控制機器人的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于控制機器人(1)的方法，具有以下步驟：監(jiān)控機器人(S1)；根據(jù)對機器人的監(jiān)控執(zhí)行從多個預(yù)先給定的錯誤響應(yīng)中選出的錯誤響應(yīng)(S4)；其中，根據(jù)對功能性的監(jiān)控(S2)和/或?qū)C器人的至少一個電機(1.1)的輸出參數(shù)的監(jiān)控來選擇所述錯誤響應(yīng)(S3)。
【專利說明】控制機器人的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種控制機器人的方法、用于執(zhí)行該方法的一種控制裝置和一種計算 機程序產(chǎn)品以及一種具有這種控制裝置的機器人。

【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)企業(yè)內(nèi)部的實際情況需要對機器人實施監(jiān)控，并在監(jiān)控的基礎(chǔ)上執(zhí)行錯誤響 應(yīng)，特別是使機器人停止運行。
[0003] 在此可以執(zhí)行各種不同的錯誤響應(yīng)。特別是可以執(zhí)行所謂的STOP 0,其中必須無 延遲地將一個或多個電機斷電并進行機械制動。但是這些錯誤響應(yīng)各自具有不同的缺點。 因此可能會產(chǎn)生特別是較長的制動距離和/或較高的機器人負荷。另外在這種錯誤響應(yīng) 下，停車只能依靠機械制動。此外，機器人在停車時還可能會偏離預(yù)定的軌跡。
[0004] 因此，根據(jù)企業(yè)內(nèi)部的實際情況還可以執(zhí)行所謂的STOP 1或STOP 2,在此過程 中，首先對一個或多個電機進行電機制動，并且只在斷開電源（STOP 1)或者在與電源保持 連接的情況下（STOP 2)才進行。由此可以縮短制動距離和/或降低機器人的負荷。電機 制動是除機械制動之外的另一種可用的制動，這可以提高錯誤響應(yīng)的可靠性。有利的是可 以保持軌跡地制動。
[0005] 但是，這種電機主動式錯誤響應(yīng)的前提條件是相應(yīng)的電機具有令人滿意的性能。 如果不能充分保證這一點，則必須在出現(xiàn)錯誤的電機主動式錯誤響應(yīng)時相應(yīng)地切換到不利 的錯誤響應(yīng)，例如STOP 0,或者甚至從一開始就提供這種不利的錯誤響應(yīng)。如果根據(jù)運動學(xué) 監(jiān)控進行這種切換（例如基于位置或速度的斜坡制動監(jiān)控（BremsrampenUberwachung))， 則可能會不利地延長反應(yīng)時間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于改善機器人的運行。
[0007] 本發(fā)明的目的通過一種用于控制機器人的方法來實現(xiàn)。本發(fā)明還提出了用于執(zhí)行 根據(jù)本發(fā)明的方法的一種控制裝置和一種計算機程序產(chǎn)品以及一種具有根據(jù)本發(fā)明的控 制裝置的機器人。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，特別是利用用于監(jiān)控機器人的監(jiān)控裝置對機器人實施監(jiān) 控。在下文中也將這種監(jiān)控稱為機器人監(jiān)控。
[0009] 在本發(fā)明的意義下，裝置可以通過硬件技術(shù)和/或軟件技術(shù)構(gòu)成，特別是具有優(yōu) 選與存儲器系統(tǒng)和/或總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接或信號連接的、特別是數(shù)字式的處理單元、尤其 是微處理單元（CPU)和/或一個或多個程序或程序模塊。CPU被設(shè)計用于：處理被實現(xiàn)為 可存儲在存儲器系統(tǒng)中的程序的指令，檢測數(shù)據(jù)總線的輸入信號和/或提供輸出信號到數(shù) 據(jù)總線上。存儲器系統(tǒng)可以具有一個或多個特別是不同的存儲介質(zhì)，尤其是光學(xué)介質(zhì)、磁性 介質(zhì)、固態(tài)介質(zhì)和/或其它非易失性介質(zhì)。所述程序可以是這樣的：其能夠描述或執(zhí)行在此 未說明的方法，從而使CPU可以執(zhí)行該方法的步驟，并由此特別是可以控制機器人。在本發(fā) 明中也將調(diào)節(jié)概括地理解為控制，即，根據(jù)給定的額定參數(shù)和檢測到的實際參數(shù)給出調(diào)節(jié) 參數(shù)。
[0010] 在一種實施方式中，機器人監(jiān)控包括檢測機器人的一個或多個特別是運動學(xué)的狀 態(tài)參數(shù)、尤其是一個或多個關(guān)節(jié)坐標，和/或一個或多個特定于機器人的參照系、特別是工 具參照系統(tǒng)（"工具中心點"TCP)的位置和/或方向，和/或相關(guān)的時間導(dǎo)數(shù)，尤其是一個 或多個關(guān)節(jié)速度和/或關(guān)節(jié)加速度和/或一個或多個特定于機器人的參照系的速度和/或 加速度。附加地或替代地，機器人監(jiān)控還可以包括檢測機器人的一個或多個力參數(shù)，特別是 在驅(qū)動側(cè)和/或從動側(cè)的一個或多個關(guān)節(jié)力和/或在一個或多個特定于機器人的參照系上 的力。在本發(fā)明中，為了實現(xiàn)緊湊的說明，也將反平行的力偶，即轉(zhuǎn)矩概括地稱為力。附加 地或替代地，機器人監(jiān)控可以包括對機器人的一個或多個其他狀態(tài)參數(shù)、特別是熱狀態(tài)參 數(shù)的檢測，例如一個或多個電機的溫度等。附加地或替代地，機器人監(jiān)控可以包括對機器人 的一個或多個環(huán)境參數(shù)的檢測，特別是障礙物的存在和保護裝置的狀態(tài)，例如保護門的完 整性或緊急停止開關(guān)的（不）可操作性等。為此，用于監(jiān)控機器人的監(jiān)控裝置可以具有相 應(yīng)的傳感器，特別是關(guān)節(jié)傳感器（例如編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器等），力傳感器、尤其是轉(zhuǎn)矩傳感 器，溫度傳感器，空間監(jiān)控傳感器，保護裝置監(jiān)控傳感器，緊急停車開關(guān)等。
[0011] 在本發(fā)明的一種擴展方案中，機器人監(jiān)控包括將一個或多個所檢測到的參數(shù)與預(yù) 先給定的恒定或變化的邊界值進行比較，特別是對于機器人的位置和/或速度，作用在機 器人上或由機器人對其周圍環(huán)境所施加的力，等等。在本發(fā)明的一種實施方式中，機器人監(jiān) 控包括：監(jiān)控給定的空間，尤其是機器人不能離開或機器人不可以進入的笛卡爾工作空間 和/或保護空間和/或特別是相應(yīng)的關(guān)節(jié)坐標空間；監(jiān)控一維或多維速度，特別是特定于機 器人的參照系的速度和/或關(guān)節(jié)速度；碰撞監(jiān)控；制動監(jiān)控，特別是符合預(yù)先設(shè)定的延遲； 和/或停車監(jiān)控。
[0012] 在機器人監(jiān)控的基礎(chǔ)上，特別是通過錯誤響應(yīng)裝置來執(zhí)行特別是利用選擇裝置從 多個預(yù)先設(shè)定的錯誤響應(yīng)中選出的錯誤響應(yīng)。
[0013] 在一種實施方式中，所述多個預(yù)先設(shè)定的錯誤響應(yīng)包括一個或多個電機主動式錯 誤響應(yīng)和一個或多個電機被動式錯誤響應(yīng)。在本發(fā)明中，電機主動式錯誤響應(yīng)特別是被理 解為操縱、尤其是控制機器人的一個或多個、特別是全部的（驅(qū)動）電機，而電機被動式錯 誤響應(yīng)被相應(yīng)地理解為該或者這些電機沒有被操縱，尤其是沒有被控制。在本發(fā)明的一種 實施方式中，電機主動式錯誤響應(yīng)的特征在于，針對至少一個電機生成額定值，特別是額定 位置、額定速度、額定力和/或額定電流并傳輸?shù)皆撾姍C上，而電機被動式錯誤響應(yīng)的特征 在于使電機與其電源斷開。
[0014] 電機主動式錯誤響應(yīng)特別可以是所謂的STOP 1。在本發(fā)明的一種實施方式中，所 述多個預(yù)先設(shè)定的錯誤響應(yīng)相應(yīng)地包括在后續(xù)與電源分離的情況下實現(xiàn)對機器人的一個 或多個、特別是全部（驅(qū)動）電機的電機制動。在本發(fā)明中，電機制動特別是指這樣控制一 個或多個電機：使該或這些電機反向作用于機器人的運動或使機器人的運動減速，優(yōu)選使 機器人停車。在本發(fā)明中，隨后的分離電源特別是指中斷對電機供電或使電機與電源分離， 在此之后，相應(yīng)的電機處于停止狀態(tài)，在本發(fā)明的一種擴展方案中，機械制動已經(jīng)進行或結(jié) 束。
[0015] 電機主動式錯誤響應(yīng)特別還可以是所謂的STOP 2。在本發(fā)明的一種實施方式中， 所述多個預(yù)先設(shè)定的錯誤響應(yīng)相應(yīng)地包括在后續(xù)不與電源分離的情況下，或者說相應(yīng)的 電機在實現(xiàn)停車之后與其電源保持連接的情況下實現(xiàn)對機器人的一個或多個、特別是全部 (驅(qū)動）電機的電機制動。
[0016] 電機主動式錯誤響應(yīng)特別還可以是所謂的柔性調(diào)節(jié) (Nachgiebigkeitsregelung)。在此在本發(fā)明中特別是將對機器人的一個或多個、尤其是全 部的（驅(qū)動）電機的控制理解為：機器人可以通過手動來使之運動，特別是所謂的重力補 償調(diào)節(jié)（Gravitationskompensationsregelung)，在這種重力補償調(diào)節(jié)中，機器人只有在沒 有外力的情況下保持姿態(tài)不變，否則就會順從于外力、特別是手動施加的力或者閃避。柔性 調(diào)節(jié)例如可以通過減少PI (D)-位置調(diào)節(jié)的比例部分和/或取消PI (D)-位置調(diào)節(jié)的積分部 分，通過力調(diào)節(jié)、特別是通過預(yù)先設(shè)定由機器人施加在周圍環(huán)境上的零力等來實現(xiàn)。
[0017] 電機主動式錯誤響應(yīng)特別是還可以包括后退運動。就此在本發(fā)明中特別是將對機 器人的一個或多個、尤其是全部的（驅(qū)動）電機的控制理解為：機器人可以在給定的路線上 從在啟動對機器人的監(jiān)控時或之后（例如在識別碰撞時）機器人所處的姿態(tài)中退出。特別 是電機可以相對于錯誤響應(yīng)之前的運行反轉(zhuǎn)，以使機器人優(yōu)選在其直至錯誤響應(yīng)時已經(jīng)駛 過的路線上反向后退。
[0018] 在本發(fā)明的一種擴展方案中，在達到停車狀態(tài)之前、之中或之后，電機主動式錯誤 響應(yīng)可以包括進行一個或多個機械制動。
[0019] 電機被動式錯誤響應(yīng)特別可以是所謂的STOP 0。在本發(fā)明的一種實施方式中，多 個預(yù)先設(shè)定的錯誤響應(yīng)包括在沒有電機制動的情況下無延遲地使機器人的一個或多個、尤 其是全部的電機與電源分離。另一種電機被動式錯誤響應(yīng)例如可以是進行機械鎖定或阻 擋。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，特別是通過用于監(jiān)控機器人的至少一個電機的功能性的 監(jiān)控裝置來監(jiān)控機器人的一個或多個、尤其是全部的電機、特別是驅(qū)動電機的功能性，并特 別是通過選擇裝置根據(jù)對機器人的一個或多個電機的功能性的監(jiān)控選出用于機器人的一 個或多個、尤其是全部的電機、特別是驅(qū)動電機的待執(zhí)行的錯誤響應(yīng)。在本發(fā)明中，驅(qū)動電 機特別是指用于操縱關(guān)節(jié)或機器人的自由度的電機。在本發(fā)明的一種實施方式中，所述一 個或多個電機是電動機，特別是同步電動機、異步電動機或直流電動機。在下文中也將監(jiān)控 稱為功能性（Funktionsfaehigkeit)監(jiān)控。
[0021] 已選出的、待執(zhí)行的錯誤響應(yīng)可以是特定于電機的。在此在本發(fā)明中特別是可以 理解為：對機器人的至少一個電機的功能性進行監(jiān)控，并根據(jù)這種監(jiān)控選擇用于該電機的 錯誤響應(yīng)并執(zhí)行。在本發(fā)明的一種實施方式中，相應(yīng)地對機器人的第一電機的功能性進行 監(jiān)控，并根據(jù)該第一功能性監(jiān)控選出用于第一電機的錯誤響應(yīng)并執(zhí)行，并特別是并行地和/ 或獨立地對機器人的第二電機的功能性進行監(jiān)控，并根據(jù)該第二功能性監(jiān)控選出用于第二 電機的錯誤響應(yīng)并執(zhí)行。
[0022] 已經(jīng)選出并等待執(zhí)行的錯誤響應(yīng)同樣也可以是關(guān)于機器人整體的。對此在本發(fā)明 中特別是可以理解為：對機器人的一個或多個、尤其是全部的（驅(qū)動）電機進行監(jiān)控，并根 據(jù)該整體的功能性監(jiān)控選出用于所有電機、特別是所有驅(qū)動電機的錯誤響應(yīng)并執(zhí)行。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的這一方面，在本發(fā)明的一種實施方式中，優(yōu)選可以與情景相適應(yīng)地 (situationsangepasst)執(zhí)行可用的、相應(yīng)優(yōu)選的錯誤響應(yīng)。特別是當和/或一旦電機主動 式錯誤響應(yīng)（例如STOP 1，ST0P 2,柔性調(diào)節(jié)或后退運動）所需的電機充分運行時，可以執(zhí) 行這種電機主動式錯誤響應(yīng)。否則可以特別是執(zhí)行其它不需要該電機的主動式錯誤響應(yīng)或 電機被動式錯誤響應(yīng)。因此，特別有利的是不再需要提前設(shè)定不夠有利的錯誤響應(yīng)，因為不 能確保電機的可靠性。
[0024] 在本發(fā)明的一種實施方式中，可以提前或者在執(zhí)行錯誤響應(yīng)之前預(yù)先選擇錯誤響 應(yīng)。特別是可以持久地或定期地對功能性進行監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上預(yù)先選擇錯誤響應(yīng)，當這 種錯誤響應(yīng)已經(jīng)選出并且當根據(jù)對機器人的監(jiān)控而需要這種錯誤響應(yīng)時，其可以被無延遲 地執(zhí)行。例如，在機器人的電機充分運行期間可以預(yù)先選擇STOP 1。如果確定至少有一個 電機是不可運轉(zhuǎn)的，則預(yù)先選擇STOP 0。在本發(fā)明的一種實施方式中，通過這種方式可以通 過機器人監(jiān)控無延遲地激發(fā)或執(zhí)行各個最好的、可用的錯誤響應(yīng)。
[0025] 附加地或替代地可以在執(zhí)行錯誤響應(yīng)期間選擇、特別是改變或它替換錯誤響應(yīng)。 例如，可以首先（預(yù)先）選擇STOP 1并執(zhí)行。如果在執(zhí)行STOP 1期間能夠確定至少有一 個電機不再運轉(zhuǎn)，則例如變換到STOP 0并繼續(xù)執(zhí)行STOP 0。
[0026] 在本發(fā)明的一種實施方式中，為了對電機的功能性進行監(jiān)控，特別是通過確 定裝置來確定電機的一個或多個參數(shù)，并特別是通過比較裝置與預(yù)先給定的規(guī)范數(shù)值 (Spezifikation)進行比較。一個或多個、尤其是所有的參數(shù)特別可以是電磁參數(shù)，尤其是電 動機的一個或多個線圈的一維或多維電流值、電壓值、電阻值和/或磁鐵大小，特別是電機 的耦合通量（verketteter Fluss)和/或轉(zhuǎn)矩常數(shù)和/或電壓常數(shù)。為了能夠緊湊地進行說 明，在本發(fā)明中將純粹的電參數(shù)和特別是通過信號處理方法（例如過濾法、傅里葉分析和/ 或光譜分析）由這些電參數(shù)推導(dǎo)出的參數(shù)也稱為電磁參數(shù)。附加地或替代地，參數(shù)可以是 熱參數(shù)，特別是一維或多維的溫度參數(shù)。附加地或替代地，參數(shù)可以是電機的運動學(xué)參數(shù)， 特別是一維或多維的位置誤差（Positionsfehler)等。附加地或替代地，參數(shù)可以由殘值 (Residuen)推導(dǎo)得到，特別是通過將所檢測到的電機的輸出參數(shù)、尤其是電機位置、電機速 度、電機電流和/或電機輸出力矩與這些參數(shù)的期望值進行比較得到。
[0027] 在本發(fā)明的一種實施方式中，直接檢測這些參數(shù)中的一個或多個參數(shù)。同樣也可 以特別是利用參數(shù)識別方法、優(yōu)選為在線參數(shù)識別方法和/或通過（干擾值（St0rgr0Ben ))觀察器和/或借助于所謂的奇偶方程（Parity-Equation)基于模型地檢測一個或多個參 數(shù)。例如，有故障的電機軸承可以通過觀察輸出轉(zhuǎn)矩來檢測得到。
[0028] 將一個或多個參數(shù)與預(yù)先給定的規(guī)范數(shù)值相比較。預(yù)先給定的規(guī)范數(shù)值可以是常 數(shù)，尤其是不可變的，在本發(fā)明的一種實施方式中，預(yù)先給定的規(guī)范數(shù)值包括電機的特性參 數(shù)（Kenngrofien )，例如轉(zhuǎn)矩常數(shù)、閑置電流消耗（Leerstromaufnahme，空轉(zhuǎn)電流消耗）、 軸承轉(zhuǎn)矩等。預(yù)先給定的規(guī)范數(shù)值同樣也可以是可變的，特別是在運行中或者在調(diào)試過程 中發(fā)生變化。因此，當機器人與其他的機器人或人員相配合時，可以適當?shù)厥站o規(guī)范數(shù)值， 因為此時關(guān)于停車的要求被提高了。
[0029] 電機的功能性可以通過一維或多維的連續(xù)的值給出，特別是通過一個或多個所確 定的參數(shù)與其規(guī)范數(shù)值、特別是標準值或標準范圍之間的差值、優(yōu)選是標準化的差值給出。 同樣，功能性監(jiān)控還可以包括對功能性的兩級或多級分類。因此，特別是如果或一旦所有確 定的參數(shù)都位于其規(guī)范數(shù)值之內(nèi)，尤其是位于預(yù)先給定的容許范圍之內(nèi)，則可以將電機分 類為（完全）有效運轉(zhuǎn)的。如果或一旦至少一個參數(shù)、特別是作為預(yù)先給定的決定性的參 數(shù)位于其規(guī)范數(shù)值之外，則可以將電機分類為不能有效運轉(zhuǎn)的或有故障的。相應(yīng)地在本發(fā) 明的一種實施方式中，當（任意）一個參數(shù)位于其規(guī)范數(shù)值之外時，就足以將電機分類為有 故障的。相反在本發(fā)明的另一種實施方式中，只要至少所有主要的預(yù)先給定的參數(shù)位于它 們的規(guī)范數(shù)值之內(nèi)，就可以將電機分類為有效運轉(zhuǎn)的。
[0030] 在本發(fā)明的一種擴展方案中，這種"有效運轉(zhuǎn)"或"不能有效運轉(zhuǎn)"的兩級分類可 以細化為三級或更多級的分類。因此，如果或一旦所有的或至少所有預(yù)先給定的決定性的 參數(shù)位于它們的預(yù)先給定的規(guī)范數(shù)值之外，但是仍然位于預(yù)先給定的其它規(guī)范數(shù)值之內(nèi)， 則可以特別是將電機分類為有限有效運轉(zhuǎn)的。
[0031] 這使得在本發(fā)明的一種實施方式中，能夠?qū)﹀e誤響應(yīng)進行差異化選擇。在本發(fā)明 的一種實施方式中，在對機器人進行速度監(jiān)控時，如果電機被分類為完全或至少是有限地 有效運轉(zhuǎn)，則可以選擇STOP 2,因為在這里利用有限的有效運轉(zhuǎn)通常就足以降低電機制動； 如果至少一個電機被分類為不能有效運轉(zhuǎn)的，則選擇STOP 0。反之，在本發(fā)明的一種實施方 式中，在進行工作空間監(jiān)控時（在這種監(jiān)控中，對于機器人在監(jiān)控條件下的停車存在較高 的要求），如果電機被分類為完全有效運轉(zhuǎn)的，則選擇STOP 2 ;如果至少一個電機被分類為 只能有限地有效運轉(zhuǎn)或是不能有效運轉(zhuǎn)的，則選擇STOP 0。
[0032] 機器人監(jiān)控和功能性監(jiān)控可以至少部分地同時發(fā)生或者通過同一監(jiān)控裝置執(zhí)行。 例如，對關(guān)節(jié)力的監(jiān)控可以一方面在碰撞監(jiān)控中根據(jù)計劃外的力變化過程、特別是力的快 速升高識別出機器人與其周圍環(huán)境的碰撞。另一方面，對關(guān)節(jié)力的監(jiān)控例如可以通過力的 緩慢、連續(xù)地上升而識別出逐漸增大的軸承摩擦等，這些會損害電機的功能性。
[0033] 附加地或替代地，可以根據(jù)功能性監(jiān)控和機器人監(jiān)控為機器人的一個或多個、尤 其是全部的電機，特別是驅(qū)動電機選擇待執(zhí)行的錯誤響應(yīng)。因此，機器人監(jiān)控例如可以包括 碰撞監(jiān)控或碰撞識別和停車監(jiān)控，當碰撞識別起反應(yīng)時選擇電機主動式錯誤響應(yīng)，當停車 監(jiān)控起反應(yīng)時選擇電機被動式錯誤響應(yīng)。除了功能性監(jiān)控之外，還可以為碰撞識別（提前） 選擇電機被動式錯誤響應(yīng)，或者在電機主動式錯誤響應(yīng)由于電機的功能性不足是不可能的 或者不是有利的情況下將其替換為電機被動式錯誤響應(yīng)。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，特別是通過用于監(jiān)控機器人的至少一個電機的輸出參數(shù) 的監(jiān)控裝置來監(jiān)控機器人的一個或多個、尤其是全部的電機，特別是驅(qū)動電機的一維或多 維輸出參數(shù)，特別是通過選擇裝置并根據(jù)所述對機器人的一個或多個電機的輸出參數(shù)的監(jiān) 控為機器人的一個或多個、尤其是全部的電機，特別是驅(qū)動電機選擇待執(zhí)行的錯誤響應(yīng)，特 別是從電機主動式錯誤響應(yīng)變換為電機被動式錯誤響應(yīng)。在下文中也將這種監(jiān)控稱為輸出 參數(shù)監(jiān)控。在本發(fā)明的一種實施方式中，這種監(jiān)控可以與前面所述的功能性監(jiān)控組合使用。 [0035] 在本發(fā)明的一種實施方式中，電機的輸出參數(shù)可以包括電機施加在機器人的關(guān) 節(jié)軸上的力，尤其是反平行的力偶或轉(zhuǎn)矩，特別是電機施加在機器人的關(guān)節(jié)軸上的力，尤 其是反平行的力偶或轉(zhuǎn)矩，特別是轉(zhuǎn)矩，其可以在電機的從動軸或與從動軸相連接的傳動 裝置上檢測得到，和/或特別是根據(jù)檢測到的電機電流和電機特性參數(shù)、尤其是轉(zhuǎn)矩常數(shù) 計算得到。附加地或替代地，輸出參數(shù)可以包括上述參數(shù)的（時間）積分值，尤其是作業(yè) (Arbeit)和/或性能。
[0036] 為了更緊湊地進行說明，將力或其所決定的參數(shù)、特別是電機電流與預(yù)先給定的 額定力或由額定力所決定的額定參數(shù)的差也稱為力。相應(yīng)地在本發(fā)明的一種實施方式中， 電機的輸出參數(shù)可以包括實際力與預(yù)先給定的額定力的差，尤其是包括轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)誤差或轉(zhuǎn) 矩隨動誤差（Drehmomentregel-bzw. - schleppfehler)和/或電機電流調(diào)節(jié)誤差或電機電 流隨動誤差（Motorstromregel-bzw. - schleppfehler)，特別是實際力與預(yù)先給定的額定 力的差，尤其是轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)誤差或轉(zhuǎn)矩隨動誤差和/或電機電流調(diào)節(jié)誤差或電機電流隨動誤 差。
[0037] 如上所述，電機主動式錯誤響應(yīng)，例如STOP 1或STOP 2,特別是在進入所謂的斜 坡制動時是有利的，通過這種斜坡制動能夠使得機器人的一個或多個電機發(fā)生預(yù)先給定的 減速。迄今為止對于對這種斜坡制動（Bremsrampe)的保持是按照企業(yè)內(nèi)部的實際情況， 通過對位置變化過程或速度變化過程的監(jiān)控來監(jiān)控的。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，如果替代 地或附加地還對被制動的一個或多個電機的輸出參數(shù)進行監(jiān)控，則在此能夠提前識別出錯 誤。由于在位置監(jiān)控或速度監(jiān)控期間只能在機器人的慣性發(fā)生的反應(yīng)中識別出有錯誤的制 動轉(zhuǎn)矩，并且此外還必須魯棒地相對于動態(tài)反應(yīng)力矩、特別是加速力矩和重力力矩以及外 部的干擾力矩進行平衡，因此輸出參數(shù)監(jiān)控本身已經(jīng)監(jiān)控了這種制動轉(zhuǎn)矩，并因此能夠例 如迅速地切換到STOP 0。在本發(fā)明的一種擴展方案中，為此可以代替在機器人控制中直接 在特別是電機的功率電子器件的電機控制或關(guān)節(jié)控制中執(zhí)行這種輸出參數(shù)監(jiān)控。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的另一個可以與前面所述的一個或多個方面相結(jié)合的方面，機器人的 一個或多個、尤其是全部的（驅(qū)動）電機在正常運行中可以由第一控制裝置來控制，而在錯 誤響應(yīng)中則由不同于第一控制裝置的第二控制裝置來控制，在本發(fā)明的一種實施方式中， 該第二控制裝置以安全技術(shù)實現(xiàn)。在本發(fā)明的意義下，以安全技術(shù)實現(xiàn)的控制裝置特別可 以是冗余的、多樣的和/或故障保護的，或者至少與EN 954-1的控制類別2相符。
[0039] 根據(jù)企業(yè)內(nèi)部的實際情況，（驅(qū)動）電機可以非安全技術(shù)進行控制，并僅以安全技 術(shù)實行監(jiān)控。通過如上所述的根據(jù)電機主動式錯誤響應(yīng)來監(jiān)控電機，可以在需要時切換為 電機被動式錯誤響應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，附加地或替代地還可以通過特別是電機主 動式錯誤響應(yīng)使以安全技術(shù)實現(xiàn)的第二控制裝置負責對電機的控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 以下結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明的其他優(yōu)點和特征進行描述。為此，圖中以局 部剖切的方式不出：
[0041] 圖1 :根據(jù)本發(fā)明的實施方式的具有多個驅(qū)動電機和一個控制裝置的機器人；和
[0042] 圖2 :根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的、用于控制如圖1所示機器人的方法。
[0043] 其中，附圖標記說明如下：
[0044] 1 機器人
[0045] Ll 驅(qū)動電機
[0046] 2 控制柜（控制裝置）
[0047] 10 功能性監(jiān)控裝置
[0048] 11 確定裝置
[0049] 12 比較裝置
[0050] 20 機器人監(jiān)控裝置
[0051] 30 錯誤響應(yīng)裝置（第二控制裝置）
[0052] 40 選擇裝置
[0053] 50 第一控制裝置
[0054] S1-S4方法步驟。

【具體實施方式】
[0055] 圖1示出了機器人1，其具有多個驅(qū)動電機和根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的、位于 控制柜中的機器人控制器形式的控制裝置2,圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的用 于控制機器人的方法，該方法由控制裝置2執(zhí)行。
[0056] 為清楚起見，下面只借助機器人的驅(qū)動電機I. 1對控制裝置和方法進行說明，所 述實施方式也同樣適用于其他的驅(qū)動電機。
[0057] 用于控制的控制裝置具有以硬件技術(shù)和/或軟件技術(shù)實現(xiàn)的用于監(jiān)控機器人的 機器人監(jiān)控裝置20,用于監(jiān)控機器人的電機I. 1以及其他驅(qū)動電機的功能性和輸出參數(shù)的 功能性監(jiān)控裝置10,用于執(zhí)行在通過機器人監(jiān)控裝置20對機器人進行監(jiān)控的基礎(chǔ)上從多 個預(yù)先給定的錯誤響應(yīng)中所選出的錯誤響應(yīng)的錯誤響應(yīng)裝置30和用于根據(jù)對機器人的電 機的功能性和輸出參數(shù)的監(jiān)控選擇錯誤響應(yīng)的選擇裝置40,在此，該控制裝置被設(shè)計用于 執(zhí)行如圖2所示的方法。
[0058] 在正常運行中，利用以非安全技術(shù)實現(xiàn)的第一控制裝置50來控制機器人的驅(qū)動 電機。例如，第一控制裝置50具有與驅(qū)動電機的電機控制相關(guān)的位置誤差或者與驅(qū)動電機 的功率電子器件相關(guān)的電流誤差，如圖1中以定向通訊箭頭所示的。
[0059] 在步驟Sl中，機器人監(jiān)控裝置20監(jiān)控機器人，例如檢測驅(qū)動電機的電流、位置、速 度和/或轉(zhuǎn)矩。機器人監(jiān)控裝置20可以特別是通過比較預(yù)先給定的速度邊界值和檢測到 的速度，必要時也可以變換到特定于機器人的參照系，來執(zhí)行速度監(jiān)控。附加地或替代地， 機器人監(jiān)控裝置20可以通過將所檢測到的轉(zhuǎn)矩與預(yù)先給定的轉(zhuǎn)矩邊界值相比較來執(zhí)行碰 撞監(jiān)控。
[0060] 在步驟S2中，功能性監(jiān)控裝置10監(jiān)控驅(qū)動電機的輸出參數(shù)。為此，如圖1中的相 關(guān)聯(lián)的通訊箭頭所示，例如可以直接檢測驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩。同樣地可以檢測電流并將電流 轉(zhuǎn)換成輸出轉(zhuǎn)矩。
[0061] 附加地，功能性監(jiān)控裝置10在步驟S2中監(jiān)控驅(qū)動電機的功能性。由此，例如可以 根據(jù)檢測到的位置、速度、電壓、電流和/或轉(zhuǎn)矩，通過參數(shù)識別來確定功能性，如果所檢測 到的參數(shù)（例如轉(zhuǎn)矩常數(shù)）位于規(guī)范數(shù)值之內(nèi)，則可以將各個電機分類為完全有效運轉(zhuǎn)的。 如果該參數(shù)位于其規(guī)范數(shù)值之外，但仍位于其他的規(guī)范數(shù)值之內(nèi)，則功能性監(jiān)控裝置10在 步驟S2中將相應(yīng)的電機分類為有限有效運轉(zhuǎn)的。如果至少一個參數(shù)也位于其他的規(guī)范數(shù) 值之外，則功能性監(jiān)控裝置10在步驟S2中將相應(yīng)的電機分類為不能有效運轉(zhuǎn)的或有故障 的。
[0062] 功能性監(jiān)控裝置10將該分類傳輸給選擇裝置40,選擇裝置40在步驟S3中根據(jù)該 分類從多個錯誤響應(yīng)中選出其中一個。如圖1和圖2中相應(yīng)的箭頭所示，選擇裝置40在此 還可以根據(jù)通過機器人監(jiān)控裝置20所進行的監(jiān)控來選擇錯誤響應(yīng)。
[0063] 在該實施方式中，多個可選擇的錯誤響應(yīng)包括STOP 0、ST0P 1、ST0P2、驅(qū)動電機的 柔性調(diào)節(jié)和反向駛過預(yù)先給定并在之前已經(jīng)駛過的軌跡的后退運動。
[0064] 在該實施方式中，如果功能性監(jiān)控裝置10確定所有的驅(qū)動電機是完全有效運轉(zhuǎn) 的或者至少是有限有效運轉(zhuǎn)的，則選擇裝置40在步驟S3中針對速度監(jiān)控選擇STOP 2,否則 選擇STOP 0。對于碰撞監(jiān)控，如果功能性監(jiān)控裝置10確定所有的驅(qū)動電機是完全有效運轉(zhuǎn) 的，則選擇裝置40在步驟S3中選擇柔性調(diào)節(jié)，否則選擇STOP 0。
[0065] 現(xiàn)在，如果在功能性監(jiān)控裝置10確定所有的驅(qū)動電機是完全有效運轉(zhuǎn)的或者至 少是有限有效運轉(zhuǎn)時速度監(jiān)控發(fā)出響應(yīng)，則錯誤響應(yīng)裝置30將在步驟S4中執(zhí)行提前選擇 的STOP 2。通過這種方式可以使機器人在很小機械和電機負荷的情況下被保持軌跡地制 動。
[0066] 在此，功能性監(jiān)控裝置10還另外監(jiān)控輸出轉(zhuǎn)矩和功能性。
[0067] 如果在此所監(jiān)控的由驅(qū)動電機施加的轉(zhuǎn)矩過小和/或該轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的差異 過大，則選擇裝置40變換為STOP 0,即從現(xiàn)在起選擇STOP 0作為錯誤響應(yīng)（步驟S3)。相 應(yīng)地，錯誤響應(yīng)裝置30在步驟S4中無延遲地并因此比基于位置的斜坡制動監(jiān)控更快地切 換為STOP 0。
[0068] 在功能性監(jiān)控裝置10確定有至少一個驅(qū)動電機是有故障的情況下，即不是完全 有效運轉(zhuǎn)的或者是至少有限有效運轉(zhuǎn)的，選擇裝置40也變換到STOP 0。通過這種方式，只 要驅(qū)動電機充分地有效運轉(zhuǎn)，就優(yōu)選執(zhí)行STOP 2,并且只或僅在至少一個電機發(fā)生故障時 才過渡到STOP 0。
[0069] 如果在功能性監(jiān)控裝置10確定所有的驅(qū)動電機是完全有效運轉(zhuǎn)時碰撞監(jiān)控發(fā)出 響應(yīng)，則錯誤響應(yīng)裝置30在步驟S4中執(zhí)行提前選擇的柔性調(diào)節(jié)。通過這種方式可以將機 器人施加在碰撞對象（Kollisionspartner)上的力降至最低。
[0070] 但是，如果功能性監(jiān)控裝置10確定有至少一個驅(qū)動電機不是完全有效運轉(zhuǎn)的，即 有故障的，或者只是有限有效運轉(zhuǎn)的，則選擇裝置40變換為ST0P0。通過這種方式，只要驅(qū) 動電機充分地有效運轉(zhuǎn)，就優(yōu)選執(zhí)行柔性調(diào)節(jié)，并且只或僅在至少一個電機受到限制時才 過渡到STOP 0。
[0071] 錯誤響應(yīng)裝置30以安全技術(shù)實現(xiàn)，并因此起到了用于在錯誤響應(yīng)中控制驅(qū)動電 機的第二控制裝置的作用。如圖1所示，該安全控制裝置負責在機器人監(jiān)控發(fā)生響應(yīng)時控 制驅(qū)動電機。通過這種方式，可以在正常運行中通過第一控制裝置50控制機器人，并在錯 誤響應(yīng)時通過第二控制裝置或錯誤響應(yīng)裝置30控制機器人。
[0072] 如圖1所示，功能性監(jiān)控裝置10具有用于確定前面所述的驅(qū)動電機的參數(shù)的確定 裝置11和用于將該參數(shù)與預(yù)先給定的規(guī)范數(shù)值進行比較的比較裝置12。如前所述，確定裝 置11例如確定了以驅(qū)動電機1. 1示例性示出的驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)矩，并將其與預(yù)先給定的 轉(zhuǎn)矩邊界值或轉(zhuǎn)矩變化過程進行比較。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于控制機器人（1)的方法，具有以下步驟： 監(jiān)控所述機器人（1)(S1);以及 根據(jù)對所述機器人的監(jiān)控執(zhí)行從多個預(yù)先給定的錯誤響應(yīng)中選出的錯誤響應(yīng)（S4); 其特征在于，根據(jù)對功能性的監(jiān)控（S2)和/或?qū)λ鰴C器人的至少一個電機（1. 1)的 輸出參數(shù)的監(jiān)控來選擇所述錯誤響應(yīng)（S3)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個預(yù)先給定的錯誤響應(yīng)包括至少一 個電機主動式錯誤響應(yīng)、特別是隨后與電源分離或不與電源分離的電機制動，柔性調(diào)節(jié)和/ 或后退運動，和至少一個電機被動式錯誤響應(yīng)、特別是在沒有電機制動的情況下無延遲地 斷開電源。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在正常運行中通過第一控制裝置（50) 控制所述電機，在錯誤響應(yīng)時通過與所述第一控制裝置（50)不同的第二控制裝置（30)控 制所述電機。
4. 如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述對功能性的監(jiān)控包括對功能 性的至少兩級，特別是至少為三級的分類。
5. 如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，為了監(jiān)控功能性，確定所述電機 的至少一個參數(shù)，特別是電磁參數(shù)、熱參數(shù)或運動學(xué)參數(shù)，并與預(yù)先給定的規(guī)范數(shù)值進行比 較。
6. 如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在執(zhí)行所述錯誤響應(yīng)之前和/或 期間選擇所述錯誤響應(yīng)。
7. 如前面任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述輸出參數(shù)包括力、特別是轉(zhuǎn)矩 和/或它們的積分值，特別是作業(yè)和/或性能。
8. -種用于控制機器人（1)的控制裝置（2)，具有： 用于監(jiān)控所述機器人的監(jiān)控裝置（20); 用于監(jiān)控所述機器人的至少一個電機（1. 1)的功能性和/或輸出參數(shù)的監(jiān)控裝置 (10); 用于根據(jù)對所述機器人的監(jiān)控執(zhí)行從多個預(yù)先給定的錯誤響應(yīng)中選出的錯誤響應(yīng)的 錯誤響應(yīng)裝置（30);和 選擇裝置（40)，用于根據(jù)對所述機器人的至少一個電機（1. 1)的功能性和/或輸出參 數(shù)的監(jiān)控來選擇所述錯誤響應(yīng)，其中，所述控制裝置被設(shè)計用于執(zhí)行如前面任一項權(quán)利要 求所述的方法。
9. 如權(quán)利要求8所述的控制裝置，其特征在于，在正常運行中通過第一控制裝置（50) 控制所述電機，在錯誤響應(yīng)時通過與該第一控制裝置不同的第二控制裝置（30)控制所述 電機。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的控制裝置，其特征在于，用于監(jiān)控功能性的所述監(jiān)控裝置 具有用于確定所述電機的至少一個參數(shù)、特別是電磁參數(shù)、熱參數(shù)或者運動學(xué)參數(shù)的確定 裝置（11)和用于將所述參數(shù)與預(yù)先給定的規(guī)范數(shù)值進行比較的比較裝置（12)。
11. 如權(quán)利要求8至10中任一項所述的控制裝置，其特征在于，所述輸出參數(shù)包括力、 特別是轉(zhuǎn)矩和/或它們的積分值，特別是作業(yè)和/或性能。
12. -種機器人（1)，具有多個、特別是至少六個驅(qū)動電機（1. 1)和如權(quán)利要求8至11 中任一項所述的、用于控制所述驅(qū)動電機的控制裝置。
13. -種具有程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，所述程序代碼存儲在計算機可讀的介質(zhì)上， 該計算機程序產(chǎn)品用于執(zhí)行如前面任一項權(quán)利要求所述的方法。
【文檔編號】B25J19/02GK104416582SQ201410412385
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】馬克-瓦爾特·厄貝爾勒, 哈特穆特·凱爾 申請人:庫卡實驗儀器有限公司