[发明专利]基于自适应摩擦来控制机器人臂的方法

说明书

本发明涉及一种控制具有机器人关节的机器人臂的方法，其中基于信号来控制关节的关节马达，该信号基于机器人关节传动装置的输入侧/输出侧中的至少一者的摩擦力矩(公式I)以及传动装置的输入侧和输出侧之间的机器人关节传动装置扭矩(公式II)来生成。摩擦力矩基于以下项中的至少两者来确定：马达轴的角位置；输出轴的角位置和/或由关节马达提供给马达轴的马达扭矩。机器人关节传动装置扭矩基于以下项中的至少一者来确定：输出轴的角位置；输出轴的角位置和/或马达轴的角位置；马达轴的角位置和由关节马达提供给马达轴的马达扭矩。

技术领域

本发明涉及控制机器人臂的方法，该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，其中机器人关节中的至少一个机器人关节为包括具有马达轴的关节马达的旋转机器人关节，其中马达轴被构造成经由机器人关节传动装置使该旋转机器人关节的输出轴旋转。

背景技术

包括多个机器人关节和连杆(其中马达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能够与各种工具附接的机器人工具凸缘。机器人控制器被配置为控制机器人关节，以相对于基座移动机器人工具凸缘。例如，为了指示机器人臂执行多个工作指令。

通常，机器人控制器被构造成基于机器人臂的动态模型控制机器人关节，其中该动态模型限定作用于机器人臂上的力与所得的机器人臂的加速度之间的关系。通常，动态模型包括机器人臂的运动学模型、关于机器人臂的惯性的知识以及影响机器人臂移动的其他参数。运动学模型限定了机器人臂的不同零件之间的几何关系，并且可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参数等来描述。动态模型使控制器可能确定关节马达将要提供的扭矩，以便例如在指定的位置、以指定的速度和加速度移动机器人关节。

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、磁性夹持器、螺纹车床、焊接装备、分配系统、视觉系统等。

在一些机器人中，机器人关节包括关节马达，该关节马达具有被构造成例如经由传动装置系统使输出轴旋转的马达轴。机器人关节传动装置系统被构造成将由马达轴提供的扭矩传递到输出轴。通常，输出轴连接到机器人臂的零件并且被构造成使机器人臂的零件相对于彼此旋转。机器人关节传动装置系统可例如包括机器人关节齿轮或直接驱动机构。机器人关节齿轮可例如被提供为正齿轮、行星齿轮、锥齿轮、蜗轮、应变波齿轮或其他类型的传动装置系统。

通常，柔性和摩擦存在于各种类型的传动装置中。在动态模型中考虑传动装置的摩擦使得动态模型更准确地类似于真实机器人臂的动态，因为源自传动装置系统的机器人关节摩擦可以是已知的，从而在机器人控制器中得到补偿。补偿控制器中的摩擦效应的技术在马达控制领域中是熟知的{1}。更准确的动态模型例如可以允许机器人控制器以更高的准确性和精度控制机器人臂。更准确的动态模型还可以允许机器人控制器更准确地识别外部干扰，例如在安全性方面非常关注的人类干扰。

在考虑机器人控制器设计中的机器人关节摩擦时的一个问题是摩擦以难以准确预测的方式变化。例如，已知摩擦随着诸如温度和磨损的量而变化，这些量在大多数工业机器人上是几乎不可测量的。摩擦的温度依赖性由例如所接触的机械部件的热膨胀和/或温度依赖性润滑剂特性引起。摩擦的磨损依赖性例如由在接触表面处(例如在机器人关节齿轮中的齿轮啮合处)被磨损掉的材料引起。

由于机器人关节摩擦的变化，期望在线估计摩擦，使得可以在机器人控制器中更准确地补偿摩擦。自适应摩擦补偿技术在马达控制领域中是熟知的。一些研究人员已经通过各种策略实现了自适应摩擦补偿{2}、{3}、{4}。