用于机器人臂的定向的方法技术

本发明专利技术提出用于将机器人臂(100)定向至上级的参考姿态(Pr)的方法，机器人臂具有多个各自包括实现绕配属旋转轴线(A1至A7)转动的驱动装置(1)的机器人关节(J1至J7)，针对至少两个选定机器人关节(J2、J3、J5、Ga、Gb、Gc)由机器人臂的一个或多个另外的子元件形成配属偏心杠杆元件(200)，该方法包括：i)选定第一机器人关节(Gb)的驱动装置自动定向至第一目标位置(θ

【技术实现步骤摘要】
用于机器人臂的定向的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于将机器人臂定向至上级(uebergeordnet)的参考姿态的方法，其中机器人臂具有多个机器人关节，机器人关节各自包括实现围绕配属的旋转轴线转动的驱动装置。

技术介绍

[0002]基本上从现有技术中已知多轴机器人臂。具有六个或七个旋转驱动器的机器人臂通常用于工业应用，因为高数量的自由度实现非常灵活的定位。由于这种多轴机器人臂的相对大数量的运动自由度，通常开销相对较大的是：实现可由各个机器人关节设置的角位置的绝对校准以及安置在最外部的关节的终端效应器的绝对姿态的校准。然而，为了借助机器人臂实现精确的绝对定位，需要尽量精确地了解各个关节相对彼此的定向。这基本上可以通过将旋转编码器集成到各个机器人关节中并尽量精确地校准借助旋转编码器测量的角位置来实现。如果在机器人臂运行持续时间期间所有各个关节驱动器的绝对装入位置略微移动，则可能必须重复所有各个关节的绝对角度校准。尤其当外部传感器和/或手动测量措施用于参照所有存在的自由度的绝对角度校准时，这种方法相对开销较大。
[0003]因此，基本上存在如下需求：在不针对所有旋转关节在外部执行角度校准的情况下，针对所有旋转关节可以将机器人臂尽量简单且可自动设置地定向至预设的上级的参考姿态。从该上级的参考姿态起，随后也可以通过限定的相对角度变化精确地设置另外的限定的姿态。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的是：提供一种用于将多轴机器人臂定向至上级的参考姿态的方法，借助该方法能够以高的位置精度和简单的方式达到参考姿态。该方法尤其应该能够自动地且在不使用外部传感器的情况下实施。
[0005]该目的通过权利要求1中描述的方法实现。该方法用于将机器人臂定向至上级的参考姿态。机器人臂具有多个机器人关节，机器人关节各自包括驱动装置，驱动装置实现围绕配属的旋转轴线的转动。在此，针对至少两个选定的机器人关节由机器人臂的一个或多个另外的子元件形成配属的偏心杠杆元件。该方法包括如下子步骤：
[0006]i)将选定的第一机器人关节的驱动装置自动定向至第一目标位置，在第一目标位置的情况下配属的第一偏心杠杆元件处于反转方位，
[0007]ii)将选定的第二机器人关节的驱动装置自动定向至第二目标位置，在第二目标位置的情况下配属的第二偏心杠杆元件处于反转方位。
[0008]两个子步骤i)和ii)在迭代循环中依次重复，直至在每个子步骤中引起的角度变化低于预设的边界值为止。
[0009]因此阐明了多轴机器人臂的自动定向。“上级的参考姿态”应被理解为该多轴机器人臂的目标布置，其中机器人关节的至少一个子集被置于预设的角位置中。通常，在机器人
技术中将姿态理解为对象的位置和取向的组合。机器人臂的待定位和定向的主要部分在此典型地是终端效应器，终端效应器与(从基座观察)最靠外的关节连接。但是，在当前的方法的场景中，参考姿态应不仅被理解为终端效应器的预设的位置和取向，还被理解为“选定的机器人关节”的每个单独的机器人关节的预设的角位置。至少对于这些选定的关节而言，应完整地确定几何参数，因为终端效应器的姿态可能会通过设置的不同组合来实现。
[0010]“选定的机器人关节”在此应被理解为整个当前的机器人关节的子集、即自身角位置在上级的参考姿态的范围内精确确定的所有关节。相应地，仅必须借助根据本专利技术的方法定向这些“选定的机器人关节”。相反，其余的机器人关节(如果存在)也可以在上级的参考位置中采用任意的角位置。因此，角位置也可在参考位置之内自由地变化或者其至少在经历根据本专利技术的方法时不强制性地置于预定的角位置。当然，这些“不参与的”关节的角位置在执行该方法期间不应改变。
[0011]有利地，在参考姿态的范围中，至少主要数量的存在的机器人关节定向在预设的角位置。这主要涉及用以实现相邻环节的竖直定向的关节。
[0012]“偏心杠杆元件”在此被理解为如下元件，该元件相对于所考虑的关节的相应旋转轴线偏心地设置。换言之，杠杆元件的质心应该与各相关的旋转轴线间隔开。以该方式，偏心杠杆元件在重力的影响下起到杠杆作用，使得偏心杠杆元件可以根据角位置在从动体的区域中产生转矩。偏心杠杆元件由机器人臂的一个或多个另外的子元件形成。特别地，杠杆元件分别由其他外置的(即进一步远离基座的)机器人关节和/或机器人机构形成，必要时与终端效应器的工具组合地形成。以这种方式，对于自动定向方法所需的杠杆元件至少对于选定的机器人关节而言已经由机器人臂的现有元件形成，并且不必为了校准才添加。
[0013]偏心杠杆元件由于重力的影响并且根据其相对于中央轴线的角位置可以施加转矩，该转矩的作用也可以在驱动装置之内被测量。为了实现这些，相关的旋转轴线有利地具有至少一个垂直于重力矢量的方向分量。特别有利地，选定的机器人关节的旋转轴线至少在上级的参考姿态(即目标状态)中基本上垂直于重力矢量地定向，因此水平地布置于空间中。在自动定向方法开始时还有利的是：选定的关节的旋转轴线与重力矢量围成45
°
或更大的角度，以便根据各个子步骤从一开始就实现各个关节的定向。
[0014]所提出的“反转方位”尤其可以是位于上方的反转方位。在此，所考虑的关节的偏心杠杆元件被定向，以使其质心竖直地位于所考虑的旋转轴线正上方。因此，质心在大地测量方面应高于旋转轴线。然而，原则上，反转方位也可以是位于下方的反转方位，其中质心竖直地位于所考虑的旋转轴线正下方。在任何情况下，作用于质心上的重力在反转方位应正好沿选择轴线的方向作用，从而对于旋转轴线不由重力产生转矩。
[0015]根据本专利技术的用于定向机器人臂的方法利用如下认识：可以自动地识别杠杆臂转矩中的过零点。为此，至少“选定的机器人关节”可以设有测量设备，借助测量设备识别反转方位。测量设备可以(直接或间接地)基于由重力作用于杠杆元件上引起的转矩的测量。如果这种测量可以自动进行，则杠杆元件在反转方位的自动定向也是可行的。
[0016]根据本专利技术的用于将机器人臂定向至上级的参考姿态的方法基于如下认识：单个关节以及可能还有整个机器人臂或至少多个选定的关节可以依次通过将杠杆转动到反转方位来定向。如果迭代循环对于至少两个选定的关节足够频繁地重复，则整体上可以实现机器人臂的非常精确的且主要自主的竖直伸展。迭代循环是必要的，因为对机器人臂的更
外置的部件的定向的变化改变了对于内置关节有效的偏心杠杆元件的重心。因此，由于“更外部”的姿态改变，也分别需要对于内部环节重新操控杠杆元件的所得出的新的反转方位。如果足够频繁地重复相应的反转方位的交替操控，则可以借助迭代方法以足够高的精度采用最大程度地竖直伸展的姿态。
[0017]至上级的参考姿态的自主定向能够以相对低的设备开销实现，因为可以借助相对简单的测量设备确定反转方位，如在下文还更详细地阐述的那样。用于该自动定向的时间开销有利地是小的，因为每个子步骤在自动实施时(例如经由相应的驱动装置之内的自动控制设备自动实施)仅需要非常少的时间。以该方式实现机器人臂相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将机器人臂(100)定向至上级的参考姿态(Pr)的方法，其中，所述机器人臂(100)具有多个机器人关节(J1至J7)，所述机器人关节各自包括驱动装置(1)，所述驱动装置实现围绕配属的旋转轴线(A1至A7)的转动，其中，针对至少两个选定的机器人关节(J2、J3、J5、Ga、Gb、Gc)由所述机器人臂(100)的一个或多个另外的子元件形成配属的偏心杠杆元件(200)，其中，所述方法包括以下子步骤：i)将选定的第一机器人关节(Gb)的所述驱动装置(1)自动定向至第一目标位置(θ
b1
)，在所述第一目标位置的情况下配属的第一偏心杠杆元件(200b)处于反转方位，ii)将选定的第二机器人关节(Ga)的所述驱动装置(1)自动定向至第二目标位置(θa2)，在所述第二目标位置的情况下配属的第二偏心杠杆元件(200a)处于反转方位，其中，子步骤i)和子步骤ii)在迭代循环中依次重复，直至在每个子步骤中引起的角度变化低于预设的边界值为止。2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少两个选定的所述机器人关节的所述驱动装置(1)各自包括电的驱动机器(5)，包括从动体(40)，所述从动体能够借助于所述驱动机器(5)参照配属的所述旋转轴线(R3)转动，并且包括用于测量在电的所述驱动机器(5)内流动的工作电流的电流传感器(25)，并且其中，针对所述驱动装置(1)中的每个驱动装置通过如下子步骤引起至目标位置的自动定向：a)依次操控所述从动体(40)的多个预设的角位置，b)针对每个预设的角位置借助于所述电流传感器(25)测量配属的电流值，c)从由该测量得出的值对得出目标位置，使得所述目标位置的配属的电流值尽量接近过零点。3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤a)具有以下子步骤：a1)依次操控预设的角位置的第一序列，从而使所述从动体连续地以固定的第一转动方向转动，a2)依次操控预设的角位置的第二序列，从而使所述从动体连续地以相反的第二转动方向转动，并且其中，在步骤c)中，从所述第一序列的得出的值对确定第一参考角度，并且从所述第二序列的得出的值对确定第二参考角度，并且由第一参考角度和第二参考角度的平均确定上级的目标位置。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述机器人关节(J1至J7)的总数在3与7之间。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，针对三个或更多个选定的机器人关节(Ga、Gb、Gc)中的数量为n的机器人关节，由所述机器人臂的一个或多个另外的子元件形成配属的偏心杠杆元件(200、...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安，
申请(专利权)人：睿信科机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：