CN107771118A - 通过在构件上的校准和参数组的学习来改善温度漂移补偿 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制操纵器的方法。该方法包括：提供取决于温度的校准；根据该校准并基于所确定的参考点‑剩余漂移值来计算修正参数组。接着，在考虑到修正参数组的条件下来控制所述操纵器。

Description

通过在构件上的校准和参数组的学习来改善温度漂移补偿

技术领域

本发明涉及一种用于控制操纵器的方法和一种相应的机器人系统。

背景技术

机器人、特别是工业机器人是自动受控的并可自由编程的多用途操纵器。因此，它们被设计用于工业环境中并可用于生产设备的不同区域中。工业机器人可以例如用于在加工站或测量站中测量构件的一个或多个测量点，或者在工件上走出特定的轨迹程序，并在此借助于例如卷边工具来加工工件或构件。

在投入使用前通常必须对工业机器人进行校准，以便能够获得完整的机器人运动模型。为此，必须确定机器人机械装置的各种参数，以便最终获得完整的机器人模型。此外，必须使机器人关于待测量的或待加工的构件进行调整：在此必须建立从机器人的坐标系到工作站或构件的坐标系的关系。为此，例如可以进入参考点，这些参考点代表了空间中固定的点。参考点可以例如被光学地读取，或者也可以手动地使机器人进入参考点。由于参考点的位置是以世界坐标系定义的，因此可以通过检测参考点并借助于机器人坐标系与世界坐标系之间的相应转换来确定例如机器人的末端执行器的准确位置。

由于机器人的机械元件中的摩擦和电元件的废热，机器人机械装置的温度会发生改变。这可能导致各个元件的尺寸改变以及液体粘度的改变和元件(例如传动机构)的弹性的改变。如果机器人模型的参数未被周期性地更新，则关于机器人的定位存在所谓的漂移，这种漂移会叠加在机器人的重复精度和绝对精度上。该漂移在具有已知或测量位置的固定的基准体或参考体上可以被测量到。

从企业内部的方法已知：在校准时要确定最优的模型参数数组。这种模型参数数组或者说可参数化的数学的机器人模型在此用于控制操纵器。为了确定最优的模型参数数组，可以在温度稳定的校准体上测量机器人定位的偏差。然后，通过使该定位的剩余误差最小化来进行优化。由于温度漂移的效应对于不同的姿势会产生不同强度的效果，因此尝试关于操纵器的极端姿势来确定发生最大程度改变并且覆盖较大轴范围的轴姿态。当然，因此只能对在测量时发生在校准体上的效应进行补偿。而由运动机构的温度变化所引起的效应却没有通过校准体上的机器人姿势展现出来并因此未被补偿。

在一个典型的测量周期中，构件被引入测量室中被测量，然后再被引出。由此使得机器人变热。因此，在周期开始时所确定的机器人模型参数在该周期期间相对于机器人的实际定位的匹配总是变得越来越差。因此能够预料到，在该周期的后期，在所测量的点上会有更高的剩余漂移。

用于整个工作空间的最优参数组的有效性基于如下假设：选择极端姿势会呈现出所有的温度效应。但是这种做法所带来的风险在于：会有部分工作空间未被覆盖，或者一般不考虑取决于温度的效应。这会在构件点上导致明显的剩余漂移。构件上的这种剩余漂移在此是由未被补偿的、取决于温度的对定位的影响和自上次校准以来由于运动机构的变热而产生的温度漂移组合而成。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种方法和一种机器人系统，其将上述缺点(至少部分地)最小化。本发明的目的还在于提高机器人或操纵器的精度。

本发明的这些目的和其他目的通过独立权利要求的主题来实现。

本发明包括一种用于控制操纵器的方法。操纵器在此可以是不同的并基于操纵器参数组或者说机器人参数组受到控制。

根据本发明的方法包括提供校准，该校准优选是取决于温度的校准。优选地，所述提供可以包括创建校准。校准在此具有以下步骤：重复地驶向至少一个参考点、特别是两个或M个参考点，直到满足操纵器的温度标准，并在每次驶向之后确定一校准数组，该校准数组包括至少一个比较-参考点-剩余漂移和操纵器参数组。

驶向参考点在此意味着检测参考点，这种检测例如可以光学地或通过接触来实现。参考点具有已被准确获知的位置。由此可知与世界坐标系和与测量机器人的基础坐标系的对应关系。优选地，参考点靠近测量点、加工点或构件上的构件点，并且也可直接设置在构件上。在确定校准数组时，确定关于所驶向的参考点的剩余漂移。

优选地，重复地驶向至少两个参考点，并且在每次驶向这两个参考点之后确定一校准数组，该校准数组包括至少一个比较-参考点-剩余漂移和操纵器参数组。优选地，有一个参考点是构件点，在运行模式下操纵器或机器人也应驶向该构件点。进一步优选地，有一个参考点不是构件点，在正常工作运行中或在正常运行周期期间机器人也应驶向该参考点。优选地，校准数组包括关于参考点已确定的比较-参考点-剩余漂移。该比较-参考点-剩余漂移在此用于模型参数组的校准或优化。然后，该模型参数组作为操纵器参数组被提供给校准数组。由此，每个校准数组均包括一与参考点上的至少一个比较-参考点-剩余漂移相关的操纵器参数组，该操纵器参数组根据剩余漂移生成。

优选地，温度标准被如下地选择：即，所述驶向和确定被多次重复，直至机器人的温度处于稳定状态并且仅稍微改变。由此，校准优选在机器人变热的同时被执行。特别是在激活或接通机器人或操纵器之后，机器人的温度将快速地变化并在一定时间之后达到恒定值。在此期间，优选执行校准或取决于温度的校准，以便有利地检测所有取决于温度的效应。

根据本发明的用于控制操纵器的方法还包括：驶向一个、特别是正好一个或N个参考点。在此，该驶向是在操纵器的正常工作运行中或者在运行模式下执行的，而不是在校准期间执行。根据本发明的方法还包括：确定当前-参考点-剩余漂移。因此在生产运行中确定关于所驶向的参考点的当前-参考点-剩余漂移。优选地，参考点数量N小于参考点数量M。由此，可以针对各种操纵器动作保持精确的校正。

根据本发明的方法还包括：基于所确定的当前-参考点-剩余漂移并基于至少一个校准数组来计算修正参数组。因此优选地，为了计算修正参数组，至少要考虑到校准的操纵器参数组。在这种情况下，基于在运行模式中所确定的当前-参考点-剩余漂移来选出所述校准的应被使用操纵器参数组的校准数组。由此能够有利地确定合适的修正参数组，在此，可根据所确定的当前-参考点-剩余漂移从校准中选出合适的值或操纵器参数组。

根据本发明的方法还包括：基于计算得到的修正参数组来控制操纵器。在此，可以例如根据修正参数组来更新当前的机器人模型，或者也可以用该修正参数组来代替当前的机器人模型。本领域技术人员应该理解的是：借助本发明，不仅能够优化机器人模型，而且能够根据轨迹规划调整轨迹点。在这种情况下，控制优选包括：借助操纵器在考虑到修正参数的条件下的测量。例如，可以借助操纵器执行距离测量，在此，操纵器优选具有其合适的装置，例如激光器。此外，该控制也可以包括：在考虑到修正参数的条件下使操纵器运动。

因此，“参考点”可以是操纵器的周围环境中的任意点，并且可以是例如构件点、也就是构件或工件上的点。术语“比较-参考点-剩余漂移”可以代表参考点上的在校准过程中被确定的剩余漂移。类似地，术语“当前-参考点-剩余漂移”可以代表参考点上的在运行模式下被确定的剩余漂移。“校准数组”也可以是数据组，其包括多个值，例如比较-参考点-剩余漂移和操纵器参数组。一个、多个或所有在校准期间被确定的校准数组可以被提供给操纵器的控制器或被单独地提供。在此，“剩余漂移”本身并不需要纠正，所以只能是“漂移”。

优选地，上述的提供校准包括创建校准。优选地，在操纵器的生产运行之前执行校准，以便使校准在操纵器的工作运行或测量运行期间就已经存在。由此，可以直接在该校准的基础上确定修正参数组，从而能够根据修正参数组精确地控制操纵器。

优选地，上述的重复驶向包括重复驶向两个参考点，在此，优选其中一个参考点是构件点。由此可以借助校准数组有效地关于在生产模式中所驶向的点来对模型参数或机器人参数进行优化。优选地，在每次重复驶向之后，在关于比较-参考点-剩余漂移进行校准期间，存储参数组并将其录入校准数组中。

优选地，所确定的校准数组包括两个比较-参考点-剩余漂移和一个操纵器参数组。

优选地，对校准数组的计算包含以下步骤：基于所确定的当前-参考点-剩余漂移选出校准数组，使得所选出的校准数组的比较-参考点-剩余漂移最接近所确定的当前-参考点-剩余漂移；并且基于所选出的校准数组生成修正参数组。由此能够选出最佳匹配的校准数组，使得所选出的校准数组的比较-参考点-剩余漂移和所确定的当前-参考点-剩余漂移之间的差最小。由此将实现所述校准的校准数组与操纵器的当前状态的最佳匹配。

基于所选出的校准数组生成修正参数组可以例如包括：基于所选出的校准数组的操纵器参数组来生成修正参数组。优选地，选出一校准数组，在此，来自所述校准的比较-参考点-剩余漂移与来自生产运行的当前-参考点-剩余漂移最靠近，使得在校准中所确定的操纵器参数组最佳地匹配操纵器的当前状态，并由此可用于计算修正参数组以及因此用于控制操纵器，例如驶向或测量构件点。

优选地，计算修正参数组包括以下步骤：基于所确定的当前-参考点-剩余漂移选出至少两个不同的校准数组，使得所选出的校准数组的比较-参考点-剩余漂移最接近所确定的当前-参考点-剩余漂移，并且在将所选出的校准数组内插的基础上生成修正参数组。因此，考虑两个最好地反映了操纵器的当前状态的校准数组。然后，在将这两个校准数组内插或将所选出的校准数组的操纵器参数组内插的基础上生成修正参数组。由此可以从校准中获得与操纵器的当前状态最佳匹配的修正参数组。

本领域技术人员需要理解的是：也可以基于在生产运行中所确定的当前-参考点-剩余漂移选出多于两个的校准数组，并且可以考虑将其用于计算修正参数组。例如，如果选出三个校准数组，则可以基于校准数组的样条内插或相应的操纵器参数组来计算修正参数组。此外，本领域技术人员需要理解的是，根据本发明的方法也可以与用于补偿各种漂移的其他方法相结合。根据本发明的方法在此特别适用于将剩下的剩余漂移或剩下的剩余漂移的效应最小化。

因此，利用本发明来执行校准，其中将检测非常多的(取决于温度的)机器人状态。通过将当前-参考点-剩余漂移与来自该校准的比较-参考点-剩余漂移相比较，就可以将该校准的合适的操纵器参数组考虑用于操纵器的当前状态。由此，本发明改进了机器人或操纵器的定位精度。在此，例如可以实现比+0.15mm更高的精度。

本发明还包括一种机器人系统，其具有用于执行根据本发明的方法的设施。该设施在此特别是包括机器人控制器。本发明还包括一种计算机可读的介质，该介质包含指令，这些指令在被处理系统执行时执行用于控制操纵器的步骤，相应于根据本发明的用于控制操纵器的方法。

附图说明

下面参照附图对发明做详细说明。其中：

图1示出了根据本发明的校准的流程，和

图2示出了根据本发明的用于控制操纵器的方法。

具体实施方式

图1示意性示出了根据本发明的(取决于温度的)校准的流程或过程10。该过程开始于步骤11。在步骤12中，操纵器驶向一参考点。该参考点优选不位于构件上，而是独立于构件被提供。在步骤13中，关于在步骤12中所驶向的参考点确定比较-参考点-剩余漂移。

在步骤14中，驶向一构件点，即，操纵器驶向待测量的或待加工的构件上的点。在紧接着的步骤15中，确定比较-构件-剩余漂移，也就是确定操纵器与所驶向的构件点之间的剩余漂移。

在步骤16中创建修正参数组。为此，根据至少在步骤13中所确定的比较-参考点-剩余漂移和/或在步骤15中所确定的比较-构件-剩余漂移来确定操纵器参数组或模型参数组。在修正参数组中，将操纵器参数组与在步骤13中所确定的比较-参考点-剩余漂移相结合。接着，将修正参数组存储在相应的校准数据库中。

在判定17中检查操纵器的温度是否已超过预定义的边界值。替代地，在判定17中也可以检查操纵器的温度是否已达到恒定值。如果判定17是否定的，则通过以步骤12继续执行该方法来确定新的校准数组。如果判定17是肯定的，则在步骤18中结束校准。

因此通过校准可以确定多个校准数组，在每个校准数组中将比较-参考点-剩余漂移与操纵器参数组结合起来。在此，各个校准数组是依据操纵器的不同温度被确定的。优选地，只有当操纵器的温度接近稳定时，才结束校准。

图2示意性示出了根据本发明的用于控制操纵器的方法的流程20。优选在工作运行中或运行模式中执行该方法。该方法开始于步骤21。在步骤22中提供(取决于温度的)校准。优选地，根据在图1中所示的过程执行该校准并提供相应的校准数组。

在步骤23中，操纵器驶向参考点。该参考点在此与在校准期间所驶向或测量的参考点相同。在步骤24中，确定当前-参考点-剩余漂移，即，确定操纵器与所驶向的参考点之间的剩余漂移。

在步骤25中，从校准中选出两个校准数组。在此，通过将在步骤24中所确定的当前-参考点-剩余漂移与所述校准的校准数组的比较-参考点-剩余漂移相比较来选出校准数组。通过该比较来确认：所述校准的校准数组的哪些比较-参考点-剩余漂移最接近在步骤24中所确定的当前-参考点-剩余漂移。然后，据此选出两个包括最接近当前-参考点-剩余漂移的比较-参考点-剩余漂移的校准数组。

在步骤26中，对所选出的校准的校准数组的与两个比较-参考点-剩余漂移相结合的操纵器参数组进行内插，并根据该内插来计算修正参数组。在紧接着的步骤27中，根据至少该修正参数组来控制操纵器。接着，在步骤28中结束该方法。

Claims (9)

1.一种用于控制操纵器的方法，包括：

a)提供校准，其具有以下步骤：

-重复驶向至少一个参考点、特别是至少两个或M个参考点，直到满足所述操纵器的温度标准，并且

-在每次所述驶向之后确定一个校准数组，该校准数组包括至少一个比较-参考点-剩余漂移和操纵器参数组；

b)驶向一个、特别是正好一个或N个参考点；

c)确定当前-参考点-剩余漂移；

d)基于所确定的当前-参考点-剩余漂移并且基于至少一个所述校准数组来计算修正参数组，和

e)基于所述修正参数组来控制所述操纵器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述操纵器包括：借助所述操纵器在考虑到所述修正参数组的条件下进行测量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤b)的参考点的数量N小于步骤a)的参考点的数量M。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述提供校准包括创建所述校准。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述重复驶向包括重复驶向两个参考点，并且优选其中一个参考点是构件点。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所确定的校准数组包括两个比较-参考点-剩余漂移和一个操纵器参数组。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述计算包括以下步骤：

-基于所确定的当前-参考点-剩余漂移选出一校准数组，使得所选出的校准数组的比较-参考点-剩余漂移最接近所确定的当前-参考点-剩余漂移，并且

-基于所选出的校准数组创建所述修正参数组。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述计算包括以下步骤：

-基于所确定的当前-参考点-剩余漂移选出至少两个不同的校准数组，使得所选出的校准数组的比较-参考点-剩余漂移最接近所确定的当前-参考点-剩余漂移，并且

-基于对所选出的校准数组的内插来创建所述修正参数组。

9.一种机器人系统，具有用于执行根据权利要求1-8中任一项所述的方法的设施。