机器人机械手的扭矩限制制动制造技术

本发明专利技术涉及一种机器人机械手(1)，其中，控制单元(3)控制布置在其关节中的至少一个(5)上的制动装置(7)以产生这样的剩余扭矩，使得关节中的至少一个(5)上的最大扭矩不被超过，并且剩余扭矩是基于对当前发生在关节中的至少一个(5)上的扭矩的感觉确定和/或估计来确定的，其中，该估计基于对作用在关节中的至少一个(5)上的重力影响的乘以第一预给定因子的量度，或者基于机器人机械手(1)的具有重力影响的动态模型，其中，控制单元(3)基于关节角度矢量来确定重力影响，该关节角度矢量具有关节中的至少一个(5)与机器人机械手(1)的远端部之间的关节角度。之间的关节角度。之间的关节角度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人机械手的扭矩限制制动


[0001]本专利技术涉及一种机器人机械手，其具有：通过关节彼此连接的大量连杆；控制单元；以及尤其是制动装置，并且本专利技术涉及一种用于通过这种控制单元控制具有通过关节彼此连接的大量连杆的机器人机械手的制动装置的方法。

技术实现思路

[0002]本专利技术的目的是如此延迟机器人机械手的移动，使得机器人机械手的关节上的最大制动扭矩不被超过。
[0003]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。
[0004]本专利技术的第一方面涉及一种机器人机械手，其具有：通过关节彼此连接的大量连杆；和控制单元，其中，关节中的至少一个具有制动装置，并且控制单元实施成控制制动装置以产生这样的剩余扭矩，使得关节中的至少一个上的预给定最大允许扭矩不被超过，并且剩余扭矩是基于对当前发生在关节中的至少一个上的扭矩的感觉确定和/或估计来确定的，其中，该估计基于：
[0005]‑
对作用在关节中的至少一个上的重力影响的乘以第一预给定因子的量度，或者
[0006]‑
机器人机械手的具有重力影响的动态模型，
[0007]其中，控制单元实施成基于机器人机械手的已知质量分布且基于关节角度矢量来确定重力影响，该关节角度矢量具有关节中的至少一个与机器人机械手的远端部之间的关节角度。
[0008]机器人机械手的部件，尤其是连杆和关节上的部件，由于其质量而受到地球重力场的影响。尤其地，那些布置在至少一个关节的前方并且因此在该至少一个关节的远端部的方向上的部件因此以力和/或扭矩作用在该至少一个关节上。如果该至少一个关节不吸收该力和/或该扭矩，则这些部件将朝大地的方向落下。除了这种静态重力影响之外，还可以在机器人机械手移动时将另一个分量添加到作用在至少一个关节上的力和/或扭矩上，这是由来自至少一个关节的所有部件的质量的惯性引起的，该惯性对科里奥利加速度或离心加速度负责。
[0009]确定当前作用在至少一个关节上的扭矩。这或是通过感觉确定来进行，也就是说，扭矩传感器尤其是检测当前作用的扭矩，尤其是通过检测弹性模量已知的弹性材料上的应变。作为对此的替代(或组合)，对当前作用在至少一个关节上的扭矩的确定通过估计来进行。该估计优选地通过将对作用在至少一个关节上的重力影响的量度乘以第一预给定因子来进行：
[0010]τ
J
＝g(q)
·
f1[0011]式中，描述如下：
[0012]τ
J
：对当前作用在至少一个关节上的扭矩的估计；
[0013]q：当前关节角度矢量，其至少具有关节中的至少一个与机器人机械手的远端部之
间的关节角度；
[0014]g(q)：依赖于当前关节角度矢量的重力影响；
[0015]f1：第一预给定因子，优选地选择为f1＝140％。
[0016]该估计替代地优选地借助机器人机械手的具有重力影响的动态模型来进行。这在另外的后续实施方式中更详细地予以说明。
[0017]控制单元优选地布置在机器人自身上，替代地优选地仅在数据技术方面与该机器人连接。由制动装置待产生的扭矩一般被看作是相对调节变量，从而剩余扭矩一方面作为绝对值可以是机械制动器的制动扭矩，或者另一方面可以将剩余扭矩的值添加到用于至少一个关节的电动机的由控制单元产生的调节变量，从而剩余扭矩仅占至少一个关节的电动机的绝对调节变量的一部分。在后一种情况下，制动装置对应于至少一个关节的电动机，即制动装置与至少一个关节的驱动器一致，因为驱动器可以不仅用于产生正加速扭矩，而且用于产生负减速扭矩。此外，优选地，剩余扭矩可以通过饱和来实现，以便限制用于至少一个关节的电动机的调节变量。最大允许扭矩与至少一个关节上的当前扭矩之间的差值尤其表示剩余扭矩的上限。优选地，控制单元实施成在该差值的高度上确定剩余扭矩。有利地，由此在不超过至少一个关节上的预给定最大允许扭矩的情况下使用最高可能的剩余扭矩。
[0018]本专利技术的有利效果是，在操作机器人机械手时的安全性尤其是这样提高的，即，将在机器人机械手的至少一个连杆上产生的制动扭矩与预给定极限如此进行比较，使得所产生的制动扭矩不超过预给定极限。
[0019]根据一有利实施方式，控制单元实施成从关节中的至少一个与机器人机械手的远端部之间的布置在相应关节上的相应致动器的相应致动器位置确定关节角度矢量。
[0020]根据该实施方式，当前存在的扭矩的估计通过将对作用在关节中的至少一个上的重力影响的量度乘以第一预给定因子，借助下式来获得：
[0021]τ
J
＝g(θ)
·
f1[0022]或者在具有传动比n的变速器的情况下，借助下式来确定：
[0023]τ
J
＝g(n
·
θ)
·
f1[0024]式中，给定如下：
[0025]θ：致动器位置的矢量，尤其是在上述情况下确定关节角度q的那些关节上的电动机的致动器位置的矢量；以及
[0026]g(θ)：依赖于致动器位置的当前矢量的重力影响。
[0027]根据另一有利实施方式，控制单元实施成基于机器人机械手的质量分布来确定重力影响。优选地，机器人机械手的质量分布还包括机器人机械手上的负载的重心相对于机器人机械手的相对位置。
[0028]根据另一有利实施方式，机器人机械手的动态模型具有：乘以关节角度矢量的二阶时间导数且依赖于关节角度矢量的质量矩阵；依赖于关节角度矢量且依赖于关节角度矢量的一阶时间导数的科里奥利矩阵；以及依赖于关节角度矢量的重力影响项。优选地，在此方面，该估计由下式确定：
[0029][0030]式中，描述如下：
[0031]τ
J
：对当前作用在至少一个关节上的扭矩的估计；
[0032]q：当前关节角度矢量，其至少具有关节中的至少一个与机器人机械手的远端部之间的关节角度；
[0033]M(q)：机器人机械手的部件的依赖于当前关节角度矢量的当前质量矩阵；
[0034]机器人机械手的部件的依赖于当前关节角度矢量及其一阶时间导数的当前科里奥利矩阵；
[0035]g(q)：依赖于当前关节角度矢量的重力影响。
[0036]根据另一有利实施方式，机器人机械手的动态模型具有：对乘以关节角度矢量的二阶时间导数且依赖于关节角度矢量的质量矩阵的恒定量度；依赖于关节角度矢量且依赖于关节角度矢量的一阶时间导数的科里奥利矩阵；以及依赖于关节角度矢量的重力影响项。优选地，该估计在上述实施方式的适配中通过下式来确定：
[0037][0038]式中，描述如下：
[0039]B：项的预给定上限，如上所述。该等式的其他变量如前述实施方式中所述来使用。
[0040]根据另一有利实施方式，机器人机械手的动态模型具有：依赖于关节角度矢量且依赖于关节角度矢量的一阶时间导数的科里奥利矩阵；和依赖于关节角度矢量的重力影响项，其中，科里奥利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种机器人机械手(1)，其具有：通过关节彼此连接的大量连杆；和控制单元(3)，其中，所述关节中的至少一个(5)具有制动装置(7)，并且所述控制单元(3)实施成控制所述制动装置(7)以产生这样的剩余扭矩，使得所述关节中的至少一个(5)上的预给定最大允许扭矩不被超过，并且所述剩余扭矩是基于对当前发生在所述关节中的至少一个(5)上的扭矩的感觉确定和/或估计来确定的，其中，所述估计基于：
‑
对作用在所述关节中的至少一个(5)上的重力影响的乘以第一预给定因子的量度，或者
‑
所述机器人机械手(1)的具有所述重力影响的动态模型，其中，所述控制单元(3)实施成基于所述机器人机械手(1)的已知质量分布且基于关节角度矢量来确定所述重力影响，所述关节角度矢量具有所述关节中的至少一个(5)与所述机器人机械手(1)的远端部之间的关节角度。2.根据权利要求1所述的机器人机械手(1)，其中，所述控制单元(3)实施成从所述关节中的至少一个(5)与所述机器人机械手(1)的远端部(9)之间的布置在相应关节(5)上的相应致动器的相应致动器位置确定所述关节角度矢量。3.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人机械手(1)，其中，所述机器人机械手(1)的所述动态模型具有：乘以所述关节角度矢量的二阶时间导数且依赖于所述关节角度矢量的质量矩阵；依赖于所述关节角度矢量且依赖于所述关节角度矢量的一阶时间导数的科里奥利矩阵；以及依赖于所述关节角度矢量的重力影响项。4.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人机械手(1)，其中，所述机器人机械手(1)的所述动态模型具有：对乘以所述关节角度矢量的二阶时间导数且依赖于所述关节角度矢量的质量矩阵的恒定量度；依赖于所述关节角度矢量且依赖于所述关节角度矢量的一阶时间导数的科里奥利矩阵；以及依赖于所述关节角度矢量的重力影响项。5.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人机械手(1)，其中，所述机器人机械手(1)的所述动态模型具有：依赖于所述关节角度矢量且依赖于所述关节角度矢量的一阶时间导数的科里奥利矩阵；和依赖于所...

【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：