[發(fā)明專利]用于控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880096545.3
• 申請(qǐng)日: 2018-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN112566756A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·格羅特;A·瓦爾布格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: ABB瑞士股份有限公司
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 萬宇;陳浩然

一種包括多個(gè)由可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)(61,62,…,66)所連接的鏈節(jié)(51,52)的機(jī)器人。一種用于控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的方法，其包括如下步驟：a)在笛卡爾空間中定義機(jī)器人的參考點(diǎn)(7)的目標(biāo)速度矢量；b)確定關(guān)節(jié)(61,62,…,66)的最小化加權(quán)總和的旋轉(zhuǎn)速度(公式(I))，該加權(quán)總和對(duì)于被加項(xiàng)而言具有i)在目標(biāo)速度矢量(公式(III))與從關(guān)節(jié)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度中計(jì)算出的實(shí)際速度矢量(公式(IV))之間的差異(公式(II))；以及ii)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的變化率(公式(V))；以及c)將在步驟(b)中所確定的旋轉(zhuǎn)速度(公式(I))設(shè)置為關(guān)節(jié)的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于控制多關(guān)節(jié)機(jī)器人(articulated robot)、例如包括至少一個(gè)臂的機(jī)器人(在其中多個(gè)鏈節(jié)通過可旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)彼此相連接，并且每個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)通過馬達(dá)驅(qū)動(dòng))的運(yùn)動(dòng)的方法。

背景技術(shù)

臂具有安裝在支撐上的近端，其在本說明書的語境中將認(rèn)定為是固定的，并且具有遠(yuǎn)端，末端執(zhí)行器、例如夾具、焊接工具、鉆子、機(jī)加工工具、磨削工具等可安裝至該遠(yuǎn)端。

為了完整地定義末端執(zhí)行器的目標(biāo)姿態(tài)(pose)、即位置和定向，需要六個(gè)坐標(biāo)。用于規(guī)定姿態(tài)的簡(jiǎn)單的方式是通過六分量矢量x，其中的三個(gè)分量定義在三維空間中參考點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)，例如工具中心點(diǎn)TCP，并且其中的三個(gè)定義機(jī)器人的延伸穿過參考點(diǎn)的軸線的角度。規(guī)定姿態(tài)的備選的方式是借助于機(jī)器人的關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度來結(jié)合到矢量q中。矢量q的分量的數(shù)量對(duì)應(yīng)于軸線(機(jī)器人的鏈節(jié)可通過其旋轉(zhuǎn))的數(shù)量；其可高于6，在其中可利用鏈節(jié)的多種姿態(tài)實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的大多數(shù)的姿態(tài)。

在大多數(shù)的實(shí)際的應(yīng)用中，無論機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是力控制的還是位置控制的，作為在參考點(diǎn)的當(dāng)前位置與目標(biāo)位置之間的距離的函數(shù)，或者在待施加至參考點(diǎn)的目標(biāo)力的函數(shù)中，實(shí)際上所規(guī)定的是在笛卡爾空間中參考點(diǎn)的目標(biāo)速度。該速度矢量通過如下與關(guān)節(jié)的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的矢量相關(guān)聯(lián)

，

即在是預(yù)確定的情況下，那么目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的對(duì)應(yīng)的矢量是

。

高帶寬(high-bandwidth)力控制可能導(dǎo)致較高的笛卡爾加速度(即的快速變化，其反過來導(dǎo)致較高的關(guān)節(jié)水平加速度。這些加速度可引發(fā)機(jī)械共振和導(dǎo)致尤其在接觸狀態(tài)中不穩(wěn)定的特性，在其中機(jī)器人由于抵靠堅(jiān)硬的障礙而突然地減速。即在機(jī)器人的實(shí)際的速度因?yàn)槠溆捎谡系K受阻而減小時(shí)，那么施加至其關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩可能急劇地增大以維持目標(biāo)速度而不顧增大的抵抗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的方法，在其中即使在與障礙意外接觸的情況中也降低不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。

該目的通過用于控制包括多個(gè)由可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)所連接的鏈節(jié)的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的方法來實(shí)現(xiàn)，其包括如下步驟：

a) 在笛卡爾空間中定義機(jī)器人的參考點(diǎn)的目標(biāo)速度矢量；

b) 確定關(guān)節(jié)的最小化加權(quán)總和的旋轉(zhuǎn)速度，加權(quán)總和包括被加項(xiàng)(summand)

i) 在目標(biāo)速度矢量與從關(guān)節(jié)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度中計(jì)算出的實(shí)際速度矢量之間的差異；以及

ii) 目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的變化率；以及

c) 將在步驟(b)中所確定的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置為關(guān)節(jié)的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度。

通過在計(jì)算加權(quán)總和時(shí)考慮到目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的變化，在機(jī)器人的前進(jìn)由于障礙受阻時(shí)出現(xiàn)的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的變化率可被限制成暫時(shí)地允許在速度矢量之間和因此在機(jī)器人實(shí)際上已達(dá)到的位置與如果不碰到障礙其將會(huì)達(dá)到的位置之間的更高的差異。

根據(jù)該方法的一優(yōu)選實(shí)施例，差異按照平移和/或旋轉(zhuǎn)的方向來加權(quán)。即可存在一個(gè)或兩個(gè)在三維空間中的方向，在這些方向上差異加權(quán)較大，而在剩余的方向上差異被容許得比較寬松。