【技术实现步骤摘要】
工业机器人的系统和混合位置力控制方法
[0001]本专利技术涉及工业机器人,更具体地涉及用于控制可手动引导的工业机器人的系统和方法。
技术介绍
[0002]工业机器人,诸如机器人手臂,越来越多地用于直接的操作员协作应用中,其中操作员可以直接对机器人进行操作。例如,手术应用或某些工业制造方法等就是这种情况。
[0003]例如,操作员可以通过操纵和移动机器人手臂的一部分来直接作用于机器人。这种运动由机器人的传感器检测到。取决于这种反馈,机器人控制系统相应地修改发送到机器人电机的设定点,以例如将机器人手臂带到或保持在操作员选择的位置,或者跟随由操作员对机器人进行的手动移动。
[0004]通常,机器人“手动”引导的性能可以通过不同的标准来衡量,诸如机器人可以被移动的难易程度(透明度),在操作员的作用下没有弹性(刚性)和稳定性,这在机器人到达由编程或用户施加的极限位置时进行评估。
[0005]目前可用和已知的机器人控制解决方案都不能达到满足这三个标准的结果,这三个标准通常难以协调。
[0006]实际上,在实际应用中,刚性和透明度都令人满意的机器人的稳定性会不够,因为在操作员的作用下,机器人在接触到其所处环境的刚性元素时会发生弹跳。
[0007]因此,需要用于控制工业机器人的系统和方法在必须至少部分地手动引导机器人时使用具有改进性能的引导。
技术实现思路
[0008]根据另一方面,本专利技术涉及一种用于工业机器人(2)的控制方法,该机器人包括:
[0009]多轴机器 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于工业机器人(2)的控制方法,该机器人包括:多轴机器人手臂(4),包括至少两个电动致动器(M1、
…
、M6),每个电动致动器适于使机器人手臂的一个部件相对于机器人手臂的另一个部件围绕或沿着移动轴而移动,每个电动致动器都与被配置用于测量相应致动器的关节位置(q
r
)的传感器(C1、
…
、C6)相关联,机器人控制系统(8),包括:轴控制器模块(12),被配置用于根据关节力设定点(τ)计算电力单元(15)的控制设定点,电力单元(15)将合适的电流传送至致动器(M1、
…
、M6);以及计算模块(10),被配置用于为轴控制器模块确定关节力设定点(τ),所述计算模块耦接到所述轴控制器模块,其中,所述控制方法包括以下步骤:根据目标轨迹和操作模式计算(S104)定义了关节力和/或速度的时间相关的复合设定点(u),计算(S106)描述了机器人手臂的期望行为的行为矩阵(Y),行为矩阵(Y)定义了所计算的复合设定点(u)要应用的方向,行为矩阵(Y)被表达在关节空间中,计算(S108)用于控制轴控制器模块的关节力设定点(τ)并且计算在与所测量的关节位置(q
r
)不同的关节位置处的均匀内部状态(q
mv
)的时间导数其中对用于控制轴控制器模块的关节力设定点(τ)的计算和对时间导数的计算分别根据以下项来执行:先前计算的所述复合设定点(u)、先前计算的所述行为矩阵(Y)、所测量的关节位置(q
r
)、从所测量的关节位置(q
r
)导出的关节速度以及先前计算的内部状态(q
mv
),其中,用于控制轴控制器模块的关节力设定点(τ)是根据调节关节位置(q
r
)与内部状态q
mv
之间的差异的控制函数计算的,内部状态通过对内部状态的所述时间导数进行积分来确定。2.如权利要求1所述的控制方法,其中,所述控制函数为比例积分微分控制器。3.根据权利要求2所述的控制方法,其中关节力设定点(τ)和内部状态的时间导数是以下微分方程组的解:其中q
mv
是对应于所述内部状态的函数,是内部状态q
mv
的时间导数,τ是关节力设定点,Y是行为矩阵,以及u是所述复合设定点,并且其中Kp、Ki和Kd是增益矩阵。4.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法,其中电动致动器包括无刷电机,并且其中轴控制器模块被配置用于根据由相应传感器测量的致动器的关节位置来计算致动器的供电电流。5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制方法,其中轴控制器模块(12)考虑由多轴力传感器(20)测量的多维外力(F
s
)以计算电力单元(15)的控制设定点。
6.根据权利要求5所述的控制方法,机器人包括置于机器人手臂的端部的执行器(6),其中计算模块(10)包括计算执行器的重量(F
g
)的重力补偿器(43)和根据关节位置(q
r
)计算转换矩阵(T
f
)的笛卡尔关节转换器(47),并且将执行器的重量(F
g
)和转换矩阵(T
f
)发送至轴控制器模块(12)以考虑由安装在机器人手臂(4)的端部的多轴力传感器(20)测量的多维外力(F
s
)。7.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法,其中,计算(10)以第一频率(F1)计算复合设定点(u)和行为矩阵(Y)并且以高于第一频率的第二频率(F2)计算用于控制轴控制器模块(12)的关节力设定点(τ)。8.根据权利要求7所述的控制方法,其中第二...
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