CN110139731A

CN110139731A - 对过程机器人的模型的校准和过程机器人的运行

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Publication number: CN110139731A
Application number: CN201780081831.8A
Authority: CN
Inventors: B·施蒂梅尔; 迪特玛尔·恰尼特; R·勒西; 曼弗雷德·许滕霍弗
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-08-16
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: EP3535097B1; CN110139731B; WO2018083008A1; DE102016013083A1; DE102016013083B4; EP3535097A1

Abstract

一种根据本发明的用于对模型进行校准和/或运行过程机器人(10)的方法，包括以下步骤：在校准机器人的至少两个校准姿势下，‑对校准机器人(10)施加(S10，S30)环境接触力(F₁)并确定由于施加该环境接触力而产生的校准偏移(Δ₁₁)；‑对校准机器人施加(S20，S40)至少一个另外的环境接触力(F₂)并确定由于施加该另外的环境接触力而产生的校准偏移(Δ₂₁)；并且‑基于这些姿势、环境接触力和校准偏移对过程机器人的模型进行校准(S50)；和/或包括以下步骤：对于至少一个过程姿势，‑确定(S60，S70)过程接触力(F₁，F₂)；并且‑基于特别是过程机器人的被校准的模型减小(S60，S70)过程机器人的由于过程接触力而产生的过程偏移(Δ₁₁，Δ₂₁)。

Description

对过程机器人的模型的校准和过程机器人的运行

技术领域

本发明涉及用于对过程机器人的模型进行校准和/或用于过程机器人的运行的一种方法和一种系统，一种包括该过程机器人和该系统的机器人组以及一种用于执行该方法的计算机程序产品。

背景技术

由专利文献EP2272637B1已知一种用于机器人的运行的方法，其中，利用各种不同的额定载荷确定机器人的模型的参数，并且机器人在该模型的基础上运行，其中，参数根据机器人的有效载荷来设定。

专利文献EP2504741B1涉及一种用于创建绝对准确的机器人模型的方法，其中，如专利文献EP2272637B1中那样进入不同的机器人姿势。

由专利文献DE102015009872A1已知一种机器人控制装置，其包括：用于计算修正量的修正量计算单元，该修正量用于修正因施加在工具上的外力所导致的工具的尖端位置的偏转；和用于生成修正轮廓的修正轮廓产生单元，该修正轮廓给出了由修正量计算单元计算得到的修正量与时间之间的关系。

发明内容

本发明的目标在于改善机器人的运行。

本发明的目标通过一种具有权利要求1和/或6所述特征的方法来实现。权利要求13至15请求保护一种用于执行在此所述方法的系统或计算机程序产品或一种具有在此所述系统的机器人组。优选的扩展方案由从属权利要求给出。

根据本发明的一种实施方式，提供一种用于对机器人进行校准的方法，在此，在一种实施方式中，该机器人被配置为、特别是被设计为或者说用于执行预先设定的过程，特别是工作过程(加工过程)，在该过程中有外力作用在机器人上，特别是挤孔旋拧、摩擦(搅拌)焊接、压接、铣削、研磨等，因此在本文中将机器人称为过程机器人，该方法包括以下步骤：

-在机器人的校准姿势下，在一种实施方式中，该机器人被配置为、特别是被设计为或者说被用于执行对模型的校准并因此在本文中将其称为校准机器人：

-对校准机器人施加一环境接触力(Umgebungskontaktkraft)，并确定由于施加该环境接触力而产生的校准偏移；并且(随后)

-对校准机器人施加一个或多个另外的环境接触力，并(分别)确定由于施加该环境接触力而产生的另一校准偏移；

-在校准机器人的一个或多个另外的校准姿势下(分别)：

-对校准机器人施加一环境接触力，并确定由于施加该环境接触力而产生的校准偏移；并且(随后)

-对校准机器人施加一个或多个其它的环境接触力，并(分别)确定由于施加该环境接触力而产生的另一校准偏移；

并且

-基于该姿势、环境接触力和校准偏移，对过程机器人的模型进行校准。

根据本发明的一种实施方式，一种用于运行机器人(在本文中称为过程机器人)的方法包括以下步骤：

-对于一个或多个过程姿势(分别)：

-确定过程机器人在过程中所施加的并在本文中被称为过程接触力的接触力；并且

-基于特别是根据在此所述的方法和/或在执行或实施该过程之前所校准的模型，减小、特别是最小化或补偿过程机器人由于该过程接触力而产生的过程偏移。

根据本发明的一种实施方式，提供一种特别是被硬件技术地和/或软件技术地、特别是编程技术地设计用于执行上述方法的系统。在一种实施方式中，该系统相应地包括：

在校准机器人的两个或多个校准姿势下，

-用于对校准机器人施加环境接触力并确定由于施加该环境接触力而产生的校准偏移的装置；

-用于对校准机器人施加一个或多个另外的环境接触力并(分别)确定由于施加该环境接触力而产生的另一校准偏移的装置；和

-用于基于所述的姿势、环境接触力和校准偏移对过程机器人的模型进行校准的装置。

附加地或替代地，在一种实施方式中，该系统包括：

在一个或多个过程姿势下，

-用于确定过程接触力的装置；和

-用于基于特别是根据在此所述的方法和/或在执行或实施过程之前所述校准的模型来减小、特别是最小化或补偿过程机器人的由于该过程接触力而产生的过程偏移的装置。

附加于或替代于由恒定的有效载荷所导致的偏移，根据本发明，通过考虑在过程中频繁变换的(环境或过程)接触力，在模型的校准过程中和/或运行过程机器人的过程中，能够基于被校准的模型有利地提高模型或机器人的精度。

为了更紧凑地进行说明，在本文中也将反平行力偶(即，转矩)统称为本发明意义下的力。在一种实施方式中，接触力，特别是环境接触力和/或过程接触力，是由特别是位置固定的环境施加在机器人上、特别是施加在被机器人引导的工具或工件上的(反作用)力，特别是与机器人引导的载荷的(内部)重力不同的(外部)(接触)力。

在一种实施方式中，偏移，特别是校准偏移和/或过程偏移，包括实际状态与标称状态之间的差，特别是由于机器人的节肢的弹性变形、机器人的轴中的传动挠度(Getriebenachgiebigkeit)和/或传动间隙等而产生的差，特别是一个或多个轴和/或特定于机器人的参考物(例如其TCP)(中)的位置差和/或角度差。因此在一种实施方式中，本发明意义下的偏移可以包括机器人的一个或多个轴的驱动器的传动机构的输入轴与输出轴的角度之间的角度差，特别是机器人的一个或多个轴的驱动器的传动机构的输入轴与输出轴的角度之间的角度差。附加地或替代地，在一种实施方式中，本发明意义下的偏移可以包括未变形机器人中的一个或多个轴和/或特定于机器人的参考物的标称位置或标称方向与由于接触力而弹性变形的机器人中的轴或参考物的实际位置或实际方向之间的位置差和/或角度差，特别是未变形机器人中的一个或多个轴和/或特定于机器人的参考物的标称位置或标称方向与由于接触力而弹性变形的机器人中的轴或参考物的实际位置或实际方向之间的位置差和/或角度差。

在一种实施方式中，校准机器人和过程机器人是相同的，特别地，基于被校准的模型运行的过程机器人已经可以用于对模型的校准或用于确定校准偏移。据此，在一种实施方式中，可确保对(机器人)个体的并且特别准确的校准。

在另一种实施方式中，校准机器人是另一机器人，其在一种扩展方案中特别是关于其标称尺寸，在类型上与过程机器人相同。据此，一种实施方式中，可以降低对多个类型相同的过程机器人的校准费用，或者针对多个(过程)机器人而校准或使用一个模型。

在一种实施方式中，在校准机器人的一个或多个校准姿势下，机器人的驱动器(分别)将两个或多个不同的驱动力施加在机器人上，使得机器人(据此)被施加不同的环境接触力，或者为此或相应地操控驱动器。例如，在校准机器人中，其工具或法兰可接触环境，通过相应地提高驱动力能够提高环境到工具或法兰上的反作用接触力，并由此对处于相同校准姿势下的校准机器人施加一个或多个其它的环境接触力。

附加地或替代地，在校准机器人的一个或多个校准姿势下，一个或多个与校准机器人分离的装置，例如升降缸、传送带等，对校准机器人施加不同的环境接触力，或者为此或相应地被致动。

据此，在一种实施方式中，可以使校准简化，特别是相比于利用多个额定载荷所进行的校准，它们需要为此被更换，即，必须由机器人分别存储或接收。

在一种实施方式中，在一个或多个校准姿势下，一个或多个环境接触力(分别)是最大容许环境接触力的至多10％，和/或至多1kN，特别是至多500N。

附加地或替代地，在一种实施方式中，在一个或多个校准姿势下，一个或多个环境接触力(分别)是最大容许环境接触力的至少90％，和/或至少10kN。

附加地或替代地，在一个或多个校准姿势下，(分别)对校准机器人施加最小环境接触力，施加最大环境接触力，以及施加介于最小环境接触力与最大环境接触力之间的一个或多个不同的环境接触力，据此确定校准偏移，并基于这些环境接触力和校准偏移对模型进行校准。

据此，在一种实施方式中，可以改善模型的厚度或使用范围和/或精度。

在一种实施方式中，在一个或多个校准姿势下，在施加一个或多个环境接触力时，(分别)检测单个轴中的和/或单个轴的偏移，并在此基础上确定校准偏移。因此，在一种实施方式中，校准偏移可以包括由于施加环境接触力而产生的单轴偏移或单个轴的偏移，特别是由于施加环境接触力而产生的单轴偏移或单个轴的偏移，例如由于传动机构挠度和/或传动机构间隙等。

附加地或替代地，在一种实施方式中，在一个或多个校准姿势下，在施加一个或多个环境接触力时，(分别)检测校准机器人的单个节肢的偏移，在此基础上确定校准偏移。因此，在一种实施方式中，校准偏移可以包括由于施加环境接触力而产生的单个节肢的偏移，特别是由于施加环境接触力而产生的单个节肢的偏移，例如节肢的弹性变形等。

附加地或替代地，在一种实施方式中，在一个或多个校准姿势下，在施加一个或多个环境接触力时，(分别)检测校准机器人的特定于机器人的参考物的、特别是工具、端部法兰和/或TCP的特别是一维、两维或三维的(笛卡尔)位置和/或特别是一维、两维或三维的方向的偏移，并基于此确定校准偏移。因此，在一种实施方式中，校准偏移可以包括由于施加环境接触力而产生的特定于机器人的参考物、特别是工具、端部法兰和/或TCP的位置和/或方向的偏移，特别是由于施加环境接触力而产生的特定于机器人的参考物、特别是工具、端部法兰和/或TCP的位置和/或方向的偏移，例如由于轴中的传动机构挠度和/或传动机构间隙、节肢的弹性变形等。

在一种实施方式中，通过检测单个轴和/或节肢的偏移或相应的校准偏移，可以有利地减少其确定和/或加工费用、特别是计算和/或控制费用。在一种实施方式中，通过检测特定于机器人的参考物的位置和/或方向的偏移，可以有利地补偿轴中的传动机构挠度和/或传动机构间隙、节肢的弹性变形等的复杂叠加。

在一种实施方式中，光学地检测所述的偏移。为此，在一种扩展方案中，在校准机器人的一个或多个轴上和/或一个或多个节肢上特别是可松脱地设置光发射器、反射器、标记等，并且光学地、特别是通过激光追踪器、图像分析器等检测其位置或者由于施加环境接触力而产生的位置变化，并由此确定校准偏移。据此有利的是，可以有利地精确地和/或以微小的(稳定的)设备费用和/或对校准机器人的微小的(稳定的)损害来确定偏移。

附加地或替代地，在一种实施方式中，通过一对或多对传感器，特别是通过所谓的“次级编码器”等，来检测偏移，这些传感器分别布置在校准机器人的轴上(传感器对)。据此有利的是，可以精确地和/或在校准机器人的任意姿势下确定偏移。

在一种实施方式中，针对一个或多个过程姿势，(分别)预先、特别是基于所规划的过程机器人的过程来预测接触力。在一种扩展方案中，针对所规划的过程，分别预先、特别是根据经验和/或通过模拟来确定针对特定过程姿势的过程接触力，并且例如通过特征图、使相应的功能参数化等加以存储。随后，可以在进入到相应的过程姿势时通过检索或分析为此所存储的过程接触力来预测过程接触力。据此，在一种实施方式中，可以(更)快速地补偿由于该过程接触力而产生的偏移。

附加地或替代地，在一种实施方式中，对于一个或多个过程姿势，(分别)检测(实际的)过程接触力。据此，在一种实施方式中，能够(更)精确地补偿由于这种过程接触力而产生的偏移。

在一种扩展方案中，通过工具上的和/或过程机器人的法兰上的一个或多个传感器，特别是多轴的、特别是三轴或六轴的传感器，特别是力传感器或力-力矩传感器，检测(实际的)过程接触力。据此有利的是，在一种实施方式中，可以(更)精确地检测对工具或法兰的加载。

附加地或替代地，在一种扩展方案中，(分别)通过过程机器人的一个或多个轴上的一个或多个传感器和/或过程机器人的一个或多个驱动器的能量、特别是能量接收，检测(实际的)过程接触力。因此，在一种实施方式中，可以根据由轴上的传感器对所检测到的角度差例如基于胡克原理分别检测作用在轴上的力，并根据这些力通过利用相应的雅可比矩阵的变换来检测对机器人加载的接触力。类似地，可以根据驱动器的电流消耗、驱动器调节器的积分部分等来检测作用在轴上的力，并根据这些力通过利用相应的雅可比矩阵的变换来检测对机器人加载的接触力。据此有利的是，在一种实施方式中，能够(更)精确地考虑在单个的轴上或之中的力。

附加地或替代地，除了一个或多个过程接触力之外，在一种实施方式中，还可以在对模型进行校准时或为了对模型进行校准而基于所规划的过程来预测一个或多个环境接触力，和/或据此在一种实施方式中，借助校准机器人的工具上和/或法兰上的一个或多个传感器和/或校准机器人的一个或多个轴上的一个或多个传感器和/或校准机器人的一个或多个驱动器的能量、特别是能量接收，(更)快速地和/或(更)精确地检测一个或多个环境接触力。

在一种实施方式中，增加和/或减小一个或多个过程姿势下的过程接触力。随后，在一种实施方式中，(分别)基于所校准的模型，减小过程机器人由于该变化的过程接触力而变化的偏移，特别是与该变化的偏移或过程接触力同步地减小。据此有利的是，在一种实施方式中，能够(更)精确地补偿由于该变化的过程接触力而产生的偏移。

在一种实施方式中，(分别)将一个或多个过程姿势下的过程接触力从在一种扩展方案中至少基本上等于零的最小值上提，和/或减小到在一种扩展方案中至少基本上等于零的最小值。因此，在一种实施方式中，可以(分别)至少基本上无接触(力)地进入或(再次)离开过程姿势。相应地，在一种实施方式中，如果所确定的过程接触力低于预定的最小值，特别是等于零，则被校准的模型不提供(待补偿的)过程偏移或者过程偏移等于零，特别是在无接触(力)地进入和/或离开一个或多个过程姿势时，或者为了无接触(力)地进入和/或离开一个或多个过程姿势，(分别)不提供(与过程接触力相关的)偏移或过程偏移等于零。由此，在一种实施方式中，可以防止：过程机器人在进入或尚在离开过程姿势的过程就已经对下述的偏移进行了补偿，该偏移仅在形成所确定的(变化的)过程接触力之后存在或只有在形成所确定的(变化的)过程接触力之后才存在或者仅在消除所确定的(变化的)过程接触力之前存在，并因此可以特别是在进入或离开时关于特别是工具的或工件的表面进行磨削等。在一种实施方式中，该一个或多个过程姿势是在机器人、特别是机器人引导的工具或工件与(机器人)环境发生和/或脱离接触时的接触姿势。

在一种实施方式中，模型给出一个或多个轴和/或一个或多个节肢(中)的偏移和/或对此的补偿。因此，其可以包括单个的轴和/或节肢或它们的由于对机器人加载不同的接触力而产生的偏移的模型，特别是在轴中的偏移(例如围绕转动轴线的角度的角度偏移)的模型和/或轴的(例如轴的位置和/或方向的)偏移的模型；特别就是单个的轴和/或节肢或它们的由于对机器人加载不同的接触力而产生的偏移的模型，特别是在轴中的偏移(例如围绕转动轴线的角度的角度偏移)的模型和/或轴的(例如轴的位置和/或方向的)偏移的模型。

附加地或替代地，在一种实施方式中，模型根据姿势和加载于机器人的外力给出过程机器人的特定于机器人的参考物(特别是工具、端部法兰和/或TCP)的位置和/或方向的偏移。因此，模型可以特别是包括整个过程机器人的模型，特别是整个过程机器人的模型。

在一种实施方式中，模型是静态模型，或者说不考虑动态的或惯性力，或者说与动态的或惯性力无关。据此有利的是，在一种实施方式中，模型可以是更紧凑的，并且特别是能够被更快速和/或更简单地分析。

在另一种实施方式中，模型是动态模型，或者说还要考虑过程机器人的惯性力，或者说还取决于该惯性力。据此有利的是，在一种实施方式中，模型可以更精确地给出偏移，由此可以(更)精确补偿该偏移。

在一种实施方式中，模型是离散模型。其可以包括特别是离散姿势、离散接触力和离散偏移之间的关系，特别是以特征图、表格等形式。在一种扩展方案中，如果过程姿势和过程接触力与该离散模型的这些离散姿势和离散接触力不匹配，则在这些离散的姿势和接触力之间进行插值。

在一种实施方式中，模型是连续模型，其可以具有特别是将姿势和接触力基于参数化地映射于偏移的功能，在此，基于环境接触力和校准偏移以及对应的位置对所述的参数进行校准，特别是采用补偿或优化的方法，该方法对模型的参数进行校准，使得所确定的校准偏移与由模型针对相应的环境接触力所给出的偏移之间的差异最小化。

在一种实施方式中，模型是过程机器人的位置准确的或绝对准确的模型。

特别地，对于(被校准的)模型和在此基础上减小过程偏移来说，请补充参考前文中所述的专利文献EP2272637B1和专利文献EP2504741B1，其内容被完全并入本公开中，其中，在专利文献EP2272637B1中被详细说明的模型M在本文中还附加地考虑到接触力F，或者描述了在姿势q、接触力和偏移Δx、特别是特定于机器人的参考物的偏移和/或在机器人的单个和/或各个轴和/或节肢中的偏移之间的关系，例如一般形式为：

M：(q，F，Δx)＝0 (1′)。

被校准的模型可以特别有利地用于过程机器人的过程规划、特别是轨迹计划，和/或用于控制、特别是调节过程机器人。相应地，在一种实施方式中，过程机器人的运行包括特别是预先或离线地对过程机器人的过程的规划，和/或在运行期间或在线地对过程机器人的控制、特别是调节。

在一种实施方式中，过程机器人具有：一个或多个、特别是至少四个、特别是至少六个、特别是至少七个轴或关节，特别是转动轴或转动关节；和用于轴的致动或调节的驱动器，特别是具有电动机和/或传动机构的驱动器。特别是对于这样的机器人，使用根据本发明的方法是特别有优势的。

在一种实施方式中，对于所述一个或多个过程姿势，(分别)基于被校准的模型，减小过程机器人由于过程接触力而产生的过程偏移，从而使得基于机器人的标称模型所设定的过程姿势为了减小该过程偏移而发生(设定地)变化，或者特别是通过相应的偏置(Offset)对过程机器人的轴或驱动器进行相应的控制、特别是调节，该偏置取决于由过程接触力引起的过程偏移并且减小、特别是最小化或补偿该过程偏移。

在一种实施方式中，该系统相应地具有：

用于通过机器人的驱动器在至少一个校准姿势下施加不同的驱动力以向校准机器人加载不同的接触力的装置和/或至少一个与校准机器人分离的、用于在至少一个校准姿势下向校准机器人加载不同的环境接触力的装置；和/或

用于在至少一个校准姿势下向校准机器人加载最小环境接触力、最大环境接触力和至少一个介于该最小环境接触力与最大环境接触力之间的环境接触力的装置；和/或

用于在至少一个校准姿势下特别是光学地和/或通过至少一个布置在轴上的传感器对检测校准机器人的单个轴中的偏移和/或单个节肢的偏移和/或校准机器人的特定于机器人的参考物的位置和/或方向的偏移的装置和用于在此基础上确定至少一个校准偏移的装置；和/或

用于基于被校准的模型使过程机器人的由于提高和/或减小过程接触力而产生的变化的偏移被减小、特别是与过程接触力同步地被减小的装置；

和/或用于特别是基于所规划的过程来预测过程接触力和/或至少一个环境接触力的装置；和/或

用于特别是借助于至少一个过程机器人的工具和/或法兰上的传感器和/或至少一个过程机器人的至少一个轴上的传感器和/或过程机器人的至少一个驱动器的能量来检测过程接触力，和/或特别是借助至少一个校准机器人的工具和/或法兰上的传感器和/或校准机器人的至少一个轴上的传感器和/或校准机器人的至少一个驱动器的能量来检测至少一个环境接触力的装置。

本发明意义下的装置可以硬件技术和/或软件技术地构成，特别是具有：优选与存储系统和/或总线系统进行数据连接或信号连接的处理单元，特别是数字处理单元，尤其是微处理器单元(CPU)；和/或一个或多个程序或程序模块。为此，CPU可以被设计为：执行被实现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/或将输出信号发送至数据总线。存储系统可以具有一个或多个特别是不同的存储介质，特别是光学的、磁的、固体的和/或其他非易失性的介质。程序可以是这样的：其能够体现或者说执行在此所述的方法，从而使得CPU能够执行该方法的步骤，并由此特别是能够运行过程机器人和校准机器人。

在一种实施方式中，根据本发明的方法的一个或多个、特别是所有的步骤特别是通过系统或其装置被完全或部分地自动执行。

附图说明

其它的优点和特征由从属权利要求和实施例给出。为此部分示意性地：

图1示出了根据本发明的一种实施方式的机器人组，其包括处于校准姿势和过程姿势下的过程机器人；

图2示出了具有处于另一校准姿势和过程姿势下的过程机器人的机器人组；

图3示出了根据本发明的一种实施方式的用于运行过程机器人的方法。

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，其包括六轴的过程机器人10和机器人控制器20，该机器人控制器执行后面将参照图3所描述的方法，该方法用于对过程机器人10的模型进行校准，并基于该根据本发明的一种实施方式被校准的模型来运行过程机器人10。

为了对过程机器人10的模型进行校准，在步骤S10中，首先使机器人控制器20进入第一校准姿势，在该姿势下，其如图1中虚线所示地使机器人臂水平伸出。

在第一校准姿势下，首先对过程机器人10的工具法兰11加载第一环境接触力F₁。据此，机器人臂由于其节肢的弹性变形、其驱动器的传动机构挠度等而从图1中以虚线示出的标称结构变形为在图1中以实线示出的变形结构。在此产生的其工具法兰11的位置和方向的偏移Δ₁₁例如通过激光追踪器30来检测，该偏移在图1中为清楚起见而被显著夸大地示出。

然后，在步骤S20中，机器人控制器20提高了驱动力，从而对工具法兰11加载另一更大的环境接触力F₂>F₁，该力在图1中以点划线示出。在此产生的其工具法兰11的位置和方向的另一偏移Δ₁₂又通过激光追踪器30来检测(在图1中为了清楚起见未示出)。

然后，在步骤S30中，机器人控制器20随着过程机器人10到达另外的第二校准姿势，如图2虚线所示，在该第二校准姿势下，其机器人臂的远端侧摇臂12竖直向上伸出，而其余的机器人臂则水平地伸出。

在该第二校准姿势下，首先对过程机器人10的工具法兰11施加第一环境接触力F₁，使得机器人臂由于其节肢的弹性变形、其驱动器的传动机构挠度等而从图2中以虚线示出的标称结构变形为在图2中以实线示出的变形结构。在此产生的其工具法兰11的位置和方向的偏移Δ₂₁(在图2中为了清楚起见被显著夸大地示出)通过激光追踪器30来检测。

然后，在步骤S40中，机器人控制器20提高了驱动力，从而对工具法兰11加载更大的环境接触力F₂>F₁。在此产生的其工具法兰11的位置和方向的另一偏移Δ₂₂也通过激光追踪器30来检测(在图2中未示出)。

在一种未示出的变型中，机器人控制器20可以在第一和/或第二姿势下分别提高驱动力，从而对工具法兰11加载另外的环境接触力F_i，并通过激光追踪器30检测在此产生的另外的偏移Δ_1i、Δ_2i。附加地或替代地，机器人控制器20可以进入其它的姿势j，并在该姿势下针对不同的环境接触力k检测另外的偏移Δ_ik。附加地或替代地，还可以在多个姿势下对过程机器人10加载不同的环境接触力，即，例如图1中的环境接触力F₁大于图2中的环境接触力F₁。

然后，在步骤S50中，机器人控制器20基于这些姿势、环境接触力F₁、F₂、F_i和校准偏移Δ₁₁–Δ_jk对过程机器人10的绝对准确模型进行校准，使得该校准偏移能够针对这些姿势和环境接触力尽可能好地进行补偿。

在步骤S60、S70中，机器人控制器20在过程机器人10的工作过程中进入到这些过程姿势中，例如，在步骤S60中进入参照图1所描述的水平伸出的姿势，在步骤S70中进入参照图2所描述的具有竖直向上伸出的摇臂12和其他水平伸出的机器人的姿势。

在工具法兰11上的六轴力-力矩传感器13的基础上，机器人控制器20检测在这些过程姿势下各自出现的过程接触力，并基于所校准的模型对由于该过程接触力而产生的工具法兰11的位置和方向的过程偏移进行补偿，以使过程机器人10能够通过该过程接触力以其工具法兰11尽可能准确地占据目标位置和目标方向。

在一种变型中，在校准姿势下，附加地或替代地通过各个轴上的编码器对来检测机器人臂的单个轴中的校准偏移，例如由于传动机构间隙和传动机构挠度而产生的偏移，并通过借助于激光追踪器30等检测过程机器人10的节肢上的反射器(未示出)来光学地测量轴的角位置。

在一种变型中，在步骤S50中，基于所述的校准偏移对模型进行校准，该模型将离散的姿势和环境接触力F₁、F₂、F_i分别对应于在此发生的单个轴偏移。

在步骤S60、S70中，机器人控制器20基于设定的工作过程预测在各个过程姿势下，在进入相应的过程姿势之前就已经出现的过程接触力，并基于所校准的模型对由于该过程接触力而在单个的轴中产生的过程偏移进行补偿，特别是与相应的过程接触力的建立同步地进行。如果例如所预测的过程接触力介于两个环境接触力F₁、F₂之间，则机器人控制器20可以基于环境接触力F₁、F₂对由于这些过程接触力而产生的过程偏移进行插值。这同样适用于处于校准姿势之间的过程姿势。

为了更好地理解，极其简化地设定：过程机器人10仅在其承载摇臂12(见图2)的转动轴14的驱动器中具有值得一提的传动机构挠度c，而所有其它的驱动器及其节肢与之相比都是可忽略的挠曲的或弹性的，因此，在所有节肢的单位长度为l/5，且所有其他的转动轴都有恒定的角位置以及图1所示的接触力F的方向下，根据等式(1')，过程机器人10的一个非常简单的模型例如是：

F·I·cos(q₁₄+Δx)＝c·Δx

其中，q₁₄是传动机构的输入轴或转动轴14的驱动器的(电动)马达的从动轴的标称位置或角位置，Δx是摇臂12相对于据此定义的标称位置的偏移。

从这个非常简单的示例可以看出：该模型或其参数c可以基于图1中的两个被确定的环境接触力F₁、F₂以及姿势q₁₄＝0(见图1)和q₁₄＝90°(见图2，但是所有其它的转动轴具有图1所示的恒定的角位置，即，完全竖直向上伸出的机器人臂)并利用最小二乘补偿方法进行校准。同样还可以看出：该模型还给出了补偿-Δx，以便其必须“想象”标称位置或角位置q₁₄，以补偿由于过程接触力而产生的过程偏移。

在该变型中，被校准的模型可以相应地在该非常简单的示例中针对各个离散的姿势，例如，q₁₄＝0，±5°，±10°，...和接触力F＝0kN，±0.1kN，±0.2kN分别给出相应的偏移Δx或补偿-Δx，在此，针对介于这些离散值之间的姿势和过程接触力，对上述的偏移或补偿进行插值。

特别可以看出：被校准的模型对于等于零的接触力不会给出或者给出零偏移(Δx＝0)或补偿。相应地，可以首先在没有对在那里随后出现的过程接触力进行补偿的情况下驶入一过程姿势，在此，应该只有在该过程姿势下才形成过程接触力，从而使得机器人不会因为对尚不存在的过程接触力的补偿而不期望地在表面上磨削等。随后，被校准的模型同步于过程接触力的形成地给出相应的偏移Δx或补偿-Δx，从而减小了随之变化的过程偏移。这同样适用于在去除施加在那里的过程力之后离开过程姿势的情况。

尽管在前面的描述中已经阐释了示例性的实施方式，但是应该指出的是，还可能有很多的变型。此外还应指出的是，这些示例性的实施方式仅仅是举例，其不应对保护范围、应用和结构形成任何限制。相反，通过前面的描述能够赋予本领域技术人员实现对至少一个示例性实施方式进行转换的教导，其中，在不脱离本发明保护范围的情况下，可以实现特别是关于所述部件的功能和布置的各种变化，例如可以根据权利要求和等效的特征组合获得。

附图标记列表

10 机器人

11 工具法兰

12 摇臂

13 力-力矩传感器

14 转动轴或转动关节

20 机器人控制器

30 激光追踪器

F₁，F₂ 接触力

Δ₁₁，Δ₂₁ 偏移。

Claims

1.一种用于对过程机器人(10)的模型进行校准的方法，包括以下步骤：

在校准机器人的至少两个校准姿势下，

-对所述校准机器人(10)施加(S10，S30)一环境接触力(F₁)，并确定由于施加该环境接触力而产生的校准偏移(Δ₁₁)；

-对所述校准机器人施加(S20，S40)至少一个另外的环境接触力(F₂)，并确定由于施加该另外的环境接触力而产生的另一校准偏移(Δ₂₁)；并且

-基于上述的姿势、环境接触力和校准偏移，对所述过程机器人的模型进行校准(S50)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校准机器人是过程机器人或者特别是类型相同的其他的机器人。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个校准姿势下，为了对所述校准机器人加载不同的环境接触力，机器人的驱动器施加不同的驱动力，和/或至少一个与所述校准机器人分离的装置对所述校准机器人施加不同的环境接触力。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个校准姿势下，至少一个环境接触力是最大容许环境接触力的至多10％和/或至多1kN，和/或至少一个环境接触力是最大容许环境接触力的至少90％和/或至少10kN，和/或在至少一个校准姿势下对所述校准机器人施加一最小环境接触力、一最大环境接触力以及至少一个介于该最小环境接触力与该最大环境接触力之间的环境接触力。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个校准姿势下，特别是光学地和/或通过至少一个布置在轴上的传感器对，检测所述校准机器人的单个轴中的偏移和/或单个节肢的偏移和/或所述校准机器人的特定于机器人的参考物的位置和/或方向的偏移，并在此基础上确定至少一个校准偏移。

6.一种用于运行过程机器人(10)的方法，包括以下步骤：

对于至少一个过程姿势

-确定(S60，S70)过程接触力(F₁，F₂)；并且

-基于所述过程机器人的特别是根据前述权利要求中任一项被校准的模型，减小(S60，S70)所述过程机器人的由于所述过程接触力而产生的过程偏移(Δ₁₁，Δ₂₁)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，提高和/或减小所述过程接触力，并且基于被校准的模型减小所述过程机器人的由于变化的过程接触力而产生的偏移，特别是与该过程接触力同步地减小。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述过程机器人的运行包括规划所述过程机器人的过程和/或控制、特别是调节所述过程机器人。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，特别是基于所规划的过程预测所述过程接触力和/或预测至少一个环境接触力。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，特别是通过所述过程机器人的工具和/或法兰上的至少一个传感器和/或所述过程机器人的至少一个轴上的至少一个传感器和/或所述过程机器人的至少一个驱动器的能量，检测所述过程接触力；和/或特别是通过所述校准机器人的工具和/或法兰上的至少一个传感器和/或所述校准机器人的至少一个轴上的至少一个传感器和/或所述校准机器人的至少一个驱动器的能量，检测至少一个环境接触力。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述模型根据姿势和施加在机器人上的外力给出所述过程机器人的至少一个轴的和/或在至少一个轴中的偏移和/或至少一个节肢的偏移和/或特定于机器人的参考物的位置和/或方向的偏移，和/或对此的补偿。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述模型是静态的或动态的和/或离散的或连续的模型，特别是绝对准确的模型。

13.一种用于对模型进行校准和/或运行过程机器人(10)的系统(20，30)，所述系统被设计用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法，和/或具有：

在校准机器人的至少两个校准姿势下

-用于对所述校准机器人(10)施加环境接触力(F₁)并确定由于施加该环境接触力而产生的校准偏移(Δ₁₁)的装置；

-用于对所述校准机器人施加至少一个另外的环境接触力(F₂)并确定由于施加该另外的环境接触力而产生的校准偏移(Δ₂₁)的装置；并且

-用于基于这些姿势、环境接触力和校准偏移对所述过程机器人的模型进行校准的装置；

和/或具有：

对于至少一个过程姿势，

-用于确定过程接触力(F₁，F₂)的装置；和

-用于基于所述过程机器人的特别是根据前述权利要求中任一项被校准的模型来减小所述过程机器人的由于所述过程接触力而产生的过程偏移(Δ₁₁，Δ₂₁)的装置。

14.一种机器人组，具有至少一个过程机器人(10)和系统(20，30)，用于根据前述权利要求中任一项对模型进行校准和/或运行机器人。

15.一种计算机程序产品，包括程序代码，该程序代码存储在能由计算机读取的介质上，所述计算机程序产品用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。