CN109070351B - 控制用于旋入螺钉的机器人操纵器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制可运动、用于将至少已经插入螺纹中的螺钉旋入的机器人操纵器的方法和装置，螺钉具有带有工具容纳接口的螺钉头，机器人操纵器在其远端处具有工具，工具设计用于嵌入到工具容纳接口中，螺钉具有螺钉中心轴，工具具有工具中心轴，从而使工具能够在机器人操纵器上旋转。该方法包括以下步骤：预先设定(101)至少插入到螺纹中的螺钉的工具容纳接口的位置，将工具定位(102)在工具容纳接口上方并且使工具中心轴相对于螺钉中心轴同心地以8°的最大偏差取向，在工具中心轴的力控制和/或阻抗控制的闭合翻转运动下，使工具沿工具中心轴运动(103)到工具容纳接口中直到工具和工具容纳接口之间存在形状配合的连接，以工具的第一旋转方向将螺钉旋入(104)直到达到或超过作用在工具上的扭矩/力的预设极限值G1，在达到或超过极限值G1之后，工具反向于第一旋转方向以[0.01°至10°]范围内的预设角度回转，并且沿着工具中心轴从工具容纳接口上移除(106)工具。

Description

控制用于旋入螺钉的机器人操纵器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制能够运动的、致动器驱动的机器人操纵器的方法和装置，该机器人操纵器用于旋入至少已经插入到螺纹中的螺钉。本发明还涉及一种具有这种装置的机器人、计算机系统、数字存储介质、计算机程序产品和计算机程序。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于控制能够运动的、用于旋入至少已经插入到螺纹中的螺钉的机器人操纵器的方法。

本发明可以由独立权利要求的特征得出。优选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(在图1中示出)的说明中得出。

本发明的另一个方面涉及一种用于控制能够运动的、致动器驱动的机器人操纵器的方法，该机器人操纵器用于将至少已经插入到螺纹中的螺钉旋入。该机器人操纵器优选地具有4-7个自由度。在这种情况下，可以有利地使螺纹本身在空间上固定，例如作为在空间上固定的较大物体(例如发动机块)的一部分。螺钉优选部分地旋入到螺纹中，例如一圈或多圈，从而使螺钉已经嵌入到螺纹中。该螺钉具有带有工具容纳接口的螺钉头以及螺钉中心轴。机器人操纵器在其远端处具有工具，该工具设计为用于嵌入到工具容纳接口中。另外，该工具还具有工具中心轴，以使得工具能够在机器人操纵器上旋转。

本发明提出的方法包括以下步骤。在第一步骤中，预先设定至少插入到螺纹中的螺钉的工具容纳接口的位置。在第二步骤中，将工具定位在工具容纳接口上方并且使工具中心轴相对于螺钉中心轴同心地以8°的最大偏差取向。在第三步骤中，在工具中心轴的力控制和/或阻抗控制的闭合翻转运动(Kippbewegung)下，使工具沿着工具中心轴运动到工具容纳接口中，直到在工具和工具容纳接口之间存在形状配合的连接。有利的是，该连接在随后旋入螺钉(在第四步骤中)时变成形状配合的连接或在第三步骤结束时已经存在形状配合的连接。在第四步骤中，以工具的第一旋转方向将螺钉旋入，直到达到或超过作用在工具上的扭矩/力的预设的极限值G1。螺钉的旋入这样实施，使得工具以第一旋转方向旋转地运动并且沿着螺钉中心轴在螺纹的方向上运动。在第五步骤中，在达到或超过极限值G1之后，工具反向于第一旋转方向以[0.01°至10°]范围内的预设的角度回转。有利的是，工具的回转是灵活的和/或力控制的。在第六步骤中，沿着工具中心轴从工具容纳接口上移除工具。

工具的移除优选在工具中心轴的力控制和/或阻抗控制的闭合翻转运动下完成的。

有利的是，除了在第三和/或第六步骤中工具中心轴的闭合翻转运动之外，还额外地实施工具中心轴重合横向的闭合平移运动。另外，在第三和/或第六步骤中的闭合翻转运动有利地在一个倾斜平面内进行。另外，有利的是，在第三和/或第六步骤中的工具中心轴的闭合翻转运动具有在倾斜平面中的倾斜分量和垂直于该倾斜平面中的倾斜分量。

通过工具中心轴的闭合翻转运动或重叠横向闭合平移运动，本发明提出的方法特别是实现了在将螺钉旋入螺纹的过程中的高可靠性。另外，本发明的方法还实现了使用标准螺丝刀代替昂贵的工业螺丝刀。

本发明的方法的一个扩展方案的特征在于，在预设的条件下不能达到第三或第四步骤中的形状配合的连接的情况下，通过自动调整的用于工具的定位和/或工具中心轴的取向的参数再次执行第二步骤和第三步骤。或者将机器人操纵器移动到预定义的姿势。

基于调整的用于工具的定位和/或工具中心轴的取向的参数，可有利地改变工具容纳接口的位置的预设。有利地，基于预设的搜索模式完成工具容纳接口的位置的改变。

有利地，在第四步骤中的旋入过程中，预设用于旋入运动的预控制力或者使用螺钉中心轴中的力/力矩调节，从而维持预设的额定力/额定力矩或者力/力矩的额定曲线。

本发明的方法的一个有利的扩展方案的特征在于，工具中心轴的力控制和/或阻抗控制的横向平移运动对应于二维至六维中的闭合或非闭合的利萨如图形(Lissajous-Figuren)。

有利的是，在工具的横向平移运动过程中，工具中心轴线距离螺钉中心轴具有在[0.05mm，5mm]范围内的最大横向间距。可能的最大横向间距当然取决于螺钉的尺寸或螺钉的工具容纳接口的尺寸并进行相应地选择。

本发明的方法的一个有利的扩展方案的特征在于，在不能达到工具与工具容纳接口之间的形状配合的连接的情况下，工具沿着工具中心轴远离工具容纳接口运动预设的路径，工具围绕工具中心轴旋转预设的角度，并且再次执行第四步骤。

有利地，工具容纳接口对应于以下螺钉头驱动(Schraubenkopfantriebe)中的一种：

-槽

-外四角，

-内四角或Robertson，

-内六角或Inbus，

-带销的内六角

-Phillips，

-Pozidriv，

-内六角花形(Innen-Sechsrund)或梅花(Torx)，

-带销的内六角花形，

-内多齿或XZN，

-即插槽(Einweg-Schlitz)

-三翼(Tri-Wing)

-扭矩型(Torq-Set)

-Pentalob或

-Bristol。

本发明还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。

本发明还涉及一种具有电子可读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，以执行如上所述的方法。

本发明还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程序代码时执行如上所述的方法。

最后，本发明还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代码时执行如上所述的方法。为此，数据处理装置可以设计为现有技术中已知的任何计算机系统。

一种用于控制能够运动的机器人操纵器的装置，该机器人操纵器用于将至少已经插入到螺纹中的螺钉旋入，其中，螺钉具有带有工具容纳接口的螺钉头，机器人操纵器在其远端处具有工具，工具实施为能够嵌入到工具容纳接口中，螺钉具有螺钉中心轴，并且工具具有工具中心轴，使得工具能够在机器人操纵器上旋转，其中，至少插入到螺纹中的螺钉的工具容纳接口的位置是已知的，其中，该装置设计和设置用于实施以下步骤：

-将工具定位在工具容纳接口上方并且使工具中心轴相对于螺钉中心轴同心地以3°的最大偏差取向，

-在工具中心轴的力控制和/或阻抗控制的闭合翻转运动下，使工具沿着工具中心轴运动到工具容纳接口中，直到工具和工具容纳接口之间存在形状配合的连接，

-以工具的第一旋转方向将螺钉旋入，直到达到或超过作用在工具上的扭矩/力的预设的极限值G1，

-在达到或超过极限值G1之后，工具反向于第一旋转方向以[0.01°至10°]范围内的预设的角度回转，和

-沿着工具中心轴从工具容纳接口上移除工具。

该装置的优点和有利的扩展方案可以由以上结合所提出的方法做出的陈述的相似和类似的转移而得出。

本发明的另一个方面涉及一种具有机器人操纵器和如上所述装置的机器人。

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的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于控制能够3D运动的机器人操纵器的所提出方法的流程的示意图，该机器人操纵器用于旋入至少已经插入到螺纹中的螺钉，其中，螺钉具有带有工具容纳接口的螺钉头，机器人操纵器在其远端处具有工具，该工具设计为能够嵌入到工具容纳接口中，螺钉具有螺钉中心轴，并且工具具有工具中心轴，使得该工具能够在机器人操纵器上旋转。该方法包括以下步骤。在第一步骤101中，预先设定至少插入到螺纹中的螺钉的工具容纳接口的位置。在第二步骤102中，将工具定位在工具容纳接口上方并且使工具中心轴相对于螺钉中心轴同心地以8°的最大偏差取向。在第三步骤103中，在工具中心轴的力控制和/或阻抗控制的闭合翻转运动下，使工具沿着工具中心轴运动到工具容纳接口中，直到工具和工具容纳接口之间存在形状配合的连接。在第四步骤104中，以工具的第一旋转方向将螺钉旋入，直到达到或超过作用在工具上的扭矩/力的预设的极限值G1。在第五步骤中，在达到或超过极限值G1之后，工具反向于第一旋转方向以[0.01°至10°]范围内的预设角度回转。在第六步骤106中，在工具中心轴的力控制和/或阻抗控制的闭合翻转运动下，使工具沿着工具中心轴从工具容纳接口上移除。

尽管本发明是通过优选实施方案而进一步说明和描述的，但是本发明并不由所公开的实例所限制，并且在不脱离本发明的保护范围的条件下，本领域技术人员能够推导出其他的变型。因此，还存在多种的变型可能。同样还清楚的是，示例性提及的实施方式实际上仅仅为示例，其并不以任何方式作为本发明的保护范围、应用可能性或配置的限定。更确切地，在不脱离由权力要求书及其法律等同物限定的保护范围的条件下，以上的描述和附图说明能够使本领域技术人员具体地转化示例性的实施方式，其中，本领域技术人员在获悉所公开的本发明构思的情况下能够例如对示例性实施方式中提及的各个元件的功能和设置进行多种多样的改变。

附图标记列表

101-106 方法步骤

Claims (11)

1. 一种用于控制能够运动的机器人操纵器的方法，所述机器人操纵器用于将至少已经插入到螺纹中的螺钉旋入，其中，所述螺钉具有带有工具容纳接口的螺钉头，所述机器人操纵器在其远端处具有工具， 所述工具实施为能够嵌入到所述工具容纳接口中，所述螺钉具有螺钉中心轴，并且所述工具具有工具中心轴，使得所述工具能够在所述机器人操纵器上旋转，所述方法包括以下步骤：

1.1预先设定（101）至少插入到所述螺纹中的所述螺钉的所述工具容纳接口的位置，

1.2将所述工具定位（102）在所述工具容纳接口上方并且使所述工具中心轴相对于所述螺钉中心轴同心地以8°的最大偏差取向，

1.3在所述工具中心轴的力控制和/或阻抗控制的闭合翻转运动下，使所述工具沿着所述工具中心轴运动（103）到所述工具容纳接口中，直到所述工具和所述工具容纳接口之间存在形状配合的连接，

1.4以所述工具的第一旋转方向将所述螺钉旋入（104），直到达到或超过作用在所述工具上的扭矩/力的预设的极限值G1，

1.5 在达到或超过所述极限值G1之后，使所述工具反向于所述第一旋转方向以[0.01°至10°]范围内的预设的角度回转（105），并且

1.6沿着所述工具中心轴从所述工具容纳接口上移除（106）所述工具。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤1.6中，所述方法在所述工具中心轴的力控制和/或阻抗控制的闭合翻转运动下进行所述移除（106）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述步骤1.3和/或所述步骤1.6中，额外地实施所述工具中心轴的闭合平移横向运动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在预设的条件下不能达到所述步骤1.3或1.4中所述工具与所述工具容纳接口之间的形状配合的连接的情况下，通过自动调整的用于所述工具的定位和/或所述工具中心轴的取向的参数再次执行所述步骤1.2和1.3，或者将所述机器人操纵器移动到预定义的姿势。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在不能达到所述步骤1.3或1.4中所述工具与所述工具容纳接口之间的形状配合的连接的情况下，所述工具沿着所述工具中心轴远离所述工具容纳接口运动预设的路径，所述工具围绕所述工具中心轴旋转预设的角度，并且再次执行所述步骤1.4。

6.一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上述权利要求中任一项所述的方法。

7.一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，从而执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。

8.一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上述权利要求中任一项所述的方法。

9.一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上述权利要求中任一项所述的方法。

10.一种用于控制能够运动的机器人操纵器的装置，所述机器人操纵器用于将至少已经插入到螺纹中的螺钉旋入，其中，所述螺钉具有带有工具容纳接口的螺钉头，所述机器人操纵器在其远端处具有工具，所述工具实施为能够嵌入到所述工具容纳接口中，所述螺钉具有螺钉中心轴，并且所述工具具有工具中心轴，使得所述工具能够在所述机器人操纵器上旋转，其中，所述装置设计和设置用于实施以下步骤：

10.1提供至少插入到所述螺纹中的所述螺钉的所述工具容纳接口的位置，

10.2将所述工具定位在所述工具容纳接口上方并且使所述工具中心轴相对于所述螺钉中心轴同心地以3°的最大偏差取向，

10.3在所述工具中心轴的力控制和/或阻抗控制的闭合翻转运动下，使所述工具沿着所述工具中心轴运动到所述工具容纳接口中，直到所述工具和所述工具容纳接口之间存在形状配合的连接，

10.4以所述工具的第一旋转方向将所述螺钉旋入，直到达到或超过作用在所述工具上的扭矩/力的预设的极限值G1，

10.5 在达到或超过所述极限值G1之后，使所述工具反向于所述第一旋转方向以[0.01°至10°]范围内的预设的角度回转，并且

10.6沿着所述工具中心轴从所述工具容纳接口上移除所述工具。

11.一种具有机器人操纵器和根据权利要求10所述的装置的机器人。

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