考虑周围接触的机器人的致动器的控制和调节制造技术

本发明专利技术涉及一种在考虑周围接触的情况下用于控制和调节机器人的致动器的方法和设备，其中机器人包括至少两个通过可由致动器驱动的铰链连接相连的部件。该方法包括以下步骤：借助传感器系统确定和存储(101)与时间有关的量G(t)，通过该量能够描述一个或多个外部的接触力Fext和/或一个或多个外部的力矩Mext对部件随着时间的作用；为量G(t)提供条件B(102)，只要在时间t0由G(t)不能满足条件B，则为已测得的量G(t)经过时间间隔T＝[ta，te]确定特征向量(I)(103)，其中ta＝时间间隔的起始，te＝时间间隔的终止，t0∈T而且t0＜te，特征向量包括以下分量：在时间间隔T内G(t)的中位数或平均值、在时间间隔T内G(t)的最小值和最大值、在时间间隔T内G(t)与中位数或平均值的偏差、在时间间隔T内G(t)的信号宽度、在时间间隔T内G(t)的频谱、以及该频谱的一个或多个特征频率；借助预设类别进行特征向量(I)的分类(104)，预设类别分别说明了其中一个部件或铰链连接与周围的物件的接触类型，接触类型分别通过相应的外部的接触力Fext和/或外部的接触力矩Mext而促成，用于产生分类结果KE；根据分类结果KE在时间t＞t0内进行致动器的控制和/或调节(105)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】考虑周围接触的机器人的致动器的控制和调节
本专利技术涉及一种在考虑与机器人的周围机械接触的条件下用于控制和调节机器人的致动器的方法和设备，其中，该机器人包括至少两个部件，这些部件通过可由致动器驱动的铰链连接相连，从而可以使这些部件彼此相对运动。
技术介绍
机械的周围接触的理解和解释对于机器人的致动运动的部件(例如机械臂的肢体(Gliedern))的控制和调节而言有着重要的意义，特别是在机器人和人的相互作用和相互合作过程中。在此涉及的是，在期望的接触事件和不期望的接触事件之间进行区分，即区分出碰撞。期望的接触事件通常可由机器人的任务而得出，例如在预设的相互作用区域中的对物件进行操纵和/或进行机器人和人的相互作用。不期望的接触事件是指所有不期望发生的接触事件。特别是与在机器人周围的物品或人的碰撞(这些物品或人未处于预设的相互作用区域内)，或者是与周围本身的碰撞。
技术实现思路
本专利技术的目的在于说明一种在考虑周围接触的情况下用于控制和调节机器人的致动器的改进的方法和改进的设备。本专利技术可由独立权利要求的特征得出。有利的扩展方案和设计方案为从属权利要求的主题。本专利技术其它的特征、应用可能性和优点可由以下的描述以及附图中示出的本专利技术实施例的说明中得出。在方法方面，上述目的通过一种在考虑周围接触的情况下用于控制和调节机器人的致动器的方法得以实现，其中，机器人包括至少两个部件，这些部件通过能够由致动器驱动的铰链连接相连。这些部件可以是机械臂的肢体、头、躯干或仿真机器人的四肢。该机器人特别是可以包括多个部件，这些部件通过多个能够由致动器驱动的铰链连接相连。该方法包括以下步骤。在第一步骤中借助传感器系统确定和存储一维或多维的与时间有关的量G(t)，通过该量能够描述一个或多个外部的接触力Fext和/或一个或多个外部的力矩Mext对这些部件随着时间的作用。量G(t)特别可以是多维的，即具有多个分量：G(t)＝[g1(t)，g2(t)，g3(t)，g4(t)，...]。该量G(t)例如可以说明一个或多个力和/或一个或多个扭矩和/或一个或多个机械张力和/或一个或多个压力，或者说明一个或多个由此确定的一维或多维的量。该量G(t)的分量可能与第j个铰链连接或第j个部件有关，即，分别为多个部件和/或为多个铰链连接确定量G(t)的分量。传感器系统有利地包括用于检测力、力矩、张力和/或压力的测量传感器，另外还包括分析电子装置和至少用于临时储存测量结果的存储单元。该传感器系统有利地包括接近传感器即，在不存在已发生的机械接触的条件下可检测到物件接近的传感器。该传感器系统有利地包括至少一个具有平面设置的传感器元件的传感器，该传感器设置在其中一个部件上，用于进行外力Fext和/或力矩Mext相对于该部件的位置敏感的检测，其中，基于检测到的外力Fext和/或力矩Mext确定量G(t)。该扩展方案的一个实例为具有触觉传感技术的“人造皮肤”，用于检测作用在部件上的力、力矩、张力、压力、作用位置等。该传感器系统特别是可以包括与其中一个铰链连接相连的扭矩传感器和/或力传感器和/或加速度传感器，用于检测施加在该铰链连接上的扭矩和/或施加在该铰链连接上的力和/或施加在该铰链连接上的加速度。有利的是，该传感器系统包括基于测量传感器当前的测量数据估计或预测力、力矩、张力和/或压力的单元。有利的是，在估计/预测过程中使用与物件碰撞的历史测量数据。在第二步骤中，为量G(t)提供条件B。条件B可以是随着时间变化的和/或与机器人的状态有关的。简单的条件B例如是：G(t)的数值：|G(t)|小于或等于极限值F，|G(t)|≤F。可能的一维表达式例如为：|gi(t)|≤fi，其中，G(t)＝[gi(t)]；F＝[fj]，而且i＝1，2，...，I。条件B有利地这样选择，以使得能够区分外力Fext和/或力矩Mext在机器人的可移动部件上的作用和不作用，其中由目前出发，只要满足条件B，则不存在外力Fext和/或力矩Mext的作用。可以有利地这样选择条件，以使得该条件允许在没有外力或外力矩作用下的机器人的运行和具有外力或外力矩作用下的机器人的运行之间进行区分。条件B可以有利地例如由此确定，即，机器人在没有外力Fext(除了重力和在一定情况下的科里奥利力)的影响下以其致动运动的部件实施随机运动，而且通过传感器系统检测并分析描述这些运动的参数(例如，力、力矩、冲量等)。该参数范围因此限定了在没有外力Fext作用下机器人的运动。在第三步骤中，只要在时间t0由G(t)不满足条件B，则为已测得的量G(t)经过时间间隔T＝[ta，te]确定一个特征向量其中，ta＝时间间隔的起始，te＝时间间隔的终止，t0∈T而且t0＜te，该特征向量包括以下所有的分量：-在时间间隔T内G(t)的中位数或平均值，-在时间间隔T内G(t)的最小值和最大值，-在时间间隔T内G(t)与中位数或平均值的偏差，-在时间间隔T内G(t)的信号宽度，-在时间间隔T内G(t)的频谱，以及-该频谱的一个或多个特征频率。以上逻辑说明了时间点t0，在该时间点上由G(t)不再能满足预设的条件B，即，由该时间点起，外力Fext或力矩作用在至少一个部件或铰链连接上。有利地，时间间隔T的起始ta和时间间隔T的终止te是与时间有关的：ta＝ta(t)且te＝te(t)，或者仅时间间隔T的终止te是与时间有关的：te＝te(t)。在第一种情况下，间隔T例如可以以时间t在时间方向上延长。在第二种情况下，时间间隔T单侧变得更大，即，时间点ta是固定的而仅te(t)以时间t延长。时间间隔T有利地具有10ms、20ms、50ms、75ms、100ms、250ms、500ms、750ms、1s、1.5s、2.0s、2.5s、3.0s、4.0s、5.0s、6.0s、7.0s或者10s的长度。在第四步骤中借助预设的类别对已确定的特征向量进行分类，这些预设的类别分别说明了至少一个部件或者连接铰链与物件的接触类型，这些接触类型分别通过相应的外部接触力Fext和/或外部接触力矩Mext而促成，用于产生分类结果KE。除了区分“期望的接触事件”和“不期望的接触事件”之外，这些类别还可以有利地允许表明引起接触的物件的类型，例如接触物件的接触位置是由硬材料还是有不太硬的材料所组成。通过相应的试验序列和/或模拟计算或者由已提供的数据库(例如由数据“云”)可以轻易地确定这些类别。特征向量的分类有利地借助于支持向量机SVM(SupportVectorMaschine)和/或借助于隐马尔可夫模型(HiddenMarkov-Modell)和/或借助于神经网络和/或借助于Gauβ过程或它们的组合而进行。在第五步骤中，根据分类结果KE在时间t＞t0内进行致动器的控制和/或调节。根据已确定的分类结果KE有利地进行致动器的控制和/或调节，以使得部件的运动停止、减缓、加速，或者是开始沿相反方向的运动。加速的运动以及沿相反方向的运动对应于为了减少对机器人或碰撞物件的潜在损坏的偏转运动。专利技术人已发现，所提出的方法，并且特别是所提出的特征向量的分量的整理允许将外力Fext的作用类型作为期望的接触事件或不期望的接触事件而进行非常准确和可靠的分析和分类，从而使该方法实现了以显著改进的考虑以及对于周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在考虑周围接触的条件下用于控制和调节机器人的致动器的方法，其中，所述机器人包括至少两个部件，这些部件通过能够由所述致动器驱动的铰链连接相连，所述方法包括以下步骤：‑借助传感器系统确定和存储与时间有关的一维或多维的量G(t)，通过所述量能够描述一个或多个外部的接触力Fext和/或一个或多个外部的力矩Mext对所述部件随着时间的作用，‑为所述量G(t)提供条件B，‑只要在时间t0由G(t)不能满足条件B，则为已测得的量G(t)经过时间间隔T＝[ta，te]确定一个特征向量

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.20 DE 102015108010.91.一种在考虑周围接触的条件下用于控制和调节机器人的致动器的方法，其中，所述机器人包括至少两个部件，这些部件通过能够由所述致动器驱动的铰链连接相连，所述方法包括以下步骤：-借助传感器系统确定和存储与时间有关的一维或多维的量G(t)，通过所述量能够描述一个或多个外部的接触力Fext和/或一个或多个外部的力矩Mext对所述部件随着时间的作用，-为所述量G(t)提供条件B，-只要在时间t0由G(t)不能满足条件B，则为已测得的量G(t)经过时间间隔T＝[ta，te]确定一个特征向量其中，ta＝所述时间间隔的起始，te＝所述时间间隔的终止，t0∈T而且t0＜te，所述特征向量包括以下分量：-在所述时间间隔T内G(t)的中位数或平均值，-在所述时间间隔T内G(t)的最小值和最大值，-在所述时间间隔T内G(t)与中位数或平均值的偏差，-在所述时间间隔T内G(t)的信号宽度，-在所述时间间隔T内G(t)的频谱，以及-所述频谱的一个或多个特征频率，-借助预设的类别进行所述特征向量的分类，所述预设的类别分别说明了所述部件中的一个或者所述铰链连接中的一个与周围的物件的接触类型，所述接触类型分别通过相应的外部的接触力Fext和/或外部的接触力矩Mext而促成，用于产生分类结果KE，以及-根据所述分类结果KE在时间t＞t0内进行致动器的控制和/或调节。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征向量额外地包括以下分量：-在所述时间间隔T内G(t)的香农熵或香农熵分布，和/或-在所述时间间隔T内G(t)的Hjorth参数，和/或-在所述时间间隔T内一个或多个G(t)的能量参数，和/或-在所述时间间隔T内一个或多个G(t)的自相关参数，和/或-在所述时间间隔T内G(t)的倾斜参数，和/或-在所述时间间隔T内一个或多个G(t)的光谱相位参数，和/或-在所述时间间隔T内一个或多个G(t)的光谱幅度参数。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述时间间隔T的起始ta和所述时间间隔T的终止te是与时间有关的：ta＝ta(t)且te＝te(t)，或者仅所述时间间隔T的终止te是与时间有关的：te＝te(t)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述机器人包括多个部件，这些部件通过多个能够由致动器驱动的铰链连接相连。5.根据权利要求1至4中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨米·哈达丁，
申请(专利权)人：卡沃斯巴加泰勒管理有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE