用于确定接头的至少一个特性的方法和系统的制作方法_3

文档序号:8416820阅读:来源:国知局
间中的一个固定点来完成。例如,操纵器110可以具有工具交换器的被附接到该第二链节(轴线2运动)前部的那部分,该第二链节与前一轴线112(轴线I)正交地移动因此不干扰接头114的夹持。另外,接头116-119保持未被夹持并且不是接头114的夹持作用的一部分。作为在夹持物品160上与工具交换器对接的替代方案、或者作为任何其他专用夹持物品的替代方案,可以使用现货供应的夹持设备。仍然考虑接头114的夹持,这样一种标准夹持物品可以是图1b中用参考数字188所示出的类型。图1b示出了这样一种接头,其中传动系盖的一部分被去除以暴露出传动元件,在此情况下该部分是经由顺性轴186将马达182连接到链节184的一个行星齿轮箱。链节184用链节184的重力所造成的扭矩来作用于轴186,并且借助于这些扭曲的边缘线,轴186的扭转是可见的。如果,为了简单起见,摩擦力和惯性力暂时都不考虑,则重力与作用在传动系上的马达扭矩相平衡,并且因此齿轮齿牙的对应侧面如图1c中所示是接触的。反冲的来源包括齿间隙192、196。在轴承194处以及在传动元件之间的其他滑动或滚动接触处发生摩擦。虽然扭转186可能是线性的,但顺性(包括该板保持这些行星齿轮)与逐渐的齿接触相结合在正常情况下导致非线性的顺性特性。
[0066]与手动夹持物品188—起,系统180可以被看做一个操纵器的接头。等效地,它可以代表任何一个伺服控制的机构的任何一个接头。因此,夹持物品160、188绝不局限于分别在图1a和Ib中提供的形式和形状、而是可以具有任何形状或形式,只要它们是实质上无反冲的并且可以提供用于夹持操纵器110的可移动部分的在空间中的一个点。因此,该夹持物品可以是弹性的,使得操纵器在最初夹持到该夹持物品之后可以到到空间中一个点,稍后一旦该操纵器在该夹持物品处实现休止位置,该操纵器被夹持在该点。在弹性夹持物品的情况下,其刚度应当是已知的,并且将需要基于工具交换器的力来确定该夹持物品的弹性位移,工具交换器的力进而可以经由接头扭矩和运动学模型或通过使用外部的腕部安装式的力/扭矩传感器来确定。
[0067]还应当提及,根据本发明用于确定操纵器的接头参数的系统还可以包含两个或更多个机器人,即使用彼此作为夹持物品的两个或更多个操纵器,每个机器人为另一个机器人的操纵器提供空间中的一个夹持点,使得对于在每个操纵器中每个接头的接头特性可以例如根据本发明的方法来确定,该方法的若干实施例在图2-7中展示出。在不存在刚性且固定的夹持点的情况下,双臂机器人可能要求更多的姿势和测量以便唯一地确定所有接头参数。
[0068]另外,图1a的操纵器110虽然绘制为单臂操纵器,但同样可以是双臂操纵器,其中类似于前一段落中的描述,这些臂可以用作将每个臂夹持到由另一个臂提供的空间中一点的夹持物品,其目的是用于确定每个臂中每个接头的接头特性。双臂机器人还可以通过以下方式来夹持一个链节:使另一个臂以任何适合链节抵靠刚性环境(或具有已知顺性的环境)来推动另一个臂的该链节。即使在这些情况下,操纵器的每个臂的接头特性也可以根据本发明的方法来确定,该方法的若干实施例在图2-7中展示出。
[0069]现在借助图2-7描述至少一个接头特性的确定。
[0070]图2描绘了一个流程图,展示了根据本发明的方法的一个实施例。
[0071]在步骤200中,控制器140指示操纵器110的这些接头112、114、116-119中每一个的致动器来移动每个接头,而使得操纵器I1停靠到由夹持物品160提供的空间中一点。空间中这个点可以是由夹持物品160的突出部162或者由其某一其他部分限定的。如果夹持物品160是刚性的,则由夹持物品160提供的夹持点将是与工具交换器121或操纵器110的某一其他部分被夹持到的空间中这一点实质相同的。否则,在柔软或弹性夹持物品的情况下,由夹持物品提供的初始夹持点将与工具交换器121或操纵器110的某一其他部分最终被夹持到的空间中这一点不同。如上提及的,控制器140可以指示每个接头112、114、116-119的致动器来移动这些接头而使得操纵器110到到由夹持物品160提供的接触点,或者控制器140可以致使夹持物品160移动(例如通过释放这些链节168的锁定套筒161并且使操纵器110停靠并且移动这个突出部162,所有都是根据载入该控制器中以使整个校准过程自动化的机器人用户程序中的指令)以便完成工具交换器121或操纵器110的某一其他部分的停靠/夹持。
[0072]在上述提及的情况中的每一种情况中,操纵器110现在已经到达一个明确限定的空间中的点,该操纵器以特定的姿势保持被夹持到该点。这种姿势可以是用于唯一确定对于每个接头的接头参数的起始点,在此情况下空间中的单一点就足够了。否则,如果空间中这个点不适合于确定两个或更多个接头的特性,则控制器140可以指示操纵器110或夹持物品160移动到空间中的一个或多个点,从该一个或多个点可以确定接头参数。由此有可能唯一地确定接头112、114和116-119中每一个的接头参数。在此情况下有意义的接头参数是反冲和顺性,但也可以确定可能给出与每个接头的机械状态有关的足够信息的其他参数。
[0073]在继续进行方法步骤210-230之前,应当提及,为了更好地理解本发明,步骤210-230将只在一个接头上进行。然而,有可能使控制器140发送信号到致动器以致动这些接头112、114、116-119中每一者的传动系并且对于每个接头执行步骤210-230。作为一个替代方案并且取决于操纵器的运动学结构,步骤210-230可以对于两个或更多个接头并行地执行。
[0074]为了促进对当前发明的理解,步骤210-230的细节(在图2_7中可视化)是基于特定的控制序列,每个控制序列得到了一个接头的具有或多或少理想的特性的一个所确定的参数。然后,参考图8b-8e来描述实际修改后的途径。这种修改后的途径是当控制器140限制了对致动器扭矩的直接控制时用于确定接头特性的一种实际方式。如果允许访问扭矩控制,如对于操纵器的供应商而言,以下的特定的控制序列提供了使用该方法的明确方式。
[0075]返回图2,在步骤210中,控制140发送信号到致动器以致动这些接头112、114、116-119之一的传动系,同时保持操纵器110在夹持物品160上处于限定了早先提及的空间中一点的受夹持位置中。同时,控制器140监测操纵器110的这些接头112、114和116-119之一的接头马达扭矩和接头位置。
[0076]在步骤220中,控制器140选择并记录马达扭矩的输出值,这些输出值对应于用于获得操纵器I1的这些接头112、114、116-119之一的特性的某些有意义的接头位置。此类马达扭矩的输出值和接头位置的一个实例可以是马达扭矩实质为零的接头位置。
[0077]最后,在步骤230中,控制器由在步骤220记录的这些输出值和接头位置来确定所希望的一个或多个接头特性。这个或这些接头特性可以是反冲、顺性或其他接头特性,单独的或组合的。
[0078]图3展示了根据本发明的方法的另一个实施例,其中控制器140确定驱动这些接头112、114和116-119的传动系的反冲。如同在先前的方法实施例中,针对操纵器110的这些接头112、114和116-119之一来解释图3中的方法实施例。
[0079]在步骤300中,控制器140指示操纵器110的这些接头112、114、116-119中每一个的致动器来移动每个接头,而使得操纵器I1停靠到由夹持物品160提供的空间中一点。这个步骤与图2中展示的方法实施例的步骤200完全相同并且将不作进一步详述。
[0080]在步骤310中,控制器140进入运行位置控制并且如果需要(由于控制器问题,如故障检测)则调整接头的位置参考值,使得达到一个具有可接受扭矩的稳态位置。
[0081]在步骤320中,控制器140获得这些接头112、114、116-119之一的动摩擦值。在此动摩擦值可以简单地包含从在操纵器110夹持到夹持物品160之前进行的测量中先前已获知的动摩擦或者还包含在操纵器110夹持到夹持物品160之后的动摩擦值。在后一种情况下,该流程图可以包括以下(未示出的)子步骤:
[0082]-控制器140发送信号到致动器以在两个相反的方向上移动接头马达并且监测接头马达扭矩;
[0083]-控制器140通过获得在两个马达方向上的马达扭矩的最小和值来估算马达动摩擦;
[0084]-使用扭矩值作为一个马达动摩擦参数。
[0085]在步骤330中,控制器140发送信号到致动器而使得传动系调节该接头位置参考值。接头的位置调节可以由控制器140通过增大或减小所命令的/所编程的接头控制参考值来实现,在分辨率过低的情况下该参考值可能要求马达控制的去谐以获得平滑的扭矩信号。
[0086]在步骤335中,控制器140检查该接头是否达到一个稳态位置,即,即便重力存在,该接头马达速度和扭矩也实质上为零。
[0087]如果为否,该方法返回到步骤330,在该步骤中控制器140继续发送信号到致动器以持续移动该传动系并由此调节接头参考位置。
[0088]如果为是,控制器140在步骤340向致动器发信号以致动该传动系,以便调节该接头位置参考值直到该接头马达扭矩开始增加。接头的位置调节可以通过增大和减小在一个方向上的用于接头112、114、116-119之一的传动系的所命令的/所编程的接头参考值来实现,直到在传动系的元件(如齿轮)之间建立接触。由于在操纵器伺服控制中的整体作用以及该传动系的有限的刚度,该接头马达扭矩将稳定在显著高于摩擦的水平上。
[0089]在步骤345中,控制器检查该传动系位置是否稳定,即该传动系的这些齿轮(如果该机构用于该传动系)已经达到接触。
[0090]如果为否,该方法返回到步骤340,在该步骤中控制器140继续对致动器发信号以持续致动该传动系。
[0091]如果该控制器检测到该传动系的稳定位置(即,接触),则控制器140在步骤350中记录该接头马达的第一输出值,该第一输出值在此情况下是接头马达的马达角度XI。
[0092]在步骤360中,控制器140向致动器发信号以致动该传动系,使得该传动系在与步骤330中的方向相反的方向上移动。这可以由控制器140通过向致动器发信号以致动该传动系从而以类似于步骤340的方式减小该位置参考值来实现。
[0093]在步骤365中,控制器140检查是否已经达到该传动系的一个稳定位置,即在该传动系的齿轮(再次取决于实现方式)之间在反冲的另一侧上是否已经实现接触。
[0094]如果为否,该方法返回到步骤360,在该步骤中控制器140继续向致动器发信号以在相反方向上致动该传动系。
[0095]在步骤370中,控制器140记录在该稳定位置的第二输出值,该第二输出值在此情况下是在步骤345中相对于该稳定位置进行N次减小之后获得的该接头马达的马达角度X2o
[0096]最后,控制器140在步骤380中由差值Δ = X1-X2来确定接头传动系的反冲。如果N小(I或2),反冲可能实际上为零或者这些增大运动的分辨率可能是不足的。在后一种情况下,马达控制的去谐可以类似于步骤330中的过程来应用。
[0097]如果该过程在用户编程等级上实现,则
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