[发明专利]用于停止操纵器的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于停止操纵器(Manipulator)、特别是机器人以及用于确定操纵器的制动距离的方法和装置。

背景技术

特别是在安全非常重要的机器人应用领域中公知的是，应该例如以世界坐标系预先给定保护区域，机器人的肢体或例如TCP的参考点不允许进入该保护区域。如果识别出对区域的侵犯，就要使机器人安全地停止。

然而，在这里，机器人会由于其惯性、停机时间(Totzeiten)以及在入侵区域和监测反应之间的滞后性而继续进入保护区域。

专利文献DE 102008013431 A1提出，为了在危险发生之前使机器停止，基于监测到的人与机器的工作区域的距离以及人的平均步速来确定最大可用的延迟时间，并相应地选择制动过程(Bremsverlauf)。然而，相关的人员监测的成本很高。

发明内容

本发明的目的在于：改进操纵器的运行。

本发明的目的通过一种用于使操纵器、特别是机器人停止的方法来实现，该方法包括步骤：对区域进行监测；在该区域被侵犯时对操纵器进行制动；在运行期间基于该操纵器的制动距离可变地预先给定被监测的区域。

本发明的目的还通过一种用于使操纵器、特别是机器人停止的装置来实现，其中的计算装置用于实施本发明的方法。本发明还提出了一种实施本发明方法的计算机程序或一种计算机程序产品，特别提出了一种数据载体或一种存储介质。

根据本发明的第一方面提出：对区域进行监测，如果采集到操纵器侵犯该被监测的区域，则使该操纵器制动，优选使其安全地停止。

该区域例如可以以操纵器的关节坐标(Gelenkkoordinaten)或者如机器人单元(Roboterzelle)的世界坐标来预先给定。为此例如可以根据操纵器的关节坐标(必要时可以转换为世界坐标)来监测：操纵器的一个或多个肢体或者特定于操纵器的参考点(例如操纵器的TCP)是否处于禁止进入的保护区域内，或是否处于允许的工作区域之外。同样，也可以例如借助电磁射线(例如可见光、紫外光)、雷达、无线电等通过一种装置来采集这些肢体或参考点的位置，其中，例如利用一个或多个照相机来采集操纵器的姿态，或采集一个或多个特定于操纵器的参考点与特定于环境的(umgebungsfest)发射器或接收器之间的距离。

根据本发明的第一方面，在运行期间基于操纵器的制动距离可变地预先给出受监测的区域。特别是可以在制动距离较长时扩大该监测区域和/或在制动距离较短时缩小该监测区域。为此，优选在运行时例如周期性地确定制动距离，并相应地更新监测区域。

制动距离特别是与操纵器要消耗的动能有关，该动能与操纵器的速度、质量和惯性有关，而这些又可能根据运动的载荷(Traglast)而变化。此外，根据重力是否会感应出额外的制动力和制动力矩或者是否会对制动力和制动力矩起反向加速作用，制动距离还可能由于重力而延长或缩短。另外，由于公差、磨损、加热等造成的不同的制动力变化或制动力矩变化也会导致不同的制动距离。

因此，根据本发明的一种实施方式，可以在运行期间根据模型算出制动距离并由此确定该制动距离，该模型描述操纵器的动力学、特别是操纵器的重力和/或惯性力，和/或制动力变化或制动力矩变化。例如，如果已知质量惯性力矩J相对于单轴机器人的垂直轴具有关节角q以及单轴机器人的恒定制动旋转力矩τ₀，则基于动力学模型

J×d²q/dt²＝-τ           (1)

根据单轴机器人的初始速度ω通过时间积分可得到制动距离s：

s＝(J×ω²)/(2×τ₀)      (2)。

就更复杂的操纵器、例如六轴工业机器人而言，对用于确定制动距离的相应模型

s＝f(q，dq/dt，L)         (3)

的分析与关节坐标q、关节坐标q的一阶时间导数或关节速度(Gelenkgeschwindigkeit)dq/dt以及载荷参数L有关，载荷参数L除了载荷质量之外还可以包括惯性力矩和重心位置，但这种分析在运行中几乎不可能在线进行。