用于确定转矩的方法和工业机器人技术

本发明专利技术涉及一种工业机器人（1）和一种用于确定作用在机器人臂（2）的节肢上的转矩的方法。机器人臂（2）具有多个依次设置的节肢（3-7），其中节肢中的第一节肢（4）相对于第二节肢（5）关于转动轴（A2）可转动地安装，并可借助于相对于第二节肢（4）位置固定的电动机（11）和与该电动机（11）后置连接的传动装置（12）关于转动轴（A2）转动。

【技术实现步骤摘要】
用于确定转矩的方法和工业机器人
本专利技术涉及一种用于确定转矩的方法和一种工业机器人。
技术介绍
机器人是工业机器，其可以配备用于自动操作和/或处理对象的工具，并可以在多个运动轴上例如关于方向、位置和工作流程可编程。机器人通常具有：机器人臂，包括多个通过关节相连接的节肢；和可编程控制器（控制装置），用以在运行期间控制或调节机器人的运动过程。节肢常常通过具有传动装置的电动机特别是关于运动轴运动，其中，电动机受控制装置的控制。专利文献DE102007063099A1公开了一种机器人，其具有多个可关于转动轴彼此相对转动的节肢。为了确定施加在转动轴上的力矩，机器人具有适用的转矩传感器，转矩传感器例如包括应变片，其欧姆电阻在应变片膨胀或压缩时会发生变化。每个传感器可以具有多个例如被连接为半桥或全桥的应变片
技术实现思路
本专利技术的目的在于，更好地确定作用于机器人臂的节肢上的转矩。本专利技术的目的通过一种用于确定作用于机器人臂的节肢上的转矩的方法得以实现，其中，机器人臂具有多个依次设置的节肢，在此，节肢中的第一节肢相对于这些第二节肢可关于转动轴转动地安装，并通过相对于第二节肢位置固定的电动机和与该电动机后置连接的传动装置关于转动轴转动，该方法具有以下步骤：-确定传动装置的面向电动机的驱动侧的转动角度和背向电动机的从动侧的转动角度，-根据所确定的传动装置的驱动侧和从动侧的转动角度并以传动装置的数学模型为基础，确定作用于第一节肢上的转矩，在此，该数学模型特别考虑到传动装置的弹性特性。本专利技术的另一个方面涉及一种工业机器人，其具有：-机器人臂，其包括多个依次设置的节肢，其中，第一节肢相对于第二节肢关于转动轴可转动地安装，并可以通过相对于第二节肢位置固定的电动机和与该电动机后置连接的传动装置关于转动轴转动；-第一角度测量装置，用于确定传动装置的面向电动机的驱动侧的转动角度；-第二角度测量装置，用于确定传动装置的背向电动机的从动侧的转动角度；和-与这两个测量装置相连接的控制装置，用于在工业机器人的运行中控制电动机，传动装置的数学模型存储在该控制装置中，数学模型特别考虑到传动装置的弹性特性，并且该控制装置设计为，根据所确定的传动装置驱动侧和从动侧的转动角度并基于该数学模型，来确定作用于第一节肢上的转矩。因此，根据本专利技术的工业机器人被设计为用于执行根据本专利技术的方法。特别是其控制装置设计为，按照根据本专利技术的方法确定作用在第一节肢上的转矩。机器人臂包括多个依次设置的节肢，这些节肢特别是可以借助优选为电驱动器的驱动器彼此相对运动。驱动器包括例如电动机和驱动电动机的功率电子电路。这些驱动器特别是可控驱动器，优选是可控电驱动器。这样实现机器人臂：第一节肢相对于第二节肢关于转动轴可转动地安装，并借助相对第二节肢位置固定的电动机和后置连接电动机的传动装置关于转动轴转动。在机器人臂或工业机器人运行中可以有转矩作用于第一节肢上，该转矩是关于传动装置的输出转矩或从动侧转矩。根据本专利技术，该转矩不是直接地例如借助转矩传感器来确定，而是通过确定传动装置的驱动侧和从动侧的转动角度以及传动装置的数学模型来间接地确定。也就是说，如果转矩作用在第一节肢上，则该转矩也作用在传动装置上。如果传动装置特性是已知的，则可以建立传动装置的数学模型，其提供了驱动侧和从动侧的转动角度与转矩之间的关系。传动装置特性例如可以根据经验确定或者从传动装置的数据表中获得。数据模型例如存储在计算机中，与转动角度相对应的信号传输给该计算机。将计算机配置为，根据所确定的转动角度和数学模型来计算转矩。优选计算机是根据本专利技术的工业机器人的控制装置的一部分，其还设置用于，以普遍公知的方式控制并在必要时调整机器人臂的运动。数学模型也可以存储在控制装置中，因此控制装置也可用于确定转矩。优选传动装置具有与电动机相连接的驱动侧的轴、至少间接地与第一节肢相连接的从动侧的轴和至少一个设置在传动装置的这两个轴之间、用于实现传动装置的传动比的传动连接件（Getriebeglied）。正如专业人员所公知的那样，所述至少一个传动连接件包括例如齿轮。在此情况下，优选驱动侧的转动角度是驱动侧的轴的转动角度，而从动侧的转动角度是从动侧的轴的转动角度。这些转动角度可以通过相应的角度测量装置来确定。为了确定驱动侧的转动角度，优选可以通过确定电动机、特别是其轴的转动角度来确定驱动侧的转动角度。也就是说，如果电动机是可控驱动器的一部分，则电动机需要为此目的配备角度测量装置，例如旋转编码器（Drehgeber）。优选通过下述公式计算作用在第一节肢上的转矩：其中，τ为作用于第一节肢上的转矩，函数为数学模型。对于传动装置的数学模型，特别需要考虑传动装置的弹性特性。这些弹性特性尤其包括滞后性，其特别是与传动装置的转动方向相关。这种与转动方向相关的滞后性例如由传动装置的齿轮引起，特别是由所述至少一个传动连接件的齿轮引起。这种作为滞后模型实现的数学模型描述了转矩的时间过程和传动装置的变形之间的关系，并可以例如通过以下公式确定：根据一种变形，为了得到更精确的数学模型，可以在数学模型中考虑特别是至少一个传动连接件的传动误差。实际的传动装置除了弹性之外还可能具有运动误差或传动误差，可以将它们考虑在传动装置的数学模型中，以更好地确定作用于第一节肢上的转矩。当电机为电力电机时可以确定该电力电机的电流，以更好地估计作用于第一节肢上的转矩。电动机的电流是由电动机施加的转矩的度量。为了更精确地确定作用于第一节肢上的转矩，可以根据所确定的传动装置的驱动侧和从动侧的转动角度并基于传动装置的数学模型，根据所确定的电流至少间接地修正所确定的作用于第一节肢上的转矩。例如，可以这样实现对所确定转矩的至少进行间接地修改：根据所确定的电流和电动机的模型确定另一个转矩，并将其与以前所确定的转矩合并，从而获得作用于第一节肢上的合成转矩。也就是说，为了获得更精确确定的合成转矩，对所确定的各个转矩进行合并或组合。例如，还可以这样实现对所确定的转矩的至少间接地修改：使用电流来支持数学模型。通过电流可以实现对数学模型的支持，特别是通过电动机的电流的值实现对数学模型的针对传动装置的滞后性建模的部分的支持。即，滞后模型通常利用例如近似于传动装置的摩擦特性的连接的（schaltend）特性曲线工作。但是，电动机的电流同样可以间接地检测摩擦特性。这可以被用来在“以电流为参照”的意义下基于电流对滞后模型的各个状态进行转换。根据本专利技术的方法或根据本专利技术的工业机器人的一种实施方式，通过测量传动装置的变形就已经可以确定机器人的关节的输出转矩。由此可以取消例如与传动装置后置连接的转矩传感器，从而能够更坚固、更鲁棒地实现根据本专利技术的工业机器人。由于根据本专利技术需要检测从动侧的转动角度，因此除了确定转矩，还可以针对传动装置中的损伤（例如齿折断、齿跳跃）附加地监控对应于相关节肢的关节的从动位置。此外，还可以通过平衡传动装置的变形和传动装置的啮合间隙，显著提高根据本专利技术的工业机器人的精度。在根据本专利技术的实施方式中，除了那些在机器人上通常位于电动机上的旋转编码器之外，还特别是在传动装置的驱动器上安装高精度的角度传感器。由此可以测量传动装置的变形。机器人传动装置通常具有间隙，因此其与负载相关的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定作用于机器人臂（2）的节肢上的转矩的方法，其中，所述机器人臂（2）具有多个依次设置的节肢（3?7），其中所述节肢中的第一节肢（4）相对于第二节肢（5）关于转动轴（A2）可转动地安装，并能够借助于相对于所述第二节肢（4）位置固定的电动机（11）和与该电动机（11）后置连接的传动装置（12）关于所述转动轴（A2）转动，该方法具有以下步骤：确定所述传动装置（12）的面向所述电动机（11）的驱动侧的转动角度和背向所述电动机（11）的从动侧的转动角度以及根据所确定的所述传动装置（12）的驱动侧的转动角度和从动侧的转动角度以及基于所述传动装置（12）的数学模型（20）来确定作用于所述第一节肢（4）上的转矩，所述数学模型（20）特别是考虑到所述传动装置（12）的弹性特性。FDA00002366391500011.jpg,FDA00002366391500012.jpg,FDA00002366391500013.jpg,FDA00002366391500014.jpg

【技术特征摘要】
2012.02.14 DE 102012202181.71.一种用于确定作用于机器人臂(2)的节肢上的转矩的方法，其中，所述机器人臂(2)具有多个依次设置的节肢(3-7)，其中所述节肢中的第一节肢(4)相对于第二节肢(5)关于转动轴(A2)可转动地安装，并能够借助于相对于所述第二节肢(5)位置固定的电动机(11)和与该电动机(11)后置连接的传动装置(12)关于所述转动轴(A2)转动，该方法具有以下步骤：确定所述传动装置(12)的面向所述电动机(11)的驱动侧的转动角度和背向所述电动机(11)的从动侧的转动角度以及根据所确定的所述传动装置(12)的驱动侧的转动角度和从动侧的转动角度以及基于所述传动装置(12)的数学模型(20)来确定作用于所述第一节肢(4)上的转矩，所述数学模型(20)考虑到所述传动装置(12)的弹性特性。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述传动装置(12)具有与所述电动机(11)相连接的驱动侧的轴(14)，至少间接地与所述第一节肢(4)相连接的从动侧的轴(15)和至少一个设置在所述传动装置(12)的驱动侧的轴(14)和从动侧的轴(15)之间、用于实现所述传动装置(12)的传动比的传动连接件(16)，其中，所述驱动侧的转动角度是所述驱动侧的轴(14)的转动角度，而所述从动侧的转动角度是所述从动侧的轴(15)的转动角度。3.如权利要求1或2所述的方法，包括：通过确定所述电动机(11)的转动角度来确定所述驱动侧的转动角度4.如权利要求1或2所述的方法，包括：通过确定所述电动机(11)的轴(13)的转动角度来确定所述驱动侧的转动角度5.如权利要求1所述的方法，其中，通过以下公式计算所述转矩：其中，τ为作用在所述第一节肢(4)上的转矩，函数为所述数学模型(20)。6.如权利要求2所述的方法，其中，对于所述传动装置(12)的数学模型(20)，考虑与所述传动装置(12)的转动方向相关的滞后性。7.如权利要求6所述的方法，其中，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔诺特·尼茨，米夏埃尔·蒂姆尔，
申请(专利权)人：库卡罗伯特有限公司，
类型：发明
国别省市：