[发明专利]确定铰接式工业机器人的关节中的关节转矩的方法

说明书

一种确定铰接式工业机器人(2)的关节(1)中的关节转矩的方法，所述机器人具有第一臂(4)和第二臂(6)，第一臂(4)和第二臂(6)通过所述关节(1)而彼此联接，且能够通过联接到所述第一臂(4)和所述第二臂(6)的电驱动单元(8)而相对于彼此移动，其中所述电驱动单元(8)由电子控制装置(10)控制，且其中将测量装置(12)分配给所述电驱动单元(8)，测量装置(12)测量供应给驱动单元(8)的电流，其特征在于，根据所测量的所述电流(I_U,I_V)来确定施加到所述第二臂(6)的转矩的实际值(T_A)，且所述电子控制装置(10)将所确定的所述实际转矩值(T_A)与针对所述关节(1)的预先确定的期望转矩值(T_D)比较。

技术领域

本发明大体上涉及一种根据权利要求1的前序部分的确定铰接式(articulated)工业机器人的关节中的关节转矩的方法。

背景技术

在协作机器人应用的领域中，要求保护与这样的机器人一起工作的操作者，以便避免由机器人在与操作者共用公共的工作空间时可能引起的任何伤害。

一个已知的保护性方案(其根据ISO 10218-1:2011而被称为功率和力限制)容许操作人员与移动的机器人之间有意外接触，只要这样的接触的特性低于排除甚至轻微伤害的生物力学要求即可。

在这方面，两种可能的类型的接触事件与使用功率和力的限制的应用相关。根据第一种可能性，允许机器人对操作者的所接触的身体部位加载达短的时间段(例如，小于50ms)。对于这样的瞬时接触而言，有必要限制从移动的机器人传递到操作者的身体部位的能量。这可典型地通过限制机器人的速度的安全功能而实现。

另一方面，对于机器人而言，有可能对所接触的身体部位加载达较长的时间段(其可例如大于50 ms或甚至几百毫秒或更久)。对于该准静态接触而言，要求限制机器人可对操作者的身体部位施加的力和压力。这优选地通过限制机器人的关节转矩和/或得到的笛卡尔(Cartesian)力的安全功能而实现。

包括控制器、操纵器和末端执行器以及其它与应用有关的设备的机器人系统的设计必须使得在协作应用的操作期间未超出所要求的极限。

然而，对于接触情况中的各个而言，有可能提供固有地安全的机器人的具体的机械和电气设计。

例如，为了限制机器人移动的速度，有可能将驱动系统设计成使得机器人操纵器不能够超出某一动能，而不管运动的细节如何。简单地说，这可被认为是在零转矩下的受限制的最大电动机速度的模式。

为了限制由机器人施加的力，有可能将驱动系统设计成使得其不能够超出某一最大关节转矩水平。简单地说，这可被认为是在零速度下的受限制的最大电动机转矩的模式。

对于接触情况中的各个而言，还有可能提供机器人系统和相关联的控制系统的如下的设计：其通过适当地设计并且实施的安全功能而充分地降低伤害的风险水平。

例如，为了限制速度，有可能测量机器人关节的实际角速度并且将这些值与控制系统所要求的参考速度比较。备选地，可对关节速度执行两种独立测量。对于这些方法中的任一种而言，如果两个独立值位于预先确定的通道(corridor)内，则可假设控制系统的安全级部分的适当操作，可计算机器人操纵器的部分的笛卡尔速度，并且，可容易地实施对这些速度的限制。这样的功能在现代的工业机器人控制器中是常见的。

为了限制由机器人施加的力，进一步有可能使用传感器来测量机器人关节中的转矩并且将这些值与根据所测量的电动机电流来确定的转矩值比较。该方法是已知的，并且在如今的协作机器人中的一些中使用。该方法具有如下的缺点：需要额外的传感器，这表示可能的技术失效的额外的来源。此外，额外的传感器导致机器人的额外成本。