CN107000209B - 控制驱动组件使特别机器人引导的工具运动的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制包括至少一个驱动器的驱动组件以使特别是机器人引导的工具(30)运动的方法，该方法包括以下步骤：检测特征参数(表1)(S10)，所述特征参数包括滞后误差(Δ)和/或功率(I)和/或它们的变化；检测第一阈值(表2；表3)的被特征参数超过(S20)；并基于第一阈值的被超过，检测工具的接触(t₃；t₄；x₀)(S30)。

Description

控制驱动组件使特别机器人引导的工具运动的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于控制包括至少一个驱动器的驱动组件以使特别是机器人引导的工具运动的一种方法和一种装置，以及一种包括所述装置的系统，和一种用于实施该方法的计算机程序产品。

背景技术

由专利文献DE102011003539A1可知一种用于参考加工钳的至少一个半钳部的电驱动器的驱动位置的方法，在该方法中，通过平差计算来确定时间滞后误差函数的回归线，在此，基于该线的交零来确定半钳部的闭合位置。

发明内容

本发明的目的在于改进工具、特别是机器人引导的工具的运行。

本发明的目的通过一种具有本发明特征的方法来实现。本发明还提出了用于执行在此所述方法的一种装置或者说一种计算机程序产品或者说一种具有在此所述装置的系统。优选的扩展方案由以下内容给出。

根据本发明的一个方面，用于控制包括一个或多个驱动器的驱动组件以使工具、特别是机器人引导的工具运动的方法包括以下步骤：

a)检测特征参数，该特征参数包括滞后误差和/或功率和/或它们的变化；

b)检测第一阈值被特征参数超过；以及

c)基于第一阈值的被超过，检测工具的接触。

相应地，根据本发明的另一方面，用于控制包括一个或多个驱动器的驱动组件以使工具、特别是机器人引导的工具运动的装置被设计用于执行前面所述的方法，和/或具有：

-用于检测特征参数的机构，该特征参数包括滞后误差和/或功率和/或它们的变化；

-用于检测第一阈值被特征参数超过的机构；以及

-用于基于第一阈值的被超过来检测工具的接触的机构。

一种优选的应用是用于控制特别是机器人引导的钳子，特别是夹钳或焊钳。相应地，在一种扩展方案中，所检测的接触是指钳颚、特别是可调节的钳颚特别是与零件或者另一钳颚的接触。下面特别是借助于该优选的应用来说明本发明，但是并不仅限于此。同样，工具相应地也可以包括钻孔器、铣刀等，特别可以是钻孔器、铣刀等。

在一种实施方式中，通过特别是电的、气动的和/或液压的工具驱动器使工具运动，或者说可通过特别是电的、气动的和/或液压的工具驱动器使工具运动。钳驱动器特别是可以相对于一钳颚来调节另一钳颚。附加地或替代地，工具可通过多轴的、特别是六轴的机器人运动，或者说工具通过多轴的、特别是六轴的机器人来运动。相应地，在一种实施方式中，驱动组件包括：一个或多个工具驱动器，特别是用于相对于一钳颚调节另一钳颚；和/或一个或多个用于使工具运动的机器人驱动器，该机器人驱动器特别可以由一个或多个工具驱动器和/或机器人驱动器组成。

在一种实施方式中，根据对第一阈值被特征参数超过的检测，可以有利地检测工具的接触，特别是无力传感器和/或转矩传感器地和/或在接触时或者特别是刚好在接触之后，特别是在随后按计划通过工具施加接触力期间。

在一种实施方式中，特征参数可以包括位置滞后误差、速度滞后误差和/或加速度滞后误差，特别可以是这样的滞后误差。在本发明中，滞后误差特别是指特别是所检测到的实际值与特别是预先设定的额定值的偏差。

在一种扩展方案中，特征参数包括驱动组件的一个或多个驱动器的位置滞后误差，或者说在实际位置或者说姿态和额定位置或者说姿态之间的偏差，特征参数特别可以是这样的位置滞后误差。该(轴或者说关节)位置可以优选被直接地和/或精确地检测。

附加地或替代地，在一种扩展方案中，特征参数包括工具的位置滞后误差或者说工具的实际位置和额定位置之间的偏差，特别是其相对于特别是特定于周围环境或机器人的参照物的一维、二维或三维的地点和/或方位，特征参数特别可以是这样的位置滞后误差。该(笛卡尔或者说工作空间)位置特别可以通过驱动组件位置的变换被检测到。

附加地或替代地，在一种扩展方案中，特征参数包括驱动组件的一个或多个驱动器的速度滞后误差或者说驱动组件的一个或多个驱动器的实际速度和额定速度之间的偏差，特征参数特别可以是这样的速度滞后误差。附加地或替代地，在一种扩展方案中，特征参数包括工具的速度滞后误差或者说工具的实际速度和额定速度之间的偏差，特别是其相对于特别是特定于周围环境或机器人的参照物的一维、二维或三维的平移和/或旋转，特征参数特别可以是这样的速度滞后误差。速度可以优选被直接地和/或精确地检测，和/或优选由于接触而更明显地变化，和/或优选更少地失真。

附加地或替代地，在一种扩展方案中，特征参数包括驱动组件的一个或多个驱动器的加速度滞后误差或者说驱动组件的一个或多个驱动器的实际加速度和额定加速度之间的偏差，特征参数特别可以是这样的加速度滞后误差。附加地或替代地，在一种扩展方案中，特征参数包括工具的加速度滞后误差或者说工具的实际加速度和额定加速度之间的偏差，特别是其相对于特别是特定于周围环境或机器人的参照物的一维、二维或三维的平移和/或旋转加速度，特征参数特别可以是这样的加速度滞后误差。加速度可以优选被直接和/或精确地检测，和/或优选由于接触而特别明显地发生变化。

在一种实施方式中，特征参数可以包括驱动组件的一个或多个驱动器的功率、特别是所接收的(aufgenommene)功率和/或其变化、特别是电流值和/或其变化，特别可以是或者说表示了这样的功率或者说变化。

在一种实施方式中，该方法附加地具有如下步骤：

c)检测第二阈值被特征参数超过，该第二阈值大于第一阈值；以及

d)如果随后检测到第二阈值被特征参数超过，则基于最后或者说最终所检测到的第一阈值的被超过来检测工具的接触。

换句话说，在一种实施方式中，在步骤d)中，如果检测到较大的第二阈值被特征参数超过，则基于第一阈值的被最后超过来检测工具的接触。

相应地，在一种实施方式中，根据本发明的装置具有用于检测大于第一阈值的第二阈值被特征参数超过的机构，在此，用于基于第一阈值的被超过来检测工具的接触的机构就是在检测到较大的第二阈值被特征参数超过的情况下基于第一阈值的被最后超过来检测工具的接触的机构。

由此，可以有利地将更灵敏的和更稳健的标准相结合。由此，一方面可以基于更灵敏的标准或者说对第一阈值的超过更精确地检测到接触。另一方面，更稳健的标准或者说第二阈值被超过的必然性同时可以降低例如由于噪音、摩擦和/或惯性作用等所导致的对更灵敏标准做出错误反应的风险。

因此，特别是可以检测、尤其是存储特征参数(最后)超过第一阈值时的各个时间点、位置等。如果随后特征参数还超过了第二阈值，则有非常高的概率可以假设，就在前面最后的对第一阈值的超过是由工具的接触所引起的。在一种扩展方案中，特征参数超过第一阈值时的时间点或位置分别以移位寄存器的方式作为当前潜在的接触(位置)被检测、特别是被存储，并且如果随后特征参数还超过第二阈值，则当前或者说最后被检测、特别是被存储的潜在接触(位置)作为当前的接触(位置)分别被检测、特别是存储。

在一种实施方式，通常可以将特征参数超过第一阈值或者说检测到第一阈值被超过时的时间点和/或驱动组件的位置、特别是驱动组件的一个或多个驱动器的姿态和/或工具的位置、特别是地点和/或方位，作为接触(位置)来检测。

在一种实施方式中，基于特征参数的特别是平滑的中间值或最大值，和/或在工具按计划无接触地或者有潜在接触地运动期间，确定第一阈值和/或第二阈值。

相应地，在一种实施方式中，根据本发明的装置具有：基于特征参数的特别是平滑的中间值或最大值和/或在工具按计划无接触地或者有潜在接触地运动期间确定第一阈值和/或第二阈值的机构。

在此，阈值特别是可以包括预先设定的相对于特征参数的中间值或最大值的偏移量。在一种实施方式中，通过确定特征参数的特别是时间进程中或者递增进程中处于当前状态之前并随当前状态一起改变的那一部分的中间值或最大值，来确定平滑的中间值或最大值。

在一种扩展方案中，在工具按计划无接触地运动期间，特别是在参考阶段中，确定特征参数的中间值或最大值，其例如由于惯性、摩擦、噪音等而产生。该值、特别是被按照预设的偏移量升高的值，可以作为阈值、特别是第一阈值使用，因为由此可以设定：在工具随后在该参考阶段按计划有潜在接触地运动期间或者说在探测期间，对该特别是已按照预设的偏移量升高的值的超过是由工具的接触引起的。

在一种扩展方案中，基于特别是平滑的中间值来确定第一阈值，特别是通过对特征参数的过滤。该特征参数例如由于惯性、摩擦、噪音等原因而围绕中间值波动。随后，可以将该中间值、特别是已按照预设的偏移量升高的中间值作为第一阈值使用，因为工具的接触会导致该值、特别是该已按照预设的偏移量升高的值被超过。

在一种扩展方案中，第二阈值可以按照相同的方式来确定，特别是通过将中间值或最大值升高一较大的偏移量，从而提供一个更稳健的标准，该标准能够校验所述更敏感的标准，并由此降低由于该更敏感的标准额而对接触发生错误检测的风险。

在一种扩展方案中，第一阈值和/或第二阈值作为固定值提前或者说与中间值和/或最大值无关地被确定或者说预先设定。

所检测到的接触位置特别可以被用于确定和/或预先设定工具的接触力：如果工具在接触之后沿接触方向进一步运动，则工具将在在其接触伙伴上施加根据其刚度c以及由运动决定的其实际位置x与其接触位置x₀的偏差x-x₀而逐渐增大的接触力F(F＝c(x-x₀))。

因此，在一种实施方式中，基于实际位置与接触位置的偏差来确定和/或预先设定工具的接触力，并在接触位置上检测接触。相应地，在一种实施方式中，根据本发明的装置具有：基于实际位置与接触位置的偏差来确定和/或预先设定工具的接触力并在接触位置上检测接触的机构。

如果基于特征参数检测到接触，则工具已经施加了一定的接触力，该接触力将引起驱动组件的滞后误差或者说功率(变化)。根据本发明的一个方面，在确定或者说预先设定工具的接触力时，需要考虑到在检测接触时已经起作用的接触力，特别是作为偏移量、尤其是恒定的偏移量来考虑。相应地，在一种实施方式中，在接触位置上基于不等于零的接触力偏移量来确定或者说预先设定接触力，或者说将用于确定和/或预先设定工具的接触力的机构设计用于此目的。

在一种扩展方案中，预先校准接触力特征曲线，并在此基础上确定或者说预先设定工具的接触力，在此，接触力特征曲线具有前述的接触力偏移量。在一种实施方式中，为了实现校准，以在此所述的方式检测接触位置，随后将工具运动至不同的实际位置，并在此检测各个实际位置与接触位置的偏差，以及特别是通过力测量装置来检测工具的对应的接触力。特别是可以在检测接触的过程中或者通过利用实际位置与接触位置的偏差对的平衡曲线的外插法和在此所检测到的接触力，来确定接触力偏移量。

在一种实施方式中，在执行该方法期间，使工具特别是被位置和/或速度调节地运动，特别是以恒定的额定速度运动。

根据本发明的一个方面，一种系统具有在此所述的工具，在此所述述的用于使工具运动的驱动组件，以及在此所述的用于控制驱动组件的装置。根据本发明的一个方面，一种计算机程序产品具有执行在此所述方法的程序代码，该程序代码被存储在计算机可读的介质上。

在本发明的意义下，机构可以被硬件和/或软件技术地实现，特别是具有：优选与存储器系统和/或总线系统进行数据连接或者说信号连接的处理单元，特别是数字处理单元，特别是微处理单元(CPU)；和/或一个或多个程序或程序模块。为此，可以将CPU设计为：执行指令，该指令被实现为存储在存储器系统中的程序；检测来自于数据总线的输入信号；和/或向数据总线输出输出信号。存储器系统可以具有一个或多个特别是不同的存储器介质，特别是光学的、磁性的、固体的和/或其他非易失性的介质。程序可以被实现为，其能够固化或者说实施在此所描述的方法，从而使得CPU能够执行这种方法的步骤，并由此特别是能够控制驱动组件。

附图说明

其他的优点和特征由实施例给出。为此部分示意性地示出：

图1：根据本发明的一种实施方式的系统；

图2：根据本发明的一种实施方式的方法；

图3：在该方法中特征参数的进程；和

图4：在该方法中所使用的接触力特征曲线。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一种实施方式的系统，其包括：由机器人10引导的工具，该工具呈焊钳的形式并具有可调节的钳颚或者说电极30；装置20，其控制在图1中以深色示出的驱动组件，以使工具运动，该驱动组件包括机器人的驱动器和/或用于调节可移动钳颚的工具驱动器或者说钳子驱动器。

装置20执行根据本发明的一种实施方式的方法，或者说通过编程技术被设计用于此目的，后面将参照图2至图4对该方法做详细说明。在此，钳子将被位置和/或速度调节地以恒定的额定速度闭合。

在步骤S10中(参见图2)检测特征参数，在该实施例中为速度滞后误差Δ或者钳子驱动器的电机电流I，它们的关于时间t的进程在图3中以实线①示出。

附加地，在步骤S10中，在持续到时间点t₀的、工具按计划无接触运动的参考阶段期间，确定特征参数的最大值作为第一阈值。该第一阈值②在图3中以虚线示出。

然后在步骤S20中，在工具按计划有潜在接触地运动期间(t＞t₀)，检测第一阈值被特征参数超过，在该实施例中为在时间点t₄。

在步骤S30中，将该时间点或者说钳子驱动器在该时间点t₄时的位置作为工具的接触(位置)x₀来检测。

在一种变型中，在步骤S10中，基于特征参数的平滑的中间值来确定第一阈值，其中，中间值被升高预设的偏移量。该替代的第一阈值③在图3中以点划线示出。该第一阈值特别是也在工具按计划有潜在接触地运动期间(t＞t₀)被确定。

附加地在这种变型中，在步骤S10中确定第二阈值④，该第二阈值在图3中作为固定预设的值以双点划线示例性地示出。

在这种变型中，随后在步骤S20中，分别检测第一阈值③被特征参数的最后超过，在根据图3的实施例中是在时间点t₁、t₂和最后的t₃。各个对第一阈值的最后超过分别以移位寄存器的方式作为当前潜在的接触或者说当前潜在的接触位置被检测，特别是被存储。

附加地在这种变型中，在步骤S20中检测第二阈值④被特征参数超过，在该实施例中是在时间点t₅。

随后在这种变型中，在步骤30中，如果随后还要检测第二阈值④被特征参数超过，则检测第一阈值③最后被超过的时间点，或者说将钳子驱动器在该时间点的位置作为工具的接触(位置)来检测。

在该实施例中，在随后检测第二阈值④被特征参数超过之前，第一阈值③最后被超过的时间点是时间点t₃。相应地，在这种变型中检测该时间点t₃或者将钳子驱动器在该时间点的位置作为工具的接触(位置)来检测。

人们通过对比开始描述的实施方式与该变型得知：利用更敏感的标准，即对第一阈值③的超过，能够更精确地检测接触，特别是在与开始所述实施方式中的时间点t₄相比更早的时间点t₃上，同时又由于结合了更稳健的标准，即第二阈值④被超过，因此又降低了例如由于噪音而导致错误检测接触的风险。

随后，在步骤S40中，基于实际值x与接触位置x₀的偏差，确定和/或预先设定工具的接触力F，在接触位置上检测接触。在此，如图4所示，基于接触力特征曲线⑤来确定或者说预先设定接触力F，该接触力特征曲线在接触位置x₀上具有不等于零的接触力偏移量F₀。

该接触力特征曲线以及特别是接触力偏移量可以通过前述的检测接触位置、随后的检测多个实际位置x或者说其与接触位置x₀的偏差和在此作用的接触力来校准，如图4中的实心圆所示，其代表测量点或者说检测点。

装置20构成本发明意义下的机构或者说具有这种机构，并由此被设计用于执行在此所述的方法。

尽管在前面的说明中阐释了示例性的实施方式，但是应当指出的是，还可以有许多的变型。还应该注意的书，这些示例性的实施方式仅仅是举例，其不应对保护范围、应用领域和结构构成任何限制。相反，本领域技术人员能够通过前述的说明获得将至少一个示例性实施方式进行转换的启示，在此，在不脱离例如在权利要求书和等效的特征组合中所给定的保护范围的情况下，特别是关于所描述的组件的功能和设置可以有各种变化。

附图标记列表

① 特征参数(速度滞后误差Δ；电机电流I)

②；③ 第一阈值

④ 第二阈值

⑤ 接触力特征曲线

10 机器人

20 控制装置

30 焊钳(工具)

t 时间

x 位置。

Claims (16)

1.一种用于控制包括至少一个驱动器的驱动组件以使工具(30)运动的方法，该方法包括以下步骤：

检测特征参数(①)，所述特征参数包括滞后误差(Δ)和/或功率(I)和/或它们的变化(S10)；

检测第一阈值(②；③)被所述特征参数的超过(S20)；以及

基于所述第一阈值的被超过，检测所述工具的接触(t₃；t₄；x₀)(S30)；

其中，基于实际位置(x)与接触位置(x₀)的偏差，来确定和/或预先设定所述工具的接触力(F)，在该接触位置处检测接触；和/或

所述方法具有以下步骤：

检测第二阈值(④)被所述特征参数超过，所述第二阈值大于所述第一阈值(S20)；以及

如果随后检测到所述第二阈值的被所述特征参数超过，则基于所述第一阈值的最后被超过，来检测所述工具的接触(S30)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工具(30)是机器人引导的工具(30)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述特征参数的中间值或最大值，确定至少一个阈值(②；③，④)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，基于所述特征参数的平滑的中间值或最大值，确定至少一个阈值(②；③，④)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述工具按计划无接触地或者有潜在接触地运动期间，确定至少一个阈值(②；③，④)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述特征参数包括位置的、速度的和/或加速度的滞后误差(Δ)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述滞后误差(Δ)包括所述驱动组件的至少一个驱动器的和/或工具的实际值与额定值的偏差。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述特征参数包括所述驱动组件的至少一个驱动器的功率和/或其变化。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述特征参数包括所述驱动组件的至少一个驱动器的电流值(I)和/或其变化。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在所述接触位置(x₀)上，基于不等于零的接触力偏移量(F₀)来确定或者说预先设定所述接触力。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，校准接触力特征曲线，基于所述接触力特征曲线来确定和/或预先设定所述工具的接触力，其中，所述接触力特征曲线包括接触力偏移量。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述工具包括钳颚。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述钳颚是夹钳或焊钳(30)的钳颚，和/或是能调节的钳颚。

14.一种用于控制包括至少一个驱动器的驱动组件以使工具(30)运动的装置(20)，所述装置被设计用于执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。

15.一种系统，包括：工具；具有至少一个驱动器的、用于使所述工具运动的驱动组件；以及根据权利要求14所述的装置(20)。

16.一种计算机可读存储介质，其上存储有用于执行根据权利要求1至13中任一项所述方法的程序代码。

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