DE-102024132044-A1 - Eingabegerät zum Steuern eines Roboters

Abstract

Ein Verfahren zum Kalibrieren eines an einem Glied (110) eines Roboters (100) befestigten Eingabegeräts (10) zum Steuern des Roboters, wobei das Eingabegerät eine Inertialmesseinrichtung (12) zum Ermitteln einer Orientierung des Eingabegeräts relativ zu einer Gravitationsrichtung (g) aufweist, weist die Schritte auf: Verstellen (S20) des Roboterglied in mehrere Messposen relativ zu einem Bezugs-Koordinatensystem; Bereitstellen (S30) - für die jeweilige Messpose - einer mithilfe der Inertialmesseinrichtung des an dem Roboterglied befestigten Eingabegeräts ermittelten Orientierung des Eingabegeräts relativ zu der Gravitationsrichtung und einer Orientierung des Roboterglieds relativ zu dem Bezugs-Koordinatensystem; und Kalibrieren (S50) einer Transformation zwischen einem eingabegerätfesten Koordinatensystem (D) und einem robotergliedfesten Koordinatensystem (R) auf Basis der bereitgestellten Orientierungen des Eingabegeräts und Roboterglieds. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Steuern eines Roboters (100) mithilfe des kalibrierten Eingabegeräts sowie ein System bzw. Computerprogramm(produkt) zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Inventors

• Dominik Joho

Assignees

• KUKA DEUTSCHLAND GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241104

Claims (11)

1. Verfahren zum Kalibrieren eines an einem Glied (110) eines Roboters (100) befestigten Eingabegeräts (10) zum Steuern des Roboters, wobei das Eingabegerät eine Inertialmesseinrichtung (12) zum Ermitteln einer Orientierung des Eingabegeräts relativ zu einer Gravitationsrichtung (g) aufweist; wobei das Verfahren die Schritte aufweist: - Verstellen (S20) des Roboterglied in mehrere Messposen relativ zu einem Bezugs-Koordinatensystem; - Bereitstellen (S30) - einer mithilfe der Inertialmesseinrichtung des an dem Roboterglied befestigten Eingabegeräts ermittelten Orientierung des Eingabegeräts relativ zu der Gravitationsrichtung und - einer Orientierung des Roboterglieds relativ zu dem Bezugs-Koordinatensystem für die jeweilige Messpose; und - Kalibrieren (S50) einer Transformation zwischen einem eingabegerätfesten Koordinatensystem (D) und einem robotergliedfesten Koordinatensystem (R) auf Basis der bereitgestellten Orientierungen des Eingabegeräts und Roboterglieds.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Transformation auf Basis einer Fehlerminimierung über die für die mehreren Messposen bereitgestellten Orientierungen kalibriert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Transformation auf Basis von virtuellen Umorientierungen des eingabegerätfesten Koordinatensystems auf Basis der Gravitationsrichtung kalibriert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Transformation auf Basis einer angenommenen Verteilung von Messfehlern kalibriert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Eingabegerät ein bewegliches Eingabeelement (11) mit wenigstens drei Freiheitsgraden aufweist.
6. Eingabegerät (10) zum Steuern eines Roboters (100), welches eine Inertialmesseinrichtung (12) zum Ermitteln einer Orientierung des Eingabegeräts relativ zu einer Gravitationsrichtung (g) aufweist und nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche kalibriert ist.
7. Verfahren zum Steuern eines Roboters (100) mithilfe eines an einem Glied (110) des Roboters befestigten Eingabegeräts (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: - Ermitteln (S60) von Eingabedaten auf Basis einer Betätigung des Eingabegeräts; - Transformieren (S70) der Eingabedaten in ein Befehls-Koordinatensystem auf Basis der kalibrierten Transformation; und - Steuern (S80) des Roboters auf Basis der transformierten Eingabedaten.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Eingabegerät vor dem Kalibrieren und/oder Steuern lösbar an dem Roboterglied befestigt (S10) und/oder nach dem Kalibrieren und/oder Steuern von dem Roboterglied gelöst (S90) wird.
9. System zum Kalibrieren eines Eingabegeräts (10) zum Steuern eines Roboters (100), das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: - das Eingabegerät (10), welches eine Inertialmesseinrichtung (12) zum Ermitteln einer Orientierung des Eingabegeräts relativ zu einer Gravitationsrichtung (g) aufweist; - Mittel zum Bereitstellen - einer mithilfe der Inertialmesseinrichtung des an dem Roboterglied befestigten Eingabegeräts ermittelten Orientierung des Eingabegeräts relativ zu der Gravitationsrichtung und - einer Orientierung des Roboterglied relativ zu dem Bezugs-Koordinatensystem für mehreren Messposen des Roboterglied relativ zu einem Bezugs-Koordinatensystem; und - Mittel zum Kalibrieren einer Transformation zwischen einem eingabegerätfesten Koordinatensystem (D) und einem robotergliedfesten Koordinatensystem (R) auf Basis der bereitgestellten Orientierungen des Eingabegeräts und Roboterglieds.
10. System zum Steuern eines Roboters (100) mithilfe eines an einem Glied (110) des Roboters befestigten Eingabegeräts (10), wobei das System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: - das an dem Roboterglied befestigte, nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche kalibrierte Eingabegerät (10); - Mittel zum Transformieren von auf Basis einer Betätigung des Eingabegeräts ermittelter Eingabedaten in ein Befehls-Koordinatensystem auf Basis der kalibrierten Transformation; und - Mittel zum Steuern des Roboters auf Basis der transformierten Eingabedaten.
11. Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, insbesondere auf einem computerlesbaren und/oder nicht-flüchtigen Speichermedium gespeicherte, Anweisungen enthält, die bei der Ausführung durch einen oder mehrere Computer oder ein System nach Anspruch 9 oder 10 den oder die Computer oder das System dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder einem der Ansprüche 7 bis 8 durchzuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Kalibrieren eines an einem Glied eines Roboters befestigten Eingabegeräts zum Steuern des Roboters, das kalibrierte Eingabegerät, ein Verfahren und System zum Steuern eines Roboters mithilfe des an einem Glied des Roboters befestigten, kalibrierten Eingabegeräts sowie ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens. Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuern eines Roboters mithilfe eines an einem Glied des Roboters befestigten Eingabegeräts bzw. ein Kalibrieren des Eingabegeräts zu verbessern. Diese Aufgabe wird insbesondere durch ein Verfahren zum Kalibrieren des an einem Glied eines Roboters befestigten Eingabegeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 6, 7, 9-11 stellen ein nach einem hier beschriebenen Verfahren kalibriertes Eingabegerät, ein Verfahren zum Steuern eines Roboters mithilfe eines an einem Glied des Roboters befestigten, (nach einem) hier beschriebenen (Verfahren kalibrierten) Eingabegeräts, ein System und ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen. Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Kalibrieren eines an einem Glied eines Roboters („Roboterglied“) befestigten Eingabegeräts zum Steuern des Roboters, das eine Inertialmesseinrichtung zum Ermitteln einer Orientierung des Eingabegeräts relativ zu einer Gravitationsrichtung aufweist, die Schritte auf:- Verstellen des Roboterglied in mehrere, vorzugsweise gegeneinander wenigstens um eine nicht mit der Gravitationsrichtung fluchtende Achse verkippte, Messposen (i = 1, 2, ... n) relativ zu einem Bezugs-Koordinatensystem;- Bereitstellen einer Orientierung des Eingabegeräts relativ zu der Gravitationsrichtung für die jeweilige Messpose, wobei diese Orientierung (jeweils) mithilfe der Inertialmesseinrichtung des an dem Roboterglied befestigten Eingabegeräts ermittelt ist, in einer Weiterbildung wird;- Bereitstellen einer Orientierung des Roboterglieds relativ zu dem Bezugs-Koordinatensystem; und- Kalibrieren, insbesondere Parametrieren, einer, insbesondere numerischen, Transformation zwischen einem eingabegerätfesten Koordinatensystem und einem relativ zu dem Roboterglied festen („robotergliedfesten“) Koordinatensystem auf Basis der bereitgestellten Orientierungen des Eingabegeräts und Roboterglieds. Der Roboter weist in einer Ausführung einen Roboterarm mit wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, durch Antriebe (des Roboters) verstellbaren Achsen bzw. Gelenken, in einer Weiterbildung Drehachsen bzw. -gelenken, und/oder eine, in einer Weiterbildung stationäre oder mobile, Basis, in einer Weiterbildung ein Fahrwerk, auf. Für solche Roboter ist die vorliegende Erfindung aufgrund ihrer Einsatzbedingungen besonders vorteilhaft. In einer Ausführung ist, in einer Weiterbildung wird, das Eingabegerät zum Kalibrieren und/oder Steuern an dem Glied des Roboters temporär und/oder, vorzugsweise zerstörungsfrei, lösbar befestigt, in einer Weiterbildung- vor dem Kalibrieren und/oder (insbesondere dadurch auch) vor dem Steuern, befestigt; und/oder, vorzugsweise erst bzw. ohne zwischenzeitliches Lösen,- nach dem Steuern und/oder (insbesondere dadurch auch) nach dem Kalibrieren (wieder, vorzugsweise zerstörungsfrei) gelöst bzw. entfernt. Entsprechend kann ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren des Eingabegeräts das anfängliche Befestigen und, gegebenenfalls erst nach einem erfindungsgemäßen Steuern des Roboters, das abschließende Lösen des Eingabegeräts umfassen und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern des Roboters das anfängliche Befestigen und abschließende Lösen des Eingabegeräts umfassen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren des Eingabegeräts und damit ein anfängliche Befestigen des Eingabegeräts vor dem Verstellen des Roboterglied in die Messposen und das abschließende Lösen des Eingabegeräts nach dem Kalibrieren des Eingabegeräts und Steuern des Roboters mithilfe des kalibrierten Eingabegeräts umfassen kann. Dadurch kann es vorteilhaft sukzessive für mehrere Roboter verwendet werden. Das Glied des Roboters ist in einer Ausführung ein distales und/oder Strukturglied, in einer Weiterbildung ein End- bzw. Werkzeugbefestigungsglied bzw. -flansch des Roboters. Dadurch kann das Glied bzw. an dem Glied angeordnetes Werkzeug besonders vorteilhaft mithilfe des Eingabegeräts handgeführt werden. Die Inertialmesseinrichtung kann insbesondere eine oder mehrere IMUs („Inertial Measurement Unit“) und/oder einen oder mehrere bzw. mit einem oder mehreren Sensoren aufweisen, wobei Inertialmesseinrichtung bzw. IMU bzw. Sensor(en) die Gravitationsrichtung bzw. die Richtung des Schwerkraftvektors, vorzugsweise in Ruhe bzw