CN103403637A

CN103403637A - 用于教导机器人移动的系统

Info

Publication number: CN103403637A
Application number: CN2011800654912A
Authority: CN
Inventors: O.贝克; H.吕德勒; F.戴
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: EP2666064A2; EP2666064B1; CN103403637B; WO2012097835A3; WO2012097835A2

Abstract

本发明涉及用于教导机器人移动（84-88-90-92）的系统（30），其包括：●机器人（36，94），●具有至少自动模式和教导模式的机器人控制器（34，96），●可编程逻辑控制器（PLC）（32），其连接（38）到机器人控制器（34，96）。该可编程逻辑控制器（32）包括用于将坐标元组（42）存储在教导位置表（40）中的部件，该元组（42）每个至少描述机器人（36，94）的移动路径（84-88-90-92）的默认坐标（82）。每个坐标元组（42）通过专用PLC功能（10，56，58）而可调度（44）到机器人控制器（34，96）。可选地在教导模式中，用于手动规定默认坐标的交互过程在机器人控制器（34，96）上触发，并且能向可编程逻辑控制器（32）提供手动规定的坐标（84）并且其可存储回到可编程逻辑控制器（32）上。

Description

用于教导机器人移动的系统

技术领域

本发明涉及用于教导机器人移动的系统和用于命令机器人的附属方法。

背景技术

已知机器人广泛地在例如材料处理、机器抚育、部件组装、电弧焊或车辆喷漆的工业应用中使用。通常，若干机器人沿公共生产线一同工作，而每个机器人预见用于某一生产步骤。那些机器人的整体控制典型地由系统实现，该系统基于可编程逻辑控制器（PLC）。该可编程逻辑控制器例如根据输送系统的位置协调不同机器人的工作序列的触发，要组装的工件以此沿机器人的不同工作位置传输。PLC的编程采用更广的方式而标准化，例如通过IEC 61131，因此关于该问题，精通PLC编程的人员能够操作广泛的不同PLC控制的生产线。

机器人通常包括机器人操纵器，其在移动中具有若干自由度，例如六个或七个，而在该机器人操纵器的末端处典型地预见类似钳子的末端执行器或类似焊枪的另一个工具。在移动中具有至少六个自由度的机器人操纵器能够在每个取向中将附属工具定位在它的工作范围的每个坐标内。从而，沿机器人工具的移动路径的坐标典型地需要六个值，三个针对附属坐标并且三个针对附属取向。机器人的工作范围取决于机器人并且例如可在附属机器人底座周围的1m至3m的半径内。

机器人的移动典型地由专用机器人控制器控制，该专用机器人控制器在一侧上包括一类计算机系统并且在另一侧上包括用于机器人的附属驱动器的若干放大器。典型地，移动中的每个自由度需要例如电机的专用驱动器。期望的机器人移动通常包含在机器人程序内，其存储在机器人控制器的计算机系统上。移动路径由给定坐标之间的移动段序列组成，这些给定坐标在机器人程序内规定。从而，机器人程序可包含具有“从当前坐标以速度[z]线性移动到坐标[x1, x2, x3, o1, o2, o3]”或“从当前坐标以速度[z]线性移动到当前坐标+delta[x1, x2, x3, o1, o2, o3]”内容的命令。机器人控制器计算不同马达的附属控制信号，使得机器人操纵器的尖端执行期望的运动。由共同的机器人控制器控制两个或以上机器人，这也是能想到的。

从而，机器人的编程是相当耗时的任务并且需要专门的知识。移动路径的坐标的细致教导尤其需要要被教导的机器人的专门知识。通常，机器人程序通过使用例如Robot Studio或RobCad的外部模拟程序来准备或提供。当在正常生产期间调试生产线而且补偿一些改变时，提供的移动路径通常必须至少部分被细调。在该情况下，机器人设置进入教导模式，而机器人沿期望的默认移动路径在缓慢的运动中物理能移动使得对于操作者将没有风险出现。在移动路径的每个坐标处，操作者具有选项，来细化或规定当前默认坐标。对于例如喷涂机器人，涂料涂抹器的取向对于喷涂结果具有明显的重要性，而在喷涂程序的离线模拟或生成期间估计需要的取向是相当困难的。从而，在使机器人在要喷涂的实物上沿它的期望移动路径逐坐标地移动时，尤其必须由喷涂专家手动细调选择的坐标的取向。

机器人典型地通过使用所谓的教导盒而手动能控制。这样的装置通常包括显示器和一类操作杆，机器人位置以此能调整。因为每个机器人制造者典型地为他的机器人提供不同的编程语言，如果不同种类的机器人安装在制造厂的相同生成线内，编程工作量也增加。

在该技术发展水平内，这样的生产线的操作需要至少两个不同的控制系统：在一侧上用于整体控制的PLC系统并且在另一侧上用于不同制造者的机器人的控制系统（其全部必须由生产线的相同操作人员操作），这是不利的。这使对生产线的机器人编程的工作量增加。

发明内容

基于该技术发展水平，本发明的目标是提供用于教导机器人的系统，其在调试或维护附属机器人程序期间需要较少的工作量。

该问题通过用于教导机器人移动的系统来解决，该系统包括机器人、具有至少自动模式和教导模式的机器人控制器、连接到该机器人控制器的可编程逻辑控制器，其中可编程逻辑控制器包括用于将坐标元组存储在教导位置表中的部件，这些坐标元组每个至少描述机器人的移动路径的默认坐标值，其中每个坐标元组通过专用PLC功能而对机器人控制器可调度，其中可选地在教导模式中，用于手动规定坐标值的交互过程在机器人控制器上通过调度坐标元组而触发，并且其中能向可编程逻辑控制器提供手动规定的坐标值并且其可存储回到可编程逻辑控制器上。

本发明的基本思想在于使用可编程逻辑控制器的PLC功能性用于命令和教导机器人。从而，移动路径的坐标由可编程逻辑控制器提供并且通过PLC功能而逐坐标地调度到机器人控制器。在接收附属坐标后，机器人典型地执行从他的实际位置到随后提供的坐标的移动。根据本发明，该行动与用于教导模式一样好地用于机器人的自动模式-其中机器人在生产条件下执行期望的移动程序而没有改变机器人程序中的一些东西的可能性。在教导模式中，机器人处于优选地内在地保存慢运动状态，其中每个坐标可以通过使用典型地由教导盒提供的附属交互规程而被手动细化（相应地，规定）。

机器人移动的相关坐标存储在可编程逻辑控制器中并且由其提供，该可编程逻辑控制器还对教导过程具有整体控制。从而，在教导模式中，坐标元组由机器人控制器的调度（相应地，坐标元组由机器人控制器的接收）可选地将附属坐标的交互过程初始化，其是机器人（相应地，机器人控制器）的功能。因为移动路径的相关坐标存储在它的教导位置表中并且由其提供，将规定的坐标提供回到可编程逻辑控制器。在最容易的情况下，用规定的坐标值盖写存储在教导位置表中的默认坐标值。当机器人下一次采用自动模式执行机器人程序时，他将沿规定的坐标移动。

因为规定坐标的过程的触发由可编程逻辑控制器控制，操作者不需要如何将规定坐标存储到机器人程序内或如何移到下一个坐标的进一步知识。唯一需要的机器人专门知识与默认坐标的细调（相应地，规定）有关。从而，用于教导机器人移动的过程采用有利的方式而简化。

坐标存储在坐标元组中，该坐标元组包括至少移动路径的默认坐标，其中坐标自身典型地包括至少六个坐标值：三个针对XYZ方向上的位置并且三个针对附属方向。例如柱形坐标系的其他坐标系或等的使用当然也是可能的。可选地，坐标可包含关于期望的移动速度、联合配置参数等的信息。

在本发明的变化形式中，坐标元组包括备选可教导坐标值，其中可存储手动规定的坐标值。因此，默认移动路径的坐标不被规定的坐标所盖写。这对于迭代细调尤其有用，其中相同的坐标通过使用例如试错法而被规定若干次。

根据本发明的另外的实施例，坐标元组包括字母数字标识符，其与余下的坐标元组一起被调度到机器人控制器。这例如可以是名称或等，例如“顶点”，其在教导过程之前或期间向操作者显示。该额外的信息将有助于在手动教导时避免错误或故障。但该标识符还可以用于向机器人控制器提供一些额外的信息，诸如期望的移动种类，例如线性移动或沿弯曲路径的移动。但该标识符还可包含附属默认坐标的手动规定是否必须被触发的信息。

遵循本发明的另一个变化形式，坐标元组包括数字标识符。它的目的基本上相当于字母数字标识符，而由接收该信息的机器人控制器更易于实现自动解释。

根据本发明的另一个实施例，如果默认坐标没有值，机器人控制器预见为将机器人的实际位置设置为要规定的默认坐标值。例如，如果教导位置表是空的（因为之前没有发生以前的模拟或程序生成），这是有用的。在该情况下，默认坐标是空的并且不必发送到机器人控制器，但将默认坐标的值存储在教导位置表中的可能性当然必须被提供用于书写回规定的坐标。从而，默认坐标的手动规定的交互过程可通过调度字母数字标识符而触发。

根据本发明的优选实施例，可编程逻辑控制器包括用于从移动程序输入坐标值并且将它们存储到教导位置表中的接口。这实现外部生成的移动程序的输入，该外部生成的移动程序应该采用IEC61131-3语言书写。这是PLC应用的标准。当然，接口可预见为输入其他机器人语言或输出来自CAD工具的数据。

根据本发明的另一个实施例，坐标元组通过实例化限定机器人运动命令的PLC功能而可创建并且可书写到教导位置表内。那些PLC功能可在可编程逻辑控制器的库中提供使得用户能够通过使用PLC功能而逐步构成期望的移动路径，这些PLC功能每个代表要编程的期望移动路径的某一段。

根据本发明的优选实施例，移动路径的若干后续坐标元组相继可调度到机器人控制器。这实现与采用教导模式一样好地采用自动模式执行沿全移动路径的运动。

遵循本发明的另一个实施例，后续坐标元组在机器人在已经到达行动坐标元组的位置之前不可调度。根据本发明的另外的变化形式，后续坐标元组在用于手动规定默认坐标的可选触发交互过程已经完成之前不可调度。两者对于教导模式（其中移动路径的坐标被逐坐标地到达（相应地，规定））尤其有用。该功能可通过相继触发后续PLC功能的执行（通过输出行动PLC功能）而实现。从而，向可编程逻辑控制器提供坐标已经被规定的信息并且它影响附属PLC功能的输出。当输出已经改变并且指示已经执行功能时，后续移动块将通过该输出而触发。

根据本发明的优选实施例，机器人和机器人控制器预见为采用自动模式执行机器人移动而没有交互过程。在该情况下，移动路径的数据（相应地，坐标元组）相继通过可编程逻辑控制器而调度到机器人控制器。机器人控制器包括用于存储调度的坐标元组的序列的运动队列，这可能是有用的。

根据本发明的优选实施例，可编程逻辑控制器的完整的教导位置表可调度到机器人控制器并且由此可选择要规定的某一坐标元组。这实现在不经过其他坐标的情况下较长移动路径的单个坐标的重新教导。在该情况下必须假设从行动坐标的移动和到后续坐标的移动不引起任何冲突。否则，选择后续坐标组用于重新教导，这当然也是可能的。

该问题还通过用于使用根据本发明的系统来教导机器人移动的方法而解决，该方法包括以下步骤：

●使用PLC功能将坐标元组调度到机器人控制器，

●在机器人控制器上同时触发交互过程用于将默认坐标值手动规定到规定的坐标值内，

●机器人自动移动到默认坐标值，

●通过使用交互过程而手动规定默认坐标值，

●通过使用PLC功能将规定的坐标值书写回到可编程逻辑控制器的教导位置表，

●可选地调度后续坐标元组并且重新进行该规程。

已经对应地对于附属系统描述该方法的优势。

在根据本发明的方法的另外的实施例中，调度到机器人控制器的坐标元组不包含默认坐标但包含数字标识符，而实际机器人位置设置成默认位置。例如，如果教导位置表是空的（因为之前没有发生以前的模拟或程序生成），这是有用的。在该情况下，默认坐标是空的并且不必发送到机器人控制器，其中将默认坐标的值存储在教导位置表中的可能性当然必须被提供用于书写回规定的坐标。从而，默认坐标的手动规定的交互过程可通过调度字母数字标识符而触发。

本发明的另外的有利实施例在从属的权利要求中提及。

附图说明

现在将凭借示范性实施例并且参考附图来进一步解释本发明，其中：

图1示出可编程逻辑控制器（PLC）的示范性功能块，

图2示出用于通过PLC教导机器人的示范性系统以及

图3示出具有移动路径的示范性机器人。

具体实施方式

图1示出功能块10，其包括用于触发附属功能的执行的输入12（在图中用“T”引用）、另外的输入20（在图中用“I1”、“I2”、“I3”、“In”引用）和三个输出14、16、18（在图中用“O1”、“O2”、“O3”引用）。功能块描述输入20与输出14、16、18之间的功能关系，其全部预见为对状态TRUE或FALSE编码。第一输出14代表第一状态，即已经激活功能块，第二输出16代表第二状态，即附属移动段的执行已经开始，而第三输出代表第三状态，即附属移动段的执行已经完成。这样的功能块与利用专用硬件一样好地作为软件功能而可实现。

图2示出用于通过可编程逻辑控制器32来教导机器人36的示范性系统30。该可编程逻辑控制器32通过软件模块而不是专用硬件来实现并且包括用于存储教导位置表40的部件。该教导位置表实现若干坐标元组42的存储，这些坐标元组42本身包括数字标识符40a、字母数字标识符40b、默认位置坐标40c和规定坐标40d。优选地，坐标包括六个值，其允许在任何取向规定任何坐标。

从外面输入来自移动段51的坐标数据52、54（其已经例如离线生成）也是可能的。优选地，根据与PLC应用有关的IEC 61131-3标准书写移动程序51。从而，坐标数据52、54通过PLC功能56输入并且书写48到教导位置表40中在没有主要改写工作量的情况下在附属功能块内可实现。用户60与可编程逻辑控制器32手动交互并且在库外选择一个或多个功能块58，借此功能块描述移动路径（相应地，移动路径的段）的坐标，其还包括额外的信息，例如期望的移动速度，这也是可能的。

可编程逻辑控制器相继将坐标元组42调度44到机器人控制器34，其通过数据连接38（例如现场总线）而连接在一起。调度的坐标元组46可以是原始坐标元组42的副本，但仅调度一些元组数据，这也是能想到的。机器人控制器34包括用于执行机器人程序70的部件，其预见为将实际调度的坐标元组46合并68到机器人程序70执行内。机器人控制器34通过连接72连接到机器人36。

坐标元组46的接收可选地在机器人控制器34上触发用于规定（相应地，细调）附属默认坐标值的过程。这通常由用户62手动进行，该用户62与用于手动交互64的装置（相应地，教导盒）交互。触发可例如通过数字或字母数字标识符而发起。

图3示出在简图80中具有移动路径的示范性机器人。机器人94连接到机器人控制器96，其连接到未示出的可编程逻辑控制器。根据规定的运动，机器人94将沿由坐标84、88、90、92限定的移动路径移动。每个坐标84、88、90、92必须假设为包括六个坐标值，三个针对XYZ方向上的坐标并且三个针对附属取向。当然，根据本发明通过可编程逻辑控制器在移动中以较少的自由度命令机器人，这也是可能的。用于规定坐标的过程由路径86示出。从可编程逻辑控制器调度到机器人控制器96的初始默认坐标用标号82指示。用于手动规定默认坐标82的过程通过由机器人控制器接收坐标元组而发起。规定本身是基于集成在机器人控制器96内的规程并且典型地利用教导盒。在该情况下，使机器人沿可变路径86移动到它的规定位置84。在到达规定位置84后，将控制归还可编程逻辑控制器并且规定的坐标84的值书写到教导位置表中，而机器人在整个时间期间采用教导模式。之后，机器人94（相应地，机器人控制器96）转换到自动模式并且机器人根据当前调度的坐标元组的值沿移动路径84、88、90、92移动。

标号列表

Figure 2011800654912100002DEST_PATH_IMAGE001

Claims

1. 一种系统（30），用于教导机器人移动（84-88-90-92），其包括：

●机器人（36，94），

●具有至少自动模式和教导模式的机器人控制器（34，96），

●可编程逻辑控制器（PLC）（32），其连接（38）到所述机器人控制器（34，96），

其中所述可编程逻辑控制器（32）包括用于将坐标元组（42）存储在教导位置表（40）中的部件，所述坐标元组（42）每个至少描述所述机器人（36，94）的移动路径（84-88-90-92）的默认坐标值（40c），其中每个坐标元组（42）通过专用PLC功能（10，56，58）而可调度（44）到所述机器人控制器（34，96），其中可选地在所述教导模式中，用于手动规定所述默认坐标值（40c）的交互过程在所述机器人控制器（34，96）上通过调度所述坐标元组（42）而触发，并且其中能向所述可编程逻辑控制器（32）提供手动规定的坐标值（84）并且其可存储回到所述可编程逻辑控制器（32）上。

2. 如权利要求1所述的系统，其中，坐标元组（42）包括备选的可教导坐标值（40d），其中可在其中存储所述手动规定的坐标值（84）。

3. 如权利要求1或2所述的系统，其中，坐标元组（42）包括字母数字标识符（40b）。

4. 如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，坐标元组（42）包括数字标识符（40a）。

5. 如权利要求3或4所述的系统，其中，所述机器人控制器（34，96）预见为如果所述默认坐标（40c）没有值则将所述机器人（36，94）的实际位置设置为要规定的默认坐标值。

6. 如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述可编程逻辑控制器（32）包括用于从移动程序（51）输入坐标值（52，54）并且将它们存储（48）到所述教导位置表（40）中的接口。

7. 如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，坐标元组（42）通过实例化限定机器人运动命令的PLC功能（58）而可创建并且可书写（50）到所述教导位置表（40）内。

8. 如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，移动路径的若干后续坐标元组相继可调度到所述机器人控制器。

9. 如权利要求8所述的系统，其中，后续坐标元组（42）在所述机器人（36，94）已经到达行动坐标元组的位置之前不可调度（44）。

10. 如权利要求8或9所述的系统，其中，后续坐标元组（42）在已经完成用于手动规定所述默认坐标（82）的可选触发交互过程之前不可调度（44）。

11. 如权利要求10所述的系统，其中，所述机器人（36，94）和机器人控制器（34，96）预见为在没有交互过程的情况下采用所述自动模式执行机器人移动（84-88-90-92）。

12. 如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，完整的教导位置表（40）可调度到所述机器人控制器并且其中要规定的某一坐标元组（42）是手动可选择的。

13. 一种用于教导机器人移动的方法，其使用如权利要求1至12中任一项的系统，其包括以下步骤：

●使用PLC功能（10，56，58）将坐标元组（42）调度（44）到所述机器人控制器（34，96），

●在所述机器人控制器（34，96）上同时触发交互过程用于将所述默认坐标（82）值手动规定（86）到规定的坐标（84）值内，

●所述机器人自动移动到所述默认坐标（82）值，

●通过使用所述交互过程而手动规定（86）所述默认坐标（82）值，

●通过使用PLC功能（10，56，58）将规定的坐标（84）值书写回到所述可编程逻辑控制器（32）的所述教导位置表（40），

●可选地调度（44）后续坐标元组（40）并且重新进行该规程。

14. 如权利要求13所述的用于教导机器人移动的方法，其中，调度到所述机器人控制器（34，96）的所述坐标元组（42）不包含默认坐标（40c）但包含数字（40a）或字母数字（40b）标识符，其中实际机器人位置设置成默认位置。