[发明专利]机器人臂的双模自由驱动

权利要求书

1.一种机器人臂(101)，所述机器人臂包括多个机器人关节(103a至103f)，所述多个机器人关节连接机器人基座(105)和机器人工具凸缘(107)，其中端部执行器能够附接到所述机器人工具凸缘；所述机器人关节中的每一个机器人关节包括：

·输出凸缘(228a,228b,107)，所述输出凸缘能够相对于机器人关节主体旋转；

·关节马达(229a,229b,229f)，所述关节马达被构造为使所述输出凸缘相对于所述机器人关节主体旋转；

·至少一个关节传感器(231a,231c,231f)，所述至少一个关节传感器提供传感器信号(231a,231b,231f)，所述传感器信号指示所述输出凸缘的角位置、所述关节马达的轴的角位置和所述关节马达的马达电流中的至少一者；

所述机器人臂包括至少一个机器人控制器(115)，所述至少一个机器人控制器被构造成通过基于所述关节传感器信号控制由所述关节马达提供的所述马达扭矩来控制所述机器人关节，所述机器人控制器能够切换到自由驱动操作模式，其中处于所述自由驱动操作模式的所述机器人控制器被构造成：

·当仅有重力作用于所述机器人臂时，通过在所述关节马达提供静态马达扭矩以克服重力而不移动所述机器人臂的部件的状态下驱动所述关节马达来将所述机器人臂保持在静态姿势，其中所述机器人控制器被构造成基于所述机器人臂的姿势(P_机器人)和所述机器人臂的动态模型(D_机器人)获得所述静态马达扭矩；

·当向所述机器人臂施加不同于重力的外力时，允许所述机器人臂的姿势变化，并且响应于所述姿势变化，基于所述机器人臂的所述经变化的姿势和所述机器人臂的所述动态模型来调节所述静态马达扭矩；

其中所述机器人工具凸缘包括集成到所述机器人工具凸缘(107)中的力-扭矩传感器(125)；所述力-扭矩传感器提供工具凸缘力信号(241)，所述工具凸缘力信号指示提供给所述工具凸缘的力-扭矩，并且所述机器人控制器在所述自由驱动操作模式中被构造成通过基于所述机器人臂的姿势、所述机器人臂的所述动态模型和所述力-扭矩信号获得附加马达扭矩从而基于所述工具凸缘力信号控制所述马达扭矩，其中所述机器人控制器被构造成通过基于所述附加扭矩和所述静态马达扭矩控制由所述关节马达提供的所述马达扭矩来控制所述机器人关节。

2.根据权利要求1所述的机器人臂，其中所述机器人控制器被构造成通过基于所述静态马达扭矩和所述附加马达扭矩的总和控制由所述关节马达提供的所述马达扭矩来控制所述机器人关节。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人臂，其中所述机器人控制器被构造成通过基于最大允许马达扭矩控制由所述关节马达提供的所述马达扭矩来控制所述机器人关节。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人臂，其中所述机器人控制器被构造成通过基于最大允许的马达扭矩变化率控制由所述关节马达提供的所述马达扭矩来控制所述机器人关节。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人臂，其中所述机器人控制器被构造成基于所述力-扭矩信号切换到所述自由驱动操作模式。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人臂，其中所述机器人关节包括输出编码器，所述输出编码器指示所述输出凸缘相对于所述机器人关节主体的角位置。

7.根据权利要求6所述的机器人臂，其中所述机器人控制器被构造成基于所述输出凸缘相对于所述机器人关节主体的所述角位置获得所述机器人臂的姿势。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人臂，其中所述机器人控制器被构造成基于所述力-扭矩信号切换到所述自由驱动操作模式。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的机器人臂，其中所述机器人控制器被构造成仅在所述机器人臂处于编程模式时允许进入所述自由驱动操作模式。