[发明专利]控制操纵器的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制操纵器(Manipulator)、特别是机器人的一种方法和一种装置，其中，确定操纵器的额定轨迹(Soll-Bahn)以及该额定轨迹的运动参数。

背景技术

特别是例如在由专利文献EP 1117020 B1提出的工业机器人中公知的是：通过示教或离线编程预先设定作为要实施的机器人姿势的顺序的额定轨迹，该额定轨迹通过样条函数(Spline-Function)、即按区域定义的多项式进行插值得出。

例如，由F.Pfeiffer，E.Reithmeier的“Roboterdynamik”，Teubner 1987已知一种方法：基于机器人的动态模型，在保持对轴速或TCP速度以及电动机力矩的限制的情况下，为这样的额定轨迹确定最佳的速度特性。其中特别描述了一种用以确定时间最优的速度特性的有效方法，根据这种方法，在利用机器人的驱动限制并保持其TCP的笛卡尔速度上限的条件下，可以使机器人尽可能快地驶入预先设定的额定轨迹。

另一方面，有些工作流程要求沿着额定轨迹的速度特性的预设值。例如，如果机器人利用热胶枪，以恒定的粘合剂给出量均匀地涂抹粘合剂，则需要机器人以恒定的速度行驶在计划的粘合轨迹(Klebebahn)上。但是当手动选择这个恒定速度时，通常无法充分发挥机器人的潜能。

发明内容

因此，本发明的目的在于改进对操纵器的控制。

为了实现这个目的，本发明提出了一种方法，用于确定操纵器的额定轨迹以及该额定轨迹的运动参数，该方法利用运动参数的预设曲线可选择地确定轨迹段，并以在该轨迹段上的允许的运动参数为基础，自动确定该额定轨迹的运动参数。本发明还提出了一种执行根据本发明方法的装置，以及相应的计算机程序及计算机程序产品，特别是一种数据载体或存储器介质。

为了控制操纵器、特别是机器人，根据本发明，确定操纵器的额定轨迹。为此，例如可以通过引导(“示教”)或者例如基于工件数据(例如待加工部件的轮廓)的离线编程来预先设定特定于操纵器的参考点或参考系统，特别是工具参考系统(“工具中心点”)在工作空间中的位置，即地点和/或方向；和/或在关节坐标空间(“配置空间”)中的关节坐标，特别是关节角或电机角，内插器从中例如以功能或表格的形式产生连续或离散的额定轨迹。在此，优选至少按区域地基于样条函数确定额定轨迹，由此，可以较小的振动激励实现多重连续过渡同样，还可以通过离线编程，例如通过预先给定相应的、对轨迹参数进行参数化的函数，在工作空间和/或关节坐标空间中直接确定额定轨迹。

对该额定轨迹事先或在运行中确定一个或多个运动参数。运动参数尤其可以包括操纵器的参考点或参考系统和/或一个或多个运动轴的速度、加速度、根据时间的高阶导数。因此，特别是可以预先设定沿额定轨迹的速度特性，而后通过相应的按时钟节拍的前移调节等变换为对操纵器的控制。例如，当加速度特性或振动特性(Ruckprofil)、即坐标的三阶时间导数的变化对于将要处理的过程是合适的时，则根据积分或微分的关系，同样也可以预先给定加速度特性或振动特性。

因此，根据本发明，现在可以有选择地确定一个或多个轨迹段，每个轨迹段都具有预先设定的运动参数曲线，并且根据该轨迹段上的允许的运动参数自动确定这些运动参数。通过这种方式，操纵器例如同样可以实现所希望的速度曲线，而另一方面还能保持对诸如最大允许TCP速度或轴速度的限定、对转矩的限制等等。

优选定性地确定运动参数的预设曲线。例如，它可以是线性的，特别可以是恒定的。因此，例如对于所确定的轨迹段，可以预先设定TCP的速度或加速度在相应的轨迹段上是恒定的，或者是应该线性上升或下降的。

然后，自动地定量确定该运动参数，使其不会超过或低于某些允许的运动参数，例如允许的TCP和/或轴的速度和/或加速度、驱动转矩等等。特别是该自动确定的运动参数可以是极值，也就是在轨迹段内允许的运动参数的最小值或最大值，因此，例如可以基于在轨迹段内的最大允许运动参数中的最小值和/或基于在轨迹段内的最小允许运动参数中的最大值来自动确定运动参数。

举例来说，可以为各个轴预先设定最大的轴速度、轴加速度、轴振动等等。然后可以借助运动学模型基于这些允许的运动参数分别确定一个最大允许的笛卡尔TCP-速度。附加地或替代地，还可以为各个轴预先给定最大驱动力矩，即电动机力矩和/或传动力矩等等。然后，可以借助动态模型基于这些允许的运动参数分别确定一个最大允许的笛卡尔TCP-加速度。