CN109070350A - 借助机器人操纵器将物体接合到物体容纳部中的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助机器人的致动器驱动的机器人操纵器将物体接合到物体容纳部中并用于控制机器人操纵器的方法，机器人操纵器在其远端具有用于容纳和/或抓取物体的效应器，为物体容纳部和待接合的物体定义接合轨迹T并且沿着接合轨迹T为接合轨迹T的地点(I)定义待接合的物体的额定取向(II)，该方法具有以下步骤：通过效应器容纳/抓取(101)物体；在物体相对于额定取向(II)的力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动条件下，物体借助于机器人操纵器沿着接合轨迹(III)运动(202)到物体容纳部中直到达到或超过为作用在效应器上的力矩和/或作用在效应器上的力而预设的极限值条件G1，和/或达到或超过在效应器上提供的力/力矩标识和/或位置/速度标识，其表示在预定义的容差内成功地完成物体到物体容纳部中的接合；通过效应器释放(103)物体；效应器借助于机器人操纵器沿预设的初始轨迹A从物体容纳部离开(104)。

Description

借助机器人操纵器将物体接合到物体容纳部中的方法
技术领域
本发明涉及一种借助机器人操纵器将物体接合到物体容纳部中的方法。本发明还涉及一种机器人操纵器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于借助机器人操纵器将物体接合到物体容纳部中的简单且稳固的方法。此外，本发明的目的还在于提供一种机器人操纵器，其设计用于借助机器人操纵器将物体接合到物体容纳部中。
本发明可以由独立权利要求的特征得出。有利的扩展方案和设计为从属权利要求的主题。本发明的其他特征、应用可能性以及优点可以由以下的描述以及对本发明的实施例(在附图中示出)的说明中得出。
本发明的第一个方面涉及一种用于借助机器人的致动器驱动的机器人操纵器将物体接合到物体容纳部中并且用于控制机器人操纵器的方法，其中，机器人操纵器在其远端具有用于容纳和/或抓取物体的效应器，并且其中，为物体容纳部和待接合的物体定义接合轨迹T并且沿着该接合轨迹T为接合轨迹T的地点定义待接合的物体的额定取向
所提出的方法包括以下步骤。在第一步骤中，通过效应器进行物体的容纳/抓取。为此，该效应器具有要求的机械接口并且有利地形成为抓具、人工手、工具等。
在第二步骤中，在物体相对于额定取向的力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动的条件下，物体借助于机器人操纵器沿着接合轨迹T运动到物体容纳部中，直到：达到或超过为作用在效应器上的力矩和/或作用在效应器上的力而预设的极限值条件G1，和/或达到或超过在效应器上提供的力/力矩标识(Signatur)和/或位置/速度标识，力/力矩标识和/或位置/速度标识表示在预定义的容差内成功地完成物体到物体容纳部中的接合。
机器人操纵器有利地设计和实施为，使效应器的标出的点(例如所谓的“工具中心点”，TCP)或物体的标出的点(例如其重心或几何中心)沿着预设的轨迹运动。
有利地，根据设置效在应器上的物体相对于物体容纳部的相对起始位置、根据物体的几何形状并且根据物体容纳部的几何形状来预设接合轨迹T。
接合轨迹T通常是三维的单次弯曲曲线或多次弯曲曲线。当然，直线也可以作为接合轨迹T。
在第三步骤中，通过效应器释放物体。替代地，效应器可以简单地放开物体。该释放优选在力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动条件下进行。
在第四步骤中，效应器借助于机器人操纵器沿预设的初始轨迹A从物体容纳部离开。
通过按照本发明的、力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动，在效应器将物体接合到物体容纳部中的过程中，使接合过程的成功率得到显著提高。
本发明提出的方法的一个有利扩展方案的特征在于，在第二和第三步骤中，除了旋转运动/翻转运动之外，带有物体的效应器还额外地实施在接合轨迹T/初始轨迹A附近的平移横向运动。通过这一措施，使接合过程或最终造型过程(Endform Prozesse)的上述成功率将得到进一步提高。
在该方法的一个有利的变型中，在接合轨迹T和初始轨迹A是相同的。在一般情况下，有利地选择接合轨迹T和初始轨迹A是不同的，由此通过时间优化的初始轨迹A可以缩短工作时间(Taktzeiten)。
本发明提出的方法的一个有利扩展方案的特征在于，在第二步骤和/或第三步骤中的旋转运动/翻转运动使物体围绕第一、第二或第三旋转/翻转轴相对于额定取向旋转/翻转，其中，物体的旋转/翻转围绕各自的旋转/翻转轴以相对于额定取向以最大±1°，±2°，±5°，±7°，±10°，±12°，±15°的角度范围进行。
物体到物体容纳部中的接合有利地通过卡扣、旋入、压下、压入、粘合、焊接、收缩来进行。
该物体容纳部具有至少一个能够从外部进入的开口。另外，该开口的尺寸设置为，使得物体能够通过该开口而接合到物体容纳部中。因此，该方法原则上适用于将满足上述前提条件并且能够由机器人操纵器或其效应器操纵的物体接合到物体容纳部中。
本发明提出的方法的一个有利扩展方案的特征在于，一旦在通过效应器容纳/抓取物体的过程中出现错误，则以针对物体的容纳/抓取而改变的参数通过效应器重复物体的容纳/抓取。这类在物体的容纳/抓取的过程中的错误例如可以通过设置在效应器和/或机器人操纵器上的力和/或位置传感器、光学传感器、超声传感器等得到识别。
针对物体的容纳/抓取而改变的参数既可以在机器人操纵器的轨迹规划中也可以在机器人或机器人操纵器的控制和调节单元中确定。例如，可以基于在效应器处感测到的力或力矩来针对物体的容纳/抓取来调整额定轨迹。替代地或额外地，用于控制机器人操纵器以容纳/抓取物体所使用的阻抗调节器的放松可以降低不期望的高处理力。
该方法的一个有利扩展方案的特征在于，一旦在物体借助于机器人操纵器沿着在接合方向上的接合路径T运动到物体容纳部的过程中出现错误，则以针对所述物体相对于额定取向的力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动而改变的接合路径T*和/或改变的参数借助于机器人重复物体到物体容纳空间的运动。这类在物体运动到物体容纳部的过程中的错误例如可以通过设置在效应器和/或机器人操纵器上的力和/或位置传感器、光学传感器、超声传感器等得到识别。针对物体相对于额定取向的力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动而改变的参数既可以在机器人操纵器的轨迹规划中也可以在机器人或机器人操纵器的控制和调节单元中确定。
该方法的一个有利扩展方案的特征在于，一旦在执行该方法的过程中出现错误或其他错误作为以上描述的错误，则输出警告和/或中断该方法的执行。
该方法的一个有利扩展方案的特征在于，旋转运动/翻转运动对应于闭合的循环运动，特别是二维至六维的非闭合利萨如图形或傅里叶级数(Fourierreihen)或矩形运动或高斯反转(Gauβumkehrungen)等。
该方法的一个有利扩展方案的特征在于，物体在接合路径T附近的横向平移运动对应于闭合或非闭合的循环运动，特别是二维至六维的非闭合利萨如图形或傅里叶级数、矩形运动、高斯反转等。
本发明的另一个方面涉及一种具有数据处理装置的计算机系统，其中，数据处理装置设计用于，在数据处理装置上执行如上所述的方法。
本发明的另一个方面涉及一种具有电子可读的控制信号的数字存储介质，其中，控制信号与能够编程的计算机系统协作，从而执行如上所述的方法。
本发明的另一个方面涉及一种具有存储在机器可读载体上的程序代码的计算机程序产品，用于当在数据处理装置上执行该程序代码时执行如上所述的方法。
本发明的另一个方面涉及一种具有程序代码的计算机程序，用于当在数据处理装置上运行该程序时执行如上所述的方法。
本发明的另一个方面涉及一种具有致动器驱动的机器人操纵器的机器人，其中，机器人操纵器在其远端具有用于容纳和/或抓取物体的效应器，并且其中，为物体容纳部和待接合的物体定义接合轨迹T并且沿着接合轨迹T为接合轨迹T的地点定义待接合的物体的额定取向机器人具有控制单元，其实施和设置用于能够执行如上所述的方法。
附图说明
其他的优点、特征和细节可以从以下描述中得出，其中，(在必要时参考附图)详细地描述了至少一个实施例。相同的、相似的和/或功能相同的部件设置有相同的附图标记。其中：
图1示出了所提出的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了所提出的方法的流程图，该方法用于借助机器人的致动器驱动的机器人操纵器将物体接合到物体容纳部中并且用于控制该机器人操纵器，其中，该机器人操纵器在其远端具有用于容纳和/或抓取物体的效应器，并且其中，为物体容纳部和待接合的物体定义接合轨迹T并且沿着该接合轨迹T为该接合轨迹T的地点定义待接合的物体的额定取向
该方法包括以下步骤。在第一步骤101中，通过效应器进行物体的容纳/抓取。
在第二步骤102中，在物体相对于额定取向的力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动的条件下，该物体借助于机器人操纵器沿着接合轨迹运动到物体容纳部中，直到：达到或超过为作用在效应器上的力矩和/或作用在效应器上的力而预设的极限值条件G1，和/或直到达到或超过在效应器上提供的力/力矩标识和/或位置/速度标识，该力/力矩标识和/或位置/速度标识表示在预定义的容差内成功地完成了物体到物体容纳部中的接合。
在成功完成步骤102之后，在步骤103中，在力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动条件下，通过效应器释放物体。
在步骤104中，效应器借助于机器人操纵器沿预设的初始轨迹A离开。
附图标记列表
101-104 方法步骤
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于借助机器人的致动器驱动的机器人操纵器将物体接入到物体容纳部中并且用于控制所述机器人操纵器的方法，其中，所述机器人操纵器在其远端具有用于容纳和/或抓取所述物体的效应器，并且其中，为所述物体容纳部和待接合的所述物体定义接合轨迹厂并且沿着所述接合轨迹厂为所述接合轨迹厂的地点定义待接入的所述物体的额定取向所述方法包括以下步骤：
1.1通过所述效应器容纳/抓取(101)所述物体，
1.2在所述物体借助于所述机器人操纵器沿着所述接合轨迹运动(202)到所述物体容纳部中期间，连续地执行所述物体相对于所述额定取向的力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动，直到
·达到或超过为作用在所述效应器上的力矩和/或作用在所述效应器上的力而预设的极限值条件G1，和/或
·达到或超过在所述效应器上提供的力/力矩标识和/或位置/速度标识，所述力/力矩标识和/或位置/速度标识表示：在预定义的容差内成功地完成所述物体到所述物体容纳部中的接入，
1.3通过所述效应器释放(103)所述物体，
1.4所述效应器借助于机器人操纵器沿预设的初始轨迹A从所述物体容纳部离开(104)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在连续地执行力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动的条件下进行所述释放(103)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述步骤1.2和/或所述步骤1.3中，带有所述物体的所述效应器额外地执行在所述接合轨迹T/初始轨迹A附近的平移横向运动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在所述步骤1.2和/或所述步骤1.3中的所述旋转运动/翻转运动使所述物体围绕第一、第二或第三旋转/翻转轴相对于所述额定取向旋转/翻转，其中，所述物体的旋转/翻转围绕各自的旋转/翻转轴以相对于所述额定取向以最大±1°，±2°，±5°，±7°，±10°，±12°，±15°的角度范围进行。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，一旦在通过所述效应器容纳/抓取所述物体的过程中出现错误，则以针对所述物体的所述容纳/抓取而改变的参数通过所述效应器重复所述物体的容纳/抓取。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，一旦在所述物体借助于所述机器人操纵器沿着在接合方向上的所述接合路径厂运动到所述物体容纳部的过程中出现错误，则以针对所述物体相对于所述额定取向的力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动而改变的接合路径厂*和/或改变的参数借助于所述机器人重复将所述物体运动到所述物体容纳空间中。
7.一种具有数据处理装置的计算机系统，其中，所述数据处理装置设计用于，在所述数据处理装置上执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.一种具有电子可读的控制信号的数字存储介质，其中，所述控制信号与能够编程的计算机系统协作，从而执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
9.一种具有存储在机器可读载体上的程序代码的计算机程序产品，用于当在数据处理装置上执行所述程序代码时执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
10.一种具有程序代码的计算机程序，用于当在数据处理装置上运行所述程序时执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
11.一种具有致动器驱动的机器人操纵器的机器人，其中，所述机器人操纵器在其远端具有用于容纳和/或抓取物体的效应器，并且其中，为物体容纳部和待接合的所述物体定义接合轨迹厂并且沿着所述接合轨迹厂为所述接合轨迹厂的地点定义待接合的所述物体的额定取向所述机器人具有控制单元，所述控制单元实施和设置用于能够执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。

Claims (11)

1.一种用于借助机器人的致动器驱动的机器人操纵器将物体接合到物体容纳部中并且用于控制所述机器人操纵器的方法，其中，所述机器人操纵器在其远端具有用于容纳和/或抓取所述物体的效应器，并且其中，为所述物体容纳部和待接合的所述物体定义接合轨迹厂并且沿着所述接合轨迹厂为所述接合轨迹厂的地点定义待接合的所述物体的额定取向所述方法包括以下步骤：
1.1通过所述效应器容纳/抓取(101)所述物体，
1.2在所述物体相对于所述额定取向的力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动的条件下，所述物体借助于所述机器人操纵器沿着所述接合轨迹运动(202)到所述物体容纳部中，直到
·达到或超过为作用在所述效应器上的力矩和/或作用在所述效应器上的力而预设的极限值条件G1，和/或
·达到或超过在所述效应器上提供的力/力矩标识和/或位置/速度标识，所述力/力矩标识和/或位置/速度标识表示：在预定义的容差内成功地完成所述物体到所述物体容纳部中的接合，
1.3通过所述效应器释放(103)所述物体，
1.4所述效应器借助于机器人操纵器沿预设的初始轨迹A从所述物体容纳部离开(104)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动的条件下进行所述释放(103)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述步骤1.2和/或所述步骤1.3中，带有所述物体的所述效应器额外地执行在所述接合轨迹T/初始轨迹A附近的平移横向运动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在所述步骤1.2和/或所述步骤1.3中的所述旋转运动/翻转运动使所述物体围绕第一、第二或第三旋转/翻转轴相对于所述额定取向旋转/翻转，其中，所述物体的旋转/翻转围绕各自的旋转/翻转轴以相对于所述额定取向以最大±1°，±2°，±5°，±7°，±10°，±12°，±15°的角度范围进行。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，一旦在通过所述效应器容纳/抓取所述物体的过程中出现错误，则以针对所述物体的所述容纳/抓取而改变的参数通过所述效应器重复所述物体的容纳/抓取。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，一旦在所述物体借助于所述机器人操纵器沿着在接合方向上的所述接合路径厂运动到所述物体容纳部的过程中出现错误，则以针对所述物体相对于所述额定取向的力控制和/或阻抗控制的旋转运动/翻转运动而改变的接合路径厂*和/或改变的参数借助于所述机器人重复将所述物体运动到所述物体容纳空间中。
7.一种具有数据处理装置的计算机系统，其中，所述数据处理装置设计用于，在所述数据处理装置上执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.一种具有电子可读的控制信号的数字存储介质，其中，所述控制信号与能够编程的计算机系统协作，从而执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
9.一种具有存储在机器可读载体上的程序代码的计算机程序产品，用于当在数据处理装置上执行所述程序代码时执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
10.一种具有程序代码的计算机程序，用于当在数据处理装置上运行所述程序时执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
11.一种具有致动器驱动的机器人操纵器的机器人，其中，所述机器人操纵器在其远端具有用于容纳和/或抓取物体的效应器，并且其中，为物体容纳部和待接合的所述物体定义接合轨迹厂并且沿着所述接合轨迹厂为所述接合轨迹厂的地点定义待接合的所述物体的额定取向所述机器人具有控制单元，所述控制单元实施和设置用于能够执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
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