ES2644939T3 - Método y sistema para determinar al menos una propiedad de un manipulador - Google Patents

Abstract

Método para determinar al menos una propiedad de adaptabilidad asociada a un eje seleccionado de un manipulador (2), donde dicho manipulador (2) se configura para ser accionado por un controlador (19), y comprende al menos un eje que comprende una conexión y un enlace conectado a dicha conexión, donde la conexión está configurada para ser accionada vía un tren de transmisión por par proveniente de un accionador, el método comprende: - fijar una parte móvil del manipulador (2) a un punto en el espacio controlando el manipulador (2) de manera que el manipulador (2) logre una configuración cinemática fijada; - seleccionar un conjunto de conexiones de identificación que comprende al menos una conexión del manipulador (2), donde al menos una conexión del conjunto de conexiones de identificación se configura para controlar y monitorizar dicho eje seleccionado cuya al menos una propiedad de adaptabilidad asociada debe ser determinada; - seleccionar un conjunto de conexiones de excitación que comprende al menos una conexión del manipulador (2) que para la configuración cinemática fijada del manipulador (2) se configura para excitar al menos un enlace del eje seleccionado conectado a al menos una conexión del conjunto de conexiones de identificación; - seleccionar un conjunto de conexiones de configuración de sujeción del manipulador (2), donde al menos una conexión del conjunto de conexiones de configuración de sujeción no forma parte del conjunto de conexiones de identificación ni del conjunto de conexión de excitación; - accionar dicho conjunto de conexiones de excitación, de manera que dicho eje seleccionado se excite mientras se controla el conjunto de conexiones de configuración de sujeción de manera que la configuración cinemática fijada se mantenga; - monitorizar una o más cantidades relacionadas con el par de la conexión y la posición de la conexión obtenidos del par del accionador y la posición del accionador para al menos una conexión en el conjunto de conexiones de identificación y/o el conjunto de conexiones de excitación; y - determinar al menos una propiedad de adaptabilidad de dicho eje seleccionado basada en una o más cantidades monitorizadas.

Description

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DESCRIPCION

Metodo y sistema para determinar al menos una propiedad de un manipulador Campo tecnico

[0001] La presente invencion se refiere a un metodo y un sistema para la determinacion de al menos una propiedad tal como la adaptabilidad de un manipulador, y productos informaticos para la determinacion y utilizacion de la al menos una propiedad obtenida.

Antecedentes

[0002] Los robots han encontrado una amplia aplicacion en muchas areas de la industria. Algunas areas industriales implican trabajos peligrosos para la salud del ser humano o trabajos realizados bajo condiciones que no son posibles resistir para los seres humanos. Otras areas de la industria implican tareas repetitivas que pueden ser realizadas de forma mucho mas eficaz y precisa por un robot.

[0003] Muchos robots industriales comprenden un manipulador concebido para manipular materiales, donde el manipulador normalmente tiene un mecanismo tipo brazo que consiste en una serie de segmentos, cada uno denominado enlace a continuacion. El movimiento del manipulador puede bien ser efectuado manualmente por un operador o automaticamente mediante la realizacion de instrucciones segun un programa de usuario que define la tarea del robot. En este ultimo caso, el manipulador se controla mediante el programa de usuario cargado o introducido en un controlador para alcanzar una postura programada (posicion y orientacion para la colocacion de efector final deseada). El controlador es la parte del robot que controla el movimiento del manipulador por accionamiento de los movimiento de enlace a traves de motores, trenes de accionamiento y disposiciones mecanicas articuladas que forman un mecanismo con una determinada estructura cinematica.

[0004] El numero de parametros independientes que determinan un estado posicional de un cuerpo rigido (un enlace rigido) o de un mecanismo se denomina grado de libertad (DOF, en ingles Degree Of Freedom, tambien usado en plural como grados de libertad). Un cuerpo rigido libre en espacio tridimensional (Euclidian) tiene 6 DOF (tres traslacionales y tres rotacionales). Un enlace rigido o duro comprende tal cuerpo rigido. Cada par cinematico de enlaces esta conectado via una conexion que se desliza normalmente (la conexion tambien puede denominarse conexion prismatica, lineal o traslacional) o se articula (la conexion tambien puede denominarse conexion de revoluta o conexion rotacional). Una conexion tal limita cinco de cada seis DOF posibles de un enlace con respecto al otro en el par de enlaces, que en una configuracion no singular del manipulador anade un DOF al enlace final (que acaba con una brida final de montaje de herramienta) del manipulador. Mediante su estructura cinematica de enlaces y conexiones, DOF del manipulador (manipulador-DOF) se puede considerar como el numero minimo de coordenadas necesarias para especificar una configuracion cinematica.

[0005] Debido a que una herramienta, denominada efector final del robot (o de forma equivalente un cambiador de herramienta que permite cambios del efector final manualmente o sin asistencia manual), es otro cuerpo fisico que se mueve en el espacio euclideo, los manipuladores de 6 DOF son mas comunes dado que comprenden el minimo para la movilidad total del efector final, que para una configuracion no singular normal requiere 6 de las conexiones anteriormente mencionadas. Otros tipos de conexiones tales como las conexiones esfericas y cilindricas tambien existen, pero se pueden ver como combinaciones de las conexiones mas simples anteriormente mencionadas, y se denominan conexiones a continuacion. Las conexiones pueden ser, tal y como se ha mencionado, rotacionales o traslacionales, pero en ambos casos estan cubiertas de forma equivalente a continuacion. Esto corresponde a la nocion establecida de coordenadas de conexion generalizadas en la bibliografia sobre robotica. Las coordenadas de conexion del DOF del manipulador definen la configuracion cinematica, que tambien define el efector final plantean pero posiblemente no exclusivamente.

[0006] Una conexion se acciona tipicamente mediante un motor controlado por retroaccion via un tren de transmision incluyendo engranajes para reducir las rotaciones del motor a rotaciones de conexion de velocidad inferior. El tren de transmision es basicamente una transmision, pero suponemos que un motor ideal y cualquier dinamica de accionador/motor relevante se incluye en el tren de transmision. El tren de transmision se evita en una denominada conexion de accionamiento directo, pero debido a problemas practicos y fundamentales con accionamientos directos, casi todos los robots se construyen con un tren de transmision para cada conexion. La siguiente description, sin embargo, tambien cubre conexiones de accionamiento directo, siendo el caso especial de un tren de transmision conocido e ideal con relation de transmision uno. Aqui se refiere a la disposition tipica de una conexion y enlace, incluyendo su motor para accionamiento y cualquier tren de transmision, como un eje (plural: ejes).

[0007] La estructura cinematica completa de un manipulador incluye frecuentemente cinematica de conexion interna cuando los movimientos de conexion se acoplan dentro del manipulador, que es muy comun para movimientos de muneca como es el caso para el eje 5 y el eje 6 del manipulador 2 en la Fig. 1. Mientras que la cinematica de la conexion interna puede ser pertinente para las practicas de la presente invencion, podemos

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ignorarla en lo siguiente dado que los principios de la presente invencion se refieren a los movimientos que siguen a los pares de la conexion como si cada conexion hubiera sido del tipo de accionamiento directo. Por lo tanto, por cinematica nos referimos aqui a las conexiones y enlaces que forman la estructura de brazo del manipulador.

[0008] El mecanismo tipo brazo usual mencionado que comprende un manipulador se refiere tipicamente a un manipulador o mecanismo cinematico en serie puro (SKM, en la bibliografia se refiere a la nocion equivalente de una maquina cinematica en serie), lo que significa que cada enlace esta seguido de una conexion y luego el siguiente enlace forma una cadena en serie desde el pie (o base movil) del robot a la brida final. Alternativamente, las conexiones puede tambien estar dispuestas en paralelo, formando asi un manipulador cinematico paralelo (PKM). Un gran numero de combinaciones de estructuras SKM y PKM se pueden construir.

[0009] En las aplicaciones roboticas, tales como los de los robots industriales en la fabricacion, es altamente deseable que la postura fisica resultante, con ciertas tolerancias, concuerde con la postura programada. Para respaldar una especificacion eficiente de posturas para el efector final, bien manualmente o en el programa de usuario y posiblemente a partir de datos CAD, el controlador contiene por lo tanto un modelo cinematico del manipulador. El modelo cinematico incluye las conexiones y los enlaces y sus relaciones geometricas del manipulador, asumiendo aquellas partes que comprenden cuerpos rigidos. Dado que los manipuladores no son los bastante rigidos, habra desviaciones debido a la masa y las fuerzas del proceso, dando como resultado una desviacion en la ubicacion del efector final. Una desviacion entre la postura programada y la postura fisica, puede situarse en una ubicacion unica o en una multitud de ubicaciones a lo largo de una trayectoria, o en cualquier uso del robot. Gestionar las desviaciones por el usuario mediante ajustes en el programa de usuario o ensenando posturas programadas ligeramente de desviacion, limita la reutilizacion de las tareas del robot y aumenta el coste de programacion y despliegue de robots.

[0010] Durante las primeras decadas de la robotica, las desviaciones principales fueron debidas al control deficiente, tal como generacion de trayectorias inadecuadas (por ejemplo, sin considerar saturaciones de par de conexion) y compensation predictiva demasiado primitiva (por ejemplo, con errores de trayectoria resultantes de los errores de servo control de conexion). Conocer los parametros del manipulador detallados no habria sido util en los primeros sistemas ya que no habia funciones de control que los usaran. El uso extenso de control basado en modelos a partir de entonces, utilizando el conocimiento acerca de las propiedades del manipulador para optimizar el control, dio como resultado grandes mejoras de rendimiento y robots que aproximadamente realizaban lo programado a partir de mediados de los 80 en adelante. Todavia, los robots se desvian de su movimiento programado debido a falta de compensacion de control de varias propiedades de manipulador especificas. Un controlador moderno tipicamente tiene una estructura y funcionalidad adecuada para este tipo de compensacion pero carece de los datos especificos del robot real debido a falta de metodos practicos para obtener y mantener esos datos. Existe por tanto una necesidad de tratar estas desviaciones para obtener una desviacion los mas pequena posible de la postura programada, y por tanto una necesidad de un metodo practico para determinar las propiedades de manipulador relacionadas.

[0011] Existen diferentes causas para las desviaciones de la postura programada. Una causa pueden ser las inexactitudes en la geometria del enlace y la conexion, es decir debido a errores cinematicos. Los errores cinematicos se pueden gestionar por calibration cinematica, que esta disponible normalmente del fabricante del robot. Otra causa de desviaciones esta relacionada con las inexactitudes en la mecanica de la conexion y el brazo y/o el control de la dinamica del brazo durante el movimiento de alta velocidad, tal como saturation de par debido a modo de conexion o efectos de multicuerpos. Normalmente, tales desviaciones se gestionan por control basado en un modelo proporcionado por el fabricante del robot. Otra causa mas de desviaciones de una postura programada se basa en inexactitudes debido a la interaction de fuerza entre el efector final del manipulador y la pieza de trabajo, pero tambien debido a la gravedad y otras fuerzas que actuan sobre el manipulador. Tales desviaciones estan tambien relacionadas con la dinamica de la conexion alrededor o a lo largo del movimiento de la conexion debido a tolerancias de los cojinetes y otras partes de la conexion.

[0012] Los robots ligeros y los robots diestros con control altamente optimizado se hacen cada vez mas populares para aplicaciones industriales. Esto impone nuevas exigencias al control basado en modelos ya que otra fuente de desviaciones es la desviacion debida a la adaptabilidad de los enlaces del manipulador. Un enlace adaptable se puede definir como un enlace no fijo, es decir, un enlace que muestra algun grado de elasticidad. Otra fuente de desviaciones es la adaptabilidad de las conexiones del manipulador en direcciones diferentes de la direction de la rotation de la conexion, tal como en una direction ortogonal a la direction de la rotation de la conexion. Los robots industriales tienen mayor adaptabilidad que las herramientas de maquinas convencionales para el mecanizado de operaciones. Esto supone mayores requisitos en un modelo de elasticidad del robot para calcular la position del punto central de la herramienta real (TCP) cuando las fuerzas actuan sobre el robot.

[0013] Se han realizado intento para desarrollar una adaptabilidad de un modelo de enlace y conexion utilizando un modelo dinamico y cuasi estatico de un manipulador, tal como se describe en "Modeling and control of flexible manipulators" de Moberg S., Publicado en 2010 (XP055183134). La publication caracteriza conexiones adaptables como un sistema de masa de resorte 25 con cuatro enlaces, Enlace 1-Enlace 4, tres motores M1-M3

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y diferentes constantes de masas y resortes como se ilustra en la figura 2. La elasticidad de enlace se modela luego mediante una matriz de rigidez. Sin embargo, como Moberg admite facilmente, modelar el numero de conexiones no accionadas y sus ubicaciones no es facil. (La referencia de Mobergs a conexiones no accionadas se capturara en lo siguiente por nuestro concepto mas general de DOF elastico que representa conexiones y enlaces que se pueden deformar segun modelos de elasticidad)

[0014] Existen diferentes tipos de soluciones que tratan algunos tipos de desviaciones mencionados anteriormente, donde los sistemas opticos para mediciones de postura y seguimiento son los mas comunes. Tales sistemas, denominados sistemas de calibracion externa, se puede usar para compensation en linea de los movimientos de efector final sin parametros para las fuentes de desviaciones, o se pueden usar para calibrar los parametros del modelo cinematico. Aunque un sistema de calibracion de hoy en dia no captura parametros que describen desviaciones debido a la fuerza, los robots de alto nivel en la aplicacion comun son comparablemente rigidos y por lo tanto util. En muchos otros casos, bien los robots son menos rigidos o los requisitos de aplicacion de exactitud son mas exigentes, y la detection externa o la compensacion mejorada es altamente deseable. Si bien es aplicable en instalaciones de production a gran escala con un gran numero de robots, el coste del sistema de calibracion externa mencionado excede frecuentemente el coste de un robot unico. En las instalaciones de produccion a escala menor que dependen del funcionamiento de un o varios robots, tales sistemas de calibracion externa no son aplicables debido al coste prohibitivo. Un ejemplo de un sistema de calibracion externa se describe en WO9912082. Ademas de la calibracion, el par de deteccion de sensores externos o position de las conexiones o el intercambiador de herramientas pueden utilizarse para mejorar robustez contra la variation desconocida en el manipulador o en el proceso de fabrication, en el caso de que haya una interaction de fuerza entre la herramienta y la pieza de trabajo.

[0015] Otro metodo de calibracion se presenta en el articulo "Kinematic Calibration by Direct estimation of the Jacobian Matrix" de Bennet, Hollerbach y Henri presentado en el ICRA, 1992, en Niza, Francia (XP010027936). En el articulo, parametros de una matriz jacobiana de un robot se estiman agarrando primero el robot en una postura predefinida y luego accionando las conexiones del robot. Basado en la information de un sensor de fuerza/par externo fijado al enlace final cerca del punto de agarre, los parametros cinematicos desconocidos se pueden determinar entonces. La matriz jacobiana expresa la dependencia entre velocidades de punto final y velocidades de conexion, o correspondientemente para los fuerzas/pares. Datos obtenidos de un conjunto de tales accionamientos dan como resultado un conjunto de tales matrices, que se usan para calcular los parametros cinematicos. Incluso realizando la calibracion cinematica, tambien con el metodo basado en la fuerza/par descuidando la dinamica accionador a conexion, permanecen desviaciones debido a las fuerzas dinamicas e interacciones de fuerza con la pieza de trabajo.

[0016] Asi, la determination de los coeficientes de una matriz de rigidez descrita por Moberg usando sistemas de calibracion de manipulador convencionales como se describe anteriormente es bien no insignificante o tales sistemas de calibraciones no estan disenados sencillamente para medir y compensar la adaptabilidad de enlace y la adaptabilidad de conexion a lo largo de otras direcciones diferentes de la direccion primaria.

[0017] El articulo "Cartesian compliance model for industrial robots using virtual joints" de E. Abele et al, Prod. Eng. Res. Devel., 2008 (XP055183132), describe el modelado de una estructura de robot y la identification de sus parametros. En la fig. 3a, un metodo comun de una conexion elemental 30 se ilustra donde una torsion entre el lado de accionamiento (0Z) y el lado de emision del engranaje (q2) se ilustra, lo que se aplica si la elasticidad general se puede atribuir principalmente a la elasticidad de los engranajes. Las conexiones del robot y la conexion de la conexion con el enlace se consideran inflexibles. En la fig. 3b, una conexion virtual 31 se ilustra con dos DOF mas que la conexion elemental de la fig. 3a, y asi la adaptabilidad en dos DOF mas se puede considerar cuando se establece un modelo de la estructura del robot. Sin embargo, para poder medir la adaptabilidad de la conexion, solo una conexion a la vez se carga. Esto es, mientras se mide el eje (i) todos los ejes de la base al eje precedente (i-1) se deben fijar, con el eje identificado como la primera conexion que se mueve libremente, dando asi un proceso que consume bastante tiempo para determinar cualquier adaptabilidad del robot.

[0018] Por lo tanto, para reducir desviaciones por compensacion basada en modelos calibrados incluyendo adaptabilidad, las limitaciones de la tecnologia existente implican una necesidad de una forma mas precisa, simple y economica de determinar tales parametros de conexion y enlace roboticos.

Resumen

[0019] Es un objeto de la presente invention resolver al menos algunos de los inconvenientes de la tecnologia existente mencionados anteriormente.

[0020] Segun un primer aspecto, el objeto se obtiene al menos parcialmente con un metodo para determinar al menos una propiedad asociada a un eje seleccionado de un manipulador, donde el manipulador esta configurado para ser controlado por un controlador, y comprende al menos un eje que comprende una conexion y una

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conexion conectada a la conexion, donde la conexion esta configurada para ser accionada por un accionador. El metodo comprende:

- fijar una parte movil del manipulador a un punto en el espacio controlando el manipulador de manera que el manipulador logre una configuracion cinematica fijada;

- seleccionar un conjunto de conexiones de identificacion que comprende al menos una conexion del manipulador, donde al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion esta configurada para controlar y monitorizar dicho eje seleccionado cuya al menos una propiedad asociada se debe determinar;

- seleccionar un conjunto de conexiones de excitacion que comprende al menos una conexion del manipulador que para la configuracion cinematica fijada del manipulador esta configurado para excitar al menos un enlace conectado a al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion;

- seleccionar un conjunto de conexiones de configuracion de agarre del manipulador;

- accionar dicho conjunto de conexiones de excitacion, de manera que dicho eje seleccionado sea excitado mientras controla el conjunto de conexiones de configuracion de agarre de manera que la configuracion cinematica fijada se mantenga;

- monitorizar una o mas cantidades relacionadas con el par accionador y/o la posicion de la conexion para al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion y/o conjunto de conexiones de excitacion;

- determinar al menos una propiedad de dicho eje seleccionado basada en una o mas cantidades monitorizadas.

[0021] Con el metodo es posible determinar propiedades tales como la adaptabilidad de enlaces y conexiones del manipulador, y luego usar las propiedades para lograr un control mas preciso del manipulador. No hay necesidad de desmontar ningun componente del manipulador para determinar las propiedades, de este modo un metodo mas rapido y mas rentable que los metodos precedentes se consigue.

[0022] Segun una forma de realizacion, el metodo comprende la determination de al menos una propiedad del eje seleccionado basada en una combination de la o las cantidades monitorizadas relacionadas con par de accionador y/o posicion de conexion. Asi, un numero superior de propiedades se pueden determinar.

[0023] Segun una forma de realizacion, el metodo comprende la determinacion de al menos una propiedad para una pluralidad de ejes seleccionados del manipulador. Asi, diferentes propiedades se pueden determinar.

[0024] Segun una otra forma de realizacion, el metodo que comprende la repetition del metodo donde la configuracion cinematica fijada obtenida del manipulador es diferente de una, en el metodo, configuracion cinematica fijada lograda previamente del manipulador, y la determinacion de al menos una propiedad del eje seleccionado basada en las propiedades determinadas del eje seleccionado en las diferentes configuraciones cinematicas fijadas. Al variar la configuracion cinematica fijada una pluralidad de cantidades se pueden obtener para determinar mas precisamente al menos una propiedad.

[0025] Segun otra forma de realizacion, la etapa de determinacion de al menos una propiedad comprende determinar una matriz de rigidez del manipulador para el manipulador basado en una o mas cantidades monitorizadas. La matriz de rigidez del manipulador se compone de una o mas matrices de rigidez de los componentes, por ejemplo matrices de rigidez de enlace, para determinar las propiedades de rigidez del manipulador completo.

[0026] Segun una forma de realizacion, el metodo comprende propiedades de organizacion segun una estructura de la matriz de rigidez del manipulador que se refiere a desplazamientos posiblemente desconocidos de enlaces y conexiones a pares y fuerzas tales que cualquier combinacion de enlaces en serie y paralelos se puede considerar modelado, facilitando asi la determinacion de estas propiedades. Las propiedades pueden ser parametros de rigidez del manipulador.

[0027] Segun otra forma de realizacion, la etapa de determinar al menos una propiedad comprende la realizacion de una optimization basada en una o mas cantidades monitorizadas. El manipulador puede estar provisto de un sensor configurado para generar una senal de sensor con datos de sensor cuando esta en la configuracion cinematica fijada, y donde el metodo comprende ademas datos de sensor del manipulador en la optimizacion. El sensor puede ser un sensor de fuerza configurado para generar una senal de sensor con datos de fuerza.

[0028] Segun una forma de realizacion, la al menos una conexion del conjunto de conexiones de configuracion de agarre no es parte del conjunto de conexiones de identificacion y el conjunto de conexiones de excitacion. Asi, las conexiones del conjunto de conexiones de configuracion de agarre no afectara a los otros conjuntos de conexiones, ni a las cantidades monitorizadas. Segun una forma de realizacion, el conjunto de conexiones de configuracion de agarre se controla de manera que el conjunto de conexiones de configuracion de agarre no influya sustancialmente en la determinacion de la al menos una propiedad asociada al eje seleccionado.

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[0029] Segun una forma de realizacion, el metodo comprende la comparacion de al menos una propiedad con un valor de propiedad obtenido previamente o valor de propiedad predefinido, que determina un valor de diferencia entre al menos una propiedad y el valor de propiedad obtenido precedente o valor de propiedad predefinido, comparando el valor de diferencia con un valor de umbral de diferencia y determinando el desgaste del manipulador basado en el resultado de la comparacion. Asi, el desgaste del manipulador se puede determinar analizando si la propiedad determinada difiere de cualquier valor de propiedad obtenido previamente, o un valor de propiedad predefinido representando una propiedad con, por ejemplo, esencialmente ningun desgaste.

[0030] Segun una forma de realizacion, el manipulador es un manipulador cinematico paralelo. El manipulador puede en cambio ser un manipulador cinematico en serie. Asi, el metodo se puede usar en cualquier caso.

[0031] Segun otra forma de realizacion, el metodo comprende la obtencion de parametros cinematicos especificos mediante la calibration cinematica de un manipulador, y actualization de parametros cinematicos del manipulador basados en al menos una propiedad determinada del eje seleccionado. Asi, el manipulador se puede calibrar mejor utilizando la al menos una propiedad obtenida. Los parametros cinematicos que se tienen que actualizar pueden ser parametros nominales del manipulador o parametros cinematicos obtenidos con metodos de calibracion tradicionales.

[0032] La divulgation tambien se refiere al uso de la determinada al menos una propiedad determinada segun cualquiera de las etapas del metodo tal y como se describe aqui, para actualizar parametros cinematicos nominales del manipulador. Ademas, el metodo se refiere al uso de la determinada al menos una propiedad determinada segun cualquier de las etapas del metodo como se describe aqui, para actualizar los programas roboticos o parametros de control de movimiento del manipulador. Asi, la exactitud del control del manipulador puede ser mejorada.

[0033] Segun un segundo aspecto, el objeto se obtiene al menos parcialmente por un sistema para determinar al menos una propiedad asociada a un eje seleccionado de un manipulador. El sistema comprende un manipulador con al menos un eje que comprende una conexion y una conexion conectada a la conexion. El sistema comprende ademas al menos un accionador configurado para accionar la conexion y un controlador configurado para controlar el manipulador, donde el controlador comprende una unidad de control y una unidad de almacenamiento legible por ordenador que comprende instrucciones configurada para hacer de unidad de control:

- fijar una parte movil del manipulador a un punto en el espacio controlando el manipulador de manera que el manipulador logre una configuration cinematica fijada;

- seleccionar un conjunto de conexiones de identification que comprende al menos una conexion del manipulador, donde la al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion esta configurada para controlar y monitorizar un enlace de dicho eje seleccionado cuya asociada al menos una propiedad tiene que ser determinada;

- seleccionar un conjunto de conexiones de excitation que comprende al menos una conexion del manipulador que para la configuracion cinematica fijada del manipulador esta configurada para excitar al menos un enlace conectado a al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion;

- seleccionar un conjunto de conexiones de configuracion de agarre del manipulador;

- accionar el conjunto de conexiones de excitacion, de manera que el eje seleccionado se excite mientras se controla el conjunto de conexiones de configuracion de agarre de manera que la configuracion cinematica fijada se mantenga;

- monitorizar una o mas cantidades relacionadas con el par accionador y/o la position de conexion para al menos una conexion en el conjunto de conexiones de identificacion y/o en el conjunto de conexiones de excitacion;

- determinar al menos una propiedad del eje seleccionado basada en una o mas cantidades monitorizadas;

- generar una senal de propiedad que indica al menos una propiedad.

[0034] Segun un tercer aspecto, la divulgacion se refiere a un programa informatico (P) asociado a un sistema, donde el programa informatico (P) comprende instrucciones informaticas configuradas para hacer que una unidad de control realice el metodo segun cualquiera de las etapas tal y como se describen aqui.

[0035] Segun un cuarto aspecto, la divulgacion se refiere a un producto de programa informatico que comprende instrucciones informaticas almacenadas en un medio de almacenamiento legible por ordenador para ejecutar el metodo segun cualquiera de las etapas tal y como se describe aqui. La divulgacion tambien se refiere a un producto de programa informatico que comprende al menos una propiedad obtenida al realizar el metodo segun cualquiera de las etapas tal y como se describe aqui, donde al menos una propiedad se almacena en un medio de almacenamiento legible por ordenador.

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Breve descripcion de los dibujos

[0036] A continuacion se describe la invention en detalle con referencia a las figuras anexas, de las cuales:

La fig.1 muestra un sistema para determinar las propiedades de enlace y de conexion de un manipulador segun una forma de realization de la presente invencion.

La fig. 2 ilustra un modelo del estado de la tecnica de un manipulador con adaptabilidad de enlace y conexion.

La fig. 3a muestra un modelo del estado de la tecnica de una conexion adaptable elemental.

La fig. 3b muestra un modelo del estado de la tecnica de una conexion con adaptabilidad en direcciones diferentes del DOF de esta conexion.

La fig. 4 ilustra en modo simplificado un manipulador con conexiones y enlaces adaptable.

La fig. 5 ilustra adaptabilidad de una barra ideal.

La fig. 6a ilustra una parte de un manipulador con un enlace adaptable y sus conexiones adyacentes con adaptabilidad indicada.

La fig. 6b ilustra una perspectiva bidimensional de la figura 6a con adaptabilidad de conexion indicada.

La fig. 6c ilustra la direction de la fuerza gravitacional sobre un enlace adaptable.

La fig. 6d ilustra como la fuerza gravitacional de la figura 6c puede estar representada por dos partes de manera que las ecuaciones siguientes se simplifiquen.

La figura 6e ilustra un ejemplo especial de adaptabilidad de enlace.

La fig. 7 ilustra un diagrama cinematico del manipulador de la fig. 1.

La fig. 8 ilustra un ejemplo de representation de desviaciones debido a adaptabilidad, correspondiente a un determinada configuration cinematica del manipulador de la fig. 1.

La fig. 9 muestra un diagrama de flujo de una forma de realizacion del metodo segun la presente invencion. La fig. 10 ilustra un ejemplo de deformation de enlace y conexion.

La fig. 11a ilustra un ejemplo de un ensamblaje de una matriz de rigidez global para el ejemplo en la fig. 10. La fig. 11b ilustra un ejemplo de ensamblaje de una matriz jacobiana de total global para el ejemplo ilustrado en la fig. 10.

Las figuras 12a-12d ilustran un manipulador con dos conexiones y tres enlaces en diferentes configuraciones cinematicas fijadas y la adaptabilidad resultante cuando el manipulador se acciona segun el metodo.

Las figuras 13a-13b ilustran diferentes ciclos de carga del eje 2 y eje 3 de otro robot.

Descripcion detallada Definiciones de caracteristicas

[0037] Robot: una combination de un manipulador y un controlador que esta configurado para controlar el movimiento del uno o mas ejes del manipulador.

[0038] Manipulador: un brazo mecanico que comprende uno o mas ejes que forman una o mas cadenas cinematicas.

[0039] Eje (plural: ejes): una conexion y una conexion, incluyendo motor para accionamiento y cualquier tren de transmision. Conexion: uno o mas enlaces que estan interconectados por conexiones. Rigidez: es la rigidez de

k = Fun objeto, definida como ° para un objeto elastico con un DOF, donde F es la fuerza aplicada al objeto, y 5

k=-

es el desplazamiento producido por la fuerza a lo largo del mismo DOF, o e definiendo la rigidez rotacional, donde M es el momento o par aplicado, y 9 es el desplazamiento rotacional producido por el momento aplicado, 7 M 7 F

k = — k = -

o o describiendo como el par da lugar al movimiento, o y describiendo como la fuerza da lugar al desplazamiento.

Adaptabilidad: lo contrario de la rigidez.

[0040] Enlace adaptable: un enlace no fijo. Un enlace adaptable tiene su masa distribuida entre las dos conexiones que conecta y por lo tanto formalmente tiene DOF y series infinitas de modos resonantes debido a la fisica de una masa distribuida. Para la presente invencion solo la frecuencia de resonancia minima es pertinente, como un indicador de la adaptabilidad de los enlaces con una masa determinada. Esta frecuencia se puede medir en movimiento libre, y se puede usar tambien como una limitation de rendimiento, pero no es una parte central del metodo. Del mismo modo, la inercia del enlace en si puede ser aproximada por una masa englobada en el centro de gravedad. Ademas, el modelo elastodinamico determinado en la configuracion fijada es el modelo cuasi estatico correspondiente que es suficiente para la compensation por desviacion debido a fuerzas de proceso. Con esta simplification, un enlace adaptable se considera que tiene seis DOF adicionales que

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especifican el final del enlace (la postura de la siguiente conexion en la cadena cinematica) con respecto al principio de este enlace (la postura de la conexion precedente).

[0041] Matriz de rigidez de componentes: una matriz usada para la deformacion de componentes modelo tal como la deformacion de enlace debido a las fuerzas de conexion y/o impulsos rotativos. La matriz de rigidez se usa como un mapeo lineal, asumiendo que las desviaciones de enlace son pequenas en comparacion con los tamanos y movimientos de enlace. La deformacion del enlace se puede definir en un sistema de coordenadas locales del enlace y luego transformar en un sistema de coordenadas globales.

[0042] Matriz de rigidez del manipulador: mientras que una matriz de rigidez de componentes puede ser constante, la rigidez del manipulador varia con la configuracion, que es definida por las coordenadas de conexion (que tiene elementos DOF del manipulador). Aqui, la diferencia entre el movimiento del motor y del enlace se puede omitir en la practica, ya que incluso los efectos de los trenes de accionamiento grandes tienen una influencia mas bien pequena en el movimiento. Esto es, ademas de las posturas singulares, los angulos motorizados representan los angulos de conexion suficientemente bien. Para cada configuracion unica las matrices de rigidez de enlace se pueden asociar, formando asi una matriz de rigidez de manipulador mayor (MSM). La MSM tambien se denomina matriz de rigidez Global.

[0043] Adaptabilidad de conexion ortogonal: la adaptabilidad de un enlace en cualquier direction que sea ortogonal al movimiento descrito por una coordenada libre de la conexion que representa el movimiento de la conexion. Adaptabilidad de conexion no ortogonal: la adaptabilidad de un enlace a lo largo o alrededor de la coordenada de movimiento. La adaptabilidad no lineal se incluye en las propiedades del tren de accionamiento de la conexion (que se puede determinar primero y por lo tanto es posible que compense, o se evite alternativamente seleccionando una configuracion de postura fijada a medida), y por lo tanto para comprender la presente invention se puede asumir que la adaptabilidad de la conexion no ortogonal es lineal. Fuerza de gravedad del enlace: para un SKM, la masa del enlace produce fuerzas de gravedad que necesitan ser equilibradas por pares de union de los ejes adyacente. Para un PKM, conjuntos de enlaces paralelos tienen que equilibrar las fuerzas de gravedad en consecuencia. En ambos casos, potencialmente para cualquier conexion dependiendo de la configuracion cinematica, fuerzas (proceso o gravedad) que actuan sobre la brida final (por ejemplo la gravedad del efector final montado, o las fuerzas de reaction debido a una position fijada) se pueden anadir a las fuerzas que actuan en cada eje. Una caracteristica de los experimentos de fijacion es que las fuerzas de gravedad se pueden equilibrar desde el lado de la brida final, permitiendo asi pares de conexion pequenos/cero (por ejemplo para determinar el juego) a pesar de las fuerzas de gravedad grandes. Cualquiera de los casos anteriores estan cubiertos por lo siguiente, aunque las descripciones se focalizan en el caso del SKM por motivos de claridad y uso industrial comun.

[0044] Influencia de la gravedad en la conexion: tipicamente, para practicamente todos los robots del mercado actual, el efecto mayor de la gravedad es por la influencia del cuerpo rigido correspondiente en las conexiones precedentes en la cadena cinematica. Esta influencia gravitacional se mide mejor en movimiento de espacio libre, la mayoria practicamente en el momento de las mediciones de friction de espacio libre (pero considerando el par medio durante el movimiento lento bidireccional antes que la histeresis que refleja la friccion), con suficientes configuraciones cinematicas para determinar el par accionador requerido para contrarrestar la fuerza de gravedad. Las relaciones de transmision se conocen (a partir de hojas de datos o de mediciones que son triviales para la persona experta), y por lo tanto la transformation lineal entre los pares de conexion y enlace se conocen, y por lo tanto la fuerza de gravedad del enlace (rigido) se puede considerar de forma equivalente en el lado motorizado de cada conexion. La friccion no simetrica puede danar la exactitud de la identification por gravedad, asi en este caso diferentes cargas utiles (que cambian la gravedad pero no la friccion) pueden usarse.

[0045] Influencia de la gravedad en el enlace: ademas de la influencia de gravedad en la conexion, la gravedad de un enlace adaptable influye en la forma del enlace en si (vease figura 8 que describe el caso 2D), lo que significa que la gravedad se anade al plegado del enlace.

[0046] Configuracion cinematica fijada: una configuracion del manipulador donde el manipulador (o cualquier parte movil de este) se fija en una postura bien definida.

[0047] Conjunto de conexiones de identificacion: un conjunto de conexiones, incluyendo al menos una conexion, que en una determinada configuracion fijada se configuran para controlar y monitorizar el eje, o ejes, que se refieren al conjunto correspondiente de enlaces con propiedades por determinar. Estos control y monitorizacion configurados se realizan mediante algun controlador, que controla asi este conjunto de conexiones que accionan los enlaces con las propiedades por determinar.

[0048] Conjunto de conexiones de excitation: un conjunto de conexiones, minima y tipica (por ejemplo la conexion dadas las mejores condiciones para ejercer fuerzas que permitan la identificacion), que para la configuracion cinematica fijada presente excita uno o mas enlaces accionados por una o mas conexiones pertenecientes al conjunto de conexiones de identificacion. Aqui, "excitar" se refiere a efectuar el o los enlaces accionados o dirigidos por las conexiones que pertenecen al conjunto de conexiones de identificacion.

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[0049] Conjunto de conexiones en configuracion de agarre: conexiones que no pertenecen ni al conjunto de conexiones de excitacion ni al conjunto de conexiones de identification. Estas conexiones son controladas de manera que se alcanza una configuracion cinematica de manera que estas conexiones sustancialmente no influyan en la identificacion de propiedades de eje, y de manera que la postura fijada se mantenga.

[0050] Propiedad: una propiedad es cualquier adaptabilidad lineal de una conexion o un enlace, adaptabilidad ortogonal de una conexion, adaptabilidad no lineal de un enlace, o juego ortogonal de una conexion. Una propiedad se puede determinar como un valor de rigidez para enlaces y conexiones.

Sistema

[0051] En la fig. 1 un sistema 1 segun una forma de realization se ilustra y se explicara a continuation con referencia a esta figura. El sistema 1 comprende un manipulador 2, aqui ilustrado con seis conexiones 3, 5, 7, 8, 11, 12 y seis enlaces 4, 6, 9, 10, 13, 14. Cada conexion 3, 5, 7, 8, 11, 12 esta configurada para ser accionada por un accionador tal como un motor (no mostrado), bien directa o indirectamente via una transmision (aqui denominada tren de transmision, no mostrado), de manera que las rotaciones motorizadas se conviertan en movimientos de velocidad inferior como se indica por las flechas gruesas. Las flechas gruesas ilustran como cada enlace 4, 6, 9, 10, 13,14 se puede mover alrededor de su conexion conectada 3, 5, 7, 8, 11, 12. La conexion 3 y su enlace conectado 4 a ella crean juntos el eje 1. La direction de movimiento para el eje 1 cuando el enlace 4 es rotado alrededor de la conexion 3 se indica las flechas gruesas denominado eje 1. Ademas, la conexion 5 esta conectada a un enlace 6 que forma el eje 2. La direccion de movimiento para el eje 2 cuando la conexion 6 es rotada alrededor de la conexion 5 se indica por las flechas gruesas denominadas eje 2. El eje 3 es el movimiento del enlace 9 alrededor de la conexion 7, pero el accionamiento viene a partir de un tren de transmision que efectua el enlace 23, que denominamos conexion paralela para el eje 3. Como sigue, la conexion 8 junto con el enlace 10 forma el eje 4, la conexion 11 junto con el enlace 13 forma el eje 5 y la conexion 12 junto con el enlace 14 forma el eje 6. Su direccion de movimiento, respectivamente, se indica en la figura por las flechas. Para simplicidad, y dado que la presente invention se refiere a las conexiones del lado de brazo y mecanismo de enlaces, los accionadores/motores y trenes de accionamiento que son parte de cada eje no se muestran ni se hacen referencia.

[0052] Un intercambiador de herramienta 16 (mostrado separado en la fig. 1) se puede montar con su lado de manipulador en una brida de montaje de herramienta 15, y varias herramientas o efector finales se pueden unir al intercambiador de herramienta 16 en su lado de herramienta.

[0053] Tal manipulador de seis conexiones 2 tambien se denomina manipulador de seis DOF dado que puede situar un efector final unido fijado a la brida de montaje de herramienta 15 en seis DOF en un area de trabajo del manipulador 2. El sistema 1 puede comprender cualquier numero de conexiones, es decir, una o una pluralidad de conexiones, y cualquier numero de enlaces conectados a una o mas conexiones, y los numeros no son criticos para realizar la invencion.

[0054] El sistema 1 comprende ademas un controlador 19 que comprende una unidad de control 20 y una unidad de almacenamiento legible por ordenador 21 con instrucciones configurado para ejecutar el metodo segun cualquiera de las formas de realizacion como se describe aqui. Mas especificamente, el sistema 1 se configura para determinar al menos una propiedad asociada a un eje seleccionado de un manipulador 2, y el controlador 19 se configura para generar una senal de propiedad que indica al menos una propiedad.

[0055] El controlador 19 se configura para controlar movimiento del manipulador 2 y opcionalmente de un elemento de acoplamiento 18. Dependiendo de la preferencia, el controlador 19 puede ser externo en forma de un controlador accionado manualmente o automaticamente 19 (o un ordenador digital) o interno, es decir incorporado en el propio manipulador 2.

[0056] El manipulador 2 puede comprender sensores incorporados, tales como codificadores o solucionadores fijados a los ejes de motor o similares, para detectar las posiciones de los accionadores de las conexiones 3, 5, 7, 8, 11,12 para detectar una position de efector final en relation con un sistema de coordenadas interno que abarca un espacio de conexion y para relacionar la posicion del efector final con un sistema de coordenadas externo (que normalmente abarcar un espacio cartesiano). Estos sensores, normalmente usados para el control de la realimentacion del manipulador, se pueden tambien segun la presente invencion para determinar los datos que pueden utilizarse para determinar las propiedades de conexion y de enlace tales como la adaptabilidad. Parametros tales como velocidad de movimiento, fuerza, o rigidez se pueden transformar entre el espacio de conexion y el espacio cartesiano. De una manera similar, los parametros que describen el espacio accionador, tales como angulos de motor de conexion accionados por fuerza o par, se puede traducir en parametros que describen el espacio de la conexion, tales como posiciones de conexion como las conocidas de la calibration cinematica. Por lo tanto, dadas las condiciones de control apropiadas, los datos de la detection de cantidades de motor que se puede esperar que contengan information acerca de las propiedades generales del manipulador,

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tales como la adaptabilidad de enlaces y por lo tanto desviaciones de las posiciones del efector final debido a la carga util y fuerzas externas.

[0057] El manipulador 2 se puede acoplar o unir a un elemento de sujecion 18 como se ilustra en la figura o a otro elemento de sujecion de manera que el manipulador 2 logre una configuracion cinematica fijada. Una forma para conseguir una configuracion cinematica fijada es dejar el controlador 19 (automaticamente o mediante comandos manuales) controlar el manipulador 2 de manera que una parte movil del manipulador 2 alcance un punto en el espacio donde un elemento de sujecion 18 esta localizado. La parte movil es tipicamente la brida final del ultimo enlace del manipulador 2, preferiblemente equipado con un intercambiador de herramientas 16. El intercambiador de herramientas 16 encaja preferiblemente en su lado de herramienta con una parte de acoplamiento del elemento de sujecion 18, por ejemplo una protuberancia 17. El punto en el espacio es aqui determinado asi por la posicion de la protuberancia 18. El controlador 19 tambien puede controlar el elemento de sujecion 18 para proporcionar un punto determinado en el espacio para que el manipulador 2 se acople. Cualquier combination del movimiento de manipulador y el movimiento de elemento de sujecion se puede usar, siempre y cuando el manipulador logre un estado fijado deseado.

[0058] Dependiendo de que propiedades se quieran obtener, un o unos cuantos puntos fijos definidos, por ejemplo por el lado de herramienta del intercambiador de herramientas 16 pueden estar provistos en el area de trabajo del robot. Utilizar un elemento de sujecion reconfigurable 18 como se muestra en la figura 1 permite que el ensamblaje tenga lugar en una ubicacion, por ejemplo fijo y suave mediante patas desbloqueadas del elemento de sujecion 18 con topes finales adaptables, que permiten el ensamblaje de alta velocidad. A partir de este momento, la sujecion tiene lugar mediante el bloqueo de las patas del elemento de sujecion 18 en una ubicacion establecida por el manipulador 2. Las ubicaciones se pueden controlar manual o automaticamente.

[0059] Los puntos en el espacio, o el elemento de sujecion 18, se asume por simplicidad que son rigidos en comparacion con la adaptabilidad del manipulador, pero el metodo se puede extender facilmente al agarre adaptable. Esto es, el elemento de sujecion 18 no es rigido, pero tiene una rigidez conocida o predeterminada. La rigidez del elemento de sujecion 18 se puede medir por sensores de posicion y de fuerza, y determinar por metodos estandar o segun la presente invencion como una extension del manipulador 2. Casos especiales son brazos de manipulador multiples, con uno o mas controladores, que se acoplan entre si y ejercen fuerzas de agarre de una manera alternante. El elemento de acoplamiento 18 mostrado en la figura 1 es un mecanismo paralelo que comprende una forma eficiente de proporcionar posturas de sujecion relocalizables pero rigidas.

[0060] Otro ejemplo de un mecanismo paralelo se puede ver como parte del manipulador 2 de la figura 1, donde el accionamiento de la conexion 7, por tanto el eje 3, es mediante una barra paralela 23 conectada al enlace 9. Esta barra podria ser considerada como un enlace paralelo dentro de un PKM que es parte del SKM general. En cambio, el enlace 9 se puede considerar como parte de la conexion 7. Se supone entonces que el enlace 9 solo transfiere fuerzas a lo largo de su direction, es decir, solo transfiere fuerzas de traction y/o de empuje sin flexion y/o torsion significativa de manera que las propiedades elastodinamicas del enlace 9 se pueden incluir en las propiedades de la conexion que se pueden determinar segun, por ejemplo, el metodo descrito en WO2014065744A1. Con esta suposicion cumplida, este tipo de conexion se denomina conexion paralela y el manipulador es un SKM.

[0061] Algunos robots y/o maquinas de alta precision tienen disposiciones paralelas en el tren de accionamiento, por ejemplo, en cuanto a motores dobles actuando parcialmente uno contra el otro para evitar efectos de juego. La situation en la que hay mas motores y/o accionadores que DOF se denomina sobreaccionamiento de la conexion en el caso descrito. Las propiedades de ambas ramas de accionamiento se pueden determinar de una en una mediante experimentos dobles para un tren de transmision accionado por dos motores. Asi, una conexion sobreaccionada es un caso especial del metodo presentado en WO2014065744A1 y no se cubre mas aqui. En caso de conexiones paralelas o enlaces paralelos, sobreaccionamiento se refiere a cargar algunas conexiones y enlaces unos contra otros.

[0062] La evitacion mencionada de sobreaccionamiento significa que algunos accionadores o conexiones se hacen pasivos, temporalmente durante la identification de las propiedades de interes. Un robot puede tambien incluir una conexion pasiva, para su uso especial durante la operation normal o reconfiguration. Tal conexion se puede bloquear en un angulo especifico que hace que la configuracion cinematica restante sea particularmente muy adecuada para la tarea en cuestion. Esto puede ser temporalmente pasivo como parte de un comportamiento dinamico especial (tal como un movimiento oscilante), o puede obtener un angulo resultante debido a algun mecanismo externo. En cualquier caso, las conexiones pasivas pueden ser parte de la configuracion cinematica en la siguiente description. Un manipulador 2 es, por defecto y segun las practicas industriales actuales, accionado por completo, mientras que un manipulador subaccionado tiene un numero inferior de ejes que DOF. Las conexiones pasivas representan el subaccionamiento. Aquellas conexiones y los enlaces conectados se pueden luego administrar por el mismo metodo con bloqueo adecuado y/o fijacion o tal conexion no influye en el movimiento via las propiedades de interes, y por lo tanto las conexiones pasivas son manejables pero no se describen aqui.

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[0063] Otro tipo de manipulador es el que tiene un DOF de manipulador que es superior al DOF de efector final requerido, el ultimo es posiblemente menos de seis en caso de aplicaciones y herramientas que de por si dejan uno o mas DOF sin especificar. Ejemplos tipicos son la soldadura y el fresado. Un eje de rotacion idealmente no importa desde el punto de vista de una aplicacion, la herramienta es simetrica rotacional. Por lo tanto, muchos robots para soldadura de arco tienen solo cinco DOF, y en la manipulation de materiales hay robots con cuatro DOF para el paletizado. Sin embargo, muchos robots hoy tienen seis DOF, luego dando como resultado, por ejemplo un DOF redundante para soldadura de arco y dos DOF para el paletizado. Un manipulador con al menos un DOF redundante es un manipulador redundante, que permite movimientos en el denominado espacio nulo; un movimiento de espacio nulo consiste en el movimiento de conexiones y enlaces pero no de manera efectiva el efector final. Aunque tal manipulador en principio es innecesariamente costoso (debido al eje/los ejes extra), la redundancia cinematica es util de manera practica (por ejemplo, para mejor rigidez durante fresado, orientation de tubos para la pistola de soldadura, etc.). Dado que el movimiento redundante de la herramienta normalmente no coincide con el movimiento resultante de cualquier eje especifico, todos los ejes del manipulador tienen que ser bien controlados, y por lo tanto continua la necesidad de identificar propiedades de manipulador.

[0064] Manipuladores redundantes con dos o mas brazos, cada uno con siete o mas DOF como el brazo humano, son cada vez mas importantes dado que son bien adecuados para realizar tareas en lugares de trabajo humanos. Tal manipulador permite por ejemplo la orientacion de un codo de manera que se mejoren las compensaciones entre accesibilidad, fuerza, estabilidad y espacio. Una aplicacion tipica es el ensamblaje, que requiere normalmente seis DOF para la pieza y para la herramienta que la sostiene, dejando asi una redundancia de DOF que forma un espacio nulo. El movimiento del espacio nulo luego consiste en mover conexiones y enlaces pero no el efector final. Los movimientos de espacio nulo pueden llevarse a cabo, cambiando asi la configuration cinematica, tambien si el efector final ha obtenido una postura fijada. Esto supone, sin embargo, que un robot perfectamente rigido tambien tiene un modelo cinematico perfectamente correcto para evitar una configuracion sobreaccionada fisicamente imposible en alguna dimension, o que un robot con algunos errores cinematicos tambien tenga alguna adaptabilidad. Esto ultimo es la situation realista y tipica con robots adaptables, que lleva al resultado de afrontar con variaciones y desviaciones en aplicaciones practicas debido a adaptabilidades de conexion y enlace.

Adaptabilidad

[0065] La figura 4 ilustra esquematicamente un modelo de la elasticidad de un manipulador 40 con enlaces elasticos 43, 45 y 47 y conexiones elasticas 42, 44 y 46. Por el modelado de la estructura del manipulador usando conexiones elasticas y enlaces elasticos se puede describir un comportamiento de adaptabilidad del manipulador 40. El manipulador 40 se une a una base rigida 41. Cada uno de los enlaces elasticos 43, 45 y 47 esta representado por un elemento de muelle lineal con un determinada constante de muelle que caracteriza el inverso de la adaptabilidad del enlace. Los enlaces elasticos 43, 45, 47 se consideran cada uno que tienen una longitud constante. Las conexiones elasticas 42, 44 y 46 estan representadas por un elemento de muelle como se ilustra en la figura. Ademas, los elementos de muelle se considera que dan lugar a desviaciones mas bien pequenas. A continuation se describe como la elasticidad ilustrada da lugar a adaptabilidad de enlaces y conexiones de un manipulador 2 y como la adaptabilidad se puede determinar como propiedades de los enlaces y conexiones. Las propiedades pueden comprender, por ejemplo, adaptabilidad lineal de una conexion o un enlace, adaptabilidad ortogonal de una conexion, adaptabilidad no lineal de un enlace, o juego ortogonal de una conexion.

[0066] La figura 5 ilustra una barra elastica ideal 50 bajo la influencia de fuerza y par cuando uno de sus extremos esta sujeto rigidamente y el otro extremo esta libre para moverse. Con barra elastica ideal se entiende aqui que para deformaciones elasticas pequenas la barra tiene un comportamiento esencialmente lineal. Cuando la barra 50 ya no esta bajo la influencia de fuerza y par, la barra 50 volvera a su forma y orientacion originales y asi aqui se extendera uniformemente a lo largo de un eje principal 51. La barra 50 asi se extiende a lo largo del eje principal 51 y tiene una altura A y un ancho B. Un enlace de un manipulador se puede caracterizar como una barra elastica ideal 50. Como se puede observar de la figura, la barra 50 se desvia cuando se ejerce a fuerza y/o par doblando y retorciendo hacia afuera desde el eje principal 51 de la barra 50. Ademas, un modelo elastodinamico del manipulador 2 determinado en una configuracion fijada del manipulador es el modelo cuasi estatico correspondiente que es suficiente para compensation de desviaciones debido a fuerzas de proceso. Esto es, el modelo dinamico completo con inercias mas precisas y resonancias multiples (cada una contribuyendo formalmente con algun DOF elastico adicional) se pueden usar internamente en el controlador 19, pero se pueden ignorar en lo siguiente ya que tratamos con exactitud para robots para realizar mejor sus tareas en lugar de la dinamica del control de conexion. Con esta simplification, podemos considerar un enlace adaptable que tiene seis DOF elasticos adicionales que especifican el extremo del enlace, es decir, la postura de la conexion siguiente, con respecto al principio de ese enlace, es decir, la postura de la conexion precedente. Adaptabilidad de la barra 50 se puede caracterizar por desviacion angular del eje principal 51 usando desplazamientos traslacionales y angulares 5z, 5y, £x, £y y £z, como se ilustra en la Fig. 5. El eje x se extiende a lo largo del eje principal 51 de la barra 50, el eje y se extiende a lo largo de la altura a del enlace 50, y el eje z se extiende a lo largo del ancho b del enlace 50. En la figura 5z y 5y representan alargamiento a lo largo de los ejes

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z e y respectivamente, tx representa torsion de la barra 50, £y representa rotacion alrededor del eje y y £z representa rotacion de la barra 50 alrededor del eje z.

[0067] La figura 6a ilustra un enlace elastico 60 en un sistema de coordenadas tridimensional definido por los ejes x, y, z correspondientes al sistema de coordenadas en la fig. 5. El enlace elastico 60 esencialmente tiene el comportamiento elastico de la barra ideal 50 como se muestra en la fig. 5, y se ejerce aqui a la fuerza y/o par correspondiente en cuanto a la barra ideal 50. La forma curvada del enlace 60 por supuesto dependera de su forma y de los materiales de los que esta hecho. Tipicamente, la forma doblada se puede calcular utilizando el metodo de elementos finitos bien conocido (FEM), y tal analisis (por ejemplo, de un enlace unico) puede incluso ser incorporado en el esquema computacional segun la presente invencion (que se describe basado en la misma base teorica en la que se basa el FEM). Sin embargo, reflejando las necesidades industriales para la exactitud del efector final, de ahora en adelante ignoraremos la forma de los enlaces cargados, y en su lugar formularemos una estructura ejemplar que soporta la identificacion de parametros que dara lugar a la exactitud deseada cuando se usa en compensaciones mediante el controlador 19. El enlace elastico 60 conecta una primera conexion 61 y una segunda conexion 62. El enlace 60 y la primera conexion 61 junto con su tren de accionamiento forman un eje 64, y la primera conexion 61 esta configurada para rotar el enlace 60 alrededor del eje z. El enlace 60 principalmente se extiende a lo largo del eje x, que es dirigido a lo largo de una linea que conecta las conexiones 61 y 62 de forma perpendicular a esos dos ejes de rotacion en su estado descargado nominal. El eje x corresponde al eje principal 51 en la fig. 5.

[0068] En la fig. 6b, el enlace 60 se ilustra en dos dimensiones en el plano x-y, para un caso de carga simplificada en ese plano. En las figuras 6a y 6b, 0k y 0k+1 indican el desplazamiento rotacional inducido a las conexiones 61 y 62 alrededor del eje z a partir de cualquier conexion y/o enlace adaptable precedente, respectivamente, y $k y $k+1 indica el desplazamiento rotacional despues de las conexiones 61 y 62 alrededor del eje z debido al desplazamiento rotacional de la propia conexion y los desplazamientos rotacionales precedentes inducidos 0k y 0k+1, respectivamente. El desplazamiento rotacional de la primera conexion 61 se ilustra como una desviacion angular $k - 0k alrededor del eje z, asi en el plano x-y. El desplazamiento rotacional de la segunda conexion 62 se ilustra como una desviacion angular $k+1 - 0k+1 alrededor del eje z, asi en el plano x-y. El plegado alrededor del eje Z del enlace 60 debido a la elasticidad del enlace 60 se ilustra como una desviacion angular 0k+1- $k, siendo la rotacion inducida a la conexion 62 (0k+1) menos la rotacion despues de la conexion 61 ($k).

[0069] La fig. 6c muestra el enlace elastico 60 en la misma vista bidimensional que en la fig. 6b, pero con el efecto de gravedad indicado. El centro de masa 63 para el enlace 60 se asume aqui que esta en el centro del enlace 60. La masa del enlace 60 da lugar a una fuerza gravitacional, que durante el movimiento normal de espacio libre debe ser contrarrestado por pares en la conexion precedente (no mostrado). Esta conexion precedente es la conexion izquierda 61 en esta figura, que incluye una fuerza F y una accion de par M en la segunda conexion 62 y asi via el enlace curvado 60 influye el equilibrio de par de la conexion 61. La cantidad resultante de rotacion en la ubicacion de la conexion 62 esta representada por el angulo 0c, asi la rotacion alrededor del eje z. El desplazamiento del enlace 60 en la ubicacion de la conexion 62 a lo largo del eje y debido al efecto de la gravedad se indica como 5 con respecto a una linea central descargada (aqui horizontal) (como 51, pero no mostrado). En la fig. 6c tambien se ilustra el enlace 60 cuando esta en otra posicion posible representada por el enlace discontinuo 65. Aqui la misma carga F y M, expresada en el sistema de coordenadas de componentes (que para el enlace 65 se muestra mediante los ejes de coordenadas discontinuo en la conexion 61), dan las mismas desviaciones 5 y 0c (no marcadas para el enlace 65), pero la direccion de la fuerza gravitacional sera diferente. Esta dependencia del angulo de conexion nominal (aqui para la conexion 61) es recta hacia adelante para la gestion, pero como se puede entender en la fig. 6c hay tambien un cambio de direccion de fuerza de gravedad debido a la adaptabilidad experimentada. Sin embargo, las deflexiones son pequenas en comparacion con los movimientos, y el cambio de gravedad debido a adaptabilidad es pequeno y puede dejarse de lado (como se hace en lo siguiente) para un manipulador tipico.

[0070] La fig. 6d muestra el mismo enlace elastico 60 que en la fig. 6c, donde la masa del enlace 60 esta representada por dos fuerzas de gravedad de media masa correspondientes que actuan sobre las conexiones 61 y 62. El efecto de la masa del enlace 60 en otras conexiones se puede atender entonces, al igual que el propio plegado del enlace 60 debido al efecto de la masa. Esta distribution se puede utilizar en las siguientes ecuaciones. La masa del enlace 60 puede ser predeterminada, o estimada usando un metodo como por ejemplo el explicado en la solicitud WO2014065744A1.

[0071] La figura 6e ilustra el mismo enlace elastico 60 que en las precedentes figuras 6a-6d cuando el enlace 60 se ejerce para forzar y/o torsionar de manera que las posiciones de las primeras y segundas conexiones 61, 61 no se desplacen esencialmente, pero el enlace 60 en si se muestra doblado en otra forma posible que es un enlace 66 como se ilustra con las lineas de puntos. El enlace 60 ha sido desplazado rotativamente alrededor del eje z, asi en el plano x-y, con un angulo $k visto desde la primera conexion 61, y desplazado rotativamente alrededor del eje z en la segunda conexion con un angulo 0k+1 visto desde la segunda conexion 62. La diferencia de los angulos $k y 0k+1 corresponde a 0k+1-$k en la fig. 6b. Esta especie de desviacion tambien pueden ser determinada utilizando el metodo presentado.

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[0072] En la fig. 6a-6d se ha ilustrado un caso aislado de un enlace 60 con conexiones conectadas 61, 62, y la adaptabilidad resultante en direcciones diferentes y angulos ha sido parametrizada. A continuacion se describe un metodo de como estos parametros pueden ser obtenidos, y tambien como se pueden obtener propiedades de adaptabilidad de un manipulador mas complejo 2 (fig. 1).

[0073] Con el fin de explicar el metodo, un diagrama cinematico del manipulador 2 se ilustra en la fig. 7. El diagrama cinematico ilustra la conectividad de diferentes enlaces y conexiones del manipulador 2. Como se ilustra, el manipulador 2 esta conectado a una base rigida con un enlace 22. La base y el enlace 22 corresponde a la base a la que la conexion 3 esta conectada con la fig. 1. La fijacion de la base del manipulador a una placa de suelo o al suelo no se considera una operation de ensamblaje y no se tratara como tal en esta description. Los enlaces restantes 4, 6, 9, 10, 13 y 14 y las conexiones 3, 5, 7, 8, 11 y 12 tambien tienen su homologo en la fig. 7.

[0074] En la fig. 8 un manipulador 80 se ilustra en dos dimensiones, con una pluralidad de conexiones 5, 7, 11 y una pluralidad de enlaces 6, 81, 82, 83. El manipulador 80 de la figura ilustra el manipulador 2 en una determinada configuration cinematica con ejes 1, 4 y 6 (vease fig. 1) fijados de manera que los ejes restantes se mueven en el plano representado. Las cantidades nombradas representan una parameterization posible que facilita la identification de la adaptabilidad basada en datos de sensor obtenidos. Como los numeros de referencia revelan, las conexiones 5, 7 y 11 tienen su homologo directo en el manipulador 2 de la figura 1, siendo asi las conexiones 5, 7 y 11. Ademas, el enlace 6 tiene su homologo directo que es el enlace 6 del manipulador 2 de la figura 1. Los enlaces restantes 81, 82 y 83 son en esta configuracion una combination de enlaces y conexiones. Asi, el enlace 81 aqui representan la conexion 3 y el enlace 4, el enlace 82 representa la conexion 8 y el enlace 10, y el enlace 83 representa la conexion 12 y los enlaces 9, 13 y 14 del manipulador 2 de la figura 1 y figura 7. Las cantidades ilustradas en la fig. 8 pertenecen a las diferentes conexiones y enlaces. Asi, Xk denota el desplazamiento a lo largo del eje x de la conexion asociada, yk denota el desplazamiento a lo largo del eje y de la conexion asociada, 0k denota el desplazamiento rotacional antes de la conexion, $k denota el desplazamiento rotacional despues de la conexion, y qk denota el angulo de conexion del enlace siguiente de la cadena. Tal y como se menciona, los angulos de conexion se usan en la transformation en coordenadas globales.

Metodo

[0075] En la fig. 9 un organigrama muestra los pasos del metodo para la determination de al menos una propiedad asociada a un eje seleccionado de un manipulador 2. Como previamente se ha mencionado, un eje se define para ser una conexion que incluye un motor y un tren de transmision para accionamiento y un conexion conectada al mismo. La conexion puede comprender uno o mas enlaces. El manipulador 2 es controlado en el metodo por el controlador 19 para realizar manualmente o automaticamente los pasos diferentes del metodo. El metodo se puede almacenar como instrucciones roboticas o informaticas en un programa informatico P en el medio de almacenamiento legible por ordenador 21 y ejecutar mediante la unidad de control 20. A continuacion se hara referencia al organigrama al explicar el metodo. El organigrama no deberia ser interpretado como una serie de pasos realizados en un orden especifico; los pasos ilustrados se pueden realizar en otro orden al ilustrado.

[0076] Segun el metodo, una parte movil del manipulador 2 se fija a un punto en el espacio controlando el manipulador 2 de manera que el manipulador 2 logra una configuracion cinematica fijada (A1). Como se ha mencionado previamente, un punto en el espacio puede estar provisto por un articulo de ensamblaje 18 (fig. 1). El manipulador 2 se puede programar para cambiar su efector final usando el intercambiador de herramientas para conectar a una herramienta en un soporte de herramienta. Un manipulador 2 que no esta equipado con un intercambiador de herramientas durante su operacion normal se puede equipar manualmente con el mismo o cualquier otro equipo de agarre para ejecutar el metodo, y por lo tanto cualquier manipulador robotico 2 puede ser calibrado. Una configuracion cinematica fijada se ha definido previamente como una configuracion del manipulador donde el manipulador se acopla en una postura predeterminada que fija al menos un DOF del efector final (o cualquier parte movil del manipulador 2 que haya que fijar). Al ser practico fijar los seis DOF del efector final (o brida final o DOF de intercambiador de herramientas), esto se asume en los siguiente. Mientras el manipulador 2 se fija al punto en el espacio, el controlador 19 se configura para extraer valores de emision de los sensores internos de las conexiones del manipulador 2. Estos valores pueden ser parametros de tren de transmision que se pueden traducir en parametros de conexion, tales como juego, adaptabilidad y otros parametros posibles. Esto se explica mas en detalle en la WO2014065744A1 en las paginas 13-22 con respecto a las figuras 2-7 en esa solicitud.

[0077] El metodo comprende ademas la selection de un conjunto de conexiones de identificacion que comprende al menos una conexion del manipulador 2, donde al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion esta configurada para controlar y monitorizar el eje seleccionado cuyas al menos una propiedad asociada debe ser determinada (A2). El conjunto de conexiones de identificacion es un conjunto de conexiones, al menos y tipicamente una, que durante la operacion normal del manipulador accionan el conjunto correspondiente de enlaces con propiedades que hay que determinar. Para la identificacion del plegado del enlace en el plano del movimiento de la conexion (fig. 5) para cada eje de este conjunto, el control motorizado es

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de manera que cierto par de conexion (compensado para efectos del tren de accionamiento de conexion no lineal) se aplica, y la posicion y par (nuevamente compensados para efectos del tren de accionamiento de conexion no lineal) de esta conexion son medidos. Para identificar las otras propiedades de la conexion (ortogonal con respecto al movimiento del movimiento de conexion precedente), el control de una conexion en este conjunto es irrelevante. La conexion o conexiones de este conjunto puede asi quedar invariada o descontrolada, y se puede monitorizar solo de manera que ciertas asunciones se cumplan.

[0078] Ademas, el metodo comprende la seleccion de un conjunto de conexion de excitacion que comprende al menos una conexion del manipulador 2 que para la configuracion cinematica fijada del manipulador 2 se configura para excitar al menos un enlace conectado a al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion (A3). El metodo es tambien seleccionar un conjunto de conexiones de configuracion de agarre del manipulador 2 (A4). El conjunto de conexiones de configuracion de agarre incluye tipicamente conexiones que no estan ni en el conjunto de conexiones de excitacion ni en el conjunto de conexiones de identificacion. Estas conexiones se controlan de manera que la configuracion cinematica se alcance de manera que estas conexiones sustancialmente no influyen en la identificacion de propiedades de eje, y de manera que la postura fijada se obtiene y se mantiene. Para lo ultimo, el ajuste de la postura de ensamblaje proporcionada por el equipo de agarre es necesario tipicamente, pero la conexiones (PKM tipicamente) del dispositivo de agarre no pertenecen (por definicion) a ningun conjunto de conexiones configurado. Al menos una conexion del conjunto de conexiones de configuracion de agarre no forma parte segun una forma de realizacion del conjunto de conexiones de identificacion y el conjunto de conexiones de excitacion.

[0079] Los diferentes conjuntos de conexiones explicados por encima, pueden ser predefinidos, pueden ser calculados por el controlador 19 dado un numero de condiciones, o pueden ser elegidos de forma aleatoria hasta que las matrices implicadas tengan un grado los suficientemente alto.

[0080] De aqui en adelante, el metodo continua actuando el conjunto de conexiones de excitacion, de manera que el eje seleccionado se excita mientras controla el conjunto de conexiones de configuracion de agarre de manera que la configuracion cinematica fijada se mantiene (A5). El conjunto de conexiones de configuracion de agarre es controlado segun una forma de realizacion de manera que el conjunto de conexiones de configuracion de agarre sustancialmente no influya en la determinacion de al menos una propiedad asociada al eje seleccionado.

[0081] El par o pares del accionador usados para accionar el conjunto de conexiones de excitacion pueden ser 10-15% del par maximo del accionador(es). Mientras se acciona el conjunto de conexiones de excitacion, una o mas cantidades son monitorizadas con respecto al par del accionador y/o posicion de la conexion para al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion y/o conjunto de conexiones de excitacion (A6). Basado en la o mas cantidades monitorizadas, al menos una propiedad del eje seleccionado es determinada (A7). Al menos una propiedad del eje seleccionado se puede basar en una combinacion de la o mas cantidades monitorizada relacionadas con el par del accionador y/o la posicion de la conexion para determinar al menos en cada propiedad para una pluralidad de ejes seleccionados del manipulador 2.

[0082] Los pasos A1-A6 son ventajosamente repetidos para una pluralidad de diferentes configuraciones cinematicas fijadas, para ser poder calcular todas las propiedades de interes. Por ejemplo se puede al menos determinar una propiedad cada una para una pluralidad de ejes seleccionados del manipulador 2. Asi, se repiten los pasos A1-A6 donde la configuracion cinematica fijada lograda del manipulador 2 es diferente de una, en el metodo, configuracion cinematica fijada lograda previamente del manipulador 2, y al menos una propiedad del eje seleccionado es determinada basada en las propiedades determinadas del eje seleccionado en las diferentes configuraciones cinematicas fijadas.

[0083] La etapa A7 puede comprender el uso de un metodo de rigidez de matriz. Un metodo de rigidez de matriz hace uso de las relaciones de rigidez de los enlaces y conexiones para derivar el desplazamiento de los enlaces y conexiones del manipulador 2. Como se ha ilustrado en las figuras 5-6e, el manipulador 2 se puede modelar como un conjunto de enlaces idealizados interconectados en las diferentes conexiones del manipulador 2. Las propiedades de rigidez de estos elementos se pueden luego, usando

[0084] matematicas de matriz, compilarse en una ecuacion de matriz unica que regule el comportamiento de toda la estructura idealizada. En lo siguiente, un metodo de rigidez de matriz se describe con referencia a un ejemplo de un manipulador simple 100 ilustrado en la fig. 10. El manipulador 100 comprende dos enlaces, enlace A y enlace B, conectados por la conexion AB. En la figura, un extremo del enlace A esta conectado a la conexion AB, y el otro extremo del enlace A esta rigidamente conectado a una base. Correspondientemente, un extremo del enlace B esta conectado a la conexion AB, y el otro extremo del enlace B se ilustra como rigidamente conectado a otra base. Esto corresponde a bloquear el manipulador 100 en una configuracion cinematica fijada determinada. Los enlaces A y B tienen su extension principal a lo largo de un eje x, y un eje y se define por ser perpendicular al eje x. El extremo del enlace A conectado a la base forma un primer nodo, la conexion AB forma un segundo nodo, y el extremo del enlace B conectado a la segunda base forma un tercer nodo. En la figura, los desplazamientos de los nodos se ilustran como xk siendo el desplazamiento a lo largo del eje x, yk siendo el

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desplazamiento a lo largo del eje y, 9k siendo el desplazamiento alrededor del eje rotacional (eje z) de la conexion AB antes de la conexion aB, y $k siendo el desplazamiento alrededor del eje Z despues de la conexion AB. El desplazamiento del primer nodo se ilustra como que es x0, y0 y 0O, asf, un desplazamiento de inicio del primer nodo que es cero cuando el primer nodo esta ngidamente fijado a la base. El desplazamiento del segundo nodo se ilustra como que es x1, yi, $1 y Gi, y el desplazamiento del tercer nodo se ilustra como que es x2, y2 y 02. Como el primer y el tercer nodo no puede ser desplazados, x2 = 0, y2 = 0 y 92=0. Se hace tambien referencia aqu a la fig. 8, que ilustra desplazamientos correspondientes del manipulador mas complejo 80.

[0085] Dejemos que A denote que las coordenadas de componentes se dan en un sistema de coordenadas local del componente. En general, se puede modelar el comportamiento elastico de cualquier componente con el DOF u con una funcion F = F(u) que da las fuerzas en los nodos para lograr las deformaciones u. Un componente puede ser una conexion o un enlace del manipulador 2. Una simplificacion comun cuando las deformaciones u son pequenas es asumir la elasticidad lineal y la funcion F puede expresarse como:

imagen1

donde K es la matriz de rigidez de los componentes. Esta formulacion es analoga de la que se usa para representar los elementos en FEM. Ampliamos el modelo para manejar componentes activos tales como motores en los que se crea una fuerza o par dentro del componente. Ademas de la matriz de rigidez del componente K ya determinada, las fuerzas en el componente tambien consisten en un vector de fuerza interno de componente T, y las fuerzas se pueden expresar luego como:

imagen2

Existen muchas opciones diferentes para representar una estructura de enlace y una matriz de rigidez de enlace. Para un manipulador plano, es factible dar a un enlace seis DOF elasticos, tres en cada extremo. Se debe especificar una matriz de rigidez de enlace para cada enlace para capturar las deformaciones esperadas en un nivel de componente. Una matriz de rigidez de enlace Kk para el enlace k con seis DOF elasticos y un comportamiento lineal puede estructurarse de la siguiente manera, como una variante de (4) a continuacion para enfatizar los cuatro parametros independientes y sus relaciones:

Kk

■ a4 0 0

0 o-i a2

0 a2 2 a3

-a4 o 0

0 0\ Q2

_ 0 a2 a3

0 0

0

Q-i o2

0

0-2 a3

4

0 0

0

CL'l —a2

0

—a2 2a3

(3)

donde los parametros ai... a4 indican parametros de rigidez desconocidos generales.

[0086] Los seis DOF elasticos de un enlace adaptable no son directamente accionados, sino indirectamente via fuerzas desde las conexiones implicadas que dependiendo de la rigidez del enlace en direcciones diferentes. Para modelar la desviacion del enlace debido a las fuerzas/pares de la conexion, es conveniente y estandar (en mecanica solida) usar una matriz de rigidez de componentes (como un mapeo lineal, asumiendo que las deflexiones del enlace son pequenas en comparacion con los tamanos y movimientos del enlace). Para simplicidad del metodo segun la invencion, al igual que para el uso practico relacionado con la identificacion y compensacion, algunos elementos de matriz de rigidez se pueden ajustar a cero, lo que significa que bien son cero o bien el componente de adaptabilidad esta lo suficientemente bien capturado por otros elementos de rigidez. Una rigidez conocida (por ejemplo, a partir de un analisis FEM del enlace) se puede establecer como un elemento de rigidez constante. En la practica, y para simplicidad de esta descripcion, asumimos el plegado del enlace segun la fig. 6b, lo que significa que la matriz de rigidez de enlace (3) contendra solo cuatro parametros distribuidos simetricamente en la matriz 6x6, que corresponde con al desplazamiento axial, transversal y rotacional en cada extremo. Un ejemplo de una matriz de rigidez de componentes donde los componentes tienen seccion transversal constante con area A es:

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EA L

0 0 EA L 0 0

0

12^ L3 6 L3 0 -12^ L3 6 L% L3

0

6 L3 A,? El 4L2 — L3 0 —6 L% L3 2 L2^ L3

EA L

0 0 EA L 0 0

0

-12^ L3 -6L^ L3 0 12^ L3 -6L^ L3

0

6LE-i L3 2 L2^ L3 0 -6LE-i L3 A,-? El 4L2 — L3 -

(4)

donde L denota la longitud del enlace, E denota el modulo de elasticidad en tension como se conoce de la ley de Hooke, y I denota el momento de inercia de la seccion transversal.

[0087] Las conexiones se pueden representar de muchas formas diferentes tambien. Una matriz de rigidez de componentes Kj se puede estructurar como sigue:

imagen3

donde Cj denota la rigidez del eje de rotacion de la conexion j. La conexion se asume aqm que es ngida en todas direcciones excepto alrededor del eje de rotacion. El modelo de conexion tambien incluye un motor que generara un par t. La fuerza total en una conexion es luego dada por:

F

imagen4

imagen5

(6)

donde Q es el desplazamiento rotacional antes de la conexion, y 0 es el desplazamiento rotacional despues de la conexion.

[0088] Una matriz de rigidez global (MSM) se puede ensamblar ahora utilizando las matrices de rigidez de los componentes para cada enlace y conexion. Dado que la matriz de rigidez de enlace se da en un sistema de coordenadas local donde la matriz de rigidez de enlace es constante, las matrices tienen que ser transformadas en un sistema de coordenadas global para ensamblar una matriz de rigidez global. Tal transformacion depende de la configuration que se define por las coordenadas de conexion que tienen los elementos DOF del manipulador. La transformacion reorganizara las posiciones del parametro de rigidez en la matriz de rigidez de componentes; sin embargo los parametros de rigidez siguen siendo los mismos. La rigidez del manipulador por lo tanto vana con la configuracion correspondiente a la transformacion de coordenadas. Aqm, la diferencia entre el accionador/motor y la position de enlace debido a los efectos del tren de accionamiento es normalmente no cntica dado que es normalmente pequena en comparacion con los angulos de conexion, pero en principio son los angulos de conexion los que son importantes (y computables segun WO2014065744A1).

[0089] Para cada configuracion cinematica fijada unica las matrices de rigidez de enlace se pueden unir, formando la MSM mayor. Para cada configuracion cinematica fijada algunos elementos de MSM seran cero y otros reflejaran los elementos de rigidez de enlace constantes. Para otra configuracion, otras partes de la MSM no seran cero y se podran identificar por las mediciones hechas en la configuracion cinematica fijada. El contenido de MSM puede asi usarse para seleccionar una serie de configuraciones de manera que todos los parametros de enlace de interes puedan ser determinados, por ejemplo por optimization no lineal. Asi, la estructura de la MSM es definida. El manipulador 2 puede estar provisto de un sensor configurado para generar una senal de sensor con datos de sensor cuando en una o mas configuraciones cinematicas fijadas para obtener datos de sensor para su uso en la siguiente optimizacion. El sensor puede ser un sensor de fuerza configurado para generar una senal de sensor con datos de fuerza.

[0090] En lo siguiente, un ensamblaje de una MSM se describe con referencia a las figuras 11a-11b. Con las coordenadas de desplazamiento enumeradas como se muestra a la izquierda y por encima de la matriz K en la fig. 11a, la MSM para un SKM obtiene una estructura ilustrativa con bloques de enlace a lo largo y alrededor de la diagonal de la matriz, y con los bloques de conexion en la diagonal que superpone el enlace que conecta. Para un PKM, o cualquier manipulador que incluya cualquier conexion paralela, habra elementos de MSM formados por mas de dos matrices de componente de superposition dado que hay mas de dos componentes conectados a la misma conexion. Por ejemplo, si un enlace C estuviera conectado a la conexion AB (contribuyendo a los desplazamientos x1 e y-i), implicana mas elementos superponiendose con una matriz 2x2 de bloque que en la fig. 11a esta la superposicion del enlace A y enlace B (para las coordenadas de desplazamiento global xi e yi). Una conexion paralela o un manipulador redundante tambien pueden tener superposiciones de

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los elementos de conexion. Dado que el MSM se basa en todos los desplazamientos globales, y cualquier combinacion de enlaces se puede superponer sobre la estructura distribuida segun los equilibrios de fuerza/par en las ubicaciones de desplazamiento, de ello se deduce que cualquier manipulador o mecanismo puede ser representado. Por lo tanto, la determinacion de los parametros desconocidos se facilita para cualquier tipo de robot.

[0091] Se conoce de las leyes de Newton que en un caso estatico, la suma de todas las fuerzas es igual a cero. Esto es verdad para los nodos de nuestro modelo, al igual que en cualquier otro sitio. Sabemos que las fuerzas del componente k es Fk, donde Fk depende de la estructura definida del componente como se ha descrito previamente. Queremos sumar todas las fuerzas de la misma direccion en cada punto. Para hacerlo, el DOF local de cada enlace se tiene que transformar en un sistema de coordenadas global del manipulador 2. La transformacion puede ser descrita por las ecuaciones (7) y (8) mas adelante. Si el componente de la fig. 10 inicialmente se describio en un sistema de coordenadas a lo largo de los enlaces A y B, necesitamos encontrar un mapa desde el DOF local Xk, yk, $k y Qk a un sistema de coordenadas global. Observamos que la relacion es:

xk = cos (9)ux — sin (6)uy (7)

yk — sin(0)ux + cos (0)uy (8)

donde Xk y yk son desplazamientos en el sistema de coordenadas global, Ux se extiende a lo largo del eje principal del enlace, Uy se extiende a lo largo de la altura del enlace. Las rotaciones $k y Qk no se ven afectadas por el cambio de coordenadas en el caso plano, pero para un sistema tridimensional general, habra un mapa entre las coordenadas rotacionales tambien. De las relaciones en las ecuaciones (7) y (8) podemos formar la matriz de transformacion de coordenadas L segun:

cos(6)

—sin(9) 0 -

sin(6)

cos(8) 0 0

0

0

1 cos(0) —stn(0) 0

0 sin(6) cos{6) 0

0 0 1

(9)

La matriz de transformacion de coordenadas transforma una matriz de rigidez de componentes del sistema de coordenadas local en una matriz de rigidez de componentes de coordenadas global. En un caso tridimensional, donde los enlaces pueden tener cualquier orientacion, la matriz de transformacion sera mas compleja pero puede ser especifica de un cuaternion que describe la orientacion del enlace. La matriz de rigidez de componentes de coordenadas global Kk para el componente k es luego dada por:

imagen6

Las fuerzas del componente k en los nodos conectados al componente k son dadas ahora por:

Fk — Fkuk (11)

Ahora sumamos todas las fuerzas que actuan en cada direccion de cada nodo. Esto se hace anadiendo las matrices de rigidez de componentes Kk expresadas en las coordenadas globales para las ubicaciones correspondientes en K. Esto es analogo a como una matriz de rigidez se ensambla en una FEM. Ademas tenemos algunas condiciones limites en la base de manipulador y el efector final fijado, aqui los desplazamientos son cero. El proceso de ensamblaje se ilustra con la fig. 11a. Como se indica en la fig. 11a, hay bloques rectangulares de la matriz K MSM que son cero, es decir, no forman parte de ninguna submatriz marcada. La estructura de bloque ilustrativa de la matriz K por supuesto depende de como se enumeran los desplazamientos. La enumeration usada en este ejemplo esta escrita por encima y a la izquierda de la matriz K de la fig. 11a. Superponer bloques de matriz significa que hay una suma de las influencias de los componentes que se superponen, incluyendo la trigonometria que es necesaria para transformar el desplazamiento local en el desplazamiento global segun la fila de la matriz K, de manera que el equilibrio de fuerza/par se mantiene en el punto de esta coordenada global. En este ejemplo, los elementos del enlace A que se superpone con los elementos de enlace B, formando aqui la matriz de bloque 2x2 para las coordenadas de desplazamiento globales x1 y y1. De una manera similar, la conexion AB se superpone con los enlaces a los que esta conectada. Dado que no es una conexion pasiva, el par de la conexion t desde el accionamiento (por motor via el tren de accionamiento, no mostrado en la fig. 10) dara lugar a elementos no cero en aquellas filas del vector F.

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Adicionalmente, para cada configuracion fijada algunos de los elementos de matriz de enlace MSM seran cero mientras los demas elementos de MSM tendran valores que representan la rigidez de enlace y de conexion. A diferencia de la ecuacion (1) que incluye una matriz de rigidez de componentes en coordenadas locales para el enlace, el sistema representado en la fig. 11a, que sigue a la ecuacion (12) y la ecuacion (13), se refiere a un sistema de coordenadas globales, y por lo tanto una matriz de rigidez de enlace constante aparece en la MSM via transformaciones correspondientes, que para cada elemento incluye funciones trigonometricas. Estas funciones puede aparecer implicitamente por elementos de cuaternion que representan la orientacion de enlace correspondiente a los angulos de conexion q (vease fig. 8).

[0092] El modelado anterior nos ha proporcionado un sistema de ecuacion en la forma Ku = F. Siendo na el numero de DOF elasticos del manipulador adaptable, que es equivalente al numero de filas y columnas de K, y el mismo que el numero de filas en u o F. La matriz K consiste en el na parametro de rigidez desconocido ai... ana y el vector u consiste en nu-6 deformaciones desconocidas U4... Unu-3 y seis deformaciones conocidas que son cero. El vector F es totalmente conocido. Definimos la funcion S como:

5 - S(_X) = Ku (12)

y X = ai,... ana, u4,...unu-3 son todos parametros desconocidos. Por lo tanto, el DOF para la parte elastica del sistema es en total nu. El objetivo es minimizar la norma residual:

imagen7

que se puede hacer usando un solucionador iterativo convencional de Newton. Asi, se realiza una optimization basada en la una o mas cantidades monitorizadas. Especificamente, la funcion S se lineariza a:

S = S0 + \JkIu]SX (14)

donde So = S(Xo) y Xo es una estimation inicial de los parametros desconocidos, Jk es la matriz jacobiana de S(X) con respecto a los parametros de rigidez ak y Ju es la matriz jacobiana con respecto a las deformaciones uk para el mismo supuesto inicial de X = Xo. El vector X se resuelve por iteration con incrementos de 5X obtenidos resolviendo la ecuacion:

So + UkJu]SX = F (15)

La matriz jacobiana tiene filas nu y columnas na + nu - 3, y siempre sera singular cuando na > 6. Para superar las singularidades, el manipulador se posiciona en mas configuraciones. Para cada nueva configuracion obtenemos ecuaciones nu nuevas, pero tambien 6 nuevos nu desconocidos. Los parametros de rigidez son los mismos en todas las configuraciones mientras que las deformaciones son diferentes. El vector X por lo tanto crecera con 6 deformaciones nu adicionales. Las columnas de la matriz jacobiana creceran con lo mismo numero. La matriz de rigidez global puede entonces ser resuelta y los parametros de rigidez ai... ana, y las deformaciones u4...u„u-3 se determinan. Asi, los parametros de rigidez del manipulador, es decir, las propiedades que hay que determinar mediante el metodo, estan organizados segun la estructura de MSM que se refiere a desplazamientos posiblemente desconocidos de enlaces y conexiones para pares y fuerzas de manera que cualquier combination de enlaces en serie y paralelos pueden ser representados. Asi, junto con la estrategia de solution siguiente, la determination de las propiedades desconocidas se facilita con la estructura MSM presentada.

[0093] Un numero minimo posible de configuraciones para obtener una jacobiana no singular es:

Yl

nCONF = ~ (16)

La ecuacion (14) solo dice que la jacobiana se garantiza que es singular si el numero de ecuaciones son menos de ncoNF, sin embargo, la dependencia lineal entre las columnas puede producirse todavia y podrian ser util anadir mas configuraciones. Las dos matrices jacobianas se calculan para cada configuracion y se ensamblan en una matriz jacobiana total global como se ilustra en la fig. 11b.

[0094] El metodo se ha ilustrado aqui en relation con el ejemplo simplificado de la figura 10, pero se entiende que el metodo se puede aplicar a cualquier manipulador, por ejemplo el manipulador 2 de la fig. 1.

[0095] El manipulador 2 se aplica para efecto de gravedad, y la masa del manipulador 2 influira asi en la forma de los enlaces y provocara la deformation de los componentes de manipulador. Esto significa que la gravedad anade en el plegado de enlace. La influencia de la gravedad se puede dividir en influencia de gravedad de enlace e influencia de gravedad de conexion. Segun una forma de realization, el metodo comprende la

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determinacion de un valor de efecto gravitacional que actua sobre el eje seleccionado, y la compensacion de la al menos una propiedad determinada del eje seleccionado para el valor de efecto gravitacional determinado. La matriz de rigidez de enlace explicada (3) en principio modela este plegado provocado por gravitacion, pero la diferencia es que mientras la matriz de rigidez de enlace (3) captura el plegado debido a fuerza F y pares M, la fuerza de gravedad influye en otra ubicacion desconocida en el enlace. Un modelo razonable para la compensacion de efectos dinamicos principales es asumir que la masa de enlace es una masa puntual en el centro de la masa del enlace como se ha ilustrado en la fig. 6c, y que el enlace tiene una distribucion uniforme del plegado entre las conexiones adyacentes como se ha ilustrado en la fig. 6d. Por un lado, esto parece ser una contradiccion ya que un plegado distribuido y uniforme sugiere una masa distribuida, que es lo opuesto a la masa puntual del modelo de influencia gravitacional de enlace simplificado sugerido. Por otro lado, tal simplificacion es consecuente y tiene diferentes ventajas:

■ La jacobiana completa despues de todos los experimentos necesarios sera parte de una ecuacion sobredeterminada, o conjunto de ecuaciones, que se resolveran mediante pseudoinversiones u optimizacion no lineal, y luego se suprimiran las inexactitudes.

■ Los supuestos son coherentes con como se construyen la mayoria de los robots hoy en dia.

■ Un modelo mas detallado requeriria analisis FEM (o un modelado similar del cuerpo no rigido) del enlace que se puede hacer pero que requiere ingenieria que el metodo de esta invencion evita en la practica.

■ Los parametros de rigidez ai - ana para la matriz de rigidez de enlace (3) se pueden usar para capturar tambien el efecto de gravedad del enlace, que como se ilustra en la fig. 6d se puede gestionar en el marco del metodo de la invencion.

■ Hay (despues de los experimentos separados de espacio libre que determinan los efectos de gravedad de la conexion) una forma clara y automatica de incluir los efectos de la gravedad de enlace en la identificacion de propiedades de enlace. Incluso si estos efectos no son exactamente los reales, son las simplificaciones adecuadas para las compensaciones que utilizan las propiedades de enlace.

■ La suposicion cuasi estatica para modelos elastodinamicos implica que la inercia del enlace alrededor de su centro de masa es insignificante.

[0096] Segun una forma de realizacion, el metodo comprende la comparacion de al menos una propiedad con un valor de propiedad obtenido precedente o valor de propiedad predefinido, determinando un valor de diferencia entre la al menos una propiedad y el valor de propiedad obtenido precedente o valor de propiedad predefinido, comparando el valor de diferencia con un valor de umbral de diferencia y determinando desgaste del manipulador basado en el resultado de la comparacion. Asi, el desgaste del manipulador se puede determinar por analisis si la propiedad determinada difiere de cualquier valor de propiedad obtenido precedente, o valor de propiedad predefinido que representa una propiedad del eje seleccionado con, por ejemplo, esencialmente ningun desgaste, o desgaste admisible. Por ejemplo, los valores de la propiedad se pueden determinar en diferentes momentos temporales y compararse. Si una diferencia entre los valores es mayor que el valor de umbral de diferencia, entonces se puede determinar que el eje seleccionado se gasta y quiza partes de este necesiten ser sustituidas.

[0097] Segun una forma de realizacion, el manipulador es un manipulador cinematico paralelo.

[0098] Segun otra forma de realizacion, el manipulador es un manipulador de brazo multiple, o robots multiples con algun espacio de trabajo compartido. El metodo se puede realizar entonces alcanzando una configuracion cinematica fijada por la sujecion de un brazo manipulador del manipulador (o cualquier parte movil seleccionada de este) a cualquier otro brazo manipulador del manipulador (o cualquier parte movil seleccionada de este).

[0099] Segun una forma de realizacion, el metodo comprende la obtencion de parametros cinematicos especificos mediante la calibracion cinematica de un manipulador 2 y la actualizacion de parametros cinematicos basada en al menos una propiedad determinada del eje seleccionado.

[0100] La determinada al menos una propiedad del manipulador 2 se puede usar para una pluralidad de aplicaciones y formas. Por ejemplo, al menos una propiedad se puede usar para actualizar los parametros cinematicos nominales del manipulador 2. Al menos una propiedad se pueden usar para la calibracion cinematica del manipulador. Segun otra forma de realizacion, al menos una propiedad se usa para actualizacion de los programas roboticos o parametros de control de movimiento del manipulador 2.

[0101] La invencion tambien se refiere a un programa informatico P asociado al sistema 1, donde el programa informatico P comprende instrucciones informaticas configuradas para hacer que una unidad de control 19 ejecute el metodo segun cualquiera de los pasos ilustrados previamente. La invencion tambien se refiere a un producto de programa informatico que comprende instrucciones informaticas almacenadas en un medio de almacenamiento legible por ordenador 21 para ejecutar el metodo segun cualquiera de los pasos ilustrados previamente. La invencion ademas se refiere a un producto de programa informatico que comprende al menos una propiedad obtenida cuando se realiza el metodo segun cualquiera de los pasos ilustrados previamente, donde al menos una propiedad se almacena en un medio de almacenamiento legible por ordenador 21.

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[0102] El metodo ilustrado se puede realizar para una pluralidad de robots de la misma serie con el fin de obtener valores medios nominales para las propiedades de enlace y conexion que utilizando estadistica se pueden utilizar para determinar una distribucion estadistica de estas propiedades a traves de la serie de robots. Estos datos se pueden usar luego para compensar adaptabilidades de enlace y conexion en un robot del mismo tipo.

[0103] El metodo explicado anterior proporciona una forma mas precisa de determinar la adaptabilidad de un robot que las soluciones conocidas precedentes. Los costes se pueden reducir dado que, por ejemplo, no hay necesidad de sistemas de calibration o de desmontar el robot o bloquear ciertas partes para realizar el metodo, lo que tambien hace que el metodo sea mas facil de ejecutar que las soluciones conocidas precedentes.

Ejemplo

[0104] A continuation se explicara un ejemplo con referencia a las figuras 12a-12d, que ilustran el manipulador 80 (Fig. 8) usado en el ejemplo en los estados no deformado (R1) y deformado (R2) en una pluralidad de configuraciones cinematicas fijadas. Las deformaciones estan escaladas en las figuras para que la observation sea mas facil. El manipulador 80 comprende tres conexiones y cuatro enlaces. Cada enlace tiene cuatro parametros de rigidez y cada conexion tiene un parametro de rigidez. Se aplican pares motor en las conexiones que dan una deformation del manipulador. Los valores de conexion en los que el manipulador se simulo como fijado se seleccionaron de forma aleatoria como un numero entre -2 y 2 radianes, y los pares motor fueron elegidos de forma aleatoria como un numero entre -1Nm y +1Nm y usamos 16 configuraciones para formar las ecuaciones, cuatro de ellas se muestran en la fig. 12.

[0105] El manipulador 80 es una vista plana del manipulador 2 en una configuration cinematica determinada. Esto es, las conexiones 1, 4 y 6 del manipulador 2 forman el conjunto de conexiones de configuracion de agarre. En este ejemplo con excitation aleatoria, todas las demas conexiones pertenecen al conjunto de conexiones de identification y al conjunto de conexiones de excitacion. Este metodo es util si no se tiene un conocimiento de alto nivel acerca de la estructura de robots, pero un operador experto podria seleccionar configuraciones (tipicamente con mas angulos rectos) con las conexiones divididas en conjuntos diferentes, lo que requeriria menos configuraciones para determinar todas las propiedades.

[0106] Se obtuvieron parametros de rigidez individuales del manipulador utilizando valores de par motor y valores de fuerza como si se usara un sensor de fuerza/par en el efector final (tambien dando las fuerzas de base suponiendo que se conocen la gravedad y los pares motor). Asi, las fuerzas en cualquiera de los puntos finales del manipulador se conocen (es decir, F y R en la fig. 11a se conocen). El efector final del manipulador se fija a un conjunto de position fijada cuando se realiza el metodo, pero no es necesaria fijacion adicional entre las conexiones o enlaces, ni desmonte de ningun componente. Este ejemplo y las soluciones numericas son para el manipulador en serie descrito pero los mismos principios se pueden aplicar a manipuladores cinematicos paralelos. Las elasticidades se modelan con matrices de rigidez para cada componente, que se ensamblan en una matriz de rigidez global para todos los componentes del sistema de manipulador de manera similar a como se ensamblan los elementos en FEM. Como se ha indicado anteriormente, la adaptabilidad de enlace se puede caracterizar como plegado, alargamiento y torsion del enlace debido al movimiento de las conexiones que afectan al enlace, pero tambien debido a fuerzas de gravedad de conexion y enlace. Un modelo cinematico convencional del manipulador se usa para determinar la nueva posicion y orientation de los componentes en el modelo de rigidez debido a adaptabilidad, etc. Las deformaciones se asume entonces que son pequenas y entonces podemos aproximarnos al comportamiento elastico con un modelo lineal en el estado no deformado. Luego el resultado del modelo cinematico es la information necesaria para transformar cada componente de matriz de rigidez (3) en un sistema de coordenadas global junto con la description del mapeo entre el DOF del componente local y el DOF global. En caso de un manipulador demasiado adaptable en el futuro para el que la suposicion de deformaciones pequenas no se mantenga, la matriz de rigidez global dependeria de las posiciones y orientaciones de los componentes (es decir, las conexiones del robot) al igual que las deformaciones de los componentes.

[0107] Este ejemplo debe verse como unicamente un ejemplo ilustrativo del metodo de la invention, dado que no deberia verse como limitation para la invencion, que se extiende facilmente a otras estructuras cinematicas, a tres dimensiones, y/o a manipuladores con mas DOF.

Practicas

[0108] Segun otra forma de realization, el metodo comprende determinar una o mas propiedades que no cumplen los supuestos de los modelos descritos, o la existencia de tales propiedades. Con los supuestos del modelo cumplidos y con suficientes condiciones numericas, la norma residual r que se calcula a partir de las ecuaciones (12), (13) y (14) como se ha mencionado anteriormente sera practicamente cero. Mediante una escala apropiada de las cantidades, la condition numerica se mejora y las ecuaciones se resuelven en solo unas pocas iteraciones. Sin embargo, si el solucionador no converge a un residual pequeno, el manipulador tiene alguna propiedad no modelada, tal como cojinetes rotos en una conexion o alguna otra deficiencia mecanica

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provocada por el desafortunado diseno o produccion de alguna conexion. Como un ejemplo, la fig. 13a y 13b muestran datos del uso del metodo descrito en WO2014065744A1 para determinar parametros de tren de transmision de un manipulador, en este caso para un manipulador de seis DOF con una carga util maxima de 185kg pero cargado aproximadamente un 15% de par maximo del eje 2 y eje 3 durante la configuracion fijada. Este robot (no mostrado) tiene ejes similares a aquellos mostrados en la fig. 1 pero sin la parte paralela 23 del eje 3.

[0109] La fig. 13a muestra la posicion y el par de las cantidades medidas para el eje 2. El movimiento comienza en el centro, luego se mueve varios ciclos con comportamiento practicamente repetible. La diferencia vertical entre las curvas es dos veces la friccion de la conexion, y la pendiente es la rigidez de conexion. La pequena variacion de estos dos parametros es aparentemente repetible, y por lo tanto se puede compensar dentro del control de la conexion de manera que los supuestos de los modelos de conexion y de enlace se cumplen muy bien.

[0110] La fig. 13b corresponde a la fig. 13a con varios ciclos de carga, pero en cambio para el eje 3, que muestra un comportamiento no ideal. Principalmente, las inclinaciones (de iineas que cruzan el nivel de par cero) correspondientes a la rigidez de la conexion que dependen de la direccion de la carga, y el espacio vertical que muestra dos veces la friccion de conexion no se corresponde con ningun valor de parametro bien definido. Implicar esta conexion en los conjuntos de conexiones de excitacion o identificacion, con valores de mas de un ciclo, dara lugar a un residual demasiado grande y los elementos mas grandes del residual pueden utilizarse para determinar que conexion esta teniendo mal comportamiento.

[0111] Para las cargas ciclicas aplicadas, la posicion contra los graficos de par de la figura 13a y 13b deberian ser igual para cada ciclo. En cambio, mientras que la curva de carga de la fig. 13a muestra la repetitividad prevista, la curva de la fig. 13b es diferente para los diferentes ciclos. Que se debe a una deficiencia mecanica del codo de ese robot, y en tal caso el residual r permanece mayor que lo previsto si las cantidades medidas se obtienen de tales ciclos multiples. Los elementos no cero de r entonces contienen informacion de que parte del manipulador es problematica, aunque no habra ningun valor numerico que representa una propiedad determinada al estar fuera del alcance de los modelos que representan los brazos roboticos que tienen buen comportamiento. Asi, tal situacion se puede detectar por el metodo actual.

[0112] Al separar las conexiones de manera que los ejes no ideales, que fueron solo el eje 3 para el robot mencionado, tengan sus conexiones en el conjunto de conexiones de configuracion fijada con carga constante durante la determinacion de propiedades de todos los demas enlaces, el residual para esta optimizacion (parametros que no determinan el eje 3) estara muy cerca de cero. Un segundo conjunto de experimentos con solo el eje 3 investigado confirmara la inconsistencia. La persona experta puede observar el problema estudiando la fig. 13b, pero el control numerico del residual a partir de la presente invencion es mas adecuado para robots que se analizan a si mismos.

[0113] La presente invencion no esta limitada a las formas de realizacion preferidas descritas anteriormente. Varias alternativas, modificaciones y equivalentes se pueden utilizar. Por ejemplo, la fijacion se hace preferiblemente restringiendo uno o mas DOF en ambas direcciones del movimiento respectivo, pero separandolo en dos partes para cada DOF, los experimentos dobles que cubren un lado cada uno pueden en principio realizarse y luego unirse entre si. La implicacion es que los robots que entran en contacto con cualquier objeto que es rigido o tiene una adaptabilidad conocida seran capaces de determinar alguna propiedad de conexion y/o de enlace. Por lo tanto, las formas de realizacion anteriores no deberia tomarse como limitacion del ambito de la invencion, que se define por las reivindicaciones anexas.

Claims (21)

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   REIVINDICACIONES

   1. Metodo para determinar al menos una propiedad de adaptabilidad asociada a un eje seleccionado de un manipulador (2), donde dicho manipulador (2) se configura para ser accionado por un controlador (19), y comprende al menos un eje que comprende una conexion y un enlace conectado a dicha conexion, donde la conexion esta configurada para ser accionada via un tren de transmision por par proveniente de un accionador, el metodo comprende:

   - fijar una parte movil del manipulador (2) a un punto en el espacio controlando el manipulador (2) de manera que el manipulador (2) logre una configuracion cinematica fijada;

   - seleccionar un conjunto de conexiones de identificacion que comprende al menos una conexion del manipulador (2), donde al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion se configura para controlar y monitorizar dicho eje seleccionado cuya al menos una propiedad de adaptabilidad asociada debe ser determinada;

   - seleccionar un conjunto de conexiones de excitacion que comprende al menos una conexion del manipulador (2) que para la configuracion cinematica fijada del manipulador (2) se configura para excitar al menos un enlace del eje seleccionado conectado a al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion;

   - seleccionar un conjunto de conexiones de configuracion de sujecion del manipulador (2), donde al menos una conexion del conjunto de conexiones de configuracion de sujecion no forma parte del conjunto de conexiones de identificacion ni del conjunto de conexion de excitacion;

   - accionar dicho conjunto de conexiones de excitacion, de manera que dicho eje seleccionado se excite mientras se controla el conjunto de conexiones de configuracion de sujecion de manera que la configuracion cinematica fijada se mantenga;

   - monitorizar una o mas cantidades relacionadas con el par de la conexion y la posicion de la conexion obtenidos del par del accionador y la posicion del accionador para al menos una conexion en el conjunto de conexiones de identificacion y/o el conjunto de conexiones de excitacion; y

   - determinar al menos una propiedad de adaptabilidad de dicho eje seleccionado basada en una o mas cantidades monitorizadas.
2. 2. Metodo segun la reivindicacion 1, donde al menos una propiedad de adaptabilidad comprende adaptabilidad lineal para el enlace y/o la conexion de dicho eje seleccionado.
3. 3. Metodo segun la reivindicacion 1 o 2, donde al menos una propiedad de adaptabilidad comprende adaptabilidad de enlace torsional.
4. 4. Metodo segun la reivindicacion 2, donde al menos una propiedad de adaptabilidad comprende adaptabilidad de plegado del enlace.
5. 5. Metodo segun la reivindicacion 1, donde al menos una propiedad de adaptabilidad comprende adaptabilidad de la conexion ortogonal.
6. 6. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende determinar al menos una propiedad de adaptabilidad cada para una pluralidad de ejes seleccionados del manipulador (2).
7. 7. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas:

   - repetir el metodo, donde la configuracion cinematica fijada lograda del manipulador (2) es diferente, en el metodo, de una configuracion cinematica fijada lograda precedente del manipulador (2); y

   - determinar al menos una propiedad de adaptabilidad de dicho eje seleccionado basada en las propiedades determinadas de dicho eje seleccionado en las diferentes configuraciones cinematicas fijadas.
8. 8. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de determinacion de al menos una propiedad de adaptabilidad comprende la determinacion de una matriz de rigidez del manipulador para el manipulador (2) basado en una o mas cantidades monitorizadas.
9. 9. Metodo segun la reivindicacion 8, que comprende la organizacion de propiedades segun una estructura de la matriz de rigidez del manipulador que esta asociada a desplazamientos posiblemente desconocidos de enlaces y conexiones para pares y fuerzas de manera que cualquier combination de enlaces en serie y paralelos puede ser representada, facilitando asi la determinacion de estas propiedades.
10. 10. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de determinacion de al menos una propiedad de adaptabilidad comprende la realizacion de una optimizacion basada en una o mas cantidades monitorizadas.

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11. 11. Metodo segun la reivindicacion 10, donde el manipulador (2) dispone de un sensor configurado para generar una senal de sensor con datos de sensor cuando se encuentra en dicha configuration cinematica fijada, y donde el metodo comprende ademas el hecho de incluir datos de sensor del manipulador (2) en la optimization.
12. 12. Metodo segun la reivindicacion 11, donde dicho sensor es un sensor de fuerza configurado para generar una senal de sensor con datos de fuerza.
13. 13. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el conjunto de conexiones de configuracion de sujecion es controlado de manera que el conjunto de conexiones de configuracion de sujecion no influya en la determination de al menos una propiedad de adaptabilidad asociada al eje seleccionado.
14. 14. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la comparacion de al menos una propiedad de adaptabilidad con un valor de propiedad obtenida precedente o valor de propiedad predefinida, determinando un valor de diferencia entre al menos una propiedad y el valor de propiedad obtenida precedente o valor de propiedad predefinida, comparando el valor de diferencia con un valor de umbral de diferencia y determinando el desgaste del manipulador (2) basado en el resultado de la comparacion.
15. 15. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el manipulador es un manipulador cinematico paralelo.
16. 16. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

    - obtener parametros cinematicos especificos mediante la calibration cinematica de un manipulador (2); y

    - actualizar parametros cinematicos del manipulador (2) basados en dicha al menos una propiedad de adaptabilidad determinada de dicho eje seleccionado.
17. 17. Uso de dicha determinada al menos una propiedad determinada segun cualquier de las reivindicaciones 1 a 13, para actualizar los parametros cinematicos nominales de un manipulador (2).
18. 18. Uso de dicha determinada al menos una propiedad determinada segun cualquier de las reivindicaciones 1 a 13, para actualizar los programas roboticos o los parametros de control del movimiento de un manipulador (2).
19. 19. Sistema (1) para determinar al menos una propiedad de adaptabilidad asociada a un eje seleccionado de un manipulador (2), el sistema (1) comprende un manipulador (2) con al menos un eje que comprende una conexion y un enlace conectado a dicha conexion; el sistema comprende ademas al menos un accionador configurado para accionar la conexion via un tren de transmision mediante par de accionador, y un controlador configurado para controlar el manipulador (2), donde el controlador (19) comprende una unidad de control (20) y una unidad de almacenamiento legible por ordenador (21) que comprende instrucciones configuradas para realizar la unidad de control (20):

    - fijar una parte movil del manipulador (2) a un punto en el espacio controlando el manipulador (2) de manera que el manipulador (2) logre una configuracion cinematica fijada;

    - seleccionar un conjunto de conexiones de identification que comprende al menos una conexion del manipulador (2), donde al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion se configura para controlar y monitorizar dicho eje seleccionado cuya al menos una propiedad de adaptabilidad asociada debe ser determinada;

    - seleccionar un conjunto de conexiones de excitation que comprende al menos una conexion del manipulador (2) que para la configuracion cinematica fijada del manipulador (2) se configura para excitar al menos un enlace del eje seleccionado conectado a al menos una conexion del conjunto de conexiones de identificacion;

    - seleccionar un conjunto de conexiones de configuracion de sujecion del manipulador (2), donde al menos una conexion del conjunto de conexiones de configuracion de sujecion no es parte del conjunto de conexiones de identificacion ni del conjunto de conexion de excitacion;

    - accionar dicho conjunto de conexiones de excitacion, de manera que dicho eje seleccionado se excite mientras se controla el conjunto de conexiones de configuracion de sujecion de manera que la configuracion cinematica fijada se mantenga;

    - controlar una o mas cantidades relacionadas con el par de conexion y la position de conexion obtenidos del par de accionador y la posicion de accionador para al menos una conexion en el conjunto de conexiones de identificacion y/o en el conjunto de conexion de excitacion;

    - determinar al menos una propiedad de adaptabilidad de dicho eje seleccionado basada en una o mas cantidades monitorizadas; y

    - generar una senal de propiedad que indica dicha al menos una propiedad de adaptabilidad.
20. 20. Programa informatico (P) que comprende instrucciones informaticas configuradas para hacer que la unidad de control (20) del sistema (1) segun la reivindicacion 19 ejecute el metodo segun cualquier de las reivindicaciones 1 a 16.
21. 21. Medio de almacenamiento legible por ordenador (21) que tiene almacenado sobre si mismo el programa informatico (P) segun la reivindicacion 20.