210)該傳動(dòng)系是使得該馬達(dá)、或者等效地該致動(dòng)器在相對(duì)于反沖范圍而言相反的方向上的第一位置與第二位置之間往復(fù)，以使得在這兩個(gè)位置中完成完全發(fā)展的傳動(dòng)系扭矩傳輸。包括動(dòng)摩擦的效果在內(nèi)，監(jiān)測(cè)致動(dòng)器扭矩和致動(dòng)器位置得到了與在圖8d中的曲線相似的曲線。實(shí)線是在所獲得的扭矩-位置循環(huán)方面所監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)。假設(shè)摩擦是對(duì)稱的，那么平均值虛線代表經(jīng)摩擦補(bǔ)償?shù)闹聞?dòng)器扭矩，其對(duì)位置的依賴性捕捉了位置遲滯，這在8d中是圍繞反沖的中心水平地對(duì)稱的。
[0139]完全發(fā)展的傳動(dòng)系扭矩這個(gè)概念依賴于接頭物理特性本身以及有待確定的接頭特性的既定用途。在圖8d中展示的兩個(gè)實(shí)例是分別在位置方面的致動(dòng)器扭矩的遲滯。在下面簡(jiǎn)短討地論這些實(shí)例。
[0140]扭矩遲滯代表了通常歸因于致動(dòng)器的動(dòng)摩擦，但對(duì)于具有多個(gè)元件的傳動(dòng)系而言，在不同的級(jí)處(如軸承194處)可以存在摩擦。對(duì)于如同圖8d中遲滯循環(huán)的一個(gè)遲滯循環(huán)以及對(duì)于某些往復(fù)位置和某些最大扭矩而言，動(dòng)摩擦是常數(shù)，這意味著在上曲線與下曲線之間存在為2*μ的恒定距離，動(dòng)摩擦表示為μ。如先前所提及的，總的動(dòng)摩擦還可以在自由空間運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行研宄。在確定了摩擦特性(可以是還取決于捕捉扭矩歷史的狀態(tài)的一個(gè)函數(shù))之后，可以確定經(jīng)摩擦補(bǔ)償?shù)闹聞?dòng)器扭矩。在理想情況下，它對(duì)應(yīng)于圖8d中的虛線。
[0141]在遲滯循環(huán)看起來像圖8d中在Xl與X3之間具有非線性曲線的遲滯循環(huán)的情況下，有待用作接頭特性的位置遲滯對(duì)于高扭矩和低扭矩是不同的。對(duì)于高扭矩，我們將遲滯稱為滯差運(yùn)動(dòng)，在這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向中的每一個(gè)方向上該滯差運(yùn)動(dòng)在圖8d中分別標(biāo)記為L(zhǎng)Ml和LM2。在此LMl和LM2是相同的，但是如同在圖8e中，實(shí)際獲得的值顯示了變化。經(jīng)摩擦補(bǔ)償?shù)奶摼€也可以在圖8d的對(duì)稱的理想情況下用于確定滯差運(yùn)動(dòng)。反沖是針對(duì)實(shí)質(zhì)上沒有傳動(dòng)系扭矩情況的位置遲滯。在圖8d中，在區(qū)間BI上存在為零的(經(jīng)摩擦補(bǔ)償?shù)?扭矩，但是實(shí)際上(從感測(cè)和控制的視角來看)對(duì)于低負(fù)載補(bǔ)償而言，更適合使用區(qū)間B2作為反沖。
[0142]如早先討論的，本領(lǐng)域中已知的校準(zhǔn)和建模方法在區(qū)間的定義方面具有一個(gè)決定問題、并且由于在使用操縱器過程中從與實(shí)際伺服控制相比相反的方向來加載該傳動(dòng)器而具有一個(gè)識(shí)別問題。相反地，本發(fā)明在正常工作的方向上加載該傳動(dòng)系，并且反沖(低扭矩)和滯差運(yùn)動(dòng)(高扭矩)的定義可以是根據(jù)這些既定的使用情況。因此，本方法的用戶可以自由選擇適合于當(dāng)前的應(yīng)用或系統(tǒng)的區(qū)間定義。
[0143]需要做出關(guān)于反沖和順性的類似決定，后者如同在圖8d的B2之外的曲線和在NL區(qū)間內(nèi)的曲線那樣是非線性的。在這個(gè)背景下并且參考在圖8a_8e中所示的不同實(shí)施例，在下文將更徹底地描述兩個(gè)情況。
[0144]首先，可以用在BI之外或B2之外的非線性的順性來對(duì)NL區(qū)間建模。其次，如果Xl (為所選擇的BI或B2區(qū)間的坐標(biāo))和X3彼此相近，我們有屬于在圖8b或8c中的情況的虛線。然而，可以是如下情況:在順性814之間不存在清晰的反沖812，并且該模型替代了圖8c的模型(其中低負(fù)載順性813橋接了高負(fù)載順性814)。后者是當(dāng)傳動(dòng)系包括預(yù)加載的齒輪箱時(shí)的典型情況，而前者對(duì)于更簡(jiǎn)單的低成本傳動(dòng)系是典型的。圖Se示出了對(duì)于具有預(yù)加載的齒輪箱的操縱器的接頭所獲得的兩個(gè)具有不用最大扭矩的遲滯循環(huán)。不論所獲得的遲滯循環(huán)是否理想，本發(fā)明包括用于獲得該遲滯循環(huán)的方法，從而可以確定所希望的特性。
[0145]作為操縱器110的用戶在控制器140的用戶編程等級(jí)上通過對(duì)該操縱器進(jìn)行編程或指示來執(zhí)行該方法暗示了設(shè)定這些扭矩和位置參考值的可能性是有限的，這些在數(shù)字控制器140中是離散的可編程的量。為了使獲得的數(shù)據(jù)代表這些物理特性，需要量化影響的較小的。為此目的，機(jī)器人制造商必須提供可以具有比正常機(jī)器人程序員可獲得的高得多的分辨率的、系統(tǒng)等級(jí)的接口或?qū)崿F(xiàn)方案。替代地且等效地，操縱器控制器140正常地允許伺服控制中的整體作用被關(guān)閉(或設(shè)定為一個(gè)平衡該重力扭矩的值)，并且然后該伺服控制的顯著比例作用可以被調(diào)諧以獲得具有所監(jiān)測(cè)的量的平滑性和所命令的位置對(duì)致動(dòng)器扭矩的足夠影響兩者的一種適合的扭矩效應(yīng)。
[0146]圖8e是以此方式獲得的。
[0147]參考圖8b_8e，下文將詳述實(shí)際修改過的用于執(zhí)行本發(fā)明方法的途徑。
[0148]作為一種快速的且整合的過程，一個(gè)接頭的位置參考值以不同的方式循環(huán)，首先是在自由空間中以便確定各種摩擦和重力特性、然后是在受夾持的構(gòu)型中以用于確定涵蓋傳動(dòng)系動(dòng)力學(xué)的其他特性。在這些循環(huán)過程中，監(jiān)測(cè)扭矩和位置，并且依賴于控制器特性，這種控制的這些參數(shù)是調(diào)節(jié)所必須的以獲得最好的精確度。然后從所監(jiān)測(cè)到的信號(hào)中識(shí)別感興趣的特性，這些特性由于操縱器動(dòng)力學(xué)和控制器特性而具有明顯變化。接頭特性的整個(gè)確定對(duì)于典型的操縱器110的所有接頭而言花費(fèi)一分鐘與數(shù)分鐘之間。然而，為了更詳細(xì)解釋該方法，以下描述是基于將不同特性的確定分開。
[0149]根據(jù)該方法，一個(gè)接頭180或等效地一個(gè)操縱器110的接頭連接的可移動(dòng)部分被夾持200，而使得該接頭的運(yùn)動(dòng)變得受限制或者被鎖定，并且驅(qū)動(dòng)該接頭的傳動(dòng)系被一個(gè)致動(dòng)器致動(dòng)210，同時(shí)監(jiān)測(cè)與所述致動(dòng)的扭矩相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)量以及與致動(dòng)器位置相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)量。然后基于所監(jiān)測(cè)的這些量來確定220所述致動(dòng)器的至少一個(gè)輸出值組，所述輸出值組與至少一個(gè)接頭位置相關(guān)，并且基于所述輸出值組來確定230該接頭的至少一個(gè)特性。
[0150]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括通過以下方式來獲得遲滯循環(huán)數(shù)據(jù):致動(dòng)210所述傳動(dòng)系而使得該致動(dòng)器在第一位置和一個(gè)第二位置之間往復(fù)，從而在這兩個(gè)位置中實(shí)現(xiàn)相反方向上的完全發(fā)展的傳動(dòng)系扭矩傳輸，而所監(jiān)測(cè)到的與所述致動(dòng)器的扭矩相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)量和所述與致動(dòng)器位置相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)量構(gòu)成該遲滯循環(huán)數(shù)據(jù)，并且其中所述受夾持的接頭的初始接頭位置是在致動(dòng)210之前建立的；并且此后基于所獲得遲滯循環(huán)數(shù)據(jù)來確定220所述致動(dòng)器的所述至少一個(gè)輸出值組之前。
[0151]雖然通過致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)(被配置成使得在第一點(diǎn)與第二點(diǎn)之間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)覆蓋了感興趣的整個(gè)扭矩范圍，從而意味著在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)并且然后通過之后在無需占用該設(shè)備如機(jī)器人系統(tǒng)100的情況下分析該數(shù)據(jù)來確定感興趣的這些不同特性)獲得遲滯循環(huán)數(shù)據(jù)是現(xiàn)實(shí)的，但這種受限的運(yùn)動(dòng)也可以作為更小型的專用實(shí)驗(yàn)(這些實(shí)驗(yàn)一起形成一種技術(shù)上等效的方法)來進(jìn)行。通過圖3-5詳述的這些步驟在某種程度上是此類專用實(shí)驗(yàn)的示例，但遲滯循環(huán)數(shù)據(jù)也可能以多部分獲得，從而反映該循環(huán)的不同部分。例如，對(duì)于在正常操作過程中總是在一個(gè)方向上被高重力加載的接頭而言，獲得在未加載一側(cè)和代表具有此致動(dòng)器扭矩方向那側(cè)的這一側(cè)之間的遲滯循環(huán)可能就足夠了。因而，也可以圍繞未加載的受夾持的姿勢(shì)以兩部分獲得完整的雙向遲滯循環(huán)，并且所確定的該接頭的特性然后可以在控制器140中合并或分開使用。該至少一個(gè)接頭的至少一個(gè)特性的任何此類部分確定都是特定的且平常的情況(為簡(jiǎn)潔起見，不進(jìn)一步評(píng)述)。還有使用所描述的量、涉及所披露的原理的其他變體，如高速致動(dòng)該傳動(dòng)系然后減去粘滯摩擦(例如，根據(jù)圖6獲得的)，這些形成了一種技術(shù)上等效的方法。
[0152]所確定的該接頭的至少一個(gè)特性可以是一個(gè)滯差運(yùn)動(dòng)特性、或者在非對(duì)稱的遲滯循環(huán)的情況下是多個(gè)滯差運(yùn)動(dòng)特性，所述方法于是包括在允許的扭矩范圍內(nèi)致動(dòng)210所述傳動(dòng)系以使得完全發(fā)展的傳動(dòng)系扭矩傳輸對(duì)于有待獲得的最大位置遲滯而言是足夠高的、并且然后基于所獲得的位置遲滯確定220所述滯差運(yùn)動(dòng)。另外，作為基于所獲得的扭矩-位置數(shù)據(jù)將該滯差運(yùn)動(dòng)平均化并進(jìn)行識(shí)別的方式，該遲滯循環(huán)可以用一條曲線來近似，所述方法進(jìn)一步包括擬合兩條漸進(jìn)式接近被近似曲線的相應(yīng)尾部的曲線，其中該致動(dòng)器是移動(dòng)的而使得動(dòng)摩擦是完全發(fā)展的。對(duì)于至少一個(gè)扭矩值，該滯差運(yùn)動(dòng)于是可以作為在這些曲線之間的位置差來確定。
[0153]可以從遲滯循環(huán)數(shù)據(jù)獲得的另一個(gè)特性是反沖，反沖可以通過以下方式由位置遲滯來確定230:針對(duì)實(shí)質(zhì)上相同的傳動(dòng)系輸入扭矩來確定位置差，使得所述傳動(dòng)系輸入扭矩在受夾持的位置(其特征是實(shí)質(zhì)上為零的傳動(dòng)系輸入扭矩)的兩側(cè)達(dá)到實(shí)質(zhì)上非零的值。確定230反沖還可以是基于通過之前在確定位置遲滯針對(duì)摩擦效應(yīng)對(duì)致動(dòng)器扭矩進(jìn)行補(bǔ)償而確定的傳動(dòng)系輸入扭矩。
[0154]該方法還可以應(yīng)用于如下接頭:其中該接頭的該至少一個(gè)特性是該接頭的順性，所述方法還包括通過從該遲滯循環(huán)數(shù)據(jù)中去除所獲得的反沖的效應(yīng)來確定230該順性。等效地，當(dāng)確定順性時(shí)考慮所定義的反沖區(qū)間，如圖8d中的BI或B2。如果順性相對(duì)于方向和先前的傳動(dòng)系加載是無狀態(tài)的，那么可以通過識(shí)別致動(dòng)器扭矩隨著致動(dòng)器位置的增加和減少而增加和減少的速率來確定230順性。如果此速率在受夾持的位置的兩側(cè)是相同的，或者如果對(duì)于兩側(cè)僅需要使用單一的值，那么可以通過將針對(duì)該實(shí)質(zhì)上未加載的傳動(dòng)系獲得的這些速率取平均值來確定無負(fù)載/低負(fù)載順性特性。因而，對(duì)于更高的傳動(dòng)系扭矩，該方法可以應(yīng)用于完全加載的傳動(dòng)系，然后獲得加載順性特性。
[0155]該順性是否是無狀態(tài)的這個(gè)概念與該傳動(dòng)系扭矩單調(diào)地增加或減少時(shí)來自所監(jiān)測(cè)的遲滯循環(huán)的這些值是否僅以實(shí)質(zhì)上恒定的值發(fā)生偏差有關(guān)。在無狀態(tài)的情況下，可以用單一的順性特性函數(shù)(在圖8d中的NL區(qū)間上)未加載的和完全加載的順性特性。在該遲滯循環(huán)依賴于最大扭矩的情況下，如在圖Se中，存在與該順性特性相關(guān)的某種狀態(tài)，并且該順性特性函數(shù)應(yīng)當(dāng)具有狀態(tài)自變量，該狀態(tài)自變量反映了所需要的效果，如先前討論的?？赡艿捻樞蕴匦誀顟B(tài)的另一個(gè)實(shí)例涉及缺乏可重復(fù)性，例如是由于傳動(dòng)系即將損壞或以其他方式是有缺陷的。相反地，如果該遲滯循環(huán)數(shù)據(jù)在具有相同最大負(fù)載的若干循環(huán)上是相同的，那么該接頭對(duì)于可重復(fù)的運(yùn)動(dòng)而言是高品質(zhì)的。在圖Se中就是這種情況，其中這些重疊的循環(huán)中的每一個(gè)實(shí)際上包括五個(gè)循環(huán)。因此，此接頭對(duì)于經(jīng)補(bǔ)償?shù)幕蛭囱a(bǔ)償?shù)倪\(yùn)動(dòng)的可重復(fù)性而目是尚品質(zhì)的。
[0156]在該方法的另一個(gè)實(shí)施例中，該接頭的該至少一個(gè)特性是致動(dòng)器動(dòng)摩擦，并且其確定230包括針對(duì)至少一個(gè)位置值從該遲滯循環(huán)數(shù)據(jù)中識(shí)別一個(gè)扭矩遲滯，其中該致動(dòng)器動(dòng)摩擦的值是所識(shí)別的扭矩遲滯的值的一半。在某種程度上進(jìn)行簡(jiǎn)化，這個(gè)摩擦特性還可以被稱作庫(kù)倫摩擦。該靜摩擦及其與動(dòng)摩擦的差是對(duì)所謂的粘滯風(fēng)險(xiǎn)的度量，該靜摩擦可以在低增益、慢啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程中在受夾持或未夾持的狀況下獲得，但是在監(jiān)測(cè)遲滯循環(huán)的過程中該運(yùn)動(dòng)應(yīng)當(dāng)被調(diào)諧以使得粘滯不出現(xiàn)。
[0157]根據(jù)本方法的一個(gè)另外的實(shí)施例，該遲滯循環(huán)可以在不同的熱狀況下監(jiān)測(cè)，其中實(shí)際的熱狀況用該環(huán)境的和/或該接頭的任一機(jī)械元件的一個(gè)所測(cè)量的和/或所模擬的溫度來表示，并且該遲滯循環(huán)可能依賴于該溫度從而使得所確定的特性隨溫度而變。在這樣一種情況下，確定該至少一個(gè)接頭特性相對(duì)于溫度的依賴性是直截了當(dāng)?shù)倪^程。
[0158]該方法可以進(jìn)一步包括重復(fù)經(jīng)由傳動(dòng)系來致動(dòng)該至少一個(gè)致動(dòng)器，以便確定至少兩個(gè)受夾持的接頭的接頭特性值。該方法還可以包括一種夾持構(gòu)型，其中這些單獨(dú)的接頭在致動(dòng)210和監(jiān)測(cè)階段的整個(gè)過程中保持不變。
[0159]該方法還可以包括夾持多個(gè)接頭并且夾持接頭而使得操縱器110被夾持成一個(gè)或若干個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)型中，其中在每個(gè)構(gòu)型中并且對(duì)于每個(gè)接頭都可以應(yīng)用這些方法實(shí)施例。
[0160]所述方法的又一個(gè)實(shí)施例包括確定操縱器110的接頭的至