CN109997086A - 机器人的运动轴的测量 - Google Patents

Abstract

一种根据本发明的用于对机器人(10)的运动轴(q_r；q_t)进行测量的方法，该机器人具有机器人臂(11)，该方法包括以下步骤：‑通过使机器人臂运动到第一姿势中而以机器人臂驶近(S10)点(P)，其中，运动轴具有第一姿态(q₁)；‑将运动轴调整(S30)到至少一个另外的姿态(q₂、q₃；q₅)中并通过使机器人臂运动到另一姿势中而以机器人臂驶近点(P)，其中，所述运动轴具有所述另外的姿态；以及‑基于机器人臂的姿势来确定(S40)所述运动轴的方向(D)。

Description

机器人的运动轴的测量

技术领域

本发明涉及用于对机器人的运动轴进行测量的一种方法和一种装置，该机器人具有机器人臂，以及涉及一种用于执行该方法的计算机程序产品。

背景技术

已知的，运动学模型特别是用于对具有机器人臂和附加轴的机器人进行轨迹规划、控制和监视，运动学模型将附加轴的姿态，必要时还包括机器人臂轴的姿态或者说机器人臂姿势一起，与点相对于机器人臂的位置彼此关联。

因此，例如对于图1所示的机器人10而言，其包括具有特定于环境的基座14的机器人臂11和用于转动台13的旋转的附加轴qr，适宜的运动学模型是这样的：其将附加轴qr的姿态与转动台13上的点P相对于机器人臂11的位置彼此关联，例如用以使机器人臂引导的工具12驶近某个特定于转动台的点。

对于图3所示的机器人10而言，其机器人臂11可以通过附加轴qt相对于环境U行驶，适宜的运动学模型特别是可以是这样的：其将附加轴qt的姿态和机器人臂11的姿势与工具12相对于环境(的点)的位置关联起来，例如以所谓的正向运动学或正向变换的形式根据位置给出姿态和姿势，或者发过来以所谓的反向运动学或反向变换的形式根据姿态和姿势给出位置。

这样的运动学模型通常包括坐标系之间的一个或多个变换，它们分别将两个坐标系相互转换，特别是特定于环境的坐标系、通过附加轴运动的坐标系和/或特定于机器人臂的坐标系，特别是特定于机器人臂基座的、特定于机器人臂尖端的或特定于端部法兰的和/或特定于工具的坐标系。在图1的示例中，运动学模型例如可以包括特定于转动台的坐标系和特定于环境的或特定于机器人臂基座的坐标系之间的变换，特别是仅包括这样的变换或附加地还包括与该变换相关联的、特定于环境或机器人臂基座的坐标系与特定于工具或机器人臂尖端的坐标系之间的变换；在图2所示的示例中例如包括特定于环境的坐标系和特定于机器人臂基座的坐标系之间的变换，特别是仅包括该变换或附加地还包括与该变换相关联的、特定于机器人臂基座的坐标系和特定于工具或机器人臂尖端的坐标系之间的变换。

通常将这样的坐标系选择为，运动轴与坐标轴对齐。因此，对于相应的坐标系而言，在运动轴旋转时将保留两个可自由选择的自由度(围绕运动轴的转动和沿运动轴的位移)，在运动轴平移时将保留四个可自由选择的自由度(坐标(系)原点相对于运动轴的三维位姿，围绕运动轴的转动)，它们通常如同其与运动轴对齐的坐标轴的方向以及必要时的位姿那样，基于机器人、特别是运动轴的理论额定值，例如结构尺寸等被预先设定或选定。一个众所周知的举例是Denavit-Hartenberg参数。

如果现在给出了运动学模型的变换的运动轴的方向以及必要时还有位姿由于制造和/或装配误差、碰撞、热力变化等与实际不一致，则运动学模型的质量劣化，并进而使基于该模型对机器人的轨迹规划、控制和监视等的质量劣化。

发明内容

因此，本发明的目的在于改善机器人的运动学模型，并特别是改善以其为基础的对机器人的轨迹规划、控制和/或监视。

本发明的目的通过一种具有权利要求1所述特征的方法来实现。权利要求11、12请求保护用于执行在此所述方法的一种装置或一种计算机程序产品。优选的扩展方案由从属权利要求给出。

根据本发明的一种实施方式，机器人具有单轴或多轴的机器人臂，在一种扩展方案中，机器人具有至少四个、特别是至少六个、特别是至少七个、特别是被致动的或被驱动的轴或关节，特别是转动轴或转动关节。

根据本发明的一种实施方式，机器人特别是除了机器人臂以外还具有至少一个(另外的)运动轴，特别是至少一个所谓的附加轴。

根据本发明的一种实施方式，测量、特别是通过根据本发明一种实施方式的装置测量该(附加或另外的运动)轴，该装置特别是硬件和/或软件技术地、特别是编程技术地被设计或者用于此目的。

根据本发明的一种实施方式，该方法包括下列步骤：

-通过使机器人臂运动到第一姿势来以机器人臂驶近一个点，其中，运动轴具有第一姿态；

-将运动轴调整到至少一个另外的姿态上，并通过使机器人臂运动到另一姿势来以机器人臂(分别)驶近所述的点，其中，所述运动轴具有所述另外的姿态；以及

-基于机器人臂的姿势来确定运动轴的特别是二维的方向。

根据本发明的一种实施方式，用于测量运动轴的装置相应地包括：

-通过使机器人臂运动到第一姿势上来以机器人臂驶近所述点的装置，其中，运动轴具有第一姿态；

-用于将运动轴调整到(所述)至少一个另外的姿态上并通过使机器人臂运动到(所述)另一姿势上来以机器人臂(分别)驶近所述点的装置，其中，运动轴具有所述另外的姿态；以及

-基于机器人臂的姿势，确定运动轴的方向。

由此在一种实施方式中，机器人臂本身有利地用于测量运动轴，特别是确定(二维的)方向，由此在一种扩展方案中，可以取消外部的测量系统。

在一种实施方式中，运动轴具有一(附加)轴，机器部件、特别是工具或工件，特别是所谓的定位器通过该(附加)轴相对于机器人臂、特别是机器人臂的基座是可运动的或者被运动或者被设计或用于此目的，在此，工具或工件特别是可松脱地可紧固在定位器上或者被紧固在定位器上或者被设计或用于此目的，以便与机器人臂、特别是由机器人臂引导的工具或工件共同起作用。

在一种实施方式中，运动轴具有一(附加)轴，机器人臂、特别是机器人臂的基座通过该附加轴相对于特别是特定的(intertialen)或者说不变的环境，特别是工作单元、地板、壁、房顶等是可运动的或者运动或者被设计或用于此目的。

根据本发明的方法或装置特别适用于特别是测量这样的运动轴或(附加)轴。

在一种实施方式中，所述以机器人臂多次驶近的点相对于机器人臂、特别是机器人臂的基座通过该运动轴或者说通过调整该运动轴是可运动的。

在一种扩展方案中，该点可以是特定于环境的，特别是当机器人臂通过运动轴相对于环境是可运动的或运动时，因为通过机器人臂相对于环境的运动反过来也使特定于环境的点相对于机器人臂运动。

同样地，在一种扩展方案中，该点可以是特定于机器人的，特别是在机器部件通过运动轴相对于机器人臂是可运动的或运动的情况下，亦即特别是特定于定位器的点。

在一种实施方式中，该点通过几何形状设计、特别是凹陷或隆起、特别是棱边、拐角、凸肩等预先设定。这使得利用机器人臂的驶近更加容易。

在一种实施方式中，运动轴的方向被如下地确定：即，该点在机器人臂所处的姿势上相对于机器人臂的位置的变化与该位置的理论变化之间的偏差由于将运动轴调整到运动轴的相应姿态中而被最小化。

在一种实施方式中，运动轴是旋转轴或转动轴。

据此，该点的位置由于运动轴的调整、也就是围绕运动轴的转动，理论上是沿着圆，而改变。相应地，可以将运动轴的方向确定为，使得基于在以机器人臂驶近时所确定的姿势所确定的点的实际位置尽可能地接近围绕被相应定向的运动轴的圆。

在一种实施方式中，运动轴是平移轴或线性轴。

据此，点的位置由于运动轴的调整、也就是沿着或在运动轴上的位移，理论上是沿着直线，而改变。相应地，可以将运动轴的方向确定为，使得基于在以机器人臂驶近时所确定的姿势所确定的点的实际位置尽可能平行于被相应定向的运动轴。

因此一般性地在一种实施方式中，基于所确定的姿势，确定点相对于机器人臂的位置，并基于该位置(并由此基于所确定的姿势)确定运动轴的方向。

在一种实施方式中，特别是在运动轴是旋转轴的情况下，该方法包括以下步骤：基于机器人臂的姿势，亦即特别是基于点相对于机器人臂的位姿，确定运动轴的位姿，特别是二维位姿，特别是垂直于运动轴，这些位姿本身基于所确定的机器人臂的姿势来确定。

在旋转轴的情况下，不仅是轴的方向，而且还有它的在两个垂直于其的方向上的二维位姿决定了所述的点的运动。相应地在一种实施方式中，运动轴的位姿(也)被确定为，所述的点在机器人臂所处的姿势上相对于机器人臂的位置的变化与该位置的理论变化之间的偏差由于运动轴被调整到运动轴的相应姿态中而被最小化。

本发明意义上的位姿特别可以是一维位姿、二维位姿或三维位姿，特别可以是笛卡尔位姿，即取决于距离，特别是在一个、二个或三个方向上相对于参考点、特别是坐标系(原点)的距离，特别是给出了这样的距离，特别就是这种距离。在一种实施方式中，本发明意义上的位姿可以给出或者包括一维、特别是二维或三维和/或笛卡尔的位置，特别可以是一维、特别是二维或三维的和/或笛卡尔的位置，和/或在一种实施方式中，本发明意义上的位置可以给出或包括一维、特别是二维或三维的和/或笛卡尔的位姿，特别就是一维、特别是二维或三维的和/或笛卡尔的位姿。

在一种实施方式中，该方法包括以下步骤：基于所确定的运动轴的方向和/或位姿，对特别是基于额定值被预先设定的运动学模型进行校正，该运动学模型将运动轴的姿态和点相对于机器人臂的位置彼此关联，在一种扩展方案中，在运动轴的已驶近点的姿态中，为此基于机器人臂的姿势所确定的点的位置尽可能良好地与通过运动学模型关联于该姿态的位置一致。

正如在引言中所阐释的那样，预先设定的运动学模型可以包括第一和第二坐标系之间的、取决于运动轴姿态的变换，在一种扩展方案中，该变换可以按照已知的方式与另外的坐标系之间的一个或多个另外的变换相关联，特别是以已知的方式相加和/或相乘，例如将移位和/或转动串联。

在一种实施方式中，为了对运动学模型进行校正，预先设定的运动学模型的第一和第二坐标系之间的变换通过第一和经校正的坐标系之间的、同样取决于运动轴姿态的经校正的变换来代替，或者说运动学模型由此被校正，其中，经校正的坐标系通过以下方式从第二坐标系导出：

-特别是通过最小可能的位移，将第二坐标系的关于运动轴的姿态不变的点、特别是坐标原点定位在该运动轴上；和/或特别是随后

-特别是通过最小可能的旋转，使第二坐标系的关于运动轴的姿态不变的轴、特别是坐标轴平行于该运动轴的方向取向。

由此在一种实施方式中，可以基于机器人的理论额定值特别是以已知的、开头所述的方式被预先设定的原始的第二坐标系被尽可能地保持，并且仅在某种范围内被修改，特别是尽可能少地围绕转动轴转动并且必要时尽可能少地垂直于运动轴位移，直至(经校正的)变换或(经校正的)运动学模型优化地给出所确定的运动轴的方向和必要时地位姿，而在选出或预先设定第二坐标系时所使用的其余的自由度尽可能保持不变。

在一种实施方式中，运动轴被调整到至少两个、特别是至少三个另外的姿态中，并通过使机器人臂运动到另一姿势中而以机器人臂分别驶近所述的点，其中，运动轴具有所述另外的姿态，并且所述运动轴的方向和/或位姿基于机器人臂的姿势来确定，特别是基于在该姿势的基础上所确定的该点相对于机器人臂的位置通过平均法、特别是最小平方法等来确定。

理论上，基于两个位置，通过使平移轴平行于这些位置的连接部地取向，或者说通过使平移轴平行于通过调整平移运动轴而运动的点的位置的相应变化地取向，已经能够确定平移轴的(二维)方向。通过借助于平均法来考虑两个以上的姿态或位置，可以使得测量误差等最小化，并相应地提高测量精度。

类似地，理论上，基于三个位置，通过使旋转轴垂直于穿过这些位置的平面地设置，以使这些位置尽可能地接近一围绕该轴的圆，已经能够确定旋转轴的(二维)位姿和(二维)方向。通过借助于平均法来考虑三个以上的姿态或位置，也可以在此使得测量误差等最小化，并相应地提高测量精度。

在一种实施方式中，以工作工具驶近所述的点，该工作工具特别是可松开地设置在机器人臂上，特别是设置在机器人臂的尖端或端部法兰上。由此可以有利地在没有更换工具的情况下进行测量，特别是可以在工作过程中直接校正运动学模型。

在一种实施方式中，以专门为此设计的、特别是可松开地设置在机器人臂上的、特别是设置在其尖端或端部法兰上的测量工具驶近所述的点，该测量工具不是被设计用于或用于加工和/或运输工件。由此特别可以改善所述的驶近。

本发明意义下的装置可以硬件技术和/或软件技术地构成，特别是具有：优选与存储系统和/或总线系统进行数据连接或信号连接的处理单元，特别是数字处理单元，尤其是微处理器单元(CPU)；和/或一个或多个程序或程序模块。为此，CPU可以被设计为：执行被实现为存储在存储系统中的程序的指令；检测来自数据总线的输入信号，和/或将输出信号发送至数据总线。存储系统可以具有一个或多个特别是不同的存储介质，特别是光学的、磁的、固体的和/或其他非易失性的介质。程序可以是这样的：其能够体现或者说执行在此所述的方法，从而使得CPU能够执行该方法的步骤，并由此特别是能够测量运动轴，特别是调整运动轴，使机器人臂运动并确定机器人臂的姿势。

在一种实施方式中，特别是通过用于测量运动轴或其装置的装置，完全或部分地自动执行该方法的一个或多个、特别是所有的步骤。

在一种实施方式中，用于测量运动轴的装置包括：

-用于确定运动轴的方向，以使所述的点在机器人臂所处的姿势上相对于机器人臂的位置的变化与该位置的理论变化之间的偏差由于运动轴被调整到运动轴的相应姿态中而最小化的装置；

-用于基于机器人臂的姿势确定运动轴的位姿的装置；

-用于确定运动轴的位姿，以使所述的点在机器人臂所处的姿势上相对于机器人臂的位置的变化与该位置的理论变化之间的偏差由于运动轴被调整到运动轴的相应姿态中而最小化的装置；

-用于基于所确定的运动轴的方向和/或位姿，对特别是基于额定值被预先设定的运动学模型进行校正的装置，该运动学模型将运动轴的姿态和点相对于机器人臂的位置彼此关联；

-用于对预先设定的包括第一和第二坐标系之间的、取决于运动轴的姿态的变换运动学模型进行校正的装置，该校正通过将该变换以或通过第一和经校正的坐标系之间的、取决于运动轴的姿态的经校正的变换来代替来实现，该经校正的变换通过一下方式从第二坐标系导出：特别是通过最小可能的位移，将第二坐标系的关于运动轴的姿态不变的点、特别是坐标原点定位在该运动轴上；和/或，特别是随后特别是通过最小可能的旋转，使第二坐标系的关于运动轴的姿态不变的轴、特别是坐标轴平行于该运动轴的方向取向；

-用于将运动轴调整到至少两个、特别是至少三个另外的姿态上并通过使机器人臂运动到另一姿势上而以机器人臂分别驶近所述的点的装置，其中，运动轴具有所述另外的姿态；和/或

-用于基于机器人臂的姿势借助于平均法来确定运动轴的方向和/或位姿的装置。

附图说明

其他的优点和特征由从属权利要求和实施例给出。为此部分示意性地示出：

图1：根据本发明一种实施方式的机器人和用于对机器人的运动轴进行测量的装置；

图2：对根据该实施方式的运动学模型的校正；

图3：根据本发明另一种实施方式的机器人和用于对机器人的运动轴进行测量的装置；

图4：对根据该实施方式的运动学模型的校正；以及

图5：根据两种实施方式的用于对机器人的运动轴进行测量的方法。

具体实施方式

图1示出了具有六轴机器人臂11的机器人10，其基座14关于环境U是位置固定的。在机器人臂11上紧固有工具或探测器(Taster)12。

转动台13围绕机器人10的、旋转运动轴q_r形式的附加轴相对于环境U是可转动的，并因此相对于机器人臂11、特别是其基座14是可转动的，以便例如通过机器人10或机器人臂11或由其所引导的工具12来加工工件。

机器人10的控制器2执行下面将参照图1、图2和图5所要说明的用于对运动轴q_r进行测量的方法。

在步骤S10中，通过使机器人臂11运动到一相应的姿势中并存储在此所占据的姿势，从而以工具或探测器12驶近在转动台13上突显出的、例如通过凹陷等预先设定的点P。在步骤S20中，检查是否已经占据预先设定数量的姿势，在该实施例中例如为至少三个姿势。

如果不是(S20：“否”)，则在步骤S30中将运动轴q_r调整到另一姿态中，然后重复步骤S10，在该步骤中，重新以工具或探测器12驶近转动台13上的点P并存储在此所占据的另一姿势。

如果预先设定数量的姿势已经被占据并被存储，则该方法或控制器2进入步骤S40。

在该步骤中，从所存储的姿势中确定特定于转动台的点P相对于机器人臂11的相应位置。在一种变型中，在步骤S10中也可以直接确定该位置以替代所述的姿势并存储。

为此，图1示例性地以实线示出了机器人臂11的第一姿势，在该第一姿势中，机器人臂在运动轴q_r的第一姿态中驶近点P；并以虚线示出了机器人臂11的另外的第二姿势，在该第二姿势中，机器人臂在运动轴qr的另外的第二姿态中驶近点P，图2示出了所确定的点P的位置P(q₁)、P(q₂)；并示出了点P在运动轴q_r的另外的第三姿态q₃和相应的机器人臂11的另外的在图1中未示出的第三姿势中相对于机器人臂11的另外的第三位置P(q₃)，如图2中通过特定于机器人臂基座的坐标系{x_rob,y_rob,Z_rob}所简示的那样。

在步骤S40中，根据位置P(q₁)-P(q₃)，建立特定于转动台的坐标系{x_ax,y_ax,z_ax}，该坐标系的z轴z_ax垂直地位于穿过P(q₁)、P(q₂)和P(q₃)的平面上，并在该平面中以最小平方法设置为，使得这些位置P(q₁)、P(q₂)和P(q3)相对于图2中以虚线示出的围绕z_ax的圆的距离的平方的和是最小的。坐标系{x_ax,y_ax,z_ax}的x轴与位置P(q₁)在z轴z_ax上的铅垂线对齐，其y轴y_ax与x轴和z轴形成直角系统或者说笛卡尔坐标系{x_ax,y_ax,z_ax}。

z轴z_ax由此与运动轴q_r对齐，从而在步骤S40中确定运动轴的二维位姿(在图2的视图平面中)以及相对于特定于机器人臂基座的坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}的二维方向。

首先基于特别是转动台13的理论额定尺寸预先设定一运动学模型，该运动学模型给出了运动轴q_r在点P相对于机器人臂11、特别是其坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}的位置P(q₁)、P(q₂)和P(q3)上的姿态q₁、q₂、q₃或相反地根据这些姿态给出了这些位置。

为此，该运动学模型具有特定于机器人臂基座的(第一)坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}和特定于转动台的(第二)坐标系{x_mod,y_mod,z_mod}之间的变换，该变换取决于运动轴q_r的姿态。

运动学模型的特定于转动台的坐标系{x_mod,y_mod,z_mod}以常规的方式被选择为，使得其z轴z_mod与转动台13的理论转动轴线对齐。

其原点的位姿以及其x轴和y轴相对于特定于机器人臂基座的坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}的方向是基于理论额定尺寸来选择的。

但是，基于相对于该理论额定尺寸的偏差，所述理论转动轴线z_mod的位姿和方向将偏离实际的运动轴q_r，如图2中为清楚起见而放大示出的那样。

因此，在步骤S50中，首先确定最小可能的位移d(见图2)，该位移使运动学模型的坐标系{x_mod,y_mod,z_mod}的或其变换的原点移动到所确定的坐标系{x_ax,y_ax,z_ax}的运动轴q_r或z轴z_ax上。根据从坐标系{x_mod,y_mod,z_mod}的原点到z轴z_ax上的铅垂线可以获得最小可能的位移d。

接下来，在步骤S50中确定最小可能的转动D(对此请参见图4)，该转动使得坐标系{x_mod,y_mod.z_mod}的z轴z_mod平行于坐标系{x_ax,y_ax,z_ax}的运动轴qr或z轴z_ax取向。该转动D的转动轴线根据z轴z_mod和运动轴q_r或者说z轴z_ax(在该实施例中，其反平行于x轴x_mod)的叉积或者说向量积获得，转动角度等于这两个轴之间的角度。

通过该最小可能的位移d和随后的最小可能的转动D，根据基于理论额定尺寸所预先设定的运动学模型的(第二)坐标系{x_mod,y_mod,Z_mod}，得到经校正的坐标系{x_cal,y_cal,z_cal}。

通过将预先设定的原始运动学模型的特定于机器人臂基座的(第一)坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}和特定于转动台的(第二)坐标系{x_mod,y_mod,z_mod}之间的变换以特定于机器人臂基座的(第一)坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}与经校正的坐标系{x_cal,y_cal,z_cal}之间的经校正的变换来代替，在步骤S50中关于所确定的实际运动轴q_r对运动学模型进行校正。

已知的是，在此只有坐标系{x_mod,y_mod,z_mod}的原点相对于z轴z_ax的(二维)位姿和原始的、基于理论额定尺寸所选择的该坐标系的z轴z_mod的(二维)方向适配于所确定的实际的运动轴q_r，而在六个自由度的剩余两个自由度中，也就是在原点于运动轴q_r上的(一维)位姿和x轴以及y轴围绕运动轴q_r的(一维)方向中，将保持该基于理论额定尺寸的原始选择。

由此获得有利的、经校正的运动学模型，其良好地给出了实际的运动轴q_r并同时尽可能地保持了基于理论额定尺寸的原始选择。

图3至图5以相应于图1、图2和图5中的方式示出了根据本发明另一种实施方式的机器人10和(用于)对机器人的运动轴进行测量(的装置2)。彼此相应的特征由相同的附图标记来标识，因此请参考前面的描述，下面仅对不同之进行讨论。

在根据图3至图5的另一种实施方式中，附加轴是用于使机器人臂11的基座14相对于环境U运动的平移轴q_t。

在步骤S10中，通过使机器人臂11运动到一相应的姿势上并存储在此所占据的姿势，从而以工具或探测器12驶近突显出的、例如通过凹陷等预先设定的特定于环境的点P。

在步骤S20中，预先设定的数量的姿势例如是五个姿势。在步骤S30中，运动轴q_t分别被调整到一另外的姿态中。

在步骤S40中，从所存储的姿势中确定特定于环境的点P相对于机器人臂11或其基座14'的相应位置。在一种变型中，在步骤S10中，也可以直接确定该位置以替代所述姿势并存储。

为此，图3示例性以实线示出了机器人臂11的第一姿势，在该第一姿势中，机器人臂在运动轴q_t的第一姿态中驶近特定于环境的点P；并以虚线示出了机器人臂11的另外的第五姿势，在该第五姿势中，机器人臂在运动轴qt的另外的第五姿态中驶近点P；图4示出了所确定的点P的位置P(q₁)、P(q₅)，并以实心圆的形式示出了点P在运动轴q_t的另外的相应姿态下和机器人臂11的相应的在图3中未示出的另外的姿势中相对于机器人臂11的另外的三个处于它们之间的位置，如通过特定于机器人臂基座的坐标系{x_rob,y_rob,Z_rob}所示出的那样。

在步骤S40中，根据位置P(q₁)-P(q₅)，建立特定于环境的坐标系{x_ax,y_ax,z_ax}，该坐标系的z轴z_ax通过最小平方法被设置为，使位置P(q₁)-P(q₅)相对于z轴z_ax的距离的平方的和是最小的，并且x轴和y轴因此形成直角系统或笛卡尔坐标系{x_ax,y_ax,z_ax}，其中，其围绕z轴的方向同样如同原点在z轴z_ax方向上的位姿那样是任意的。

z轴z_ax由此又与运动轴q_t对齐，其相对于特定于机器人臂基座的坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}的(二维)方向因此在步骤S40中被确定。

首先基于特别是运动轴q_t的线性引导的理论额定尺寸预先设定一运动学模型，该运动学模型将运动轴q_t的姿态q₁-q₅以及机器人臂11的确定了其姿势的轴的姿态与特定于环境的点P相对于机器人臂11、特别是其工具或者探测器12的位置P(q₁)-P(q₅)相关联，亦即，例如根据工具或者探测器12相对于环境并进而在任何情况下还间接地相对于特定于环境的点P的位置给出这些姿态，或相反地根据相应的姿态给出设置在机器人臂上的工具或探测器12相对于环境的位置，并进而在任何情况下还间接地给出了特定于环境的点P相对于机器人臂的位置。

为此，该运动学模型包括特定于机器人臂基座的(第一)坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}和特定于工具或探测器的坐标系之间的变换，以及与此相关联的、特定于机器人臂基座的(第一)坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}和特定于环境的(第二)坐标系{x_mod,y_mod,z_mod}之间的变换，该变换取决于运动轴q_t的姿态。

该运动学模型的特定于环境的(第二)坐标系{x_mod,y_mod,z_mod}以常规的方式被选择为，其z轴z_mod与用于使机器人臂11的基座14行驶的理论上的线性轴或者附加轴对齐。

其原点的三维位姿及其x轴和y轴相对于特定于机器人臂基座的坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}的一维方向，即，在与线性轴对齐的坐标系中还可被自由选择的四个自由度，也是基于理论额定尺寸来选择。

但是，由于与该理论额定尺寸的偏差，理论转动轴线z_mod的位姿和方向偏离了实际的运动轴q_t。正如已经在图2中示出的那样，在图4中也为了清楚起见而放大地示出了该偏差。

在步骤S50中，(仅，也就是在没有之前的(最小可能的)位移的情况下)确定最小可能的转动D，该转动使得坐标系{x_mod,y_mod.z_mod}的z轴z_mod平行于坐标系{x_ax,y_ax,z_ax}的运动轴q_t或z轴z_ax取向。该转动D的转动轴线由z轴z_mod和运动轴q_t或者说z轴z_ax(在该实施例中，其反平行于y轴y_mod)的叉积或者说向量积获得，转动角度等于这两个轴之间的角度。

通过该最小可能的转动D，从基于理论额定尺寸预先设定的运动学模型的(第二)坐标系{x_mod,y_mod,Z_mod}中又得出经校正的坐标系{x_cal,y_cal,z_cal}。

通过将预先设定的原始运动学模型的特定于机器人臂基座的(第一)坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}和特定于环境的(第二)坐标系{x_mod,y_mod,z_mod}之间的变换以特定于机器人臂基座的(第一)坐标系{x_rob,y_rob,z_rob}与经校正的坐标系{x_cal,y_cal,z_cal}之间的经校正的变换来代替，在步骤S50中，关于所确定的实际运动轴q_t校正运动学模型。

已知的是，在此只有原始的、基于理论额定尺寸所选择的坐标系{x_mod,y_mod,z_mod}的z轴z_mod的(二维)方向适配于所确定的实际的运动轴q_t，而在六个自由度的剩余四个自由度中，也就是在原点的三维位姿和坐标系的x轴以及y轴围绕运动轴q_t的方向中，将保持基于理论额定尺寸的原始选择。

由此将再次获得有利的经校正的运动学模型，其良好地示出了实际的运动轴q_t，并且同时尽可能地保持了基于理论额定尺寸的原始选择。

尽管在前面的描述中已经说明了示例性的实施方式，但是要指出的是还可能有很多的变型。

因此，在图3、图4的实施例中通过平均法确定了运动轴qt的方向，再次，理论上两个位置已经足够。而在图1、图2的实施例中，也可以通过平均法根据3个以上的位置来确定运动轴qr的位姿和方向。

附加地或替代地，也可以在图1、图2的实施例中附加地或替代地存在平移轴，和/或在图3、图4的实施例中附加地或替代地存在旋转轴。

此外还应指出的是，这些示例性的实施方式仅仅是举例，其不应对保护范围、应用和结构形成任何限制。相反，通过前面的描述能够赋予本领域技术人员实现对至少一个示例性实施方式进行转换的教导，其中，在不脱离本发明保护范围的情况下，可以实现特别是关于所述部件的功能和布置的各种变化，例如可以根据权利要求和等效的特征组合获得。

附图标记列表

2 控制器

10 机器人

11 机器人臂

12 工具/探测器

13 转动台

14 机器人臂基座

q_r 旋转的运动轴

q_t 平移的运动轴

x、y、z 坐标系轴

P 点(位置)

U 环境。

Claims (12)

1.一种用于对机器人(10)的运动轴(q_r；q_t)进行测量的方法，所述机器人具有机器人臂(11)，所述方法包括以下步骤：

-通过使所述机器人臂运动到第一姿势上而以所述机器人臂驶近(S10)点(P)，其中，所述运动轴具有第一姿态(q₁)；

-将所述运动轴调整(S30)到至少一个另外的姿态(q₂、q₃；q₅)中，并通过使所述机器人臂运动到另一姿势上而以所述机器人臂驶近所述点(P)，其中，所述运动轴具有所述另外的姿态；以及

-基于所述机器人臂的姿势，确定(S40)所述运动轴的方向(D)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动轴是用于使机器部件、特别是工具或工件相对于所述机器人臂运动的轴(q_r)，或者是用于使所述机器人臂相对于环境(U)运动的轴(q_t)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述运动轴的方向被确定为，使得所述点在所述机器人臂所占据的姿势上相对于所述机器人臂的位置的变化与该位置的理论上的变化之间的偏差由于将所述运动轴调整到其相应的姿态上而最小化。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-基于所述机器人臂的姿势，确定(S40)所述运动轴的位姿(d)。

5.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述运动轴的位姿被确定为，使得所述点在所述机器人臂所占据的姿势上相对于机器人臂的位置的变化与该位置的理论上的变化之间的偏差由于将所述运动轴调整到其相应的姿态上而最小化。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-基于所确定的所述运动轴的方向和/或位姿，校正(S50)特别是基于额定值预先设定的运动学模型，该运动学模型使所述运动轴的姿态和所述点相对于所述机器人臂的位置彼此关联。

7.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述预先设定的运动学模型包括第一坐标系({x_rob,y_rob,z_rob})与第二坐标系({x_mod,y_mod,z_mod})之间的、取决于所述运动轴的姿态的变换，该变换为了校正所述运动学模型而以所述第一坐标系和经校正的坐标系({x_cal,y_cal,z_cal})之间的、取决于所述运动轴的姿态的经校正的变换来代替，该经校正的变换通过以下方式从所述第二坐标系导出：

-特别是通过最小可能的位移，将所述第二坐标系的关于所述运动轴的姿态不变的点、特别是坐标原点定位在所述运动轴上；和/或特别是随后，

-特别是通过最小可能的旋转(D)，使所述第二坐标系的关于所述运动轴的姿态不变的轴、特别是坐标轴(z_mod)平行于所述运动轴的方向进行取向。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-将所述运动轴调整(S30)到至少两个、特别是至少三个另外的姿态中，并通过使所述机器人臂运动到另一姿势上而以所述机器人臂分别驶近所述点，其中，所述运动轴具有所述另外的姿态；以及

-基于所述机器人臂的姿势，通过平均法来确定(S40)所述运动轴的方向和/或位姿。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述运动轴是平移轴(q_r)或旋转轴(q_t)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以布置在所述机器人臂(11)上的工作工具或测量工具(12)驶近所述点(P)。

11.一种用于对机器人的运动轴(q_r；q_t)进行测量的装置(2)，所述机器人具有机器人臂(11)，所述机器人臂被设计用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法和/或具有：

-用于通过使所述机器人臂运动到第一姿势中而以所述机器人臂(11)驶近点(P)的装置，其中，所述运动轴具有第一姿态(q₁)；

-用于将所述运动轴调整到至少一个另外的姿态(q₂、q₃；q₅)中并通过使所述机器人臂运动到另一姿势中而以所述机器人臂驶近所述点的装置，其中，所述运动轴具有所述另外的姿态；以及

-用于基于所述机器人臂的姿势来确定所述运动轴的方向(D)的装置。

12.一种计算机程序产品，包括程序代码，该程序代码存储在能由计算机读取的介质上，所述计算机程序产品用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。