DE102023117895A1 - Method for controlling a robot device - Google Patents

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DE102023117895A1
DE102023117895A1 DE102023117895.4A DE102023117895A DE102023117895A1 DE 102023117895 A1 DE102023117895 A1 DE 102023117895A1 DE 102023117895 A DE102023117895 A DE 102023117895A DE 102023117895 A1 DE102023117895 A1 DE 102023117895A1
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Inventor
Kathrin HOFFMANN
Christian TRAPP
Alexander Hildebrandt
Oliver Sawodny
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Robotervorrichtung, insbesondere eines Industrieroboters, mit zwei oder mehr durch je einen fluidischen Antrieb aktuierten Gelenken, wobei jeder Antrieb zwei Druckkammern mit Ventilen, bzw. Ventileinrichtungen, zum Befüllen und Entleeren der Druckkammern aufweist, wobei das Verfahren ein Einstellen eines Soll-Fluid-Massestroms an mindestens einem der Ventile unter Berücksichtigung eines Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektors und einer Gelenk-Kopplungsmatrix, derart umfasst, dass die Gelenke durch die Antriebe unter Berücksichtigung vorgegebener Gelenk-Soll-Werte so aktuiert werden, dass die Robotervorrichtung eine vorgegebene Trajektorie abfährt. Es wird weiterhin eine Vorrichtung zur Steuerung einer Robotervorrichtung und ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt.The invention relates to a method for controlling a robot device, in particular an industrial robot, with two or more joints each actuated by a fluidic drive, each drive having two pressure chambers with valves or valve devices for filling and emptying the pressure chambers, the method comprising setting a target fluid mass flow on at least one of the valves, taking into account a non-linearity compensation vector and a joint coupling matrix, such that the joints are actuated by the drives, taking into account predetermined joint target values, such that the robot device follows a predetermined trajectory. A device for controlling a robot device and a computer program product are also provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Robotervorrichtung, sowie eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt.The invention relates to a method for controlling a robot device, as well as a device and a computer program product.

Roboter mit fluidischen Antrieben sind beispielsweise aus der DE 10 2018 200 413 bekannt. Der fluidische Antrieb sieht dabei vor, dass jedes Gelenk des Roboters durch einen Antrieb bewegt wird, der zwei Druckkammern aufweist, in die das Antriebsfluid als Massenstrom über gesteuerte Ventile eingebracht werden kann, bzw. daraus abgelassen werden kann. Über die Druckänderung in einer oder beider Druckkammern ergibt sich eine Druckdifferenz. Aus dieser Druckdifferenz resultiert dann eine Antriebskraft bzw. ein Drehmoment, die bzw. das auf ein Antriebsglied aufgebracht wird, wodurch sich das Gelenk bewegt. Das Antriebsfluid kann hierbei ein Gas, ein Gasgemisch, eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgemisch sein. Beispielsweise kann Luft oder Öl eingesetzt werden.Robots with fluid drives are, for example, from the EN 10 2018 200 413 The fluidic drive provides that each joint of the robot is moved by a drive that has two pressure chambers into which the drive fluid can be introduced as a mass flow via controlled valves or can be drained from. The pressure change in one or both pressure chambers results in a pressure difference. This pressure difference then results in a drive force or torque that is applied to a drive element, causing the joint to move. The drive fluid can be a gas, a gas mixture, a liquid or a liquid mixture. For example, air or oil can be used.

Die Verwendung von Pneumatik zur Positionsverlagerung von Elementen des Arms eines Industrieroboters ist aus J.E. Bobrow and B.W. McDonell, „Modelling, Identification, and Control of a Pneumatically Actuated, Force Controllable Robot“ bekannt. Ein Schwenkantrieb, der geeignet ist, die Position von Elementen des Arms eines Industrieroboters zu verlagern, ist beispielsweise in der DE 195 10 11 488 C2 gezeigt. Dessen Anwendung bei einem Industrieroboter geht beispielsweise aus der DE 10 2017 202 369 B3 hervor.The use of pneumatics to shift the position of elements of the arm of an industrial robot is known from JE Bobrow and BW McDonell, “Modelling, Identification, and Control of a Pneumatically Actuated, Force Controllable Robot”. A swivel drive suitable for shifting the position of elements of the arm of an industrial robot is described, for example, in the DE 195 10 11 488 C2 Its application in an industrial robot is shown, for example, in the EN 10 2017 202 369 B3 out.

Derartige Roboter können stark nichtlineares Verhalten aufweisen und sie werden daher bisher in einem zweistufigen Verfahren geregelt.Such robots can exhibit highly nonlinear behavior and are therefore currently controlled in a two-stage process.

Dieses ist beispielsweise in Hoffmann, K., et. al. „On trajectory tracking control of fluid-driven actuators“ beschrieben. In einem ersten Schritt wird aus einer Soll-Bahn, auf der sich ein Roboterarm, bzw. das Gelenk, bewegen soll ein Soll-Drehmoment berechnet. Daraus wird in einem zweiten Schritt der erforderliche Soll-Massenstrom des Fluids für die Antriebe bestimmt. Dieser Massenstrom wird anschließend durch Ventile eingestellt.This is described, for example, in Hoffmann, K., et. al. “On trajectory tracking control of fluid-driven actuators”. In a first step, a target torque is calculated from a target path on which a robot arm or the joint is to move. In a second step, the required target mass flow of the fluid for the drives is determined from this. This mass flow is then adjusted using valves.

Diese Berechnungsart in zwei Schritten besitzt eine limitierte Bandbreite aufgrund der kaskadierten Reglerstruktur, denn dabei wird zunächst als Zwischenschritt das Soll-Drehmoment berechnet, das dann von einem Aktor, manchmal auch Aktuator genannt, mittels eines unterlagerten Drehmomentenreglers gestellt wird. Die fluidischen Aktoren benötigen jedoch aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften Berechnungsarten mit höherer Bandbreite. In den Robotern mit fluidischen Antrieben treten signifikante Reibmomente auf. Die Kombination aus Reibung und der limitierten Bandbreite der Berechnungsart in zwei Schritten beeinträchtigt die Bahngenauigkeit.This two-step calculation method has a limited bandwidth due to the cascaded controller structure, because the target torque is calculated first as an intermediate step, which is then set by an actuator, sometimes also called an actuator, using a subordinate torque controller. However, due to their physical properties, fluidic actuators require calculation methods with a higher bandwidth. Significant friction torques occur in robots with fluidic drives. The combination of friction and the limited bandwidth of the two-step calculation method impairs the path accuracy.

Störmomente, wie Reibmomente, wirken physikalisch auf Beschleunigungsebene. In den bekannten Lösungen wird keine Rückführung von gemessenen Momenten oder Beschleunigungen eingesetzt. Dementsprechend können Störmomente nicht direkt ausgeregelt werden, sondern nur indirekt durch den resultierenden Positionsfehler.Disturbance torques, such as friction torques, act physically at the acceleration level. In the known solutions, no feedback of measured torques or accelerations is used. Accordingly, disturbance torques cannot be corrected directly, but only indirectly through the resulting position error.

Aufgabe der Erfindung ist es daher die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und die Verbesserung der Bahngenauigkeit. Die Erfindung stellt somit eine Weiterentwicklung des Standes der Technik dar.The object of the invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to improve the path accuracy. The invention therefore represents a further development of the prior art.

Es wird ein Verfahren zum Steuern einer Robotervorrichtung, sowie eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt.A method for controlling a robotic device, as well as a device and a computer program product are provided.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen.The object of the invention is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous further developments can be found in the dependent claims.

Gelöst wird diese Aufgabe in einer ersten Ausführungsform insbesondere durch Verwendung eines Verfahren zum Steuern einer Robotervorrichtung, insbesondere eines Industrieroboters, mit zwei oder mehr durch je einen fluidischen Antrieb aktuierten Gelenken, wobei jeder Antrieb zwei Druckkammern mit Ventilen, bzw. Ventileinrichtungen, zum Befüllen und Entleeren der Druckkammern aufweist, wobei das Verfahren ein Einstellen eines Soll-Fluid-Massestroms an mindestens einem der Ventile unter Berücksichtigung eines Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektors und einer Gelenkkopplungs-Ausgleichsmatrix, derart umfasst, dass die Gelenke durch die Antriebe unter Berücksichtigung vorgegebener Gelenk-Soll-Werte so aktuiert werden, dass die Robotervorrichtung eine vorgegebene Trajektorie abfährt.This object is achieved in a first embodiment in particular by using a method for controlling a robot device, in particular an industrial robot, with two or more joints each actuated by a fluidic drive, wherein each drive has two pressure chambers with valves or valve devices for filling and emptying the pressure chambers, wherein the method comprises setting a target fluid mass flow at at least one of the valves, taking into account a non-linearity compensation vector and a joint coupling compensation matrix, such that the joints are actuated by the drives, taking into account predetermined joint target values, such that the robot device follows a predetermined trajectory.

Dabei werden durch die gesamtheitliche Berechnung für Mechanik und Aktorendynamik aus einer vorgegebenen Trajektorie direkt ein oder mehrere Soll-Fluid-Masseströme berechnet, ohne in einem Zwischenschritt Soll-Drehmomente zu berechnen. Dadurch, dass das verkoppelte, mechanische und fluidische Modell des Roboters gemeinsam dem modellbasierten Regelungsentwurf zugrunde gelegt werden, ergeben sich strukturelle Vorteile.The holistic calculation for mechanics and actuator dynamics is used to calculate one or more target fluid mass flows directly from a given trajectory, without calculating target torques in an intermediate step. The fact that the coupled mechanical and fluidic model of the robot are used together as the basis for the model-based control design results in structural advantages.

Die einzustellenden Soll-Fluid-Masseströme werden in diesem Dokument auch Stellsignale genannt, da die Soll-Fluid-Masseströme als Signal an die Ventile übermittelt werden, so dass diese den entsprechenden Soll-Fluid-Massestrom einstellen.The target fluid mass flows to be set are also called control signals in this document, since the target fluid mass flows are transmitted as a signal to the valves so that they set the corresponding target fluid mass flow.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfassen die Gelenk-Soll-Werte für ein oder mehrere Gelenke mindestens je eines aus einem Soll-Winkel, einer Soll-Winkelgeschwindigkeit, einer Soll-Winkelbeschleunigung, einem Soll-Winkelruck, einem Soll-Mitteldruck und/oder einer ersten Ableitung des Soll-Mitteldruckes nach der Zeit.According to an advantageous development, the joint target values for one or more joints comprise at least one each of a target angle, a target angular velocity, a target angular acceleration, a target angular jerk, a target mean pressure and/or a first derivative of the target mean pressure with respect to time.

Dadurch wird eine erhöhte Flexibilität erreicht, da eine Vielzahl von möglichen Vorgaben verwendet werden kann, um Soll-Fluid-Masseströme zu ermitteln.This provides increased flexibility, as a variety of possible specifications can be used to determine target fluid mass flows.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Einstellen des Soll-Fluid-Massestroms für jedes Ventil ein Vorsteuern und ein Regeln.According to a further advantageous development, the setting of the target fluid mass flow for each valve comprises a pilot control and a control.

Dadurch, dass das Einstellen ein Vorsteuern und ein Regeln umfasst, kann die Vorsteuerung zu einem besseren Folgeverhalten, d.h. dem Abfahren der vorgegebenen Trajektorie, führen, und die Rückführung weist ein besseres Störverhalten, d.h. Folgeverhalten bei Modellfehlern oder sonstigen Störungen, auf.Because the adjustment includes feedforward control and control, the feedforward control can lead to better follow-up behavior, i.e. following the specified trajectory, and the feedback has better disturbance behavior, i.e. follow-up behavior in the event of model errors or other disturbances.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird hierbei das Vorsteuern auf Grundlage von Soll-Winkelrücken und das Regeln auf Grundlage von Ist-Soll-Differenzen von Winkeln, Winkelgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen der Gelenke durchgeführt.According to a further advantageous development, the feedforward control is carried out on the basis of target angles and the control is carried out on the basis of actual-target differences of angles, angular velocities and angular accelerations of the joints.

Damit kann das Regeln linear, d.h. wie für ein lineares System, entworfen werden, obwohl sich das System als gesamtes betrachtet nicht-linear verhält.This allows the control to be designed linearly, i.e. as for a linear system, even though the system as a whole behaves non-linearly.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Verfahren weiterhin ein Erfassen von Ist-Kammerdrücken in den Druckkammern des Gelenks und ein Ermitteln eines Ist-Mitteldruckes durch Mittelwertbildung der erfassten Ist-Kammerdrücke des Gelenks. Falls der Soll-Mitteldruck des Gelenks nicht vorliegt, ist auch ein Ermitteln des Soll-Mitteldrucks aus der ersten Ableitung des Soll-Mitteldrucks des Gelenks umfasst. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Ermitteln eines Differenz-Mitteldrucks als Differenz zwischen dem Ist-Mitteldruck und dem Soll-Mitteldruck des Gelenks. Dabei wird das Vorsteuern auf Grundlage der ersten Ableitungen der Soll-Mitteldrücke der Gelenke durchgeführt, und das Regeln wird auf Grundlage der Differenz-Mitteldrücke der Gelenke durchgeführt.According to a further advantageous development, the method further comprises recording actual chamber pressures in the pressure chambers of the joint and determining an actual mean pressure by averaging the recorded actual chamber pressures of the joint. If the target mean pressure of the joint is not available, determining the target mean pressure from the first derivative of the target mean pressure of the joint is also included. The method further comprises determining a differential mean pressure as the difference between the actual mean pressure and the target mean pressure of the joint. The pilot control is carried out on the basis of the first derivatives of the target mean pressures of the joints, and the control is carried out on the basis of the differential mean pressures of the joints.

Die zusätzliche Betrachtung der Mitteldrücke bietet eine weitere Verbesserung.The additional consideration of mean pressures offers a further improvement.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Vorsteuern weiterhin eine Reibungskompensation.According to a further advantageous development, the pre-control also includes friction compensation.

Durch das Berücksichtigen der Reibung in Form einer Reibungskompensation wird die Genauigkeit des Abfahrens der vorgegebenen Trajektorie noch verbessert.By taking friction into account in the form of friction compensation, the accuracy of following the given trajectory is further improved.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektor in Abhängigkeit der Winkel und Winkelgeschwindigkeiten sowie der Kammerdrücke der Gelenke gebildet.According to a further advantageous development, the non-linearity compensation vector is formed as a function of the angles and angular velocities as well as the chamber pressures of the joints.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung berücksichtigt der Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektor Coriolis- und Zentrifugalkräfte, Gravitationsmomente, Reibungsmomente sowie Antriebsmomente und Kompressionseffekte.According to a further advantageous development, the nonlinearity compensation vector takes into account Coriolis and centrifugal forces, gravitational moments, friction moments as well as drive moments and compression effects.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektor a beschrieben durch a = [ d d t ( M 1 ) M q ¨ + M 1 ( C ˙ q ˙ C q ¨ g ˙ τ ˙ f + τ ˙ p , V ˙ ) p ˙ m , V ˙ ]

Figure DE102023117895A1_0001
wobei

q
der Vektor der Winkel der Gelenke,
M(q)
die Massenmatrix,
C(q, q̇)q̇
der Vektor der Coriolis- und Zentrifugalkräfte,
g(q)
der Vektor der Gravitationsmomente,
τf-
der Vektor der Reibungsmomente,
τ̇p,V̇
der Vektor der Momentenänderungen durch Kompression und/oder Expansion,
und
ṗm,V̇
die Änderungen der Ist-Mitteldrücke der Gelenke aufgrund von Kompression bzw. Expansion darstellen.
According to a further advantageous development, the nonlinearity compensation vector a is described by a = [ d d t ( M 1 ) M q ¨ + M 1 ( C ˙ q ˙ C q ¨ G ˙ τ ˙ e + τ ˙ p , V ˙ ) p ˙ m , V ˙ ]
Figure DE102023117895A1_0001
where
q
the vector of the angles of the joints,
M(q)
the mass matrix,
C(q, q̇)q̇
the vector of Coriolis and centrifugal forces,
g(q)
the vector of gravitational moments,
τf-
the vector of friction moments,
τ̇p,V̇
the vector of moment changes due to compression and/or expansion,
and
ṗm,V̇
represent the changes in the actual mean pressures of the joints due to compression or expansion.

Indem der Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektor gemäß einer der vorstehenden Art und Weise gebildet wird, wurden die besten Ergebnisse in der Genauigkeit erzielt.By forming the nonlinearity compensation vector according to one of the above ways, the best results in accuracy were achieved.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung berücksichtigt die Gelenkkopplungs-Ausgleichsmatrix einen Polytropenexponent, eine spezifische Gaskonstante und die Temperatur des Antriebsfluids der Gelenke, und Blockdiagonalmatrizen der Antriebsgeometrie. According to a further advantageous development, the joint coupling compensation matrix takes into account a polytropic exponent, a specific gas constant and the temperature of the drive fluid of the joints, and block diagonal matrices of the drive geometry.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Gelenkkopplungs-Ausgleichsmatrix κ-1 gebildet als das Inverse einer Gelenk-Kopplungsmatrix, die wird beschrieben durch κ = [ η R T   M 1 Λ 1 η R T 2 Λ 2 ] ,

Figure DE102023117895A1_0002
wobei

M(q)
die Massenmatrix,
η
der Polytropenexponent des Antriebsfluids der Gelenke,
R
die spezifische Gaskonstante des Antriebsfluids der Gelenke,
T
die Temperatur des Antriebsfluids der Gelenke,
und
Λ1, Λ2
Blockdiagonalmatrizen der Antriebsgeometrie darstellen.
According to a further advantageous development, the joint coupling compensation matrix κ -1 is formed as the inverse of a joint coupling matrix, which is described by κ = [ η R T M 1 Λ 1 η R T 2 Λ 2 ] ,
Figure DE102023117895A1_0002
where
M(q)
the mass matrix,
η
the polytropic exponent of the drive fluid of the joints,
R
the specific gas constant of the drive fluid of the joints,
T
the temperature of the drive fluid of the joints,
and
Λ1, Λ2
Represent block diagonal matrices of the drive geometry.

Indem die Gelenkkopplungs-Ausgleichsmatrix gemäß einer der vorstehenden Art und Weise gebildet wird, wurden die besten Ergebnisse in der Genauigkeit erzielt.By forming the joint coupling compensation matrix according to one of the above manners, the best results in accuracy were achieved.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden die Soll-Fluid-Masseströme u an den Ventilen eingestellt durch u ( x ) = κ 1 ( x )   ( ν a ( x ) ) ,

Figure DE102023117895A1_0003
wobei

κ
die Gelenk-Kopplungsmatrix ist,
a
der Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektor ist,
und
v
Soll-Werte und Ist-Werte der Robotervorrichtung umfasst.
According to a further advantageous development, the target fluid mass flows u at the valves are set by u ( x ) = κ 1 ( x ) ( ν a ( x ) ) ,
Figure DE102023117895A1_0003
where
κ
is the joint coupling matrix,
a
is the nonlinearity compensation vector,
and
v
Includes target values and actual values of the robot device.

Durch Inversion der Gelenk-Kopplungsmatrix für die gekoppelte Mechanik und Fluidik werden aus der gewünschten Soll-Bahn die erforderlichen Stellsignale, d.h. die Soll-Fluid-Masseströme, für die Aktoren bestimmt.By inverting the joint coupling matrix for the coupled mechanics and fluidics, the required control signals, i.e. the target fluid mass flows, for the actuators are determined from the desired target path.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Steuerung einer Robotervorrichtung, insbesondere eines Industrieroboters, bereitgestellt, mit zwei oder mehr durch je einen fluidischen Antrieb aktuierten Gelenken, wobei jeder Antrieb zwei Druckkammern mit Ventilen zum Befüllen und Entleeren der Druckkammern aufweist, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Schritte eines zuvor beschriebenen Verfahrens durchzuführen.According to a further embodiment, a device is provided for controlling a robot device, in particular an industrial robot, with two or more joints each actuated by a fluidic drive, wherein each drive has two pressure chambers with valves for filling and emptying the pressure chambers, wherein the device is designed to carry out the steps of a previously described method.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Computerprogramm-Produkt mit einem Programm für eine Robotersteuerung bereitgestellt, das Computerprogramm-Produkt umfassend Softwarecode-Abschnitte, zum Ausführen der Schritte gemäß einem zuvor beschriebenen Verfahren, wenn das Programm auf der Robotersteuerung ausgeführt wird. According to a further embodiment, a computer program product is provided with a program for a robot controller, the computer program product comprising software code sections for carrying out the steps according to a previously described method when the program is executed on the robot controller.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Computerprogramm-Produkt ein computerlesbares Medium, auf dem die Softwarecode-Abschnitte gespeichert sind, wobei das Programm direkt in einen internen Speicher der Robotersteuerung ladbar ist.According to a further advantageous development, the computer program product comprises a computer-readable medium on which the software code sections are stored, wherein the program can be loaded directly into an internal memory of the robot controller.

Die vorteilhaften Weiterbildungen werden im weiteren Verlauf der Beschreibung erläutert.The advantageous further developments are explained in the further course of the description.

Die Ausführungsformen und Weiterbildungen zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Varianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind. Insbesondere können die Merkmale der Vorrichtung auch in einem Verfahren umgesetzt werden und umgekehrt.The embodiments and developments show possible variants, whereby the invention is not limited to the specifically illustrated variants, but rather combinations of the individual variants with one another are also possible. In particular, the features of the device can also be implemented in a method and vice versa.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

  • 1 beispielhaft ein Gelenk einer Robotervorrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik, und
  • 2 ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Steuern einer Robotervorrichtung 10.
For a better understanding of the invention, it is explained in more detail using the following figures. They each show in a highly simplified, schematic representation:
  • 1 by way of example, a joint of a robot device 10 according to the prior art, and
  • 2 a flow chart of the method for controlling a robot device 10.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.To begin with, it should be noted that in the different embodiments described, identical parts are provided with identical reference symbols or identical component designations, whereby the disclosures contained in the entire description can be transferred analogously to identical parts with identical reference symbols or identical component designations. The position information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc., also refers to the figure directly described and shown, and these position information must be transferred analogously to the new position if the position changes.

In 1 ist ein beispielhaftes Gelenk einer Robotervorrichtung 10 zu sehen, bei der es sich insbesondere um einen Industrieroboter handelt. Die Robotervorrichtung 10 umfasst ein erstes Roboterglied 1, ein zweites Roboterglied 2 und eine fluidische Antriebseinrichtung zum Antrieb des zweiten Roboterglieds 2 relativ zum ersten Roboterglied 1. Für die Robotervorrichtung 10 kann eine separate Steuervorrichtung 9 vorgesehen sein, diese kann jedoch auch integriert sein. Die Steuervorrichtung 9 ist ausgebildet, unter Ansteuerung der fluidischen Antriebseinrichtung eine Regelung einer Stellung und/oder Bewegung der Robotervorrichtung 10, insbesondere des zweiten Roboterglieds 2, bereitzustellen. Die fluidische Antriebseinrichtung umfasst einen Antriebskörper 4 und ein relativ zum Antriebskörper 4 antreibbares Antriebsglied 5, das um eine Drehachse 23 relativ zum Antriebskörper 4 drehbar ist. Der Antriebskörper 4 verfügt über einen Hohlraum, der von dem Antriebsglied 5 in die zwei Druckkammern 6, 7 unterteilt wird. Abgebildet ist ein kreisförmiger Hohlraum, alternative Ausgestaltungen existieren ebenfalls. Die Druckkammern 6, 7 können durch eine Trennwand 8 voneinander getrennt sein. Die fluidische Antriebseinrichtung verfügt weiterhin über zwei Ventileinrichtungen, bzw. Ventile, 16, 17, wobei die Ventile 16, 17 für die beiden Druckkammern 6, 7 unabhängig voneinander aktuiert werden können. Jeweils eine Ventileinrichtung 16 bzw. 17 ist einer Druckkammer 6 bzw. 7 zugeordnet.In 1 an exemplary joint of a robot device 10 can be seen, which is in particular an industrial robot. The robot device 10 comprises a first robot member 1, a second robot member 2 and a fluidic drive device for driving the second robot member 2 relative to the first robot member 1. A separate control device 9 can be provided for the robot device 10, but this can also be integrated. The control device 9 is designed to provide control of a position and/or movement of the robot device 10, in particular of the second robot member 2, under control of the fluidic drive device. The fluidic drive device comprises a drive body 4 and a drive member 5 that can be driven relative to the drive body 4 and that can rotate about an axis of rotation 23 relative to the drive body 4. The drive body 4 has a cavity that is divided by the drive member 5 into the two pressure chambers 6, 7. A circular cavity is shown, alternative designs also exist. The pressure chambers 6, 7 can be separated from each other by a partition wall 8. The fluidic drive device also has two valve devices, or valves, 16, 17, whereby the valves 16, 17 for the two pressure chambers 6, 7 can be actuated independently of one another. One valve device 16 or 17 is assigned to one pressure chamber 6 or 7.

Um das Gelenk zu bewegen, wird aus einer Druckfluidquelle 14 über die Versorgungsleitung 15 und die Zuführleitungen 11, 12 das Antriebsfluid zu den Ventileinrichtungen 16, 17 und dann weiter in die Druckkammern 6, 7 transportiert bzw. daraus abgelassen. Zusätzlich kann eine Drucksensoreinrichtung 19 vorgesehen sein, die den Druck, insbesondere den Absolutdruck oder Relativdruck, jeder der Druckkammern 6, 7 erfassen kann. Dies kann beispielsweise durch zwei Drucksensorelemente 21, 22 umgesetzt sein, die als Absolutdrucksensorelemente oder Relativdrucksensorelemente ausgebildet sein können. Jeweils ein Drucksensorelement 21 bzw. 22 ist einer Druckkammer 6 bzw. 7 zugeordnet. Die Drucksensorelemente 21, 22 können dabei, wie gezeigt, außerhalb der Druckkammern 6, 7 vorgesehen sein oder, alternativ oder zusätzlich zur gezeigten Ausgestaltung, innerhalb der Druckkammern 6, 7 angeordnet sein.In order to move the joint, the drive fluid is transported from a pressure fluid source 14 via the supply line 15 and the feed lines 11, 12 to the valve devices 16, 17 and then further into the pressure chambers 6, 7 or is discharged from them. In addition, a pressure sensor device 19 can be provided which can detect the pressure, in particular the absolute pressure or relative pressure, of each of the pressure chambers 6, 7. This can be implemented, for example, by two pressure sensor elements 21, 22, which can be designed as absolute pressure sensor elements or relative pressure sensor elements. One pressure sensor element 21 or 22 is assigned to each pressure chamber 6 or 7. The pressure sensor elements 21, 22 can, as shown, be provided outside the pressure chambers 6, 7 or, alternatively or in addition to the design shown, can be arranged inside the pressure chambers 6, 7.

Zur Erfassung des Drehwinkels und/oder der Drehbewegung des zweiten Roboterglieds 2 gegenüber dem ersten Roboterglied 1 kann ein Drehgeber 24 vorgesehen sein. Damit kann die tatsächliche Position der Roboterglieder 1, 2 erfasst werden und ein entsprechendes Regelungssignal zurückgeführt werden. Der Drehgeber 24 ist beispielsweise als Encoder ausgebildet und zweckmäßigerweise im Gelenk integriert.A rotary encoder 24 can be provided to detect the angle of rotation and/or the rotary movement of the second robot link 2 relative to the first robot link 1. This allows the actual position of the robot links 1, 2 to be detected and a corresponding control signal to be fed back. The rotary encoder 24 is designed as an encoder, for example, and is expediently integrated in the joint.

2 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens 100, wobei der Schritt des Einstellens 110 eines Soll-Fluid-Massestroms ein Vorsteuern 120 und ein Regeln 130 umfassen kann. 2 shows a flow chart of the method 100, wherein the step of setting 110 a target fluid mass flow can include a feedforward control 120 and a control 130.

Das Einstellen 110 eines Soll-Fluid-Massestroms an mindestens einer der Ventileinrichtungen 16, 17 wird dann unter Berücksichtigung eines Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektors und einer Gelenkkopplungs-Ausgleichsmatrix, derart ausgeführt, dass die Gelenke durch die Antriebe unter Berücksichtigung vorgegebener Gelenk-Soll-Werte so aktuiert werden, dass die Robotervorrichtung 10 eine vorgegebene Trajektorie abfährt.The setting 110 of a target fluid mass flow at at least one of the valve devices 16, 17 is then carried out taking into account a non-linearity compensation vector and a joint coupling compensation matrix, such that the joints are actuated by the drives taking into account predetermined joint target values such that the robot device 10 follows a predetermined trajectory.

Detaillierte Ausführungen sind im Folgenden zu finden, wobei die einzelnen Optionen hier nur in der jeweils besten Ausführungsform diskutiert werden.Detailed explanations can be found below, whereby the individual options are discussed here only in their best form.

Die Bewegungsgleichungen eines Roboters werden durch die Gleichung A beschrieben. Im vorliegenden Text wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit beispielhaft eine Robotervorrichtung mit 6 Gelenken, bzw. Schwenkantrieben, betrachtet. M ( q ) q ¨ + C ( q . q ˙ ) q ˙ + g ( q ) = τ ( p ) τ f .

Figure DE102023117895A1_0004
wobei

q ∈ ℝn mit n = 6
der Vektor der Gelenkwinkel,
M(q)
die Massenmatrix,
C(q, q)q
der Vektor der Coriolis- und Zentrifugalkräfte,
g(q)
der Vektor der Gravitationsmomente,
τf
der Vektor der Reibungsmomente,
τ(p)
der Vektor der Antriebsmomente ist.
The equations of motion of a robot are described by equation A. In this text, without loss of generality, a robot device with 6 joints or swivel drives is considered as an example. M ( q ) q ¨ + C ( q . q ˙ ) q ˙ + G ( q ) = τ ( p ) τ e .
Figure DE102023117895A1_0004
where
q ∈ ℝn with n = 6
the vector of the joint angles,
M(q)
the mass matrix,
C(q, q)q
the vector of Coriolis and centrifugal forces,
g(q)
the vector of gravitational moments,
τf
the vector of friction moments,
τ(p)
is the vector of the driving torques.

Die Antriebsmomente werden dabei durch Druckdifferenzen zwischen den Druckkammern 6, 7 bewirkt.The drive torques are caused by pressure differences between the pressure chambers 6, 7.

Jeder der sechs Schwenkantriebe mit Index i umfasst also zwei Druckkammern 6,7, die durch das Antriebsglied 5 mit einer Fläche Ai und einem effektiven Radius rm,i getrennt sind. Eine Druckdifferenz zwischen den Kammern des Antriebs i erzeugt das Antriebsmoment gemäß Formel B. τ i ( p i ,1 , p i ,2 ) = A i r m , i ( p i ,1 p i ,2 ) .

Figure DE102023117895A1_0005
Each of the six rotary actuators with index i therefore comprises two pressure chambers 6,7, which are separated by the drive element 5 with an area A i and an effective radius r m,i . A pressure difference between the chambers of the drive i generates the drive torque according to formula B. τ i ( p i ,1 , p i ,2 ) = A i r m , i ( p i ,1 p i ,2 ) .
Figure DE102023117895A1_0005

Für das pneumatische Subsystem wird für jede Kammer j ∈ {1, 2} des Antriebs i von der folgenden Druckdifferentialgleichung C ausgegangen. p ˙ i , j = η V i , j ( q i ) ( R T m ˙ i , j V ˙ i , j ( q ˙ i ) p i , j )

Figure DE102023117895A1_0006
wobei

Vi,j(qi)
das Kammervolumen der Druckkammern 6, 7,
η
der Polytropenexponent des Antriebsfluids der Gelenke,
R
die spezifische Gaskonstante des Antriebsfluids der Gelenke, und
T
die Temperatur des Antriebsfluids der Gelenke ist.
For the pneumatic subsystem, the following pressure differential equation C is assumed for each chamber j ∈ {1, 2} of the actuator i. p ˙ i , j = η V i , j ( q i ) ( R T m ˙ i , j V ˙ i , j ( q ˙ i ) p i , j )
Figure DE102023117895A1_0006
where
Vi,j(qi)
the chamber volume of the pressure chambers 6, 7,
η
the polytropic exponent of the drive fluid of the joints,
R
the specific gas constant of the drive fluid of the joints, and
T
the temperature of the drive fluid of the joints.

Die Fluid-Massenströme ṁi,j der einzelnen Ventileinrichtungen 16, 17 werden im Folgenden gemeinsam als u bezeichnet, siehe auch Formel D. u = [ m ˙ 1,1   m ˙ 1,2   m ˙ 2,1     m ˙ n ,2 ] T   2 n

Figure DE102023117895A1_0007
The fluid mass flows ṁ i,j of the individual valve devices 16, 17 are referred to collectively as u in the following, see also formula D. u = [ m ˙ 1.1 m ˙ 1.2 m ˙ 2.1 m ˙ n ,2 ] T 2 n
Figure DE102023117895A1_0007

Ein positives Vorzeichen beschreibt hierbei einen Massenstrom in die Druckkammer 6, 7 hinein, ein negatives Vorzeichen einen Massenstrom aus der Druckkammer 6, 7 heraus.A positive sign describes a mass flow into the pressure chamber 6, 7, a negative sign describes a mass flow out of the pressure chamber 6, 7.

Als gemessene Größen können hierbei je Antrieb der Gelenkwinkel qi und die Kammerdrücke pi,1 und pi,2 vorliegen.The measured quantities for each drive can be the joint angle q i and the chamber pressures p i,1 and p i,2 .

Dann kann ein Zustandsvektor für das Gesamtsystem bestehend aus Mechanik und Pneumatik gemäß Formel E beschrieben werden: x = [ q T q ˙ T p T ] T   4 n  mit  p = [ p 1,1   p 1,2   p 2,1     p n ,2 ] T   2 n

Figure DE102023117895A1_0008
Then a state vector for the entire system consisting of mechanics and pneumatics can be described according to formula E: x = [ q T q ˙ T p T ] T 4 n with p = [ p 1.1 p 1.2 p 2.1 p n ,2 ] T 2 n
Figure DE102023117895A1_0008

Die Zustandsgrößen q und p können gemessen werden, die Gelenkwinkelgeschwindigkeiten q können durch Filterung und Differenzierung von q bestimmt werden. Die gesamte Mechanik und Druckdynamik bildet ein nichtlineares eingangsaffines Multiple-Input-Multiple-Output-(MIMO)-System gemäß der Formel F. x ˙ = [ q ˙ M 1 ( C q ˙ g τ f + τ ( p ) ) η  diag ( V ˙ 1,1 V 1,1 , V ˙ 1,2 V 1,2 , V ˙ 2,1 V 2,1 , , V ˙ n ,2 V n ,2 ) p ] + k = 1 2 n [ 0 n × 1 0 n × 1 η R T V k e k ] u k ,   x ( 0 ) = x 0 ,

Figure DE102023117895A1_0009
wobei ek ∈ ℝ2n der k-te Einheitsvektor ist, und die Argumente der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Darin beschreibt der untere Teil die Druckdynamik je Druckkammer 6,7, in die die Fluid-Massenströme eingehen. Die Drücke der Druckkammern 6, 7 sind untereinander nicht verkoppelt, eine Verkopplung besteht jedoch über die Mechanik sowie zwischen Mechanik und Druckdynamik.The state variables q and p can be measured, the joint angular velocities q can be determined by filtering and differentiating q. The entire mechanics and pressure dynamics form a nonlinear input-affine multiple-input-multiple-output (MIMO) system according to the formula F. x ˙ = [ q ˙ M 1 ( C q ˙ G τ e + τ ( p ) ) η diagnostics ( V ˙ 1.1 V 1.1 , V ˙ 1.2 V 1.2 , V ˙ 2.1 V 2.1 , , V ˙ n ,2 V n ,2 ) p ] + k = 1 2 n [ 0 n × 1 0 n × 1 η R T V k e k ] u k , x ( 0 ) = x 0 ,
Figure DE102023117895A1_0009
where e k ∈ ℝ 2n is the k-th unit vector, and the arguments are not shown for the sake of clarity. The lower part describes the pressure dynamics for each pressure chamber 6,7 into which the fluid mass flows enter. The pressures of the pressure chambers 6, 7 are not coupled to each other, but there is a coupling via the mechanics and between mechanics and pressure dynamics.

Es ist erkennbar, dass in den beiden oberen Zeilen der Formel F der Massenstrom u nicht eingeht, also keine direkte Auswirkung auf die Differentialgleichungen der Geschwindigkeit q̇ und der Beschleunigung q̈ hat. Erst beim dreimaligen Differenzieren der Position nach der Zeit, also in der Ruck-Differentialgleichung q ,

Figure DE102023117895A1_0010
gehen die Massenströme explizit ein. Durch zeitliche Differentiation der zweiten Zeile der Formel F ergibt sich die dazugehörige Formel G. q = d d t ( M 1 ) M q ¨ + M 1 ( C ˙ q ˙ C q ¨ g ˙ τ ˙ f + τ ˙ p , V ˙ ) p ˙ m , V ˙ + η R T   M 1 Λ 1 u
Figure DE102023117895A1_0011
It is clear that the mass flow u is not included in the two upper lines of the formula F, so it has no direct effect on the differential equations of the velocity q̇ and the acceleration q̈. Only when the position is differentiated three times with respect to time, i.e. in the jerk differential equation q ,
Figure DE102023117895A1_0010
the mass flows are explicitly included. Differentiating the second line of formula F over time yields the corresponding formula G. q = d d t ( M 1 ) M q ¨ + M 1 ( C ˙ q ˙ C q ¨ G ˙ τ ˙ e + τ ˙ p , V ˙ ) p ˙ m , V ˙ + η R T M 1 Λ 1 u
Figure DE102023117895A1_0011

Darin beschreibt der Vektor τ̇p,V̇ die Änderung des Antriebsmoments τ(p) aufgrund von Kompression bzw. Expansion in der Druckkammer 6, 7. Die Komponenten des Vektors τ̇p,V̇ ̇ werden durch die Formel H beschrieben. τ ˙ p , V ˙ , i = A i r m , i η ( p i ,1 V ˙ i ,1 V i ,1 p i ,2 V ˙ i ,2 V i ,2 )

Figure DE102023117895A1_0012
Therein, the vector τ̇ p,V̇ describes the change in the drive torque τ(p) due to compression or expansion in the pressure chamber 6, 7. The components of the vector τ̇ p,V̇ ̇ are described by the formula H. τ ˙ p , V ˙ , i = A i r m , i η ( p i ,1 V ˙ i ,1 V i ,1 p i ,2 V ˙ i ,2 V i ,2 )
Figure DE102023117895A1_0012

Die Antriebsgeometrie geht über eine Blockdiagonalmatrix, wie in Formel I beschrieben, ein. Λ 1 = diag ( A 1 r m ,1 [ 1 V 1,1   1 V 1,2 ] , , A n r m , n [ 1 V n ,1   1 V n ,2 ] )

Figure DE102023117895A1_0013
The drive geometry is entered via a block diagonal matrix, as described in formula I. Λ 1 = diagnostics ( A 1 r m ,1 [ 1 V 1.1 1 V 1.2 ] , , A n r m , n [ 1 V n ,1 1 V n ,2 ] )
Figure DE102023117895A1_0013

Damit wurde eine Differentialgleichung dritter Ordnung gefunden. Die Gesamt-Dimension des Gleichungssystems F ist 4n. Gemäß der Systemtheorie kann noch eine weitere Eingangs-Ausgangs-Beziehung in Form einer Differentialgleichung erster Ordnung gefunden werden, um die Dynamik des Gesamtsystems eindeutig zu beschreiben.This means that a third-order differential equation has been found. The total dimension of the system of equations F is 4n. According to system theory, another input-output relationship can be found in the form of a first-order differential equation in order to clearly describe the dynamics of the overall system.

Als zusätzlicher Freiheitsgrad kann hierzu der Mitteldruck pm = (p1 + p2)/2 eingeführt werden, welcher der Differentialgleichung J genügt. p ˙ = p ˙ m , V ˙ + η R T 2 Λ 2 u

Figure DE102023117895A1_0014
As an additional degree of freedom, the mean pressure p m = (p 1 + p 2 )/2 can be introduced, which satisfies the differential equation J. p ˙ = p ˙ m , V ˙ + η R T 2 Λ 2 u
Figure DE102023117895A1_0014

Darin beschreibt der Vektor ṗm,V̇ die Änderung des Mitteldrucks aufgrund von Kompression bzw. Expansion in den Druckkammern 6, 7. Die Komponenten des Vektors ṗm,V̇ werden durch die Formel K beschrieben. p ˙ m , V ˙ , i = η 2 ( p i ,1 V ˙ i ,1 V i ,1 + p i ,2 V ˙ i ,2 V i ,2 )

Figure DE102023117895A1_0015
Therein, the vector ṗ m,V̇ describes the change in the mean pressure due to compression or expansion in the pressure chambers 6, 7. The components of the vector ṗ m,V̇ are described by the formula K. p ˙ m , V ˙ , i = η 2 ( p i ,1 V ˙ i ,1 V i ,1 + p i ,2 V ˙ i ,2 V i ,2 )
Figure DE102023117895A1_0015

Die Antriebsgeometrie geht über eine Blockdiagonalmatrix, wie in Formel L beschrieben, ein. Λ 2 = diag ( [ 1 V 1,1   1 V 1,2 ] , , [ 1 V n ,1   1 V n ,2 ] )

Figure DE102023117895A1_0016
The drive geometry is entered via a block diagonal matrix as described in formula L. Λ 2 = diagnostics ( [ 1 V 1.1 1 V 1.2 ] , , [ 1 V n ,1 1 V n ,2 ] )
Figure DE102023117895A1_0016

Ein System von Gelenken in einer Robotervorrichtung 10 kann gemäß Formel M beschrieben werden, wobei der Zusammenhang zwischen dem Gelenkwinkeln q und dem Mitteldruck pm ersichtlich ist. [ q p ˙ m ] = [ d d t ( M 1 ) M q ¨ + M 1 ( C ˙ q ˙ C q ¨ g ˙ τ ˙ f + τ ˙ p , V ˙ ) p ˙ m , V ˙ α ] + [ η R T   M 1 Λ 1 η R T 2 Λ 2 ] κ u

Figure DE102023117895A1_0017
A system of joints in a robot device 10 can be described according to formula M, where the relationship between the joint angle q and the mean pressure p m is apparent. [ q p ˙ m ] = [ d d t ( M 1 ) M q ¨ + M 1 ( C ˙ q ˙ C q ¨ G ˙ τ ˙ e + τ ˙ p , V ˙ ) p ˙ m , V ˙ α ] + [ η R T M 1 Λ 1 η R T 2 Λ 2 ] κ u
Figure DE102023117895A1_0017

Darin stellt a ∈ ℝ2n×1 den Vektor der Nichtlinearitäten und κ ∈ ℝ2n×2n die Gelenk-Kopplungsmatrix dar. u bezeichnet dabei die einzustellenden Soll-Fluid-Masseströme.Here, a ∈ ℝ 2n×1 represents the vector of nonlinearities and κ ∈ ℝ 2n×2n represents the joint coupling matrix. u denotes the target fluid mass flows to be set.

Die Ansteuerung, d.h. die Übermittlung eines Stellsignales, eines Gelenkes wird dann ausgehend von der Formel M durch Invertieren der Gelenk-Kopplungsmatrix in die Gelenkkopplungs-Ausgleichsmatrix durchgeführt. Ausgehend von den obigen Ausdrücken werden die an den Ventileinrichtungen 16, 17 einzustellenden Soll-Fluid-Masseströme u durch die Formel N beschrieben. u ( x ) = κ 1 ( x )   ( ν a ( x ) )

Figure DE102023117895A1_0018
The control, ie the transmission of a control signal, of a joint is then carried out starting from the formula M by inverting the joint coupling matrix into the joint coupling compensation matrix. Starting from the above expressions, the target fluid mass flows u to be set at the valve devices 16, 17 are described by the formula N. u ( x ) = κ 1 ( x ) ( ν a ( x ) )
Figure DE102023117895A1_0018

Dadurch werden die Nichtlinearitäten a aus den ursprünglichen Systemgleichungen entfernt, wodurch sich ein virtuelles lineares System ergibt. Darüber hinaus hebt die invertierte Gelenk-Kopplungsmatrix κ-1 die Verkopplungen zwischen den Gelenken auf. Für das resultierende virtuelle lineare, entkoppelte System mit neuem Eingang v kann dann eine lineare Regelung durchgeführt werden.This removes the nonlinearities a from the original system equations, resulting in a virtual linear system. In addition, the inverted joint coupling matrix κ -1 removes the couplings between the joints. A linear control can then be carried out for the resulting virtual linear, decoupled system with new input v.

Umgekehrt bedeutet dies, dass für einzelne Antriebe entworfene Regler aus dem Stand der Technik mit Hilfe des hier vorgestellten Konzepts derart auf eine Mehrachskinematik übertragen werden können, dass zusätzlich die Verkopplungen zwischen den einzelnen Achsen berücksichtigt werden. Dies ist ein Mehrwert gegenüber der bloßen Parallelschaltung von Reglern für einzelne Achsen, welche die Verkopplung der Achsen nicht berücksichtigen.Conversely, this means that state-of-the-art controllers designed for individual drives can be transferred to multi-axis kinematics using the concept presented here in such a way that the couplings between the individual axes are also taken into account. This is an added value compared to simply connecting controllers for individual axes in parallel, which does not take the coupling of the axes into account.

Zusammenfassend wird ein Verfahren 100 zum Steuern einer Robotervorrichtung 10 bereitgestellt, welches das mechanische und fluidische Verhalten der Robotervorrichtung 10 ganzheitlich berücksichtigt, und dabei insbesondere die Kopplung dieser Domänen abbildet.In summary, a method 100 for controlling a robot device 10 is provided, which takes the mechanical and fluidic behavior of the robot device 10 into account holistically, and in particular maps the coupling of these domains.

Durch Inversion der zuvor genannten Modellgleichungen für die gekoppelte Mechanik und Fluidik werden aus der gewünschten Soll-Bahn die erforderlichen Stellsignale für die Aktoren bestimmt. Im regelungstechnischen Sinne kann dies als eine Vorsteuerung betrachtet werden. Mit Stellsignalen ist in diesem Dokument, wie zuvor beschrieben, der Soll-Massenstrom durch die Ventile gemeint.By inverting the previously mentioned model equations for the coupled mechanics and fluidics, the required control signals for the actuators are determined from the desired target path. In the control engineering sense, this can be viewed as a feedforward control. In this document, control signals mean, as previously described, the target mass flow through the valves.

Ein weiterer Bestandteil kann die Rückführung der Ist-Gelenkwinkel, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen in den Regler sein. Aus diesem Feedback kann modellbasiert direkt das Stellsignal in Form eines Soll-Massenstroms bestimmt werden. Dies erfolgt in einem einstufigen Verfahren ohne Zwischenschritt, unter Verwendung der Gleichungen für die beiden Teilsysteme Mechanik und Fluidik sowie deren Verkopplung. Dadurch wird auch im Feedback-Teil des Stellsignales ein direkter Durchgriff auf die Aktordynamik bewirkt, und das Feedback für die Bahnfolge geht direkt in die fluidische Domäne ein.Another component can be the feedback of the actual joint angles, speeds and accelerations to the controller. From this feedback, the control signal in the form of a target mass flow can be determined directly on a model-based basis. This is done in a one-stage process without an intermediate step, using the equations for the two subsystems of mechanics and fluidics and their coupling. This also results in a direct access to the actuator dynamics in the feedback part of the control signal, and the feedback for the path sequence goes directly into the fluidic domain.

Wie bekannt ist, kann aus dem Vorliegen eines der Ist-Werte für ein Gelenk, d.h. Winkel, Geschwindigkeit oder Beschleunigung, jede der anderen Größen durch Differentialrechnung oder Integralrechnung ermittelt werden.As is known, from the existence of one of the actual values for a joint, i.e. angle, velocity or acceleration, any of the other quantities can be determined by differential or integral calculus.

Durch das Aufbringen des so bestimmten Stellsignals, bestehend aus Vorsteuerung und Rückführung, folgt der Roboter einer vorgegebenen Bahn. Dadurch werden zugleich nicht nur die Nichtlinearitäten aus der Bewegung der Mechanik, sondern auch die nichtlinearen fluidischen Eigenschaften des Aktors kompensiert. Durch den gesamtheitlichen Ansatz für Mechanik und Aktordynamik wird aus einer Soll-Bahn direkt ein Steuer-Signal für die Antriebe berechnet, ohne in einem Zwischenschritt ein Soll-Drehmoment zu berechnen.By applying the control signal determined in this way, consisting of feedforward control and feedback, the robot follows a predetermined path. This compensates not only for the non-linearities from the movement of the mechanics, but also for the non-linear fluidic properties of the actuator. The holistic approach for mechanics and actuator dynamics means that a control signal for the drives is calculated directly from a target path, without calculating a target torque in an intermediate step.

Die daraus resultierenden strukturellen Vorteile bestehen darin, dass mit dem bereitgestellten Verfahren 100 das verkoppelte mechanische und fluidische Modell des Roboters gemeinsam dem modellbasierten Regelungsentwurf zugrunde gelegt werden.The resulting structural advantages are that with the provided method 100, the coupled mechanical and fluidic model of the robot are jointly used as the basis for the model-based control design.

Durch die gemeinsame Berücksichtigung der beiden physikalischen Domänen wird in dem Verfahren bei Vorliegen eines Bahnfolgefehlers direkt das Stellsignal (Soll-Massenstrom des Fluids) generiert. Gegenüber dem zweistufigen Verfahren aus dem Stand der Technik wird dadurch eine höhere Bandbreite des Bahnfolgereglers erzielt. Dadurch werden Bahnfehler schneller kompensiert, sodass die Positionsgenauigkeit höher ist und ein besseres Ausregeln äußerer Störungen erreicht wird.By taking both physical domains into account together, the control signal (target mass flow of the fluid) is generated directly in the process when a path following error occurs. This results in a higher bandwidth of the path following controller compared to the two-stage process from the state of the art. Path errors are compensated more quickly as a result, so that the position accuracy is higher and external disturbances are better compensated for.

Durch das Verfahren 100 werden nicht nur die Gelenkwinkel und Winkelgeschwindigkeiten in den Regler zurückgeführt, sondern auch das Beschleunigungssignal. Dieses beinhaltet eine Information über Störmomente, wie Reibmomente, die physikalisch auf Beschleunigungsebene wirken, und begünstigt die Kompensation dieser Störungen.Through the method 100, not only the joint angles and angular velocities are fed back into the controller, but also the acceleration signal. This contains information about disturbance torques, such as friction torques, which act physically at the acceleration level, and promotes the compensation of these disturbances.

Dies ist bei fluidischen Aktoren mit signifikanter Reibung ein Vorteil, da diese Störungen nicht über zusätzliche Berechnungen kompensiert werden müssen. Der direkte Durchgriff auf die Aktordynamik, gegenüber einer Implementierung auf Momentenebene, erhöht ebenfalls die Bandbreite. Daher werden mit dem bereitgestellten Verfahren nicht nur Informationen über Störmomente ermittelt, sondern diese auch durch den direkten Durchgriff auf die Aktordynamik schneller kompensiert.This is an advantage for fluidic actuators with significant friction, as these disturbances do not have to be compensated for by additional calculations. The direct access to the actuator dynamics, compared to an implementation at the torque level, also increases the bandwidth. Therefore, the method provided not only determines information about disturbance torques, but also compensates them more quickly by directly accessing the actuator dynamics.

Optional können dabei vor dem Einstellen 110 des Soll-Fluid-Massestroms, sofern diese nicht bereits vorliegen, die Ist-Kammerdrücke in den Druckkammern (6, 7) des Gelenks in einem Schritt 101 erfasst werden. Aus den erfassten Ist-Kammerdrücke des Gelenks kann dann in einem Schritt 102 beispielsweise durch Mittelwertbildung ein Ist-Mitteldruck ermittelt werden. Falls der Soll-Mitteldruck des Gelenks nicht vorliegt, kann dieser in einem Schritt 103 aus der ersten Ableitung des Soll-Mitteldrucks des Gelenks ermittelt werden. Schließlich kann in einem Schritt 104 ein Differenz-Mitteldrucks als Differenz zwischen dem Ist-Mitteldruck und dem Soll-Mitteldruck des Gelenks ermittelt werden. Dadurch kann das Vorsteuern 120 auch auf Grundlage der ersten Ableitungen der Soll-Mitteldrücke der Gelenke durchgeführt werden und das Regeln 130 kann auch auf Grundlage der Differenz-Mitteldrücke der Gelenke durchgeführt werden.Optionally, before setting 110 the target fluid mass flow, if these are not already present, the actual chamber pressures in the pressure chambers (6, 7) of the joint can be recorded in a step 101. From the recorded actual chamber pressures of the joint, an actual mean pressure can then be determined in a step 102, for example by averaging. If the target mean pressure of the joint is not available, this can be determined in a step 103 from the first derivative of the target mean pressure of the joint. Finally, in a step 104, a differential mean pressure can be determined as the difference between the actual mean pressure and the target mean pressure of the joint. This means that the pilot control 120 can also be carried out on the basis of the first derivatives of the target mean pressures of the joints and the control 130 can also be carried out on the basis of the differential mean pressures of the joints.

Alternativ oder zusätzlich können im Schritt 101 auch ein oder mehrere der Ist-Gelenkwerte, d.h. Gelenkwinkel, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, erfasst werden. Aus den erfassten Ist-Gelenkwerten können dann im Schritt 102 bzw. 103 die jeweils anderen Größen durch Ableiten oder Integrieren ermittelt werden. Schließlich können im Schritt 104 Differenzen zwischen jeweils dem Soll- und Ist-Wert gebildet werden. Das bedeutet, es kann für jedes Gelenk je eine Soll-Ist-Gelenkwinkel-Differenz, eine Soll-Ist-Gelenkgeschwindigkeits-Differenz und eine Soll-Ist-Gelenkbeschleunigungs-Differenz ermittelt werden. Dadurch kann das Vorsteuern 120 auch auf Grundlage eines vorgegebenes Soll-Winkelruckes durchgeführt werden und das Regeln 130 kann dann auch auf Grundlage der in Schritt 104 ermittelten Differenzen der Soll- und Ist-Werte von Gelenkwinkel, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen durchgeführt werden.Alternatively or additionally, one or more of the actual joint values, i.e. joint angles, speeds and accelerations, can also be recorded in step 101. The other values can then be determined from the recorded actual joint values in steps 102 or 103 by deriving or integrating. Finally, in step 104, differences between the target and actual values can be formed. This means that a target-actual joint angle difference, a target-actual joint speed difference and a target-actual joint acceleration difference can be determined for each joint. This means that the feedforward control 120 can also be carried out on the basis of a predetermined target angular jerk and the control 130 can then also be carried out on the basis of the differences between the target and actual values of joint angles, speeds and accelerations determined in step 104.

Für die Erfassung 101 der Ist-Gelenkwinkel kann beispielsweise der Drehgeber 24 verwendet werden. Für die Erfassung 101 von Ist-Winkelgeschwindigkeit und/oder Ist-Winkelbeschleunigung können andere bekannte Verfahren und Vorrichtungen eingesetzt werden, die jedoch in der 1 nicht gezeigt sind.For the detection 101 of the actual joint angle, the rotary encoder 24 can be used, for example. For the detection 101 of the actual angular velocity and/or actual angular acceleration, other known methods and devices can be used, which, however, are described in the 1 are not shown.

Eine weitere Ausführungsform ist eine Vorrichtung 9 zur Steuerung einer Robotervorrichtung 10, insbesondere eines Industrieroboters, mit zwei oder mehr durch je einen fluidischen Antrieb aktuierten Gelenken, wobei jeder Antrieb zwei Druckkammern 6, 7 mit Ventileinrichtungen 16, 17 zum Befüllen und Entleeren der Druckkammern 6, 7 aufweist, wobei die Vorrichtung 9 dazu eingerichtet ist, eines der oben dargelegten Verfahren durchzuführen.A further embodiment is a device 9 for controlling a robot device 10, in particular an industrial robot, with two or more joints each actuated by a fluidic drive, wherein each drive has two pressure chambers 6, 7 with valve devices 16, 17 for filling and emptying the pressure chambers 6, 7, wherein the device 9 is designed to carry out one of the methods set out above.

Eine weitere Ausführungsform ist ein Computerprogrammprodukt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der oben dargelegten Verfahren auszuführen.Another embodiment is a computer program product comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to perform one of the methods set out above.

Eine weitere Ausführungsform ist ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist.Another embodiment is a computer-readable medium on which the computer program product is stored.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.The embodiments show possible embodiment variants, whereby it should be noted at this point that the invention is not limited to the specifically illustrated embodiment variants thereof, but rather various combinations of the individual embodiment variants with one another are also possible.

Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.The scope of protection is determined by the claims. However, the description and the drawings must be used to interpret the claims. Individual features or combinations of features from the different embodiments shown and described can represent independent inventive solutions in themselves. The task underlying the independent inventive solutions can be taken from the description.

Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.All information on value ranges in the description in question is to be understood as including any range and all subranges thereof, e.g. the information 1 to 10 is to be understood as including all subranges starting from the lower limit 1 and the upper limit 10, i.e. all subranges begin with a lower limit of 1 or greater and end with an upper limit of 10 or less, e.g. 1 to 1.7, or 3.2 to 8.1, or 5.5 to 10.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.Finally, for the sake of clarity, it should be noted that in order to better understand the structure, some elements have been shown not to scale and/or enlarged and/or reduced.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
erstes Robotergliedfirst robot limb
22
zweites Robotergliedsecond robot link
44
AntriebskörperDrive body
55
AntriebsgliedDrive link
6,76.7
DruckkammernPressure chambers
88th
Trennwandpartition wall
99
Vorrichtung zur Steuerung einer Robotervorrichtung 10Device for controlling a robot device 10
1010
RobotervorrichtungRobot device
11, 1211, 12
ZuführleitungenSupply lines
1414
DruckfluidquellePressure fluid source
1515
Versorgungsleitungsupply line
16, 1716, 17
VentileinrichtungenValve devices
1919
DrucksensoreinrichtungPressure sensor device
21, 2221, 22
DrucksensorelementePressure sensor elements
2323
DrehachseRotation axis
2424
DrehgeberEncoder
100100
Verfahren zum Steuern einer Robotervorrichtung 10Method for controlling a robot device 10
101101
Erfassen von Ist-Kammerdrücken bzw. Ist-GelenkwertenRecording of actual chamber pressures or actual joint values
102102
Ermitteln eines Ist-Mitteldruckes bzw. anderer Ist-GelenkwerteDetermining an actual mean pressure or other actual joint values
103103
Ermitteln des Soll-Mitteldrucks bzw. anderer Ist-GelenkwerteDetermining the target mean pressure or other actual joint values
104104
Ermitteln eines Differenz-Mitteldrucks bzw. Soll-Ist-Gelenkwert-DifferenzenDetermining a differential mean pressure or target-actual joint value differences
110110
Einstellen eines Soll-Fluid-MassestromsSetting a target fluid mass flow
120120
VorsteuernInput taxes
130130
RegelnRegulate

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (15)

Verfahren (100) zum Steuern einer Robotervorrichtung (10), insbesondere eines Industrieroboters, mit zwei oder mehr durch je einen fluidischen Antrieb aktuierten Gelenken, wobei jeder Antrieb zwei Druckkammern (6, 7) mit Ventileinrichtungen (16, 17) zum Befüllen und Entleeren der Druckkammern (6, 7) aufweist, wobei das Verfahren (100) umfasst: Einstellen (110) eines Soll-Fluid-Massestroms an mindestens einer der Ventileinrichtungen (16, 17) unter Berücksichtigung eines Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektors und einer Gelenkkopplungs-Ausgleichsmatrix, derart, dass die Gelenke durch die Antriebe unter Berücksichtigung vorgegebener Gelenk-Soll-Werte so aktuiert werden, dass die Robotervorrichtung (10) eine vorgegebene Trajektorie abfährt.Method (100) for controlling a robot device (10), in particular an industrial robot, with two or more joints each actuated by a fluidic drive, each drive having two pressure chambers (6, 7) with valve devices (16, 17) for filling and emptying the pressure chambers (6, 7), the method (100) comprising: Setting (110) a target fluid mass flow at at least one of the valve devices (16, 17) taking into account a non-linearity compensation vector and a joint coupling compensation matrix, such that the joints are actuated by the drives taking into account predetermined joint target values such that the robot device (10) follows a predetermined trajectory. Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Gelenk-Soll-Werte für ein oder mehrere Gelenke mindestens je eines umfassen aus einem Soll-Winkel, einer Soll-Winkelgeschwindigkeit, einer Soll-Winkelbeschleunigung, einem Soll-Winkelruck, einem Soll-Mitteldruck und/oder einer ersten Ableitung des Soll-Mitteldruckes nach der Zeit.Procedure (100) according to Claim 1 , wherein the joint target values for one or more joints comprise at least one of a target angle, a target angular velocity, a target angular acceleration, a target angular jerk, a target mean pressure and/or a first derivative of the target mean pressure with respect to time. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Einstellen (110) des Soll-Fluid-Massestroms für jede Ventileinrichtung (16, 17) ein Vorsteuern (120) und ein Regeln (130) umfasst.Method (100) according to one of the Claims 1 or 2 , wherein the setting (110) of the desired fluid mass flow for each valve device (16, 17) comprises a pilot control (120) and a control (130). Verfahren (100) gemäß Anspruch 3, wobei das Vorsteuern (120) auf Grundlage von Soll-Winkelrücken durchgeführt wird; und wobei das Regeln (130) auf Grundlage von Ist-Soll-Differenzen von Winkeln, Winkelgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen der Gelenke durchgeführt wird.Procedure (100) according to Claim 3 , wherein the feedforward control (120) is carried out on the basis of desired angles; and wherein the control (130) is carried out on the basis of actual-desired differences of angles, angular velocities and angular accelerations of the joints. Verfahren (100) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei das Verfahren (100) für ein oder mehrere Gelenke weiterhin umfasst: Erfassen (101) von Ist-Kammerdrücken in den Druckkammern (6, 7) des Gelenks; Ermitteln (102) eines Ist-Mitteldruckes durch Mittelwertbildung der erfassten Ist-Kammerdrücke des Gelenks; falls der Soll-Mitteldruck des Gelenks nicht vorliegt, Ermitteln (103) des Soll-Mitteldrucks aus der ersten Ableitung des Soll-Mitteldrucks des Gelenks; und Ermitteln (104) eines Differenz-Mitteldrucks als Differenz zwischen dem Ist-Mitteldruck und dem Soll-Mitteldruck des Gelenks; wobei das Vorsteuern (120) auf Grundlage der ersten Ableitungen der Soll-Mitteldrücke der Gelenke durchgeführt wird; und wobei das Regeln (130) auf Grundlage der Differenz-Mitteldrücke der Gelenke durchgeführt wird.Procedure (100) according to Claim 3 or 4 , wherein the method (100) for one or more joints further comprises: detecting (101) actual chamber pressures in the pressure chambers (6, 7) of the joint; determining (102) an actual mean pressure by averaging the detected actual chamber pressures of the joint; if the target mean pressure of the joint is not present, determining (103) the target mean pressure from the first derivative of the target mean pressure of the joint; and determining (104) a differential mean pressure as the difference between the actual mean pressure and the target mean pressure of the joint; wherein the pilot control (120) is carried out on the basis of the first derivatives of the target mean pressures of the joints; and wherein the control (130) is carried out on the basis of the differential mean pressures of the joints. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Vorsteuern (120) weiterhin eine Reibungskompensation umfasst.Method (100) according to one of the Claims 3 until 5 , wherein the pilot control (120) further comprises friction compensation. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektor in Abhängigkeit der Winkel und Winkelgeschwindigkeiten sowie der Kammerdrücke der Gelenke gebildet ist.Method (100) according to one of the Claims 1 until 6 , where the nonlinearity compensation vector is formed depending on the angles and angular velocities as well as the chamber pressures of the joints. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektor Coriolis- und Zentrifugalkräfte, Gravitationsmomente, Reibungsmomente sowie Antriebsmomente und Kompressionseffekte berücksichtigt.Method (100) according to one of the Claims 1 until 7 , where the nonlinearity compensation vector takes into account Coriolis and centrifugal forces, gravitational moments, friction moments as well as drive moments and compression effects. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektor a beschrieben ist durch a = [ d d t ( M 1 ) M q ¨ + M 1 ( C ˙ q ˙ C q ¨ g ˙ τ ˙ f + τ ˙ p , V ˙ ) p ˙ m , V ˙ ]
Figure DE102023117895A1_0019
wobei q der Vektor der Winkel der Gelenke, M(q) die Massenmatrix, C(q, q̇)q̇ der Vektor der Coriolis- und Zentrifugalkräfte, g(q) der Vektor der Gravitationsmomente, τf der Vektor der Reibungsmomente, τ̇p, der Vektor der Momentenänderungen durch Kompression und/oder Expansion, und ṗm,V̇ die Änderungen der Ist-Mitteldrücke der Gelenke aufgrund von Kompression bzw. Expansion darstellen.
Method (100) according to one of the Claims 1 until 8th , where the nonlinearity compensation vector a is described by a = [ d d t ( M 1 ) M q ¨ + M 1 ( C ˙ q ˙ C q ¨ G ˙ τ ˙ e + τ ˙ p , V ˙ ) p ˙ m , V ˙ ]
Figure DE102023117895A1_0019
where q is the vector of the angles of the joints, M(q) is the mass matrix, C(q, q̇)q̇ is the vector of the Coriolis and centrifugal forces, g(q) is the vector of the gravitational moments, τ f is the vector of the friction moments, τ̇ p , the vector of moment changes due to compression and/or expansion, and ṗ m,V̇ represent the changes in the actual mean pressures of the joints due to compression or expansion, respectively.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Gelenkkopplungs-Ausgleichsmatrix einen Polytropenexponent, eine spezifische Gaskonstante und die Temperatur des Antriebsfluids der Gelenke, und Blockdiagonalmatrizen der Antriebsgeometrie berücksichtigt.Method (100) according to one of the Claims 1 until 9 , where the joint coupling compensation matrix takes into account a polytropic exponent, a specific gas constant and the temperature of the drive fluid of the joints, and block diagonal matrices of the drive geometry. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche Anspruch 1 bis 10, wobei die Gelenkkopplungs-Ausgleichsmatrix κ-1 gebildet wird als das Inverse einer Gelenk-Kopplungsmatrix, die beschrieben ist durch κ = [ η R T   M 1 Λ 1 η R T 2 Λ 2 ] ,
Figure DE102023117895A1_0020
wobei M(q) die Massenmatrix, η der Polytropenexponent des Antriebsfluids der Gelenke, R die spezifische Gaskonstante des Antriebsfluids der Gelenke, T die Temperatur des Antriebsfluids der Gelenke, und Λ1, Λ2 Blockdiagonalmatrizen der Antriebsgeometrie darstellen.
Method (100) according to one of the claims Claim 1 until 10 , where the joint coupling balancing matrix κ -1 is formed as the inverse of a joint coupling matrix described by κ = [ η R T M 1 Λ 1 η R T 2 Λ 2 ] ,
Figure DE102023117895A1_0020
where M(q) is the mass matrix, η is the polytropic exponent of the drive fluid of the joints, R is the specific gas constant of the drive fluid of the joints, T is the temperature of the drive fluid of the joints, and Λ 1 , Λ 2 are block diagonal matrices of the drive geometry.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Soll-Fluid-Masseströme u an den Ventileinrichtungen (16, 17) eingestellt werden durch u ( x ) = κ 1 ( x )   ( ν a ( x ) ) ,
Figure DE102023117895A1_0021
wobei κ die Gelenk-Kopplungsmatrix ist, a der Nichtlinearitäten-Ausgleichsvektor ist, und v Soll-Werte und Ist-Werte der Robotervorrichtung umfasst.
Method (100) according to one of the Claims 1 until 11 , wherein the target fluid mass flows u at the valve devices (16, 17) are set by u ( x ) = κ 1 ( x ) ( ν a ( x ) ) ,
Figure DE102023117895A1_0021
where κ is the joint coupling matrix, a is the nonlinearity compensation vector, and v includes target values and actual values of the robot device.
Vorrichtung (9) zur Steuerung einer Robotervorrichtung (10), insbesondere eines Industrieroboters, mit zwei oder mehr durch je einen fluidischen Antrieb aktuierten Gelenken, wobei jeder Antrieb zwei Druckkammern (6, 7) mit Ventileinrichtungen (16, 17) zum Befüllen und Entleeren der Druckkammern (6, 7) aufweist, wobei die Vorrichtung (9) dazu eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.Device (9) for controlling a robot device (10), in particular an industrial robot, with two or more joints each actuated by a fluidic drive, each drive having two pressure chambers (6, 7) with valve devices (16, 17) for filling and emptying the pressure chambers (6, 7), the device (9) being designed to carry out the steps of a method according to one of the Claims 1 until 12 to carry out. Computerprogramm-Produkt mit einem Programm für eine Robotersteuerung, das Computerprogramm-Produkt umfassend Softwarecode-Abschnitte, zum Ausführen der Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wenn das Programm auf der Robotersteuerung ausgeführt wird.Computer program product with a program for a robot controller, the computer program product comprising software code sections for carrying out the steps according to one of the Claims 1 until 12 when the program is executed on the robot controller. Computerprogramm-Produkt nach Anspruch 14, wobei das Computerprogramm-Produkt ein computerlesbares Medium umfasst, auf dem die Softwarecode-Abschnitte gespeichert sind, wobei das Programm direkt in einen internen Speicher der Robotersteuerung ladbar ist.Computer program product according to Claim 14 , wherein the computer program product comprises a computer-readable medium on which the software code sections are stored, the program being directly loadable into an internal memory of the robot controller.
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