机器人机械手的端部执行器通过各种取向区域的触觉反馈制造技术

本发明专利技术涉及一种方法，所述方法具有以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人机械手的端部执行器通过各种取向区域的触觉反馈


[0001]本专利技术涉及一种用于在由用户手动引导机器人机械手(1)期间驱动机器人机械手(1)的方法以及一种具有控制单元的机器人机械手，该控制单元与机器人机械手的另外元件一起实施以实施该方法。

技术介绍

[0002]以下信息不一定来自已知的现有技术，而是代表一般构思和考虑：
[0003]当手动引导机器人机械手时，会需要限制机器人机械手的端部执行器的取向。如果例如当超出预定区域时激活机械制动器，则机器人机械手的移动以对用户来说不是很直观的方式被中断，从而只有在松开机械制动器之后才能继续手动引导。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的是在考虑机器人机械手器的端部执行器的取向中的区域或限制的情况下改进由用户对机器人机械手的手动引导。
[0005]本专利技术产生于独立权利要求的特征。有利的改进方案和设计方案是从属权利要求的主题。
[0006]本专利技术的第一方面涉及一种用于在由用户手动引导机器人机械手期间驱动机器人机械手的方法。机器人机械手具有通过关节彼此连接的大量连杆，并且端部执行器通过另一关节与远端连杆连接。在所有关节处布置有致动器。所述方法在此具有以下步骤：
[0007]‑
通过控制单元驱动致动器以补偿作用在机器人机械手上的重力，从而机器人机械手在没有外力作用的情况下从静止姿势开始无加速地保持在静止姿势中，但可以被手动引导；
[0008]‑
在手动引导期间：通过位置角度检测单元检测端部执行器相对于远端连杆或相对于地固坐标系的取向；以及
[0009]‑
通过控制单元驱动机器人机械手的致动器的至少一部分，从而当手动引导端部执行器时，端部执行器：
[0010]a)在第一端部执行器旋转的第一区域之内不克服对手动引导的阻力或克服对手动引导的依赖于速度的阻力，并且在第一区域之外克服对手动引导的依赖于旋转角度的阻力，其中，第一端部执行器旋转是端部执行器围绕端部执行器的纵向轴线的旋转；以及
[0011]b)在第二端部执行器旋转的第二区域之内不克服对手动引导的阻力或克服对手动引导的依赖于速度的阻力，并且在第二区域之外克服对手动引导的依赖于偏转的阻力，其中，第二端部执行器旋转是端部执行器从其原始取向的纵向轴线或竖直轴线的旋转偏转。
[0012]当手动引导机器人机械手时，机器人机械手的用户尤其是通过手力向机器人机械手施加外力。在这里，本专利技术的第一方面尤其涉及用户将机器人机械手的端部执行器通过手动引导在其取向中进行改变的情况。机器人机械手的端部执行器布置在机器人机械手的
远端连杆处，即机器人机械手的自由端部处，即机器人机械手的与机器人机械手的基座相对的端部处。端部执行器是机器人机械手的与工件或来自机器人机械手的周围环境的另一物体接触的元件。
[0013]机器人机械手尤其是工业机器人，该工业机器人通过将机器人机械手的各种连杆连接的多个关节而具有多个自由度，尤其是关于相对于地固坐标系的端部执行器。端部执行器通过至少一个另外的关节可移动地与远端连杆连接，其中，端部执行器被称为机器人机械手的端部，该端部最后通过关节并且尤其也通过该关节处的相应致动器与剩余的机械手臂连接。因此，尤其地，机器人机械手的所有关节都具有致动器，这些致动器可以由控制单元驱动，以便分别在机器人机械手的两个连杆之间或在机器人机械手的远端连杆和端部执行器之间生成力矩或力。
[0014]当通过控制单元驱动致动器以补偿作用在机器人机械手上的重力时，如此驱动机器人机械手的致动器，使得在没有外力尤其是由用户施加在机器人机械手上的情况下，除重力之外，机器人机械手不会从静止姿势移动。这尤其通过一种几何模型和一种通过机器人机械手的质量分布模型来实现，该模型依赖于当前检测到的关节角度或机器人机械手的另外检测到的姿态确定机器人机械手的关节上的当前力矩，从而重力影响是已知的，并因此也已知的是，要在机器人机械手的致动器处设定何种反扭矩，从而机器人机械手不会受重力影响而移动。因此，机器人机械手可以说被人工地置于失重状态，其中，尤其是导纳调节是活动的，从而机器人机械手可以由用户尤其是手动进一步移动，尤其是以便在机器人机械手处以及尤其在机器人机械手的端部执行器处示教位置和取向。
[0015]位置角度检测单元尤其包括所有关节角度传感器的整体，包括在远端连杆和端部执行器之间的关节。关节角度传感器尤其用于检测机器人机械手的两个相应连杆之间的角度，从而端部执行器相对于机器人机械手的远端连杆的至少一个相对取向是已知的，但优选地除了相对取向之外还有端部执行器相对于地固坐标系的取向也是已知的。对于所述方法的实施，在哪个坐标系中记录偏转或旋转角度是无关紧要的；因为对这些变量的记录不会针对这些变量而改变。还可以使用已知的角度系统，尤其是万向角、欧拉角或为了避免奇异点而使用四元数。
[0016]当机器人机械手的所有连杆和端部执行器被最大程度地拉伸并且在这里尤其分别彼此以180
°
取向时，端部执行器的纵向轴线尤其位于限定机器人机械手的连杆的直线上。端部执行器的纵向轴线还例如当在端部执行器处使用钻头时对应于钻头的旋转轴线。此外，端部执行器的纵向轴线可以通过从端部执行器的远端尖端到关节的假想连接线来限定，该关节将端部执行器与远端连杆连接。
[0017]依赖于速度的阻力通常也称为阻尼。在第一区域中，当端部执行器由用户围绕其纵向轴线旋转时，用户感觉到依赖于速度的阻力，而用户在第二区域中感觉到依赖于偏转的阻力。优选地，这些区域通过端部执行器的零位置来限定，其中，端部执行器的零位置优选地相对于机器人机械手的远端连杆或相对于在地固全局坐标系中限定的方向被预定。
[0018]同样地，第二区域优选地相对于端部执行器的零位置被限定，其中，端部执行器的零位置通过其主体固定的纵向轴线的当前取向相对于其纵向轴线的原始取向被限定，端部执行器从该原始取向偏转。在这里，端部执行器的纵向轴线的原始取向是与端部执行器的主体固定的纵向轴线在当所有连杆尤其以180
°
角彼此最大程度地拉伸时出现的尤其是在
由连杆限定的直线处取向的中立位置，尤其是中间位置处一致的取向。因此，在第二区域之外相对于端部执行器的纵向轴线的原始取向克服对手动引导的依赖于偏转的阻力。在这种情况下，端部执行器的偏转在于，端部执行器的主体固定的点或在端部执行器之外但相对于端部执行器是固定的假想点在偏转时保持相对于纵向轴线的原始取向，但端部执行器的纵向轴线在径向方向上偏离纵向轴线的原始取向。因此，在二维情况下，第二端部执行器旋转对应于假想三角形之内的移动，因此，在三维情况下，第二端部执行器旋转对应于假想锥体之内的移动。第二端部执行器旋转在第一替代方案中是端部执行器从其纵向轴线的原始取向的旋转偏转，在第二替代方案中是从竖直轴线的偏转。与端部执行器的纵向轴线的原始取向不同，竖直轴线相对于大地被限定并在地固坐标系中描述纵向轴线，重力作用在该纵向轴线的方向上。
[0019]本专利技术的有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在由用户手动引导机器人机械手(1)期间驱动机器人机械手(1)的方法，其中，所述机器人机械手(1)具有通过关节彼此连接的大量连杆，并且端部执行器(3)通过另一关节与远端连杆连接，并且其中，在所有关节处布置有致动器(5)，所述方法具有以下步骤：
‑
通过控制单元(7)驱动(S1)所述致动器(5)以补偿作用在所述机器人机械手(1)上的重力，从而所述机器人机械手(1)在没有外力作用的情况下从静止姿势开始无加速地保持在静止姿势中，但可以被手动引导；
‑
在手动引导期间：通过位置角度检测单元(9)检测(S2)所述端部执行器(3)相对于所述远端连杆或相对于地固坐标系的取向；以及
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通过所述控制单元(7)驱动(S3)所述机器人机械手(1)的所述致动器(5)的至少一部分，从而当手动引导所述端部执行器(3)时，所述端部执行器(3)：a)在第一端部执行器旋转的第一区域之内不克服对手动引导的阻力或克服对手动引导的依赖于速度的阻力，并且在所述第一区域之外克服对手动引导的依赖于旋转角度的阻力，其中，所述第一端部执行器旋转是所述端部执行器(3)围绕所述端部执行器(3)的纵向轴线的旋转；以及b)在第二端部执行器旋转的第二区域之内不克服对手动引导的阻力或克服对手动引导的依赖于速度的阻力，并且在所述第二区域之外克服对手动引导的依赖于偏转的阻力，其中，所述第二端部执行器旋转是所述端部执行器(3)从其原始取向的纵向轴线或竖直轴线的旋转偏转。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二端部执行器旋转是所述端部执行器(3)在预定平面内从所述原始纵向轴线或竖直轴线的旋转偏转。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定平面是竖直平面，并且所述第二端部执行器旋转被限定围绕水平轴线，其中，即使当所述机器人机械手(1)围绕竖直轴线旋转时，所述水平轴线也保持其相对于所述机器人机械手(1)的地固环境的取向。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二端部执行器旋转是所述端部执行器(3)从所述原始纵向轴线或竖直轴线在具有公共旋转点的任何偏转方向上的旋转偏转。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述机器人机械手(1)的所述致动器(5)的至少一部分的驱动如此进行，使得当手动引导所述端部执行器(3)时，所述端部执行器(3)在所述第一区域之外和/或在所述第二区域之外克服对手动引导的依赖于速度的阻力。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二区域之外的所述依赖于偏转的阻力相对于偏转是...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯，
申请(专利权)人：富兰卡爱米卡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：