CN112203805A - 用于机器人控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及一种机器人控制的方法。该方法包括：获取与要由控制器控制的机器人相关联的至少一个参数；基于至少一个参数确定机器人的第一标识；比较第一标识与预存储的第二标识；以及响应于第一标识与第二标识匹配，利用控制器控制机器人的操作。本公开的实施例可以以简单、安全和方便的方式检测控制器和机器人之间的不匹配。

Description

用于机器人控制的方法和装置

技术领域

本公开的实施例总体涉及包括机器人和控制器的机器人系统的领域，并且更具体地，涉及用于机器人控制的方法和装置。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，越来越多的机器人系统被用于各种工业领域，从而使工人从繁重而重复的工作中解放出来。机器人系统通常至少包括机器人和附接到机器人用于控制机器人的运动的控制器。根据机器人手臂的运动自由度，机器人通常包括多个电动机。控制器被配置具有机器人的运动学数据和动力学数据，诸如每一个机器人手臂的伸展距离、重量和惯性以及每一个电动机的电特性，这被已知为系统配置。

在制造机器人系统中，控制器和机器人通常地被分开制造，然后它们被组装以形成完整的机器人系统。可能会出现以下问题。安装有一个机器人的配置数据的控制器被附接到与该机器人不同的另一个机器人。在这种情况下，当控制器控制不匹配的机器人移动时，机器人可能会以意想不到的方式移动。这很危险并且可能导致灾难性后果。

当前无法找到这种不匹配，直到在由不匹配的控制器控制机器人移动时，发生异常行为时才会发现这种不匹配。更糟糕的是，即使制动系统起作用，制动器通常也要花费一些时间(例如，几百毫秒)才能完全起作用，并且机器人在此期间可能会造成灾难性的后果，例如击中操作员或其它附近的设备。因此，需要改善机器人控制，以便安全地并且方便地及早检测控制器和机器人之间的不匹配。

发明内容

在本公开的第一方面，提供了用于机器人控制的方法。该方法包括：获取与要由控制器控制的机器人相关联的至少一个参数；基于至少一个参数确定机器人的第一标识；比较第一标识与预存储的第二标识；并且响应于第一标识与第二标识匹配，利用控制器控制机器人的操作。

在一些实施例中，确定机器人的第一标识可包括：基于至少一个参数从控制器可访问的数据库中获得至少一个电动机的模型；并且从模型确定第一标识。

在一些实施例中，获取至少一个参考可包括：从控制器向机器人的至少一个部件发送至少一个励磁信号；响应于至少一个励磁信号，接收由至少一个部件提供的至少一个反馈信号；基于至少一个反馈信号和至少一个励磁信号确定至少一个参数。

在一些实施例中，至少一个励磁信号可包括到至少一个部件的绕组的至少一个励磁信号。

在一些实施例中，确定机器人的第一标识可包括：基于至少一个反馈信号和至少一个励磁信号来确定绕组的电阻和电感；并且基于绕组的电阻和电感确定第一标识。

在一些实施例中，可以将预先存储的标识存储在控制器中。在一些实施例中，预存储的第二标识可以被存储在控制器本地的可访问数据库、外部数据库(例如，在远程服务器或云中)和/或与控制器接口数据库中。

在一些实施例中，至少一个部件可包括机器人的至少一个电动机。在一些实施例中，至少一个部件包括机器人的所有电动机。

在一些实施例中，方法可以进一步包括：响应于第一标识与第二标识不匹配，报告错误和/或禁用机器人的操作。

在本公开的第二方面，提供机器人系统。机器人系统包括：控制器，其中被配置有计算机程序指令，当计算机指令被执行时使控制器执行根据本公开的第一方面的方法；以及机器人，被附接到该机器人并且被配置为由控制器控制。

在本公开的第三方面，提供了计算机程序产品。计算机程序产品有形地被存储在非瞬态计算机可读介质中，并且包括机器可执行指令，当机器可执行指令被执行时使得机器执行根据本公开的第一方面的方法。

附图说明

通过以下参考附图的详细描述，本文公开的示例实施例的上述和其它目的、特征和优点将变得更加可理解。在附图中，将以示例并且非限制的方式示出本文公开的几个示例实施例，其中：

图1示意性地示出了根据本公开的一些示例实施例的机器人系统的框图；

图2示意性地示出了根据本公开的一些示例实施例的用于机器人控制的方法的流程图；

图3示意性地示出了根据本公开的一些示例实施例的用于机器人控制的方法的流程图。

在所有附图中，相同或相似的附图标记被用于指示相同或相似的元件。

具体实施方式

在下文中，将参考附图中示出的几个示例实施例来描述本公开的原理。应该理解的是，描述这些实施例仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解然后进一步实施本发明，而不意图以任何方式限制本发明的范围。要注意的是，在可行的地方，附图中可以使用类似或相似的附图标记，并且可以指示类似或相似的功能。本领域的技术人员将从以下描述中容易地认识到，本领域的技术人员将从以下描述中容易地认识到，在不脱离本文所描述的本公开的原理的情况下，可以采用本文所示的结构和方法的备选的实施例。

图1示意性地示出了根据本公开的一些实施例的机器人系统的框图。如图1所示，用于工业应用的机器人系统包括控制器100和机器人200。

机器人200通常包括由多个电动机驱动的多个机器人手臂。为了说明的目的，图中仅示出了三个电动机，即第一电动机、第二电动机和第三电动机。电动机形成电动机组，电动机组是用于驱动机器人手臂的驱动机构。应该理解，本公开的范围不限于该示例实施例。电动机的数目和类型可以根据工业应用的需求和机器人致动器的运动复杂度而彼此不同。而且，应当理解，本公开的范围不限于电动机，并且可包括其它种类的驱动机构，诸如液压机构或气动机构。

控制器100被设置在机器人系统中并且被配置具有机器人的运动学数据和动力学数据，诸如伸展距离、重量、惯性等，通常被称为系统的配置数据。例如，系统配置存储与要控制的机器人相关联的运动学数据和动力学数据以及电动机的模型。控制器100还被配置具有控制程序，并且被配置为向机器人200发送命令以激活或停用电动机，从而控制机器人手臂沿着编程路径移动。控制器100在图1中被示出为框图。应该理解，控制器可以采取任何适当的物理形式。形式的示例包括但不限于盒的形状、或电路板的形式、或多个电路板的组件。

在图1所示的实施例中，控制器100还包括若干功能单元110、120、130、140和150。这些单元的细节将在下文中参考图3进行讨论。

为了形成完整的机器人系统，必须将控制器附接到机器人。在许多情况下，控制器的物理外观相同或相似。用于控制一种机器人的一个控制器可能错误地被附接到不匹配的机器人上。在这种情况下，直到由控制器控制机器人移动，操作员才能发现这种不匹配。但是，当控制器控制不匹配的机器人移动时，机器人可能会以意想不到的方式移动，这很危险。本公开提供了一种用于机器人控制的方法，其可以安全地并且方便地检测控制器与机器人之间的不匹配。

图2示意性地示出了根据本公开的一些实施例的用于机器人控制的方法300的流程图。应该理解，方法300可以进一步包括未示出的附加的动作和/或省略如图所示的一些动作。本公开的范围在这方面不受限制。

在框310中，获取与要由控制器控制的机器人相关联的至少一个参数。在一些实施例中，与机器人相关联的至少一个参数可以反映机器人的特性并且可以被用于识别机器人。机器人的特性使得可以将一个机器人与另一个机器人区分开。可以以各种方式获取与机器人相关联的至少一个参数。例如，当控制器被附接到机器人时，机器人可以主动地将与机器人相关联的至少一个参数发送到控制器。备选地，控制器可以向机器人发送至少一个参数的请求。

在一些实施例中，可以将至少一个励磁信号从控制器发送到机器人的至少一个部件。至少一个部件响应于至少一个励磁信号而生成信号，并且响应的信号被反馈到控制器。基于反馈确定至少一个参数。

在框320中，基于至少一个参数确定机器人的第一标识。在一些实施例中，第一标识可以与机器人的模型相关联。在一些实施例中，第一标识可以与被布置在机器人中的特征部件相关联。特征部件可以将一个机器人与另一个机器人区分开。在一些实施例中，特征部件可以是机器人中的电动机。在这种情况下，基于至少一个参数从数据库中获得至少一个电动机的模型。控制器可以访问该数据库。该数据库是控制器本地数据库、外部数据库和/或与控制器接口数据库。于是，根据模型确定第一标识。

在框330中，比较第一标识与预存储的第二标识。在一些实施例中，预存储的第二标识可以被用于识别控制器旨在控制的机器人模型。在一些实施例中，可以将预存储的第二标识存储在控制器中。例如，可以从控制器的配置数据中获取预存储的第二标识。

在框340中，当第一标识与第二标识匹配时，机器人的正常操作被允许并且由控制器控制。在一些实施例中，当第一标识与第二标识不匹配时，报告错误和/或禁用机器人的操作。

根据本公开，在控制机器人移动之前执行上述步骤。因此，可以在早期阶段检测到控制器与机器人之间的不匹配。因此，机器人系统可以更安全的方式操作，并且可以避免由不匹配导致的对操作员或设备的潜在危险。

如上所述，机器人可包括多个电动机。电动机的数目可以为至少3个并且可以高达20个或更多。由于电动机是机器人200中的核心驱动部件，因此电动机可以被用作特征部件并且可以识别机器人。因此，可以通过电动机将不同的机器人彼此区分开。以下以机器人中的电动机为例来识别机器人。

图3示意性地示出了根据本公开的一些实施例的用于机器人控制的方法的流程图。应该理解，方法400可以进一步包括未示出的附加的动作和/或省略如图所示的一些动作。本公开的范围在这方面不受限制。将参照图1描述方法400。

如图1所示，根据本公开的一些实施例，控制器100可包括：标识比较单元110、系统配置单元120、励磁单元130、参数处理单元140和数据库150。图1中的虚线框表示可选单元。

系统配置单元120可包括机器人的运动学数据和动力学数据，诸如伸展距离、重量、惯性等。励磁单元130被配置为将至少一个励磁信号发送到机器人200的至少一个特征部件(例如，电动机)。参数处理单元140被配置为接收来自电动机的反馈。在一些实施例中，参数处理单元140还可以被配置为处理反馈以获取电动机的参数。

标识比较单元110被配置为从数据库150获得电动机的模型，并且可以基于接收的模型来确定机器人200的标识。数据库150可以是控制器本地数据库、外部数据库和/或与控制器接口数据库。标识比较单元110还可以被配置为获取预存储的标识。在一些实施例中，标识比较单元110从控制器100的配置数据中获取预存储的标识。备选地，可以从数据库150或另一个控制器本地数据库、外部数据库和/或与控制器接口数据库中获得预存储的标识。

在一些实施例中，励磁单元130可以根据机器人200的特征部件的特性以各种方式发送励磁信号。在一些实施例中，励磁单元130可以一次将多个励磁信号发送到机器人200中的每一个电动机。在一些实施例中，励磁单元130可以一次仅将一个励磁信号发送到机器人200中的一个电动机。

励磁信号的类型可以是任何种类的适当信号。在一些实施例中，励磁信号可以触发机器人200的电动机中的电信号。在一些实施例中，励磁信号可以被发送到电动机的绕组。在一些实施例中，根据电动机的类型，励磁信号可以被发送到电动机的定子绕组或转子绕组。众所周知，机器人200的电动机是控制器的控制对象，并且机器人200具有用于感测电动机的操作状态的各种传感器，从而提供机器人的致动控制。在这种情况下，励磁信号可以出发能够被这些已有的传感器感测到的电信号。在这种情况下，无需提供附加的传感器。例如，励磁信号可以是正弦波信号、脉冲信号、矩形信号和扫描信号等等。

如图3所示，在一些实施例中，在控制器被上电时执行本公开的机器人控制的方法400。

在框410中，来自励磁单元130的励磁信号被发送到机器人200中的电动机。例如，正弦波励磁电压集合被逐一施加到每一个相的定子绕组。

在框420中，由参数处理单元140接收电动机的反馈信号。由于机器人具有各种反馈传感器，因此这些传感器可以直接地被用于收集反馈信号，并且信号可以经由已有的通信信道被发送到参数处理单元140。例如，当正弦波励磁电压集合被施加到每一相时，可以测量绕组中的反馈电流并且将其发送到参数处理单元140。针对每一个相的反馈电流可以分别地由参数处理单元140收集。

在框430中，由参数处理单元140确定电动机的参数。例如，在以上情况下，可以基于励磁电压和测量的反馈电流来确定每一个定子绕组的电阻和电感。因此，机器人200可以被识别为机器人中的电动机的定子绕组的一组电阻和电感参数。当这组参数可以被用于识别机器人时，这组参数可以被视为机器人的标识。在一些实施例中，基于该组参数，进一步从数据库150中获得电动机的模型。

在框440中，在标识比较单元11中，将获取的电动机的参数与预存储的参数进行比较。在一些实施例中，预存储的参数可以被用于识别要由控制器控制的电动机，并且与获取的电动机的参数具有相同的类型。在一些实施例中，当电动机的模型可以被用于识别机器人时，预存储的参数可以是电动机的模型。在这种情况下，电动机的模型可以来自控制器的配置数据。在这种情况下，术语“参数”可以用“标识”代替，因为两者均被用于识别机器人。

在框450中，做出比较决定。如果获取的参数或标识与预存储的参数或标识匹配，则可以正常地控制机器人(在框470中)。如果获取的参数或标识与预存储的参数或标识不匹配，则报告错误和/或禁用机器人(在框460中)。

根据本公开的实施例，通过将励磁信号发送到机器人200中的电动机的绕组，从而将机器人200识别为电动机的参数。以这种方式，不需要提供任何附加的部件，可以轻松地并且安全地检测机器人与控制器之间的不匹配。

与将存储卡插入或嵌入到机器人以存储机器人的身份的方法相比，在本公开的实施例中不需要额外的存储板和相关设备。此外，机器人的标识被识别为电动机的参数。这样，由于电动机是机器人必不可少的部分，并且也是控制器的控制对象，因此检测可以更加可靠。此外，方法可以自动地在控制器中执行或由控制器执行，可以在早期检测到控制器与机器人之间的不匹配，这可以进一步提高安全性。

在本公开的另一方面，提供了机器人系统。机器人系统包括：控制器，其中被配置有计算机程序指令，当执行该指令时，导致控制器执行上述方法；以及机器人，被附接到该机器人并且被配置为由控制器控制。

本文描述的主题可以体现为计算机程序产品。计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质中，并且包括机器可执行指令。当执行机器可执行指令时，使得机器执行如上所述的方法300和400。

上述规程和过程，诸如方法300和400可以由控制器110实现。例如，在一些实施例中，方法300和400可以被实现为有形地体现在计算机可读介质(例如，存储器)上的计算机软件程序。在一些实施例中，可以将部分计算机程序或全部计算机程序加载到和/或安装在图1所示的控制器100上。当由控制器100加载并且执行计算机程序时，计算机程序可以执行如上所述的方法300和400的一个或多个动作。备选地，控制器100还可以被配置为以任何其它适当的方式(例如，借助于固件)来实现如上所述的方法300和400。

在本文描述的主题的上下文中，存储器可以是可以包含或存储由指令执行系统、指令执行装置或指令执行设备使用或结合指令执行系统、指令执行装置或指令执行设备使用的程序的任何有形介质。存储器可以是机器可读信号介质或机器可读存储介质。存储器可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或者前述的任何合适的组合。存储器的更具体的示例将包括具有个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备或上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每一个框可以表示代码的模块、段或部分，框包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些备选的实现中，框中指出的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。还应注意，框图和/或流程图中的每一个框、以及框图和/或流程图中的框的组合，可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。

应当理解，本公开的上述详细实施例仅用于例示或解释本公开的原理，而并不限制本公开。因此，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，任何修改、等同替换和改进等，都应包括在本发明的保护范围之内。同时，本公开的所附权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界或范围和边界的等同形式内的所有变型和修改。

Claims (11)

1.一种用于机器人控制的方法，包括：

获取与要由控制器控制的机器人相关联的至少一个参数；

基于所述至少一个参数确定所述机器人的第一标识；

比较所述第一标识和预存储的第二标识；以及

响应于所述第一标识与所述第二标识匹配，利用所述控制器控制所述机器人的操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述机器人的所述第一标识包括：

基于所述至少一个参数，从所述控制器可访问的数据库获得至少一个电动机的模型；以及

从所述模型确定所述第一标识。

3.根据权利要求1所述的方法，其中获取所述至少一个参数包括：

从所述控制器向所述机器人的至少一个部件发送至少一个励磁信号；

响应于所述至少一个励磁信号，接收由所述至少一个部件提供的至少一个反馈信号；以及

基于所述至少一个反馈信号和所述至少一个励磁信号，确定所述至少一个参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个励磁信号包括到所述至少一个部件的绕组的至少一个励磁信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其中确定所述机器人的所述第一标识包括：

基于所述至少一个反馈信号和所述至少一个励磁信号，确定所述绕组的电阻和电感；以及

基于所述绕组的所述电阻和所述电感，确定所述第一标识。

6.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的方法，其中所述预存储的第二标识被存储在所述控制器中。

7.根据权利要求3-7中的任一项所述的方法，其中所述至少一个部件包括所述机器人的至少一个电动机。

8.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一个部件包括所述机器人的所有电动机。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：

响应于所述第一标识与所述第二标识不匹配，报告错误和/或禁用所述机器人的操作。

10.一种机器人系统，包括：

机器人；和

控制器，被附接到所述机器人并且被配置为执行根据权利要求1-9中任一项所述的方法。

11.一种计算机程序产品，有形地存储在非瞬态计算机可读介质中，并且包括机器可执行指令，当执行所述机器可执行指令时，使得机器执行根据权利要求1-9中任一项所述的方法。

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