[发明专利]附接到机器人臂的有效载荷的估计

说明书

本发明公开了方法和机器人，其中通过将机器人工具凸缘相对于重力布置在多个不同取向上来获得附接到机器人臂的机器人工具凸缘的有效载荷的有效载荷信息；使用布置在机器人工具凸缘处的力‑扭矩传感器来获得通过重力作用于有效载荷而提供给机器人工具凸缘的力和扭矩；基于在不同取向中的至少两个取向上获得的所获得力来获得有效载荷的质量。从属权利要求描述了根据本发明的机器人和方法的可能实施方案。

技术领域

本发明涉及一种估计附接到机器人臂的机器人工具凸缘的有效载荷的有效载荷信息的方法，其中机器人臂包括连接机器人基座和机器人工具凸缘的多个机器人关节。

背景技术

包括多个机器人关节和连杆(其中电机可使关节相对于彼此旋转)的机器人臂在机器人领域中是已知的。通常，机器人臂包括用作机器人臂的安装基座的机器人基座和可附接各种工具的机器人工具凸缘。通常，控制器被配置为控制机器人关节，以便使机器人工具凸缘相对于基座移动。例如，以便指示机器人执行多个工作指令。

机器人控制器被配置为基于现有技术中已知的机器人臂的动态模型来控制机器人关节，其中动态模型限定作用于机器人臂上的力与机器人臂的所得加速度之间的关系。通常，动态模型包括机器人臂的运动学模型，该运动学模型限定机器人臂的不同零件之间的关系，诸如处于各种关节角度的机器人关节以及关于机器人臂的质量和惯性的知识等。运动学模型包括机器人臂的信息，诸如关节和连杆的长度、尺寸，并且可例如由Denavit-Hartenberg参数等描述。动态模型使得控制器可以计算关节电机应提供的扭矩，以便移动机器人关节并克服重力对机器人臂的影响。

在许多机器人臂上，可以将各种端部执行器附接到机器人工具凸缘，诸如夹持器、真空夹持器、磁夹持器、拧紧机、焊接设备、分配系统、视觉系统等。当提供此类端部执行器时，有必要对此类端部执行器提供给机器人臂的有效载荷进行估计。通常，用户手动将有效载荷信息输入运动学模型中，之后控制器在控制机器人时可考虑有效载荷。通常，有效载荷信息包括与有效载荷的重量和姿势有关的信息，其中有效载荷的姿势与有效载荷相对于机器人工具凸缘的位置和取向有关。例如，可在有效载荷的质心相对于机器人工具凸缘的位置处指示该姿势。

许多用户很难设置正确的有效载荷，或者完全忽略/忘记设置有效载荷。因此，控制器可能无法控制机器人臂，从而导致机器人臂漂移，安全止动件偏离，机器人臂的安全功能无法正常运行。

DE 11 2016 002 797 T5公开了一种校准单元，该校准单元包括：近似曲线生成单元，该近似曲线生成单元被配置为基于当工具零件根据姿态命令值旋转时获得的位置信息和力信息来生成近似曲线；偏离值估计单元，该偏离值估计单元被配置为基于近似曲线、位置信息和力信息来估计力信息的偏离值；质量/重心位置估计单元，该质量/重心位置估计单元被配置为从力信息中除去偏离值，并且基于所获得的力信息来计算手端载荷的质量和重心位置矢量；和外力分量计算单元，该外力分量计算单元被配置为基于偏离值以及质量和重心位置矢量来从力信息中减去偏离值和手端载荷的重力作用分量。质量/重心位置估计单元被配置为基于所获得的力信息来计算手端载荷的质量和重心位置矢量，该力信息已通过使力传感器的传感器轴线与重力对准并使力传感器围绕垂直于重力的轴线旋转来获得。用户难以将力传感器的传感器轴线与重力精确对准并确保在旋转力传感器的同时正确对准。

JP 2012 040634公开了一种用于功率控制式机器人的校准装置和方法，即使机器人的安装精度低，也能够在考虑到安装误差的情况下进行必要参数的校准，其中工具经由功率传感器附接到三维作用的机器人臂的前端。机器人控制器使机器人臂以多个姿势动作，并且由功率传感器获得测量值并且在获得测量值时获得功率传感器的姿势数据。计算装置计算多个参数，包括工具的重量、重力方向矢量和工具重力中心位置矢量。

发明内容