CN101309783A - 控制装有定位开关的工业机器人运动的方法和装置 - Google Patents

Abstract

控制多轴工业机器人或装有机器人控制单元的机械手的一种方法，该机器人或控制单元还包括运行伺服控制器的至少一个第1计算机(10)。对所述机器人臂的至少一个轴配置运动限制。将机器人位置的参考信号(1)与所述机器人臂的位置的测量值一起送给机器人控制器(13)。处理参考位置然后在鉴别器(4)中比较测量位置和处理过的参考位置以便限制所述机器人的臂的运动。

Description

控制装有定位开关的工业机器人运动的方法和装置

技术领域

本发明涉及工业机器人和涉及限制该工业机器人一个或多个轴运动范围的方法、装置和系统。

背景技术

象工业机器人这样可编程的伺服控制机常装有定位开关用于限制它们的工作空间或者允许该机器与其他运动设备互锁。这些定位开关常使用机加工的凸轮来限定开关的位置。在必须遵循职业的安全规程的各种应用中常常在特殊的位置上使用各种开关。

Nehei等人的美国专利US 5,558,196号题目是“用于检测机器人(Fanuc)中转动限制的装置”，是用于检测工业机器人转动部件转动限制的一种装置，其中转动部件相对固定部件围绕轴在第1和第2转动方向上转动。该装置包括装设在转动部件上的限位开关和装设在固定部件上以便起动限位开关的接触件。该装置看起来不需要调节接触件。但是该臂的铸造看来需要附加的材料以便形成围绕该臂的圆形壁接着通过机加工生成将要附连接触件的转动部件上的圆周形壁。

一般来说，机械的定位开关是很贵的，需要维护，和在机器和控制器之间需要另外的电缆。每个限位开关通常需要周期地更换和/或修理。

已知有各种解决办法，如对提供定位开关功能的至少一个伺服轴的参考和测量位置使用电子监控，它不依赖于限位开关和机械凸轮。Ziegler等人的美国专利6,778,867号题目是“一种处理装置的监测和控制”，描述用于监测有至少一个移动式的和/或可动的和/或固定的装置的一种技术系统的监测和控制装置，和更特别的是，处理装置是布置在保护装置中，和还包括至少一个优选的中央或分散的控制单元和连接在那里以便执行危险动作的致动器。

电子监控的解决办法一般需要参考值和测量位置之差应保持在预定的阈值之下。但是，这种类型的监控可能触发停车，因为某些不可预测的机器人运动造成控制误差超过阈值。与其他的因素一起，由于动态效应如伺服延迟和加速时的瞬变，可能增加可以看作是一种类型的伺服控制误差的在参考和测量位置之间的差。结果，可能给出的阈值是在小于最优值的水平。

发明内容

本发明的一个实施例提供对多轴工业机器人或装有机器人控制单元的机械手(manipulator)的运动控制方法的一种改进，该机器人或控制单元还包括运行伺服控制器的至少一个第1计算机，和该方法包括注册(register)所述机器人臂的至少一个轴的运动限制，给机器人控制器提供机器人位置的参考信号和对所述机器人臂的至少一个轴的位置进行测量以便限制所述机器人的所述臂的运动，其特征在于通过在第1计算机中运行定位开关的模型为基础的鉴别器(evaluator)和依据所述的参考信号对所述机器人臂的所述至少一个轴的位置建立数学模型和比较模型位置和测量位置，从而提供所述至少一个所述轴的运动限制。

本发明的另一个实施例提供一种方法，其特征在于用期望值提供所述至少1个轴的模型位置。

按照另一个实施例提供一种方法，其特征在于通过装设在机器人或机器人控制单元中的第2计算机计算出模型位置。

按照另一个实施例提供一种方法，其特征在于装设的机器人臂的至少一个轴没有硬件的定位开关或机械的转动制动机构。

按照另一个实施例提供一种方法，其特征在于在定位开关的模型为基础的鉴别器中运行所述至少一个轴的伺服回路模型和至少一个齿轮箱的模型。

本发明的另一个实施例提供一种方法，其特征在于方法包括的各步骤：读出送给所述至少一个轴的伺服控制的参考值或目标值，读出至少一个轴的实际马达位置的测量值，在模型为基础的鉴别器中建立伺服控制回路的数学模型，建立齿轮箱的数学模型和计算出第1位置和第1位置的期望值。

按照另一个实施例提供一种方法，其特征在于根据伺服控制回路操作模式的变化改变模型为基础的鉴别器的加权子程序。

本发明的另一个实施例提供一种方法，其特征在于用进行伺服控制的第1计算机上运行第1模型为基础的鉴别器计算出第1位置和期望值，和通过在第2计算机上运行的模型为基础的鉴别器的第2实例计算出第2位置和期望值。

本发明的另一个实施例提供一种方法，它还包括在第2计算机上运行的模型为基础的鉴别器的第2实例的控制回路与在第1计算机上运行的第1模型为基础的鉴别器共享。

按照另一个实施例提供一种方法，其特征在于比较各期望信号和当至少2个期望信号估价为正时可将该位置处理作为安全-估价位置，该方法特征在于比较各期望信号和当至少2个期望信号不是都为正时可以产生指示内部错误的信号。

按照本发明的另一方面，提供对控制多轴工业机器人或装有机器人控制单元的机械手运动的装置的一种改进，其特征在于所述装置包括含有至少一个用于伺服控制的第1计算机的定位开关，用于读取实际位置值和将它与参考信号比较的机构以便限制所述机器人一个臂在至少一个轴上的运动，该装置装有运行模型为基础的鉴别器的至少一个第2计算机，鉴别器包括机构根据所述的参考信号通过伺服控制模型给所述至少一个轴的第1位置建立数学模型，比较至少一个轴的建模的第1位置与测量位置，和根据建模的第1位置的作用产生控制信号。

按照另一个实施例提供一种装置，其特征在于该模型为基础的鉴别器包括运行至少一个轴的伺服回路模型和至少一个齿轮箱的模型的机构。

按照另一个实施例提供一种装置，其特征在于伺服回路模型包括至少一个描述延迟的参数，齿轮箱模型包括至少一个转数计数器和至少一个齿轮箱减速比的参数。

按照另一个实施例提供一种装置，其特征在于模型为基础的定位开关包括输入目标或参考值给至少一个轴的伺服控制，输入至少一个轴的实际位置的测量值的机构，和为伺服控制回路建立模型和为齿轮箱建立模型的机构，以便计算第1位置和第1位置的期望值，和根据至少一个轴的模型为基础的鉴别器的状态产生控制信号的机构。

按照另一个实施例提供一种装置，其特征在于模型为基础的定位开关包括单一的主板和至少2个计算机或处理器用于运行至少一个模型为基础的鉴别器的实例。

按照本发明实施例一种改进的定位开关提供一种方法和装置通过软件控制来限制机器人的工作区域。提供的软件控制通过使用一种定位开关，它包括至少一个模型为基础的鉴别器来估价测量的位置和将它与参考位置比较。还规定该位置是期望值。开发传统的机器人有一种方案是使用可调的机械制动器或凸轮和限位开关在机器人臂的不同轴上执行定位开关的作用。机械元件、制动器、机电限位开关或凸轮都需要空间和在机器人臂上机加工，这导致成本很高而且臂更重。

通过使用软件控制有可能使机器人臂更加紧凑、轻巧和成本高效。当在机器人臂的一部分不需要凸轮或其他机械的制动器时，那部分将不再需要：在铸造中额外的空间；高成本的机加工从额外的铸造形状中机加工出凸轮等；更重的结构。因为在旋转部分上需要的材料少，因此在操作时减小了机器人上的负荷，使上述的效益得到扩大。另外，没有限位开关需要调节，更换或修理。在整个产品寿命中对修理和更换的需要所产生的维修也减小。

改进的定位开关的另一个优点是，简化了机器人为其他任务所需的重新组装。本发明提供更加有效的途径来重新构造运动限制和定义机器人的安全空间。编程的工作包络不再必须与机器人总的理论工作包络相等。不再需要工程师或技术员去停止机器人以便人工地调节在机器人臂或固定部分上的限位开关或制动件。此外，因为改进的定位开关提供改进的机器人有效工作范围限制，从而可以使用机器人按照工业安全标准以安全的方式与操作人员更紧密地配合去完成一个或多个任务。改进的定位开的另一个优点是，可以快速和简单地给定或重新给定对机器人不同的轴各种轴限制的逻辑组合。另外，改进的定位开关当机器人在停止时可以提供机器人臂的位置给控制单元，从而保持机器人臂不同轴的安全性和同步。

在本发明的优选实施例中改进的定位开关包括一个或多个微处理器单元或计算机。控制单元包括存储机构用于存储和/或运行一个或多个计算机程序。这些程序执行改进的定位开关的操作。优选地这样的计算机程序包含对一个或多个处理器的各种指令来执行上述的方法，下面将要更详细地描述。在一个实施例中在计算机可读的数据载体如CD ROM上装设计算机程序。

附图说明

现在将仅通过实例描述本发明的各实施例，并特别参考附图，附图有：

图1表示电子定位开关一个实施例的简化方块图，它包括按照本发明一个实施例的模型为基础的鉴别器(MBV)；

图2表示机器人的总的控制方案，机器人包括按照本发明一个实施例的电子定位开关；

图3a表示与按照本发明的一个实施例的伺服控制器连接的单通道的MBV；和

图3b表示与伺服控制回路连接的MBV的另一实施例；

图4a表示简单的齿轮箱模型，它包括解算装置测量信号和转数计数器；和

图4b表示简单的反向齿轮箱模型，它包括齿轮比和臂的精细位置；

图5表示按照本发明另一个实施例双通道MBV的简化方块图，MBV包括该MBV的至少2个实例；

图6表示按照本发明的另一个实施例双通道电子定位开关的发展，其中2个或多个MBV共享一个处理器或CPU的伺服回路模型；

图7表示按照本发明的另一个实施例双通道MBV的简化方块图，它包括至少2个MBV的实例，每个运行在不同的CPU上和其中伺服控制器运行在第3个CPU上；

图8表示按照本发明另一个实施例双通道电子定位开关，它包括至少2个MBV实例和每个实例运行在不同的CPU上和其中MBV共享运行在上述两个CPU中一个上的伺服回路模型；

图9表示按照本发明一个实施例电子定位开关期望值优选单元处理器的简化方块图；

图10表示按照本发明一个实施例包括模型为基础鉴别器的定位开关的一种操作方法的实施例的流程图。

具体实施方式

按照本发明实施例的一种改进的定位开关，通过有至少一个CPU和有关的存储器的电子计算机以及模型为基础的鉴别器MBV的形式提供一种可编程的电子定位开关。该MBV运行在该CPU中，并将CPU连接在通信通道，从那里可以读出送给伺服控制器的参考数据，和还连接在测量通道，那里可读出马达的位置。MBV对监控下机器的每个伺服轴有至少一个模型和对每个齿轮箱有至少一个模型。

图1表示按照本发明一个实施例的可编程电子定位开关形式的改进的定位开关100。它表示模型为基础的鉴别器(MBV)4、优选单元30和可编程的安全子程序40。该可编程安全子程序可由安全程序38或通过配置来编写程序。用位置参考数据1和位置测量值22供给该MBV。用各参数P和灵敏度给定S供给该MPV的伺服回路模型。MPV输出与那些位置相关的期望估价位置19和期望值18到优选单元30。优选单元在适当的时候以双通道误差信号的形式供给安全性提高的位置32和误差信号34。可编程安全子程序提供安全信号42给机器人控制系统。

图2表示控制机器人101的一种系统布置，包括可编程电子定位开关100的一个实施例。它表示控制模块201包括屏面安全子程序230，也可以布置它与教学悬吊单元29相连接。例如，通过屏面安全子程序PS或TPU29，或者通过控制系统另一个合适的连接部分都可以配置运动的限制。这样的运动限制规定机器人一个或多个轴运动范围的限制。当已经配置或存储运动限制时，控制系统通过跟踪由电子定位开关确定的机器人位置保证机器人保持在限制范围之内。当机器人位置不能确定是可靠的，或者如果已经产生误差，那么触发安全子程序和警报。控制模块还可以包括电源和不间断电源(UPS)、计算机225，和一系列与传感器和/或过程信号相连的输入和输出(I/O)接口205。在控制模块中各子程序可通过LAN210或USB215总线连接或伺服线220或通过以太网-类型的连接215进行互相连接。图2还表示驱动模块。

驱动模块202包括可编程电子定位开关100，它包括MPV4连接到各驱动器和安全模块235，连接到控制模块计算机225输入/输出(I/O)接口205和轴的计算机子程序240。在该图的第3模块中，表示机器人101，它包括马达15和串联的处理从至少一轴来的数据的测量板SMB。

按照本发明实施例的可编程电子定位开关包括模型为基础的鉴别器MBV，它包含对每个轴至少一个伺服回路模型，使用中每个齿轮箱至少一个模型，典型的过滤器元件，和至少一个加权子程序(也请参看图3a和下面的图)。MBV读出测量值(measurement value)和参考值(reference value)。在求值之后，它将至少一个得到的期望值(trust value)的位置传给图1的优选单元30，同时传给指示期望大小的一个数值，在每个位置值中通常加上一个在0(不期望)和1(充分期望)之间表示期望大小的数。另一种是，可以由引起特定动作的误差信号，如打开灯光，通过通讯通道送出信息等来代表低的期望值。

根据接受的多个位置信号以及相关的期望值，可以期望某个(如果任何的)位置信号和如果存在足够的有高期望水平的信号给予位置测量值的正确性信任投票，那么优选单元就做出决定。优选单元在2×2n期望值上必须做出2个决定(也请参看图9)。如果优选单元决定信任现有的各位置，在第3单元40中，可以执行在该位置上用户-定义的各项操作(可编程的安全子程序)。除了轴的限制和轴的范围之外，可以选择各种操作，如速度监控和停止监控。即使机器人不动，停止监控包括在停止或制动期间保持正确的位置信息，从而可以满足位置的精度和安全性的需要。在停止期间保持或甚至更新位置可靠的和精确的测量为机器人不同运动部分之间保持精确的同步提供一种基础。

图3a表示本发明的另一个实施例，它包括与伺服控制器连接的单通道MBV。该图表示MBV4它包括对至少一个轴的齿轮箱模型6B，伺服回路模型5B，过滤器8和加权子程序9，全都运行在第2计算机或处理器B中。图3a还表示运行伺服控制器和齿轮箱模型6a的计算机10，CPU或处理器A。计算机A依次与功率放大器14、驱动马达15、和齿轮箱16相连接。计算机A的输出还与马达中的传感器装置，如为解算器(resolver)的传感器相连接。将位置参考值1(从图左边来的箭头)供给运行伺服控制器13的计算机A(10)，在14处放大的送到马达15的伺服控制器的输出造成齿轮箱16的运动和移动该臂到给定的臂位置(图右边的箭头)。将从17处的解算器或其他传感器的测量值反馈22a到齿轮箱模型A，在7a处加或减参考值然后供给伺服控制器13。解算器测量值也反馈和表示为现有的22b供给第2齿轮箱模型B。在成模之后齿轮箱模型B输出位置参考值2到加法器7b，在那里它可以与参考位置1成模之后从伺服模型来的输出3组合。在这个实施例中，如在图3a中表示的优选地在第1计算机A(10)或CPU上执行伺服控制器的处理过程和在第2计算机B(11)或CPU上执行MBV。该MBV包含至少一个齿轮箱模型6b和一个伺服回路模型5b、比较器、加法器或减法元件7b、过滤器8和加权元件9。在加权子程序9之后单通道的输出是期望值18和安全估价的位置19，它可以是1、2或3或者是1、2和3的线性组合。

简单伺服回路模型的例子可以是代表一个或多个通信延迟或伺服延迟的延迟元件。过滤器元件优选地减少差分信号的高频分量，通常在伺服马达加速时会发生。在最简单的情况下，加权子程序可以是一个比较器，如果输入信号是低于一定的阈值它给出输出信号1，如果在阈值之上输出信号为0。另一种是，加权子程序也可以平滑地给出中间值。总的来说，当由齿轮箱模型送出的测量位置和伺服回路模型预估的位置之间的误差增加时则可能使期望值减少，或者正好相反。优选地使用数值0和1作为期望值和加权子程序是阈函数。如数据连接线20所示那样，齿轮箱模型A和齿轮箱模型B可以是同步的。

图3b表示伺服控制回路的另一种实现。传感器或解算器测量值从17不是供给运行伺服控制器的计算机A，而是与给计算机A中反向齿轮箱模型6a’的参考值一起供给到加法和减法7a之前并接着供给伺服控制器13。在加权子程序9之后从单通道鉴别器的输出是与图3a的实施例相同，期望值18，安全估价的位置19，它可以是1、2或3或1、2和3的线性组合。

在一个实施例中，MBV包括有双通道测量位置数学模型的比较器，它用于与参考位置比较。如果2个通道中一个的差值超过阈值，将送去比较的期望值给定为0，这意味着无论哪个信号，伺服控制器或MBV本身可能是错的，和如果不是这样情况期望值给定为1。在出错的情况下，因而优选单元将接受2个位置信号有至少一个期望值为0，结果将决定给出错误信号。

图5表示按照本发明另一个实施例的双通道模型的MBV，它包括计算机A负责计算伺服控制器和MBV的一个实例，而计算机B计算MBV的第2个实例。2个MBV包括齿轮箱模型和伺服回路模型。该图表示计算机A(10)包括加法器或比较器7a、齿轮箱模型A、伺服回路模型A、过滤器8A和加权子程序9A、伺服控制器13和反向齿轮箱模型6A’。将参考值1送给齿轮箱模型A。传感器或能算器的测量值反馈22a送给加法器7a和齿轮箱模A两者。计算机B(11)包括齿轮箱模型B、伺服回路模型B、过滤器8B和加权子程序9B。相同的传感器和解算器的测量值从17反馈22b送给第2实例的齿轮箱模型B。

从第1通道在加权子程序9A之后的输出是期望值18A和安全估价的位置A(19A)，它可以是1A、2A或3A或者是1A、2A和3A的线性组合。相同地，从第2通道在加权子程序9B之后的输出是期望值18B和安全估价的位置B(19B)，它可以是1B、2B或3B或者是1B、2B和3B的线性组合。可以使用1B、2B和3B的其他组合。当使用多通道MBV时，优选单元30可以指定一逻辑函数，允许优选单元忽略单个非期望的位置并继续操作，但给定警报信号要求检查该系统。这是多重冗余的形式，在交通工具如飞机或航天飞船中也可使用这种形式。如果优选单元决定信任现有的各位置，那么在该位置上通过第3单元(可编程的安全子程序40)可以执行用户定义的各项操作。还可以监控所加的轴的限制、轴的范围和速度。在停止、制动或其他功能期间尽管一个轴没有驱动也可以监控该机器人。

由于MBV包括齿轮箱模型，该模型可以包含每个轴的至少一个转速计数器，就需要由数据连接20(图3a、b、5、6)所表示的机构去保证MBV模型的转速计数器与用于伺服控制的转速计数器和实际齿轮箱的真实转速两者保持同步。例如可以利用该机械对安装在已知位置的电气开关的周期运动进行同步以便保证所有的模型提供正确的和相同的臂位置。

图4a表示从传感器或解算器17读出测量信号的简单齿轮箱模型6、6a、6b的实施例，和包括转速计数器48、乘法器44a、可以接受校准补偿49的加法器47、反齿轮比45、和第2乘法器50。在第1乘法器44a之后计算出臂的粗略位置信号46和在第2乘法器50之后计算出臂的精细位置信号51。图4b表示简单的反向齿轮箱模型6a’的实施例，包括臂精细位置51的输入、齿轮比54、乘法器44、校准补偿的输入49、和马达位置输出55。

在按照另一个实施例的开发中监控的模式可以允许在按照输入信号或按照根据参考信号和测量位置内部产生的信号操作时改变加权子程序。例如，这个程序的一个应用将会是在要求较低程度安全性的操作中放宽控制误差的阈值，和减小伺服控制器的增益以便允许外部的设备去移动伺服轴。例如在运行机器人的顺应性模式或其他模式用于如教学、编程或配置时可以使用这种情况。

按照本发明的实施例可以配置电子定位开关以便对至少一个轴定义至少一个限制，在所述轴到达给定的限制的任何时刻送出信号和/或给出输出。也可以是这样，可以产生代替的信号或者根据轴各限制的逻辑组合，例如：(轴1超过限制和轴2超过限制和......)。如果优选单元决定信任所有的各位置，那么在第3单元中可以执行用户定义的在该位置上的各项操作，如轴的限制、轴的范围、速度的监控、停止的监控等。以这种方式，由定位开关提供在机器人附近的安全工作区，而不再需要在机器人的至少一个臂上使用机械的限位开关。

图10表示按照本发明实施例一种方法的流程图。它表示各步骤的顺序，包括以下各步：

110读出测量位置22、22a

111使用齿轮箱模型计算出臂的位置

113读出臂的参考位置1

114计算伺服回路模型

116计算在测量位置和参考位置之间的差

117加入过滤

119加入权重，和产生位置值19和期望值18

它还表示可以配置各参数和为齿轮箱模型在112，伺服回路模型在114，过滤器在118输入各参数和/或在119输入灵敏度S。

图6表示按照图5本发明的一个实施例，其中MBV共享计算机B的伺服回路模型。这种解决方案减小了复杂性，但需要在计算机A(10)和B(11)之间的实时通信。

图7表示本发明的双通道、3个计算机的实施例，其中第1计算机A(10)负责伺服控制器、第2计算机B(11)提供MBV的第1实例、和第3计算机C(12)提供MBV的第2实例。在加权子程序9B之后从第1通道的输出是期望值18B和安全估价位置B(19B)，该位置可以是1B、2B或3B或者是1B、2B和3B的线性组合。同样，在加权子程序9C之后从第2通道的输出是期望值18C和安全估价位置C(19C)，它可以是1C、2C或3C或者可以是1C、2C和3C的线性组合。在加权子程序9A之后从第3通道的输出是期望值18A和安全估价位置A(19A)，它可以是1A、2A或3A或者是1A、2A和3A的线性组合。同样，在加权子程序9B之后从第2通道的输出是期望值18B和安全估价位置B(19B)，它可以是1B、2B或3B或者是1B、2B和3B的线性组合。可以使用1B、2B和3B的其他组合。

图8表示按照图7的实施例，其中2个MBV共享计算机B的伺服回路模型。这种解决方案减小了复杂性，但需要在计算机B和C之间的实时通信。在加权子程序9B之后从第1通道的输出是期望值18B和安全估价位置B(19B)，它可以是2B或3B或者是2B和3B的线性组合。第2通道的输出可以包括模型的参考值1C以便给出期望值18C和安全估价位置C(19C)，它可以是1C、2C或3C或者可以是1C、2C和3C的线性组合。

有按照本发明实施例的改进的定位开关的机器人和/或自动化的应用可以应用在汽车装配线的各项操作中和应用在汽车制造中所使用的制造方法中。可以使用机器人或自动化的应用去执行任何这样的任务：焊接、钎焊、电钎焊、铆接、清理铸件、涂漆、喷漆、静电喷漆、胶接、在金属处理过程中实行的各项操作，如连铸、铸造、金属模铸和其他材料的生产方法，如塑料的注射成型、压缩和/或反应模制或挤压。应用机器人可以执行其他的各项操作，包括如折弯板、弯曲板和/或板的卷边。机器人的应用可以包括许多工具，有无线通信和没有无线通信。特别是，可以使用机器人以按照工业安全标准的安全方式与操作人员紧密配合去执行一项或多项任务。也可以应用本发明到1个或多个机器人，它们的布置是提供车辆模拟装置的应用或娱乐的驾驶。

至少在机器人控制单元中，在PLC中，或在定位开关100中存在一个或多个处理器(或微处理器或计算机)，每个包括中央处理单元CPU执行按照本发明一个或多个方面的方法的一个或多个步骤。借助一个或多个程序来执行上述的步骤，各程序至少部分存储在存储器中或者由一个或多个处理器可访问的存储器中。本发明也可运行在一个或多个通用目的的工业微处理器或计算机中而不是一个或多个特殊配合的计算机或处理器、装置，如FPGA(现场可编程的门阵列)、CPLD(复杂的可编程的逻辑装置)、或ASIC(应用的特殊整体的电路)。

计算机程序包括计算机程序代码单元或软件代码部分，它们使计算机或处理器执行使用方程式、算法、数据、存储的数值、计算和前面描述的其他方法，例如，关于图10的流程图的各种方法。部分程序可在存储在如上所述的处理器中，而且也可在ROM、RAM、PROM、EPROM或EEPROM芯片、快速存储器或类似的存储机构中。该程序部分或全部也可在本地(或中心地)存储在其他合适的计算机可读的介质中或介质内，如磁盘、CD-ROM或DVD盘、硬盘、磁光存储器装置、易失性存储器、快速存储器，如固件、或存储在数据服务器中。也可使用其他已知的和合适的介质，包括可删除的存储器介质，如快速存储器、硬驱动机等。该程序或各种程序也可部分由数据网供给，包括公共网络如互联网，通过临时硬线数据连接和/或通过布置在机器人或机器人控制单元的无线通信单元、由局部PLC和/或其他计算机供给。

也可以部分装设所描述的计算机程序作为分布式应用程序能多少同时运行在几个不同的计算机或计算机系统上。

应注意尽管上面描述了本发明示范性的各实施例，但可以对公开的解决方案做几种改变和修改而不会背离本发明在附属的权利要求书中所定义的范畴。

Claims (45)

1.控制多轴工业机器人或装设机器人控制单元的机械手的一种方法，该机器人或控制单元还包括运行伺服控制器的至少一个第1计算机(10)，和该方法包括注册所述机器人臂的至少一个轴的运动限制，给机器人控制器(13)提供机器人位置的参考信号(1)和对所述机器人臂至少一个轴的位置进行测量以便限制所述机器人臂的运动，其特征在于通过在至少一个计算机(10、11、12)中运行定位开关(100)的模型为基础的鉴别器(4)，依据所述参考信号对所述机器人臂的所述至少一个轴的位置建立数学模型和比较模型的位置(19、19A、19B、19C)和测量的位置(22、22a、22b)，提供所述至少一个所述臂的运动限制。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于用期望值(18、18A、18B、18C)提供所述至少一个轴的模型位置。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于通过装设在机器人或机器人控制单元中的第2计算机(11、12)计算出模型位置。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述臂的至少一个轴装设成没有硬件的定位开关或机械的转动制动机构。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于在定位开关的模型为基础的鉴别器(4)中运行所述至少一个轴的伺服回路模型和至少一个齿轮箱模型。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于该方法还包括：读出送给所述至少一个轴的伺服控制的参考值(1)或目标值，读出至少一个轴的实际马达位置的测量值(22、22a、22b)，和在模型为基础的鉴别器中建立伺服控制回路的数学模型，建立齿轮箱数学模型和计算出第1位置(19、19A、19B、19C)和第1位置的期望值(18、18A、18B、18C)。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于定位开关的以模型为基础的鉴别器包括加权子程序(8)。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于由根据参考和测量位置内部产生的信号或输入信号改变定位开关的以模型为基础的鉴别器的加权子程序。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于基于伺服控制回路操作模式的变化改变以模型为基础的鉴别器的加权子程序。

10.按照权利要求9所述的方法，该方法还包括在例如顺应性运动的操作模式期间改变以模型为基础的鉴别器的加权子程序。

11.按照权利要求1所述的方法，该方法还包括使至少一个齿轮箱模型的转速计数器函数与伺服控制转速计数器和测量的齿轮箱位置同步。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于该方法还包括用在运行伺服控制的所述第1计算机(10)上运行的第1模型为基础的鉴别器计算出第1位置和期望值，和通过在第2计算机(11)上运行的模型为基础的鉴别器的第2实例计算出第2位置和期望值。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于该方法还包括在第2计算机上运行的模型为基础的鉴别器的第2实例的控制回路与在第1计算机上运行的第1模型为基础的鉴别器共享。

14.按照权利要求12所述的方法，其特征在于该方法包括在所述第1计算机上运行伺服控制，用运行在第2计算机上第1模型为基础的鉴别器计算出第1位置和期望值，和通过运行在第3计算机(12)上模型为基础的鉴别器的第2实例计算出第2位置和期望值。

15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于该方法还包括运行在第2计算机上第1模型为基础的鉴别器的控制回路与运行在第3计算机上模型为基础的定位开关的第2实例共享。

16.按照权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于比较各期望值信号和当至少2个期望值信号估价为正时可将该位置处理作为安全估价的位置(19A、19B、19C)。

17.按照权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于比较期望值信号和当至少2个期望值信号不是都正时然后产生指示内部错误的信号。

18.按照权利要求1至17中任一项所述的方法，其特征在于当机器人是在停止或制动时对安全估价位置和/或期望信号建立数学模型。

19.按照权利要求1至18中任一项所述的方法，其特征在于在计算机程序的指令下执行该方法，该程序包括计算机代码工具和/或软件代码部分使计算机或处理器执行该方法。

20.按照权利要求1至18中任一项所述的方法，其特征在于通过按照权利要求19的计算机程序执行该方法，该程序包含在一个或多个计算机可读的介质中。

21.一种控制设置，用于控制多轴工业机器人或装有机器人控制单元的机械手的运动，所述装置包括至少一个用于伺服控制的第1计算机(10)，所述装置还包括机构用于读出实际位置值和将它与参考信号(1)比较的机构以便限制所述机器人的臂在至少一个轴上的运动，其特征在于所述装置装有运行模型为基础的鉴别器(4)的第2(11)计算机，该鉴别器包括机构用于：根据所述的参考信号通过伺服回路模型给所述至少一个轴的第1位置建立数学模型，比较建模的第1位置和该至少一个轴的测量位置，并根据建模的第1位置的作用产生控制信号。

22.按照权利要求21所述的装置，其特征在于模型为基础的鉴别器包括机构用于提供第1位置(19)的期望值，根据该值产生控制信号。

23.按照权利要求21所述的装置，其特征在于所述臂的至少一个轴设置成没有机械的制动机构。

24.按照权利要求21所述的装置，其特征在于模型为基础的鉴别器包括运行该至少一个轴的伺服回路模型(5)和至少一个齿轮箱(6)的模型的机构。

25.按照权利要求21所述的装置，其特征在于伺服回路模型包括至少一个描述延迟的参数，和齿轮箱模型包括至少一个转速计数器(48)和至少一个齿轮箱减速比的参数。

26.按照权利要求21所述的装置，其特征在于模型为基础的定位开关包括：输入目标值给至少一个轴的伺服控制的机构，输入至少一个轴实际位置的测量值的机构，和给伺服控制回路建立数学模型的机构，给齿轮箱建立数学模型以便计算出第1位置和第1位置的期望值的机构，和根据至少一个轴的模型为基础的鉴别器的状态产生控制信号的机构。

27.按照权利要求21所述的装置，其特征在于模型为基础的鉴别器包括加权子程序机构(8、8A、8B、8C)。

28.按照权利要求27所述的装置，其特征在于模型为基础的定位开关的加权子程序机构装设成从存储器机构是可读的，用于根据输入信号或根据基于参考和测量位置内部产生的信号改变权重的值。

29.按照权利要求28所述的装置，其特征在于模型为基础的定位开关的加权子程序装设成有机构去读指示伺服控制回路操作模式变化的信号。

30.按照权利要求21所述的装置，其特征在于所述装置还包括伺服控制转速计数器，伺服模型包括转速计数器函数，和使至少一个齿轮箱与测量到的齿轮箱位置同步的机构。

31.按照权利要求21所述的装置，其特征在于所述装置包括运行伺服控制也运行计算第1位置和期望值的第1模型为基础的鉴别器的所述第1计算机，和运行计算第2位置和期望值的模型为基础的鉴别器的第2实例的第2计算机。

32.按照权利要求31所述的装置，其特征在于所述装置包括装设在第1和第2计算机之间的通信机构，使运行在第2计算机上模型为基础的定位开关的第2实例的控制回路与运行在第1计算机上第1模型为基础的定位开关共享。

33.按照权利要求31所述的装置，其特征在于所述装置包括在第2计算机和第3计算机之间的通信机构，第2计算机运行计算第1位置和期望值的第1模型为基础的鉴别器，和第3计算机运行计算第2位置和期望值的模型为基础的鉴别器的第2实例。

34.按照权利要求21-33中任一项所述的装置，其特征在于模型为基础的定位开关(100)包括单个主板和运行至少一个模型为基础的鉴别器的至少2个计算机或处理器。

35.用于多轴工业机器人或装有机器人控制单元的机械手的一种机器人控制系统(200)，机器人或控制单元还包括至少一个运行伺服控制器的第1计算机(10)，和注册所述机器人臂至少一个轴的运动限制的机构，将机器人位置的参考信号(1)提供给机器人控制器(13)的机构和测量所述机器人臂至少一个轴的位置以便限制所述机器人所述至少一个轴的运动的机构(17)，其特征在于机器人或控制单元装设成有至少一个运行模型为基础的鉴别器(4)的第2(11)计算机，鉴别器包括通过伺服回路模型根据所述的参考信号给至少一个臂的第一位置建立数学模型的机构，比较建模的第1位置与所述至少一个轴的测量位置的机构，和根据建模的第1位置的作用产生控制信号的机构。

36.按照权利要求35所述的系统，其特征在于在定位开关(100)中包括模型为基础的鉴别器(4)。

37.按照权利要求36所述的系统，其特征在于定位开关包括优选单元和包括一个或多个可编程安全子程序(40)的单元。

38.按照权利要求36所述的系统，其特征在于定位开关包括在机器人控制系统的驱动模块中。

39.按照权利要求36所述的系统，其特征在于所述机器人或控制单元装设成有配置所述机器人所述至少一个轴的运动限制的机构。

40.按照权利要求39所述的系统，其特征在于所述机器人或控制单元装设成有根据所述机器人的至少一个其他轴的运动限制配置所述机器人所述至少一个轴的运动限制的机构。

41.按照权利要求35所述的系统，其特征在于所述机器人或控制单元装设成有依据所述的参考信号给至少一个臂的第1位置建立数学模型的机构(4)和当至少一个臂是在运动中或停止时比较建模的第1位置和所述至少一个轴的测量位置的机构。

42.包括计算机代码工具和/或软件代码部分的一种计算机程序，使计算机或处理器执行按照权利要求1-18任一项的方法。

43.一种计算机程序产品，它包括包含在一个或多个计算可读的介质中的按照权利要求42的计算机程序。

44.使用按照权利要求21-34中任一项所述的装置，在工作的地方或娱乐的场所使用工业或商业安装的多轴工业机器人或机械手进行各种操作。

45.使用按照权利要求35-41中任一项所述的系统去操作工业或商业安装的多轴工业机器人或机械手以便执行包括下列表中任一项的操作：装配汽车的部件、涂漆、焊接、钎焊、铆接、粘接、折叠板、弯曲板、板卷边、清理铸件、切割、激光切割、喷水切割、抓握物件、操纵物件、堆垛、拾起和放置、垫上托板、拆下托板。

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