[發明專利]具有冗余的軸的加工機及實時地解決冗余

有效

• 申請號: 201410453492.X
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104423318B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 卡斯滕·哈姆;斯文·陶施曼
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,李慧

技術領域

本發明涉及一種用于加工機的控制方法，

-其中數字控制裝置接收用戶程序，該用戶程序以多個自由度確定終端操縱器要接近的軌跡點的序列，

-其中該數字控制裝置對于軌跡點分別測定控制信號組，

-其中相應的控制信號組對于多個位置調節的軸分別包括控制信號組的理論位置值，

-其中數字控制裝置將所測定的位置額定值輸出給軸并由此使終端操縱器運動，

-其中所述數字控制裝置這樣測定控制信號組，即終端操縱器至少大致地接近要接近的軌跡點，

-其中自由度的數量小于位置調節的軸的數量，

-其中數字控制裝置通過將相應的目標函數最小化而測定控制信號組的位置理論值，

-其中在接近軌跡點之一時被最小化的目標函數中，至少包括對于在該時間點僅僅將來要接近的軌跡點位置額定值。

此外本發明涉及一種具有機器碼的系統程序模塊，該系統程序模塊可以由用于加工機的數字控制裝置進行執行，其中對機器碼的執行-簡而言之-使得，數字控制裝置實施一種此類控制方法。

此外本發明還涉及一種數字控制裝置，其中該數字控制裝置可以以這樣一種系統程序模塊編程。

本發明另外還涉及一種具有借助于多個位置調節的軸而運動的終端操縱器和數據控制裝置的加工機。

背景技術

由文獻AT 401 746 B已知了一種這樣的控制方法、一種這樣的系統程序、所屬的數字控制裝置和所屬的加工機。在現有技術條件中，機器人的操縱器要離開的軌跡被劃分為多個時間上等距的軌跡點。對于每個軌跡點或與此相應地對于每個時間點測定相應的機器人配置(即所有位置調節的軸的相關位置額定值)并輸入表格中。在表格填充完整后，即只有測定了所有軌跡點的機器人配置后，才能驅控位置調節的軸。

由US 4 999 553 A已知了一種類似的控制方法。在這種控制方法中限定了多個附加的運動學條件，從而解決另外給定的冗余。由于這些附加的運動學條件可以對于每個軌跡點這樣測定機器人配置，即，機器人是否是非冗余的。該控制方法具有實時性。

由Günter Schreiber等人發表在論文集the 1999IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and System中的專業論文“Solving the Singularity Problem of nonredundant Manipulators by Constraint Optimization”的第1482至1488頁已知的，總共六維的空間矢量(三個平移矢量分量和三個旋轉矢量分量)被分解為兩個部分矢量。可以根據需要來進行分解。其中一個部分矢量必須被精確執行，而另一部分矢量僅需要近似地滿足即可。為了確定另一部分矢量可以在最小化問題范圍中考慮線性邊界條件。此外應根據另一部分矢量使實際的軌跡與原本所期待的軌跡的偏移最小化。

由EP 1 591 209 A2已知了一種用于控制機器、尤其是機器人的方法。在該方法中，機器或機器人本身不具有冗余的自由度。然而基于所要執行的加工過程，對于相應的加工步驟得出特定的自由度。建立質量函數，其包含了運動學的強迫位置之間的距離。軸位置是在考慮了對于加工步驟特定的自由度的情況下這樣確定的，即軸位置與機器的強迫位置之間的距離盡可能地大。

由EP 0 465 661 A1已知了一種具有冗余軸的活節機器人。一共可以有多至十二個軸。機器人的軸被劃分為兩組，其中每組最多包括六個軸。其中一組軸被視為基軸，其值是唯一確定的。通過內插法可以得出另一組軸的值。

冗余機器人(或類似的具有冗余的加工機)已為人所知。“冗余”的意思是，機械結構具有的自由度比實際運動任務所需的多。在最簡化的情況下在存在此類冗余的情況下，在用戶設計用戶程序時對所有位置調節的軸進行具體的程序化，因此在實際上冗余并未被用到。然而-例如參見開頭所提到的US 4 999 553 A-同樣已知的是，僅應對實際的控制任務(即終端操縱器要接近的軌跡點)進行程序化，并且應給出另外的邊界條件，在測定位置額定值時預定這些邊界條件。在這種情況下，數字控制裝置自動地根據預定的標準測定位置調節的軸的位置額定值。

特別是AT 401 746 B所述的方法已經可以真正可靠地工作。但是它有一個缺點，即必須要事先對于所有要接近的軌跡點分別測定所屬的控制信號組。這對于長序列的軌跡點來說是非常費時的。

發明內容