用于对工业机器人编程的方法和对应的工业机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对工业机器人编程的方法，工业机器人具有操纵器臂和控制操纵器臂的控制装置，控制装置被设计为，根据可在编程模式下编辑并在执行模式下执行的机器人程序使操纵器臂运动，机器人程序包含至少一个程序指令，该至少一个程序指令对应至少一个刚性参数，通过该刚性参数，控制装置在执行模式下自动执行机器人程序期间能够根据至少一个刚性参数力调节和/或力矩调节地自动控制操纵器臂。
【背景技术】
[0002]由专利文献EP 1950010 B1已知一种对机器人编程的方法。其中提到:一种普遍公知的编程方法为所谓的示教编程，在这种方法中，通过借助于合适的装置(例如手持式编程装置或操作面板)驶入期望的空间点并获取这些空间点，可以在机器人控制器中生成关于机器人的运动信息。所描述的另一种类型的编程被称为回放法，在这种方法中，通过沿期望的空间路线手动引导机器人来实现对工作进程的编程。在此，将机器人在设定的时间栅格或距离栅格中的位置实际值、即轴位置或TCP位置(工具中心点位置)收入机器人程序中。在一种特定类型的编程中，也可以在示范加工过程期间检测机器人的刚性/柔性(Nachgiebigkeit)。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种对工业机器人编程的方法，利用该方法，可以通过手动引导操纵器臂运动来简单、精确地实现对工业机器人的编程。本发明的目的特别在于改善、尤其是简化对操纵器臂的柔性和/或刚性的编程。
[0004]本发明的目的通过一种用于对工业机器人编程的方法来实现，该工业机器人具有操纵器臂和控制操纵器臂的控制装置，该控制装置被设计为，根据可在编程模式下编辑并在执行模式下执行的机器人程序使操纵器臂运动，该机器人程序包括至少一个程序指令，该程序指令对应至少一个刚性参数，通过该刚性参数，控制装置能够在执行模式下自动执行机器人程序期间根据至少一个刚性参数力调节和/或力矩调节地自动控制操纵器臂，该方法包括以下步骤:
[0005]-选择程序指令，与其对应的刚性参数应该在编程模式下被检查、修改和/或存储，
[0006]-使操纵器臂运动至测试位姿，在该测试位姿中，工业机器人被配置和/或设置用于操纵器臂的手动碰触和/或运动，
[0007]-通过控制装置自动控制操纵器臂，使得操纵器臂在测试位姿下具有与所选择的程序指令的对应刚性参数相符的刚性。
[0008]具有配设的机器人控制器的操纵器臂、特别是工业机器人是工作机器，其可以装备工具以便自动地操作和/或处理对象，并按照多个运动轴例如关于方向、位置和工作流程是可编程的。工业机器人通常包括操纵器臂，操纵器臂具有多个通过关节连接的节肢和可编程的机器人控制器(控制装置)，机器人控制器可以在运行期间自动地控制或调节操纵器臂的运动过程。节肢通过受机器人控制器控制的驱动器、尤其是电驱动器特别是关于工业机器人的、代表关节的运动自由度的运动轴运动。
[0009]操纵器臂例如可以包括支架和通过关节相对于支架可转动地安装的转盘，在转盘上利用另外的关节可摆动地安装有摇臂。在此，可以在摇臂上在其侧通过其他的关节可摆动地安装有悬臂。悬臂在此支承机器人手，其中，悬臂和/或机器人手可以具有多个另外的关节。具有多个通过关节连接的节肢的操纵器臂可以被设计为曲臂机器人，其具有多个连续、依次设置的节肢和关节，特别是可以将操纵器臂设计为六轴曲臂机器人。
[0010]然而，具有配设的机器人控制器的操纵器臂(例如工业机器人)也特别可以是所谓的轻型机器人，其与常规的工业机器人的不同之处首先在于:其具有有利于人机协作的结构尺寸，并因此具有与其自身重量相比相对较高的承载能力。此外，轻型机器人也可以如同其他的工业机器人那样特别是力调节和/或力矩调节地运行，例如以柔性调节或刚性调节的方式运行，而不是位置调节地运行，这可以例如使对操纵器臂的位姿的手动调整更加简单。此外，由此还可以实现更安全的人机协作，因为例如可以防止或至少减轻操纵器臂与人的意外碰撞，以使人员不会受到伤害。这样的操纵器臂或这种轻型机器人可以具有六个以上的自由度，从而就此而言提供了一种超定的(Uberbestimmtes)系统，由此可以使操纵器臂以多种不同的位姿沿相同的方向到达空间中的相同的点。轻型机器人可以适当的方式响应外部的力作用。可以使用力传感器来测量力，力传感器能够在全部三个空间方向上测量力和转矩。替代地或附加地，也可以在不使用特定传感器的情况下例如根据所测得的驱动器的电机电流来估算轻型机器人的关节上的外力。作为调节的概念，例如可以采用通过将轻型机器人建模作为机械阻力(阻抗)的间接力调节，或者采用直接的力调节。
[0011]操纵器臂的手动碰触和/或运动特别是被理解为:工业机器人的操作人员通过抓握操纵器臂的一个或多个关节以及例如通过推、拉和/或转动所抓住的一个或多个节肢来改变、即调整操纵器臂的位姿，从而使操纵器臂的当前关节位置发生变化。在一种基本的实施方式中，可以在操纵器臂的运动链中的最后一个节肢上，即在操纵器臂的手部法兰上例如固定有手柄或至少配设有一手柄部，特别是被刚性地固定，通过该手柄或手柄部可以将引导力导入至操纵器臂的机械结构中。这种由工业机器人的操作人员施加在操纵器臂上的引导力例如可以通过专门为此设计和配置的传感器、特别是力传感器来直接地测量，或者根据操纵器臂的现有的关节传感器、特别是力传感器/力矩传感器上的测量值间接地计算得到，或者间接地根据工业机器人的关节驱动器的电机电流来确定。根据本发明，操纵器臂的手动碰触和/或运动也可以是单纯地使操纵器臂在空间中保持不动，以使其保持其当前的位姿不变。就此而言，一般将操纵器臂的手动碰触和/或运动理解为操纵器臂的手动操作，其中也包括这种保持不变的位姿。
[0012]操纵器臂的位姿通常完全可以理解为操纵器臂的可调整地连接操纵器臂的各个节肢的关节的所有关节位置的总和。狭义地说，在定义明确的系统中，位姿例如也可以理解为参考点的位置和方向，例如操纵器臂的工具参考点(工具中心点/TCP)。工具参考点例如可以由操纵器臂的手部法兰上的合适的点来形成，在手部法兰上固定有夹持器、工具或其他的装置，以便能够通过调节操纵器臂的位姿使它们在空间中运动。更普遍的是:工具参考点也可以是位于操纵器臂外面的虚拟空间点，但是其可以在几何意义上刚性地与操纵器臂的节肢相连接，特别是与操纵器臂的手部法兰相连接。
[0013]根据本发明的测试位姿是指:操纵器臂占据了下述的关节角位置，在该关节角位置处，操纵器臂的被设置和/或选择用于手动抓握的位置，例如操纵器臂的特定节肢，对于操纵器臂的操作人员来说是特别适宜的和/或可安全接近的。在测试位姿下，操作人员可以手动碰触操纵器臂和/或使操纵器臂运动，从而使得操作人员能够觉察和/或领会当前被控制的操纵器臂的柔性或刚性。
[0014]机器人程序组成控制规则，即:控制装置应该以什么样的方式和方法来自动地控制操纵器臂或其关节，以便能够使操纵器臂自动地执行所期望的运动和动作。为此，机器人程序包括例如代表特定的运动类型的程序指令。但是程序指令也可以仅涉及到对操纵器臂的状态或特性的调整。每个程序指令可以对应至少一个参数。在位置指令的情况下，所述至少一个参数例如可以由工具参考点在笛卡尔空间中的位置值X、Y、Z组成。在其他情况下，这种参数例如可以是速度、最大加速度或柔度值或刚度值，其总体上可以描述操纵器臂的特性，并且操纵器臂特别是可以在经过多个支点(Stiltzpunkte)时程序控制地自动接受这些特性。对应于程序指令的柔度值或刚度值代表对应于各个程序指令的刚性参数。在本发明的框架中，如果只提及刚性和/或刚性参数，则意味着就其含义而言也可以为此检测柔性和/或柔性参数。在本发明的框架下，刚性参数表示通过控制装置调整的操纵器臂的特性，其也可以被称为操纵器臂的关节的“弹性”、“柔软性”和/或“硬度”。柔性参数在数学上是刚性参数的倒数。
[0015]特别是在执行模式下，在此可以通过阻抗调节或导纳调节(Admittanzregelung)实现对工业机器人的驱动器的控制。就此而言，可以将控制装置设计为，利用阻抗调节或导纳调节实现对操纵器臂的柔性调节或刚性调节。
[0016]工业用机器人，