用于對工業(yè)機器人編程的方法和對應(yīng)的工業(yè)機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對工業(yè)機器人編程的方法，工業(yè)機器人具有操縱器臂和控制操縱器臂的控制裝置，控制裝置被設(shè)計為，根據(jù)可在編程模式下編輯并在執(zhí)行模式下執(zhí)行的機器人程序使操縱器臂運動，機器人程序包含至少一個程序指令，該至少一個程序指令對應(yīng)至少一個剛性參數(shù)，通過該剛性參數(shù)，控制裝置在執(zhí)行模式下自動執(zhí)行機器人程序期間能夠根據(jù)至少一個剛性參數(shù)力調(diào)節(jié)和/或力矩調(diào)節(jié)地自動控制操縱器臂。
【背景技術(shù)】
[0002]由專利文獻EP 1950010 B1已知一種對機器人編程的方法。其中提到:一種普遍公知的編程方法為所謂的示教編程，在這種方法中，通過借助于合適的裝置(例如手持式編程裝置或操作面板)駛?cè)肫谕目臻g點并獲取這些空間點，可以在機器人控制器中生成關(guān)于機器人的運動信息。所描述的另一種類型的編程被稱為回放法，在這種方法中，通過沿期望的空間路線手動引導(dǎo)機器人來實現(xiàn)對工作進程的編程。在此，將機器人在設(shè)定的時間柵格或距離柵格中的位置實際值、即軸位置或TCP位置(工具中心點位置)收入機器人程序中。在一種特定類型的編程中，也可以在示范加工過程期間檢測機器人的剛性/柔性(Nachgiebigkeit)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種對工業(yè)機器人編程的方法，利用該方法，可以通過手動引導(dǎo)操縱器臂運動來簡單、精確地實現(xiàn)對工業(yè)機器人的編程。本發(fā)明的目的特別在于改善、尤其是簡化對操縱器臂的柔性和/或剛性的編程。
[0004]本發(fā)明的目的通過一種用于對工業(yè)機器人編程的方法來實現(xiàn)，該工業(yè)機器人具有操縱器臂和控制操縱器臂的控制裝置，該控制裝置被設(shè)計為，根據(jù)可在編程模式下編輯并在執(zhí)行模式下執(zhí)行的機器人程序使操縱器臂運動，該機器人程序包括至少一個程序指令，該程序指令對應(yīng)至少一個剛性參數(shù)，通過該剛性參數(shù)，控制裝置能夠在執(zhí)行模式下自動執(zhí)行機器人程序期間根據(jù)至少一個剛性參數(shù)力調(diào)節(jié)和/或力矩調(diào)節(jié)地自動控制操縱器臂，該方法包括以下步驟:
[0005]-選擇程序指令，與其對應(yīng)的剛性參數(shù)應(yīng)該在編程模式下被檢查、修改和/或存儲，
[0006]-使操縱器臂運動至測試位姿，在該測試位姿中，工業(yè)機器人被配置和/或設(shè)置用于操縱器臂的手動碰觸和/或運動，
[0007]-通過控制裝置自動控制操縱器臂，使得操縱器臂在測試位姿下具有與所選擇的程序指令的對應(yīng)剛性參數(shù)相符的剛性。
[0008]具有配設(shè)的機器人控制器的操縱器臂、特別是工業(yè)機器人是工作機器，其可以裝備工具以便自動地操作和/或處理對象，并按照多個運動軸例如關(guān)于方向、位置和工作流程是可編程的。工業(yè)機器人通常包括操縱器臂，操縱器臂具有多個通過關(guān)節(jié)連接的節(jié)肢和可編程的機器人控制器(控制裝置)，機器人控制器可以在運行期間自動地控制或調(diào)節(jié)操縱器臂的運動過程。節(jié)肢通過受機器人控制器控制的驅(qū)動器、尤其是電驅(qū)動器特別是關(guān)于工業(yè)機器人的、代表關(guān)節(jié)的運動自由度的運動軸運動。
[0009]操縱器臂例如可以包括支架和通過關(guān)節(jié)相對于支架可轉(zhuǎn)動地安裝的轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤上利用另外的關(guān)節(jié)可擺動地安裝有搖臂。在此，可以在搖臂上在其側(cè)通過其他的關(guān)節(jié)可擺動地安裝有懸臂。懸臂在此支承機器人手，其中，懸臂和/或機器人手可以具有多個另外的關(guān)節(jié)。具有多個通過關(guān)節(jié)連接的節(jié)肢的操縱器臂可以被設(shè)計為曲臂機器人，其具有多個連續(xù)、依次設(shè)置的節(jié)肢和關(guān)節(jié)，特別是可以將操縱器臂設(shè)計為六軸曲臂機器人。
[0010]然而，具有配設(shè)的機器人控制器的操縱器臂(例如工業(yè)機器人)也特別可以是所謂的輕型機器人，其與常規(guī)的工業(yè)機器人的不同之處首先在于:其具有有利于人機協(xié)作的結(jié)構(gòu)尺寸，并因此具有與其自身重量相比相對較高的承載能力。此外，輕型機器人也可以如同其他的工業(yè)機器人那樣特別是力調(diào)節(jié)和/或力矩調(diào)節(jié)地運行，例如以柔性調(diào)節(jié)或剛性調(diào)節(jié)的方式運行，而不是位置調(diào)節(jié)地運行，這可以例如使對操縱器臂的位姿的手動調(diào)整更加簡單。此外，由此還可以實現(xiàn)更安全的人機協(xié)作，因為例如可以防止或至少減輕操縱器臂與人的意外碰撞，以使人員不會受到傷害。這樣的操縱器臂或這種輕型機器人可以具有六個以上的自由度，從而就此而言提供了一種超定的(Uberbestimmtes)系統(tǒng)，由此可以使操縱器臂以多種不同的位姿沿相同的方向到達(dá)空間中的相同的點。輕型機器人可以適當(dāng)?shù)姆绞巾憫?yīng)外部的力作用?？梢允褂昧鞲衅鱽頊y量力，力傳感器能夠在全部三個空間方向上測量力和轉(zhuǎn)矩。替代地或附加地，也可以在不使用特定傳感器的情況下例如根據(jù)所測得的驅(qū)動器的電機電流來估算輕型機器人的關(guān)節(jié)上的外力。作為調(diào)節(jié)的概念，例如可以采用通過將輕型機器人建模作為機械阻力(阻抗)的間接力調(diào)節(jié)，或者采用直接的力調(diào)節(jié)。
[0011]操縱器臂的手動碰觸和/或運動特別是被理解為:工業(yè)機器人的操作人員通過抓握操縱器臂的一個或多個關(guān)節(jié)以及例如通過推、拉和/或轉(zhuǎn)動所抓住的一個或多個節(jié)肢來改變、即調(diào)整操縱器臂的位姿，從而使操縱器臂的當(dāng)前關(guān)節(jié)位置發(fā)生變化。在一種基本的實施方式中，可以在操縱器臂的運動鏈中的最后一個節(jié)肢上，即在操縱器臂的手部法蘭上例如固定有手柄或至少配設(shè)有一手柄部，特別是被剛性地固定，通過該手柄或手柄部可以將引導(dǎo)力導(dǎo)入至操縱器臂的機械結(jié)構(gòu)中。這種由工業(yè)機器人的操作人員施加在操縱器臂上的引導(dǎo)力例如可以通過專門為此設(shè)計和配置的傳感器、特別是力傳感器來直接地測量，或者根據(jù)操縱器臂的現(xiàn)有的關(guān)節(jié)傳感器、特別是力傳感器/力矩傳感器上的測量值間接地計算得到，或者間接地根據(jù)工業(yè)機器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動器的電機電流來確定。根據(jù)本發(fā)明，操縱器臂的手動碰觸和/或運動也可以是單純地使操縱器臂在空間中保持不動，以使其保持其當(dāng)前的位姿不變。就此而言，一般將操縱器臂的手動碰觸和/或運動理解為操縱器臂的手動操作，其中也包括這種保持不變的位姿。
[0012]操縱器臂的位姿通常完全可以理解為操縱器臂的可調(diào)整地連接操縱器臂的各個節(jié)肢的關(guān)節(jié)的所有關(guān)節(jié)位置的總和。狹義地說，在定義明確的系統(tǒng)中，位姿例如也可以理解為參考點的位置和方向，例如操縱器臂的工具參考點(工具中心點/TCP)。工具參考點例如可以由操縱器臂的手部法蘭上的合適的點來形成，在手部法蘭上固定有夾持器、工具或其他的裝置，以便能夠通過調(diào)節(jié)操縱器臂的位姿使它們在空間中運動。更普遍的是:工具參考點也可以是位于操縱器臂外面的虛擬空間點，但是其可以在幾何意義上剛性地與操縱器臂的節(jié)肢相連接，特別是與操縱器臂的手部法蘭相連接。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的測試位姿是指:操縱器臂占據(jù)了下述的關(guān)節(jié)角位置，在該關(guān)節(jié)角位置處，操縱器臂的被設(shè)置和/或選擇用于手動抓握的位置，例如操縱器臂的特定節(jié)肢，對于操縱器臂的操作人員來說是特別適宜的和/或可安全接近的。在測試位姿下，操作人員可以手動碰觸操縱器臂和/或使操縱器臂運動，從而使得操作人員能夠覺察和/或領(lǐng)會當(dāng)前被控制的操縱器臂的柔性或剛性。
[0014]機器人程序組成控制規(guī)則，即:控制裝置應(yīng)該以什么樣的方式和方法來自動地控制操縱器臂或其關(guān)節(jié)，以便能夠使操縱器臂自動地執(zhí)行所期望的運動和動作。為此，機器人程序包括例如代表特定的運動類型的程序指令。但是程序指令也可以僅涉及到對操縱器臂的狀態(tài)或特性的調(diào)整。每個程序指令可以對應(yīng)至少一個參數(shù)。在位置指令的情況下，所述至少一個參數(shù)例如可以由工具參考點在笛卡爾空間中的位置值X、Y、Z組成。在其他情況下，這種參數(shù)例如可以是速度、最大加速度或柔度值或剛度值，其總體上可以描述操縱器臂的特性，并且操縱器臂特別是可以在經(jīng)過多個支點(Stiltzpunkte)時程序控制地自動接受這些特性。對應(yīng)于程序指令的柔度值或剛度值代表對應(yīng)于各個程序指令的剛性參數(shù)。在本發(fā)明的框架中，如果只提及剛性和/或剛性參數(shù)，則意味著就其含義而言也可以為此檢測柔性和/或柔性參數(shù)。在本發(fā)明的框架下，剛性參數(shù)表示通過控制裝置調(diào)整的操縱器臂的特性，其也可以被稱為操縱器臂的關(guān)節(jié)的“彈性”、“柔軟性”和/或“硬度”。柔性參數(shù)在數(shù)學(xué)上是剛性參數(shù)的倒數(shù)。
[0015]特別是在執(zhí)行模式下，在此可以通過阻抗調(diào)節(jié)或?qū)Ъ{調(diào)節(jié)(Admittanzregelung)實現(xiàn)對工業(yè)機器人的驅(qū)動器的控制。就此而言，可以將控制裝置設(shè)計為，利用阻抗調(diào)節(jié)或?qū)Ъ{調(diào)節(jié)實現(xiàn)對操縱器臂的柔性調(diào)節(jié)或剛性調(diào)節(jié)。
[0016]工業(yè)用機器人，