CN105313124A

CN105313124A - 用于控制机器人的方法和装置

Info

Publication number: CN105313124A
Application number: CN201510423603.7A
Authority: CN
Inventors: 格哈德·希藤曼; 马克-瓦尔特·厄贝尔勒; 克里斯蒂安·哈特曼; 理查德·施瓦茨; R·鲁道夫
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2035-07-17
Also published as: EP2977148A1; EP2977148B1; KR101876615B1; EP3974125B1; KR20160010353A; EP3974125A1; DE102014010638A1; US10016894B2; US20160016314A1; CN105313124B

Abstract

本发明涉及一种用于控制机器人的方法和装置，所述方法用于在至少一个姿势中可选地以第一操作模式(M1)或不同于第一操作模式的第二操作模式(M2)控制机器人，在第一操作模式中，确定机器人的状态参量(x₂)相对于第一边界(G₁，G₂)的距离(d)(S40)；并且当距离满足第一条件(d>0)时，激活安全响应(STOP？1)(S60)；在第二操作模式中，可通过在机器人上手动地施加引导力使机器人运动；确定机器人的状态参量相对于第一边界的距离(S70)；安全响应不会因为距离满足第一条件而被激活；并且当距离满足第一条件时，根据距离在机器人上电动地施加调整力(F)(S110)，以便在不阻碍机器人的情况下缩小距离。

Description

用于控制机器人的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制机器人的方法以及执行这种方法的一种装置和一种计算机程序产品。

背景技术

根据企业的内部实践已知：为了控制机器人，需要确定机器人的状态参量相对于边界的距离(Abstand)，并在该距离满足预先设定的条件时激活安全响应。例如可以激活STOP0，即，当机器人的TCP超过工作空间边界时或当机器人的速度超过允许的速度边界时，机器人将由于能源供应的中断而停止运行。

另外根据企业的内部实践已知，为了测试上述动作，需要手动地引导机器人达到这些边界，例如手动地引导TCP超过工作空间边界，或以超过速度边界的速度手动地引导TCP，并审核是否由此激活安全响应。

但是，这种测试特别是对于复杂的边界，例如通过机器人状态空间中的曲折的超面和/或根据状态参量自身所定义的工作空间边界，是困难的，特别是不直观。

除了确定相对于预设边界的距离之外，专利文献DE102008062623A1还提出要确定当前位置相对于一组所存储位置的距离，并通过程序选出所存储的相对于当前位置距离最小的位置。

发明内容

本发明的目的在于改进对机器人的控制。为了能够更紧凑地进行说明，在本发明中，不仅将狭义的控制，即不依赖于所检测到的实际参数来预先设定调整参数(前馈控制)，而且将调节，即基于预先设定的额定参数和所检测到的实际参数来预先设定调整参数(反馈控制)，都概括地称为控制。

本发明的目的通过一种用于控制机器人的方法来实现，该方法用于在至少一个姿势中可选地以第一操作模式或不同于第一操作模式的第二操作模式控制机器人，在第一操作模式中，确定机器人的状态参量相对于第一边界的距离；并且当距离满足第一条件时，激活安全响应；在第二操作模式中，可通过在机器人上手动地施加引导力使机器人运动；确定机器人的状态参量相对于第一边界的距离；安全响应不会因为距离满足第一条件而被激活；并且当距离满足第一条件时，根据距离在机器人上电动地施加调整力，以便在不阻碍机器人的情况下缩小距离。本发明还提出一种特别是根据上述的方法用于使机器人通过对所述机器人手动地施加引导力而运动的方法，其中，在一操作模式中确定所述机器人的状态参量相对于在所述机器人的状态空间中预先设定的、至少两个彼此不同的参照物的距离；确定所述距离中的最小距离；并在机器人上电动地施加调整力，以便在不阻碍机器人的情况下使最小距离最小化。本发明又提出一种用于控制机器人的装置，用于执行根据本发明的方法，以及一种具有程序代码的计算机程序产品，用于执行根据本发明的方法。

根据本发明的一个方面，特别是通过为此设置的装置，在一个或多个、优选在所有位姿中分别选择性地以第一运行模式或不同于第一运行模式的第二运行模式控制机器人。

在本发明中，位姿特别是指可通过机器人的关节的坐标、特别是角度定义的机器人的姿势或机器人的节肢相对于彼此的位置和/或方位(Orientierung)，特别是通过机器人的关节坐标、尤其是关节的角度定义的的机器人的姿势或机器人的节肢相对于彼此的位置和/或方位。

在一种实施方式中，可以特别是通过该装置的运行模式选择器件自动地和/或通过用户输入在第一运行模式和第二运行模式之间进行转换。相应地在一种实施方式中，可以在至少一个位姿中可选地以第一运行模式或第二运行模式控制机器人；在一种扩展方案中，也可以一个或多个不同于第一运行模式或第二运行模式的其他运行模式来控制机器人。对运行模式的选择可以依赖于位姿，或者也可以与位姿无关，特别是可以提前选择第一运行模式或第二运行模式，然后分别进入任意的位姿。

在第一运行模式和第二运行模式中，特别是通过为此设置的距离器件(Abstandsmittel)分别确定机器人的状态参量相对于第一边界的距离，在此，优选该距离在第一运行模式和第二运行模式中以相同的方式被确定。

在本发明中，一维或多维的状态参量特别可以包括一个或多个特定于机器人(roboterfester)的参照物(Referenzen)、特别是机器人的TCP的一个或多个、优选为三个位置坐标或地点坐标(例如笛卡尔坐标、柱坐标或球坐标)和/或一个或多个、优选为三个方位坐标(例如欧拉角或万向角)，和/或坐标的一阶和/或高阶的时间导数，特别可以是一个或多个特定于机器人的参照物、特别是机器人的TCP的一个或多个、优选为三个位置坐标或地点坐标(例如笛卡尔坐标、柱坐标或球坐标)和/或一个或多个、优选为三个方位坐标(例如欧拉角或万向角)，和/或坐标的一阶和/或高阶的时间导数。位置坐标和方位坐标还可以例如包括D-H参数(Denavit-Hartenberg-Parameter)、四元数等，特别可以是D-H参数、四元数等。附加地或替代地，一维或多维状态参量在本发明中可以包括特别是机器人的一个或多个、优选为所有的关节坐标和/或该坐标的至少一个一阶和/或高阶的时间导数，特别可以是机器人的一个或多个、优选为所有的关节坐标和/或该坐标的至少一个一阶和/或高阶的时间导数。

状态参量相对于边界的距离特别可以通过模(Norm)来定义或确定，例如特别是加权的数模(Betragsnorm)或最大值模(Maximumnorm)。因此，例如三维位置(x，y，z)相对于根据y＝z＝0所定义的线性边界的距离既可以通过数值模√(y²+z²)来定义，也可以同样地通过最大值模max{y,z}来定义。

在一种实施方式中，为边界确定方向，并为距离定向或赋予其符号，从而在状态参量位于被定向的边界的一侧或另一侧时，状态参量将具有正距离或负距离。因此，例如三维位置(x，y，z)相对于根据x＝0所定义的平的边界的距离可以通过分量x来定义，并且当该位置位于边界之上或之下时，距离相应地是正的或负的。在一种实施方式中，通过这种方式可以简单和/或可靠地区分所允许的机器人靠近边界和不允许的对根据该边界所定义的禁止区域的侵入。

在第一运行模式中，当距离满足第一条件时，特别是超过或低于预先设定的第一边界值时，激活安全响应。

安全响应特别可以包括尤其是通过机器人的一个或多个优选为机械的制动器和/或一个或多个、优选全部的驱动器使机器人停车，和/或特别是在停车之前或之后断开机器人的一个或多个、优选全部驱动器的能源供应，安全响应特别可以是通过机器人的一个或多个优选为机械的制动器和/或一个或多个、优选全部的驱动器使机器人停车，和/或特别是在停车之前或之后断开机器人的一个或多个、优选全部驱动器的能源供应。相应地，安全响应特别可以包括：所谓的STOP0，即通过机械制动器使机器人停车并在停车之前断开机器人的所有驱动器的能源供应；所谓的STOP1，即通过机器人的驱动器使机器人停车并在停车之后断开驱动器的能源供应；或所谓的STOP2，即通过机器人的驱动器使机器人停车并在停车之后不断开驱动器的能源供应，安全响应特别可以是上述类型的STOP。优选这些安全响应在安全技术中特别是冗余地、优选多样地被激活和/或执行。

在第二运行模式中，可以通过在机器人上手动地施加引导力使机器人运动。为此，机器人特别可以优选以公知的方式处于重力平衡状态或被重力平衡(gravitationskompensiert)，使得机器人能够随手动施加的引导力运动，并在取消引导力时至少基本上保持其新的位姿。同样，机器人特别可以优选以公知的方式处于阻抗调节状态或被调节阻抗，使得机器人能够跟随手动施加的引导力运动，并在取消该引导力时能够至少基本上再回到其旧的或预先设定的位姿中。优选机器人可以借助于力调节或相应的软位置调节(weichenPositionsregelung)并通过手动施加在机器人上引导力运动。

机器人也可以在第一运行模式中通过特别是以与第二运行模式中相同的方式手动施加在机器人上的引导力来运动。在另一种实施方式中，机器人在第一运行模式中被程序控制地自动运动，其特别可以尤其是多次地相继驶出或驶入预先设定的轨迹。

但是相比于第一运行模式不同的是，在第二运行模式中，在相同的一个或多个位姿中，安全响应不会因为距离满足第一条件而被激活，特别是在距离满足第一条件或一旦距离满足第一条件时，安全响应没有(已经)被激活。换句话说，满足在第一运行模式中足以激活安全响应的条件在第二运行模式中并不足以激活安全响应。替代这种动作，当距离满足第一条件时，根据该距离在机器人上电动地施加引导力，以便在不阻碍机器人的情况下减少该距离。

因此根据本发明的这一方面，用于第一运行模式的安全监控可以在第二模式中，在不激活安全响应的情况下，通过有意地手动超过例如预先设定的工作空间边界或速度边界来进行测试，在此，该安全监控在第一模式中在距离满足第一条件时将激活安全响应，例如在TCP超过预先设定的工作空间边界时或其速度超过预先设定的速度边界时。

替代地，在这种情况下可以根据距离对机器人电动地施加调整力，该调整力将尝试缩小该距离，或者说该调整力将在不阻碍机器人的情况下缩小该距离。换句话说，通过第一边界所体现的虚拟约束，可以驱使超出第一边界侵入到禁止区域中的机器人返回。通过这种方式可以使已手动地引导机器人超过边界的操作者触觉地感受到由用于返回该边界的调整力所产生的阻力。

安全监控或预先设定的第一边界可以通过这种方式被直观地测试和/或感受，特别是可以通过机器人可以说是被触觉地触摸或发现。

在一种实施方式中，在第二运行模式中，只有在距离满足第一条件时才会有调整力施加在机器人上，从而才能在达到或超过第一边界时触觉地通过调整力感受到该第一边界。在另一种实施方式中，在第二运行模式中，也是在距离满足第一条件时有调整力施加在机器人上，但是也可能在距离尚未满足第一条件时就有调整力施加在机器人上，从而在达到第一边界之前或在邻近第一边界时就已经触觉地通过调整力感受到该第一边界。

调整力特别是可以指向第一边界状态或被指向第一边界。在一种实施方式中，调整力与距离和/或关于距离的一阶和/或高阶时间导数有关，特别是与其成比例，和/或被限定在最大值上。

在一种实施方式中，在第二运行模式中，当距离满足第一条件时，除了调整力之外，还将发出特别是视觉信号、听觉信号和/或触觉信号、特别是振动。由此可以就达到第一边界提供附加的和/或更细致或更精确的反馈。在一种实施方式中，振动可以通过特别是用于手动施加引导力的振动感知(vibrotaktiles)元件发出，和/或通过用于输入控制指令的输入设备发出，或由机器人驱动器的相应变换或增强的控制器发出。

在一种实施方式中，为了确定距离，距离器件的信号技术输出端和/或物理输出端在第一运行模式中与用于激活安全响应的安全器件相连接，并在第二运行模式中替代地与用于发出信号的信号器件相连接。通过这种方式，在第一运行模式中为激活安全响应所执行的、信号技术实现的和/或物理实现地对距离的相同的确定可以在第二运行模式中被可靠地测试。

在一种实施方式中，在第一运行模式中，当第一状态参量相对于第一边界的第一距离满足第一条件时，激活第一安全响应；在第二运行模式中，

在一种扩展方案中，第一安全响应被激活，在另一种扩展方案中，与第一安全响应不同的第二安全响应被激活，此时：

在一种扩展方案中第一距离并在另一种扩展方案中与第一距离不同的第二距离、

在一种扩展方案中机器人的第一状态参量并在另一种扩展方案中与第一状态参量不同的第二状态参量、

相对于不同于第一边界的第二边界，

在一种扩展方案中满足第一条件，并在另一种扩展方案中满足与第一条件不同的第二条件，

特别是在没有根据距离在机器人上电动地施加调整力的情况下，以便在不阻碍机器人的情况下减少该距离。

附加地或替代地，在一种实施方式中，在第一运行模式中，当第一状态参量相对于第一边界的第一距离满足第一条件时，激活第一安全响应；在第二运行模式中，

在一种扩展方案中，第一安全响应被激活，在另一种扩展方案中与第一安全响应不同的第二安全响应被激活，此时：

在一种扩展方案中相对于第一边界，并在另一种扩展方案中相对于不同于第一边界的第二边界，

满足不同于第一条件的第二条件，

特别是在没有为了在不阻碍机器人的情况下缩小该距离而根据距离在机器人上电动地施加调整力的情况下。

例如，如果第一状态参量是TCP的当前笛卡尔位置(x，y，z)，第一边界是预先设定的平的工作空间边界G：x＝0，第一距离d是该位置和该工作空间边界之间的被赋予符号的差值，第一条件为该第一距离大于或等于零(d≥0)，并且第一安全响应是STOP1，则在一种实施方式中，在第二运行模式中，

当第一状态参量(x，y，z)的被赋予符号的分量x(第一距离d)相对于不同于第一边界的第二边界(例如，G‘:x＝1)满足第一条件(d≥0)时，

在一种扩展方案中STOP1(第一安全响应)被激活，在另一种扩展方案中STOP0或STOP2(不同于第一安全响应的第二安全响应)被激活。

因此在该实施例中，在第二运行模式中，当TCP超过另一边界时，在超过边界x＝0时可替代STOP1地执行STOP0、STOP1或STOP2。

同样，在上述实施例中，在第二运行模式中，

当TCP的笛卡尔速度v_实际(机器人的不同于第一状态参量的第二状态参量的)和允许最大速度v_实际(不同于第一边界的第二边界)之间的被赋予符号的差值(第一距离d)满足第一条件(d≥0)时，

在一种扩展方案中STOP1(第一安全响应)被激活，在另一种扩展方案中STOP0或STOP2(与第一安全响应不同的第二安全响应)被激活。

因此在该实施例中，在第二运行模式中，当TCP超过允许最大速度时，在超过边界x＝0时可替代STOP1地执行STOP0、STOP1或STOP2。

同样，在上述实施例中，在第二运行模式中，

当TCP的当前笛卡尔位置(x，y，z)(第一状态参量)的分量(不同于第一距离d的第二距离)相对于不同于第一边界的第二边界(y＝z＝0)的偏差的最大值d‘＝max{y,z}满足与第一条件不同的第二条件d‘>d_max时，

同样在上述实施例中，在第二运行模式中，

当第一状态参量(x，y，z)相对于第一边界G：x＝0的第一距离d满足与第一条件不同的第二条件时，例如

因此在该实施例中，在第二运行模式中，当位置和工作空间边界之间的差值d关于时间t的积分超过预先设定的边界值d₀时，在超过边界x＝0时可替代STOP1地执行STOP0、STOP1或STOP2。

通过在第二运行模式中，在没有根据距离在机器人上电动地施加调整力的情况下激活安全响应，以便在不阻碍机器人的情况下缩小该距离，在第二运行模式中的安全监控可以说能够在需要的情况下否决(überstimmt)或撤销触觉地相互作用。换句话说，在第二运行模式中，只有在满足第一条件或一旦满足第一条件并且不满足不同于第一条件的第二条件时，才根据距离施加调整力，以便在不阻碍机器人的情况下缩小该距离。

在一种实施方式中，第一边界和/或在第二运行模式中被确定相对于其的距离的边界与状态参量有关，特别是与将要确定其相对于边界的距离的状态参量有关。因此在一种实施方式中，可以优选预先设定与位置、方向、定位和/或速度有关的边界。

在一种实施方式中，第一边界和/或在第二运行模式中被确定相对于其的距离的边界通过机器人状态空间中的两个或多个超面、特别是一对或多对分别为两个平行或不平行的超面来定义，和/或通过一个或多个曲折的超面来定义。曲折的超面允许针对复杂的边界有利地进行更准确和/或在数值上可更好操作的考量。优选通过所谓的NURBS(非均匀有理B样条)来预先设定曲折的超面。

在一种实施方式中，在第二运行模式中，通过手动地在机器人上施加引导力使机器人特别是被蓄意地运动，以使机器人的状态参量相对于第一边界的距离满足第一条件。

根据本发明的另一方面(其可以优选与前面所述的方案相组合)，当在一种运行模式中通过在机器人上手动地施加引导力使机器人运动时，特别是通过为此设置的装置来确定机器人的状态参量相对于机器人的状态空间中的两个或多个预先设定的彼此不同的参照物的距离，然后确定这些距离之中的最小值，并在机器人上电动地施加调整力，以便在不阻碍机器人的情况下使这些距离之中的最小值最小化，或者该调整力尝试使所确定的最小距离最小化，或者说该调整力在不阻碍机器人的情况下使所确定的最小距离最小化。

运行模式特别可以是前述的第一运行模式或第二运行模式，或者也可以是不同于前述的第一运行模式或第二运行模式的运行模式。相应地在一种实施方式中，特别是可以通过所述装置的运行模式选择器件自动地和/或通过用户输入在这些运行模式中进行切换。

状态参量特别可以是一前述的状态参量，即，特别可以是TCP的一个或多个位置坐标和/或方位坐标，关节坐标等。距离特别可以是一前述的距离，特别是数模或最大值模等。在一种实施方式中，距离没有被赋予符号，特别是始终是正的。特别是当距离还可以具有负值时，在一种实施方式中，确定这些距离中的数值最小的距离，并在机器人上电动地施加调整力，以便在不阻碍机器人的情况下使该最小的距离数值最小化。

在一种实施方式中，机器人的状态空间是所有可能的状态参量值的空间或集合，即，例如是笛卡尔工作空间或可能的关节坐标的空间。在另一种实施方式中，机器人的状态空间是所有可能的状态参量值的空间或集合的预先设定的真子集。例如，用户可以通过预先设定半径将围绕当前TCP位置的(超)球预设为状态空间，从而只在该空间中以在此所述的方式搜寻通过预先设定或输入所定义的状态空间。相应地在一种实施方式中，状态空间特别能够通过用户可变地预先设定或由用户来预先设定。

根据这一方面，将机器人牵拉到相距多个预先设定的参照物最近的地方。这使得特别是能够容易地找到并因此而触摸到上述的边界。相应地，在该方面意义下的参照物特别可以是根据上述方面的边界。同样，特别是还可以能够更容易地寻找所存储的位姿、编程点(Programmpunkte)等。同样地，特别是可以更容易地在通过所存储的点来预先设定的轨迹、平面等上找到非直接存储的中间点。相应地，在该方面意义下的参照物通常特别可以是被预先设定的、特别是存储的状态参量或状态空间的值或值域，尤其是线、(超)面或(超)容积((Hyper)Volumen)。例如，所存储的TCP位置是机器人的工作空间中的值；所存储的TCP轨迹上的(中间)点是工作空间中的值域或线；根据上述方面的边界特别是工作空间中的(超)面。

相应地在一种实施方式中，在机器人的状态空间中预先设定的参照物包括：特定于机器人的参照物、特别是TCP的位置；和/或机器人的位姿，特别是预先设定的机器人的轨迹；和/或在机器人的状态空间中的、特别是虚拟的结构，尤其是壁和/或坐标系。

在一种实施方式中，特别是通过强调指出所存储的机器人程序中的对应的程序指令来指明机器人状态空间中的、具有所确定的最小距离的参照物。正如在前面所提到的专利文献DE102008062623A1中所提及的那样(作为附加的参考，并且其内容明确地包含在本文所公开的内容中)，由此能够有利于用户更容易地检查和/或改变所存储的程序。

在一种实施方式中，机器人被顺从性地(nachgiebig)、特别是力调节地和/或重力平衡地调整，以便优选如同前面关于所述方面已说明的那样能够通过在机器人上手动地施加引导力使机器人运动。特别是可以通过阻抗调节来施加调整力，调整力的额定值或目标值是机器人状态空间中的、已为其确定最小距离的参照物。换句话说，可以通过阻抗调节，优选以公知的方式使位于机器人的当前或实际位姿与将要确定或已确定最小距离的参照物之间的虚拟弹簧被张紧或处于张紧状态。未受阻碍的机器人通过阻抗调节被朝向该参照物牵拉或被牵拉到该参照物上，并在此使距离最小化。

本发明意义下的器件可以硬件技术和/或软件技术地实现，特别可以具有：优选与存储系统和/或总线系统数据连接或信号连接的处理单元，特别是数字处理单元，尤其是微处理单元(CPU)；和/或一个或多个程序或程序模块。为此可以将CPU设计用于：执行被设置为保存在存储系统中的程序的命令，检测数据总线的输入信号，和/或将输出信号发送到数据总线。存储系统可以具有一个或多个特别是不同的存储介质，尤其是光学、磁性的固体介质和/或其他的非易失性介质。程序可以被实现为，能够体现或执行在此所述的方法，以使CPU能够执行这种方法的步骤，并特别是能够由此控制执行器。

附图说明

其他的优点和特征由相关部分和实施例给出。在此部分示意性地示出：

图1：机器人的状态空间的一部分，用于说明根据本发明的一种实施方式的方法；

图2：根据本发明的一种实施方式的方法的流程图；和

图3：用于执行该方法的控制装置的一部分。

具体实施方式

图1示出了机器人的状态空间的一部分，用于说明由在图3中部分示出的装置所执行的、根据本发明的一种实施方式的方法，图2示出了该方法的流程图。前面所述的两个方面在此被示例性地一起说明，但是它们也可以分别独立地实现。

在步骤S10中，首先例如通过用户输入来选择第一运行模式M1或不同于该第一运行模式的第二运行模式M2。在接下来的步骤S20中，通过装置40检查是否选择了第二运行模式(S20：“Y”)，并在接下来的步骤S30中检查是否选择了第一运行模式(S30：“Y”)，在此，装置40被硬件和软件技术地设置用于执行在此所描述的方法，并在图3中被部分地示出。如果两个运行模式均未被选择(S20：“N”，S30：“N”)，则该方法返回到步骤S20。

至少在第二运行模式M2中，可以通过手动地对机器人施加引导力使机器人运动，例如如下所述的阻抗调节或重力补偿控制。相反，在第一运行模式中机器人被程序控制地自动运动。

如果选择了第一运行模式M1(S30：“Y”)，则在接下来的步骤S40中确定机器人的状态参量相对于第一边界的距离d。

在为了能够实现更好的描述而被简化的二维实施例中，状态参量x由(未示出的)机器人的TCP的两个笛卡尔位置坐标x_i,x_j构成。在图1中示出了该状态参量的两个不同的值x₁和x₂，即状态空间{x_i,x_j}中的两个不同的TCP位置x₁、x₂。

为了更好地示出，第一边界G简化地通过G₁:x_i＝0和G₂:x_j＝0来定义，并在图1中以虚线示出。在此将该边界的方向确定为，使具有正坐标值的TCP位置具有负的距离d<0，例如特别是示例性的位置x₁，而具有至少一个负坐标值的TCP位置具有正的距离d>0，例如特别是示例性的位置x₂。

在第一运行模式M1中，装置40在接下来的步骤S50中检查该距离d是否满足第一条件，在该实施例中，当TCP超过边界G时或被赋予符号的距离d大于零(d>0)时，则满足第一条件。

当距离d满足第一条件时(S50：“Y”)，激活安全响应，在本实施例中为STOP1。如果距离d没有满足第一条件(S50：“N”)，本方法返回到步骤S20。换句话说，在第一运行模式M1中，一旦TCP超过边界G，STOP1就被激活。

如果选择了第二运行模式M2(S20：“Y”)，则在接下来的步骤S70中以与第一运行模式M1中相同的方式来确定相对于第一边界G的距离d。相应地，步骤S40和S70也可以通过一共同的步骤被步骤S20代替。如图3所示，机器人的控制装置40的距离器件10的输出端可以特别是在第一运行模式M1中与控制装置40的安全器件30相连接或处于连接状态，以激活安全响应STOP1，并在第二运行模式M2中与控制装置的信号器件20相连接或处于连接状态，以输出信号S。

在第二运行模式M2中，在接下来的步骤S80中检查距离d是否满足不同于第一条件d>0的第二条件d>D，在此，预先设定的常量D>0。这相当于在被简化的实施例中检查TCP位置相对于不同于第一边界G的第二边界的距离是否满足条件d>0，第二边界在图1中以双点划线示出。

如果在步骤S80中检查得出：TCP超过第二边界或到第一边界G的距离大于预先设定的常量D(S80：“Y”)，则在步骤S90中采用STOP0作为与第一运行模式中的安全响应不同的安全响应。通过这种方式还可以在第二运行模式中进行安全监控。

如果在步骤S80中检查得出：TCP未超过第二边界或到第一边界G的距离不大于预先设定的常量D(S80：“N”)，则在步骤S100中检查距离d是否满足第一条件，该第一条件也在步骤S50中在第一运行模式M1中被检查，并且当TCP超过边界G或被赋予符号的距离d大于零(d>0)时，就满足了该第一条件。

当距离d在第二运行模式M2中只满足第一条件(S100：“Y”)时，没有安全响应被激活。因此，安全响应STOP1在第二运行模式M2中不会因为距离d满足第一条件或一旦距离d满足第一条件就被激活。如上所述，因此不排除在满足第一条件期间也有安全响应被激活，在本实施例中为STOP0。决定性的是，虽然满足第一条件并不足以激活第一运行模式的安全响应，但是在本实施例中从几何学(geometrisch)来看是必需的。

替代地，在步骤S110中，当距离d满足第一条件d>0时(S100：“Y”)，根据该距离d在机器人上电动地施加调整力F，以便在不阻碍机器人的情况下缩小该距离d。为此，如图1所示，将调整力F定向为指向边界G。在此，该调整力与距离成比例(F＝k·d)，并受限于最大值F_max。在一种变型中，调整力还可以附加地或替代地与时间变化成比例。

由此，在第二运行模式M2中，当超过边界G时不是如同第一运行模式M1中那样激活安全响应STOP1，而是替代地给予用户可感触的、返回驱动力形式的反馈，在此，用户通过手动施加引导力使机器人运动，而返回驱动力则随着逐渐增大地侵入到通过边界G定义的禁止区域中而增加至最大值F_max。

附加地，在步骤S110中发出视觉、听觉和/或触觉的信号S，例如振动。

为了测试第一运行模式的关于超过第一边界G的安全监控，用户相应地在第二运行模式M2中通过在机器人上手动地施加引导力使机器人运动，以使机器人的状态参量x相对于该边界G的距离d满足第一条件d>0，并通过由此产生的返回驱动力F触觉地感觉到该边界。此外，该边界通过信号S向用户示出。由于距离器件10的输出端(其在第一运行模式M1中与安全器件30相连接以激活STOP1)在第二运行模式M2中与信号器件20相连接或处于连接状态以发出信号S(见图3)，因此替代STOP1地，除了返回驱动力F外还发出信号S。通过这种方式，用户也可以信号技术地和物理地检查安全监控。

相反，如果在第二运行模式中，在步骤S90中激活STOP0，则不施加调整力。因此可以说，该安全响应“否决”了关于超过边界G的触觉反馈。

如果在第二运行模式中，距离d不满足第一条件(S100：“N”)，则在步骤S120中不施加朝向边界G的返回驱动力，或该力F为零。

在接下来的步骤S200中，在第二运行模式M2中，确定机器人的状态参量x相对于在机器人的状态空间中预先设定的彼此不同的参照物的距离。

为此，在为了实现更好的示出而被简化的本实施例中，以虚线示例性地示出了通过两个点y_n和y_n+1预先设定的机器人TCP的环形轨迹B。然后在步骤S200中确定：当前状态参量x₁相对于预先设定的参照物y_n的距离d_n，当前状态参量x₁相对于预先设定的参照物y_n+1的距离d_n+1，以及当前状态参量x₁相对于预先设定的参照物B的距离d_(n,n+1)，在本实施例中为相对于环形轨迹B的离当前TCP位置x₁最近的点y_(n,n+1)的距离。

通过执行如下所述的步骤S210至S280，确定这些距离中的最小距离d_min，并在机器人上电动地施加在图1中示出的调整力f，以便在不阻碍机器人的情况下将该最小距离d_min减小至最低。

首先在初始化步骤S210中将计数器n设为1，将所确定的相对于第一预设参照物y₁的距离d₁赋值(vorbelegt)给目前所找出的最小距离的变量d_min，并对在该简化实施例中待施加的调整力f的二维向量变量赋值，该值与当前TCP位置x₁与第一参照物y₁之间的向量差(Differenzvektor，差向量)成比例。

在接下来的步骤S220中，计数器n增加1，并在接下来的步骤S230中检查是否所有参照物都被执行完成。

如果不(S230：“N”)，则在步骤S240中针对对应于参照物y_n的该计数器n的距离d_n检查：该距离是否小于目前所找到的最小距离d_min。

如果是(S240：“Y”)，则在步骤S250中将该距离d_n设置为新的最小距离d_min，并对待施加的调整力f的向量变量赋值，该值与当前TCP位置x₁和对应于计数器n的该参照物y_n之间的向量差成比例。

相反，如果对应于计数器n的参照物y_n的距离d_n不小于目前所找到的最小距离d_min(S240：“N”)，或在步骤S250中d_min和f已经被重新赋值，则在步骤S260中针对位于对应于该计数器n的轨迹点y_n和紧接着的轨迹点y_n+1之间的轨迹B的距离d_(n,n+1)进行检查：该距离是否小于目前所找到的最小距离d_min。

如果是(S260：“Y”)，则在步骤S270中将该距离d_(n,n+1)设为新的最小距离d_min，并给待施加的调整力f的向量变量赋值，该值与当前TCP位置x₁和位于y_n与y_n+1之间的轨迹点y_(n,n+1)之间的向量差成比例，该轨迹点距离当前的TCP位置最近。

然后，方法返回到步骤S220并增加计数器n。

如果所有的参照物(在本实施例中为所有的轨迹点和由这些轨迹点定义的轨迹)都执行完毕(S230：“Y”)，则由此确定的调整力f被电动地施加在机器人上。附加地，在机器人的状态空间中示出了具有所确定的最小距离的参照物(未示出)。

由此，如图1所示，TCP被阻抗调节地牵拉到距TCP的当前位置x₁最近的参照物，在本实施例中为位于最近处的轨迹点y_(n,n+1)。

由此，特别是可以简单、直观地触觉检查机器人轨迹B。特别地，当在本实施例中省略步骤S260、S270时，即不使用轨迹而是使用预先设定的轨迹点作为参照物时，能够以简单的方式直接找到预先设定的轨迹点y₁,...,y_n,y_n+1,...。同样，还可以附加地或替代地使用前述边界G形式的虚拟结构作为参照物，并由此使得TCP被力调节地牵拉到该边界上，以便最终超过该边界，并由此来测试安全监控。在本文中已就此指出：边界G是状态空间{x_i,x_j}中的平的超面或壁。

虽然在前述说明中示例性地阐明了实施方式，但需要指出的是还可以获得许多的变型。

如上所述，特别是施加朝向边界G的调整力F来代替激活安全响应STOP1和施加朝向最近的参照物y_(n,n+1)驱动的调整力f这两个方面还可以彼此独立地起作用。由此，特别是可以在如图2所示的实施例中省略步骤S10至S120，这些步骤涉及到施加朝向边界G的调整力F来代替激活安全响应；或省略步骤S200至S280，这些步骤涉及到施加朝向最近的参照物y_(n,n+1)驱动的调整力f。

此外还需要说明的是：这些示例性的实施方式只是举例，其不对保护范围、应用和结构构成限制。相反，通过前面的说明将给予本领域技术人员关于至少一个示例性实施方式的变化的教导，在此，特别是关于所述组件的功能和设置可以实施不同的变化，但是这些变化并不背离由权利要求和等同的特征组合得出的保护范围。

附图标记列表

10距离器件

20信号器件

30安全器件

40(控制)装置

x₁；x₂TCP的位置

y_n；y_n+1预先设定的轨迹点

y_(n，n+1)最近的轨迹点

B轨迹

d_min(最小)距离

D预先设定的常量

G₁，G₂第一边界

F；f调整力

M1第一操作模式

M2第二操作模式

S信号

Claims

1.一种用于控制机器人的方法，该方法在至少一个姿势中选择性地以第一操作模式(M1)或不同于所述第一操作模式的第二操作模式(M2)控制机器人，

其中，在所述第一操作模式中，

确定所述机器人的状态参量(x₂)相对于第一边界(G₁，G₂)的距离(d)(S40)；并且

当所述距离满足第一条件(d>0)时，激活安全响应(STOP1)(S60)；其中，在所述第二操作模式中，

所述机器人能够通过在所述机器人上手动地施加引导力而运动；

确定所述机器人的状态参量相对于所述第一边界的距离(S70)；

所述安全响应不会因为所述距离满足所述第一条件而被激活；并且

当所述距离满足所述第一条件时，根据所述距离在所述机器人上电动地施加调整力(F)(S110)，以便在不阻碍所述机器人的情况下缩小所述距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二操作模式中，当所述距离满足所述第一条件时，发出特别是视觉的、听觉的和/或触觉的信号(S)，特别是振动(S110)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于确定所述距离的距离器件(10)的输出端在所述第一操作模式中与用于激活所述安全响应的安全器件(30)相连接，并在所述第二操作模式中与用于发出所述信号的信号器件(20)相连接。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第二操作模式中，当所述机器人的状态参量(x₂)相对于不同于所述第一边界的第二边界的距离(d)满足条件，或所述机器人的状态参量(x₂)相对于一边界(G₁，G₂)的距离(d)满足与所述第一条件不同的第二条件(d>D)时，特别是在没有为了在不阻碍所述机器人的情况下缩小所述距离而根据所述距离在所述机器人上电动地施加调整力的情况下，激活安全响应(STOP0)(S90)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个所述状态参量包括：

至少一个特定于机器人的参照物、特别是TCP的至少一个位置坐标和/或方位坐标(x_i，x_j)，和/或所述至少一个位置坐标和/或方位坐标的至少一个时间导数，

和/或所述机器人的至少一个关节坐标和/或所述至少一个关节坐标的至少一个时间导数。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个所述安全响应包括：特别是通过所述机器人的至少一个制动器和/或至少一个驱动器使所述机器人停车，和/或使所述机器人的至少一个驱动器与能源供应断开。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个所述边界与一个所述状态参量有关。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个所述边界通过所述机器人的状态空间({x_i,x_j})中的至少两个特别是平行或不平行的超面(G₁，G₂)和/或至少一个曲折的超面来定义。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人在所述第一操作模式中被程序控制地自动运动，或能够通过在所述机器人上手动地施加引导力来运动。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人在所述第二操作模式中通过对所述机器人手动地施加引导力而运动，以使所述机器人的状态参量相对于所述第一边界的距离满足所述第一条件。

11.一种特别是根据前述权利要求中任一项所述的、用于使机器人通过对所述机器人手动地施加引导力而运动的方法，其中，

在一操作模式(M2)中确定所述机器人的状态参量(x₁)相对于在所述机器人的状态空间({x_i,x_j})中预先设定的、至少两个彼此不同的参照物(y_n,y_n+1,B)的距离(d)(S200)；

确定所述距离中的最小距离(d_min)(S210-S270)；并

在所述机器人上电动地施加调整力(f)(S280)，以便在不阻碍所述机器人的情况下使所述最小距离最小化。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述机器人的状态空间中预先设定的参照物包括：在所述机器人的状态空间中的特定于机器人的参照物、特别是TCP的位置(y_n,y_n+1)，和/或所述机器人的位姿、特别是所述机器人的预先设定的轨迹(B)，和/或特别是虚拟的结构、尤其是壁(G₁，G₂)和/或坐标系。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述机器人的状态空间中显示出具有所确定的最小距离的参照物。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人顺从性地、特别是力调节地和/或重力平衡地被调节，以便所述机器人能够通过在所述机器人上手动地施加引导力而运动。

15.一种用于控制机器人的装置(40)，所述装置被设计用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

16.一种计算机程序产品，具有程序代码，所述程序代码存储在计算机可读的介质上，所述计算机程序产品用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。