CN106233214A - 补偿机器人运动偏差 - Google Patents
补偿机器人运动偏差 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106233214A CN106233214A CN201480078126.9A CN201480078126A CN106233214A CN 106233214 A CN106233214 A CN 106233214A CN 201480078126 A CN201480078126 A CN 201480078126A CN 106233214 A CN106233214 A CN 106233214A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- drift
- motor
- robot
- estimation
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/1005—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
- B25J9/1641—Programme controls characterised by the control loop compensation for backlash, friction, compliance, elasticity in the joints
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37429—Temperature of motor
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
- G05B2219/41127—Compensation for temperature variations of servo
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
- G05B2219/41359—Gearbox
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49211—Compensation dilatation using calculated temperature from velocity
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
本发明涉及用于补偿由齿轮箱(20)导致的机器人运动偏差的方法、装置和计算机程序产品以及包括这种装置的机器人设备。所述装置(36)包括漂移估测块(42)和漂移调节块(44),漂移估测块构造成获得与马达(22)相关的马达数据(qr)和马达扭矩数据(τ)、基于马达数据(qr)和马达扭矩数据(τ)确定齿轮箱(20)的温度测量(TM)、以及基于机器人段的漂移值估测漂移(Δq),漂移值转而基于齿轮箱温度测量和马达的重力扭矩(τgrav)而获得;漂移调节块(44)构造成基于估测的漂移(Δq)调节用来控制机器人的定位的控制值(qr)。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域。更具体地,本发明涉及用于补偿由齿轮箱导致的机器人运动的方法、装置和计算机程序产品以及包括这种装置的机器人设备。
背景技术
机器人段例如机械臂的一部分通常由马达(例如伺服马达)与齿轮箱共同控制。
工业机器人的控制在理论上可以如此精确,以致与期望位置的偏差非常之小。这使得机器人能够执行细微而精准的操作。
然而,已经发现机器人运动偏差由于齿轮箱温度而变化。这意味着运动不再如此精确。如果机器人在生产中使用,这可能导致生产出的产品的不可接受的低质量。
各种文献讨论了马达中(例如见US5420490)或者一般而言机器人中(例如见EP2199036)的温度漂移的处理。
有鉴于此,仍然需要提供对由齿轮箱中的温度变化导致的漂移的补偿。
发明内容
因此,本发明涉及补偿由齿轮箱导致的机器人运动偏差,其中齿轮箱连接在机器人段与控制该机器人段的运动的马达之间。
根据本发明的第一方面,该目的通过一种用于补偿机器人运动偏差的方法而实现,机器人运动偏差是由连接在机器人段与控制该机器人段的运动的马达之间的齿轮箱导致的,该方法包括以下步骤:
–获得马达的马达数据;
–获得马达扭矩数据;
–基于马达数据和马达扭矩数据确定齿轮箱的温度测量;
–基于机器人段的漂移值估测漂移,漂移值转而基于齿轮箱温度测量和马达的重力扭矩而获得;以及
–基于估测的漂移调节用来控制机器人的定位的控制值。
本发明的另一个目的是提供一种用于补偿机器人运动偏差的装置,其中机器人运动偏差是由连接在机器人段与控制该机器人段的运动的马达之间的齿轮箱导致的。
根据本发明的第二方面,该目的通过这样一种装置而实现,该装置包括:
漂移估测块,其构造成:
–获得马达的马达数据;
–获得马达扭矩数据;
–基于马达数据和马达扭矩数据确定齿轮箱的温度的测量;以及
–基于机器人段的漂移值估测漂移,漂移值转而基于齿轮箱温度测量和马达的重力扭矩而获得;以及
漂移调节块,其构造成基于估测的漂移调节用来控制机器人的定位的控制值。
该装置可以是用于机器人的机器人控制器的一部分。
本发明的另一个目的是提供一种机器人设备,其包括工业机器人和用于补偿由齿轮箱导致的机器人运动偏差的装置。
根据本发明的第三方面,该目的通过这样一种机器人设备而实现,其中:
该工业机器人包括:
多个可移动臂段;
用于移动相应的臂段的至少一个马达;以及
位于马达与臂段之间的齿轮箱;并且
所述装置包括:
根据第二方面的漂移估测块和漂移调节块。
本发明的另一个方面是提供一种计算机程序产品,用于补偿由连接在机器人段与控制该机器人段的运动的马达之间的齿轮箱导致的机器人运动偏差。
根据本发明的第四方面,该目的通过一种包括数据载体(78)的计算机程序产品而实现,该数据载体具有计算机程序代码,该计算机程序代码当在用于补偿机器人运动偏差的装置中运行时使得装置:
–获得马达的马达数据;
–获得马达扭矩数据;
–基于马达数据和马达扭矩数据确定齿轮箱的温度的测量;
–基于机器人段的漂移值估测漂移,漂移值转而基于齿轮箱温度测量和马达的重力扭矩而获得;以及
–基于估测的漂移调节用来控制机器人的定位的控制值。
本发明具有诸多优点。本发明允许简单而快速地补偿由齿轮箱中的温度偏差导致的漂移。提高了机器人的操作,从而可以执行更精准的运动。另外,这种提高能够通过机器人控制器中的程序升级来实现。因此,实施增设的功能性所需的附加成本较低。
应当强调的是,在本文中使用的词语“包括”用来指明所述及的特征、整体、步骤或部件的存在,但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、部件或其群组的存在或添加。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明,在附图中:
图1示意性地示出了包括机器人和机器人控制器的机器人设备;
图2示意性地示出了具有齿轮箱和马达的机器人的接头;
图3示出了连接至马达的机器人控制器的示意性框图,其中机器人控制器包括路径规划单元、漂移补偿单元和控制单元;
图4示意性地示出了使用齿轮箱和马达控制接头的控制图,该控制图包括路径计算单元以及漂移计算单元和控制单元中的各种控制块;
图5示出了在补偿漂移的方法中执行的多个方法步骤;
图6示意性地示出了为了补偿漂移而在漂移补偿单元中设置的多个控制元件;
图7示出了具有补偿的漂移和不具有补偿的漂移的比较的曲线图;以及
图8示意性地示出了包括用于补偿漂移的计算机程序代码的CD只读存储盘形式的计算机程序产品。
具体实施方式
在下面的描述中,为了解释而非限制的目的,阐释了特定的细节,例如特定的结构、接口、技术等,以提供对本发明的透彻理解。然而,对本领域技术人员显而易见的是,本发明可以在偏离这些特定细节的其他实施方式中实践。在其他情形中,省略了公知的装置、电路和方法的详细描述,以避免用不必要的细节使本发明的描述模糊不清。
图1示意性地示出了包括机器人10和机器人控制器32的机器人设备。机器人10包括通过接头16相互连接的多个臂段12、14。图1所示的机器人10被简化,因此仅仅示出了两个臂段,即通过接头16相互连接的第一臂段12和第二臂段14。这意味着在本示例中,示出了连接第一臂段12和第二臂段14的仅一个接头16。然而,应当意识到,机器人通常包括更多个的臂段,一般为六个,因此机器人通常还包括可以被控制的多个更多的接头。
第一臂段12这里连接至基台26。通过这种方式,机器人10附接至基台26。通常还存在将第一臂段12结合至该基台26的接头,以允许第一臂段12相对于基台26移动。因此,基台可以提供第一旋转轴线。然而,为了清楚起见,该接头已经从图1中省略。机器人通常包括用于允许工具28连接至机器人10的工具保持器。这种工具一般连接至机器人的最靠外的臂段,即连接至距离基台26最远的臂段。因此在图1中,一个这样的工具28示出为附接至第二臂段14。
为了使第二臂段14相对于第一臂段12移动,在接头16处设置了致动器22,致动器22可以实施为马达,例如伺服马达,用于使第二臂围绕由接头16限定的第二旋转轴线移动。在该致动器与接头16之间还设置有齿轮箱20。
在一些变型中,还可以存在连接至该接头的一个或多个传感器。这种传感器可以设置为感测至少一个属性,例如马达的属性,其中该属性的变化由致动器22的操作引起。以这种方式感测的一种可能的属性是机器人10的位置,更具体地是第二臂段14相对于第二轴线的位置。另一种可能的属性是马达22的速度。又一种可能的属性是马达的加速度。再一种属性是第二臂14的扭矩。也可以具有感测地点的温度、即齿轮箱20的环境温度的温度传感器。该传感器可以另外布置或安装在致动器或齿轮箱上。
具有致动器22和齿轮箱20的接头16在图2中也示意性地示出,该图示出了这些元件的立体图。
机器人控制器32连接至机器人10,更具体地是连接至致动器2;如果存在传感器,则还连接至该传感器。
在图3中示出了连接至马达22的机器人控制器32的示意性框图。机器人控制器32包括连接至漂移补偿单元DC 36的路径规划单元PP34。漂移补偿单元36继而连接至臂控制单元AC 38,臂控制单元AC38最后连接至马达M 22。漂移补偿单元36也可以被认为形成了用于补偿由齿轮箱导致的机器人运动偏差的装置。
图4示出了路径规划单元34、漂移补偿单元36、臂控制单元38、马达22、齿轮箱20和第二臂14的过程控制示意图。在图4中,还示出了漂移补偿单元36和臂控制单元38的块。路径规划单元34提供关于马达的马达数据。在本示例中,路径规划单元34向动态模型块40提供以下形式的马达数据:期望的马达位置值qr、期望的马达速度值以及期望的马达加速度值马达速度值也被提供给漂移补偿单元36的漂移估测块42,漂移估测块42还从动态模型块40接收马达的马达扭矩值τ和重力扭矩值τgrav。漂移补偿单元36还包括漂移调节块44,漂移调节块44连接在路径计划单元34的信号输出与臂控制单元38的位置控制块46的第一信号输入之间。漂移调节块44接收来自漂移估测块42的漂移补偿值Δq和来自路径规划单元34的位置值qr并且将这些值的总和提供给臂控制单元38的位置控制块46的第一信号输入。位置控制块46还具有连接至扭矩控制块48的信号输入的信号输出,其中扭矩控制块48具有连接至马达22的信号输出。马达22继而向齿轮箱20提供马达位置qin,齿轮箱20用位置值qout控制机器人臂14。马达位置qin也在反馈环中被提供回到位置控制块46的第二输入。
动态模型块40包括机器人的动态模型。这种模型可以被路径规划单元34使用。为此,动态模型块40可以取代作为非漂移补偿单元36的一部分而替代性地作为路径规划单元34的一部分。
如前所述,已经发现,存在由于齿轮箱温度的变化导致的机器人运动偏差。齿轮箱输入位置(马达位置)qin与齿轮箱输出位置(接头位置)qout之间的差异于是通常可以取决于齿轮箱20的热状态,即齿轮箱20的不同部分中的温度。如果热状态的变化将导致工具位置的显著变化,那么这会对机器人应用有负面影响。如果例如机器人的z方向上的热漂移为大约0.3mm,并且机器人可重复性被指定为0.05mm,那么热漂移将被理解为0.3mm的可重复性。该问题可以通过热漂移的时间常数可能较短(对于温度升高为大约2分钟,对于温度降低为4分钟)这一事实而扩大,并且短暂的停止例如将显著地改变工具位置。漂移因此可能增大比其减小更快。该问题通过本发明的机器人运动补偿系统来处理。
基于马达速度总马达扭矩τ和重力扭矩τgrav,漂移估测块42估测漂移,并且输出调节Δq。漂移估测块42可以使用动态漂移模型来由速度和扭矩τ估测齿轮箱的内部温度。不是必须这样估测温度,而是仅仅需要获得温度的测量,该测量具有与温度变化相同的行为。在知道温度或测量的情况下,然后能够基于扭矩估测漂移。使用的模型可以是灰箱模型,并且可以通过使用外部测量系统测量漂移来校正。
现在将另外参照图5来描述第一实施方式,其中图5示出了在补偿单元36中执行的补偿机器人运动偏差的方法中的多个方法步骤的流程图。
路径规划单元34确定机器人的运动,例如以使机器人沿着机器人路径移动。该路径通常是工具28在不同时刻占据特定位置所在的路径。路径规划单元34提供用于控制马达移动相应的臂段的多个控制命令,这些运动共同贡献了期望的工具运动。被控制的其中一个马达是通过齿轮箱20连接至接头16的马达22,用于使第二臂段14移动。路径规划单元34提供控制值qr,控制值qr指示第二臂段14的期望位置,例如相对于由接头16限定的旋转轴线的角度。提供控制值qr是为了在控制第二臂14的运动时使用。路径规划单元34还提供相应的马达速度值和加速度值其中所有这三个值都作为输入被提供给漂移补偿单元36的动态模型块40,以使用机器人的动态模型获得第二臂段14的一个或两个扭矩值τ和τgrav。这些值在这里是马达22的总扭矩τ以及马达的重力扭矩τgrav。这两个扭矩值τ和τgrav以及马达速度值被漂移补偿单元36的漂移估测块42接收。
漂移估测块42因此在步骤50中获得关于马达的马达数据(这里是马达速度的形式)并且在步骤52中获得马达扭矩数据(这里是总马达扭矩τ的形式)。基于这两个数据,然后在步骤54中确定齿轮箱20的温度的测量TM。在这完成之后,漂移估测块42在步骤56中从动态模型块40获得重力扭矩值τgrav,并且然后在步骤58中基于温度测量TM和重力扭矩τgrav确定漂移值DV。因此,漂移值是基于齿轮箱温度测量TM和马达的重力扭矩τgrav获得的。漂移估测块42然后在步骤59中基于漂移值DV估测漂移Δq。漂移值DV因此被用于获得漂移Δq的估测。由于漂移值DV取决于温度测量TM和重力扭矩τgrav,所以明显的是,估测的漂移Δq也取决于温度测量TM和重力扭矩τgrav。在一些变型中,漂移值DV用作估测的漂移Δq。在其他变型中,漂移值DV被处理以用于获取估测的漂移Δq。估测的漂移Δq然后被提供给漂移调节块44,以便从控制值qr中减去估测的漂移Δq,并且通过这种方式漂移调节块44在步骤60中调节控制值qr。因此,基于估测的漂移调节用来控制机器人的定位的控制值qr。该估测的漂移Δq因此补偿了齿轮箱输出信号qout中的漂移。
被调节的控制值然后被提供给臂控制单元38的位置控制块46,位置控制块46在进一步的处理之后向扭矩控制块48输送过程控制信号,扭矩控制块48接着在步骤62中进一步处理信号以作为控制命令提供给马达22。马达22然后利用位置qin控制臂段14的位置,其中位置qin被齿轮箱20转化为用于控制臂段14的位置qout。这里,马达位置qin也在反馈控制环中被反馈至位置控制块46。
应当意识到,位置控制块46和扭矩控制块48的关于马达22和齿轮箱20的操作是常规的,因此是已知的。然而,所使用的控制值已经被调节,使得已经考虑了齿轮箱的漂移的影响。
另外,在所描述的实施方式中,调节是前馈调节,其提供漂移的快速补偿。
现在将参照图6描述可以获得估测的漂移的一个具体的方式。
图6示出了漂移补偿块42的一个实施方式的示意性框图。包括第一信号处理支路,第一信号处理支路包括可选的绝对值形成元件AV 64,绝对值形成元件AV 64具有接收马达速度的输入。绝对值形成元件AV 64还具有连接至温度相关测量形成元件(temperaturedependent measure forming element)的第一输入的输出。
温度相关测量形成元件可以是灰箱-黑箱型的动态模型,使用马达速度并且可选地还使用马达扭矩来确定或估测齿轮箱温度的测量。在该第一实施方式中,温度相关测量形成元件是低通滤波器LP 66的形式,低通滤波器LP 66进而具有连接至温度测量处理元件68的输入的输出。还具有与第一信号处理支路并联的可选的第二信号处理支路。第二信号处理支路包括符号确定元件70,符号确定元件70具有也接收马达速度的输入。符号确定元件70连接至乘法元件72,乘法元件72还连接至温度测量处理元件68的输出,因此乘法元件72将第一信号处理支路与第二信号处理支路互连。
如前所述,基于速度和马达扭矩τ确定了温度的测量TM。该测量TM可以使用低通滤波器66来确定。这里,马达速度可以直接用作对低通滤波器66的输入信号。然而,在图6给出的示例中,马达速度被提供给绝对值形成元件64,绝对值形成元件64确定速度的绝对值用于输入至低通滤波器66。低通滤波器66然后对速度的绝对值进行滤波。低通滤波因此涉及使用低通滤波器66进行滤波。
在该滤波中,滤波器系数可以基于正在输入的马达速度值的变化来设定。作为示例,这些系数可以通过如下的方式来设定:
如果输入(t)>输出(t-1)
则设定用于加热的系数_1和系数_2;
否则
设定用于冷却的系数_1和系数_2;
结束
输出(t)=系数_1*输入(t)+系数_2*输出(t-1)
这意味着时间t时的输出TM可以由时间t时的输入、即(绝对)速度和前一时间(t-1)时的输出来确定,其中,t-1和t是两个接连的采样时间。
滤波器特性、即用于加热和冷却的系数(系数1和系数2)可以根据用于特定的重力扭矩的预测量的漂移值的时间演变(evolution)来设定。
该滤波的结果是温度测量TM,其中温度测量TM被提供给温度测量处理元件68。温度测量处理元件68将温度测量TM和重力扭矩τgrav应用于漂移值DV、温度测量TM和重力扭矩τgrav之间的已知关系,以获得漂移值。为此,温度测量处理元件68可以包括预测量的漂移值,这些漂移值是已经对重力扭矩和温度测量TM的不同已知组合测量的。预测量的漂移值可以通过描绘漂移值DV与重力扭矩τgrav之间的相关关系的曲线或等式的形式来提供。这里,曲线或等式可以阐明对于特定的温度测量TM,重力扭矩τgrav与漂移值DV之间的相关关系。因此,可以存在多个等式或曲线图,每个不同的温度测量TM有一个等式或曲线图。预测量的漂移值可以替代性地以一个或多个表格的形式提供。表格可以包括取决于不同的温度测量TM和重力扭矩值的漂移值。漂移值然后可以是通过表格中的列和行中的相应的温度测量和重力扭矩值来标识表格项。
如果没有对于特定的温度测量TM或特定的重力扭矩值τgrav的表格项、曲线图或等式,则可以使用对至少两个不同的温度测量TM或重力扭矩值τgrav获得的漂移值的插值。通过这种方式,可以获得漂移值DV,如前所述,漂移值DV可以用作估测的漂移Δq。
如前所述,速度的绝对值可以用于补偿漂移。这能够用来获得与运动方向无关的漂移值。为了还考虑运动方向,可以使用第二信号处理支路。在这种情况下,马达速度被提供给符号确定元件70,其中符号确定元件70确定速度的符号。该符号——因此是正值或负值——然后被提供给乘法元件72,在乘法元件72处与从温度测量处理元件68获得的漂移值DV相乘。因此,速度的符号与漂移值DV相乘,并且乘积提供为估测的漂移Δq。
作为替代,两个漂移估测块42可以并联地连接,其中一个漂移估测块设置有第二信号处理支路,而另一个不具有这种支路,其中这些块的输出被彼此相加,以获得包括与运动方向相关的漂移补偿分量和与运动方向不相关的漂移补偿分量两者的总补偿。在这种情况下,另一个漂移估测块因此不具有符号确定元件,并且存在用于将从两个漂移估测块获得的漂移值彼此相加以获得估测的漂移的加法单元。
这使得能够简单而快速地补偿由齿轮箱中的温度偏差导致的漂移。
这种改进能够从图7容易地观察到,图7示出了在没有补偿的情况下的偏差的曲线74以及在具有补偿的情况下的偏差的曲线76。能够看到,获得了显著的改进。从曲线74还能够看到,用于升高温度的漂移的斜率高于用于降低温度的漂移的斜率。
在上面给出的示例中,使用估测的位置、速度和扭矩。应当认识到,作为替代,可以使用测量的位置、速度和扭矩。这些可以使用一个或多个前面提到的传感器来获得。在这种情况下,将无需使用动态模型,因此也无需动态模型块。另外,在这种情况下漂移估测块42可以有利地布置在反馈控制路径中。还可以使用温度传感器(例如环境温度传感器)以提供可能的补偿改进。
如果存在被更好地建模为齿轮箱的平移或者在除输出方向以外的其他方向上的旋转的漂移分量,那么这些分量可以以与这里描述的方式相同的方式被补偿。区别在于,例如平移漂移必须被补偿多于一个接头位置。这意味着必须使用运动学将漂移转化为马达位置补偿。
如前所述,扭矩可以通过使用机器人的动态模型来估测。该模型可以是机器人的刚性体动态模型,其中用于刚性机器人的所有位置、速度和加速度相关扭矩都基于关于位置、速度和加速度的信息来确定。位置相关扭矩是重力,并且所有扭矩的总和是总扭矩。
由于漂移补偿单元可以被认为形成了用于补偿由齿轮箱导致的机器人运动偏差的装置,所以显然动态模型块可以从该装置中省略。在一个变型中,仅仅漂移补偿单元就构成了这种装置。另外,机器人控制器的其他单元中的一个或多个可以包括在用于补偿由齿轮箱导致的机器人运动偏差的装置中。例如,整个机器人控制器可以被认为是这种装置。
机器人控制器的不同单元因此还有漂移补偿单元36可以以一个或多个处理器的形式来提供,一起具有包括用于执行这些单元的功能的计算机程序代码的计算程序存储器。作为替代,可以以一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)的形式来提供。该计算机程序代码也可以提供在一个或多个数据载体上,当其上的程序代码被加载在形成计算机控制器的计算机中时,所述数据载体执行机器人控制器的功能性,特别是漂移补偿单元的功能性。CD只读存储盘形式的具有计算机程序代码80的这种数据载体78在图8中示意性地示出。这种计算机程序可以替代性地设置在服务器上并且从服务器下载到形成参数确定装置的计算机中。
尽管已经结合当前被认为最实际且优选的实施方式描述了本发明,但应当理解的是,本发明不限于所公开的实施方式;相反,本发明意在涵盖各种修改和等同布置。因此,本发明仅由所附权利要求限定。
Claims (17)
1.一种用于补偿机器人运动偏差的方法,所述机器人运动偏差由连接在机器人段(14)与控制所述机器人段(14)的运动的马达(22)之间的齿轮箱(20)导致,所述方法包括以下步骤:
–获得(50)所述马达(22)的马达数据
–获得(52)马达扭矩数据(τ);
–基于所述马达数据和所述马达扭矩数据(τ)确定(54)所述齿轮箱(20)的温度测量(TM);
–基于所述机器人段的漂移值(DV)估测(59)漂移(Δq),所述漂移值转而基于所述齿轮箱温度测量(TM)和所述马达的重力扭矩(τgrav)而获得(58);以及
–基于估测的所述漂移(Δq)调节(60)用来控制所述机器人的定位的控制值(qr)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述漂移的估测包括通过将所述温度测量和所述重力扭矩应用于漂移值、温度测量和重力扭矩之间的已知关系以获得所述漂移值(DV)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述温度测量的确定包括对所述马达数据进行低通滤波。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,低通滤波包括对所述马达数据的绝对值进行低通滤波。
5.根据权利要求4所述的方法,还包括确定所述马达数据的符号以及使所述漂移值与所述马达数据的符号相乘以获得估测的漂移。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述漂移值是估测的漂移。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述马达数据包括所述马达运动的速度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,马达数据包括马达位置,并且所述重力扭矩通过使用所述机器人的动态模型中的马达位置而获得。
9.一种用于补偿机器人运动偏差的装置(36),所述机器人运动偏差由连接在机器人段(14)与控制所述机器人段(14)的运动的马达(22)之间的齿轮箱(20)导致,所述装置包括:
至少一个漂移估测块(42),构造成:
–获得所述马达(22)的马达数据
–获得马达扭矩数据(τ);
–基于所述马达数据和所述马达扭矩数据(τ)确定所述齿轮箱(20)的温度测量(TM);以及
–基于所述机器人段的漂移值(DV)估测漂移(Δq),所述漂移值转而基于所述齿轮箱温度测量(TM)和所述马达的重力扭矩(τgrav)而获得;以及
漂移调节块(44),构造成基于估测的所述漂移(Δq)调节用来控制所述机器人的定位的控制值。
10.根据权利要求9所述的装置,其中,所述漂移估测块(42)包括温度测量处理元件(68),所述温度测量处理元件(68)构造成通过将所述温度测量和所述重力扭矩应用于漂移值、温度测量和重力扭矩之间的已知关系以获得所述漂移值(DV)。
11.根据权利要求9或10所述的装置,其中,所述漂移估测块(42)包括温度相关测量形成元件(66),所述温度相关测量形成元件(66)构造成通过对所述马达数据进行低通滤波而确定所述测量。
12.根据权利要求11所述的装置,其中,所述漂移估测块(42)包括连接至温度相关测量形成元件(66)的绝对值形成元件(64),以用于所述温度相关测量形成元件(66)对所述马达数据的绝对值进行低通滤波。
13.根据权利要求12所述的装置,其中,所述漂移估测块(42)还包括符号确定元件(70)和乘法元件(72),所述符号确定元件(70)构造成确定所述马达数据的符号,所述乘法元件(72)构造成将所述漂移值与所述马达数据的符号相乘,以获得估测的漂移。
14.根据权利要求14所述的装置,其中,还包括不具有符号确定元件的另一个漂移估测块以及加法单元,所述加法单元用于将来自两个漂移估测块的漂移值相加以获得估测的漂移。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的装置,其中,所述马达数据包括马达位置,并且还包括动态模型块(40),所述动态模型块(40)构造成通过使用所述机器人的动态模型中的马达位置而获得所述重力扭矩。
16.一种机器人设备,包括工业机器人和用于补偿机器人运动偏差的装置(36),
所述工业机器人(10)包括:
多个可移动臂段(12、14);
用于移动相应的臂段的至少一个马达(20);以及
位于所述马达与所述臂段之间的齿轮箱(22);
所述用于补偿机器人运动偏差的装置(36)包括:
根据权利要求10至15中任一项所述的漂移估测块(42)和漂移调节块(44)。
17.一种计算机程序产品,用于补偿由连接在机器人段(14)与控制所述机器人段(14)的运动的马达(22)之间的齿轮箱(20)导致的机器人运动偏差,所述计算机程序产品包括数据载体(78),所述数据载体具有计算机程序代码(80),所述计算机程序代码(80)当在用于补偿机器人运动偏差的装置(36)中运行时使得所述装置:
–获得所述马达(22)的马达数据
–获得马达扭矩数据(τ);
–基于所述马达数据和所述马达扭矩数据(τ)确定所述齿轮箱(20)的温度测量(TM);
–基于所述机器人段的漂移值(DV)估测漂移(Δq),所述漂移值转而基于所述齿轮箱温度测量(TM)和所述马达的重力扭矩(τgrav)而获得;以及
–基于估测的漂移(Δq)调节用来控制所述机器人的定位的控制值(qr)。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/EP2014/058097 WO2015161864A1 (en) | 2014-04-22 | 2014-04-22 | Compensating robot movement deviations |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106233214A true CN106233214A (zh) | 2016-12-14 |
CN106233214B CN106233214B (zh) | 2019-04-12 |
Family
ID=50639464
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201480078126.9A Active CN106233214B (zh) | 2014-04-22 | 2014-04-22 | 补偿机器人运动偏差 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10331107B2 (zh) |
EP (1) | EP3134780B1 (zh) |
CN (1) | CN106233214B (zh) |
WO (1) | WO2015161864A1 (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109773827A (zh) * | 2017-11-10 | 2019-05-21 | 上银科技股份有限公司 | 用于机械臂的负载估测重力补偿的方法及其系统 |
CN112352206A (zh) * | 2018-06-15 | 2021-02-09 | 优傲机器人公司 | 机器人臂的双模自由驱动 |
CN112654467A (zh) * | 2018-09-14 | 2021-04-13 | 优傲机器人公司 | 获得机器人臂的机器人关节齿轮的齿轮刚度 |
CN113382690A (zh) * | 2019-03-08 | 2021-09-10 | 柯惠Lp公司 | 用于差动传感器的偏置和偏移的模拟温度补偿的方法 |
CN113891786A (zh) * | 2019-04-17 | 2022-01-04 | 优傲机器人公司 | 基于自适应摩擦来控制机器人臂的方法 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10603794B2 (en) * | 2015-08-27 | 2020-03-31 | Accel Robotics Corporation | Robotic camera system |
US9975244B1 (en) * | 2016-08-02 | 2018-05-22 | X Development Llc | Real-time generation of trajectories for actuators of a robot |
DE112018007159B4 (de) | 2018-02-26 | 2022-10-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Korrekturfunktion-erzeugungseinrichtung, robotersteuersystem und robotersystem |
JP7199178B2 (ja) * | 2018-08-28 | 2023-01-05 | 株式会社東芝 | ロボット制御装置、ロボット装置、ロボット制御のパラメータ調整方法、およびプログラム |
LU102199B1 (de) | 2020-11-10 | 2022-05-10 | Nabtesco Prec Europe Gmbh | Verfahren und Steuerungsvorrichtung zum Steuern einer Bewegung eines mehrachsigen Roboters |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003051575A1 (en) * | 2001-12-19 | 2003-06-26 | Abb Ab | Method and system for compensating thermal distortion in an industrial robot system |
CN1514322A (zh) * | 2002-12-31 | 2004-07-21 | Lg������ʽ���� | 补偿机器人清洁器的旋转位置误差的方法 |
CN1969237A (zh) * | 2004-11-25 | 2007-05-23 | 库卡罗伯特有限公司 | 用于调整、控制操作器的方法和装置 |
CN101774065A (zh) * | 2010-03-17 | 2010-07-14 | 昆山工研院工业机器人研究所有限公司 | 机器人焊缝跟踪偏差补偿方法 |
CN102806560A (zh) * | 2012-08-24 | 2012-12-05 | 电子科技大学 | 一种可自动消除机器人运动累积误差的方法 |
CN202994132U (zh) * | 2012-12-19 | 2013-06-12 | 华南理工大学 | 一种直角坐标方式的机器人位姿误差测量系统 |
JP2013154433A (ja) * | 2012-01-30 | 2013-08-15 | Canon Inc | ロボット |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR0160997B1 (ko) | 1992-09-18 | 1998-12-15 | 윤종용 | 로보트위치제어장치에서의 써보의 웜업드리프트 보상방법 |
DE19848642A1 (de) | 1998-10-22 | 2000-04-27 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Verfahren zur Kompensation von temperaturbedingten Maßabweichungen in der Maschinengeometrie |
SE0301531L (sv) * | 2003-05-22 | 2004-11-23 | Abb Ab | A Control method for a robot |
JP4650062B2 (ja) | 2005-03-31 | 2011-03-16 | 株式会社安川電機 | ロボット制御装置およびロボットの位置決め精度補正方法 |
US20100032242A1 (en) * | 2008-08-05 | 2010-02-11 | Lin Chung-Chuan | Pressure Relief Device for a Gear Box |
DE102008060052A1 (de) | 2008-12-02 | 2010-06-17 | Kuka Roboter Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation einer kinematischen Abweichung |
DE102011003506A1 (de) | 2011-02-02 | 2012-08-16 | Kuka Roboter Gmbh | Industrieroboter |
DE102011012809A1 (de) * | 2011-03-02 | 2012-09-06 | Dürr Systems GmbH | Robotergetriebe mit einer Druckausgleichseinrichtung |
-
2014
- 2014-04-22 WO PCT/EP2014/058097 patent/WO2015161864A1/en active Application Filing
- 2014-04-22 US US15/301,553 patent/US10331107B2/en active Active
- 2014-04-22 EP EP14721281.5A patent/EP3134780B1/en active Active
- 2014-04-22 CN CN201480078126.9A patent/CN106233214B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003051575A1 (en) * | 2001-12-19 | 2003-06-26 | Abb Ab | Method and system for compensating thermal distortion in an industrial robot system |
CN1514322A (zh) * | 2002-12-31 | 2004-07-21 | Lg������ʽ���� | 补偿机器人清洁器的旋转位置误差的方法 |
CN1969237A (zh) * | 2004-11-25 | 2007-05-23 | 库卡罗伯特有限公司 | 用于调整、控制操作器的方法和装置 |
CN101774065A (zh) * | 2010-03-17 | 2010-07-14 | 昆山工研院工业机器人研究所有限公司 | 机器人焊缝跟踪偏差补偿方法 |
JP2013154433A (ja) * | 2012-01-30 | 2013-08-15 | Canon Inc | ロボット |
CN102806560A (zh) * | 2012-08-24 | 2012-12-05 | 电子科技大学 | 一种可自动消除机器人运动累积误差的方法 |
CN202994132U (zh) * | 2012-12-19 | 2013-06-12 | 华南理工大学 | 一种直角坐标方式的机器人位姿误差测量系统 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109773827A (zh) * | 2017-11-10 | 2019-05-21 | 上银科技股份有限公司 | 用于机械臂的负载估测重力补偿的方法及其系统 |
CN109773827B (zh) * | 2017-11-10 | 2021-12-07 | 上银科技股份有限公司 | 用于机械臂的负载估测重力补偿的方法及其系统 |
CN112352206A (zh) * | 2018-06-15 | 2021-02-09 | 优傲机器人公司 | 机器人臂的双模自由驱动 |
CN112654467A (zh) * | 2018-09-14 | 2021-04-13 | 优傲机器人公司 | 获得机器人臂的机器人关节齿轮的齿轮刚度 |
CN113382690A (zh) * | 2019-03-08 | 2021-09-10 | 柯惠Lp公司 | 用于差动传感器的偏置和偏移的模拟温度补偿的方法 |
CN113382690B (zh) * | 2019-03-08 | 2023-11-14 | 柯惠Lp公司 | 用于差动传感器的偏置和偏移的模拟温度补偿的方法 |
US11949297B2 (en) | 2019-03-08 | 2024-04-02 | Covidien Lp | Methods for analog temperature compensation of bias and offsets of a differential sensor |
CN113891786A (zh) * | 2019-04-17 | 2022-01-04 | 优傲机器人公司 | 基于自适应摩擦来控制机器人臂的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106233214B (zh) | 2019-04-12 |
US10331107B2 (en) | 2019-06-25 |
EP3134780A1 (en) | 2017-03-01 |
EP3134780B1 (en) | 2019-11-20 |
US20170108848A1 (en) | 2017-04-20 |
WO2015161864A1 (en) | 2015-10-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106233214A (zh) | 补偿机器人运动偏差 | |
CN101062561B (zh) | 机器人操作参数调整方法和装置 | |
CN108614426A (zh) | 一种基于干扰观测器的多移动机器人编队鲁棒控制方法 | |
CN108803324A (zh) | 多关节工业机械臂反步有限时间滑模控制方法 | |
CN105772917B (zh) | 一种三关节点焊机器人轨迹跟踪控制方法 | |
KR101522511B1 (ko) | 제어 방법 및 제어 장치 | |
CN106113040B (zh) | 基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法 | |
CN105159077B (zh) | 直驱电机系统干扰补偿的有限时间连续滑模控制方法 | |
CN109434873B (zh) | 机器人关节伺服电机转矩常数的测量方法 | |
Itagaki et al. | Control system design of a linear motor feed drive system using virtual friction | |
CN107438502B (zh) | 通过触摸来控制工业机器人的方法 | |
Hua et al. | Visual tracking control for an uncalibrated robot system with unknown camera parameters | |
Chen et al. | Model predictive control based on reduced order models applied to belt conveyor system | |
CN111427267B (zh) | 一种采用力与力矩自适应估计的高速飞行器攻角跟踪方法 | |
CN112077839A (zh) | 一种机械臂的运动控制方法及装置 | |
Tuan et al. | Adaptive position/force control for robot manipulators using force and velocity observer | |
CN111673742A (zh) | 一种工业机器人轨迹跟踪控制算法 | |
Korayem et al. | Integrated nonlinear suboptimal control‐and‐estimator based on the state‐dependent differential Riccati equation approach | |
Ivoilov et al. | The tilt angle estimation in the inverted pendulum stabilization task | |
Miermeister et al. | Differential kinematics for calibration, system investigation, and force based forward kinematics of cable-driven parallel robots | |
WO2018077593A1 (en) | Method for determining a deadzone angle of a backlash in a mechanical drive-train system, method for controlling a drive motor controller as well as drive-train system | |
Cheung et al. | Robust learning control of a high precision planar parallel manipulator | |
CN111015661A (zh) | 一种机器人柔性负载主动振动控制方法和系统 | |
Parikh et al. | Positional analysis of a dc brushed encoder motor using ziegler-nichols algorithm | |
Glazkov et al. | Dynamic error reduction via continuous robot control using the neural network technique |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |