專利名稱：用于確定轉(zhuǎn)矩的方法和工業(yè)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定轉(zhuǎn)矩的方法和一種工業(yè)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器，其可以配備用于自動(dòng)操作和/或處理對(duì)象的工具，并可以在多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸上例如關(guān)于方向、位置和工作流程可編程。機(jī)器人通常具有:機(jī)器人臂，包括多個(gè)通過(guò)關(guān)節(jié)相連接的節(jié)肢；和可編程控制器(控制裝置)，用以在運(yùn)行期間控制或調(diào)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。節(jié)肢常常通過(guò)具有傳動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)特別是關(guān)于運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，其中，電動(dòng)機(jī)受控制裝置的控制。專利文獻(xiàn)DE 102007063099A1公開了一種機(jī)器人，其具有多個(gè)可關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的節(jié)肢。為了確定施加在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的力矩，機(jī)器人具有適用的轉(zhuǎn)矩傳感器，轉(zhuǎn)矩傳感器例如包括應(yīng)變片，其歐姆電阻在應(yīng)變片膨脹或壓縮時(shí)會(huì)發(fā)生變化。每個(gè)傳感器可以具有多個(gè)例如被連接為半橋或全橋的應(yīng)變片

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，更好地確定作用于機(jī)器人臂的節(jié)肢上的轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明的目的通過(guò)一種用于確定作用于機(jī)器人臂的節(jié)肢上的轉(zhuǎn)矩的方法得以實(shí)現(xiàn)，其中，機(jī)器人臂具有多個(gè)依次設(shè)置的節(jié)肢，在此，節(jié)肢中的第一節(jié)肢相對(duì)于這些第二節(jié)肢可關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，并通過(guò)相對(duì)于第二節(jié)肢位置固定的電動(dòng)機(jī)和與該電動(dòng)機(jī)后置連接的傳動(dòng)裝置關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，該方法具有以下步驟:-確定傳動(dòng)裝置的面向電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和背向電動(dòng)機(jī)的從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，-根據(jù)所確定的傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)側(cè)和從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度并以傳動(dòng)裝置的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，確定作用于第一節(jié)肢上的轉(zhuǎn)矩，在此，該數(shù)學(xué)模型特別考慮到傳動(dòng)裝置的彈性特性。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種工業(yè)機(jī)器人，其具有:-機(jī)器人臂，其包括多個(gè)依次設(shè)置的節(jié)肢，其中，第一節(jié)肢相對(duì)于第二節(jié)肢關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，并可以通過(guò)相對(duì)于第二節(jié)肢位置固定的電動(dòng)機(jī)和與該電動(dòng)機(jī)后置連接的傳動(dòng)裝置關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；-第一角度測(cè)量裝置，用于確定傳動(dòng)裝置的面向電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；-第二角度測(cè)量裝置，用于確定傳動(dòng)裝置的背向電動(dòng)機(jī)的從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；和-與這兩個(gè)測(cè)量裝置相連接的控制裝置，用于在工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行中控制電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)裝置的數(shù)學(xué)模型存儲(chǔ)在該控制裝置中，數(shù)學(xué)模型特別考慮到傳動(dòng)裝置的彈性特性，并且該控制裝置設(shè)計(jì)為，根據(jù)所確定的傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)側(cè)和從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度并基于該數(shù)學(xué)模型，來(lái)確定作用于第一節(jié)肢上的轉(zhuǎn)矩。因此，根據(jù)本 發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人被設(shè)計(jì)為用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。特別是其控制裝置設(shè)計(jì)為，按照根據(jù)本發(fā)明的方法確定作用在第一節(jié)肢上的轉(zhuǎn)矩。機(jī)器人臂包括多個(gè)依次設(shè)置的節(jié)肢，這些節(jié)肢特別是可以借助優(yōu)選為電驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器包括例如電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率電子電路。這些驅(qū)動(dòng)器特別是可控驅(qū)動(dòng)器，優(yōu)選是可控電驅(qū)動(dòng)器。這樣實(shí)現(xiàn)機(jī)器人臂:第一節(jié)肢相對(duì)于第二節(jié)肢關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，并借助相對(duì)第二節(jié)肢位置固定的電動(dòng)機(jī)和后置連接電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)裝置關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在機(jī)器人臂或工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行中可以有轉(zhuǎn)矩作用于第一節(jié)肢上，該轉(zhuǎn)矩是關(guān)于傳動(dòng)裝置的輸出轉(zhuǎn)矩或從動(dòng)側(cè)轉(zhuǎn)矩。根據(jù)本發(fā)明，該轉(zhuǎn)矩不是直接地例如借助轉(zhuǎn)矩傳感器來(lái)確定，而是通過(guò)確定傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)側(cè)和從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及傳動(dòng)裝置的數(shù)學(xué)模型來(lái)間接地確定。也就是說(shuō)，如果轉(zhuǎn)矩作用在第一節(jié)肢上，則該轉(zhuǎn)矩也作用在傳動(dòng)裝置上。如果傳動(dòng)裝置特性是已知的，則可以建立傳動(dòng)裝置的數(shù)學(xué)模型，其提供了驅(qū)動(dòng)側(cè)和從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。傳動(dòng)裝置特性例如可以根據(jù) 經(jīng)驗(yàn)確定或者從傳動(dòng)裝置的數(shù)據(jù)表中獲得。數(shù)據(jù)模型例如存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，與轉(zhuǎn)動(dòng)角度相對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳輸給該計(jì)算機(jī)。將計(jì)算機(jī)配置為，根據(jù)所確定的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)矩。優(yōu)選計(jì)算機(jī)是根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人的控制裝置的一部分，其還設(shè)置用于，以普遍公知的方式控制并在必要時(shí)調(diào)整機(jī)器人臂的運(yùn)動(dòng)。數(shù)學(xué)模型也可以存儲(chǔ)在控制裝置中，因此控制裝置也可用于確定轉(zhuǎn)矩。優(yōu)選傳動(dòng)裝置具有與電動(dòng)機(jī)相連接的驅(qū)動(dòng)側(cè)的軸、至少間接地與第一節(jié)肢相連接的從動(dòng)側(cè)的軸和至少一個(gè)設(shè)置在傳動(dòng)裝置的這兩個(gè)軸之間、用于實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比的傳動(dòng)連接件(Getriebeglied)。正如專業(yè)人員所公知的那樣,所述至少一個(gè)傳動(dòng)連接件包括例如齒輪。在此情況下，優(yōu)選驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度是驅(qū)動(dòng)側(cè)的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，而從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度是從動(dòng)側(cè)的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。這些轉(zhuǎn)動(dòng)角度可以通過(guò)相應(yīng)的角度測(cè)量裝置來(lái)確定。為了確定驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，優(yōu)選可以通過(guò)確定電動(dòng)機(jī)、特別是其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)確定驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。也就是說(shuō)，如果電動(dòng)機(jī)是可控驅(qū)動(dòng)器的一部分，則電動(dòng)機(jī)需要為此目的配備角度測(cè)量裝置，例如旋轉(zhuǎn)編碼器(Drehgeber)。優(yōu)選通過(guò)下述公式計(jì)算作用在第一節(jié)肢上的轉(zhuǎn)矩:
權(quán)利要求
1.一種用于確定作用于機(jī)器人臂(2)的節(jié)肢上的轉(zhuǎn)矩的方法，其中，所述機(jī)器人臂(2)具有多個(gè)依次設(shè)置的節(jié)肢(3-7)，其中所述節(jié)肢中的第一節(jié)肢(4)相對(duì)于第二節(jié)肢(5)關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(A2)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，并能夠借助于相對(duì)于所述第二節(jié)肢(4)位置固定的電動(dòng)機(jī)(11)和與該電動(dòng)機(jī)(11)后置連接的傳動(dòng)裝置(12)關(guān)于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(A2)轉(zhuǎn)動(dòng)，該方法具有以下步驟: 確定所述傳動(dòng)裝置(12)的面向所述電動(dòng)機(jī)(11)的驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度C φΛ)和背向所述電動(dòng)機(jī)(11)的從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΒ)，以及 根據(jù)所確定的所述傳動(dòng)裝置(12)的驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΑ)和從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΒ)以及基于所述傳動(dòng)裝置(12)的數(shù)學(xué)模型(20)來(lái)確定作用于所述第一節(jié)肢(4)上的轉(zhuǎn)矩，所述數(shù)學(xué)模型(20)特別是考慮到所述傳動(dòng)裝置(12)的彈性特性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述傳動(dòng)裝置(12)具有與所述電動(dòng)機(jī)(11)相連接的驅(qū)動(dòng)側(cè)的軸(14)，至少間接地與所述第一節(jié)肢(5)相連接的從動(dòng)側(cè)的軸(15)和至少一個(gè)設(shè)置在所述傳動(dòng)裝置(12)的兩個(gè)軸(14，15)之間、用于實(shí)現(xiàn)所述傳動(dòng)裝置(12)的傳動(dòng)比的傳動(dòng)連接件(16)，其中，所述驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΑ)是所述驅(qū)動(dòng)軸(14)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，而所述從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΒ)是所述從動(dòng)軸(15)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，包括:通過(guò)確定所述電動(dòng)機(jī)(11)、特別是其軸(13)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)確定所述驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΑ)。
4.如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過(guò)以下公式計(jì)算所述轉(zhuǎn)矩:τ (t)=f(cpn-(pA)， 其中，τ為作用在所述第一節(jié)肢(5)上的轉(zhuǎn)矩，函數(shù) (φΒ-φΑ)為所述數(shù)學(xué)模型(20)。
5.如權(quán)利要求1到4中·任一項(xiàng)所述的方法，其中，對(duì)于所述傳動(dòng)裝置(12)的數(shù)學(xué)模型(20)，考慮特別是與所述傳動(dòng)裝置(12)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相關(guān)的滯后性。
6.如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述數(shù)學(xué)模型(20)中考慮特別是至少一個(gè)傳動(dòng)連接件(16)的傳動(dòng)誤差。
7.如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述電機(jī)是電力電機(jī)(11)，并且該方法具有以下方法步驟: 確定所述電力電機(jī)(11)的電流(i)，以及 根據(jù)所確定的所述傳動(dòng)裝置(12)的驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΛ)和從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΒ)并基于所述傳動(dòng)裝置(12)的數(shù)學(xué)模型(20)，根據(jù)所確定的電流(i )至少間接地修正所確定的作用于所述第一節(jié)肢(5)上的轉(zhuǎn)矩。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，具有以下附加的方法步驟: 根據(jù)所確定的電流(i )和所述電動(dòng)機(jī)(11)的模型確定另一個(gè)轉(zhuǎn)矩，以及 將所述轉(zhuǎn)矩與所述另一個(gè)轉(zhuǎn)矩合并，以獲得作用于所述第一節(jié)肢(5)上的合成轉(zhuǎn)矩。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，包括:使用所述電流(i)，以支持所述數(shù)學(xué)模型(20)。
10.一種工業(yè)機(jī)器人,具有: 機(jī)器人臂(2)，其包括多個(gè)依次設(shè)置的節(jié)肢(3-7)，其中第一節(jié)肢(4)相對(duì)于第二節(jié)肢(5)關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(A2)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，并能夠借助于相對(duì)于所述第二節(jié)肢(4)位置固定的電動(dòng)機(jī)(11)和與該電動(dòng)機(jī)(11)后置連接的傳動(dòng)裝置(12)關(guān)于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(A2)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一角度測(cè)量裝置(17)，用于確定所述傳動(dòng)裝置(12)的面向所述電動(dòng)機(jī)(11)的驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΑ)，第二角度測(cè)量裝置(18)，用于確定所述傳動(dòng)裝置(12)的背向所述電動(dòng)機(jī)(11)的從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度((Pb )，和 與所述兩個(gè)測(cè)量裝置(17，18)相連接的控制裝置(9)，用于在所述工業(yè)機(jī)器人(I)的運(yùn)行中控制所述電動(dòng)機(jī)(11)，所述傳動(dòng)裝置(12)的數(shù)學(xué)模型(20 )存儲(chǔ)在該控制裝置(9 )中，該數(shù)學(xué)模型(20)特別是考慮到所述傳動(dòng)裝置(12)的彈性特性，并且該控制裝置(9)設(shè)計(jì)為，根據(jù)所確定的所述傳動(dòng)裝置(12)的驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΑ)和從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΒ)并基于所述數(shù)學(xué)模型(20)，特別是根據(jù)如權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的方法，來(lái)確定作用于所述第一節(jié)肢(5)上的轉(zhuǎn)矩。
11.如權(quán)利要求10所述的工業(yè)機(jī)器人，其中，所述第一測(cè)量裝置(17)設(shè)置用于確定所述電動(dòng)機(jī)(11)的軸(13)的轉(zhuǎn)矩，以確 定所述驅(qū)動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(φΑ)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工業(yè)機(jī)器人(1)和一種用于確定作用在機(jī)器人臂(2)的節(jié)肢上的轉(zhuǎn)矩的方法。機(jī)器人臂(2)具有多個(gè)依次設(shè)置的節(jié)肢(3-7)，其中節(jié)肢中的第一節(jié)肢(4)相對(duì)于第二節(jié)肢(5)關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(A2)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，并可借助于相對(duì)于第二節(jié)肢(4)位置固定的電動(dòng)機(jī)(11)和與該電動(dòng)機(jī)(11)后置連接的傳動(dòng)裝置(12)關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(A2)轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B25J13/08GK103240752SQ20121044028
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者赫爾諾特·尼茨, 米夏埃爾·蒂姆爾 申請(qǐng)人:庫(kù)卡羅伯特有限公司