CN104684695B - 用于修改机器人轨迹的方法和编程装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于修改机器人轨迹(B)的方法，该机器人轨迹具有多个轨迹点(P1,...,P10)，该方法包括如下步骤：预先设定具有机器人轨迹的至少两个轨迹点(P2,...,P10)的修改区域(M)(S20)；预先设定对修改区域的参考点(R)的修改(vR)(S30，S40)；和根据预先设定的修改对修改区域特别是修改区域的轨迹点进行自动修改(S50)。

Description

用于修改机器人轨迹的方法和编程装置
技术领域
本发明涉及一种用于修改机器人轨迹的方法和编程装置。
背景技术
机器人轨迹通常具有多个轨迹点。这些轨迹点特别是可以被手动示教，也就是通过机器人手动地行进并保存，或者也可以例如由受到机器人支持的待加工工件的CAD数据等自动地生成。
这样的机器人轨迹可能需要进行修改。例如，在机器人的工作空间中可能会出现新的障碍物，例如额外的搁架；在利用机器人运输工件期间需要绕开障碍物。同样，待加工的工件和/或过程轨迹也可能会由于对相应产品的修正而特别是局部地改变。
对此，到目前为止在企业内部的实践中必须对预先设定的机器人轨迹的各个轨迹点逐个、顺序地进行修改，例如用新的被示教的点来替换它们。这种顺序地对各个轨迹点进行的修改不仅花费高、容易出错，而且往往会导致位于各个刚被修改过的轨迹点附近的剩余的机器人轨迹发生意外地变化。因此，这种修改目前都要求用户有很高的经验。
发明内容
本发明的目的是改进对预设的机器人轨迹的修改。
本发明的目的通过一种具有如权利要求1所述特征的方法来实现。权利要求11要求保护一种被设计用于执行这种方法的编程装置。本发明意义下的编程装置可以硬件技术和/或软件技术来实现。编程装置可以特别地具有、特别地是：程序、程序模块和/或编程环境，当程序、程序模块和/或编程环境在计算机中运行或被安装在计算机中时，程序、程序模块和/或编程环境执行根据本发明的方法或被设计用于根据本发明的方法来执行；具有这种程序、程序模块和/或这种编程环境的数据载体或存储介质；和/或具有存储器、处理单元和输入/输出单元的计算机，该计算机设计为用于执行根据本发明的方法。优选的扩展方案由从属权利要求给出。
根据本发明的一个方面，为了对具有多个预设轨迹点的机器人轨迹进行修改，要求：预先设定修改区域，其具有机器人轨迹的两个或更多个轨迹点；预先设定对修改区域的参考点的修改；并根据预先设定的修改来自动地对修改区域特别是修改区域的轨迹点进行修改。
因此，为了对具有多个轨迹点的修改区域进行修改，操作者只需要修改参考点而不是如同之前那样逐个地修改轨迹点。此外，通过根据预先设定的对参考点的修改来自动对修改区域进行修改，也可以改善对修改区域的修改。例如在一种实施方式中，可以防止对某一轨迹点进行修改时对相邻的轨迹点的反作用，就如同在迄今为止所应用的对各个轨迹点进行顺序修改时所发生的那样。简单地说，用户例如可以使参考点移位，并由此使得修改区域中的其他轨迹点也发生相应的移位。
本发明意义下的机器人轨迹具有两个或多个预设的轨迹点，并特别是可以包括轨迹点P1，P2，…之间的路线设定(Wegvorschrift，路径规则)，例如预先设定在轨迹点之间或通过轨迹点的线性运动或圆周运动。在一种实施方式中，机器人轨迹特别是机器人轨迹的一个或多个部分通过样条函数(Spline-Funktion，样条曲线函数)来预先设定，特别是第三度(dritten Grades，三次)或第五度(五次)样条函数或B样条函数。轨迹点特别是可以位于预先设定的机器人轨迹上。同样，机器人轨迹也可以具有不直接位于机器人轨迹上而是被拽走(überschliffen，飞越)的轨迹点，并通过这些轨迹点来预先设定机器人轨迹。
本发明意义下的轨迹点可以包括一个或多个坐标，这些坐标至少部分地定义了机器人的位姿(Pose)。位于机器人工作空间中的轨迹点特别是可以描述特定于机器人的参考系统特别是TCP的地点(Lage)和/或方向。例如，轨迹点可以由三个描述TCP的地点的特别是笛卡尔柱或极坐标组成，由此使得轨迹点和相应地通过轨迹点预先设定的机器人轨迹是三维的。附加地或替代地，一个轨迹点可以具有三个坐标，特别是EULER(欧拉)角或KARDAN(万向)角，它们描述TCP的方向，由此使得轨迹点和相应地通过轨迹点预先设定的机器人轨迹是三维的或六维的。同样，位于机器人的坐标空间中的轨迹点可描述机器人的一个或多个轴或关节的位置，特别是转动关节的转动位置或转动地点和/或线性轴的调整行程(Stellwege)。例如，轨迹点和相应地通过轨迹点预先设定的、用于六轴机器人的机器人轨迹描述了该机器人的六个轴位置以及因此又是六维的。
在一种实施方式中，将机器人轨迹的一个轨迹点预先设定特别是选择为修改区域的起始轨迹点，并将机器人轨迹的另一个轨迹点预先设定、特别是选择为修改区域的结束点，由此可以预先设定修改区域。同样，可以预先设定机器人轨迹的路段或长度，关于该路段或长度修改区域的起始点和/或结束点沿运行方向位于预先设定的特别是所选择的机器人轨迹的轨迹点的前面或后面。例如，可以在预先设定的修改区域的内部选择一个轨迹点，并通过第一路段预先设定修改区域的起始点，该起始点关于该路段在机器人轨迹上位于所选择的轨迹点之前，并通过第二路段预先设定修改区域的结束点，该结束点关于该路段在机器人轨迹上位于所选择的轨迹点之后。
同样，也可以选择机器人轨迹的两个轨迹点，并根据第一路段和第二路段预先设定这两个轨迹点，修改区域的起始点与一轨迹点间隔并且结束点与另一轨迹点间隔。预先设定的路段可以是实数，尤其是也可以等于零、负数和/或有理数。因此，修改区域特别可以相应于整个机器人轨迹或整个机器人轨迹的真子集或真子段。
在本发明的一种实施方式中，特别是通过选择机器人轨迹的轨迹点并预先设定用于修改区域的起始点或结束点的第一路段和第二路段(其小于相邻的轨迹点相对于该轨迹点的距离)，还可以附加地预先设定仅具有机器人轨迹的该预先设定的轨迹点的修改区域。通过这种方式可以集成当前的、也就是能够修改各个轨迹点的功能。因此在本发明中，预先设定具有机器人轨迹的两个或更多个轨迹点的修改区域特别是指一种方法或编程装置：其(也)能够预先设定这种具有两个或更多个轨迹点的修改区域，然后将其一起修改。
在预先设定修改区域之前、期间或之后，预先设定对修改区域的参考点的修改。在一种实施方式中，这可以包括对修改区域的待修改轨迹点的预先设定、特别是选择，在此，参考点可以被设置为与预设的待修改轨迹点是相同的，或者相对于预设的待修改轨迹点设置在预先设定的地点上，特别是可在机器人轨迹上以一预定路段设置在其之前或之后。例如在一种扩展方案中，可以通过将机器人轨迹的两个相邻的轨迹点作为起始点和结束点并将位于这两个轨迹点之间的机器人轨迹的中心点作为参考点来预先设定一修改区域，从而通过对该参考点的修改来同时修改两个轨迹点。
在一种实施方式中，可以在预先设定参考点之前、期间或之后预先设定对参考点的修改。在一种扩展方案中，这可以通过预先设定被修改的轨迹点(参考点应该关于其移位)来实现。例如，用户特别是可以借助于对被修改轨迹点的示教或手动行进和存储来预先设定该被修改的轨迹点，并预先设定：参考点应该关于该被示教或修改的轨迹点移位。同样，用于参考点的修改操作可以被参数化。例如，可以预先设定参考点应该关于其移位的方向和/或路段。在一种扩展方案中，可以提供给用户多个修改操作，用户可以从中选择一个或多个修改操作并优选将其参数化，例如，沿机器人轨迹或平行于机器人轨迹的(可参数化)移位、垂直于机器人轨迹或相对于机器人轨迹以可预先设定或可参数化的角度(可参数化)移位、在工作或坐标空间中沿预先设定的或可预先设定或可参数化的方向的(可参数化)移位等。
在一种实施方式中，附加地或替代地可以预先设定对修改区域特别是其轨迹点的修改操作，尤其是对这种修改操作参数化，和/或从多个预先设定的修改操作的集合中选出修改操作。在本发明意义下，对于修改区域的修改操作特别是可以描述基于或根据对参考点的修改操作来对修改区域尤其是其轨迹点的修改。
在一种实施方式中，修改区域特别是其轨迹点可以相对于参考点的变化并行地变化。在本发明中，变化特别可以理解为点在工作或坐标空间中的移位，而并行地改变相应地特别是指并行地移位。因此可以形象地说：修改区域的一个或多个特别是全部的轨迹点可以伴随参考点一起运动，尤其是移位。
在一种扩展方案中，这样的改变特别是可缩放的(skalierbar，可按比例的)，优选可以被参数化或者可以通过预先设定一个或多个参数而可预先设定。在本发明中，可缩放的或缩放的改变特别是指修改区域的轨迹点关于参考点的改变和/或轨迹点与参考点之间的距离的改变所做的改变。因此，例如修改区域的轨迹点的移位可以关于轨迹点相对于参考点和/或相对于起始点和/或结束点的距离是线性的或非线性的，特别是符合下述函数：其在修改区域的起始点和结束点附近消失(verschwindet，变为零)，而在参考点附近变为最大。通过这种方式，修改区域在起始点和结束点附近没有或几乎没有变化，而在参考点附近则例如如参考点一样达到最大。
附加地或替代地，可选择和/或可参数化的用于修改区域特别是其轨迹点的修改操作的集合可以包括使修改区域平滑。在本发明中，平滑特别是指以本领域常用方式使位于被预先设定或被修改的轨迹点之间的修改区域或机器人轨迹的最大坡度或方向变化降低，即，特别是使位于被预先设定或被修改的轨迹点之间的机器人轨迹的振荡衰减。这样的平滑例如可以通过对修改区域的傅里叶变换的低通滤波来实现。同样，修改区域中的被修改的机器人轨迹例如可以通过样条曲线或BEZIER曲线来预先设定，样条曲线或BEZIER曲线由被修改的轨迹点来定义，一般情况下也就是由对修改区域的轨迹点之间的路线设定的修改来定义。
在预先设定修改区域以及对修改区域的参考点进行修改之前、期间或之后，根据预先设定的修改自动对修改区域进行修改。在本发明中特别将此理解为：根据预先设定的修改特别是根据所选择和/或被参数化的修改操作，对修改区域的轨迹点和/或修改区域的轨迹点之间的路线设定进行修改。例如，如果将修改区域的轨迹点相对于参考点的移位的并行移位预先设定为用于修改区域的修改操作，并将垂直于机器人轨迹的移位预先设定为用于参考点的修改操作，则修改区域的所有轨迹点将垂直于机器人轨迹相对于参考点的移位并行地自动移位。
在一种实施方式中，机器人轨迹的与修改区域相邻的区域在对修改区域进行修改时至少基本上保持不变。这特别是可以通过下述方法来实现：例如通过相应的缩放(这种缩放可以利用相对于修改区域的边缘或起始点或结束点的距离被加权)使在修改区域边缘的修改接近于零或消失，由此使得与修改区域相邻的机器人轨迹不变地转换为修改区域的不变的边缘。附加地或替代地，例如可以通过预先设定相应的边缘条件，“冻结”机器人轨迹的与修改区域相邻的区域等，来抑制该区域的变化。
在一种实施方式中，对修改区域和/或修改的预先设定和/或对修改区域的修改是交互进行的。这特别是指：相应的预先设定的效果被发送给用户，特别是对于用户是视觉可见的。例如，在预先设定修改区域、参考点和对修改区域进行修改操作之后，可以根据参考点的变化，例如借助于输入所进行的移位(例如使用鼠标等拖动被可视化描述的参考点)，显示出修改区域的改变或修改，从而使用户能够获得反馈或信息，该反馈或信息是关于由用户预先设定的修改产生何种效果。
在预先设定机器人轨迹的过程中，被预先设定特别是示教的轨迹点在某些情况下将被多次使用。因此，例如可以将同一轨迹点预先设定为或用作机器人轨迹的起始点和结束点。根据一种实施方式，在对修改区域进行修改时，这种被多次使用的轨迹点一方面应该在其用于预先设定修改区域时被修改，另一方面应该在其用于预先设定位于修改区域之外的机器人轨迹时保持不变。例如，如果只需要对机器人轨迹的结束进行修改，并且机器人轨迹的起始点和结束点由同一被示教的轨迹点来预先设定，则一方面该轨迹点应该在其被用作结束点时被修改，以便对机器人轨迹的结束进行修改；另一方面，同一轨迹点在其作为起始点使用时不需要被修改，以使机器人轨迹的开始保持不变。因此在一种实施方式中，修改区域的一个或多个轨迹点被复制，并根据预先设定的修改自动地修改所述一个或多个复制品，在此，修改区域通过一个或多个被修改的复制品来预先设定。通过这种方式，修改区域可以通过对其预先设定的复制品的修改来进行修改，而另一方面预先设定的轨迹点本身可保持不变以及因此通过其预先设定的剩余的机器人轨迹保持不变。
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，局部地示意性示出：
图1示出了利用如图2所示的方法进行修改的机器人轨迹；和
图2示出了根据本发明的一种实施方式的用于修改机器人轨迹的方法。
具体实施方式
图1示出了机器人轨迹B，其通过10个预先设定的、例如被示教的点P1,...,P10来预先设定(见图2：步骤S10)。这些点例如可以是工作空间中的笛卡尔点，并描述了机器人的TCP的地点。在这种情况下，可以将所示出的三个坐标轴a、b、c认为工作空间的三个空间方向。同样，这些点也描述了TCP在工作空间中的方向或地点和方向，或者是机器人在坐标空间中的关节位置。这些点特别可以是六维的，在此，为了使说明更清楚和更紧凑，只示出了三个维度a、b、c。
通过这些点并借助于路线设定，例如通过样条函数，可以预先设定机器人轨迹，形式如下：
在如图2所示的根据本发明的一种实施方式的方法中，或者借助被设计用于执行该方法的编程装置，用户可以首先在步骤S20中预先设定修改区域M，在该实施例中示例性地选择点P2作为起始点BA，并将点P10作为结束点BE。
在此之前、在此期间或在此之后，用户可以在步骤S30中选择修改区域的待修改的轨迹点作为参考点R，在该实施例中该参考点示例性地为轨迹点P6(R＝P6)。
在此之前、在此期间或在此之后，用户可以在步骤S40中选择用于该参考点的修改操作vR并将其参数化，在该实施例中为沿预先设定的方向以预先设定的量移位。同样，用户也可以预先设定(例如示教)被修改的轨迹点R'，并由此预先设定用于参考点的修改操作vR。
在此之前、在此期间或在此之后，用户可以在步骤S50中选择用于修改区域的修改操作vi并参数化，在该实施例中为沿预先设定的方向以预先设定的大小移位。在此，移位量和角度例如可以取决于轨迹点与参考点之间的距离，并可选地根据修改区域的总长度进行缩放。为此，在该实施例中，在图1中针对点P7示例性地绘出了(未修改的)参考点R与修改区域的轨迹点P7之间的路段sR7。从示例性示出的轨迹点P3和P9的移位可知：垂直于切线单位向量t在机器人轨迹上沿相对于机器人轨迹上的法线单位向量n转动α+180°的角度的方向所进行的移位的角度，以及移位的大小随着相对于参考点R的距离、与修改区域的总长度相统一地(normiert，呈标准化地)变化，使得所述角度α和所述大小在修改区域的开始端和结束端消失并在到达参考点R时(绝对值地)达到其最大值。通过这种方式，机器人轨迹[R10，R2]在修改区域M之外保持不变。
这种修改操作vi＝vi(sRi,vR)只是示例性的。同样地，可选择和/或可参数化的用于修改区域的修改操作的集合可以包括：修改区域的所有轨迹点相对于预先设定的参考点的移位并行(平行)地移位；根据需要随着轨迹点与参考点之间的距离而缩放；根据需要通过修改区域的总长度或总路线被统一化。附加地或替代地，除了预先设定沿相对于机器人轨迹的轨迹法线转动预先设定的角度α的方向的移位之外，用于修改区域的修改操作可以包括：使所有的轨迹点沿着在工作或坐标空间中预先设定的曲线特别是直线和/或沿着与其相垂直的方向(该方向相对于参考点的移位方向以预先设定的角度转动)以预先设定的大小移位。这基本上与在图1中示出的修改操作相符，但是在此，移位方向不是关于机器人轨迹而是关于工作或坐标空间a、b、c中的曲线特别是直线来预先设定，角度不是关于轨迹法线而是关于参考点的移位方向，并且附加地可以预先设定沿该曲线特别是直线方向的移位，特别是可以使其参数化。
这种参数化例如可以通过由用户预先设定参数μ来实现，其描述了与在各个轨迹点Pi(ⅰ＝2，...，10)与参考点R之间的路段sRi相关的、与修改子区域的长度或路段s2R或sR10(轨迹点P2，...，P10位于其上)相统一的移位绝对值|v|或旋转角度α：
|v|，α＝μ(sRi，s2R，sR10).
在此，优选将μ设计为，μ在P2和P10上消失，并在P6＝R上达到最大值，在此，μ优选与路选段sRi成反比。
在预先设定具有轨迹点P2＝BA，P3,...,P9,P10＝BE的修改区域M和对参考点R＝P6的修改vR之后，在步骤S50中通过编程装置，根据预先设定的特别是被选出和参数化的修改操作vi＝vi(sRi,vR)以及由此在预先设定的修改的基础上，自动地对修改区域M特别是其轨迹点P2,...,P10进行修改。
可以看出：即使受到很少培训的用户也可以通过这种方式简单、防止错误和快速地对机器人轨迹B的整个轨迹区域M进行修改，在此，其只需要修改一个轨迹点R＝P6。有利的是，在修改区域的内部或外部都不会有意外的反作用产生。
附图标记列表
B 机器人轨迹
M 修改区域
P1,...,P10 轨迹点
R 参考点
v 移位(改变，修改(操作))
Sij 轨迹点i,j之间的路段
t 切线单位向量
n 法线单位向量

Claims (11)

1.一种用于修改机器人轨迹(B)的方法，该机器人轨迹具有多个轨迹点(P1,...,P10)，该方法具有以下步骤：
预先设定所述机器人轨迹的修改区域(M)，该修改区域具有所述机器人轨迹的至少两个轨迹点(P2,...,P10)(S20)；
预先设定对所述修改区域的参考点(R)的修改(vR)(S30，S40)；并
根据预先设定的修改(vi)对所述修改区域进行自动修改(S50)，
其中，所述预先设定对所述修改区域的参考点的修改包括：从提供给用户的多个修改操作中对用于所述参考点的修改操作(vR)进行选择(S40)，和/或从多个预先设定的修改操作的集合中对用于所述修改区域的修改操作(vi)进行选择，和/或对用于所述修改区域的修改操作(vi)进行参数化，根据所述参考点的变化，使所述修改区域的至少一个轨迹点(P3)变化(v3)；和/或
其中，所述修改区域的至少一个轨迹点被复制，并根据预先设定的修改自动地修改复制品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先设定对所述修改区域的参考点的修改包括：选择所述修改区域的待修改的轨迹点(P6)(S30)，预先设定被修改的轨迹点(R')和/或对用于所述参考点的修改操作(vR)进行参数化(S40)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述修改区域的轨迹点(P7)的缩放变化包括所述轨迹点基于所述轨迹点与所述参考点之间的距离(sR7)的变化。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，能被选择和/或能被参数化的修改操作的集合包括使所述修改区域平滑。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述预先设定修改区域包括对所述机器人轨迹的轨迹点(BA＝P2)和所述机器人轨迹的其他轨迹点(BE＝P10)和/或路段的预先设定。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人轨迹的与所述修改区域相邻的区域([P10，P2])在修改所述修改区域时至少基本上保持不变。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人轨迹至少逐段地通过样条函数来预先设定。
8.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，交互地进行对所述修改区域的预先设定和/或对所述修改的预先设定和/或对所述修改区域的修改。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预先设定的修改(vi)对所述修改区域的轨迹点进行自动修改。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述参考点的变化，使所述修改区域的至少一个轨迹点(P3)平行地和/或缩放地变化(v3)。
11.一种编程装置，被设计用于执行如前面任一项权利要求所述的方法。
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