DE102018210864B3 - Method and system for controlling a robot - Google Patents
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Abstract
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Regeln eines Roboters (10) auf Basis einer Jacobimatrix, die Gelenkgeschwindigkeiten (dq/dt) des Roboters in eine Geschwindigkeit einer roboterfesten Referenz (TCP) in einem Arbeitsraum des Roboters transformiert, wird der Roboter auf Basis einer Inversen der Jacobimatrix geregelt, falls ein Auswahlparameter (c) einen ersten Parameterwert (c1) aufweist, insbesondere in einem ersten Parameterbereich liegt, und auf Basis einer Transponierten der Jacobimatrix geregelt, falls der Auswahlparameter einen zweiten Parameterwert (c2) aufweist, insbesondere in einem zweiten Parameterbereich liegt. In a method according to the invention for controlling a robot (10) based on a Jacobian matrix that transforms joint speeds (dq / dt) of the robot into a velocity of a robot-fixed reference (TCP) in a working space of the robot, the robot is based on an inverse of the Jacobian matrix regulated if a selection parameter (c) has a first parameter value (c 1 ), in particular in a first parameter range, and controlled on the basis of a transpose of the Jacobian matrix, if the selection parameter has a second parameter value (c 2 ), in particular in a second parameter range lies.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Regeln eines Roboters sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method and system for controlling a robot and to a computer program product for carrying out the method.
In der Robotik ist es bekannt, Gelenk- bzw. Achsgeschwindigkeiten
Weiter ist es an sich bekannt, Roboter auf Basis einer Inversen J-1 dieser Jacobimatrix zu regeln, in einem sehr einfachen Beispiel etwa Soll-Gelenkstellungen qcmd auf Basis gewünschter bzw. vorgegebener Soll-Posen xcmd der roboterfesten Referenz:
Allerdings wird die Invertierung der Jacobimatrix in der Nähe singulärer Posen des Roboters problematisch.However, inversion of the Jacobian matrix becomes problematic in the vicinity of singular poses of the robot.
Weiter ist es an sich bekannt, Roboter auf Basis einer Transponierten JT der Jacobimatrix zu regeln, in einem sehr einfachen Beispiel - unter Vernachlässigung der Dynamik, insbesondere Massen, des Roboters - zum Beispiel Soll-Gelenkkräfte τcmd auf Basis gewünschter bzw. vorgegebener Soll-Kräfte
Die
Bei einem Verfahren zum Umschalten einer Steuerung eines Roboters in einen Handführ-Betriebsmodus zum Bewegen des Roboters durch manuelles Aufprägen von Kräften und/oder Drehmomenten auf den Roboter gemäß der
Ein aus der
Die
Die
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb von Robotern zu verbessern.The object of the present invention is to improve the operation of robots.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 9, 10 stellen ein System bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.This object is achieved by a method having the features of
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Roboter auf Basis einer Jacobimatrix geregelt, die Gelenkgeschwindigkeiten des Roboters in eine Geschwindigkeit einer roboterfesten Referenz in einem Arbeitsraum des Roboters transformiert.According to an embodiment of the present invention, a robot based on a Jacobian matrix is controlled, which transforms joint speeds of the robot into a velocity of a robot-fixed reference in a working space of the robot.
Die Geschwindigkeit (vgl. ẋ in Gl. (1)) kann insbesondere eine ein-, zwei- oder dreidimensionale translatorische und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale rotatorische Geschwindigkeit der roboterfesten Referenz, in einer Ausführung des TCPs („Tool Center Point“) aufweisen, insbesondere sein.The velocity (see ẋ in Eq. (1)) can in particular be a one-, two- or three-dimensional translatory and / or one, two or three-dimensional rotational speed of the robot-fixed reference, in one embodiment of the TCP ("Tool Center Point "), in particular be.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der Roboter
- - auf Basis einer bzw. der Inversen der Jacobimatrix geregelt, falls ein Auswahlparameter einen ersten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung falls der Auswahlparameter in einem ersten Parameterbereich liegt,
- - auf Basis einer bzw. der Transponierten der Jacobimatrix geregelt, falls der Auswahlparameter einen zweiten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung falls der Auswahlparameter in einem zweiten Parameterbereich liegt.
- if the selection parameter has a first parameter value, in an embodiment if the selection parameter lies within a first parameter range, on the basis of one or the inverse of the Jacobian matrix,
- - Regulated on the basis of one or the transpose of the Jacobian matrix, if the selection parameter has a second parameter value, in an embodiment if the selection parameter is in a second parameter range.
Dadurch kann in einer Ausführung für unterschiedliche Randbedingungen des Roboters, in denen der Auswahlparameter unterschiedliche Parameterwerte aufweist bzw. in unterschiedlichen Parameterbereichen liegt, jeweils ein vorteilhaftes Verhalten des Roboters realisiert werden. Insbesondere kann für den ersten Parameterwert bzw. Parameterbereich die Inverse der Jacobimatrix genutzt und dadurch in einer Ausführung eine vorteilhafte(re), insbesondere präzise(re), Regelung, insbesondere eine hybride Kraft- und Positionsregelung, und zugleich für den zweiten Parameterwert bzw. Parameterbereich die Transponierte der Jacobimatrix genutzt und dadurch in einer Ausführung eine vorteilhafte(re), insbesondere stabile(re), Regelung, insbesondere Kraftregelung, realisiert werden, insbesondere in der Nähe singulärer Posen des Roboters, bei Umgebungskontakt des Roboters oder dergleichen, ohne dass die vorliegende Erfindung hierauf beschränkt ist.As a result, in an embodiment for different boundary conditions of the robot in which the selection parameter has different parameter values or lies in different parameter ranges, in each case an advantageous behavior of the robot can be realized. In particular, the inverse of the Jacobian matrix can be used for the first parameter value or parameter range and thereby in one embodiment an advantageous (re), in particular precise (re), control, in particular a hybrid force and position control, and at the same time for the second parameter value or parameter range the transposed of the Jacobian matrix used and thereby in an embodiment an advantageous (re), in particular stable (re), regulation, in particular force control, realized, in particular in the vicinity of singular poses of the robot, in ambient contact of the robot or the like, without the present Invention is limited thereto.
In einer Ausführung wird der Roboter, insbesondere anstelle auf Basis der Inversen oder Transponierten der Jacobimatrix und/oder hierzu gleichartig bzw. in strukturell hierzu gleicher Weise bzw. mit derselben Regler- bzw. Regel(ungs)struktur, auf Basis einer Überführungsmatrix geregelt, falls der Auswahlparameter einen dritten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung in einem dritten Parameterbereich liegt, welcher in einer Ausführung den ersten und zweiten Parameterbereich miteinander verbindet, wobei die Überführungsmatrix von dem Auswahlparameter derart abhängt, dass die Überführungsmatrix gleich der Inversen der Jacobimatrix ist, falls der Auswahlparameter den ersten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung in dem ersten Parameterbereich liegt, und die Überführungsmatrix gleich der Transponierten der Jacobimatrix ist, falls der Auswahlparameter den zweiten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung in dem zweiten Parameterbereich liegt, bzw. die Überführungsmatrix entsprechend bzw. derart vorgegeben ist bzw. ermittelt wird. In one embodiment, the robot, in particular instead of on the basis of the inverse or transpose of the Jacobian matrix and / or this structurally similar or structurally thereto the same way or with the same controller or rule (ungs) structure, regulated on the basis of a transfer matrix, if the selection parameter has a third parameter value, in one embodiment lies in a third parameter region which in one embodiment connects the first and second parameter regions, the transition matrix depending on the selection parameter such that the transition matrix equals the inverse of the Jacobian if the selection parameter has the first parameter value, in one embodiment lies in the first parameter range, and the transfer matrix is equal to the transpose of the Jacobian matrix, if the selection parameter has the second parameter value, in one embodiment lies in the second parameter range, or the transfer m atrix is specified or determined accordingly.
Hierdurch kann in einer Ausführung die unterschiedliche Regelung des Roboters auf Basis der Inversen oder Transponierten der Jacobimatrix, insbesondere regelungstechnisch, vorteilhaft, insbesondere stabil(er), realisiert werden.In this way, in one embodiment, the different control of the robot on the basis of the inverse or transpose of the Jacobian matrix, in particular control technology, advantageously, in particular stable (he), realized.
In einer Ausführung geht die Überführungsmatrix stetig von der Inversen der Jacobimatrix in die Transponierte der Jacobimatrix über, wenn der Auswahlparameter stetig von dem ersten Parameterwert bzw. dem ersten Parameterbereich zu dem zweiten Parameterwert bzw. dem zweiten Parameterbereich übergeht, bzw. ist entsprechend bzw. derart vorgegeben bzw. wird entsprechend bzw. derart ermittelt.In one embodiment, the transition matrix progressively transitions from the inverse of the Jacobian to the transposed of the Jacobian when the selection parameter transitions steadily from the first parameter value or the first parameter range to the second parameter value and the second parameter range, respectively specified or is determined accordingly or so.
Hierdurch kann in einer Ausführung der Übergang zwischen der unterschiedlichen Regelung des Roboters auf Basis der Inversen und der Transponierten der Jacobimatrix, insbesondere regelungstechnisch, vorteilhaft, insbesondere stabil(er), realisiert werden.As a result, in one embodiment, the transition between the different control of the robot on the basis of the inverse and the transpose of the Jacobian matrix, in particular control technology, advantageously, in particular stable (he), be realized.
In einer Ausführung wird der Roboter auf Basis einer vorgegebenen Proportionalverstärkung geregelt, in einer Ausführung auf Basis einer Proportionalverstärkung eines Schleppfehlers bzw. einer Regeldifferenz zwischen einer vorgegebenen Soll- und einer erfassten bzw. aktuellen Ist-Größe, insbesondere für eine Kraft, Pose und/oder eine erste und/oder höhere Zeitableitung hiervon.In one embodiment, the robot is controlled on the basis of a predetermined proportional gain, in an embodiment based on a proportional gain of a following error or a control difference between a predetermined nominal and a detected or current actual size, in particular for a force, pose and / or a first and / or higher time derivation thereof.
So können in dem eingangs genannten ersten, einfachen Beispiel etwa Soll-Gelenkgeschwindigkeiten q̇cmd auf Basis eines Schleppfehlers zwischen gewünschten bzw. vorgegebenen Soll-Posen xcmd und erfassten bzw. aktuellen Ist-Posen xact kommandiert werden:
In einer Ausführung wird der Roboter auf Basis einer vorgegebenen ersten Proportionalverstärkung geregelt, falls der Auswahlparameter den ersten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung in dem ersten Parameterbereich liegt, und, in einer Ausführung gleichartig bzw. in strukturell gleicher Weise bzw. mit derselben Regler- bzw. Regel(ungs)struktur, auf Basis einer vorgegebenen zweiten Proportionalverstärkung geregelt, falls der Auswahlparameter den zweiten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung in dem zweiten Parameterbereich liegt.In one embodiment, the robot is controlled on the basis of a predetermined first proportional gain, if the selection parameter has the first parameter value, is in an embodiment in the first parameter range, and, in a similar embodiment or structurally the same or with the same controller or The control structure, controlled on the basis of a predetermined second proportional gain, if the selection parameter has the second parameter value, lies in one embodiment in the second parameter range.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine regelungstechnisch bedingte Verhaltensänderung des Roboters infolge einer Regelung des Roboters auf Basis der Inversen oder Transponierten der Jacobimatrix wenigstens teilweise reduziert bzw. kompensiert und so in einer Ausführung ein homogene(re)s (Regelungs)Verhalten des Roboters realisiert werden.As a result, in one embodiment, a control-related behavioral change of the robot as a result of a control of the robot based on the inverse or transpose Jacobi matrix are at least partially reduced or compensated and so realized in a design a homogeneous (re) s (control) behavior of the robot.
In einer Ausführung wird der Roboter, insbesondere anstelle auf Basis der ersten oder zweiten Proportionalverstärkung und/oder hierzu gleichartig bzw. in strukturell hierzu gleicher Weise bzw. mit derselben Regler- bzw. Regel(ungs)struktur, auf Basis einer Überführungsverstärkung geregelt, falls der Auswahlparameter einen, insbesondere den vorstehend genannten, dritten Parameterwert aufweist, insbesondere in einem, insbesondere dem vorstehend genannten, dritten Parameterbereich liegt, wobei die Überführungsverstärkung von dem Auswahlparameter derart abhängt, dass die Überführungsverstärkung gleich der ersten Proportionalverstärkung ist, falls der Auswahlparameter den ersten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung in dem ersten Parameterbereich liegt, und die Überführungsverstärkung gleich der zweiten Proportionalverstärkung ist, falls der Auswahlparameter den zweiten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung in dem zweiten Parameterbereich liegt, bzw. entsprechend bzw. derart vorgegeben ist bzw. ermittelt wird.In one embodiment, the robot, in particular instead of on the basis of the first or second proportional gain and / or this structurally similar or structurally same way or with the same regulator or control (ungs) structure, regulated on the basis of a transfer gain, if the Selection parameter one, in particular the above-mentioned, third parameter value, in particular in one, in particular the above-mentioned, third parameter range, wherein the transfer gain depends on the selection parameter such that the transfer gain is equal to the first proportional gain if the selection parameter has the first parameter value in one embodiment in the first parameter range, and the transfer gain is equal to the second proportional gain if the selection parameter has the second parameter value an execution in the second parameter range, or is respectively specified or determined or determined.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Regelung des Roboters auf Basis der unterschiedlichen Proportionalverstärkungen, insbesondere regelungstechnisch, vorteilhaft, insbesondere stabil(er), realisiert werden.As a result, in one embodiment, the control of the robot based on the different proportional gains, in particular control technology, advantageously, in particular stable (he), realized.
In einer Ausführung geht die Überführungsverstärkung stetig von der ersten Proportionalverstärkung in die zweite Proportionalverstärkung über, wenn der Auswahlparameter stetig von dem ersten Parameterwert bzw. dem Parameterbereich zu dem zweiten Parameterwert bzw. zweiten Parameterbereich übergeht.In one embodiment, the transition gain steadily transduces from the first proportional gain to the second proportional gain as the selection parameter steadily transitions from the first parameter value and the parameter range, respectively, to the second parameter value and the second parameter range, respectively.
Hierdurch kann in einer Ausführung der Übergang zwischen der Regelung des Roboters auf Basis der ersten und zweiten Proportionalverstärkung, insbesondere regelungstechnisch, vorteilhaft, insbesondere stabil(er), realisiert werden.As a result, in one embodiment, the transition between the control of the robot on the basis of the first and second proportional gain, in particular control technology, advantageously, in particular stable (he), can be realized.
Der Auswahlparameter kann ein- oder mehrdimensional sein. In einer Ausführung hängt er, in einer Weiterbildung stetig und/oder linear bzw. proportional, von einer Pose des Roboters, insbesondere wenigstens einer Gelenk- bzw. Achsstellung bzw. -koordinate, einem Schleppfehler und/oder einem Abstand des Roboters zu einer singulären Pose, Singulärwerten der Jacobimatrix, insbesondere einem Quotienten des größten Singulärwerts der Jacobimatrix dividiert durch deren kleinsten Singulärwert, und/oder einer Eintauchtiefe und/oder einem Stellweg eines Endeffektors des Roboters, beispielsweise einem Schließweg eines Greifers oder einer Schweißzange, und/oder einem Zustand, insbesondere Stellweg, einer mit dem Roboter kooperierenden Maschine, beispielsweise einem Schließweg einer Presse, in der der Roboter ein Werkstück positioniert, ab.The selection parameter can be one-dimensional or multi-dimensional. In one embodiment, it hangs, in a development continuous and / or linear or proportional, from a pose of the robot, in particular at least one joint or axis position or coordinate, a following error and / or a distance of the robot to a singular pose , Jacobian singular values, in particular a quotient of the largest singular value of the Jacobian divided by its smallest singular value, and / or an insertion depth and / or a travel of an end effector of the robot, for example a closing path of a gripper or a welding gun, and / or a state, in particular Travel, a cooperating with the robot machine, such as a closing path of a press in which the robot positions a workpiece, from.
Hierdurch können in einer Ausführung jeweils (vorteilhafte) Übergänge besonders vorteilhaft, insbesondere einfach, zuverlässig, und/oder präzise, erkannt werden, ohne dass die vorliegende Erfindung hierauf beschränkt ist.In this way, in one embodiment, (advantageous) transitions can be detected particularly advantageously, in particular simply, reliably, and / or precisely, without the present invention being restricted thereto.
Zusätzlich oder alternativ hängt der erste, zweite und/oder dritte Parameterbereich bzw. dessen Grenze(n) in einer Ausführung von einer Bedienerein- bzw. -vorgabe ab bzw. ist durch einen Bediener einstell- bzw. veränderbar.Additionally or alternatively, in one embodiment, the first, second and / or third parameter range or its limit (s) depends on an operator input or can be set or changed by an operator.
Hierdurch können in einer Ausführung die Übergänge optimal an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepasst werden.As a result, in one embodiment, the transitions can be optimally adapted to different operating conditions.
In einer Ausführung wird der Roboter auf Basis der Jacobimatrix, insbesondere auf Basis der Inversen der Jacobimatrix, auf Basis der Transponierten der Jacobimatrix auf Basis der Überführungsmatrix, auf Basis der ersten Proportionalverstärkung, auf Basis der zweiten Proportionalverstärkung und/oder auf Basis der Überführungsverstärkung (jeweils, in einer Ausführung gleichartig bzw. in strukturell hierzu gleicher Weise bzw. mit derselben Regler- bzw. Regel(ungs)struktur) kraftgeregelt, positionsgeregelt oder hybrid kraft- und positionsgeregelt.In one embodiment, the robot is based on the Jacobian matrix, in particular on the basis of the inverse of the Jacobian matrix, on the basis of the transposed Jacobian matrix based on the transfer matrix, on the basis of the first proportional gain, on the basis of the second proportional gain and / or on the basis of the transfer gain (respectively , in a similar embodiment or structurally thereto the same way or with the same regulator or control (ungs) structure) force-controlled, position-controlled or hybrid force and position-controlled.
Bei bzw. mit solchen Regelungen kann die Erfindung mit besonderem Vorteil verwendet werden, insbesondere aufgrund der (Regler)Stabilität bei Regelung auf Basis der Transponierten der Jacobimatrix, der Präzision bei Regelung auf Basis der Inversen der Jacobimatrix und der (Regler)Stabilität bei Regelung auf Basis der Überführungsmatrix.With or with such arrangements, the invention can be used with particular advantage, in particular due to the (controller) stability in control based on the transposed Jacobian, the precision in control based on the inverse of the Jacobian and the (controller) stability in regulation on Base of the transfer matrix.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist Mittel zum Regeln des Roboters auf Basis einer Inversen der Jacobimatrix, falls ein Auswahlparameter einen ersten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung falls der Auswahlparameter in einem ersten Parameterbereich liegt, und auf Basis einer Transponierten der Jacobimatrix, falls der Auswahlparameter einen zweiten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung falls der Auswahlparameter in einem zweiten Parameterbereich liegt, auf.According to one embodiment of the present invention, a system, in particular hardware and / or software, in particular program technology, is set up and / or has a method for carrying out a method described here Means for controlling the robot based on an inverse of the Jacobian if a selection parameter has a first parameter value, in an embodiment if the selection parameter is in a first parameter range, and based on a transpose of the Jacobian if the selection parameter has a second parameter value in one Execution if the selection parameter lies within a second parameter range.
In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
- Mittel zum Regeln des Roboters auf Basis einer Überführungsmatrix, falls der Auswahlparameter einen dritten Parameterwert aufweist, insbesondere in einem dritten Parameterbereich liegt, wobei die Überführungsmatrix von dem Auswahlparameter derart abhängt, dass die Überführungsmatrix gleich der Inversen der Jacobimatrix ist, falls der Auswahlparameter den ersten Parameterwert aufweist bzw. in dem ersten Parameterbereich liegt, und die Überführungsmatrix gleich der Transponierten der Jacobimatrix ist, falls der Auswahlparameter den zweiten Parameterwert aufweist bzw. in dem zweiten Parameterbereich liegt; und/oder
- Mittel zum Regeln des Roboters auf Basis einer vorgegebenen ersten Proportionalverstärkung, falls der Auswahlparameter den ersten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung in dem ersten Parameterbereich liegt, und auf Basis einer vorgegebenen zweiten Proportionalverstärkung, falls der Auswahlparameter den zweiten Parameterwert aufweist, in einer Ausführung in dem zweiten Parameterbereich liegt; und/oder
- Mittel zum Regeln des Roboters auf Basis einer Überführungsverstärkung, falls der Auswahlparameter einen dritten Parameterwert aufweist, insbesondere in einem dritten Parameterbereich liegt, wobei die Überführungsverstärkung von dem Auswahlparameter derart abhängt, dass die Überführungsverstärkung gleich der ersten Proportionalverstärkung ist, falls der Auswahlparameter den ersten Parameterwert aufweist bzw. in dem ersten Parameterbereich liegt, und die Überführungsverstärkung gleich der zweiten Proportionalverstärkung ist, falls der Auswahlparameter den zweiten Parameterwert aufweist bzw. in dem zweiten Parameterbereich liegt; und/oder
- Mittel zum Kraft- und/oder Positionsregeln des Roboters auf Basis der Jacobimatrix, insbesondere auf Basis der Inversen der Jacobimatrix, auf Basis der Transponierten der Jacobimatrix, auf Basis der Überführungsmatrix, auf Basis der ersten Proportionalverstärkung, auf Basis der zweiten Proportionalverstärkung und/oder auf Basis der Überführungsverstärkung.
- Means for controlling the robot based on a transfer matrix if the selection parameter has a third parameter value, in particular in a third parameter range, the transfer matrix being dependent on the selection parameter such that the transfer matrix is equal to the inverse of the Jacobian if the selection parameter is the first parameter value or in the first parameter range, and the transfer matrix is equal to the transposed ones of the Jacobian matrix, if the selection parameter has the second parameter value or lies in the second parameter range; and or
- Means for controlling the robot based on a predetermined first proportional gain, if the selection parameter has the first parameter value, in one embodiment lies in the first parameter range, and based on a predetermined second proportional gain, if the selection parameter has the second parameter value, in an embodiment in US Pat second parameter range is; and or
- Means for controlling the robot based on a transfer gain if the selection parameter has a third parameter value, in particular in a third parameter range, wherein the transfer gain depends on the selection parameter such that the transfer gain is equal to the first proportional gain if the selection parameter has the first parameter value or in the first parameter range, and the transfer gain is equal to the second proportional gain if the selection parameter has the second parameter value or lies in the second parameter range; and or
- Means for controlling the force and / or position of the robot on the basis of the Jacobian matrix, in particular based on the inverse of the Jacobian matrix, on the basis of the transposed Jacobian matrix, on the basis of the transfer matrix, on the basis of the first proportional gain, on the basis of the second proportional gain and / or on Base of the transfer gain.
Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Roboter regeln kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nichtflüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen.A means in the sense of the present invention may be designed in terms of hardware and / or software, in particular a data or signal-connected, preferably digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU) and / or a memory and / or bus system or multiple programs or program modules. The CPU may be configured to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or to output signals to a data bus. A storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and / or other non-volatile media. The program may be such that it is capable of embodying or executing the methods described herein so that the CPU may perform the steps of such methods, and thus, in particular, control the robot. In one embodiment, a computer program product may have, in particular, a storage medium for storing a program or a program stored thereon, in particular non-volatile memory, wherein execution of this program causes a system or a controller, in particular a computer, to perform a described here Execute method or one or more of its steps.
In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel. In einer Ausführung weist das System den Roboter auf.In one embodiment, one or more, in particular all, steps of the method are completely or partially automated, in particular by the system or its (e) means. In one embodiment, the system includes the robot.
Der Roboter weist in einer Ausführung wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, (Bewegungs)Achsen bzw. Gelenke, insbesondere Drehachsen bzw. -gelenke, auf, die in einer Ausführung durch, insbesondere elektrische, Antriebe des Roboters verstellt werden bzw. verstellbar sind, welche in einer Ausführung Elektromotoren und/oder Getriebe aufweisen, insbesondere einen Roboterarm mit den Achsen bzw. Gelenken, insbesondere Antrieben.In one embodiment, the robot has at least three, in particular at least six, in one embodiment at least seven, (movement) axes or joints, in particular rotation axes or joints, which are adjusted in one embodiment by, in particular electrical, drives of the robot or are adjustable, which have in one embodiment electric motors and / or transmission, in particular a robot arm with the axes or joints, in particular drives.
Die vorliegende Erfindung ist für solche Roboter aufgrund ihrer Einsatzmöglichkeiten bzw. Verwendungen besonders vorteilhaft.The present invention is particularly advantageous for such robots because of their capabilities or uses.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
-
1 : ein System zum Regeln eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; -
2 : eine Übergangsfunktion eines Auswahlparameters; und -
3 : ein Verfahren zum Regeln des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
1 a system for controlling a robot according to an embodiment of the present invention; -
2 : a transition function of a selection parameter; and -
3 A method of controlling the robot according to an embodiment of the present invention.
Der Roboter weist Antriebe
Das System weist eine Robotersteuerung
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend zur kompakteren und übersichtlicheren Darstellung bewusst an einem sehr einfachen Beispiel erläutert.The present invention will be explained below for the sake of a more compact and clearer illustration, by way of a very simple example.
Aus vorgegebenen Soll-Kräften
In einem Block bzw. Schritt
Für diese wird in an sich bekannter Weise eine Singulärwertzerlegung („Singular Value Decomposition“ SVD) durchgeführt:
Im Ausführungsbeispiel wird als Auswahlparameter der Quotient c = σmax/σmin des größten Singulärwerts σmax der Jacobimatrix dividiert durch deren kleinsten Singulärwert σmin verwendet, der die Kondition der Jacobi- bzw. ihrer Singulärmatrix Σ beschreibt.In the exemplary embodiment, the quotient c = σ max / σ min of the largest singular value σ max of the Jacobian divided by its smallest singular σ min is used as selection parameter, which describes the condition of the Jacobian or its singular matrix Σ.
Eine in
Nun wird einerseits eine Überführungsmatrix Jtransition gemäß
Dann werden Soll-Gelenkgeschwindigkeiten einheitlich gemäß
Man erkennt an diesem sehr einfachen Beispiel, dass der Roboter auf Basis der Inversen J-1 der Jacobimatrix und einer ersten Proportionalverstärkung KP1 geregelt wird, falls der Auswahlparameter
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Although exemplary embodiments have been explained in the foregoing description, it should be understood that a variety of modifications are possible.
So kann beispielsweise anstelle des Quotienten c = σmax/σmin auch eine Eintauchtiefe d eines robotergeführten Bolzens in eine Bohrung verwendet und die Übergangsfunktion λ(d) gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Roboterrobot
- 1111
- Antriebdrive
- 1212
- Kraft-Momenten-SensorForce-torque sensor
- 1313
- Endeffektorend effector
- 2020
- Steuerungcontrol
- 21, 2221, 22
- Steuerungsblock/Verfahrensschritt Control block / process step
- cc
- Auswahlparameterselection parameter
- q = [q1,..., q6]T q = [q 1 , ..., q 6 ] T
- Gelenkwinkeljoint angle
- dq/dtdq / dt
- (Ist-)Gelenkwinkelgeschwindigkeit(Actual) joint angular velocity
- (dq/dt)cmd (dq / dt) cmd
- Soll-GelenkwinkelgeschwindigkeitTarget joint angular velocity
- Fcmd F cmd
- Soll-KraftTarget force
- Fact F act
- Ist-KraftActual force
- ΔF.DELTA.F
- RegeldifferenzControl difference
- TCPTCP
- Tool Center PointTool Center Point
- λλ
- ÜbergangsfunktionTransition function
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