DE-102025142718-A1 - AUTOMATISIERTES VERFAHREN ZUM EINSTELLEN DER TRAGLAST EINES KOLLABORATIVEN ROBOTERS

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Abstract

Verfahren und System zum automatischen Einstellen eines Traglast-Gewichtswerts bei einem kollaborativen Roboter, wobei ein oder mehr Objekte von einem Robotergreifer aufgenommen werden, das Gewicht der Objekte automatisch von einem Kraftsensor bestimmt und das Gewicht für die Traglast verwendet wird und der Traglastwert automatisch angepasst wird, wenn eines der Objekte abgesetzt wird. Wenn bekannt ist, dass alle Objekte das gleiche Gewicht haben, ist nur eine Gewichtsmessung erforderlich, und Objekte mit unterschiedlichen Gewichten können mit einer Gewichtsmessung für jedes Objekt gehandhabt werden. Das System erledigt die Traglastanpassung automatisch, ohne dass eine manuelle Anpassung oder individuelle Programmierung erforderlich ist. Der Roboter verwendet den Traglast-Gewichtswert, wenn er eine von außen aufgebrachte Kraft feststellt, die auf einen Kontakt mit einer Bedienperson oder einem anderen Objekt hinweist, und auch, um sicherzustellen, dass die Beschleunigungen der Ladung nicht das Vermögen der Greifkraft oder die Belastungsgrenzen der Robotergelenke überschreiten.

Inventors

Haochen Yu
Jake Weinmann
Ganesh Kalbavi

Assignees

FANUC AMERICA CORPORATION

Dates

Publication Date: 20260507
Application Date: 20251020
Priority Date: 20251016

Claims (20)

Verfahren zum Einstellen eines Traglast-Gewichtswert eines Industrieroboters, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Vielzahl von Objekten, die zum Greifen zur Verfügung stehen; Greifen einer Anzahl der Objekte mit einem Greifer, der auf den Roboter montiert ist; Messen eines Gesamtgewichts der Anzahl von Objekten mithilfe eines Lastsensors, der auf den Roboter oder den Greifer montiert ist; Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des Gesamtgewichts der Anzahl von Objekten und unter Einschluss eines bekannten Greifer-leer-Gewichtswerts; wenn die gegriffenen Objekte alle das gleiche Gewicht haben, Bestimmen eines Gewichts von jedem Objekt als das durch die Anzahl geteilte Gesamtgewicht, Bewegen des Greifers zu einer Zielposition, Absetzen einer Teilmenge der Anzahl von Objekten und Verringern des Traglast-Gewichtswerts um einen Betrag, der einer Anzahl der abgesetzten Objekte multipliziert mit dem Gewicht jedes Objekts entspricht; und wenn die gegriffenen Objekte nicht alle das gleiche Gewicht haben, Bewegen des Greifers zu einer Zielposition, Absetzen einer Teilmenge der Anzahl von Objekten, Messen eines neuen Gewichts einer reduzierten Anzahl von Objekten mithilfe des Lastsensors und Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des neuen Gewichts.
Verfahren nach Anspruch 1 , ferner umfassend das Absetzen einer nächsten Teilmenge der Anzahl von Objekten und das erneute Einstellen des Traglast-Gewichtswerts, bis der Greifer leer ist, woraufhin der Traglast-Gewichtswert auf den Greifer-leer-Gewichtswert eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei, wenn die Anzahl von Objekten eins ist und alle zum Greifen verfügbaren Objekte das gleiche Gewicht haben, Greifen des einen Objekts, Messen des Gewichts nur eines ersten der Objekte, Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des Gewichts des ersten der Objekte unter Einschluss des bekannten Greifer-leer-Gewichtswerts, Absetzen des einen Objekts und Wiederholen des Greifens und Absetzens weiterer einzelner Objekte ohne Messung des Gewichts von jedem der weiteren einzelnen Objekte.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei, wenn die Anzahl von Objekten eins ist und nicht alle zum Greifen verfügbaren Objekte das gleiche Gewicht haben, Greifen des einen Objekts, Messen des Gewichts des einen Objekts, Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des Gewichts des einen Objekts unter Einschluss des bekannten Greifer-leer-Gewichtswerts, Absetzen des einen Objekts und Wiederholen des Greifens und Absetzens weiterer einzelner Objekte unter Einschluss der Messung des Gewichts von jedem der weiteren einzelnen Objekte.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Traglast-Gewichtswert beim Berechnen einer Trajektorie für die Bewegung der Objekte durch den Roboter verwendet wird, wobei die Trajektorie eine räumliche Bahn des Greifers sowie Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile entlang der räumlichen Bahn umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5 , wobei das Berechnen einer Trajektorie das Berechnen von Robotergelenklasten und Greifer-Objekt-Kräften auf der Grundlage der Trajektorie und des Traglast-Gewichtswerts sowie, wenn die Robotergelenklasten oder die Greifer-Objekt-Kräfte entsprechende vordefinierte Grenzen überschreiten, das Neuberechnen der Trajektorie, bis die Robotergelenklasten und die Greifer-Objekt-Kräfte die Grenzen nicht überschreiten, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5 , wobei der Roboter ein kollaborativer Roboter ist, der zum Betrieb mit einer sich in der Nähe des Roboters aufhaltenden menschlichen Arbeitskraft eingerichtet ist, und wobei der Traglast-Gewichtswert auch verwendet wird, um einen Schwellenwert einer äußeren Kraft auf den Roboter festzulegen, der das Anhalten der Roboterbewegung auslöst.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Roboter eine Palettier- oder Depalettiertätigkeit ausführt, indem er die Objekte greift und bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Greifer ein Vakuumgreifer ist, der eine Vielzahl von Saugelementen umfasst, die einzeln und selektiv aktiviert werden können, wobei jedes der Objekte durch Aktivieren von einem oder mehreren der Saugelemente gegriffen und durch Deaktivieren des einen oder der mehreren der Saugelemente losgelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei ein Konfigurationsparameter, der angibt, ob die zum Greifen verfügbaren Objekte alle das gleiche Gewicht haben, vor dem Greifen der Anzahl von Objekten definiert wird.
Verfahren zum Einstellen eines Traglast-Gewichtswert eines Industrieroboters, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Vielzahl von Objekten, die zum Greifen zur Verfügung stehen, wobei ein Konfigurationsparameter definiert wird, der angibt, ob die zum Greifen verfügbaren Objekte alle das gleiche Gewicht haben; Greifen einer Anzahl der Objekte mit einem Greifer, der auf den Roboter montiert ist, wobei der Greifer ein Vakuumgreifer ist, der eine Vielzahl von Saugelementen umfasst, die einzeln und selektiv aktiviert werden können, wobei jedes der Objekte durch Aktivieren von einem oder mehreren der Saugelemente gegriffen wird; Messen eines Gesamtgewichts der Anzahl von Objekten mithilfe eines Lastsensors, der auf den Roboter oder den Greifer montiert ist; Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des Gesamtgewichts der Anzahl von Objekten und unter Einschluss eines bekannten Greifer-leer-Gewichtswerts; wenn die gegriffenen Objekte alle das gleiche Gewicht haben, Bestimmen eines Gewichts von jedem Objekt als das durch die Anzahl geteilte Gesamtgewicht, Bewegen des Greifers zu einer Zielposition, Absetzen einer Teilmenge der Anzahl von Objekten und Verringern des Traglast-Gewichtswerts um einen Betrag, der einer Anzahl der abgesetzten Objekte multipliziert mit dem Gewicht jedes Objekts entspricht; wenn die gegriffenen Objekte nicht alle das gleiche Gewicht haben, Bewegen des Greifers zu einer Zielposition, Absetzen einer Teilmenge der Anzahl von Objekten, Messen eines neuen Gewichts einer reduzierten Anzahl von Objekten mithilfe des Lastsensors und Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des neuen Gewichts; und Absetzen einer nächsten Teilmenge der Anzahl von Objekten und erneutes Einstellen des Traglast-Gewichtswerts, bis der Greifer leer ist, woraufhin der Traglast-Gewichtswert auf den Greifer-leer-Gewichtswert eingestellt wird, wobei der Traglast-Gewichtswert beim Berechnen einer Trajektorie verwendet wird, die zum Bewegen des Greifers zur Zielposition verwendet wird, wobei die Trajektorie eine räumliche Bahn des Greifers sowie Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile entlang der räumlichen Bahn umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11 , wobei, wenn die Anzahl von Objekten eins ist, Greifen des einen Objekts, Messen des Gewichts des einen Objekts, Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des Gewichts des einen Objekts unter Einschluss des bekannten Greifer-leer-Gewichtswerts, Absetzen des einen Objekts und Wiederholen des Greifens und Absetzens weiterer einzelner Objekte, wobei das Gewicht von jedem der weiteren einzelnen Objekte nur gemessen wird, wenn die zum Greifen verfügbaren Objekte nicht alle das gleiche Gewicht haben.
Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Berechnen einer Trajektorie das Berechnen von Robotergelenklasten und Greifer-Objekt-Kräften auf der Grundlage der Trajektorie und des Traglast-Gewichtswerts sowie, wenn die Robotergelenklasten oder die Greifer-Objekt-Kräfte entsprechende vordefinierte Grenzen überschreiten, das Neuberechnen der Trajektorie, bis die Robotergelenklasten und die Greifer-Objekt-Kräfte die Grenzen nicht überschreiten, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13 , wobei der Roboter ein kollaborativer Roboter ist, der zum Betrieb mit einer sich in der Nähe des Roboters aufhaltenden menschlichen Arbeitskraft eingerichtet ist, und wobei der Traglast-Gewichtswert auch verwendet wird, um einen Schwellenwert einer äußeren Kraft auf den Roboter festzulegen, der das Anhalten der Roboterbewegung auslöst.
Robotergestütztes Pick-and-Place-System mit automatischer Traglastkompensation, wobei das System umfasst: einen Industrieroboter, der mit einem Greifer ausgerüstet ist, und einen Lastsensor, der mit dem Roboter und/oder dem Greifer verbunden ist; und eine Robotersteuerung in Verbindung mit dem Roboter, dem Greifer und dem Lastsensor, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, Schritte auszuführen, die umfassen: Greifen aus einer Vielzahl von Objekten, die zum Greifen zur Verfügung stehen, einer Anzahl von Objekten mit dem Greifer; Messen eines Gesamtgewichts der Anzahl von Objekten mithilfe des Lastsensors; Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des Gesamtgewichts der Anzahl von Objekten und unter Einschluss eines bekannten Greifer-leer-Gewichtswerts; wenn die gegriffenen Objekte alle das gleiche Gewicht haben, Bestimmen eines Gewichts von jedem Objekt als das durch die Anzahl geteilte Gesamtgewicht, Bewegen des Greifers zu einer Zielposition, Absetzen einer Teilmenge der Anzahl von Objekten und Verringern des Traglast-Gewichtswerts um einen Betrag, der einer Anzahl der abgesetzten Objekte multipliziert mit dem Gewicht jedes Objekts entspricht; und wenn die gegriffenen Objekte nicht alle das gleiche Gewicht haben, Bewegen des Greifers zu einer Zielposition, Absetzen einer Teilmenge der Anzahl von Objekten, Messen eines neuen Gewichts einer reduzierten Anzahl von Objekten mithilfe des Lastsensors und Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des neuen Gewichts.
System nach Anspruch 15 , wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist zum Absetzen einer nächsten Teilmenge der Anzahl von Objekten und erneuten Einstellen des Traglast-Gewichtswerts, bis der Greifer leer ist, woraufhin der Traglast-Gewichtswert auf den Greifer-leer-Gewichtswert eingestellt wird.
System nach Anspruch 15 , wobei, die Steuerung ferner, wenn die Anzahl von Objekten eins ist und alle zum Greifen verfügbaren Objekte das gleiche Gewicht haben, zum Greifen des einen Objekts, Messen des Gewichts nur eines ersten der Objekte, Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des Gewichts des ersten der Objekte unter Einschluss des bekannten Greifer-leer-Gewichtswerts, Absetzen des einen Objekts und Wiederholen des Greifens und Absetzens weiterer einzelner Objekte ohne Messung des Gewichts von jedem der weiteren einzelnen Objekte eingerichtet ist.
System nach Anspruch 15 , wobei die Steuerung ferner, wenn die Anzahl von Objekten eins ist und nicht alle zum Greifen verfügbaren Objekte das gleiche Gewicht haben, zum Greifen des einen Objekts, Messen des Gewichts des einen Objekts, Einstellen des Traglast-Gewichtswerts unter Verwendung des Gewichts des einen Objekts unter Einschluss des bekannten Greifer-leer-Gewichtswerts, Absetzen des einen Objekts und Wiederholen des Greifens und Absetzens weiterer einzelner Objekte unter Einschluss der Messung des Gewichts von jedem der weiteren einzelnen Objekte eingerichtet ist.
System nach Anspruch 15 , wobei der Traglast-Gewichtswert von der Steuerung beim Berechnen einer Trajektorie für die Bewegung der Objekte durch den Roboter verwendet wird, wobei die Trajektorie eine räumliche Bahn des Greifers sowie Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile entlang der räumlichen Bahn umfasst.
System nach Anspruch 19 , wobei das Berechnen einer Trajektorie das Berechnen von Robotergelenklasten und Greifer-Objekt-Kräften auf der Grundlage der Trajektorie und des Traglast-Gewichtswerts sowie, wenn die Robotergelenklasten oder die Greifer-Objekt-Kräfte entsprechende vordefinierte Grenzen überschreiten, das Neuberechnen der Trajektorie, bis die Robotergelenklasten und die Greifer-Objekt-Kräfte die Grenzen nicht überschreiten, umfasst.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil des Prioritätsdatums der am 1. November 2024 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/715,043 mit dem Titel „AUTOMATED METHOD TO SET PAYLOAD OF COLLABORATIVE ROBOT“ (AUTOMATISIERTES VERFAHREN ZUM EINSTELLEN DER TRAGLAST EINES KOLLABORATIVEN ROBOTERS). STAND DER TECHNIK Technisches Gebiet Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Industrierobotersteuerung und insbesondere auf ein Verfahren zum automatischen Einstellen eines Traglast-Gewichtswerts bei einem kollaborativen Roboter, wobei ein oder mehr Objekte von einem Robotergreifer aufgenommen werden, das Gewicht der Objekte automatisch von einem Kraftsensor bestimmt und für die Traglast verwendet wird und der Traglastwert automatisch angepasst wird, wenn eines der Objekte abgesetzt wird. Erörterung der verwandten Technik Die Verwendung von Industrierobotern zur Durchführung eines breiten Spektrums von Herstellungs-, Montage- und Materialbewegungstätigkeiten ist gut bekannt. Viele dieser Tätigkeiten und Aufgaben werden von Gelenkrobotern wie fünf- oder sechsachsigen Robotern mit einem Servomotor an jedem Drehgelenk ausgeführt. Die Steuerung derartiger Roboter erfolgt in Echtzeit, wobei ein Bewegungsprogramm in kleine Bewegungsinkremente unterteilt wird und eine Robotersteuerung Berechnungen für die Rückkopplungssteuerung in Echtzeit durchführt, um Gelenkmotor-Eingabebefehle zu berechnen, die den Endeffektormittelpunkt entlang einer vorgegebenen Trajektorie bewegen. Eine gängige Art von Roboteraufgabe ist die Materialbewegung, bei der Pakete oder Werkstücke von einem Ausgangsort zu einem Bestimmungsort bewegt werden. Eine besondere Anwendung dieser Art besteht darin, dass der Roboter mit einem Vakuumgreifwerkzeug ausgerüstet ist und Pakete (z.B. Kisten) aufnimmt und zu einem vorgegebenen Ort bewegt. Diese Art von Robotertätigkeit kommt gewöhnlich zum Depalettieren oder Palettieren (d.h. zum Bewegen von Kisten von einer Palette zu einem Förderer oder umgekehrt) zur Anwendung. Bei Tätigkeiten der oben beschriebenen Art muss man das Gewicht der „Traglast“ oder der Objekte kennen, die vom Roboterarm bewegt werden. Normalerweise wird die Traglast so verstanden, dass sie den Greifer (oftmals ein Vakuumgreifer mit erheblichem Gewicht) mitsamt der Kiste oder den Kisten umfasst, die der Greifer zu einem gegebenen Zeitpunkt trägt. Der Traglast-Gewichtswert wird zum Berechnen einer Trajektorie des Roboterendarms sowie der entsprechenden Geschwindigkeiten und Beschleunigungen verwendet, bei denen die Robotergelenklasten innerhalb vorgeschriebener Grenzen bleiben und die auch verhindern, dass sich die Kiste(n) vom Vakuumgreifer löst/lösen. Bestimmte Anwendungen erfordern zwingend die Verwendung von kollaborativen Robotern, bei denen es sich um Roboter handelt, die für den Einsatz zusammen mit einer menschlichen Arbeitskraft in einem Arbeitsraum konzipiert sind. Kollaborative Roboter umfassen Kontrollfunktionen zum Verhindern eines heftigen Kontakts zwischen dem Roboter oder seiner Ladung und der menschlichen Arbeitskraft. Bei Anwendungen mit kollaborativen Robotern wird der Traglast-Gewichtswert außer zu Zwecken der oben beschriebenen Berechnung der Trajektorie auch zum Festlegen der Kontrollparameter zum Erkennen eines Kontakts mit irgendeinem Hindernis im Arbeitsraum verwendet. Zum Einstellen eines Traglast-Gewichtswert bei Robotern wurden verschiedene Verfahren verwendet. Im einfachsten Fall bewegt ein Roboter nur jeweils eine Kiste nach der anderen, hat jede Kiste das gleiche Gewicht und ist das Gewicht bekannt. In diesem Fall ist der Traglast-Gewichtswert einfach das Gewicht des Greifers, wenn der Greifer keine Kiste trägt, oder das Gewicht des Greifers plus dem bekannten Kistengewicht, wenn der Greifer eine Kiste trägt. Die meisten realen Anwendungen sind allerdings komplexer und sehen vor, dass sich Kisten unterschiedlicher Größe und mit unterschiedlichen Gewichten auf einer einzigen Palette befinden und dass der Roboter mehrere Kisten gleichzeitig aufnehmen und einige der Kisten an einem Ort und andere Kisten an anderen Orten absetzen muss usw. Bei derartigen Anwendungen kann die Bestimmung des Traglast-Gewichtswerts kompliziert und zeitaufwändig sein. Ein bekanntes Verfahren zum Bestimmen eines Traglast-Gewichtswerts besteht darin, einfach das Gewicht aller transportierten Kisten nach jedem Greif- oder Loslassvorgang zu messen. Die Gewichtsmessung kann von einem Kraftsensor vorgenommen werden, der in der Nähe des Vakuumgreifers auf den Roboterarm montiert ist. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Roboter nach jedem Greif- oder Loslassvorgang anhalten muss und dass die Gewichtsmessung dann eine bestimmte Zeit in Anspruch nimmt. Diese Verzögerung aufgrund der Messung mindern erheblich die Produktivität des Roboters, der die Paketbewegung durchführt. Selbst wenn die Kistengewichte bekannt sind (alle Kisten mit dem gleichen Gewicht od