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.

Figure DE102018210864B3_0000
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.
Figure DE102018210864B3_0000

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 q des Roboters durch eine Jacobimatrix J in eine Geschwindigkeit ẋ einer roboterfesten Referenz in einem Arbeitsraum des Roboters zu transformieren: x ˙ = ( x ˙ q ˙ ) q ˙ J ( q )

Figure DE102018210864B3_0001
In robotics it is known to have joint or axis speeds q of the robot through a Jacobian matrix J to transform into a velocity ẋ of a robot-fixed reference in a working space of the robot: x ˙ = ( x ˙ q ˙ ) q ˙ } J ( q )
Figure DE102018210864B3_0001

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: q c m d = J 1 x c m d

Figure DE102018210864B3_0002
Furthermore, it is known per se to control robots based on an inverse J -1 of this Jacobian matrix , in a very simple example about nominal joint positions q cmd based on desired or predetermined nominal poses x cmd of the robot-fixed reference: q c m d = J - 1 x c m d
Figure DE102018210864B3_0002

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 Fcmd an der roboterfesten Referenz: τ c m d = J T F c m d

Figure DE102018210864B3_0003
Furthermore, it is known per se to control robots based on a transposed J T of the Jacobian matrix , in a very simple example - neglecting the dynamics, in particular masses, of the robot - for example, desired joint forces τ cmd based on desired or predetermined desired values the stresses exerted F cmd at the robot-fixed reference: τ c m d = J T F c m d
Figure DE102018210864B3_0003

Die DE 10 2015 009 151 A1 betrifft ein Verfahren zum automatisierten Ermitteln eines Eingabebefehls für einen Roboter, der durch manuelles Ausüben einer externen Kraft auf den Roboter eingegeben wird, wobei der Eingabebefehl auf Basis desjenigen Anteils von durch die externe Kraft aufgeprägten Gelenkkräften ermittelt wird, der eine Bewegung des Roboters nur in einem für diesen Eingabebefehl spezifischen Unterraum des Gelenkkoordinatenraums des Roboters zu bewirken sucht.The DE 10 2015 009 151 A1 relates to a method for automatically determining an input command for a robot that is input to the robot by manually applying an external force, wherein the input command is determined on the basis of the fraction of joint forces impressed by the external force that controls movement of the robot in only one seeks to effect for this input command specific subspace of the joint coordinate space of the robot.

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 DE 10 2015 008 144 A1 wird infolge des Umschaltens und in Abhängigkeit von erfassten und/oder Soll-Gelenkkräften und/oder -drehmomenten und/oder einer Pose des Roboters eine Fehlerreaktion ausgelöst.In a method of switching a controller of a robot into a hand-held mode of operation for moving the robot by manually applying forces and / or torques to the robot according to the DE 10 2015 008 144 A1 As a result of the switching and as a function of detected and / or desired joint forces and / or torques and / or a pose of the robot, an error response is triggered.

Ein aus der DE 10 2013 010 290 A1 bekanntes Verfahren zum Überwachen eines kinematisch redundanten Roboters umfasst die Schritte: Erfassen von Gelenkkräften, die in Gelenken des Roboters wirken, Ermitteln von einer externen Wirkkraft zwischen einer roboterfesten Referenz und einer Umgebung auf Basis der erfassten Gelenkkräfte, Ermitteln von einer weiteren Überwachungsgröße, die wenigstens im Wesentlichen unabhängig von einer auf die roboterfeste Referenz wirkenden externen Kraft ist, auf Basis der erfassten Gelenkkräfte, und Überwachen der ermittelten externen Wirkkraft und der ermittelten weiteren Überwachungsgröße.One from the DE 10 2013 010 290 A1 A known method of monitoring a kinematically redundant robot comprises the steps of: detecting joint forces acting in joints of the robot, determining an external force between a robot-fixed reference and an environment based on the detected joint forces, determining another monitoring quantity at least in the Substantially independent of an external force acting on the robot-fixed reference, on the basis of the detected joint forces, and monitoring the determined external effective force and the determined further monitoring variable.

Die DE 10 2011 003 506 A1 betrifft einen Industrieroboter mit einem Roboterarm und einer Steuervorrichtung, wobei der Roboterarm mehrere hintereinander angeordnete, bezüglich Achsen bewegbare Glieder, zum Bewegen der Glieder vorgesehene elektrische Antriebe und eine zum Befestigen eines Endeffektors vorgesehene Befestigungsvorrichtung umfasst. Die Steuervorrichtung ist mit den elektrischen Antrieben verbunden und ist eingerichtet, die elektrischen Antriebe für eine Bewegung der Glieder zumindest in einem Teilbetriebsmodus mittels einer Regelvorrichtung kraftgeregelt anzusteuern, welche aufgrund einer vom Roboterarm aufzubringende Soll-Kraft von den Antrieben aufzubringende Soll-Drehmomente ermittelt. Die Regelungsvorrichtung weist zumindest einen Integral-Anteil auf und ist eingerichtet, den Integral-Anteil aufgrund wenigstens eines Kriteriums insbesondere dynamisch zu begrenzen.The DE 10 2011 003 506 A1 relates to an industrial robot with a robot arm and a control device, wherein the robot arm comprises a plurality of successively arranged, with respect to axes movable members, provided for moving the links provided electric drives and a fastening device provided for attaching an end effector. The control device is connected to the electric drives and is adapted to control the electric drives for movement of the links at least in a partial operating mode by means of a control device which determines based on a applied by the robot arm target force applied by the drives target torques. The Control device has at least one integral component and is set up to limit the integral component on the basis of at least one criterion, in particular dynamically.

Die DE 692 07 627 T2 betrifft ein hybrides Steuersystem zum Steuern der Verschiebung und der Kraft eines Manipulators mit einer Einrichtung zum Liefern eines Endbetätigungsglied-Verschiebungsfehlersignals, das jeglichen Unterschied zwischen einer tatsächlichen Verschiebung eines Endbetätigungsglieds eines Robotermanipulators und einer gewünschten Verschiebung desselben anzeigt, einer Einrichtung zum Berechnen eines Verschiebungsfehlersignals für ein ausgewähltes Gelenk, wobei die Einrichtung zum Berechnen eine Einrichtung zum Multiplizieren des Endbetätigungsglied-Verschiebungsfehlersignals mit einer Pseudo-Inversen eines Matrixprodukts einer Auswahlmatrix und einer Jacobimatrix aufweist, einer Einrichtung zum Liefern eines Endbetätigungsglied-Kraftfehlersignals, das einen beliebigen Unterschied zwischen einer tatsächlichen Kraft, die von dem Endbetätigungsglied ausgeübt wird, und einer gewünschten Kraft, die von demselben ausgeübt werden soll, anzeigt, einer Einrichtung zum Berechnen eines Kraftfehlersignals für ein ausgewähltes Gelenk aus dem Endbetätigungsglied-Kraftfehlersignal, und einer Steuersignaleinrichtung, die auf das Gelenkverschiebungs-Fehlersignal und das Gelenkkraft-Fehlersignal anspricht, um ein Steuersignal zu liefern, um zu bewirken, daß sich das Endbetätigungsglied in Übereinstimmung mit der gewünschten Verschiebung bewegt und die gewünschte Kraft ausübt.The DE 692 07 627 T2 relates to a hybrid control system for controlling the displacement and force of a manipulator having means for providing an end effector displacement error signal indicative of any difference between an actual displacement of an end effector of a robotic manipulator and a desired displacement thereof, means for calculating a displacement error signal for a selected one A joint, wherein the means for calculating comprises means for multiplying the end effector displacement error signal by a pseudo-inverse of a matrix product of a selection matrix and a Jacobian matrix, means for providing an end effector force error signal representing any difference between an actual force exerted by the Endbetätigungsglied is exercised, and a desired force to be exerted by the same, indicates a means for calculating a Kr Aft error signal for a selected joint of the Endbetätigungsgliedkraftfehlersignal, and a control signal means responsive to the joint displacement error signal and the joint force error signal to provide a control signal to cause the Endbetätgliedglied moves in accordance with the desired displacement and exerts the desired force.

Die US 6 456 901 B1 betrifft ein hybrides Kontrollsystem für einen Roboter, da einen Singularitätsdetektor, einen Regler auf Aufgabenebene, der einen Bewegungspplan erhält und einen ersten Satz von Steuerkommandos ermittelt, die im Aufgabenraum definiert sind; und einen Regler auf Gelenkebene aufweist, der den Bewegungsplan erhält und einen zweiten Satz von Steuerkommandos ermittelt, die im Gelenkraum definiert sind.The US Pat. No. 6,456,901 B1 relates to a hybrid control system for a robot, comprising: a singularity detector, a task-level controller receiving a motion plan and determining a first set of control commands defined in the task space; and a joint level controller that receives the motion plan and determines a second set of control commands defined in the joint space.

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 claim 1. Claims 9, 10 protect a system or computer program product for carrying out a method described herein. The subclaims relate to advantageous developments.

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,
und, in einer Ausführung gleichartig bzw. in strukturell gleicher Weise bzw. mit derselben Regler- bzw. Regel(ungs)struktur,
  • - 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.
According to an embodiment of the present invention, the robot becomes
  • 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,
and, in an embodiment similar or structurally the same or with the same controller or regulation (ungs) structure,
  • - 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: q ˙ c m d = J 1 [ P 1,1 0 0 0 P 1,2 0 P 1, n ] K P 1 ( x c m d x a c t )

Figure DE102018210864B3_0004
mit der Proportionalverstärkung in Form der Diagonalmatrix KP1.For example, in the first, simple example mentioned above, nominal joint velocities cmd can be commanded on the basis of a following error between desired or predetermined nominal poses x cmd and detected or current actual poses x act : q ˙ c m d = J - 1 [ P 1.1 0 ... 0 0 P 1.2 0 P 1, n ] } K P 1 ( x c m d - x a c t )
Figure DE102018210864B3_0004
with the proportional gain in the form of the diagonal matrix K P1 .

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.
In one embodiment, the system or its agent has:
  • 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.
Further advantages and features emerge from the subclaims and the exemplary embodiments. This shows, partially schematized:
  • 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.

1 zeigt ein System zum Regeln eines Roboters 10 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 1 shows a system for controlling a robot 10 according to an embodiment of the present invention.

Der Roboter weist Antriebe 11 zum Verstellen seiner sechs Achsen auf, die in 1 durch ihre Gelenkwinkel q = [q1,..., q6]T angedeutet sind. Am Endflansch trägt der Roboter einen Kraft-Momenten-Sensor 12 sowie einen Endeffektor 13, dessen TCP in 1 ebenfalls angedeutet ist.The robot has drives 11 for adjusting its six axes, which in 1 are indicated by their joint angles q = [q 1 , ..., q 6 ] T. At the end flange of the robot carries a force-moment sensor 12 and an end effector 13 , whose TCP in 1 also indicated.

Das System weist eine Robotersteuerung 20 zum Regeln des Roboters 10 auf, die eine in 3 angedeutete Struktur aufweist, wobei 3 zugleich ein hiervon durchgeführtes Verfahren zur Regelung des Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung illustriert.The system has a robot controller 20 for controlling the robot 10 on that one in 3 has indicated structure, wherein 3 at the same time illustrates a method of controlling the robot according to an embodiment of the present invention.

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 Fcmd und mithilfe des Kraft-Momenten-Sensors 12 erfassten aktuellen Ist-Kräften Fact wird eine Regeldifferenz ΔF ermittelt.From given target forces F cmd and using the force-moment sensor 12 recorded current actual forces F act becomes a rule difference .DELTA.F determined.

In einem Block bzw. Schritt 21 wird auf Basis der aktuellen Pose bzw. Gelenkwinkel q = [q1,..., q6]T, die beispielsweise mittels Gelenkwinkelsensoren erfasst werden, zunächst die Jacobimatrix J(q) ermittelt.In a block or step 21 is based on the current pose or joint angle q = [q 1 , ..., q 6 ] T , which are detected, for example, by means of joint angle sensors, first determines the Jacobian matrix J (q).

Für diese wird in an sich bekannter Weise eine Singulärwertzerlegung („Singular Value Decomposition“ SVD) durchgeführt: J = U [ σ 1 0 0 0 σ 2 0 σ 6 ] Σ V

Figure DE102018210864B3_0005
mit den Singulärwerte σ1,..., σ6 der Jacobimatrix.For these, a singular value decomposition (SVD) is carried out in a manner known per se: J = U [ σ 1 0 ... 0 0 σ 2 0 σ 6 ] } Σ V
Figure DE102018210864B3_0005
with the singular values σ 1 , ..., σ 6 of the Jacobian matrix.

Im Ausführungsbeispiel wird als Auswahlparameter der Quotient c = σmaxmin 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 2 dargestellte Übergangsfunktion λ(c) wird gemäß λ ( c ) = { 0 c c 1 c c 1 c 2 c 1 c 1 < c < c 2 1 c c 2

Figure DE102018210864B3_0006
ermittelt. Zweckmäßige Werte können beispielsweise 5 ≤ c1 ≤ 20 und 50 ≤ c2 ≤ 200 sein, insbesondere c1 = 10 und c2 = 100.An in 2 shown transition function λ (c) is according to λ ( c ) = { 0 c c 1 c - c 1 c 2 - c 1 c 1 < c < c 2 1 c c 2
Figure DE102018210864B3_0006
determined. Suitable values may be, for example, 5 ≦ c 1 ≦ 20 and 50 ≦ c 2 ≦ 200, in particular c 1 = 10 and c 2 = 100.

Nun wird einerseits eine Überführungsmatrix Jtransition gemäß J t r a n s i t i o n = V Σ t r a n s i t i o n ( λ ) U T

Figure DE102018210864B3_0007
mit Σ t r a n s i t i o n ( λ ) = [ σ 1 ( σ 1 λ σ 1 + λ ) 2 0 0 0 σ 2 ( σ 2 λ σ 2 + λ ) 2 0 σ 6 ( σ 6 λ σ 6 + λ ) 2 ]
Figure DE102018210864B3_0008
J t r a n s i t i o n ( c c 1 ) = J t r a n s i t i o n ( λ = 0 ) = V Σ t r a n s i t i o n ( λ = 0 ) U T = V Σ 1 U T = J 1
Figure DE102018210864B3_0009
J t r a n s i t i o n ( c c 2 ) = J t r a n s i t i o n ( λ = 1 ) = V Σ t r a n s i t i o n ( λ = 1 ) U T = V Σ T U T = J T
Figure DE102018210864B3_0010
und andererseits eine Überführungsverstärkung gemäß K P t r a n s i t i o n ( λ ) = [ ( 1 λ ) P 1,1 + λ P 2,1 0 0 0 ( 1 λ ) P 1,2 + λ P 2,2 0 ( 1 λ ) P 1,6 + λ P 2,6 ] K P t r a n s i t i o n ( c c 1 ) = K P t r a n s i t i o n ( λ = 0 ) = [ P 1,1 0 0 0 P 1,2 0 P 1,6 ] = K P 1 K P t r a n s i t i o n ( c c 2 ) = K P t r a n s i t i o n ( λ = 1 ) = [ P 2,1 0 0 0 P 2,2 0 P 2,6 ] = K P 2
Figure DE102018210864B3_0011
ermittelt.Now, on the one hand, a transfer matrix J transition according to J t r a n s i t i O n = V Σ t r a n s i t i O n ( λ ) U T
Figure DE102018210864B3_0007
With Σ t r a n s i t i O n ( λ ) = [ σ 1 ( σ 1 - λ σ 1 + λ ) 2 0 0 0 σ 2 ( σ 2 - λ σ 2 + λ ) 2 0 σ 6 ( σ 6 - λ σ 6 + λ ) 2 ]
Figure DE102018210864B3_0008
J t r a n s i t i O n ( c c 1 ) = J t r a n s i t i O n ( λ = 0 ) = V Σ t r a n s i t i O n ( λ = 0 ) U T = V Σ - 1 U T = J - 1
Figure DE102018210864B3_0009
J t r a n s i t i O n ( c c 2 ) = J t r a n s i t i O n ( λ = 1 ) = V Σ t r a n s i t i O n ( λ = 1 ) U T = V Σ T U T = J T
Figure DE102018210864B3_0010
and on the other hand, a transfer gain according to K P t r a n s i t i O n ( λ ) = [ ( 1 - λ ) P 1.1 + λ P 2.1 0 0 0 ( 1 - λ ) P 1.2 + λ P 2.2 0 ( 1 - λ ) P 1.6 + λ P 2.6 ] K P t r a n s i t i O n ( c c 1 ) = K P t r a n s i t i O n ( λ = 0 ) = [ P 1.1 0 0 0 P 1.2 0 P 1.6 ] = K P 1 K P t r a n s i t i O n ( c c 2 ) = K P t r a n s i t i O n ( λ = 1 ) = [ P 2.1 0 0 0 P 2.2 0 P 2.6 ] = K P 2
Figure DE102018210864B3_0011
determined.

Dann werden Soll-Gelenkgeschwindigkeiten einheitlich gemäß ( d q d t ) c m d = q ˙ c m d = V Σ t r a n s i t i o n ( λ ) U T J t r a n s i t i o n ( λ ) K P t r a n s i t i o n ( λ ) ( F c m d F a c t )

Figure DE102018210864B3_0012
ermittelt, in einem Block bzw. Schritt 22 mit aktuellen Ist-Gelenkgeschwindigkeiten dq/dt verglichen und die Antriebe 11 auf Basis dieser Regeldifferenz geregelt.Then, target joint velocities become uniform according to ( d q d t ) c m d = q ˙ c m d = V Σ t r a n s i t i O n ( λ ) U T } J t r a n s i t i O n ( λ ) K P t r a n s i t i O n ( λ ) ( F c m d - F a c t )
Figure DE102018210864B3_0012
determined, in a block or step 22 with current actual joint speeds dq / dt compared and the drives 11 regulated on the basis of this control difference.

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 c in dem ersten Parameterbereich c ≤ c1 liegt: c c 1 q ˙ c m d = V Σ t r a n s i t i o n ( λ = 0 ) U T J 1 K P t r a n s i t i o n ( λ = 0 ) K P 1 Δ F

Figure DE102018210864B3_0013
in strukturell gleicher Weise auf Basis der Überführungsmatrix JT der Jacobimatrix und einer zweiten Proportionalverstärkung KP2 geregelt wird, falls der Auswahlparameter c in dem zweiten Parameterbereich c ≥ c2 liegt: c c 2 q ˙ c m d = V Σ t r a n s i t i o n ( λ = 1 ) U T J T K P t r a n s i t i o n ( λ = 1 ) K P 2 Δ F
Figure DE102018210864B3_0014
und in strukturell gleicher Weise auf Basis der Transponierten Jtransition der Jacobimatrix und einer Überführungsverstärkung KPtransition geregelt wird, falls der Auswahlparameter c in dem dritten Parameterbereich c1 < c < c2 liegt: c 1 < c < c 2 q ˙ c m d = V Σ t r a n s i t i o n ( λ ) U T J t r a n s i t i o n K P t r a n s i t i o n ( λ ) ( F c m d F a c t )
Figure DE102018210864B3_0015
wobei die Überführungsmatrix Jtransition stetig von der Inversen der Jacobimatrix in die Transponierte der Jacobimatrix und die Überführungsverstärkung KPtransition stetig von der ersten Proportionalverstärkung in die zweite Proportionalverstärkung übergeht, wenn der Auswahlparameter stetig von dem ersten Parameterbereich zu dem zweiten Parameterbereich übergeht.It can be seen in this very simple example that the robot is controlled on the basis of the inverse J -1 of the Jacobian matrix and a first proportional gain K P1 if the selection parameter c in the first parameter range c ≤ c 1 lies: c c 1 q ˙ c m d = V Σ t r a n s i t i O n ( λ = 0 ) U T } J - 1 K P t r a n s i t i O n ( λ = 0 ) } K P 1 Δ F
Figure DE102018210864B3_0013
is structurally controlled in the same way on the basis of the transfer matrix J T of the Jacobian matrix and a second proportional gain K P2 if the selection parameter c in the second parameter range c ≥ c 2 lies: c c 2 q ˙ c m d = V Σ t r a n s i t i O n ( λ = 1 ) U T } J T K P t r a n s i t i O n ( λ = 1 ) } K P 2 Δ F
Figure DE102018210864B3_0014
and is governed structurally in the same way on the basis of the transposed J transition of the Jacobian matrix and a transfer gain K Ptransition , if the selection parameter c in the third parameter range c 1 <c <c 2 lies: c 1 < c < c 2 q ˙ c m d = V Σ t r a n s i t i O n ( λ ) U T } J t r a n s i t i O n K P t r a n s i t i O n ( λ ) ( F c m d - F a c t )
Figure DE102018210864B3_0015
wherein the transition matrix J transition steadily transitions from the inverse of the Jacobian matrix into the transpose of the Jacobian matrix and the transition gain K Ptransition steadily from the first proportional gain to the second proportional gain as the selection parameter transitions steadily from the first parameter domain to the second parameter domain.

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 = σmaxmin auch eine Eintauchtiefe d eines robotergeführten Bolzens in eine Bohrung verwendet und die Übergangsfunktion λ(d) gemäß λ ( d ) = { 0 d 0 d u 0 < d < u ( 6 ' ) 1 d u

Figure DE102018210864B3_0016
mit einer vorgegebenen Mindesteintauchtiefe u, die beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm liegen kann, ermittelt werden. Auf diese Weise wird beim hybrid kraft- und positionsgeregelten Fügen bei einem anfänglichen Eintauchen, d.h. einem Übergang von Kraft- zu Formschluss, stetig von J-1 auf JT übergegangen.For example, instead of the quotient c = σ max / σ min , an immersion depth d of a robot-guided bolt in a bore can also be used, and the transition function λ (d) can be used λ ( d ) = { 0 d 0 d u 0 < d < u ( 6 ' ) 1 d u
Figure DE102018210864B3_0016
with a predetermined minimum immersion depth u, which may for example be between 1 mm and 20 mm, are determined. In this way, in the case of an initial dipping, ie a transition from force to form fit, the hybrid force- and position-controlled joining changes continuously from J -1 to J T.

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

Claims (10)

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, wobei der Roboter auf Basis einer Inversen der Jacobimatrix geregelt wird, falls ein Auswahlparameter (c) einen ersten Parameterwert (c1) aufweist; und der Roboter auf Basis einer Transponierten der Jacobimatrix geregelt wird, falls der Auswahlparameter einen zweiten Parameterwert (c2) aufweist.A method of controlling a Jacobian-based robot (10) that transforms robot's joint speeds (dq / dt) to a robot-fixed reference (TCP) velocity in a robot's working space, the robot being controlled based on an inverse of the Jacobian matrix, if a selection parameter (c) has a first parameter value (c 1 ); and the robot is controlled based on a transpose of the Jacobian matrix if the selection parameter has a second parameter value (c 2 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter auf Basis einer Überführungsmatrix geregelt wird, falls der Auswahlparameter einen dritten Parameterwert aufweist, wobei die Überführungsmatrix von dem Auswahlparameter derart abhängt, dass die Überführungsmatrix gleich der Inversen der Jacobimatrix ist, falls der Auswahlparameter den ersten Parameterwert aufweist, und die Überführungsmatrix gleich der Transponierten der Jacobimatrix ist, falls der Auswahlparameter den zweiten Parameterwert aufweist.Method according to Claim 1 characterized in that the robot is controlled based on a transfer matrix if the selection parameter has a third parameter value, the transfer matrix depending on the selection parameter such that the transfer matrix equals the inverse of the Jacobian if the selection parameter has the first parameter value, and the transition matrix is equal to the transpose of the Jacobian if the selection parameter has the second parameter value. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Überführungsmatrix stetig von der Inversen der Jacobimatrix in die Transponierte der Jacobimatrix übergeht, wenn der Auswahlparameter stetig von dem ersten Parameterwert zu dem zweiten Parameterwert übergeht.Method according to the preceding claim, characterized in that the transfer matrix progressively transitions from the inverse of the Jacobian matrix to the transposed one of the Jacobian matrix as the selection parameter transitions steadily from the first parameter value to the second parameter value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Roboter auf Basis einer vorgegebenen ersten Proportionalverstärkung geregelt wird, falls der Auswahlparameter den ersten Parameterwert aufweist; und - der Roboter auf Basis einer vorgegebenen zweiten Proportionalverstärkung geregelt wird, falls der Auswahlparameter den zweiten Parameterwert aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that - the robot is controlled on the basis of a predetermined first proportional gain, if the selection parameter has the first parameter value; and - the robot is controlled based on a predetermined second proportional gain if the selection parameter has the second parameter value. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter auf Basis einer Überführungsverstärkung geregelt wird, falls der Auswahlparameter einen dritten Parameterwert aufweist, wobei die Überführungsverstärkung von dem Auswahlparameter derart abhängt, dass die Überführungsverstärkung gleich der ersten Proportionalverstärkung ist, falls der Auswahlparameter den ersten Parameterwert aufweist, und die Überführungsverstärkung gleich der zweiten Proportionalverstärkung ist, falls der Auswahlparameter den zweiten Parameterwert aufweist.Method according to the preceding claim, characterized in that the robot is controlled on the basis of a transfer gain if the selection parameter has a third parameter value, the transfer gain being dependent on the selection parameter such that the transfer gain is equal to the first proportional gain if the selection parameter is the first one Parameter value, and the transfer gain is equal to the second proportional gain if the selection parameter has the second parameter value. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Überführungsverstärkung stetig von der ersten Proportionalverstärkung in die zweite Proportionalverstärkung übergeht, wenn der Auswahlparameter stetig von dem ersten Parameterwert zu dem zweiten Parameterwert übergeht.Method according to the preceding claim, characterized in that the transfer gain continuously transitions from the first proportional gain to the second proportional gain as the select parameter progressively transitions from the first parameter value to the second parameter value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswahlparameter von einer Pose des Roboters, einem Schleppfehler und/oder einem Abstand des Roboters zu einer singulären Pose, Singulärwerten der Jacobimatrix und/oder einer Eintauchtiefe und/oder einem Stellweg eines Endeffektors des Roboters und/oder einem Zustand einer mit dem Roboter kooperierenden Maschine abhängt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the selection parameter of a pose of the robot, a following error and / or a distance of the robot to a singular pose, singular values of the Jacobian matrix and / or an insertion depth and / or a travel of an end effector of the robot and / or a state of a robot cooperating with the robot. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter kraft- und/oder positionsgeregelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the robot is force and / or position-controlled. System 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, wobei das System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.A system for controlling a Jacobian-based robot (10) that transforms robot's joint speeds (dq / dt) to a robot-fixed reference (TCP) velocity in a working space of the robot, the system implementing a method according to any one of the preceding claims is set up. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8.A computer program product having a program code stored on a computer-readable medium for performing a method according to any one of the preceding Claims 1 to 8th ,
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