專利名稱：調(diào)節(jié)機(jī)械手的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)多軸機(jī)械手(尤其是機(jī)器人)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人主要采用位置調(diào)節(jié)。為此，在插補(bǔ)器中產(chǎn)生預(yù)期的關(guān)節(jié)位置，這些 關(guān)節(jié)位置通過機(jī)器人的各個(gè)促動(dòng)器的各個(gè)關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)器得到。但是，如果(例如)由于路徑 規(guī)劃中的障礙物或不準(zhǔn)確的環(huán)境建模，不能到達(dá)預(yù)期的位置，單純的位置調(diào)節(jié)會(huì)增加驅(qū)動(dòng) 力直到超過操縱變量的限制(這導(dǎo)致控制器失靈)，或機(jī)器人強(qiáng)制到達(dá)預(yù)期的位置，從而有 可能損壞障礙物、器件、工具或其本身。一個(gè)說明性示例是用焊鉗進(jìn)行點(diǎn)焊應(yīng)該在器件的預(yù)設(shè)點(diǎn)處以預(yù)設(shè)的接觸壓力按 壓焊鉗。但是，如果器件不在該規(guī)劃中焊接位姿所基于的位置，而是(比如)在接近焊鉗的 方向移動(dòng)，那么僅僅位置調(diào)節(jié)的機(jī)器人會(huì)強(qiáng)制推動(dòng)焊極進(jìn)入預(yù)設(shè)的位置，從而損壞組件和 這一個(gè)電極，同時(shí)其它電極也有可能不與該器件接觸。即使沒有損壞發(fā)生，也會(huì)產(chǎn)生降低焊 點(diǎn)的質(zhì)量以致產(chǎn)生故障點(diǎn)的不允許產(chǎn)生的力。為解決這些問題，已知在機(jī)器人結(jié)構(gòu)中，(比如)通過被稱為“遠(yuǎn)程中心柔順 (Remote Center of Compliance) ”提供定向的被動(dòng)柔性。然而，由于特定于任務(wù)的剛性和 柔性的傾向[方向]，這不能在不同的應(yīng)用情況中使用。例如具有可通過壓縮空氣或伺服電 機(jī)在不同補(bǔ)償位置調(diào)整的浮動(dòng)軸承的焊鉗的主動(dòng)可控工具連接必須與各個(gè)應(yīng)用情況匹配， 像被動(dòng)柔性，這需要額外的裝置花費(fèi)。因此，在很長(zhǎng)時(shí)間里，力的調(diào)節(jié)已處于研究測(cè)試中，其中，反向平行力對(duì)(即 轉(zhuǎn)矩)通常指力；力的調(diào)節(jié)尤其也可理解為力矩調(diào)節(jié)(“KMR”)。因此工業(yè)上用作 “FTCtrl”(力矩控制)的概念通過選擇矩陣分為位置調(diào)節(jié)和力的調(diào)節(jié)部分空間；另一種 是平行位置和以各個(gè)操縱變量的疊加的力的調(diào)節(jié)；還有一種是阻抗調(diào)節(jié)，其中通過力的 規(guī)則關(guān)聯(lián)位置和力，尤其是彈簧阻尼器[減震器]質(zhì)量模型。例如，在H.-B. Kimtze發(fā)表 的"Regelungsalgorithmen fiir rechnergesteuerteIndustrieroboter" [ “Regulation algorithms for computer-controlledindustrial robots" ], Regelungstechnik,1984, S. 215-226 中，或者在 A. Winkler 發(fā)表的"Ein Beitrag zur kraftbasiertenMensch-Ro boter-Interaktion" [ "A contribution to force-basedhuman-robot interaction"], Dissertation, TU Chemnitz, 2006 中做了概述。但是，這些方法在實(shí)際中的實(shí)施遇到了困難。例如，為顯示沿一個(gè)笛卡爾方向 (Cartesian direction)(例如沿上述應(yīng)用情況中焊鉗的接近方向)的柔性，在笛卡爾空間 中的力的調(diào)節(jié)需要大量的計(jì)算工作，這相應(yīng)地減慢調(diào)節(jié)響應(yīng)。另一方面，如果對(duì)所有軸進(jìn)行 力的調(diào)節(jié)，從電機(jī)電流確定作用在機(jī)器人上的各個(gè)力的比例是有問題的，這是因?yàn)檫@些力 僅在齒輪轉(zhuǎn)換、摩擦和噪音的影響下會(huì)不準(zhǔn)確地重新構(gòu)成。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是改善實(shí)踐中機(jī)械手的響應(yīng)。通過具有權(quán)利要求1的技術(shù)特征的方法實(shí)現(xiàn)該目的。權(quán)利要求15保護(hù)一種控制裝 置；權(quán)利要求16或17分別保護(hù)一種計(jì)算機(jī)程序或，個(gè)別地，一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，尤其是一 種用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1的方法的數(shù)據(jù)媒介或存儲(chǔ)媒介。獨(dú)立權(quán)利要求涉及有益的進(jìn)步。本發(fā)明基于以下考慮笛卡爾中的柔順運(yùn)動(dòng)(yielding movement)或工作空間分 別對(duì)應(yīng)機(jī)械手的一個(gè)或更多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸(例如樞軸承或線性軸)中的運(yùn)動(dòng)。這些軸的至少一 個(gè)被定義為導(dǎo)向軸，且被柔性調(diào)節(jié)。附加軸(優(yōu)選所有剩下的軸)被剛性調(diào)節(jié)，然而，其中 預(yù)期值是根據(jù)(多個(gè))導(dǎo)向軸的真實(shí)值來定義的。就是說，笛卡爾空間中的柔順運(yùn)動(dòng)通過 (多個(gè))導(dǎo)向軸進(jìn)行參數(shù)化。一方面，可以通過這些(多個(gè))導(dǎo)向軸的柔性調(diào)節(jié)來表示柔 性，另一方面，笛卡爾空間中的預(yù)期柔順運(yùn)動(dòng)可以通過附加軸的剛性調(diào)節(jié)來保證，該附加軸 跟隨該柔順導(dǎo)向軸。優(yōu)選地，依據(jù)本發(fā)明的概念使得能夠使用更簡(jiǎn)單、更穩(wěn)健和更高效的導(dǎo)向軸和附 加軸的調(diào)節(jié)器，因此相對(duì)于復(fù)雜的理論方法，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)可靠而簡(jiǎn)單。目前所理解的柔順調(diào)節(jié)尤其是指在撞擊障礙物的力(比如導(dǎo)向力或接觸力)的作 用下產(chǎn)生一種運(yùn)動(dòng)(尤其是規(guī)避[閃避])的調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，這種規(guī)避的產(chǎn)生依賴于力的大 小和/或方向。，柔性調(diào)節(jié)的方式優(yōu)選是對(duì)各個(gè)導(dǎo)向軸的單獨(dú)的關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)。尤其，柔性調(diào)節(jié)可以是力的調(diào)節(jié)的方式。例如，優(yōu)選分別通過力或力矩傳感器，可 以直接探測(cè)機(jī)械手的工具法蘭處的作用力?？筛郊拥幕蚩商娲?，根據(jù)機(jī)械手的變形可以 間接探測(cè)，例如其元件的彎曲?？筛郊拥幕蚩商娲模鶕?jù)機(jī)械手的促動(dòng)器的反作用力例如 分別通過設(shè)置在那里的力或力矩傳感器進(jìn)行探測(cè)。除了分別在無接觸或無力路徑情況下所 產(chǎn)生的力之外，例如除了靜態(tài)停止力或動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)和加速力之外，也可以根據(jù)促動(dòng)器必須施 加的力確定該反作用力。這些力尤其可以根據(jù)促動(dòng)器電動(dòng)機(jī)的電流值來確定。為運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié) 而施加，為重力、慣性和摩擦效應(yīng)而校正的電機(jī)電流，與單獨(dú)的軸的反作用力基本上是線性 的。因此，再次注意到轉(zhuǎn)矩也通常被稱為一種力。柔性調(diào)節(jié)可以是間接力調(diào)節(jié)的方式，尤其是阻抗調(diào)節(jié)。其也可以是類似于直接力 調(diào)節(jié)的方式，尤其是平行力和位置調(diào)節(jié)，其中，考慮到預(yù)期的和真實(shí)的力之間的偏差以及預(yù) 期的和真實(shí)的位置之間的偏差，例如，將相應(yīng)的操縱變量疊加。力的調(diào)節(jié)，這種簡(jiǎn)單的可能性，存在于對(duì)導(dǎo)向軸的驅(qū)動(dòng)力的限制中。原則上，為此 對(duì)其進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，其中，其驅(qū)動(dòng)力不可能超過預(yù)設(shè)的極限值(例如通過對(duì)串級(jí)調(diào)節(jié)器的 電流調(diào)節(jié)電路中的最大預(yù)期電機(jī)電流的限制，以及所給定的更大的預(yù)期與真實(shí)的偏差。只 要用這種方式進(jìn)行了力的調(diào)節(jié)的軸所具有的電阻不超過預(yù)設(shè)的極限值，就會(huì)接近其預(yù)期位 置。如果例如由于與障礙物碰撞，電阻超過該極限值，可以替換該軸，并用對(duì)應(yīng)于極限值的 力與其對(duì)抗，那么其被柔性調(diào)節(jié)。相應(yīng)地，目前理解的剛性調(diào)節(jié)尤其是調(diào)節(jié)接近預(yù)設(shè)的預(yù)期位置而實(shí)際上與對(duì)抗力 無關(guān)或，個(gè)別地，在力(例如打擊障礙物時(shí)的導(dǎo)向力或接觸力)的作用下優(yōu)選不產(chǎn)生偏離運(yùn) 動(dòng)。為防止損壞，自然可以考慮為此所需的驅(qū)動(dòng)力的自然上限。剛性調(diào)節(jié)的方式優(yōu)選是對(duì) 各個(gè)附加軸的單獨(dú)關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)。尤其，剛性調(diào)節(jié)的方式可以是(單純的)位置調(diào)節(jié)。因此，所理解的位置或軸承調(diào)節(jié)分別尤其是指如下調(diào)節(jié)其中，操縱變量(例如電機(jī)電流)根據(jù)預(yù)期的和真實(shí)的位置之間 的差，它們的積分和/或時(shí)間倒數(shù)，例如單個(gè)或多個(gè)比例(P)，微分(D)和/或積分(I)調(diào)節(jié) (P，PD, PI, PID)，例如以串級(jí)調(diào)節(jié)形式來確定，優(yōu)選采用速度和/或加速導(dǎo)桿控制。在優(yōu)選實(shí)施例中，(優(yōu)選提前)分別在笛卡爾或工作空間中(例如通過空間固定 的慣性系統(tǒng)中的相應(yīng)的矢量)提供機(jī)械手應(yīng)當(dāng)柔性規(guī)避的力，和/或機(jī)械手應(yīng)當(dāng)沿其柔性 規(guī)避的作用線。預(yù)設(shè)的力可以是(例如)機(jī)械手應(yīng)當(dāng)沿作用線施加的接觸力(例如焊鉗沿其接近 方向的接觸壓力)，以及超過所述機(jī)械手應(yīng)當(dāng)沿作用線規(guī)避的這個(gè)接觸力。例如，預(yù)設(shè)的作用線可以是TCP的一系列位置和方向。例如，它可以通過參數(shù)化 的、具有三個(gè)位置坐標(biāo)的六維矢量和笛卡爾空間中的三個(gè)角坐標(biāo)來提供。作用線可能類似 地僅僅定義TCP的位置或只是方向，例如，可以相應(yīng)地通過參數(shù)化的三維矢量來預(yù)設(shè)。另一 方面，例如沿一平面或另一超曲面，或在層和/或方向的空間內(nèi)，或者關(guān)節(jié)坐標(biāo)的構(gòu)形空間 內(nèi)的多維空間中，規(guī)定更復(fù)雜的空間柔性也是可能的。為了簡(jiǎn)化，后面所有這些直線、曲線、 面、超曲面或多維空間通常是指作用線。例如，在笛卡爾空間中的平面中，機(jī)械手的TCP應(yīng) 該柔性規(guī)避同時(shí)保持方向或不保持方向，在笛卡爾空間中的球面中，TCP仍應(yīng)柔性規(guī)避，因 此，在本發(fā)明的意義上，可以通過對(duì)作用線的規(guī)定來提供該平面或球面。根據(jù)這種作用線的控制能力和/或根據(jù)這個(gè)力的觀察能力，機(jī)械手的一個(gè)或更多 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸可被確定為一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)向軸。如引言中所解釋的，分別地，沿笛卡爾空間中作用 線的力或者運(yùn)動(dòng)分別產(chǎn)生相應(yīng)的分力或機(jī)械手的單獨(dú)的軸的運(yùn)動(dòng)。這些分量的大小或，個(gè) 別地，運(yùn)動(dòng)可以表示(例如)對(duì)沿作用線的控制能力或，個(gè)別地，力的觀察能力的度量。這 意味著由于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性(尤其是有效杠桿臂、齒輪轉(zhuǎn)換等)，可以在這個(gè)軸上更好 的觀察施加在促動(dòng)器中的更大器件上的力。如果機(jī)械手沿促動(dòng)器的所給定的運(yùn)動(dòng)的作用線 做長(zhǎng)距離的移動(dòng)，可以通過這個(gè)軸對(duì)作用線進(jìn)行更好地控制。如果考慮控制和/或觀察能 力來選擇導(dǎo)向軸，例如將其作為加權(quán)和或補(bǔ)償函數(shù)，機(jī)械手應(yīng)當(dāng)相對(duì)其柔順的力或機(jī)械手 應(yīng)該沿其柔順的作用線，尤其可以分別用這個(gè)導(dǎo)向軸進(jìn)行參數(shù)化。由于分力或運(yùn)動(dòng)(因此分別是控制或觀察能力)可以分別根據(jù)機(jī)械手的當(dāng)前位姿 而改變，在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)機(jī)械手的位姿選擇不同的導(dǎo)向軸。尤其，為了能夠分別估計(jì)分力或運(yùn)動(dòng)(因此分別是控制或觀察能力)，在優(yōu)選實(shí)施 例中，力和/或作用線可以分別從笛卡爾或工作空間轉(zhuǎn)換到關(guān)節(jié)空間，該關(guān)節(jié)空間由單獨(dú) 的軸的值的范圍定義。同樣地，這種轉(zhuǎn)換依賴于機(jī)械手的位姿。在每個(gè)相對(duì)于參考位姿的小范圍改變的 情況下，可以通過線性泰勒展開逼近轉(zhuǎn)換。由于這種線性轉(zhuǎn)換可以通過計(jì)算有效實(shí)施，在優(yōu) 選實(shí)施例中，該轉(zhuǎn)換被局部線性化，尤其是用于機(jī)械手的特定位姿。由于這種線性化通常僅 僅在局部地得到較好地逼近，因此可在不同位姿下實(shí)施。通過相應(yīng)的線性轉(zhuǎn)換的改變和插 值，轉(zhuǎn)換也可適用于機(jī)械手的更大工作范圍。在優(yōu)選實(shí)施例中，附加軸的預(yù)期值線性地依賴于(多個(gè))導(dǎo)向軸的真實(shí)值。尤其對(duì) 于給定一線性化的轉(zhuǎn)換，笛卡爾作用線在線性函數(shù)中轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)坐標(biāo)，因此，以(多個(gè))導(dǎo) 向軸的關(guān)節(jié)坐標(biāo)進(jìn)行的參數(shù)化導(dǎo)致附加軸中的線性函數(shù)。但是，也可以在(多個(gè))導(dǎo)向軸 真實(shí)值和附加軸預(yù)期值之間類似地選擇非線性函數(shù)。例如，這些可以被存儲(chǔ)為表格，其中可以在表格的值之間進(jìn)行插值。可能由于由該應(yīng)用預(yù)設(shè)的作用線的形狀，在諸如多項(xiàng)式、樣條 函數(shù)，有限傅立葉級(jí)數(shù)等的合適的、無窮維函數(shù)空間中的尤其優(yōu)選的表示法同樣是合適的。在優(yōu)選實(shí)施例中，初步確定多個(gè)可能的作用線。例如，共線的直線或者共面的平 面可以被確定為除了笛卡爾空間中的直線或平面之外的額外的可能的作用線，TCP應(yīng)該沿 該共線的直線或者共面的平面在其方向的改變下產(chǎn)生，TCP應(yīng)該沿該笛卡爾空間中的直線 或平面產(chǎn)生同時(shí)保持其方向。這些可能的作用線之一優(yōu)選可以根據(jù)沿作用線的控制能力選 擇，和/或根據(jù)力的觀察能力選擇，且作為機(jī)械手應(yīng)該沿其柔性規(guī)避的作用線。例如，可以 在一個(gè)軸中更好地控制沿直線產(chǎn)生的規(guī)避運(yùn)動(dòng)，TCP的方向改變?cè)撝本€；在優(yōu)選實(shí)施例中， 例如通過優(yōu)化器，將這個(gè)軸選為導(dǎo)向軸。導(dǎo)向軸的數(shù)量?jī)?yōu)選對(duì)應(yīng)于所提供的柔性的自由度的數(shù)量或，個(gè)別地，對(duì)應(yīng)于描述 這個(gè)柔性的作用線的維數(shù)。如果機(jī)械手的TCP應(yīng)該是柔性的，例如在笛卡爾空間中沿直線 保持其方向時(shí)，這是一維作用線；TCP具有一個(gè)自由度。那么可以選澤運(yùn)動(dòng)軸作為導(dǎo)向軸， 且剩下的軸可以用這個(gè)進(jìn)行參數(shù)化。與此相比，如果TCP在沿笛卡爾空間中的平面保持其 方向時(shí)應(yīng)該是柔性的，那么這是二維作用線或，個(gè)別地，是超曲面；TCP具有兩個(gè)自由度。那 么可以選擇兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸作為導(dǎo)向軸，且剩下的軸可用這些進(jìn)行參數(shù)化。在一些應(yīng)用情況下，機(jī)械手應(yīng)該只是部分為柔性。例如，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)該嚴(yán)格地且 以高精度執(zhí)行無接觸路徑(例如獲得初始位姿)，且應(yīng)該只在預(yù)設(shè)的方向接觸環(huán)境(例如通 過接近焊鉗)時(shí)表現(xiàn)柔性。因此，優(yōu)選實(shí)施例在至少一個(gè)導(dǎo)向軸的柔性調(diào)節(jié)和所有運(yùn)動(dòng)軸 的剛性調(diào)節(jié)之間可替換地切換。附加的優(yōu)點(diǎn)及特征由從屬權(quán)利要求和典型實(shí)施例產(chǎn)生。此處以部分示意性方式示 出的是


圖1 根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有控制裝置的機(jī)器人；以及圖2由根據(jù)圖1的控制裝置執(zhí)行依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法。
具體實(shí)施例方式圖1示出了在基座位置的六軸鉸接臂機(jī)器人1，其中，其六個(gè)軸或，個(gè)別地，關(guān)節(jié)角 ql，q2，....，q6顯示零值。為簡(jiǎn)化，假定在軸1，4和6上沒有運(yùn)動(dòng)發(fā)生，這樣以下只需考 慮平面運(yùn)動(dòng)和關(guān)節(jié)坐標(biāo)q2，q3和q5，這通過各個(gè)齒輪轉(zhuǎn)換確定促動(dòng)器電動(dòng)機(jī)的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)位 置。在固定基座慣性系統(tǒng)I中，焊鉗2的工具參考系統(tǒng)TCP的矢量χ應(yīng)當(dāng)用圖1中所畫的 軸間距xl，. . .，y6電焊兩個(gè)板3，該矢量寫為 其中，具有相對(duì)于TCP和繞ζ軸的歐拉(EULER)角ψ的空間矢量r的分量rx，ry。 在圖1中示出的基座位姿，雅可比矩陣部分寫為
機(jī)器人1應(yīng)當(dāng)在慣性系統(tǒng)Y中的y方向上是柔性的，這樣焊鉗2可以在用焊極接 近板3時(shí)集中在這個(gè)方向。為此，沿笛卡爾直線 機(jī)器人的TCP應(yīng)當(dāng)在最大值施加力Fm 根據(jù)(2)到(4)和機(jī)器人學(xué)中的公知的恒等式Q = JT*F和J*dq = dx,此直線 s+Xk和最大接觸力Fmax可以繞關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間q = [q2, q3, q5]τ里的點(diǎn)s被部分轉(zhuǎn)換 由于沒有杠桿臂，沿直線s+Xk的力F不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(Qz = 0)，這樣由于觀察能力 差用于力矩調(diào)節(jié)的第五軸不合適。另一方面，第二軸不移動(dòng)，這樣第三軸顯示了關(guān)于作用線 s+Ak的更好的控制能力。因此選定第三軸作為導(dǎo)向軸，機(jī)器人1沿笛卡爾直線應(yīng)該具有柔性，該笛卡爾直 線以關(guān)節(jié)角q3參數(shù)化。一方面，以這種方式得到了足夠大的導(dǎo)向變量。另一方面，根據(jù)在 第三軸的促動(dòng)器電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩可以很好地測(cè)試接觸力。如果具有其TCP的機(jī)器人1已經(jīng)處于圖1所示的初始位姿，那么現(xiàn)在第三軸可 被柔性調(diào)節(jié)。例如，這可以確保其預(yù)期電流被限制在串級(jí)位置調(diào)節(jié)，這力圖保持初始位 置q3s = 0作為預(yù)期位置，這樣變速箱輸出所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩偏離用于重力補(bǔ)償?shù)摹⒆畲笾禐?士x3 -Ffflax的轉(zhuǎn)矩；因此，機(jī)器人以最大x3 -Ffflax的轉(zhuǎn)矩在這個(gè)軸從初始位姿對(duì)抗中斷運(yùn)動(dòng)。 自然地，第三軸的其它柔性調(diào)節(jié)也是可能的，例如平行力位置調(diào)節(jié)，其中，力和位置調(diào)節(jié)器 的操縱變量被疊加或阻抗調(diào)節(jié)。例如，可以從轉(zhuǎn)矩確定沿預(yù)設(shè)的笛卡爾直線作用在TCP上 的力的真實(shí)值(力施加于第三軸的促動(dòng)器)，例如可以通過相應(yīng)的力傳感器或力矩傳感器(例如在機(jī)器人1的工具法蘭處)或(例如其臂的)彈性變形從電機(jī)電流確定。相比之下，其它軸(尤其是該典型實(shí)施例中的第二和第五軸)是剛性調(diào)節(jié)或，個(gè)別 地，位置調(diào)節(jié)。例如，為此，關(guān)節(jié)角q2或，個(gè)別地，q5和/或關(guān)節(jié)角速度dq2/dt或，個(gè)別地， dq5/dt可以(例如通過測(cè)速發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)變壓器或增量旋轉(zhuǎn)編碼器)被檢測(cè)、定屬性，且預(yù) 期值q2s或，個(gè)別地，q5s可以在位置-速度-電流串級(jí)調(diào)節(jié)中得以更新。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)柔性調(diào)節(jié)的第三軸的真實(shí)值q3meas確定用于位置調(diào)節(jié)第二和第 五軸的預(yù)期值。根據(jù)(5)，例如，可以這樣提供預(yù)期值q2s*q5s:q2s = 0 · q3mess，(6)q5s = _q3mess從圖1所示的初始位置開始，如果機(jī)器人1現(xiàn)在接近其焊鉗2以對(duì)板3進(jìn)行點(diǎn)焊， 例如由于板3方向不精確、其TCP的定位或板的厚度公差不精確，該位置可能不位于焊鉗2 的工作點(diǎn)TCP處。接近焊鉗時(shí)這會(huì)引起沿笛卡爾直線s+ λ k的反作用力F，即在焊鉗2的接 近方向上。由于第三軸的柔性調(diào)節(jié)，機(jī)器人可以在這個(gè)方向規(guī)避。由于反作用力F，只要施加 在第三軸的轉(zhuǎn)矩超過允許值士x3Fmax，即使位置偏離電機(jī)調(diào)節(jié)器的預(yù)期電流也不再額外增 長(zhǎng)，且機(jī)器人1在反作用力下在其第三軸規(guī)避。由于其剛性位置調(diào)節(jié)，這個(gè)規(guī)避運(yùn)動(dòng)(即所測(cè)量的關(guān)節(jié)的真實(shí)值q3_s)導(dǎo)致在 第二和第五軸上的相應(yīng)的軌跡。因此它們跟隨第三軸的規(guī)避運(yùn)動(dòng)，這樣TCP沿笛卡爾直線 s+Xk移動(dòng)，即在焊鉗2的接近方向。以這種方式，焊鉗2通過簡(jiǎn)單、穩(wěn)健和高速的控制器進(jìn) 行自我集中。該典型實(shí)施例表明，根據(jù)(6)給定被位置調(diào)節(jié)的軸的預(yù)期值對(duì)于導(dǎo)向軸的真實(shí)值 的線性依賴性，TCP通常大約沿笛卡爾空間或，個(gè)別地，工作空間移動(dòng)。但是，這對(duì)于給定的 具有相對(duì)小的進(jìn)給行程(通常是l-2cm)的點(diǎn)焊的應(yīng)用情況已經(jīng)足夠。通常，根據(jù)本發(fā)明的方法也可以類似地應(yīng)用于更大的路徑，例如每部分重復(fù)線性 化(尤其根據(jù)(2)的雅可比矩陣估計(jì))或，個(gè)別地，對(duì)于機(jī)器人1不同的位姿，且配合改變 的運(yùn)動(dòng)學(xué)。因此導(dǎo)向軸也可能被改變。更大路徑的另一種可能性是通過關(guān)節(jié)空間中更高階 的逼近在笛卡爾空間顯示預(yù)期的作用線，而不是通過以導(dǎo)向軸參數(shù)化(即典型實(shí)施例中示 出的線性化)關(guān)節(jié)空間中的直線逼近該作用線，其中，應(yīng)該優(yōu)選示出又一種表示法，在該表 示法中下面的軸表現(xiàn)為導(dǎo)向軸的功能。圖2例示了相應(yīng)的調(diào)節(jié)，例如，該調(diào)解可在控制箱4中設(shè)置的機(jī)器人控制器中實(shí) 施。在第一步S10，(優(yōu)選提前、離線)提供了笛卡直線s+Xk和調(diào)節(jié)參數(shù)(例如機(jī)器 人應(yīng)該規(guī)避最大力Fmax)，機(jī)器人沿著該直線應(yīng)該是柔性的。在步驟S20中，可能對(duì)于多個(gè)位姿且優(yōu)選以線性化的方式從其確定相關(guān)的關(guān)節(jié)角 qk和轉(zhuǎn)矩Q。根據(jù)沿笛卡爾直線的力的觀察能力選定導(dǎo)向軸(目前是第三軸)，即通過其在 促動(dòng)器電動(dòng)機(jī)中施加的轉(zhuǎn)矩的大小，及控制能力，即各個(gè)軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)沿笛卡爾直線調(diào)整的 行程的大小。機(jī)器人1用所有軸2、3、5的單純的位置調(diào)節(jié)獲得其初始位姿。為此，采用比例位 置調(diào)節(jié)器、速度導(dǎo)桿控制、PID調(diào)節(jié)器和比例積分電機(jī)調(diào)節(jié)器或，個(gè)別地，電流調(diào)節(jié)器對(duì)單個(gè)軸i = 2，3和5的串級(jí)調(diào)節(jié)顯示在步驟S30中。只要機(jī)器人1獲得其初始位姿，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)切換到(S40 :“Y”)。在此，第三軸是柔性調(diào)節(jié)的。對(duì)此，在步驟S50中顯示了預(yù)期電流極限10。剩下的 軸i = 2，5被位置調(diào)節(jié)，然而，如元件20在步驟S50中所顯示的那樣，它們的預(yù)期值不再來 自于機(jī)器人控制器4的插補(bǔ)器，而是來自于第三軸的真實(shí)值。一旦點(diǎn)焊過程結(jié)束，該調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向?qū)τ谒休S的單純位置調(diào)節(jié)(S40 :“N”)。因此，優(yōu) 選實(shí)施軸位置的預(yù)期_真實(shí)補(bǔ)償。在上述典型實(shí)施例中，在柔性運(yùn)動(dòng)時(shí)，TCP沿直線s+Xk將其方向局部保持在 (cp = q2 + q3+q5 = 0)。如果放棄該約束，由于在⑵中第三線中止，不同的作用線可 以被參數(shù)化，例如通過下式參數(shù)化 v6(7) was
如果軸在這方面顯示了比第三軸關(guān)于(6)更好的控制和/或觀察能力，這個(gè)軸(例如(7)中的第二軸)可以被定義為導(dǎo)向軸(例如通過優(yōu)化器，把控制和觀察能力作為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)考慮)，并根據(jù)(7)提供作用線。
參考列表
1機(jī)器人
2焊鉗
3板
4控制箱
ql，…，q6關(guān)節(jié)角
I慣性系統(tǒng)
TCP工具中心點(diǎn)(工具參考系統(tǒng))
xl,…，x6軸間距。
權(quán)利要求
一種調(diào)節(jié)多軸機(jī)械手的方法，尤其是調(diào)節(jié)機(jī)器人(1)的方法，具有以下步驟至少一個(gè)導(dǎo)向軸的柔性調(diào)節(jié)(S50)；以及至少一個(gè)附加軸的剛性調(diào)節(jié)(S50)；其特征在于，根據(jù)所述導(dǎo)向軸的真實(shí)值(q3meas)確定所述至少一個(gè)附加軸的預(yù)期值(q2s，q5s)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，尤其在工作空間中，提供所述機(jī)械手應(yīng)當(dāng) 柔性規(guī)避的力(Fmax)和/或所述機(jī)械手應(yīng)當(dāng)沿其柔性規(guī)避的作用線(s+λ ·10。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，尤其根據(jù)沿所述作用線的控制能力和/或 根據(jù)所述力的觀察能力，確定多個(gè)可能的作用線，且選擇這些作用線中的一個(gè)，并將其作為 所述機(jī)械手應(yīng)當(dāng)沿其柔性地規(guī)避的作用線(s+λ ·10。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求2至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)沿所提供的作用 線的控制能力和/或根據(jù)所述力的觀察能力，所述機(jī)械手的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸被確定為導(dǎo)向 軸ο
5.根據(jù)上述權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述力和/或所述作用 線被轉(zhuǎn)換入關(guān)節(jié)空間(S20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換被局部線性化和/或調(diào)整。
7.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，柔性調(diào)節(jié)的方式是力調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，柔性調(diào)節(jié)的方式是間接的力調(diào)節(jié)，尤其是 阻抗調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，柔性調(diào)節(jié)的方式是直接的力調(diào)節(jié)，尤其是 平行力和位置調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，根據(jù)至少一 個(gè)導(dǎo)向軸的促動(dòng)器的反作用力，尤其是根據(jù)促動(dòng)器電動(dòng)機(jī)的電流值，為力調(diào)節(jié)確定作用于 所述機(jī)械手的力。
11.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，剛性調(diào)節(jié)的方式是位置調(diào)節(jié)。
12.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，附加軸的預(yù)期值線性地或非線 性地依賴于至少一個(gè)導(dǎo)向軸的真實(shí)值((q2s = 0 · q3meas, q5s = _q3meas) ； (q3s = _q2meas ；q5s =(y2/y6)q2meas))。
13.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在柔性調(diào)節(jié)和剛性調(diào)節(jié)之間交 替切換(S40)。
14.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，依賴于所述機(jī)械手的位姿選擇 不同的導(dǎo)向軸。
15.一種用于機(jī)械手的控制裝置(4)，尤其用于機(jī)器人(1)，具有用于至少一個(gè)導(dǎo)向軸的柔性調(diào)節(jié)器；以及用于至少一個(gè)附加軸的剛性調(diào)節(jié)器；其特征在于，設(shè)置所述調(diào)節(jié)器以實(shí)施根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法。
16.一種計(jì)算機(jī)程序，如果其運(yùn)行于根據(jù)權(quán)利要求15的控制裝置中，那么其執(zhí)行權(quán)利 要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法。
17. 一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其具有存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)上的程序代碼，且包括根據(jù)權(quán)利 要求16的計(jì)算機(jī)程序。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)多軸機(jī)械手(尤其是機(jī)器人(1))的方法，包括以下步驟至少一個(gè)導(dǎo)向軸的柔性調(diào)節(jié)(S50)；以及至少一個(gè)附加軸的剛性調(diào)節(jié)(S50)；其特征在于，根據(jù)導(dǎo)向軸的真實(shí)值(q3meas)確定至少一個(gè)附加軸的預(yù)期值(q2s，q5s)。
文檔編號(hào)B25J9/16GK101890715SQ20101015383
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者安德烈亞斯·哈格諾埃 申請(qǐng)人:庫卡機(jī)器人有限公司