CN110382175A - 机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人，其具有：借助致动器(101a‑c)驱动的能够移动的操纵器(102)；用于确定作用在操纵器(102)上的外力和/或外力矩第一单元(103)；和用于根据作用在操纵器(102)上的已确定的外力和/或外力矩来控制和调节致动器(101a‑c)的第二单元(104)，第二单元(104)被实施为：针对操纵器(102)的工作空间AR的预设的部分空间T1来控制/调节致动器，以使得在已确定的外力和/或已确定的外力矩作用于操纵器(102)的情况下操纵器(102)沿着在部分空间T1内的力/力矩的投影ΡT1弹性地退回，其中，并且工作空间AR限定了操纵器(102)的所有允许的平移和/或旋转；并且针对相对于部分空间T1的互补空间TK1，确定在互补空间TK1中已确定的外力和/或已确定的外力矩的投影ΡTK1，其中T1∩TK 1＝{0}，且投影ΡTK1在量和/或方向和/或时间进程方面被分类为多个预设定的类别中的一个，其中，对于每个预设定的类别至少寄存事件离散的和/或连续的指定控制命令和/或指定调节规则，并且按照基于相应的指定控制命令和/或所述指定调节规则的投影ΡTK1的分类来控制/调节致动器(101a‑c)。

Description

机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，其具有借助致动器驱动的能够移动的操纵器和用于确定作用在操纵器上的外力和/或外力矩的单元，其中，根据作用在操纵器上的已确定的外力和/或外力矩进行致动器的控制和调节。本发明还涉及用于运行这种机器人的方法、一种计算机系统、一种数字存储介质、一种计算机程序产品和一种计算机程序。
发明内容
本发明的目的在于改进或扩展上述机器人的操纵器的功能。
本发明可由独立权利要求的特征得出。有利的扩展方案和设计是从属权利要求的主题。本发明的其他特征、应用和优点可从以下描述以及附图中示出的本发明实施例的说明中得出。
本发明的第一方面涉及一种机器人，其具有：借助致动器驱动的能够移动的操纵器、用于确定作用在操纵器上的外力和/或外力矩的第一单元和第二单元，第二单元用于根据作用在操纵器上的已确定的外力和/或外力矩来控制和调节致动器。按照本发明，第二单元被实施为：针对操纵器的工作空间AR的预设的部分空间T1来控制/调节致动器，以使得在已确定的外力和/或已确定的外力矩作用在操纵器上的情况下使操纵器沿着在部分空间T1内的力/所述力矩的投影弹性地平移退回，其中，且T1≠AR，并且工作空间AR限定了操纵器(102)的所有允许的平移和/或旋转。
另外，按照本发明，第二单元还被实施为：针对相对于部分空间T1的互补空间TK1，确定在互补空间TK1中已确定的外力和/或已确定的外力矩的投影其中，T1∩TK1＝{0}，且投影在量和/或方向和/或时间进程方面被分类为多个预设定的类别中的一个，其中，对于每个预设定的类别寄存至少一个事件离散的和/或连续的指定控制命令和/或指定调节规则，并且按照基于相应的指定控制命令和/或指定调节规则的投影的分类来控制/调节致动器。
因此，所提出的机器人实现了定义操纵器的工作空间AR的部分空间T1，其中，操纵器的致动器和操纵器本身被控制或调节，以使得在力和/或力矩从外部作用于操纵器的情况下，操纵器沿着在部分空间T1内的力/力矩的投影弹性地退回。该退回可以以平移的和/或旋转的方式进行。
部分空间T1可以例如一维地被定义为方向或二维地被定义为平面。例如，如果部分空间T1被定义为方向并且向操纵器的力输入恰好沿着该方向，则操纵器沿着该方向弹性地平移退回。
在本发明中，术语“弹性地退回(nachgiebiges zurückweichen)”是指，在向操纵器的力输入停止之后，操纵器处于通过弹性的退回所转变成的姿势。当然，弹性的退回通过操纵器的工作空间AR的限制，使得该功能仅能够在工作空间内实施。
有利的是，将第二单元实施和设置为，控制/调节致动器，使得力和/或力矩在操纵器上的作用点弹性地沿着投影退回。为了实现这一点，可能需要将操纵器的各个构件在另一个方向上沿投影移动。
另外还有利的是，将第二单元实施和设置为，控制/调节致动器，使得投影的量大于预设的临界值G1时才开始进行沿着投影的退回。有利地，操纵器沿着投影的退回的弹性(Nachgiebigkeit)是根据量进行调节的。
另外还有利的是，将第二单元实施和设置为，控制/调节致动器，使得沿着投影的退回以阻抗调节的方式进行。
此外，按照本发明，所提出的机器人实现了，针对相对于部分空间T1的互补空间TK1，确定在互补空间TK1中已确定的外力和/或已确定的外力矩的投影其中，T1∩TK1＝{0}，且在互补空间TK1中的投影在量和/或方向和/或时间进程方面被分类为多个预设定的类别中的一个。为此，对于每个预设定的类别寄存至少一个事件离散的和/或连续的指定控制命令和/或指定调节规则。按照基于相应的指定控制命令和/或指定调节规则的投影的分类来控制/调节致动器。
在本发明中，术语“事件离散的指定控制命令”应广义地理解。例如，借助于这种事件离散的指定控制命令可有利地改变控制机器人或致动器的程序代码和/或触发机械的和/或电气的和/或传感的操纵器的状态变化(跳跃/过渡)。有利地，由事件离散的指定控制命令相应地控制机器人的一个或多个接口(电气的、数字的、音频的、视频的等)和/或模块或单元。离散事件的指定控制命令特别是按照规定以时间延迟的、重复的方式等执行。有利地，离散事件的指定控制命令可控制与机器人连接的设备(第二机器人、第二操纵器等)。
离散事件的指定控制命令基本上可以解释为触发相应动作的命令。在本发明中，投影对应于被分类到多个预设定的类别中的一个的信号，其中，在信号的分类之后，触发寄存在该类别中的动作。
在本发明中，术语“连续的指定控制命令”和“指定调节规则”指定了用于直接控制/调节操纵器的致动器的规范，这些规范有利地在它们根据投影的分类被触发之后立即/连续地执行。
有利地，用于确定作用在操纵器上的外力和/或外力矩的第一单元具有传感器和/或观察器和/或评估器。有利的是，致动器本身设计为传感器。有利地，操纵器具有力和/或转矩传感器。
在本发明中，术语“观察器(Beobachter)”指的是机器人的一个系统，其从已知的输入变量(例如设置变量或能够测量的干扰变量)和被观察的操纵器参考系统的输出变量(测量变量)重建不可测量的变量(状态)。为此，观察器将被观察的操纵器参考系统建立为模型，并使用调节器跟踪可测量的并因此可与参考系统进行比较的状态变量。
在本发明中，术语“评估器”表示机器人的一个系统，其基于操纵器模型、统计和观察到的测量变量来估计作用在操纵器上的外力和力矩。
本发明提出的机器人实现了与机器人连接的、由致动器驱动的操纵器的功能性的有利扩展。
本发明的另一个方面涉及一种用于运行机器人的方法，其中，该机器人具有借助致动器驱动的能够移动的操纵器和用于确定作用在操纵器上的外力和/或外力矩的第一单元。
本发明所提出的方法包括根据作用在操纵器上的已确定的外力和/或外力矩进行致动器的控制和调节，其中，针对操纵器的工作空间AR的预设的部分空间T1来控制/调节所述致动器，以使得在已确定的外力和/或已确定的外力矩作用于操纵器的情况下操纵器沿着在部分空间T1内的力/力矩的投影弹性地平移退回，其中，工作空间AR限定了操纵器(102)的所有允许的平移和/或旋转，并且针对相对于部分空间T1的互补空间TK1，确定在互补空间TK1中已确定的外力和/或已确定的外力矩的投影其中，T1∩TK1＝{0}，且投影在量和/或方向和/或时间进程方面被分类为多个预设定的类别中的一个，其中，对于每个预设定的类别寄存至少一个事件离散的和/或连续的指定控制命令和/或指定调节规则，并且按照基于相应的所指定控制命令和/或指定调节规则的所述投影的分类来控制/调节致动器。
本发明所提出的方法的一个优选的扩展方案的特征在于，这样控制/调节致动器，使得力和/或力矩在操纵器上的作用点弹性地沿着投影退回。
本发明所提出的方法的一个优选的扩展方案的特征在于，借助传感器和/或观察器和/或评估器确定作用在操纵器上的外力和/或外力矩。
本发明所提出的方法的一个优选的扩展方案的特征在于，这样控制/调节致动器，使得的量大于预设的临界值G1时才开始进行沿着投影的退回。
本发明所提出的方法的一个优选的扩展方案的特征在于，这样控制/调节致动器，使得沿着所述投影的退回以阻抗调节的方式进行。
所提出的方法的优点和扩展方案可以从上述针对本发明所提出的机器人的实施方式的类似描述中得出。
本发明的另一个方面涉及一种具有数据处理设备的计算机系统，其中，数据处理设备被配置为在该数据处理设备上执行如前所述的方法。
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，控制信号能够与可编程计算机系统交互，以执行如前所述的方法。
本发明的另一个方面涉及一种计算机程序产品，其具有存储在机器可读载体上的程序代码，当在数据处理设备上执行程序代码时，用于执行如上所述的方法。
本发明的另一个方面一种具有程序代码的计算机程序，当程序在数据处理设备上运行时，用于执行如上所述的方法。为此，数据处理设备可以配置为现有技术计算机系统中已知的任何数据处理设备。
附图说明
可从以下描述中得到其他的优点、特征和细节，其中(在必要时参照附图)详细地描述了至少一个实施例。相同、相似和/或功能相同的部件具有相同的附图标记。
图1示出了按照本发明的机器人的示意性结构。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的机器人的示意性结构。该机器人具有：借助致动器101a-c驱动的能够移动的操纵器102、用于确定作用在操纵器102上的外力和/或外力矩的第一单元103以及用于根据作用在操纵器102上的已确定的外力和/或外力矩来控制和调节致动器101a-c的第二单元104。
第二单元104被设计和设置为，针对操纵器102的工作空间AR的预设的部分空间T1来控制/调节致动器101a-c，以使得在已确定的外力和/或已确定的外力矩作用于操纵器102的情况下操纵器102沿着在部分空间T1内所述力/所述力矩的投影弹性地平移退回，其中，并且工作空间AR限定了操纵器102的所有允许的平移和/或旋转，并针对相对于部分空间T1的互补空间TK1，确定在互补空间TK1中已确定的外力和/或已确定的外力矩的投影其中，T1∩TK1＝{0}，且投影在量和/或方向和/或时间进程方面被分类为多个预设定的类别中的一个，其中，对于每个预设定的类别寄存至少一个事件离散的和/或连续的指定控制命令和/或指定调节规则，并且按照基于相应的指定控制命令和/或指定调节规则的投影的分类来控制/调节致动器101a-c。
尽管已经通过优选实施例进一步详细说明和解释了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下从中得出其他的变型。显而易见的是，存在多种可能的变化。还应理解，示例性提出的实施例实际上仅是举例说明，不应以任何方式解释为限制本发明的范围、应用或配置。相反，以上的描述和附图描述使本领域技术人员能够具体地转换示例性实施例，其中，在不离开通过权利要求书及其法律等同部分(例如说明书的详细解释说明)所限定的保护范围的情况下，本领域技术人员在了解本发明构思的基础上能够进行例如在功能和布置等方面的改变。
附图标记列表
101a-c 致动器
102 操纵器
103 第一单元
104 第二单元

Claims (14)

1.一种机器人，其具有：
-借助致动器(101a-c)驱动的能够移动的操纵器(102)，
-第一单元(103)，其用于确定作用在所述操纵器(102)上的外力和/或外力矩，和
-第二单元(104)，其用于根据作用在所述操纵器(102)上的已确定的所述外力和/或所述外力矩来控制和调节所述致动器(101a-c)，
其特征在于，所述第二单元(104)被实施为：
ο针对所述操纵器(102)的工作空间AR的预设的部分空间T1来控制/调节所述致动器，以使得在已确定的所述外力和/或已确定的所述外力矩作用于所述操纵器(102)的情况下所述操纵器(102)沿着在所述部分空间T1内的所述力/所述力矩的投影弹性地退回，其中，并且所述工作空间AR限定了所述操纵器(102)的所有允许的平移和/或旋转，并且
ο针对相对于所述部分空间T1的互补空间TK1，确定在所述互补空间TK1中已确定的所述外力和/或已确定的所述外力矩的投影其中，T1∩TK1＝{0}，且所述投影在量和/或方向和/或时间进程方面被分类为多个预设定的类别中的一个，其中，对于每个预设定的类别至少寄存事件离散的和/或连续的指定控制命令和/或指定调节规则，并且按照基于相应的所述指定控制命令和/或所述指定调节规则的所述投影的分类来控制/调节所述致动器(101a-c)。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，用于确定作用在所述操纵器(102)上的外力和/或外力矩的所述第一单元(103)具有传感器和/或观察器和/或评估器。
3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，所述第二单元(104)控制/调节所述致动器(101a-c)，使得所述力和/或所述力矩在所述操纵器(102)上的作用点弹性地沿着所述投影退回。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人，其特征在于，所述第二单元(104)控制/调节所述致动器(101a-c)，使得的量大于预设的临界值G1时才开始进行沿着所述投影的退回。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人，其特征在于，所述第二单元(104)控制/调节所述致动器(101a-c)，使得沿着所述投影的退回以阻抗调节的方式进行。
6.一种用于运行机器人的方法，其中，所述机器人具有：
-借助致动器(101a-c)驱动的能够移动的操纵器(102)，和
-第一单元(103)，其用于确定作用在所述操纵器(102)上的外力和/或外力矩，
其特征在于，
根据作用在所述操纵器(102)上的已确定的所述外力和/或所述外力矩进行所述致动器(101a-c)的控制和调节，其中，
ο针对所述操纵器(102)的工作空间AR的预设的部分空间T1来控制/调节所述致动器(101a-c)，以使得在已确定的所述外力和/或已确定的所述外力矩作用在所述操纵器(102)上的情况下所述操纵器沿着在所述部分空间T1内的所述力/所述力矩的投影弹性地平移退回，其中，并且所述工作空间AR限定了所述操纵器(102)的所有允许的平移和/或旋转，并且
ο针对相对于所述部分空间T1的互补空间TK1，确定在所述互补空间TK1中已确定的所述外力和/或已确定的所述外力矩的投影其中，T1∩TK1＝{0}，且投影在量和/或方向和/或时间进程方面被分类为多个预设定的类别中的一个，其中，对于每个预设定的类别寄存至少一个事件离散的和/或连续的指定控制命令和/或指定调节规则，并且按照基于相应的所述指定控制命令和/或所述指定调节规则的所述投影的分类来控制/调节所述致动器(101a-c)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，控制/调节所述致动器(101a-c)，使得所述力和/或所述力矩在所述操纵器(102)上的作用点弹性地沿着所述投影退回。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，借助传感器和/或观察器和/或评估器确定作用在所述操纵器(102)上的外力和/或外力矩。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，控制/调节所述致动器(101a-c)，使得的量大于预设的临界值G1时才开始进行沿着所述投影的退回。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，控制/调节所述致动器(101a-c)，使得沿着所述投影的退回以阻抗调节的方式进行。
11.一种具有数据处理设备的计算机系统，其中，所述数据处理设备被配置为，在所述数据处理设备上执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
12.一种具有电子可读的控制信号的数字存储介质，其中，所述控制信号能够与可编程计算机系统交互，以执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
13.一种计算机程序产品，其具有存储在机器可读载体上的程序代码，当所述程序代码在数据处理设备上执行时，用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
14.一种具有程序代码的计算机程序，当程序在数据处理设备上运行时，用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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