CN106272408B

CN106272408B - 将机器人的控制器切换至手动引导运行模式的方法

Info

Publication number: CN106272408B
Application number: CN201610472104.1A
Authority: CN
Inventors: 马克-瓦尔特·厄贝尔勒; M·罗梅尔; T·雷克尔; 京特·施赖伯; M·米勒-萨默; 乌韦·博宁
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2019-10-18
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: DE102015008144B4; KR20170000815A; EP3109012B1; KR101818858B1; US10350765B2; EP3109012A1; CN106272408A; US20160375588A1; DE102015008144A1

Abstract

本发明涉及一种用于将机器人(2)的控制器(1)切换至手动引导运行模式(H)的方法，以便通过手动地将力和/或转矩施加到机器人上使机器人运动，其中，由于切换并根据检测到的机器人的关节力和/或关节转矩和/或机器人的额定关节力和/或额定关节转矩和/或机器人的姿态，来触发错误反应(R)(S40)。

Description

将机器人的控制器切换至手动引导运行模式的方法

技术领域

本发明涉及一种用于将机器人的控制器切换至手动引导运行模式的方法，一种控制器，一种用于实施该方法的计算机程序产品，以及一种具有所述控制器的机器人组。

背景技术

由专利文献DE102013218823A1可知一种用于通过将力和/或转矩手动施加到机器人上使机器人运动的手动引导运行模式。

在这种手动引导运行模式中，可以有利地基于所检测到的关节力和/或关节转矩以及机器人的模型，来确定从外部作用于机器人上的力和/或转矩，并由此确定特别是手动施加在机器人上的力和/或转矩。

因此，这样的手动引导运行模式对于模型、特别是机器人引导的负载以及检测关节力或转矩的错误是相当敏感的。特别是在切换至手动引导运行模式时，可能会因此使机器人出现意外的和/或不期望的反应。

例如，没有被模型化或被轻微模型化的机器人引导的负载的重力可能会由于被切换至手动引导运行模式而导致机器人出现意外的和不期望的下沉，因为该重力被错误地识别为手动施加在机器人上的、用于使机器人运动的垂直力。相反在手动引导运行模式之前的运行模式中(其中，例如机器人(仅)是位置调节的或具有较高的阻抗)，这种没有被模型化或轻微模型化的机器人引导的负载会导致位置精度的降低。

发明内容

本发明的目的在于改进对机器人的控制。

本发明的目的通过一种用于将对机器人的控制器切换至手动引导运行模式的方法来实现。本发明还涉及一种用于实施在此描述的方法的控制器和一种计算机程序产品，以及一种具有在此描述的控制器的机器人组。

根据本发明的一个方面，在用于将机器人的控制器切换至手动引导运行模式的方法中，该手动引导运行模式被设置或设计为用于通过将力和/或转矩手动地施加在机器人上使机器人运动，由于切换并根据检测到的关节力和/或关节转矩和/或额定关节力和/或额定关节转矩和/或机器人的姿态来触发错误反应。

由此在一种实施方式中，将有利地特别是降低由于这种切换而导致的机器人的意外和/或不期望的反应，和/或对手动引导机器人或试图这样做的操作者发出警告。

在一种实施方式中，机器人具有至少三个、特别是至少六个、尤其是至少七个、特别是可通过尤其是电动的和/或具有传动器的驱动器来致动或被致动的关节、特别是转动关节。

在一种实施方式中，控制器特别是无线地或有线地与机器人、特别是与机器人的驱动器信号连接，并且在一种扩展方案中，控制器特别是被硬件技术和/或软件技术或者说编程技术实现地设计用于控制驱动器，特别是用于设定额定值、特别是额定关节力和/或额定关节转矩、特别是额定电流或额定电压，或者说针对额定值、特别是额定关节力和/或额定关节转矩、特别是额定电流或额定电压发出指令。

在本发明中，特别是将作用在机器人的关节上，特别是作用在机器人的关节中，尤其是作用在驱动器和通过该驱动器运动或与该驱动器耦接的机器人节肢之间的力或转矩称为关节力或关节转矩。

在一种实施方式中，所述关节力或关节转矩可以特别是通过驱动器上的力传感器或转矩传感器被直接地检测，或者特别是基于所检测到的驱动器的电参数、特别是电流或电压被间接地检测，特别是被直接或间接地测量。

在一种实施方式中，在手动引导运行模式下，机器人特别是通过根据力或转矩的偏差，特别是沿着该力或转矩的方向或者还沿着预设的特别是笛卡尔方向，得到(folgt)手动施加在其上的外部力或手动施加在其上的外部转矩，和/或相应地得到力或转矩的数值。为此或者说在手动引导运行模式中，在一种实施方式中，可以力调节地、特别是阻抗调节或导纳调节地控制所述机器人。关于此请补充参考在开始部分所提到的专利文献DE 10 2013218 823 A1，其公开的内容被完全包括在本发明中。

力和/或转矩特别是可以直接通过机器人本身上的力或转矩作用或者说通过机器人本身上的一个或多个力或转矩作用点，或者间接地通过一个或多个与该机器人耦接的、特别是连接的元件、特别是末端执行器、机器人引导的工具、与机器人力或转矩传导连接的手柄或杠杆等，或者说通过一个或多个力或转矩作用点，被施加在所述一个或多个元件上。

在一种实施方式中，根据机器人的通过从外部作用在机器人上的力或从外部作用在机器人上的转矩所施加的关节力或关节转矩是否特别是在数值上超过了关节阈值来触发错误反应；特别是一旦或者说如果通过从外部作用在机器人上的关节力或从外部作用在机器人上的关节转矩所施加的关节力或关节转矩特别是在数值上超过了预设的关节阈值，则触发错误反应。

在一种实施方式中，关节阈值定义了用于施加在关节上的力或转矩的阈值，因此该关节阈值特别是可以规定一个力或转矩，特别是就是一个力或转矩。

在一种实施方式中，对于机器人的至少两个关节设定相同或不同的关节阈值。在一种实施方式中，至少一个设定的关节阈值为至少1Nm，特别是至少5Nm，和/或最高为100Nm，特别是最高为75Nm。

在一种实施方式中，通过从外部作用在机器人上的力或从外部作用在机器人上的转矩所施加的关节力和/或关节转矩τ_e可以基于所检测到的关节力和/或关节转矩τ_mess和基于模型或者说基于机器人的模型所评估的关节力和/或关节转矩τ_Modell来确定，特别是基于两者之间的差值：τ_e＝τ_mess-τ_Modell来确定，特别是就是该差值。就此而言，在模型中所考虑到的、作用在机器人上的力和转矩，例如被模型化的机器人引导的负载的重力被归属于机器人(模型)，因此在本发明中，从外部作用在机器人上的力或从外部作用在机器人上的转矩特别是在模型中未被(正确)考虑到的力或在模型中未被(正确)考虑到的转矩。换句话说，从外部作用在机器人上的力或从外部作用在机器人上的转矩可以是干扰力或干扰转矩，特别是由机器人引导的未知的或被错误识别的负载的重力或因此所施加的转矩和手动施加在机器人上的力或手动施加在机器人上的转矩等。

如果这种关节力或这种关节转矩的数值超过了关节阈值，则这表明出现相应的模型错误，其会导致机器人发生意外的和/或不期望的反应。因此，这可以被有利地用于探测模型错误，并由此用于触发错误反应。

当然，也可以在没有模型错误的情况下通过从外部作用在机器人上的力或转矩来施加关节力和/或关节转矩τ_e，例如通过使手动引导机器人的或试图这样做的操作者在切换时已经在牵拉机器人，或者在切换时通过周围环境使机器人被拉紧、特别是被夹紧。

在一种实施方式中，替代地或附加地，特别是在与关节阈值的逻辑“或”运算(logischen ODER-Verknüpfung)中，根据由于切换所导致的额定关节力或额定关节转矩τ_d,i的变化dτ_d,i/dt特别是在数值上是否超过变化阈值来触发错误反应；特别是一旦或如果机器人的由控制器基于从外部作用在机器人上的力和/或转矩(该力和/或转矩特别是可以基于所检测到的关节力和/或关节转矩来确定)所确定或设定的额定关节力或额定关节转矩的时间变化特别是在数值上超过设定的变化阈值，则触发错误反应。

由此在一种实施方式中，特别是可以有利地承担起在虚拟的壁内部对前述的情况和/或切换进行运算，和/或特别是能够在切换过程中与切换原因无关地降低、优选为避免意外的运动。

在一种实施方式中，变化阈值定义了额定关节力或额定关节转矩的特别是随时间的变化、尤其是导数的阈值，因此，该变化阈值特别是表明了力或关节转矩的时间变化，尤其是导数，该变化阈值特别就是力或关节转矩的时间变化，尤其是导数。

在一种实施方式中，对于机器人的至少两个关节设定相同或不同的变化阈值。在一种实施方式中，至少一个设定的变化阈值为至少1Nm/s和/或最高10Nm/s。如同前述的关于关节阈值的上和下边界一样，在此所述的上和下边界当然也是取决于机器的，因此在一种实施方式中，可以取决于机器地或特定地设定。

如果额定关节力或额定关节转矩的变化的值超过了变化阈值，则这点表明发生了相应的模型错误，该模型错误会导致机器人出现意外的和/或不期望的反应，因为使用者不可能能够通过精确的切换来显著地增大由其所施加的外部力和/或转矩。因此，由于切换而引起的额定关节力和/或额定转矩的时间变化也可以被有利地用于探测模型错误，并因此而用于触发错误反应。

替代地或附加地，特别是在关节阈值和/或变化阈值的逻辑“或”运算中，在一种实施方式中，根据基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩所确定的、从外部作用在机器人上的垂直力特别是在数值上是否超过垂直力阈值来触发错误反应；特别是一旦或如果基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩所确定的、从外部作用在机器人上的垂直力特别是在数值上超过了垂直力阈值，则触发错误反应。

在一种实施方式中，垂直力是平行于地球引力方向或者说重力方向的力。

在一种实施方式中，从外部作用在机器人上的垂直力f_z可以基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩来确定，特别是基于所检测到的关节力和/或关节转矩τ_mess和在笛卡尔空间中基于模型或者说基于机器人的模型评估所得的关节力和/或关节转矩τ_Modell之间的差值τ_e＝τ_mess-τ_Modell的投影(Projektion)来确定，特别是根据其包括：特定于机器人的参考点、特别是机器人的TCP的雅可比矩阵(Jacobimatrix)的行的转置^T的广义逆^#(Pseudoinversen^#)，特定于机器人的参考点的笛卡尔位置的垂直分量Z，和n关节机器人的关节坐标q₁,…,q_n，在此，在一种实施方式中为

如果机器人引导一负载，则该负载的重力在机器人上施加至少一个垂直力。如果机器人和/或该负载未被模型化或未被正确地模型化，则基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩将产生相应的从外部作用于机器人上的垂直力。现在，如果该垂直力的数值超过垂直力阈值，则可以有利地将其用于探测模型错误，并由此用于触发错误反应。

在一种实施方式中，垂直力阈值定义了从外部作用在机器人上的、特别是直接作用在机器人上或者通过与机器人耦接的元件起作用的垂直力的阈值，因此，该垂直力阈值特别是可以表示一个力，特别是就是一个力。

以类似的方式，可以基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩，特别是在机器人引导负载的重心位置被错误模型化的情况下，会产生从外部作用在机器人上的水平转矩。

相应地，在一种实施方式中，替代地或附加地，特别是在关节阈值、变化阈值和/或垂直力阈值的逻辑“或”运算中，根据基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩所确定的、从外部作用在机器人上的水平转矩特别是在数值上是否超过水平转矩阈值来触发错误反应；特别是一旦或如果基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩所确定的、从外部作用在机器人上的水平转矩的至少一个分量特别是在数值上超过水平转矩阈值，则触发错误反应。

在一种实施方式中，水平转矩是指围绕一个或两个垂直于地球引力方向的、特别是彼此垂直的轴的转矩。

在一种实施方式中，水平转矩阈值定义了用于从外部作用在机器人上的、特别是直接作用在机器人上或通过与机器人耦接的元件起作用的水平转矩的阈值，因此，该水平转矩阈值特别可以表示一个转矩，特别就是一个转矩。

在一种实施方式中，从外部作用在机器人上的水平转矩T可以基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩来确定，特别是基于所检测到的关节力和/或关节转矩τ_mess和在笛卡尔空间中基于模型或者说基于机器人的模型评估所得的关节力和/或关节转矩τ_Modell之间的差值τ_e＝τ_mess-τ_Modell的投影来确定，特别是利用特定于机器人的参考点、特别是机器人的TCP的雅可比矩阵的行的转置^T的广义逆^#，水平的旋转分量或旋转轴ω和n关节机器人的关节坐标q₁,…,q_n并根据来确定，在一种实施方式中，

如果机器人引导一负载，则该负载的重力在机器人上施加一个围绕至少一个水平轴的倾斜力矩。如果该负载未被模型化或未被正确地模型化，则基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩将产生相应的从外部作用在机器人上的水平转矩。如果该水平转矩的数值超过水平转矩阈值，则可以有利地将其用于探测模型错误，并由此用于触发错误反应。

基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩对这种(错误的)垂直力或水平转矩的确定取决于机器人的姿态。例如，机器人引导的负载在所谓的核心位置中(在该核心位置中，曲臂机器人竖直地向上伸展)不施加或仅施加很小的关节力或关节转矩。相应地，即使在负载被错误模型化的情况下，也可能会出现不超过垂直力阈值或水平转矩阈值，并由此妨碍了对模型错误的探测。

因此特别是在一种实施方式中，替代地或附加地，特别是在关节阈值、变化阈值、垂直力阈值和/或水平转矩阈值的逻辑“或”运算中，根据从外部作用在机器人上的垂直力相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例，或者从外部作用在机器人上的水平转矩相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例，特别是在数值上和/或根据机器人姿态地是否超过了姿态阈值，来触发错误反应；特别是一旦或如果从外部作用在机器人上的垂直力相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例，或者从外部作用在机器人上的水平转矩相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例，特别是在数值上和/或根据机器人姿态地超过了姿态阈值，则触发错误反应。

在一种实施方式中，姿态阈值定义了从外部作用在机器人上的垂直力相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例或者从外部作用在机器人上的水平转矩相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例的阈值，因此，该姿态阈值特别是可以表示力和/或转矩的比例，特别就是力和/或转矩的比例。

在一种实施方式中，从外部作用在机器人上的垂直力或从外部作用在机器人上的水平转矩相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例ζ可以基于如前所述的广义逆的数值来确定，特别是按照或同样的，该比例也可以转置地基于机器人的TCP的雅可比矩阵的行j_z或j_ω的数值、特别是根据ζ＝|j_z|^-1或ζ＝|j_ω|^-1来确定。也可以通过类似的方式共同借助雅可比矩阵的相应的子矩阵或其广义逆，或者借助于共同的雅可比矩阵的广义逆来确定垂直力和两个水平转矩的比例。

除了模型错误之外，即使是在模型正确的情况下，例如由操作者或在机器人被夹紧的情况下作用在机器人上的、非纯垂直的外部力和非纯水平的外部转矩也可能会引发基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩所确定的、从外部作用在机器人上的垂直力和/或基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩所确定的、从外部作用在机器人上的水平转矩。

因此，在一种扩展方案中，根据以下判断来触发错误反应：不仅基于所确定的机器人的关节力和/或关节转矩来确定的、从外部作用在机器人上的垂直力是否超过垂直力阈值，或者基于所确定的机器人的关节力和/或关节转矩来确定的、从外部作用在机器人上的水平转矩是否超过水平转矩阈值，而且，附加地或者说在逻辑“和”运算中(logischen UND-Verknüpfung)，基于所确定的机器人的关节力和/或关节转矩来确定的、对此互补的外部负载特别是在数值上是否不超过负载阈值。

在一种实施方式中，该补充的外部负载K可以基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩来确定，特别是基于所检测到的关节力和/或关节转矩τ_mess和基于模型或者说基于机器人的模型评估所得的关节力和/或关节转矩τ_Modell之间的差值τ_e＝τ_mess-τ_Modell的零空间投影(Nullraumprojektion)来确定，特别是根据或者根据也用于两个彼此垂直的水平转矩的相应扩展的零空间投影，利用雅可比矩阵的相应子矩阵或其广义逆来确定。

在一种实施方式中，错误反应包括限制或者说限定机器人的运动速度，特别是在笛卡尔空间中和/或在机器人的关节坐标空间或者说轴空间中。附加地或替代地，在一种实施方式中，错误反应包括限制或者说限定机器人的工作空间或允许的运动，特别是在笛卡尔空间中和/或在机器人的关节坐标空间或轴空间中。附加地或替代地，在一种实施方式中，错误反应包括增大机器人的虚拟的或调节技术实现的缓冲。由此可以有利地在任何情况下均能限制意外的和/或不期望的机器人反应。

附加地或替代地，在一种实施方式中，错误反应包括错误信号的特别是光学输出、声学输出和/或触觉输出。

一个或多个阈值可以被(分别)固定地设定或由工厂设定。同样地，一个或多个阈值可以(分别)特别是通过使用者或输入被参数化或者被可改变的或者说可变的(设定)，特别是被设定或被参数化。

根据本发明的另一方面，用于控制机器人组的一个或多个机器人的控制器被设置为，特别是通过硬件技术和/或软件技术或者说编程技术来执行在此所描述的方法，和/或具有：

用于将控制器切换至手动引导运行模式的装置，以通过手动地将力和/或力矩施加在机器人上来使机器人运动；以及

用于触发错误反应的装置，该错误反应是由于切换并根据所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩和/或额定关节力和/或额定关节转矩和/或机器人的姿态而被触发的。

在一种实施方式中，用于触发错误反应的装置具有：

一部件，用于检测机器人的关节力和/或关节转矩和/或姿态，和/或用于设定机器人的额定关节力和/或额定关节转矩；和/或

一部件，用于根据基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩所确定的、从外部作用在机器人上的垂直力是否超过垂直力阈值来触发错误反应；和/或

一部件，用于根据基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩所确定的、从外部作用在机器人上的水平转矩是否超过水平转矩阈值来触发错误反应；和/或

一部件，用于根据由于切换而导致的额定关节力或额定关节转矩的变化是否超过变化阈值来触发错误反应；和/或

一部件，用于根据从外部作用在机器人上的垂直力相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例，或者从外部作用在机器人上的水平转矩相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例，是否超过姿态阈值来触发错误反应；和/或

一部件，用于根据机器人的通过从外部作用在机器人上的力或从外部作用在机器人上的转矩所施加的关节力，或者机器人的通过从外部作用在机器人上的力或从外部作用在机器人上的转矩所施加的关节转矩，是否超过关节阈值来触发错误反应；和/或

一部件，用于根据以下判断来触发错误反应：不仅基于所确定的机器人的关节力和/或关节转矩而确定的、从外部作用在机器人上的垂直力是否超过垂直力阈值，或者基于所确定的机器人的关节力和/或关节转矩而确定的、从外部作用在机器人上的水平转矩是否超过水平转矩阈值，而且，附加地基于所确定的机器人的关节力和/或关节转矩而确定的、对此互补的外部负载是否不超过负载阈值。

在一种实施方式中，控制器具有用于在手动引导运行模式中力调节地、特别是阻抗调节地或导纳调节地控制机器人的器件。

在一种实施方式中，用于触发错误反应的器件具有用于限制机器人的运动速度和/或特别是关节工作空间和/或笛卡尔工作空间的器件、用于增大虚拟缓冲的器件和/或用于输出错误信号的器件。

在一种实施方式中，控制器具有用于可改变地设定至少一个阈值的器件。

本发明意义下的器件可以被硬件技术和/或软件技术地构成，特别是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。CPU可以被设计用于：处理作为存储在存储系统中的程序的指令，检测来自数据总线的输入信号，和/或将输出信号输出到数据总线上。存储系统可以具有一个或多个特别是不同的存储介质，尤其是光学介质、磁性介质、固体介质和/或其他的非易失性介质。程序可以被设计用于体现或实施在此所描述的方法，从而使得CPU能够之心实施这种方法的步骤，并由此特别是能够控制机器人。

附图说明

本发明的其他的优点和特征由从属权利要求和实施例给出。在此部分示意性地示出：

图1示出了根据本发明的一种实施方式的、具有机器人和控制器的机器人组；和

图2示出了根据本发明的一种实施方式的、用于将控制器切换至手动引导运行模式的方法。

其中，附图标记列表如下：

1 控制器

2 机器人

3 负载

f_z 垂直力

G₁,…,G₆ 阈值

T_x,T_y 水平转矩

τ_d＝[τ_d,1,…,τ_d,7]^T 额定关节转矩

τ_e＝[τ_e,1,…,τ_e,7]^T 通过外部力/转矩施加的关节转矩

τ_mess 检测到的关节转矩

ζ (外部的垂直力/水平转矩)/关节转矩的比例

q1,…,q7 关节坐标

H 手动引导运行模式

R 错误反应

K 互补的外部负载

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一种实施方式的机器人组，其具有机器人2和用于控制机器人的控制器1。

在该实施例中，机器人具有七个致动转动关节，其中，在图1中示例性示出了位于近端的第一转动关节的关节坐标或关节角度q₁以及第六转动关节和位于远端的第七转动关节的关节坐标或关节角度q₆、q₇。

在机器人的标识有机器人的TCP的法兰上，示出了由机器人2引导的负载3。此外，机器人2的竖直的所谓核心位置(Kerzenstellung)用虚线示出。

在根据本发明的一种实施方式中，控制器1执行下面将要特别是借助图2进行详细说明的方法，该方法用于将控制器切换至手动引导运行模式，或者说控制器在此被硬件技术和/或软件技术地实现，特别是在根据本发明的一种实施方式中通过一种计算机程序产品来实现。

在第一步骤S10中，基于所检测到的关节转矩τ_mess和基于机器人的模型评估所得的关节转矩τ_Modell，确定由从外部作用在机器人上的力或从外部作用在机器人上的转矩所施加的关节转矩τ_e：τ_e＝τ_mess-τ_Modell。

在第二步骤S20中，检查：是否有命令将控制器1切换至手动引导运行模式，该手动引导运行模式被设计为，通过手动地将力和/或转矩施加在机器人上使机器人2运动。如果不是这种情况(S20：“N”)，则该方法返回到步骤S10。

如果有命令切换至手动引导运行模式(S20：“Y”)，则控制器1在步骤S30中检查：在步骤S10中所确定的关节转矩τ_e中是否有至少一个τ_e,i在数值上超过设定的关节阈值G₁。

如果例如负载3没有被模型化或者被错误地模型化，则该负载的重力在如图1所示的姿态下特别是在第一关节q₁中施加附加的关节转矩τ_e,1，该关节转矩相应地偏离基于机器人2的(错误)模型评估得到的关节转矩τ_Modell,1。

如果有至少一个关节转矩τ_e,i超过设定的关节阈值G₁(S30：“Y”)，则在步骤S40中触发错误反应R，特别是限制机器人2的运动速度和/或工作空间，增大被阻抗调节的机器人2的虚拟缓冲和/或输出错误信号。

否则，该方法将继续进行步骤S50。

在该步骤中，控制器1检查机器人2是否处于如下姿态：在该姿态下，从外部作用在机器人上的垂直力仅施加(过)小的关节转矩，例如在图1中以虚线示出的核心位置的情况：可以看到，被机器人引导的负载3的重力在该姿态下(理论上)不施加额外的关节转矩，并因此不能基于该重力或由该重力施加的关节转矩来探测负载3在该姿态下的相应的模型错误。

在本实施例中，在步骤S50中，控制器1利用TCP的笛卡尔位置的垂直分量Z并借助于TCP的雅可比矩阵J的行确定从外部作用在机器人上的垂直力相对于因此被施加的机器人的关节转矩的比例从外部在机器人的TCP上作用在机器人上的垂直力f_z通过TCP的转置雅可比矩阵J^T被投影为关节转矩因此从外部作用在机器人上的垂直力相对于因此被施加的关节转矩的比例值为：如果比例ζ大于姿态阈值G₂，或者说与此等效地|j_z|小于相应的姿态阈值1/G₂(S50：“Y”)，则同样在步骤S40中触发错误反应。

类似地，还可以特别是借助于雅可比矩阵的相应子矩阵来检查：从外部作用在机器人上的水平转矩是否仅施加了(过)小的关节转矩。

如果机器人2不处于下述的姿态：在该姿态中，外部的垂直力和/或水平转矩施加过小的关节转矩(S50：“N”)，则控制器1将继续执行步骤S60。

在该步骤中，控制器基于在步骤S10中所确定的关节转矩并利用雅可比矩阵的行j_z的广义逆来确定从外部作用在机器人上的垂直力并检查：该垂直力是否在数值上超过垂直力阈值G₃。替代地在一种变形方式中，借助于子矩阵来实现该确定。

如果不是(S60：“N”)，则控制器在步骤S70中以类似的方式基于在步骤S10中所确定的关节转矩来确定从外部作用在机器人上的水平转矩T_x,T_y，以便在TCP上构成笛卡尔空间的垂直于垂直线的x轴和垂直于该x轴并垂直于垂直线的y轴，并检查：这些转矩中是否有至少一个在数值上超过水平转矩阈值G₄。

如果超过垂直力阈值G₃或水平转矩阈值G₄(S60：“Y”或S70：“Y”)，则控制器继续执行步骤S80。

在该步骤中，控制器附加地检查：基于在步骤S10中所确定的机器人的关节转矩而确定的、相对于垂直力f_z和水平转矩T_x,T_y互补的外部负载是否在数值上不超过负载阈值G₅。如果是(S80：“Y”)，则同样在步骤S40中触发错误反应。

在其他情况下(S70：“N”或S80：“N”)，控制器将继续执行步骤S90，在该步骤中，控制器将检查：是否有至少一个由于切换引起的额定关节转矩τ_d,i的变化dτ_d,i/dt在数值上超过变化阈值G₆。

如果有一额定关节转矩变化的数值超过变化阈值(S90：“Y”)，则同样在步骤S40中触发错误反应。

在其他情况下(S90：“N”)，将在步骤S100中切换至普通的手动引导运行模式。

在该实施例中，分别将关节转矩τ_d,i,τ_e,i和水平转矩T_x,T_y与阈值进行比较。在此，对于不同的关节可以设定相同或不同的阈值。同样，也可以使关节转矩在整体上、特别是其向量数值模(Vektorbetragsnorm，矢量范数)与阈值进行比较。相应地，在一种实施方式中，本发明意义下的关节力或关节转矩通常是一维或多维的。

虽然在前面对示例性的实施方式进行了说明，但是应当指出的是，还可以存在多种变形。

于是，可以取消一个或多个在实施例中以逻辑“或”运算实施的检查S30、S50、S60、S70和S90和/或以逻辑“和”运算实施的检查S80，也就是说，特别是在超过垂直力阈值G₃或水平转矩阈值G₄的情况下，始终触发错误反应R。

同样在一种变形方式中，也可以仅在首次切换至手动引导运行模式时，在启动或者对控制器1或机器人2进行初始化之后，分别实施一个或多个上述的检查。

此外还应指出的是：上述示例性的实施方式仅仅是举例，其不应当对保护范围、应用领域和结构构成任何限制。相反，本领域技术人员通过前述的说明将获得对至少一个示例性实施方式进行转换的启示，在此，在不背离保护范围的情况下可以实现各种不同的变化，特别是关于所述组件的功能和设置的变化，例如这种变化由权利要求和与其等效的特征组合得出。

Claims

1.一种用于将机器人(2)的控制器(1)切换至手动引导运行模式(H)以通过手动地将力和/或转矩施加到机器人上使机器人运动的方法，其中，由于切换并根据所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩(τ_mess)和/或机器人的额定关节力和/或额定关节转矩(τ_d)和/或机器人的姿态，来触发错误反应(R)(S40)，其特征在于，所述错误反应包括：限制所述机器人的运动速度、限制所述机器人的工作空间，以及增大虚拟缓冲。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据以下判断来触发所述错误反应：

基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩(τ_mess)确定的、从外部作用在机器人上的垂直力(f_z)是否超过垂直力阈值(G₃)(S60)；和/或

基于所检测到的机器人的关节力和/或关节转矩(τ_mess)确定的、从外部作用在机器人上的水平转矩(T_x,T_y)是否超过水平转矩阈值(G₄)(S70)；和/或

由于切换引起的额定关节力或额定关节转矩(τ_d,i)的变化是否超过变化阈值(G₆)(S90)；和/或

从外部作用在机器人上的垂直力相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例(ζ)，或者从外部作用在机器人上的水平转矩相对于因此被施加的机器人的关节力和/或关节转矩的比例，是否超过姿态阈值(G₂)；和/或

机器人的通过从外部作用在机器人上的力或从外部作用在机器人上的转矩所施加的关节力或者机器人的通过从外部作用在机器人上的力或从外部作用在机器人上的转矩所施加的关节转矩(τ_e,i)是否超过关节阈值(G_übersteigt1)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据以下判断来触发所述错误反应：

不仅基于所确定的机器人的关节力和/或关节转矩而确定的、从外部作用在机器人上的垂直力是否超过所述垂直力阈值，或者基于所确定的机器人的关节力和/或关节转矩而确定的、从外部作用在机器人上的水平转矩是否超过所述水平转矩阈值，

而且附加地基于所确定的机器人的关节力和/或关节转矩而确定的、对此互补的外部负载(K)是否不超过负载阈值(G₅)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述手动引导运行模式中，所述机器人被力调节地控制。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述手动引导运行模式中，所述机器人被阻抗调节或导纳调节地控制。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述错误反应包括限制所述机器人的关节工作空间或笛卡尔工作空间和/或输出错误信号。

7.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，至少一个阈值(G₁,…,G₆)被固定或可变地设定。

8.一种用于控制机器人(2)的控制器(1)，该控制器被设计用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

9.一种机器人组，其具有机器人(2)和根据权利要求8所述的用于控制机器人的控制器(1)。

10.一种计算机程序产品，其具有程序代码，所述程序代码被存储在计算机可读的介质上，用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。