[发明专利]约束冗余机械手的方法和具有冗余机械手的机器人

权利要求书

1.一种约束冗余机械手的方法，所述冗余机械手包括多个接头并且在补偿重力的模式下进行操作，所述方法包括：

使用处理器计算用于将机械手的姿势推向标准姿势的至少一个约束扭矩，所述至少一个约束扭矩取决于所述机械手的姿势与所述标准姿势之间的位移；以及

将包括重力补偿扭矩和上述至少一个计算得到的约束扭矩的总扭矩施加至所述接头，由此所述冗余机械手被操作以在通过约束所述冗余机械手的运动从而减少由于重力补偿产生的所述冗余机械手的无法控制的漂浮的同时补偿重力，并且机械手的端点仅当通过施加的力至少部分地对所述总扭矩进行反作用时被移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述约束扭矩包括回复扭矩，所述回复扭矩的大小与所述位移线性相关。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述至少一个约束扭矩中的至少一个作为由通过虚拟弹簧施加的回复力产生的扭矩进行计算，所述虚拟弹簧附接于所述机械手的选择的点并且将所述点沿选择的笛卡尔方向拉向标准笛卡尔位置，其中，所述至少一个约束扭矩仅对于与所述选择的点邻近的接头是非零的。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述至少一个约束扭矩作为通过虚拟弹簧施加的扭矩进行计算，所述虚拟弹簧在第一端部附接于接头或者所述机械手的选择的点的至少其中一者，并且在第二端部利用静摩擦附接于质量体。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括响应于用户输入将所述标准姿势设定成所述机械手的当前姿势。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述标准姿势被定义为所述机械手的一部分相对于其他机器人部分的至少一个位置或取向、机器人工作空间内的机器人位置和取向或与机器人工作空间相关联的状态、或当前执行的机器人任务的至少其中一者的函数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述标准姿势由与所述机械手的自由度相对应的、共同规定所述机械手的至少一些元件的空间位置和取向的一组坐标值规定。

8.一种机器人，其包括：

机械手，所述机械手包括通过多个接头串联连接的多个链节，所述机械手具有至少一个冗余自由度；

控制器，所述控制器与所述接头相关联用于对所述接头施加扭矩；以及

计算设备，所述计算设备与所述控制器通讯以计算在通过约束减少由于重力补偿产生的所述冗余机械手的无法控制的漂浮的同时补偿重力模式下施加至所述接头的扭矩，所述扭矩包括将所述机械手的姿势推向标准姿势的约束力矩，

其中，所述机械手的端点仅当通过施加的力至少部分地对总扭矩进行反作用时被移动。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征是，所述计算设备包括存储所述标准姿势的计算表达式的存储器。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征是，所述存储的标准姿势被定义为所述机械手的一部分相对于其他机器人部分的至少一个位置或取向、机器人工作空间内的机器人位置和取向或与机器人工作空间相关联的状态、或当前执行的机器人任务的至少其中一者的函数。

11.根据权利要求8所述的机器人，其特征是，还包括用于测量所述机械手的姿势的参数的传感器，其中，所述计算设备包括用于根据测量参数计算所述标准姿势与所述机械手的姿势之间的位移的模块。

12.根据权利要求11所述的机器人，其特征是，所述约束扭矩包括回复扭矩，所述回复扭矩的大小与所述位移线性相关。

13.根据权利要求8所述的机器人，其特征是，还包括用户界面元件，所述用户界面元件允许用户将所述标准姿势设定成所述机械手的当前姿势。

14.根据权利要求8所述的机器人，其特征是，所述计算设备包括以下至少一种：

-用于在所述机械手的零空间中计算所述约束扭矩的模块，和

-用于设定至少一个约束扭矩的大小以使所述机械手的端点处的内力最小化的模块。

15.根据权利要求8所述的机器人，其特征是，所述接头包括串联弹性致动器，所述计算设备配置成使得与所述接头相关联的所述控制器通过与施加至所述接头的扭矩相对应的各自的驱动电流驱动所述致动器。