial or articulated robot, with at least two degrees of freedom of movement (alpha <SUB> 1 </SUB>, alpha <SUB> 2 </SUB>) and a control unit (12) for controlling one Movement between a starting pose (14) and an ending pose (16). In order to equip a generic robot with a control unit (12) which effectively prevents an unwanted collision of the robot with objects (64) in its working area, it is proposed that the control unit (12) have a storage unit (30) for storing a map (32) comprises in which at least one interference contour (34) can be recorded.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roboter, insbesondere von einem Industrie- oder Gelenkroboter, mit wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgraden und einer Steuereinheit zum Steuern einer Bewegung zwischen einer Anfangspose und einer Endpose und ein Verfahren zum Steuern einer Bewegung eines Roboters, zwischen einer Anfangspose und einer Endpose in wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgraden, wobei ein Bewegungspfad zwischen der Anfangspose und der Endpose generiert wird.The The invention relates to a robot, in particular of an industrial or articulated robots, with at least two degrees of freedom of movement and a control unit for controlling movement between one Initial pose and an end pose and method for controlling a Movement of a robot between an initial pose and an end pose in at least two degrees of freedom of movement, one movement path is generated between the initial pose and the final pose.

Aus dem Stand der Technik ist ein Roboter, beispielsweise ein Industrie- oder Gelenkroboter, mit wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgraden bekannt. Der Roboter umfasst eine Steuereinheit zum Steuern einer Bewegung zwischen einer Anfangspose und einer Endpose entlang eines vorprogrammierten Bewegungspfads, der sich aus stückweise linearen oder kreisbogenförmigen Pfadsegmenten zusammensetzt. Zum Programmieren des Bewegungspfads ist es bekannt, dass ein Bediener in einem Teach-In Vorgang einen Greifarm des Robo ters manuell auf dem Pfad führt und dabei Störkonturen in der Reichweite des Greifarms umgeht. Die Steuereinheit speichert einzelne Überschleifpunkte des Pfads und reproduziert die Bewegung näherungsweise durch eine stückweise geradlinige Bewegung, die die Überschleifpunkte verbindet. Alternativ können die einzelnen Überschleifpunkte beim Programmieren der Steuereinheit eingegeben werden. Als "geradlinig" oder "linear" sollen in diesem Zusammenhang insbesondere auch solche Bewegungen bezeichnet werden, die in einem achsbezogenen Koordinatensystem des Roboters gerade verlaufen. In dem achsbezogenen Koordinatensystem des Roboters können neben linearen auch rotatorische Achsen in kartesischen Koordinaten dargestellt sein.Out In the prior art, a robot, for example an industrial or articulated robots, with at least two degrees of freedom of movement known. The robot comprises a control unit for controlling a Movement between an initial pose and an end pose along a preprogrammed motion path that is piecewise linear or circular Path segments composed. To program the motion path It is known that an operator in a teach-in operation a Robotic arm of the robot leads manually on the path and thereby disturbing contours in the range of the gripping arm bypasses. The control unit stores individual rounding points of the path and reproduces the movement approximately by a piecewise rectilinear motion that the rounding points combines. Alternatively, the individual rounding points be entered when programming the control unit. As "straight" or "linear" should in this Context in particular also those movements are designated, those in a robot's axis-related coordinate system run. In the axis-related coordinate system of the robot, in addition to linear and rotatory axes represented in Cartesian coordinates be.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Roboter mit einer Steuereinheit auszustatten, die eine ungewollte Kollision des Roboters mit Gegenständen in seiner Reichweite wirkungsvoll verhindert.Of the The invention is in particular the object of a generic robot equipped with a control unit, which is an unwanted collision of the robot with objects effectively prevented in its range.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Roboter, insbesondere einen Industrie- oder Gelenkroboter, mit wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgraden und einer Steuereinheit zum Steuern einer Bewegung zwischen einer Anfangspose und einer Endpose, wobei die Steuereinheit eine Speichereinheit zum Speichern einer Landkarte umfasst, in der zumindest eine Störkontur verzeichenbar ist, sowie durch ein Verfahren zum Steuern eines solchen Roboters.The Task is solved by a robot, in particular an industrial or articulated robot, with at least two degrees of freedom of movement and a control unit for controlling a movement between an initial pose and a Endpose, wherein the control unit has a memory unit for storing a map, in which at least one interference contour as well as by a method for controlling such Robot.

Die Erfindung geht aus von einem Roboter, insbesondere von einem Industrie- oder Gelenkroboter, mit wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgraden und einer Steuereinheit zum Steuern einer Bewegung zwischen einer Anfangspose und einer Endpose.The Invention is based on a robot, in particular an industrial or articulated robots, with at least two degrees of freedom of movement and a control unit for controlling a movement between an initial pose and an end pose.

Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit eine Speichereinheit zum Speichern einer Landkarte umfasst, in der zumindest eine Störkontur verzeichnet werden kann. Die Steuereinheit kann zu beliebigen Punkten bzw. Posen der Bewegung überprüfen, ob der Punkt oder die Pose innerhalb oder außerhalb einer Störkontur liegt. Erkennt die Steuereinheit, dass der Punkt oder die Pose innerhalb der Störkontur liegt, kann sie ein Warnsignal erzeugen oder eine Bewegung blockieren. Dadurch kann eine Kollision mit einem von der Störkontur dargestellten Gegenstand sicher vermieden werden.It It is suggested that the control unit be a storage unit for storing a map, in which at least one interference contour can be recorded. The control unit can be to any points or poses of the movement check whether the point or the pose inside or outside a disturbing contour lies. Detects the control unit that the point or pose is within the interference contour it can generate a warning signal or block a movement. This may cause a collision with an object represented by the interference contour safely avoided.

Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Steuereinheit kann prinzipiell zur Steuerung jedes Roboters genutzt werden, der sich im Bereich von statischen oder zumindest nur langsam veränderlichen Gegenständen bewegt. Wegen des vergleichsweise großen Rechenzeitaufwands bei den notwendigen Koordinatentransformationen ist die erfindungsgemäße Lösung jedoch besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit Gelenkrobotern oder SCARA-Robotern in der industriellen Anwendung einsetzbar.A designed according to the invention Control unit can in principle be used to control each robot be in the range of static or at least only slowly variable objects emotional. Because of the comparatively large computational time required however, the solution according to the invention is the necessary coordinate transformations particularly advantageous in connection with articulated robots or SCARA robots can be used in industrial applications.

Als "Landkarte" soll in diesem Zusammenhang eine mehrdimensionale Datenstruktur bezeichnet werden, die auch eine Überlagerung oder Projektion einer oder mehrerer eindimensionaler Datenstrukturen sein kann. Die Landkarte ist eine Abbildung, die jeder Pose des Roboters einen Wert zuordnet, aus dem entnommen werden kann, ob sich der Roboter bzw. einer seiner Greifarme innerhalb oder außerhalb der Störkontur befindet. Ein schneller Zugriff auf die Landkarte kann erreicht werden, wenn die Dimension der Landkarte kleiner oder gleich einer Zahl der Bewegungsfreiheitsgrade des Roboters ist.As a "map" should in this context a multidimensional data structure, which also an overlay or projection of one or more one-dimensional data structures can be. The map is an illustration representing every pose of the Assigns a value to the robot from which it can be deduced The robot or one of its gripping arms inside or outside the interference contour located. Quick access to the map can be achieved if the dimension of the map is less than or equal to a number the degree of freedom of movement of the robot.

Die Landkarte wird besonders vorteilhaft in einem Initialisierungsprozess des Roboters generiert, um die beim Ermitteln eines Bewegungspfads aufzuwendende Rechenzeit möglichst gering zu halten.The Map will be particularly beneficial in an initialization process of the robot generated to expended in determining a motion path Calculation time as possible to keep low.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, einen Bewegungspfad zwischen der Anfangspose und der Endpose selbsttätig in Abhängigkeit von der Landkarte zu generieren. Dadurch kann ein Bedienkomfort deutlich erhöht werden, da nur noch ein Anfangs- und Endpunkt der Bewegung programmiert werden muss, sofern sich die Umgebung des Roboters und damit die zu berücksichtigende Störkontur nicht ändert. Es kann eine systematische Trennung zwischen den anwendungsspezifischen Bewegungsdaten bzw. den Koordinaten der anzusteuernden Posen und den oftmals anwendungsunabhängigen Störkonturen erreicht werden. Unter "vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang auch "ausgelegt" und "ausgestattet" verstanden werden.In a further development of the invention, it is proposed that the control unit is provided to automatically generate a movement path between the initial pose and the final pose as a function of the map. As a result, ease of use can be significantly increased since only one start and end point of the movement must be programmed, provided that the environment of the robot and thus the interference contour to be considered does not change. It is possible to achieve a systematic separation between the application-specific movement data or the coordinates of the poses to be controlled and the often application-independent interference contours. Under "intended" should be understood in this context as "interpreted" and "equipped".

Wenn die Steuereinheit derart programmiert ist, dass sie die Landkarte zum Generieren des Bewegungspfads in wenigstens zwei Bereiche mit unterschiedlicher Detailgenauigkeit aufteilt, kann eine zum Generieren des Bewegungspfads aufzuwendende Rechenzeit deutlich reduziert werden, da auf überflüssige Detailtreue in Bereichen, die weitläufig frei von Störkonturen sind, verzichtet werden kann. In solchen Bereichen kann die Steuereinheit den Bewegungspfad aus langen Segmenten zusammensetzen, während in kritischen Bereichen mit stark strukturierten Störkonturen ein kleinschrittiger Bewegungsablauf generiert werden kann. Das Generieren des Bewegungspfads kann weiter beschleunigt werden, wenn die Bewegung vorzugsweise durch solche Bereiche geführt wird, die hinsichtlich der Detailgenauigkeit unkritisch sind und nur in Fällen, in denen es unvermeidbar oder in einem Gesamtzusammenhang vorteilhaft ist, die Bewegung in Bereiche geführt wird, in denen zur Kollisionsvermeidung eine hohe Detailgenauigkeit notwendig ist.If the control unit is programmed to display the map for generating the movement path in at least two areas with different levels of detail can be divided, one can generate the computation time to be expended is significantly reduced, because of superfluous detail in areas that are widely available of interfering contours are, can be waived. In such areas, the control unit Compose the motion path of long segments while in critical areas with highly structured interference contours a small step Motion sequence can be generated. Generating the motion path can be further accelerated if the movement is preferable passed through such areas which are uncritical in terms of detail and only in cases in which it is unavoidable or beneficial in an overall context The movement is guided into areas where to collision avoidance a high degree of detail is necessary.

Ist die Steuereinheit derart programmiert, dass sie die Landkarte zum Generieren des Bewegungspfads in mehrere Unterkarten mit vorgegebenen Pfad-Teilen aufteilt, kann das Generieren des Pfads weiter beschleunigt werden, da zum Durchqueren der den Unterkarten entsprechenden Bereiche des Bewegungsraums des Roboters auf die vorgegebenen Pfad-Teile zurückgegriffen werden kann. Die vorgegebenen Pfad-Teile verbinden vorzugsweise Randpunkte der Unterkarten geradlinig miteinander.is programmed the control unit so that the map for Generate the motion path in several sub-maps with predetermined Splitting Paths can further accelerate the generation of the path because to traverse the areas corresponding to the sub-maps the movement space of the robot on the given path parts resorted can be. The predetermined path parts preferably connect Edge points of the sub-maps in a straight line with each other.

Ein Transformationsvorgang von einem raumbezogenen Koordinatensystem auf ein achsbezogenes Koordinatensystem kann auf den Initialisierungsprozess der Steuereinheit vorverlegt werden, wenn die Speichereinheit zum Speichern der Landkarte in dem achsbezogenen Koordinatensystem vorgesehen ist. Beim Generieren des Bewegungspfads ist dann eine Koordinatentransformation nicht mehr notwendig.One Transformation process of a spatial coordinate system on an axis-related coordinate system can be on the initialization process the control unit are advanced when the memory unit for Save the map provided in the axis-related coordinate system is. When generating the motion path is then a coordinate transformation not necessary anymore.

Eine Referenzfahrt des Roboters kann verkürzt werden bzw. ganz entfallen, wenn der Roboter wenigstens einen Absolutwert-Geber zum erfassen eines Absolutwerts von wenigstens einer Koordinate einer aktuellen Pose umfasst. Besonders vorteilhaft sind Ausgestaltungen der Erfindung, in denen alle Achsen des Roboters bzw. eines Greifarms des Roboters mit Absolutwert-Gebern ausgestattet sind.A Reference travel of the robot can be shortened or completely eliminated, if the robot has at least one absolute value encoder for detecting a Absolute value of at least one coordinate of a current pose includes. Particularly advantageous embodiments of the invention, in which all axes of the robot or a gripper arm of the robot equipped with absolute encoders.

Die Steuereinheit kann die Störkontur selbsttätig erkennen, wenn der Roboter wenigstens einen Sensor zum Erkennen der Störkontur umfasst. In einer besonders flexiblen Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor Teil einer Kamera, insbesondere einer CCD-Kamera, die Bilder von einer Umgebung des Roboters erfasst. Durch einschlägige Bildverarbeitungsprogramme kann die Steuereinheit aus den von der Kamera erfassten Bildern die Störkontur ermitteln und in die Landkarte eintragen.The Control unit can the interference contour automatic detect when the robot has at least one sensor for detecting the interference contour includes. In a particularly flexible embodiment of the invention the sensor part of a camera, in particular a CCD camera, the Captured images of an environment of the robot. Through relevant image processing programs the control unit can choose from the images captured by the camera the interference contour determine and enter in the map.

Eine externe Eingabe der Landkarte kann vermieden werden, die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, die Landkarte abhängig von einer vorgegebenen Störkontur zu generieren. Eine Vorgabe der Störkontur ist dabei besonders komfortabel und ohne aufwändige Umrechnungsvorgänge in einem World-Koordinatensystem des Roboters möglich.A External input of the map can be avoided, the control unit is provided, the map depends on a given interference contour to generate. A specification of the interference contour is special comfortable and without elaborate conversion operations in a world coordinate system of the robot possible.

Die zum Generieren der Landkarte aufzuwendende Rechenzeit kann reduziert werden, wenn die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, zum Generieren der Landkarte ein auf höchstens 20 Parameter beschränktes Modell für eine Außenkontur eines Greifarms zu nutzen. Wegen der durch die modellhafte Näherung gewonnenen Rechenzeitvorteile kann auf einen schnellen Prozessor und großen Arbeitsspeicher verzichtet werden, wodurch sich letztlich auch Kostenvorteile für die Herstellung des Roboters ergeben.The Computing time to generate the map can be reduced are, if the control unit is intended to generate the map on at most 20 parameters limited Model for an outer contour to use a gripper arm. Because of the gained by the model approximation Computational advantages can be due to a fast processor and large memory be omitted, which ultimately also cost advantages for the production of the robot.

Eine besonders schnelle und einfache Bestimmung der Störkontur kann erreicht werden, wenn das Modell die Außenkontur des Greifarms durch wenigstens ein Polygon darstellt.A particularly fast and easy determination of the interference contour can be achieved when the model through the outer contour of the gripper arm through represents at least one polygon.

Alternativ oder ergänzend dazu kann das Modell die Außenkontur des Greifarms durch wenigstens einen Kreis darstellen. Auch Kombinationen von Kreisen und Polygonen oder anderen einfachen geometrischen Formen sind denkbar. Das Modell muss im Allgemeinen nicht die volle dreidimensionale Außenkontur des Greifarms darstellen, sondern kann auf eine Projektion von der Dimension der Landkarte beschränkt werden.alternative or in addition For this, the model can be the outer contour represent the gripper arm by at least one circle. Also combinations circles and polygons or other simple geometric shapes are conceivable. The model does not generally have the full three-dimensional outer contour represent the gripper arm, but can be based on a projection of the Dimension of the map limited become.

Eine hinreichend präzise Modellierung eines Greifarms des Roboters kann mit geringem Aufwand dadurch erreicht werden, dass jeder unabhängige Armteil des Greifarms durch eine einzige elementare geometrische Form, beispielsweise durch ein Polygon, beschrieben wird.A sufficiently precise Modeling a robotic arm of the robot can be done with little effort be achieved, that each independent arm part of the gripper arm by a single elementary geometric shape, for example by a polygon.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Bewegung eines Roboters, insbesondere eines Roboters der oben beschriebenen Art.Further The invention relates to a method for controlling a movement a robot, in particular a robot of the one described above Art.

Es wird vorgeschlagen, dass beim Generieren des Bewegungspfads eine Landkarte genutzt wird, in der zumindest eine Störkontur verzeichnet ist. Eine Kollision mit durch die Störkontur dargestellten Gegenständen oder Hindernissen in einer Reichweite des Roboters kann dadurch vermieden werden.It It is suggested that when generating the motion path a Map is used, in which at least one interference contour is recorded. A Collision with through the interference contour represented objects or obstacles in a range of the robot can thereby be avoided.

Weitere Merkmale der Erfindung und deren Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.Further Features of the invention and its advantages will be apparent from the following Figures. The figures show embodiments of the invention. The figures, the description and the claims contain numerous features in combination, which the professional also look at individually and to meaningful further combinations will summarize.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 einen Roboter mit einem Greifarm in einer Draufsicht mit einem schematisch dargestellten ersten Modell aus zwei Linien für eine Außenkontur des Greifarms; 1 a robot with a gripper arm in a plan view with a schematically illustrated first model of two lines for an outer contour of the gripping arm;

2 den Roboter mit dem Greifarm aus 1 mit einem schematisch dargestellten zweiten Modell aus Kreisen für eine Außenkontur des Greifarms; 2 the robot with the gripper arm out 1 with a schematically illustrated second model of circles for an outer contour of the gripping arm;

3 den Roboter mit dem Greifarm aus den 1 und 2 mit einem schematisch dargestellten dritten Modell aus zwei Rechtecken für eine Außenkontur des Greifarms; 3 the robot with the gripper arm out of the 1 and 2 with a schematically illustrated third model of two rectangles for an outer contour of the gripping arm;

4 den Roboter mit dem Greifarm aus den 13 mit einem schematisch dargestellten weiteren Modell aus zwei Polygonen für eine Außenkontur des Greifarms; 4 the robot with the gripper arm out of the 1 - 3 with a schematically illustrated further model of two polygons for an outer contour of the gripping arm;

5 einen Arbeitsraum des Roboters aus den 14 mit Gegenständen, die eine Störkontur erzeugen, in einer Draufsicht in Welt-Koordinaten; 5 a working space of the robot from the 1 - 4 with objects that generate an interference contour, in a plan view in world coordinates;

6 eine Landkarte mit den Störkonturen der Anordnung der Gegenstände aus 5 gemäß dem ersten Modell für die Außenkontur des Greifarms; 6 a map with the Störkonturen the arrangement of the objects 5 according to the first model for the outer contour of the gripping arm;

7 eine Landkarte mit Störkonturen gemäß dem dritten Modell für die Außenkontur des Greifarms; 7 a map with Störkonturen according to the third model for the outer contour of the gripper arm;

8 eine schematische Darstellung zum manuellen Generieren eines Bewegungspfads in einer Landkarte mit Störkonturen; 8th a schematic representation of the manual generation of a motion path in a map with Störkonturen;

9 eine schematische Darstellung zum autonomen Generieren eines Bewegungspfads in einer Landkarte mit Störkonturen; eine schematische Darstellung zum autonomen Generieren eines Bewegungspfads in einer Landkarte mit Störkonturen nach einem alternativen Algorithmus; 9 a schematic representation of the autonomous generation of a motion path in a map with Störkonturen; a schematic representation of the autonomous generation of a motion path in a map with Störkonturen according to an alternative algorithm;

10 eine schematische Darstellung zum autonomen Generieren eines Bewegungspfads in einer Landkarte mit Störkonturen nach einem weiteren alternativen Algorithmus, der die Landkarte in Bereiche mit unterschiedlicher Detailgenauigkeit aufteilt; 10 a schematic representation of the autonomous generation of a movement path in a map with Störkonturen for another alternative algorithm that divides the map into areas with different levels of detail;

11 eine erste Unterkarte der Landkarte aus 11; 11 a first sub-map of the map 11 ;

12 eine zweite Unterkarte der Landkarte aus 11; 12 a second sub-map of the map 11 ;

13 eine dritte Unterkarte der Landkarte aus 11 13 a third sub-map of the map 11

14 eine vierte Unterkarte der Landkarte aus 11; und 14 a fourth sub-map of the map 11 ; and

15 eine schematische Darstellung zum autonomen Generieren eines Bewegungspfads in einer Landkarte mit Störkonturen nach einem weiteren alternativen Algorithmus, der die Landkarte in rechteckige Unterkarten aufteilt. 15 a schematic representation of the autonomous generation of a movement path in a map with Störkonturen for another alternative algorithm that divides the map into rectangular sub-maps.

1 zeigt einen Roboter, und zwar lediglich beispielhaft einen als SCARA-Roboter ausgebildeten Industrieroboter, mit wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgraden mit den rotatorischen Koordinaten α1, α2 und einer hier nur schematisch dargestellten Steuereinheit 12 zum Steuern einer Be wegung zwischen einer Anfangspose 14 und einer Endpose 16 (7). 1 1 shows a robot, by way of example only, an industrial robot embodied as a SCARA robot, having at least two degrees of freedom of movement with the rotational coordinates α 1 , α 2 and a control unit shown here only schematically 12 for controlling a movement between an initial pose 14 and an end pose 16 ( 7 ).

Der Roboter umfasst einen schwenkbaren Greifarm 10, der um eine erste, vertikal verlaufende rotatorische Achse A1 schwenkbar ist. Der Greifarm 10 ist auf einem Sockel 22 montiert und besteht aus zwei durch ein Gelenk 24 verbundenen Armteilen 60, 62. Die Armteile 60, 62 sind durch das Gelenk 24 um eine parallel zu der ersten rotatorischen Achse A1 verlaufende zweite rotatorische Achse A2 schwenkbar. Weitere Achsen des Roboters sind hier nicht explizit dargestellt.The robot includes a swiveling gripping arm 10 which is pivotable about a first, vertically extending rotary axis A1. The gripper arm 10 is on a pedestal 22 mounted and consists of two by a joint 24 connected arm parts 60 . 62 , The arm parts 60 . 62 are through the joint 24 about a parallel to the first rotary axis A1 extending second rotary axis A2 pivotally. Other axes of the robot are not explicitly shown here.

Der Greifarm 10 des Roboters umfasst zwei hier nur schematisch dargestellte Absolutwert-Geber 26, 28 zum Erfassen eines Absolutwerts der rotatorischen Koordinaten α1, α2 einer aktuellen Pose. Die Erfindung wäre jedoch prinzipiell auch dann anwendbar, wenn der Greifarm 10 lediglich Inkrementgeber zum Erfassen von Veränderungen der Werte der rotatorischen Koordinaten α1, α2 hätte. Es wäre dann eine Referenzfahrt zu Referenzmarken mit bekannter Position im Raum notwendig.The gripper arm 10 of the robot comprises two absolute value encoders shown here only schematically 26 . 28 for detecting an absolute value of the rotational coordinates α 1 , α 2 of a current pose. However, the invention would in principle also be applicable if the gripping arm 10 only incremental for detecting changes in the values of the rotational coordinates α 1 , α 2 would have. It would then be a reference to reference marks with a known position in space necessary.

Im Bereich des Greifarms 10 sind störende Gegenstände 64, und zwar im vorliegenden Beispiel Stangen, angeordnet (5). Die vertikale Ausdehnung wird als unendlich betrachtet. Eine dritte und eine vierte Achse des Roboters und ein am Tool-Center-Point (TCP) befestigter Pfeil werden in der hier beschriebenen Näherung nicht betrachtet. Die Verallgemeinerung der erfindungsgemäßen Lösung auf die Betrachtung von mehr als zwei Achsen A1, A2 ist für den Fachmann aber nahe liegend und offensichtlich.In the area of the gripper arm 10 are disturbing objects 64 , in the present example bars, arranged ( 5 ). The vertical extent is considered infinite. A third and a fourth axis of the robot and an arrow attached to the Tool Center Point (TCP) are not considered in the approximation described here. However, the generalization of the solution according to the invention to the consideration of more than two axes A1, A2 is obvious and obvious to the person skilled in the art.

Die Steuereinheit 12 umfasst eine Speichereinheit 30 zum Speichern einer Landkarte 32, in der zumindest eine Störkontur 34 verzeichnet werden kann. Die Speichereinheit 30 ist zum Speichern der Landkarte 32 in einem achsbezogenen Koordinatensystem vorgesehen. Die Steuereinheit 12 muss dazu die Konturen der Gegenstände 64 derart in das achsbezogene Koordinatensystem eintragen, dass eine Kollisionsgefahr zwischen dem Greifarm 10 und einem der Gegenstände 64 aus der Landkarte 32 ablesbar ist. Ein Speicherplatz ist für eine binäre 360×360-Matrix reserviert, die die Landkarte 32 bildet. Hat ein Eintrag den Wert Null, so liegt der durch den entsprechenden Eintrag repräsentierte Punkt außerhalb der Störkontur 34, anderenfalls liegt der Punkt innerhalb der Störkontur 34 und ist daher für den Greifarm 10 ohne Kollision mit einem Gegenstand 64 nicht erreichbar. Die Genauigkeit der Karte, bestimmt durch die Schrittweite der Karte, entspricht der Genauigkeit der Posen-Bestimmung des Roboters bzw. vice versa. Die Steuereinheit 12 misst den Wert der Koordinaten α1, α2 bzw. Winkel und liest den der Pose durch die ganzzahligen Indizes der Matrix zugeordneten Wert aus der Speichereinheit 12 aus. Die Matrix bildet daher eine diskrete, zweidimensionale Landkarte 32, die jeder Pose bzw. jedem Wertepaar der Koordinaten α1, α2 ein Indexpaar und dadurch einen Wert zuordnet.The control unit 12 includes a storage unit 30 to save a map 32 , in which at least one interference contour 34 can be recorded. The storage unit 30 is to save the map 32 provided in an axis-related coordinate system. The control unit 12 must have the contours of the objects 64 enter into the axis-related coordinate system such that there is a risk of collision between the gripper arm 10 and one of the objects 64 from the map 32 is readable. A storage space is reserved for a binary 360 × 360 matrix that represents the map 32 forms. If an entry has the value zero, the point represented by the corresponding entry is outside the interference contour 34 otherwise the point lies within the interference contour 34 and is therefore for the gripper arm 10 without colliding with an object 64 not available. The accuracy of the map, determined by the step size of the map, corresponds to the accuracy of the pose determination of the robot or vice versa. The control unit 12 measures the value of the coordinates α 1 , α 2 or angle and reads the value associated with the pose by the integer indices of the matrix from the memory unit 12 out. The matrix therefore forms a discrete, two-dimensional map 32 which assigns each pair or each pair of values to the coordinates α 1 , α 2 an index pair and thereby a value.

Es wären weitere Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, bei denen die Landkarte mehr-, insbesondere dreidimensional ist, der Wertebereich der Landkarte 32 mehr als zwei Elemente hat und/oder in denen der einer Pose zugeordnete Wert beispielsweise eine Kenngröße für eine Entfernung zur nächsten Störkontur 34 ist. Ferner ist es natürlich denkbar, die Schrittweite der Diskretisierung der Landkarte 32 kleiner oder größer als 1° zu wählen.Other embodiments of the invention would be conceivable in which the map is multi-dimensional, in particular three-dimensional, the value range of the map 32 has more than two elements and / or in which the value associated with a pose, for example, a characteristic for a distance to the next interference contour 34 is. Furthermore, it is of course conceivable, the step size of the discretization of the map 32 less than or greater than 1 °.

Die 116 zeigen mehrere alternative Ausgestaltungen der Erfindung. Funktionsgleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung geht jeweils insbesondere auf Unterschiede zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ein, während im Hinblick auf gleich bleibende Merkmale auf die Beschreibung zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen verwiesen wird.The 1 - 16 show several alternative embodiments of the invention. Functionally identical features are provided with the same reference numerals. In each case, the description deals in particular with differences from the exemplary embodiments described above, while reference is made to the description of the previously described exemplary embodiments with regard to features which remain the same.

2 zeigt einen Roboter in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, in der der Greifarm 10 hier nur skizzenhaft dargestellte-Sensoren 4646''' zum Erkennen einer Störkontur 34 umfasst. Die Sensoren 4646''' sind als induktive Näherungssensoren ausgebildet. 2 shows a robot in an alternative embodiment of the invention, in which the gripping arm 10 here only sketchy illustrated sensors 46 - 46 ''' for detecting a disturbing contour 34 includes. The sensors 46 - 46 ''' are designed as inductive proximity sensors.

In einem Initialisierungsvorgang nutzt die Steuereinheit 12 zum Generieren der Landkarte 32 ein auf wenige Parameter beschränktes Modell für eine Außenkontur 58 eines Greifarms 10. Es sind verschiedene Modelle denkbar, die in den 14 schematisch dargestellt sind und im Folgenden erläutert werden.In an initialization process, the control unit uses 12 to generate the map 32 a limited to a few parameters model for an outer contour 58 a gripper arm 10 , There are several models conceivable in the 1 - 4 are shown schematically and explained below.

In einer realistischen Implementierung des Modells, die hier nicht explizit dargestellt ist, nähert das Steuerprogramm die Außenkontur 58 bzw. das Volumen des Greifarms 10 durch Massepunkte bzw. Voxel oder Finite Elemente. Wegen der notwendigen hohen Zahl von Massepunkten ist der Rechenaufwand zur Erstellung der Landkarte 32 sehr hoch und erfordert zudem eine ähnlich aufwändige Modellierung der Gegenstände 64 im Bereich des Greifarms 10. Daher werden im Folgenden Modelle beschrieben, die einen im Vergleich zur Modellierung durch Massepunkte verringerten Rechenaufwand erfordern.In a realistic implementation of the model, which is not explicitly shown here, the control program approximates the outer contour 58 or the volume of the gripper arm 10 by mass points or voxels or finite elements. Because of the necessary high number of mass points, the computational effort to create the map 32 very high and also requires a similarly elaborate modeling of the objects 64 in the area of the gripper arm 10 , Therefore, models that require less computation compared to mass point modeling are described below.

In einer ersten Implementierung eines Steuerprogramms stellt das Modell die Außenkontur 58 des Greifarms 10 durch zwei Linien 48, 50 dar, die jeweils einen Armteil 6O, 62 des Greifarms 10 abbilden. Die Koordinaten der Endpunkte der Linien 48, 50 können bei Kenntnis der Längen der Linien 48, 50 und der rotatorischen Koordinaten α1, α2 trigonometrisch berechnet werden. Da eine Breite des Greifarms 10 bzw. der Armteile 60, 62 in dem Modell nicht berücksichtigt ist, müssen zur sicheren Vermeidung von Kollisionen Sicherheitszonen zwischen den Linien 48, 50 und den durch Randkonturen beschriebenen Gegenständen 64 berücksichtigt werden, die wenigstens so groß sind wie der maximale Abstand der Außenkontur 58 von den Linien 48, 50.In a first implementation of a control program, the model represents the outer contour 58 of the gripper arm 10 through two lines 48 . 50 each representing an arm part 6O . 62 of the gripper arm 10 depict. The coordinates of the endpoints of the lines 48 . 50 can with knowledge of the lengths of the lines 48 . 50 and the rotational coordinates α 1 , α 2 are calculated trigonometrically. Because a width of the gripper arm 10 or the arm parts 60 . 62 In the model is not considered, to avoid collisions safely zones between the lines 48 . 50 and the objects described by edge contours 64 be taken into account, which are at least as large as the maximum distance of the outer contour 58 from the lines 48 . 50 ,

Eine aus der Störkontur-Konstellation gemäß 5 resultierende Landkarte 32 gemäß der ersten Implementierung ist in 6 dargestellt. Die in 5 links vom Roboter angeordneten Gegenstände 64 erzeugen eine gemeinsame Zusammenhangskomponente der Störkontur 34. Der zentral vor dem Roboter angeordnete Gegenstand blockiert einen Winkelbereich bezüglich der ersten rotatorischen Koordinate α1. Links und rechts aus diesem Winkelbereich heraus ragende Ausbuchtungen sind dadurch bedingt, dass ein hinteres Ende des vorderen Armteils 62 des Greifarms 10 gegen den Gegenstand stößt. Ein rechts vom Roboter radial weiter entfernt angeordneter Gegenstand erzeugt eine dritte, inselartige Zusammenhangskomponente der Störkontur 34.One from the Störkontur constellation according to 5 resulting map 32 according to the first implementation is in 6 shown. In the 5 Objects arranged to the left of the robot 64 generate a common connected component of the interference contour 34 , The centrally disposed in front of the robot object blocks a range of angles relative to the first rotational coordinate α. 1 On the left and right out of this angular range protruding bulges are due to the fact that a rear end of the front arm 62 of the gripper arm 10 hits the object. An object arranged radially further to the right of the robot generates a third, island-like connected component of the interference contour 34 ,

In einer zweiten Implementierung eines Steuerprogramms stellt das Modell bzw. die Steuereinheit 12 die Außenkontur 58 des Greifarms 10 durch sieben verschieden große Kreise 56 dar (2). Die Flächen der Kreise 56 überdecken die Außenkontur 58 vollständig. Die Koordinaten der Mittelpunkte der Kreise 56 liegen auf den Linien 48, 50 (1) und werden bei Kenntnis der Längen der Linien 48, 50 und der rotatorischen Koordinaten α1, α2 trigonometrisch berechnet. Die Konturen der Gegenstände 64 werden in gleicher Weise durch Kreise überdeckt. Zum Berechnen der Landkarte 32 überprüft die Steuereinheit 12 zu jedem Wertepaar der Koordinaten α1, α2, ob einer der den Greifarm 10 überdeckenden Kreise 56 einen der die Gegenstände 64 überdeckenden Kreise schneidet. Ist dies der Fall, so trägt die Steuereinheit 12 einen Punkt der Störkontur 34 in die Landkarte 32 ein.In a second implementation of a control program, the model or control unit provides 12 the outer contour 58 of the gripper arm 10 through seven different circles 56 dar ( 2 ). The surfaces of the circles 56 cover the outer contour 58 Completely. The coordinates of the centers of the circles 56 lie on the lines 48 . 50 ( 1 ) and become aware of the lengths of the lines 48 . 50 and the rotational coordinates α 1 , α 2 trigonometrically calculated. The contours of the objects 64 are covered in the same way by circles. To calculate the map 32 checks the control unit 12 to each value pair of coordinates α 1 , α 2 , whether one of the gripper arm 10 covering circles 56 one of the objects 64 overlapping circles intersects. If this is the case, then the control unit carries 12 a point of the interference contour 34 in the map 32 one.

In einer dritten Implementierung eines Steuerprogramms stellt das Modell bzw. die Steuereinheit 12 die Außenkontur 58 des Greifarms 10 durch zwei Polygone 52, 54 dar (3), und zwar durch Rechtecke, die jeweils einen der Armteile 60, 62 überdecken und den entsprechenden Armteil 60, 62 repräsentieren. Die 16 Randlinien der beiden Polygone 52, 54 werden zum Generieren der Landkarte 32 ebenso wie die Randlinien der Gegenstände 64 im Bereich des Greifarms 10 von der Steuereinheit 12 durch Geraden dargestellt und durch die beiden Koordinaten α1, α2 und durch zwei Längen und zwei Breiten parametrisiert. Zwei weitere Parameter beschreiben die Lage der Achsen A1, A2 innerhalb der Polygone 52, 54. Insgesamt ergeben sich demnach weniger als 20 Parameter des Modells. Zum Generieren der Landkarte 32 überprüft die Steuereinheit 12 zu jedem Wertepaar der Koordinaten α1, α2, ob und in welchem Punkt eine der Randlinien der Polygone 52, 54 eine der Randlinien der Gegenstände 64 schneidet. Liegt der Schnittpunkt jeweils zwischen den Endpunkten der Randlinien, so trägt die Steuereinheit 12 an der entsprechenden Pose einen Punkt der Störkontur 34 in die Landkarte 32 ein.In a third implementation of a control program, the model or control unit provides 12 the outer contour 58 of the gripper arm 10 through two polygons 52 . 54 dar ( 3 ), by rectangles, each one of the arm parts 60 . 62 cover and the corresponding arm part 60 . 62 represent. The 16 margins of the two polygons 52 . 54 are used to generate the map 32 as well as the marginal lines of the objects 64 in the area of the gripper arm 10 from the control unit 12 represented by straight lines and parameterized by the two coordinates α 1 , α 2 and by two lengths and two widths. Two further parameters describe the position of the axes A1, A2 within the polygons 52 . 54 , Overall, this results in less than 20 parameters of the model. To generate the map 32 checks the control unit 12 for each pair of values of the coordinates α 1 , α 2 , if and at which point one of the boundary lines of the polygons 52 . 54 one of the marginal lines of the objects 64 cuts. If the point of intersection lies between the end points of the boundary lines, then the control unit carries 12 at the corresponding pose a point of the interference contour 34 in the map 32 one.

7 zeigt eine gemäß der dritten Implementierung gewonnene Landkarte 32 mit einer Störkontur 34. Inselartige, freie Einschlüsse in der Störkontur 34 resultieren daraus, dass die Polygone 52, 54 im mathematischen Modell einen Gegenstand 64 umschließen, so dass keine der Randlinien der Polygone 52, 54 eine der Randlinien des Gegenstands 64 schneidet. Die entsprechenden Posen sind in der Realität für den Greifarm 10 nicht zugänglich. 7 shows a map obtained according to the third implementation 32 with a disturbing contour 34 , Island-like, free inclusions in the Störkontur 34 result from the fact that the polygons 52 . 54 an object in the mathematical model 64 enclose so that none of the margins of the polygons 52 . 54 one of the marginal lines of the object 64 cuts. The corresponding poses are in reality for the gripper arm 10 inaccessible.

In einer vierten Implementierung eines Steuerprogramms stellt das Modell die Außenkontur 58 des Greifarms 10 durch zwei Polygone 52', 54' dar (4), und zwar durch ein Rechteck 52' und durch ein unregelmäßiges Sechseck 54', das einem konischen Verlauf des vorderen Armteils 62 Rechnung trägt. Die Polygone 52', 54' werden analog zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel durch ihre Randlinien beschrieben, und die Landkarte 32 wird durch die Überprüfung der Schnittpunkte der Geraden in der oben beschriebenen Weise generiert.In a fourth implementation of a control program, the model represents the outer contour 58 of the gripper arm 10 through two polygons 52 ' . 54 ' dar ( 4 ), by a rectangle 52 ' and by an irregular hexagon 54 ' which has a conical shape of the front arm part 62 Takes into account. The polygons 52 ' . 54 ' are described analogous to the embodiment described above by their marginal lines, and the map 32 is generated by checking the intersections of the straight lines in the manner described above.

In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung können die Außenkontur 58 des Greifarms 10 und die Konturen der Gegenstände 64 durch weitere geometrische Formen, beispielsweise Dreiecke, andere Polygone, Ellipsen oder durch Kombinationen aus solchen elementaren Figuren modelliert werden. Ein höherer Detaillierungsgrad des Modells kann insbesondere für die vorderen Bereiche des Greifarms 10 in der Nähe des Tool-Center-Points lohnenswert sein.In alternative embodiments of the invention, the outer contour 58 of the gripper arm 10 and the contours of the objects 64 be modeled by other geometric shapes, such as triangles, other polygons, ellipses or combinations of such elemental figures. A higher degree of detail of the model can be found in particular for the front regions of the gripper arm 10 be worthwhile near the Tool Center Points.

Die Steuereinheit 12 ist durch eine implementierte Steuerungssoftware dazu ausgelegt, im Betrieb selbsttätig einen Bewegungspfad 36 (7) zwischen der Anfangspose 14 und der Endpose 16 in Abhängigkeit von der Landkarte 32 zu generieren.The control unit 12 is designed by an implemented control software to operate automatically a motion path 36 ( 7 ) between the initial pose 14 and the final pose 16 depending on the map 32 to generate.

Die Steuereinheit 12 nutzt dabei die Landkarte 32 bzw. die in der Landkarte 32 verzeichnete Störkontur 34 und generiert den Bewegungspfad 36 abhängig von der vorgegebenen Störkontur 34 bzw. von den Gegenständen 64, deren Koordinaten entweder manuell eingegeben oder durch den Roboter selbsttätig über die Sensoren 4646''' (2) erfasst sein können.The control unit 12 uses the map 32 or in the map 32 recorded interference contour 34 and generates the motion path 36 depending on the given interference contour 34 or of the objects 64 whose coordinates are entered either manually or by the robot automatically via the sensors 46 - 46 ''' ( 2 ) can be detected.

8 zeigt einen manuell in Abhängigkeit von der Landkarte 32 generierten Pfad. Ausgehend von einer Anfangspose 14 legt ein Programmierer Überschleifpunkte 66, 66' derart in die freien Bereiche außerhalb der Störkontur 34, dass die Verbindungsgeraden zwischen den Überschleifpunkten 66, 66' bzw. zwischen der Anfangspose 14 und dem ersten Überschleifpunkt 66 oder dem letzten Überschleifpunkt und der Endpose 1b vollständig außerhalb der Störkontur 34 liegt. 8th shows one manually depending on the map 32 generated path. Starting from an initial pose 14 puts a programmer rounding points 66 . 66 ' such in the free areas outside the interference contour 34 in that the connecting line between the blending points 66 . 66 ' or between the initial pose 14 and the first blending point 66 or the last rounding point and the final pose 1b completely outside the interference contour 34 lies.

9 zeigt einen autonom von der Steuereinheit 12 generierten Bewegungspfad 36, der durch einen Algorithmus mit der Maßgabe maximaler Sicherheit erzeugt ist. Der Algorithmus basiert darauf, dass sich der erste Armteil 60 durch Schwenken um die Achse A1 in Schritten, die der Schrittweite der Landkarte 32 entsprechen, in Richtung der Endpose 16 bewegt. Die rotatorische Koordinate α2 des zweiten Armteils 62 wird in jedem Schritt derart eingestellt, dass der größtmögliche Abstand zu allen Störkonturen 34 eingehalten wird. Das Verfahren prüft dazu die möglichen Werte der Koordinate α2 bei vorgegebener Koordinate α1 in einem zusammenhängenden Bereich, ermittelt den Mittelwert der kollisionsfreien Posen in diesem Bereich, erhöht den Wert der Koordinate α1 um 1 und generiert den Bewegungspfad 36 durch das Setzen von Überschleifpunkten 66. Für den Fall, dass der Mittelwert der kollisionsfreien Posen zu stark von der Koordinate α2 des letzten Überschleifpunkts 66 abweicht, werden die Fluktuationen auf einen Maximalwert begrenzt o der es wird ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes, intelligentes Glättungsverfahren verwendet. 9 shows one autonomously from the control unit 12 generated motion path 36 which is generated by a maximum certainty algorithm. The algorithm is based on that the first arm part 60 by panning the axis A1 in steps, the increment of the map 32 correspond, in the direction of the final pose 16 emotional. The rotational coordinate α 2 of the second arm part 62 is set in each step such that the greatest possible distance to all interference contours 34 is complied with. For this purpose, the method checks the possible values of the coordinate α 2 for a given coordinate α 1 in a contiguous area, determines the mean value of the collision-free poses in this area, increases the value of the coordinate α 1 by 1 and generates the movement path 36 by setting blending points 66 , In the event that the mean of the collision-free poses is too strong from the coordinate α 2 of the last blending point 66 deviates, the fluctuations are limited to a maximum value of o it is another, the expert appears to be useful, intelligent smoothing method used.

Wenn der Wert der Koordinate α1 dem entsprechenden Wert der Zielpose 16 entspricht, wird versucht, die Achse A2 in Position zu bringen.If the value of the coordinate α 1 corresponds to the ent speaking value of the target pose 16 an attempt is made to bring axis A2 into position.

10 zeigt einen autonom von der Steuereinheit 12 generierten Bewegungspfad 36, der durch einen alternativen Algorithmus nach der Maßgabe minimaler Strecke erzeugt ist. Dabei wird der Wert der Koordinate α1 ausgehend von der Anfangspose 14 oder von einem Überschleifpunkt 66 zunächst so weit wie möglich in Richtung der Zielpose 16 verschoben. Wenn eine kollisionsverursachende Pose angetroffen wird, setzt die Steuereinheit 12 einen Überschleifpunkt 66 an der letzten kollisionsfreien Pose mit dem Wert X der Koordinate α1. Anschließend wird der Wert der Koordinate α2 ausgehend von dem Überschleifpunkt 66 so weit verschoben, bis die Pose mit dem Wert X + 1 bzw. X – 1 der Koordinate α1 keine Kollision verursacht. Die Steuereinheit 12 setzt einen Überschleifpunkt 66' an die derart gefundene Pose, von der aus der Wert X der Koordinate α1 weiter in Richtung des entsprechenden Werts der Zielpose 16 verschoben werden kann. Die oben beschriebenen Schritte werden wiederholt, bis die Achse A1 in Position ist. Anschließend wird versucht, die Achse A2 in Position zu bringen. Im günstigsten Fall muss kein einziger Überschleifpunkt generiert werden. 10 shows one autonomously from the control unit 12 generated motion path 36 which is generated by an alternative algorithm according to the minimum distance requirement. In this case, the value of the coordinate α 1, starting from the initial pose 14 or from a sanding point 66 first as far as possible in the direction of the target pose 16 postponed. If a collision-causing pose is encountered, the control unit continues 12 a sanding point 66 on the last collision-free pose with the value X of the coordinate α 1 . Subsequently, the value of the coordinate α 2 is obtained from the blending point 66 until the pose with the value X + 1 or X - 1 of the coordinate α 1 causes no collision. The control unit 12 sets a rounding point 66 ' to the pose thus found, from which the value X of the coordinate α 1 moves further in the direction of the corresponding value of the target pose 16 can be moved. The steps described above are repeated until the axis A1 is in position. An attempt is then made to bring axis A2 into position. In the best case, no single rounding point has to be generated.

Die beiden zuletzt beschriebenen Methoden der Pfad-Generierung können durch eine simultane Pfad-Generierung beschleunigt werden, die gleichzeitig von der Anfangspose 14 und von der Zielpose 16 startet. Diese Erweiterung ist insbesondere dann notwendig, wenn sich die Zielpose 16 in der Nähe einer Störkontur 34 befindet.The two methods of path generation described last can be accelerated by a simultaneous path generation, simultaneously from the initial pose 14 and of the target pose 16 starts. This extension is especially necessary when the target pose 16 near a disturbing contour 34 located.

11 zeigt in einer schematisierten Weise eine alternative Ausgestaltung der Steuerungssoftware, die zwischen einem kritischen Bereich 38 der Landkarte 32 und einem unkritischen Bereich 40 der Landkarte 32 unterscheidet. Hierbei ist die Steuereinheit 12 derart programmiert, dass sie die Landkarte 32 zum Generieren des Bewegungspfads 36 in zwei Bereiche 38, 40 mit unterschiedlicher Detailgenauigkeit aufteilt. Ein erster, kritischer Bereich 38 weist eine hohe Flächendichte der Randlinien der Störkontur 34 auf, während ein zweiter Bereich 40 frei von Störkonturen 34 ist. 11 Fig. 12 shows, in a schematized manner, an alternative embodiment of the control software operating between a critical area 38 the map 32 and a non-critical area 40 the map 32 different. Here is the control unit 12 programmed so that they have the map 32 to generate the motion path 36 in two areas 38 . 40 with different levels of detail. A first, critical area 38 has a high surface density of the edge lines of the interference contour 34 on while a second area 40 free from interfering contours 34 is.

Die Steuereinheit 12 teilt die Landkarte 32 zum Generieren des Bewegungspfads 36 in mehrere Unterkarten 4242''' mit vorgegebenen Pfad-Teilen 44 auf. Die Unterkarten 4242''' sind jeweils rechteckig und ihre Größe hängt von dem Bereich 38, 40 ab, in dem sie angeordnet sind. Zur Illustration des Verfahrens sind vier der Unterkarten 4242''' mit römischen Ziffern XII–XV markiert und in den 1215 detailliert dargestellt.The control unit 12 share the map 32 to generate the motion path 36 in several sub-maps 42 - 42 ''' with given path parts 44 on. The sub-cards 42 - 42 ''' are each rectangular and their size depends on the area 38 . 40 in which they are arranged. To illustrate the process are four of the sub-maps 42 - 42 ''' marked with Roman numerals XII-XV and in the 12 - 15 shown in detail.

12 zeigt eine erste Unterkarte 42 der Landkarte 32, die frei von Störkonturen 34 ist. Die Pfad-Teile 44 verbinden jeweils die Eckpunkte der Unterkarte 42 entlang eines Rands der Unterkarte 42 miteinander. 12 shows a first sub-map 42 the map 32 , free from interfering contours 34 is. The path parts 44 each connect the vertices of the sub-map 42 along an edge of the sub-map 42 together.

Eine in 13 dargestellte Unterkarte 42' zeigt eine an einem linken Rand in die Unterkarte 42' hinein ragende Störkontur 34. Die Start- und Zielpunkte der vorgegebenen Pfad-Teile 44 liegen außerhalb der Störkontur 34 auf einem unregelmäßigen Viereck auf dem Rand der Unterkarte 42'.An in 13 illustrated sub-map 42 ' shows one at a left edge in the sub-map 42 ' protruding interference contour 34 , The start and end points of the given path parts 44 lie outside the interference contour 34 on an irregular square on the edge of the sub-map 42 ' ,

Eine weitere, in 14 dargestellte Unterkarte 42'' zeigt einen Abschnitt der Störkontur 34, welche die Unter karte 42'' durch einen vertikalen, für den Greifarm 10 nicht zugänglichen Streifen in zwei Teile aufteilt. Eine erste Gruppe von Start- und Zielpunkten ist auf einem unregelmäßigen Viereck am Rand des ersten Teils der Unterkarte 42'' angeordnet und eine zweite Gruppe von Start- und Zielpunkten ist auf einem Dreieck am Rand des zweiten Teils der Unterkarte 42'' angeordnet. Es ergeben sich sieben Teil-Pfade 44, die Start- und Zielpunkte jeweils innerhalb einer Gruppe entlang des Rands des Vierecks bzw. des Dreiecks miteinander verbinden.Another, in 14 illustrated sub-map 42 '' shows a section of the interference contour 34 which the sub-map 42 '' through a vertical, for the gripper arm 10 not accessible strip divides into two parts. A first group of start and finish points is on an irregular square at the edge of the first part of the sub-map 42 '' arranged and a second group of start and end points is on a triangle at the edge of the second part of the sub-map 42 '' arranged. There are seven sub-paths 44 , the start and end points in each case within a group along the edge of the quadrilateral or the triangle interconnect.

Eine in 15 dargestellte Unterkarte 42''' wird an zwei Stellen von einer Störkontur 34 geprägt, und zwar von einem ersten, an einer linken oberen Ecke in die Unterkarte 42''' hinein ragenden Teil der Störkontur 34 und einen zweiten, als Spitze in die Unterkarte 42''' hinein ragenden Teil der Störkontur 34. Insgesamt sieben Start- und Zielpunkte sind durch Teil-Pfade 44 paarweise miteinander verbunden.An in 15 illustrated sub-map 42 ''' becomes in two places of a disturbing contour 34 marked, from a first, at a top left corner in the sub-map 42 ''' protruding part of the interference contour 34 and a second, as a tip in the sub-map 42 ''' protruding part of the interference contour 34 , A total of seven start and finish points are by sub-paths 44 paired together.

In 16 zeigt eine alternative Möglichkeit zur Pfadgenerierung aus einer Landkarte 32, in der zwischen kritischen und unkritischen Bereichen unterschieden wird. Die Steuereinheit 12 unterteilt die Landkarte 32 in Rechtecke mit unterschiedlichen Größen. Die Rechtecke sind jeweils frei von der Störkontur 34. In 16 sind sechs solcher Rechtecke mit römischen Ziffern I–VI bezeichnet. Die Aufteilung der Landkarte 32 in die Rechtecke erfolgt durch aus der Bildverarbeitung bekannte Such-Einlegeverfahren.In 16 shows an alternative way of path generation from a map 32 , which distinguishes between critical and uncritical areas. The control unit 12 divides the map 32 in rectangles of different sizes. The rectangles are each free of the interference contour 34 , In 16 Six such rectangles are labeled with Roman numerals I-VI. The division of the map 32 in the rectangles is done by known from image processing search-insertion process.

Zum Erzeugen des Bewegungspfads 36 nutzt die Steuereinheit 12 folgende Verhaltensregeln:
Innerhalb eines Rechtecks kann eine direkte Point-to-Point (PTP)-Bewegung erfolgen. Wenn beispielsweise eine Pose im Rechteck I erreicht wird und sich die Endpose 16 ebenfalls im Rechteck I befindet, kann sich der Greifarm 10 ohne weitere Überschleifpunkte zu der Endpose 16 bewegen.
To create the motion path 36 uses the control unit 12 the following rules of conduct:
Within a rectangle, a direct point-to-point (PTP) movement can occur. For example, if a pose in rectangle I is reached and the final pose 16 Also located in rectangle I, the gripper arm can 10 without further sanding points to the final pose 16 move.

Zwei benachbarte Rechtecke mit einer gemeinsamen Seite können hinsichtlich der vorhergehenden Verhaltensregel immer als ein Rechteck betrachtet werden. Wenn beispielsweise eine Pose im Rechteck II erreicht wird und sich die Endpose 16 im Rechteck V befindet, kann sich der Greifarm 10 ohne weitere Überschleifpunkte in die Endpose 16 bewegen.Two adjacent rectangles with a common page can always be considered as a rectangle with respect to the previous behavior rule. For example, if a pose in the Rectangle II is achieved and the final pose 16 Located in the rectangle V, the gripper arm can 10 without further sanding points in the final pose 16 move.

Befindet sich keine Störkontur 32 im Arbeitsraum, kann ein einziges Rechteck gebildet werden.If there is no interference contour 32 in the working space, a single rectangle can be formed.

Durch die Aufteilung der Landkarte 32 in Unterkarten 4242''' bzw. durch die Einteilung in kritische und unkritische Bereiche 38, 40 kann der Landkarte 32 eine zur Pfadgenerierung erforderliche Information besonders schnell entnommen werden.By dividing the map 32 in sub-cards 42 - 42 ''' or by the division into critical and uncritical areas 38 . 40 can the map 32 a required for path generation information is taken very quickly.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird der Roboter nicht von einer integrierten Steuereinheit 12 gesteuert, sondern von einer externen, als universell programmierbarer Computer ausgebildeten Recheneinheit. Die Recheneinheit nutzt Verfahren zum Steuern einer Bewegung des Roboters zwischen einer Anfangspose 14 und einer Endpose 16 in wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgraden α1, α2, wobei ein Bewegungspfad 36 zwischen der Anfangspose 14 und der Endpose 16 von der Recheneinheit generiert wird.In an alternative embodiment of the invention, the robot does not come from an integrated control unit 12 but controlled by an external, designed as a universally programmable computer arithmetic unit. The arithmetic unit uses methods of controlling movement of the robot between an initial pose 14 and an end pose 16 in at least two degrees of freedom of movement α 1 , α 2 , wherein a movement path 36 between the initial pose 14 and the final pose 16 is generated by the arithmetic unit.

Beim Generieren des Bewegungspfads 36 nutzt die Recheneinheit in der oben beschriebenen Weise eine Landkarte 32, in der zumindest eine Störkontur 34 verzeichnet ist.When generating the motion path 36 the arithmetic unit uses a map in the manner described above 32 , in which at least one interference contour 34 is recorded.

1010
Greifarmclaw arm
1212
Steuereinheitcontrol unit
1414
AnfangsposeAnfangspose
1616
Endposeend pose
2222
Sockelbase
2424
Gelenkjoint
2626
Absolutwert-GeberAbsolute encoder
2828
Absolutwert-GeberAbsolute encoder
3030
Speichereinheitstorage unit
3232
Landkartemap
3434
Störkonturinterference contour
3636
Bewegungspfadmotion path
3838
BereichArea
4040
BereichArea
4242
Unterkarteunder map
4444
Pfad-TeilPath part
4646
Sensorsensor
4848
Linieline
5050
Linieline
5252
Polygonpolygon
5454
Polygonpolygon
5656
Kreiscircle
5858
Außenkonturouter contour
6060
Armteilarm
6262
Armteilarm
6464
Gegenstandobject
6666
ÜberschleifpunktAbout grinding point
α1 α 1
Koordinatecoordinate
α2 α 2
Koordinatecoordinate
A1A1
Achseaxis
A2A2
Achseaxis
XX
Wertvalue

Claims (12)

Roboter, insbesondere Industrie- oder Gelenkroboter, mit wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgraden (α1, α2) und einer Steuereinheit (12) zum Steuern einer Bewegung zwischen einer Anfangspose (14) und einer Endpose (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) eine Speichereinheit (30) zum Speichern einer Landkarte (32) umfasst, in der zumindest eine Störkontur (34) verzeichenbar ist.Robot, in particular industrial or articulated robot, with at least two degrees of freedom of movement (α 1 , α 2 ) and a control unit ( 12 ) for controlling a movement between an initial pose ( 14 ) and an end pose ( 16 ), characterized in that the control unit ( 12 ) a storage unit ( 30 ) to save a map ( 32 ), in which at least one interference contour ( 34 ) is verzeichenbar. Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, einen Bewegungspfad (36) zwischen der Anfangspose (14) und der Endpose (16) selbsttätig in Abhängigkeit von der Landkarte (32) zu generieren.Robot according to claim 1, characterized in that the control unit ( 12 ) is intended to provide a motion path ( 36 ) between the initial pose ( 14 ) and the final pose ( 16 ) automatically depending on the map ( 32 ) to generate. Roboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) derart programmiert ist, dass sie die Landkarte (32) zum Generieren des Bewegungspfads (36) in wenigstens zwei Bereiche (38, 40) mit un terschiedlicher Detailgenauigkeit aufteilt.Robot according to claim 2, characterized in that the control unit ( 12 ) is programmed in such a way that the map ( 32 ) for generating the motion path ( 36 ) into at least two areas ( 38 . 40 ) with un ferent detail accuracy splits. Roboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) derart programmiert ist, dass sie die Landkarte (32) zum Generieren des Bewegungspfads (36) in mehrere Unterkarten (42) mit vorgegebenen Pfad-Teilen (44) aufteilt.Robot according to claim 2, characterized in that the control unit ( 12 ) is programmed in such a way that the map ( 32 ) for generating the motion path ( 36 ) into several sub-cards ( 42 ) with predetermined path parts ( 44 ). Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (30) zum Speichern der Landkarte (32) in einem achsbezogenen Koordinatensystem vorgesehen ist.Robot according to one of the preceding claims, characterized in that the memory unit ( 30 ) to save the map ( 32 ) is provided in an axis-related coordinate system. Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Absolutwert-Geber (26, 28) zum erfassen eines Absolutwerts von wenigstens einer Koordinate (α1, α2) einer aktuellen Pose.Robot according to one of the preceding claims, characterized by at least one absolute value encoder ( 26 . 28 ) for detecting an absolute value of at least one coordinate (α 1 , α 2 ) of a current pose. Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Sensor (4646''') zum Erkennen einer Störkontur (34).Robot according to one of the preceding claims, characterized by at least one sensor ( 46 - 46 ''' ) for detecting a disturbing contour ( 34 ). Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, die Landkarte (32) abhängig von einer vorgegebenen Störkontur (34) zu generieren.Robot according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 12 ) is provided for the map ( 32 ) depending on a given interference contour ( 34 ) too to generate. Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, zum Generieren der Landkarte (32) ein auf höchstens 20 Parameter beschränktes Modell für eine Außenkontur (58) eines Greifarms (10) zu nutzen.Robot according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 12 ) is intended to generate the map ( 32 ) a model for an outer contour limited to a maximum of 20 parameters ( 58 ) of a gripping arm ( 10 ) to use. Roboter Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell die Außenkontur (58) des Greifarms (10) durch wenigstens ein Polygon (52, 54) darstellt.Robot claim 9, characterized in that the model is the outer contour ( 58 ) of the gripper arm ( 10 ) by at least one polygon ( 52 . 54 ). Roboter nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell die Außenkontur (58) des Greifarms (10) durch wenigstens einen Kreis (56) darstellt.Robot according to one of claims 9 or 10, characterized in that the model of the outer contour ( 58 ) of the gripper arm ( 10 ) by at least one circle ( 56 ). Verfahren zum Steuern einer Bewegung eines-Roboters, insbesondere eines Roboters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zwischen einer Anfangspose (14) und einer Endpose (16) in wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgraden (α1, α2), wobei ein Bewegungspfad (36) zwischen der Anfangspose (14) und der Endpose (16) generiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Generieren des Bewegungspfads (36) eine Landkarte (32) genutzt wird, in der zumindest eine Störkontur (34) verzeichnet ist.Method for controlling a movement of a robot, in particular a robot according to one of the preceding claims, between an initial pose ( 14 ) and an end pose ( 16 ) in at least two degrees of freedom of movement (α 1 , α 2 ), wherein a movement path ( 36 ) between the initial pose ( 14 ) and the final pose ( 16 ) is generated, characterized in that when generating the movement path ( 36 ) a map ( 32 ) is used, in the at least one interference contour ( 34 ) is recorded.
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