[發明專利]用于關節臂機器人的、基于事件的冗余角度配置

有效

• 申請號: 201510738679.9
• 申請日: 2015-11-04
• 公開（公告）號: CN105583822A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: B·弗齊斯伯格
• 申請（專利權）人: 庫卡羅伯特有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G05B19/423
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷

技術領域

本發明一般地涉及一種用于控制操縱器、特別是手動引導的多軸關節臂 機器人的方法，該關節臂機器人具有至少一個冗余的自由度。

背景技術

操縱器，例如特別是工業機器人，用于例如工業環境中的安裝或生產的 各種工作過程中。工業機器人是被自動控制的、可自由編程的操縱器，其可 以關于三個或更多個軸進行編程。因此，工業機器人能夠可運動地使用或在 固定的地點使用。

關節臂機器人或曲臂機器人是可三維運動的工業機器人，其由多個轉動 關節構成。轉動關節通常與臂節肢相連接，并且各個轉動關節由于關節軸而 有著出色的表現。關節臂機器人往往配置有六個關節，以便盡可能地通過一 個關節軸構成可能六個笛卡爾自由度中的每個自由度。當機器人具有六個或 更少的自由度時，各個臂節肢的位置和方向一般通過工具中心點(英語：tool centerpoint，TCP)的位置來明確地限定。

但是，當操縱器具有多于六個的自由度或多于六個的關節軸時，第七個和每個更多的軸均意味著超定義性因此，針對靜止不動的TCP可能存在各種關于關節和臂肢的配置。也就是說，操縱器具有額外的自由度，這些自由度被看作是冗余的。冗余操縱器通常比笛卡爾自由度具有更多的關節軸。因此，具有冗余的第七軸的操縱器的優勢在于具有更大的靈活性因為對于固定的TCP(即，空間中的TCP的位置和方向保持不變)來說，操縱器可以處于更多的姿態中。這種更大的靈活性或者靈活的技巧可以例如用于避免碰撞。

然而，冗余操縱器在此還可能會處于意外的姿態中。因此可以很容易地 設想：在具有7個關節的關節臂機器人中，冗余的關節(通常是中間的或肘 關節)可以執行冗余的運動。因此，例如由于關節臂機器人的肘關節中的冗 余，該關節可能會意外地下落或行進，并妨礙執行后續的運動。這特別是可 能發生在關節臂機器人在力補償模式下被手動引導的情況下，在該模式下例 如重力對操縱器的節肢的作用得到補償。在此，例如肘關節可能會漂移進入 不利的區域中并與周圍的環境或操作人員發生碰撞。此外，關節臂機器人可 能會在手動引導時處于不當的姿態中，從而只有通過再次對肘角度進行手工 定向才能使機器人繼續運動。因此，在這種情況下不利的是，操作人員必須 使用兩只手來控制機器人。

在專利文獻WO2014/043702A1中描述了一種用于限制具有冗余自由度 的機器人的運動的系統和方法。當機器人在力補償模式下被手動引導時，為 了防止機器人的姿態發生不受控制的變化，建議通過將受限的力或轉矩內部 地施加在關節上來限制機器人的冗余自由度，以便強制機器人實現有利的配 置。由此能夠基本限制機器人的運動性。

另外根據現有技術已知：可以通過例如固定或卡住肘關節使冗余機器人 退化為6軸運動機構。此外公知地可以根據用于冗余機器人的固定TCP(相 應于零空間運動)，對肘關節進行再定向。但是，特別是當機器人在力補償 模式下被手動引導期間，不存在能夠優化地控制肘關節行為的方法。

專利文獻DE102011106321A1提出了一種用于控制人機協作機器人的 方法。其中提出：為了消除特定于機器人或目標的冗余，將機器人的與位姿 相關的慣性參量降至最小程度。

專利文獻DE3606685C2提出一種手動引導工業機器人的裝置，用于對 機器人手的運動進程進行編程。在此，該裝置包括并行的測距儀，該測距儀 被設置為，平行于笛卡爾坐標系的一軸線以及垂直于該坐標系的一主平面。

在專利文獻DE102011003506A1中描述了一種工業機器人，其具有機 器人臂和控制裝置。該控制裝置在此被設計為，針對機器人臂至少在局部運 行模式下的運動，利用調節裝置力調節地控制機器人臂的電驅動器。

專利文獻DE696222582T2涉及一種用于與機器人的工作點相關的教導 數據的教導裝置。在此公開了一種裝置，該裝置包括力探測器和教導工具。 后者由工作工具或手柄構成，其固定在力探測器上并由操作人員使用，以引 導機器人。

發明內容

鑒于上述現有技術，本發明的目的在于提出一種方法和一種系統，其能 夠在手動引導模式下對操縱器的肘關節的行為進行優化。在此，特別是應當 防止肘關節例如自由地運動或行進，或者經過特定的位置或以特定的角度運 動或行進。本發明的另一目的在于防止冗余操縱器的姿態漂移到意外的位置 上。本發明的目的通過一種方法和一種操縱器系統來實現。