專(zhuān)利名稱(chēng)：用于調(diào)整、控制操作器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)或控制自動(dòng)控制的操作器，特別是機(jī)器人的方法，由于考慮到在為操作器的軸移動(dòng)而設(shè)置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上出現(xiàn)的摩擦力矩，本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)操作器模型，其中至少為一個(gè)軸根據(jù)輸出端的軸速度和軸加速度建立傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩的模型并且通過(guò)所述模型來(lái)確定諸如電機(jī)位置或電機(jī)電流等額定值。
本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)整或控制自動(dòng)控制的操作器的裝置，特別是調(diào)整或控制機(jī)器人的裝置，所述機(jī)器人具有多個(gè)軸和多個(gè)用于軸移動(dòng)的電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，還具有一個(gè)控制單元，由于考慮到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力矩這里采用動(dòng)態(tài)操作器模型，該控制單元是用來(lái)控制該動(dòng)態(tài)操作器模型的，其中至少為一個(gè)軸設(shè)置根據(jù)輸出端的軸速度和軸加速度而定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦力矩并且通過(guò)該控制單元來(lái)確定諸如電機(jī)位置或電機(jī)電流等額定值。
另外本發(fā)明還涉及對(duì)本發(fā)明裝置的可能的應(yīng)用。
自動(dòng)控制的操作器是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 8373具有自動(dòng)控制功能的操作器，以及根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 8373的機(jī)器人或工業(yè)機(jī)器人，特別是具有三個(gè)或多個(gè)可編程軸的機(jī)器人。
在先公知的機(jī)器人控制通常包含一個(gè)動(dòng)態(tài)模型，所述動(dòng)態(tài)模型用于對(duì)機(jī)器人的位置或?qū)λ鑫恢弥g的移動(dòng)進(jìn)行(預(yù))規(guī)劃、調(diào)整和插入。當(dāng)提及機(jī)器人移動(dòng)的動(dòng)態(tài)模型時(shí)，“動(dòng)態(tài)”這一概念系指力矩、動(dòng)力、電流等。通常這種動(dòng)態(tài)模型還包括在機(jī)器人的移動(dòng)部件，特別是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上出現(xiàn)的摩擦力，簡(jiǎn)稱(chēng)摩擦。另外有關(guān)對(duì)概念“規(guī)劃”、“調(diào)整”和“插入”請(qǐng)參見(jiàn)有關(guān)

圖1的說(shuō)明(參見(jiàn)下文)。最好能夠?qū)⑴鋵俳o所述軸的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端的電機(jī)溫度作為輸入?yún)?shù)輸入到模型內(nèi)。
動(dòng)態(tài)模型一方面用于根據(jù)操作器的軸的載荷、實(shí)時(shí)位置、速度和加速度的可編程的額定值計(jì)算出使軸移動(dòng)的電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的(額定)力矩。采用此方式可以在給定的物理極限范圍內(nèi)通過(guò)操作器的控制單元對(duì)最佳時(shí)間的軌跡進(jìn)行規(guī)劃。反之可以根據(jù)測(cè)出的電流、位置、速度、加速度等的實(shí)際值計(jì)算出機(jī)器人的實(shí)時(shí)的電機(jī)和傳動(dòng)力矩的估計(jì)值，所述實(shí)時(shí)的電機(jī)和傳動(dòng)力矩的估計(jì)值接著用于監(jiān)視目的，例如識(shí)別碰撞。
動(dòng)態(tài)模型的另一應(yīng)用方案是在插入器中或在機(jī)器人的調(diào)整時(shí)用于對(duì)預(yù)控制力矩的計(jì)算，所述預(yù)控制力矩建立在額定和/或?qū)嶋H值的基礎(chǔ)上。
正如在前面已經(jīng)看到的，電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)里面或上面的主要溫度特性對(duì)動(dòng)態(tài)模型內(nèi)的摩擦影響(摩擦力矩)并且進(jìn)而對(duì)電機(jī)電流的影響很大。所述電機(jī)電流例如是必要的，以便以給定的移動(dòng)量克服摩擦效應(yīng)對(duì)軸進(jìn)行的移動(dòng)。
為了克服這些效應(yīng)，已有技術(shù)在方法和裝置中對(duì)取決于溫度的參數(shù)實(shí)行了最壞情況評(píng)估法。例如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩在機(jī)器人相應(yīng)的移動(dòng)和環(huán)境溫度的影響下將發(fā)生變化。雖然根據(jù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造廠家提供的信息可以了解環(huán)境溫度的一定的允許范圍；但機(jī)器人制造廠家也可以針對(duì)客戶(hù)的實(shí)際需求對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度進(jìn)行精確的設(shè)定，因此就機(jī)器人控制必須以保守的方式以相應(yīng)的電機(jī)力矩克服的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的最大的摩擦為出發(fā)點(diǎn)。但由于通常沒(méi)有給出摩擦力矩的最大設(shè)定值，電機(jī)力矩未得到利用并且無(wú)謂地浪費(fèi)了機(jī)器人寶貴的周期時(shí)間。
特別是在中止機(jī)器人移動(dòng)時(shí)，另一缺點(diǎn)在于已知的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩是不精確的，這是因?yàn)樵谥兄购笾匦聠?dòng)時(shí)摩擦很大和基于粘著摩擦效應(yīng)將會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)構(gòu)振顫的移動(dòng)。另外這種效應(yīng)在操作器按規(guī)定進(jìn)行調(diào)整時(shí)產(chǎn)生不利作用，這是因?yàn)樵谡持Σ恋那闆r下不斷獲得力矩，但并不同時(shí)產(chǎn)生移動(dòng)，從而造成調(diào)整混亂。
相應(yīng)的缺點(diǎn)還出現(xiàn)在操作器啟動(dòng)時(shí)，特別是在所謂的軟伺服應(yīng)用時(shí)，其中在低速度范圍內(nèi)為克服粘著摩擦必須精確地給出所需的電機(jī)的始動(dòng)力矩。
為了克服上面列舉的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于對(duì)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩進(jìn)行更為精確的確定和利用該信息對(duì)機(jī)器人的調(diào)整和驅(qū)動(dòng)特性進(jìn)行控制，并且通過(guò)建立在模型基礎(chǔ)上的機(jī)器人函數(shù)，例如通過(guò)最佳時(shí)間的規(guī)劃、沖撞識(shí)別或載荷數(shù)據(jù)的求出，進(jìn)一步改進(jìn)對(duì)操作器有效的電機(jī)力矩的利用，同時(shí)基于改進(jìn)的調(diào)整和驅(qū)動(dòng)特性贏得周期時(shí)間。
本發(fā)明將通過(guò)以下方法解決已有技術(shù)中存在的問(wèn)題，即根據(jù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度來(lái)確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦力矩。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的裝置至少配置有一個(gè)與控制單元作用連接的確定裝置，所述確定裝置用于確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度，確定裝置在控制單元內(nèi)的輸出信號(hào)用于確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩。
我們可以看到這樣的情況，例如就摩擦在機(jī)器人的動(dòng)態(tài)模型的范圍內(nèi)未考慮到溫度的情況下，在電機(jī)的額定和實(shí)際力矩之間有可能存在30％至40％的差別。本發(fā)明的對(duì)基于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦給定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度并將該溫度輸入結(jié)構(gòu)內(nèi)的考慮可以實(shí)現(xiàn)對(duì)操作器的調(diào)整和驅(qū)動(dòng)特性的靈活的適配和改善，這是因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明不必限定在上述“最壞的情況”，從而特別是機(jī)器人的周期時(shí)間更為靈活和更為迅速，并因此贏得時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的第一種方法設(shè)計(jì)為，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度直接進(jìn)行測(cè)量。就此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量，特別是在操作器正常工作時(shí)，即在客戶(hù)/最終使用者處進(jìn)行溫度測(cè)量。另外還可以在操作器正常工作前對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行測(cè)量，這樣就不必在最終客戶(hù)工作時(shí)進(jìn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的裝置的設(shè)計(jì)為，溫度確定裝置是作為在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)一體安裝的溫度傳感器而設(shè)置的并且/或者溫度確定裝置是為測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的油溫而設(shè)置的。
不在機(jī)器人的軸上設(shè)置附加的溫度傳感器不僅僅是出于對(duì)費(fèi)用的考慮。例如特別是在機(jī)器人的手軸上很難應(yīng)用溫度傳感器，這是因?yàn)樵谠撎帋缀醪淮嬖诎惭b和布線的可能性。因此本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于，即使不在系列產(chǎn)品上采用附加的傳感裝置也至少可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)近似溫度的確定并將該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度如上所述用于不同的控制和調(diào)整過(guò)程。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)還有一種選擇為，根據(jù)操作器的運(yùn)行速度和相應(yīng)的參數(shù)，并結(jié)合用于在操作器機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)導(dǎo)熱的模型以及必要時(shí)用于對(duì)環(huán)境的熱輻射的模型，即使在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不進(jìn)行直接的溫度測(cè)量的情況下也可以獲得傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度的估計(jì)值。但為此需要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量。一種相應(yīng)設(shè)計(jì)的本發(fā)明的方法的特征在于a)以特定的時(shí)間間隔對(duì)諸如電機(jī)電流、電機(jī)位置或電機(jī)溫度等操作器的驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)加以確定b)根據(jù)導(dǎo)熱模型以規(guī)律的周期求出機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)的導(dǎo)熱和對(duì)操作器環(huán)境的散熱；和c)根據(jù)導(dǎo)熱確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度。
為此在本發(fā)明的一種相應(yīng)設(shè)計(jì)的裝置中，在控制單元(SE)內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)熱模型，其中控制單元(SE)以規(guī)則的周期求出導(dǎo)入操作器(RO)的機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱，以便根據(jù)導(dǎo)入的熱求出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度 本發(fā)明裝置的優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)是a)設(shè)置一個(gè)用于以一定的時(shí)間間隔確定操作器(RO)的環(huán)境溫度的裝置(UTS)；b)控制裝置(SE)根據(jù)環(huán)境溫度以規(guī)律的周期求出從操作器(RO)向環(huán)境的熱輻射；和c)根據(jù)導(dǎo)熱和熱輻射確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度 與在帶有溫度傳感器的機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部或上面額外大量配備傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳感器的方法或裝置相比，以上剛剛提到的本發(fā)明所涉及的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是此方式僅僅需要少量的用于環(huán)境溫度的傳感器，且這種傳感器便于安裝。然而實(shí)踐證明，在個(gè)別情形下難以建立熱輻射或?qū)崮Ｐ汀?br> 另外，根據(jù)本發(fā)明所涉及的方法的特別優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)是，利用測(cè)量到的操作器的驅(qū)動(dòng)端上的諸如電機(jī)電流或電機(jī)位置等實(shí)際參數(shù)，并根據(jù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的標(biāo)準(zhǔn)確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦模型的特性曲線組，隨后，對(duì)照特性曲線組并根據(jù)驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)求出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩的數(shù)值。其中特別是還可以在操作器開(kāi)始正常工作之前確定特性曲線組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦模型并將特性曲線組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦模型存儲(chǔ)起來(lái)以備在稍后時(shí)刻使用。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在制造過(guò)程中對(duì)各系列的機(jī)器人一次性在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上配備附加溫度傳感器并進(jìn)行測(cè)量，由此建立傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度特性曲線組或參數(shù)模型，以便在操作器隨后的正常工作中借助其它測(cè)量值導(dǎo)出，隨時(shí)供操作器上相應(yīng)的傳感器使用。
據(jù)此，本發(fā)明所涉及的裝置的進(jìn)一步設(shè)計(jì)為，具有一個(gè)確定裝置，該確定裝置是用來(lái)根據(jù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度標(biāo)準(zhǔn)確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦模型的特性曲線組，而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)操作器驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)，例如電機(jī)電流或電機(jī)位置的數(shù)值而得出的，依據(jù)該參數(shù)并通過(guò)控制單元可以求出與驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)相關(guān)聯(lián)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的數(shù)值或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩。另外本發(fā)明所涉及的裝置還具有一個(gè)用于存儲(chǔ)特性曲線組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦模型的第一存儲(chǔ)裝置，以便稍后在操作器正常工作時(shí)供控制單元使用。
根據(jù)本發(fā)明大致存在有三種獲得傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度值的方式，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度值會(huì)隨后在摩擦模型中被使用1)在機(jī)器人常規(guī)工作時(shí)直接測(cè)量；2)對(duì)照通常獲得的機(jī)器人的實(shí)際參數(shù)，必要時(shí)對(duì)照特性曲線組近似確定；和/或3)利用熱模型的建立，必要時(shí)采用環(huán)境溫度測(cè)量。根據(jù)測(cè)出的實(shí)際參數(shù)如上所述在采用方法2)和3)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制時(shí)采用數(shù)字最佳化的方法盡可能將測(cè)出的實(shí)際參數(shù)與求出的特性曲線組或參數(shù)化的模型重疊，其中對(duì)設(shè)定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行相應(yīng)變化。本發(fā)明所涉及的方法或裝置的相應(yīng)的設(shè)計(jì)是從屬權(quán)利要求的主題，對(duì)此將在下面做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。根據(jù)本發(fā)明，所獲得的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的最佳值隨后還將用于其它的控制目的。
為對(duì)上述關(guān)系加以說(shuō)明將采用下面列舉的符號(hào)qM 電機(jī)側(cè)的(＝驅(qū)動(dòng)端的)位置qG 傳動(dòng)側(cè)的(＝輸出端的-、軸側(cè)的)位置電機(jī)溫度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度τM 驅(qū)動(dòng)端的力矩或電機(jī)力矩τG 輸出端的力矩或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)力矩I 電機(jī)電流R 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變速比；qM＝qG*R適用于非彈性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)τRG配屬給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦力矩τRM配屬給電機(jī)的摩擦力矩J 載荷慣性為了對(duì)額定和實(shí)際數(shù)值加以區(qū)分，對(duì)上述列舉的表示所有參數(shù)的符號(hào)添加一個(gè)下標(biāo)“soll”或“ist”。
另外為對(duì)本發(fā)明加以說(shuō)明在下面僅以一個(gè)單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)軸為例。而且本發(fā)明也適用于具有旋轉(zhuǎn)和線性軸的任意設(shè)置的多軸的操作器。
對(duì)摩擦力矩采用下述函數(shù)關(guān)系式 根據(jù)本公式，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的摩擦力矩是軸速度、軸加速度、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度和在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的載荷力矩的函數(shù)。根據(jù)以上說(shuō)明，由于通常無(wú)法在機(jī)器人工作時(shí)直接測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度，因此難以對(duì)該摩擦力矩加以描述。
電機(jī)上的摩擦力矩的函數(shù)關(guān)系式如下 為電機(jī)速度、電機(jī)加速度和電機(jī)溫度的函數(shù)式。
在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的摩擦力矩的具體舉例如下 (3)據(jù)此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦由三種不同的摩擦力矩構(gòu)成，即-具有取決于溫度的系數(shù)a1的粘著摩擦項(xiàng)(固定體摩擦) -滑動(dòng)摩擦項(xiàng)(粘滯摩擦)具有取決于溫度的系數(shù)a2的 和-鐵損項(xiàng)具有取決于溫度的系數(shù)a3的 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)既可以采用簡(jiǎn)單的模型(例如沒(méi)有鐵損項(xiàng))，又可以采用復(fù)合模型(見(jiàn)例如H·奧爾松、KJ·埃斯特洛姆、C·卡努達(dá)斯、德·維特、M·加夫魏特、P·李辛斯基著摩擦模型和摩擦補(bǔ)償，歐洲控制雜志，1998年29(4)，176-195頁(yè))。
在采用不具有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)彈性的剛性的活節(jié)和根據(jù)τM＝kT·I的電流線性的電機(jī)特性曲線的情況下，下式與摩擦模型無(wú)關(guān)適用τG＝(I·kT-τRM)·R-τRG (4)即傳動(dòng)力矩等于電機(jī)力矩與電機(jī)摩擦力矩的差乘以傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變速比，其中接著還要減去傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)機(jī)器人的控制完全采用與溫度無(wú)關(guān)的摩擦力矩，例如如下式所述 =a1·sign(d/dtqG)+a2·d/dtqG+a3·d/dt2qG]]>(5)或者采用模型，其中將電機(jī)溫度作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的估計(jì)值代入 (6)當(dāng)然如對(duì)照在重力的作用下的靜止的軸簡(jiǎn)單示出的那樣，采用電機(jī)溫度作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的簡(jiǎn)單的估計(jì)值通常是不允許的為了使在重力的作用下將載荷保持在位置上，相應(yīng)的電機(jī)必須加入一定的力，其中電能被加在電機(jī)上并將電機(jī)加熱。其中該載荷和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是靜止的，從而在移動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)取決于速度的摩擦，所述摩擦將構(gòu)成對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的加熱。而且在電機(jī)上熱的生成是很大的，以致造成過(guò)度加熱。所以在實(shí)踐中一旦機(jī)器人大約30秒或30秒以上的時(shí)間不移動(dòng)，則電機(jī)側(cè)的制動(dòng)器將對(duì)機(jī)器人制動(dòng)。
本發(fā)明如上所述是以如下核心構(gòu)思為基礎(chǔ)的，機(jī)器人制造廠家在一個(gè)或多個(gè)其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上專(zhuān)門(mén)配備有溫度傳感器的機(jī)器人上為取決于溫度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦模型建立特性曲線組，以便免除在機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上高成本地大批量安裝溫度傳感器。批量生產(chǎn)的機(jī)器人接著在其控制程序中采用該特性曲線組，以便根據(jù)如現(xiàn)有技術(shù)公知的測(cè)出的實(shí)際參數(shù)，即電機(jī)電流和/或電機(jī)位置的時(shí)間特性曲線在通過(guò)最佳化的方法對(duì)相對(duì)于機(jī)器人的移動(dòng)時(shí)間僅緩慢變化的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度的可取的假設(shè)的情況下確定最后的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度和接著將該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度用于控制、調(diào)整或監(jiān)視。
采用這種配備的機(jī)器人實(shí)施相應(yīng)的測(cè)量運(yùn)行，所述測(cè)量運(yùn)行對(duì)摩擦模型的輸入?yún)?shù)的整個(gè)范圍進(jìn)行覆蓋。在測(cè)量運(yùn)行時(shí)對(duì)位置的實(shí)際值和由此求出的速度、電機(jī)溫度和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度按一定周期進(jìn)行采集，其中取樣速率通常在一毫秒的范圍內(nèi)，并存儲(chǔ)在一個(gè)外存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)塊內(nèi)。然后由測(cè)出的實(shí)際值根據(jù)公式1和2求出摩擦模型τRM或τRG，，并將其以表格的形式或以參數(shù)化模型的形式存儲(chǔ)在(外)存儲(chǔ)器內(nèi)。同樣采用測(cè)量的方式求出模型的相應(yīng)的參數(shù)，例如采用最小平方法。
優(yōu)選通過(guò)機(jī)器人本身的控制單元中的計(jì)算單元進(jìn)行所述的實(shí)際值的存儲(chǔ)以及進(jìn)行建立模型所必要的計(jì)算步驟。而且也可以在一個(gè)單獨(dú)的外部計(jì)算機(jī)中進(jìn)行所述的方法步驟。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)上述(脫線)準(zhǔn)備工作得出了由不同的影響參數(shù)決定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦模型τRG，根據(jù)本發(fā)明傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 也屬于影響參數(shù) 其中通過(guò)公式7中的項(xiàng)表示其他的影響參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)上述的摩擦模型接著施行“在線”使用，即在控制裝置或機(jī)器人工作時(shí)用于改善控制和調(diào)整特性。原則上當(dāng)然也可以甚至在正常工作時(shí)在機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上配備附加的溫度傳感器，并且通過(guò)例如在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)油內(nèi)的傳感器直接對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 進(jìn)行測(cè)量。之后，根據(jù)本發(fā)明通過(guò)預(yù)先建立的摩擦模型可以非常精確地確定操作器的摩擦模型和其對(duì)移動(dòng)特性所產(chǎn)生的作用。根據(jù)本發(fā)明所涉及的方法的相應(yīng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)為，在對(duì)操作器的交替位置的序列進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃時(shí)，特別是涉及到移動(dòng)的幾何軌跡、時(shí)間過(guò)程和速度時(shí)，在采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的情況下，對(duì)產(chǎn)生的諸如電機(jī)電流或電機(jī)位置的額定參數(shù)的數(shù)值加以確定。概念“(預(yù)先)規(guī)劃”在本發(fā)明的范圍內(nèi)涉及交替變化的機(jī)器人位置的幾何軌跡和時(shí)間曲線，其中后者特別系指速度規(guī)劃。因此根據(jù)本發(fā)明特別是可以進(jìn)行最佳時(shí)間的規(guī)劃，其中在規(guī)劃開(kāi)始時(shí)對(duì)每組移動(dòng)及類(lèi)似的情況的實(shí)際溫度 和 進(jìn)行選定。在采用該溫度的情況下對(duì)出現(xiàn)的力矩加以確定。
另外根據(jù)本發(fā)明所涉及的方法的特別優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)為，當(dāng)預(yù)先規(guī)劃與插入之間超過(guò)了一個(gè)預(yù)定的時(shí)閾時(shí)，在開(kāi)始插入相應(yīng)的位置序列前重新進(jìn)行規(guī)劃，其中概念“插入”包含對(duì)位置的取樣和在位置之間的插入。當(dāng)在規(guī)劃與插入程序段之間出現(xiàn)中斷時(shí)，所述中斷時(shí)間長(zhǎng)度足以使電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)冷卻下來(lái)，這樣在隨后的重新啟動(dòng)時(shí)將自動(dòng)進(jìn)行重新規(guī)劃。
另外，根據(jù)本發(fā)明所涉及的方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)為，在插入操作器位置時(shí)和/或在調(diào)整時(shí)在采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的情況下對(duì)出現(xiàn)的額定參數(shù)，例如電機(jī)電流或電機(jī)位置的數(shù)值加以確定。因此根據(jù)本發(fā)明在插入以及在調(diào)整時(shí)在采用實(shí)時(shí)的實(shí)際溫度的情況下計(jì)算(預(yù)控制)力矩。
為了實(shí)施上述方法本發(fā)明中所設(shè)置的裝置的特征特別在于一種時(shí)間測(cè)量裝置，當(dāng)預(yù)先規(guī)劃與插入位置序列之間消逝的時(shí)間超過(guò)預(yù)定的時(shí)閾時(shí)，在對(duì)操作器位置的交替變換的序列進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃時(shí)，特別是涉及到移動(dòng)的幾何軌跡、時(shí)間過(guò)程和速度的預(yù)先規(guī)劃時(shí)，該時(shí)間測(cè)量裝置通過(guò)控制單元實(shí)施重新規(guī)劃。
本發(fā)明的重點(diǎn)在于，在機(jī)器人正常工作時(shí)在不對(duì)溫度進(jìn)行直接測(cè)量的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度的考慮，以便不必大批量地在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上額外地設(shè)置溫度傳感器。但在機(jī)器人的電機(jī)內(nèi)始終設(shè)有溫度傳感器，從而根據(jù)本發(fā)明在機(jī)器人工作時(shí)可以在任何情況下采集下述影響參數(shù)的通常的實(shí)際值-電機(jī)位置qMist，和由此推導(dǎo)出的電機(jī)速度d/dt qMist，電機(jī)加速度d/dt2qMist-通過(guò)對(duì)電機(jī)側(cè)的數(shù)值(傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的變速比，有時(shí)在考慮到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)彈性的情況下；見(jiàn)上述公式4)的換算求出軸位置qGist、軸速度d/dt qGist和軸加速度d/dt2qGist-電機(jī)電流Iist-電機(jī)溫度 其中作出如下設(shè)定，即由于沒(méi)有附加的傳感機(jī)構(gòu)，無(wú)法直接測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 進(jìn)而作出如下的進(jìn)一步設(shè)定，即摩擦力矩始終取決于溫度，以及電機(jī)溫度和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度與(機(jī)器人)控制的周期相比僅緩慢地變化。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)至少需要機(jī)器人工作30分鐘，以便在環(huán)境溫度大約為200℃時(shí)電機(jī)上的溫度達(dá)到120℃，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的溫度達(dá)到70℃。因此所述的溫度在一個(gè)移動(dòng)程序的典型時(shí)段內(nèi)小于1秒時(shí)間內(nèi)變化小于0.050℃。
用t_act表示本發(fā)明所涉及的方法的開(kāi)始的時(shí)間點(diǎn)，其中設(shè)定，在電機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后無(wú)法測(cè)量的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度與也同樣無(wú)法測(cè)量的環(huán)境溫度一致，或在較短時(shí)間停機(jī)后通過(guò)在停機(jī)時(shí)間內(nèi)機(jī)器人結(jié)構(gòu)內(nèi)的簡(jiǎn)單的熱流模型求出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度。當(dāng)不存在具體的近似起始值時(shí)，通過(guò)在下面將要描述的最佳化方式，通常還可以對(duì)溫度進(jìn)行有意義的估計(jì)。而且好的起始值可以對(duì)數(shù)字方法有所幫助。
根據(jù)在此基礎(chǔ)上的本發(fā)明所涉及方法的有益的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，以規(guī)則的時(shí)間間隔準(zhǔn)連續(xù)地對(duì)諸如電機(jī)電流或電機(jī)位置等驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)加以確定并且在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)所述實(shí)際參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)，其中存儲(chǔ)的時(shí)間長(zhǎng)度的數(shù)量級(jí)小于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度變化的時(shí)間標(biāo)度，并且以預(yù)定的時(shí)間的間隔周期確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度，并將其用來(lái)確定在指定時(shí)刻存儲(chǔ)的實(shí)際參數(shù)的數(shù)值。其中優(yōu)選在同一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)選擇存儲(chǔ)時(shí)間的長(zhǎng)度和確定的時(shí)間間隔。
本發(fā)明所涉及裝置的相應(yīng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)的特征在于具有第二存儲(chǔ)裝置，所述第二存儲(chǔ)裝置用于準(zhǔn)連續(xù)地存儲(chǔ)操作器驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)值，諸如以規(guī)則的時(shí)間間隔存儲(chǔ)電機(jī)電流或電機(jī)位置并用于在預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)保存該數(shù)值，其中與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度變化的時(shí)間標(biāo)度相比，其時(shí)間長(zhǎng)度的數(shù)量級(jí)很小。其中存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)度最好為0.1秒至1秒，優(yōu)選大約為0.5秒。
根據(jù)本發(fā)明所涉及裝置的特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)為，第二儲(chǔ)存裝置最好為磁環(huán)緩沖存儲(chǔ)器。另外控制單元可以用于在預(yù)定的時(shí)間間隔的周期內(nèi)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)近似溫度進(jìn)行確定，為此可以對(duì)在確定時(shí)間點(diǎn)存儲(chǔ)在第二儲(chǔ)存裝置內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行評(píng)估。其中存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)度和確定時(shí)間間隔優(yōu)選具有相同的數(shù)量級(jí)。
因此根據(jù)本發(fā)明對(duì)觀察時(shí)域T加以確定(例如長(zhǎng)度T＝0.5秒)，其時(shí)間長(zhǎng)度與如上所述機(jī)器人(電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu))的溫度變化的時(shí)間標(biāo)度相比“較短”。只有在分鐘范圍內(nèi)才可以清楚地看出溫度變化。當(dāng)然觀察時(shí)域T同時(shí)與調(diào)整的時(shí)間標(biāo)度相比“較長(zhǎng)”這是因?yàn)樵谀壳暗牟僮髌髦械恼{(diào)整周期僅有幾毫秒的緣故。在該短周期內(nèi)控制單元可以準(zhǔn)連續(xù)地對(duì)位置數(shù)據(jù)和溫度進(jìn)行采集。
可測(cè)量的參數(shù)d/dt qM、d/dt2qM和 優(yōu)選存儲(chǔ)在磁環(huán)緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)，所述磁環(huán)緩沖存儲(chǔ)器在時(shí)間T至實(shí)時(shí)時(shí)間T_act的時(shí)間延續(xù)內(nèi)對(duì)該參數(shù)的信號(hào)變化進(jìn)行存儲(chǔ)，也就是說(shuō)，存儲(chǔ)完成并且存入了長(zhǎng)度T[t_act-T，t_act]的變化的時(shí)窗內(nèi)。
在任意定義的時(shí)間間隔周期ΔT內(nèi)對(duì)照預(yù)先建立的模型計(jì)算出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的新的估計(jì)值，該值考慮到機(jī)器人控制的調(diào)節(jié)器周期的時(shí)間間隔ΔT而選擇有意義的可能的最小值。而且ΔT和T最好具有相同的數(shù)量級(jí)，這是因?yàn)閷?duì)在下面描述的最佳化算法加以計(jì)算非常耗時(shí)，從而根據(jù)目前的發(fā)展水平難以實(shí)施以具有調(diào)節(jié)器周期的數(shù)量級(jí)的的時(shí)間間隔ΔT的方法。另一方面由于溫度僅緩慢地變化，從而如上所述以ΔT≈1s的評(píng)價(jià)足以滿(mǎn)足要求。
在電機(jī)力矩、摩擦力矩和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)力矩之間存在如下所述用公式表示的關(guān)系τG＝(τM-τRM)·R-τRG(8)該公式與上面的公式4等效。根據(jù)進(jìn)一步變型得出I＝(1/kT)((1/R)·(τG+τRG)+τRM) (9)因此根據(jù)摩擦模型τRG和τRM自變數(shù)的這些值可以求出電機(jī)電流。
由于 τG＝τG(qG，d/dtqG，d/dt2qG，J) (10)τRM＝τRM(qM，d/dtqM，d/dt2qM，θM，K)(11)可以在如下公知的參數(shù) 的情況下根據(jù)公式9也可以計(jì)算出額定電流。但在上面列舉的變量?jī)H能定期地測(cè)出電機(jī)位置qM和其導(dǎo)數(shù)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位置和其導(dǎo)數(shù)、電機(jī)溫度 以及實(shí)際電機(jī)力矩或?qū)嶋H電機(jī)電流。針對(duì)未知的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 根據(jù)本發(fā)明引入一名稱(chēng)相同的變量，所述變量代入上述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦模型內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦模型τRG與 的假設(shè)的數(shù)值對(duì)應(yīng)或通過(guò)公式9求出針對(duì)該溫度值的電流。
本發(fā)明所涉及方法的優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)的特征在于，通過(guò)對(duì)下述表達(dá)式的數(shù)值的最小化確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度
其中t 時(shí)間坐標(biāo)t_act 實(shí)時(shí)時(shí)間點(diǎn)T 存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)度Isoll額定電機(jī)電流 有待確定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度qG(t) 取決于時(shí)間的輸出端的位置取決于時(shí)間的電機(jī)溫度τG(t) 取決于時(shí)間的輸出端的力矩Iist(t)取決于時(shí)間的實(shí)際電機(jī)電流w(t)取決于時(shí)間的加權(quán)函數(shù)τMsoll驅(qū)動(dòng)端額定力矩kT根據(jù)τM＝kT·I的比例函數(shù)d/dt qG(t) 根據(jù)時(shí)間輸出端位置的第一導(dǎo)數(shù)，即輸出端的速度；和d/dt2qG(t)根據(jù)時(shí)間輸出端位置的第二導(dǎo)數(shù)，即輸出端的加速度。
本發(fā)明一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)在于，將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度代入用于控制和調(diào)整機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩的代數(shù)式中，而不必對(duì)狀態(tài)做進(jìn)一步近似設(shè)定，例如通過(guò)熱流等。
上述的最小化問(wèn)題提供了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度將對(duì)在過(guò)去的時(shí)間內(nèi)測(cè)出的實(shí)際參數(shù)的信號(hào)變化給予最好的說(shuō)明。采用平方公式，即加權(quán)法在控制單元的計(jì)算單元內(nèi)計(jì)算出對(duì)公式12內(nèi)的積分的評(píng)價(jià)，在平方公式內(nèi)代入在最終的多個(gè)固定時(shí)間點(diǎn)上在時(shí)間間隔(t_act-T，t_act)內(nèi)測(cè)出的實(shí)際值，所述實(shí)際值如上所述優(yōu)選存儲(chǔ)在磁環(huán)緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)。
采用某個(gè)估計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度(其中取積分最小值)作為目前時(shí)間點(diǎn)t_act的新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度。
以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)上述最佳化。為了獲得用于數(shù)字最佳化的可以接受的起始值，本發(fā)明所涉及的方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)的特征在于，采用最后求出的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度作為表達(dá)式的數(shù)字最小化的起始值?？刂评鋯?dòng)后的初始化可以在例如由制造廠家給定的平均環(huán)境溫度上實(shí)現(xiàn)。在公式12中項(xiàng)w(t)為加權(quán)函數(shù)，通過(guò)對(duì)加權(quán)函數(shù)的具體設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)例如對(duì)自身過(guò)去的弱加權(quán)。但也可以采用恒定的加權(quán)函數(shù)w＝1。另外也可以采用與公式12完全不同的用于對(duì)實(shí)際和額定電流信號(hào)的差作為在此處給出的加權(quán)的L2-標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)根據(jù)公式12的積分的最小化不能提供明確的結(jié)果時(shí)，可以采用任意的值 ，其中積分取其最小值。在此情況下溫度在寬的范圍內(nèi)具有對(duì)摩擦均勻的影響，其中最終涉及的是固有的與控制相關(guān)的控制參數(shù)，嚴(yán)格地說(shuō)，溫度僅作為確定所述控制參數(shù)的輔助參數(shù)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度的估計(jì)值隨時(shí)供規(guī)劃程序、插入程序和調(diào)整程序使用，從而根據(jù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的估計(jì)值預(yù)定機(jī)器人電機(jī)的電流和位置。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的方法的另一設(shè)計(jì)為，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的確定是通過(guò)對(duì)下述表達(dá)式的值的最小化實(shí)現(xiàn)的 其中t時(shí)間坐標(biāo)有待確定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度qG(t)取決于時(shí)間的輸出端的位置取決于時(shí)間的電機(jī)溫度τG(t) 取決于時(shí)間的輸出端的力矩Iist(t) 取決于時(shí)間的實(shí)際電機(jī)電流τMsoll驅(qū)動(dòng)端額定力矩τMist驅(qū)動(dòng)端實(shí)際力矩d/dt qG(t) 根據(jù)時(shí)間輸出端位置的第一導(dǎo)數(shù)，即輸出端的速度；和
d/dt2qG(t) 根據(jù)時(shí)間輸出端位置的第二導(dǎo)數(shù)，即輸出端的加速度。
由于僅局部實(shí)現(xiàn)最佳化，其中僅有涉及操作器實(shí)際狀況的逐點(diǎn)信息流入程序中，所以采用此方式特別是不再需要第二存儲(chǔ)裝置，例如不再需要磁環(huán)緩沖存儲(chǔ)器形式的第二存儲(chǔ)裝置。換句話說(shuō)替代在消逝的時(shí)域上的積分分別針對(duì)實(shí)時(shí)的實(shí)際狀況進(jìn)行最佳化。
按照上述實(shí)施方式最后得到的溫度估計(jì)值適用于作為公式13的表達(dá)式同樣數(shù)字最佳化的起始值。在僅僅實(shí)現(xiàn)局部最佳化的情況下，仍想要得到可以接受的溫度估計(jì)值，就必須將輸入公式13內(nèi)的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑或?yàn)V波。
與上述采用變化的時(shí)窗的最佳化相比，公式13可以非常簡(jiǎn)單地對(duì)用于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的估計(jì)溫度最小化標(biāo)準(zhǔn)的確定。其缺點(diǎn)是有時(shí)將以溫度估計(jì)值的波動(dòng)為代價(jià)。
下面將對(duì)照實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)加以說(shuō)明。圖中示出圖1為機(jī)器人控制中的規(guī)劃、插入和調(diào)整的流程圖；圖2a-d給出了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力矩τG與(輸出端的)速度d/dt g的依賴(lài)關(guān)系；圖3給出了本發(fā)明所涉及的為建立摩擦模型而進(jìn)行脫線測(cè)量時(shí)相關(guān)的數(shù)據(jù)流的程序框圖；圖4給出了本發(fā)明所涉及的采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器的方法的程序框圖/流程圖；圖5為與圖4相應(yīng)的圖示，只是在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)不設(shè)有溫度傳感器；圖6a-e為用于確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的不同的時(shí)間變化的機(jī)器人專(zhuān)用參數(shù)的圖示；圖7為有關(guān)測(cè)量環(huán)境溫度時(shí)的數(shù)據(jù)流的程序框圖/流程圖。
圖1借助簡(jiǎn)化的流程圖對(duì)在本申請(qǐng)中反復(fù)應(yīng)用的概念“規(guī)劃”、“插入”和“調(diào)整”在程序上的相互關(guān)系加以說(shuō)明。
在機(jī)器人控制，特別是工業(yè)機(jī)器人控制中，為在機(jī)器人的移動(dòng)規(guī)劃中實(shí)現(xiàn)操作器的移動(dòng)，如編程的移動(dòng)(程序移動(dòng))、手動(dòng)移動(dòng)或斷續(xù)移動(dòng)，通常采用編譯器/編程器IC，其中如上所述，規(guī)劃系指就幾何位置和時(shí)間過(guò)程的交替的機(jī)器人位置的(預(yù)先)規(guī)劃，例如特別是速度規(guī)劃。如圖1所示在步驟BP中實(shí)現(xiàn)這種移動(dòng)規(guī)劃和相應(yīng)提供一個(gè)幾何軌跡和操作器的移動(dòng)的速度圖形。接著將求出的機(jī)器人位置插入IP，所述機(jī)器人位置的插入IP系指對(duì)位置的探測(cè)。通過(guò)插入IP得出操作器的軸角和其驅(qū)動(dòng)裝置的電流的預(yù)給定量，所述驅(qū)動(dòng)裝置如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置接口AS特別旨在控制、調(diào)節(jié)和對(duì)操作器的調(diào)節(jié)RE的監(jiān)視。其中對(duì)機(jī)器人的“調(diào)節(jié)”根據(jù)通常的定義系指一個(gè)過(guò)程，在所述過(guò)程中連續(xù)地對(duì)一個(gè)(調(diào)節(jié))參數(shù)進(jìn)行采集，與另一參數(shù)(主導(dǎo)參數(shù))進(jìn)行比較和就向主導(dǎo)參數(shù)補(bǔ)償?shù)囊饬x而言對(duì)所述(調(diào)節(jié))參數(shù)施加影響。
如上所述，本發(fā)明的方法用于在移動(dòng)規(guī)劃BP、插入IP以及調(diào)節(jié)RE的范圍內(nèi)改善操作器的調(diào)節(jié)和移動(dòng)性能。
根據(jù)本發(fā)明這一點(diǎn)是通過(guò)改善涉及溫度特性的摩擦的模型化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖2a-d示出不同的摩擦模型的邏輯基點(diǎn)。圖中分別示出在位置q的時(shí)間變化上的輸出端的力矩τG(傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力矩)，即軸速度d/dt q。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力矩τG通過(guò)傳動(dòng)變速比和摩擦與電機(jī)力矩τM邏輯連接，參見(jiàn)公式4。圖2示出了庫(kù)侖摩擦的模型。圖2b在圖2的基礎(chǔ)上附加了粘滯的摩擦，其中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力矩τG隨著軸速度的數(shù)值的增大而增大。分圖2c示出一個(gè)模型，其中由于粘著摩擦起動(dòng)力矩需要提高到d/dt q＝0。分圖2d示出分圖2c下面情況的變形(H·奧爾松、KJ·埃斯特洛姆、C·卡努達(dá)斯、德·維特、M·加夫魏特、P·李辛斯基著摩擦模型和摩擦補(bǔ)償，歐洲控制雜志，1998年29(4)，176-195頁(yè)中的圖)。
為了在以圖2a-d為基礎(chǔ)的摩擦模型的范圍內(nèi)對(duì)溫度影響也加以考慮，本發(fā)明首先提出了在圖3中示出的方法或相應(yīng)結(jié)構(gòu)的裝置。在圖中的程序框圖中示出了全自動(dòng)的操作器或機(jī)器人RO，所述操作器或機(jī)器人RO為實(shí)現(xiàn)其軸的移動(dòng)(圖中未示出)設(shè)置有一系列的電機(jī)M1，......，Mn，和電機(jī)上配置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)G1，.....，Gn。在圖3中，機(jī)器人RO的電機(jī)M1，....，Mn，還另外分別裝有位置和溫度傳感器PS或TS，為于明了起見(jiàn)在圖3中僅清楚地示出了電機(jī)M1的位置和溫度傳感器PS或TS。出于測(cè)量的需要，機(jī)器人RO另外還具有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器GTS1，.....，GTSn，所述溫度傳感器不必大量地設(shè)置在相應(yīng)的機(jī)器人RO上。為了說(shuō)明此點(diǎn)，在圖3中的機(jī)器人RO外面示出了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器GTS1，.....，GTSn，且通過(guò)虛線繪出的連線與相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)G1，....Gn有效連接。
機(jī)器人的電機(jī)位置傳感器PS可以是傳感元件、分解器等。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器GTS1，.....，GTSn的優(yōu)選設(shè)計(jì)和設(shè)置為，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器GTS1，.....，GTSn來(lái)確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)G1，.....，Gn的油溫。
為實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人RO的控制，圖3中另外設(shè)置有一個(gè)控制單元SE。所述控制單元可以設(shè)置成例如以PC機(jī)形式出現(xiàn)的控制計(jì)算機(jī)，根據(jù)本發(fā)明其中至少應(yīng)包括一個(gè)用于運(yùn)行系統(tǒng)的暫存內(nèi)存儲(chǔ)器IS和用于存儲(chǔ)必要的應(yīng)用程序AP的控制磁心BS。另外控制單元SE還具有一個(gè)作為硬盤(pán)存儲(chǔ)器的外存儲(chǔ)媒體ES，所述外存儲(chǔ)媒體根據(jù)圖3用于存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)MD，特別是用于存儲(chǔ)機(jī)器人RO的摩擦模型。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的方法，機(jī)器人RO通過(guò)其傳感機(jī)構(gòu)將有關(guān)電機(jī)溫度和電機(jī)位置的信息提供給控制單元SE(圖3中的粗箭頭)。另外傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器GTS1，.....，GTSn將有關(guān)分別在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)G1，.....，Gn內(nèi)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的信息傳遞給控制單元SE，所述控制單元SE將位置和電流的預(yù)給定量傳遞給機(jī)器人RO或其驅(qū)動(dòng)裝置。
應(yīng)用程序AP最好包括用于測(cè)量驅(qū)動(dòng)的程序，利用所述程序控制單元SE促使機(jī)器人RO實(shí)施移動(dòng)，所述移動(dòng)覆蓋著應(yīng)用的摩擦模型(見(jiàn)公式7)的輸入?yún)?shù)的整個(gè)范圍。在測(cè)量驅(qū)動(dòng)時(shí)周期性地采集有關(guān)位置、電機(jī)溫度和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的實(shí)際值并將其存儲(chǔ)在外存儲(chǔ)器ES的數(shù)據(jù)塊內(nèi)(測(cè)量數(shù)據(jù)MD)。在控制單元SE本身或必要時(shí)的另一外置計(jì)算機(jī)(圖中未示出)的測(cè)量驅(qū)動(dòng)結(jié)束后，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)MD建立機(jī)器人RO的取決于溫度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦模型MQ，所述摩擦模型被持續(xù)地保存在外存儲(chǔ)器ES內(nèi)并且隨后在機(jī)器人RO正常工作時(shí)，在沒(méi)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器的情況下，通過(guò)與常規(guī)的以及進(jìn)一步確定的電機(jī)溫度和電機(jī)位置的比較，用來(lái)求出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦力矩。
但在最簡(jiǎn)單的情況下，如圖4所示的本發(fā)明所涉及的機(jī)器人持續(xù)地，即甚至在其正常工作時(shí)配備有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器GTS1，.....，GTSn，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器GTS1，.....，GTSn用于直接通過(guò)在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)油內(nèi)的傳感器測(cè)量相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 這時(shí)用于機(jī)器人RO正常工作所需的控制單元SE在其外存儲(chǔ)器ES內(nèi)除了應(yīng)用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 的模型MO外，還包含相應(yīng)的用于對(duì)機(jī)器人RO的移動(dòng)的規(guī)劃、插入和調(diào)整的相應(yīng)的算法AL(見(jiàn)圖1)。然后在控制單元SE的規(guī)劃、插入和調(diào)整的所有程序中采用實(shí)時(shí)測(cè)出的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 并且對(duì)位置和電流的額定預(yù)給定量施加影響(圖4中的箭頭P)。在對(duì)每個(gè)程序段開(kāi)始(時(shí)間最佳的)規(guī)劃時(shí)對(duì)相應(yīng)的實(shí)際溫度 和 和在采用這些溫度的情況下對(duì)出現(xiàn)的力矩加以確定?？刂茊卧猄E的優(yōu)選方案還包括設(shè)置時(shí)間測(cè)量裝置ZM，當(dāng)在程序組規(guī)劃與插入(見(jiàn)圖1)之間出現(xiàn)中斷，且所述中斷時(shí)間的長(zhǎng)度足以達(dá)到電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的冷卻時(shí)，根據(jù)時(shí)間測(cè)量裝置的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)重新規(guī)劃。由使用者對(duì)相應(yīng)的時(shí)閾進(jìn)行預(yù)先給定。
另外，在規(guī)劃中實(shí)施插入和調(diào)整時(shí)，在采用實(shí)時(shí)的實(shí)際溫度的情況下，計(jì)算相應(yīng)的(預(yù)控制)力矩。
但出于對(duì)費(fèi)用的考慮，在保持本發(fā)明的基本構(gòu)思的情況下，力求不在機(jī)器人正常工作時(shí)直接對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行測(cè)量。此情形在下面的圖5中進(jìn)行了描述。在圖5中正常工作的機(jī)器人RO僅在電機(jī)M1，...，Mn上設(shè)有溫度傳感器TS，而沒(méi)有設(shè)置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選設(shè)計(jì)為，控制單元SE包括一個(gè)用于存儲(chǔ)由機(jī)器人輸出的有關(guān)電機(jī)位置和電機(jī)溫度qM或 實(shí)際值/測(cè)量數(shù)據(jù)的作為存儲(chǔ)裝置的磁環(huán)緩沖存儲(chǔ)器RP，為了明了起見(jiàn)在圖5中的控制單元SE的內(nèi)存儲(chǔ)器IS內(nèi)未再次示出存儲(chǔ)運(yùn)行系統(tǒng)部分和程序部分BS或AP(參見(jiàn)圖4)。另外控制單元SE包括優(yōu)化器OP，所述優(yōu)化器優(yōu)選由軟件構(gòu)成并且就其實(shí)質(zhì)而言通過(guò)計(jì)算解決上述的數(shù)字優(yōu)化問(wèn)題。根據(jù)圖4的設(shè)計(jì)，控制單元SE還包括規(guī)劃、插入和調(diào)整算法AL以及在采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的情況下的機(jī)器人RO的模型MO。
優(yōu)化器OP根據(jù)本發(fā)明所涉及的方法，通過(guò)時(shí)間擴(kuò)展的或局部時(shí)間的最佳化的數(shù)字解決方案(公式12或13)，提供一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的估計(jì)溫度 所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的估計(jì)溫度被隨后提供給模型MO并且對(duì)照傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的估計(jì)溫度運(yùn)用算法AL將電機(jī)位置qM和電機(jī)電流I的相應(yīng)的取決于溫度的額定值提供給機(jī)器人RO。
在上面對(duì)本發(fā)明中應(yīng)用的算法的要點(diǎn)已經(jīng)做了詳細(xì)的說(shuō)明。另外在下面對(duì)照?qǐng)D6a-e形象地對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 (或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的估計(jì)溫度 )的確定加以說(shuō)明在圖6a中首先在時(shí)間t軸上給出了作為無(wú)單位的參數(shù)的(軸)加速度d/dt2q。圖6b通過(guò)在t軸上的d/dt q給出了根據(jù)假設(shè)的加速度曲線得出的速度曲線?？梢詼y(cè)出相應(yīng)的實(shí)際電流I(t)，并且作為摻雜有噪聲的信號(hào)在圖6c中給出。根據(jù)本發(fā)明，圖6c給出的信號(hào)曲線優(yōu)選跨越一個(gè)時(shí)域(t_act-T，t_act)繪出并存儲(chǔ)在圖5所示的磁環(huán)緩沖存儲(chǔ)器RP內(nèi)。
每個(gè)假設(shè)值 可以根據(jù)在時(shí)域(t_act-T，t_act)內(nèi)測(cè)出的(和存儲(chǔ)的)實(shí)際參數(shù)qG、d/dt qG、d/dt2qG、qM、d/dt qM、d/dt2qM、 與 一起計(jì)算出電流變化I(見(jiàn)公式9)。該計(jì)算的結(jié)果是電流變化 的曲線的 參數(shù)化的束。圖6e中給出了該束，而在圖6d中給出了實(shí)際的(正確的)摩擦溫度(傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度)。
為實(shí)現(xiàn)設(shè)定的/估計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 的最佳的變化，該電流 (見(jiàn)圖6e)根據(jù)本發(fā)明與實(shí)際電流Iist最佳地重疊，隨后將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度特定的最佳值作為摩擦模型的“真實(shí)的”傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度。在本發(fā)明的范圍內(nèi)“最佳”這一概念通常是用計(jì)算出的電機(jī)電流 與測(cè)出的電機(jī)電流Iist之間的最小的平方間隔來(lái)定義的，因此本發(fā)明所涉及的計(jì)算方法是根據(jù)公式12或13在類(lèi)似于圖中所示的控制單元SE(見(jiàn)圖3-5)的機(jī)器人控制裝置上，通過(guò)非線性的最小平方法得到解決的。例如在查爾斯·勞森和理查德·漢森所著解最小平方問(wèn)題入門(mén)，1974年出版，1995年修訂，SIAM和P·道伊夫哈德所著解非線性問(wèn)題的牛頓方法和擬似不變式和適配算法，計(jì)算數(shù)學(xué)叢書(shū)35，斯普林格出版社(2004)中對(duì)此點(diǎn)的原理做了說(shuō)明。
圖6e中的圖示是以下式的(人工)摩擦模型為基礎(chǔ) (14)(其中C1，C2＝常數(shù))。由于在該模型中溫度 累加代入，如圖6e所示的力矩線在 變化時(shí)僅上升和下降。
最后圖7給出本發(fā)明所涉及的方法或本發(fā)明所涉及的裝置的進(jìn)一步的實(shí)施方式，其中在如圖5所示在機(jī)器人RO上不采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度傳感器。
其中本發(fā)明所涉及的裝置與控制單元SE有效連接并具有環(huán)境溫度傳感器UTS，經(jīng)由所述環(huán)境溫度傳感器UTS將機(jī)器人RO的環(huán)境溫度的實(shí)際值輸出給控制單元SE?？刂茊卧猄E在其暫存的內(nèi)存儲(chǔ)器IS中相應(yīng)地設(shè)有用于計(jì)算熱流和計(jì)算輸入機(jī)器人結(jié)構(gòu)中(包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的所有結(jié)構(gòu)部分)的能量的媒介T(mén)H，其中測(cè)量出的環(huán)境溫度的實(shí)際值被加入到計(jì)算中。所述計(jì)算媒介T(mén)H優(yōu)選采用軟件技術(shù)，該計(jì)算媒介T(mén)H可根據(jù)運(yùn)行速度和在采用對(duì)機(jī)器人RO機(jī)械結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)模型和對(duì)環(huán)境的熱輻射模型的情況下的相應(yīng)參數(shù)提供出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的估計(jì)值 圖7中的粗箭頭給出在機(jī)器人RO正常工作時(shí)首先周期性地將來(lái)自機(jī)器人RO的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的有關(guān)電機(jī)位置qM以及電機(jī)溫度 的數(shù)據(jù)輸送給控制單元SE。另外如上所述，由控制單元SE通過(guò)傳感器UTS輸入環(huán)境溫度。接著以特定的周期調(diào)取模型計(jì)算(計(jì)算媒介T(mén)H)，所述模型計(jì)算對(duì)照測(cè)出的機(jī)器人數(shù)據(jù)和環(huán)境溫度，通過(guò)熱流模型對(duì)實(shí)時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 進(jìn)行估計(jì)。接著與上述的本發(fā)明所涉及的方法相同，估計(jì)出的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 隨時(shí)供規(guī)劃、插入和調(diào)整程序使用。根據(jù)估計(jì)出的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 電流和位置給定被輸送給機(jī)器人RO的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖7的箭頭P)。
據(jù)此，根據(jù)本發(fā)明的變型方案，可以根據(jù)額定參數(shù)通過(guò)在系統(tǒng)中能量的加入對(duì)額定溫度進(jìn)行估計(jì)。
附圖標(biāo)記對(duì)照表AL算法AP應(yīng)用程序AS驅(qū)動(dòng)接口BP移動(dòng)規(guī)劃BS運(yùn)行系統(tǒng)/控制磁心ES外存儲(chǔ)器G1，...，Gn 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)GTS1，...，GTSn 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)-溫度傳感器IC翻譯器/編譯器IP插入IS內(nèi)存儲(chǔ)器MD測(cè)量數(shù)據(jù)MO模型M1，...，Mn 電機(jī)OP優(yōu)化器PS位置傳感器RE調(diào)整RO機(jī)器人RP磁環(huán)緩沖存儲(chǔ)器SE控制單元TH熱流計(jì)算媒介T(mén)S溫度傳感器UTS 環(huán)境溫度傳感器ZM時(shí)間測(cè)量裝置估計(jì)出的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度kT電機(jī)電流與電機(jī)轉(zhuǎn)矩之間的與時(shí)間無(wú)關(guān)的比例函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)或控制自動(dòng)控制的操作器的方法，特別是調(diào)節(jié)或控制機(jī)器人的方法，由于考慮到為操作器的軸移動(dòng)而設(shè)置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上出現(xiàn)的摩擦力矩，該方法采用動(dòng)態(tài)操作器模型，其中根據(jù)軸輸出端的軸速度和軸加速度至少為一個(gè)軸建立一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩的模型，并將所述模型用于確定諸如電機(jī)位置或電機(jī)電流等額定值，其特征在于，借助傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦力矩。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，直接對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行測(cè)量。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在操作器正常工作時(shí)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行測(cè)量。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在操作器進(jìn)入正常工作前對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行測(cè)量。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，a)以特定的時(shí)間間隔對(duì)諸如電機(jī)電流、電機(jī)位置或電機(jī)溫度等操作器驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行測(cè)量；b)根據(jù)一個(gè)正常周期內(nèi)的熱導(dǎo)模型求出包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在內(nèi)的操作器機(jī)械結(jié)構(gòu)上的熱輸入和熱傳導(dǎo)；和c)根據(jù)導(dǎo)熱確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，另外以特定的時(shí)間間隔對(duì)環(huán)境溫度加以確定，根據(jù)一個(gè)正常周期內(nèi)的環(huán)境溫度求出由操作器對(duì)環(huán)境的熱輻射并根據(jù)導(dǎo)熱和熱輻射確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度。
7.按照權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)測(cè)量操作器驅(qū)動(dòng)端上的諸如電機(jī)電流或電機(jī)位置等實(shí)際參數(shù)的值，結(jié)合根據(jù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度標(biāo)準(zhǔn)確定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦模型的特性曲線組，然后根據(jù)特性曲線組求出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度值或與驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)相關(guān)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在操作器進(jìn)入正常工作前確定特性曲線組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦模型，和對(duì)特性曲線組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦模型進(jìn)行存儲(chǔ)，以備稍后時(shí)刻使用。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，以有規(guī)律的時(shí)間間隔準(zhǔn)連續(xù)地對(duì)諸如電機(jī)電流或電機(jī)位置等驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)加以確定并在預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)對(duì)所述實(shí)際參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)，其中存儲(chǔ)的時(shí)間長(zhǎng)度的數(shù)量級(jí)小于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度變化的時(shí)間標(biāo)度，在預(yù)定的時(shí)間間隔周期內(nèi)確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度，并應(yīng)用該近似溫度來(lái)確定在該確定時(shí)間點(diǎn)的實(shí)際參數(shù)的存儲(chǔ)值。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在同一數(shù)量級(jí)選擇存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)度和確定時(shí)間間隔。
11.按照權(quán)利要求4至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)如下有關(guān) 的表達(dá)式的數(shù)值的最小化對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度加以確定 其中t 時(shí)間坐標(biāo)t_act 實(shí)時(shí)時(shí)間點(diǎn)T 存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)度Isoll額定電機(jī)電流有待確定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度qG(t)取決于時(shí)間的輸出端的位置 取決于時(shí)間的電機(jī)溫度τG(t)取決于時(shí)間的輸出端的力矩Iist(t) 取決于時(shí)間的實(shí)際電機(jī)電流w(t) 取決于時(shí)間的加權(quán)函數(shù)τMsoll驅(qū)動(dòng)端額定力矩kT根據(jù)τM＝kT·I的比例函數(shù)d/dt qG(t)根據(jù)時(shí)間的輸出端位置的第一導(dǎo)數(shù)，即輸出端的速度；和d/dt2qG(t) 根據(jù)時(shí)間的輸出端位置的第二導(dǎo)數(shù)，即輸出端的加速度。
12.按照權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)下述表達(dá)式的數(shù)值的最小化實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的確定 其中t 時(shí)間坐標(biāo)有待確定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度qG(t) 取決于時(shí)間的輸出端的位置取決于時(shí)間的電機(jī)溫度τG(t)取決于時(shí)間的輸出端的力矩Iist(t) 取決于時(shí)間的實(shí)際電機(jī)電流τMsoll驅(qū)動(dòng)端的額定力矩τMist驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際力矩d/dt qG(t)根據(jù)時(shí)間的輸出端位置的第一導(dǎo)數(shù)，即輸出端的速度；和d/dt2qG(t) 根據(jù)時(shí)間的輸出端位置的第二導(dǎo)數(shù)，即輸出端的加速度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，采用最后求出的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度值作為表達(dá)式的數(shù)字最小化的起始值。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在對(duì)交替的操作器位置的序列進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃時(shí)，特別是涉及移動(dòng)的幾何軌跡、時(shí)間過(guò)程和速度時(shí)，在采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的情況下，對(duì)產(chǎn)生的諸如電機(jī)電流或電機(jī)位置的額定參數(shù)的值加以確定。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，當(dāng)預(yù)先規(guī)劃與插入之間消逝的時(shí)間超過(guò)一個(gè)預(yù)定的時(shí)閾時(shí)，在開(kāi)始插入相應(yīng)的位置序列前進(jìn)行重新規(guī)劃。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在插入操作器位置時(shí)和/或在調(diào)整時(shí)，在采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的情況下，對(duì)產(chǎn)生的諸如電機(jī)電流或電機(jī)位置的額定參數(shù)的值加以確定。
17.一種用于對(duì)自動(dòng)控制的操作器，特別是機(jī)器人進(jìn)行調(diào)整或控制的裝置，所述機(jī)器人具有多個(gè)軸和多個(gè)用于使軸移動(dòng)的電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有一個(gè)控制單元，所述控制單元是為因?yàn)榭紤]到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力矩而采用的動(dòng)態(tài)操作器模型而設(shè)置的，其中至少一個(gè)軸上設(shè)置有建立在輸出端的軸速度和軸加速度基礎(chǔ)上的用于相關(guān)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩的模型并且所述模型被控制單元用于確定諸如電機(jī)位置或電機(jī)電流的額定值，其特征在于具有確定裝置(AL，MO)，所述確定裝置(AL，MO)至少與控制單元(SE)作用連接并對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度 進(jìn)行確定，所述確定裝置的輸出信號(hào)在控制單元(SE)內(nèi)用于確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩(τRG)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，溫度確定裝置作為與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(G1，...，Gn)集成在一起的溫度傳感器(GTS1，...GTSn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的裝置，其特征在于，溫度確定裝置用于測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)油的溫度。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，在控制單元(SE)內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)熱模型，其中控制單元(SE)是為求出在一個(gè)常規(guī)的周期內(nèi)導(dǎo)入操作器(RO)機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱而設(shè)置的，以便根據(jù)導(dǎo)入的熱確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，控制裝置(SE)根據(jù)在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的實(shí)際速度和在電機(jī)上的實(shí)際溫度求出導(dǎo)入的熱。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的裝置，其特征在于，a)發(fā)置有一個(gè)用于以一定的時(shí)間間隔確定操作器(RO)的環(huán)境溫度的裝置(UTS)；b)控制裝置(SE)用于根據(jù)在一個(gè)常規(guī)周期內(nèi)的環(huán)境溫度求出從操作器(RO)向環(huán)境的熱輻射；和c)根據(jù)導(dǎo)入的熱和熱輻射求出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度
23.按照權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于具有確定裝置，所述確定裝置根據(jù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度 標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)操作器(RO)驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)，例如電機(jī)電流(Iist)或電機(jī)位置(qMist)的數(shù)值來(lái)確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦模型(τRG)的特性曲線組，對(duì)照所述數(shù)值根據(jù)驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)，通過(guò)控制單元(SE)求出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩(τRG)的數(shù)值。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于具有第一存儲(chǔ)裝置(ES)，該第一存儲(chǔ)裝置(ES)用于存儲(chǔ)稍后要通過(guò)控制單元(SE)在操作器正常工作時(shí)應(yīng)用的特性曲線組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦模型(τRG)。
25.根據(jù)權(quán)利要求17至24中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于具有第二存儲(chǔ)裝置(RP)，該第二存儲(chǔ)裝置(RP)用于準(zhǔn)連續(xù)地存儲(chǔ)操作器(RO)的驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際參數(shù)值，諸如以有規(guī)律的時(shí)間間隔存儲(chǔ)電機(jī)電流(Iist)或電機(jī)位置(qMist)，以及用于在預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度(T)內(nèi)保存數(shù)值，其中時(shí)間長(zhǎng)度(T)的數(shù)量級(jí)小于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 變化的時(shí)間標(biāo)度的數(shù)量級(jí)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)度(T)大約為0.1秒至1秒，優(yōu)選大約為0.5秒。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的裝置，其特征在于，第二存儲(chǔ)裝置(RP)是磁環(huán)緩沖存儲(chǔ)器。
28.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，控制單元(SE)用于以預(yù)定的時(shí)間間隔周期(ΔT)確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的近似溫度 其中可以用來(lái)確定在某一時(shí)間點(diǎn)(t_act)第二存儲(chǔ)裝置(RP)內(nèi)所存儲(chǔ)的數(shù)值。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)度(T)和計(jì)算時(shí)間間隔(ΔT)的數(shù)量級(jí)相同。
30.按照權(quán)利要求17至29中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，控制單元(SE)通過(guò)對(duì)下述表達(dá)式數(shù)值的最小化來(lái)確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度 其中t 時(shí)間坐標(biāo)t_act實(shí)時(shí)時(shí)間點(diǎn)T存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)度Isoll額定電機(jī)電流有待確定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度qG(t)取決于時(shí)間的輸出端的位置 取決于時(shí)間的電機(jī)溫度τG(t) 取決于時(shí)間的輸出端的力矩Iist(t) 取決于時(shí)間的實(shí)際電機(jī)電流w(t) 取決于時(shí)間的加權(quán)函數(shù)τMsoll驅(qū)動(dòng)端的額定力矩kT根據(jù)τM＝kT·I的比例函數(shù)d/dt qG(t) 根據(jù)時(shí)間的輸出端位置的第一導(dǎo)數(shù)，即輸出端的速度；和d/dt2qG(t) 根據(jù)時(shí)間的輸出端位置的第二導(dǎo)數(shù)，即輸出端的加速度。
31.根據(jù)權(quán)利要求17至24中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，控制單元(SE)通過(guò)對(duì)于述表達(dá)式的數(shù)值的最小化來(lái)確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度 其中t時(shí)間坐標(biāo) 取決于時(shí)間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度qG 有待確定的輸出端的位置 取決于時(shí)間的電機(jī)溫度τG(t) 取決于時(shí)間的輸出端的力矩Iist(t) 取決于時(shí)間的實(shí)際電機(jī)電流τMsoll驅(qū)動(dòng)端的額定力矩τMist驅(qū)動(dòng)端的實(shí)際力矩d/dt qG(t) 根據(jù)時(shí)間的輸出端位置的第一導(dǎo)數(shù)，即輸出端的速度；和d/dt2qG(t) 根據(jù)時(shí)間的輸出端位置的第二導(dǎo)數(shù)，即輸出端的加速度。
32.根據(jù)權(quán)利要求17至31中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于具有時(shí)間測(cè)量裝置(ZM)，所述時(shí)間測(cè)量裝置可以在通過(guò)控制單元(SE)對(duì)交替的操作器位置的序列進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃時(shí)，特別是就移動(dòng)的幾何軌跡、時(shí)間過(guò)程和速度進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃時(shí)，如果位置序列的預(yù)先規(guī)劃和插入之間消逝的時(shí)間(t)超過(guò)預(yù)定的時(shí)閾，則實(shí)施新的規(guī)劃。
33.對(duì)按照權(quán)利要求17至32中任一項(xiàng)所述的裝置的應(yīng)用，用于對(duì)交替的操作器位置的序列進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃，特別是用于就移動(dòng)的幾何軌跡、時(shí)間過(guò)程和速度進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃，并且在采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的情況下，用于確定為實(shí)現(xiàn)調(diào)整所需的額定參數(shù)值，例如電機(jī)電流或電機(jī)位置等。
34.對(duì)按照權(quán)利要求17至32中任一項(xiàng)所述的裝置的應(yīng)用，用于對(duì)操作器位置進(jìn)行插入和/或在采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的情況下，對(duì)產(chǎn)生的額定參數(shù)值如電機(jī)電流或電機(jī)位置等進(jìn)行調(diào)整。
35.對(duì)按照權(quán)利要求17至32中任一項(xiàng)所述的裝置的應(yīng)用，用于在采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度的情況下對(duì)操作器進(jìn)行監(jiān)視，特別是監(jiān)視額定參數(shù)與實(shí)際參數(shù)在諸如電機(jī)電流或電機(jī)位置方面進(jìn)行比較形成的沖突。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)整和控制自動(dòng)控制的操作器，特別是機(jī)器人的方法。由于考慮到在為操作器的軸移動(dòng)而設(shè)置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上出現(xiàn)的摩擦力矩，本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)操作器模型。根據(jù)與相關(guān)軸連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)端的電機(jī)溫度以及驅(qū)動(dòng)軸速度和軸加速度，至少為一個(gè)軸建立傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦力矩的模型，該模型還被用來(lái)確定諸如電機(jī)位置或電機(jī)電流等額定值。本發(fā)明所涉及的方法的特征在于，根據(jù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的溫度確定與模型一致的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦力矩。另外，本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施所述方法的裝置以及對(duì)所述裝置的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明，可以以最優(yōu)化方式為相應(yīng)機(jī)器人專(zhuān)門(mén)地提供有效的電機(jī)輸出或有效的電機(jī)力矩，從而節(jié)省周期時(shí)間。另外還可以改善調(diào)整和驅(qū)動(dòng)性能。
文檔編號(hào)G05B19/404GK1969237SQ200580019815
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者格哈德·希耶特曼, 馬丁·魏斯 申請(qǐng)人:庫(kù)卡羅伯特有限公司