[发明专利]用于控制工业机器人的铰接臂运动的方法和控制系统

说明书

本发明涉及一种用于通过运动设置器件(3)控制工业机器人(2)的铰接臂的运动的方法，所述运动设置器件由操作人员保持在相对于参考标志预先设定的相对位置中，并由运动设置器件识别以及必要时读取(16)参考标志(19)以及测量其到参考标记的距离(17)。运动设置器件的位置和定向通过内部的传感器(9)、例如惯性/加速度传感器检测或通过外部的传感器、例如3D相机检测。在满足耦合条件(25)时，工业机器人或其个别铰接臂虚拟地耦合在运动设置器件上并跟随其运动，如同相对于工业机器人建立了固定的或刚性的、或者可屈服的机械耦合。通过将运动设置器件机械地耦合在工业机器人的铰接臂上还可以附加地向操作人员提供触感上的反馈。

技术领域

本发明涉及一种用于控制工业机器人的铰接臂运动的方法、一种用于实现相应控制方法的控制系统以及一种能在所述控制系统中使用的运动设置器件。

背景技术

在机器人、特别是工业机器人的位置训练(Teachen)中，带有按键或操纵杆的手持操作机是广泛使用的现有技术，利用所述手持操纵机可以使机器人本身或机器人的铰链臂的各个轴移动。这里存储相应运动轨迹上的各个点，以便在下面的自动运行中能多次重复相应的运动轨迹。

机器人运动的学习和程序设计的另一种可能性是，直接手动引导机器人。根据一个第一实施形式，此时，简单地用手抓住机器人的末端执行器并使其运动到希望的位置处。根据一个第二实施形式设定，直接在机器人上机械地连接把手并且例如通过高度精确的力或力矩测量来分析评估操作者的操作力并将其用于控制或调节机器人的位置。这些实施形式由安全技术方面的缺点，即，使用者必须非常靠近机器人或者有时甚至要身处机器人的运动臂的下方。在机器人出现移动错误或在其控制装置出现计算错误或其他错误时，在安全监控装置通常使机器人停止之前，机器人可能仍会以非常高的速度走过较大的路程。但这已经完全可能使得位于附近的人员受伤。此外，在所述第二实施形式中，必须克服难以在机器人上实现足够稳固的机械连接的困难，这要求介入机器人的机构或承载结构。因此，在机器人上对作用点进行经常性的以及快速的换位接合同样几乎是不可能的并且是用户友好性较差的。

EP 2055446A1记载了一种手持操作机，所述手持操作机具有集成的惯性传感器，利用所述惯性传感器能够检测手持操作机的直线和旋转加速度，由此可以计算出直线和旋转的相对运动并且手持操作机的这种运动变化在按压释放键期间能1:1或有缩放地并且实时、即基本上无延迟地转换成相应的机器人运动。根据该文献中的实施形式，通过手持操作机的运动总是对机器人的末端执行器或抓具或者工具的运动产生影响。

另一个已知的文献是DE102012010721 A1。其中公开的实施形式不仅限于在机器人中使用，而是一般性地设定为用于机器或机器部件的运动，如例如印刷机或印刷辊。其中提出作为手持操作机采用平板电脑或智能手机形式的无线连接的装置。可以对于一个或多个自由度实现手持操作机和机器之间的虚拟运动耦合。如何尽可能实用地实现这种设计方案，在该文献中没有说明。

US6385508B1记载了一种机电式构成的引导把手，用于引导机器人。这里，特别是设有双手把手，通过所述双手把手能够建立与机器人机械上固定的连接并且通过所述双手把手能由操作人员将机器人或其末端执行器带入希望的位置和定向。这种双手操作的把手与机器人之间的这种机械连接一方面包括与机器人的固定连接部位，并且此外还包括所述固定连接部位与用于操作人员的双手把手之间铰接的连接部位。由此，在训练机器人时能够补偿双手把手的定向和位置的相对变化。所述铰接连接部位设计成，使得只能对应于三个自由度传递力，特别是仅能沿x/y/z方向传递力而不能传递转矩。因此，作为优点，相对于6D力或转矩传感器系统，实现了更为简单的传感器系统，并且通过切换机器人控制或运动模式，在保持工具定向不变的同时，只有 TCP(工具中心点)的位置可以改变，或者在另一种情况下，在保持位置不变的情况下，只有定向可以改变。可以在机器人上的不同位置处实现导向把手的固定，并且在训练过程中相应的固定位置是可以改变的。为此特别提出了导向把手相对于机器人的磁力固定。