CN113874174A - 在机器人臂与对象之间的接触的变化的检测 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种如独立权利要求所述的检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法，包括通过感测提供到该机器人臂的一部分的力来获得在该机器人臂的该接触部分处提供的接触力；以及通过感测该机器人臂的至少一部分的加速度来获得该机器人臂的该接触部分的部分加速度5，并且然后，基于所获得的接触力和所获得的接触部分来指示在该机器人臂的该接触部分与该对象之间的接触的变化是否已经发生。

Description

在机器人臂与对象之间的接触的变化的检测

技术领域

本发明涉及一种机器人臂，该机器人臂包括多个机器人关节，该多个机器人关节连接机器人基座和机器人工具凸缘，其中机器人控制器被配置为控制机器人臂并且可检测在机器人臂的接触部分与外部对象之间的接触的变化。另外，本发明涉及一种指示在机器人臂的接触部分与外部对象之间的接触的变化的方法。

背景技术

包括多个机器人关节和连杆的机器人臂(其中马达可使机器人臂的一部分相对于彼此移动)在机器人领域中是已知的。通常，机器人臂包括：机器人基座，其用作机器人臂的安装基座；以及机器人工具凸缘，其中各种工具可附接到该机器人工具凸缘。机器人控制器被构造成控制机器人关节，以相对于基座移动机器人工具凸缘。例如，为了指示机器人臂执行多个工作指令。机器人关节可以是被配置为使机器人臂的部分相对于彼此旋转的旋转机器人关节、被配置为使机器人臂的部分相对于彼此平移的棱柱关节和/或被配置为使机器人臂的部分相对于彼此移动的任何其他种类的机器人关节。

通常，机器人控制器被构造成基于机器人臂的动态模型控制机器人关节，其中该动态模型限定作用于机器人臂上的力与所得的机器人臂的加速度之间的关系。通常，动态模型包括机器人臂的运动学模型、关于机器人臂的惯性的知识以及影响机器人臂移动的其他参数。运动学模型限定了在机器人臂的不同部分之间的关系，并且可包括机器人臂的信息(诸如关节和连杆的长度、硬度、刚度和尺寸)，并且可(例如)由Denavit-Hartenberg参数等来描述。动态模型使得控制器可以确定为了(例如)以指定的速度、加速度移动机器人关节或者为了将机器人臂保持在静态姿势，关节马达将提供哪些扭矩。

通常，可将各种端部执行器附接到机器人工具凸缘，诸如夹持器、真空夹持器、磁性夹持器、旋螺钉机、焊接装备、分配系统、视觉系统等。机器人臂需要由用户或定义用于机器人臂的各种指令(诸如预定义的移动模式和工作指令，诸如夹持、等待、释放、旋拧指令)的机器人积分器编程。指令可基于通常提供用于停止或启动给定指令的触发信号的各种传感器或输入信号。触发信号可由各种指示器提供，诸如安全帘、视觉系统、位置指示器等。

Alessandro De Luca、Alin Albu-Schaffer、Sami Haddadin和Gerd Hirzinger；“用DLR-III轻型操纵器臂的碰撞检测和安全反应(Collision Detection and SafeReaction with the DLR-III Lightweight Manipulator Arm)”，2006IEEE/RSJ会议录(Proceedings of the 2006 IEEE/RSJ)；国际智能机器人与系统会议(InternationalConference on Intelligent Robots and Systems)；2006年10月9日-15日；中国北京；DOI:10.1109/IROS.2006.282053公开了碰撞检测方法，该方法仅使用本体感受机器人传感器并且还提供用于在碰撞之后的安全机器人反应的方向信息。该方法首先针对刚性机器人臂开发，并且然后扩展到具有弹性关节的机器人的情况，从而提出不同的反应策略。该检测方法基于基于机器人臂的动态模型、速度和位置获得的机器人臂的动量的变化。该方法缓慢且不准确，并且仅适于安全反应。

还已知将力/扭矩传感器用于此类输入信号，例如以便指示机器人向由机器人臂搬运的对象提供预定义的力/扭矩。另外，力/扭矩传感器可用于提供指示机器人臂的一部分何时与外部对象接触的信号，此类检测主要用于指示危险情况，并且用于使机器人臂进入安全状态，以便防止事故。在一些情况下，例如由于机器人臂与对象进行接触的事实，当检测到的力/扭矩超过所需阈值时，可指示机器人臂执行动作。JP2018155555公开了用于从作用于物品的力和加速度计算物品的质量的质量测量设备，该质量测量设备包括：力传感器，该力传感器用于输出对应于当物品由机器人臂移动时作用于该物品的力的值；加速度传感器，该加速度传感器用于输出对应于当物品由机器人臂移动时作用于该物品的加速度的值；操作控制单元，该操作控制单元用于控制机器人臂的操作；以及停止确定单元，该停止确定单元用于当力传感器的输出值超过预先确定的参考力测量值时或当加速度传感器的输出值超过预先确定的参考加速度测量值时确定停止条件成立。当确定停止条件成立时，操作控制单元使机器人臂的操作停止。力/扭矩和加速度传感器很灵敏，并且需要设定相对高的阈值才能确保实际上已经发生接触。因此，基于力/扭矩或加速度，难以精确地检测机器人臂的该部分何时与外部对象进行接触。将力/扭矩和加速度公差设定得低造成许多误检测到的接触，因为机器人臂在运动和/或振动期间产生力/扭矩和加速度，如果所需公差设定得太低，则这可能造成正误识。因此，接触检测可能仅有限程度地用作程序指令的触发器，并且因此机器人臂的基于接触检测的编程尚未实现。

US 2016/0031086 A1公开了移动协作机器人，该移动协作式机器人包括：力传感器，该力传感器设置在位于托架上的机器人支撑件上；机器人信息采集单元，该机器人信息采集单元采取包括机器人主体的姿势信息和作用于机器人的载荷的载荷信息的机器人信息；力计算单元，该力计算单元基于机器人信息来计算作用于机器人支撑件的外力；以及判断单元，当在由力传感器检测到的外力与由力计算单元计算出的外力之间的差值高于预先确定的值时或当在所检测到的外力的变化量与所计算出的外力的变化量之间的差值高于预先确定的值时，该判断单元判断移动协作机器人已经与人进行接触。在一个实施方案中，加速度传感器设置在托架上，并且在托架移动时检测该托架的加速度。在另一个实施方案中，加速度传感器设置在机器人支撑件上，并且检测机器人支撑件的振动。在这两个实施方案中，校正单元基于由加速度传感器检测到的加速度来校正由力传感器检测到的外力F。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的上述限制或现有技术的其他问题，例如提供机器人臂的部分与外部对象之间的接触的变化的稳健和可靠的指示。这通过如由独立权利要求定义的检测机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法来实现，该方法通过感测提供到所述机器人臂的一部分的力来获得在所述机器人臂的所述接触部分处提供的接触力；以及通过感测该机器人臂的该部分的加速度来获得该机器人臂的该接触部分的部分加速度，并且然后，基于所获得的接触力和所获得的该机器人臂的接触部分的加速度两者来指示在该机器人臂的该接触部分与该对象之间的接触的变化是否已经发生。从属权利要求描述了根据本发明的可能的实施方案。在本发明的具体实施方式中描述了本发明的优点和有益效果。另外，这通过提供机器人臂来实现，该机器人臂被配置为执行指示在机器人臂的一部分与对象之间的接触的变化的方法。

附图说明

图1示出了根据本发明的机器人臂；

图2示出了机器人臂的简化结构图；

图3a-图3i和图4a-图4i示出了机器人臂的机器人工具关节的输出侧的简化模型并且示出了在各种使用场景中的输出侧；

图5-图10示出了控制机器人臂的方法的不同实施方案，包括检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触变化的方法；并且

图11示出了控制机器人臂的方法，包括三种检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法。

具体实施方式

鉴于仅旨在说明本发明原理的示例性实施方案描述了本发明。技术人员将能够在权利要求的范围内提供若干实施方案。在整个说明书中，提供类似效果的类似元件的参考标号具有相同的后两位。此外，应当理解，在实施方案包括多个相同特征的情况下，仅一些特征可以由参考标号标记。

图1示出了机器人臂101，该机器人臂包括多个机器人关节103a、103b、103c、103d、103e、103f，该多个机器人关节连接机器人基座105和机器人工具凸缘107。基座关节103a被构造成使机器人臂绕基座轴线111a(以短划虚线示出)旋转，如旋转箭头113a所示；肩部关节103b被构造成使机器人臂绕肩部轴线111b(示出为指示轴线的十字)旋转，如旋转箭头113b所示；肘部关节103c被构造成使机器人臂绕肘部轴线111c(示出为指示轴线的十字)旋转，如旋转箭头113c所示，第一腕关节103d被构造成使机器人臂绕第一腕轴线111d(示出为指示轴线的十字)旋转，如旋转箭头113d所示，并且第二腕关节103e被构造成使机器人臂绕第二腕轴线111e(以短划虚线示出)旋转，如旋转箭头113e所示。机器人关节103f是包括机器人工具凸缘107的工具关节，该机器人工具凸缘能够围绕工具轴线111f(以点划线示出)旋转，如旋转箭头113f所示。因此，所示的机器人臂是具有六个自由度的六轴机器人臂，然而，应当注意，本发明可设置在包括更少或更多机器人关节工具凸缘和/或其他类型机器人关节诸如棱柱机器人关节的机器人臂中。

在该实施方案中，机器人关节中的每个机器人关节被提供为旋转机器人关节，该旋转机器人关节包括相对于机器人关节可旋转的输出凸缘，并且该输出凸缘直接或经由本领域已知的臂部分连接到相邻的机器人关节。机器人关节包括关节马达，该关节马达被配置为例如经由传动装置或直接连接至马达轴来旋转输出凸缘。在其他实施方案中，机器人关节中的至少一个机器人关节可被提供为棱柱机器人关节，该棱柱机器人关节由机器人关节马达相对于机器人关节可平移的输出凸缘，并且该输出凸缘直接或经由本领域已知的臂部分连接到相邻的机器人关节。

另外，机器人关节包括至少一个关节传感器，该至少一个关节传感器提供指示以下参数中的至少一者的传感器信号：输出凸缘的位置、关节马达的马达轴的位置、关节马达的马达电流、试图旋转输出凸缘或马达轴的外力、输出凸缘的行进距离、马达轴的行进距离，其中输出凸缘在旋转机器人关节中的位置可被指示为角位置并且在棱柱关节中的位置可被指示为笛卡尔位置。例如，输出凸缘的角位置可由输出编码器诸如光学编码器、磁性编码器指示，这些输出编码器可指示输出凸缘相对于机器人关节的角位置。类似地，关节马达轴的角位置可由输入编码器诸如光学编码器、磁性编码器提供，这些输入编码器可指示马达轴相对于机器人关节的角位置。应当注意，可提供指示输出凸缘的角位置的输出编码器和指示马达轴的角位置的输入编码器两者，这在已提供传动装置的实施方案中使得可以确定该传动装置的输入侧与输出侧之间的关系。还可将关节传感器提供为指示通过关节马达的电流的电流传感器，并且因此该关节传感器用于获得由马达提供的扭矩。例如，结合多相马达，可提供多个电流传感器以获得通过该多相马达的每个相位的电流。

力传感器109布置在机器人工具关节103f处，并且被配置为感测施加到机器人工具凸缘107的力。力传感器109提供指示在工具凸缘处提供的力的力信号。在所示的实施方案中，力传感器集成到机器人工具凸缘中，并且被配置为指示相对于机器人工具凸缘的参考点110施加到机器人工具凸缘的力。在图1中，参考点110与工具凸缘坐标系的原点重合，该原点限定三个坐标轴：x_凸缘、y_凸缘、z_凸缘。在所示实施方案中，机器人工具凸缘坐标系的原点已被布置在工具凸缘轴线111f上，其中一条轴线(z_凸缘)与该工具凸缘轴线平行并且位于机器人工具的外表面处。然而，力传感器可指示相对于可连接到机器人工具凸缘坐标系的任何点施加到机器人工具凸缘的力。在一个实施方案中，传感器可作为六轴力-扭矩传感器提供，其被配置为指示沿着三个垂直轴线的力和围绕三个垂直轴线的扭矩。例如，可将力-扭矩传感器提供为能够指示相对于参考点的力和扭矩的任何力-扭矩传感器，例如由WO2014/110682A1、US4763531、US2015204742公开的任何力-扭矩传感器。然而，应当理解，与本发明相关的力传感器不一定需要能够感测施加到工具传感器的扭矩。

加速度传感器115布置在机器人工具关节103f处，并且被配置为感测机器人工具关节103f的加速度和/或机器人工具凸缘107的加速度。传感器109提供指示机器人工具关节103f的加速度和/或机器人工具凸缘107的加速度的加速力的加速度信号。在所示的实施方案中，加速度传感器集成到机器人工具关节中，并且被配置为指示相对于机器人工具凸缘的参考点110的机器人工具关节的加速度。然而，加速度传感器可指示相对于可连接到机器人工具凸缘坐标系的任何点的机器人工具关节的加速度。加速度传感器可作为能够指示对象的加速度的任何加速度计提供。加速度传感器可例如作为能够指示对象的线性加速度和旋转加速度两者的IMU(惯性测量单元)提供。

机器人臂包括至少一个机器人控制器102，该至少一个机器人控制器被配置为通过基于机器人臂的动力学模型、重力做功方向112和关节传感器信号控制由关节马达提供的马达扭矩来控制机器人关节。机器人控制器102可作为包括界面设备104的计算机而提供，该界面设备使得用户能够对机器人臂进行控制和编程。控制器可作为如图1所示的外部设备、作为集成到机器人臂中的设备或作为它们的组合提供。界面设备可例如作为工业机器人领域中已知的示教器而提供，该示教器可经由有线或无线通信协议与控制器进行通信。界面设备可例如包括显示器106和多个输入设备108，诸如按钮、滑块、触摸板、操纵杆、轨迹球、手势识别装置、键盘等。显示器可作为既充当显示器又充当输入设备的触摸屏而提供。

图2示出了图1所示的机器人臂的简化结构图。机器人关节103a、103b和103f已经以结构形式示出，并且为了附图简单起见，已经省略了机器人关节103c、103d、103e。此外，机器人关节以独立元件示出；然而应当理解，它们如图1所示互相连接。机器人关节包括输出凸缘216a、216b、216f和关节马达217a、217b、217f，其中输出凸缘216a、216b、216f能够相对于机器人关节旋转，并且关节马达217a、217b、217f被配置为经由输出轴218a、218b、218f旋转输出凸缘。在该实施方案中，工具关节103f的输出凸缘216f包括工具凸缘107。至少一个关节传感器219a、219b、219f提供传感器信号222a、222b、222f，这些传感器信号指示相应的关节的至少一个关节传感器参数J_{传感器，a}、J_{传感器，b}、J_{传感器，f}。关节传感器参数至少指示一个姿势参数，该姿势参数指示输出凸缘相对于机器人关节的位置和取向，该位置和取向的形式为：输出凸缘的角位置、关节马达的轴的角位置、关节马达的马达电流。例如，输出凸缘的角位置可由输出编码器诸如光学编码器、磁性编码器指示，这些输出编码器可指示输出凸缘相对于机器人关节的角位置。类似地，关节马达轴的角位置可由输入编码器诸如光学编码器、磁性编码器提供，这些输入编码器可指示马达轴相对于机器人关节的角位置。

机器人控制器102包括处理器220和存储器221，并且被配置为通过向关节马达提供马达控制信号223a、223b、223f来控制机器人关节的关节马达。马达控制信号223a、223b、223f指示每个关节马达应提供到输出凸缘的马达扭矩T_马达，a、T_马达，b和T_马达，f，并且机器人控制器被配置为基于现有技术中已知的机器人臂的动态模型来确定马达扭矩。该动态模型使得控制器可以计算为使机器人臂执行期望的移动，关节马达应向关节马达中的每一个提供关节马达的扭矩。机器人臂的动态模型可存储在存储器221中并且可基于关节传感器参数J_{传感器，a}、J_{传感器，b}、J_{传感器，f}进行调节。例如，关节马达可多相电动马达的形式提供，并且机器人控制器可被配置为通过调节通过多相电动马达的相位的电流来调整由关节马达提供的马达扭矩，如马达调节领域中已知的。

机器人工具关节103f包括提供指示提供到工具凸缘的力的力信号224的力传感器109。例如，力信号可被指示为在机器人工具凸缘坐标系中的力矢量

等式1

其中

是沿着x_凸缘轴线的所指示的力，

是沿着y_凸缘轴线的所指示的力，并且

是沿着z_凸缘轴线的所指示的力。

在力传感器作为组合力-扭矩传感器提供的实施方案中，力-扭矩传感器还可另外提供指示提供到工具凸缘的扭矩的扭矩信号，例如作为单独的信号(未示出)或作为力信号的一部分。扭矩可被指示为在机器人工具凸缘坐标系中的扭矩矢量：

等式2

其中

是围绕x_凸缘轴线的所指示的扭矩，

是围绕y_凸缘轴线的所指示的扭矩，并且

是围绕z_凸缘轴线的所指示的扭矩。

机器人工具关节103f包括加速度传感器115，该加速度传感器提供指示输出凸缘216f的加速度的加速度信号225。例如，加速度信号可指示在机器人工具凸缘坐标系中的加速度矢量

等式3

其中

是沿着x_凸缘轴线的所感测的加速度，

是沿着y_凸缘轴线的所感测的加速度，并且

是沿着z_凸缘轴线的所感测的加速度。

在加速度传感器作为组合加速度计/陀螺仪(例如，IMU)提供的实施方案中，加速度传感器可另外提供指示输出凸缘相对于机器人工具凸缘坐标系的角加速度的角加速度信号，例如作为单独的信号(未示出)或作为加速度信号的一部分。角加速度信号可指示在机器人工具凸缘坐标系中的加速度矢量

等式4

其中

是围绕x_凸缘轴线的角加速度，

是围绕y_凸缘轴线的角加速度，并且

是围绕z_凸缘轴线的角加速度。

所示的机器人臂的力传感器和加速度传感器布置在机器人工具关节103f处；然而，应当理解，力传感器和加速度传感器可布置在机器人臂的任何部分处，只要这两个传感器分别使得可在机器人臂的接触部分处或附近获得力和加速度。另外，可在机器人臂的不同部分处提供多于一组力传感器和加速度传感器，例如以便检测在机器人臂的各个位置处的接触的变化。

控制器116被配置为基于在机器人臂的接触部分处提供的接触力和接触部分的部分加速度两者来指示在机器人臂的接触部分与对象之间是否已经发生接触的变化。接触部分可以是机器人臂的与对象接触或变得与对象接触的任何点、区域或部分。对象可以是可与接触部分进行物理接触的任何对象，并且例如可以是外部对象或内部对象，诸如机器人臂的另一部分。在接触部分与对象之间的接触的变化可以是指示接触部分和对象物理相互作用的方式的变化的任何种类的变化，例如当接触部分和对象进行物理接触时、当接触部分和对象分开时、当在接触部分与对象之间的物理相互作用改变或在接触部分与对象之间的物理相互作用发生任何其他改变时发生的接触的变化。接触力可以是在机器人臂的接触部分处提供的任何种类的力，例如由机器人臂提供的内力、由一个或多个外部对象提供的外力和/或内力和外力的组合。接触力可通过由例如以下力传感器感测提供到机器人臂的一部分的力来获得：被配置为直接地在接触部分处感测接触力的力传感器；被配置为感测在机器人臂的包括接触部分的部分处的力的力传感器；被配置为感测提供到机器人臂的任何部分的力的力传感器，其中控制器被配置为基于机器人臂的动态模型来获得在接触部分处的接触力，接触力也可通过感测机器人臂的其他参数诸如关节轴的位置和/或马达电流等来获得。接触部分的部分加速度指示在参考系中或相对于参考点的接触部分的加速度。部分加速度可通过由例如以下加速度传感器感测机器人臂的一部分的加速度来获得：被配置为直接地在接触部分处感测接触部分的加速度的加速度传感器；被配置为感测机器人臂的包括接触部分的部分的加速度的加速度传感器；被配置为感测机器人臂的任何部分的加速度的加速度传感器，其中控制器被配置为基于机器人臂的动态模型来获得接触部分的加速度，部分加速度还可通过感测机器人臂的其他参数诸如关节轴的位置和/或马达电流等来获得。

基于接触力和部分加速度信号两者来检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化使得可提供对在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的非常准确、非常快速且非常稳健的检测。这是由于基于力信号和加速度信号来确定在机器人臂与对象之间的接触的变化是否已经发生的接触检测方法的简单且快速的变化可被实现到控制器中而实现的。因此，控制器可以非常少的步骤来确定是否已经发生接触变化，由此控制器可非常快速地指示接触的最终变化。另外，利用基于力传感器和加速度传感器两者的接触变化检测使得可在避免接触的变化的误指示的情况下提供接触检测的非常稳健的变化。这是由于力传感器和加速度传感器对接触的不同种类的误变化敏感并且因此基于力传感器和加速度传感器两者的接触变化检测确保减少接触的变化的许多误指示的检测而实现。因此，可提供机器人臂的基于接触的编程，其中机器人臂的程序被设计成对接触的检测到的变化作出反应，例如进行移动直到已经发生接触的变化并且然后改变移动的方向、激活/停用端部执行器、移动回到检测到接触的第一变化的位置。

在图1-图2所示的机器人臂中，控制器可被配置为基于由力传感器和加速度传感器提供的加速度信号和力信号两者来指示在接触部分与对象之间的接触的变化。

图3a-图3i和图4a-图4i用于示出控制器可如何基于接触力和部分加速度来检测和指示在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化是否发生。附图示出了机器人工具关节的输出侧314的简化模型，其中机器人工具关节的输出侧包括可经由输出轴218f旋转的输出凸缘216f、机器人工具凸缘107、加速度传感器115/415和力传感器109。在图3a-图3i所示的实施方案中，加速度传感器115布置在输出凸缘处并且被配置为感测机器人工具关节的输出凸缘的加速度，并且在图4a-图4i所示的实施方案中，加速度传感器415布置在工具凸缘处并且被配置为测量机器人工具凸缘的加速度。在整个图3a-图3i和图4a-图4i中，正移动方向被定义为从左至右并且由箭头326示出。因此，当输出侧以正速度移动时，输出侧将在从左至右的方向上执行移动。类似地，机器人工具关节的输出侧的加速度对应于在移动326方向上的速度的增大。减速度对应于在移动326方向上的速度的减小，并且减速度对应于在移动326方向上的负加速度。

通常，力传感器被提供为可感测对象的由力引起的操纵的设备。对象的操纵例如可以是机械变形、相对移动、电磁场或磁场的变化等的形式，并且然后，力传感器被配置为寄存操纵并且例如可以基于应变计、电容传感器、磁性传感器、光学传感器，其中传感器信号取决于外力。

在图1-图4所示的实施方案中，力传感器被配置为感测操纵在输出凸缘216f与工具凸缘107之间的关系的力。因此，力扭矩传感器将感测提供到输出凸缘216f和/或工具凸缘107的合力。例如，力传感器通过感测在输出凸缘216f与机器人工具凸缘107之间的位移来感测力，其中由力引起的相对位移由双箭头327a-327i示出。因此，在所示的示例中，力传感器被配置为感测提供到工具凸缘的接触力，并且工具凸缘包括接触部分。

在图3a-图3i和图4a-图4i的示例中，本发明的原理在垂直于重力的方向上示出，并且仅讨论垂直于重力的力。然而，应当理解，输出凸缘向机器人工具关节的输出侧施加反重力(未示出)，以便将机器人工具关节的位置保持在相对于地面的相同水平上。

图3a和图4a示出了在机器人工具关节正在加速以便在正方向326上移动输出侧的情况下的机器人工具关节的输出侧314。机器人工具关节可通过移动机器人臂的先前机器人关节中的任一个先前机器人关节或它们的组合来移动。在机器人工具关节的加速期间，输出轴218f使加速力328在正方向326上传递到输出凸缘。加速力将经由力传感器传递到工具凸缘107并且使工具凸缘加速。然而，由于工具凸缘的惯性，在输出凸缘与工具凸缘之间的位移将由于施加到输出凸缘的加速力328而发生。在这种情况下，位移327a造成在输出凸缘与工具凸缘之间的更小距离，从而造成力传感器感测到正接触力(由力传感器109内的正号示出)的事实。在图3a中，加速度传感器115附接到输出凸缘216f并将与输出凸缘一起加速，并且感测在正方向326上的正部分加速度329(由加速度传感器115内的正号示出)。在图4a中，加速度传感器415附接到工具凸缘并将与工具凸缘一起加速，并且感测在正方向326上的正加速度429(由加速度传感器415内的正号示出)。应当注意，加速度传感器415将在加速度传感器115将感测正部分加速度329之后感测正部分加速度429，因为工具凸缘将因在输出凸缘与工具凸缘之间的位移而在输出凸缘之后开始其加速。然而，在大多数情况下，由于工具凸缘和输出凸缘的位移小并且力传感器相对硬，输出凸缘和工具凸缘的加速度的开始的差值非常小，因此导致加速度的力将跨力传感器相对快速地传递。

图3b和图4b示出了在机器人工具关节正在减速以便在正方向326上移动时减小输出侧的速度(制动)的情况下的机器人工具关节的输出侧314。另外，应当理解，可施加减速度，以便在负方向(与箭头329相反)上移动输出侧。机器人工具关节可通过移动机器人臂的先前机器人关节中的任一个先前机器人关节或它们的组合来减速。在机器人工具关节减速期间，输出轴218f将减速力330传递到输出凸缘。该力将经由力传感器传递到工具凸缘107，并且在输出凸缘与工具凸缘之间的位移327b将由于减速力330而发生。在这种情况下，位移327b造成在输出凸缘与工具凸缘之间的更大距离，从而造成力传感器感测到负接触力(由力传感器109内的负号示出)的事实。在图3b中，加速度传感器115将感测在正方向326上的负部分加速度331(由加速度传感器115内的负号示出)。在图4b中，加速度传感器415还将感测在正方向326上的负加速度431，并且如结合图3a和图4a所述，加速度传感器415将在加速度传感器115将感测负部分加速度331之后感测负部分加速度431。

图3c和图4c示出了机器人工具关节在以恒定速度在正方向326上移动期间与对象332进行接触的情况下的机器人工具关节的输出侧314。理想地，当以恒定速度移动时，不需要向机器人工具关节的输出侧施加力，然而为了克服机器人臂的摩擦力和其他阻力，将经由输出轴218f向输出凸缘施加非常小的力(未示出)。该小的力仅引起输出凸缘和工具凸缘的非常小的位移，并且将在对象与工具凸缘之间的接触之前由力传感器指示非常微不足道的力。在机器人工具凸缘107与对象332之间接触时，向机器人工具凸缘施加碰撞力333。碰撞力使机器人工具凸缘107减速，并且由于输出凸缘216f(和机器人工具关节)的惯性，在输出凸缘与工具凸缘之间的位移将由于碰撞力333而发生。在这种情况下，位移327c造成在输出凸缘与工具凸缘之间的更小距离，从而造成力传感器感测到正接触力的事实。另外，在接触时，接触力与在接触之前感测到的接触力相比增大，如力传感器109内的向上箭头所指示。碰撞力将经由力传感器传递到输出凸缘216f并且引起输出凸缘减速。因此，在图3c中，加速度传感器115将感测在正方向上的负部分加速度331，如加速度传感器115内的负号所示。在图4c中，加速度传感器415还将感测在正方向326上的负部分加速度431。应当注意，加速度传感器115将在加速度传感器415将感测负部分加速度431之后感测负部分加速度331，因为输出凸缘将因在输出凸缘与工具凸缘之间的位移而在工具凸缘之后开始其减速。另外，在接触时，接触部分的部分加速度与在接触之前的部分加速度相比减小，如加速度传感器115、415内的向下箭头所指示。

图3d和图4d示出了在机器人工具关节在正方向326上加速的情况下和在机器人工具关节在加速期间与对象332进行接触的情况下的机器人工具关节的输出侧314。这可例如在机器人工具关节加速时和在加速碰到对象期间发生。如图3a和图4a所示，在加速期间，输出轴218f将加速力328传递到输出凸缘。在工具凸缘(接触部分)与对象之间的接触之前，力传感器将感测正接触力，如前所述。在接触时，碰撞力333被施加到工具凸缘，并且力传感器将感测到更大的正接触力(由指示预期的正接触力的正号和示出在接触时接触力的增大的向上指向的箭头示出)，由于加速力328和碰撞力333促成输出凸缘和工具凸缘的组合位移，由此造成在输出凸缘与工具凸缘之间的距离甚至更小。在图3d中，加速度传感器115附接到输出凸缘218f并将与输出凸缘一起加速，并且将在接触之前感测正部分加速度329，如图3a所述。在接触时，碰撞力333将被传递到输出凸缘216f并且造成输出凸缘的减速度331。在碰撞时的所感测的部分加速度取决于加速度329和减速度331的相对大小。因此，加速度传感器将在碰撞时感测到比在碰撞之前更小的部分加速度(由加速度传感器图标内的向下箭头示出)；然而，如果加速力328大于碰撞力333，则所感测的部分加速度将为正；如果加速力328小于碰撞力，则所感测的部分加速度将为负；并且如果加速力和碰撞力相等，则所感测的部分加速度将为零。因此，在接触时的所感测的部分加速度是未知的，并且因此由加速度图标内的问号指示。在图4b中，加速度传感器415附接到工具凸缘并且感测由于因碰撞力而引起的减速度431和因加速力而引起的加速度分量429造成的部分加速度。图4d中的加速度传感器415将与图3d中的加速度传感器115感测到类似的部分加速度。

图3e和图4e示出了在机器人工具关节正在被减速的情况下和在机器人工具关节在减速期间与对象332进行接触的情况下的机器人工具关节的输出侧314。这可例如在以下情况下发生：当机器人工具关节在正方向326上移动的同时制动时并且在制动碰到对象期间；或者当机器人工具关节在负方向上移动并加速时并且在对象在相同方向上以更大速度移动并因此碰到工具凸缘。如图3b和图4b所示，在减速期间，输出轴218f将减速力330传递到输出凸缘。在工具凸缘与对象之间的接触之前，力传感器将感测负力，如前所述。在接触时，碰撞力333被施加到工具凸缘，并且接触力将增大(由力传感器图标内的向上箭头示出)，因为碰撞力引起工具凸缘朝向输出凸缘的相对位移。然而，接触力的绝对尺寸取决于减速力330和碰撞力333的相对尺寸。在碰撞时，如果碰撞力大于减速力，则由力传感器感测的接触力为正接触力，如果碰撞力小于减速力，则该接触力为负接触力，并且如果减速力和碰撞力相等，则该接触力为零。在图3e中，加速度传感器115附接到输出凸缘216f并将与该输出凸缘一起减速，并且将在接触之前感测负部分加速度331a。在接触时，碰撞力333将传递到输出凸缘216f并且造成减速度331b。由减速力引起的负加速度和由碰撞力引起的减速度分量都将提供负力，并且因此，所感测的部分加速度将为负的。因此，在碰撞时，部分加速度减小。在图4b中，加速度传感器415附接到工具凸缘并且感测由于由减速力引起的负加速度431a和由碰撞力引起的减速度分量431b造成的负部分加速度。

图3f和图4f示出了在机器人工具关节静止的情况下和在对象332与工具凸缘接触的情况下的机器人工具关节的输出侧314。这可例如在机器人工具关节布置在固定位置的情况下和在对象碰到机器人工具凸缘的情况下发生。在保持工具关节静止时，没有在垂直于重力的方向上的力被施加到机器人工具关节的输出侧。在机器人工具凸缘107与对象332之间接触时，向机器人工具凸缘施加碰撞力333。碰撞力使机器人工具凸缘107减速，并且由于输出凸缘216f(和机器人工具关节)的惯性，在输出凸缘与工具凸缘之间的位移将由于碰撞力333而发生。在这种情况下，位移327f造成在输出凸缘与工具凸缘之间的更小距离，从而造成以下事实：力传感器感测到正接触力，并且在接触时接触力与在接触之前的接触力相比增大，如力传感器109内的向上箭头所示。碰撞力将经由力传感器传递到输出凸缘216f并且引起输出凸缘减速。因此，在图3f中，加速度传感器115将感测负部分加速度331。应当注意，在静止情况下的机器人臂被配置为将机器人工具关节维持在固定位置，并且因此，在接触时，被配置为在相反方向上添加力(未示出)，以便将机器人工具关节维持在固定位置。因此，加速度传感器将仅在短时间段内感测负部分加速度。在图4b中，加速度传感器415还将感测因碰撞力333而造成的负加速度459。

图3g和图4g示出了在机器人工具关节静止的情况下和在对象332与工具凸缘接触的情况下以及在接触发生变化时对象和工具凸缘彼此分离的情况下的机器人工具关节的输出侧314。这可例如在机器人工具关节布置在固定位置的情况下和在对象推压机器人工具凸缘的情况下发生。在静止情况下，机器人臂被配置为将机器人工具关节保持在固定位置。为了在外力的影响下将机器人工具关节保持在固定位置，机器人臂被配置为在与外力相反的方向上添加保持力334。在分离之前，对象将向工具凸缘提供对象力335，并且为了保持机器人工具关节，机器人臂将经由输出轴218f向机器人工具关节的输出侧提供相反的保持力334。在工具凸缘与对象之间分离之前，力335和保持力334彼此抵消，并且因此，加速度传感器将不会感测到部分加速度。保持力和对象力两者引起输出凸缘和工具凸缘朝向彼此位移，并且在分离之前，力传感器109将感测到正接触力。在分离时，对象将在由箭头336指示的方向上移动，并且在机器人工具凸缘与对象之间将不存在接触。因此，将移除对象力335，并且因对象力而造成的工具凸缘朝向输出凸缘的位移将减小，由此在输出凸缘与工具凸缘之间的位移327g变得更大。因此，在对象与机器人工具凸缘分离时，力传感器将感测到接触力的减小(由向下箭头指示)。对象力的移除因保持力而造成机器人工具关节加速，并且加速度传感器115和415将分别感测到增大的正部分加速度329和429。应当注意，在静止情况下的机器人臂被配置为将机器人工具关节维持在固定位置，并且因此，在分离时，机器人控制器被配置为减小保持力，以便将机器人工具关节保持在固定位置。因此，加速度传感器将仅在短时间段内感测增大的正部分加速度。

图3h和图4h示出了在机器人臂工具关节在方向336a上移动对象332的情况下和在对象与工具凸缘之间的接触在移动期间改变的情况下的机器人工具关节的输出侧314。机器人臂被配置为通过激活先前机器人关节的致动器来在方向326上移动机器人工具关节。这可例如在组装任务期间发生，其中机器人臂被配置为例如通过将对象布置在卡扣配合安装件中来组装各种对象，其中需要力来推动对象形成卡扣配合，并且一旦已经形成卡扣配合，阻力就减小。在图3h和图4h中，此类任务被示出为简化情况，其中工具凸缘沿着具有第一表面区域337A和第二表面区域337B的表面推动对象，该第一表面区域具有第一摩擦特性，该第二表面区域具有第二摩擦特性。需要克服第一摩擦力338a，以便沿着第一表面区域移动对象，并且需要克服第二摩擦力338b，以便沿着第二表面区域移动对象。在一种情况下，机器人臂可被配置为通过推动对象来以基本上相同的速度沿着第一表面区域和第二表面区域移动对象。应当注意，摩擦力作用在表面与对象之间，但是被示出为作用在机器人工具凸缘上，因为它们需要通过由机器人工具关节提供的相反的力来克服。为了克服摩擦力并且沿着表面移动对象，机器人臂被配置为经由输出轴218f向机器人工具关节的输出侧提供移动力339。移动力大于摩擦力，并且因此引入在输出凸缘与工具凸缘之间的位移，并且因此，力传感器将感测到正接触力，如力传感器内的正号所示。一旦对象从第一表面区域移动到第二表面区域，摩擦力就改变，这引起在输出凸缘与工具凸缘之间的位移的变化，并且力传感器指示接触力的变化。另外，摩擦力的变化造成以下事实：作用于机器人工具关节的输出侧的总力的变化，从而造成机器人工具关节的加速度的变化，并且加速度传感器115和415还将感测加速度的变化。

在所示的实施方案中，第一表面区域337a具有比第二表面区域337d更高的摩擦力，并且因此，当以基本上相同的速度移动对象时，摩擦力338a大于第二摩擦力338b。因此，当对象从第一表面区域被推动到第二表面区域时，力传感器将感测到接触力的减小，如力传感器109内的向下箭头所示。加速度传感器将在机器人工具凸缘的加速度将加速时感测到部分加速度的增大。因此，可基于部分加速度的增大和接触力的减小来指示在机器人工具凸缘与对象之间的接触因减小在对象上的阻力而造成的变化。

在另一个实施方案中，第一表面区域337A具有比第二表面区域更低的摩擦力，并且因此，当以基本上相同的速度移动对象时，摩擦力338A低于第二摩擦力。因此，当对象从第一表面区域被推动到第二表面区域时，力传感器将感测到接触力的增大，并且加速度传感器将在机器人工具凸缘的加速度将减速时感测到部分加速度的减小。因此，可基于接触部分的部分加速度的减小和接触力的增大来指示在机器人工具凸缘与对象之间的接触因增大在对象上的阻力而造成的变化。

图3i和图4i示出了在机器人工具关节在方向336b上移动对象332的情况下和在对象与工具凸缘之间的接触在移动期间改变的情况下的机器人工具关节的输出侧314。机器人臂被配置为通过激活先前机器人关节的致动器来在相反方向326上移动机器人工具关节。与图3h和图4h相比，在这种情况下，对象在与336a相反的方向336b上移动，并且第一表面区域和第二表面区域已经相对于彼此重新布置。在这种情况下，需要克服第一摩擦力338c，以便沿着第一表面区域移动对象，并且需要克服第二摩擦力338d，以便沿着第二表面区域移动对象。在这种情况下，机器人臂被配置为通过拉动对象来以基本上相同的速度沿着第一表面区域和第二表面区域移动对象。应当注意，摩擦力作用在表面与对象之间，但是被示出为作用在机器人工具凸缘上，因为它们需要通过由机器人工具关节提供的相反的力来克服。为了克服摩擦力并且沿着表面移动对象，机器人臂被配置为经由输出轴218f向机器人工具关节的输出侧提供移动力339b。移动力339b大于摩擦力，并且因此引入引起在输出凸缘与工具凸缘之间的距离的增大的位移。因此，力传感器将感测到负接触力，如力传感器内的负号所示。一旦对象从第一表面区域移动到第二表面区域，摩擦力就改变，这引起在输出凸缘与工具凸缘之间的位移的变化，并且力传感器指示接触力的变化。另外，摩擦力的变化造成以下事实：作用于机器人工具关节的输出侧的总力的变化，从而造成机器人工具关节的加速度的变化，并且加速度传感器115和415还将感测加速度的变化。

在所示的实施方案中，第一表面区域337a具有比第二表面区域337d更高的摩擦力，并且因此，当以基本上相同的速度移动对象时，摩擦力338c大于第二摩擦力338d。因此，当对象从第一表面区域被拉动到第二表面区域时，力传感器将感测到接触力的增大，如力传感器109内的向上箭头所示。加速度传感器将在机器人工具凸缘的加速度将减速时感测到部分加速度的减小(减速度的增大)。因此，可基于接触部分的部分加速度的减小和接触力的增大来指示在机器人工具凸缘与对象之间的接触因减小在对象上的阻力而造成的变化。

在另一个实施方案中，第一表面区域337a具有比第二表面区域337d更低的摩擦力，并且因此，当以基本上相同的速度移动对象时，摩擦力338c小于第二摩擦力338d。因此，当对象从第一表面区域被拉动到第二表面区域时，力传感器将感测到接触力的减小。加速度传感器将在机器人工具凸缘的加速度将加速时感测到部分加速度的增大。因此，可基于接触部分的部分加速度的增大和接触力的减小来指示在机器人工具凸缘与对象之间的接触因增大在对象上的阻力而造成的变化。

如结合图3a-图3i和图4a-图4i所示和所述，可基于施加到机器人臂的接触部分的力和机器人臂的接触部分的部分加速度来指示在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化已经发生。在如图3c和图4c所示的恒定速度下和在如图3f和图4f所示的静止时，如果在一个方向上感测到正力并且在相同方向上感测到负加速度，则接触的变化可被指示为在对象与接触部之间的引入的接触。在如图3d和图4d所示的加速期间，如果增大的正接触力和所感测的加速度的减小分别由力传感器和加速度传感器指示，则接触的变化可被指示为引入的接触。在如图3e和图4e所示的减速期间，如果增大的接触力和减小的所感测的负加速度分别由力传感器和加速度传感器指示，则接触的变化可被指示为引入的接触。在恒定速度下或在静止时，如图3g和图4g所示，如果在一个方向上感测到减小的接触力并且在相同方向上感测到接触部分的增大的部分加速度，则接触的变化可被指示为对象和接触部分的分离。在恒定速度下或在静止时，如图3g和图4g所示，如果在一个方向上感测到减小的接触力并且在相同方向上感测到接触部分的增大的部分加速度，则接触的变化可被指示为对象和接触部分的分离。如图3g-图3h和图4g-图4h所示，在使用机器人臂的接触部分移动对象期间，如果发生接触力和部分加速度的相反变化，则可指示接触的变化。

在所有情况下，在机器人的接触部分与对象之间的接触发生变化时，发生沿着相同方向的接触力的增大和接触部分的部分加速度的减小。在3维中，力扭矩传感器可被配置为感测接触力的方向，并且加速度计可被配置为感测所感测的加速度的方向。然后，机器人控制器可被配置为获得沿着接触力的方向的部分加速度并比较沿着接触力的方向的部分加速度，并且基于沿着接触力的方向的部分加速度来指示是否已发生接触。附加地或另选地，机器人控制器可被配置为获得沿着部分加速度的方向的接触力并比较沿着部分加速度的方向的接触力，并且基于沿着部分加速度的方向的接触力来指示是否已发生接触的变化。

控制器可被配置为通过进行图5-图11所述和所示的方法(例如，通过将所述方法实现为指示控制器进行该方法的步骤的多个指令)来指示在机器人的接触部分与对象之间的接触的变化已经发生。

图5示出了根据本发明的控制机器人臂的方法，该方法包括检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法。该方法包括：发起的步骤540；激活接触变化检测的步骤550；获得与机器人臂相关的参数的步骤560；指示接触的变化的步骤570；在检测到接触的变化时执行动作的步骤590。

发起的步骤540包括配置机器人臂，诸如设定控制机器人臂必需的参数、检查机器人臂的必要部件是否正在工作等。通常，发起的步骤包括获得机器人臂的动态模型D_机器人的步骤，并且可基于机器人臂和机器人关节的先验知识KoR[机器人知识]，诸如机器人关节和机器人连杆的尺寸和重量；关节马达特性；与附接到机器人臂的最终有效载荷、机器人臂相对于重力的取向以及机器人臂和机器人关节的摩擦特性有关的信息。机器人臂的动态模型可被定义并预先存储在控制器的存储器中，并且在一些实施方案中，可允许用户(例如)通过提供附接到机器人臂的有效载荷的有效载荷信息或限定机器人臂相对于重力的取向来修改机器人臂的动态模型。

该方法包括激活接触变化检测的步骤550。例如，激活接触变化检测的步骤可集成在用于控制机器人臂的程序的一部分中，其中在该程序期间，激活检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法，例如以便在检测到接触变化时执行各种动作。接触变化检测可由用户(例如，在机器人臂的操作期间激活接触变化检测的用户)手动激活。检测接触的变化的方法可被配置为与机器人程序的其他部分同时地运行。在激活检测接触的变化的方法的情况下，该方法先于如拇指向上指图标所指示的下一步骤，并且如果未激活接触变化检测，则机器人将如拇指向下指图标所指示的那样不进入接触变化检测模式。应当注意，激活接触变化检测的步骤550不需要作为如图所示的测试执行，因为接触变化检测可仅通过运行自动地执行获得参数的步骤560和指示接触的变化的步骤570的程序代码来激活。

一旦已经激活接触变化检测，就执行获得参数的步骤560。该步骤包括获得在机器人臂的接触部分处提供的接触力F_接触的步骤561和获得接触部分的部分加速度A_部分的步骤562。

获得接触力F_接触的步骤561可通过例如通过使用被配置为感测提供到机器人臂的任何部分的力的力传感器感测提供到机器人臂的一部分的力来执行，并且其中基于所感测的力F_传感器来获得接触力F_接触。例如，在步骤561中，可通过基于机器人臂的动态模型和/或运动学模型将在机器人臂的任何部分处感测到的力以接触形式传递成接触力来获得接触力。这是可能的，因为机器人臂的部分彼此连接并且因此力在机器人臂的部分之间传递，并且动态模型和/或运动学模型可用于定义在机器人臂的任何部分处的所感测的力可如何传递成施加到接触部分的接触力。在一个实施方案中，可基于在机器人臂的包括接触部分的部分处感测到的力来获得接触力，因为这简化了所感测的力到接触力的转变，并且由此减小在物理机器人臂与机器人臂的动态/运动学模型之间的不准确性。另外，可减小和/或避免在实际接触与在机器人臂的另一个部分处感测到力的时间之间的时间内由机器人臂的物理特性引起的最终延迟。还可减小和/或避免在通过机器人臂的部分传递时对力的阻尼。例如，可通过将力传感器配置为直接地在接触部分处感测接触力F_接触来直接地在接触部分处感测接触力。例如，如图1-图4所示，力传感器109被配置为感测施加到工具凸缘的力，其中机器人工具凸缘形成接触部分。另选地或附加地，还可基于指示在机器人臂的一部分处的接触力的其他参数(诸如关节轴的位置和/或马达电流等)来获得接触力。所感测的力F_传感器和所获得的接触力F_接触两者可存储在机器人臂的存储器中。

获得接触部分的部分加速度A_部分的步骤562可通过例如通过使用被配置为感测在机器人臂的任何部分处的加速度的加速度传感器感测机器人臂的至少一部分的加速度来执行，并且然后基于所感测的加速度A_传感器来获得部分加速度A_部分。例如，在步骤562中，可通过基于机器人臂的动态模型和/或运动学模型将在机器人臂的任何部分处感测到的加速度转变成在接触部分处的部分加速度来获得部分加速度。这是可能的，因为机器人臂的部分彼此连接，并且机器人臂的一个部分的加速度可基于机器人臂的动态模型来传递成机器人臂的另一个部分的加速度。在一个实施方案中，可基于在机器人臂的包括接触部分的部分处感测到的加速度来获得部分加速度，因为这简化了所感测的加速度到部分加速度的转变，并且由此减小在物理机器人臂与机器人臂的动态/运动学模型之间的不准确性。另外，可减小和/或避免在实际接触与在机器人臂的另一个部分处感测到加速度的时间之间的时间内由机器人臂的物理特性引起的最终延迟。还可减小和/或避免在通过机器人臂的部分传递时对加速度的阻尼。例如，如图1-图4所示，加速度传感器115被配置为感测机器人工具关节的加速度，该机器人工具关节与形成接触部分的机器人工具凸缘基本上同时地加速。为了更准确，可通过将加速度传感器配置为直接地在接触部分处感测部分加速度来直接地在接触部分处感测部分加速度。例如，加速度传感器415被配置为感测形成接触部分的机器人工具关节的加速度。另选地或附加地，还可基于指示在机器人臂的一部分处的加速度的其他参数(诸如关节轴的位置和/或马达电流等)来获得部分加速度。所感测的加速度A_传感器和所获得的部分加速度A_部分两者可存储在机器人臂的存储器中。

指示在机器人臂的接触部分之间的接触的变化是否已经发生的步骤570是基于接触力和部分加速度。接触的变化的指示可以不同方式指示，例如作为向机器人臂的用户指示已经发生接触的变化的用户指示。这种用户指示例如可以是视觉指示、音频指示和/或触觉指示的形式，从而使用户能够寄存指示。然而，还应当理解，该指示不一定需要能够被机器人臂的用户注意到，并且该指示可作为控制机器人臂的控制器的输入提供。例如，作为机器人程序中指示机器人臂基于接触的变化的指示来执行某些动作/任务的触发信号或指示参数。指示在机器人臂的接触部分之间的接触的变化是否已经发生的步骤570包括将接触力与力阈值进行比较的步骤571和将部分加速度与加速度阈值进行比较的步骤572，并且如果两个测试为正，如拇指向上指图标所示，则已经发生接触的变化。

将接触力F_接触与力阈值F_阈值进行比较的步骤571，其中力阈值已经被预先确定并且例如存储在存储器中。如结合图3c、图3f、图4c和图4f所讨论，在机器人的接触部分的恒定速度下或静止时，在机器人的接触部分与对象之间的接触的变化发生时，出现正接触力。如果接触力小于力阈值，则将接触力与力阈值进行比较的步骤被配置为放弃(由拇指向下指图标指示)指示接触的变化的步骤570，因为这指示了接触的变化尚未发生。相反，如果接触力大于力阈值，则将接触力与力阈值进行比较的步骤被配置为继续(由拇指向上指图标指示)指示接触的变化的步骤570的下一步骤，因为这指示了接触的变化可能已经发生。在力传感器感测到非常准确的接触力的理想情况下，力阈值可被设定为零，因为正接触力指示在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的可能的变化。然而，已知接触力可能因噪声和/或力传感器的不准确性而不准确。因此，在一些情况下，向力阈值指派值可能是有益的，以便克服接触力的可能造成正误识的最终不准确性。因此，接触力需要为正并且大于力阈值才能使该方法进一步进行。因此，可基于对力传感器的种类和/或机器人臂正在工作时所处的条件的了解来设定力阈值。在一个实施方案中，可基于附接到机器人臂的接触部分的有效载荷的质量和机器人臂的接触部分的加速度来获得力阈值。在接触的变化发生之前，力传感器预期指示对应于加速度和有效载荷的质量的倍数的力，因此力阈值可被设定为机器人的接触部分的加速度和在机器人的接触部分处的有效载荷的质量的倍数，具有附加的力公差。在接触发生变化时，接触力增大，并且当接触力大于基于加速度和有效载荷的质量获得的力阈值时，接触的变化可能已经发生。有效载荷的质量被提供为用于控制机器人臂的控制参数，例如通过用户经由用户界面输入经由获得机器人臂的有效载荷的质量的任何已知或未来方法获得的有效载荷的质量。加速度可使用加速度传感器来获得，可使用机器人臂的动态模型来获得，或者可基于由用户或机器人程序提供的指示的加速度来获得。

在所示的实施方案中，步骤570包括将部分加速度A_部分与加速度阈值A_阈值进行比较的步骤572，其中加速度阈值已被预先确定并且例如存储在存储器中。如结合图3c、图3f和图4c所讨论，在恒定速度下或静止时，加速度传感器将在机器人的接触部分与对象之间的接触的变化发生时感测到负加速度。因此，在接触发生变化时，部分加速度A_部分将为负。如果部分加速度大于加速度阈值，则将部分加速度与加速度阈值进行比较的步骤被配置为放弃(由拇指向下指图标指示)指示接触的变化的步骤570，因为这指示了接触的变化尚未发生。相反，如果部分加速度小于加速度阈值，则将部分加速度与加速度阈值进行比较的步骤被配置为继续(由拇指向上指图标指示)下一步骤，因为这指示了接触的变化已经发生。在部分加速度准确的理想情况下，加速度阈值可被设定为零，因为负部分加速度差指示在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的可能的变化。然而，已知部分加速度可能因噪声和/或加速度传感器的不准确性而不准确。因此，在一些情况下，向加速度阈值指派值可能是有益的，以便克服部分加速度的可能造成正误识的最终不准确性。因此，部分加速度需要小于加速度阈值才能使该方法进一步进行。加速度阈值可基于如用户和/或机器人程序所提供的机器人臂的动态模型和/或机器人臂的接触部分的指示的期望加速度来获得。

将接触力F_接触与力阈值F_阈值进行比较的步骤571和将部分加速度A_部分与加速度阈值A_阈值进行比较的步骤572的次序不重要，并且这两个步骤可以任何次序执行，因为需要满足这两个条件才能确保接触的变化已经发生。还应当理解，该步骤可集成到单个步骤中，其中逻辑函数评估这两个要求。

该方法还可包括通过确保由先前正比较步骤指示的接触的变化由接触的实际变化引起而不是由正误识(例如，因噪声或其他干扰而造成)引起来确认接触的变化的任选的步骤585(以虚线示出)。接触的变化可例如通过重复获得参数和执行比较若干次的步骤来确认，因为测试通常在接触的初始变化已经发生之后的一段时间内为正。因此，确认接触的变化的步骤可包括将确认计数器C_i与确认计数器阈值C_阈值进行比较的步骤586，其中确认计数器C_i指示已经基于接触力和部分加速度来指示接触的变化的实例的数量，并且确认计数器阈值指示需要已经检测到接触的变化的实例的期望数量，以便确认接触的变化。因此，只要确认计数器C_i小于确认计数器阈值，指示接触的变化的步骤就重新开始，并且在步骤587中，确认计数器在重新开始指示接触的变化的步骤570之前递增1。需注意，步骤587也可在将确认计数器C_i与确认计数器阈值进行比较的步骤586之前布置。另外，如果比较的步骤571、572指示接触的变化为负，则可执行重置确认计数器的步骤588；这可例如通过将确认计数器设定为零来完成。确认计数器阈值可例如指示已经指示接触的变化的可推定实例的数量，或者可指示指示的接触变化占可能已经发生接触的变化的实例的预定数量的百分比。

如果接触力大于(正)力阈值，并且部分加速度小于(负)加速度阈值，则可指示接触的变化。在所示的实施方案中，指示造成在检测到接触的变化时执行动作的步骤590。在步骤590中执行的动作可以是任何动作，例如：

·使所述机器人臂停止；例如即刻、在预先确定的距离和时间内、在预先确定的位置处等。

·以预先确定的移动模式移动所述机器人臂的一部分；例如，通过改变移动方向、在预先确定的方向上移动、旋转机器人的一部分、旋转接触部分等。

·由所述机器人臂的一部分提供预先确定的力，

·激活连接到机器人臂的一部分的机器人工具；例如，用夹持器夹持、用旋螺钉机旋拧、用焊接机焊接等。

·停用连接到机器人臂的一部分的机器人工具；例如，释放夹持器、停止用旋螺钉机旋拧、停止用焊接机焊接等。

·执行预先确定的任务；例如，提供用户指示、进行等待直到检测到接触的附加变化、等待另一个触发信号等。

例如，步骤590可任选地包括激活接触变化检测以执行接触的附加变化的步骤550。应当理解，步骤590的动作可改变以实现不同结果或在检测接触的下一变化时执行不同动作。这使得可基于接触变化检测来执行多个不同动作，并且由此实现机器人臂的基于接触变化检测的编程。

图6示出了根据本发明的控制机器人臂的方法的流程图，该方法包括检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法的另一个实施方案。该方法类似于图5所述的方法，并且类似的步骤和元件已经获得与图5中相同的附图标号，并且将不进一步描述。应当注意，确认接触的变化的任选的步骤585未在图6中示出，但是应当理解，这个步骤也可作为该方法的一部分执行。

在该实施方案中，获得参数的步骤660包括将接触力存储在力存储器缓冲器664中的步骤663，其中力存储器缓冲器包括数量n的过去接触力F_接触，t-n。在一个实施方案中，可在规则的时间间隔上感测力，并且在这种实施方案中，n将指示在当前接触力与力存储器缓冲器中的先前接触力中的第一个先前接触力之间的时间间隔的数量。感测力的步骤561和将接触力存储在力存储器缓冲器中的步骤663可例如作为单独的过程在机器人臂的操作期间连续地执行。因此，力存储器缓冲器664包括若干过去接触力，并且过去接触力的数量n可基于用于数据评估的过去接触力的所需数量、机器人臂控制器的可用存储器或力存储器缓冲器的任何其他期望特性来设定。

在该实施方案中，获得参数的步骤660包括将部分加速度存储在加速度存储器缓冲器666中的步骤665，其中加速度存储器缓冲器包括数量m的过去部分加速度A_部分，t-m。在一个实施方案中，可以规则的时间间隔感测加速度，并且在这种实施方案中，m将指示在当前部分加速度与加速度存储器缓冲器中的第一个部分加速度之间的时间间隔的数量。感测加速度的步骤562和将部分加速度存储在加速度存储器缓冲器中的步骤665可例如作为单独的过程在机器人臂的操作期间连续地执行。因此，加速度存储器缓冲器666包括若干过去部分加速度，并且过去部分加速度的数量m可基于用于数据评估的过去部分加速度的所需数量、机器人臂控制器的可用存储器或加速度存储器缓冲器的任何其他所需特性来设定。

在该实施方案中，指示接触的变化的步骤670包括获得在不同的时间点上获得的至少两个接触力之间的力差ΔF_接触的步骤673。这可例如通过将最新接触力F_接触，t减去在最新接触力之前感测到的先前接触力F_接触，t-i来实现。先前接触力F_接触，t-i可例如从力存储器缓冲器664获得。

因此，力差可如下获得：

等式5ΔF_接触＝F_接触，t-F_接触，t-i

然后，力差ΔF_接触可存储在存储器中以供稍后使用，如下所述。

在所示的实施方案中，指示接触的变化的步骤670包括获得在不同的时间点上获得的至少两个部分加速度之间的加速度差的步骤674。这可例如通过将最新部分加速度A_部分，t减去在最新部分加速度之前感测到的先前部分加速度A_部分，t-j来实现。先前部分加速度A_部分，t可例如从力存储器缓冲器664获得。

因此，加速度差可如下获得：

等式6ΔA_部分＝A_部分，t-A_部分，t-j

然后，加速度差ΔA_部分可存储在存储器中以供稍后使用，如下所述。

在所示的实施方案中，步骤670包括将力差ΔF_接触与力阈值F_阈值进行比较的步骤671，其中力阈值已经被预先确定并且例如存储在存储器中。如结合图3a-图3i和图4a-图4i所讨论，在机器人的接触部分与对象之间的接触的变化发生时，发生接触力的增大。因此，如果在接触发生变化时获得最新接触力F_接触，t并且在接触发生变化之前获得先前接触力F_接触，t-i，则在接触发生变化时，力差ΔF_接触在接触发生变化时将为正。如果力差小于力阈值，则将力差与力阈值进行比较的步骤被配置为放弃(由拇指向下指图标指示)指示接触的变化的步骤670，因为这指示了接触的变化尚未发生。相反，如果力差大于力阈值，则将力差与力阈值进行比较的步骤被配置为继续(由拇指向上指图标指示)指示接触的变化的步骤670的下一步骤，因为这指示了接触的变化已经发生。在接触力准确的理想情况下，力阈值可被设定为零，因为正接触力差指示在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的可能的变化。然而，已知接触力可能因噪声和/或力传感器的不准确性而不准确。因此，在一些情况下，向力阈值指派值可能是有益的，以便克服接触力的可能造成正误识的最终不准确性。因此，力差需要为正并且大于力阈值才能使该方法进一步进行。

在所示的实施方案中，步骤670包括将加速度差ΔA_部分与加速度阈值A_阈值进行比较的步骤672，其中加速度阈值已被预先确定并且例如存储在存储器中。如结合图3a-图3i和图4a-图4i所讨论，在机器人的接触部分与对象之间的接触的变化发生时，发生部分加速度的减小。因此，如果在接触发生变化时获得最新部分加速度A_部分，t并且在接触发生变化之前获得先前部分加速度A_部分，t-j，则在接触发生变化时，加速度差ΔA_部分在接触发生变化时将为负。如果加速度差大于加速度阈值，则将加速度差与加速度阈值进行比较的步骤被配置为放弃(由拇指向下指图标指示)指示接触的变化的步骤670，因为这指示了接触的变化尚未发生。相反，如果加速度差小于加速度阈值，则将加速度差与加速度阈值进行比较的步骤被配置为继续(由拇指向上指图标指示)指示接触的变化的步骤670的下一步骤，因为这指示了接触的变化已经发生。在部分加速度准确的理想情况下，加速度阈值可被设定为零，因为负部分加速度差指示在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的可能的变化。然而，已知部分加速度可能因噪声和/或加速度传感器的不准确性而不准确。因此，在一些情况下，向加速度阈值指派值可能是有益的，以便克服部分加速度的可能造成正误识的最终不准确性。因此，加速度差需要为正并且大于加速度阈值才能使该方法进一步进行。

将力差ΔF_接触与力阈值F_阈值进行比较的步骤671和将加速度差ΔA_部分与加速度阈值A_阈值进行比较的步骤672的次序不重要，并且这两个步骤可以任何次序执行，因为需要满足这两个条件才能确保接触的变化已经发生。还应当理解，所述步骤可集成到单个步骤中，其中逻辑函数评估这两个要求。

该方法还可包括通过确保由先前正比较步骤指示的接触的变化由接触的实际变化引起而不是由正误识(例如，因噪声或其他干扰而造成)引起来确认接触的变化的任选的步骤685(以虚线示出)。在该实施方案中，基于存储在力存储器缓冲器中的过去接触力的数量和存储在加速度存储器缓冲器中的过去部分加速度的数量来执行确认接触的变化的步骤685。这可例如通过重复步骤673、674、671和672来完成，其中在步骤673中获得的力差和在步骤674中获得的加速度差基于例如可从力存储器缓冲器和加速度存储器缓冲器获得的一组不同的过去接触力和过去部分加速度来执行。在所示的实施方案中，确认接触的变化的步骤685可包括将确认计数器C_i与确认计数器阈值C_阈值进行比较的步骤586，如前所述。只要确认计数器C_i小于确认计数器阈值，在步骤587中，该确认计数器就递增1，并且在步骤689中，一组过去接触力和过去部分加速度改变，使得步骤673和674将基于一组不同的接触力和部分加速度来执行。例如，可通过更新指示步骤673和674中使用了力存储器缓冲器和加速度存储器缓冲器的哪些接触力和部分加速度的计时器计数器t来改变该组过去接触力和过去部分加速度。在该实施方案中，在步骤689中，计时器计数器t递减1，从而造成步骤673和764将基于已经在时间上更早的一个时间间隔获得的一组过去接触力和过去加速度来执行的事实。然后，确认计数器阈值将定义在已经指示接触的变化的时间上更早的时间间隔的在步骤670指示接触的变化之前需要满足的数量。如果比较的步骤571、572指示接触的变化为负，则可在步骤670的开始执行重置确认计数器的步骤588；这可例如通过将确认计数器设定为零来完成。

图7示出了根据本发明的控制机器人臂的方法的流程图，该方法包括检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法的另一个实施方案。该方法类似于图5和图6所述的方法，并且类似的步骤和元件已经获得与图5和图6中相同的附图标号，并且将不进一步描述。应当注意，确认接触的变化的任选的步骤585和/或步骤686未在图7中示出，但是应当理解，这些步骤也可作为该方法的一部分执行。

在该实施方案中，指示接触的变化的步骤770包括获得在接触力与部分加速度之间的关系FA_关系的步骤775。这可例如通过将力差ΔF_接触与加速度差ΔA_部分相除来实现，由此可如下获得力-加速度关系FA_关系：

等式7 FA_关系＝ΔF_接触/ΔA_部分

在所示的实施方案中，步骤770包括将接触力和部分加速度之间的关系FA_关系与力-加速度关系阈值FA_阈值进行比较的步骤776，其中力-加速度关系阈值已经被预先确定并且例如存储在存储器中。如结合图3a-图3i和图4a-图4i所讨论，在机器人的接触部分与对象之间的接触的变化发生时，发生接触力的增大和部分加速度的减小。因此，在接触发生变化时，通过等式7获得的力-加速度关系FA_关系将为负的。如果力-加速度关系大于力-加速度关系阈值，则将力-加速度关系与力-加速度关系阈值进行比较的步骤776被配置为放弃(由拇指向下指图标指示)指示接触的变化的步骤770，因为这指示了接触的变化尚未发生。相反，如果力-加速度关系小于力-加速度关系阈值，则将力-加速度关系与力-加速度关系阈值进行比较的步骤776被配置为继续(由拇指向上指图标指示)指示接触的变化的步骤770，因为这指示了接触的变化已经发生。在接触力和部分加速度准确的理想情况下，力-加速度关系阈值可被设定为零，因为负力-加速度关系指示在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化。然而，已知接触力和部分加速度两者可能因噪声和/或传感器的不准确性而不准确；因此，在一些情况下，向给力-加速度关系阈值指派值是有益的，这考虑了接触力和部分加速度的最终不准确性。

还可限定第二力-加速度关系阈值，该第二力-加速度关系阈值指示所获得的力-加速度关系需要相对于其更大才能指示接触的变化的值。这使得可避免在已经获得小加速度差的情况下和在所获得的力差和加速度差的符号不同的情况下的正误识，因为这种正误识可在没有接触的实际变化的情况下引起大负力-加速度关系。因此，提供第二力-加速度关系阈值可排除这种正误识。

应当注意，接触力与部分加速度之间的关系F可另选地通过将加速度差ΔA_部分除以力差ΔF_接触来获得，并且在此类实施方案中，力-加速度关系在接触变化时也将是负的。

另外，在图5所示的实施方案中，可引入获得在接触力与部分加速度之间的关系FA_关系的步骤775；例如，通过将接触力F_接触与部分加速度A_部分部分相除，从而可如下获得力-加速度关系FA_关系：

等式8 FA_关系＝F_接触/A_部分

另外，将接触力与部分加速度之间的关系FA_关系与力-加速度关系阈值FA_阈值进行比较的步骤776也可结合在图5所示的实施方案中。因此，在接触发生变化时，通过等式8获得的力-加速度关系FA_关系将为负，并且将力-加速度关系与力-加速度关系阈值进行比较的步骤776可被配置为如果力-加速度关系大于力-加速度关系阈值，则放弃(由拇指向下指图标指示)指示接触的变化的步骤770，否则继续(由拇指向上指图标指示)指示接触的变化的步骤770的下一步骤。因此，获得接触力与部分加速度之间的关系FA_关系的步骤775和将在接触力与部分加速度之间的关系FA_关系与力-加速度关系阈值FA_阈值进行比较的步骤776可替换将接触力F_接触与力阈值F_阈值进行比较的步骤571和将部分加速度A_部分与加速度阈值A_阈值进行比较的步骤572。应当理解，除了步骤571和步骤572之外，在一个实施方案中，还可提供的步骤776，使得需要满足所有条件才能指示接触的变化。

图8示出了根据本发明的控制机器人臂的方法的流程图，该方法包括检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法的另一个实施方案。该方法类似于图5-图7所示的方法，并且类似的步骤已获得与图5-图7中相同的附图标号，并且将不进一步描述。应当注意，确认接触的变化的任选的步骤585和/或步骤686未在图8中示出，但是应当理解，这个步骤也可作为该方法的一部分执行。

在该实施方案中，指示接触的变化的步骤870基于在不同的时间点上感测到的多个接触力。这使得可提供更稳健的接触变化检测，因为可减小例如因变化的温度、工作条件等而造成的接触力的变化。在所示的实施方案中，指示接触的变化的步骤870包括基于多个接触力来获得统计力值F_统计的步骤877。如图所示，统计力值F_统计可例如基于存储在力存储器缓冲器中的过去接触力的数量来获得。在所示的实施方案中，获得统计力值作为存储在力存储器缓冲器中的n个过去接触力的均值。然而，应当理解，可获得统计力值作为基于多个接触力的任何值，诸如平均值、均值、中值、模式、可变性、范围、方差、(标准)偏差、频率分布等。然后，在步骤873中获得的力差可通过使用以下等式基于统计力值F_统计来得到：

等式9ΔF_接触＝F_接触，t-F_统计

其中F_接触，t是在时刻t处感测到的力，并且F_统计是存储在力存储器缓冲器中的过去接触力的均值。因此，力差指示在最新接触力与存储在存储器缓冲器中的过去接触力的均值之间的差值。

在步骤671中，将力差与如前所述的力阈值进行比较，并且如果力差大于力阈值，则继续该方法。在该实施方案中，力阈值被设定为大于零的值，以便避免接触力与统计力值相比的小幅增大在步骤671中造成正测试结果。力阈值可例如基于统计力值来获得，例如在机器人臂的操作期间动态地获得。这使得可随时间而调整力阈值，例如以补偿机器人的变化的温度、工作条件等。例如，可基于过去接触力的均值和过去接触力的方差来获得力阈值，以使得可随时间而调整力阈值，并且由此避免因力传感器的漂移而造成的正误识检测。

类似地，指示接触的变化的步骤870基于在不同的时间点上感测到的多个部分加速度。这使得可提供更稳健的接触变化检测，因为可减小例如因变化的温度、工作条件等而造成的部分加速度的变化。在所示的实施方案中，指示接触的变化的步骤870包括基于多个部分加速度来获得统计加速度值A_统计的步骤878。加速度值A_统计可例如基于存储在加速度存储器缓冲器中的过去部分加速度的数量来获得。在所示的实施方案中，获得统计加速度值作为存储在加速度存储器缓冲器中的n个过去部分加速度的均值。然而，应当理解，可获得统计加速度值作为基于多个部分加速度的任何值，诸如平均值、均值、中值、模式、可变性、范围、方差、(标准)偏差、频率分布等。然后，在步骤874中获得的加速度差可通过使用以下等式基于统计力值A_统计来得到：

等式10ΔA_部分t＝A_部分，t-A_统计

其中A_部分，t是在时刻t处感测到的加速度，并且A_统计是存储在力存储器缓冲器中的过去部分加速度的均值。因此，加速度差指示在最新部分加速度与存储在存储器缓冲器中的过去部分加速度的均值之间的差值。

在步骤672中，将加速度差与如前所述的加速度阈值进行比较，并且如果加速度差小于加速度阈值，则继续该方法。在该实施方案中，加速度阈值被设定为大于零的值，以便避免加速度与统计加速度值相比的小幅减小在步骤672中造成正测试结果。加速度阈值可例如基于统计加速度值来获得，例如在机器人的操作期间动态地获得。这使得可随时间而调整加速度阈值，例如以补偿机器人的变化的温度、工作条件等。例如，可基于过去部分加速度的均值和方差来获得加速度阈值，以使得可随时间而调整加速度阈值，并且由此避免因加速度传感器的漂移而造成的正误识检测。

应当注意，获得如图7所述的获得所示的力-加速度关系的步骤775可基于统计力值和/或统计加速度值，并且力-加速度阈值可基于统计力值和/或统计加速度值。

图9示出了根据本发明的控制机器人臂的方法的流程图，该方法包括检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法的另一个实施方案。该方法类似于图5-图8所示的方法，并且类似的步骤已获得与图5-图8中相同的附图标号，并且将不进一步描述。应当注意，确认接触的变化的任选的步骤585和/或步骤686未在图9中示出，但是应当理解，这些步骤也可作为该方法的一部分执行。

在该实施方案中，基于多个接触力来获得统计力值F_统计的步骤977包括基于第一组过去接触力来获得第一统计力值F_统计，1的步骤979和基于第二组过去接触力来获得第二统计力值F_统计，2的步骤980，其中该第一组过去接触力和第二组过去接触力是不同的。第一组过去接触力和第二组接触力不同意味着这两组接触力中的至少一者包括不形成另一组接触力的一部分的过去接触力。因此，基于不同的统计基础获得了统计力值F_统计，1和第二统计力值F_统计，2。在所示的实施方案中，第一组过去接触力包括力存储器缓冲器中的第一数量p的接触力，并且第二组过去接触力包括力存储器缓冲器中的最后数量q的接触力。因此，第一组过去接触力包括接触力F_接触，t至F_接触，t-p，并且因此，第二组过去接触力包括接触力F_{接触，t-(n-q)}至F_接触，t-n。在n＝p+q且p＝q的情况下，第一组过去接触力包括力存储器缓冲器的第一半，并且第二组过去接触力包括力存储器缓冲器的第二半。如前所述，可获得第一统计力值和第二统计力值作为基于各组相应接触力的任何值，诸如平均值、均值、中值、模式、可变性、范围、方差、(标准)偏差、频率分布等。

在该实施方案中，指示接触的变化的步骤970包括基于第一统计力值和第二统计力值来获得统计力测试值F_{统计，测试}的步骤981，例如，可获得统计力测试值作为在第一统计力值与第二统计力值之间的关系、在第一统计力值与第二统计力值之间的差值、第一统计力值和第二统计力值的和/积或基于第一统计力值和第二统计力值得到的任何值。

在该实施方案中，基于多个部分加速度来获得统计加速度值的步骤978包括基于第一组过去部分加速度来获得第一统计加速度值A_统计，1的步骤982和基于第二组过去部分加速度来获得第二统计加速度值A_统计，2的步骤983，其中第一组过去部分加速度和第二组过去部分加速度是不同的。第一组过去部分加速度和第二组过去部分加速度不同意味着这两组部分加速度中的至少一者包括不形成另一组部分加速度的一部分的过去部分加速度。因此，基于不同的统计基础获得了统计加速度值A_统计，1和第二统计加速度值A_统计，2。在所示的实施方案中，第一组过去部分加速度包括加速度存储器缓冲器中的第一数量p的部分加速度，并且第二组过去部分加速度包括加速度存储器缓冲器中的最后数量q的部分加速度。因此，第一组过去部分加速度包括部分加速度A_部分，t至A_部分，t-p，并且因此第二组过去部分加速度包括部分加速度A_{部分，t-(m-q)}至A_部分，t-m。在m＝p+q且p＝q的情况下，第一组过去部分加速度包括加速度存储器缓冲器的第一半，并且第二组过去部分加速度包括加速度存储器缓冲器的第二半。如前所述，可获得第一统计加速度值和第二统计加速度值作为基于各组相应部分加速度的任何值，诸如平均值、均值、中值、模式、可变性、范围、方差、(标准)偏差、频率分布等。

在该实施方案中，指示接触的变化的步骤970包括基于第一统计加速度值和第二统计加速度值来获得统计加速度测试值A_{统计，测试}的步骤984，例如，可获得统计加速度测试值作为在第一统计加速度值与第二统计加速度值之间的关系、在第一统计加速度值和所述第二统计加速度值之间的差值、第一统计加速度值和第二统计加速度值的和/积或基于第一统计加速度值和第二统计加速度值得到的任何值。

该方法包括获得统计力-加速度关系FA_{关系，统计}的步骤975和将统计力-加速度关系FA_{关系，统计}与力-加速度关系阈值FA_阈值进行比较的步骤976。统计力-加速度关系FA_{关系，统计}可例如通过将统计力测试值F_{统计，测试}与统计加速度测试值A_{统计，测试}相除来实现，从而可如下获得力-加速度关系FA_{关系，统计}：

等式11 FA_{关系，统计}＝F_{统计，测试}/A_{统计，测试}

力-加速度关系阈值可被预先确定或在机器人臂的操作期间动态地确定。这使得可基于统计力值和统计加速度值的历史演变来获得统计力测试值和统计加速度值，并且在步骤976中，可将历史值与阈值进行比较，从而可检测到更稳健的接触变化。这在机器人臂缓慢地移动的情况下是有用的，因为在这种情况下，因接触的变化而造成的接触力的增大和部分加速度的减小缓慢地发生并且可能不造成在用作先前描述的接触变化检测方法中的参数的时刻t上接触力的充分增大和部分加速度的充分减小。因此，使用不同的统计力值和不同的统计加速度值使得可在机器人臂的缓慢移动期间检测接触的变化。

例如，在一个实施方案中，可获得第一统计力值和第二统计力值分别作为第一组过去接触力和第二组过去接触力的均值，其中第一组过去接触力中的过去接触力的至少一部分和第二组过去接触力的一部分在不同的时间点上被感测到。因此，可获得第一统计力值作为力存储器缓冲器中的第一数量p的接触力的均值：

等式12

并且可获得第二统计力值作为力存储器缓冲器中的最后数量q的接触力的均值：

等式13

其中F_接触，i是力存储器缓冲器中的第i个接触力，并且n是力存储器缓冲器中的接触力的数量。

另外，可获得第一统计加速度值作为加速度存储器缓冲器中的第一数量p的部分加速度的均值：

等式14

并且可获得第二统计加速度值作为加速度存储器缓冲器中的最后数量q的部分加速度的均值：

等式15

其中A_部分，i是加速度存储器缓冲器中的第i个部分加速度，并且m是加速度存储器缓冲器中的部分加速度的数量。

然后，可获得统计力测试值作为在第一统计力值与第二统计力值之间的差值：

等式16 F_{统计，测试}＝F_统计，1-F_统计，2

并且然后，可获得统计加速度测试值作为在第一统计加速度值与第二统计加速度值之间的差值：

等式17 A_{统计，测试}＝A_统计，1-A_统计，2

如结合图3a-图3i和图4a-图4i所讨论，在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化发生时，发生接触力的增大和部分加速度的减小，并且结合机器人臂的缓慢移动，力的增大和加速度的减小缓慢地发生。可将接触的缓慢变化与机器人臂夹持对象的夹持情况进行比较，其中力增大，并且其中机器人臂随时间而减速。因此，在接触缓慢地发生变化时，通过等式11基于第二统计力值和第二统计加速度值获得的力-加速度关系FA_{关系，统计}将为负，并且FA_阈值阈值可被设定为零，以便指示接触的缓慢变化。另外，一旦夹持开始发生，统计加速度值将接近零，因为机器人臂的接触部分保持在相同位置，从而产生巨大(无限)FA_{关系，统计}值，并且然后，第二FA_阈值可被设定为指示在FA_{关系，统计}超过该值的情况下进行夹持的上限阈值。

如果统计力-加速度关系大于力-加速度关系阈值，则将统计力-加速度关系与力-加速度关系阈值进行比较的步骤976被配置为放弃(由拇指向下指图标指示)指示接触的变化的步骤970，因为这指示了接触的变化尚未发生。相反，如果统计力-加速度关系小于力-加速度关系阈值，则将统计力-加速度关系与力-加速度关系阈值进行比较的步骤976被配置为继续(由拇指向上指图标指示)指示接触的变化的步骤970，因为这指示了接触的变化已经发生。

另外，将统计力-加速度关系与力-加速度关系阈值进行比较的附加步骤(未示出)可被配置为指示如果统计力-加速度关系大于第二力-加速度关系阈值，则指示已经发生夹持情况。

图10示出了根据本发明的控制机器人臂的方法的流程图，该方法包括检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法的另一个实施方案。该方法类似于图5-图9所示的方法，并且类似的步骤已获得与图5-图9中相同的附图标号，并且将不进一步描述。应当注意，确认接触的变化的任选的步骤585和/或步骤686未在图10中示出，但是应当理解，这些步骤也可作为该方法的一部分执行。

在该实施方案中，指示接触的变化的步骤1070包括将在步骤979中获得的统计力值F_统计，t存储在统计力值存储器缓冲器1092中的步骤1091，其中统计力值存储器缓冲器包括数量v的过去统计力值F_统计，t-v。统计力存储器缓冲器还可包括不同种类的值，例如，相同数量的接触力的均值和偏差两者可存储在统计力值存储器缓冲器中。在这种实施方案中，获得统计力测试值F_{统计，测试}的步骤981可基于统计力值存储器缓冲器的统计力值中的至少两个统计力值。

类似地，指示接触的变化的步骤1070可包括将统计加速度值A_统计存储在统计加速度值存储器缓冲器1094中的步骤1093，其中统计加速度值存储器缓冲器包括数量w的过去统计加速度值A_统计，t-w。统计加速度存储器缓冲器还可包括不同种类的值，例如，相同数量的接触力的均值和偏差两者可存储在统计加速度值存储器缓冲器中。在这种实施方案中，获得统计加速度测试值A_{统计，测试}的步骤可基于统计加速度值存储器缓冲器的统计加速度值中的至少两个统计加速度值。

将统计力值和/或统计加速度值存储在缓冲器中使得可基于基于不同组感测值获得的大量统计值来执行接触变化检测，其中已经在不同的时间点上被感测到这些值。因此，统计值随时间的变化可用于确定是否已经发生接触的变化。另外，将统计值存储在缓冲器中使得可直接从缓冲器获得值，而不是再次计算统计值。

图11示出了根据本发明的控制机器人臂的方法的流程图，该方法包括检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法的另一个实施方案。该方法类似于图5-图10所示的方法，并且类似的步骤已获得与图5-图10中相同的附图标号，并且将不进一步描述。在该实施方案中，指示在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的步骤1170包括指示在机器人臂与对象之间的接触的变化的至少两种不同方法，其中这些方法中的至少一种方法基于在机器人臂的接触部分处的接触力和部分加速度。这使得可提供检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的不同种类的方法，这可增大接触变化检测的稳健性并且确保在机器人臂的各种操作模式下进行正确接触变化检测。检测接触变化的至少两种不同方法可彼此独立地执行，并且如果所述方法中的一种方法指示接触的变化，则可指示接触的变化。附加地或另选地，检测接触变化的至少两种不同方法中的至少一些方法可彼此相关，使得这两种方法需要指示接触的变化才能指示接触的变化。

在所示的实施方案中，步骤1170包括指示接触的变化的步骤770、870和1070，如图7、图8和图10分别所述和所示。步骤770、870和1070在获得参数的步骤660之后执行，并且彼此独立地执行。在该实施方案中，如果步骤770、870和1070中的至少一个步骤指示接触的变化已经发生，则指示接触的变化。

步骤770包括如结合图7所述的步骤673、674、775和776。另外，步骤770包括将确认计数器C_i，h与确认计数器阈值C_阈值，h进行比较的步骤786，其中确认计数器C_i，h基于步骤673、674、775和776来指示已经指示接触的变化的实例的数量，并且每当已经指示接触的变化时使确认计数器递增。确认计数器阈值C_阈值，h指示需要已经检测到接触的变化的实例的期望数量，以便确认接触的变化。在该实施方案中，确认阈值计数器为二，从而造成在步骤770指示接触的变化之前需要指示接触的两个可推定变化的事实。步骤770指示由于指示接触的变化的步骤基于三组接触力和部分加速度，接触的变化已经快速地发生。首先，基于第一组接触力和第二组接触力以及部分加速度获得的关系FA_关系超过力-加速度关系阈值FA_阈值。其次，基于第二组接触力和第三组接触力以及部分加速度获得的关系FA_关系超过力-加速度关系阈值FA_阈值。FA_阈值被设定在足够高的水平，以便提供稳健接触变化检测并且避免因例如感测噪声而造成的正误识。因此，步骤770提供用于指示在机器人的接触部分与对象之间的接触的硬变化何时发生的稳健且快速的方法，其中接触力快速地且以大于力传感器的公差的速率增大，并且其中部分加速度快速地且以大于加速度传感器的公差的速率减小。

步骤870包括如结合图8所述的步骤877、673、878、674、671和672。另外，步骤870包括将确认计数器C_i，s与确认计数器阈值C_阈值，s进行比较的步骤887，其中确认计数器C_i，s基于步骤877、673、878、674、671和672来指示已经指示接触的变化的实例的数量，并且每当已经指示接触的变化时使确认计数器递增。确认计数器阈值C_阈值，s指示需要已经检测到接触的变化的实例的期望数量，以便确认接触的变化。在该实施方案中，确认阈值计数器为四，从而造成在步骤870指示接触的变化之前需要指示接触的四个可推定变化的事实。然而，应当理解，确认阈值计数器可以是任何数字，这取决于期望的稳健性以及应当多快地指示接触的变化。在一个实施方案中，确认阈值计数器可被设定在3-10个可推定的指示的接触变化之间的间隔中。步骤870指示由于指示接触的变化的步骤基于最后五组接触力和部分加速度，接触的变化已经相对快速地发生，然而，由于接触的变化基于分别基于过去接触力和过去部分加速度获得的统计力值F_统计和统计加速度值A_统计来指示，步骤870要求力存储器缓冲器和加速度存储器缓冲器已经被填满。如结合图8所述，力差ΔF_接触需要大于力阈值F_阈值，并且在一个实施方案中，力阈值可被设定为先前接触力的置信区间的上限。类似地，加速度差ΔA_部分需要小于加速度阈值A_阈值，并且在一个实施方案中，加速度阈值可被设定为先前部分加速度的置信区间的下限。置信区间可基于接触变化检测方法的期望的稳健性水平和反应时间来设定。这使得可提供在步骤770不指示接触的变化(例如，因为FA_关系不超过FA_阈值)的情况下检测接触的变化的方法。这可例如在机器人臂以中速移动和/或与软对象的接触的变化仅引起FA_关系的微小变化的情况下发生。因此，步骤870提供用于指示在机器人的接触部分与对象之间的接触的软变化何时发生的稳健且快速的方法，其中接触力快速地且以接近力传感器的公差的速率增大，并且其中部分加速度快速地且以接近加速度传感器的公差的速率减小。

步骤1170包括如结合图9和图10所述的步骤979、1091、981、982、1093、984、975和976。另外，步骤1070包括将确认计数器C_i，c与确认计数器阈值C_阈值，c进行比较的步骤1086，其中确认计数器C_i，c基于步骤979、1091、981、982、1093、984、975和976来指示已经指示接触的变化的实例的数量，并且每当已经指示接触的变化时使确认计数器递增。确认计数器阈值C_阈值，c指示需要已经检测到接触的变化的实例的期望数量，以便确认接触的变化。在该实施方案中，确认阈值计数器为20，从而造成在步骤1070指示接触的变化之前需要指示接触的20个可推定变化的事实。步骤1070指示由于指示接触的变化的步骤基于最后20组接触力和部分加速度，接触的变化已经相对缓慢地发生，并且要求力存储器缓冲器、加速度存储器缓冲器、统计力值缓冲器和统计加速度值缓冲器已被填满。如结合图9和图10所述，如果统计力-加速度关系小于统计力-加速度关系阈值，则指示接触的变化。这使得可提供在步骤770和870不指示接触的变化的情况下检测接触的变化的方法。例如，这可在机器人臂以慢速移动和/或与对象进行接触而仅引起接触力和部分加速度的小幅且缓慢的变化的情况下发生。这可例如造成在机器人臂与对象之间的夹持。因此，步骤1070提供用于指示在机器人的接触部分与对象之间的接触的夹持变化何时发生的稳健方法。

在另一个实施方案中，该方法包括获得接触变化阈值的步骤(未示出)，该接触变化阈值指示指示接触的变化的步骤的灵敏度水平。这使得可例如基于用户输入来调整指示接触的变化的步骤的灵敏度，其中用户指示指示接触的变化的步骤应当具有的灵敏度水平。例如，用户可使用机器人臂的用户界面设定接触灵敏度参数的变化，其中低接触灵敏度参数变化指示指示接触的变化的步骤要求接触的明确且稳健的变化，以便指示在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化已经发生；然而，低接触灵敏度变化通常还造成接触变化检测更慢。相反，高灵敏度参数指示指示接触的变化的步骤指示在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的甚至轻微的变化；然而，高接触灵敏度变化可造成正误识。接触变化阈值也可基于机器人臂的操作模式来获得，例如，在接触变化检测对于机器人正确地操作至关重要的操作模式下，接触变化阈值可被设定为高，并且在机器人臂仅需要在接触发生明确且稳健的变化时作出反应的操作模式下，接触变化阈值可被设定为低。接触变化阈值也可例如基于机器人臂的操作参数来获得，其中操作参数指示与机器人臂的操作相关的各种参数，并且可与整个机器人或机器人的各部分相关，例如，指示机器人臂的一部分应当移动的移动速度的目标移动速度、指示机器人臂的一部分应当移动的加速度的目标加速度，机器人臂的一部分应当提供的目标力、机器人臂的一部分应当提供的目标扭矩、指示机器人臂的一部分的位置的目标位置、指示机器人关节中的至少一个机器人关节的关节角的关节角、指示机器人关节的角距离的关节距离、由机器人关节和/或关节马达提供的扭矩、控制关节马达的马达电流等。在图5-图8所示的实施方案中，接触变化阈值可例如用于定义力阈值、加速度阈值和/或力-加速度阈值。

在另一个实施方案中，获得参数的步骤包括获得指示机器人臂的至少一部分的位置和取向中的至少一者的至少一个姿势参数的步骤。姿势参数可例如指示机器人关节的输出侧的位置和/或取向、机器人工具凸缘或机器人臂的任何其他部分的位置和/或取向。位置和/或取向可例如相对于参考点诸如机器人基座来指示。姿势参数可例如基于感测机器人臂的不同部分的位置的位置编码器来获得；例如，位置编码器可被配置为感测旋转机器人关节的输出凸缘的角位置和/或棱柱机器人关节的输出凸缘的笛卡尔位置，如图1和图2所述。另选地，姿势参数可基于被配置为控制机器人臂的机器人程序来获得，例如，机器人程序可包括指示姿势参数的轨迹计划。获得姿势参数使得可在已经指示在接触部分与对象之间的接触时获得机器人臂的姿势。这使得可使用在接触时获得的机器人臂的姿势来控制机器人臂，例如机器人臂可在接触时移动到机器人臂的姿势和/或相对于机器人臂的姿势移动。

获得参数的步骤还可包括将至少一个姿势参数存储在姿势存储器缓冲器中的步骤，其中姿势存储器缓冲器包括数量n的过去姿势参数。在一个实施方案中，可以规则的时间间隔感测姿势参数，并且在这种实施方案中，该姿势参数将指示在当前姿势参数与姿势存储器缓冲器中的先前姿势参数中的第一个姿势参数之间的时间间隔的数量。获得姿势参数的步骤和将姿势参数存储在姿势存储器缓冲器中的步骤可例如作为单独的过程在机器人臂的操作期间连续地执行。因此，姿势存储器缓冲器包括若干过去姿势参数，并且过去姿势参数的数量n可基于用于数据评估的过去姿势参数的所需数量、机器人臂控制器的可用存储器或姿势存储器缓冲器的任何其他期望特性来设定。

附图标号简述

Claims (17)

1.一种检测在机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化的方法，其中所述机器人臂包括机器人基座、机器人工具凸缘和连接所述机器人基座和所述机器人工具凸缘的多个机器人关节，其中所述接触部分在所述机器人臂的一部分处形成，所述方法包括以下步骤：

·通过感测提供到所述机器人臂的一部分的力来获得在所述机器人臂的所述接触部分处提供的接触力；

·通过感测所述机器人臂的包括所述接触部分的所述部分的加速度来获得所述机器人臂的所述接触部分的部分加速度；

·基于所述接触力和所述部分加速度两者来指示在所述机器人臂的所述接触部分与所述对象之间的接触的变化是否已经发生。

2.根据权利要求1所述的方法，其中指示在所述接触部分与所述对象之间的接触的变化是否已经发生的所述步骤包括以下步骤：如果所述接触力大于力阈值并且所述部分加速度小于加速度阈值，则指示在所述接触部分与所述对象之间的接触的所述变化已经发生。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中：

·获得所述接触力的所述步骤包括通过在不同的时间点上感测提供到所述机器人臂的所述部分的所述力来获得至少两个不同的接触力；

·获得所述部分加速度的所述步骤包括通过在两个不同的时间点上感测所述机器人臂的包括所述接触部分的所述部分的所述加速度来获得至少两个不同部分加速度；并且其中

指示在所述接触部分与所述对象之间的接触的变化是否已经发生的所述步骤包括以下步骤：

·获得在所述至少两个不同的接触力之间的接触力差；

·获得在所述至少两个不同部分加速度之间的部分加速度差；并且其中

指示在所述接触部分与所述对象之间的接触的变化是否已经发生的所述步骤包括如果所述接触力差大于接触力差阈值并且所述部分加速度差小于部分加速度差阈值，则指示在所述接触部分与对象之间的接触的变化已经发生。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中指示在所述接触部分与所述对象之间的接触的变化是否已经发生的所述步骤包括以下步骤：

·确定所述接触力与所述部分加速度之间的关系；

·如果所述接触力与所述部分加速度之间的所述确定的关系超过所述接触力与所述部分加速度之间的阈值关系值，则指示在所述接触部分与所述对象之间的接触的变化已经发生。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中基于附接到所述机器人臂的所述接触部分的有效载荷的质量来获得所述力阈值、所述加速度阈值和所述阈值关系值中的至少一者。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中指示在所述机器人臂的所述接触部分与所述对象之间的接触的变化是否发生的所述步骤包括以下步骤：

·获得所述接触力相对于所述机器人臂的所述接触部分的方向；

·获得所述机器人臂的所述接触部分的所述部分加速的方向；

·将所述接触力相对于所述机器人臂的所述接触部分的所述方向与所述机器人臂的所述部分加速度的所述方向进行比较；以及

·基于所述接触力的所述方向和所述部分加速度的所述方向是否基本上彼此相反来指示在所述机器人臂的所述接触部分与所述对象之间的接触的变化是否已经发生。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：

·将所述接触力存储在存储器中；以及

·将所述部分加速度存储在存储器中

其中以下的所述步骤：

·获得所述接触力；

·获得所述部分加速度；

·存储所述接触力；以及

·存储所述部分加速度

重复多次，使得所述接触力的多个样本和所述部分加速度的多个样本存储在存储器中。

8.根据权利要求7所述的方法，其中指示在所述接触部分与所述对象之间的接触的变化是否已经发生的所述步骤基于所述接触力的所述多个样本和所述部分加速度的所述多个样本。

9.根据权利要求7-8中任一项所述的方法，其中基于所述接触力的所述多个样本和所述部分加速度的所述多个样本来获得所述力阈值、所述加速度阈值和所述阈值关系值中的至少一者。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：

·获得至少一个姿势参数，所述至少一个姿势参数指示所述机器人臂的至少一部分的位置和所述机器人臂的至少一部分的取向中的至少一者。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中获得在所述机器人臂的所述接触部分处提供的所述接触力的所述步骤包括直接在所述机器人臂的所述接触部分处感测所述接触力的步骤。

12.一种机器人系统，包括：

·机器人臂，所述机器人臂包括机器人基座、机器人工具凸缘和连接所述机器人基座和所述机器人工具凸缘的多个机器人关节；

·机器人控制器，所述机器人控制器被配置为控制所述机器人臂；

其中所述机器人控制器被配置为通过进行根据权利要求1-11中任一项所述的方法来检测在所述机器人臂的接触部分与对象之间的接触的变化，并且其中所述接触部分形成所述机器人臂的一部分。

13.根据权利要求12所述的机器人系统，其中所述机器人系统包括：

·力传感器，所述力传感器被配置为感测在所述机器人臂的一部分处的力；

·加速度传感器，所述加速度传感器被配置为感测在所述机器人臂的所述接触部分处的加速度；

其中所述机器人控制器被配置为：

·基于由所述力传感器感测的所述力来获得在所述机器人臂的所述接触部分处提供的所述接触力；

·基于由所述加速度传感器感测的所述加速度来获得所述机器人臂的所述接触部分的所述部分加速度。

14.根据权利要求12-13中任一项所述的机器人系统，其中所述力传感器布置在所述机器人臂的所述接触部分处，并且所述加速度传感器布置在所述机器人臂的所述接触部分处。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的机器人系统，其中所述机器人系统包括：

·至少一个位置传感器，所述至少一个位置传感器被配置为感测指示所述机器人臂的至少一部分的位置和所述机器人臂的至少一部分的取向中的至少一者的至少一个姿势参数；

其中所述机器人控制器被配置为在指示在所述接触部分与所述对象之间的接触的变化时获得所述姿势参数。

16.根据权利要求12-15中任一项所述的机器人系统，其中所述机器人控制器被配置为通过在指示在所述接触部分与所述对象之间的接触的所述变化时执行至少一个动作来控制所述机器人臂。

17.根据权利要求16所述的机器人系统，其中在接触的变化的所述指示时执行的所述动作包括所述动作中的至少一者：

·使所述机器人臂停止；

·以预先确定的移动模式移动所述机器人臂的一部分；

·由所述机器人臂提供预先确定的力；

·激活连接到所述机器人臂的一部分的机器人工具；

·停用连接到所述机器人臂的一部分的机器人工具；以及

·执行预先确定的任务。

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