使用具有协调的串联和并联机器人的机器人系统的柔顺有效负载呈现技术方案

本发明专利技术涉及使用具有协调的串联和并联机器人的机器人系统的柔顺有效负载呈现。一种用于在工作空间内呈现有效负载的机器人系统包括一对串联机器人，其被构造成连接到有效负载；并联机器人，其联接到串联机器人中的一个的远端，使得该并联机器人设置在远端和有效负载之间；传感器，其位于在远端和有效负载之间延伸的运动链内；以及机器人控制系统（RCS）。传感器输出指示有效负载的所测量的性质的传感器信号。RCS包括被构造成控制串联机器人的协调运动控制器，以及被构造成控制并联机器人的校正运动控制器。并联机器人控制响应于传感器信号、与串联机器人的控制同时地发生，以便由此实时修改有效负载的性质。此实时修改有效负载的性质。此实时修改有效负载的性质。

【技术实现步骤摘要】
使用具有协调的串联和并联机器人的机器人系统的柔顺有效负载呈现


[0001]引言本公开涉及用于在指定的工作空间内柔顺地呈现相对刚性/非柔顺有效负载的机器人系统以及相关联的控制架构和方法。

技术介绍

[0002]在许多行业的制造和组装期间通常使用多臂机器人系统，以便操纵重的或以其他方式笨重的有效负载。当两个或更多个机器人在呈现（present）有效负载时同时操作时（例如，通过在工作空间内牢固地抓持、提升/升高、降低和定向有效负载），机器人被认为在工作任务的执行中进行合作或协作。因此，用于在这种工作环境中管控机器人的操作的相关联的控制策略在本领域中被称为协作有效负载控制。

技术实现思路

[0003]本文中描述的是用于使用多种机器人类型在三维工作空间内呈现有效负载的机器人系统和相关的协作控制方法，其中机器人类型包括至少两个串联机器人和至少一个并联机器人。本文中所设想的有效负载可被体现为相对大的、刚性的和笨重的物体，例如部分组装或完全组装的车辆底盘。相对于具有能够弯曲、挠曲或以其他方式吸收在基于机器人的有效负载呈现期间所赋予的力的结构的柔顺的或弹性有效负载，所设想的类型的刚性有效负载更易受与应变相关的损坏的影响。由于在定位/呈现控制操控期间以及在所呈现的有效负载上的工作任务的后续执行期间遇到的轻微或严重的位置错误，有时可能导致过度应变。
[0004]如本领域中所了解的，串联机器人（诸如，六自由度（“6
‑
DoF”）关节形工业机器人）使用开式运动链，其中机器人的六个单独的关节和各种臂段或连杆彼此串联连接。因此，术语“开式链”通常被用于指代特定的运动链，其中远端连杆连接到单个转动关节。相比之下，并联机器人通常采用闭式链运动构型，其中并联机器人的组成关节和连杆并联连接。因此，并联机器人的给定连杆的远端可连接到多个转动关节。尽管并联机器人往往比串联机器人更小且反应更敏捷，但是并联机器人的闭式链运动通常导致相对于开式运动链的减小的运动范围以及增加的操作刚度。
[0005]因此，本文中所描述的技术方案旨在使得刚性有效负载能够在工作空间内被和缓地移动并准确地定位，即，以最佳地柔顺的方式以便保护有效负载。使用可扩展的控制架构来实现期望的移动，其中三个或更多机器人（即，上述的至少两个串联机器人和至少一个并联机器人）的集体运动由分布式控制系统的操作控制。作为该策略的一部分，机器人特定的运动和力作用由相关联的控制单元（“控制器”）密切监控和实时调节，以在限定的工作空间内将和缓的运动赋予有效负载。
[0006]关于控制系统，第一电子控制单元（为了清楚起见，其在下文中被称为机器人控制
系统（RCS）的架构内的“协调运动控制器”）协调串联机器人的组成关节的大运动和精细运动。串联机器人是相对大且重的装置，且因此相比于本文中所使用的（多个）并联机器人往往拥有更大的惯性和相应地更慢的响应时间。RCS还包括第二电子控制单元（即，RCS框架的“校正运动控制器”），其中在由协调运动控制器对串联机器人的正在进行的控制的同时，该附加控制器对更小/更低惯性的并联机器人的关节进行操作。这些机器人特定的控制器一起确保对不同机器人的实时的柔顺协调控制，同时保护有效负载的结构完整性免受由瞬态或持续的位置误差引起的过度应变。
[0007]在非限制性示例性构型中，机器人系统包括一对串联机器人、并联机器人、力传感器和RCS，后者具有组成的协调运动控制器和校正运动控制器。串联机器人被构造成在工作空间内与有效负载协作地接合并呈现该有效负载。并联机器人连接到串联机器人中的一个的远端（例如，经由夹具或其他合适的末端执行器），使得并联机器人设置在远端和有效负载之间。力传感器位于在远端和有效负载之间延伸的运动链内，该力传感器被构造成输出指示有效负载上的应变的力信号。
[0008]在该实施例中，协调运动控制器被构造成控制串联机器人在工作空间内的多轴运动。这经由第一组致动器控制信号发生。校正运动控制器被构造成响应于来自力传感器的力信号，并且与该对串联机器人的多轴运动的控制同时地，经由第二组致动器控制信号来控制并联机器人的多轴运动，以由此实时减小有效负载上的应变。
[0009]在非限制性示例性构型中，并联机器人可任选地被实现为Stewart平台。在其他实施例中，可使用Delta机器人或其他合适的并联机器人机构。
[0010]在本公开的范围内，附加的串联机器人可与串联机器人和并联机器人通信，其中该附加的串联机器人对工作空间内的有效负载执行工作操作。在有效负载是车辆底盘的情况下，例如，附加的串联机器人可任选地被实现为可操作以便对车辆底盘执行焊接操作的焊接机器人。
[0011]在本公开的另一个方面中，RCS可被构造成基于串联机器人和并联机器人的实际位置来确定有效负载的重量，以及此后在阻抗控制模型或框架内使用导出的重量来确定第二组致动器控制信号。该动作允许恰当地补偿在地平面以上的有效负载的高度。
[0012]并联机器人可任选地包括两个或更多个并联机器人，其中并联机器人中的每一个连接到该对串联机器人中的相应的一个的对应远端。
[0013]本文中公开了实施例，其中校正运动控制器被构造成响应于来自紧急停止（“e
‑
stop”）装置的紧急停止信号来将并联机器人的多轴运动控制为保护有效负载的默认停止位置。
[0014]响应于控制模式转变信号，校正运动控制器可任选地被构造成在位置控制模式以及力控制模式之间转变，在位置控制模式中，并联机器人相对于有效负载采取命令的位置，在力控制模式中，并联机器人将命令的力施加到有效负载。
[0015]本文中还描述了一种机器人控制系统，该机器人控制系统用于当在工作空间内呈现有效负载时，与具有两个串联机器人和一并联机器人的机器人系统一起使用。在该控制背景下，并联机器人设置在有效负载和串联机器人中的一个的远端之间。根据示例性实施例的该系统包括协调运动控制器和校正运动控制器。协调运动控制器被构造成生成第一组致动器控制信号，以当在工作空间内呈现有效负载时控制串联机器人的多轴运动。相比之
下，校正运动控制器与协调运动控制器通信，并且被构造成响应于指示有效负载上的应变的力信号，输出第二组致动器控制信号，该第二组致动器控制信号被构造成控制与串联机器人的多轴运动同时进行的并联机器人的多轴运动。
[0016]本文中还公开了一种用于在工作空间内呈现有效负载的相关方法。该方法的代表性实施例包括将并联机器人连接到第一串联机器人的远端；以及将并联机器人连接到有效负载，使得并联机器人设置在远端和有效负载之间。
[0017]该方法还包括将第二串联机器人连接到有效负载。一旦机器人已以这种方式连接，该方法就包括经由机器人控制系统来协作地控制第一串联机器人、第二串联机器人和并联机器人的运动。这需要经由力传感器来输出指示有效负载上的实际应变的力信号，其中该力传感器位于在远端和有效负载之间延伸的运动链内。
[0018]该方法此后包括使用机器人控制系统的协调运动控制器，经由第一组致本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于在工作空间内呈现有效负载的机器人系统，所述机器人系统包括：一对串联机器人，其被构造成连接到所述有效负载并在所述工作空间内协作地呈现所述有效负载；并联机器人，其连接到所述一对串联机器人中的一个的远端，使得所述并联机器人设置在所述远端和所述有效负载之间；力传感器，其位于在所述远端和所述有效负载之间延伸的运动链内，所述力传感器被构造成输出指示所述有效负载上的应变的力信号；以及机器人控制系统（RCS），其包括：协调运动控制器，其与所述一对串联机器人通信，并且被构造成将第一组致动器控制信号输出到所述一对串联机器人，在所述一对串联机器人同时抓住所述有效负载并在所述工作空间内呈现所述有效负载时，所述第一组致动器控制信号协调所述一对串联机器人的多轴运动；以及校正运动控制器，其与所述并联机器人和所述力传感器通信，并且被构造成响应于所述力信号，与所述第一组致动器控制信号同时地，将第二组致动器控制信号输出到所述并联机器人，以由此将校正运动赋予所述有效负载并由此减小其上的应变。2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述校正运动控制器被构造成将所述第二组致动器控制信号传输到所述并联机器人的一个或多个机动化关节致动器。3.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述力传感器与所述并联机器人一体化。4.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述并联机器人包括Stewart平台。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：