[發明專利]使機械手通過預定軌道的方法和實施該方法的控制裝置

有效

• 申請號: 200980143891.3
• 申請日: 2009-11-03
• 公開（公告）號: CN102203685A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 金特·施賴伯
• 申請（專利權）人: 庫卡實驗室有限公司
• 主分類號: G05B19/423
• 分類號: G05B19/423;B25J9/16
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星

技術領域

本發明涉及一種用于由機械手的、特別是機器人的末端執行器通過預定軌道的方法，一種用于實施該方法的控制裝置，以及一種具有該控制裝置的機械手、特別是機器人。

背景技術

機械手的典型任務包括與其末端執行器通過一個預定的軌道。其中該軌道可以通過直接編程(“直接示教”)或間接編程(“離線編程”)的方式被預設，直接編程(“直接示教”)是指例如在學習模式中手動引導末端執行器到期望的位置，間接編程(“離線編程”)是指例如根據期望的末端執行器位置的逆運動學規定關節角的預定偏移的設置。

該位置包括末端執行器的位置和/或方向，其可以例如由矢量x來描繪，其中維的Rn。然后末端執行器的軌道可關于軌道參數s被參數化(x＝x(s))，機械手在正常工作下根據時間剖面(Zeitprofils)ds/dt(t)分離該參數，以使末端執行器以相應的軌道速度dx/dt通過軌道。

因為機械手，特別是像德國航天航空中心(DLR)的LBR?I-IV系列的機器人那樣的工業和輕型機器人，在正常工作下行動很快，這使得軌道的直接分析研究或及時手動停止有誤差的軌道變得困難，這在企業內部已經是公知的，在通過軌道期間軌道速度由操作者手動改變，例如，減少速度，以便于研究某確定的軌道段或測試與其他機械手的相互作用。另一方面，通過軌道速度的目標明確的增加能夠在正常工作以外有利地逐漸檢測機械手的動力邊界。

至今，在工作(超控)期間在對機械手的控制中通過控制器的控制板上的操作元件手動輸入該軌道速度的改變。然而這是繁瑣的，特別是當操作者檢測近處的機器人的接縫工藝時將為此相應的減少軌道速度。因為在這種情況下他必須用一只手操作操作元件。

另外地或可選地，對于軌道速度，也可期望同樣使機械手和/或由它執行的進程的其他工藝參數能夠改變。這樣例如在焊接工藝或接縫工藝的直接編程中機械手的壓力是可調的，或工作點附近的焊接電流應是可調整的。

發明內容

本發明的任務是實現至少一個工藝參數的輕松的改變。

這個任務通過根據權利要求1的方法來解決。權利要求13提出了用于實施根據本發明的方法的裝置，權利要求15保護一種具有該控制裝置的機械手。

機械手具有關于其末端執行器的預定軌道的解空間，該解空間包括所有的機械手位置，分配給機械手位置相同的末端執行器位置。如果機械手沒有末端執行器，則解空間退化為空集。如果例如一個末端執行器在空間內的三維位置和方向可以通過六軸機械手一對一的實現，則解空間相應的僅包括一個位置，該三維位置和方向能夠由三個坐標，例如由笛卡爾或極坐標或者歐拉角或萬向角來描述。

如果機械手的自由度的數量f比末端執行器的預定位置的維數n至少大1(f＞n)，則該機械手對于該預定軌道，是冗余的，可能是多倍的，即它的解空間包括至少兩個分配給相同的末端執行器位置的機械手位置。一個這樣的關于多個位置擴大的解空間將在以下被稱作“零空間”。這能夠導致，機械手具有7個或更多個自由度，像上述提及的德國航天航空中心的輕型機器人LBR?III或IV。另一方面，如果不取決于例如關于空間軸的末端執行器的方向，例如在6臂工業機器人的最后的旋轉軸的方向上鉆孔，末端執行器的預定位置的維數n也能夠小于7。在這種情況下機械手關于軌道是冗余的并包括無數個分配給相同末端執行器位置的機械手位置。

本發明的基礎思想就是，充分利用機械手這種冗余，以改變或預先給定機械手的一個或多個工藝參數。

這關系到工藝參數，該工藝參數(共同)決定一個由機械手執行的工藝。例如由在焊接工藝期間機械手引導的焊鉗的焊接電流和焊鉗的軌道速度表示(共同)決定焊接工藝的工藝參數。在接縫工藝中例如由壓力來表示(共同)決定接縫工藝的工藝參數，機械手通過該壓力接合工件。在鍍膜工藝(Lackierprozess)中機械手的末端執行器的軌道速度與顏色噴出量表示(共同)決定的鍍膜工藝的工藝參數。以下，本發明將根據軌道速度作為例子來進一步說明改變的工藝參數。然而本發明并不由此限定，而是任意的工藝參數都可以被改變。本發明中“工藝參數”的概念意指包括以下的每一個，特別是物理的參數，該參數對于用戶在與機械手的相互聯系中是可調整的或可改變的，例如光源的亮度，該光源由機械手支撐和/或照亮機械手的工作區域，機械手工作單元的溫度，及光學的和/或聲學方面的或諸如此類的。