公開了模型預測相互作用控制。一種用于在與機器人(12)的環境(20)相互作用期間控制機器人的方法(10)，該方法通過求解優化問題(40)來計算最優控制變量作為機器人控制器的輸入(18)。優化問題(40)不僅基于機器人動力學(26)，而且還基于相互作用動力學(36)。

技術領域

本發明涉及用于控制機器人的方法和裝置。

背景技術

機器人——尤其是工業機器人——不再孤立地使用，而是越來越多地在它們必須與人或其他機器人協作的環境中使用。這使得控制機器人越來越困難。

控制復雜和多變量過程的一種方式是所謂的模型預測控制(MPC)。在MPC中，要控制的過程的動態模型用于根據輸入信號和當前測量值計算過程的未來行為。這允許計算最優輸入信號，從而得出最優輸出信號。可以同時考慮輸入、輸出和狀態限制。預測(預計)直至一定時間范圍T_hor的模型行為，但是通常僅使用到下一個時間步長的輸入信號，然后基于實現的狀態重復進行優化。由于該反饋，MPC是閉環控制，而不是最優控制。

DE 10 2017 129 665示出了使用模型預測控制的機器人控制的示例。此處，控制系統的目的(控制目標)是找到無碰撞移動路徑，使得機器人可以從空間中的一個位置移動到另一位置而不會與靜態或動態障礙物發生碰撞。

對于真實的人機協作，避免碰撞是不夠的。而是，機器人必須能夠直接與人協作，觸摸人或由人引導。因此，人與機器人之間的接觸是不可避免的。

發明內容

因此，本發明的一個目的是指定使得在與機器人的環境相互作用期間能夠控制機器人的方法和設備。特別地，本發明的目的是指定允許人與機器人之間的協作盡可能自然的控制過程。此外，本發明的目的是指定可以容易且廉價地實現并且可以靈活地適應于不同的應用的控制器。

根據本發明的一方面，提供了一種用于在與機器人的環境相互作用期間控制機器人的方法，該方法通過求解優化問題來計算最優控制變量作為機器人控制器的輸入，其中，優化問題考慮相互作用動力學和機器人動力學。

根據本發明的另一方面，提供了一種用于在與機器人的環境相互作用期間控制機器人的裝置，該裝置具有控制變量確定單元，該控制變量確定單元被配置成通過求解優化問題來計算最優控制變量作為機器人控制器的輸入，其中，優化問題考慮相互作用動力學和機器人動力學。

因此，本公開內容的構思是在模型預測控制中不僅考慮機器人動力學而且還考慮相互作用動力學。換言之，優化問題不僅考慮機器人動力學，而且還考慮隨著時間發生的相互作用力。

相互作用力是由于與機器人的環境的相互作用而作用在機器人上的力，例如由與人或物體的接觸而引起的力或由人對機器人的有意識引導而引起的力。因此，除了自然力(慣性力、向心力和科里奧利力)和重力之外，相互作用力實質上是作用在機器人上的接觸力。

通過考慮相互作用力，可以直接實現機器人的力和順從性控制。直接意味著基于相互作用力的控制已集成到模型預測控制中。因此，可以采用統一的方法，其中可以將不同的力和順從性控制用于不同的應用，而無需使用不同的控制方法。這意味著，由于機器人動力學保持相同，因此可以在不改變控制器類型的情況下實現不同的應用。因此，考慮機器人與其環境的相互作用不僅可以容易地實現，而且還可以靈活地適應于不同的任務。

MPC，即基于優化的方法，也可以通過考慮狀態和控制變量相關的等式和不等式約束來可變地擴展。因此，可以用統一的方法來實現機器人的基本控制任務，其中可以考慮各個控制的控制任務之間的依賴性。以這種方式，由于可以在不中斷方法的情況下實現控制任務，因此可以實現機器人的更自然的行為。因此，該方法提供用于順從性控制、力控制和運動控制以及它們的混合形式的統一的控制方法。因此，完全實現了以上提及的目的。