[发明专利]关节臂机器人

说明书

关节臂机器人（GAR）具有：机器人臂（RA），该机器人臂具有可通过关节（G1,...,G4）来运动的臂链节（L1、L2、L3）；以及传感器（SEN1,...,SEN4），用于连续测量关节的状态参数（SP1,...,SP4）。关节臂机器人（GAR）还拥有：在机器人臂（RA）上与关节有空间关联地布置的光学信令装置（S1,...,S4）；以及评估装置（BE1,...,BE4），用于连续地、特定于关节地评估所测量到的状态参数（SP1,...,SP4）并且用于根据评估结果来操控信令装置（S1,...,S4）。

背景技术

很多机器人系统、诸如制造机器人、医疗机器人、服务机器人或工业机器人都装备有一个或多个机器人臂。在这样的关节臂机器人的现代变型方案中，可以通过由操作者手动引导机器人臂来教导相应的机器人臂的运动过程或者对相应的机器人臂的运动过程进行编程。在这种情况下，操作者手动地移动机器人臂的一个或多个臂链节，同时连续记录关节和/或臂链节的在此经历的偏转、取向和/或位置。依据这样存储的运动数据，关节臂机器人可以任意地重复被教导的运动过程。对机器人的运动过程的这种编程常常也被称作“教导（Teaching）”或者更具体地被称作“手动引导（Hand-Guiding）”。

然而，这样的教学或者还有在机器人与操作者之间的其它手动交互常常需要关于机器人的运动学和动力学特性和限制的具体知识。这样，在机器人臂运动时，通常要遵守各种约束条件，诸如关节或臂链节的最大旋转角度或偏转以及这些关节或臂链节的负荷极限。遵守这种约束条件的要求可显著影响与机器人的交互效率。

发明内容

本发明的任务在于说明一种关节臂机器人，该关节臂机器人允许在机器人与操作者之间的更高效的交互。

该任务通过一种具有专利权利要求1的特征的关节臂机器人来被解决。

按照本发明的关节臂机器人具有：机器人臂，该机器人臂具有可通过关节来运动的臂链节；以及传感器，用于连续测量关节的状态参数。该关节臂机器人还拥有：在机器人臂上与关节有空间关联地布置的光学信令装置；以及评估装置，用于连续地、特定于关节地评估所测量到的状态参数并且用于根据该评估的结果来操控该信令装置。

通过布置在机器人臂上的信令装置，可以以简单的方式来使关节或臂链节的运动学或动力学状态可视化。尤其是，操作者可以在不将他的视线从恰好被引导或正在运动的机器人臂移开的情况下以光学方式感知关节或臂链节的当前的运动学或动力学状态。在很多情况下，这允许在关节臂机器人与操作者之间的更精确的、更快的、更安全的并且借此更高效的交互。

本发明的有利的实施方式和扩展方案在从属权利要求中说明。

根据本发明的一个有利的实施方式，状态参数可涉及：关节的偏转、旋转角度、旋转速度或者其它运动学的运动参数，

关节的力、负荷、转矩或者其它动力学的力参数和/或

关节的温度、油压、油量或者其它运行参数。状态参数尤其可以是一维或多维参数，通过该一维或多维参数来对关节的一个或多个物理参数进行量化。为了测量由关节施加的或者作用于该关节上的力，尤其可以由传感器来测量关节的马达电流、油压或其它液压。通常，借助于关节的状态参数也可以推导出臂链节的状态。

根据本发明的另一有利的实施方式，评估装置可以被设立为；对在所测量到的状态参数与参考参数之间的偏差进行量化。信令装置可以相对应地被设立为：根据被量化的偏差来发出渐变的光学信号。参考参数尤其可以是一维或多维参数，通过该一维或多维参数来对关节的一个或多个特定于关节的极限值、约束条件或边界条件进行量化，例如作为阈值。参考参数尤其可以以最大偏转或最大旋转角度的形式来说明运动学约束条件、诸如对关节的运动或偏转的限制。参考参数还可以对动力学约束条件、诸如作用于关节上或由该关节施加的最大转矩进行量化。只要这样的极限值常常无法被操作者直接观察到，通过信令装置对被量化的偏差的可视化通常就非常有帮助。