BR112015008933B1 - método e sistema para determinar pelo menos uma propriedade de uma junta, método para determinar pelo menos uma propriedade de uma junta de um manipulador, e produto de programa de computador - Google Patents

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA DETERMINAR PELO MENOS UMA PROPRIEDADE DE UMA JUNTA, MÉTODO PARA DETERMINAR PELO MENOS UMA PROPRIEDADE DE UMA JUNTA DE UM MANIPULADOR, PROGRAMA DE COMPUTADOR, E, PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR Trata-se de um método para determinar pelo menos uma propriedade de uma junta, tal como uma junta (112, 114, 116 a 119, 180) de um manipulador (110), em que a dita junta é configurada para ser acionada por pelo menos um atuador, sendo que o atuador é configurado para acionar a dita junta (112, 114, 116 a 119, 180) por um trem de acionamento. O método compreende: prender (200) a dita junta de modo que o movimento da junta se torne limitado, e atuar (210) o dito trem de acionamento enquanto monitora pelo menos uma quantidade associada a um torque do dito atuador e pelo menos uma quantidade associada à posição do atuador para determinar (220) pelo menos um valor de saída do dito atuador, sendo que o dito valor de saída corresponde a pelo menos uma posição da junta e determinar (230) a pelo menos uma propriedade da junta com base no dito pelo menos um valor de saída. A invenção se refere ainda a um sistema para determinar a pelo menos uma propriedade de uma junta.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método e um sistema para determinar pelo menos uma propriedade de um movimento mecânico servo-controlado tal como uma junta de um manipulador.

[002] Robôs encontraram grande aplicação em muitas áreas da indústria. Em particular, algumas áreas industriais envolvem realizar tarefas perigosas para a saúde humana ou trabalho realizado sob condições impossíveis de serem suportadas por humanos. Outras áreas da indústria envolvem tarefas repetitivas que podem ser realizadas de maneira muito mais eficiente e precisa por um robô.

[003] Um robô industrial compreende tipicamente um manipulador projetado para manipular ou processar peças de trabalho e materiais. O manipulador normalmente tem um arranjo semelhante a um braço consistindo em uma série de segmentos, cada um dos quais é chamado de um elo. O movimento de cada um desses segmentos é algumas vezes uma combinação de um movimento translacional e uma rotação em torno de um eixo geométrico. Em outros casos, o movimento consiste exclusivamente em um movimento translacional ou rotativo. Ambas essas variações de movimento fornecem a cada elo um grau mecânico de liberdade em torno de ou ao longo daquilo que a seguir será chamado de uma junta. Variantes de uma junta, tais como juntas esféricas podem ser consideradas como combinações dessas juntas translacionais ou rotativas simples, e a equivalência na forma desses tipos de juntas é consistente com o conceito de coordenadas generalizadas presente na literatura sobre robótica. Correspondentemente, forças e torques são considerados equivalentes, como também é o caso para posições e ângulos, respectivamente.

[004] Uma junta é tipicamente atuada por um motor servo-controlado, o qual é controlado por retroalimentação a partir do movimento medido do motor. O motor atua a junta por um trem de acionamento que compreende engrenagens e outros elementos de transmissão para a redução de rotação de motor para rotação de junta. Para os propósitos deste pedido, o trem de acionamento deve ser interpretado como excluindo o motor. O propósito dos elementos de transmissão é reduzir a velocidade e dessa maneira aumentar o torque.

[005] Trens de acionamento são supérfluos nos chamados robôs de acionamento direto, mas, devido a problemas inerentes esse tipo de robô é montado, especialmente em relação à rigidez no controle durante interação de força entre um efetor final (ferramenta) e a peça de trabalho, quase todos os robôs modernos são construídos com um trem de acionamento exclusivo para cada junta.

[006] Um atuador deve ser interpretado como um motor (com seu eixo voltado para fora) ou outro tipo de dispositivo com capacidade para converter energia em um efeito mecânico no trem de acionamento. Embora o trem de acionamento não seja considerado parte do atuador para os propósitos deste pedido, os sensores para medir o ângulo do motor são. O valor de saída dos mesmos é chamado de posição do atuador. O ângulo de junta é normalmente medido apenas pelo atuador. Por esse motivo, elementos de transmissão precisam ser fabricados com alta precisão e qualidade, de modo que os movimentos do manipulador correspondam com exatidão à atuação realizada. Entretanto, os compradores tipicamente não estão dispostos a aceitar o aumento no preço imposto pelo uso de materiais de alta qualidade e por isso os fornecedores são forçados a fabricar os manipuladores com componentes no segmento de preço inferior.

[007] Manipuladores industriais mais modernos têm seis graus de liberdade (DOF), isto é, os mesmos têm seis pares de juntas rotativas e elos que estão conectados em série. O último elo termina com um flange de ferramenta ou um flange de extremidade para montagem do efetor final (ferramenta). Uma alternativa à montagem direta do efetor final no flange é o uso de um trocador de ferramenta que consiste em uma parte de manipulador que está montada no flange de extremidade do manipulador e uma parte de ferramenta que fornece uma superfície de montagem para a respectiva ferramenta. As duas partes de trocador de ferramenta são destacáveis e podem ser travadas no lugar por meio de um mecanismo de travamento que é atuado, por exemplo, pneumaticamente. Isso permite a troca simplificada da ferramenta. Uma troca de ferramenta, isto é, sem trabalho manual envolvido, pode então ser conseguida pelo acoplamento do robô a uma ferramenta selecionada que então é afixada firmemente ao manipulador por meio do mecanismo de travamento do trocador de ferramenta.

[008] O movimento do manipulador pode ser efetuado ou manualmente por um operador ou automaticamente realizando-se as instruções de um programa de usuário que define a tarefa do robô. Nesse último caso o manipulador é controlado pelo programa de usuário carregado ou alimentado em um controlador que controla o manipulador guiando o mesmo para alcançar uma postura programada. Tal postura consiste em uma posição e uma orientação para a colocação desejada do efetor final. Logo, o controlador é a parte do robô que controla o movimento do manipulador, inclusive as juntas do mesmo.

[009] Para suportar uma especificação eficiente de posturas para o efetor final, manualmente ou no programa de usuário, e possivelmente dos dados do CAD data, o controlador contém um modelo cinemático do manipulador. Um modelo como esse inclui um modelo das juntas e dos elos e as relações geométricas dos mesmos.

[010] Em aplicações em robôs, por exemplo, robôs industriais em instalações de produção, é de grande valor que a postura física resultante, dentro de determinadas tolerâncias, combine com a postura programada. Se esse não for o caso, significa que existe um desvio entre a postura programada e a postura física. Esse desvio pode ocorrer ou em um único local ou em uma pluralidade de locais ao longo de uma trajetória, ou em qualquer uso do robô. O gerenciamento de desvios pelo usuário por ajustes no programa de usuário ou através do ensinamento de posturas programadas (com um ligeiro desvio) limita a repetição do uso de tarefas do robô e aumenta o custo com a programação e o emprego do robô.

[011] Nos primórdios da robótica os maiores desvios eram devidos a um controle deficiente, mas a partir de meados dos anos 80 e desde então robôs se desviam de seu movimento programado principalmente devido à combinação das propriedades do manipulador com a ausência de compensação de controle de imprecisões do trem de acionamento como refletidas nas propriedades do manipulador. Mais especificamente, o controlador frequentemente tem uma estrutura e funcionalidade adequadas, mas não tem os dados específicos efetivos do robô para que o manipulador individual suporte essa compensação. Existe assim uma necessidade de lidar com essas desvantagens, a fim de minimizar desvios entre os movimentos programados e físicos.

[012] Apesar disso, outras causas para desvios do programado movimento são conhecidas na técnica. Em particular, uma dessas causas pode ser imprecisões nas geometrias do elo e da junta, por exemplo, devido a erros cinemáticos. Erros cinemáticos podem ser gerenciados por calibração cinemática, que está normalmente disponível do fabricante do robô. Outra causa de desvio está relacionada a imprecisões na mecânica da junta e do braço e/ou controle da dinâmica do braço durante movimento de alta velocidade, tal como saturação de torque devido a efeitos ligados à junta ou em múltiplos corpos. Normalmente, tais desvios são gerenciados por controle com base em modelo com controle fornecido pelo fabricante do robô. Outra causa ainda de desvios de uma postura programada vem de imprecisões devido à interação de força entre o efetor final do manipulador e a peça de trabalho, mas também devido à gravidade e outras forças que agem no manipulador. Tais desvios também estão relacionados à dinâmica da junta em torno da ou ao longo do movimento da junta devido à deformação e tolerâncias de mancais e outras partes de junta tal como os elementos de transmissão do trem de acionamento.

[013] Existem diversos tipos de soluções que lidam com a medição e identificação dos tipos de fontes de desvio mencionados anteriormente. Entre esses, medições com sistemas de rastreamento óptico são as mais comuns. Um tipo de solução usa sistemas de calibração externa com sensores externos que detectam torque ou posição das juntas ou do efetor final. Embora se aplique a unidades de produção em larga escala com um grande número de robôs, o custo desses sistemas de calibração externa frequentemente excede o custo de um único robô. Em unidades de produção em escala menor que se baseiam na operação de um ou de alguns robôs, tais sistemas de calibração externa não são aplicáveis devido ao custo proibitivo. Um exemplo de um sistema de calibração externo está descrito em WO2012/076038.

[014] Uma versão ligeiramente modificada do sistema de calibração do tipo acima é apresentada no artigo "Kinematic Calibration by Direct estimation of the Jacobian Matrix" by Bennet, Hollerbach e Henri (apresentado em ICRA, 1992, em Nice, França). No artigo, parâmetros em uma matriz jacobiana (expressando a dependência entre velocidades de ponto de extremidade e velocidades de junta, ou correspondentemente para as forças/torques) para um robô são estimados primeiro prendendo-se o robô em uma postura predefinida e a seguir atuando-se as juntas do robô com base em informações de um sensor externo de força/torque afixado a um flange de ferramenta próximo do ponto de preensão. Alternativamente, uma haste rígida que é articulada em ambas as extremidades, ou algum outro mecanismo que restringe de uma maneira bem definida o movimento do manipulador com relação ao ambiente, pode ser usada para limitar um ou mais graus de liberdade, mas, de modo que determinados movimentos de junta sejam possíveis também na configuração presa. Dados obtidos de um conjunto de atuações como essa resultam em um conjunto de matrizes, que são usadas para calcular os parâmetros cinemáticos. Mas mesmo com calibração cinemática sendo realizada com um método com base em força/torque envolvendo preensão, a dinâmica de atuador-junta permanece negligenciada. Como um resultado, a precisão é reduzida de modo que esse método, que envolve a preensão da junta, não é usado na prática. Além disso, devido às propriedades do trem de acionamento para cada junta, os desvios causados pelas forças dinâmicas e interação de forças com a peça de trabalho permanecem não compensados nas aplicações industriais correntes.

[015] Tendo em vista esses antecedentes, é objetivo da presente invenção atenuar pelo menos alguns dos problemas atualmente presentes na técnica.

[016] Mais especificamente, existe uma necessidade de uma maneira simplificada e pouco dispendiosa para determinar com precisão parâmetros de junta para um robô para os propósitos de calibrar as posturas e movimentos do robô.

[017] De acordo com um aspecto da presente invenção, é proposto um método para determinar pelo menos uma propriedade de uma junta, tal como uma junta de um manipulador, em que a dita junta está configurada para ser acionada por pelo menos um atuador, sendo que o atuador é configurado para acionar a dita junta por um trem de acionamento, em que o método compreende:

[018] - prender a dita junta, de modo que movimento da junta se torne limitado, e

[019] - atuar o dito trem de acionamento enquanto se monitora pelo menos uma quantidade associada a um torque do dito atuador e pelo menos uma quantidade associada à posição do atuador,

[020] - determinar pelo menos um conjunto de valores de saída do dito atuador com base nas quantidades monitoradas, sendo que o dito conjunto de valores de saída é relacionado a pelo menos uma posição da junta, e

[021] - determinar a pelo menos uma propriedade da junta com base no dito conjunto de valores de saída.

[022] Aqui, o termo propriedades da junta deve ser interpretado como abrangendo as propriedades da dinâmica de atuador-junta, correspondendo às informações que até agora têm sido muito dispendiosas ou muito difíceis de se obter para que sejam de uso prático em aplicações em robôs.

[023] Uma vantagem do método acima é que propriedades de junta são determinadas diretamente a partir do próprio manipulador de robô, o que torna a calibração do robô muito menos dispendiosa do que o uso de técnicas de calibração anteriormente conhecidas. Esses parâmetros podem ser lidos diretamente a partir de sinais de posição e torque do próprio robô (se ambos estiverem disponíveis) ou serem deduzidos de outros sinais e propriedades físicas juntamente com dados da posição medida do atuador obtidos a partir dos sinais ou sensores de motor existentes. Por exemplo, correntes do motor podem ser medidas por sensores diferentes daqueles que fornecem um sinal de torque, enquanto que a posição do atuador pode ser captada por um sensor de ângulo de motor existente.

[024] Algumas propriedades físicas podem ser usadas para compensar desvios de modo que os mesmos não ocorram fisicamente. Propriedades físicas também podem ser usadas para sintonizar o controle relacionado à execução do método pelo qual elas são obtidas. Um exemplo de propriedades físicas para sintonização de desempenho pode ser a resposta de frequência das correntes do motor relacionada ao torque atuador que é usado para atuação da junta.

[025] O método acima pode também compreender as etapas de obter parâmetros cinemáticos nominais e atualizar os parâmetros cinemáticos nominais com base na pelo menos uma propriedade determinada da junta determinada de acordo com as etapas de método anteriormente descritas. Isso apresenta a vantagem de que os erros no modelo cinemático do manipulador de robô, devido às imprecisões na(s) junta(s) de manipulador, podem ser reduzidos em comparação às técnicas de calibração existentes. Dessa forma, a calibração do manipulador que usa as propriedades de junta em conjunto com os parâmetros cinemáticos atualizados rende precisão mais alta de posição e capacidade de repetição do que o uso de parâmetros apenas de calibração cinemática.

[026] Outro aspecto da presente invenção é relacionado a um sistema para determinar pelo menos uma propriedade de uma junta, tal como uma junta de um manipulador, que compreende:

[027] pelo menos um atuador configurado para acionar a dita junta por um trem de acionamento,

[028] meios de preensão configurados para limitar o movimento da junta,

[029] meios para monitorar pelo menos uma quantidade associada a um torque do dito atuador e pelo menos uma quantidade associada à posição de atuador,

[030] meios para determinar pelo menos um valor de saída do dito atuador, sendo que o dito valor de saída corresponde a pelo menos uma posição de junta, e

[031] meios para determinar a pelo menos uma propriedade da junta com base no dito pelo menos um valor de saída.

[032] Além das vantagens previamente determinadas, uma vantagem adicional de tal sistema consiste no fato de que o mesmo torna possível determinar parâmetros de junta por meio do próprio robô com o uso dos modelos de trem de acionamento obtidos em conexão com os sensores e sinais existentes e prontamente disponíveis. Esses parâmetros, então, podem ser usados diretamente para atualizar os programas de usuário ou indiretamente para atualizar o servo-controle das juntas de manipulador para o modelo de robô específico (ou um robô individual, por exemplo, após um determinado tempo de uso ou desgaste) no qual as medições foram realizadas. Tudo isso é feito de um modo simples e relativamente pouco dispendioso, uma vez que apenas o item externo necessário para a medição de propriedades de junta é um item de preensão, que é usado para prender uma parte móvel do manipulador em um ou diversos pontos no espaço de trabalho do robô.

[033] As modalidades preferidas da presente invenção são apresentadas nas reivindicações dependentes.

[034] A seguir, a invenção será descrita em detalhes com referência às Figuras anexas, em que:

[035] A Figura 1a retrata um sistema para determinar propriedades de junta de um manipulador, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[036] A Figura 1b mostra uma configuração para determinar propriedades de junta de uma única junta, que é similar a uma junta de manipulador, tal como àquela denotada como Eixo Geométrico 2 na Figura 1a, porém, para propósitos de clareza mostrada como um trem de acionamento exposto e um item de preensão manual simples.

[037] A Figura 1c é uma vista de perto de um detalhe da Figura 1b que mostra uma pluralidade de rodas dentadas que pertencem ao trem de acionamento que faz parte da Figura 1b, sendo que as ditas rodas dentadas são mostradas em engate em um lado e folga no outro lado.

[038] A Figura 2 retrata um fluxograma de um método para determinar propriedades de junta de um manipulador, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[039] A Figura 3 retrata um fluxograma de um método para determinar propriedades de junta de um manipulador, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[040] A Figura 4 retrata um fluxograma de um método para determinar propriedades de junta de um manipulador, de acordo com ainda outra modalidade da presente invenção.

[041] A Figura 5 retrata um fluxograma de um método para determinar propriedades de junta de um manipulador, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[042] A Figura 6 retrata um fluxograma de um manipulador, de acordo com ainda outra modalidade da presente invenção.

[043] A Figura 7 retrata um fluxograma de um método para determinar propriedades de junta de um manipulador, de acordo com ainda outra modalidade da presente invenção.

[044] A Figura 8a mostra um diagrama que ilustra o funcionamento de uma modalidade da presente invenção.

[045] As Figuras 8b e 8c mostram folga ideal e movimento perdido, com o propósito de explicar essas propriedades.

[046] A Figura 8d mostra um ciclo de histerese ideal obtido a partir de uma junta deformável com folga e atrito ideal.

[047] A Figura 8e mostra dois ciclos de histerese sobrepostos reais, desse modo, não ideais, obtidos para posições diferentes e, portanto, que exibem torques máximos diferentes.

[048] A seguir, o termo robô é definido como uma combinação de um manipulador configurado para operar em itens de trabalho e um controlador que controla os movimentos do manipulador e uma ou mais juntas do manipulador. A seguir, as modalidades exemplificativas da invenção devem ser consideradas apenas para propósitos de ilustração e não de modo a limitar a própria invenção. Por exemplo, qualquer movimento de junta (revoluto ou prismático) que é temporário ou permanentemente servo-controlado ou que, de qualquer outro modo, pode se beneficiar do conhecimento dos parâmetros de trem de acionamento, forma um sistema tecnicamente equivalente.

[049] A Figura 1a ilustra um sistema 100 para determinar propriedades de junta de um manipulador 110 com o uso do item de preensão 160. Um controlador 140 é projetado para controlar o movimento do manipulador 110 e, opcionalmente, de um item de preensão. Dependendo da preferência, o controlador 140 pode ser externo na forma de uma unidade de controle manual ou automaticamente operada ou um computador digital ou interno, isto é, embutido no próprio manipulador 110. De maneira equivalente, o item de preensão ou equipamento similar para preensão da parte móvel selecionada do manipulador, é posicionado de maneira manual ou automática (através do controlador para o manipulador ou através de outro controle) de modo que a preensão da parte móvel do manipulador seja realizada.

[050] Conforme ilustrado na Figura, o manipulador 110 compreende inúmeras juntas 112, 114, 116, 117, 118 e 119 que conectam diferentes elos do manipulador de uma forma que é conhecida para a pessoa versada. Cada junta do manipulador 110 é acionada por um trem de acionamento (não mostrado) atuado por um motor, de modo que as rotações de motor sejam convertidas em rotações de velocidade mais baixa das juntas 112, 114, 116 a 119. Deve-se mencionar aqui que o sistema 100 pode compreender qualquer número de juntas, isto é, uma ou uma pluralidade de juntas e que o número de juntas de manipulador não é crítico para praticar a invenção.

[051] Conforme anteriormente mencionado, o trem de acionamento pode compreender rodas de engrenagem ou outros elementos de transmissão. A maioria dos manipuladores compreende sensores embutidos, tais como codificadores ou resolvedores fixados ao eixo de motor ou similar para captar as posições de atuador das juntas, uma vez que, em primeiro lugar, o robô precisa saber sua posição em relação a um sistema de coordenadas interno (que abrange um espaço de junta) e, em segundo lugar, relacionar sua posição em relação a um sistema de coordenadas externo (que abrange geralmente um espaço cartesiano).

[052] Na modalidade da presente invenção na Figura 1a os sensores embutidos previamente mencionados são usados para determinar propriedades de junta para cada uma das juntas 112, 114, 116 a 119 do manipulador 110. Com o uso da analogia de espaço de junta e cartesiano, os parâmetros que descrevem o espaço de atuador, tais como ângulos de motor de junta acionados por força ou torque, são convertidos em parâmetros que descrevem o espaço de junta, tais como posições de junta, conforme conhecido a partir da calibração cinemática.

[053] Conforme é evidente a partir da Figura 1a, as juntas 112, 114 e 116 a 119 são dispostas de modo que o manipulador 110 tenha seis graus de liberdade (DOF) no total, em que os DOF são ilustrados pelas setas grossas que descrevem as direções de rotação em torno dos eixos de rotação 1 a 6. Um flange de montagem de ferramenta 120 também é apresentado na Figura 1a sobre o qual um lado de manipulador de um trocador de ferramenta 121 pode ser montado (mostrado destacado para clareza), o último que se encaixa à parte de ferramenta do trocador de ferramenta (não mostrado) montado em diversas ferramentas (não mostradas), o que permite trocas de ferramenta sem assistência manual. Essa estrutura de manipulador é frequentemente observada em robôs industriais atuais, mas, também outras estruturas, tais como aquelas de máquinas de cinemática paralela (PKMs) existem. Independentemente da estrutura cinemática, atuação e trens de acionamento funcionam de uma maneira similar (embora tipicamente um pouco mais simples no caso de PKMs), e os métodos/sistemas para obter os parâmetros de modelo de trem de acionamento são praticamente idênticos.

[054] O sistema apresentado na Figura 1a compreende ainda um item de preensão 160 que compreende uma cabeça 163 e três pares de pernas 168 fixadas a uma placa de base 169. Deve-se enfatizar que o formato e estrutura do item de preensão 160 na modalidade na Figura 1a de modo algum devem ser interpretados de modo a limitar o formato e a estrutura de um item de preensão a ser usado no sistema de acordo com a presente invenção. De fato, o item de preensão 160 pode ter qualquer estrutura ou formato desde que o mesmo possa fornecer um ponto no espaço para o manipulador 110 ser acoplado sobre o mesmo. Agora, no topo da cabeça de item de preensão 163, uma protuberância 162 para acoplamento que corresponde ao lado de ferramenta do trocador de ferramenta é localizada, de modo que a protuberância 162 seja alcançável pelo manipulador 110 e se encaixe ao lado de manipulador correspondente do trocador de ferramenta 121. Adicionalmente, a cabeça 163 e uma extremidade dos três pares de pernas 168 são conectadas através das juntas 164, de modo que a cabeça 163 possa ser girada em torno de uma ou mais das juntas 164. Além disso, a outra extremidade das pernas 168 também pode ser fixada à placa de base 169 através das juntas 165 a 167, sendo que cada uma compreende seu próprio eixo rotativo (não mostrado). Com um comprimento fixo de cada uma das pernas 168 a cabeça de item de preensão 163 também é travada. Liberando- se as buchas de travamento 161 de uma ou diversas pernas, a cabeça de item de preensão 163 também é liberada. Além disso, o travamento das buchas 161 pode ser controlado a partir do controlador 140, de modo que as pernas 168 (que no modo liberado são telescópicas) do item de preensão 160 possam ser travadas com comprimentos diferentes. Dessa forma, a cabeça 163 e, dessa maneira, a protuberância 164 podem ser movidas para virtualmente qualquer ponto no espaço. Note, entretanto, que o item de preensão 160 do sistema 100 de acordo com a presente invenção pode ter uma estrutura muito mais simples e já cumprir sua função como um item de preensão se o mesmo fornecer um ponto no espaço no qual o manipulador 110 pode ser preso. Uma vantagem do item de preensão livremente móvel na Figura 1a consiste no fato que uma multiplicidade de posturas presas próximas umas às outras pode ser facilmente fornecida, o que facilita a determinação das propriedades de trem de acionamento que podem variar com a roda dentada interna ou ângulos de mancal ou detalhes similares dos elementos de transmissão envolvidos.

[055] Agora, a modalidade da invenção na Figura 1a com a cabeça de item de preensão 163 que corresponde ao lado de ferramenta de um trocador de ferramenta (não mostrado) utiliza o princípio *que uma troca de um efetor final a partir de um ponto de visão de ferramenta pode ser considerada equivalente a um acoplamento de manipulador a um item de preensão. A troca pode ser realizada tanto de maneira manual como automática, em que o último caso corresponde a um robô que é programado para trocar seu efetor final com o uso do trocador de ferramenta para se conectar a uma ferramenta em um suporte de ferramenta. Um manipulador 110 que não é equipado com um trocador de ferramenta durante sua operação normal pode ser manualmente equipado com o mesmo especificamente para o estágio de calibração. De maneira alternativa, os itens para preensão podem ser fixados aos elos de manipulador ou sobre algum lado do efetor final. Portanto, qualquer manipulador de robô pode ser calibrado.

[056] Na presente modalidade, a ferramenta de pressão é o item de preensão 160 ou, mais especificamente, a protuberância 162 localizada na cabeça de item de preensão 163. A protuberância 162 é configurada para fornecer um ponto no espaço para o trocador de ferramenta 121 se acoplar sobre o mesmo. Uma vez que a cabeça de item de preensão 163 é configurada para ser posicionada dentro de uma ampla faixa, a mesma pode fornecer uma ampla escolha de possíveis pontos no espaço para o trocador de ferramenta 121 se acoplar sobre o mesmo. O ponto de preensão é escolhido, de acordo com uma modalidade, de modo que o movimento rotativo dos segmentos de manipulador em torno de cada um dos seis eixos possa ser exclusivamente identificado, por exemplo, de modo que singularidades sejam evitadas. Esse é um modo de realizar a determinação de parâmetros de junta para cada uma das juntas 112, 114 e 116 a 119. Entretanto, de acordo com outra modalidade, uma posição arbitrária para a protuberância 162 é selecionada, de modo que um ponto de preensão no espaço seja obtido para o trocador de ferramenta 121 do manipulador 110 que pode ser uma singularidade. Mesmo nesse caso, os parâmetros de junta para cada uma das juntas podem ser determinados pelo fato de que o controlador 140 é configurado para mover o manipulador para fora do primeiro ponto de preensão no espaço até um segundo e, possivelmente, terceiro ponto de preensão (e assim por diante, não mostrado) e calculando-se as soluções para as equações dinâmicas de junta para cada um dos pontos de preensão no espaço, os parâmetros de junta para cada uma das juntas 112, 1 14, 116 a 119 do manipulador 110 podem ser exclusivamente determinados. O controlador 140 para o mesmo propósito também pode manter o manipulador 110 preso ao item de preensão 160, enquanto o move o manipulador 110 para uma ou mais posições adicionais que correspondem a um segundo, terceiro ou possivelmente ainda mais pontos de preensão no espaço.

[057] Deve-se mencionar aqui que não somente a protuberância 162 do item de preensão 160 pode ser usada para acoplar o trocador de ferramenta 121 a um ponto no espaço, mas, que qualquer parte do item de preensão 160 ao qual o trocador de ferramenta 121 ou qualquer outra parte do manipulador 110 pode ser preso para alcançar um ponto no espaço bem definido pode ser considerada suficiente para realizar a função de preensão. Agora, enquanto o um ou mais pontos no espaço aos quais o trocador de ferramenta 121 pode ser preso são exclusivamente definidos, a postura que o manipulador obtém nesse ponto no espaço pode não ser exclusiva, uma vez que o manipulador pode ser controlado pelo controlador 140 para alcançar uma pluralidade de posições de junta mútuas, todas as quais podem resultar tanto no trocador de ferramenta 121 como em alguma outra parte do manipulador que é preso ao mesmo ponto no espaço fornecido pela protuberância 162 ou alguma outra parte do item de preensão 160.

[058] Enquanto o trocador de ferramenta 121 é preso sobre um ou mais pontos no espaço, o controlador 140 é configurado para ler os valores de saída dos sensores internos das juntas do manipulador 110. Esses valores refletem as propriedades de trem de acionamento que podem ser convertidas em parâmetros de junta, tais como folga, deformação e outros parâmetros possíveis.

[059] Entretanto, antes de o trocador de ferramenta 121 ser preso sobre um ou mais pontos no espaço, o controlador 140 pode ser configurado para determinar o atrito cinético e, possivelmente, viscoso para cada uma das juntas 112, 114, 116 a 119. Também, antes de o trocador de ferramenta 121 ser preso, o manipulador 110 pode ser impactado e o controlador 140 pode ser configurado para determinar a frequência ou frequências ressonantes para o manipulador 110 do torque e posição monitorados para uma ou mais juntas do manipulador 110, e da frequência ou frequências ressonantes para determinar uma largura de banda adequada para o controle dos movimentos de preensão/presos para o monitoramento do torque de atuador de junta e posição de junta.

[060] Isso será explicado em mais detalhes em conexão com as modalidades das Figuras 5 a 7.

[061] Agora, de acordo com uma modalidade, o controlador 140 é configurado para ler o torque de motor de junta e posição de junta diretamente a partir do sensor interno emitido para cada junta. De acordo com outra modalidade, se o torque de motor de junta não estiver diretamente disponível, o controlador 140 é configurado para monitorar outras quantidades de atuador a partir das quais o torque de motor pode ser indiretamente calculado, tal como controle de torque de motor ou dinâmica de observador de torque com base em outros estados de servo-controle. O torque de motor também pode ser obtido medindo-se correntes do motor e computando o torque real para o tipo de motor que é usado. Entretanto, pode-se esperar que o controlador 140 tenha a posição de junta de corrente prontamente disponível, uma vez que os robôs industriais na maioria dos casos são equipados com sensores de posição correspondentes.

[062] Também pode ser estabelecido que a preensão do manipulador significa a preensão da parte móvel do manipulador 110 a um ponto no espaço fornecido pelo item de preensão 160. A fixação da outra extremidade (parte de base) do manipulador a uma placa de terra ou ao piso não é considerada como uma operação de preensão e não será tratada como tal nessa descrição. A base do manipulador 110 e a placa de base 169 do item de preensão 160 devem ser rigidamente conectadas uma à outra durante os movimentos presos, porém, as partes de base certamente também podem ser presas umas às outras, por exemplo, por um acoplamento de robô móvel (não mostrado) a um ambiente com a placa de base 169 rigidamente fixada ao mesmo.

[063] Uma situação de preensão tecnicamente equivalente pode ser realizada para uma única junta do manipulador 110 prendendo-se um elo a um ponto fixo no espaço. Por exemplo, o manipulador 110 pode ter uma parte de um trocador de ferramenta fixada à parte anterior do segundo elo (o movimento do Eixo Geométrico 2), que se moves ortogonalmente ao eixo geométrico precedente 112 (Eixo geométrico 1) que, portanto, não interfere na preensão da junta 114. Além disso, as juntas 116 a 119 permanecem não presas e não fazem parte da preensão da junta 114. Como uma alternativa ao acoplamento a um trocador de ferramenta em um item de preensão 160, ou a qualquer outro item de preensão exclusivo, o equipamento de preensão de prateleira pode ser usado. Ainda considerando a preensão da junta 114, tal item de preensão padrão pode ser do tipo mostrado na Figura 1b com referência ao número 188. A Figura 1b mostra tal junta com parte da cobertura de trem de acionamento cover removida para expor os elementos de transmissão que, nesse caso, é uma caixa de engrenagens planetárias que conecta o motor 182 através de um eixo deformável 186 ao elo 184. O elo 184 efetua o eixo 186 com o torque que resulta da força de gravidade do elo 184, e a torção do eixo 186 é visível por meio das linhas de borda torcidas. Se, por uma questão de simplicidade, forças de atrito e inércia forem desconsideradas por enquanto, a força de gravidade é equilibrada por um torque de motor que atua ao longo do trem de acionamento e, portanto, os lados correspondentes dos dentes de roda dentada ficam em contato, conforme mostrado na Figura 1c. As fontes de folga incluem vãos entre dentes 192, 196. O atrito ocorre no mancal 194 e em outro contato deslizante ou de rolamento entre os elementos de transmissão. Embora a torção 186 possa ser linear, a deformação que inclui a placa que mantém as rodas planetárias em combinação com contatos de dente graduais normalmente resulta em uma propriedade de deformação não linear.

[064] Em conjunto com o item de preensão manual 188, o sistema 180 pode ser visto como uma junta de um manipulador. De maneira equivalente, isso pode representar qualquer junta de qualquer mecanismo servo-controlado. Desse modo, os itens de preensão 160, 188 não são de modo algum restritos à forma e formato fornecidos nas Figuras 1a e 1b, respectivamente, porém, podem ter qualquer formato ou forma desde que os mesmos sejam essencialmente livres da folga e possam fornecer um ponto no espaço para preensão da parte móvel do manipulador 110. Portanto, o item de preensão pode ser elástico, de modo que o manipulador após a preensão inicial ao item de preensão possa alcançar um ponto no espaço no qual o mesmo é preso posteriormente, uma vez que o mesmo atingiu uma posição de repouso no item de preensão. No caso de um item de preensão elástico, a rigidez do mesmo deve ser conhecida, e o deslocamento elástico do item de preensão terá de ser determinado com base nas forças de trocador de ferramenta que, por sua vez, podem ser determinadas através dos torques de junta e do modelo cinemático ou através do uso de um sensor de força/torque montado no pulso externo.

[065] Também deve ser mencionado que o sistema para determinar parâmetros de junta de um manipulador, de acordo com a presente invenção, também pode compreender dois ou mais robôs, isto é, dois ou mais manipuladores que usam uns aos outros como itens de preensão, cada um que fornece um ponto de preensão no espaço para o manipulador do outro robô, de modo que as propriedades de junta para cada junta em cada manipulador possam ser determinadas, por exemplo, de acordo com o método da presente invenção, cujas diversas modalidades são ilustradas nas Figuras 2 a 7. Na ausência de um ponto de preensão rígido e fixo, um robô de braço duplo pode requerer mais posturas e medições para determinar exclusivamente todos os parâmetros de junta.

[066] Além disso, o manipulador 110 da Figura 1a, embora retratado como um manipulador de braço único pode ser igualmente um manipulador de braço duplo, em que onde análogo à descrição no parágrafo anterior, os braços podem ser usados como itens de preensão para prender cada braço a um ponto no espaço fornecido pelo outro braço para os propósitos de determinar as propriedades de junta para cada junta em cada braço. Um robô de braço duplo também prender um elo ao permitir que o outro braço com qualquer elo adequado empurre o elo do outro braço contra um ambiente rígido (ou um ambiente com deformação conhecida). Mesmo nesses casos, as propriedades de junta para cada braço do manipulador podem ser determinadas, de acordo com o método da presente invenção, cujas diversas modalidades são ilustradas nas Figuras 2 a 7.

[067] A determinação de pelo menos uma propriedade de junta será descrita agora com o auxílio das Figuras 2 a 7.

[068] A Figura 2 retrata um fluxograma que ilustra uma modalidade de um método, de acordo com a presente invenção.

[069] Na etapa 200, o controlador 140 instrui os atuadores para cada uma das juntas 112, 1 14, 116 a 119 do manipulador 110 a mover cada junta, de modo que o manipulador 110 se acople ao ponto no espaço fornecido pelo item de preensão 160. Esse ponto no espaço pode ser tanto definido pela protuberância 162 do item de preensão 160 como por qualquer outra parte do mesmo. Se o item de preensão 160 for rígido, o ponto de preensão fornecido pelo item de preensão 160 será essencialmente igual ao ponto no espaço ao qual o trocador de ferramenta 121 ou alguma outra parte do manipulador 110 foi presa. De outro modo, no caso de um item de preensão elástico ou macio, o ponto de preensão inicial fornecido pelo item de preensão irá diferir do ponto no espaço ao qual o trocador de ferramenta 121 ou alguma outra parte do manipulador 110 é finalmente presa. Conforme anteriormente mencionado, tanto o controlador 140 pode instruir os atuadores para cada junta 112, 114, 116 a 119 a mover as juntas, de modo que o manipulador 110 alcance o ponto de contato fornecido pelo item de preensão 160, como o controlador 140 pode fazer com que o item de preensão 160 se mova (por exemplo, ao liberar as buchas de travamento 161 dos elos 168 e ter o manipulador 110 acoplado e movendo a protuberância 162, todos de acordo com as instruções em um programa de usuário de robô carregado no controlador para automatizar todo o procedimento de calibração), a fim de realizar o acoplamento/preensão do trocador de ferramenta 121 ou alguma outra parte do manipulador 110.

[070] Em cada um dos casos mencionados acima, o manipulador 110 agora terá alcançado um ponto bem definido no espaço ao qual o mesmo permanece preso em uma postura específica. Essa postura pode ser um ponto de partida para determinar exclusivamente os parâmetros de junta para cada junta em cujo caso um único ponto no espaço é suficiente. De outro modo, se o ponto no espaço for inadequado para determinar as propriedades para duas ou mais juntas, o controlador 140 pode instruir o manipulador 110 ou o item de preensão 160 a se mover até um ou mais pontos no espaço a partir dos quais os parâmetros de junta podem ser determinados. Dessa maneira, é possível determinar exclusivamente os parâmetros de junta para cada uma das juntas 112, 114 e 116 a 119. Os parâmetros de junta de interesse, nesse caso, são folga e deformação, embora outros parâmetros que também podem ser determinados possam fornecer informações suficientes sobre o estado mecânico de cada junta.

[071] Antes de prosseguir com as etapas de método 210 a 230, deve-se mencionar que por uma questão de melhor entendimento do método, as etapas 210 a 230 serão realizadas em apenas uma junta. Entretanto, é possível que o controlador 140 transmita sinais para o atuador atuar os trens de acionamento para cada uma das juntas 112, 114, 116 - 119 e realizar as etapas 210 a 230 para cada junta. Como uma alternativa e dependendo da estrutura cinemática do manipulador, as etapas 210 a 230 podem ser realizadas para duas ou mais juntas em paralelo.

[072] A fim de facilitar a compreensão da invenção em questão, o detalhamento das etapas 210 a 230, conforme visualizado nas Figuras 2 a 7, se baseia nas sequências de controle específicas que cada uma resulta em um determinado parâmetro de uma junta com mais ou menos propriedades ideais. Posteriormente, uma abordagem praticamente modificada é descrita com referência às Figuras 8b a 8e. Essa abordagem modificada é um modo prático de determinar as propriedades de junta quando o controlador 140 limita o controle direto do torque de atuador. Se o acesso ao controle de torque for permitido, como para o provedor do manipulador, as seguintes sequências de controle específicas oferecem um modo explícito de uso do método.

[073] Voltando à Figura 2, na etapa 210, o controlador 140 transmite sinais para o atuador atuar o trem de acionamento para uma das juntas 112, 1 14, 116 a 119 enquanto mantém o manipulador 110 na posição presa no item de preensão 160 que define o ponto no espaço anteriormente mencionado. Ao mesmo tempo, o controlador 140 monitora o torque de motor de junta e a posição de junta para uma das juntas 112, 114 e 116 a 119 do manipulador 110.

[074] Na etapa 220, o controlador 140 seleciona e registra os valores de saída para o torque de motor que corresponde a determinadas posições de junta de interesse para obter as propriedades de uma das juntas 112, 114, 116 a 119 do manipulador 110. Um exemplo de tais valores de saída para o torque de motor e as posições de junta pode ser as posições de junta em que o torque de motor é essencialmente zero.

[075] Finalmente, na etapa 230, o controlador determina a propriedade ou propriedades de junta desejadas dos valores de saída e posições de junta registrados na etapa 220. As propriedade ou propriedades de junta podem ser folga, deformação ou outras propriedades de junta sozinhas ou em combinação.

[076] A Figura 3 ilustra outra modalidade do método, de acordo com a presente invenção, em que o controlador 140 determina a folga para os trens de acionamento que acionam as juntas 112, 114 e 116 a 119. Como na modalidade do método anterior, a modalidade do método na Figura 3 é explicada para uma das juntas 112, 114 e 116 a 119 do manipulador 110.

[077] Na etapa 300, o controlador 140 instrui os atuadores para cada uma das juntas 112, 1 14, 116 a 119 do manipulador 110 a mover cada junta, de modo que o manipulador 110 se acople ao ponto no espaço fornecido pelo item de preensão 160. Essa etapa é idêntica à etapa 200 na modalidade do método ilustrada na Figura 2 e não será adicionalmente elaborada.

[078] Na etapa 310, o controlador 140 entra em um controle de posição de execução e se necessário (devido a problemas de controlador, tais como detecção de falhas) ajusta uma referência de posição para a junta, de modo que uma posição de estado estacionário com torque aceitável seja alcançada.

[079] Na etapa 320, o controlador 140 obtém um valor de atrito cinético para uma das juntas 112, 114 e 116 a 119. Aqui, o valor de atrito cinético pode compreender simplesmente um atrito cinético previamente conhecido a partir das medições realizadas antes de o manipulador 110 ser preso ao item de preensão 160 ou compreender também valores de atrito cinético após o manipulador 110 ser preso ao item de preensão 160. No último caso, o fluxograma pode incluir as subetapas (não mostradas) de:

[080] - o controlador 140 transmitir os sinais para o atuador mover o motor de junta em duas direções opostas e monitorar o torque de motor de junta;

[081] - o controlador 140 estimar o atrito de motor cinético obtendo-se uma soma mínima do torque de motor em ambas as direções de motor;

[082] - usar o valor de torque como um parâmetro de atrito de motor cinético.

[083] Na etapa 330, o controlador 140 transmite sinais para o atuador, de modo que o trem de acionamento ajuste a referência de posição de junta. O ajuste de posição da junta pode ser atingido pelo controlador 140 aumentando-se e diminuindo-se a referência de controle de junta comandada/programada que, no caso de uma resolução muito baixa pode requerer o desajuste do controle de motor, a fim de obter um sinal de torque suave.

[084] Na etapa 335, o controlador 140 verifica se a junta alcançou uma posição de estado estacionário, isto é, a velocidade e torque de motor de junta são essencialmente zero mesmo se a força gravitacional estiver presente.

[085] Se não, o método retorna para a etapa 330 em que o controlador 140 continua a transmitir sinais para o atuador continuar a mover o trem de acionamento e, dessa maneira, ajustar a posição de referência de junta.

[086] Se sim, o controlador 140 sinaliza na etapa 340 para o atuador atuar o trem de acionamento, a fim de ajustar a referência de posição de junta até o torque de motor de junta começar a aumentar. O ajuste de posição da junta pode ser atingido aumentando-se ou diminuindo-se o trem de acionamento de referência de junta comandado/programado para uma das juntas 112, 114, 116 a 119 em uma direção até o contato entre os elementos do trem de acionamento, tais como rodas de engrenagem, ser estabelecido. Devido à ação integral no servo-controle de manipulador em combinação com a rigidez limitada do trem de acionamento, o torque de motor de junta irá estabilizar em um nível significativamente mais alto que o atrito.

[087] Na etapa 345 o controlador verifica se a posição de trem de acionamento está estável, isto é, se as rodas de engrenagem (se esse mecanismo é usado para o trem de acionamento) do trem de acionamento alcançou o contato.

[088] Se não, o método retorna para a etapa 340, em que o controlador 140 continua a sinalizar para o atuador continuar a atuar o trem de acionamento.

[089] Se o controlador detecta uma posição estável para o trem de acionamento, isto é, contato, o controlador 140 registra na etapa 350 um primeiro valor de saída para o motor de junta que, nesse caso, é o ângulo de motor XI do motor de junta.

[090] Na etapa 360, o controlador 140 sinaliza para o atuador atuar o trem de acionamento, de modo que o trem de acionamento se mova em uma direção oposta à direção na etapa 330. Isso pode se implantado pelo controlador 140 ao sinalizar para o atuador atuar o trem de acionamento, a fim de diminuir a referência de posição de um modo análogo à etapa 340.

[091] Na etapa 365, o controlador 140 verifica se uma posição estável para o trem de acionamento foi alcançada, isto é, se o contato entre as rodas de engrenagem (novamente dependendo da implantação) do trem de acionamento foi alcançado no outro lado da folga.

[092] Se não, o método retorna para a etapa 360, em que o controlador 140 continua a sinalizar para o atuador atuar o trem de acionamento na direção oposta.

[093] Na etapa 370, o controlador 140 registra um segundo valor de saída na posição estável que, nesse caso, é um ângulo de motor X2 do motor de junta obtido após N diminuições em relação à posição estável na etapa 345.

[094] Finalmente, o controlador 140 determina a folga na etapa 380 para o trem de acionamento de junta a partir do valor de diferença Δ=X1-X2. Se N for pequeno (1 ou 2) a folga pode ser praticamente zero ou a resolução dos movimentos incrementais pode ser insuficiente. No último caso, o desajuste do controle de motor pode ser aplicado em analogia ao procedimento na etapa 330.

[095] Se o procedimento foi implantado no nível de programação de usuário, o fabricante do robô precisa fornecer uma interface ou implantação de nível de sistema que pode ter uma resolução muito mais alta do que a disponível para o programador de robô normal. Opcionalmente, em alguns sistemas, a ação integral no servo-controle pode ser desativada ou limitada, de modo que a suavidade dos dados seja aprimorada e, então, a ação proporcional dominante possa ser ajustada para um efeito de torque adequado.

[096] Deve-se mencionar que sob condições quase estáticas (movimentos lentos), o torque de entrada (mecânico) para o trem de acionamento a partir do torque de motor (por exemplo, elétrico) do atuador é o torque de motor menos o atrito cinético. Uma vez que o movimento de atuador comandado é conhecido e não existe essencialmente nenhum movimento da saída de trem de acionamento devido à preensão, isso significa que o torque de entrada de trem de acionamento pode ser controlado durante movimentos presos. Isso, por sua vez, implica que ao determinar a folga no estado preso, isso pode ser efetuado com base no torque de entrada de trem de acionamento (compensado por atrito de motor) ou, de maneira equivalente, o princípio de identificação de folga pode ser formulado como se não houvesse nenhum atrito (sob a suposição de movimentos lentos, porém, diferentes de zero).

[097] A Figura 4 ilustra ainda outra modalidade do método, de acordo com a presente invenção, em que a deformação para um ou mais dos elos do manipulador 110 é determinada.

[098] A deformação pode ser definida como uma falta de rigidez que todo trem de acionamento exibe. A deformação em cada elo (geralmente uma pequena parte) é identificada por padrão como uma deformação de junta.

[099] Como nas modalidades do método anterior ilustradas nas Figuras 2 e 3, a modalidade do método na Figura 4 será ilustrada com o uso de apenas um dos motores de junta (não mostrados) do manipulador 110. Quase todos os robôs atualmente têm sua própria deformação no trem de acionamento para cada junta e, desse modo, esse parâmetro de junta é útil para ser determinado.

[0100] De acordo com a modalidade do método na Figura 4, se os valores de atrito e folga para a junta forem conhecidos para o controlador 140 ou se o controlador 140 tiver determinado esses valores, de acordo com as etapas anteriormente descritas, o controlador 140 é configurado para determinar a deformação para uma junta, de acordo com as etapas abaixo:

[0101] Na etapa 400, o controlador 140 instrui os atuadores para cada uma das juntas 112, 1 14, 116 a 119 do manipulador 110 a mover cada junta, de modo que o manipulador 110 se acople ao ponto no espaço fornecido pelo item de preensão 160. Essa etapa é idêntica à etapa 200 na modalidade do método ilustrado na Figura 2 e não será adicionalmente elaborada.

[0102] Na etapa 410, o controlador 140 sinaliza o atuador para atuar o trem de acionamento, a fim de ajustar uma referência de posição de junta, se necessário com o controle modificado como para a determinação de folga acima, de modo que o contato em um lado da folga seja estabelecido. Se o trem de acionamento para uma junta for implantado por meio de rodas de engrenagem, tal contato pode ser caracterizado como o contato entre as engrenagens de cada roda que coopera para acionar a junta.

[0103] Na etapa 420, o controlador 140 sinaliza o atuador para atuar o trem de acionamento, a fim de aumentar o torque de contato aumentando-se a referência de posição de junta enquanto o controlador 140 monitora ao mesmo tempo o torque e posição de motor de junta enquanto aumenta os valores absolutos de ambas as quantidades.

[0104] Na etapa 430, o controlador 140 instrui o atuador a atuar o trem de acionamento, de modo que a partir de um torque de motor de junta alto, de acordo com a etapa anterior 420, o torque de motor de junta seja diminuído em direção à zero enquanto o controlador 140 monitora ao mesmo tempo o torque e posição de motor de junta. Devido à construção da maioria das caixas de engrenagens a rigidez irá aumentar com o torque aumentado e, por exemplo, um terceiro grau polinomial pode ser adaptado aos dados de torque e posição de motor de junta monitorados, que terão uma histerese de duas vezes o atrito.

[0105] Na etapa 440, o controlador 140 verifica se o torque de motor de junta é essencialmente zero.

[0106] Se não, o método retorna para a etapa 430, em que o atuador é sinalizado pelo controlador 140 para continuar a atuar o trem de acionamento.

[0107] Se sim, o controlador 140 registra a posição de junta na etapa 450 e prossegue até a etapa 460.

[0108] Na etapa 460, o controlador 140 transmite sinais para o atuador atuar o trem de acionamento, a fim de aumentar a referência de posição de junta na direção oposta àquela na etapa 420 e monitorar torque e posição de motor de junta análogo à etapa 420.

[0109] Na etapa 470, o controlador 140 verifica novamente se o contato entre as rodas de engrenagem do trem de acionamento é estabelecido.

[0110] Se não, o método retorna para a etapa 460, em que o atuador é sinalizado pelo controlador 140 para continuar a atuar o trem de acionamento na direção oposta àquela na etapa 420.

[0111] Se sim, o controlador 140 registra a posição de junta na etapa 470.

[0112] As duas posições de junta para caixas de engrenagens típicas devem ser simétricas.

[0113] Em conjunto com os valores de folga e atrito, a deformação determinada define as propriedades de junta, de acordo com a Figura 1, que cobre as propriedades em torno de dos eixos (trem de acionamento e junta) (Eixos 1 a 6) de rotação. Na Figura 1, a rotação dos elos em torno das juntas é retratada pelos eixos 1 a 6 e setas grossas. De acordo com uma modalidade, o método faz uso de um sensor de força-torque no trocador de ferramenta para verificação ou para precisão aprimorada (por exemplo, através de movimentos controlados por força).

[0114] A Figura 5 ilustra uma modalidade do método, de acordo com a presente invenção, em que o atrito cinético para uma ou mais juntas 112, 114, 116 a 119 é desconhecido e precisa ser determinado pelo controlador 140. Nesse cenário, o atrito cinético é determinado antes que o manipulador 110 seja preso ao item de preensão 160.

[0115] Na etapa 500, o controlador 140 transmite sinais para o atuador atuar o trem de acionamento para mover cada junta 112, 114, 116 a 119 em uma direção em baixa velocidade e observar o torque de motor de junta que corresponde ao atrito cinético durante o movimento. Baixa velocidade, nesse contexto, significa mover a junta em uma velocidade abaixo de um valor de velocidade limite.

[0116] Posteriormente, na etapa 510, o controlador 140 transmite sinais para o atuador atuar o trem de acionamento para interromper o movimento das juntas 112, 114, 116 a 119.

[0117] A seguir, na etapa 520, o controlador 140 transmite sinais para o atuador atuar o trem de acionamento para mover cada junta 112, 114, 116 a 119 em baixa velocidade na direção oposta e observar o torque de motor de junta que corresponde ao atrito cinético durante o movimento.

[0118] Na etapa 530, o controlador 140 detecta um pico de torque de motor na partida como o atrito cinético e verifica/modela qualquer dependência sobre direção, temperatura, gravidade/carga ou qualquer outra condição que possa afetar o valor de atrito.

[0119] O método, então, prossegue até as etapas 540 a 570 que são idênticas às etapas 200 a 230 na modalidade do método na Figura 2 e não serão repetidas aqui.

[0120] Um robô industrial normal terá um valor de atrito estático por junta, que é próximo ao valor de atrito cinético para a junta. Mecanicamente, para alguns mecanismos pode haver uma diferença significativa, porém, sob a influência de controle de retroalimentação de alto ganho como, por exemplo, robôs precisos exigem, haverão pequenas vibrações devido ao ruído de sensor e um atrito estático mais alto é menos problemático. De qualquer modo, as diferenças entre o atrito estático e cinético são uma questão a ser tratada no servo-controle de baixo nível, e não fazem parte da compensação de alto nível que a presente invenção lida em termos de propriedades a serem determinadas.

[0121] Considerando que a maioria dos robôs tenha seu próprio efeito de atrito de junta principal no lado de motor do trem de acionamento, alguns robôs com mancais de lado de junta muito pré-carregados ou vedação de alta atrito da lubrificação exibem atrito de lado de junta muito alto. Ao determinar o atrito cinético da junta tanto em movimento não preso livre como em movimento preso, esses dois parâmetros de atrito cinético diferentes podem ser determinados e distinguidos um do outro. O atrito de motor cinético afeta a junta antes da folga do trem de acionamento, enquanto o atrito de junta remanescente afeta o movimento de junta após esses parâmetros de trem de acionamento, que de modos óbvios podem ser utilizados dentro da compensação com base nas propriedades de junta. Conforme é conhecido na técnica, tal atrito cinético de lado de junta alto, em particular, no caso de deformação, porém, sem folga, é uma indicação de que o efeito de histerese de atrito cinético, na prática, pode ser dependente de carga, conforme as quantidades monitoradas plotadas na Figura 8e mostram.

[0122] O controlador 140 também pode determinar o atrito viscoso para cada junta de uma maneira similar às etapas realizadas para determinar o atrito cinético acima também antes de o trocador de ferramenta 121 ser acoplado sobre a protuberância 163 do item de preensão 160.

[0123] Uma modalidade do método em que o atrito cinético é determinado antes de o manipulador 110 ser preso ao item de preensão 160 é ilustrada na Figura 6.

[0124] Na etapa 600, o controlador 140 sinaliza o atuador para mover uma das juntas 112, 114, 116 a 119 em uma direção em velocidades diferentes enquanto o controlador 140 monitora o torque de motor de junta durante o movimento.

[0125] Na etapa 610, o controlador 140 sinaliza o atuador para atuar o trem de acionamento, a fim de interromper o movimento de junta.

[0126] Na etapa 620, o controlador 140 sinaliza o atuador para atuar o trem de acionamento, a fim de mover a junta na direção oposta novamente em velocidades diferentes que podem ser iguais às velocidades na etapa 610 ou diferentes. Ao mesmo tempo, o controlador 140 monitora o torque de motor de junta durante o movimento na direção oposta.

[0127] Na etapa 630, o controlador 140, então, determina o atrito viscoso dos torques de motor monitorados durante os movimentos de junta em ambas as direções.

[0128] As etapas 640 a 670 são idênticas às etapas 200 a 230 na Figura 2 e não serão adicionalmente elaboradas aqui.

[0129] Um meio para aprimorar o desempenho do método para determinar os parâmetros de junta cujas diversas modalidades foram anteriormente descritas nas Figuras 2 a 6 é impactar o manipulador 1 10 com um item. Essa modalidade é ilustrada na Figura 7

[0130] Na etapa 700, o manipulador 110 é impactado tanto automaticamente como pelo operador de robô por algum item, de modo que o movimento de todas as juntas 112, 114 e 116 a 119 em todos DOF seja provocado.

[0131] Na etapa 710, o controlador 140 monitora o torque de motor de junta e a posição de junta para todas as juntas no manipulador 110. Isso pode ocorrer geralmente durante e após o impacto na etapa 700.

[0132] Na etapa 720, o controlador 140 determina a partir do torque de motor de junta e posição de junta monitorados para cada junta 112, 114, 116 a 119 e especialmente para a junta com a maior inércia, uma frequência ressonante para o manipulador 110. A frequência ressonante pode ser a frequência da corrente de motor de junta registrada durante e após o impacto do trocador de ferramenta 110 na etapa 700. A frequência de ressonância mais baixa fornece uma indicação sobre o desempenho de junta possível durante a determinação dos parâmetros de junta anteriormente mencionados, tais como atrito, folga e deformação.

[0133] Na etapa 730, o controlador 140 determina o intervalo de torque de motor de junta e posição de junta que corresponde à frequência ressonante mais baixa determinada na etapa 720. É nesse intervalo que o controlador 140 irá determinar parâmetros de junta de acordo com as modalidades do método nas Figuras 2 a 6 anteriormente descritas.

[0134] A seguir, o método prossegue até as etapas 740 a 770, que são idênticas às etapas 200 a 230 descritas em conexão com a modalidade do método na Figura 2. Por essa razão, essas etapas não serão adicionalmente elaboradas.

[0135] As modalidades do método nas Figuras 2 a 7 também podem incluir a etapa de obter parâmetros cinemáticos (não mostrados) para o manipulador, a fim de determinar as propriedades da dinâmica de trem de acionamento para o manipulador 110. O controlador 140 pode compreender parâmetros nominais (não calibrados) armazenados. Tais parâmetros, em vez disso, podem ser inseridos no controlador 140 a partir de folhas de dados. Essa etapa pode preceder as etapas nas modalidades do método de acordo com as Figuras 2 a 7. Finalmente, após as propriedades de junta para cada uma das juntas 112, 114, e 116 a 119 ter sido determinada de acordo com as modalidades do método ilustradas nas Figuras 2 a 7, os parâmetros cinemáticos nominais podem ser atualizados com base nas propriedades de junta determinadas.

[0136] A Figura 8a ilustra um diagrama de histerese 800 para uma junta do manipulador 110 de um robô. O diagrama ilustra o torque de motor de junta Fm como função da posição do atuador x no caso idealizado de atrito de atuador cinético e estático essencialmente zero, mas, que leva em consideração o atrito viscoso do trem de acionamento. Embora a Figura não mostre a velocidade de movimento, é evidente a partir do valor de histerese de torque durante a troca de posição x que a velocidade de movimento está envolvida, e os pontos finais da curva convergem para o mesmo valor, o que significa que o valor de atrito cinético é tanto insignificante como cancelado pelas vibrações induzidas por controle. Agora, supõe-se que os movimentos sejam quase estáticos, de modo que os efeitos viscosos estejam ausentes. Embora isso implique em movimentos lentos, não é um problema em termos de tempo calibração, uma vez que as distâncias de movimento envolvidas em posturas presas são muito pequenas. Com uma curva de histerese como base, a abordagem praticamente modificada previamente mencionada será mais completamente discutida, com referência às Figuras 8b a 8e, em que cada uma contém pelo menos um efeito de histerese.

[0137] A curva de histerese mostrada na Figura 8a mostra um movimento recíproco entre duas posições, com uma posição presa não carregada entre as mesmas. Uma vez que a coordenada motor x de qualquer forma é associada a um deslocamento, por exemplo, devido à montagem relativa ao trem de acionamento, por uma questão de simplicidade, pode-se selecionar o deslocamento, de modo que a coordenada x seja zero no meio da folga e, então, os contatos com a folga sejam obtidos em -X e X para uma folga de 2X. Pode-se supor qualquer direção da curva de torque-posição de histerese, por exemplo, o movimento na ordem 801-802-803-804 (ou oposta), mas, que se move para fora da folga em ambos os lados. Isso significa que a atuação (210) do trem de acionamento é tal que o motor ou, de maneira equivalente, o atuador, alterna entre uma primeira e uma segunda posição em direções opostas em relação à faixa de folga, de modo que uma transmissão de torque de trem de acionamento totalmente desenvolvida seja realizada em ambas as posições. Incluindo o efeito do atrito cinético, o monitoramento do torque de atuador e posição do atuador resulta em uma curva como àquela na Figura 8d. A linha sólida é o movimento monitorado em termos do ciclo de torque-posição obtido. Supondo que o atrito seja simétrico, a linha tracejada de valor médio, então, representa o torque de atuador compensado por atrito que com sua dependência na posição captura a histerese de posição, que em 8d é horizontalmente simétrica em torno do centro da folga.

[0138] A noção de um torque de trem de acionamento totalmente desenvolvido depende tanto das propriedades de junta físicas como do uso pretendido da propriedade de junta a ser determinada. Dois exemplos, ilustrados na Figura 8d, consistem na histerese no torque de atuador respectivamente em posição. Esses exemplos são resumidamente discutidos a seguir.

[0139] A histerese de torque representa o atrito cinético, que normalmente é atribuível ao atuador, porém, para os trens de acionamento com uma pluralidade de elementos pode existir atrito em estágios diferentes, tal como, no mancal 194. Para um ciclo de histerese como aquele na Figura 8d e para determinadas posições recíprocas e determinados torques máximos, o atrito cinético é constante, o que significa que existe uma distância constante de 2*μ entre a curva superior e a curva inferior, sendo que o atrito cinético é denotado como μ. Conforme previamente mencionado, o atrito cinético total também pode ser investigado no movimento de espaço livre. Após a determinação da propriedade de atrito, que pode ser uma função que depende também do estado que captura o histórico de torque, o torque de atuador compensado por atrito pode ser determinado. No caso ideal, isso corresponde à linha tracejada na Figura 8d.

[0140] A histerese de posição a ser usada como uma propriedade da junta, no caso de o ciclo de histerese se parecer com aquele na Figura 8d com uma curva não linear entre XI e X3, é diferente para torques altos e baixos. Para torque alto, faz-se referência à histerese como movimento perdido que, em cada uma das duas direções de movimento é marcado como LM1 e LM2, respectivamente, na Figura 8d. Aqui, LM1 e LM2 são os mesmos, porém, os valores fisicamente obtidos na Figura 8e mostram uma variação. A linha tracejada compensada por atrito, no caso ideal simétrico da Figura 8d, pode ser usada para determinar também o movimento perdido. A folga é a histerese de posição para essencialmente nenhum trem de acionamento torque. Na Figura 8d, há zero torque (compensado por atrito) ao longo do intervalo B1, porém, praticamente (a partir de um ponto de vista de captação e controle) para compensação de carga baixa, é mais adequado usar o intervalo B2 como a folga.

[0141] Conforme anteriormente discutido, os métodos de calibração e modelagem conhecidos na técnica têm um problema de decisão na definição de intervalos, e um problema de identificação devido ao carregamento do trem de acionamento a partir da direção oposta em comparação ao servo-controle real durante o uso do manipulador. A presente invenção, pelo contrário, carrega o trem de acionamento na direção da operação normal, e a definição de folga (torque baixo) e movimento perdido (torque alto) pode ser de acordo com esses casos de uso pretendido. Desse modo, o usuário do presente método pode selecionar livremente as definições de intervalo adequadas para aplicação ou sistema em questão.

[0142] Existe uma decisão similar a ser tomada que se refere à folga e deformação, sendo que a última é tanto não linear como as curvas fora B2 e dentro do intervalo NL na Figura 8d. Nesses antecedentes e com referência a diferentes modalidades mostradas nas Figuras 8a a 8e, dois casos serão mais totalmente descritos a seguir.

[0143] Em primeiro lugar, o intervalo NL pode ser modelado por deformação não linear externa B1 ou externa B2. Em segundo lugar, se X1 (que é a coordenada do intervalo B1 ou B2 selecionado) e X3 forem próximos uns aos outros, a linha tracejada pertence ao caso na Figura 8b ou 8c. Entretanto, pode ser o caso em que não existe folga clara 812 entre as deformações 814, e o modelo é em vez daquela da Figura 8c em que uma deformação de carga baixa 813 está ligando em ponte as deformações de carga alta 814. O último é um caso típico em que o trem de acionamento inclui uma caixa de engrenagens pré-carregada, enquanto o primeiro é típico para trens de acionamento de baixo custo mais simples. A Figura 8e mostra dois ciclos de histerese obtidos com torques máximos diferentes para uma junta de um manipulador com uma caixa de engrenagens pré-carregada. Independente do ciclo de histerese obtido ser ideal ou não, a presente invenção inclui o método para obter o mesmo, de modo que as propriedades desejadas possam ser determinadas.

[0144] A realização do método como usuário do manipulador 110 ao programar ou instruir o manipulador em um nível de programação de usuário do controlador 140 implica em um acesso limitado para configurar os torques e referências de posição que no digital controlador 140 são quantidades programáveis discretas. Para os dados obtidos serem representativos para as propriedades físicas, os efeitos de quantização precisam ser pequenos. Com essa finalidade, o fabricante do robô precisa fornecer uma interface ou implantação de nível de sistema que pode ter uma resolução muito mais alta que a disponível para o programador de robô normal. De maneira alternativa e equivalente, os controladores de manipulador 140 normalmente permitem que a ação integral no servo-controle seja desativada (ou definida para um valor que equilibra o torque de gravidade) e, então, a ação proporcional dominante do servo-controle pode ser ajustada para um efeito de torque adequado tanto com suavidade das quantidades monitoradas como influência suficiente a partir da posição comandada para o torque de atuador.

[0145] A Figura 8e foi obtida desse modo.

[0146] Com referência às Figuras 8b a 8e, a abordagem praticamente modificada para realizar o método da presente invenção será detalhada a seguir.

[0147] Como um procedimento rápido e integrado, a referência de posição de uma junta é realizada em ciclos de diferentes modos, primeiro, no espaço livre para determinar várias propriedades de atrito e gravidade e, então, na configuração presa para determinar as outras propriedades que cobrem a dinâmica de trem de acionamento. Durante esses ciclos, o torque e posição são monitorados e dependendo das propriedades de controlador, os parâmetros do controle podem ser necessários para ajustar a precisão. As propriedades de interesse são, então, identificadas a partir dos sinais monitorados, com variações óbvias devido às propriedades de controlador e dinâmica de manipulador. Toda a determinação das propriedades de junta ocorre entre um e alguns minutos para todas as juntas de um manipulador típico 110. Para explicar o método em mais detalhes, entretanto, a seguinte descrição se baseia em uma separação da determinação de propriedades diferentes.

[0148] De acordo com o método, uma junta 180 ou, de maneira equivalente, uma parte móvel articulada de um manipulador 110 é presa 200, de modo que o movimento da junta se torne limitado ou travado, e o trem de acionamento que aciona a junta seja atuado 210 por um atuador enquanto monitora pelo menos uma quantidade associada a um torque do dito atuador e pelo menos uma quantidade associada à posição do atuador. Então, pelo menos um conjunto de valores de saída do dito atuador é determinado 220 com base nas quantidades monitoradas, sendo que o dito conjunto de valores de saída é relacionado a pelo menos uma posição da junta, e pelo menos uma propriedade da junta é determinada 230 com base no dito conjunto de valores de saída.

[0149] De acordo com uma modalidade, o método compreende adicionalmente obter dados de ciclo de histerese através da atuação 210 do dito trem de acionamento, de modo que o atuador alterne entre uma primeira e uma segunda posição, de modo que a transmissão de torque de trem de acionamento totalmente desenvolvida, em direções opostas, seja realizada em ambas as posições, considerando que pelo menos uma quantidade monitorada associada ao torque do dito atuador e pelo menos uma quantidade associada à posição do atuador componham os dados do ciclo de histerese, e em que uma posição da junta inicial para uma dita junta presa é estabelecida antes da atuação 210 e, posteriormente, determinação 220 de pelo menos um conjunto de valores de saída do dito atuador com base nos dados obtidos do ciclo de histerese.

[0150] Embora seja prático obter os dados do ciclo de histerese com movimentos de atuador que são configurados de modo que os movimentos recíprocos entre um primeiro e um segundo ponto cubram toda a faixa de torque de interesse, o que significa que o monitoramento é realizado uma vez durante todo o movimento e as propriedades diferentes de interesse são, então, determinadas através da análise dos dados posterior sem necessariamente ocupar o equipamento, tal como o robô sistema 100, o movimento limitado também pode ser realizado como experimentos exclusivos menores que juntos formam um método tecnicamente equivalente. As etapas que são detalhadas pelas Figuras 3 a 5 são até certo ponto exemplos de tais experimentos exclusivos, porém, os dados do ciclo de histerese também podem ser obtidos em porções que refletem diferentes partes do ciclo. Por exemplo, para uma junta que durante a operação normal sempre é carregada com forças de alta gravidade em uma direção, pode ser suficiente obter o ciclo de histerese entre a operação não carregada e o lado que representa o lado com aquela direção de torque de atuador. Consequentemente, um ciclo de histerese bidirecional completo também pode ser obtido em duas partes em torno da postura presa não carregada, e as propriedades determinadas da junta podem, então, ser unidas ou usadas separadamente no controlador 140. Qualquer tal determinação parcial de pelo menos uma propriedade de pelo menos uma junta é um caso especial e trivial que por uma questão de brevidade não será adicionalmente comentada. Também, outras variantes que envolvem os princípios revelados que usam as quantidades descritas, tal como atuação de alta velocidade do trem de acionamento e, então, que subtraem o atrito viscoso (obtido, por exemplo, de acordo com a Figura 6), formam um método tecnicamente equivalente.

[0151] Pelo menos uma propriedade determinada da junta pode ser uma propriedade de movimento perdido ou propriedades de movimento perdido no caso de um ciclo de histerese assimétrico, sendo que o dito método, então, compreende atuar 210 o dito trem de acionamento, dentro da extensão de torque permitida, de modo que a transmissão de torque de trem de acionamento totalmente desenvolvida seja suficientemente alta para que uma histerese de posição máxima seja obtida e, então, determinar 220 o dito movimento perdido com base na histerese da posição obtida. Além disso, como um modo de calcular a média e identificar o movimento perdido com base nos dados de torque-posição obtidos, o ciclo de histerese pode ser aproximado por uma curva, sendo que o dito método compreende adicionalmente ajustar duas curvas que abordam assintoticamente a respectiva cauda da curva aproximada em que o atuador está se movendo, de modo que o atrito cinético seja totalmente desenvolvido. Para pelo menos um valor de torque, o movimento perdido, então, pode ser determinado como uma diferença de posição entre as curvas.

[0152] Outra propriedade que pode ser obtida a partir dos dados do ciclo de histerese é a folga, que pode ser determinada 230 a partir da histerese da posição determinando-se a diferença em posição para essencialmente o mesmo torque de entrada de trem de acionamento, de modo que o dito torque de entrada de trem de acionamento alcance um valor essencialmente diferente de zero em ambos os lados da posição presa que é caracterizada por torque de entrada de trem de acionamento essencialmente zero. A determinação 230 da folga também pode se basear em um determinado torque de entrada de trem de acionamento obtido compensando-se o torque do atuador para um efeito de atrito antes da determinação da histerese de posição.

[0153] O método também pode se aplicar a uma junta em que pelo menos uma propriedade da junta é uma deformação da junta, sendo que o dito método compreende adicionalmente determinar 230 a deformação removendo-se o efeito da folga obtido a partir dos dados do ciclo de histerese. De maneira equivalente, o intervalo de folga definido, tal como B1 ou B2 na Figura 8d, é considerado quando a deformação for determinada. Se a deformação for sem estado em relação à direção e o carregamento anterior do trem de acionamento, a mesma pode ser determinada 230 identificando-se uma taxa na qual o torque de atuador aumentar e diminui como uma função da posição aumentada e diminuída do atuador. Se essa taxa for a mesma em ambos os lados da posição presa, ou se um único valor para ambos os lados precisa ser usado, uma propriedade de deformação sem carga/carga baixa pode ser determinada adotando-se a média das taxas obtidas para o trem de acionamento essencialmente não carregado. Correspondentemente, para torques de trem de acionamento mais altos, o método pode ser aplicado em um trem de acionamento totalmente carregado obtendo, então, uma propriedade de deformação carregada.

[0154] A noção da deformação que é sem estado ou não se refere a se os valores do ciclo de histerese monitorados apenas desviam ou não em um valor essencialmente constante quando o trem de acionamento torque é monotonamente crescente ou decrescente. No caso sem estado, uma única função de propriedade de deformação (ao longo do intervalo L na Figura 8d) pode ser ajustada às propriedades deformação não carregadas e totalmente carregadas. No caso do ciclo de histerese que é dependente do torque máximo, tal como na Figura 8e, existe algum estado associado à propriedade de deformação, e a função de propriedade de deformação deve ter um argumento de estado que reflita os efeitos necessários, conforme previamente discutido. Outro exemplo de possíveis estados de propriedade de deformação é relacionado à falta de capacidade de repetição, por exemplo, devido a um trem de acionamento está prestes a quebrar ou que é deficiente de algum outro modo. Pelo contrário, se os dados do ciclo de histerese forem iguais ao longo de diversos ciclos com a mesma carga máxima, a junta é de alta qualidade para movimentos repetíveis. Esse é o caso na Figura 8e, em que cada um dos ciclos sobrepostos realmente compreende cinco ciclos. Portanto, essa junta é de alta qualidade para capacidade de repetição de movimentos compensados ou não compensados.

[0155] Em outra modalidade do método, pelo menos uma propriedade da junta é um atrito de atuador cinético, e sua determinação 230 compreende identificar uma histerese de torque a partir dos dados do ciclo de histerese para pelo menos um valor de posição, em que o valor do atrito de atuador cinético é metade do valor da histerese de torque identificada. Um tanto simplificada, essa propriedade de atrito também pode ser referida como atrito de coulomb. O atrito estático, e sua diferença do atrito cinético que é uma medida do risco para o chamado atrito estático, podem ser obtidos durante o baixo ganho, início lento de movimentos sob condições presas ou não presas, porém, o movimento durante o monitoramento do ciclo de histerese deve ser ajustado, de modo que o atrito estático não apareça.

[0156] De acordo com uma modalidade adicional do método, o ciclo de histerese pode ser monitorado sob diferentes condições térmicas, em que a condição térmica real é representada por uma temperatura medida e/ou simulada do ambiente e/ou de qualquer um dos elementos mecânicos da junta, e o ciclo de histerese pode ser dependente da temperatura, de modo que as propriedades determinadas variem com a temperatura. Em tal caso, é um procedimento direto para determinar uma dependência de pelo menos uma propriedade de junta em relação à temperatura.

[0157] O método pode compreender adicionalmente repetir a atuação de pelo menos um atuador através do trem de acionamento, a fim de determinar valores de propriedade da junta para pelo menos duas juntas presas. O método também pode compreender uma configuração de preensão, em que as juntas individuais permanecem inalteradas ao longo da fase de atuação 210 e monitoramento.

[0158] O método também pode incluir a preensão de múltiplas juntas e a preensão de juntas de modo que um manipulador 110 seja preso em uma ou diversas configurações cinemáticas, em que, em cada configuração e para cada junta, as modalidades do método podem ser aplicadas.

[0159] Ainda outra modalidade do dito método inclui determinar pelo menos uma propriedade de uma junta de um manipulador 110, sendo que o dito método compreende posicionar uma parte móvel do dito manipulador em um item de preensão 160, mostrado na Figura 1a, dentro de um espaço de trabalho do manipulador e colocar um ponto no item de preensão em contato com a dita parte móvel e compreende adicionalmente realizar qualquer uma das etapas de método.

[0160] O método também compreende obter parâmetros cinemáticos específicos por meio da calibração cinemática de um manipulador, e atualizar os parâmetros cinemáticos do manipulador com base em pelo menos uma propriedade de junta determinada. Desse modo, o manipulador pode ser mais bem calibrado usando pelo menos uma propriedade obtida. Os parâmetros cinemáticos a serem atualizados podem ser parâmetros nominais do manipulador ou parâmetros cinemáticos obtidos com métodos de calibração tradicionais.

[0161] A revelação também se refere ao uso de pelo menos uma propriedade determinada de acordo com qualquer uma das etapas de método, conforme revelado no presente documento, para atualizar parâmetros cinemáticos nominais do manipulador. Ademais, pelo menos uma propriedade de junta determinada pode ser usada para atualizar a atuação do trem de acionamento de qualquer junta controlada, para atualizar posturas de programa de robô para compensar os desvios determinados ou para atualizar os parâmetros de controle de movimento do manipulador com base nas propriedades de junta. Desse modo, a precisão da junta 180 ou do manipulador 110 é aprimorada, através de atualizações do controlador 140, da unidade de controle 141 e das instruções com posturas de robô que se situam no armazenamento legível por computador 142.

[0162] De acordo com outro aspecto da presente invenção, o uso do método é pelo menos parcialmente realizado por um sistema para determinar pelo menos uma propriedade de uma junta 112, 114, 116 a 119, 180, tal como a junta de um manipulador 110, compreendendo pelo menos um atuador configurado para acionar a dita junta por um trem de acionamento, meio de preensão configurado para limitar o movimento da junta, meio para monitorar pelo menos uma quantidade associada a um torque do dito atuador e pelo menos uma quantidade associada à posição do atuador, meios para determinar pelo menos um valor de saída do dito atuador, sendo que o valor de saída corresponde a pelo menos uma posição da junta, e meios para determinar pelo menos uma propriedade da junta com base no dito pelo menos um valor de saída. O sistema compreende ainda pelo menos um manipulador 1 10, sendo que uma dita junta 112, 114, 116 a 119, 180 é uma parte do manipulador, um controlador 140 configurado para controlar o manipulador e meio de preensão 160 configurado para permitir o acoplamento e preensão da porção de extremidade do manipulador, de modo que o manipulador, quando acoplado e preso ao meio de preensão, obtenha uma postura presa.

[0163] O meio de preensão 160 pode ser um único trocador de ferramenta em um local fixo no espaço de trabalho do manipulador 110. O mesmo também pode ser um item de preensão manual para uma pluralidade de juntas ou para uma única junta 180 que pode ser presa por um item de preensão manual 188. O item de preensão mais adequado depende da disposição cinemática das juntas, das propriedades de junta e da necessidade de automatizar a preensão como parte do método. Um caso exigente consiste em quando há uma necessidade de prender uma pluralidade de juntas que se movem em direções diferentes, como para o manipulador 110, e quando essas juntas precisam ser presas em uma pluralidade de posições muito próximas umas às outras. Como pode ser entendido a partir da Figura 1b, um trem de acionamento pode compreender uma pluralidade de elementos de transmissão que operam em uma variedade de ângulos/posições, o que implica que as propriedades de junta, tais como folga 192, 196, podem resultar em propriedades de trem de acionamento que variam com a posição do atuador, mesmo para posições próximas. Para determinar tais variações, de preferência, de um modo automatizado devido ao grande número de posturas de preensão necessárias, o item de preensão 160 permite o posicionamento automatizado e minucioso, que forma um aspecto final do sistema de acordo com a presente invenção.

[0164] A invenção refere-se adicionalmente a um programa de computador (P), em que o programa de computador (P) inclui instruções do computador para realizar qualquer uma das modalidades reveladas do método. Finalmente, a invenção se refere a um produto de programa de computador em que o programa de computador (P) é gravado em uma portadora, tipicamente, um meio legível por computador 142.

[0165] Nos desenhos e no relatório descritivo, foram reveladas as modalidades preferidas típicas da invenção e, embora termos específicos sejam empregados, os mesmos são usados apenas em sentido genérico e descritivo e não para propósitos de limitação, sendo que o escopo da invenção é apresentado nas reivindicações a seguir.

Claims (17)

1. MÉTODO PARA DETERMINAR PELO MENOS UMA PROPRIEDADE DE UMA JUNTA (112, 114, 116 a 119, 180) de um manipulador (110), em que a dita junta (112, 114, 116 a 119, 180) é configurada para ser acionada por um atuador, sendo que o atuador é configurado para acionar a dita junta (112, 114, 116 a 119) por um trem de acionamento, e um controlador (140) configurado para controlar o movimento da dita junta (112, 114, 116 a 119, 180), o método sendo caracterizado por compreender: - prender (200) a dita junta (112, 114, 116 a 119) de modo que o movimento da junta se torne constrangido; - atuar (210) o dito trem de acionamento, enquanto se monitora pelo menos uma quantidade representando um torque do dito atuador e pelo menos uma quantidade representando a posição do atuador captada com um sensor de ângulo de motor, de modo que o atuador pelo controle do controlador (140) alterna entre uma primeira e uma segunda posição, e de modo que se consiga uma transmissão de torque do trem de acionamento totalmente desenvolvida, em direções opostas, em ambas as posições, enquanto a pelo menos uma quantidade monitorada que representa o torque do dito atuador e a pelo menos uma quantidade que representa a posição do atuador forma dados do ciclo de histerese; - determinar (220) pelo menos um conjunto de valores de saída representando o torque do dito atuador e/ou a posição do atuador com base nos dados obtidos do ciclo de histerese, o dito pelo menos um conjunto de valores de saída estando relacionado a pelo menos uma posição da junta, e - determinar (230) a pelo menos uma propriedade da junta (112, 114, 116 a 119) com base no dito pelo menos um conjunto de valores de saída.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a dita determinação de pelo menos uma propriedade da junta compreende determinar o movimento perdido, o dito método caracterizado por compreender ainda: - atuar (210) o dito trem de acionamento, dentro de uma extensão de torque permitida, de modo que a transmissão de torque totalmente desenvolvida do trem de acionamento produza uma histerese da posição máxima; e - determinar (220) o dito movimento perdido com base na histerese da posição máxima obtida.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelos dados do ciclo de histerese serem aproximados por uma curva, o dito método compreendendo ainda - ajustar duas curvas que abordam assintoticamente a respectiva cauda da curva aproximada; e - determinar, para pelo menos um valor de torque, o movimento perdido como uma diferença de posição entre as curvas.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 3, caracterizado pela dita determinação de pelo menos uma propriedade da junta (112, 114, 116 a 119, 180) compreender a determinação (230) do recuo da junta (112, 114, 116 a 119, 180) compreendendo: - determinar uma histerese da posição determinando a diferença de posição para o mesmo torque de entrada de trem de acionamento de modo que o dito torque de entrada de trem de acionamento atinja um valor diferente de zero em ambos os lados da posição presa que é distinguida por um torque de entrada de trem de acionamento que é zero.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por determinar (230) o recuo compreende ainda: - determinar o torque de entrada de trem de acionamento compensando o torque do atuador por um efeito de atrito antes da determinação da histerese da posição.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em a dita determinação de que pelo menos uma propriedade da junta (112, 114, 116 a 119, 180) compreendendo a determinação da complacência da junta (112, 114, 116 a 119, 180), o dito método caracterizado por compreender ainda: - determinar (230) a complacência removendo um efeito do recuo dos dados do ciclo de histerese.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita determinação de pelo menos uma propriedade da junta (112, 114, 116 a 119, 180) compreender a determinação do atrito de atuador cinético, em que a determinação (230) do dito atrito de atuador cinético compreende: - determinar, a partir dos dados do ciclo de histerese, o dito atrito de atuador cinético identificando uma histerese de torque para pelo menos um valor de posição, em que o valor do atrito de atuador cinético é metade do valor da histerese de torque identificada.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, compreendendo a determinação da dependência de pelo menos uma propriedade da junta com respeito à temperatura, caracterizado pelo ciclo de histerese ser monitorado sob diferentes condições térmicas, a condição térmica sendo representada por uma temperatura medida ou simulada do ambiente e/ou de qualquer dos elementos mecânicos da junta, e o ciclo de histerese sendo dependente da temperatura de modo que as propriedades determinadas variem com a temperatura.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo método compreender repetir a atuação do pelo menos um atuador pelo trem de acionamento para determinar valores da propriedade da junta para pelo menos duas juntas presas (112, 114, 116 a 119, 180), onde a configuração das juntas individuais (112, 114, 116 a 119, 180) permanece inalterada por toda a fase de atuar (210) o dito trem de acionamento enquanto se monitora.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, o dito método caracterizado por compreender as etapas de: - prender pelo menos uma primeira junta (112, 114, 116 a 119, 180) em uma primeira configuração de preensão, - prender pelo menos a primeira junta (112, 114, 116 a 119, 180) em uma segunda configuração de preensão, e - realizar etapas de método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 para cada configuração de preensão.

11. MÉTODO PARA DETERMINAR PELO MENOS UMA PROPRIEDADE DE UMA JUNTA (112, 114, 116 a 119, 180) DE UM MANIPULADOR (110), o dito método caracterizado por compreender posicionar uma parte móvel do dito manipulador (110) em um item de preensão (160) no interior de um espaço de trabalho do manipulador (110) e contatar um ponto no item de preensão (160) com a dita parte móvel e compreendendo ainda realizar etapas de método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 112, o método caracterizado por compreender ainda: - obter parâmetros cinemáticos nominais para o manipulador (110); e - atualizar os ditos parâmetros cinemáticos nominais com base na dita pelo menos uma propriedade determinada da dita pelo menos uma junta (112, 114, 116 a 119, 180).

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a12, o dito método caracterizado por compreender ainda atualizar um controlador configurado para atuar um trem de acionamento de uma junta, tal como a junta de um manipulador, de acordo com a pelo menos uma propriedade determinada da junta.

14. SISTEMA (100) PARA DETERMINAR PELO MENOS UMA PROPRIEDADE DE UMA JUNTA (112, 114, 116 a 119, 180) de um manipulador (110), compreendendo: um atuador configurado para acionar a dita junta (112, 114, 116 a 119, 180) por um trem de acionamento, o sistema (100) caracterizado por compreender - meio de preensão (160) configurado para constranger movimento de junta da junta (112, 114, 116 a 119, 180); - um controlador (140) que está configurado para controlar o movimento da dita junta (112, 114, 116 a 119, 180) e atuar o dito trem de acionamento de modo que o atuador alterne entre uma primeira e uma segunda posição, e de modo que se consiga uma transmissão de torque do trem de acionamento totalmente desenvolvida, em direções opostas, em ambas as posições; - meio para monitorar pelo menos uma quantidade representando um torque do dito atuador e pelo menos uma quantidade que representa a posição do atuador captada com um sensor de ângulo de motor, enquanto atua o dito trem de acionamento enquanto a pelo menos uma quantidade monitorada que representa o torque do dito atuador e a pelo menos uma quantidade que representa a posição do atuador formam dados do ciclo de histerese; - meio para determinar pelo menos um conjunto de valores de saída representando o torque do dito atuador e/ou a posição do atuador com base nos dados obtidos do ciclo de histerese, o dito conjunto de valores de saída sendo relacionado a pelo menos uma posição da junta; e - meio para determinar a pelo menos uma propriedade da junta (112, 114, 116 a 119, 180) com base no dito pelo menos um conjunto de valores de saída.

15. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 14, o sistema (100) caracterizado por compreender ainda um manipulador (110), a dita junta (112, 114, 116 a 119, 180) sendo uma parte do manipulador (110), e em que o controlador (140) está configurado para controlar o manipulador (110), e em que o meio de preensão (160) está configurado para permitir acoplamento e preensão de uma porção de extremidade do manipulador (110), de modo que o manipulador (110), quando acoplado ao e preso no meio de preensão (160), atinge uma postura de preensão.

16. SISTEMA (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, o dito sistema (100) caracterizado por compreender ainda um item de preensão (160) configurado para fornecer pelo menos um ponto no espaço para prender o manipulador (110) para determinar pelo menos uma propriedade da junta do dito manipulador (110) de acordo com o método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a13.

17. PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR, incluindo instruções do computador armazenadas em um meio legível por computador, caracterizado pelas instruções do computador estarem configuradas para realizar as etapas do método conforme definido nas reivindicações 1 a 13.

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