本发明涉及用于减少运动误差的方法和装置、特别是用于在控制铰接式机械臂中的关节移动时减少运动误差的方法和装置。
背景技术：
1、一种铰接式机械臂包括多个连杆，这些连杆通过可旋转关节彼此耦合、耦合到基座或耦合到端部执行器。这样的关节的旋转通常由马达经由传动齿轮来驱动。马达和齿轮的制造中的间隙和不准确性会影响对机械臂远端端部处的执行器的位置和速度的控制的准确性。谐波传动齿轮被广泛用作机器人的传动齿轮，因为它们几乎没有齿隙并且实现了高减速比。然而，不可避免的不准确性(诸如齿轮或花键的偏心)将导致关节的旋转速度发生波动(即使其马达可能以完全恒定的速度被驱动)，使得关节的位置偏离基于在知道马达的位置和齿轮的减速比的情况下所能预期的位置。这种偏差通常称为运动误差或传动误差。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种简单且经济高效的方法来评估和补偿机器人关节中的运动误差。
2、根据本发明的一个方面，该目的通过一种用于评估可旋转地连接机械臂的近端部分和远端部分的关节中的运动误差的方法来实现，该机器人关节具有与该关节相关联的马达和传感器，马达被安装在上述部分中的一个部分中并且被耦合到上述部分中的另一部分用于通过传动齿轮来驱动关节的旋转，传感器用于测量关节的旋转。该方法包括以下步骤：
3、a)确定机械臂的移动，其中关节在从起始角度到结束角度被旋转时，承受恒定重力诱导扭矩；
4、b)控制上述移动的执行，并且在上述移动中，控制关节以恒定速度从起始角度旋转到结束角度，
5、c)在关节从起始角度到结束角度被旋转时，检测关节的速度波动；以及
6、d)基于速度波动来估计运动误差。
7、通过保持重力诱导扭矩恒定，可以确保速度波动确实是由于齿轮的缺陷造成的，或者至少不会受机械臂的重力诱导变形的影响。
8、波动可能是由于传动齿轮的马达侧上或其臂侧上的缺陷造成的。当传动齿轮的减速比足够高以需要马达的若干回转来将关节从起始角度旋转到结束角度时，在执行移动时可以反复观察到马达侧缺陷的影响，从而可以减少噪声对估计运动误差的影响。
9、虽然步骤b)和c)优选地由专用电子控制器执行，但对于步骤a)则不必如此。事实上，在大多数实际情况下，可以在不进行详细优化的情况下确定适当的移动。
10、例如，当所讨论的关节可以使其旋转轴线进入竖直取向时，只要远端部分的内部关节不移动，关节因其相关联的远端部分的重量而承受的扭矩量在旋转过程中不会变化。
11、因此，该方法可以包括在步骤b)之前使旋转轴线进入竖直取向的步骤。
12、另一重要的特殊情况是，两个关节具有平行旋转轴线(或者在准备步骤中，两个关节的轴线被对准为平行)。在这种特殊情况的描述中，上述关节将称为第一关节，而另一关节将称为第二关节。在这种情况下，第二关节的旋转速度可以与第一关节的旋转速度匹配，使得第一关节承受的重力诱导扭矩在整个旋转过程中是恒定的。
13、优选地，这些旋转轴线是水平的。
14、当第二关节在近端部分中时，通过将第二关节的旋转控制为与第一关节的旋转速度相同但方向相反，可以保持重力诱导扭矩恒定。当第二关节在远端部分中时，通过使第一关节和第二关节在相反方向上旋转并且控制第二关节的速度以便保持第一关节的轴线与远端部分的重心之间的横向位移恒定，可以保持重力诱导扭矩恒定。
15、由于当第二关节位于远端部分中时，在保持上述横向位移恒定时，第一关节可以旋转的角度范围是有限的，因此在不同横向位移下将步骤c)至少执行两次并且使步骤d)的估计基于在上述多个步骤c)中收集的数据是有利的。
16、旋转速度应当足够低，以使由离心力和科氏(coriolis)力引起的扭矩与重力诱导扭矩相比较小，优选地小于重力诱导扭矩的10％或5％。
17、根据本发明的另一方面，该目的通过一种机器人系统来实现，该机器人系统包括
18、-机械臂，该机械臂具有近端部分、远端部分、连接上述近端部分和远端部分的关节、安装在上述部分中的一个部分中的马达、将马达连接到上述部分中的另一部分以驱动关节的旋转的传动齿轮，
19、-用于控制机械臂执行预定移动的控制器，其中控制器适于执行上述方法的至少步骤b)和c)。
20、最后，该目的通过一种包括多个指令的计算机软件产品来实现，该指令在由处理器执行时引起处理器执行上述方法的至少步骤b)和c)，或者作为上述机器人系统中的控制器进行操作。
21、参考附图，从后续的实施例描述中，本发明的其他特征和优点将变得很清楚。
1.一种用于评估关节(5a，5b，5c，5d)中的运动误差的方法，所述关节可旋转地连接机械臂(1)的近端部分(15b，15c)和远端部分(14b，14c)，所述关节(5a，5b，5c，5d)具有与所述关节相关联的马达(9b，9c，9d)和传感器(18b，18c)，所述马达被安装在所述部分中的一个部分(14b，14c；15b，15c)中并且被耦合到所述部分中的另一部分(15c，15b；14b，14c)，用于通过具有减速比的传动齿轮(10b，10c，10d)来驱动所述关节(5a，5b，5c，5d)的旋转，所述传感器用于测量所述关节(5a，5b，5c，5d)的所述旋转，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器(18b，18c)是与所述传动齿轮(10b，10c，10d)的输出轴相关联的角传感器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中检测速度波动包括确定所述马达的输出轴的角度，使用所述传动齿轮(10b，10c，10d)的所述减速比根据所述输出轴的角度计算所述关节的预期角度，并且确定所述预期角度与由所述传感器(18b，18c)测量的角度之间的差。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述传动齿轮的所述减速比足够高以需要所述马达的若干回转来将所述关节从所述起始角度旋转到所述结束角度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述移动被选择为使得至少在从所述起始角度旋转到所述结束角度时，所述关节具有竖直旋转轴线。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述关节(5b；5c)是第一关节，并且所述机械臂(1)包括至少一个第二关节(5c；5b)，并且所述移动被选择为使得至少在将所述第一关节(5b；5c)从所述起始角度旋转到所述结束角度时，所述第一关节和所述第二关节(5b，5c)具有平行旋转轴线(6b，6c)，并且所述第二关节(5c；5b)的旋转速度与所述第一关节(5b；5c)的旋转速度匹配，使得所述第一关节(5b；5c)所承受的所述重力诱导扭矩恒定。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述旋转轴线(6b，6c)是水平的。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述第二关节(5b)在所述近端部分(15c)中，并且所述第二关节(5b)的所述旋转与所述第一关节(5c)的所述旋转速度相同但方向相反。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述第二关节(5c)在所述远端部分(14b)中，并且所述第二关节(5c)的所述旋转与所述第一关节(5b)的所述旋转方向相反，并且所述第二关节(5c)的所述旋转速度被控制以便维持所述远端部分(14b)的重心(16b)与所述第一关节(5b)的所述轴线(6b)之间的横向偏移(d)恒定。
10.一种机器人系统，包括：
11.根据权利要求10所述的机器人系统，其中所述传感器(18b，18c)是与所述传动齿轮(10b，10c，10d)的输出轴相关联的角传感器。
12.根据权利要求10或11所述的机器人系统，其中所述控制器(2)包括轨迹发生器(11)和位置控制器(12b，12c)，所述轨迹发生器用于在给定时刻基于预定轨迹输出位置命令，所述预定轨迹将连续时刻映射到所述关节(5a，5b，5c，5d)或所述关节相关联的马达(10a，10b，10c、……)的相关联的期望旋转角度上，所述位置命令指定与所述给定时刻相关联的所述期望旋转角度，所述位置控制器(12b，12c)用于将所述关节(5a，5b，5c，5d)或所述马达(10a，10b，10c，……)的旋转角度调节到所接收的位置命令，其中所述控制器(2)适于
13.一种计算机软件产品，包括多个指令，所述指令在由处理器执行时引起所述处理器执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的至少步骤b)和c)，或者作为根据权利要求10至12中任一项所述的机器人系统中的所述控制器进行操作。
