CN103513656B - 同步的机器人运动的预设 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编程装置，用于预设机器人轴装置的运动和至少一个其它机器人轴装置的运动，在此该编程装置设置用于使所述机器人轴装置的运动的姿态对（q1_0;q1_4）和至少一个其它机器人轴装置的运动的姿态对（q2_0，q3_0;q2_5，q3_3）同步，以及在保持这种同步的情况下有选择地在这些姿态对中的一对之间预设至少一个其它姿态（q1_2，q2_2，q2_4），该至少一个其它姿态不与在此同步的姿态对之间的另一姿态同步。

Description

同步的机器人运动的预设

技术领域

本发明涉及一种用于预设同步的机器人运动的编程装置和方法。

背景技术

由于工艺的原因特别是可能期望或需要使两个或多个机器人在相同的时刻采取预设的姿态，例如为了共同操纵一个工件，尤其是处理，例如互相传递。

图1为此示出了通过机器人的关节坐标q1或q2描述的、用于相应地同步两个机器人的内部已知的原理。在这里较慢的机器人1从以前的姿态q1(Ti)开始，以最大速度或加速度运行到预设的后来的姿态q1(T(i+1))。从中可知所需的运行时间△T=T(i+1)-Ti。为了使两个机器人在一个时刻采取同步的姿态q1(T(i+1))和q2(T(i+1))，可以或者使较快的机器人在该运行时间内较慢地运行，即不以它的最大速度或加速度运行（图1A），在此其速度由姿态差值q2(Ti+1))-q2(Ti)和对于较慢机器人所需的运行时间△T给出，或者在较快机器人方面以其最大速度或加速度运行而在剩余的时间等待较慢的机器人（图1B）。这个过程可以连续地重复，以在运动期间使多个相继的姿态同步。

由于这种逐段前进的方式，迄今在已知的、用于预设同步运动的编程装置中，强制设置机器人姿态的严格一一对应的1:1对应关系：一个机器人的运动的每个预设的姿态必须与另一机器人的运动的姿态相对应。

举例来说，如果现在要在两个同步的姿态之间为一个机器人预设另一姿态，比如为避免碰撞，则必须也相应地为另一机器人预设实际上并不需要的、虚设的姿态并与该虚设的姿态相同步。这不仅是开销大且易出错的，而且也不必要地限制了另一机器人的灵活性，例如限制了为了优化而改变运动的可能性。

发明内容

本发明的目的是，改进对机器人的同步运动的预设。

本发明的目的通过本发明的编程装置实现，该装置用于预设机器人轴装置的运动和至少一个其它机器人轴装置的运动，使该机器人轴装置的运动的姿态对和该至少一个其它机器人轴装置的运动的姿态对同步，其中，在保持这种同步的情况下有选择地在这些姿态对中的一对之间预设至少一个其它姿态，该至少一个其它姿态不与在此同步的姿态对之间的另一姿态同步。

本发明的目的还通过借助本发明的编程装置预设机器人轴装置的运动和至少一个其它机器人轴装置的运动的方法来实现，其中，使该机器人轴装置的运动的姿态对和该至少一个其它机器人轴装置的运动的姿态对同步，其中，在保持这种同步的情况下有选择地在这些姿态对中的一对之间预设至少一个其它姿态，该至少一个其它姿态不与该至少另一个姿态对的另一姿态同步。

在本发明意义上的编程装置可以以硬件和/或软件技术的方式实现。它可以特别可以是程序或程序模块、用于实施这样的程序的计算机、和/或易失性或非易失性的存储介质，尤其是在其上存储这样的程序的数据载体。编程装置尤其可通过要提供的指令或输入选项的相应词汇和语法而相应地被设置。

通过该编程装置可以预设机器人轴装置的运动和一个或多个其它机器人轴装置的运动。

本文中的机器人轴尤其应理解为机器人的关节轴，特别是旋转轴，和笛卡尔轴或在机器人的工作空间中的运动轴。在本发明意义上的（其它的）机器人轴装置可以包括一个或多个机器人的一个或多个机器人轴。在进一步的实施例中，（其它的）机器人轴装置包括机器人的一个或多个前轴，另一（其它）机器人轴装置包括该机器人的一个或多个后轴，它们分别对应于从一个机器人的基座出发的、由机器人形成的运动学链条。因此，在进一步是实施例中，一个（其它的）机器人轴装置可以包括机器人的一个或多个手部轴（后轴），特别是其第四、第五和/或第六轴，另一（其它的）机器人轴装置可以包括其笛卡尔的或位置轴，特别是其第一、第二和/或第三轴（前轴）。由此特别是在一个实施例中，使表示TCP的方向的机器人轴装置与表示TCP的位置的机器人轴装置同步。附加地或替代地，（其它）机器人轴装置可包括机器人的一个或多个附加轴，特别是第七或其它轴。根据本发明的一个实施例，相应于开头所述的应用例子，（其它）机器人轴装置也可以是机器人，另一（其它）机器人轴装置也可以是其它机器人。特别是可以使两个以上的机器人轴装置，尤其是机器人同步。

对运动进行预设尤其应理解为创建、修改、保存、变换、传输至控制器、和/或执行指令序列，在其处理过程中机器人轴装置相继采取预设的姿态。在一个实施例中，可以设置通过一个或多个控制器执行的、或在一个或多个控制器上执行的两个或更多机器人轴装置的运动。例如，两个机器人可以分别由单独的控制器控制，其中同步可以通过相应地预先设置运动以及控制器的通信加来实现。

在本发明的一个实施例中，通过编程装置使机器人轴装置的运动的姿态对与至少一个其它机器人轴装置的运动的姿态对同步。本文中对姿态对尤其应理解为（其它）机器人轴装置的运动的两个姿态。此外，还可以使其他姿态彼此同步，其中，在运动中相继的姿态可分别形成本发明意义上的姿态对，在它们之间该两个机器人轴装置的运动在本发明的意义上被同步。

根据本发明，现在方法中规定了或将编程装置设置成，在保持这种同步的情况下有选择地在这些姿态对中的一对姿态对之间预设至少一个其它姿态，其不与已同步的姿态对之间的另一个姿态同步。在此特别是可以设置成，在由此同步的姿态对之间根本就没有相应的其它姿态或在由此同步的姿态对之间不存在其它姿态。同样地，特别是可以规定，在由此同步的姿态对之间有至少一个相应的其它姿态或在由此同步的姿态对之间存在一个或多个其它姿态，但其不必与有选择地在这些姿态对中的一对之间预设的其他姿态同步。换言之，在本发明的解决方案中，取消迄今为止同步的运动的姿态的严格一一对应的1:1对应关系并允许同步的姿态自由对应。

与迄今为止的已知的内部实践相比，机器人轴装置的运动通过根据本发明不再预设同步的姿态而可以以有利的方式得以改善，特别是灵活地被优化。

本发明可以以不同的方式实施。因此，在一个实施中，可以对以前的方法以如下方式相应地进行扩展，其中，附加地提供在同步的姿态对之间预设其它可选的、不同步的姿态的可能性，并随后或在这样的预设之后，分别对迄今的路径-或运动规划再次完整地从前面予以执行。

而在一替代方案中，将至少一个运动，尤其是要相互间同步的机器人轴装置的所有运动设置为全局的，即不是如迄今的那样设置成逐段前进的。这尤其是可以基于样条函数（Spline-Funktion）进行，特别是立方体的或埃尔米特（hermiter）样条曲线。它们尽管是以分段的方式定义的，但由于其过渡条件同样可以将运动预设为整体的或全局的。相应地，也可以考虑通过其他的、同样只要是全局定义的函数或关系、例如多项式的其他全局的预先指定，即使这些函数与样条函数相比会有波动。

如果预先全局地给定一个或多个运动，则在预设同步的姿态对之间的其它不同步的姿态时，优选不必将运动规划再次从头开始进行一遍。

全局预设的运动可以是在开始姿态和最终姿态之间预先指定的运动，在它们之间可以有选择地指定一个或多个与其它运动的姿态对同步的姿态对，以及一个或多个不同步的姿态。在这里，与至少一个其它机器人轴装置的运动的姿态对同步的姿态对与所述开始姿态和最终姿态相对应，即这些机器人轴装置一起开始和结束它们的运动。同样地，可将与至少一个其它机器人轴装置的运动的姿态对同步的姿态对设置在所述开始姿态和最终姿态之间，即机器人轴装置仅分段地、彼此同步地执行它们的运动。

在一个实施例中，有选择地修改、尤其是取消在两个或更多机器人轴装置的运动的姿态对之间的同步。另外地或可替换地，在一个实施例中，使两个或更多机器人轴装置的运动的姿态同步，尤其是使设在如下的姿态对之间的姿态同步：即该姿态对与其它机器人轴装置的运动的至少一个姿态对同步。特别地，如上所述的，在保持机器人轴装置的运动的（外部）姿态对和至少一个其它机器人轴装置的所述运动的（外部）姿态对同步的情况下，可以有选择地在这些姿态对中的一对之间预先指定一个或多个其它姿态，然后使该其它姿态中的一个或多个与已同步的姿态对之间的另一姿态同步。换句话说，可针对一个或多个运动在两个或更多彼此同步的（外部）姿态对之间指定一个或多个姿态，并且可选择地使所述姿态中的各姿态与其它机器人轴装置的运动的姿态同步或不同步。这最大限度地提高了预先指定运动的灵活性，并有利地允许其进一步优化。

在一个实施例中，可以使两个或更多机器人轴装置的运动的姿态彼此同步，对于这些姿态没有预先指定确切的停止。通过从以分段的方式前进改变到全局的预先指定，特别是可使运动的任意姿态相互间同步，这进一步提高了灵活性。

附图说明

本发明的进一步优点和特征由实施例给出。为此部分示意性地示出了：

图1A示出了根据内部已知的方式的两个机器人轴装置的同步运动;

图1B示出了根据另一内部已知的方式的两个机器人轴装置的同步运动；以及

图2示出了根据本发明的一个实施例的三个机器人轴装置的同步运动。

附图中，qi_j表示机器人轴i的姿态j。

具体实施方式

图1A、图1B示出了，正如在开始时所述的，两个机器人轴装置的时间曲线，为便于理解，两个机器人轴装置分别仅具有一个机器人轴q1或q2，在此该两个轴在时刻Ti,T(i+1)，T(i+2)，...同步，即分别存在（相继的）时刻，在这些时刻相应的机器人轴q1、q2具有预先指定的姿态。在图1A中机器人轴q2运行较慢，即其对于预先指定的运动q2(T(i+1))-q2(Ti)利用对于机器人轴q1所需的运行时间T(i+1)-Ti，在图1B中其以最大速度或加速度运行并等待机器人轴q1。

与图1相反，在图2中，不是关于时间，而是在通过在初始姿态q1_0、q2_0或q3_0与最终姿态q1_4、q2_5或q3_3之间的样条函数预先指定的关节坐标或工作空间中。

该初始姿态和最终姿态形成相互同步的外部姿态对。通过本发明的编程装置或按照本发明的方法，可以有选择地在这些样条函数上自由地预先指定其它姿态，例如，在图2中示出的姿态q1_1、q1_2、q1_3、q2_1至q2_4和q3_1、q3_2。在这里，（相对于外部姿态对）内部姿态q1_1、q2_1和q3_1，以及q1_3、q2_3和q3_2可以在事后，例如通过如为

…

WITH$Sync_ld[]＝Mj

…

的命令，以相同的标识符Mj在所有运动指令序列中同步，而其它的姿态q1_2、q2_2和q2_4则可在保持这些同步的情况下有选择地在这些姿态对（q1_0，q2_0，q3_0；q1_1，q2_1，q3_1）、（q1_1，q2_1，q3_1;q1_3，q2_3，q3_2）和（q1_3，q2_3，q3_2；q1_4，q2_5，q3_3）之间，特别是在外部姿态对（q1_0，q2_0，q3_0;q1_4，q2_5，q3_3）之间预先指定，它们不与在其它运动之间的其它姿态同步。

可见，例如通过有选择地预先指定不同步的姿态q1_2、q2_2、q2_4，可改变机器人轴q1、q2的运动，而不必为此如以前的尤其是在机器人轴q3的运动中预设相应同步的虚构姿态。没有了这样的其预先指定开销大且容易出错的虚构姿态，机器人轴q3的运动可以特别地更加灵活，并因此可更好地得以优化。

在此说明了纯示例性地实施例：这三个运动例如可以首先通过路径参数sj预先给定，样条函数基于这些路径参数定义：

qj=q(sj)。

然后，可以这样确定这些路径参数sj：使预先指定的、要同步的姿态在同时出现：

sj(t)，从而qj(sj(Ti))=qk_i，对于(i,k)={1，2，3}。

以这种方式，通过基于样条函数对运动进行全局预先指定，可以有选择地预先指定其它姿态。如果这些姿态应被同步，则可以通过如上所述的附加条件实现，而不必再次从开始以分段的方式前进地来同步，并且不必预先指定虚构姿态。同样，可取消现有的同步。特别是，在保持外部同步的情况下，可以有选择地在外部姿态对之间指定不与其它机器人轴装置的运动的其它姿态同步的其它姿态。

很明显，对于要同步的姿态，不必附加地预先指定确切的停止，更确切地说，特别是可以预先给定在同步时刻Ti，...的非零的路径速度d(sj)/dt。

Claims (11)

1.一种编程装置，用于预设机器人轴装置的运动和至少一个其它机器人轴装置的运动，在此该编程装置设置用于使所述机器人轴装置的运动的姿态对和至少一个其它机器人轴装置的运动的姿态对同步，

其特征在于，该编程装置适于，在保持这种同步的情况下有选择地在这些姿态对中的一对之间预设至少一个其它姿态，该至少一个其它姿态不与在此同步的姿态对之间的另一姿态同步，

其中，该编程装置全局地预设该机器人轴装置的运动和该至少一个其它机器人轴装置的运动。

2.根据前述权利要求所述的编程装置，其特征在于，机器人轴装置包括一个或多个机器人的一个或多个轴。

3.根据权利要求2所述的编程装置，其特征在于，机器人轴装置仅包括一个或多个机器人的前部的轴和/或后部的轴。

4.根据前述权利要求中任一项所述的编程装置，其特征在于，所述编程装置适于，全局地预设在初始姿态和最终姿态之间的运动。

5.根据权利要求4所述的编程装置，其特征在于，所述编程装置适于，基于至少一个样条函数预设在初始姿态和最终姿态之间的运动。

6.根据权利要求4所述的编程装置，其特征在于，相应于所述初始姿态和最终姿态或在该初始姿态最终姿态之间设置所述机器人轴装置的运动的姿态对和/或至少一个其它机器人轴装置的运动的姿态对。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的编程装置，其特征在于，该编程装置适于，有选择地修改至少两个机器人轴装置的运动的姿态对之间的同步和/或使至少两个机器人轴装置的运动的姿态同步。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的编程装置，其特征在于，所述编程装置用于使至少两个机器人轴装置的运动的姿态同步：即在至少两个机器人轴装置的运动的姿态上没有预设机器人轴装置的准确的停止。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的编程装置，其特征在于，在两对姿态之间，一个机器人的一个姿态不与另一个机器人的相应。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的编程装置，其特征在于，在两对姿态之间有两个彼此不同步的姿态。

11.一种借助前述权利要求中任一项所述的编程装置预设机器人轴装置的运动和至少一个其它机器人轴装置的运动的方法，其中，使所述机器人轴装置的运动的姿态对和所述至少一个其它机器人轴装置的运动的姿态对同步，其特征在于，在保持这种同步的情况下有选择地在这些姿态对中的一对之间预设至少一个其它姿态，该至少一个其它姿态不与至少另一个姿态对之间的另一姿态同步。