DE102018209594A1 - Verfahren und System für Lastschätzung und Schwerkraftausgleich auf einem Roboterarm - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren für Lastschätzung und Schwerkraftausgleich auf einem Roboterarm (2) einschließlich eines Gelenks (21) ist vorgesehen und umfasst: Empfangen eines ersten Drehmomentsignals und eines ersten Gelenkwinkels, wenn der Arm (2) in einer ersten Position ist und einer Stromlast ausgesetzt ist; Erzeugen eines ersten Drehmomentwerts, von Korrekturparametern und Leerlast-Drehmomentwerten und Höchstlast-Drehmomentwerten; Ändern der Last, die auf den Arm (2) angewendet wird, zu einer unbekannten Last; Empfangen eines zweiten Drehmomentsignals und Erzeugen eines zweiten Drehmomentwerts; Schätzen eines geschätzten Lastwerts der unbekannten Last; Bewegen des Arms (2) zu einer zweiten Position; Empfangen eines zweiten Gelenkwinkels und Erzeugen eines Ausgleichsdrehmomentwerts und Ausgeben des Ausgleichsdrehmomentwerts an ein Treibermodul (22) des Arms (2).

Description

• Die Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System für Lastschätzung und Schwerkraftausgleich und insbesondere auf ein Verfahren und ein System für Lastschätzung und Schwerkraftausgleich auf einem Roboterarm.
• Roboterarme haben in dank bestimmter Charakteristika derselben, beispielsweise hoher Beständigkeit, automatischer Steuerung und hoher Präzision, in vielen Industriezweigen Einsatz gefunden. Bei der Übereinstimmungskontrolle eines Roboterarms wird der Roboterarm während des Betriebs (eigenständig oder bei einem Mann-Maschine-Betrieb durch eine Bedienungsperson betrieben) einer externen Last ausgesetzt, und einige Parameter, die einer Ausgabe des Roboterarms zugeordnet sind, müssen gemäß der externen Last angepasst werden, um ein Drehmoment auszugeben, das einen Schwerkraftausgleich erzielen kann, wodurch ein normaler Betrieb unter der externen Last gewährleistet ist.
• Das Erzielen des Schwerkraftausgleichseffekts ansprechend auf eine Änderung der ausgesetzten Last, die auf den Roboterarm angewendet wird, beinhaltet ein Erhalten eines Änderungsbetrags der ausgesetzten Last vorab. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, ein Gewicht der externen Last zu messen, und ein gemessenes Gewicht an dem Roboterarm einzugeben, bevor die externe Last auf den Roboterarm angewendet wird. Auf diese Weise ist ein Prozessor des Roboterarms in der Lage, die anzupassenden Parameter auf Basis des gemessenen Gewichts zu berechnen.
• Eine andere Möglichkeit beinhaltet ein Einbauen eines Drehmomentsensors auf jedem Gelenk des Roboterarms und, nachdem die externe Last auf den Roboterarm angewendet ist, ein Berechnen einer Änderung eines Drehmoments, das durch jeden Drehmomentsensor erfasst wird, um den Änderungsbetrag der ausgesetzten Last des Roboterarms im Vergleich zu einer zuvor angewendeten Last zu erhalten. Das US-Patent Nr. 9,533,414 B2 offenbart ein Drehmomenterfassungsverfahren für eine Armvorrichtung. Bei dem Drehmomenterfassungsverfahren für die externe Last, die auf die Armvorrichtung angewendet wird, wird eine mechanische Abweichung erfasst und ein Schwerkraftkoeffizient, der einem spezifischen Drehwinkel der Armvorrichtung entspricht, wird berechnet. Danach wird ein Schwerkraftdrehmoment auf Basis einer Position der Armvorrichtung und des Schwerkraftkoeffizienten berechnet. Anschließend wird unter Verwendung eines Kalibrierungsvorgangs ein tatsächliches Ausgabedrehmoment auf der Basis eines Betriebsdrehmoments, das durch den Drehmomentsensor erfasst wird, und des Schwerkraftdrehmoments berechnet.
• Es ist eine Aufgabe der Offenbarung, ein Verfahren für Lastschätzung und Schwerkraftausgleich zu schaffen.
• Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung dient das Verfahren für Lastschätzung und Schwerkraftausgleich zur Verwendung mit einem Roboterarm. Das Verfahren wird durch ein Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichsystem implementiert. Der Roboterarm umfasst zumindest ein Gelenk und ein Treibermodul, das auf dem zumindest einen Gelenk eingebaut ist. Das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichsystem umfasst einen Signalprozessor, der mit dem Treibermodul gekoppelt ist, ein Lastschätzungsmodul, das dem zumindest einen Gelenk entspricht und das mit dem Signalprozessor gekoppelt ist, und ein Schwerkraftausgleichsmodul, das mit dem Lastschätzungsmodul gekoppelt ist. Das Lastschätzungsmodul umfasst eine Schwerkraftmodulkorrektureinheit, eine virtuelle Roboterarmeinheit und eine Rechenkomponente. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
• Betreiben des Treibermoduls in einem Bedienungsmodus, um den Roboterarm zu einer ersten Position zu bewegen, und Schalten des Treibermoduls zu einem Ortssteuermodus, wobei der Roboterarm in der ersten Position einer Stromlast ausgesetzt wird;
• Empfangen eines ersten Drehmomentsignals und eines ersten Gelenkwinkels, die durch das Treibermodul ausgegeben werden, in dem Ortssteuermodus, wobei das erste Drehmomentsignal der Stromlast zugeordnet wird, wobei der erste Gelenkwinkel dem Gelenk in der ersten Position zugeordnet wird;
• auf Empfang des ersten Drehmomentsignals hin, Umwandeln, durch den Signalprozessor des ersten Drehmomentsignals in einen ersten Drehmomentwert;
• auf Empfang des ersten Drehmomentwerts hin, Erzeugen, durch die Schwerkraftmodulkorrektureinheit, eines Satzes von Korrekturparametern;
• auf Empfang des Satzes von Korrekturparametern und des ersten Gelenkwinkels hin, Erzeugen, durch die virtuelle Roboterarmeinheit, eines Leerlast-Drehmomentwerts und eines Höchstlast-Drehmomentwerts;
• Ändern der Last, der der Roboterarm ausgesetzt ist, zu einer unbekannten Last;
• Empfangen eines zweiten Drehmomentsignals, das durch das Treibermodul ausgegeben wird, wobei das zweite Drehmomentsignal der unbekannten Last zugeordnet wird;
• auf Empfang des zweiten Drehmomentsignals hin, Umwandeln, durch den Signalprozessor, des zweiten Drehmomentsignals in einen zweiten Drehmomentwert;
• Schätzen, durch die Rechenkomponente, eines geschätzten Lastwerts der unbekannten Last auf Basis des ersten Drehmomentwerts, des Leerlast-Drehmomentwerts, des Höchstlast-Drehmomentwerts und des zweiten Drehmomentwerts;
• Schalten des Treibermoduls zu einem Drehmomentsteuermodus und Bewegen des Roboterarms zu einer zweiten Position;
• Empfangen eines zweiten Gelenkwinkels, der durch das Treibermodul ausgegeben wird, wobei der zweite Gelenkwinkel der zweiten Position zugeordnet wird; und
• Erzeugen, durch das Schwerkraftausgleichsmodul, eines Ausgleichsdrehmomentwerts auf Basis des geschätzten Lastwerts und des zweiten Gelenkwinkels und Ausgeben des Ausgleichdrehmomentwerts an das Treibermodul.
• Eine weitere Aufgabe der Offenbarung besteht darin, ein Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem zu schaffen, das in der Lage ist, das oben erwähnte Verfahren zu implementieren.
• Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung dient das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem zur Verwendung mit einem Roboterarm. Der Roboterarm umfasst zumindest ein Gelenk und ein Treibermodul, das auf zumindest einem Gelenk eingebaut ist. Das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem umfasst Folgendes:
• einen Signalprozessor, der mit dem Treibermodul gekoppelt werden soll, um ein erstes Drehmomentsignal und einen ersten Gelenkwinkel von demselben zu empfangen, wenn der Roboterarm einer Stromlast ausgesetzt ist, und um das erste Drehmomentsignal in einen ersten Drehmomentwert umzuwandeln, wobei der Signalprozessor ferner ein zweites Drehmomentsignal und einen zweiten Gelenkwinkel von dem Treibermodul empfängt, wenn der Roboterarm einer unbekannten Last ausgesetzt ist, und das zweite Drehmomentsignal in einen zweiten Drehmomentwert umwandelt;
• ein Lastschätzungsmodul, das dem zumindest einem Gelenk entspricht, das mit dem Signalprozessor gekoppelt ist, um den ersten und den zweiten Drehmomentwert von demselben zu empfangen, und das programmiert ist zum:
  • Erzeugen eines Satzes von Korrekturparametern auf Basis des ersten Drehmomentwerts,
  • Erzeugen eines Leerlast-Drehmomentwerts und eines Höchstlast-Drehmomentwerts auf Basis des Satzes von Korrekturparametern und des ersten Gelenkwinkels und
  • Schätzen eines geschätzten Lastwerts der unbekannten Last auf Basis des ersten Drehmomentwerts, des Leerlast-Drehmomentwerts, des Höchstlast-Drehmomentwerts und des zweiten Drehmomentwerts und
• ein Schwerkraftausgleichsmodul, das mit dem Lastschätzungsmodul gekoppelt ist, um einen Ausgleichsdrehmomentwert auf Basis des geschätzten Lastwerts und des zweiten Gelenkwinkels zu erzeugen und den Ausgleichsdrehmomentwert an das Treibermodul auszugeben.
• Andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung des Ausführungsbeispiels bzw. der Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
• 1 ein Blockdiagramm, das Komponenten eines Roboterarms und ein Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem, das mit dem Roboterarm verwendet werden soll, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung veranschaulicht;
• 2 ein Flussdiagramm, das Schritte eines Verfahrens für Lastschätzung und Schwerkraftausgleich gemäß einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung veranschaulicht;
• 3A und 3B eine Last, die auf ein Gelenk des Roboterarms in unterschiedlichen Richtungen bezüglich einer Abtriebswelle des Gelenks, die nicht akzeptabel sind, angewendet wird;
• 4 eine schematische Ansicht eines Roboterarms, der in einer ersten Position ist;
• 5 ein Liniendiagramm, das Gewichte einer Anzahl von Lasten und eine Anzahl entsprechender geschätzter Lastwerte veranschaulicht;
• 6 eine schematische Ansicht des Roboterarms, der in einer zweiten Position ist; und
• 7 und 8 Liniendiagramme, die Gewichte einer Anzahl von Lasten und eine Anzahl entsprechender geschätzter Lastwerte veranschaulichen.
• Bevor die Offenbarung ausführlicher beschrieben wird, sollte angemerkt werden, dass, wo es als angemessen betrachtet wird, Bezugszeichen oder Endabschnitte von Bezugszeichen zwischen den Figuren wiederholt wurden, um entsprechende oder analoge Elemente anzuzeigen, die optional ähnliche Charakteristika aufweisen können.
• 1 ist ein Blockdiagramm, das Komponenten eines Roboterarms 2 und ein Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem, das mit dem Roboterarm 2 verwendet werden soll, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung veranschaulicht.
• Der Roboterarm 2 umfasst ein oder mehrere Gelenke 21, zwei oder mehr Verbindungsstangen (nicht gezeigt), von denen jeweils zwei miteinander durch ein entsprechendes Gelenk 21 verbunden sind, und ein oder mehrere Treibermodule 22, von denen jedes auf einem entsprechenden Gelenk 21 eingebaut ist. 1 veranschaulicht drei Treibermodule 22, die jeweils auf drei unterschiedlichen Gelenken 21 eingebaut sind. Zu Zwecken der Vereinfachung der Veranschaulichung wird die folgende Beschreibung größtenteils, wenn nicht durchgehend, bezüglich lediglich eines Treibermoduls 22 und des entsprechenden Gelenks 21 erfolgen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Merkmale, die im Folgenden beschrieben werden, auf gleichwertige oder ähnliche Weise auf alle Treibermodule 22 und Gelenke 21 angewendet werden können.
• Das Treibermodul 22 umfasst einen Aktuator 221, eine mechanische Komponente 222, die mit dem Aktuator 221 verbunden ist (beispielsweise eine Verbindungsstange und/oder einen Verzögerer) und einen Codierer 223, der mit der mechanischen Komponente 222 verbunden ist.
• Das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem umfasst einen Signalprozessor 3, der mit dem Aktuator 221 des Treibermoduls 22 gekoppelt ist, ein Lastschätzungsmodul 4, das dem Gelenk 21 entspricht und das mit dem Signalprozessor 3 gekoppelt ist, und ein Schwerkraftausgleichsmodul 5, das mit dem Lastschätzungsmodul 4 und dem Treibermodul 22 gekoppelt ist.
• Der Begriff „Signalprozessor“ kann sich auf jede Vorrichtung oder jeden Abschnitt einer Vorrichtung beziehen, die bzw. der elektronische Daten von Registern und/oder einem Speicher verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten zu transformieren. Beispielsweise ist der Signalprozessor 3, jedoch nicht darauf beschränkt, ein Ein-Kern-Prozessor, ein Mehr-Kern-Prozessor, ein mobiler Dual-Kern-Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, ein digitaler Signalprozessor (DSP), ein feldprogrammierbares Gatterarray (FPGA), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine hochfrequenzintegrierte Schaltung (RFIC) usw.
• Bestimmte Ausführungsbeispiele der beschriebenen Vorgänge des Lastschätzungsmoduls 4 und des Schwerkraftausmoduls 5 können in einer oder in einer Kombination von Hardware, Firmware und Software implementiert sein. Andere Ausführungsbeispiele können außerdem als Befehle implementiert sein, die in einer computerlesbaren Speichervorrichtung gespeichert sind, die durch zumindest einen Prozessor gelesen und ausgeführt werden können, um die hierin beschriebenen Vorgänge durchzuführen. Eine computerlesbare Speichervorrichtung kann einen nichtflüchtigen Speichermechanismus zum Speichern von Daten in einer Form umfassen, die durch eine Maschine (z. B. einen Computer) lesbar ist. Eine computerlesbare Speichervorrichtung kann z. B. Nur-Lese-Speicher (ROM) Direktzugriffspeicher (RAM), Magnetplattenspeichermedien, optische Speichermedien, Flash-Speichervorrichtungen und andere Speichervorrichtungen und Medien umfassen.
• Es wird festgestellt, dass bei Ausführungsbeispielen, bei denen eine Mehrzahl von Gelenken 21 vorhanden ist, das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem eine Mehrzahl von Lastschätzungsmodulen 4 aufweisen kann, die jeweils einem jeweiligen der Gelenke 21 entsprechen.
• Bei Betrieb ist, wenn der Roboterarm 2 einer Stromlast ausgesetzt ist, der Aktuator 221 zum Ausgeben eines ersten Drehmomentsignals konfiguriert. Der Codierer 223 ist zum Ausgeben eines ersten Gelenkwinkels konfiguriert, der einer Winkelposition des Gelenks 21 zugeordnet ist. Wenn der Roboterarm 2 einer unbekannten Last (W) ausgesetzt werden soll, überträgt der Aktuator 222 des Treibermoduls 22 ein Steuersignal an die mechanische Komponente 222, um eine Bewegung des Roboterarms 2 anzutreiben. Der Aktuator 221 ist ferner zum Ausgeben eines zweiten Drehmomentsignals konfiguriert, das dem Gelenk 21 und der unbekannten Last (W) zugeordnet ist. Der Codierer 223 ist zum Ausgeben eines zweiten Gelenkwinkels konfiguriert, der einer anderen Winkelposition des Gelenks 21 zugeordnet ist.
• Der Signalprozessor 3 ist dazu programmiert, das erste und das zweite Drehmomentsignals von dem Aktuator 221 in einen ersten und einen zweiten Drehmomentwert umzuwandeln.
• Das Lastschätzungsmodul 4 umfasst eine Schwerkraftmodellkorrektureinheit 41, eine virtuelle Roboterarmeinheit 42, die mit der Schwerkraftmodellkorrektureinheit 41 verbunden ist, und eine Rechenkomponente 43, die mit der virtuellen Roboterarmeinheit 42 verbunden ist.
• Die Schwerkraftmodellkorrektureinheit 41 ist zum Erzeugen eines Satzes von Korrekturparametern auf Basis des ersten Drehmomentwerts konfiguriert. Die virtuelle Roboterarmeinheit 42 ist zum Erzeugen eines Leerlast-Drehmomentwerts und eines Höchstlast-Drehmomentwerts auf Basis des Satzes von Korrekturparametern und des ersten Gelenkwinkels konfiguriert. Insbesondere bezieht sich der Leerlast-Drehmomentwert auf einen Drehmomentwert, der durch den Roboterarm 2 ausgegeben wird, wenn der Roboterarm 2 keiner Last ausgesetzt ist, und der Höchstlast-Drehmomentwert bezieht sich auf einen Drehmomentwert, der durch den Roboterarm 2 ausgegeben wird, wenn der Roboterarm 2 einer Last ausgesetzt ist, die ein Gewicht aufweist, das gleich einer Höchstlast ist, die durch den Roboterarm 2 getragen werden kann (d.h. der Nutzlast des Roboterarms 2).
• Die Rechenkomponente 43 umfasst eine Drehmoment-Last-Umwandlungseinheit 431 und eine Lastberechnungseinheit 432, die mit der Drehmoment-Last-Umwandlungseinheit 431 verbunden ist. Wenn der Leerlast-Drehmomentwert und der Höchstlast-Drehmomentwert verfügbar sind, ist die Drehmoment-Last-Umwandlungseinheit 431 in der Lage, eine Lastdifferenz auf Basis von zwei unterschiedlichen Drehmomentwerten (d.h. dem ersten und den zweiten Drehmomentwert) zu berechnen, die unter zwei unterschiedlichen Lasten erfasst werden. Die Lastberechnungseinheit 432 soll dann den geschätzten Lastwert anhand der Stromlast und der Lastdifferenz berechnen (d.h., ein Gewicht einer der zwei Lasten, wenn eine andere der zwei Lasten bekannt ist).
• Das Schwerkraftausgleichsmodul 5 ist dazu konfiguriert, einen Ausgleichdrehmomentwert auf Basis eines Gewichts der Last und des zweiten Gelenkwinkels zu erzeugen und den Ausgleichsdrehmomentwert an das Treibermodul 22 auszugeben, um es dem Roboterarm 2 zu ermöglichen, mit dem Schwerkraftausgleichseffekt zu arbeiten.
• 2 ist ein Blockdiagramm, das Schritte eines Verfahrens für Lastschätzung und Schwerkraftausgleich auf einem Roboterarm 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung veranschaulicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren durch das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem implementiert, wie in 1 veranschaulicht ist.
• Bei Schritt A wird das Treibermodul 22 in einem Bedienungsmodus betrieben, um den Roboterarm 2 zu einer ersten Position zu bewegen (z. B. durch eine Bedienungsperson). In dieser Stufe ist eine Last, die auf den Roboterarm 2 angewendet wird, als eine Stromlast (W_c) definiert. Die Last kann durch ein oder mehrere physikalische Elemente gebildet werden.
• Es wird festgestellt, dass, damit die Last in geeigneter Weise durch das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichsystem gemessen wird, ein Drehmoment auf den Roboterarm 2 angewendet werden muss. Somit sollte eine Richtung einer Kraft von der Stromlast (W_c) eine Achsenrichtung (L) einer Abtriebswelle des Gelenks 21 nicht kreuzen (siehe 3A) und sollte nicht parallel zu der Achsenrichtung (L) der Abtriebswelle des Gelenks 21 sein (siehe 3B). Es wird festgestellt, dass, wenn eine Mehrzahl von Gelenken in dem Roboterarm vorhanden ist, die obige Bedingung für jedes der Gelenke gelten sollte.
• In der ersten Position wird das Treibermodul 22 zu einem Ortssteuermodus geschaltet, und anschließend gibt bei Schritt B1 der Aktuator 221 ein erstes Drehmomentsignal aus, das der Stromlast (W_c) zugeordnet ist. Insbesondere kann das erste Drehmomentsignal in der Form eines Spannungssignals, eines elektrischen Stromsignals oder dergleichen sein.
• Bei Schritt B2 gibt der Codierer 223 einen ersten Gelenkwinkel θ aus, der dem Gelenk 21 in der ersten Position zugeordnet ist. Es wird festgestellt, dass die Schritte B1 und B2 gleichzeitig durch die entsprechenden Komponenten erfolgen können.
• Bei Schritt C empfängt der Signalprozessor 3 das erste Drehmomentsignal von dem Aktuator 221 und wandelt das erste Drehmomentsignal in einen ersten Drehmomentwert C_c(θ) um. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Drehmomentsignal ein Stromsignal, das durch den Aktuator 221 verläuft und einen elektrischen Stromwert umfasst, und der Vorgang des Umwandelns des ersten Drehmomentsignals in den ersten Drehmomentwert C_c(θ) umfasst, dass der Signalprozessor 3 den ersten Drehmomentwert C_c(θ) auf Basis des elektrischen Stromwerts des ersten Drehmomentsignals und eines Drehmomentparameters berechnet, der dem Aktuator 221 zugeordnet ist.
• Bei Schritt D1 empfängt die Schwerkraftmodellkorrektureinheit 41 den ersten Drehmomentwert C_c(θ) und erzeugt einen Satz von Korrekturparametern. Insbesondere werden zwei unterschiedliche Parameter α und β erzeugt.
• Bei Schritt D2 empfängt die virtuelle Roboterarmeinheit 42 den Satz von Korrekturparametern und den ersten Gelenkwinkel θ und erzeugt einen Leerlast-Drehmomentwert G₀(θ) und einen Höchstlast-Drehmomentwert G_max(θ).
• Insbesondere können, für einen fünfachsigen Roboterarm 2, der Satz von Korrekturparametern (α und β), der Leerlast-Drehmomentwert G₀(θ) und der Höchstlast-Drehmomentwert G_max(θ) durch das Lastschätzungsmodul 4 unter Verwendung eines Satzes von Gleichungen berechnet werden, die auf Basis einer vorwärtsgerichteten Kinematik hergeleitet werden und die dem Gelenkwinkel und einem durch das Gelenk 21 ausgegebenen Drehmoment zugeordnet sind.
• Es wird festgestellt, dass die obigen Berechnungen auf Basis einer Annahme erfolgen, dass lediglich der auf den Roboterarm 2 ausgeübte Schwerkrafteffekt berücksichtigt wird.
• Um genauere Ergebnisse zu erzielen, werden andere Effekte, wie beispielsweise Hysterese, ebenfalls in Betracht gezogen. Dementsprechend kann ein Korrekturmodell wie folgt ausgedrückt werden als: $$G_{max}\left(\theta \right)=\alpha \ast Schwerkraftmodell\left(\theta ,W_{max}\right)+\beta ;$$

  

  $$G_0\left(\theta \right)=\alpha \ast Schwerkraftmodell\left(\theta \mathrm{,0}\right)+\beta ;$$

  

  wobei Schwerkraftmodell das Korrekturmodell als eine Funktion darstellt, G_max(θ) den Höchstlast-Drehmomentwert darstellt, G₀(θ) den Leerlast-Drehmomentwert darstellt und W_max die Höchstlast darstellt.
• Unter Verwendung des obigen Korrekturmodells ist bei Schritt D1 die Schwerkraftmodellkorrektureinheit 41 auf Empfang des ersten Drehmomentwerts C_c(θ) hin in der Lage, den Satz von Korrekturparametern α und β zu erzeugen.
• Bei Schritt E wird die Last, die auf den Roboterarm 2 angewendet wird, zu einer unbekannten Last W_u geändert.
• Bei Schritt F gibt, während der Roboterarm 2 der unbekannten Last W_u ausgesetzt wird, der Aktuator 221 des Treibermoduls 22 ein zweites Drehmomentsignal an den Signalprozessor 3 aus. Das zweite Drehmomentsignal ist der unbekannten Last W_u zugeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Drehmomentsignal ein Stromsignal, das durch den Aktuator 221 verläuft und einen elektrischen Stromwert umfasst.
• Bei Schritt G wandelt der Signalprozessor 3 das zweite Drehmomentsignal in einen zweiten Drehmomentwert C(θ) auf eine Weise um, die ähnlich zu Schritt C ist.
• Bei Schritt H1 schätzt die Drehmoment-Last-Umwandlungseinheit 431 eine Lastdifferenz zwischen der unbekannten Last W_u und der Stromlast W_c auf Basis des ersten Drehmomentwerts C_c(θ), des Leerlast-Drehmomentwerts G₀(θ), des Höchstlast-Drehmomentwerts G_max(θ) und des zweiten Drehmomentwerts C(θ).
• Insbesondere ist die Drehmoment-Last-Umwandlungseinheit 431 zum Einrichten einer Parametergleichung auf Basis der Maximallast W_max, des Leerlast-Drehmomentwerts G₀(θ) und des Höchstlast-Drehmomentwerts G_max(θ) konfiguriert. Die Parametergleichung etabliert eine Beziehung zwischen einer Last, die auf den Roboterarm 2 angewendet wird (z. B. hinsichtlich eines Gewichts), und einem entsprechenden Drehmoment, das durch das Gelenk 21 ausgegeben wird.
• Nachfolgend wendet die Drehmoment-Last-Umwandlungseinheit 431 jeden des ersten Drehmomentwerts C_c(θ) und des zweiten Drehmomentwerts C(θ) auf die Parametergleichung an, um eine Lastdifferenz zwischen der Stromlast W_c und der unbekannten Last W_u zu erhalten.
• Anschließend schätzt bei Schritt H2 die Lastschätzungseinheit 432 einen geschätzten Lastwert W_e der unbekannten Last W_u. Insbesondere ist die Lastberechnungseinheit 432 zum Berechnen des geschätzten Lastwerts W_e konfiguriert, indem die Stromlast W_c und die Lastdifferenz addiert werden.
• Bei Schritt I1 wird das Treibermodul 22 zu einem Drehmomentsteuermodus geschaltet. Unter den Drehmomentsteuermodus wird der Roboterarm 2 von der ersten Position zu einer zweiten Position bewegt (z. B. durch die Bedienungsperson).
• Bei Schritt I2 gibt der Codierer 223 des Treibermoduls 22 einen zweiten Gelenkwinkel θ' aus, der dem Gelenk 21 entspricht.
• Bei Schritt J erzeugt das Schwerkraftausgleichsmodul 5 einen Ausgleichsdrehmomentwert auf Basis des geschätzten Lastwerts W_e und des zweiten Gelenkwinkels θ' und gibt den Ausgleichdrehmomentwert an das Treibermodul 22 aus. Es wird festgestellt, dass Verfahren bezüglich des Erzeugens des Ausgleichsdrehmomentwerts im Stand der Technik bekannt sind, und Details desselben sind hierin der Kürze halber ausgelassen.
• Insbesondere ist das Schwerkraftausgleichsmodul 5 dazu konfiguriert, ferner den des Ausgleichsdrehmomentwert auf Basis des geschätzten Lastwerts W_e, des zweiten Gelenkwinkels θ', der Achsenrichtung der Abtriebswelle des Gelenks 21, des Gewichts jeder der Verbindungsstangen und der Position eines Schwerpunkts jeder der Verbindungsstangen zu berechnen. Bei einigen Ausführungsbeispielen, bei denen mehr als ein Gelenk 21 in den Roboterarm 2 vorhanden ist, wird der Ausgleichsdrehmomentwert ferner auf Basis einer Anzahl der Gelenke 21, einer Achsenrichtung einer Abtriebswelle jedes der Gelenke 21 und des zweiten Gelenkwinkels jedes der Gelenke 21 berechnet.
• Die Schätzung kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: $${\text{W}}_{\text{u}}\cong {\text{W}}_{\text{e}}={\text{W}}_{\text{c}}+{\text{W}}_{\text{max}}\times \left[\raisebox{1ex}{$\left(\text{C}\left(\mathrm{\theta }\right)-{\text{C}}_{\text{c}}\left(\mathrm{\theta }\right)\right)$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\left({\text{G}}_{\text{max}}\left(\mathrm{\theta }\right)-{\text{G}}_0\left(\mathrm{\theta }\right)\right)$}\right.\right],$$

  

  wobei die unbekannte Last W_u unter Verwendung des geschätzten Lastwerts W_e geschätzt wird, der durch Addieren der Stromlast W_c und der Lastdifferenz erhalten wird.
• Die Lastdifferenz wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: $${\text{W}}_{\text{max}}\times \left[\raisebox{1ex}{$\left(\text{C}\left(\mathrm{\theta }\right)-{\text{C}}_{\text{c}}\left(\mathrm{\theta }\right)\right)$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\left({\text{G}}_{\text{max}}\left(\mathrm{\theta }\right)-{\text{G}}_0\left(\mathrm{\theta }\right)\right)$}\right.\right]$$

  
• Der erste Drehmomentwert C_c(θ) wird berechnet durch: $${\text{C}}_{\text{c}}\left(\mathrm{\theta }\right)={\text{A}}_{\text{c}}\times {\text{T}}_{\text{c}},$$

  

  wobei A_c der elektrische Stromwert ist, der in dem ersten Drehmomentsignal enthalten ist, und T_c der Drehmomentparameter ist, der dem Aktuator 221 zugeordnet ist, der eine Konstante sein kann. Auf ähnliche Weise wird der zweite Drehmomentwert C(θ) berechnet durch: $$\text{C}\left(\mathrm{\theta }\right)=\text{A}\times {\text{T}}_{\text{c}},$$

  

  wobei A der elektrische Stromwert des zweiten Drehmomentsignals ist.
• Kurz gesagt stellt das Verfahren, wie es oben beschrieben ist, eine Möglichkeit bereit, das Gewicht der unbekannten Last W_u zu schätzen (d. h. des geschätzten Lastwerts W_e) und nachfolgend den Ausgleichdrehmomentwert zu berechnen, der an das Treibermodul 22 ausgegeben werden soll, ansprechend auf die Veränderung der Last, die auf den Roboterarm 2 angewendet wird. Erwähnenswert ist, dass das Verfahren es nicht erfordert, dass das Gewicht der unbekannten Last W_u vorab gemessen wird, und für die Änderung der Last ist kein Kalibrierungsvorgang erforderlich.
• Außerdem ist, bei Messung eines durch das Gelenk 21 ausgegebenen Drehmoments unter Verwendung eines Stromsignals, kein Einbau eines zusätzlichen Drehmomentsensors auf dem Gelenk 21 erforderlich.
• Es wird festgestellt, dass der Roboterarm 2 in verschiedenen Anwendungen, beispielsweise einem chirurgischen Vorgang, einem Rehabilitationsvorgang und einem industriellen Vorgang, angewendet werden kann.
• Die folgenden Absätze beschreiben eine tatsächliche Implementierung des Verfahrens unter Verwendung eines Roboterarms 2, der in 4 veranschaulicht ist.
• Der Roboterarm 2 umfasst zwei Gelenke 212 und 213 und ist in der ersten Position. In der ersten Position beträgt der erste Winkelwert für das Gelenk 212 ^π/₂, und der erste Winkelwert für das Gelenk 213 beträgt 0. Bei anderen gegebenen Parametern (z. B. beträgt die maximal zugelassene Last (d. h. Nutzlast) 1,6 kg, der Drehmomentparameter beträgt 20,8 mNm/A usw.) werden unterschiedliche reale Lasten mit unterschiedlichen Gewichten separat auf den Roboterarm 2 angewendet, und das Drehmomentsignal, das ansprechend auf jede der Leistungen durch das Gelenk 213 ausgegeben wird, wird aufgezeichnet und zum Schätzen der angewendeten Lasten verwendet, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt und in 5 veranschaulicht ist. Tabelle 1

  Elektrischer Strom (mA)	Umgewandeltes Drehmoment (mNm)	Tatsächliche Last (g)	Geschätzte Last (g)	Schätzungsfehler (%)
  215	2,06	200	239	20
  306	2,94	400	346	13
  435	4,18	600	615	2,5
  584	5,62	800	841	5
  657	6,32	1000	1013	1,3

• 6 veranschaulicht den Roboterarm 2, der in der zweiten Position ist. In dieser Position beträgt der erste Winkelwert für das Gelenk 212 ^π/₈, und der erste Winkelwert für das Gelenk 213 beträgt ^9π/₄₀. Bei anderen unveränderten Parametern werden die Lasten wie oben auf den Roboterarm 2 angewendet, und das Drehmomentsignal, das ansprechend auf jede der Lasten durch das Gelenk 212 ausgegeben wird, wird zum Schätzen der angewendeten Lasten verwendet, wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt ist und in 7 veranschaulicht ist. Außerdem wird das Drehmomentsignal, das ansprechend auf jede der Lasten durch das Gelenk 213 ausgegeben wird, zum Schätzen der angewendeten Lasten verwendet, wie in der folgenden Tabelle 3 gezeigt ist und in 8 veranschaulicht ist. Tabelle 2

  Elektrischer Strom (mA)	Umgewandeltes Drehmoment (mNm)	Tatsächliche Last (g)	Geschätzte Last (g)	Schätzungsfehler (%)
  619	5,95	200	122,8	38,6
  715,6	6,88	400	363,2	9,2
  801,8	7,71	600	569,4	5,1
  920,6	8,85	800	790,4	1,2
  1026	9,86	1000	1002,9	0,29

  Tabelle 3

  Elektrischer Strom (mA)	Umgewandeltes Drehmoment (mNm)	Tatsächliche Last (g)	Geschätzte Last (g)	Schätzungsfehler (%)
  225,8	2,17	200	186,682	6,66
  339,4	3,26	400	387,388	3,15
  436,8	4,2	600	566,487	5,59
  541,2	5,2	800	813,318	1,66
  641,6	6,17	1000	1032,31	3,23

• Es wird festgestellt, dass die obigen Ergebnisse zeigen, dass das Verfahren eine hinreichend genaue Schätzung für die unbekannte Last mit Ausnahme des Falls bietet, wenn die tatsächliche Last 200 g beträgt. Dies kann aufgrund des Effekts der maximalen statischen Reibung sein, die den Roboterarm 2 an einer Bewegung hindert, da eine Kraft, die einer kleinen Last zugeordnet ist, unter Umständen nicht ausreicht, um die maximale statische Reibung zu überwinden. Jedoch verursacht in einem derartigen Fall, obwohl ein Fehler in der Schätzung vorliegt, die kleine Last unter Umständen keine unerwartete Bewegung des Roboterarms 2, und somit ist der Fehler akzeptabel. In anderen Fällen, bei denen größere Lasten (400g bis 1000 g) zu unerwarteten Bewegungen führen können, kann das Gewicht der Lasten mit höherer Genauigkeit geschätzt werden und kann deshalb angemessen ausgeglichen werden.
• Es wird festgestellt, dass bei anderen Ausführungsbeispielen der Roboterarm 2 andere Formen einnehmen und/oder eine unterschiedliche Anzahl eines Gelenks bzw. von Gelenken 21 umfassen kann und deshalb nicht auf die Form, wie sie in 4 und 6 veranschaulicht ist, beschränkt werden sollte.
• Zusammenfassend gesagt, bieten Ausführungsbeispiele der Offenbarung ein Verfahren zum Durchführen einer Schätzung der unbekannten Last auf Basis der Drehmomentsignale, die in der Form eines Stromsignals mit einem elektrischen Stromwert sein können, das durch den Aktuator 221 unter unterschiedlichen Lasten ausgegeben wird. Nachfolgend kann der geschätzte Lastwert W_e auf Basis des ersten Drehmomentwerts C_c(θ), des zweiten Drehmomentwerts C(θ), des Satzes von Korrekturparametern (α und β), des Leerlast-Drehmomentwerts G₀(θ) und des Höchstlast-Drehmomentwerts G_max(θ) erhalten werden. Nachdem der geschätzte Lastwert W_e erhalten wird, ist das Schwerkraftausgleichsmodul 5 dazu konfiguriert, den Ausgleichsdrehmomentwert auf Basis des geschätzten Lastwerts W_e und des zweiten Gelenkwinkels θ' zu erzeugen, wodurch der Roboterarm 2 in die Lage versetzt wird, unter der unbekannten Last angemessen zu arbeiten. Das in der Offenbarung beschriebene Verfahren kann implementiert werden, ohne einen Drehmomentsensor zum Messen des Drehmoments, das durch das Gelenk 21 ausgegeben wird, einzubauen.
• Bei der obigen Beschreibung wurden zum Zwecke der Erläuterung zahlreiche spezifische Details dargestellt, um ein gründliches Verständnis des Ausführungsbeispiels bzw. der Ausführungsbeispiele zu liefern. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist jedoch klar, dass ein oder mehrere andere Ausführungsbeispiele ohne einige dieser spezifischen Details praktiziert werden können. Es sollte außerdem klar sein, dass durch die gesamte Spezifikation hindurch Referenzen auf „ein Ausführungsbeispiel“, „ein Ausführungsbeispiel“ mit einer Angabe einer Ordinalzahl usw. bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder eine Charakteristik in der Praxis der Offenbarung enthalten sein kann. Es sollte ferner klar sein, dass bei der Beschreibung verschiedene Merkmale gelegentlich in einem einzelnen Ausführungsbeispiel, einer Figur oder einer Beschreibung derselben zum Zwecke der Verschlankung der Offenbarung und zum Fördern des Verständnisses unterschiedlicher erfindungsgemäßer Aspekte gruppiert sind und dass in der Praxis der Offenbarung ein oder mehrere Merkmale oder spezifische Details eines Ausführungsbeispiels mit einem oder mehreren Merkmalen oder spezifischen Details eines anderen Ausführungsbeispiels, wo es angemessen ist, zusammen praktiziert werden können.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 9533414 B2 [0004]

Claims (13)

1. Ein Verfahren für Lastschätzung und Schwerkraftausgleich auf einem Roboterarm (2), wobei das Verfahren durch ein Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem implementiert werden soll, wobei der Roboterarm (2) zumindest ein Gelenk (21) und ein Treibermodul (22) umfasst, das auf dem zumindest einen Gelenk (21) eingebaut ist, wobei das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem einen Signalprozessor (3), der mit dem Treibermodul (22) gekoppelt ist, ein Lastschätzungsmodul (4), das dem zumindest einen Gelenk (21) entspricht und das mit dem Signalprozessor (3) gekoppelt ist, und ein Schwerkraftausgleichsmodul (5) umfasst, das mit dem Lastschätzungsmodul (4) gekoppelt ist, wobei das Lastschätzungsmodul (4) eine Schwerkraftmodulkorrektureinheit (41), eine virtuelle Roboterarmeinheit (42) und eine Rechenkomponente (43) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: Betreiben des Treibermoduls (22) in einem Bedienungsmodus, um den Roboterarm (2) zu einer ersten Position zu bewegen, und Schalten des Treibermoduls (22) zu einem Ortssteuermodus, wobei der Roboterarm (2) in der ersten Position einer Stromlast ausgesetzt wird; Empfangen eines ersten Drehmomentsignals und eines ersten Gelenkwinkels, die durch das Treibermodul (22) ausgegeben werden, in dem Ortssteuermodus, wobei das erste Drehmomentsignal der Stromlast zugeordnet wird, wobei der erste Gelenkwinkel dem Gelenk (21) in der ersten Position zugeordnet wird; auf Empfang des ersten Drehmomentsignals hin, Umwandeln, durch den Signalprozessor (3), des ersten Drehmomentsignals in einen ersten Drehmomentwert; auf Empfang des ersten Drehmomentwerts hin, Erzeugen, durch die Schwerkraftmodulkorrektureinheit (41), eines Satzes von Korrekturparametern; auf Empfang des Satzes von Korrekturparametern und des ersten Gelenkwinkels hin, Erzeugen, durch die virtuelle Roboterarmeinheit (42), eines Leerlast-Drehmomentwerts und eines Höchstlast-Drehmomentwerts; Ändern der Last, der der Roboterarm (2) ausgesetzt ist, zu einer unbekannten Last; Empfangen eines zweiten Drehmomentsignals, das durch das Treibermodul (22) ausgegeben wird, wobei das zweite Drehmomentsignal der unbekannten Last zugeordnet wird; auf Empfang des zweiten Drehmomentsignals hin, Umwandeln, durch den Signalprozessor (3), des zweiten Drehmomentsignals in einen zweiten Drehmomentwert; Schätzen, durch die Rechenkomponente (43), eines geschätzten Lastwerts der unbekannten Last auf Basis des ersten Drehmomentwerts, des Leerlast-Drehmomentwerts, des Höchstlast-Drehmomentwerts und des zweiten Drehmomentwerts; Schalten des Treibermoduls (22) zu einem Drehmomentsteuermodus und Bewegen des Roboterarms (2) zu einer zweiten Position; Empfangen eines zweiten Gelenkwinkels, der durch das Treibermodul (22) ausgegeben wird, wobei der zweite Gelenkwinkel der zweiten Position zugeordnet wird; und Erzeugen, durch das Schwerkraftausgleichsmodul (5), eines Ausgleichsdrehmomentwerts auf Basis des geschätzten Lastwerts und des zweiten Gelenkwinkels und Ausgeben des Ausgleichsdrehmomentwerts an das Treibermodul (22).
2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Schätzens eines geschätzten Lastwerts ein Erhalten einer Lastdifferenz zwischen der unbekannten Last und der Stromlast und ein Schätzen des geschätzten Lastwerts umfasst, indem die Stromlast und die Lastdifferenz addiert werden.
3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Rechenkomponente (43) eine Drehmoment-Last-Umwandlungseinheit (431) und eine Lastberechnungseinheit (432) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Schätzens eines geschätzten Lastwerts folgende Teilschritte umfasst: Berechnen, durch die Drehmoment-Last-Umwandlungseinheit (431), der Lastdifferenz auf Basis des ersten Drehmomentwerts, des Leerlast-Drehmomentwerts, des Höchstlast-Drehmomentwerts und des zweiten Drehmomentwerts und Berechnen, durch die Lastberechnungseinheit (432), des geschätzten Lastwerts, indem die Stromlast und die Lastdifferenz addiert werden.
4. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilschritt des Berechnens der Lastdifferenz Folgendes umfasst: Einrichten einer Parametergleichung auf Basis einer Höchstlast, die auf den Roboterarm angewendet werden kann, des Leerlast-Drehmomentwerts und des Höchstlast-Drehmomentwerts und Anwenden jedes des ersten Drehmomentwerts und des zweiten Drehmomentwerts auf die Parametergleichung, um die Lastdifferenz zu erhalten.
5. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Roboterarm (2) zumindest zwei Verbindungsstangen umfasst, die miteinander durch das zumindest eine Gelenk (21) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens eines Ausgleichsdrehmomentwerts ein Berechnen des Ausgleichsdrehmomentwerts umfasst, das ferner auf einer Achsenrichtung einer Abtriebswelle des zumindest einen Gelenks (21), eines Gewichts jeder der Verbindungsstangen und einer Position eines Schwerpunkts jeder der Verbindungsstangen basiert.
6. Das Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtung einer Kraft von jeder der Stromlast und der unbekannten Last die Achsenrichtung der Abtriebswelle des zumindest einen Gelenks (21) nicht kreuzt und nicht parallel zu derselben ist.
7. Das Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem der Roboterarm (2) eine Mehrzahl von Gelenken (21) und eine Mehrzahl von Verbindungsstangen umfasst, die miteinander durch die Gelenke (21) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens eines Ausgleichsdrehmomentwerts ein Berechnen des Ausgleichsdrehmomentwerts umfasst, das ferner auf einer Anzahl der Gelenke (21), einer Achsenrichtung einer Abtriebswelle jedes der Gelenke (21) und des zweiten Gelenkwinkels jedes der Gelenke basiert.
8. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Treibermodul (22) einen Aktuator (221), eine mechanische Komponente (222), die mit dem Aktuator (221) verbunden ist, und einen Codierer (223) umfasst, der mit der mechanischen Komponente (222) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass: in dem Bedienungsmodus der Aktuator (221) ein Steuersignal an die mechanische Komponente (222) ausgibt, um den Roboterarm (2) zu der ersten Position zu bewegen; bei dem Schritt des Empfangens eines ersten Drehmomentsignals und eines ersten Gelenkwinkels das erste Drehmomentsignal durch den Aktuator (221) ausgegeben wird und der erste Gelenkwinkel durch den Codierer (223) ausgegeben wird; bei dem Schritt des Empfangens eines zweiten Drehmomentsignals das zweite Drehmomentsignal durch den Aktuator (221) ausgegeben wird und bei dem Schritt des Empfangens eines zweiten Gelenkwinkels der zweite Gelenkwinkel durch den Codierer (223) ausgegeben wird.
9. Das Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass: jedes des ersten Drehmomentsignals und des zweiten Drehmomentsignals, die durch den Aktuator (221) ausgegeben werden, ein Stromsignal ist, das einen elektrischen Stromwert umfasst; der Schritt des Umwandeins des ersten Drehmomentsignals in einen ersten Drehmomentwert ein Berechnen, durch den Signalprozessor (3), des ersten Drehmomentwerts auf Basis des elektrischen Stromwerts des ersten Drehmomentsignals und eines Drehmomentparameters umfasst, der dem Aktuator (221) zugeordnet ist; und der Schritt des Umwandelns des zweiten Drehmomentsignals in einen zweiten Drehmomentwert ein Berechnen, durch den Signalprozessor (3), des zweiten Drehmomentwerts auf Basis des elektrischen Stromwerts des zweiten Drehmomentsignals und des Drehmomentparameters umfasst.
10. Ein Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem zur Verwendung mit einem Roboterarm (2), wobei der Roboterarm (2) zumindest ein Gelenk (21) und ein Treibermodul (22) umfasst, das auf dem zumindest einen Gelenk (21) eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem folgende Merkmale aufweist: einen Signalprozessor (3), der mit dem Treibermodul (22) gekoppelt werden soll, um ein erstes Drehmomentsignal und einen ersten Gelenkwinkel von demselben zu empfangen, wenn der Roboterarm (2) einer Stromlast ausgesetzt ist, und um das erste Drehmomentsignal in einen ersten Drehmomentwert umzuwandeln, wobei der Signalprozessor (3) ferner ein zweites Drehmomentsignal und einen zweiten Gelenkwinkel von dem Treibermodul (22) empfängt, wenn der Roboterarm (2) einer unbekannten Last ausgesetzt ist, und das zweite Drehmomentsignal in einen zweiten Drehmomentwert umwandelt; ein Lastschätzungsmodul (4), das dem zumindest einen Gelenk (21) entspricht, das mit dem Signalprozessor (3) gekoppelt ist, um den ersten und den zweiten Drehmomentwert von demselben zu empfangen, und das programmiert ist zum: Erzeugen eines Satzes von Korrekturparametern auf Basis des ersten Drehmomentwerts, Erzeugen eines Leerlast-Drehmomentwerts und eines Höchstlast-Drehmomentwerts auf Basis des Satzes von Korrekturparametern und des ersten Gelenkwinkels und Schätzen eines geschätzten Lastwerts der unbekannten Last auf Basis des ersten Drehmomentwerts, des Leerlast-Drehmomentwerts, des Höchstlast-Drehmomentwerts und des zweiten Drehmomentwerts und ein Schwerkraftausgleichsmodul (5), das mit dem Lastschätzungsmodul (4) gekoppelt ist, um einen Ausgleichsdrehmomentwert auf Basis des geschätzten Lastwerts und des zweiten Gelenkwinkels zu erzeugen und den Ausgleichsdrehmomentwert an das Treibermodul (22) auszugeben.
11. Das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastschätzungsmodul (4) dazu programmiert ist, eine Lastdifferenz zwischen der unbekannten Last und der Stromlast zu erhalten und zum Schätzen des geschätzten Lastwerts, indem die Stromlast und die Lastdifferenz addiert werden.
12. Das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastschätzungsmodul (4) folgende Merkmale aufweist: eine Drehmoment-Last-Umwandlungseinheit (431), die dazu programmiert ist, die Lastdifferenz auf Basis des ersten Drehmomentwerts, des Leerlast-Drehmomentwerts, des Höchstlast-Drehmomentwerts und des zweiten Drehmomentwerts zu berechnen; und eine Lastberechnungseinheit (432), die dazu programmiert ist, den geschätzten Lastwert zu berechnen, indem die Stromlast und die Lastdifferenz addiert werden.
13. Das Lastschätzungs- und Schwerkraftausgleichssystem gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen der Lastdifferenz Folgendes seitens der Drehmoment-Last-Umwandlungseinheit (431) umfasst: Einrichten einer Parametergleichung auf Basis einer Höchstlast, die auf den Roboterarm angewendet werden kann, des Leerlast-Drehmomentwerts und des Höchstlast-Drehmomentwerts und Anwenden jedes des ersten Drehmomentwerts und des zweiten Drehmomentwerts auf die Parametergleichung, um die Lastdifferenz zu erhalten.

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