专利名称:用于根据运动控制参数集来控制工业机器人的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种包括运动控制部分的用于控制工业机器人的控制系统，其中运动控制部分被配置成根据控制程序和运动控制参数集来操作机器人。
背景技术：
工业机器人包括操控器和用于根据控制程序来控制操控器的运动的控制系统，该控制程序包括与在执行程序期间操控器将遵循的期望路径有关的信息。该路径包括操控器沿着路径的位置和速度以及可能也包括其它要求，例如用户加速度限制。控制程序包括用机器人语言编写的一系列程序指令。控制系统包括适合于执行控制程序的程序执行器和运动控制部分。运动控制部分包括适合于从控制程序接收指令并且基于指令为运动生成参考值的轨迹插值器，以及配置成基于参考值和来自操控器的测量值生成至操控器的控制信号的伺服控制器。运动控制部分的性能取决于多个运动控制参数，比如控制器增益、模型参数、最大电机转矩、最大变速箱转矩和在操控器的机械结构上的最大应力。
工业机器人是用于工业自动化的通用机器。要求和操作条件随着不同应用类型变化。一般而言，对运动控制系统的要求在于根据针对具体应用的准确度规范来遵循期望路径。传统上，机器人供应商关于机器人的主要应用或者关于要求可能有冲突的成组应用，来优化机器人控制系统的运动控制部分。对运动控制部分的优化包括确定最优运动控制参数。然而难以发现对于许多应用类型而言最优的运动参数。结果是机器人的性能对于一个或者少数应用、但是并非对于所有应用类型而言最优。对于机器人用户而言难以进行对运动控制参数的优化，因为它需要关于机器人运动控制部分的专家知识。如今，如果机器人的性能并不令人满意，则机器人供应商必须派遣具有专业知识的人员前往现场以调节运动控制参数。
公开号为US2007/0M4599的专利申请公开了一种用于借助外部计算机来优化机器人性能的装置和方法，该外部计算机连接到机器人控制系统用于在控制器执行路径程序时接收机器人的性能数据。外部计算机使用性能数据、用户指定的优化目标和约束以及运动/动态仿真器来生成新的控制系统参数集，以替代控制系统中的默认集。计算机重复该过程直至新的控制参数集得以优化。根据当前机器人系统和操作条件来优化参数。这一方法的一些弊端在于它需要连接到机器人的外部计算机，它由于迭代方式而耗时，并且它并未利用针对某个应用类型的现有专家知识。
实用新型内容
本实用新型的目的在于向用户提供容易地针对机器人的当前应用来优化机器人运动控制部分的性能的可能性。
根据本实用新型的一个方面，这一目的由如本实用新型限定的控制系统来实现。
这样的控制系统包括用于存储适合于不同应用类型的多个可选运动控制参数集的数据储存器，并且控制系统被配置成接收关于所选应用类型的信息，并且运动控制部分被配置成根据属于所选应用类型的运动控制参数集来操作机器人。
针对多个不同应用类型预先优化多个运动控制参数集。为各应用类型提供有针对该应用类型而优化的运动控制参数集。例如，应用类型是离散过程类型、连续高速过程类型和连续低速过程类型。取而代之，应用类型可以更具体，比如点焊、涂刷、粘合、水切割和激光切割。
利用根据本实用新型的控制系统，不再需要机器人供应商派遣人员前往机器人现场以便调节运动控制参数。用户可以利用一个单一的命令改变机器人的性能。本实用新型的一个优点在于，易于让用户根据当前应用来优化机器人的性能，而无需具备机器人运动控制部分的详细知识。另一优点在于，无需外部计算机用于优化。
根据本实用新型的一个实施例，运动控制参数集包括针对轨迹插值的约束，比如最大电机转矩、最大速率和最大加速度导数。
根据本实用新型的一个实施例，运动控制参数集包括伺服控制参数、即反馈和前馈控制器中的参数，比如控制器增益和模型参数。
根据本实用新型的一个优选实施例，运动控制参数集包括针对轨迹插值的约束以及伺服控制参数。因此有可能优化轨迹插值以及对机器人的伺服控制。
根据本实用新型的一个实施例，运动控制参数集包括默认运动控制参数集，并且控制系统被配置成依据请求激活对运动控制参数集的改变。
根据本实用新型的一个实施例，在执行控制程序中的具体命令时激活对参数集的改变。这一实施例使得有可能在执行控制程序期间和在操作机器人期间在线地改变运动控制参数集。例如，如果应用具有冲突命令，则有可能在机器人循环期间一次或者多次改变应用类型。
根据本实用新型的一个实施例，控制系统包括配置数据库，该配置数据库包括关于机器人进行的应用类型的信息，并且控制系统被配置成通过改变配置数据库中的应用类型来激活所述对运动控制参数集的改变。这一实施例使得有可能让用户通过简单地改变配置数据库中的应用类型针对新应用来优化运动控制参数。例如，控制系统提供用户接口从而允许用户选择应用类型。
现在将通过描述本实用新型的不同实施例并且参照以下附图来更详细地说明本实用新型。
图1示出了根据本实用新型的实施例的控制系统。
具体实施方式
图1示出了根据本实用新型的实施例的操控器1和用于控制操控器的运动的控制系统。控制系统包括程序执行器2，适合于执行包括关于所需期望路径的信息的控制程序；以及运动控制部分3。运动控制部分3包括轨迹插值器5，适合于从程序执行器2接收指令P并且为运动生成参考值r ；以及伺服控制器6，配置为基于参考值r和来自操控器的测量值u生成至操控器1的控制信号y。轨迹插值器通过进行对指令的移动的插值来计划应当如何进行指令的移动。插值包括将指令的移动划分成多个小增量并且针对各增量为操控器的所有轴计算联合角度。然后将联合角度转换成伺服控制器参考r。向伺服控制器 6发送伺服控制器参考r。操控器配备有不同测量设备，比如用于提供电机位置反馈信号的角度测量设备和测量机器人手臂的加速度的加速度计。向伺服控制器6传送来自测量设备的反馈信号U。伺服控制器6包括反馈控制器并且可能也包括前馈控制器。
运动控制部分的性能例如取决于用于轨迹插值和用于伺服控制的算法，即轨迹插值器和伺服控制使用哪些模型结构、机器人的运动模型和动态模型将使用哪些模型参数、 设置对轨迹插值的哪些约束以及使用哪些伺服控制参数。
根据本实用新型，确定并且在机器人控制系统中或者在机器人控制系统容易访问的地方存储针对不同应用类型而优化的多个运动控制参数集。各运动控制参数集连同与它所属的应用类型有关的信息一起存储。在图1中所示示例中，控制系统包括用于存储适合于不同应用类型的运动控制参数集的数据储存器10。运动控制参数决定运动控制部分的行为并且因此决定机器人的性能。预定义运动控制参数集应当包括哪些参数可以随本实用新型的不同实施例变化。优选地，运动控制参数集至少应当包括限定对轨迹插值的约束的参数和用于伺服控制器的控制参数。在其它实施例中，运动控制参数集可以包括用于选择哪些算法将用于轨迹插值和用于伺服控制的参数、用于选择轨迹插值器和伺服控制将使用哪些模型结构的参数以及机器人的运动模型和动态模型的模型参数。
针对不同应用类型来优化运动控制部分。各优化生成针对应用类型而优化的运动控制参数集。结果是大量的运动控制参数集，其中各参数集针对具体应用类型来优化机器人的性能。应用类型的数目并且因此预定义运动控制参数集的数目可以随本实用新型的不同实施例变化。例如，可选应用类型数目为三离散过程、连续高速过程和连续低速过程。离散过程例如是材料操纵(拾取和放置应用)和点焊。离散过程通常对循环时间具有高要求、 但是对路径准确度的要求较低，这将影响对用于离散过程的控制参数的优化。连续高速过程的示例是粘合、涂刷、喷水切割和研磨。连续高速过程的要求例如在于路径误差少于1mm， 这将影响对用于连续高速过程的控制参数的优化。针对连续高速过程的主要误差源是变速箱和操控器手臂的弹性，这也将影响优化。连续低速过程的示例是激光切割和弧焊。连续低速过程的要求例如在于路径误差少于0. 1mm，这将影响对用于连续低速过程的控制参数的优化。针对连续低速过程的主要误差源是摩擦和电机脉动，这也将影响优化。
运动控制参数集可以包括默认运动控制参数集，于是控制系统被配置成依据请求激活对运动控制参数集的改变。可以例如根据机器人编程语言，或者在执行机器人控制程序之前，例如通过改变数据储存器10中存储的配置数据库中的应用类型，来在线地改变运动控制参数。机器人控制系统具有用户接口 12，例如所谓的示教器单元或者外部计算机。 用户接口使得有可能让用户通过选择应用类型之一来选择参数集之一。例如，可供选择的应用类型显示于用户接口 12的显示屏上，并且用户通过选择显示的应用类型之一来改变运动控制参数集。控制系统被配置成接收关于所选应用类型的信息并且例如在配置数据库中存储所选应用类型。运动控制部分被配置成根据属于所选应用类型的运动控制参数集来操作机器人。
本实用新型向机器人用户提供随应用而优化的易用运动控制参数。用户无需运动控制部分的任何详细知识。本实用新型并不限于公开的实施例，而是可以在所附权利要求
书的范围内加以变化和修改。例如，应用类型和参数可以在本实用新型的不同实施例中变化。
权利要求
1.一种包括运动控制部分(3)的用于控制工业机器人的控制系统，所述运动控制部分包括伺服控制器(6)和轨迹插值器(5)，其中所述运动控制部分被配置成根据控制程序和运动控制参数集来操作机器人，并且所述控制系统包括用于存储包括伺服控制参数的多个可选运动控制参数集的数据储存器(10)，其特征在于，所述运动控制参数集还包括针对轨迹插值的约束，所述运动控制参数集包括针对离散过程类型而优化的运动控制参数集和针对连续过程类型而优化的运动控制参数集，所述控制系统被配置成接收关于选择的过程类型的信息，并且所述运动控制部分被配置成根据属于所述选择的过程类型的所述运动控制参数集来操作所述机器人。
2.根据权利要求
1所述的控制系统，其特征在于，所述运动控制参数集包括默认运动控制参数集，并且所述控制系统被配置成依据请求激活对所述运动控制参数集的改变。
3.根据权利要求
2所述的控制系统，其特征在于，在执行所述控制程序中的具体命令时激活对参数集的改变。
4.根据权利要求
2所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括配置数据库，所述配置数据库包括关于所述机器人进行的应用类型的信息，并且所述控制系统被配置成通过改变所述配置数据库中的应用类型来激活所述对运动控制参数集的改变。
5.根据任一前述权利要求
所述的控制系统，其特征在于，所述运动控制参数集包括针对连续高速过程类型而优化的运动控制参数集和针对连续低速过程类型而优化的运动控制参数集。
专利摘要
本实用新型涉及一种包括运动控制部分(3)的用于控制工业机器人的控制系统，其中该运动控制部分被配置成根据控制程序和运动控制参数集来操作机器人。该控制系统包括用于存储适合于不同应用类型的多个可选运动控制参数集的数据储存器(10)，并且控制系统被配置成接收关于所选应用类型的信息，并且运动控制部分被配置成根据属于所选应用类型的运动控制参数集来操作机器人。
文档编号B25J9/16GKCN202011020SQ200890100361
公开日2011年10月19日 申请日期2008年5月21日
发明者S·莫伯格, W·雅科布逊 申请人:Abb技术公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan