点16, S卩，操作人员能够通过操纵器臂Ia的与该工具参考点相连接的节肢（例如手部 法兰13)手动引导地使其运动。例如，在工业机器人1的重力补偿模式下，操作人员可以用 手使工具参考点16进入到所期望的姿势，如图3中左侧上面的视图所示。在此，例如肘关 节19的位置并不重要。对于该期望的姿势，现在可以附加地存储所需要的特性（MAX 1至 MX 5)，例如：待发生的最大力（MAX 5)或力矩的预期方向，待发生的最大速度（MAX 3)的 预期方向，待发生的最大动力/加速的预期方向，最高精度（MAX 4)的预期方向，最高的力 灵敏度（MAX 2)的预期方向，最好的可调性和/或最大机械刚性（MX 1)的预期方向。
[0057] 在此，对方向的编程可以简单地通过用操作人员的手（17)引导工具14来实现，如 图3中右侧上面的视图所示。在这里可以采用有特色的工具方向，例如碰撞方向（箭头）， 或者选择清楚的坐标方向。同样，还可以使所期望的动/静态特性与平面E建立联系，S卩，在 所期望的平面E上，工业机器人1例如应该具有在该姿势中可能的最高精度（MAX 4)。这同 样可以通过工具14的方向来设定，该方向在这种情况下被定义为平面E的法向量（箭头）。 在此，方向的预先设定可以与实际的目标姿势无关。操纵器臂Ia可以在设定特性方向之后 再次处于其已被编程的姿势中，如图3中右侧下面的视图所示，在此，相对于操纵器臂Ia的 意外姿势（如左侧上面的视图所示），肘关节19可以在优化的位置上被自动优化（在图3 左侧下面的视图中以旋转箭头P示出）。此后，操纵器臂能够被自由地用手继续引导，在此， 操纵器臂保持其特性。
[0058] 在图4中，根据待编程的示例性任务示出了利用操纵器臂Ia举起目标20和使目 标20运动的四个步骤。在该示出的示例性任务中，不需要由工业机器人的操作人员预先设 定作用方向18。但是通过事先设定或实现在菜单中选出的举起的任务，可以特定于任务地 规定所必需的作用方向18,即沿与重力相反的方向取向的作用方向18。在此，作用方向18 可以通过机器人控制器2自动地确定。在通过利用操作人员的手17所进行的手动引导调 整对如图4中的右侧上面的视图所示的夹紧过程编程之后，可以自动地进行对关节位置值 的优化，特别是对冗余的肘关节19,如图4中左侧下面的视图中箭头P所示，从而可以操纵 器臂Ia的优化的姿势将目标举起，如图4中右侧下面的视图所示。
[0059] 在如图5所示的实施例中，在将操纵器臂Ia的所有关节4自动地调整至优化关节 位置值之后或期间，附加地对操纵器臂Ia的关节4进行手动调整，以便例如在关节会与障 碍物21发生碰撞的优化姿势的情况下（如图5中左侧视图所示），能够附加地手动调整操 纵器臂Ia的关节4,从而能够例如在特殊情况下通过操作人员的手17使肘关节19摆动地 离开障碍物21，由此可以进行修正的编程，如图5中右侧视图所示，该修正的编程不会与障 碍物21发生冲突，但是却能够非常接近于操纵器臂Ia的优化姿势地经过障碍物21。在此 可以将机器人控制器2设计和/或设置为，只利用力反馈（箭头F)手动地调整操纵器臂Ia 的关节4。力反馈可以随着相对于特别是至少一个冗余关节4的优化的关节位置值的偏差 而线性或累进地增加。这意味着：随着由操作人员为了绕过障碍物21而调整的操纵器臂 Ia的姿势的偏差逐渐增大，手动地使操纵器臂Ia运动也变得更加困难，S卩，只能逐渐增大 力的消耗，由此可以将逐渐增大的相对于操纵器臂Ia的优化姿势的偏差通过力反馈传输 给操作人员。这可以指导操作人员使操纵器臂Ia的姿势只是大体上并且只是尽可能轻微 地摆动偏离优化的姿势，总体上讲这对于绕过障碍物21是完全必要的。
【主权项】
1. 一种通过手动引导地调整工业机器人（1)的操纵器臂（la)的姿势对冗余的工业机 器人（1)的运动过程进行编程的方法，所述工业机器人具有多个彼此相接的节肢（5-12)， 这些节肢通过可调整的、包括至少一个冗余关节（4)的关节（4)相连接，所述关节能够通过 所述工业机器人（1)的至少一个机器人控制器（2)可控地调整，该方法包括以下步骤： 手动引导地调整所述操纵器臂（Ia)的与工具参考点（16)相对应的节肢（5-12)，从空 间中的第一位置和第一方向至空间中的第二位置和/或第二方向， 在取消冗余的情况下，通过确定所述至少一个冗余的关节（4)的优化的关节位置值， 由所述操纵器臂（Ia)的工具参考点（16)的第二位置和第二方向，回溯计算所述操纵器臂 (Ia)的所有关节（4)的关节位置值， 在手动引导调整期间，根据回溯计算出的所述优化的关节位置值，在所述机器人控制 器⑵的控制下自动地调整所述操纵器臂（Ia)的所有关节（4)。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，从多个预先设定的不同算法中选择算法，这些不 同算法用于在取消冗余的情况下，通过确定所述至少一个冗余关节（4)的优化的关节位置 值，由所述操纵器臂（Ia)的工具参考点（16)的第二位置和第二方向，回溯计算所述操纵器 臂（Ia)的所有关节（4)的关节位置值。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，对所述算法的选择由所述工业机器人（1)的操作人 员在其手动引导地调整所述操纵器臂（Ia)之前进行。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，根据所述操纵器臂（Ia)的静态特性 和/或运动学特性对所述至少一个冗余关节（4)的关节位置值进行优化。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，所述根据所述操纵器臂（Ia)的静态特性和/或运 动学特性对所述至少一个冗余关节（4)的关节位置值的优化按照对待编程的运动过程的 要求来进行。
6. 如权利要求4或5所述的方法，其中，待优化的特性是过程力、所述操纵器臂（Ia)的 刚性、所述操纵器臂（Ia)的定位精度、所述操纵器臂（Ia)的运动速度、所述操纵器臂（Ia) 的加速能力和/或在所述操纵器臂（Ia)的力反馈过程中的灵敏度。
7. 如权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，对所述至少一个冗余关节（4)的关节 位置值的优化按照一个或多个预先设定的作用方向（18)来进行。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，所述一个或多个预先设定的作用方向（18)由所述 工业机器人（1)的操作人员在其手动引导地调整所述操纵器臂（Ia)之前手动地向所述机 器人控制器（2)预先给定，或者根据由操作人员通过其对所述操纵器臂（Ia)的手动引导所 预先设定的运动方向由所述机器人控制器（2)自动地确定。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述机器人控制器（2)被设计和/或 设置为，在根据手动引导调整期间通过回溯计算得到的所述优化关节位置值并通过所述机 器人控制器（2)可控地自动调整所述操纵器臂（Ia)的所有关节（4)之后或期间，手动地调 整所述操纵器臂（Ia)的关节，特别是所述至少一个冗余关节（4)。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，所述机器人控制器（2)被设计和/或设置为，允许 利用力反馈来手动地调整所述操纵器臂（Ia)的关节（4)。
11. 如权利要求10所述的方法，其中，所述力反馈随着相对于特别是所述至少一个冗 余关节（4)的优化关节位置值的偏差而线性或累进地增加。
12. -种工业机器人，具有：机器人控制器（2)，该机器人控制器被设计和/或设置用于 执行包含编程的运动过程的机器人程序；冗余的操纵器臂（Ia)，该冗余的操纵器臂具有多 个彼此相接的节肢（5-12)和关节（4)，所述节肢和关节按照所述机器人程序被自动化，和/ 或在手动操作中自动地调整，其中，所述机器人控制器（2)被设计和/或设置用于执行如权 利要求1至11中任一项所述的方法。
【专利摘要】本发明涉及通过手动引导地调整工业机器人的操纵器臂的姿势对冗余的工业机器人的运动过程编程的方法，工业机器人具有多个通过可调整的、包括至少一个冗余关节的关节彼此相接的节肢，关节能够通过工业机器人的至少一个机器人控制器可控地调整，包括步骤：手动引导地调整操纵器臂的与工具参考点相对应的节肢，从空间中的第一位置和第一方向至空间中的第二位置和/或第二方向；在取消冗余的情况下，通过确定至少一个冗余关节的优化的关节位置值，由操纵器臂的工具参考点的第二位置和第二方向，回溯计算操纵器臂的所有关节的关节位置值；在手动引导调整期间，根据回溯计算出的优化的关节位置值，在机器人控制器的控制下自动地调整操纵器臂的所有关节。
【IPC分类】B25J9-16
【公开号】CN104608127
【申请号】CN201410637614
【发明人】马丁·里德尔, 赖纳·比朔夫
【申请人】库卡实验仪器有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月5日
【公告号】DE102013222456A1, EP2868445A1, US20150127151