CN104736307A - 用于确定接头的至少一个特性的方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定接头的至少一个特性的方法，该接头是例如一个操纵器(110)的接头(112，114，116-119，180)，其中所述接头被配置成受至少一个致动器驱动，该致动器被配置成用于经由一个传动系来驱动所述接头(112，114，116-119，180)。该方法包括：夹持(200)所述接头而使得该接头的运动变得受限；并且致动(210)所述传动系、同时监测与所述致动器的扭矩相关联的至少一个量和与致动器位置相关联的至少一个量，以便确定(220)所述致动器的至少一个输出值，所述输出值对应于至少一个接头位置；并且基于所述至少一个输出值来确定(230)该接头的该至少一个特性。本发明还涉及一种用于确定接头的至少一个特性的***。

Description

用于确定接头的至少一个特性的方法和***

本发明涉及一种用于确定伺服控制的机械运动(如操纵器的接头)的至少一个特性的方法和***。

机器人已经在许多工业领域中得到了广泛应用。具体而言，某些工业领域涉及执行对人类健康而言危险的任务或者在人类无法承受的条件下进行劳动。其他的工业领域涉及重复性任务，这种任务用机器人来执行可以高效且精确得多。

工业机器人典型地包含一个操纵器，该操纵器被设计成用于操纵或处理工件和材料。该操纵器正常地具有一种臂状的安排，该安排由一系列区段组成，每个区段称为一个链节。这些区段中的每一个的运动有时是平移运动与绕轴线的旋转运动的组合。在其他情况下，该运动只由平移或旋转运动组成。这两种运动变体均赋予了每个链节围绕或沿着下文将被称为接头的物体的机械自由度。接头的变体，如球形接头，可以被认为是这些简单的平移或旋转接头的组合，并且这些类型的接头的形式等效物是与在机器人学文献中存在的广义坐标的概念一致的。对应地，分别将力和扭矩认为是等效的，正如对于位置和角度也是如此。

接头典型地通过一个伺服控制的马达来致动，该马达经由来自该马达的所测量的运动的反馈被控制。该马达经由传动系来致动该接头，该传动系包含多个齿轮和其他传动元件以用于将马达旋转还原成接头旋转。为了本申请的目的，术语传动系应被解释为不包括该马达。这些传动元件的目的是减小速度并且由此增加扭矩。

传动系在所谓的直接驱动机器人中是多余的，但是，由于影响此类机器人的固有问题，尤其是在一个末端器(工具)与工件之间的力相互作用过程中的控制刚度方面，几乎所有现代机器人都建造有用于每个接头的一个专用的传动系。

致动器应被解释为马达(及其引出的轴)或能够将能量转换成传动系上的机械效果的另一种类型的装置。虽然为了本申请的目的并不认为该传动系是该致动器的一部分，但用于测量该马达角度的传感器是其一部分。其输出值被称为致动器位置。接头角度正常地仅经由该致动器来测量。为此原因，传动元件需要以高精度和品质来制造，从而使得该操纵器的运动将精确地对应于所执行的致动。然而，最终用户典型地并不愿意接受由使用高品质材料而强加的价格提高，因而供应商被迫用在低价区段中的部件来制造这些操纵器。

大多数现代的工业操纵器具有六个自由度(DOF)，即，它们具有串联连接的六对旋转接头和链节。最后的链节以用于安装该末端器(工具)的一个工具凸缘或末端凸缘终止。对于直接将该末端器安装到该凸缘上的一个替代方案是使用一个工具交换器，该工具交换器由安装在该操纵器的末端凸缘上的一个操纵器部分和为相应的工具提供安装表面的一个工具部分组成。这两个工具交换器部分是可拆卸的、并且可以借助于一个例如通过气动力学被致动的锁定机构来锁定在位。这允许该工具的更换得到简化。于是该工具的自动更换，即在不涉及手动工作的情况下，可以通过该机器人停靠到一个所选工具处来完成，之后该所选工具借助于该工具交换器的锁定机构牢固地附接到该操纵器。

该操纵器的运动可以由操作员手动完成或者通过根据定义了机器人任务的用户程序来执行指令而自动进行。在后一种情况下，该操纵器是由加载到或进入一个控制器中的该用户程序来控制的，该控制器控制该操纵器从而引导其达到一个所编程的姿势。这样一个姿势由针对所希望的末端器布局的位置和取向组成。因此，该控制器是该机器人的、控制该操纵器(包括其接头)的运动的部分。

为了支持手动地或者在该用户程序中、并且可能来自CAD数据而进行的对于末端器姿势的高效指定，该控制器含有该操纵器的运动学模型。这样的模型包括这些接头和这些链节以及它们的几何关系的一个模型。

在机器人应用中，例如在制造工厂中的工业机器人中，非常有价值的是，所获得的实际姿势在某些公差之内与所编程的姿势相符。如果并非如此的话，这意味着在所编程的姿势与实际姿势之间存在偏差。这种偏差可能在单一位置或在沿一条路径的多个位置、或在该机器人的任何使用中出现。由用户经由在用户程序中进行调节或者通过对(略微偏差的)所编程的姿势的示教来管理偏差，限制了机器人任务的重新使用并增加了机器人编程和部署的成本。

在机器人学的早期，重大的偏差是由于有缺陷的控制造成的，但是从20世纪80年代中期开始，机器人与其所编程的运动的偏差主要是由于操纵器特性以及缺少对(如在这些操纵器特性中反映的)传动系不精确性的控制补偿。更确切地，该控制器通常具有适当的结构和功能性、但是缺少使单独操纵器支持此类补偿的实际的机器人特有的数据。因此需要着手解决这些缺点以便将所编程的运动与实际运动之间的偏差最小化。

尽管如此，在本领域中已知了与所编程的运动有偏差的另外的原因。具体而言，一种这样的原因可能是在链节和接头几何形状方面的不精确性，例如是由于运动学误差。运动学误差可以通过运动学校准来管理，这通常是从机器人制造商可获得的。偏差的另一个原因涉及在接头和臂的机械学方面和/或高速运动过程中对臂动力学的控制方面的不精确性，例如由于逐接头效应或多体效应造成的扭矩饱和。正常地，此类偏差是通过机器人制造商所提供的基于模型的控制来管理的。与所编程的姿势偏离的再一种原因源自于由该操纵器的末端器与工件之间的力相互作用造成的、还由重力和作用在该操纵器上的其他力造成的不精确性。此类偏差还涉及由于轴承和其他接头零件(如该传动系的传动元件)的顺性和公差导致的在接头运动周围或沿着接头运动的接头动力学。

存在若干类型的解决方案，这些解决方案是针对早先提及的偏差源类型的测量和识别。在这些之中，使用光学追踪***的测量是最常见的。一类解决方案使用外部校准***，用外部传感器检测这些接头或该末端器的扭矩或位置。虽然可应用于具有大量机器人的大规模生产设施，但此类外部校准***的成本通常超过单一机器人的成本。在依赖于一个或少数几个机器人的操作的小规模生产设施中，这样的外部校准***由于过高的成本而无法应用。外部校准***的一个实例在WO 2012/076038中有所描述。

上述类型的校准***的一个略微修改的版本呈现在了Bennet、Hollerbach和Henri的文章“通过雅库布矩阵的直接估算进行的运动学校准(Kinematic Calibration by Direct estimation of the Jacobian Matrix)”中(在法国尼斯1992年ICRA中呈现)。在该文章中，在针对机器人的雅库布矩阵中的参数(表达了端点速度与接头速度之间的依存性，或者对应地用于力/扭矩)是通过首先将该机器人夹持在预定义的姿势并且然后基于来自外部力/扭矩传感器的信息来致动该机器人的这些接头而进行估算的，该传感器附接到该夹持点附近的一个工具凸缘。

替代地，可以使用在两端被接头连接的刚性杆、或以明确限定的方式限制该操纵器相对于环境的运动的某种其他机构以限制一个或多个自由度，但是使得某些接头运动即使在受夹持的配置中也是可能的。从一组此类致动获得的数据得到了一组矩阵，这些矩阵用于计算这些运动学参数。但是即便用涉及夹持的基于力/扭矩的方法来进行运动学校准，致动器到接头的动力学也是被忽视的。结果是降低了精确度，从而使得这种涉及夹持该接头的方法没有在实际中使用。另外，由于用于每个接头的该传动系的特性，由动态力以及与工件的力相互作用造成的偏差在当前工业应用中仍是未得到补偿的。

在上述背景下，本发明的目的是减轻本领域中目前存在的这些问题中的至少一些。

更确切地，需要一种简化的且廉价的、为了校准机器人姿势和运动的目的而精确确定机器人的接头参数的方式。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于确定接头(例如操纵器的接头)的至少一个特性的方法，其中所述接头被配置成由至少一个致动器来驱动，该致动器被配置成用于经由一个传动系来驱动所述接头，该方法包括：

-夹持所述接头，使得该接头的运动变得受限，并且

-致动所述传动系、同时监测与所述致动器的扭矩相关联的至少一个量和与致动器位置相关联的至少一个量，

-基于这些监测的量来确定所述致动器的至少一个输出值组，所述输出值组与至少一个接头位置相关，并且

-基于所述输出值组来确定该接头的该至少一个特性。

在此，术语接头特性应被解释为涵盖致动器到接头动力学的特性，对应于迄今为止其获得一直过于昂贵或困难以致无法在机器人应用中实际使用的信息。

上述方法的一个优点是，接头特性是直接从机器人操纵器自身确定的，这使得机器人的校准比使用先前已知的校准技术便宜得多。这些参数可以直接从机器人自身的位置和扭矩信号(如果两者都可获得)读出或者可以从其他信号和物理特性以及来自(从现有马达信号或传感器获得的)所测量的致动器位置的数据一起推导出。例如，马达电流可以通过除了提供扭矩信号之外的其他传感器来测量，而致动器位置可以经由现有的马达角度传感器来感测。

某些物理特性可以用于补偿偏差，使得这些偏差在实际上不出现。物理特性还可以用于调谐与执行用于获得这些物理特性的方法相关的控制。用于性能调谐的物理特性的一个实例可以是与用于接头致动的致动器扭矩相关的马达电流的频率响应。

上述方法还可以包括以下步骤：获得标称运动学参数、并且基于根据早先描述的方法步骤确定的该接头的至少一个所确定特性来更新这些标称运动学参数。这具有以下优点：由于操纵器接头中的不精确性导致的在机器人操纵器的运动学模型中的误差可以与现有的校准技术相比得以减少。以此方式，使用接头特性与更新的运动学参数一起进行的操纵器校准与仅使用来自现有运动学校准的参数相比产生了更高的位置准确性和可重复性。

本发明的另一个方面涉及一种用于确定接头(例如操纵器的接头)的至少一个特性的***，该***包含：

至少一个致动器，该至少一个致动器被配置成用于经由一个传动系来驱动所述接头，

被配置成限制该接头的运动的夹持器件，

用于监测与所述致动器的扭矩相关联的至少一个量和与致动器位置相关联的至少一个量的器件，

用于确定所述致动器的至少一个输出值的器件，所述输出值对应于至少一个接头位置，以及

用于基于所述至少一个输出值来确定该接头的该至少一个特性的器件。

除了先前所述的优点之外，此类***的另一个优点是，它使得有可能使用与现有的和容易得到的传感器和信号相结合而获得的传动系模型、借助于机器人自身来确定接头参数。这些参数然后可以针对已经在其上进行测量的特定机器人模型(或一个单独的机器人，例如在使用或磨损一定时间之后)直接用于更新用户程序或间接用于更新对操纵器接头的伺服控制。所有这些都是以简单且相对廉价的方式完成的，因为接头特性测量所需的唯一的外部物品是一个夹持物品，用于在该机器人的工作空间中的一个或多个点中夹持该操纵器的一个可移动部分。

从属权利要求中提出了本发明的优选实施例。

在以下内容中，将参照附图详细地描述本发明，在附图中：

图1a描绘了根据本发明一个实施例的用于确定操纵器的接头特性的***。

图1b展示了用于确定单一接头的接头特性的装备，该单一接头与例如在图1a中表示为轴线2的操纵器接头类似、但是为了清楚的目的被示出为具有暴露的传动系和简单的手动夹持物品。

图1c是图1b的细节的特写，展示了属于该传动系(为图1b的一部分)的多个齿轮，所述齿轮展示为在一侧啮合并在另一侧反冲。

图2描绘了根据本发明一个实施例的用于确定操纵器的接头特性的方法的流程图。

图3描绘了根据本发明一个其他实施例的用于确定操纵器的接头特性的方法的流程图。

图4描绘了根据本发明又一个实施例的用于确定操纵器的接头特性的方法的流程图。

图5描绘了根据本发明另一个实施例的用于确定操纵器的接头特性的方法的流程图。

图6描绘了根据本发明又一个实施例的用于确定操纵器的接头特性的方法的流程图。

图7描绘了根据本发明又一个实施例的用于确定操纵器的接头特性的方法的流程图。

图8a示出了一个图表，展示了本发明一个实施例的工作方式。

图8b和8c各自展示了理想的反冲和滞差运动(lost motion)，目的在于解释这些特性。

图8d展示了一个理想的迟滞循环，是从具有反冲和理想摩擦的顺性接头获得的。

图8e展示了两个叠加的、真实的、因此非理想的迟滞循环，是对于不同位置获得的并且因此展现出不同的最大扭矩。

在下文中，术语机器人被定义为一个被配置成用于在工作物品上进行操作的操纵器与一个控制该操纵器以及该操纵器的一个或多个接头的运动的控制器的组合。应当认为本发明的以下例举性实施例是仅用于展示的目的并且不限制本发明自身。例如，临时或永久受伺服控制的、或者以任何其他方式可以从传动系参数的知识中获益的任何(外卷的或棱柱形的)接头运动形成了技术上等效的***。

图1a图示了一种使用夹持物品160来确定操纵器110的接头特性的***100。控制器140被设计为用于控制操纵器110的、以及任选地一个夹持物品的运动。取决于优选项，控制器140可以是外部的、处于手动或自动操作的控制单元或者数字计算机的形式，或者是内部的，即内置到操纵器110自身中。等效地，该夹持物品、或用于夹持该操纵器的所选的可移动部分的类似设备被手动或自动(经由用于该操纵器的控制器或通过另一种控制)定位，使得对该操纵器的可移动部分的夹持得以实现。

如该图中所示，操纵器110包含多个接头112、114、116、117、118和119，这些接头以技术人员已知的方式连接该操纵器的不同链节。操纵器110的每个接头被一个传动系(未示出)驱动，该传动系被一个马达致动，使得马达旋转被转换成接头112、114、116-119的低速旋转。在此应当提及的是，***100可以包含任何数量的接头，即一个或多个接头，并且操纵器接头的数目对于实践本发明不是关键的。

如上所提及的，该传动系可以包含齿轮或其他传动元件。大多数操纵器包含内置传感器，如附接到马达轴的编码器或解析器或类似物，以用于感测这些接头的致动器位置，因为一方面该机器人需要知道它相对于一个内部坐标***的位置(跨过一个接头空间)并且另一方面需要知道它相对于一个外部坐标***的位置(通常跨过一个笛卡尔空间)。

在图1a中的本发明实施例中，先前提及的这些内置传感器用于对于操纵器110的接头112、114、116-119中的每一个来确定接头特性。使用接头和笛卡尔空间类比，将描述致动器空间的参数(例如由力或扭矩驱动的接头马达角度)转换成描述接头空间的参数(例如从运动学校准所获知的接头位置)。

从图1a中显然，接头112、114和116-119被安排成使得操纵器110具有总共六个自由度(DOF)，其中DOF用粗箭头展示出、描述了围绕旋转轴线1到6旋转的方向。在图1a中还展示出，可以安装一个工具安装凸缘120，一个工具交换器121(为了清晰，展示为被拆卸)的操纵器侧被安装到该工具安装凸缘上，该操纵器侧与该工具交换器的、安装在各种工具(未展示)上的工具部分(未展示)相配合，这允许在没有手动辅助的情况下更换工具。这种操纵器结构在现今的工业机器人中常见，但是还存在其他结构，如并联运动学机器(PKM)的那些结构。不论运动学结构如何，致动和传动系以类似的方式工作(虽然典型地在PKM的情况下略简单)，并且用于获得传动系模型参数的方法/***实际上是完全相同的。

在图1a中呈现的***还包含一个夹持物品160，该夹持物品包含一个头部163和附接到一个基板169的三对支腿168。应当强调的是，图1a中的实施例中的夹持物品160的形状和结构无论如何不应被解释为限制要在根据本发明的***中使用的夹持物品的形状和结构。事实上，夹持物品160可以具有任何结构或形状，只要它可以提供空间中的一个点使得操纵器110停靠在其上。现在，在夹持物品头部163的顶部上，对应于该工具交换器的工具侧的一个用于停靠的突出部162被定位成使得，该突出部162是该操纵器110可触及的并且与工具交换器121的对应的操纵器侧相配合。额外地，头部163和这三对支腿168的一端经由接头164相连，使得头部163可以围绕这些接头164中的一个或多个旋转。

此外，支腿168的另一端还可以经由接头165-167附接到基板169，每个接头包含其自身的旋转轴线(未展示)。由于这些支腿168中的每一个具有固定的长度，该夹持物品头部163也被锁定。当释放一个或若干支腿的锁定套筒161时，夹持物品头部163也被释放。另外，套筒161的锁定可以由控制器140控制，使得夹持物品160的支腿168(在释放模式下是可伸缩的)可以被锁定为不同的长度。以此方式，头部163以及由此突出部164可以移动到空间中的几乎任何点。然而注意，根据本发明的***100的夹持物品160可以具有简单得多的结构并且仍然满足其作为夹持物品的功能，如果它可以提供空间中的一个点使得将该操纵器110夹持到其上的话。与图1a中所示的可自由移动的夹持物品相关的一个优点在于，可以容易地提供彼此相近的多个被夹持的姿势，这有助于确定可能随内部齿轮或轴承角度或者所涉及的传动元件的类似细节而改变的传动系特性。

现在，使夹持物品头部163对应于工具交换器(未示出)的工具侧的在图1a中的本发明实施例采用如下原理：从工具加工视角来看，末端器的更换可以被认为相当于操纵器与夹持物品对接。这种更换可以手动或自动地进行，其中后一种情况对应于将机器人编程以通过使用该工具交换器连接到工具架中的一个工具来改变其末端器。在其正常操作中未配备工具交换器的操纵器110可以确切地针对校准阶段来手动地配备该工具交换器。替代地，用于夹持的物品可以被附接到操纵器链节或附接到末端器的某一侧上。因此，可以校准任何机器人操纵器。

在本实施例中，夹持工具是夹持物品160或更确切地是定位在该夹持物品头部163上的突出部162。突出部162被配置成提供空间中的一个点以用于使工具交换器121停靠到其上。因为夹持物品头部163被配置成用于在宽范围内进行定位，它可以提供用于使工具交换器121停靠到其上的可能的空间中的点的广泛选择。根据一个实施例，夹持点被选择成使得这些操纵器区段围绕这六条轴线中的每一者的旋转运动可以被唯一地识别，例如从而避免奇点(singularities)。这是对接头112、114和116-119中每一者的接头参数进行确定的一种方式。然而，根据另一个实施例，选择突出部162的一个任意位置，使得对于操纵器110的工具交换器121实现空间中的一个夹持点，该点可以是奇点。即使在这种情况下，这些接头中每一者的接头参数也是可以确定的，因为控制器140被配置成用于将操纵作器从空间中的第一夹持点移动到一个第二夹持点和可能的第三夹持点(以此类推，未示出)，并且通过计算针对空间中的这些夹持点中每一者的接头运动学方程的解，操纵器110的这些接头112、114、116-119中每一者的接头参数可以唯一地确定。控制器140可以为了相同的目的也将操纵器110保持夹持到夹持物品160，同时将操纵器110移动至对应于空间中的第二或第三或可能甚至更多的夹持点的一个或多个另外的位置。

在此应当提及的是，不仅夹持物品160的突出部162可以用于将工具交换器121停靠在空间中的一个点，而且夹持物品160的任何如下部分都可以被认为足以执行夹持功能：可以将工具交换器121或操纵器110的任何其他部分夹持到其上以到达空间中的一个明确限定的点。现在，虽然可以将工具交换器121夹持到其上的在空间中的该一个或多个点是唯一限定的，但操纵器在空间中这一点实现的姿势可能不是唯一的，因为操纵器可以受控制器140的控制以到达多个相互的接头位置，所有这些位置可以造成工具交换器121或操纵器的某一其他部分被夹持到由突出部162或夹持物品160的某一其他部分所提供的在空间中的相同点。

在工具交换器121被夹持到空间中的一个或多个点上时，控制器140被配置成用于读出来自该操纵器110的这些接头的内部传感器的输出值。这些值反映了可能转化成接头参数的传动系特性，如反冲、顺性和其他可能的参数。

然而，在工具交换器121被夹持到空间中的一个或多个点上之前，控制器140可以被配置成对于这些接头112、114、116-119中的每一者来确定动摩擦和可能的粘滞摩擦。而且，在工具交换器121被夹持之前，操纵器110可以被撞击并且控制器140可以被配置成用于从针对操纵器110的该一个或多个接头所监测的扭矩和位置来确定操纵器110的一个或多个共振频率、并且从这个或这些共振频率来确定对于该夹持/受夹持运动的控制而言以及对于接头致动器扭矩和接头位置的监测而言适合的带宽。

这将结合图5-7的实施例来更详细进行解释。

现在，根据一个实施例，控制器140被配置成用于直接从每个接头的内部传感器输出中读出接头马达扭矩和接头位置。根据另一个实施例，如果接头马达扭矩不是直接可获得的，控制器140被配置成用于监测可以由其来间接计算马达扭矩的其他致动器量，如基于其他伺服控制状态的马达扭矩控制或扭矩观察器动力学。马达扭矩还可以通过测量马达电流并计算所使用的马达类型的实际扭矩来获得。然而，可以预期控制器140具有容易获得的当前接头位置，因为工业机器人在大多数情况下配备有对应的位置传感器。

还可以确立，夹持该操纵器是指将操纵器110的可移动部分夹持到由夹持物品160提供的在空间中的一个点。将该操纵器的另一端(基部)附接到底板或地面并不认为是夹持操作并且在本说明中不作如此处理。操纵器110的基部和夹持物品160的基板169需要在受夹持的运动过程中刚性地连接到彼此，但是这些基部当然也可以被夹持到彼此上，例如通过一个可移动机器人停靠(未示出)到其中刚性地附接了基板169的环境中。

一种技术上等效的夹持状况可以对于操纵器110的单一接头通过将一个链节夹持到空间中的一个固定点来完成。例如，操纵器110可以具有工具交换器的被附接到该第二链节(轴线2运动)前部的那部分，该第二链节与前一轴线112(轴线1)正交地移动因此不干扰接头114的夹持。另外，接头116-119保持未被夹持并且不是接头114的夹持作用的一部分。作为在夹持物品160上与工具交换器对接的替代方案、或者作为任何其他专用夹持物品的替代方案，可以使用现货供应的夹持设备。仍然考虑接头114的夹持，这样一种标准夹持物品可以是图1b中用参考数字188所示出的类型。图1b示出了这样一种接头，其中传动系盖的一部分被去除以暴露出传动元件，在此情况下该部分是经由顺性轴186将马达182连接到链节184的一个行星齿轮箱。链节184用链节184的重力所造成的扭矩来作用于轴186，并且借助于这些扭曲的边缘线，轴186的扭转是可见的。如果，为了简单起见，摩擦力和惯性力暂时都不考虑，则重力与作用在传动系上的马达扭矩相平衡，并且因此齿轮齿牙的对应侧面如图1c中所示是接触的。反冲的来源包括齿间隙192、196。在轴承194处以及在传动元件之间的其他滑动或滚动接触处发生摩擦。虽然扭转186可能是线性的，但顺性(包括该板保持这些行星齿轮)与逐渐的齿接触相结合在正常情况下导致非线性的顺性特性。

与手动夹持物品188一起，***180可以被看做一个操纵器的接头。等效地，它可以代表任何一个伺服控制的机构的任何一个接头。因此，夹持物品160、188绝不局限于分别在图1a和1b中提供的形式和形状、而是可以具有任何形状或形式，只要它们是实质上无反冲的并且可以提供用于夹持操纵器110的可移动部分的在空间中的一个点。因此，该夹持物品可以是弹性的，使得操纵器在最初夹持到该夹持物品之后可以到到空间中一个点，稍后一旦该操纵器在该夹持物品处实现休止位置，该操纵器被夹持在该点。在弹性夹持物品的情况下，其刚度应当是已知的，并且将需要基于工具交换器的力来确定该夹持物品的弹性位移，工具交换器的力进而可以经由接头扭矩和运动学模型或通过使用外部的腕部安装式的力/扭矩传感器来确定。

还应当提及，根据本发明用于确定操纵器的接头参数的***还可以包含两个或更多个机器人，即使用彼此作为夹持物品的两个或更多个操纵器，每个机器人为另一个机器人的操纵器提供空间中的一个夹持点，使得对于在每个操纵器中每个接头的接头特性可以例如根据本发明的方法来确定，该方法的若干实施例在图2-7中展示出。在不存在刚性且固定的夹持点的情况下，双臂机器人可能要求更多的姿势和测量以便唯一地确定所有接头参数。

另外，图1a的操纵器110虽然绘制为单臂操纵器，但同样可以是双臂操纵器，其中类似于前一段落中的描述，这些臂可以用作将每个臂夹持到由另一个臂提供的空间中一点的夹持物品，其目的是用于确定每个臂中每个接头的接头特性。双臂机器人还可以通过以下方式来夹持一个链节：使另一个臂以任何适合链节抵靠刚性环境(或具有已知顺性的环境)来推动另一个臂的该链节。即使在这些情况下，操纵器的每个臂的接头特性也可以根据本发明的方法来确定，该方法的若干实施例在图2-7中展示出。

现在借助图2-7描述至少一个接头特性的确定。

图2描绘了一个流程图，展示了根据本发明的方法的一个实施例。

在步骤200中，控制器140指示操纵器110的这些接头112、114、116-119中每一个的致动器来移动每个接头，而使得操纵器110停靠到由夹持物品160提供的空间中一点。空间中这个点可以是由夹持物品160的突出部162或者由其某一其他部分限定的。如果夹持物品160是刚性的，则由夹持物品160提供的夹持点将是与工具交换器121或操纵器110的某一其他部分被夹持到的空间中这一点实质相同的。否则，在柔软或弹性夹持物品的情况下，由夹持物品提供的初始夹持点将与工具交换器121或操纵器110的某一其他部分最终被夹持到的空间中这一点不同。如上提及的，控制器140可以指示每个接头112、114、116-119的致动器来移动这些接头而使得操纵器110到到由夹持物品160提供的接触点，或者控制器140可以致使夹持物品160移动(例如通过释放这些链节168的锁定套筒161并且使操纵器110停靠并且移动这个突出部162，所有都是根据载入该控制器中以使整个校准过程自动化的机器人用户程序中的指令)以便完成工具交换器121或操纵器110的某一其他部分的停靠/夹持。

在上述提及的情况中的每一种情况中，操纵器110现在已经到达一个明确限定的空间中的点，该操纵器以特定的姿势保持被夹持到该点。这种姿势可以是用于唯一确定对于每个接头的接头参数的起始点，在此情况下空间中的单一点就足够了。否则，如果空间中这个点不适合于确定两个或更多个接头的特性，则控制器140可以指示操纵器110或夹持物品160移动到空间中的一个或多个点，从该一个或多个点可以确定接头参数。由此有可能唯一地确定接头112、114和116-119中每一个的接头参数。在此情况下有意义的接头参数是反冲和顺性，但也可以确定可能给出与每个接头的机械状态有关的足够信息的其他参数。

在继续进行方法步骤210-230之前，应当提及，为了更好地理解本发明，步骤210-230将只在一个接头上进行。然而，有可能使控制器140发送信号到致动器以致动这些接头112、114、116-119中每一者的传动系并且对于每个接头执行步骤210-230。作为一个替代方案并且取决于操纵器的运动学结构，步骤210-230可以对于两个或更多个接头并行地执行。

为了促进对当前发明的理解，步骤210-230的细节(在图2-7中可视化)是基于特定的控制序列，每个控制序列得到了一个接头的具有或多或少理想的特性的一个所确定的参数。然后，参考图8b-8e来描述实际修改后的途径。这种修改后的途径是当控制器140限制了对致动器扭矩的直接控制时用于确定接头特性的一种实际方式。如果允许访问扭矩控制，如对于操纵器的供应商而言，以下的特定的控制序列提供了使用该方法的明确方式。

返回图2，在步骤210中，控制140发送信号到致动器以致动这些接头112、114、116-119之一的传动系，同时保持操纵器110在夹持物品160上处于限定了早先提及的空间中一点的受夹持位置中。同时，控制器140监测操纵器110的这些接头112、114和116-119之一的接头马达扭矩和接头位置。

在步骤220中，控制器140选择并记录马达扭矩的输出值，这些输出值对应于用于获得操纵器110的这些接头112、114、116-119之一的特性的某些有意义的接头位置。此类马达扭矩的输出值和接头位置的一个实例可以是马达扭矩实质为零的接头位置。

最后，在步骤230中，控制器由在步骤220记录的这些输出值和接头位置来确定所希望的一个或多个接头特性。这个或这些接头特性可以是反冲、顺性或其他接头特性，单独的或组合的。

图3展示了根据本发明的方法的另一个实施例，其中控制器140确定驱动这些接头112、114和116-119的传动系的反冲。如同在先前的方法实施例中，针对操纵器110的这些接头112、114和116-119之一来解释图3中的方法实施例。

在步骤300中，控制器140指示操纵器110的这些接头112、114、116-119中每一个的致动器来移动每个接头，而使得操纵器110停靠到由夹持物品160提供的空间中一点。这个步骤与图2中展示的方法实施例的步骤200完全相同并且将不作进一步详述。

在步骤310中，控制器140进入运行位置控制并且如果需要(由于控制器问题，如故障检测)则调整接头的位置参考值，使得达到一个具有可接受扭矩的稳态位置。

在步骤320中，控制器140获得这些接头112、114、116-119之一的动摩擦值。在此动摩擦值可以简单地包含从在操纵器110夹持到夹持物品160之前进行的测量中先前已获知的动摩擦或者还包含在操纵器110夹持到夹持物品160之后的动摩擦值。在后一种情况下，该流程图可以包括以下(未示出的)子步骤：

-控制器140发送信号到致动器以在两个相反的方向上移动接头马达并且监测接头马达扭矩；

-控制器140通过获得在两个马达方向上的马达扭矩的最小和值来估算马达动摩擦；

-使用扭矩值作为一个马达动摩擦参数。

在步骤330中，控制器140发送信号到致动器而使得传动系调节该接头位置参考值。接头的位置调节可以由控制器140通过增大或减小所命令的/所编程的接头控制参考值来实现，在分辨率过低的情况下该参考值可能要求马达控制的去谐以获得平滑的扭矩信号。

在步骤335中，控制器140检查该接头是否达到一个稳态位置，即，即便重力存在，该接头马达速度和扭矩也实质上为零。

如果为否，该方法返回到步骤330，在该步骤中控制器140继续发送信号到致动器以持续移动该传动系并由此调节接头参考位置。

如果为是，控制器140在步骤340向致动器发信号以致动该传动系，以便调节该接头位置参考值直到该接头马达扭矩开始增加。接头的位置调节可以通过增大和减小在一个方向上的用于接头112、114、116-119之一的传动系的所命令的/所编程的接头参考值来实现，直到在传动系的元件(如齿轮)之间建立接触。由于在操纵器伺服控制中的整体作用以及该传动系的有限的刚度，该接头马达扭矩将稳定在显著高于摩擦的水平上。

在步骤345中，控制器检查该传动系位置是否稳定，即该传动系的这些齿轮(如果该机构用于该传动系)已经达到接触。

如果为否，该方法返回到步骤340，在该步骤中控制器140继续对致动器发信号以持续致动该传动系。

如果该控制器检测到该传动系的稳定位置(即，接触)，则控制器140在步骤350中记录该接头马达的第一输出值，该第一输出值在此情况下是接头马达的马达角度X1。

在步骤360中，控制器140向致动器发信号以致动该传动系，使得该传动系在与步骤330中的方向相反的方向上移动。这可以由控制器140通过向致动器发信号以致动该传动系从而以类似于步骤340的方式减小该位置参考值来实现。

在步骤365中，控制器140检查是否已经达到该传动系的一个稳定位置，即在该传动系的齿轮(再次取决于实现方式)之间在反冲的另一侧上是否已经实现接触。

如果为否，该方法返回到步骤360，在该步骤中控制器140继续向致动器发信号以在相反方向上致动该传动系。

在步骤370中，控制器140记录在该稳定位置的第二输出值，该第二输出值在此情况下是在步骤345中相对于该稳定位置进行N次减小之后获得的该接头马达的马达角度X2。

最后，控制器140在步骤380中由差值Δ＝X1-X2来确定接头传动系的反冲。如果N小(1或2)，反冲可能实际上为零或者这些增大运动的分辨率可能是不足的。在后一种情况下，马达控制的去谐可以类似于步骤330中的过程来应用。

如果该过程在用户编程等级上实现，则机器人制造商必须提供可以具有比正常机器人程序员可获得的高得多的分辨率的、***等级的接口或实现方案。任选地，在某些***上，伺服控制中的这种整体作用可以被关闭或者受限，使得数据的平滑性得到改进并且然后显著比例作用(dominantproportional action)可以被调谐以获得适合的扭矩效果。

应当提及的是，在准静态状况(慢速运动)下，从该致动器的(例如电动的)马达扭矩到该传动系的输入(机械)扭矩是马达扭矩减去动摩擦。因为所命令的致动器运动是已知的，并且由于夹持作用因而实质上不存在传动系输出的运动，这意味着传动系输入扭矩可以在受夹持的运动中受到控制。这进而暗示，在确定受夹持状态中的反冲时，这可以基于(马达-摩擦补偿的)传动系输入扭矩来完成，或者等效地，反冲识别原理可以被公式化，就好像不存在摩擦一样(假设慢速但非零的运动)。

图4展示了根据本发明的方法的又一个实施例，其中确定操纵器110的这些链节中的一个或多个的顺性。

顺性可以被定义为每个传动系所展示的刚性缺乏。每个链节(通常一个小部分)中的顺性默认地识别为接头顺性。

如同在图2和3中展示的先前方法实施例中一样，图4中的方法实施例将仅使用操纵器110的(未示出的)接头马达之一来展示。几乎现今的所有机器人的主要顺性都在于每个接头的传动系中并且因此确定这个接头参数是有用的。

根据图4中的方法实施例，如果接头的摩擦值和反冲值是控制器140已知的或者如果控制器140已经根据早先描述的步骤确定了这些值，则控制器140被配置成根据以下步骤来确定一个接头的顺性：

在步骤400中，控制器140指示操纵器110的这些接头112、114、116-119中每一者的致动器来移动每个接头，使得操纵器110停靠到由夹持物品160提供的空间中的点。这个步骤与图2中展示的方法实施例的步骤200完全相同并且将不作进一步详述。

在步骤410中，控制器140对致动器发信号以致动该传动系，以便调节一个接头位置参考值，如果需要的话则带有如同用于上述反冲确定的经修改的控制，使得在反冲的一侧上建立接触。如果一个接头的传动系是借助于齿轮实现的，此类接触可以被表征为在共同作用以驱动该接头的每个轮的齿轮之间的接触。

在步骤420中，控制器140对致动器发信号以致动该传动系，以便通过增大该接头位置参考值来增加接触扭矩，而同时控制器140监测接头马达扭矩和位置、同时增加这两个量的绝对值。

在步骤430中，控制器140指示该致动器来致动该传动系，使得从根据前一步骤420的高的接头马达扭矩，接头马达扭矩向零减小，而同时控制器140监测接头马达扭矩和位置。由于大多数齿轮箱的构造，刚性将随着增加的扭矩而增加，并且例如用一个三次多项式来拟合所监测的接头马达扭矩和位置数据，这将具有为摩擦的两倍的迟滞。

在步骤440中，控制器140检查接头马达扭矩是否实质上为零。如果为否，该方法返回到步骤430，在该步骤中该致动器被控制器140发信号以持续致动该传动系。

如果为是，则控制器140在步骤450中记录接头位置并且继续进行到步骤460。

在步骤460中，控制器140发送信号到该致动器以致动该传动系，以便增加在与步骤420中相反的方向上的接头位置参考值并且以便类似于步骤420来监测接头马达扭矩和位置。

在步骤470中控制器140再次检查传动系的齿轮之间是否建立接触。

如果为否，该方法返回到步骤460，在该步骤中该致动器被控制器140发信号以在与步骤420中相反的方向上持续致动该传动系。

如果为是，该控制器140在步骤470中记录接头位置。

这两个接头位置对于典型的齿轮箱应当是对称的。

与反冲值和摩擦值一起，所确定的顺性限定了根据图1的接头特性，这些接头特性涵盖了围绕(传动系和接头)旋转轴线(轴线1-6)的特性。在图1中这些链节围绕这些接头的旋转是通过轴线1-6和粗箭头描绘的。根据一个实施例，该方法利用在该工具交换器处的力-扭矩传感器，以用于验证或用于获得改进的精准度(例如通过力控制的运动)。

图5展示了根据本发明的方法的一个实施例，其中一个或多个接头112、114、116-119的动摩擦是未知的并且需要通过控制器140确定。在这种情形下，动摩擦是在操纵器110被夹持到夹持物品160之前确定的。

在步骤500中，控制器140发送信号到该致动器以致动该传动系来在一个方向上以低速移动每个接头112、114、116-119并且观察在此运动过程中对应于动摩擦的接头马达扭矩。在此上下文中，低速是指以低于一个阈值速度值的速度来移动接头。

然后，在步骤510中，控制器140发送信号到该致动器以致动该传动系来停止这些接头112、114、116-119的运动。

接下来，在步骤520中，控制器140发送信号到该致动器以致动该传动系来在相反方向上以低速移动每个接头112、114、116-119并且观察在此运动过程中对应于动摩擦的接头马达扭矩。

在步骤530中，控制器140在开始时作为动摩擦来检测马达扭矩峰值、并且对在方向、温度、重力/负载或可能影响摩擦值的任何其他条件方面的依赖性进行验证/建模。

然后该方法继续前进到步骤540-570，这些步骤与图2中的方法实施例的步骤200-230完全相同并且在此将不再重复。

正常的工业机器人将具有每个接头一个静摩擦值，该静摩擦值接近该接头的动摩擦值。在机械上，对于某些机构而言可能存在显著的差异，但是在精密机器人所要求的高增益反馈控制的影响下，将存在由于传感器噪音导致的小幅震动并且较高的静摩擦比较不成问题。在任何情况下，静摩擦与动摩擦之间的差异是在低水平伺服控制中要应对的一个问题、并且不是本发明在有待确定的特性方面应对的高水平补偿的一部分。

大多数机器人的主要接头摩擦效应是在传动系的马达侧上，而具有被大量预加载的接头侧轴承或具有润滑物的高摩擦密封的一些机器人展现了相当高的接头侧摩擦。通过确定接头在自由的未受夹持的运动和受夹持的运动两者中的动摩擦，可以确定这两个不同的动摩擦参数并且将其彼此区分。马达动摩擦在传动系反冲之前影响接头，而剩余的接头摩擦在那些传动系参数之后影响接头运动，这显然可以在基于接头特性的补偿中进行利用。如本领域中已知的，这样一种接头侧的高的动摩擦(尤其在顺性但没有反冲的情况下)表明实际中动摩擦的迟滞效应可以是依赖于负载的，如图8e中绘出的所监测的量所示。

控制器140还可以确定每个接头的粘滞摩擦，其方式类似于以上为了确定动摩擦而进行的步骤，同样是在工具交换器121停靠到夹持物品160的突出部163上之前。

在图6中展示了在操纵器110被夹持到夹持物品160之前确定动摩擦的该方法的一个实施例。

在步骤600中，控制器140对致动器发信号以在一个方向上以多个不同的速度移动这些接头112、114、116-119之一，而控制器140在以此移动过程中监测接头马达扭矩。

在步骤610中，控制器140对致动器发信号以致动该传动系以便停止接头移动。

在步骤620中，控制器140对致动器发信号以致动该传动系，以便再次在相反方向上以不同速度移动该接头，这些速度可以与步骤610中的速度相同或不同。同时，在控制器140监测在该相反方向上的移动过程中的接头马达扭矩。

在步骤630中，控制器140然后由在两个方向上的接头移动过程中所监测的马达扭矩来确定粘滞摩擦。

步骤640-670是与图2中的步骤200-230完全相同的并且在此将不进一步详述。

改进该用于确定接头参数的方法(早先在图2-6中已经描述了其若干实施例)的性能的一种方式是用一个物品撞击该操纵器110。这个实施例在图7中展示出。

在步骤700中，操纵器110被某个物品自动地或由机器人操作员进行撞击，从而引起所有接头112、114和116-119在所有DOF中的移动。

在步骤710，控制器140监测操纵器110中所有接头的接头马达扭矩和接头位置。这通常可以在步骤700中的冲击期间或之后发生。

在步骤720中，控制器140由对于每个接头112、114、116-119并且尤其对于具有最大惯性的接头所监测的接头马达扭矩和接头位置来确定该操纵器110的一个共振频率。该共振频率可以是在步骤700中工具交换器110的撞击过程中或之后所记录的接头马达电流的频率。最低共振频率给出了关于在确定早先提及的接头参数(如摩擦、反冲和顺性)的过程中可能的接头性能的指示。

在步骤730中，控制器140确定与步骤720中确定的最低共振频率相对应的接头马达扭矩和接头位置区间。正是在这个区间中控制器140将根据早先描述的图2-6中的方法实施例来确定接头参数。

接下来，该方法继续进行到步骤740-770，这些步骤与关于图2中的方法实施例描述的步骤200-230完全相同。为此原因，这些步骤将不作进一步详述。

图2-7中的方法实施例还可以包括获得该操纵器的运动学参数的步骤(未示出)，以便确定操纵器110的传动系动力学的特性。控制器140可以包含存储的标称(未校准的)参数。此类参数可以替代地从数据表输入到控制器140。这个步骤将在根据图2-7的方法实施例的这些步骤之前。最后，在已经根据在图2-7中展示的方法实施例确定了这些接头112、114和116-119中每一者的接头特性之后，可以基于所确定的接头特性来更新这些标称的运动学参数。

图8a展示了针对机器人的操纵器110的一个接头的迟滞图表800。该图表展示了在致动器静摩擦和动摩擦实质上为零的理想化情况下但是考虑传动系的粘滞摩擦时，随着致动器位置x而变的接头马达扭矩F_m。尽管该图没有示出运动速度，但从位置x改变过程中的扭矩迟滞值可以清楚地看出，运动速度是有关的，并且该曲线的端点会聚到同一个值，这意味着动摩擦值是可忽略的或者被控制诱导的震动所取消。现在，假设运动是准静态的从而不存在粘滞效应。虽然这暗示了慢速运动，但这在校准时间方面不是问题，因为在受夹持的姿势中所涉及的运动距离是非常小的。以一条迟滞曲线作为基础，现在将参考图8b-8e来更彻底地讨论先前提及的实际修改过的途径，这些图各自含有至少一种迟滞效应。

图8a中所示的迟滞曲线示出了两个位置之间的往复运动，在其之间有一个无负载的受夹持的位置。因为马达坐标x总是与一个偏移量相关联(例如是由于相对于该传动系进行安装)，为了简单起见，我们可以对该偏移量进行选择以使得x坐标在反冲的中间是零，并且然后对于2X的反冲在-X和X处获得与反冲的接触。我们可以假设该迟滞扭矩-位置曲线的任何方向，例如以顺序801-802-803-804(或相反)进行运动，但是在两侧上移动离开反冲。这意味着致动(210)该传动系是使得该马达、或者等效地该致动器在相对于反冲范围而言相反的方向上的第一位置与第二位置之间往复，以使得在这两个位置中完成完全发展的传动系扭矩传输。包括动摩擦的效果在内，监测致动器扭矩和致动器位置得到了与在图8d中的曲线相似的曲线。实线是在所获得的扭矩-位置循环方面所监测到的运动。假设摩擦是对称的，那么平均值虚线代表经摩擦补偿的致动器扭矩，其对位置的依赖性捕捉了位置迟滞，这在8d中是围绕反冲的中心水平地对称的。

完全发展的传动系扭矩这个概念依赖于接头物理特性本身以及有待确定的接头特性的既定用途。在图8d中展示的两个实例是分别在位置方面的致动器扭矩的迟滞。在下面简短讨地论这些实例。

扭矩迟滞代表了通常归因于致动器的动摩擦，但对于具有多个元件的传动系而言，在不同的级处(如轴承194处)可以存在摩擦。对于如同图8d中迟滞循环的一个迟滞循环以及对于某些往复位置和某些最大扭矩而言，动摩擦是常数，这意味着在上曲线与下曲线之间存在为2*μ的恒定距离，动摩擦表示为μ。如先前所提及的，总的动摩擦还可以在自由空间运动中进行研究。在确定了摩擦特性(可以是还取决于捕捉扭矩历史的状态的一个函数)之后，可以确定经摩擦补偿的致动器扭矩。在理想情况下，它对应于图8d中的虚线。

在迟滞循环看起来像图8d中在X1与X3之间具有非线性曲线的迟滞循环的情况下，有待用作接头特性的位置迟滞对于高扭矩和低扭矩是不同的。对于高扭矩，我们将迟滞称为滞差运动，在这两个运动方向中的每一个方向上该滞差运动在图8d中分别标记为LM1和LM2。在此LM1和LM2是相同的，但是如同在图8e中，实际获得的值显示了变化。经摩擦补偿的虚线也可以在图8d的对称的理想情况下用于确定滞差运动。反冲是针对实质上没有传动系扭矩情况的位置迟滞。在图8d中，在区间B1上存在为零的(经摩擦补偿的)扭矩，但是实际上(从感测和控制的视角来看)对于低负载补偿而言，更适合使用区间B2作为反冲。

如早先讨论的，本领域中已知的校准和建模方法在区间的定义方面具有一个决定问题、并且由于在使用操纵器过程中从与实际伺服控制相比相反的方向来加载该传动器而具有一个识别问题。相反地，本发明在正常工作的方向上加载该传动系，并且反冲(低扭矩)和滞差运动(高扭矩)的定义可以是根据这些既定的使用情况。因此，本方法的用户可以自由选择适合于当前的应用或***的区间定义。

需要做出关于反冲和顺性的类似决定，后者如同在图8d的B2之外的曲线和在NL区间内的曲线那样是非线性的。在这个背景下并且参考在图8a-8e中所示的不同实施例，在下文将更彻底地描述两个情况。

首先，可以用在B1之外或B2之外的非线性的顺性来对NL区间建模。其次，如果X1(为所选择的B1或B2区间的坐标)和X3彼此相近，我们有属于在图8b或8c中的情况的虚线。然而，可以是如下情况：在顺性814之间不存在清晰的反冲812，并且该模型替代了图8c的模型(其中低负载顺性813桥接了高负载顺性814)。后者是当传动系包括预加载的齿轮箱时的典型情况，而前者对于更简单的低成本传动系是典型的。图8e示出了对于具有预加载的齿轮箱的操纵器的接头所获得的两个具有不用最大扭矩的迟滞循环。不论所获得的迟滞循环是否理想，本发明包括用于获得该迟滞循环的方法，从而可以确定所希望的特性。

作为操纵器110的用户在控制器140的用户编程等级上通过对该操纵器进行编程或指示来执行该方法暗示了设定这些扭矩和位置参考值的可能性是有限的，这些在数字控制器140中是离散的可编程的量。为了使获得的数据代表这些物理特性，需要量化影响的较小的。为此目的，机器人制造商必须提供可以具有比正常机器人程序员可获得的高得多的分辨率的、***等级的接口或实现方案。替代地且等效地，操纵器控制器140正常地允许伺服控制中的整体作用被关闭(或设定为一个平衡该重力扭矩的值)，并且然后该伺服控制的显著比例作用可以被调谐以获得具有所监测的量的平滑性和所命令的位置对致动器扭矩的足够影响两者的一种适合的扭矩效应。

图8e是以此方式获得的。

参考图8b-8e，下文将详述实际修改过的用于执行本发明方法的途径。

作为一种快速的且整合的过程，一个接头的位置参考值以不同的方式循环，首先是在自由空间中以便确定各种摩擦和重力特性、然后是在受夹持的构型中以用于确定涵盖传动系动力学的其他特性。在这些循环过程中，监测扭矩和位置，并且依赖于控制器特性，这种控制的这些参数是调节所必须的以获得最好的精确度。然后从所监测到的信号中识别感兴趣的特性，这些特性由于操纵器动力学和控制器特性而具有明显变化。接头特性的整个确定对于典型的操纵器110的所有接头而言花费一分钟与数分钟之间。然而，为了更详细解释该方法，以下描述是基于将不同特性的确定分开。

根据该方法，一个接头180或等效地一个操纵器110的接头连接的可移动部分被夹持200，而使得该接头的运动变得受限制或者被锁定，并且驱动该接头的传动系被一个致动器致动210，同时监测与所述致动的扭矩相关联的至少一个量以及与致动器位置相关联的至少一个量。然后基于所监测的这些量来确定220所述致动器的至少一个输出值组，所述输出值组与至少一个接头位置相关，并且基于所述输出值组来确定230该接头的至少一个特性。

根据一个实施例，该方法进一步包括通过以下方式来获得迟滞循环数据：致动210所述传动系而使得该致动器在第一位置和一个第二位置之间往复，从而在这两个位置中实现相反方向上的完全发展的传动系扭矩传输，而所监测到的与所述致动器的扭矩相关联的至少一个量和所述与致动器位置相关联的至少一个量构成该迟滞循环数据，并且其中所述受夹持的接头的初始接头位置是在致动210之前建立的；并且此后基于所获得迟滞循环数据来确定220所述致动器的所述至少一个输出值组之前。

虽然通过致动器运动(被配置成使得在第一点与第二点之间的往复运动覆盖了感兴趣的整个扭矩范围，从而意味着在整个运动过程中进行一次监测并且然后通过之后在无需占用该设备如机器人***100的情况下分析该数据来确定感兴趣的这些不同特性)获得迟滞循环数据是现实的，但这种受限的运动也可以作为更小型的专用实验(这些实验一起形成一种技术上等效的方法)来进行。通过图3-5详述的这些步骤在某种程度上是此类专用实验的示例，但迟滞循环数据也可能以多部分获得，从而反映该循环的不同部分。例如，对于在正常操作过程中总是在一个方向上被高重力加载的接头而言，获得在未加载一侧和代表具有此致动器扭矩方向那侧的这一侧之间的迟滞循环可能就足够了。因而，也可以围绕未加载的受夹持的姿势以两部分获得完整的双向迟滞循环，并且所确定的该接头的特性然后可以在控制器140中合并或分开使用。该至少一个接头的至少一个特性的任何此类部分确定都是特定的且平常的情况(为简洁起见，不进一步评述)。还有使用所描述的量、涉及所披露的原理的其他变体，如高速致动该传动系然后减去粘滞摩擦(例如，根据图6获得的)，这些形成了一种技术上等效的方法。

所确定的该接头的至少一个特性可以是一个滞差运动特性、或者在非对称的迟滞循环的情况下是多个滞差运动特性，所述方法于是包括在允许的扭矩范围内致动210所述传动系以使得完全发展的传动系扭矩传输对于有待获得的最大位置迟滞而言是足够高的、并且然后基于所获得的位置迟滞确定220所述滞差运动。另外，作为基于所获得的扭矩-位置数据将该滞差运动平均化并进行识别的方式，该迟滞循环可以用一条曲线来近似，所述方法进一步包括拟合两条渐进式接近被近似曲线的相应尾部的曲线，其中该致动器是移动的而使得动摩擦是完全发展的。对于至少一个扭矩值，该滞差运动于是可以作为在这些曲线之间的位置差来确定。

可以从迟滞循环数据获得的另一个特性是反冲，反冲可以通过以下方式由位置迟滞来确定230：针对实质上相同的传动系输入扭矩来确定位置差，使得所述传动系输入扭矩在受夹持的位置(其特征是实质上为零的传动系输入扭矩)的两侧达到实质上非零的值。确定230反冲还可以是基于通过之前在确定位置迟滞针对摩擦效应对致动器扭矩进行补偿而确定的传动系输入扭矩。

该方法还可以应用于如下接头：其中该接头的该至少一个特性是该接头的顺性，所述方法还包括通过从该迟滞循环数据中去除所获得的反冲的效应来确定230该顺性。等效地，当确定顺性时考虑所定义的反冲区间，如图8d中的B1或B2。如果顺性相对于方向和先前的传动系加载是无状态的，那么可以通过识别致动器扭矩随着致动器位置的增加和减少而增加和减少的速率来确定230顺性。如果此速率在受夹持的位置的两侧是相同的，或者如果对于两侧仅需要使用单一的值，那么可以通过将针对该实质上未加载的传动系获得的这些速率取平均值来确定无负载/低负载顺性特性。因而，对于更高的传动系扭矩，该方法可以应用于完全加载的传动系，然后获得加载顺性特性。

该顺性是否是无状态的这个概念与该传动系扭矩单调地增加或减少时来自所监测的迟滞循环的这些值是否仅以实质上恒定的值发生偏差有关。在无状态的情况下，可以用单一的顺性特性函数(在图8d中的NL区间上)未加载的和完全加载的顺性特性。在该迟滞循环依赖于最大扭矩的情况下，如在图8e中，存在与该顺性特性相关的某种状态，并且该顺性特性函数应当具有状态自变量，该状态自变量反映了所需要的效果，如先前讨论的。可能的顺性特性状态的另一个实例涉及缺乏可重复性，例如是由于传动系即将损坏或以其他方式是有缺陷的。相反地，如果该迟滞循环数据在具有相同最大负载的若干循环上是相同的，那么该接头对于可重复的运动而言是高品质的。在图8e中就是这种情况，其中这些重叠的循环中的每一个实际上包括五个循环。因此，此接头对于经补偿的或未补偿的运动的可重复性而言是高品质的。

在该方法的另一个实施例中，该接头的该至少一个特性是致动器动摩擦，并且其确定230包括针对至少一个位置值从该迟滞循环数据中识别一个扭矩迟滞，其中该致动器动摩擦的值是所识别的扭矩迟滞的值的一半。在某种程度上进行简化，这个摩擦特性还可以被称作库伦摩擦。该静摩擦及其与动摩擦的差是对所谓的粘滞风险的度量，该静摩擦可以在低增益、慢启动的运动过程中在受夹持或未夹持的状况下获得，但是在监测迟滞循环的过程中该运动应当被调谐以使得粘滞不出现。

根据本方法的一个另外的实施例，该迟滞循环可以在不同的热状况下监测，其中实际的热状况用该环境的和/或该接头的任一机械元件的一个所测量的和/或所模拟的温度来表示，并且该迟滞循环可能依赖于该温度从而使得所确定的特性随温度而变。在这样一种情况下，确定该至少一个接头特性相对于温度的依赖性是直截了当的过程。

该方法可以进一步包括重复经由传动系来致动该至少一个致动器，以便确定至少两个受夹持的接头的接头特性值。该方法还可以包括一种夹持构型，其中这些单独的接头在致动210和监测阶段的整个过程中保持不变。

该方法还可以包括夹持多个接头并且夹持接头而使得操纵器110被夹持成一个或若干个运动学构型中，其中在每个构型中并且对于每个接头都可以应用这些方法实施例。

所述方法的又一个实施例包括确定操纵器110的接头的至少一个特性，所述方法包括将所述操纵器的一个可移动部分定位在该操纵器的工作空间内的一个夹持物品160(在图1a中所示)处、并且使该夹持物品上的一个点与所述可移动部分接触、并且进一步包括执行这些方法步骤中的任一个。

该方法还包括借助于操纵器的运动学校准来获得特定的运动学参数、并且基于该至少一个所确定的接头特性来更新该操纵器的运动学参数。因此，可以使用所获得的至少一个特性来更好地校准该操纵器。有待更新的运动学参数可以是该操纵器的标称参数或者是用传统校准方法获得的运动学参数。

本披露还涉及根据如在此描述的任一方法步骤确定的该所确定的至少一个特性的用途，用于更新该操纵器的标称运动学参数。另外，该所确定的至少一个所确定的接头特性可以用于更新任一受控接头的传动系的致动，以用于更新机器人程序姿势从而补偿所确定的偏差、或者用于基于这些接头特性来更新该操纵器的运动控制参数。因此，接头180或操纵器110的精确度得到改进，这是经由控制器140、控制单元141、以及位于计算机可读存储器142中的与机器人姿势相关的指令的更新而实现的。

根据本发明的另一个方面，该方法的使用是至少部分地通过一种用于确定接头112、114、116-119、180(如操纵器110的接头)的至少一个特性的***来完成的，该***包含：至少一个致动器，该至少一个致动器被配置成用于经由一个传动系来驱动所述接头；被配置成用于限制该接头的运动的夹持器件；用于监测与所述致动器的扭矩相关联的至少一个量以及与致动器位置相关联的至少一个量的器件；用于确定所述致动器的至少一个输出值的器件，所述输出值对应于至少一个接头位置；以及用于基于所述至少一个输出值来确定该接头的该至少一个特性的器件。该***还至少包含：操纵器110；所述接头112、114、116-119、180，这些接头是该操纵器的一部分；一个控制器140，该控制器被配置成用于控制该操纵器；以及夹持器件160，该夹持器件被配置成使得该操纵器的末端部分能够停靠和夹持，以使得当该操纵器停靠并夹持到该夹持器件上时该操纵器获得一个受夹持的姿势。

夹持器件160可以是在操纵器110的工作空间中的固定位置处的一个单一的工具交换器。它也可以是用于多个接头或用于单一接头180的手动夹持物品，该接头可以被手动夹持物品188夹持。最适合的夹持物品依赖于接头的运动学安排、接头特性、以及将夹持作为该方法的一部分进行自动化的需要。一种要求较高的情况是在需要夹持沿不同方向移动的多个接头时，例如对于操纵器110而言，以及当这些接头需要被夹持在彼此非常靠近的多个位置中时。可以从图1b理解到，传动系可以包含多个传动元件，每个传动元件能以多个角度/位置进行操作，这暗示着接头特性(如反冲192、196)可以得到随致动器位置(甚至对于临近的位置而言)而变的传动系特性。为了优选以一种自动化的方式(由于需要大量的夹持姿势)来确定此类变化，该夹持物品160允许自动化的且精细的定位，这形成了根据本发明的***的最后一方面。

本发明还涉及一种计算机程序(P)，其中该计算机程序(P)包括用于执行所披露的方法实施例中任一个的计算机指令。最后，本发明涉及一种计算机程序产品，其中该计算机程序(P)被记录在一种载体上、典型地一种计算机可读介质142上。

在附图和说明书中，已经披露了本发明的典型的优选实施例，并且，虽然采用了特定的术语，但它们仅是在通用的和描述的意义上使用的并且不用于限制的目的，本发明的范围是在下面的权利要求书中提出的。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.用于确定接头的至少一个特性的方法，该接头是例如一个操纵器(110)的接头(112，114，116-119，180)，其中所述接头(112，114，116-119，180)被配置成受至少一个致动器驱动，该致动器被配置成用于经由一个传动系来驱动所述接头(112，114，116-119)，并且一个控制器(140)被配置成用于控制所述接头(112，114，116-119，180)的运动，该方法包括：

-夹持(200)所述接头(112，114，116-119)而使得接头运动变得受限；

-致动(210)所述传动系、同时监测代表所述致动器的扭矩的至少一个量和代表用一个马达角度传感器感测到的致动器位置的至少一个量，使得该致动器通过该控制器(140)的控制而在第一位置与第二位置之间往复，而所监测的代表所述致动器的扭矩的至少一个量和代表致动器位置的至少一个量形成迟滞循环数据；

-基于所获得的迟滞循环数据来确定(220)所述致动器的至少一个输出值组，所述输出值组与至少一个接头位置相关，并且

-基于所述输出值组来确定(230)该接头(112，114，116-119)的该至少一个特性。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过以下方式获得该迟滞循环数据

-致动(210)所述传动系而使得该致动器在该第一位置与该第二位置之间往复，以使得在这两个位置中在相反的方向上的完全发展的传动系扭矩传输。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中该接头的该至少一个特性是滞差运动，所述方法进一步包括：

-在允许的扭矩范围内致动(210)所述传动系，而使得该完全发展的传动系扭矩传输对于要获得的最大位置迟滞而言是足够高的；并且

-基于所获得的位置迟滞来确定(220)所述滞差运动。

4.根据权利要求3所述的方法，其中用一条曲线来近似该迟滞循环，所述方法进一步包括

-拟合两条渐进式接近被近似的曲线的相应尾部的曲线；并且

-针对至少一个扭矩值来作为这些曲线之间的位置差而确定该滞差运动。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该接头(112，114，116-119，180)的该至少一个特性是该接头(112，114，116-119，180)的反冲，并且确定(230)该接头(112，114，116-119，180)的所述反冲包括：

-通过以下方式来确定位置迟滞：针对实质上相同的传动系输入扭矩来确定位置差，使得所述传动系输入扭矩在受夹持的位置的两侧达到实质上非零的值，该受夹持的位置的特征是实质上为零的传动系输入扭矩。

6.根据权利要求5所述的方法，其中确定(230)该反冲进一步包括：

-通过在所述确定位置迟滞之前针对摩擦效应对致动器扭矩进行补偿而确定传动系输入扭矩。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该接头(112，114，116-119，180)的至少一个特性是该接头(112，114，116-119，180)的顺性，所述方法进一步包括：

-通过从该迟滞循环数据中去除所获得的反冲来确定(230)该顺性。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中该接头(112，114，116-119，180)的该至少一个特性是致动器动摩擦，并且确定(230)所述致动器动摩擦包括：

-由该迟滞循环数据、通过识别针对至少一个位置值而言的扭矩迟滞来确定所述致动器动摩擦，其中该致动器动摩擦的值是所识别的扭矩迟滞的值的一半。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中在不同的热状况下监测该迟滞循环，该热状况由环境和/或该接头的任一机械元件的所测量的和/或所模拟的温度代表，并且该迟滞循环依赖于该温度，从而所确定的特性随温度而变：

-确定该至少一个接头特性相对于温度的依赖性。

10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该方法包括重复经由该传动系来致动该至少一个致动器，以便确定至少两个受夹持的接头(112，114，116-119，180)的接头特性值，其中这些单独接头(112，114，116-119，180)的夹持构型在该致动(210)和监测阶段的整个过程中保持不变。

11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-将至少第一接头(112，114，116-119，180)夹持成第一夹持构型，

-将至少该第一接头(112，114，116-119，180)夹持成第二夹持构型，并且

-对于每个夹持构型执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法步骤。

12.用于确定操纵器(110)的接头(112，114，116-119，180)的至少一个特性的方法，所述方法包括将所述操纵器(110)的一个可移动部分定位在该操纵器(110)的工作空间之内的一个夹持物品(160)处并且使该夹持物品(160)上的一个点与所述可移动部分相接触并且进一步包括执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的步骤。

13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，该方法进一步包括：

-获得该操纵器(110)的多个标称运动学参数；并且

-基于所述至少一个接头(112，114，116-119，180)的所述至少一个所确定的特性来更新所述这些标称运动学参数。

14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括根据该接头的该所确定的至少一个特性来更新一个控制器，该控制器被配置成用于致动一个接头的传动系，该接头是例如一个操纵器的接头。

15.用于确定接头(112，114，116-119，180)的至少一个特性的***(100)，该接头是例如一个操纵器(110)的接头(112，114，116-119，180)，该***包含：

至少一个致动器，该至少一个致动器被配置成用于经由一个传动系来驱动所述接头(112，114，116-119，180)，其特征在于该***(100)包含

-被配置成用于限制该接头(112，114，116-119，180)的接头运动的夹持器件(160)；

-一个控制器(140)，该控制器被配置成用于控制所述接头(112，114，116-119，180)的运动并且用于致动所述传动系以使得该致动器在第一位置与第二位置之间往复；

-用于在致动所述传动系的同时监测代表所述致动器的扭矩的至少一个量和代表用一个马达角度传感器感测到的致动器位置的至少一个量的器件，而所监测的代表所述致动器的扭矩的至少一个量和代表该动器位置的至少一个量形成迟滞循环数据；

-用于基于所获得的迟滞循环数据来确定所述致动器的至少一个输出值的器件，所述输出值对应于至少一个接头位置；以及

-用于基于所述至少一个输出值来确定该接头(112，114，116-119，180)的至少一个特性的器件。

16.根据权利要求15所述的***(100)，该***(100)进一步包含一个操纵器(110)，所述接头(112，114，116-119，180)是该操纵器(110)的一部分；并且其中该控制器(140)被配置成用于控制该操纵器(110)；并且其中该夹持器件(160)被配置成使得该操纵器(110)的末端部分能够停靠和夹持，以使得当该操纵器(110)停靠并夹持到该夹持器件(160)上时该操纵器获得一个受夹持的姿势。

17.根据权利要求15或16所述的***(100)，所述***(100)进一步包括一个夹持物品(160)，该夹持物品被配置成用于提供用于夹持该操纵器(110)的在空间中的至少一个点，以便根据权利要求1至14中任一项所述的方法来确定所述操纵器(110)的接头的至少一个特性。

18.在根据权利要求15至17中任一项所述的***(100)中的计算机程序(P)，其中所述计算机程序(P)包括用于执行根据权利要求1至14所述的方法步骤的计算机指令。

19.计算机程序产品，包括存储在一种计算机可读介质上的计算机指令，其中这些计算机指令被配置成用于执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法的步骤。

Claims (20)

1.用于确定接头的至少一个特性的方法，该接头是例如一个操纵器(110)的接头(112，114，116-119，180)，其中所述接头被配置成受至少一个致动器驱动，该致动器被配置成用于经由一个传动系来驱动所述接头(112，114，116-119)，该方法包括：

-夹持(200)所述接头而使得该接头的运动变得受限，并且

-致动(210)所述传动系、同时监测与所述致动器的扭矩相关联的至少一个量和与致动器位置相关联的至少一个量，

-基于所监测的量来确定(220)所述致动器的至少一个输出值组，所述输出值组与至少一个接头位置相关，并且

-基于所述输出值组来确定(230)该接头的该至少一个特性。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过以下方式获得迟滞循环数据

-致动(210)所述传动系而使得该致动器在第一位置与第二位置之间往复，以使得在这两个位置中实现在相反的方向上的完全发展的传动系扭矩传输，而所监测的与所述致动器的扭矩相关联的至少一个量和所述与致动器位置相关联的至少一个量构成了该迟滞循环数据，并且其中所述受夹持的接头的初始接头位置是在该致动(210)之前确立的，

-基于所获得的迟滞循环数据来确定(220)所述致动器的所述至少一个输出值组。

3.根据权利要求2所述的方法，其中该接头的该至少一个特性是滞差运动，所述方法进一步包括：

-在允许的扭矩范围内致动(210)所述传动系，而使得该完全发展的传动系扭矩传输对于要获得的最大位置迟滞而言是足够高的，

-基于所获得的位置迟滞来确定(220)所述滞差运动。

4.根据权利要求3所述的方法，其中用一条曲线来近似该迟滞循环，所述方法进一步包括

-拟合渐进地接近被近似的曲线的相应尾部的两条曲线，

-针对至少一个扭矩值来作为这些曲线之间的位置差而确定该滞差运动。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中该接头的该至少一个特性是该接头的反冲，并且所述确定(230)该接头的所述反冲包括：

-通过以下方式来确定位置迟滞：针对实质上相同的传动系输入扭矩来确定位置差，使得所述传动系输入扭矩在受夹持的位置的两侧达到实质上非零的值，该受夹持的位置的特征是实质上为零的传动系输入扭矩。

6.根据权利要求5所述的方法，其中确定(230)该反冲进一步包括：

-通过在所述确定位置迟滞之前针对摩擦效应对致动器扭矩进行补偿而确定传动系输入扭矩。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中该接头的至少一个特性是该接头的顺性，所述方法进一步包括：

-通过从该迟滞循环数据中去除所获得的反冲来确定(230)该顺性。

8.根据权利要求2所述的方法，其中该接头的该至少一个特性是致动器动摩擦，并且确定(230)所述致动器动摩擦包括：

-由该迟滞循环数据、通过识别针对至少一个位置值而言的扭矩迟滞来确定所述致动器动摩擦，其中该致动器动摩擦的值是所识别的扭矩迟滞的值的一半。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其中在不同的热状况下监测该迟滞循环，该热状况由环境和/或该接头的任一机械元件的所测量的和/或所模拟的温度代表，并且该迟滞循环依赖于该温度，从而所确定的特性随温度而变：

-确定该至少一个接头特性相对于温度的依赖性。

10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该方法包括重复经由该传动系来致动该至少一个致动器，以便确定至少两个受夹持的接头的接头特性值，其中这些单独接头的夹持构型在该致动(210)和监测阶段的整个过程中保持不变。

11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：

将至少第一接头夹持成第一夹持构型，

将至少该第一接头夹持成第二夹持构型，

对于每个夹持构型执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法步骤。

12.用于确定操纵器(110)的接头的至少一个特性的方法，所述方法包括将所述操纵器的一个可移动部分定位在该操纵器的工作空间之内的一个夹持物品(160)处并且使该夹持物品上的一个点与所述可移动部分相接触并且进一步包括执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法步骤。

13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，该方法进一步包括：

-获得该操纵器的多个标称运动学参数；并且

-基于所述至少一个接头的所述至少一个所确定的特性来更新所述这些标称运动学参数。

14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中控制器控制所述传动系的致动。

15.根据以上权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括根据该接头的该所确定的至少一个特性来更新一个控制器，该控制器被配置成用于致动一个接头的传动系，该接头是例如一个操纵器的接头。

16.用于确定接头(112，114，116-119，180)的至少一个特性的***，该接头是例如一个操纵器(110)的接头，该***包含：

至少一个致动器，该至少一个致动器被配置成用于经由一个传动系来驱动所述接头，

被配置成用于限制该接头的运动的夹持器件，

用于监测与所述致动器的扭矩相关联的至少一个量和与致动器位置相关联的至少一个量的器件，

用于确定所述致动器的至少一个输出值的器件，所述输出值对应于至少一个接头位置，以及

用于基于所述至少一个输出值来确定该接头的该至少一个特性的器件。

17.根据权利要求16所述的***，该***进一步包含：一个操纵器(110)；所述接头(112，114，116-119，180)，该接头是该操纵器的一部分；一个控制器(140)，该控制器被配置成用于控制该操纵器；以及夹持器件(160)，该夹持器件被配置成使得该操纵器的末端部分能够停靠和夹持，以使得当该操纵器停靠并夹持到该夹持器件上时该操纵器获得一个受夹持的姿势。

18.根据权利要求16或17所述的***，所述***进一步包括一个夹持物品(160)，该夹持物品被配置成用于提供用于夹持该操纵器(110)的在空间中的至少一个点，以便根据权利要求1至15中所述的方法来确定所述操纵器的接头的至少一个特性。

19.在根据权利要求16至18中任一项所述的***中的计算机程序(P)，其中所述计算机程序(P)包括用于执行根据权利要求1-15所述的方法步骤的计算机指令。

20.计算机程序产品，包括存储在一种计算机可读介质上的计算机指令，其中这些计算机指令被配置成用于执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法的步骤。