專利名稱：用于彈性機(jī)器人結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)主權(quán)利要求的用于多軸機(jī)器人、特別是用于噴涂機(jī)器人的控制方法。
背景技術(shù)：
DE 103 42 471 Al公開(kāi)了一種用于多軸噴涂機(jī)器人的機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述機(jī)器人控制系統(tǒng)沿預(yù)定的機(jī)器人路徑移動(dòng)工具中心點(diǎn)(TCP)。該現(xiàn)有的機(jī)器人控制系統(tǒng)可考慮并補(bǔ)償各個(gè)機(jī)器人軸的機(jī)械彈性，以提高噴涂機(jī)器人的定位精度。在這種情況下，噴涂機(jī)器人的各個(gè)機(jī)器人軸分別由一個(gè)軸控制器致動(dòng)，噴涂機(jī)器人的機(jī)械彈性被考慮，這是因?yàn)橄鄬?duì)較柔性的機(jī)器人軸的軸控制器的偏差在軸向重疊連接的情況下作用于相對(duì)較剛性的軸的軸控制器。
該現(xiàn)有機(jī)器人控制系統(tǒng)已經(jīng)被證明是有利的，但仍希望，特別是在高度動(dòng)態(tài)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的情況下，更好地考慮噴涂機(jī)器人的機(jī)械彈性和提供更好的補(bǔ)償，以提高定位精度。
從US 2004/0093119 Al公知一種機(jī)器人控制系統(tǒng)，其在各個(gè)機(jī)器人軸的驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)的情況下校正機(jī)器人的與摩擦相關(guān)的定位誤差，但預(yù)定的機(jī)器人路徑未被修改。因此，機(jī)器人的定位精度通過(guò)該機(jī)器人控制系統(tǒng)未得到充分提高，這在機(jī)器人的高度動(dòng)態(tài)的操作的情況下更是如此。
關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)，還應(yīng)參看DE 10 2004 056 861A1; "Proceedings of the2005 IEEE Conference on Control Algorithms", 8月28-31， 2000年，pp. 1170-1175; "Proceedings of IFAC Symposium on Robot Control" ， 9月19-21， 1994， pp. 485-490; DE 698 29 559 T2; DE 10 2004 008 406 Al;"Proceedings of the 1992 IEEE Conference on Robotics and Automation" , 5月，1992, pp. 1429-1435; "IEEE Transactions on Control Systems Technology"，12 (6)，11月，2004， pp. 904-919 ;和EP 1 173 801 Bl。然而，在200880017321.5
該現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)器人的定位精度也不是令人滿意的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于多軸機(jī)器人的控制方法，所述控制方法盡可能好地補(bǔ)償機(jī)器人的彈性，以提高機(jī)器人的定位精度。
上述目的通過(guò)主權(quán)利要求所要求保護(hù)的根據(jù)本發(fā)明的控制方法實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明包括當(dāng)沿著預(yù)定的機(jī)器人路徑控制多軸機(jī)器人時(shí)計(jì)算路徑校正值的總的技術(shù)教導(dǎo)，所述路徑校正值考慮了機(jī)器人的彈性、摩擦和/或慣性，使得利用相應(yīng)地被校正的機(jī)器人路徑致動(dòng)機(jī)器人補(bǔ)償了動(dòng)態(tài)定位誤差(例如，過(guò)調(diào)，機(jī)器人軸的彈性變形)。
在根據(jù)本發(fā)明的控制方法的情況下，對(duì)于機(jī)器人的參考點(diǎn)，例如"工
具中心點(diǎn)(TCP)"，機(jī)器人路徑通過(guò)多個(gè)路徑點(diǎn)被預(yù)定，所述多個(gè)路徑點(diǎn)將要被參考點(diǎn)經(jīng)過(guò)。機(jī)器人路徑上的各個(gè)路徑點(diǎn)在此優(yōu)選由空間坐標(biāo)限定，所述空間坐標(biāo)以三個(gè)空間方向限定各個(gè)路徑點(diǎn)的位置。例如，對(duì)于每個(gè)路徑點(diǎn)，具有三個(gè)坐標(biāo)的坐標(biāo)組或位置矢量可被預(yù)定，這些以三維笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)表示相應(yīng)的路徑點(diǎn)的位置。
為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的控制方法的目的，預(yù)定的機(jī)器人路徑的各個(gè)路徑點(diǎn)的空間坐標(biāo)然后根據(jù)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)原理以傳統(tǒng)的方式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的軸坐標(biāo)，所述軸坐標(biāo)表示在相應(yīng)的路徑點(diǎn)處的各個(gè)機(jī)器人軸的位置。根據(jù)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)原理將空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的軸坐標(biāo)在現(xiàn)有技術(shù)中是本身公知的，因此，不必進(jìn)一步描述。各個(gè)路徑點(diǎn)的被轉(zhuǎn)換的軸坐標(biāo)此時(shí)優(yōu)選在軸坐標(biāo)的系統(tǒng)中為位置矢量的形式。
各個(gè)路徑點(diǎn)的被轉(zhuǎn)換的軸坐標(biāo)然后用于致動(dòng)各個(gè)機(jī)器人軸的與軸相關(guān)的控制器，這同樣在現(xiàn)有技術(shù)中是本身公知的，例如公知于上面引用的專利申請(qǐng)DE 103 42 471 Al中，從而該專利申請(qǐng)的內(nèi)容整體上包括在本發(fā)明中。
各個(gè)機(jī)器人軸的與軸相關(guān)的控制器此時(shí)以這種方式致動(dòng)各個(gè)機(jī)器人軸中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使得參考點(diǎn)(例如，工具中心點(diǎn))相繼經(jīng)過(guò)預(yù)定的機(jī)器人路徑的各個(gè)路徑點(diǎn)。
除了上述傳統(tǒng)的方法步驟以外，根據(jù)本發(fā)明，機(jī)器人路徑上的各個(gè)路
6徑點(diǎn)的路徑校正值根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型計(jì)算，所述路徑校正值考慮了機(jī)器人的彈性、摩擦和/或慣性，從而可補(bǔ)償動(dòng)態(tài)定位誤差。
路徑校正值然后用于計(jì)算預(yù)定的機(jī)器人路徑的各個(gè)路徑點(diǎn)的已被校正的軸坐標(biāo)。優(yōu)選地，為了計(jì)算已被校正的軸坐標(biāo)，路徑校正值簡(jiǎn)單地加到相應(yīng)的路徑點(diǎn)的未被校正的軸坐標(biāo)上，使得路徑校正值形成補(bǔ)償。
最后，各個(gè)與軸相關(guān)的控制器然后利用已被校正的軸坐標(biāo)被致動(dòng)，從而動(dòng)態(tài)定位誤差被補(bǔ)償。
在本發(fā)明的優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型被提供用于計(jì)算機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量體的"內(nèi)"力和力矩，所述計(jì)算優(yōu)選根據(jù)剛性體模型實(shí)時(shí)("在線地")地進(jìn)行。
在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的控制方法優(yōu)選根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型由各個(gè)路徑點(diǎn)的未被校正的軸坐標(biāo)計(jì)算內(nèi)力矩值，所述內(nèi)力矩值表示驅(qū)動(dòng)電機(jī)和相應(yīng)的機(jī)器人軸的內(nèi)力矩。例如，以這種方式計(jì)算的內(nèi)力矩值可考慮靜摩擦分量、粘滯摩擦分量和/或各個(gè)機(jī)器人軸的傳動(dòng)系的質(zhì)量慣性，這將在下面詳細(xì)地描述。
在本發(fā)明的該示例性實(shí)施例中，路徑校正值然后優(yōu)選由內(nèi)力矩和已知的外力矩計(jì)算，各個(gè)機(jī)器人軸的彈性優(yōu)選通過(guò)在最簡(jiǎn)單的情況下將各個(gè)機(jī)器人軸看作是零階的彈性扭轉(zhuǎn)彈簧被考慮。路徑校正值此時(shí)根據(jù)線性相互關(guān)系由預(yù)定的扭轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)以及作為內(nèi)力矩和外力矩的總和的總力矩獲得。
為了本發(fā)明的目的，內(nèi)力矩值可包括靜摩擦項(xiàng)iV^f ，所述靜摩擦項(xiàng)表示與速度無(wú)關(guān)的摩擦，該摩擦沿相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向作用，且可例如由路徑點(diǎn)的未被校正的軸坐標(biāo)的符號(hào)和預(yù)定的靜摩擦常數(shù)計(jì)算。所述
靜摩擦項(xiàng)在此可根據(jù)下面的公式由靜摩擦常數(shù)和未被校正的軸
坐標(biāo)仏計(jì)算，其中，標(biāo)號(hào)i表示相應(yīng)的機(jī)器人軸-
M阮飾"=(sfa'sgA7(cjf,)
而且，在動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型的情況下計(jì)算的內(nèi)力矩值優(yōu)選包括動(dòng)摩擦項(xiàng)，該動(dòng)摩擦項(xiàng)是線性項(xiàng)，其與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度成比例地
作用。例如，動(dòng)摩擦項(xiàng)可根據(jù)下面的公式由動(dòng)摩擦常數(shù)yT和路徑點(diǎn)的未被
校正的軸坐標(biāo)的第一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)々'計(jì)算
7最后，在動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型的情況下計(jì)算的內(nèi)力矩值優(yōu)選還包括慣性項(xiàng)
M ert，該慣性項(xiàng)表示相應(yīng)的機(jī)器人軸的傳動(dòng)系的機(jī)械慣性，且與相應(yīng)的驅(qū) 動(dòng)電機(jī)的角加速度成比例。該慣性項(xiàng)A4^,在此可根據(jù)下面的公式由路徑點(diǎn)
的未被校正的軸坐標(biāo)的第二階時(shí)間導(dǎo)數(shù)々'和慣性常數(shù)"計(jì)算
I 力,
在本發(fā)明的優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，上述摩擦項(xiàng)的隨溫度的變化關(guān)系 被考慮。為此，在根據(jù)本發(fā)明的控制方法的情況下，環(huán)境溫度被測(cè)量，模 型參數(shù)(例如，靜摩擦常數(shù)、動(dòng)摩擦常數(shù)和慣性常數(shù))然后根據(jù)測(cè)量的溫 度從參數(shù)存儲(chǔ)器中被讀出。路徑校正值然后利用動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型的讀出的 模型參數(shù)即在考慮了當(dāng)前溫度的情況下被計(jì)算。動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型的模型參 數(shù)的該溫度調(diào)節(jié)提供的優(yōu)點(diǎn)在于，機(jī)器人的機(jī)械行為的隨溫度的變化關(guān)系 可在根據(jù)本發(fā)明的控制方法的情況下被考慮。
對(duì)于每個(gè)軸，"內(nèi)部"參數(shù)yr、 /產(chǎn)和^優(yōu)選通過(guò)用于機(jī)器人的特定 的驅(qū)動(dòng)程序和優(yōu)化方法依靠實(shí)驗(yàn)確定。在該驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生的電機(jī)力矩 由驅(qū)動(dòng)器讀取，且純粹由機(jī)器人的質(zhì)量產(chǎn)生的電機(jī)力矩同時(shí)被計(jì)算。內(nèi)部 參數(shù)通過(guò)使用"最小二乘方"由各合成力矩差計(jì)算。確定的一組參數(shù)適用 于相應(yīng)的軸的電機(jī)/齒輪傳動(dòng)系的當(dāng)前溫度。機(jī)器人的工作溫度被再分為離 散步驟。機(jī)器人由于驅(qū)動(dòng)而逐漸地被加熱。每當(dāng)達(dá)到了下一溫度水平，上 述識(shí)別方法被執(zhí)行，以確定參數(shù)yr、/產(chǎn)和A，且相關(guān)的溫度同時(shí)被儲(chǔ)存。 通過(guò)采用這種方式，對(duì)于每個(gè)軸，對(duì)于每個(gè)溫度步驟，獲得相關(guān)的一組參 數(shù)。在隨后的操作中，對(duì)于每個(gè)軸，當(dāng)前的溫度值循環(huán)性地被讀出，然后 相關(guān)的一組參數(shù)被投入使用。
在根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型對(duì)內(nèi)力矩值進(jìn)行上述計(jì)算之后，如前所述，路 徑校正值然后由內(nèi)力矩值和已知的外力矩值計(jì)算，其中，在最簡(jiǎn)單的情況 下，如果零階的彈性扭轉(zhuǎn)彈簧均被作為各個(gè)機(jī)器人軸的基礎(chǔ)模型，該計(jì)算 可根據(jù)力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)角度之間的簡(jiǎn)單的相互關(guān)系進(jìn)行。然而，優(yōu)選地，路徑
校正值借助于P-元件、PTl-元件和/或PT2-元件由內(nèi)力矩值計(jì)算，這允許進(jìn)
行最優(yōu)的建模。
在本發(fā)明的優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，各個(gè)路徑點(diǎn)的經(jīng)由路徑校準(zhǔn)值校正的軸坐標(biāo)在致動(dòng)與軸相關(guān)的控制器之前被濾波，以平滑軸坐標(biāo)。在該濾 波中，可例如形成平均或加權(quán)平均。此外，濾波可通過(guò)相位超前濾波器或
FIR濾波器(FIR:有限脈沖響應(yīng)，F(xiàn)inite Impulse Response)進(jìn)行。用于在
致動(dòng)與軸相關(guān)的控制器之前對(duì)已被校正的軸坐標(biāo)進(jìn)行濾波的其他可能的濾 波器類型是帶通濾波器或低通濾波器。
此外還應(yīng)指出，本發(fā)明并不局限于上述控制方法，而是從硬件角度講 還包括一種適合于執(zhí)行該控制方法且相應(yīng)地被配置的機(jī)器人控制系統(tǒng)。
最后，本發(fā)明還包括一種多軸機(jī)器人、特別是噴涂機(jī)器人，其通過(guò)根 據(jù)本發(fā)明的控制方法的這種機(jī)器人控制系統(tǒng)被致動(dòng)。


本發(fā)明的其他進(jìn)一步的改進(jìn)描述于從屬權(quán)利要求中，或下面通過(guò)參看 附圖以及對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的示例性實(shí)施例的描述更詳細(xì)地進(jìn)行解釋。附圖
包括
圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于致動(dòng)多軸噴涂機(jī)器人的機(jī)器人控制系統(tǒng)的示 意圖2A和2B以流程圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的控制方法； 圖3示出了圖1的機(jī)器人控制系統(tǒng)的用于由內(nèi)力矩值計(jì)算路徑校正值 的運(yùn)算單元；
圖4示出了用于根據(jù)軸坐標(biāo)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)計(jì)算內(nèi)摩擦的圖； 圖5是用于在校準(zhǔn)過(guò)程的情況下確定動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型的模型參數(shù)的示 意圖6是圖5的圖示的變型，其中，模型參數(shù)以不同的方式被計(jì)算；以
及
圖7示出了圖5的圖示的變型，其中，機(jī)器人軸被制動(dòng)到停滯，以確 定動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型的模型參數(shù)。
具體實(shí)施例方式
圖1中的圖示出了根據(jù)本發(fā)明的用于致動(dòng)多軸噴涂機(jī)器人的機(jī)器人控 制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。
9在此，各個(gè)機(jī)器人軸由驅(qū)動(dòng)電機(jī)l驅(qū)動(dòng)，這在上面引用的專利申請(qǐng)DE 103 42 471A1中是本身公知的。
各個(gè)機(jī)器人軸中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)1在此分別通過(guò)用于各個(gè)機(jī)器人軸的軸控 制器2以預(yù)定電流值L被致動(dòng)，帶下劃線的值在此以及在下面分別表示矢 量，所述矢量分別包含用于各個(gè)機(jī)器人軸的一個(gè)分量。
此外，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人控制系統(tǒng)包括路徑內(nèi)插器3，所述路徑內(nèi)插 器3通過(guò)多個(gè)路徑點(diǎn)接收預(yù)定的機(jī)器人路徑作為輸入變量，其中，所述各 個(gè)路徑點(diǎn)要由噴涂機(jī)器人的工具中心點(diǎn)(TCP)經(jīng)過(guò)，且相應(yīng)地由三維位 置矢量限定，位置矢量的各個(gè)分量以三維笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)表示路徑點(diǎn)的空 間坐標(biāo)。
路徑內(nèi)插器3然后根據(jù)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)原理將預(yù)定的機(jī)器人路徑的各個(gè) 路徑點(diǎn)的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為軸坐標(biāo)，所述軸坐標(biāo)表示在預(yù)定的機(jī)器人路徑的 相應(yīng)的路徑點(diǎn)處的噴涂機(jī)器人的各個(gè)機(jī)器人軸的位置。因此，路徑內(nèi)插器 輸出多維位置矢量A位置矢量i的維數(shù)與機(jī)器人軸的數(shù)目對(duì)應(yīng)，使得位置 矢量丄的各個(gè)分量仏表示噴涂機(jī)器人在相應(yīng)的路徑點(diǎn)處的各個(gè)機(jī)器人軸的 位置。
位置矢量i然后供給到運(yùn)算單元4，所述運(yùn)算單元計(jì)算位置矢量￡的第 一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)^^幼和第二階時(shí)間導(dǎo)數(shù)c^2/^2，即軸坐標(biāo)系統(tǒng)中的速度和加 速度。
而且，機(jī)器人控制系統(tǒng)包括以軟件實(shí)施的動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型5，其由與軸 相關(guān)的位置矢量i以及位置矢量￡的第一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)d^力和第二階時(shí)間導(dǎo) 數(shù)d^^ 計(jì)算力矩矢量M，所述力矩矢量l由外力矩il^^M和內(nèi)力矩 Mm，的總和組成，其中，內(nèi)力矩Mm，考慮的是各個(gè)機(jī)器人軸中的摩擦 和慣性，根據(jù)以下公式計(jì)算
M/柳脂=/加.sgn( ,)+/vis .么 《,
力矩矢量M-MwA^+M^皿然后供給到運(yùn)算單元6，其由力矩矢量
M計(jì)算路徑校正矢量AA然后，該路徑校正矢量Ai用于路徑校正，這將在
下面進(jìn)行詳細(xì)描述。路徑校正矢量a^在此根據(jù)下面公式由力矩矢量M3十算:
未被校正的位置矢量義然后與路徑校正矢量A^—起供給到加法器7， 該加法器7計(jì)算已被校正的位置矢量^o朋，所述已被校正的位置矢量^:o朋 補(bǔ)償機(jī)器人控制系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)路徑偏差。
已被校正的位置矢量&0/^然后供給到濾波器8，該濾波器8對(duì)位置矢 量^^^進(jìn)行濾波，以平滑位置矢量&c^。從而，濾波器8輸出已被平滑 的位置矢量^* ^，且已被校正和平滑的位置矢量^ro朋被供給到各個(gè)機(jī) 器人軸的各個(gè)軸控制器2。
圖2A和2B中的流程圖清楚地說(shuō)明了上述機(jī)器人控制系統(tǒng)的操作方法。
在第一步驟S1，多個(gè)路徑點(diǎn)的路徑曲線被預(yù)定用于路徑內(nèi)插器3，所 述路徑點(diǎn)要由噴涂機(jī)器人的工具中心點(diǎn)(TCP)相繼經(jīng)過(guò)，其中，預(yù)定的 路徑曲線的各個(gè)路徑點(diǎn)由笛卡爾空間坐標(biāo)限定。
各個(gè)路徑點(diǎn)的空間坐標(biāo)然后在步驟S2中通過(guò)路徑內(nèi)插器3被轉(zhuǎn)換為相 應(yīng)的軸坐標(biāo)A該軸坐標(biāo)表示在相應(yīng)的路徑點(diǎn)處的各個(gè)機(jī)器人軸的位置。
在進(jìn)一步的步驟S3中，運(yùn)算單元4然后以軸坐標(biāo)計(jì)算位置矢量^的第 一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)^^/^和第二階時(shí)間導(dǎo)數(shù)d^/W。
此外，在步驟S4中，環(huán)境溫度T被測(cè)量，這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)機(jī)器人模型5 是與溫度有關(guān)的，這將在下面詳細(xì)地描述。
在步驟S5中，動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型5的模型參數(shù)此時(shí)根據(jù)先前測(cè)量的環(huán)境 溫度T從參數(shù)存儲(chǔ)器中讀出，所述模型參數(shù)是靜摩擦常數(shù)/T、動(dòng)摩擦常數(shù)
/T和慣性常數(shù)j;。
在步驟S6中，作為內(nèi)力矩Mcwflv和外力矩i^kiaL的總和，總力矩M 此時(shí)在動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型5中被計(jì)算，以考慮機(jī)器人的摩擦和慣性。
在步驟S7中，根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型計(jì)算的總力矩i此時(shí)根據(jù)機(jī)器人 軸的彈性以軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為各個(gè)路徑點(diǎn)的相應(yīng)的路徑校準(zhǔn)值A(chǔ)g。
在步驟S8中，各個(gè)路徑點(diǎn)的已被校正的軸坐標(biāo)此時(shí)被計(jì)算，其中，加 法器7將路徑校準(zhǔn)值A(chǔ)^加到未被校正的軸坐標(biāo)^。此外，在步驟S9中，已被校正的軸坐標(biāo)由濾波器8濾波，以用于平滑目的。
而且，在步驟S10中，各個(gè)軸控制器2以已被校正和濾波的軸坐標(biāo) 5* ，被致動(dòng)。
最后，在步驟Sll中，對(duì)各個(gè)軸中的各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1的調(diào)節(jié)通過(guò)軸控 制器2實(shí)施。
圖3示出了圖1的運(yùn)算單元6的示例性實(shí)施例，其由力矩矢量M計(jì)算 路徑校正矢量Ag。在該示例性實(shí)施例中，運(yùn)算單元6由P-元件9、 PTl-元 件10、 PT2-元件11和加法器12組成，所述P-元件9、 PTl-元件10、 PT2-元件11在輸入側(cè)接收力矩矢量i^，在輸出側(cè)與加法器12連接，所述加法 器12將P-元件9、 PTl-元件10、 PT2-元件11它們的輸出信號(hào)相加，以計(jì) 算路徑校正矢量Ag。
P-元件在現(xiàn)有技術(shù)中是本身公知的。因此，P-元件9具有比例傳輸特性。
PTl-元件IO在現(xiàn)有技術(shù)中同樣是本身公知的，且具有一次時(shí)滯的比例 傳輸特性。
最后，PT2-元件11在現(xiàn)有技術(shù)中也是本身公知的，且具有二次時(shí)滯的 比例傳輸特性。
因此，路徑校正矢量A^的各個(gè)分量A&根據(jù)下面的傳輸函數(shù)由運(yùn)算單 元6計(jì)算
圖4示出了用于根據(jù)軸坐標(biāo)的第一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)4計(jì)算內(nèi)力矩il^,的圖。 從此可以清楚地看出，摩擦力矩i^力通過(guò)在死區(qū)的起始與終止之間對(duì)摩擦 力矩的值進(jìn)行線性插值在繞著零點(diǎn)的死區(qū)中單獨(dú)地被處理。
圖5示出了動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型的上述模型參數(shù)的計(jì)算的簡(jiǎn)化圖示。附圖 借助于示例僅示出了具有端部操縱裝置14和傳動(dòng)裝置接頭15的單個(gè)機(jī)器 人軸13。
傳動(dòng)裝置接頭15可借助于驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)由激勵(lì)單元16被瞬時(shí)、周期或 隨機(jī)地激勵(lì)。
12在端部操縱裝置14處，偏斜此時(shí)通過(guò)測(cè)量單元17被測(cè)量并被送到評(píng) 價(jià)單元18，評(píng)價(jià)單元18對(duì)測(cè)量的端部操縱裝置的偏斜進(jìn)行傅里葉分析或相 關(guān)分析，以計(jì)算機(jī)器人軸13的機(jī)械傳輸特征。
圖6中的圖示與圖5中的圖示大致對(duì)應(yīng)，使得參看對(duì)圖5的描述以避 免重復(fù)。
這種示例性實(shí)施例的特殊的特征實(shí)際上在于，測(cè)量單元17在輸出側(cè)連 接到評(píng)估單元19，所述評(píng)估單元19將測(cè)量的偏斜與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較并相 應(yīng)地調(diào)節(jié)校正單元20中的校正語(yǔ)句。校正單元20又連接到計(jì)算模型21， 所述計(jì)算模型21影響評(píng)估單元19中的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
最后，圖7示出了圖5的變型，其中，端部操縱裝置14已被制動(dòng)到停 滯。激勵(lì)單元16在此步進(jìn)向前轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)且在這樣做時(shí)測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)處 的力矩，以由此計(jì)算軸13的彈簧常數(shù)。
本發(fā)明并不限于上述優(yōu)選的示例性實(shí)施例。相反，利用了本發(fā)明的概 念從而落入保護(hù)范圍內(nèi)的許多變化和修改也是可能的。
附圖標(biāo)記列表
1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)
2 軸控制器
3 路徑內(nèi)插器
4 運(yùn)算單元
5 機(jī)器人模型
6 運(yùn)算單元
7 加法器
8 濾波器
9 P-元件
10 PTl-元件
1311 PT2-元件 12加法器 13機(jī)器人軸
14端部操縱裝置 15傳動(dòng)裝置接頭
16 激勵(lì)單元
17 測(cè)量單元 18評(píng)價(jià)單元
19 評(píng)估單元
20 校正單元 21計(jì)算模型
權(quán)利要求
1.一種用于多軸機(jī)器人、特別是用于噴涂機(jī)器人的控制方法，具有以下步驟a)通過(guò)多個(gè)路徑點(diǎn)預(yù)定機(jī)器人路徑(S1)，所述多個(gè)路徑點(diǎn)將要被機(jī)器人的參考點(diǎn)經(jīng)過(guò)，所述各個(gè)路徑點(diǎn)分別由空間坐標(biāo)限定，b)根據(jù)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)原理將各個(gè)路徑點(diǎn)的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的軸坐標(biāo)(θ)(S2)，所述軸坐標(biāo)(θ)表示在相應(yīng)的路徑點(diǎn)處的各個(gè)機(jī)器人軸的位置，c)根據(jù)轉(zhuǎn)換的軸坐標(biāo)(θ)致動(dòng)各個(gè)機(jī)器人軸的與軸相關(guān)的控制器(2)(S10)，d)通過(guò)相應(yīng)的與軸相關(guān)的控制器(2)致動(dòng)各個(gè)機(jī)器人軸中的與軸相關(guān)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(1)(S11)，其特征在于，它還具有以下步驟e)根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型(5)計(jì)算機(jī)器人路徑上的各個(gè)路徑點(diǎn)的路徑校正值(Δθ)(S3-S7)，所述路徑校正值(Δθ)考慮了機(jī)器人的彈性和/或摩擦和/或慣性；f)由各個(gè)路徑點(diǎn)的未被校正的軸坐標(biāo)(θ)和路徑校正值(Δθ)計(jì)算各個(gè)路徑點(diǎn)的已被校正的軸坐標(biāo)(θKORR)(S8)；以及g)以已被校正的軸坐標(biāo)(θKORR)致動(dòng)與軸相關(guān)的控制器(2)(S10)。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，它具有以下步驟a) 根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型(5)由路徑點(diǎn)的未被校正的軸坐標(biāo)(g)計(jì)算內(nèi)力矩值(MWA，)和/或外力矩值(Mii^M) (S6)，所述內(nèi)力矩值(MwiVflV)表示驅(qū)動(dòng)電機(jī)(1)和相應(yīng)的機(jī)器人軸的內(nèi)力矩，b) 由內(nèi)力矩值(M皿Qv)和外力矩值(il^/皿)計(jì)算路徑校正值(A5)(S7)。
3. 如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，內(nèi)力矩值(M/蕭，，Mmw，，,)包含以下分量:a)靜摩擦項(xiàng)，所述靜摩擦項(xiàng)由路徑點(diǎn)的未被校正的軸坐標(biāo)(0的符號(hào)和靜摩擦常數(shù)(yr)計(jì)算，和/或a)動(dòng)摩擦項(xiàng)，所述動(dòng)摩擦項(xiàng)由路徑點(diǎn)的未被校正的軸坐標(biāo)(^)的第一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)(々' )和動(dòng)摩擦常數(shù)cz，)計(jì)算，和/或c)慣性項(xiàng)，所述慣性項(xiàng)由路徑點(diǎn)的未被校正的軸坐標(biāo)(g)的第二階時(shí)間導(dǎo)數(shù)(々' )和慣性常數(shù)(,)計(jì)算。
4. 如前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法，其特征在于，它具有以下步驟a) 環(huán)境溫度(T)的測(cè)量(S4)，b) 根據(jù)測(cè)量的環(huán)境溫度(T)從參數(shù)存儲(chǔ)器讀出動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型的模型參數(shù)(yT,力，A) (S5)，c) 利用動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型的讀出的模型參數(shù)(yr,yr氣A)計(jì)算路徑校正值A(chǔ)g (S7)。
5. 如權(quán)利要求3和4所述的控制方法，其特征在于，依賴溫度讀出的模型參數(shù)包括以下的量a) 靜摩擦常數(shù)(yr)和/或b) 動(dòng)摩擦常數(shù)(yr'o和/或c) 慣性常數(shù)(,)。
6. 如權(quán)利要求2至5中任一所述的控制方法，其特征在于，路徑校正值(Ag)借助于以下元件由內(nèi)力矩值(M層w)和/或外力矩值(Mi^巡)計(jì)算a) P-元件(9),禾口/或b) PTl-元件(10)，和/或c) PT2-元件(11)。
7.如權(quán)利要求2至6中任一所述的控制方法，其特征在于，路徑校正值(A^)在考慮機(jī)器人軸的彈性的情況下由內(nèi)力矩值(M/m，)和/或外力矩值(M^，)計(jì)算。
8. 如前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法，其特征在于，它具有下步驟在致動(dòng)與軸相關(guān)的控制器(2)之前，對(duì)路徑點(diǎn)的已被校正的軸坐標(biāo)(&o朋)進(jìn)行濾波(S9)，以用于平滑目的。
9. 如權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，已被校正的軸坐標(biāo)(&》m)通過(guò)以下濾波器類型被濾波-a) 平均濾波器，b) 確定加權(quán)平均的平均濾波器，c) 相位超前濾波器，d) FIR濾波器，e) 帶通濾波器，和/或f) 低通濾波器。
10. 如前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法，其特征在于，路徑校正值(Ag)在校正時(shí)加到路徑點(diǎn)的未被校正的軸坐標(biāo)(g)上。
11. 一種機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述機(jī)器人控制系統(tǒng)被配置成執(zhí)行根據(jù)前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法。
12. —種機(jī)器人、特別是噴涂機(jī)器人，具有根據(jù)權(quán)利要求11所述的機(jī)器人控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于噴涂機(jī)器人的控制方法，包括以下步驟a)通過(guò)使用多個(gè)路徑點(diǎn)設(shè)定機(jī)器人路徑，所述多個(gè)路徑點(diǎn)將要被機(jī)器人的參考點(diǎn)經(jīng)過(guò)，且分別由空間坐標(biāo)限定；b)根據(jù)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)原理將各個(gè)路徑點(diǎn)的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的軸坐標(biāo)，所述軸坐標(biāo)表示在相應(yīng)的路徑點(diǎn)處的各個(gè)機(jī)器人軸的位置；c)根據(jù)轉(zhuǎn)換的軸坐標(biāo)致動(dòng)各個(gè)機(jī)器人軸的與軸相關(guān)的控制器；d)通過(guò)相應(yīng)的與軸相關(guān)的控制器致動(dòng)各個(gè)機(jī)器人軸中的與軸相關(guān)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；e)根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型計(jì)算各個(gè)路徑點(diǎn)的路徑校正值，所述路徑校正值考慮了機(jī)器人的彈性和/或摩擦和/或慣性；f)由各個(gè)路徑點(diǎn)的未被校正的軸坐標(biāo)和路徑校正值計(jì)算各個(gè)路徑點(diǎn)的已被校正的軸坐標(biāo)；以及g)以已被校正的軸坐標(biāo)致動(dòng)與軸相關(guān)的控制器。
文檔編號(hào)B25J9/16GK101678551SQ200880017321
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者A·邁斯納, B·舍爾, J·黑克爾 申請(qǐng)人:杜爾系統(tǒng)有限責(zé)任公司