ES2622304T3

ES2622304T3 - Método y sistema para la determinación de al menos una propiedad de una articulación

Info

Publication number: ES2622304T3
Application number: ES13795603.3T
Authority: ES
Inventors: Klas Nilsson
Original assignee: Cognibotics AB
Current assignee: Cognibotics AB
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2033-10-21
Also published as: RU2015114788A3; AU2013335352B2; SE536708C2; IN2015DN03959A; WO2014065744A1; JP2015536249A; WO2014065744A4; HUE033139T2; MX2015005051A; US9645565B2; RU2667938C2; SE1251196A1; AU2013335352A1; RU2015114788A; PT2911832T; HK1211538A1; BR112015008933B1; CA2887038C; CN104736307B; JP6238421B2

Abstract

Método para determinar al menos una propiedad de una articulación, tal como una articulación (112, 114, 116-119, 180) de un manipulador (110), donde dicha articulación (112, 114, 116-119, 180) está configurada para que al menos un actuador la impulse, estando el actuador configurado para impulsar dicha articulación (112, 114, 116-119, 180) mediante un tren de potencia y un controlador (140) configurado para controlar el movimiento de esta articulación (112, 114, 116-119, 180), donde el método comprende: - fijación (200) de dicha articulación (112, 114, 116-119,180) de modo que el movimiento de la articulación quede restringido; caracterizado por el hecho de que el método además comprende: - accionamiento (210) de dicho tren de potencia mientras se monitoriza al menos una magnitud asociada con un par de dicho actuador y al menos una magnitud asociada con la posición del actuador detectada por un sensor del ángulo del motor, de modo que el actuador mediante el control del controlador (140) corresponde entre una primera y una segunda posición, y de modo que la transmisión del par del tren de potencia totalmente desarrollada, en direcciones opuestas, se completa en ambas posiciones mientras que la al menos una magnitud monitorizada que representa un par de dicho actuador y la al menos una magnitud que representa la posición del actuador forman los datos del ciclo de la histéresis; - determinación (220) de al menos un conjunto de valores de salida de dicho actuador en base a las magnitudes monitorizadas, estando relacionado dicho conjunto de valores de salida con al menos una posición de la articulación, y - determinación (230) de la al menos una propiedad de la articulación (112, 114, 116-119, 180) en base a dicho conjunto de valores de salida.

Description

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DESCRIPCION

METODO Y SISTEMA PARA LA DETERMINACION DE AL MENOS UNA PROPIEDAD DE UNA ARTICULACION

[0001] La presente invencion esta relacionada con un metodo y un sistema para determinar al menos una propiedad de un movimiento con accionamiento mecanico controlado mediante servo, tal como el de una articulacion de un manipulador.

[0002] En muchas areas de la industria se ha encontrado una amplia gama de aplicaciones para los robots. En particular, algunos ambitos industriales conllevan la realizacion de tareas peligrosas para la salud de las personas o trabajos realizados en condiciones que las personas no pueden soportar. Otros ambitos industriales conllevan tareas repetitivas que se pueden realizar con mucha mayor eficacia y precision con un robot.

[0003] Un robot industrial comprende habitualmente un manipulador proyectado para manipular o procesar materiales y piezas de trabajo. El manipulador tiene normalmente una disposicion con forma de brazo que consta de una serie de segmentos, donde a cada uno de los cuales se le denomina eslabon. El movimiento de cada uno de estos segmentos es a veces una combinacion de un movimiento de traslacion y un giro alrededor de un eje. En otros casos, el movimiento consiste exclusivamente en un movimiento de traslacion o de giro. Estas variaciones de los movimientos dan a cada eslabon un grado de libertad mecanico alrededor o a lo largo de lo que a partir de este momento se denominara como una articulacion. Las variantes de una articulacion, tal como las articulaciones esfericas, se pueden considerar como combinaciones de estas articulaciones simples de traslacion o giro, y la equivalencia formal de estos tipos de articulaciones es consistente con el concepto de coordenadas generalizadas presentes en la bibliograffa de robotica. En consecuencia, las fuerzas y los pares se consideran equivalentes, como tambien es el caso para las posiciones y los angulos respectivamente.

[0004] Una articulacion se acciona habitualmente mediante un motor controlado mediante servo, que se controla a traves de la retroalimentacion del movimiento medido del motor. El motor acciona la articulacion a traves de un tren de potencia que comprende unos engranajes y otros elementos de transmision para la reduccion del giro del motor a giro de la articulacion. Para el proposito de esta aplicacion, la expresion "tren de potencia" se debe interpretar como que excluye el motor. El proposito de los elementos de transmision es reducir la velocidad y de ese modo aumentar el par.

[0005] Los trenes propulsores son superfluos en los llamados "robots de accionamiento directo", aunque, debido a los problemas inherentes que conlleva este tipo de robots, especialmente en lo que concierne a la rigidez del control durante una interaccion de fuerzas entre el elemento terminal (herramienta) y la pieza de trabajo, casi todos los robots modernos estan construidos con un tren de potencia exclusivo en cada articulacion.

[0006] Un actuador se debe interpretar como un motor (con su arbol de salida) o como otro tipo de dispositivo capaz de convertir energfa en un efecto mecanico sobre el tren de potencia. Aunque el tren de potencia no se considera como parte del actuador para los propositos de esta aplicacion, sf que lo son los sensores para la medicion del angulo del motor. Su valor de salida se denomina como posicion del actuador. El angulo de la articulacion solo se mide normalmente a traves del actuador. Por esta razon, se necesitan fabricar los elementos de transmision con una gran precision y calidad de modo que los movimientos del manipulador se correspondan exactamente con el accionamiento realizado. Sin embargo, los clientes finales habitualmente no estan dispuestos a aceptar el incremento del precio impuesto por la utilizacion de materiales de gran calidad, con lo que los suministradores se ven forzados a fabricar los manipuladores con componentes de un segmento de precios inferior.

[0007] Los manipuladores industriales mas modernos tienen seis grados de libertad (DOF, por sus siglas en ingles), es decir, tienen seis pares de articulaciones y eslabones giratorios que estan conectados en serie. El ultimo eslabon termina con una brida para herramientas o una brida final para el montaje del elemento terminal (herramienta). Una alternativa a un montaje directo del elemento terminal sobre la brida es la utilizacion de un cambiador de herramientas que consta de una parte del manipulador que esta montada en la brida final del manipulador y una parte para herramientas que proporciona una superficie de montaje para la herramienta respectiva. Las dos partes del cambiador de herramientas son separables y se pueden fijar en su posicion mediante un mecanismo de bloqueo que esta accionado, por ejemplo, mediante un dispositivo neumatico. Esto permite un cambio simplificado de la herramienta. Se puede conseguir entonces un cambio automatico de la herramienta, es decir, sin utilizar medios manuales, acoplando a una herramienta seleccionada el robot que a continuacion se sujeta con firmeza al manipulador mediante el mecanismo de bloqueo del cambiador de herramientas.

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[0008] El movimiento del manipulador se puede efectuar tanto manualmente por un operario como automaticamente ejecutando las instrucciones de acuerdo con un programa de usuario que define la tarea del robot. En el ultimo caso el manipulador se controla mediante el programa de usuario que se carga o introduce en un controlador que controla el manipulador guiandolo para que alcance una postura programada. Dicha postura consta de una posicion y orientacion para el posicionamiento deseado del elemento terminal. Por tanto, el controlador es la parte del robot que controla el movimiento del manipulador, incluyendo sus articulaciones.

[0009] Para respaldar una especificacion eficaz de las posturas del elemento terminal, tanto manualmente como en el programa de usuario, y posiblemente de unos datos de un sistema CAD, el controlador tiene un modelo cinematico del manipulador. Dicho modelo incluye un modelo de las articulaciones y los eslabones y de sus relaciones geometricas.

[0010] En las aplicaciones de los robots, p. ej., los robots industriales en plantas de fabricacion, es muy util si la postura ffsica resultante, dentro de ciertas tolerancias, coincide con la postura programada. Si ese no es el caso, significa que existe una desviacion entre la postura programada y la postura ffsica. Esta desviacion se puede producir tanto en una unica posicion como en una pluralidad de posiciones a lo largo de una trayectoria o en cualquier utilizacion del robot. La gestion de las desviaciones por parte del usuario, mediante ajustes en el programa de usuario o mediante aprendizaje de las posturas programadas (ligeramente desviadas), limita la reutilizacion de las tareas del robot y aumenta el costo de despliegue y programacion del robot.

[0011] Durante los comienzos de la robotica las mayores desviaciones se dedan a un control deficiente, aunque desde la mitad de los anos 80 y en adelante los robots se desvfan de su movimiento programado principalmente debido a las propiedades del manipulador en combinacion con la carencia de una compensacion del control de la falta de precision del tren de potencia, tal como se refleja en las propiedades del manipulador. Mas espedficamente, el controlador a menudo tiene una estructura y funcionalidad adecuadas pero carece de los datos especficos del robot real para que el manipulador individual soporte dicha compensacion. Por tanto, existe una necesidad de abordar estos inconvenientes con el fin de minimizar las desviaciones entre los movimientos programados y los ffsicos.

[0012] A pesar de esto, en la tecnica se conocen ciertas causas adicionales de las desviaciones del movimiento programado. En particular, una de dichas causas puede ser la falta de precision en las geometrias de los eslabones y las articulaciones, p. ej., debido a errores cinematicos. Los errores cinematicos se pueden gestionar mediante una calibracion cinematica, la cual esta normalmente disponible por parte del fabricante del robot. Otra causa de desviacion esta relacionada con la falta de precision en la mecanica del brazo y las articulaciones y/o en el control de la dinamica del brazo durante un movimiento a alta velocidad, tal como la saturacion del par debido a efectos en las articulaciones o multicuerpo. Normalmente, dichas desviaciones se gestionan mediante un control en base al modelo que proporciona el fabricante del robot. Otra causa mas de las desviaciones de una postura programada proviene de la falta de precision debido a la fuerza de interaccion entre el elemento terminal del manipulador y la pieza de trabajo, aunque tambien se deben a la gravedad y a otras fuerzas que actuan sobre el manipulador. Dichas desviaciones tambien estan relacionadas con la dinamica de las articulaciones alrededor o a lo largo del movimiento de la articulacion debido a la flexibilidad y las tolerancias de los rodamientos y de otras partes de las articulaciones tales como los elementos de transmision del tren de potencia.

[0013] Existen diversos tipos de soluciones que tratan con la medicion e identificacion de los tipos de fuentes de desviacion mencionadas previamente. Entre estas, las mediciones con sistemas de seguimiento optico son las mas comunes. Un tipo de solucion utiliza unos sistemas externos de calibracion con unos sensores externos que detectan el par o la posicion de las articulaciones o del elemento terminal. Aunque es aplicable en instalacion de produccion a gran escala con una gran cantidad de robots, el costo de dichos sistemas externos de calibracion a menudo excede el costo de un robot individual. En instalaciones de production a menor escala que dependen del funcionamiento de uno o unos pocos robots, no se pueden utilizar dichos sistemas externos de calibracion debido a su coste prohibitivo. En el documento WO2012/076038 se describe un ejemplo de un sistema externo de calibracion.

[0014] En el artfculo "Kinematic Calibration by Direct estimation of the Jacobian Matrix" de Bennet, Hollerbach y Henri (presentado en el ICRA, 1992, en Niza, Francia) se presenta una version ligeramente modificada del sistema de calibracion de la clase anterior. En el artfculo, los parametros en una matriz Jacobiana (que expresan la dependencia entre las velocidades del punto final y las velocidades de las articulaciones, o de manera equivalente para las fuerzas/pares) de un robot se estiman fijando primero el robot en una postura predeterminada y a continuation accionando las articulaciones del robot basandose en la information de un sensor externo de fuerza/par sujeto a la brida de la herramienta cerca del punto de fijacion.

[0015] Como alternativa, se puede utilizar para restringir uno o mas grados de libertad una barra rigida que esta articulada en ambos extremos, o algun otro mecanismo que de un modo bien definido restringe el

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movimiento del manipulador con relacion al entorno, aunque de tal modo que tambien se pueden realizar ciertos movimientos de la articulacion en la configuration fija. Los datos obtenidos de un conjunto de dichos accionamientos resultan en un conjunto de matrices, que se utilizan para calcular los parametros cinematicos. Pero incluso con la calibration cinematica siendo realizada con un metodo en base a la fuerza/par que conlleva la fijacion, sigue sin tenerse en cuenta la dinamica del conjunto actuador-articulacion. Como resultado, se reduce la precision de modo que este metodo, que conlleva la fijacion de la articulacion, no se utiliza en la practica. Ademas, debido a las propiedades del tren de potencia en cada articulacion, las desviaciones causadas por las fuerzas dinamicas y las interacciones forzadas con la pieza de trabajo permanecen descompensadas para las aplicaciones industriales actuales. De “Modeling torque-angle hysteresis in a pneumatic muscle manipulator”, Tri Vo Minh et al, International Conference on Advanced intelligent mechatronics (AIM), 2010 IEEE/ASME, Piscataway, NJ, USA, 6 de julio de 2010, paginas 11221127, ISBN: 978-1-4244-8031-9, la modelacion de la histeresis par-angulo se conoce a partir de un ajuste experimental de musculo artificial neumatico. Un codificador incremental se utiliza para medir la rotation de la articulacion en el lado brazo/eslabon de una transmision.

[0016] JP2009198203A describe un metodo para calcular la magnitud de holgura en una unidad de robot de tipo de movimiento linear orientado verticalmente con fuerzas de gravedad dominantes. La magnitud de holgura de una cremallera y pinon se calcula mediante la rotacion de un servomotor para mover un cuerpo movil en una direction hacia abajo, colocando el cuerpo movil en una base fija provista debajo del cuerpo movil.

[0017] Con el antecedente anterior, el objeto de la presente invention es satisfacer al menos algunos de los problemas presentes actualmente en la tecnica.

[0018] Mas espedficamente, existe una necesidad de un metodo simplificado y economico para determinar exactamente los parametros de las articulaciones de un robot con el proposito de calibrar las posturas y movimientos del robot.

[0019] De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, se propone un metodo segun la revindication independiente 1 para determinar al menos una propiedad de una articulacion, tal como la articulacion de un manipulador, donde dicha articulacion se configura para que se impulse mediante al menos un actuador, estando configurado el actuador para impulsar dicha articulacion con la ayuda de un tren de potencia, y un controlador configurado para controlar el movimiento de dicha articulacion, comprendiendo el metodo:

- fijacion de dicha articulacion de modo que el movimiento de la articulacion quede restringido, y

- accionamiento de dicho tren de potencia mientras se monitoriza al menos una magnitud asociada con un par de dicho actuador y al menos una magnitud que representa la position del actuador detectada por un sensor de angulo del motor, de modo que el actuador mediante el control del controlador corresponda entre una primera y una segunda posicion, de modo que la transmision del par del tren de potencia completamente desarrollado, en direcciones opuestas, es completada en ambas posiciones mientras que la al menos una magnitud monitorizada que representa una posicion del actuador forma unos datos del ciclo de la histeresis,

- determination de al menos un conjunto de valores de salida de dicho actuador en base a los datos del ciclo de la histeresis obtenidos, estando relacionado dicho conjunto de valores de salida con al menos una posicion de la articulacion, y

- determinacion de al menos una propiedad de la articulacion en base a dicho conjunto de valores de salida.

[0020] En la presente, la expresion "propiedades de la articulacion" se debe interpretar como que engloba las propiedades del conjunto actuador-articulacion, que se corresponden con la information que hasta ahora ha sido demasiado costosa o demasiado diffcil de obtener para que se pueda utilizar en la practica en aplicaciones con robots.

[0021] Una ventaja del metodo anterior es que las propiedades de la articulacion se determinan directamente a partir del propio manipulador del robot, lo que hace que la calibracion del robot sea mucho mas economica que las tecnicas de calibracion conocidas utilizadas previamente. Estos parametros se pueden leer tanto directamente a partir de las senales de la posicion y el par del propio robot (si se dispone de ambas) o se pueden deducir a partir de otras senales y propiedades ffsicas conjuntamente con los datos de la posicion medida del actuador obtenidos a partir de las senales o de los sensores de los motores existentes. Por ejemplo, los sensores pueden medir las corrientes en los motores en lugar de que estos proporcionen una senal de par, mientras que la posicion del actuador se puede detectar a traves de un sensor existente para el angulo del motor.

[0022] Algunas propiedades ffsicas se pueden utilizar para compensar las desviaciones de modo que estas no ocurran ffsicamente. Las propiedades ffsicas tambien se pueden utilizar para ajustar el control correspondiente con el fin de llevar a cabo el metodo con el cual estas se obtienen. Un ejemplo de propiedades ffsicas para el ajuste del comportamiento puede ser la respuesta en frecuencia de las corrientes de los motores relacionadas con el par de los actuadores que se utilizan para el accionamiento de las articulaciones.

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[0023] El metodo anterior tambien puede comprender los pasos de obtener unos parametros cinematicos nominales y actualizar los parametros cinematicos nominales, en base a, al menos, una propiedad determinada de la articulacion definida de acuerdo con los pasos del metodo descritos previamente. Esto tiene la ventaja de que los errores en el modelo cinematico del robot manipulador, debido a la falta de precision en la o las articulaciones del manipulador, se pueden reducir en comparacion con las tecnicas de calibracion existentes. De esta forma, la calibracion del manipulador, utilizando las propiedades de las articulaciones conjuntamente con los parametros cinematicos actualizados, ofrece una mayor precision de la posicion y la repetibilidad que al utilizar unicamente los parametros de la calibracion cinematica existente.

[0024] Otro aspecto de la presente invencion esta relacionado con un sistema segun la reivindicacion independiente 14.

[0025] Ademas de las ventajas enunciadas previamente, una ventaja adicional de dicho sistema es que hace posible determinar los parametros de la articulacion mediante el propio robot, utilizando los modelos del tren de potencia obtenidos en conexion con las senales y sensores existentes y disponibles facilmente. A continuacion, estos parametros se pueden utilizar directamente para actualizar los programas de usuario o indirectamente para actualizar el control del servo de las articulaciones del manipulador para el modelo especfico de robot (o un robot individual, p. ej. despues de un cierto tiempo de uso o desgaste) en el cual se han realizado las mediciones. Todo esto se hace de un modo simple y relativamente economico, ya que el unico elemento externo que se necesita para la medicion de las propiedades de las articulaciones es un elemento de fijacion, que se utiliza para fijar una parte movil del manipulador en uno o varios puntos en el espacio de trabajo del robot.

[0026] Las realizaciones preferidas de la presente invencion se presentan en las reivindicaciones dependientes.

[0027] A continuacion, la invencion se describira en detalle haciendo referencia a las figuras adjuntas, donde: La Fig. 1a representa un sistema para determinar las propiedades de las articulaciones de un manipulador de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

La Fig. 1b muestra una configuracion para determinar las propiedades de la articulacion en una unica articulacion, que es similar a una articulacion de un manipulador, tal como la que tiene senalada el Eje 2 en la Fig. 1a, aunque para una mayor claridad se muestra con un tren de potencia expuesto y un elemento de fijacion manual simple.

La Fig. 1c es un detalle ampliado de la Fig. 1b que muestra una pluralidad de ruedas dentadas que pertenecen al tren de potencia que es parte de la Fig. 1b, donde dichas ruedas dentadas se muestran engranadas en un lado y con holgura en el otro lado.

La Fig. 2 representa un diagrama de flujo de un metodo para determinar las propiedades de las articulaciones de un manipulador de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

La Fig. 3 representa un diagrama de flujo de un metodo para determinar las propiedades de las articulaciones de un manipulador de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion.

La Fig. 4 representa un diagrama de flujo de un metodo para determinar las propiedades de las articulaciones de un manipulador de acuerdo con otra realizacion mas de la presente invencion.

La Fig. 5 representa un diagrama de flujo de un metodo para determinar las propiedades de las articulaciones de un manipulador de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion.

La Fig. 6 representa un diagrama de flujo de un metodo para determinar las propiedades de las articulaciones de un manipulador de acuerdo con otra realizacion mas de la presente invencion.

La Fig. 7 representa un diagrama de flujo de un metodo para determinar las propiedades de las articulaciones de un manipulador de acuerdo con otra realizacion mas de la presente invencion.

La Fig. 8a muestra un diagrama que ilustra el trabajo de una realizacion de la presente invencion.

Las Figs. 8b y 8c, cada una, muestra el juego ideal y la perdida de movimiento, con el proposito de explicar estas propiedades.

La Fig. 8d muestra un ciclo de histeresis ideal como el obtenido a partir de una articulacion elastica con un juego y una friccion ideal.

La Fig. 8e muestra dos ciclos de histeresis superpuestos reales y por tanto no ideales obtenidos para diferentes posiciones y que por tanto exhiben unos pares maximos diferentes.

[0028] De ahora en adelante, el termino "robot" se define como una combinacion de un manipulador configurado para operar sobre elementos de trabajo y un controlador para controlar los movimientos del manipulador y de una o mas de las articulaciones del manipulador. Las siguientes realizaciones a modo de ejemplo de la invencion se deberian tomar unicamente con propositos ilustrativos y no como limitantes de la propia invencion. Por ejemplo, cualquier movimiento de las articulaciones (de revolucion o prismatica) que temporal o permanentemente este controlado por un servo, o que de cualquier otro modo se pueda beneficiar del conocimiento de los parametros del tren de potencia, forma un sistema equivalente tecnicamente.

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[0029] La Fig. 1a ilustra un sistema 100 para determinar las propiedades de las articulaciones de un manipulador 110 utilizando el elemento de fijacion 160. Se disena un controlador 140 para controlar el movimiento del manipulador 110 y, opcionalmente, de un elemento de fijacion. Dependiendo de la preferencia, el controlador 140 puede ser externo en forma de una unidad de control u ordenador digital operado manual o automaticamente, o interno, es decir, integrado en el propio manipulador 110. De manera equivalente, el elemento de fijacion, o un equipo similar para la fijacion de la parte movil seleccionada del manipulador, se situa manual o automaticamente (mediante el controlador del manipulador o a traves de otro control) de modo que se consiga la fijacion de la parte movil del manipulador.

[0030] Tal como se ilustra en la figura, el manipulador 110 comprende diversas articulaciones 112, 114, 116, 117, 118 y 119 que conectan los diferentes eslabones del manipulador de un modo que un experto en la tecnica conoce. Cada articulacion del manipulador 110 esta impulsada mediante un tren de potencia (no se muestra) accionado por un motor, de modo que los giros del motor se traducen en giros a menor velocidad de las articulaciones 112, 114, 116-119. En la presente, se deberia mencionar que el sistema 100 puede comprender cualquier numero de articulaciones, es decir, una o una pluralidad de articulaciones y que el numero de articulaciones del manipulador no es critico para el ensayo de la invencion.

[0031] Como se ha mencionado previamente, el tren de potencia puede comprender unas ruedas dentadas u otros elementos de transmision. La mayoria de los manipuladores comprenden unos sensores integrados, tal como codificadores o 'resolvers' sujetos al arbol del motor o similar para detectar las posiciones del actuador de las articulaciones, ya que, en primer lugar, el robot necesita conocer su posicion con relacion a un sistema interno de coordenadas (que abarca el espacio de las articulaciones) y , en segundo lugar, para relacionar su posicion con relacion a un sistema externo de coordenadas (generalmente que abarca un espacio cartesiano).

[0032] En la realizacion de la presente invencion en la Fig. 1a, los sensores integrados mencionados previamente se utilizan para determinar las propiedades de las articulaciones para cada una de las articulaciones 112, 114, 116-119 del manipulador 110. Utilizando la analogfa del espacio cartesiano y de las articulaciones, los parametros que describen el espacio del actuador, tal como los angulos de los motores de las articulaciones impulsados mediante una fuerza o par, se traducen en parametros que describen el espacio de las articulaciones, tal como las posiciones de las articulaciones que se conocen de la calibracion cinematica.

[0033] Como es evidente de la Fig. 1a, las articulaciones 112, 114 y 116-119 estan dispuestas de modo que el manipulador 110 tiene en total seis grados de libertad (DOF), donde los DOF se ilustran mediante las flechas gruesas que describen las direcciones de giro alrededor de los ejes de giro 1 a 6. Ademas, en la Fig. 1a, se presenta una brida de montaje de la herramienta 120 sobre la cual se puede montar un lado del manipulador de un cambiador de herramientas 121 (que se muestra separado por claridad), este ultimo equipado con la parte para herramientas del cambiador de herramientas (no se muestra) donde se montan diversas herramientas (no se muestran), lo que permite cambios de herramienta sin asistencia manual. Esta estructura del manipulador se observa frecuentemente en robots industriales de hoy en dfa, aunque tambien existe en otras estructuras tales como las maquinas de cinematica paralela (PKMs, por sus siglas en ingles). Independientemente de la estructura cinematica, el accionamiento y lo trenes de potencia trabajan de una manera similar (aunque habitualmente de forma mas simple en el caso de PKMs), y los metodos/sistemas para obtener un modelo de los parametros del tren de potencia son practicamente identicos.

[0034] El sistema que se presenta en la Fig. 1a ademas comprende un elemento de fijacion 160, que comprende un cabezal 163 y tres pares de patas 168 sujetas a una placa base 169. Se deberia hacer hincapie en que la forma y estructura del elemento de fijacion 160 en la realizacion de la Fig. 1a de ningun modo se deberia interpretar como limitante de la forma y estructura de un elemento de fijacion que se deba utilizar en el sistema de acuerdo con la presente invencion. De hecho, el elemento de fijacion 160 puede tener cualquier estructura o forma mientras pueda proporcionar un punto en el espacio sobre el que este acoplado el manipulador 110. Ahora, en la parte superior del cabezal del elemento de fijacion 163, esta situado un saliente 162 para que se acople al lado de la herramienta correspondiente del cambiador de herramientas, de modo que el manipulador 110 pueda alcanzar el saliente 162 y encajar en el lado del manipulador correspondiente del cambiador de herramientas 121. Adicionalmente, el cabezal 163 y un extremo de los tres pares de patas 168 estan conectados mediante articulaciones 164, de modo que se puede girar el cabezal 163 alrededor de una o mas de las articulaciones 164. Ademas, el otro extremo de las patas 168 tambien puede estar sujeto a la placa base 169 mediante las articulaciones 165-167, donde cada una comprende sus propios ejes de giro (no se muestra). Con una longitud concreta de cada una de las patas 168 el cabezal 163 del elemento de fijacion tambien esta bloqueado. Cuando se liberan los casquillos 161 de bloqueo de una o varias patas, tambien se libera el cabezal del elemento de fijacion 163. Ademas, el bloqueo de los casquillos 161 se puede controlar desde el controlador 140, de modo que las patas 168 del elemento de fijacion 160 (que en modo libre son telescopicas) se puedan bloquear a diferentes longitudes. De esta manera el cabezal 163 y por tanto el saliente 164 se pueden mover virtualmente a cualquier punto en el

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espacio. Sin embargo cabe destacar, que el elemento de fijacion 160 del sistema 100, de acuerdo con la presente invencion, puede tener una estructura mas simple y cumplir su funcion como elemento de fijacion si puede proporcionar un punto en el espacio al cual se pueda fijar el manipulador 110. Una ventaja con el elemento de fijacion que se puede mover libremente mostrado en la Fig. 1a, es que puede proporcionar facilmente una multitud de posturas de fijacion cercanas unas a otras, lo cual facilita la determination de las propiedades del tren de potencia que podrian variar con los angulos internos de las ruedas dentadas o de los rodamientos, o de detalles similares de los elementos de transmision involucrados.

[0035] Ahora, la realization de la invencion de la Fig. 1a con el cabezal 163 del elemento de fijacion que se corresponde con el lado de la herramienta de un cambiador de herramientas (no se muestra) utiliza el principio de que un cambio de elemento terminal se puede considerar equivalente, desde un punto de vista de la herramienta, a un acoplamiento del manipulador con un elemento de fijacion. El cambio se puede realizar tanto manual como automaticamente, en el que el ultimo caso se corresponde con un robot que esta programado para cambiar su elemento terminal utilizando el cambiador de herramientas para acoplarse a una herramienta de un soporte para herramientas. Este se puede instalar manualmente para la etapa de calibration de manera espedfica en un manipulador 110 que no esta dotado de un cambiador de herramientas durante su funcionamiento normal. Como alternativa, los elementos para fijar se pueden sujetar a los eslabones del manipulador o sobre algun lado del elemento final. Por tanto, se puede calibrar cualquier robot manipulador.

[0036] En la presente realizacion, la herramienta de fijacion es el elemento de fijacion 160, o mas espedficamente el saliente 162 situado en el cabezal 163 del elemento de fijacion. El saliente 162 esta configurado para proporcionar un punto en el espacio sobre el que se acople el cambiador de herramientas 121. Como el cabezal 163 del elemento de fijacion esta configurado para que se situe dentro de un rango amplio, puede proporcionar un amplio espectro de posibles puntos en el espacio sobre los que se acople el cambiador de herramientas 121. El punto de fijacion se elige, de acuerdo con una realizacion, de modo que se puede identificar, de manera unica, el movimiento de giro de los segmentos del manipulador alrededor de cada uno de los seis ejes, p. ej., de modo que se evitan las singularidades. Esta es una forma de realizar la determinacion de los parametros de las articulaciones para cada una de las articulaciones 112, 114 y 116119. Sin embargo, de acuerdo con otra realizacion, se selecciona una position arbitraria para el saliente 162, de modo que el cambiador de herramientas 121 del manipulador 110 puede alcanzar un punto de fijacion en el espacio que puede ser una singularidad. Incluso en este caso, se pueden determinar los parametros de las articulaciones para cada una de las articulaciones, de modo que el controlador 140 este configurado para mover el manipulador fuera del primer punto de fijacion en el espacio y a un segundo, y posiblemente un tercer, punto de fijacion (y asf sucesivamente, no se muestra) y mediante el calculo de las soluciones de las ecuaciones dinamicas de las articulaciones para cada uno de los puntos de fijacion en el espacio, donde se pueden determinar, de manera unica, los parametros para cada una de las articulaciones 112, 114, 116-119 del manipulador 110. El controlador 140, con el mismo proposito, tambien puede mantener el manipulador 110 fijo al elemento de fijacion 160, mientras mueve el manipulador 110 a una o mas posiciones adicionales que se corresponden con un segundo o tercer, o con posiblemente incluso mas puntos de fijacion en el espacio.

[0037] En la presente, se deberia mencionar que no solamente se puede utilizar el saliente 162 del elemento de fijacion 160 para acoplar el cambiador de herramientas 121 a un punto en el espacio, sino que se puede considerar suficiente para realizar la funcion de fijacion cualquier parte del elemento de fijacion 160, a la cual se pueda fijar el cambiador de herramientas 121 o cualquier otra parte del manipulador 110 para alcanzar un punto bien definido en el espacio. Ahora, aunque estan definidos de manera unica el o los puntos en el espacio a los cuales se puede fijar el cambiador de herramientas 121, la postura en la cual el manipulador alcanza este punto en el espacio puede no ser unica, ya que el manipulador se puede controlar mediante el controlador 140 para alcanzar una pluralidad de posiciones de las articulaciones mutuas en las que en todas puede resultar que tanto el cambiador de herramientas 121 como alguna otra parte del manipulador se fijan al mismo punto en el espacio que proporciona el saliente 162 o alguna otra parte del elemento de fijacion 160.

[0038] Aunque el cambiador de herramientas 121 esta fijo en uno o mas puntos en el espacio, el controlador 140 esta configurado para leer los valores de salida procedentes de los sensores internos de las articulaciones del manipulador 110. Estos valores reflejan las propiedades del tren de potencia que se pueden traducir en parametros de las articulaciones, tal como el juego, la flexibilidad y otros posibles parametros.

[0039] Sin embargo, antes de que se fije el cambiador de herramientas 121 en uno o mas puntos en el espacio, el controlador 140 puede estar configurado para determinar la friction cinetica y posiblemente viscosa en cada una de las articulaciones 112, 114, 116-119. Ademas, antes de que se fije el cambiador de herramientas 121, se puede impactar en el manipulador 110 y el controlador 140 puede estar configurado para determinar la frecuencia o frecuencias de resonancia del manipulador 110 a partir del par y la posicion monitorizados de la o las articulaciones del manipulador 110, y a partir de la frecuencia o frecuencias de

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resonancia determinar un ancho de banda adecuado para el control de los movimientos de fijacion/fijos y para la monitorizacion del par del actuador en las articulaciones y de la posicion de las articulaciones.

[0040] Esto se explicara con mas detalle en conexion con las realizaciones de las Figs. 5-7.

[0041] Ahora, de acuerdo con una realizacion, el controlador 140 esta configurado para leer el par motor en las articulaciones y la posicion de las articulaciones directamente desde la salida de los sensores internos en cada articulacion. De acuerdo con otra realizacion, si el par motor en las articulaciones no esta disponible directamente, el controlador 140 esta configurado para monitorizar otras magnitudes del actuador a partir de las cuales se puede calcular indirectamente el par motor, tal como el control del par motor o de la dinamica de un observador de estados del par en base a otros estados de control del servo. El par motor tambien se puede obtener mediante la medicion de las corrientes del motor y el calculo del par real para el tipo de motor que se utiliza. Sin embargo, se puede esperar que el controlador 140 tenga la posicion real de las articulaciones disponible con facilidad, ya que los robots industriales en la mayoria de los casos estan equipados con los correspondientes sensores de posicion.

[0042] Tambien se puede establecer, que por "fijacion del manipulador" se entiende la fijacion de la parte movil del manipulador 110 en un punto del espacio que proporciona el elemento de fijacion 160. La sujecion del otro extremo del manipulador (la parte base) a una placa en el terreno o al suelo no se considera como una operacion de fijacion y no se tratara como tal en esta descripcion. La base del manipulador 110 y la placa base 169 del elemento de fijacion 160 deben estar conectadas rigidamente entre sf durante los movimientos de fijacion, aunque las partes base, por supuesto, se pueden fijar tambien entre sf, p. ej., en un robot movil (no se muestra) que se acopla a un entorno con la placa base 169 sujeta rigidamente a este.

[0043] Se puede alcanzar una situacion de fijacion equivalente tecnicamente para una unica articulacion del manipulador 110 mediante la fijacion de un eslabon a un punto concreto en el espacio. Por ejemplo, el manipulador 110 puede tener una parte de un cambiador de herramientas sujeta a la parte delantera del segundo eslabon (el movimiento en el Eje 2), que se mueve ortogonalmente respecto del eje precedente 112 (Eje 1) y que por tanto no interfiere con la fijacion de la articulacion 114. Ademas, las articulaciones 116-119 permanecen sin fijar y no forman parte de la fijacion de la articulacion 114. Como alternativa al acoplamiento con un cambiador de herramientas en un elemento de fijacion 160, o con cualquier otro elemento de fijacion especializado, se puede utilizar un equipo de fijacion listo para utilizar. Considerando todavfa la fijacion de la articulacion 114, dicho elemento de fijacion estandar puede ser del tipo mostrado en la Fig. 1b con el numero de referencia 188. La Fig. 1b muestra dicha articulacion con parte de la cubierta del tren de potencia retirada para exponer los elementos de transmision, que en este caso es una caja con engranaje planetario que conecta el motor 182, mediante un arbol 186 elastico, al eslabon 184. El eslabon 184 carga el arbol 186 con el par resultante de la fuerza gravitatoria del eslabon 184, y se puede visualizar la torsion del arbol 186 a partir de las lmeas perifericas torcidas. Si, para mayor simplicidad, de momento se desprecian la friccion y las fuerzas de inercia, la fuerza gravitatoria se equilibra mediante un par motor que actua sobre el tren de potencia y, por tanto, los lados correspondientes de los dientes de las ruedas dentadas estan en contacto tal como se muestra en la Fig. 1c. Las fuentes de juego incluyen los huecos entre dientes 192, 196. La friccion tiene lugar en el rodamiento 194 y en otros contactos deslizantes o de rodadura entre los elementos de transmision. Aunque la torsion 186 puede ser lineal, la flexibilidad que posee la placa que sostiene las ruedas satelite en combinacion con los contactos graduales entre dientes resultan normalmente en una propiedad de flexibilidad no lineal.

[0044] Conjuntamente con el elemento de fijacion manual 188, el sistema 180 se puede visualizar como una articulacion de un manipulador. De manera equivalente, puede representar cualquier articulacion de cualquier mecanismo controlado mediante servo. Por tanto, los elementos de fijacion 160, 188 no estan de ninguna manera restringidos a la apariencia y forma que se proporciona en las Figs. 1a y 1b respectivamente, aunque puede tener cualquier forma o apariencia mientras esten esencialmente libres de juego y puedan proporcionar un punto en el espacio para la fijacion de la parte movil del manipulador 110. Por tanto, el elemento de fijacion puede ser elastico, de modo que el manipulador despues de la fijacion inicial al elemento de fijacion pueda alcanzar un punto en el espacio en el cual se fija posteriormente, una vez que ha alcanzado una posicion de reposo en el elemento de fijacion. En el caso de un elemento de fijacion elastico, se deberia conocer la rigidez de este, y se necesitara determinar el desplazamiento elastico del elemento de fijacion en base a las fuerzas en el cambiador de herramientas, las cuales a su vez se pueden determinar mediante los pares en las articulaciones y el modelo cinematico o mediante la utilizacion de un sensor externo de fuerza/par montado en la muneca.

[0045] Ademas se deberia mencionar que el sistema para determinar los parametros de una articulacion de un manipulador de acuerdo con la presente invention tambien puede comprender dos o mas robots, es decir, dos o mas manipuladores que se utilizan mutuamente como elementos de fijacion y donde cada uno proporciona un punto de fijacion en el espacio para el manipulador del otro robot, de modo que se puedan determinar las propiedades de las articulaciones de cada articulacion en cada manipulador, por ejemplo, de acuerdo con el metodo de la presente invencion del cual se ilustran varias realizaciones en las Figs. 2-7. En

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ausencia de un punto de fijacion rigido y concreto, un robot con dos brazos puede necesitar mas posturas y mediciones para determinar de manera unica todos los parametros de las articulaciones.

Ademas, el manipulador 110 de la Fig. 1a, aunque se representa como un manipulador de un solo brazo puede igualmente ser un manipulador con dos brazos, donde analogamente a la descripcion en el parrafo previo, los brazos se pueden utilizar como elementos de fijacion para la fijacion de cada brazo a un punto en el espacio que proporciona el otro brazo con el proposito de determinar las propiedades de las articulaciones en cada articulacion de cada brazo. Un robot de dos brazos tambien puede fijar un eslabon permitiendo que el otro brazo con cualquier eslabon adecuado empuje el eslabon del otro brazo contra un entorno rigido (o un entorno con una flexibilidad conocida). Incluso en estos casos, se pueden determinar las propiedades de las articulaciones de cada brazo del manipulador de acuerdo con el metodo de la presente invencion, del cual se ilustran diversas realizaciones en las Figs. 2-7.

[0047] A continuacion, se describira la determinacion de al menos una propiedad de las articulaciones con la ayuda de las Figs. 2-7.

[0048] La Fig. 2 representa un diagrama de flujo que ilustra una realization de un metodo de acuerdo con la presente invencion.

[0049] En el paso 200 el controlador 140 da instrucciones a los actuadores de cada una de las articulaciones 112, 114, 116-119 del manipulador 110 para que muevan cada articulacion de modo que el manipulador 110 se acopla en el punto del espacio que proporciona el elemento de fijacion 160. Este punto en el espacio puede estar definido tanto por el saliente 162 del elemento de fijacion 160 como por alguna otra parte de este. Si el elemento de fijacion 160 es rigido, el punto de fijacion que proporciona el elemento de fijacion 160 sera esencialmente el mismo que el punto en el espacio al cual se han fijado el cambiador de herramientas 121 o alguna otra parte del manipulador 110. Por el contrario, en el caso de un elemento de fijacion elastico o flexible, el punto de fijacion inicial que proporciona el elemento de fijacion sera diferente al punto en el espacio al cual se fija finalmente el cambiador de herramientas 121 o alguna otra parte del manipulador 110. Como se ha mencionado previamente, el controlador 140 puede dar instrucciones a los actuadores de cada articulacion 112, 114, 116-119 para mover las articulaciones, de modo que el manipulador 110 alcance el punto de contacto que proporciona el elemento de fijacion 160, o el controlador 140 puede hacer que se mueva el elemento de fijacion 160 (p. ej., liberando los casquillos 161 de bloqueo de los eslabones 168 y acoplando el manipulador 110, y moviendo el saliente 162, todo de acuerdo con las instrucciones en un programa de usuario del robot cargado en el controlador para automatizar todo el procedimiento de calibration) con el fin de conseguir el acoplamiento/fijacion del cambiador de herramientas 121 o alguna otra parte del manipulador 110.

[0050] En cada caso de los anteriormente mencionados, el manipulador 110 ya habra alcanzado un punto bien definido en el espacio al cual permanecera fijo en una postura espetifica. Esta postura puede ser un punto de comienzo para determinar los parametros de las articulaciones de manera unica en cada articulacion, en cuyo caso un unico punto en el espacio es suficiente. Por el contrario, si el punto en el espacio no es adecuado para determinar las propiedades en dos o mas articulaciones, el controlador 140 puede dar instrucciones al manipulador 110 o al elemento de fijacion 160 para que se muevan a uno o mas puntos en el espacio desde los cuales se puedan determinar los parametros de las articulaciones. De ese modo es posible determinar de manera unica los parametros de las articulaciones en cada una de las articulaciones 112, 114, 116-119. En este caso, los parametros de las articulaciones de interes son el juego y la flexibilidad, aunque tambien se pueden determinar otros parametros que pueden dar information suficiente sobre el estado mecanico de cada articulacion.

[0051] Antes de proceder con los pasos del metodo 210-230 se deberia mencionar que para una mejor comprension del metodo, los pasos 210-230 se realizaran solamente en una articulacion. Sin embargo es posible que el controlador 140 transmita las senales al actuador para accionar los trenes de potencia para cada una de las articulaciones 112, 114, 116-119 y realizar los pasos 210-230 en cada articulacion. Como alternativa y dependiendo de la estructura cinematica del manipulador, los pasos 210-230 se pueden realizar para dos o mas articulaciones en paralelo.

[0052] Con el fin de facilitar el entendimiento de la invention disponible, la explication en detalle de los pasos 210-230, tal como se visualiza en las Figs. 2-7, se basa en unas secuencias de control espedficas en las que cada una resulta en un parametro determinado de una articulacion con propiedades mas o menos ideales. Posteriormente, se describe un planteamiento modificado en la practica haciendo referencia a las Figs. 8b-8e. Este planteamiento modificado es una manera practica para determinar las propiedades de las articulaciones cuando el controlador 140 restringe el control directo del par del actuador. Si se permite el acceso al control del par, como para el suministrador del manipulador, las siguientes secuencias de control espedficas ofrecen una manera explfcita de utilizar el metodo.

[0053] Volviendo a la Fig. 2, en el paso 210, el controlador 140 transmite unas senales al actuador para accionar el tren de potencia de una de las articulaciones 112, 114, 116-119 mientras mantiene el manipulador

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110 en la posicion fija en el elemento de fijacion 160 que define el punto en el espacio mencionado previamente. Al mismo tiempo, el controlador 140 monitoriza el par motor de la articulacion y la posicion de la articulacion de una de las articulaciones 112, 114, 116-119 del manipulador 110.

[0054] En el paso 220, el controlador 140 selecciona y registra los valores de salida del par motor que se corresponden con ciertas posiciones de interes de la articulacion, para obtener las propiedades de una de las articulaciones 112, 114, 116-119 del manipulador 110. Un ejemplo de dichos valores de salida del par motor y de las posiciones de la articulacion pueden ser las posiciones de la articulacion en las cuales el par motor es esencialmente cero.

[0055] Por ultimo, en el paso 230 el controlador determina la propiedad o propiedades deseadas de la articulacion a partir de los valores de salida y de las posiciones de la articulacion registrados en el paso 220. La propiedad o propiedades de la articulacion pueden ser el juego, la flexibilidad u otras propiedades de la articulacion individuales o en combination.

[0056] La Fig. 3 ilustra otra realization del metodo de acuerdo con la presente invention en la cual el controlador 140 determina el juego en los trenes de potencia que impulsan las articulaciones 112, 114, 116119. Como en la realizacion anterior del metodo, en la Fig. 3, se explica la realizacion del metodo para una de las articulaciones 112, 114 y 116-119 del manipulador 110.

[0057] En el paso 300 el controlador 140 da instrucciones a los actuadores de cada una de las articulaciones 112, 114, 116-119 del manipulador 110 para que muevan cada articulacion de modo que el manipulador 110 se acopla en el punto del espacio que proporciona el elemento de fijacion 160. Este paso es identico al paso 200 en la realizacion del metodo ilustrada en la Fig. 2 y no se detallara mas.

[0058] En el paso 310 el controlador 140 entra en un control de la posicion en funcionamiento y si es necesario (debido a problemas con el controlador tal como una detection de fallo) ajusta una referencia de la posicion de la articulacion de modo que se alcanza una posicion de estado estacionario con un par aceptable.

[0059] En el paso 320 el controlador 140 obtiene un valor de la friccion cinetica para una de las articulaciones 112, 114, 116-119. En la presente el valor de la friction cinetica puede comprender simplemente una friction cinetica conocida previamente a partir de las mediciones realizadas antes de que el manipulador 110 se fijara al elemento de fijacion 160, o tambien puede comprender los valores de la friccion cinetica despues de que el manipulador 110 se fije al elemento de fijacion 160. En el ultimo caso, el diagrama de flujo puede incluir los pasos secundarios (no se muestran) de:

- el controlador 140 transmite unas senales al actuador para mover el motor de la articulacion en dos direcciones opuestas y monitorizar el par motor de la articulacion;

- el controlador 140 estima la friccion cinetica del motor mediante la obtencion de una cantidad minima del par motor en ambas direcciones del motor;

- utilizar el valor del par como un parametro de la friccion cinetica del motor.

[0060] En el paso 330 el controlador 140 transmite las senales al actuador de modo que el tren de potencia ajuste la referencia de la posicion de la articulacion. El controlador 140 puede lograr el ajuste de la posicion de la articulacion, incrementando y disminuyendo la referencia de control de la articulacion ordenada/programada, que en el caso de una resolution demasiado baja requerira un desajuste del control del motor con el fin de obtener una senal de par suave.

[0061] En el paso 335, el controlador 140 comprueba si la articulacion ha alcanzado una posicion de estado estacionario, es decir el par y la velocidad del motor de la articulacion son esencialmente cero incluso si esta presente la fuerza gravitatoria.

[0062] Si el resultado es "no", el metodo vuelve al paso 330 donde el controlador 140 continua transmitiendo las senales al actuador para mantener en movimiento el tren de potencia y de ese modo ajustar la posicion de referencia de la articulacion.

[0063] Si el resultado es "sr, el controlador 140, en el paso 340, indica al actuador que accione el tren de potencia con el fin de ajustar la referencia de la posicion de la articulacion hasta que comience a aumentar el par motor de la articulacion. El ajuste de la posicion de la articulacion se puede conseguir incrementando o disminuyendo la referencia de la articulacion ordenada/programada del tren de potencia en una de las articulaciones 112, 114, 116-119 en una direction hasta que se establezca el contacto entre los elementos del tren de potencia, tales como entre las ruedas dentadas. Debido a la action integral en el control del servo del manipulador en combinacion con la rigidez limitada del tren de potencia, el par motor de la articulacion se estabilizara en un nivel significativamente mas alto que la friccion.

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[0064] En el paso 345, el controlador comprueba si la posicion del tren de potencia ruedas dentadas (si se ha utilizado dicho mecanismo para el tren de potencia) entrado en contacto.

[0065] Si el resultado es "no", el metodo vuelve al paso 340 donde el controlador actuador que mantenga el accionamiento del tren de potencia.

[0066] Si el controlador detecta una posicion estable del tren de potencia, es decir, de contacto, el controlador 140 registra, en el paso 350, un primer valor de salida en el motor de la articulacion, que en este caso es el angulo del motor X1 del motor de la articulacion.

[0067] En el paso 360, el controlador 140 indica al actuador que accione el tren de potencia de modo que el tren de potencia se mueva en una direccion opuesta a la direccion del paso 330. Esto se puede implementar con el controlador 140 indicando al actuador que accione el tren de potencia con el fin de disminuir la referencia de la posicion de un modo analogo al paso 340.

[0068] En el paso 365, el controlador 140 comprueba si se ha alcanzado una posicion estable del tren de potencia, es decir, si se ha logrado el contacto entre las ruedas dentadas (de nuevo dependiendo de la implementacion) del tren de potencia en el otro lado del juego.

[0069] Si el resultado es "no", el metodo vuelve al paso 360 donde el controlador 140 se mantiene indicando al actuador que accione el tren de potencia en la direction opuesta.

[0070] En el paso 370, el controlador 140 registra un segundo valor de salida en la posicion estable, que en este caso es un angulo del motor X2 del motor de la articulacion obtenido despues de N disminuciones con relacion a la posicion estable en el paso 345.

[0071] Por ultimo, en el paso 380, el controlador 140 determina el juego para el tren de potencia de la articulacion a partir del valor de la diferencia D=X1-X2. Si N es pequeno (1 o 2) el juego puede ser practicamente cero o la resolucion de los movimientos incrementales puede ser insuficiente. En este ultimo caso, se puede aplicar el desajuste del control del motor por analogfa con el procedimiento en el paso 330.

[0072] Si el procedimiento se implemento a nivel de programacion de usuario, el fabricante del robot ha de proporcionar una interfaz o implementacion a nivel de sistema que pueda tener una resolution mucho mayor que la disponible por el programador habitual del robot. Opcionalmente, en algunos sistemas, se puede desactivar o limitar la action integral en el control del servo, de modo que se mejore la continuidad de los datos y a continuation se puede ajustar la accion proporcional dominante para un efecto apropiado en el par.

[0073] Se deberia mencionar que en condiciones cuasiestaticas (movimientos lentos), el par de entrada (mecanico) al tren de potencia desde el par motor del actuador (p. ej., electrico) es el par motor menos la friction cinetica. Como se conoce el movimiento ordenado al actuador y esencialmente no hay movimiento de la salida del tren de potencia debido a la fijacion, esto significa que se puede controlar el par de entrada del tren de potencia durante los movimientos fijos. Esto a su vez implica que mientras se determina el juego en el estado fijo, esto se puede hacer en base al par de entrada del tren de potencia (compensada la friccion del motor), o de manera equivalente, el principio de identification del juego se puede formular como si no hubiera friccion (bajo la suposicion de movimientos lentos aunque no cero).

[0074] La Fig. 4 ilustra otra realization mas del metodo de acuerdo con la presente invention, donde se determina la flexibilidad de uno o mas de los eslabones del manipulador 110.

[0075] La flexibilidad se puede definir como una falta de rigidez que exhiben todos los trenes de potencia. La flexibilidad en cada eslabon (generalmente una pequena parte) se identifica por defecto como la flexibilidad de la articulacion.

[0076] Como en las realizaciones anteriores del metodo ilustradas en las Figs. 2 y 3, la realizacion del metodo en la Fig. 4 se ilustrara utilizando solamente uno de los motores de las articulaciones (no se muestra) del manipulador 110. Casi todos los robots de hoy en dfa tienen su mayor flexibilidad en el tren de potencia de cada articulacion y, por tanto, este parametro de la articulacion es util de determinar.

[0077] De acuerdo con la realizacion del metodo en la Fig. 4, si el controlador 140 conoce los valores del juego y la friccion de la articulacion o si el controlador 140 ha determinado estos valores de acuerdo con los pasos descritos previamente, el controlador 140 esta configurado para determinar la flexibilidad para una articulacion de acuerdo con los pasos siguientes:

En el paso 400, el controlador 140 da instrucciones a los actuadores de cada una de las articulaciones 112, 114, 116-119 del manipulador 110 para que muevan cada articulacion de modo que el manipulador 110 se

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acopla en el punto del espacio que proporciona el elemento de fijacion 160. Este paso es identico al paso 200 en la realizacion del metodo ilustrada en la Fig. 2 y no se detallara mas.

[0078] En el paso 410, el controlador 140 indica al actuador que accione el tren de potencia con el fin de ajustar una referencia de la posicion de la articulacion, si se necesita con un control modificado tal como para la determinacion anterior del juego, de modo que se establezca contacto a un lado del juego. Si el tren de potencia de una articulacion se implementa mediante ruedas dentadas, dicho contacto se puede caracterizar como el contacto entre los dientes de cada rueda que trabajan conjuntamente para impulsar la articulacion.

[0079] En el paso 420, el controlador 140 indica al actuador que accione el tren de potencia con el fin de aumentar el par de contacto incrementando la referencia de la posicion de la articulacion mientras, al mismo tiempo, el controlador 140 monitoriza el par motor y la posicion de la articulacion al tiempo que aumentan los valores absolutos de ambas cantidades.

[0080] En el paso 430, el controlador 140 da instrucciones al actuador para que accione el tren de potencia de modo que desde un par motor de la articulacion alto, de acuerdo con el paso 420 previo, el par motor de la articulacion disminuya hacia cero mientras el controlador 140 monitoriza, al mismo tiempo, el par motor y la posicion de la articulacion. Debido a la construction de la mayoria de las cajas de engranajes, la rigidez aumentara con un aumento del par y, por ejemplo, se puede ajustar un polinomio de tercer grado a los datos de posicion y par motor de la articulacion monitorizada, la cual tendra una histeresis de dos veces la friction.

[0081] En el paso 440, el controlador 140 comprueba si el par motor de la articulacion es esencialmente cero.

[0082] Si el resultado es "no", el metodo vuelve al paso 430 donde el controlador 140 indica al actuador que continue el accionamiento del tren de potencia.

[0083] Si el resultado es "sP1, el controlador 140 registra la posicion de la articulacion en el paso 450 y prosigue al paso 460.

[0084] En el paso 460, el controlador 140 transmite unas senales al actuador que acciona el tren de potencia con el fin de aumentar la referencia de la posicion de la articulacion en la direccion opuesta a la del paso 420 y monitoriza el par motor y la posicion de la articulacion de manera analoga al paso 420.

[0085] En el paso 470, el controlador 140 comprueba de nuevo si se ha establecido el contacto entre las ruedas dentadas del tren de potencia.

[0086] Si el resultado es "no", el metodo vuelve al paso 460 donde el controlador 140 indica al actuador que continue el accionamiento del tren de potencia en la direccion opuesta a la del paso 420.

[0087] Si el resultado es "sP1, el controlador 140 registra la posicion de la articulacion en el paso 470.

[0088] Las dos posiciones de la articulacion deberian ser simetricas para las cajas de engranajes habituales.

[0089] Conjuntamente con los valores del juego y la friccion, la flexibilidad determinada define las propiedades de la articulacion de acuerdo con la Fig. 1, que incluyen las propiedades alrededor de los ejes (del tren de potencia y la articulacion) de giro (Ejes 1-6). En la Fig. 1, el giro de los eslabones alrededor de las articulaciones se representa mediante los ejes 1-6 y las flechas gruesas. De acuerdo con una realizacion, el metodo hace uso de un sensor de fuerza-par en el cambiador de herramientas para verification o para una mayor precision (p. ej., mediante movimientos controlados en fuerza).

[0090] La Fig. 5 ilustra una realizacion del metodo de acuerdo con la presente invention, donde la friccion cinetica de una o mas articulaciones 112, 114, 116-119 es desconocida y se necesita determinarla con el controlador 140. En este escenario, la friccion cinetica se determina antes de que el manipulador 110 se fije al elemento de fijacion 160.

[0091] En el paso 500, el controlador 140 transmite unas senales al actuador para que accione el tren de potencia con el fin de mover cada articulacion 112, 114, 116-119 en una direction a velocidad baja y observar el par motor de la articulacion que corresponde a la friccion cinetica durante el movimiento. Una velocidad baja en este contexto significa mover la articulacion a una velocidad por debajo de un valor umbral de velocidad.

[0092] Posteriormente, en el paso 510, el controlador 140 transmite unas senales al actuador para que accione el tren de potencia con el fin de detener el movimiento de las articulaciones 112, 114, 116-119.

[0093] A continuation, en el paso 520, el controlador 140 transmite unas senales al actuador para que accione el tren de potencia con el fin de mover cada articulacion 112, 114, 116-119 a velocidad baja en la

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direccion opuesta y observar el par motor de la articulacion que corresponde a la friccion cinetica durante el movimiento.

[0094] En el paso 530, el controlador 140 detecta al comienzo un pico del par motor como la friccion cinetica, y verifica/modela cualquier dependencia con la direccion, temperatura, gravedad/carga o cualquier otra condition que pudiera afectar al valor de la friccion.

[0095] A continuation, el metodo prosigue a los pasos 540-570 que son identicos a los pasos 200-230 en la realization del metodo de la Fig. 2 y no se repetiran en la presente.

[0096] Un robot industrial normal tendra un valor de la friccion estatica en cada articulacion que esta cerca del valor de la friccion cinetica en dicha articulacion. Mecanicamente, para algunos mecanismos, podria existir una diferencia significativa, aunque bajo la influencia de un control con realimentacion de alta ganancia, como requieren, por ejemplo, los robots de precision, existiran pequenas vibraciones debido al ruido del sensor y una friccion estatica alta es un problema menor. En cualquier caso, las diferencias entre la friccion estatica y la dinamica es un problema con el que se debe tratar en el control del servo de bajo nivel, y no es parte de la compensacion de alto nivel con la que trata la presente invencion en terminos de las propiedades que se deben determinar.

[0097] Mientras que la mayoria de los robots tienen su principal efecto de la friccion de las articulaciones en el lado del motor del tren de potencia, algunos robots con unos rodamientos en el lado de las articulaciones con mucha precarga o con un sellado de la lubrication con friccion alta, exhiben una friccion bastante alta en el lado de las articulaciones. Al determinar la friccion cinetica de la articulacion tanto en un movimiento sin fijar libre como en un movimiento fijo, se pueden determinar estos dos parametros de friccion cinetica diferentes y distinguir el uno del otro. La friccion cinetica del motor afecta a la articulacion antes que el juego del tren de potencia, mientras que la friccion restante de la articulacion afecta al movimiento de la articulacion despues de esos parametros del tren de potencia, lo cual se puede utilizar de manera obvia dentro de la compensation en base a las propiedades de la articulacion. Tal como se conoce en la tecnica, dicha friccion cinetica tan alta del lado de la articulacion, en particular en el caso de flexibilidad pero no de juego, es una indication de que el efecto de la histeresis de la friccion cinetica en la practica puede depender de la carga, tal como las magnitudes monitorizadas representadas, que muestra la Fig. 8e.

[0098] El controlador 140 tambien puede determinar la friccion viscosa en cada articulacion de una manera similar a los pasos realizados para determinar la friccion cinetica anterior, tambien antes de que el cambiador de herramientas 121 se acople en el saliente 163 del elemento de fijacion 160.

[0099] En la Fig. 6, se ilustra una realizacion del metodo donde la friccion cinetica se determina antes de que el manipulador 110 se fije al elemento de fijacion 160.

[0100] En el paso 600, el controlador 140 indica al actuador que mueva una de las articulaciones 112, 114, 116-119 en una direccion a diferentes velocidades mientras el controlador 140 monitoriza el par motor de la articulacion durante el movimiento.

[0101] En el paso 610, el controlador 140 indica al actuador que accione el tren de potencia con el fin de detener el movimiento de la articulacion.

[0102] En el paso 620, el controlador 140 indica al actuador que accione el tren de potencia con el fin de mover la articulacion en la direccion opuesta, de nuevo a diferentes velocidades, que pueden ser iguales o diferentes a las velocidades en el paso 610. Al mismo tiempo el controlador 140 monitoriza el par motor de la articulacion durante el movimiento en la direccion opuesta.

[0103] En el paso 630, el controlador 140, a continuacion, determina la friccion viscosa a partir de los pares motor monitorizados durante los movimientos de las articulaciones en ambas direcciones.

[0104] Los pasos 640-670 son identicos a los pasos 200-230 en la Fig. 2 y no se desarrollaran mas en la presente.

[0105] Una manera de mejorar el comportamiento del metodo para determinar los parametros de las articulaciones, del cual se han descrito diversas realizaciones anteriormente en las Figs. 2-6, es impactar con un objeto en el manipulador 110. Esta realizacion se ilustra en la Fig. 7.

[0106] En el paso 700, algun objeto impacta en el manipulador 110, ya sea automaticamente como mediante el operario del robot, de modo que provoca el movimiento de todas las articulaciones 112, 114 y 116-119 en todos sus DOF.

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[0107] En el paso 710, el controlador 140 monitoriza el par motor de las articulaciones y la posicion de las articulaciones en todas las articulaciones del manipulador 110. Esto generalmente puede tener lugar durante el impacto y despues de este en el paso 700.

[0108] En el paso 720, el controlador 140 determina, a partir del par motor de las articulaciones monitorizadas y de la posicion de las articulaciones en cada articulacion 112, 114, 116-119 y especialmente en la articulacion con la mayor inercia, una frecuencia de resonancia para el manipulador 110. La frecuencia de resonancia puede ser la frecuencia de la corriente del motor de la articulacion registrada durante el impacto del cambiador de herramientas 110 y despues de este en el paso 700. La frecuencia de resonancia mas baja da una idea de el posible comportamiento de las articulaciones durante la determinacion de los parametros de las articulaciones mencionados previamente, tal como la friccion, el juego y la flexibilidad.

[0109] En el paso 730, el controlador 140 determina el par motor de la articulaciones y el intervalo de la posicion de las articulaciones correspondiente a la frecuencia de resonancia mas baja determinada en el paso 720. Es en este intervalo donde el controlador 140 determinara los parametros de las articulaciones de acuerdo con las realizaciones del metodo de las Figs. 2-6 descritas previamente.

[0110] A continuacion, el metodo prosigue a los pasos 740-770 que son identicos a los pasos 200-230 descritos en relacion con la realizacion del metodo de la Fig. 2. Por esta razon estos pasos no se desarrollaran mas.

[0111] Las realizaciones del metodo de las Figs. 2-7 tambien pueden incluir el paso de obtener los parametros cinematicos (no se muestran) del manipulador, con el fin de determinar las propiedades dinamicas del tren de potencia del manipulador 110. El controlador 140 puede comprender unos parametros nominales almacenados (sin calibrar). Dichos parametros pueden, a su vez, ser una entrada al controlador 140 desde unas hojas de datos. Este paso precederia los pasos en las realizaciones del metodo de acuerdo con las Figs. 2-7. Por ultimo, despues de que se han determinado las propiedades para cada una de las articulaciones 112, 114, 116-119 de acuerdo con las realizaciones del metodo ilustradas en las Figs. 2-7, se pueden actualizar los parametros cinematicos nominales en base a las propiedades determinadas de las articulaciones.

[0112] La Fig. 8a ilustra un diagrama de histeresis 800 para una articulacion del manipulador 110 de un robot. El diagrama ilustra el par motor de la articulacion Fm como una funcion de la posicion del actuador x en el caso ideal de una friccion estatica y cinetica del actuador esencialmente nula, pero teniendo en cuenta la friccion viscosa del tren de potencia. Aunque la figura no muestra la velocidad del movimiento, es evidente a partir del valor de la histeresis del par durante el cambio de posicion x, que la velocidad del movimiento se tiene en cuenta, y que los puntos finales de la curva convergen al mismo valor, lo que significa que el valor de la friccion cinetica tanto puede ser despreciable como se anula debido a las vibraciones inducidas por el control. Ahora, se asume que los movimientos son cuasiestaticos de modo que esten ausentes los efectos viscosos. Aunque lo anterior implica movimientos lentos, esto no es un problema en terminos del tiempo de calibracion ya que las distancias de movimiento involucradas en las posturas fijas son muy pequenas. Con una curva de histeresis como base, se discutira mas a fondo el planteamiento modificado en la practica anteriormente mencionado haciendo referencia a las Figs. 8b-8e, donde cada una presenta al menos un efecto de histeresis.

[0113] La curva de histeresis mostrada en la Fig. 8a, exhibe un movimiento redproco entre dos posiciones, con una posicion fija sin carga entre ambas. Como la coordenada del motor x de cualquier modo esta asociada con un desfase, por ejemplo, debido al montaje con relacion al tren de potencia, se puede seleccionar, para mayor simplicidad, el desfase de modo que la coordenada x sea cero en el medio del juego, y a continuacion los contactos con el juego se obtienen en -X y X para un juego de 2X. Se puede asumir cualquier direccion de la curva de histeresis de par-posicion, por ejemplo, el movimiento en el orden 801-802803-804 (o en el opuesto), aunque moviendose fuera del juego en ambos lados. Esto significa que el accionamiento (210) del tren de potencia es tal que el motor, o equivalentemente el actuador, adquieren un movimiento redproco entre una primera y segunda posicion en direcciones opuestas con relacion al rango del juego, de modo que se alcanza una transmision del par del tren de potencia totalmente desarrollada en ambas posiciones. Al incluir el efecto de la friccion cinetica, la monitorizacion del par del actuador y de la posicion del actuador resulta en una curva como la de la Fig. 8d. La lmea continua es el movimiento monitorizado en terminos del ciclo par-posicion obtenido. Suponiendo que la friccion es simetrica, la lmea a trazos del valor medio representa entonces el par del actuador compensado con la friccion que con su dependencia de la posicion recoge la histeresis de la posicion, la cual en la Fig. 8d es simetrica en direccion horizontal alrededor del centro del juego.

[0114] El concepto de un par del tren de potencia totalmente desarrollado depende tanto de las propiedades ffsicas de la articulacion como tales, como de la utilizacion prevista de la propiedad de la articulacion que se debe determinar. Dos ejemplos, ilustrados en la Fig. 8d, son la histeresis en el par del actuador y en la posicion respectivamente. Estos ejemplos se discuten brevemente a continuacion.

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[0115] La histeresis del par representa la friccion cinetica, que normalmente es atribuible al actuador aunque en los trenes de potencia con una pluralidad de elementos puede existir friccion en diferentes etapas, tales como en el rodamiento 194. En un ciclo de histeresis como el de la Fig. 8d y en ciertas posiciones redprocas, y a ciertos pares maximos, la friccion cinetica es constante, lo que significa que hay una distancia constante de 2*|j entre la curva superior y la inferior, donde la friccion cinetica se designa como |j. Como se ha mencionado previamente, tambien se puede estudiar la friccion cinetica total en un movimiento en el espacio libre. Despues de la determinacion de la propiedad de friccion, la cual puede ser una funcion que depende tambien de la recogida de los estados del historial del par, se puede determinar el par del actuador compensado con la friccion. En el caso ideal, se corresponde con la lmea a trazos de la Fig. 8d.

[0116] La histeresis de la posicion que se debe utilizar como una propiedad de la articulacion, en el caso de que el ciclo de histeresis se asemeje al de la Fig. 8d con una curva no lineal entre X1 y X3, es diferente para pares grandes y pequenos. Para un par grande se hace referencia a la histeresis como un movimiento perdido, el cual en cada una de las dos direcciones de movimiento esta marcado LM1 y LM2 respectivamente en la Fig. 8d. En la figura LM1 y LM2 son iguales, pero los valores obtenidos ffsicamente, como los de la Fig. 8e, muestran una variacion. La lmea a trazos compensados con la friccion se puede utilizar en el caso ideal simetrico de la Fig. 8d para determinar tambien la perdida de movimiento. El juego es la histeresis de posicion para esencialmente un par en el tren de potencia nulo. En la Fig. 8d existe un par nulo (compensado con la friccion) a lo largo del intervalo B1, aunque en la practica (desde un punto de vista de la deteccion y del control) para una compensacion con poca carga es mas adecuado utilizar el intervalo B2 como el juego.

[0117] Tal como se ha discutido previamente, los metodos de calibracion y modelado conocidos en la tecnica tienen un problema de decision en la definicion de los intervalos, y un problema de identification debido a la carga del tren de potencia desde la direccion opuesta en comparacion con el control servo real durante la utilizacion del manipulador. La presente invencion, por el contrario, carga el tren de potencia en la direccion de funcionamiento normal, y la definicion del juego (par pequeno) y perdida de movimiento (par grande) puede estar de acuerdo con estos casos previstos de utilization. Por tanto, el usuario del presente metodo puede seleccionar libremente las definiciones del intervalo adecuadas para la aplicacion o sistema disponibles.

[0118] Existe una decision similar a tomar concerniente al juego y la flexibilidad, siendo la ultima no lineal como las curvas fuera de B2 y dentro del intervalo NL de la Fig. 8d. Con estos antecedentes y haciendo referencia a las diferentes realizaciones mostradas en las Figs. 8a-8e, a continuation se describiran dos casos mas a fondo.

[0119] En primer lugar, el intervalo NL se puede modelar mediante la flexibilidad no lineal fuera de B1 o fuera de B2. En segundo lugar, si X1 (siendo la coordenada del intervalo B1 o B2 seleccionado) y X3 estan cerca una de otra se esta en el caso donde la lmea a trazos se corresponde con la de las Figs. 8b u 8c. Sin embargo, puede ser el caso de que no exista un juego 812 bien definido entre las flexibilidades 814, y el modelo sea, por el contrario, el de la Fig. 8c donde una flexibilidad 813 con poca carga hace de puente entre las flexibilidades 814 con gran carga. Este ultimo es un caso habitual cuando el tren de potencia incluye una caja de engranajes precargada, mientras que el anterior es habitual en trenes de potencia de bajo costo. La Fig. 8e muestra dos ciclos de histeresis obtenidos con unos pares maximos diferentes en una articulacion de un manipulador con una caja de engranajes precargada. Independientemente de que el ciclo de histeresis obtenido sea ideal o no, la presente invencion incluye el metodo para obtenerlo de modo que se puedan determinar las propiedades deseadas.

[0120] El hecho de llevar a cabo el metodo como usuario del manipulador 110, mediante programacion o dando instrucciones al manipulador a un nivel de programacion de usuario del controlador 140, implica un acceso limitado para definir los pares y las referencias de la posicion, que en el controlador 140 digital son cantidades discretas programables. Para que los datos obtenidos sean representativos de las propiedades ffsicas, los efectos de la cuantificacion deben ser pequenos. Para tal fin, el fabricante del robot ha de proporcionar una interfaz o implementation a nivel de sistema que pueda tener una mucha mayor resolution que la disponible por el programador habitual del robot. Como alternativa y equivalentemente, los controladores 140 del manipulador permiten normalmente desactivar la action integral en el control del servo (o establecerlo a un valor que equilibre el par gravitatorio), y a continuacion se puede ajustar la accion proporcional dominante del control del servo para un efecto en el par adecuado, tanto con continuidad de las magnitudes monitorizadas como con suficiente influencia de la posicion ordenada al par del actuador. La Fig. 8e se obtuvo de esa manera.

[0121] Haciendo referencia a las Figs. 8b-8e, se detallara a continuacion el planteamiento modificado en la practica para llevar a cabo el metodo de la presente invencion.

[0122] Como un procedimiento rapido e integrado, la referencia de la posicion de una articulacion se somete a un proceso dclico en diferentes situaciones, primero en el espacio libre para determinar las diversas

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propiedades de friccion y gravedad, y a continuacion en la configuration fija para determinar las demas propiedades que incluye la dinamica del tren de potencia. Durante estos ciclos, se monitorizan el par y la position, y dependiendo de las propiedades del controlador, puede ser necesario ajustar los parametros del control para una mayor precision. A continuacion, las propiedades de interes se identifican a partir de las senales monitorizadas, con variaciones obvias debido a la dinamica del manipulador y a las propiedades del controlador. La determination completa de las propiedades de las articulaciones tiene una duration de entre uno y unos pocos minutos para todas las articulaciones de un manipulador 110 caracteristico. Sin embargo, para explicar el metodo con mayor detalle, la siguiente description se basa en una separation de la determinacion de las diferentes propiedades.

[0123] . De acuerdo con el metodo, una articulation 180, o de manera equivalente una parte movil articulada de un manipulador 110, se fija 200 de modo que el movimiento de la articulacion este restringido o bloqueado, y el tren de potencia que impulsa la articulacion se accione 210 mediante un actuador mientras monitoriza al menos una magnitud asociada con un par de dicho actuador y al menos una magnitud asociada con la posicion del actuador. A continuacion, se determina 220 al menos un conjunto de valores de salida de dicho actuador en base a las magnitudes monitorizadas, estando relacionado dicho conjunto de valores de salida con al menos una posicion de la articulacion, y se determina 230 al menos una propiedad de la articulacion en base a dicho conjunto de valores de salida.

[0124] De acuerdo con una realization, el metodo ademas comprende la obtencion de los datos del ciclo de histeresis mediante el accionamiento 210 de dicho tren de potencia, de modo que el actuador adquiere un movimiento redproco entre una primera y segunda posicion de modo que se alcanza una transmision del par del tren de potencia totalmente desarrollada, en direcciones opuestas, en ambas posiciones, mientras que la al menos una magnitud asociada con el par de dicho actuador y la al menos una magnitud asociada con la posicion del actuador monitorizada conforman los datos del ciclo de histeresis, y donde se establece una posicion inicial de la articulacion para dicha articulacion fija antes del accionamiento 210, y posteriormente se determina 220 el al menos un conjunto de valores de salida mencionados de dicho actuador en base a los datos obtenidos del ciclo de histeresis.

[0125] Aunque es practico obtener los datos del ciclo de histeresis con movimientos del actuador que estan configurados de modo que los movimientos redprocos entre un primer y segundo punto que incluyan todo el rango del par de interes, lo que significa que la monitorizacion se realiza una vez durante todo el movimiento y las diferentes propiedades de interes se determinan a continuacion mediante el analisis de los datos posteriormente sin que de manera necesaria mantengan ocupado el equipo, tal como el sistema del robot 100, el movimiento restringido tambien se puede realizar como experimentos especializados mas pequenos que conjuntamente constituyen un metodo tecnicamente equivalente. Los pasos que se detallan en las Figs. 3-5 son hasta cierto punto ejemplos de dichos experimentos especializados, aunque los datos del ciclo de histeresis tambien se pueden obtener en porciones que reflejen las diferentes partes del ciclo. Por ejemplo, en una articulacion que durante el funcionamiento normal esta siempre cargada con unas fuerzas gravitatorias elevadas en una direction podria ser suficiente para obtener el ciclo de histeresis entre el lado no cargado y el lado que representa el lado con esa direccion del par del actuador. En consecuencia, tambien se puede obtener un ciclo completo de histeresis bidireccional en dos partes en torno a la postura fija sin cargar, y las propiedades de la articulacion determinadas se pueden combinar o utilizar por separado en el controlador 140. Cualquiera de dichas determinaciones parciales de la al menos una propiedad de la al menos una articulacion es un caso especial, y trivial, que en aras de la brevedad no se comenta adicionalmente. Ademas otras variantes que implican los principios expuestos utilizando las magnitudes descritas, tales como el accionamiento a alta velocidad del tren de potencia y a continuacion la sustraccion de la friccion viscosa (p. ej., obtenida de acuerdo con la Fig. 6), forman un metodo tecnicamente equivalente.

[0126] La al menos una propiedad determinada de la articulacion puede ser una propiedad de perdida de movimiento, o unas propiedades de perdida de movimiento en el caso de un ciclo de histeresis asimetrico, comprendiendo dicho metodo a continuacion accionar 210 dicho tren de potencia, dentro del rango de par permitido, de modo que la transmision de par del tren de potencia totalmente desarrollada sea lo suficientemente alta para que se obtenga una histeresis de la posicion maxima, y a continuacion determinar 220 dicha perdida de movimiento en base a la histeresis de la posicion obtenida. Ademas, como un medio de calcular la media e identificar la perdida de movimiento en base a los datos de par-position obtenidos, el ciclo de histeresis se puede aproximar mediante una curva, comprendiendo dicho metodo el ajuste adicional de dos curvas que se acercan asintoticamente a la parte final respectiva de la curva aproximada donde se mueve el actuador, de modo que la friccion cinetica este totalmente desarrollada. A continuacion, para al menos un valor del par, la perdida de movimiento se puede determinar como una diferencia de posicion entre las curvas.

[0127] Otra propiedad que se puede obtener a partir del ciclo de histeresis es el juego, que se puede determinar 230 a partir de la histeresis de la posicion determinando la diferencia de posicion para esencialmente el mismo par de entrada del tren de potencia, de modo que dicho par de entrada del tren de potencia alcance un valor esencialmente distinto de cero en ambos lados de la posicion fija que se

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caracteriza por un par de entrada del tren de potencia esencialmente cero. La determinacion 230 del juego tambien se basa en un determinado par de entrada del tren de potencia obtenido mediante la compensation del par del actuador para un efecto de friction antes de la determinacion de la histeresis de la position.

[0128] El metodo tambien se puede aplicar a una articulation donde la al menos una propiedad de la articulation es una flexibilidad de la articulacion, comprendiendo dicho metodo adicionalmente la determinacion 230 de la flexibilidad mediante la eliminacion del efecto del juego obtenido de los datos del ciclo de histeresis. De manera equivalente, se considera el intervalo definido del juego, tal como B1 o B2 en la Fig. 8d, cuando se determina la flexibilidad. Si la flexibilidad es de estados independientes con relation a la direction y a la carga previa del tren de potencia, se puede determinar 230 identificando una tasa a la cual el par del actuador aumenta y disminuye como una funcion de la posicion aumentada y disminuida del actuador. Si esa tasa es la misma en ambos lados de la posicion fija, o si se necesita utilizar un unico valor en ambos lados, se puede determinar una propiedad de flexibilidad sin carga/con poca carga tomando la media de las tasas obtenidas para el tren de potencia esencialmente sin carga. En consecuencia, para pares del tren de potencia mayores, el metodo se puede aplicar en un tren de potencia totalmente cargado, obteniendo a continuation una propiedad de flexibilidad cargada.

[0129] El concepto de que la flexibilidad sea de estados independientes o no, se refiere a si los valores del ciclo de histeresis monitorizados solamente se desvfan o no en un valor esencialmente constante cuando el par del tren de potencia aumenta o disminuye monotonamente. En el caso de estados independientes se puede ajustar una unica funcion de la propiedad de flexibilidad (a lo largo del intervalo NL en la Fig. 8d) a las propiedades de flexibilidad no cargada y totalmente cargada. En el caso de que el ciclo de histeresis dependa del par maximo, tal como en la Fig. 8e, existe algun estado asociado con la propiedad de flexibilidad, y la funcion de la propiedad de flexibilidad deberia tener una variable de estado que refleje los efectos necesarios, como se ha discutido anteriormente. Otro ejemplo de posibles estados de la propiedad de flexibilidad esta relacionado con la falta de repetibilidad, por ejemplo, debido a un tren de potencia que esta a punto de romperse o es defectuoso de alguna otra manera. Por el contrario, si los datos del ciclo de histeresis son los mismos durante varios ciclos con la misma carga maxima, la articulacion es de alta calidad para movimientos repetitivos. Este es el caso de la Fig. 8e, donde cada uno de los ciclos superpuestos realmente comprende cinco ciclos. Por tanto, esta articulacion es de alta calidad por la repetibilidad de los movimientos compensados o sin compensar.

[0130] En otra realization del metodo, la al menos una propiedad de la articulacion es una friccion cinetica del actuador, y su determinacion 230 comprende identificar una histeresis del par a partir de los datos del ciclo de histeresis en al menos un valor de la posicion, donde el valor de la friccion cinetica del actuador es la mitad del valor de la histeresis del par identificada. Un tanto simplificada, esta propiedad de friccion tambien se puede denominar como la friccion de Coulomb. La friccion estatica y su diferencia con respecto a la friccion cinetica, que es una medida del riesgo para la llamada adherencia estatica, se puede obtener durante movimientos de ganancia baja y comienzo lento en condiciones fijas o sin fijar, aunque el movimiento durante la monitorizacion del ciclo de histeresis se deberia de ajustar de modo que no aparezca la adherencia estatica.

[0131] De acuerdo con una realizacion adicional del metodo, el ciclo de histeresis se puede monitorizar en diferentes condiciones termicas, donde la condition termica real se representa mediante una temperatura medida y/o simulada del entorno y/o de cualquiera de los elementos mecanicos de la articulacion, y donde el ciclo de histeresis puede depender de la temperatura de modo que las propiedades determinadas varien con la temperatura. En dicho caso, es un procedimiento directo determinar una dependencia de la al menos una propiedad de la articulacion con relacion a la temperatura.

[0132] El metodo puede comprender adicionalmente repetir el accionamiento del o los actuadores mediante el tren de potencia con el fin de determinar los valores de las propiedades de la articulacion en al menos dos articulaciones fijas. El metodo tambien puede comprender una configuracion de fijacion, donde las articulaciones individuales permanecen sin cambios a lo largo de toda la fase de accionamiento 210 y monitorizacion.

[0133] El metodo tambien puede incluir la fijacion de multiples articulaciones y la fijacion de articulaciones de modo que un manipulador 110 este fijo en una o varias configuraciones cinematicas, donde en cada configuration y para cada articulacion se pueden aplicar las realizaciones del metodo.

[0134] Otra realizacion mas de dicho metodo incluye determinar al menos una propiedad de una articulacion de un manipulador 110, donde dicho metodo comprende situar una parte movil de dicho manipulador en un elemento de fijacion 160, mostrado en la Fig. 1a, dentro de un espacio de trabajo del manipulador y que contacta en un punto del elemento de fijacion con dicha parte movil y que ademas comprende realizar cualquiera de los pasos del metodo.

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[0135] El metodo tambien comprende obtener unos parametros cinematicos especficos mediante una calibracion cinematica de un manipulador, y actualizar los parametros cinematicos del manipulador en base a la al menos una propiedad de las articulaciones determinadas. Por tanto, el manipulador se puede calibrar mejor utilizando la al menos una propiedad obtenida. Los parametros cinematicos que se deben actualizar pueden ser parametros nominales del manipulador o parametros cinematicos obtenidos con metodos tradicionales de calibracion.

[0136] La exposicion tambien se refiere a la utilization de la al menos una propiedad determinada, establecida de acuerdo con cualquiera de los pasos del metodo tal como se expone en la presente, para actualizar los parametros cinematicos nominales del manipulador. Ademas, la al menos una propiedad determinada de las articulaciones se puede utilizar para actualizar el accionamiento del tren de potencia de cualquier articulation controlada, para actualizar las posturas del programa del robot con el fin de compensar las desviaciones determinadas, o para actualizar los parametros de control del movimiento del manipulador en base a las propiedades de las articulaciones. Por tanto, se mejora la precision de la articulacion 180 o del manipulador 110 mediante las actualizaciones del controlador 140, de la unidad de control 141 y de las instrucciones con las posturas del robot que se encuentran en el almacenamiento legible por ordenador 142.

[0137] De acuerdo con otro aspecto de la presente invention, la utilizacion del metodo se consigue, al menos parcialmente, mediante un sistema para determinar al menos una propiedad de una articulacion 112, 114, 116-119, 180, tal como una articulacion de un manipulador 110, que comprende al menos un actuador configurado para impulsar dicha articulacion mediante un tren de potencia, un medio de fijacion configurado para restringir el movimiento de la articulacion, un medio para monitorizar al menos una magnitud asociada con un par de dicho actuador y al menos una magnitud asociada con la posicion del actuador, un medio para determinar al menos un valor de salida de dicho actuador, correspondiendo dicho valor de salida a al menos una position de la articulacion, y un medio para determinar la al menos una propiedad de la articulacion en base al o a los valores de salida mencionados. El sistema tambien comprende al menos un manipulador 110, siendo dichas articulaciones 112, 114, 116-119, 180 parte del manipulador, un controlador 140 configurado para controlar el manipulador y un medio de fijacion 160 configurado para permitir el acoplamiento y la fijacion de la section final del manipulador, de modo que el manipulador cuando esta acoplado y fijo al medio de fijacion, alcanza una postura fija.

[0138] El medio de fijacion 160 puede ser un unico cambiador de herramientas en una posicion concreta en el espacio de trabajo del manipulador 110. Este tambien puede ser un elemento de fijacion manual para una pluralidad de articulaciones o para una unica articulacion 180 que se puede fijar mediante un elemento de fijacion manual 188. El elemento de fijacion mas adecuado depende de la disposition cinematica de las articulaciones, de las propiedades de las articulaciones y de la necesidad de automatizar la fijacion como parte del metodo. Un caso exigente es cuando existe una necesidad de fijar una pluralidad de articulaciones que se mueven en diferentes direcciones, como para el manipulador 110, y cuando se necesitan fijar estas articulaciones en una pluralidad de posiciones muy cercanas unas de otras. Como se puede sobreentender a partir de la Fig. 1b, un tren de potencia puede comprender una pluralidad de elementos de transmision en el que cada uno puede operar con diversos angulos/posiciones, lo cual implica que las propiedades de la articulacion tal como el juego 192, 196, pueden dar como resultado unas propiedades que varien con la posicion del actuador, incluso para posiciones cercanas. Para determinar dichas variaciones, preferentemente de una manera automatizada debido al gran numero de posturas de fijacion necesarias, el elemento de fijacion 160 permite un posicionamiento automatizado y exacto, que forma un aspecto final del sistema de acuerdo con la presente invencion.

[0139] La invencion ademas se refiere a un programa de ordenador (P), donde el programa de ordenador (P) incluye unas instrucciones del ordenador para llevar a cabo cualquiera de las realizaciones del metodo. Por ultimo, la invencion se refiere a un producto del programa de ordenador, donde el programa de ordenador (P) se graba en un soporte, habitualmente un medio legible por ordenador 142.

[0140] En los dibujos y la memoria descriptiva, se han expuesto algunas realizaciones preferidas habituales de la invencion y aunque se emplean terminos especficos se utilizan solamente de un modo generico y descriptivo, y no con caracter limitante, presentandose el alcance de la invencion en las siguientes reivindicaciones.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Metodo para determinar al menos una propiedad de una articulacion, tal como una articulacion (112, 114, 116-119, 180) de un manipulador (110), donde dicha articulacion (112, 114, 116-119, 180) esta configurada para que al menos un actuador la impulse, estando el actuador configurado para impulsar dicha articulacion (112, 114, 116-119, 180) mediante un tren de potencia y un controlador (140) configurado para controlar el movimiento de esta articulacion (112, 114, 116-119, 180), donde el metodo comprende:

- fijacion (200) de dicha articulacion (112, 114, 116-119,180) de modo que el movimiento de la articulacion quede restringido; caracterizado por el hecho de que el metodo ademas comprende:

- accionamiento (210) de dicho tren de potencia mientras se monitoriza al menos una magnitud asociada con un par de dicho actuador y al menos una magnitud asociada con la posicion del actuador detectada por un sensor del angulo del motor, de modo que el actuador mediante el control del controlador (140) corresponde entre una primera y una segunda posicion, y de modo que la transmision del par del tren de potencia totalmente desarrollada, en direcciones opuestas, se completa en ambas posiciones mientras que la al menos una magnitud monitorizada que representa un par de dicho actuador y la al menos una magnitud que representa la posicion del actuador forman los datos del ciclo de la histeresis;

- determinacion (220) de al menos un conjunto de valores de salida de dicho actuador en base a las magnitudes monitorizadas, estando relacionado dicho conjunto de valores de salida con al menos una posicion de la articulacion, y

- determinacion (230) de la al menos una propiedad de la articulacion (112, 114, 116-119, 180) en base a dicho conjunto de valores de salida.
2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, donde la al menos una propiedad de la articulacion es la perdida de movimiento, donde dicho metodo ademas comprende:

- accionamiento (210) de dicho tren de potencia, dentro de un rango de par permitido, de modo que la transmision del par del tren de potencia totalmente desarrollada sea lo suficientemente alta para que se obtenga una histeresis de la posicion maxima,

- determinacion (220) de dicha perdida de movimiento en base a la histeresis de la posicion obtenida.
3. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, donde el ciclo de histeresis se aproxima mediante una curva, donde dicho metodo ademas comprende:

- ajuste de dos curvas que se acercan asintoticamente a la parte final respectiva de la curva aproximada,

- determinacion, para al menos un valor del par, de la perdida de movimiento como una diferencia de posicion entre las curvas.
4. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-4, donde la al menos una propiedad de la articulacion (112, 114, 116-119, 180) es un juego de la articulacion (112, 114, 116-119, 180) y la determinacion (230) de dicho juego de la articulacion (112, 114, 116-119, 180) comprende:

- determinacion de la histeresis de la posicion que determina la diferencia de posicion para el mismo par de entrada del tren de potencia, de modo que dicho par de entrada del tren de potencia alcance un valor esencialmente distinto de cero en ambos lados de la posicion fija que se caracteriza por un par de entrada del tren de potencia nulo.
5. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, donde la determinacion (230) del juego ademas comprende:

- determinacion del par de entrada del tren de potencia mediante la compensation del par del actuador para un efecto de friction antes de la determinacion de la histeresis de la posicion.
6. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos una propiedad de la articulacion (112, 114, 116-119, 180) es una flexibilidad de la articulacion (112, 114, 116-119, 180), donde dicho metodo ademas comprende:

- determinacion (230) de la flexibilidad eliminando el efecto del juego obtenido de los datos del ciclo de histeresis.
7. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, donde la al menos una propiedad de la articulacion (112, 114, 116-119, 180) es una friccion cinetica del actuador y la determinacion (230) de dicha friccion cinetica del actuador comprende:

- a partir de los datos del ciclo de histeresis, la determinacion de dicha friccion cinetica del actuador identificando una histeresis del par en al menos un valor de la posicion, donde el valor de la friccion cinetica del actuador es la mitad del valor de la histeresis del par identificado.
8. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el ciclo de histeresis se monitoriza en diferentes condiciones termicas, la condition termica estando representada mediante una temperatura medida y/o simulada del entorno y/o de cualquiera de los elementos mecanicos de la articulacion, y el ciclo de histeresis dependiendo de la temperatura de modo que las propiedades determinadas varien con la temperatura, dicho metodo ademas comprende

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- determinacion de una dependencia de la al menos una propiedad de la articulacion con relacion a la temperature.
9. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el metodo comprende repetir el accionamiento del al menos un actuador mediante el tren de potencia con el fin de determinar los valores de las propiedades de las articulaciones en al menos dos articulaciones fijas (112, 114, 116-119, 180), donde la configuracion de la fijacion de las articulaciones individuales (112, 114, 116-119, 180) permanece sin cambios durante toda la fase de accionamiento (210) y monitorizacion.
10. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho metodo comprende los pasos de:

- fijar al menos una primera articulacion (112, 114, 116-119, 180) en una primera configuracion de fijacion,

- fijar al menos la primera articulacion (112, 114, 116-119, 180) en una segunda configuracion de fijacion,

- realizar los pasos del metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1-8 en cada configuracion de fijacion.
11. Metodo para determinar al menos una propiedad de una articulacion (112, 114, 116-119, 180) de un manipulador (110), donde dicho metodo comprende situar una parte movil de dicho manipulador (110) en un elemento de fijacion (160) dentro de un espacio de trabajo del manipulador (110) y contactar en un punto del elemento de fijacion (160) con dicha parte movil y que ademas comprende realizar los pasos del metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1-10.
12. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho metodo ademas comprende:

- obtencion de unos parametros cinematicos nominales del manipulador (110); y

- actualizacion de dichos parametros cinematicos nominales en base a la al menos una propiedad determinada mencionada de la al menos una articulacion mencionada (112, 114, 116-119, 180).
13. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, dicho metodo ademas comprende actualizar un controlador configurado para accionar un tren de potencia de una articulacion, tal como la articulacion de un manipulador, de acuerdo con al menos una propiedad determinada de la articulacion.
14. Sistema (100) para determinar al menos una propiedad de una articulacion (112, 114, 116-119, 180), tal como una articulacion (112, 114, 116-119, 180) de un manipulador (110), que comprende al menos un actuador configurado para impulsar dicha articulacion (112, 114, 116-119, 180) mediante un tren de potencia, donde el sistema (100) comprende

- un medio de fijacion (160) configurado para restringir el movimiento de la articulacion (112, 114, 116-119, 180); caracterizado por el hecho de que el sistema (100) ademas comprende:

- un controlador (140) que esta configurado para controlar el movimiento de dicha articulacion (112, 114, 116119, 180) y para accionar dicho tren de potencia de modo que el actuador hace un movimiento redproco entre una primera posicion y una segunda posicion, y de modo que la transmision del par del tren de potencia, en direcciones opuestas, se completa en ambas posiciones;

- medio para monitorizar la al menos una magnitud que representa un par de dicho actuador y la al menos una magnitud que representa la posicion del actuador detectada por un sensor del angulo del motor, mientras que se acciona dicho tren de potencia, mientras que la al menos una magnitud monitorizada que representa el par de dicho actuador y la al menos una magnitud que representa la posicion del actuador forman los datos del ciclo de histeresis;

- medio para determinar al menos un valor de salida de dicho actuador en base a los datos del ciclo de histeresis obtenido, correspondiendo dicho valor de salida a, al menos, una posicion de la articulacion, y

- medio para determinar la al menos una propiedad de la articulacion (112, 114, 116-119, 180) en base al o los valores de salida mencionados.
15. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicacion 14, donde el sistema (100) ademas comprende un manipulador (110), siendo dichas articulaciones (112, 114, 116-119, 180) parte del manipulador (110), un controlador (140) configurado para controlar el manipulador (110) y un medio de fijacion (160) configurado para permitir el acoplamiento y la fijacion de la seccion final del manipulador (110), de modo que el manipulador, cuando esta acoplado y fijo al medio de fijacion (160), alcanza una postura fija.
16. Sistema (100) de acuerdo con la reivindicacion 14 o 15, donde dicho sistema (100) ademas comprende un elemento de fijacion (160) configurado para proporcionar al menos un punto en el espacio para fijar el manipulador (110) con el fin de determinar al menos una propiedad de la articulacion de dicho manipulador (110) de acuerdo con el metodo de las reivindicaciones 1-13.
17. Programa informatico (P) en un sistema (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14-16, donde dicho programa informatico (P) incluye unas instrucciones del ordenador para realizar cualquiera de los pasos del metodo de acuerdo con las reivindicaciones 1-13.
18. Producto del programa informatico incluye unas instrucciones del ordenador almacenadas en un medio legible por ordenador, donde las instrucciones del ordenador estan configuradas para realizar los pasos del metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-13.