具有对位置和/或姿势的离散化手动输入的控制的机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种机器人、一种机器人控制和一种用于控制机器人的方法。该机器人具有可运动的、多区段的、能够借助致动器(101)驱动的机器人结构(102)，在可运动的机器人结构(102)上定义至少一个标出的结构元件S，其具有至少一个在该结构元件S上标出的点PS。机器人设置为，使得机器人在输入模式中学习在机器人的工作空间中的点PS的位置POSPS和/或的结构元件S姿势，其中，用户为了使结构元件S运动而在可运动的机器人结构上施加输入力FEING，其作为FEING，PS传递到点PS和/或作为力矩MEING，S传递到结构元件S。机器人的控制装置(103)设置为，在输入模式中，基于预设的、至少部分填满工作空间的、空间固定的虚拟的3D网格控制致动器(101)，从而通过取决于点PS在3D网格中的位置POSPS的、预设的力FGRID(POSPS)使结构元件S移动到3D网格的最接近的网格点上或者移动到围绕3D网格的最接近的网格点定义的网格点体积中，结构元件S的点PS在||，FEING，PS＜|)(|FGRID(POSPS)适用的情况下保持在该最接近的网格点上或保持在该网格点体积中；和/或，在输入模式中，基于预设的、虚拟的离散3D取向空间O控制致动器(101)，其中，3D取向空间O＝：(αi，βj，γk)通过预设的角度αi，βj，γk定义，其中，i＝1，2，...，I，j＝1，2，...J，k＝1，2，...，K，从而通过取决于结构元件S的当前取向ORS的、预设的力矩SO ROM使结构元件S移动到3D取向空间O＝：(αi，βj，γk)的最接近的离散取向，结构元件S在||，MEING，S＜|)(|MO(ORS)适用的情况下保持在3D取向空间O的最接近的离散取向中。

Robot with discretized manual input for position and / or posture.

The invention relates to a robot, a robot control and a method for controlling a robot. The robot has a movable, multi section, robot structure (102) driven by an actuator (101), and at least one marked structural element S is defined on a movable robot structure (102), which has at least one point PS marked on the structural element S. The robot is set up to enable the robot to learn the position of the point PS in the robot's working space POSPS and / or the structure element S position in the input mode, in which the user exerts the input force FEING on the moving robot structure in order to make the structure element S moving, which acts as FEING, PS passes to the point PS and / or as a torque M. EING, S is passed to the structure element S. The robot control device (103) is set up to move the structure element S to the 3D grid by a predetermined, at least partially filled space based, spatially fixed virtual 3D grid controlled actuator (101) in the input mode, so that the structural element S is moved to the 3D grid by the predetermined force FGRID (POSPS), depending on the position POSPS of the point PS in the 3D grid. On the near grid point or moving to the grid point volume defined by the nearest grid point around the 3D grid, the point PS of the structural element S is maintained at the nearest grid point in the case of |FGRID (POSPS), or in the volume of the grid point; and / or, in the input mode, based on the preset, The virtual discrete 3D orientation space O controls the actuator (101), in which the 3D orientation space O = (alpha I, beta J, gamma K) is defined by the preset angle alpha I, beta J, and gamma K, in which I = 1, 2,..., I, 1, 2,... 1, 2,... The structure element S moves to the 3D oriented space O = the nearest discrete orientation (alpha I, beta J, gamma K), and the structural element S is kept in the closest discrete orientation of the 3D oriented space under the case of |MO (ORS) (|MO (ORS)).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有对位置和/或姿势的离散化手动输入的控制的机器人
本专利技术涉及一种具有可运动的、多区段的、能够借助致动器驱动的机器人结构、特别是具有机器人臂的机器人，其中，该机器人这样设计和设置，即，该机器人通过用户使该机器人结构运动而在输入模式中学习在机器人的工作空间中运动的机器人结构的位置、姿势和/或运动流程。该学习过程被称为所谓“示教(Teach-in)”过程。
技术介绍
特别是在与人相互作用的现代机器人中，通常通过“示教”过程将可运动的多区段机器人结构的位置、姿势和/或运动流程传授给机器人。在该“示教”过程中，通常控制能够驱动的机器人结构的致动器，使得对机器人结构进行重力补偿并且另外通过人可使机器人结构在相关的工作空间中尽可能自由地运动。这通常借助转矩调节、力调节或机器人固有的可再操作性(Rücktreibbarkeit)来完成。所谓的“示教”过程的缺点在于，在学习能够驱动的、可运动的机器人结构的位置、姿势和运动流程的过程中受限的速度和精确度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，说明一种机器人，该机器人实现了改进的“示教”过程。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为从属权利要求的主题。本专利技术的其他特征、应用可能性和优点可由以下的描述以及对附图中示出的本专利技术实施例的说明中得出。本专利技术的第一方面涉及一种具有可运动的、多区段的、能够借助致动器驱动的机器人结构的机器人，其中，在可运动的机器人结构上定义至少一个标出的结构元件S，其具有至少一个在该结构元件S上标出的点PS。该机器人这样设计和设置，即，机器人在输入模式中学习在机器人的工作空间中的点PS的位置POSPS和/或结构元件S的姿势，其中，用户为了使结构元件S运动而在可运动的机器人结构上施加输入力该输入力作为传递到点PS和/或作为力矩传递到结构元件S。在此，“姿势(Pose)”的概念对应DINENISO8373来理解。由此，结构元件S的姿势是结构元件S在三维空间中的位置和取向的组合。此外，该机器人还具有控制装置，该控制装置这样实施和设置，即，在输入模式中，基于预设的、至少部分填满工作空间的、虚拟的3D网格控制致动器，从而通过取决于点PS在3D网格中的当前位置POSPS的、预设的力使结构元件S移动到3D网格的最接近的网格点上或者移动到围绕该3D网格的最接近的网格点定义的网格点体积中，其中，结构元件S的点PS在适用的情况下保持在该最接近的网格点上或保持在该网格点体积中。虚拟的3D网格例如可以是空间固定的或随时间变化的。例如，该虚拟的3D网格的定义可能由于切换条件或由于用户的输入而自主地改变。所述点PS相对于3D网格的当前位置POSPS可以例如借助用于检测可运动的机器人结构的当前姿势的传感器或者通过分析用于控制致动器的控制参数而确定。相应的装置和方法可由现有技术获得。有利的是，所述点PS相对于3D网格的当前位置POSPS借助于用于检测可运动的机器人结构的当前姿势的传感器和机器人结构的CAD数据集和/或机器人结构的表面模型来确定。由于用户手动地使结构元件S运动，所述点PS在3D网格的当前位置POSPS可以是位于3D网格的网格点之间的位置，从而针对该3D网格预设的力有利地促使在工作空间中的所述点PS的当前位置POSPS，Eing类似“扫描式的(gerasterten)”平移输入，因为，当所述点PS的当前位置POSPS未对应于3D网格的一个网格点或没有位于3D网格的一个网格点体积内时，机器人结构的致动器受到控制，以使得所述点PS移动到最接近的网格点或最接近的网格点体积处。替代性地，当所述点PS的当前位置POSPS位于对称势的中间，其中，力得到均衡，所述点PS保持在该位置中。随后，通过用户的手动输入可以使所述点PS朝最接近的网格点的方向位移。在“示教”过程中，有利的是，只有当所述点PS的当前位置POSPS对应于3D网格的一个网格点或者所述点PS的当前位置POSPS位于以上定义的网格点体积内时，才进行所述点PS的当前位置POSPS，Eing的存储。即，所述点PS进入(einrasten)3D网格的网格点或者3D网格的网格点体积。因此，有利的是，所述点PS的位置POSPS，Eing的输入或存储只有以对应于预设的3D网格的空间分辨率才是可能的。有利的是，在“示教”过程中，即使所述点PS位于3D网格的一个网格点上或者一个网格点体积内，也只有当用户操纵能够与机器人连接的或与机器人连接的输入件时，才进行所述点PS的位置POSPS，Eing的存储或输入。如果在用户使机器人结构运动的过程中传递到所述点PS的力的量大于预设的力的量，则结构元件或机器人结构能够平移。如果在用户使机器人结构运动的过程中传递到所述点PS的力的量小于预设的力的量，则结构元件S或机器人结构不能移动或仅在预先限定的周围范围内移动，而所述点PS保持在3D网格的最接近的网格点上或相应的网格体积中。在此，术语“3D网格”代表任意的3D网格。该3D网格可以是特殊结构化的或未结构化的、规则的或不规则的、正交或不正交的。特别是3D网格的网格点的密度可以在空间上变化。3D网格的网格点可随着时间t而变化，即，3D网格是时变的。替代地或额外地，控制装置这样实施和设置，即，在输入模式中，基于预设的、虚拟的离散3D取向空间O控制致动器，其中，3D取向空间O＝：(αi，βi，γk)通过预设的角度αi，βi，γk定义或能够定义，其中，i＝1，2，...，I，j＝1，2，...J，k＝1，2，...，K，从而通过取决于结构元件S的当前取向的、预设的力矩使结构元件S移动到3D取向空间O＝：(αi，βj，γk)的最接近的离散取向，其中，结构元件S在适用的情况下保持在该3D取向空间O的最接近的离散取向中。预设的取向空间O＝：(αi，βj，γk)的特征在于，其预设多个离散取向，这些离散取向例如通过预设的离散角度αi，βj，γk或者角度组合而定义或能够定义。在这种情况下，结构元件S的当前取向β，γ通常为在3D取向空间O＝：(αi，βj，γk)预设的离散取向之间的一个取向。力矩不产生结构元件S的平移，而是产生结构元件S的新的取向。换言之，该力矩导致从结构元件S的任意取向β，γ到取向空间O的最接近的离散取向的重新取向。在这种情况下定义“接近度”所基于的度量可以自由选择，并且可以例如根据取向表示而变化。结构元件S相对于离散的3D取向空间O的当前取向可以例如借助用于检测结构元件S的当前取向的传感器或者通过分析用于控制机器人元件的致动器的控制参数而确定。相应的装置和方法可由现有技术获得。由于用户手动地使结构元件S运动，结构元件S相对于离散的3D取向空间O的当前取向可以是在3D取向空间O的离散取向之间的一个取向，从而力矩有利地促使在工作空间中类似的“扫描式的”取向输入，因为，只有当结构元件S的当前取向没有对应于3D取向空间O的一个离散取向时，才控制机器人结构的致动器，以使得结构元件S移动或取向到3D取向空间O＝：(αi，βj，γk)的最接近的离散取向在一个有利的扩展方案中定义了可运动的机器人结构的多个结构部件Si和/或对应关联的点PS，i，由控制装置对应于上述实施方式顾及这些结构部件和点。这样特别是实现了离散化地输入整个可运动的机器人结构的姿势和运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有可运动的、多区段的、能够借助致动器(101)驱动的机器人结构(102)的机器人，其中，‑在所述可运动的机器人结构(102)上定义至少一个标出的结构元件S，所述结构元件S具有至少一个在所述结构元件S上标出的点PS，‑所述机器人这样设计和设置，即，所述机器人在输入模式中学习在所述机器人的工作空间中的所述点PS的位置POSPS和/或所述结构元件S的姿势，其中，用户为了使所述结构元件S运动而在所述可运动的机器人结构上施加输入力

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.04 DE 102015118918.61.一种具有可运动的、多区段的、能够借助致动器(101)驱动的机器人结构(102)的机器人，其中，-在所述可运动的机器人结构(102)上定义至少一个标出的结构元件S，所述结构元件S具有至少一个在所述结构元件S上标出的点PS，-所述机器人这样设计和设置，即，所述机器人在输入模式中学习在所述机器人的工作空间中的所述点PS的位置POSPS和/或所述结构元件S的姿势，其中，用户为了使所述结构元件S运动而在所述可运动的机器人结构上施加输入力所述输入力作为传递到所述点PS和/或作为力矩传递到所述结构元件S，并且-所述机器人的控制装置(103)这样实施和设置，即，●在所述输入模式中，基于预设的、至少部分填满所述工作空间的、虚拟的3D网格控制所述致动器(101)，从而通过取决于所述点PS在所述3D网格中的当前位置POSPS的、预设的力使所述结构元件S移动到所述3D网格的最接近的网格点上或者移动到围绕所述3D网格的最接近的网格点定义的网格点体积中，其中，所述结构元件S的所述点PS在适用的情况下保持在所述最接近的网格点上或保持在所述网格点体积中，和/或●在所述输入模式中，基于预设的、虚拟的离散3D取向空间O控制所述致动器(101)，其中，所述3D取向空间O＝：(αi，βj，γk)通过预设的角度αi，βj，γk定义，其中，i＝1，2，...，I，j＝1，2，...J，k＝1，2，...，K，从而通过取决于所述结构元件S的当前取向的、预设的力矩使所述结构元件S移动到所述3D取向空间O＝：(αi，βj，γk)的最接近的离散取向，其中，所述结构元件S在适用的情况下保持在所述3D取向空间O的最接近的离散取向中。2.根据权利要求1所述的机器人，其中，在所述3D网格中的所述预设的力周期性地变化。3.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人，其中，所述控制装置(103)这样实施和设置，即，在至少两个最接近的网格点或网格点体积与所述点PS的当前位置POSPS等距的情况下，根据预设的方法选择这些网格点/网格点体积中的一个作为所述最接近的网格点/网格点体积。4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人，其中，所述控制装置(103)这样实施和设置，即，在所述工作空间中定义虚拟的3D势场，其局部最小值与所述3D网格的网格点相同，其中，所述力由所述势场的负梯度确定。5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人，其中，所述控制装置(103)这样实施和设置，即，在至少两个最接近的取向O＝：(αi，βj，γk)具有相对于所述结构元件S的当前取向相同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨米·哈达丁，
申请(专利权)人：富兰卡爱米卡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE