本发明专利技术涉及一种用于减少工业机器人的能量消耗的方法，该工业机器人包括具有可相对于彼此绕多个轴移动的多个臂的操纵器(8)。该方法包括：根据机器人的轴的移动来定义用于机器人的能量消耗的模型，包括由于摩擦和轴的速度而消耗的能量与由于作用在臂上的重力而消耗的能量之间的关系，考虑这样的事实，即如果轴被机械地锁定，则在轴中的一个或多个的静止不动期间，能够减少由于重力而消耗的能量，存储指定将被机器人遵循的几何路径的控制程序，在工作周期的至少一部分期间，基于用于机器人的能量消耗的所述模型和用于在工作周期的所述部分期间执行机器人移动的最大允许时间，关于使机器人的能量消耗最小化确定在机器人遵循指定几何路径时用于机器人的轴的速度分布，并确定轴在静止不动期间是否应被机械地锁定以便减少能量消耗，条件是允许在比最大允许时间短的时间内完成几何路径，并基于所确定的速度分布来计算用于机器人的电动机的基准值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于減少被配置为在工作周期期间执行工作的エ业机器人的能量消耗的方法。此外，本专利技术涉及ー种包括机器人的エ业机器人系统，所述机器人包括操纵器和用于存储定义将在工作周期期间由机器人执行的工作的控制程序的程序存储器。
技术介绍
エ业机器人一般地被用于エ业自动化。机器人被编程为在机器人在工作周期期间执行工作的同时遵循移动路径。机器人控制程序具有关于机器人应做什么和应按照哪个顺序沿着该路径执行任务的信息。控制程序包括以机器人编程语言编写的一系列机器人程序指令。控制程序具有关于移动路径上的所有目标点的信息。机器人编程可以通过教授机器人在移动路径上的目标点的位置和取向来手动地联机完成。还可以由在诸如PC的外部计算机上运行的脱机编程和模拟工具来产生控制程序。 エ业机器人系统包括操纵器，其具有可相对于彼此绕着多个轴移动的多个臂和用于对轴的移动进行致动的电动机，以及具有用于操作操纵器的机器人控制器。机器人控制器包括用于存储用于控制操纵器的移动的ー个或多个控制程序的存储单元。控制程序包括程序指令，该程序指令包括用于操纵器的移动指令。控制程序指定在机器人执行工作时将遵循的几何路径。该程序还可以指定对沿着路径的速度和加速度的限制。可以以关节角或笛卡尔坐标来表示该几何路径。关节角与笛卡尔坐标之间的关系是由机器人的运动模型确定的。该几何路径指定机器人的位置而不是速度。机器人控制器包括被配置为执行控制程序并基于移动指令向路径规划器提供指令的程序解释器。路径规划器从程序解释器接收指令并基于此来确定操纵器应如何移动以便能够执行移动指令。路径规划器生成包括几何路径和沿着该路径的速度分布的轨迹。路径规划器通过执行移动的内插来规划应如何执行所指示的移动。该内插包括将所指示的移动划分成多个小的増量，并计算针对每个增量的用于机器人的所有轴的关节角。该关节角随后被转换成用于电动机的基准值。路径规划器将计算的电动机基准传送至驱动单元，该驱动单元通过根据该电动机基准将DC电流转换成可变交流电流来控制电动机。用于几乎所有机器人应用的ー个重要參数是周期时间。周期时间意指机器人执行工作周期所花费的时间。重要的是使控制程序尽可能是时间最优的以便减小周期时间。因此，正常路径规划算法是基于最优化问题的解，其被定义为使经受客户约束和机器人约束的周期时间最小化，其中，客户约束可以是例如由用户指定的速度和加速度值。机器人约束的某些示例是最大变速箱转矩、最大可用电动机转矩和最大电动机速度。这意味着在每个离散时间步长中使用所有可用电动机功率，只要不违反客户或机器人约束即可。现在，在エ业应用的几乎所有分支中到处都使用エ业机器人。特别地作为优点，机器人例如由于其能量消耗而对エ厂的总体环境影响有所贡献。工作周期的能量消耗取决于机器人的移动，诸如机器人在工作周期期间的实际路径、速度和加速度。因此，存在減少机器人所消耗的能量的目的。Andre R Hirakawa 和 Atsuo Kawamura 在 1996 年 10 月 6 日 1996IEEE 应用会议的会议记录第 3 卷、第 1626-1632 页中的论文“Trajectory generation for redundantmanipulators under optimization of consumed electrical energy，，公开 Ji 一种用亍针对具有冗余自由度的机器人使具有固定时间长度的轨迹能量最优化的方法。Dl利用由于冗余运动而引起的内部自我移动来进行能量最优化并使与给定笛卡尔轨迹的偏差最小化。此方法的一个缺点是仅在一定准确度内遵循几何路径。此外，如果应用于非冗余机器人，则要最优化的唯一自由是与笛卡尔轨迹的偏差。在其中遵循给定几何路径很重要的应用中，这种方法将具有非常小的減少能量消耗的可能性。EP 1705541显示可以对工作周期的时间关键部分进行时间最优化并在工作周期的非时间关键部分期间减小机器人的速度，以便降低能量消耗。在工作周期的非时间关键部分期间，机器人根据确定的最大允许时间段以尽可能低的速度行进。然而，减小速度不一定减少由于摩擦和重力而消耗的能量。
技术实现思路
本专利技术的目的是进ー步减少机器人在遵循指定几何路径时所消耗的能量。根据本专利技术的一方面，由在权利要求I中定义的方法来实现此目的。此类方法包括一根据机器人的轴的移动来定义用于机器人的能量消耗的模型，包括由于轴的摩擦和速度而消耗的能量与由于作用于臂上的重力而消耗的能量之间的关系，考虑如果轴中的ー个或多个被机械地锁定，则在操纵器或其轴中的ー个或多个的静止不动期间能够减少由于重力而消耗的能量，一存储指定机器人在执行工作时将遵循的几何路径的控制程序，一在工作周期的至少一部分期间，基于用于机器人的能量消耗的所述模型和用于在工作周期的所述部分期间执行机器人移动的最大允许时间，关于使机器人的能量消耗最小化确定机器人在遵循指定几何路径时用于机器人的轴的速度分布，并确定在静止不动期间轴是否应被机械锁定以便減少能量消耗，条件是允许在比最大允许时间短的时间内完成几何路径，以及一基于所确定的速度分布来计算用于机器人的电动机的基准值。根据本专利技术，关于使机器人的能量消耗最小化使机器人在遵循指定几何路径时的用于机器人的轴的速度分布最优化。用于轴的速度分布包括关于轴的速度和速度如何随时间变化的信息以及因此的关于轴的加速度的信息。本专利技术使操纵器的速度和加速度而不是几何路径最优化。几何路径是固定的，或者可以被允许在小容许区间内改变。本专利技术有利于用于对依赖于遵循给定路径例如以避免与机器人工作空间中的固定障碍物冲突的应用。对于机械系统而言，功率与转矩平方成比例，并且因此摩擦对能量消耗起到重要 作用。用于机器人的能量消耗的模型包括由于摩擦而消耗的能量和轴的速度之间的关系。存在其中摩擦转矩处于最小值的速度。当操纵器的速度低于摩擦转矩处于最小值时的速度时，能量消耗将增加，如图3所示。通过使用考虑由于摩擦而引起的能量消耗的用于能量消耗的模型，可以确定使能量消耗最小化的机器人速度。结果，用于机器人执行机器人移动的时间能够比最大允许时间短。此可能性被用来进ー步減少消耗的能量。根据本专利技术，在允许在比最大允许时间短的时间内完成几何路径的条件下执行最优化，从而使得可以在机器人处于其最終位置处将机器人的轴锁定，井随后关断电动机的控制以便节省能量。根据本专利技术，在机器人移动的最优化期间要考虑当轴中的一个或多个被锁定时由于重力而消耗的能量被显著減少的事实。该轴例如通过应用机器人的制动器被机械地锁定。能量是否被节省取决于静止不动的时间段的长度，应用和释放制动器花费一定的时间且优选地那些时间也被包括在模型中。如果静止不动的时间段过短，则不可能应用制动器，或者应用制动器消耗比节省的更多的能量。最优化方法确定轴在静止不动期间是否应被机械地锁定以便減少能量消耗。轴能够在工作周期的能量最优化部分期间的任何时间的静止不动期间被机械地锁定，不仅是在移动结束吋。优选地，在静止不动期间始终考虑将轴锁定时对能量消耗的影响。这意味着对于某些情况而言能够通过增加速度来进ー步減少能量消耗。因此，能够进行能量消耗的进ー步減少。本专利技术使得可以关于使机器人的能量消耗最小化和用于执行工作的最大允许时间命令在工本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·布乔克曼，M·诺洛夫，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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