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DE102014012670A1 - Method for calibrating an at least single kinematic redundant robot - Google Patents

Method for calibrating an at least single kinematic redundant robot Download PDF

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Publication number
DE102014012670A1
DE102014012670A1 DE201410012670 DE102014012670A DE102014012670A1 DE 102014012670 A1 DE102014012670 A1 DE 102014012670A1 DE 201410012670 DE201410012670 DE 201410012670 DE 102014012670 A DE102014012670 A DE 102014012670A DE 102014012670 A1 DE102014012670 A1 DE 102014012670A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
robot
end effector
parameters
axes
calibrating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201410012670
Other languages
German (de)
Inventor
Alexander Gürtler
Willi Klumpp
Andreas Luderer
Matthias Reichenbach
Matthias Schreiber
Volker Zipter
Michael Zürn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE201410012670 priority Critical patent/DE102014012670A1/en
Publication of DE102014012670A1 publication Critical patent/DE102014012670A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1679Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692Calibration of manipulator
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/40Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40333Singularity, at least one movement not possible, kinematic redundancy
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/40Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40367Redundant manipulator

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren zumindest einfach kinematisch redundanten Roboters (10), insbesondere eines Leichtbauroboters, mit den Schritten: Fixieren eines Endeffektors (14) des Roboters (10); Einstellen zumindest so vieler unterschiedlicher Achsstellungen des Roboters (10) bei fixiertem Endeffektor (14) wie der Roboter (10) Achsen (12) aufweist; Erfassen jeweiliger Achsparameter für die jeweiligen Achsstellungen; Ermitteln jeweiliger, die Relativpositionierung der unterschiedlichen Achsen (12) zueinander kennzeichnenden Kinematikparameter (Qj, τj, dj, aj, αj) des Roboters (10) unter Berücksichtigung der erfassten Achsparameter.The invention relates to a method for calibrating at least one kinematic redundant robot (10), in particular a lightweight robot, comprising the steps of: fixing an end effector (14) of the robot (10); Setting at least as many different axis positions of the robot (10) with fixed end effector (14) as the robot (10) axes (12); Detecting respective axis parameters for the respective axis positions; Determining respective, the relative positioning of the different axes (12) mutually characteristic kinematics parameters (Qj, τj, dj, aj, αj) of the robot (10) taking into account the detected axis parameters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines zumindest einfach kinematisch redundanten Roboters, insbesondere eines Leichtbauroboters.The invention relates to a method for calibrating an at least simply kinematically redundant robot, in particular a lightweight robot.

In industriellen Anwendungen eingesetzte Leichtbauroboter weisen des Öfteren eine fehlende Positioniergenauigkeit auf. Dies führt dazu, dass laut Steuerung angefahrene Punkte erheblich von den real angefahrenen Punkten des Roboters abweichen. Ein Grund hierfür liegt unter anderem in nicht exakt modellierten Abweichungen der kinematischen Eigenschaften der betreffenden Roboter, beispielsweise bezüglich Toleranzen ihrer Achslängen, fehlerhafter Achsnulllagen und dergleichen. Über die Lebensdauer der Roboter können sich diese kinematischen Eigenschaften zudem nach Kollisionen oder durch Verschleiß ebenfalls ändern. Bei fehlerhaften Kinematikparametern fahren Roboter Raumpunkte nicht wie gewünscht sondern mit Lageabweichungen an, wodurch die Funktionsweise des damit verbundenen Prozesses nicht sichergestellt werden kann. Ebenso gilt dies für Werkzeuge, welche an derartigen Robotern montiert sind, welche üblicherweise einem gewissen Verschleiß unterliegen. Insbesondere die geometrischen Eigenschaften der verwendeten Werkzeuge werden ebenfalls über derartige Kinematikparameter erfasst. Falls diese nicht entsprechend der sich verändernden Geometrie der Werkzeuge angepasst werden, führt dies ebenfalls zu unerwünschten Positionierungenauigkeiten der mittels des Roboters geführten Werkzeuge.Lightweight robots used in industrial applications often have a lack of positioning accuracy. As a result, points approached by the controller deviate significantly from the actual approached points of the robot. One reason for this is inter alia in not exactly modeled deviations of the kinematic properties of the robot in question, for example with respect to tolerances of their axial lengths, faulty axle zero positions and the like. Over the lifetime of the robots, these kinematic properties may also change after collisions or wear. In the case of faulty kinematic parameters, robots do not move the spatial points as required, but with positional deviations, which means that the functioning of the associated process can not be ensured. This also applies to tools which are mounted on such robots, which are usually subject to a certain wear. In particular, the geometric properties of the tools used are also detected by such kinematic parameters. If these are not adjusted according to the changing geometry of the tools, this also leads to undesired positioning inaccuracies of the tools guided by the robot.

Es existieren bereits Vermessungssysteme, um dem vorstehend genannten Problem entgegenzuwirken. Beispielsweise zeigt die US 5 402 582 A einen Messarm mit einer Genauigkeitskompensation, mittels welchem ein Roboter kalibriert werden könnte. Das dort gezeigte System ist relativ teuer und auch aufwendig in der Handhabung. Insbesondere sind derartige Systeme nur schwer in Serienanlagen von Produktionssystemen verwendbar und somit für den Einsatz bei Leichtbaurobotern eher wenig bis gar nicht geeignet.There are already surveying systems to counteract the above problem. For example, the shows US 5,402,582 A a measuring arm with an accuracy compensation, by means of which a robot could be calibrated. The system shown there is relatively expensive and also expensive to handle. In particular, such systems are difficult to use in serial systems of production systems and therefore rather little or not at all suitable for use in lightweight robots.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Kalibrieren eines Roboters bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention to provide an improved method for calibrating a robot.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines zumindest einfach kinematisch redundanten Roboters mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for calibrating an at least single kinematic redundant robot having the features of the independent patent claim. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren eines zumindest einfach kinematisch redundanten Roboters, insbesondere eines Leichtbauroboters, umfasst die folgenden Schritte:

  • – Fixieren eines Endeffektors des Roboters;
  • – Einstellen zumindest so vieler unterschiedlicher Achsstellungen des Roboters bei fixiertem Endeffektor, wie der Roboter Achsen aufweist;
  • – Erfassen jeweiliger Achsparameter für die jeweiligen Achsstellungen;
  • – Ermitteln jeweiliger, die Relativpositionierung der unterschiedlichen Achsen zueinander kennzeichnenden Kinematikparameter des Roboters unter Berücksichtigung der erfassten Achsparameter.
The method according to the invention for calibrating an at least single kinematic redundant robot, in particular a lightweight robot, comprises the following steps:
  • - Fixing an end effector of the robot;
  • - setting at least as many different axis positions of the robot with the end effector fixed, as the robot has axes;
  • - Acquisition of respective axis parameters for the respective axis positions;
  • Determining respective, the relative positioning of the different axes to each other characteristic kinematic parameters of the robot, taking into account the detected axis parameters.

Unter einem kinematisch redundanten Roboter bzw. einem Roboter mit einer redundanten Kinematik ist zu verstehen, dass der betreffende Roboter einen bestimmten Raumpunkt mit seinem Endeffektor in beliebig vielen Posen anfahren kann. Mit anderen Worten können beim Roboter beliebig viele unterschiedliche Achsstellungen bei fixiertem Endeffektor eingestellt werden, so dass also bei den beliebig unterschiedlichen Achsstellungen des Roboters der Endeffektor immer an ein und derselben Stelle verbleibt. Diese Art der Roboterbewegung wird auch als Nullraumbewegung bezeichnet.Under a kinematic redundant robot or a robot with a redundant kinematics is to be understood that the robot in question can approach a particular point in space with its end effector in any number of poses. In other words, any number of different axis positions can be set with the robot fixed with the end effector, so that the end effector always remains at one and the same point in the arbitrarily different axis positions of the robot. This type of robot movement is also called zero-space motion.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird sich dieser Nullraumbewegung bedient, indem zumindest so viele unterschiedliche Achsstellungen des Roboters bei fixiertem Endeffektor eingestellt werden, wie der Roboter Achsen aufweist. Nach jeweiliger Verstellung der Achsen des Roboters werden jeweilige Achsparameter für die jeweiligen Achsstellungen, z. B. ihre angefahrenen Winkelpositionen, erfasst. Unter Berücksichtigung der erfassten Achsparameter werden jeweilige, die Relativpositionierung der unterschiedlichen Achsen zueinander kennzeichnende Kinematikparameter des Roboters ermittelt. Da die reale Lage des Endeffektors sich bei der Einstellung der unterschiedlichen Achsstellungen nicht verändert, ist die Lagedifferenz zweier aufeinander gemessener Punkte bezüglich des Endeffektors immer gleich. Dies wird erfindungsgemäß dafür genutzt, die Kinematikparameter des Roboters zu bestimmen, so dass diese in ein internes Robotermodell eingepflegt werden können. In Folge dessen bewegt sich der Endeffektor bzw. der sogenannte Tool Center Point wieder entlang erwarteter bzw. gewünschter Punkte und Bahnen. Dadurch wird die Absolutgenauigkeit des so kalibrierten Roboters erheblich verbessert.In the method according to the invention, this null space movement is operated by setting at least as many different axis positions of the robot with the end effector fixed, as the robot has axes. After respective adjustment of the axes of the robot respective axis parameters for the respective Achsstellungen, z. B. their approached angular positions detected. Taking into account the detected axis parameters, respective kinematics parameters of the robot characterizing the relative positioning of the different axes are determined. Since the real position of the end effector does not change when setting the different axis positions, the positional difference of two points measured with respect to the end effector is always the same. This is inventively used to determine the kinematic parameters of the robot, so that they can be incorporated into an internal robot model. As a result, the end effector or the so-called tool center point moves again along expected or desired points and paths. As a result, the absolute accuracy of the thus calibrated robot is significantly improved.

Durch die erfindungsgemäße Kalibrierung mittels der internen beim Roboter vorhandenen Sensorik wird die Prozessgenauigkeit des Roboters erheblich gesteigert. Des Weiteren wird die Austauschbarkeit des Roboters wesentlich verbessert, wobei gleichzeitig Verlust- bzw. Stillstandszeiten entsprechender Anlagen bei einem Austausch von Robotern reduziert werden können.As a result of the calibration according to the invention by means of the internal sensors present in the robot, the process accuracy of the robot is considerably increased. Furthermore, the interchangeability of the robot is significantly improved, wherein At the same time loss or downtime of corresponding systems can be reduced when exchanging robots.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zusätzlich zumindest noch drei weitere Achsstellungen bei fixiertem Endeffektor eingestellt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn an dem Endeffektor noch ein Werkzeug angebracht ist. Dadurch, dass zumindest noch drei weitere Achsstellungen bei fixiertem Endeffektor eingestellt und bei der Ermittlung der Kinematikparameter berücksichtigt werden, kann eine sich verändernde Geometrie des Werkzeugs, insbesondere aufgrund eines Werkzeugverschleißes, bei der Kalibrierung des Roboters berücksichtigt werden. Darüber hinaus können dadurch auch von vornherein bestehende Maßungenauigkeiten bezüglich entsprechender Toleranzen des Werkzeugs berücksichtigt werden, so dass das an dem Roboter angebrachte Werkzeug besonders exakt positioniert werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that in addition at least three more axis positions are set at a fixed end effector. This is particularly advantageous if a tool is still attached to the end effector. Because at least three further axis positions are set with a fixed end effector and taken into account in the determination of the kinematic parameters, a changing geometry of the tool, in particular due to tool wear, can be taken into account in the calibration of the robot. In addition, it can also be taken into account from the outset dimensional inaccuracies with respect to corresponding tolerances of the tool, so that the attached to the robot tool can be positioned very accurately.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Roboter die Kalibrierung nach einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitsschritten oder einer vorgegebenen Dauer selbstständig durchführt. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass der Roboter selbstständig ein sogenanntes Nachteachen vornimmt. Während des Einsatzes des Roboters kann dieser somit selbstständig den erfindungsgemäßen Kalibrierprozess automatisch durchführen, so dass ein Werkzeugverschleiß oder auch ein Verschleiß am Roboter selbstständig ausgeglichen werden kann. In Folge dessen kann der Roboter auch bei längerem Einsatz besonders exakt entsprechend gewünschte Bahnkurven bzw. Punkte abfahren.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the robot independently performs the calibration after a predetermined number of work steps or a predetermined duration. In other words, it can be provided that the robot independently performs a so-called Nachteachen. During the use of the robot, the latter can thus automatically carry out the calibration process according to the invention automatically, so that tool wear or even wear on the robot can be compensated for independently. As a result, the robot can travel particularly accurately according to desired trajectories or points even with prolonged use.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zur Ermittlung der Kinematikparameter das Kinematikmodell nach Denavit-Hartenberg verwendet wird. Vorzugsweise werden in diesem Zusammenhang die Kinematikparameter durch numerische Lösung eines Gleichungssystems ermittelt, bei welchem für die Position des Endeffektors immer dieselben Koordinaten verwendet werden. Beispielsweise kann ein Newton-Euler-Verfahren als numerisches Lösungsverfahren verwendet werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the kinematics model according to Denavit-Hartenberg is used to determine the kinematic parameters. In this context, the kinematic parameters are preferably determined by numerical solution of a system of equations in which the same coordinates are always used for the position of the end effector. For example, a Newton-Euler method can be used as a numerical solution method.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 eine Perspektivansicht auf einen Leichtbauroboter, welcher sieben verstellbare Achsen aufweist; und in 1 a perspective view of a lightweight robot, which has seven adjustable axes; and in

2 drei unterschiedliche Achseinstellungen des Roboters, wobei ein Endeffektor des Roboters immer an ein und derselben Position verbleibt und lediglich die Achsstellungen des Roboters variiert werden. 2 three different axis settings of the robot, whereby an end effector of the robot always remains in one and the same position and only the axis positions of the robot are varied.

Ein Leichtbauroboter 10 ist in einer Perspektivansicht in 1 gezeigt. Der Roboter 10 ist vorliegend als Siebenachsroboter ausgebildet, weist also sieben Achsen 12 auf, mittels welchen ein Endeffektor 14 des Roboters 10 positioniert werden kann. Um einen bestimmten Punkt im Raum anzufahren, wären sechs Achsen ausreichend, so dass der vorbestimmte Punkt bezüglich seiner drei translatorischen und seiner drei rotatorischen Koordinaten angefahren werden könnte. Da der Roboter 10 vorliegend sieben Achsen 12 aufweist, ist dieser also einfach kinematisch überbestimmt bzw. einfach kinematisch redundant. In Folge dessen können die unterschiedlichen Achsen 12 im Wesentlichen beliebig unterschiedliche Stellungen einnehmen, um ein und denselben vorgegebenen Raumpunkt mit dem Endeffektor 14 anzufahren.A lightweight robot 10 is in a perspective view in 1 shown. The robot 10 is presently designed as a seven-axis robot, thus has seven axes 12 on, by means of which an end effector 14 of the robot 10 can be positioned. To approach a certain point in space, six axes would be sufficient so that the predetermined point could be approached with respect to its three translational and three rotational coordinates. Because the robot 10 in the present case seven axes 12 Thus, this is simply kinematically over-determined or simply kinematically redundant. As a result, the different axes can 12 occupy substantially arbitrarily different positions, to one and the same given space point with the end effector 14 to approach.

In 2 ist der Roboter 10 in drei unterschiedlichen Posen dargestellt, wobei der Endeffektor 14 immer an ein und derselben Raumposition angeordnet ist. Mit anderen Worten führt der Roboter 10 jeweils eine Nullraumbewegung durch, um die unterschiedlichen Posen einzunehmen. Nachfolgend wird ein Verfahren zum Kalibrieren des Roboters 10 erläutert, welches sich zu Nutze macht, dass der Roboter 10 einfach kinematisch redundant bzw. einfach kinematisch überbestimmt ist, so dass der Roboter 10 die besagten Nullraumbewegungen durchführen kann.In 2 is the robot 10 shown in three different poses, with the end effector 14 always arranged at one and the same spatial position. In other words, the robot leads 10 each a zero space movement through to take the different poses. The following is a procedure for calibrating the robot 10 explains what makes use of that the robot 10 is simply kinematically redundant or simply kinematically over-determined, so that the robot 10 the said zero space movements can perform.

Zunächst wird der Endeffektor 14 des Roboters 10 fixiert bzw. eingespannt. Anschließend werden zumindest so viele unterschiedliche Achsstellungen des Roboters bei dem fixierten Endeffektor 14 eingestellt, wie der Roboter 10 Achsen 12 aufweist. Vorliegend werden also mindestens sieben unterschiedliche Posen durch eine entsprechende Verstellung der jeweiligen Achsen 12 des Roboters 10 eingenommen. Vorzugsweise werden jedoch mehr als sieben unterschiedliche Posen mit dem Roboter 10 eingenommen.First, the end effector 14 of the robot 10 fixed or clamped. Subsequently, at least as many different axis positions of the robot at the fixed end effector 14 set, like the robot 10 axes 12 having. In the present case, therefore, at least seven different poses by a corresponding adjustment of the respective axes 12 of the robot 10 ingested. Preferably, however, more than seven different poses are made with the robot 10 ingested.

Beispielsweise kann es sein, dass am Endeffektor 14 ein hier nicht dargestelltes Werkzeug angeordnet ist. In diesem Fall werden zusätzlich zu den sieben Posen mindestens noch drei weitere Achsstellungen bei fixiertem Endeffektor 14 bzw. fixiertem Werkzeug eingestellt. Für jede eingenommene Pose werden die jeweiligen Achsparameter für die betreffenden Achsstellungen erfasst. Anschließend werden jeweilige, die Relativpositionierung der unterschiedlichen Achsen 12 zueinander kennzeichnende Kinematikparameter Qj, τj, dj, aj, αj ermittelt. Zur Ermittlung der Kinematikparameter Qj, τj, dj, aj, αj wird das Kinematikmodell nach Denavit-Hartenberg verwendet. For example, it may be that at the end effector 14 a tool not shown here is arranged. In this case, in addition to the seven poses, there are at least three more axis positions with the end effector fixed 14 or fixed tool set. For each pose taken, the respective axis parameters for the respective axis positions are recorded. Subsequently, respective, the relative positioning of the different axes 12 kinematic parameters Q j , τ j , d j , a j , α j , which characterize one another. The kinematics model according to Denavit-Hartenberg is used to determine the kinematic parameters Q j , τ j , d j , a j , α j .

Da die reale Lage bzw. die absolute Raumposition des Endeffektors 14 bzw. eines daran angeordneten Werkzeugs sich nicht ändert, ist die Lagedifferenz zweier aufeinanderfolgend gemessener Punkte bezüglich des Endeffektors 14 bzw. eines daran angeordneten Werkzeugs immer gleich. Für eine jeweilige Position Pj ergibt sich somit der Zusammenhang Pj – Pj+1 = 0. Because the real position or the absolute spatial position of the end effector 14 or a tool arranged thereon does not change, is the positional difference of two successively measured points with respect to the end effector 14 or a tool arranged on it always the same. The relationship thus arises for a respective position P j Pj - Pj + 1 = 0.

Die Position Pj des Endeffektors 14 bzw. eines an diesem angebrachten Werkzeugs ist eine Funktion in Abhängigkeit von den kinematischen Parametern Qj, τj, dj, aj, αj, so dass gilt Pj = f(Qj, τj, dj, aj, αj). The position P j of the end effector 14 or a tool attached to this is a function of the kinematic parameters Q j , τ j , d j , a j , α j , so that applies P j = f (Q j, τ j, d j, a j, α j).

Somit kann folgender numerischer Lösungsansatz gewählt werden: 0 = f(Qj, τj, dj, aj, αj,) – f(Qj+1, τj+1, dj+1, aj+1, αj+1). Thus, the following numerical approach can be chosen: 0 = f (Q j , τ j , d j , a j , α j ,) - f (Q j + 1 , τ j + 1 , d j + 1 , a j + 1 , α j + 1 ).

Durch den Einsatz eines numerischen mathematischen Verfahrens zur Lösung eines nicht-linearen Gleichungssystems können somit sämtliche kinematischen Parameter Qj, τj, dj, aj, αj erhalten werden. Beispielsweise kann ein Newton-Euler-Verfahren als numerisches Lösungsverfahren verwendet werden.By using a numerical mathematical method to solve a non-linear equation system, all kinematic parameters Q j , τ j , d j , a j , α j can thus be obtained. For example, a Newton-Euler method can be used as a numerical solution method.

Die ermittelten Kinematikparameter Qj, τj, dj, aj und αj werden anschließend in ein internes Robotermodell eingepflegt. Dies erfolgt analog zum Vorgehen von bereits bekannten Kalibriersystemen.The determined kinematics parameters Q j , τ j , d j , a j and α j are then entered into an internal robot model. This is done analogously to the procedure of already known calibration systems.

In Folge dessen bewegt sich der Tool Center Point bzw. der Endeffektor 14 wieder auf entsprechend vorgegebenen realen Bahnpunkten, bzw. die Absolutgenauigkeit des Roboters 10 ist gegenüber dem Zustand vor der Kalibrierung erheblich verbessert.As a result, the tool center point or the end effector moves 14 again on correspondingly predetermined real path points, or the absolute accuracy of the robot 10 is significantly improved over the state before calibration.

Vorzugsweise werden mehr als die zehn Achsstellungen bei fixiertem Endeffektor 14 angefahren, so dass möglichst viele unterschiedliche Achsparameter als Eingangsgrößen für die Ermittlung der Kinematikparameter vorhanden sind. Vorzugsweise werden die Achsen 12 auch zwischen den unterschiedlichen Posen während der Nullraumbewegung möglichst stark verstellt, was sich positiv auf die Ermittlung der Kinematikparameter auswirkt.Preferably, more than the ten Achsstellungen with fixed end effector 14 approached so that as many different axis parameters as input variables for the determination of kinematic parameters are available. Preferably, the axes 12 Also adjusted as much as possible between the different poses during the Nullraumbewegung, which has a positive effect on the determination of the kinematic parameters.

Vorzugsweise führt der Roboter 10 die vorstehend erläuterte Kalibrierung selbstständig nach einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitsschritten oder nach einer vorgegebenen Dauer automatisch durch. Dadurch können Verschleißerscheinungen an eingesetzten Werkzeugen bzw. auch am Roboter 10 selbst durch eine immer wiederkehrende automatische Selbstkalibrierung ausgeglichen werden.Preferably, the robot performs 10 the above-explained calibration automatically after a predetermined number of steps or after a predetermined duration automatically. This can cause signs of wear on tools used or on the robot 10 even be compensated by a recurring automatic self-calibration.

Durch das beschriebene Verfahren wird das Potenzial zur Erhöhung der Austauschbarkeit des Roboters 10 erheblich gesteigert, so dass entsprechende Stillstandszeiten und Personalaufwände bei Roboterwechseln erheblich verringert werden können. Ferner können besonders einfach Werkzeugverformungen und altersbedingte Verschleißerscheinungen am Roboter 10 kalibriert werden, wodurch sich ebenfalls Stillstandszeiten am Roboter selbst und an betreffenden Anlagen über die Lebensdauer des Roboters 10 verringern, in Folge dessen auch eine entsprechende Wertschöpfung gesteigert werden kann.The described method has the potential to increase the interchangeability of the robot 10 significantly increased, so that corresponding downtime and personnel costs can be significantly reduced in robot changes. Furthermore, tool deformations and age-related wear on the robot can be particularly simple 10 which also reduces downtime on the robot itself and on any equipment over the life of the robot 10 as a result of which a corresponding added value can be increased.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 5402582 A [0003] US 5402582 A [0003]

Claims (6)

Verfahren zum Kalibrieren eines zumindest einfach kinematisch redundanten Roboters (10), insbesondere eines Leichtbauroboters, mit den Schritten: – Fixieren eines Endeffektors (14) des Roboters (10); – Einstellen zumindest so vieler unterschiedlicher Achsstellungen des Roboters (10) bei fixiertem Endeffektor (14) wie der Roboter (10) Achsen (12) aufweist; – Erfassen jeweiliger Achsparameter für die jeweiligen Achsstellungen; – Ermitteln jeweiliger, die Relativpositionierung der unterschiedlichen Achsen (12) zueinander kennzeichnenden Kinematikparameter (Qj, τj, dj, aj, αj) des Roboters (10) unter Berücksichtigung der erfassten Achsparameter.Method for calibrating an at least single kinematically redundant robot ( 10 ), in particular a lightweight robot, comprising the steps of: - fixing an end effector ( 14 ) of the robot ( 10 ); - setting at least as many different axis positions of the robot ( 10 ) with fixed end effector ( 14 ) like the robot ( 10 ) Axes ( 12 ) having; - Acquisition of respective axis parameters for the respective axis positions; Determining the respective, the relative positioning of the different axes ( 12 ) characteristic kinematics parameters (Q j , τ j , d j , a j , α j ) of the robot ( 10 ) taking into account the recorded axis parameters. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest noch drei weitere Achsstellungen bei fixiertem Endeffektor (14) eingestellt werden.A method according to claim 1, characterized in that in addition at least three more Achsstellungen with fixed end effector ( 14 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (10) die Kalibrierung nach einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitsschritten oder einer vorgegebenen Dauer selbstständig durchführt.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the robot ( 10 ) Performs the calibration after a predetermined number of steps or a predetermined duration independently. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Kinematikparameter (Qj, τj, dj, aj, αj) das Kinematikmodell nach Denavit-Hartenberg verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the kinematics model according to Denavit-Hartenberg is used to determine the kinematic parameters (Q j , τ j , d j , a j , α j ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kinematikparameter (Qj, τj, dj, aj, αj) durch numerische Lösung eines Gleichungssystems ermittelt werden, bei welchem für die Position des Endeffektors (14) immer dieselben Koordinaten verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the kinematics parameters (Q j , τ j , d j , a j , α j ) are determined by numerical solution of a system of equations in which the position of the end effector ( 14 ) always use the same coordinates. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Newton-Euler-Verfahren als numerisches Lösungsverfahren verwendet wird.A method according to claim 5, characterized in that a Newton-Euler method is used as a numerical solution method.
DE201410012670 2014-08-22 2014-08-22 Method for calibrating an at least single kinematic redundant robot Withdrawn DE102014012670A1 (en)

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CN110596636A (en) * 2019-09-10 2019-12-20 江阴长仪集团有限公司 Smart electric meter power-on loading correction method
DE102019101072B3 (en) * 2019-01-16 2020-03-12 Franka Emika Gmbh Support manual guidance of a robot manipulator
DE102020208961B3 (en) 2020-07-17 2021-11-18 Rethink Robotics Gmbh Procedure for aligning a robotic arm

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US5402582A (en) 1993-02-23 1995-04-04 Faro Technologies Inc. Three dimensional coordinate measuring apparatus

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