[發(fā)明專利]獲得機(jī)器人臂的機(jī)器人關(guān)節(jié)齒輪的齒輪剛度

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980058114.2
• 申請(qǐng)日: 2019-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN112654467A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 埃米爾·馬德森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 優(yōu)傲機(jī)器人公司
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 趙曉祎;戚傳江

本發(fā)明提供了一種獲得機(jī)器人臂的機(jī)器人關(guān)節(jié)的機(jī)器人關(guān)節(jié)齒輪的齒輪剛度的方法，其中機(jī)器人關(guān)節(jié)能夠連接到至少另一個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)。機(jī)器人關(guān)節(jié)包括關(guān)節(jié)馬達(dá)，該關(guān)節(jié)馬達(dá)具有被構(gòu)造成經(jīng)由機(jī)器人關(guān)節(jié)齒輪使輸出軸旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)軸。該方法包括以下步驟：?使用關(guān)節(jié)馬達(dá)向馬達(dá)軸施加馬達(dá)扭矩；?獲得馬達(dá)軸的角位置；?獲得輸出軸的角位置；?至少基于馬達(dá)軸的角位置、輸出軸的角位置和機(jī)器人臂的動(dòng)態(tài)模型來確定齒輪剛度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于機(jī)器人臂的機(jī)器人關(guān)節(jié)齒輪，該機(jī)器人臂包括連接機(jī)器人基座和機(jī)器人工具凸緣的多個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)

包括多個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)和連桿(其中馬達(dá)可使關(guān)節(jié)相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn))的機(jī)器人臂在機(jī)器人領(lǐng)域中是已知的。通常，機(jī)器人臂包括用作機(jī)器人臂的安裝基座的機(jī)器人基座和能夠與各種工具附接的機(jī)器人工具凸緣。機(jī)器人控制器被配置為控制機(jī)器人關(guān)節(jié)，以相對(duì)于基座移動(dòng)機(jī)器人工具凸緣。例如，為了指示機(jī)器人臂執(zhí)行多個(gè)工作指令。

通常，機(jī)器人控制器被構(gòu)造成基于機(jī)器人臂的動(dòng)態(tài)模型控制機(jī)器人關(guān)節(jié)，其中該動(dòng)態(tài)模型限定作用于機(jī)器人臂上的力與所得的機(jī)器人臂的加速度之間的關(guān)系。通常，動(dòng)態(tài)模型包括機(jī)器人臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、關(guān)于機(jī)器人臂的慣性的知識(shí)以及影響機(jī)器人臂移動(dòng)的其他參數(shù)。運(yùn)動(dòng)學(xué)模型限定了機(jī)器人臂的不同零件之間的幾何關(guān)系，并且可包括機(jī)器人臂的信息(諸如關(guān)節(jié)和連桿的長(zhǎng)度、尺寸)，并且可(例如)由Denavit-Hartenberg參數(shù)等來描述。動(dòng)態(tài)模型使得控制器可以確定為了(例如)以指定的速度、加速度移動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)或者為了將機(jī)器人臂保持在靜態(tài)姿勢(shì)，關(guān)節(jié)馬達(dá)將提供哪些扭矩。

在許多機(jī)器人臂上，可以將各種端部執(zhí)行器附接到機(jī)器人工具凸緣，諸如夾持器、真空夾持器、磁性?shī)A持器、螺紋車床、焊接裝備、分配系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)等。

在一些機(jī)器人中，機(jī)器人關(guān)節(jié)包括關(guān)節(jié)馬達(dá)，該關(guān)節(jié)馬達(dá)具有被構(gòu)造成經(jīng)由機(jī)器人關(guān)節(jié)齒輪使輸出軸旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)軸。通常，輸出軸連接到機(jī)器人臂的零件并且被構(gòu)造成使機(jī)器人臂的零件相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)。機(jī)器人關(guān)節(jié)齒輪形成傳動(dòng)裝置系統(tǒng)，該傳動(dòng)裝置系統(tǒng)被構(gòu)造成將由馬達(dá)軸提供的扭矩傳遞到輸出軸，例如以在馬達(dá)軸和輸出軸之間提供齒輪齒數(shù)比。機(jī)器人關(guān)節(jié)齒輪可例如被提供為正齒輪、行星齒輪、錐齒輪、蝸輪、應(yīng)變波齒輪或其他類型的傳動(dòng)裝置系統(tǒng)。由于各種類型的傳動(dòng)裝置的彈性，用于工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)裝置中通常存在柔性。這種柔性可能導(dǎo)致機(jī)器人臂的零件的位置之間不期望的動(dòng)態(tài)時(shí)變位移。

在動(dòng)態(tài)模型中考慮齒輪柔性使得動(dòng)態(tài)模型更準(zhǔn)確地類似于真實(shí)機(jī)器人臂的動(dòng)態(tài)，因?yàn)榭梢灾涝醋札X輪變形的機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩。更準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)模型例如可以允許機(jī)器人控制器以更高的準(zhǔn)確性和精度控制機(jī)器人臂。更準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)模型還可以允許機(jī)器人控制器更準(zhǔn)確地識(shí)別外部干擾，例如在安全性方面非常關(guān)注的人類干擾。

已經(jīng)進(jìn)行了研究以準(zhǔn)確地識(shí)別機(jī)器人齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。然而，當(dāng)在機(jī)器人控制器設(shè)計(jì)中考慮關(guān)節(jié)剛度時(shí)的一個(gè)實(shí)際問題是，關(guān)節(jié)剛度隨著由于齒輪嚙合[1]、[2]、[3]處的材料被磨損而引起的磨損而改變。

估計(jì)工業(yè)機(jī)器人上的關(guān)節(jié)剛度已經(jīng)由若干研究者通過離線識(shí)別過程來實(shí)現(xiàn)。離線識(shí)別過程不是很適合于解決時(shí)變關(guān)節(jié)剛度的問題。這種過程必須不時(shí)地重新運(yùn)行，以保持關(guān)節(jié)剛度信息是最新的。在離線識(shí)別過程正在運(yùn)行時(shí)，機(jī)器人不能夠進(jìn)行任何其他任務(wù)，對(duì)用戶具有明顯的負(fù)面后果。盡管用于關(guān)節(jié)剛度估計(jì)的離線校準(zhǔn)過程存在缺點(diǎn)，但是將對(duì)這種用于解決機(jī)器人關(guān)節(jié)剛度估計(jì)問題的離線識(shí)別過程給出許多參考。對(duì)于關(guān)節(jié)剛度的離線識(shí)別，一種方法是一次在一個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)上施加外部激勵(lì)，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)模型減小，因此更容易識(shí)別，如[4]、[5]、[6]、[7]。