专利名称：用于确定转矩的方法和工业机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定转矩的方法和一种工业机器人。
背景技术：
机器人是工业机器，其可以配备用于自动操作和/或处理对象的工具，并可以在多个运动轴上例如关于方向、位置和工作流程可编程。机器人通常具有:机器人臂，包括多个通过关节相连接的节肢；和可编程控制器(控制装置)，用以在运行期间控制或调节机器人的运动过程。节肢常常通过具有传动装置的电动机特别是关于运动轴运动，其中，电动机受控制装置的控制。专利文献DE 102007063099A1公开了一种机器人，其具有多个可关于转动轴彼此相对转动的节肢。为了确定施加在转动轴上的力矩，机器人具有适用的转矩传感器，转矩传感器例如包括应变片，其欧姆电阻在应变片膨胀或压缩时会发生变化。每个传感器可以具有多个例如被连接为半桥或全桥的应变片
发明内容
本发明的目的在于，更好地确定作用于机器人臂的节肢上的转矩。本发明的目的通过一种用于确定作用于机器人臂的节肢上的转矩的方法得以实现，其中，机器人臂具有多个依次设置的节肢，在此，节肢中的第一节肢相对于这些第二节肢可关于转动轴转动地安装，并通过相对于第二节肢位置固定的电动机和与该电动机后置连接的传动装置关于转动轴转动，该方法具有以下步骤:-确定传动装置的面向电动机的驱动侧的转动角度和背向电动机的从动侧的转动角度，-根据所确定的传动装置的驱动侧和从动侧的转动角度并以传动装置的数学模型为基础，确定作用于第一节肢上的转矩，在此，该数学模型特别考虑到传动装置的弹性特性。本发明的另一个方面涉及一种工业机器人，其具有:-机器人臂，其包括多个依次设置的节肢，其中，第一节肢相对于第二节肢关于转动轴可转动地安装，并可以通过相对于第二节肢位置固定的电动机和与该电动机后置连接的传动装置关于转动轴转动；-第一角度测量装置，用于确定传动装置的面向电动机的驱动侧的转动角度；-第二角度测量装置，用于确定传动装置的背向电动机的从动侧的转动角度；和-与这两个测量装置相连接的控制装置，用于在工业机器人的运行中控制电动机，传动装置的数学模型存储在该控制装置中，数学模型特别考虑到传动装置的弹性特性，并且该控制装置设计为，根据所确定的传动装置驱动侧和从动侧的转动角度并基于该数学模型，来确定作用于第一节肢上的转矩。因此，根据本 发明的工业机器人被设计为用于执行根据本发明的方法。特别是其控制装置设计为，按照根据本发明的方法确定作用在第一节肢上的转矩。机器人臂包括多个依次设置的节肢，这些节肢特别是可以借助优选为电驱动器的驱动器彼此相对运动。驱动器包括例如电动机和驱动电动机的功率电子电路。这些驱动器特别是可控驱动器，优选是可控电驱动器。这样实现机器人臂:第一节肢相对于第二节肢关于转动轴可转动地安装，并借助相对第二节肢位置固定的电动机和后置连接电动机的传动装置关于转动轴转动。在机器人臂或工业机器人运行中可以有转矩作用于第一节肢上，该转矩是关于传动装置的输出转矩或从动侧转矩。根据本发明，该转矩不是直接地例如借助转矩传感器来确定，而是通过确定传动装置的驱动侧和从动侧的转动角度以及传动装置的数学模型来间接地确定。也就是说，如果转矩作用在第一节肢上，则该转矩也作用在传动装置上。如果传动装置特性是已知的，则可以建立传动装置的数学模型，其提供了驱动侧和从动侧的转动角度与转矩之间的关系。传动装置特性例如可以根据 经验确定或者从传动装置的数据表中获得。数据模型例如存储在计算机中，与转动角度相对应的信号传输给该计算机。将计算机配置为，根据所确定的转动角度和数学模型来计算转矩。优选计算机是根据本发明的工业机器人的控制装置的一部分，其还设置用于，以普遍公知的方式控制并在必要时调整机器人臂的运动。数学模型也可以存储在控制装置中，因此控制装置也可用于确定转矩。优选传动装置具有与电动机相连接的驱动侧的轴、至少间接地与第一节肢相连接的从动侧的轴和至少一个设置在传动装置的这两个轴之间、用于实现传动装置的传动比的传动连接件(Getriebeglied)。正如专业人员所公知的那样,所述至少一个传动连接件包括例如齿轮。在此情况下，优选驱动侧的转动角度是驱动侧的轴的转动角度，而从动侧的转动角度是从动侧的轴的转动角度。这些转动角度可以通过相应的角度测量装置来确定。为了确定驱动侧的转动角度，优选可以通过确定电动机、特别是其轴的转动角度来确定驱动侧的转动角度。也就是说，如果电动机是可控驱动器的一部分，则电动机需要为此目的配备角度测量装置，例如旋转编码器(Drehgeber)。优选通过下述公式计算作用在第一节肢上的转矩:
权利要求
1.一种用于确定作用于机器人臂(2)的节肢上的转矩的方法，其中，所述机器人臂(2)具有多个依次设置的节肢(3-7)，其中所述节肢中的第一节肢(4)相对于第二节肢(5)关于转动轴(A2)可转动地安装，并能够借助于相对于所述第二节肢(4)位置固定的电动机(11)和与该电动机(11)后置连接的传动装置(12)关于所述转动轴(A2)转动，该方法具有以下步骤: 确定所述传动装置(12)的面向所述电动机(11)的驱动侧的转动角度C φΛ)和背向所述电动机(11)的从动侧的转动角度(φΒ)，以及 根据所确定的所述传动装置(12)的驱动侧的转动角度(φΑ)和从动侧的转动角度(φΒ)以及基于所述传动装置(12)的数学模型(20)来确定作用于所述第一节肢(4)上的转矩，所述数学模型(20)特别是考虑到所述传动装置(12)的弹性特性。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述传动装置(12)具有与所述电动机(11)相连接的驱动侧的轴(14)，至少间接地与所述第一节肢(5)相连接的从动侧的轴(15)和至少一个设置在所述传动装置(12)的两个轴(14，15)之间、用于实现所述传动装置(12)的传动比的传动连接件(16)，其中，所述驱动侧的转动角度(φΑ)是所述驱动轴(14)的转动角度，而所述从动侧的转动角度(φΒ)是所述从动轴(15)的转动角度。
3.如权利要求1或2所述的方法，包括:通过确定所述电动机(11)、特别是其轴(13)的转动角度来确定所述驱动侧的转动角度(φΑ)。
4.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，通过以下公式计算所述转矩:τ (t)=f(cpn-(pA)， 其中，τ为作用在所述第一节肢(5)上的转矩，函数 (φΒ-φΑ)为所述数学模型(20)。
5.如权利要求1到4中·任一项所述的方法，其中，对于所述传动装置(12)的数学模型(20)，考虑特别是与所述传动装置(12)的转动方向相关的滞后性。
6.如权利要求1到5中任一项所述的方法，其中，在所述数学模型(20)中考虑特别是至少一个传动连接件(16)的传动误差。
7.如权利要求1到6中任一项所述的方法，其中，所述电机是电力电机(11)，并且该方法具有以下方法步骤: 确定所述电力电机(11)的电流(i)，以及 根据所确定的所述传动装置(12)的驱动侧的转动角度(φΛ)和从动侧的转动角度(φΒ)并基于所述传动装置(12)的数学模型(20)，根据所确定的电流(i )至少间接地修正所确定的作用于所述第一节肢(5)上的转矩。
8.如权利要求7所述的方法，具有以下附加的方法步骤: 根据所确定的电流(i )和所述电动机(11)的模型确定另一个转矩，以及 将所述转矩与所述另一个转矩合并，以获得作用于所述第一节肢(5)上的合成转矩。
9.如权利要求7所述的方法，包括:使用所述电流(i)，以支持所述数学模型(20)。
10.一种工业机器人,具有: 机器人臂(2)，其包括多个依次设置的节肢(3-7)，其中第一节肢(4)相对于第二节肢(5)关于转动轴(A2)可转动地安装，并能够借助于相对于所述第二节肢(4)位置固定的电动机(11)和与该电动机(11)后置连接的传动装置(12)关于所述转动轴(A2)转动，第一角度测量装置(17)，用于确定所述传动装置(12)的面向所述电动机(11)的驱动侧的转动角度(φΑ)，第二角度测量装置(18)，用于确定所述传动装置(12)的背向所述电动机(11)的从动侧的转动角度((Pb )，和 与所述两个测量装置(17，18)相连接的控制装置(9)，用于在所述工业机器人(I)的运行中控制所述电动机(11)，所述传动装置(12)的数学模型(20 )存储在该控制装置(9 )中，该数学模型(20)特别是考虑到所述传动装置(12)的弹性特性，并且该控制装置(9)设计为，根据所确定的所述传动装置(12)的驱动侧的转动角度(φΑ)和从动侧的转动角度(φΒ)并基于所述数学模型(20)，特别是根据如权利要求1到9中任一项所述的方法，来确定作用于所述第一节肢(5)上的转矩。
11.如权利要求10所述的工业机器人，其中，所述第一测量装置(17)设置用于确定所述电动机(11)的轴(13)的转矩，以确 定所述驱动侧的转动角度(φΑ)。
全文摘要
本发明涉及一种工业机器人(1)和一种用于确定作用在机器人臂(2)的节肢上的转矩的方法。机器人臂(2)具有多个依次设置的节肢(3-7)，其中节肢中的第一节肢(4)相对于第二节肢(5)关于转动轴(A2)可转动地安装，并可借助于相对于第二节肢(4)位置固定的电动机(11)和与该电动机(11)后置连接的传动装置(12)关于转动轴(A2)转动。
文档编号B25J13/08GK103240752SQ20121044028
公开日2013年8月14日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年2月14日
发明者赫尔诺特·尼茨, 米夏埃尔·蒂姆尔 申请人:库卡罗伯特有限公司