识别机器人臂与物体相撞的方法和具有机器人臂的机器人技术

本发明专利技术涉及一种用于识别机器人臂(2)与物体(13)相撞的方法和一种相应设计的机器人(1)。机器人臂(2)是机器人(1)的一部分，并包括多个依次设置的、关于轴(A1‑A6)安装的节肢(3‑8)和对应于各个轴(A1‑A6)的、用于确定两个相邻节肢(3‑8)相对于彼此的姿势的位置传感器(12)。机器人(1)包括与位置装置(12)连接的电子控制装置(10)和由电子控制装置(10)操控的、用于使机器人臂(2)的节肢(3‑8)相对于彼此自动地运动的驱动器。

Recognition of collision between robot arm and object and robot with robot arm

The invention relates to a method for recognizing a collision between a robot arm (2) and an object (13) and a corresponding robot (1). The robot arm (2) is part of a robot (1) and includes a plurality of arthropods (3 limbs 8) installed on the axis (A1 A6) and a position sensor (12) for determining the positions of two adjacent limbs (3 limbs 8) relative to each other. The robot (1) includes an electronic control device (10) connected with a position device (12) and a driver operated by an electronic control device (10), which is used to make the arthropod (3 8) of the robot arm (2) moving automatically relative to each other.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】识别机器人臂与物体相撞的方法和具有机器人臂的机器人
本专利技术涉及一种用于识别机器人臂与物体相撞的方法和一种相应构造的机器人，该机器人包括机器人臂和电子控制装置。
技术介绍
机器人通常是执行机器，其装备有特定的工具，所谓的末端执行器，并为了自动执行工作任务而对多个运动轴，特别是关于方向、位置和工作流程是可编程的，以自动地处理对象。机器人具有包括多个依次设置的节肢的机器人臂和可编程的控制器(控制装置)，这些控制装置在机器人自动运行期间针对机器人臂的运动流程而控制或调节机器人的驱动器。为此，在控制装置上运行相应的计算机程序，亦即所谓的应用程序。DE102004026185A1公开了一种具有机器人臂的机器人，在该机器人臂上固定有惯性传感器。该惯性传感器提供表征运动的测量值。在参考运行中监视性地驶过一轨迹区段，以便连续地确定表征运动的测量值，这些测量值作为参考值被存储。EP0365681A1公开了一种通过分析被设计用于使机器人臂运动的电机的电流来识别机器人臂与物体相撞的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出另一种用于识别机器人臂与物体相撞的方法。本专利技术的另一目的在于提出一种相应设计的机器人。本专利技术的目的通过一种用于识别机器人臂与物体相撞的方法来实现，其中，机器人臂是机器人的一部分，并具有多个依次设置的且关于轴可转动安装的节肢和对应于各个轴的、用于确定任意两个相邻的节肢相对于彼此的姿势的位置传感器，特别是为机器人臂配属一工具中心点；并且，机器人还具有与位置装置连接的电子控制装置和由该电子控制装置操控的、用于使机器人臂的节肢相对于彼此自动地运动的驱动器，该方法具有如下方法步骤：-节肢在电子控制装置的控制下自动地运动，使得机器人臂执行一实际运动，该实际运动对应于机器人臂的一目标运动，-在机器人臂的实际运动期间，借助电子控制装置并基于源自位置传感器的信号来检查：基于节肢相对于彼此的实际姿势和/或该实际姿势的求导值，和/或基于工具中心点的实际位置和/或实际位置的至少一个求导值，是否满足适用于机器人臂的目标运动的至少一个不变量，-如果该检查的结果是不满足该至少一个不变量，则判断机器人臂与物体相撞，并因此-在电子控制装置的控制下开启机器人的安全功能。本专利技术的另一目的通过一种机器人来实现，该机器人具有：机器人臂，其特别是对应一工具中心点，并且该机器人臂具有多个依次设置的并关于轴安装的节肢和对应于各个轴的、用于确定两个相邻节肢相对于彼此的姿势的位置传感器；与位置装置连接的电子控制装置；和由电子控制装置操控的、用于使机器人臂的节肢相对于彼此自动运动的驱动器，在此将电子控制装置设计为，使得机器人执行根据本专利技术的方法。机器人包括电子控制装置和机器人臂。电子控制装置被设计为，操控机器人的驱动器，使得机器人臂并由此使得机器人臂的节肢执行相应的运动。由此使得机器人臂的工具中心点可能会沿着相应的目标轨迹运动。为此，在电子控制装置上运行例如相应的计算机程序。在自动地运动期间，工具中心点可能会自动地沿着实际轨迹运动。优选地，驱动器是电驱动器，特别是被调节的电驱动器。特别是至少将电驱动器的电马达固定在机器人臂中或之上。机器人臂包括多个依次设置的并关于轴安装的节肢以及位置传感器。优选地，节肢被关于轴可转动地安装。优选地，位置传感器是分解器(Resolver)。优选地，位置传感器以所谓的安全技术实现并与电子控制装置连接，使得电子控制装置能够分析源于位置传感器的信号。通过位置传感器，电子控制装置可以确定当前的姿势，即各个节肢在实际运动期间相对于彼此的实际姿势。此外，电子控制装置还能够基于该实际姿势确定当前位置或者说地点，即，工具中心点在自动地运动期间的实际位置或者说实际地点。工具中心点的地点是其在空间中的位置和其在空间中的方向。如果节肢被相对于轴可转动地安装，则节肢相对于彼此的姿势是相应的角度姿势。此外，电子控制装置还能够确定实际位置的或实际姿势的求导值。工具中心点的实际位置的求导值特别是实际位置关于时间的时间变化或者说导数，例如速度、加速度，或者是实际位置关于时间的更高阶导数。实际姿势的求导值例如是实际角度姿势的时间变化或者说关于时间的导数，或者是实际角度姿势关于时间的更高阶导数。根据本专利技术，在自动的实际运动期间，借助电子控制装置并且基于源自位置传感器的信号而检查：基于实际姿势和/或实际姿势的求导值和/或基于工具中心点的实际位置和/或实际位置的至少一个求导值，对于当前运动、也就是机器人臂的实际运动来说是否满足适用于机器人臂的目标运动的至少一个不变量。正如由计算机科学已知的那样，不变量是对结束执行某些程序指令的一种陈述。亦即，不变量在这些程序指令之前、期间和之后为真。因此，不变量是不变的，也就是恒定的。也就是说，这意味着：对应于机器人臂的目标运动的不变量，即关于机器人臂的目标运动相应为真的陈述，被如下检查：其是否也通过对应于机器人臂的实际运动的当前运动被满足。如果通过检查实际姿势和/或实际姿势的求导值和/或基于工具中心点的实际位置和/或实际位置的至少一个求导值识别出：该不变量未通过实际运动被满足，则可判断与物体相撞。由此，电子控制装置开启机器人的安全功能。该安全功能的一个示例是：例如在所谓“紧急停止”的框架内，立即停止机器人臂的运动。因此，为了识别碰撞而使用位置传感器，其例如关于相应的驱动而在驱动侧和/或从动侧被紧固在机器人臂上。位置传感器优选以安全技术实现。在此附加地或替代地，特别是可以使用由位置传感器的信号导出的大小。这样的大小特别是速度、加速度和“急变”，也就是加速度的时间导数。为了能够据此判断出碰撞，位置传感器的测量数据或者说信号在运动执行过程中特别是与关于不变量的假设结合使用。在一种实施方式中，可以使用如下的假设作为不变量：运动例如通过电子控制装置被平稳地规划。这意味着：在正常的运动执行过程中，在速度信号中不应发生跃变。跃变意味着加速度的突然改变，也就是急变。现在，如果在所规划的平稳运动过程中却出现急变，则可判断出碰撞。如果使用以安全技术实现的位置传感器，则所有从中导出的信息(速度、加速度、急变)也是可安全使用的。根据本专利技术方法的一种实施方式，不变量是指：目标运动的不变量是平稳的。据此，当工具中心点的实际位置关于时间的三阶导数或者工具中心点的实际加速度的时间变化超过预定值时，可判断机器人臂与物体相撞。替代地，当节肢相对于彼此的实际姿势关于时间的三阶导数或节肢相对于彼此的实际姿势的实际加速度的时间变化超过预定值时，也可判断机器人臂与物体相撞。根据本专利技术方法的另一种实施方式，可以从所测得的数值中减去所设定的数值(例如来自物理模型的目标速度、目标加速度)。可以通过与阈值、也就是预定值的比对来检查相减所得的结果。通过位置传感器所测得的数值的走向也可以被记录下来。通过将当前的走向，即特别是实际运动的走向与所记录的大小，即特别是目标运动的走向进行对比，在可能存在偏差的情况下同样能够判断出碰撞。附加地，也可以将用于机器人调节的当前调节参数用于识别碰撞。因此，例如偏差、特别是可识别的急变会随着所使用的调节器的刚性而改变。根据本专利技术方法的一种实施方式，机器人臂通过导纳调节或力调节来运行，而不变量是指：对应于目标轨迹的运动是平稳的。在这种情况下可以设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于识别机器人臂(2)与物体(13)相撞的方法，其中，所述机器人臂(2)是机器人(1)的一部分，并具有多个依次设置的、关于轴(A1‑A6)安装的节肢(3‑8)和对应于各个轴的、用于确定每两个相邻的节肢(3‑8)相对于彼此的姿势的位置传感器(12)，特别是为所述机器人臂(2)配属一工具中心点(TCP)，并且所述机器人(1)还具有与位置装置(12)连接的电子控制装置(10)和由所述电子控制装置(10)操控的、用于使所述机器人臂(2)的节肢(3‑8)相对于彼此自动运动的驱动器，该方法具有如下方法步骤：‑所述节肢(3‑8)在所述电子控制装置(10)的控制下自动地运动，使得所述机器人臂(2)执行一实际运动，该实际运动对应于所述机器人臂(2)的一目标运动，‑在所述机器人臂(2)的实际运动期间，借助所述电子控制装置(10)并基于源自所述位置传感器(12)的信号而检查：基于所述节肢(3‑8)相对于彼此的实际姿势和/或所述实际姿势的求导值，和/或基于所述工具中心点(TCP)的实际位置和/或所述实际位置的至少一个求导值，对于所述机器人臂(2)的实际运动来说是否满足适用于所述机器人臂(2)的目标运动的至少一个不变量，‑如果该检查的结果是不满足所述至少一个不变量，则判断所述机器人臂(2)与所述物体(13)相撞，并且因此‑在所述电子控制装置(10)的控制下开启所述机器人(1)的安全功能。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.08 DE 102015224641.81.一种用于识别机器人臂(2)与物体(13)相撞的方法，其中，所述机器人臂(2)是机器人(1)的一部分，并具有多个依次设置的、关于轴(A1-A6)安装的节肢(3-8)和对应于各个轴的、用于确定每两个相邻的节肢(3-8)相对于彼此的姿势的位置传感器(12)，特别是为所述机器人臂(2)配属一工具中心点(TCP)，并且所述机器人(1)还具有与位置装置(12)连接的电子控制装置(10)和由所述电子控制装置(10)操控的、用于使所述机器人臂(2)的节肢(3-8)相对于彼此自动运动的驱动器，该方法具有如下方法步骤：-所述节肢(3-8)在所述电子控制装置(10)的控制下自动地运动，使得所述机器人臂(2)执行一实际运动，该实际运动对应于所述机器人臂(2)的一目标运动，-在所述机器人臂(2)的实际运动期间，借助所述电子控制装置(10)并基于源自所述位置传感器(12)的信号而检查：基于所述节肢(3-8)相对于彼此的实际姿势和/或所述实际姿势的求导值，和/或基于所述工具中心点(TCP)的实际位置和/或所述实际位置的至少一个求导值，对于所述机器人臂(2)的实际运动来说是否满足适用于所述机器人臂(2)的目标运动的至少一个不变量，-如果该检查的结果是不满足所述至少一个不变量，则判断所述机器人臂(2)与所述物体(13)相撞，并且因此-在所述电子控制装置(10)的控制下开启所述机器人(1)的安全功能。2.根据权利要求1所述的方法，包括：通过由所述电子控制装置(10)执行的轨迹规划来确定所述目标运动，或者通过所述电子控制装置(10)在所述机器人臂(2)的实际运动开始时分析所述工具中心点(TCP)的或所述节肢(3-4)的运动并对该运动进行外推，以便获得所述机器人臂(2)的目标运动。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述不变量是指所述目标运动是平稳的，并且-如果所述工具中心点(TCP)的实际位置关于时间的三阶导数或所述工具中心点(TCP)的实际加速度的时间变化超过一预定值，则判断所述机器人臂(2)与所述物体(13)相撞，或者-如果所述节肢(3-8)相对于彼此的实际姿势关于时间的三阶导数或所述节肢(3-8)相对于彼此的实际姿势的实际加速度的时间变化超过一预定值，则判断所述机器人臂(2)与所述物体(13)相撞。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述机器人臂(2)通过导纳调节或力调节来运行，并且预定值取决于所述导纳调节或力调节的刚性。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，-所述至少一个不变量对应于在所述目标运动期间所述工具中心点(TCP)的目标位置，在所述机器人臂(2)实际运动期间检查所述工具中心点(TCP)的实际位置，并且，如果所述工具中心点(TCP)的至少一个所述实际位置偏离相应的目标位置一预定值，则该不变量不满足，或者-所述至少一个不变量对应于在所述目标运动期间所述节肢(3-8)相对于彼此的目标姿势，在所述机器人臂(2)实...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·库甘，S·沃尔瑟，
申请(专利权)人：库卡德国有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE