由致动器驱动之机器人关节的控制/调整方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术系关于一种由电动马达驱动之机器人关节之控制/调整方法及装置，该机器人关节具有一电流传感器，其具有一第一电子感测系统，用于感测该电动马达的一第一工作电流ik,1(t)，其中k＝1,2,…；一第一位置传感器，用于感测该机器人关节的一驱动链的一入力位置θm(t)；一第二位置传感器，用于感测该机器人关节的一出力链的一出力位置q(t)；以及一第一扭力传感器，用于感测该出力链中一转矩τJ,1(t)，其中，依据一个预定的设定变量τm(t)，控制/调整该电动马达，该建议的方法包含下列步骤：步骤101，提供测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)；步骤102，利用该第一侦错器，检查是否有错误存在，当所述测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)及/或其时间导数没有符合预定的各第一极限值条件时，即由该第一侦错器侦测是否有错误存在；步骤103，系利用该第二侦错器，检查是否有错误存在，该第二侦错器根据一个使用程序模型协助的方法的测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)，侦测是否有错误存在，所述程序模型为机器人关节一个预定的数学动态模型，当所述模型的参数、由该程序模型重建构的数值与测定值之间的余数以及/或模型内计算出的参数，没有符合预定的各第二极限值条件时，即进行侦错；步骤104a，提供测定值τJ(t)给一第三侦错器，该第三侦错器根据一使用信号协助的方法，侦测是否有错误存在，当测定值τJ(t)的信号的变量，例如幅度及/或特征频率，没有符合预定的各第三极限值条件时，即进行侦错；或步骤104b，使用一第二扭力传感器或使用第一扭力传感器的一个多余设置的电子感应系统，感测出力链内的一个转矩τJ,2(t)，而且当τJ,1(t)与τJ,2(t)的比较没有符合各第四极限值条件时，即使用一第四侦错器进行侦错；以及步骤105a，只要设置于机器人关节上的侦错器其中之一侦测到错误，即产生一警告信号，以及/或步骤105b，藉由控制机器人关节进入预定的错误状态FZ的变数

Control / adjustment method and device for robot joints driven by actuators

The adjustment method and apparatus of the present invention relates to a control system / robot driven by electric motor joints, the robot has a current sensor, which is provided with a first electronic sensing system for sensing a first working current of the electric motor IK, 1 (T), where k = 1,2,... \uff1b\u4e00\u7b2c\u4e00\u4f4d\u7f6e\u4f20\u611f\u5668\uff0c\u7528\u4e8e\u611f\u6d4b\u8be5\u673a\u5668\u4eba\u5173\u8282\u7684\u4e00\u9a71\u52a8\u94fe\u7684\u4e00\u5165\u529b\u4f4d\u7f6e\u03b8m(t)\uff1b\u4e00\u7b2c\u4e8c\u4f4d\u7f6e\u4f20\u611f\u5668\uff0c\u7528\u4e8e\u611f\u6d4b\u8be5\u673a\u5668\u4eba\u5173\u8282\u7684\u4e00\u51fa\u529b\u94fe\u7684\u4e00\u51fa\u529b\u4f4d\u7f6eq(t)\uff1b\u4ee5\u53ca\u4e00\u7b2c\u4e00\u626d\u529b\u4f20\u611f\u5668\uff0c\u7528\u4e8e\u611f\u6d4b\u8be5\u51fa\u529b\u94fe\u4e2d\u4e00\u8f6c\u77e9\u03c4J,1(t)\uff0c\u5176\u4e2d\uff0c\u4f9d\u636e\u4e00\u4e2a\u9884\u5b9a\u7684\u8bbe\u5b9a\u53d8\u91cf\u03c4m(t)\uff0c\u63a7\u5236/\u8c03\u6574\u8be5\u7535\u52a8\u9a6c\u8fbe\uff0c\u8be5\u5efa\u8bae\u7684\u65b9\u6cd5\u5305\u542b\u4e0b\u5217\u6b65\u9aa4\uff1a\u6b65\u9aa4101\uff0c\u63d0\u4f9b\u6d4b\u5b9a\u503c\u03b8m(t),ik,1(t),\u03c4J(t),q(t)\uff1b\u6b65\u9aa4102\uff0c\u5229\u7528\u8be5\u7b2c\u4e00\u4fa6\u9519\u5668\uff0c\u68c0\u67e5\u662f\u5426\u6709\u9519\u8bef\u5b58\u5728\uff0c\u5f53\u6240\u8ff0\u6d4b\u5b9a\u503c\u03b8m(t),ik,1(t),\u03c4J(t),q(t)\u53ca/\u6216\u5176\u65f6\u95f4\u5bfc\u6570\u6ca1\u6709\u7b26\u5408\u9884\u5b9a\u7684\u5404\u7b2c\u4e00\u6781\u9650\u503c\u6761\u4ef6\u65f6\uff0c\u5373\u7531\u8be5\u7b2c\u4e00\u4fa6\u9519\u5668\u4fa6\u6d4b\u662f\u5426\u6709\u9519\u8bef\u5b58\u5728\uff1b\u6b65\u9aa4103\uff0c\u7cfb\u5229\u7528\u8be5\u7b2c\u4e8c\u4fa6\u9519\u5668\uff0c\u68c0\u67e5\u662f Whether there has been an error, the second error detecting device according to the determination of a model to use the program method the value of theta m (T), IK 1 (T), J (T), q (T), to detect whether there is error, the program model for robot joint a predetermined mathematical the dynamic model parameters, when the model established by the remainder numerical program model and the practical value and / or calculated in the model parameters, the limit of second did not meet the predetermined value conditions, namely the debug; step 104a, provide the value determination of J (T) to a third debugger, the debugger third according to the method of using the signal to assist, to detect whether there is error, when the measured value of J (T) signal variables, such as amplitude and / or characteristic frequency, the third did not meet the predetermined limit value condition, namely the debug steps; or 104B. The second with a twist Electronic sensor system using a force sensor or redundant set first torsion sensor, sensing an output torque J within the chain, 2 (T), and when J, 1 (T) and J, 2 (T) is not in line with the fourth limit conditions, namely the use of fourth a debugger for debugging; and step 105a, as long as the setting in the robot joint debugger one error is detected, which generates a warning signal, and / or step 105b, by controlling the robot joint into predetermined error state variables FZ

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由致动器驱动之机器人关节的控制/调整方法及装置
本专利技术系关于一种由致动器驱动之机器人关节的控制/调整方法及装置，可侦测错误并对应作出反应。
技术实现思路
本专利技术之目的，在于提供一种由致动器驱动之机器人关节的控制/调整方法及装置，可以用很低的成本，在机器人关节运作过程确实侦测出错误，达到一个错误也不能放过(1-errorproofing)的防错效果。本专利技术系由各独立请求项的特征所形成。进一步有利的实施方式及结构设计，是各独立请求项的标的。有关本专利技术其它的特征、应用可能性及功效，请参见下列的说明书以及对图式中显示之本专利技术实施例的解释。首先，本专利技术系关于一种藉由电动马达驱动之机器人关节的控制/调整方法，该机器人关节具有一电流传感器，其具有一第一电子感测系统(sensorelectronics)，用于感测该电动马达的一第一工作电流ik,1(t)，其中k＝1,2,…；一第一位置传感器，用于感测该机器人关节的一驱动链的一入力位置θm(t)；一第二位置传感器，用于感测该机器人关节的一出力链的一出力位置q(t)；以及一第一扭力传感器，用于感测该出力链中一转矩τJ,1(t)。其中，依据一个预定的设定变量τm(t)，控制/调整该电动马达。这里所称的「电子感测系统」(sensorelectronics)，是指具有感测、测量及通讯功能的电子系统。上述建议的方法包含下列步骤，其中一步骤系提供测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)。在另一步骤，系利用该第一侦错器，检查是否有错误存在，当所述测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)及/或其时间导数(timederivatives)没有符合预定的各第一极限值条件时，即由该第一侦错器侦测是否有错误存在。有利的设计是，至少会侦测到各测定值的第一及第二时间导数。所述第一极限值条件可以涉及该等测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)、其时间导数及/或从中推导出(过滤、内推、观察等等)的数值。在另一步骤，系利用该第二侦错器，检查是否有错误存在，该第二侦错器根据一个使用程序模型协助的方法的测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)，侦测是否有错误存在，所述程序模型为机器人关节一个预定的数学动态模型。当所述模型的参数、由该程序模型重建构的数值与测定值之间的余数以及/或模型内计算出的参数，没有符合预定的各第二极限值条件时，即进行侦错。其中，根据使用程序模型协助的方法，例如会使用测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)的时间导数及/或由该等测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)及/或其时间导数所推导出数值。另外，也可根据不同程序模型的需要，不使用其中一个或多个测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)，侦测是否有错误存在。在另一步骤，提供测定值τJ(t)给一第三侦错器，该第三侦错器根据一使用信号协助的方法，侦测是否有错误存在，当测定值τJ(t)的信号的变量，例如幅度及/或特征频率，没有符合预定的各第三极限值条件时，即进行侦错。在此步骤，不是进行前述内容，就是使用一第二扭力传感器或使用第一扭力传感器的一个多余设置的电子感应系统，感测出力链内的一个转矩τJ,2(t)，而且当τJ,1(t)与τJ,2(t)的比较没有符合各第四极限值条件时，即使用一第四侦错器进行侦错。若该机器人关节具有一第二扭力传感器或一含有多余设置的电子感应系统的第一扭力传感器，在此步骤仅需求出转矩τJ,1(t)及τJ,2(t).的值即可。在另一步骤，只要设置于机器人关节上的侦错器其中之一侦测到错误，即产生一警告信号，以及/或藉由控制机器人关节进入预定的错误状态FZ的变数驱动该电动马达，以及/或启动一机械性机构，以制止机器人关节的动作。其中，后者提到的制动，可以主动或藉由安全制动器进行制动。有利的设计是，以视觉方式呈现该警告信号及/或以声音发出该警告信号。上述建议的方法可进一步变化，使该第一电流传感器具有一个作为该第一电子感测系统备用的第二电子感测系统，用以侦测该电动马达的一第二工作电流ik,2(t)，其中k＝1,2,…。当ik,1(t)与ik,2(t)f的比较没有符合各第五极限值条件时，即使用一第五侦错器进行侦错。与该机器人关节各传感器连接的侦错器中一些或所有的侦错器，其设置方式与实施方式经过设计，都能分别侦测到每次侦测到之错误的一种(尤其是下列说明书中可以找出的错误类别)。所述变数以及/或所述错误状态FZ，系随着侦测到的错误F的类别而变化。因此，例如针对各种错误类别可以预定不同的错误状态FZ，或者可以针对各种错误F的类别，将变量预定得不一样。换句话说，随着侦测到之错误的类别而变化的反应，可以预先确定。有利的设计是，所述第二侦错器要进行侦错时，使用根据模型得出的一个参数估计值，以及/或一个状态变量观测器，以及/或一个「扩展」(extended)卡尔曼滤波器(Kalmanfilter)，以及/或一个「无损」(unscented)卡尔曼滤波器，以及/或一个根据奇偶性方程式(尤其是下列说明书中写出的奇偶性方程式)进行的侦错动作，以及/或一个干扰变量观测器，以及/或一个精简干扰变量观测器，以及/或一个精简状态变量观测器，其中干扰变量观测器基本上和状态观测器没有什么不同。尤其较佳地，所述第二侦错器要进行侦错时，会使用一个由多数奇偶性方程式与一个或多个状态观测器组成的组合，下列说明书会提到所述组合。有利的设计是，所述第三侦错器要进行侦错时，使用一个快速傅立叶变换(FastFourierTransformation)，以及/或一个功率密度谱，以及/或一个模态分析，以及/或一个相关分析，以及/或一个神经网络，以及/或一个统计估计量。本专利技术进一步系关于一种计算机系统，包含一数据处理装置，该数据处理装置系设计成，可于其上实施上述之方法。本专利技术进一步系关于一种数字储存媒体，包含多数可以电子方式读出的控制信号，该等控制信号可与一可编程的计算机系统配合，实施上述之方法。本专利技术进一步系关于一种计算机程序产品，包含一个储存于一可机械性读取的载体上的程序代码。当在一个数据处理装置上执行该程序码时，即可使用该程序码执行上述之方法。本专利技术进一步系关于一种计算机程序，包含多数个程序代码。当该程序在一个数据处理装置走完时，即可使用该等程序码执行上述之方法。本专利技术进一步系关于一种由电动马达驱动之机器人关节的控制/调整装置，该机器人关节具有一电流传感器，其具有一第一电子感测系统，用于感测该电动马达的一第一工作电流ik,1(t)，其中k＝1,2,…；一第一位置传感器，用于感测该机器人关节的一驱动链的一入力位置θm(t)；一第二位置传感器，用于感测该机器人关节的一出力链的一出力位置q(t)；以及一第一扭力传感器，用于感测该出力链中一转矩τJ,1(t)。其中，依据一个预定的设定变量τm(t)，由一控制调节单元控制/调整该电动马达。上述建议的装置包含一个提供测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)的界面；一第一侦错器，用于检查是否有错误存在，该第一侦错器的设计是，当所述测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)及/或其时间导数没有符合预定的各第一极限值条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由电动马达驱动之机器人关节之控制/调整方法，该机器人关节具有一电流传感器，其具有一第一电子感测系统，用于感测该电动马达的一第一工作电流ik,1(t)，其中k＝1,2,…；一第一位置传感器，用于感测该机器人关节的一驱动链的一入力位置θm(t)；一第二位置传感器，用于感测该机器人关节的一出力链的一出力位置q(t)；以及一第一扭力传感器，用于感测该出力链中一转矩τJ,1(t)，其中，依据一个预定的设定变量τm(t)，控制/调整该电动马达，所述方法包含下列步骤：‑步骤101：提供测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)；‑步骤102：利用该第一侦错器，检查是否有错误存在，当所述测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)及/或其时间导数没有符合预定的各第一极限值条件时，即由该第一侦错器侦测是否有错误存在；‑步骤103，系利用该第二侦错器，检查是否有错误存在，该第二侦错器根据一个使用程序模型协助的方法的测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)，侦测是否有错误存在，所述程序模型为机器人关节一个预定的数学动态模型，当所述模型的参数、由该程序模型重建构的数值与测定值之间的余数以及/或模型内计算出的参数，没有符合预定的各第二极限值条件时，即进行侦错；‑步骤104a：提供测定值τJ(t)给一第三侦错器，该第三侦错器根据一使用信号协助的方法，侦测是否有错误存在，当测定值τJ(t)的信号的变量，例如幅度及/或特征频率，没有符合预定的各第三极限值条件时，即进行侦错；或步骤104b：使用一第二扭力传感器或使用第一扭力传感器的一个多余设置的电子感应系统，感测出力链内的一个转矩τJ,2(t)，而且当τJ,1(t)与τJ,2(t)的比较没有符合各第四极限值条件时，即使用一第四侦错器进行侦错；以及‑步骤105a：只要设置于机器人关节上的侦错器其中之一侦测到错误，即产生一警告信号，以及/或步骤105b：藉由控制机器人关节进入预定的错误状态FZ的变数...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.21 DE 102015108097.41.一种由电动马达驱动之机器人关节之控制/调整方法，该机器人关节具有一电流传感器，其具有一第一电子感测系统，用于感测该电动马达的一第一工作电流ik,1(t)，其中k＝1,2,…；一第一位置传感器，用于感测该机器人关节的一驱动链的一入力位置θm(t)；一第二位置传感器，用于感测该机器人关节的一出力链的一出力位置q(t)；以及一第一扭力传感器，用于感测该出力链中一转矩τJ,1(t)，其中，依据一个预定的设定变量τm(t)，控制/调整该电动马达，所述方法包含下列步骤：-步骤101：提供测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)；-步骤102：利用该第一侦错器，检查是否有错误存在，当所述测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)及/或其时间导数没有符合预定的各第一极限值条件时，即由该第一侦错器侦测是否有错误存在；-步骤103，系利用该第二侦错器，检查是否有错误存在，该第二侦错器根据一个使用程序模型协助的方法的测定值θm(t),ik,1(t),τJ(t),q(t)，侦测是否有错误存在，所述程序模型为机器人关节一个预定的数学动态模型，当所述模型的参数、由该程序模型重建构的数值与测定值之间的余数以及/或模型内计算出的参数，没有符合预定的各第二极限值条件时，即进行侦错；-步骤104a：提供测定值τJ(t)给一第三侦错器，该第三侦错器根据一使用信号协助的方法，侦测是否有错误存在，当测定值τJ(t)的信号的变量，例如幅度及/或特征频率，没有符合预定的各第三极限值条件时，即进行侦错；或步骤104b：使用一第二扭力传感器或使用第一扭力传感器的一个多余设置的电子感应系统，感测出力链内的一个转矩τJ,2(t)，而且当τJ,1(t)与τJ,2(t)的比较没有符合各第四极限值条件时，即使用一第四侦错器进行侦错；以及-步骤105a：只要设置于机器人关节上的侦错器其中之一侦测到错误，即产生一警告信号，以及/或步骤105b：藉由控制机器人关节进入预定的错误状态FZ的变数驱动该电动马达，以及/或步骤105c：启动一机械性机构，以制止机器人关节的动作。2.如申请专利范围第1项所述之方法，其中，以视觉方式呈现该警告信号及/或以声音发出该警告信号。3.如申请专利范围第1或2项所述之方法，其中，透过该第一侦错器和该第二侦错器确定出分别侦测出的错误的类别。4.如申请专利范围第1至3项其中一项所述之方法，其中，所述变量以及/或所述错误状态FZ，系随着侦测到的错误的类别而变化。5.如申请专利范围第1至4项其中一项所述之方法，其中，所述第二侦错器要进行侦错时，使用根据模型得出的一个参数估计值，以及/或一个状态变量观测器，以及/或一个卡尔曼滤波器，以及/或一个根据奇偶性方程式进行的侦错动作。6.如申请专利范围第1至5项其中一项所述之方法，其中，所述第三侦错器要进行侦错时，使用一个快速傅立叶变换(FastFourierTransformation)，以及/或一个功率密度谱，以及/或一个模态分析，以及/或一个相关分析，以及/或一个神经网络，以及/或一个统计估计量。7.如申请专利范围第1至5项其中一项所述之方法，其中，该第一电流传感器具有一个作为该第一电子感测系统备用的第二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨米·哈达丁，
申请(专利权)人：卡斯坦宁堡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE