CN105008097A - 用于检查机器人路径的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检查具有机器人控制器(104)的带有可预设的安全区域(14,16,44)的机器人(12,102)的方法，其中，机器人(12,102)设置成在实施运动程序期间实现其工具中心点(TCP)驶入安全区域(14,16,44)中的情况下中断运动程序。该方法包括以下步骤：确定安全区域(14,16,44)，其由在相应的界限点(52,54)之间展开的界限面(18,46,48,50)包围，倘若还未预设安全区域，在机器人控制器(104)处预设安全区域(14,16,44)，确定具有多个轨迹点(56,58,72,82)的基本上处于安全区域(14,16,44)之外的测试运动路径(20,60)，其中，至少一个轨迹点(56,58,72,82)处于界限点(52,54)中的一个的附近(62,64)，利用TCP沿着测试运动路径(20,60)的运动实施测试运动程序，检查测试运动程序的实施是否被中断。

Description

用于检查机器人路径的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检查具有机器人控制器的带有可预设的安全区域的机器人的方法。

背景技术

通常已知的是，机器人在工业设备中被用于各种目的，例如用于装配、焊接或者还有涂漆。这样的机器人的控制通常借助于机器人控制器实现。典型地，机器人控制器具有计算装置的特性并且即设置用于根据储存在运动程序中的数据引起机器人或其工具中心点(TCP)的按照程序的运动。因此，运动程序也包括运动路径的坐标，TCP应根据程序沿着该运动路径运动。在此，通常预设处于运动路径上的轨迹点，其然后按顺序相互连接地产生运动路径。

机器人常常实施为所谓的关节臂机器人，其例如围绕可旋转地支承的基部具有2-3.5m的工作区域并且具有5、6或还7个带有相应数量的运动轴线的运动自由度。为了能够排除在机器人的工作区域中逗留的人员的风险，机器人或机器人控制器通常具有安全功能性。一用于确保人身安全的可能性在于给机器人或其机器人控制器预设安全区域，无论如何不允许将机器人运动到该安全区域中。机器人或其TCP到安全区域中的任何运动通常直接导致机器人的立即关断。如此实现，人员可无风险地在安全区域中逗留。机器人或其TCP的当前位置的测定例如通过测定相应的运动轴线的角度位置和几何反算实现。

出于安全原因在一些机器人中设置成围绕TCP本身限定轮廓区域，其包围固定在机器人臂的顶端处的工具、例如抓握工具。在该情况中，不仅TCP驶入安全区域中而且包围的轮廓区域的至少一个点的驶入已导致机器人的关断。

在机器人调试时校验安全区和运动程序的正确的相互作用证实为困难的。设置用于生产的机器人程序刚好应设计成使得避免机器人运动与安全区域的冲突，从而还导致没有激活保护、即运动程序的中断。此外必须检查所计划的安全区域是否被正确地设置在机器人控制器的安全控制部中。为了模仿正确的工作方式，例如手动地驶向保护区域的界限点并且校验保护区域的设定与给定的边界条件相符到什么程度。

发明内容

从该现有技术出发，本发明的目的是说明一种方法，利用其可来检查安全区域的精确检查以及在实施运动程序时的相互作用。

根据本发明，该目的通过一种用于检查具有机器人控制器的带有可预设的安全区域的机器人的方法来实现，其中，机器人设置用于在实施运动程序期间实现其工具中心点(TCP)驶入安全区域中的情况下中断运动程序。该方法包括以下步骤：

·确定至少一个安全区域，其由在相应的界限点之间展开的界限面包围，

·倘若还未预设安全区域，预设该至少一个安全区域到机器人控制器处，

·确定具有多个轨迹点的基本上处于该至少一个安全区域之外的测试运动路径，其中，至少一个轨迹点就处在界限点中的一个附近，

·利用TCP沿着测试运动路径运动实施测试运动程序，

·检查测试运动程序的实施是否被中断。

本发明的基本构思在于生成一个或在需要时还多个测试运动程序，其关于参考坐标系被与之前确定的安全区域比较并且其针对性地包括一个、然而优选地多个界限点(通过界限点来限定安全区域)作为轨迹点。以该方式在实施测试程序时针对性地驶向机器人的工作区域的鉴于由于侵犯安全区域运动程序的可能的中断最相关的点。然而为了避免可能的误激活不精确地驶向界限点的坐标，而是大多围绕相应的界限点来放置例如在0.1mm至25mm的范围中的公差范围，其在该观点的范围中可被理解成“就在附近”。但是，该术语完全也还可被理解成更大的公差范围。

即然后使机器人的TCP相应于测试运动程序驶向相应的空间坐标，其处于安全区域之外、然而与相应的界限点或与相应的限定保护区域的界限面具有相应于公差范围的距离。由此确保，即使沿着磨损的轨道驶向轨迹点，也避免TCP驶入保护区域中和与此相联系的误激活。然而尤其在TCP运动的速度非常小时运动轨道的磨损非常少，从而那么也可将界限点的公差范围选择得非常小并且在极限情况中甚至选择成零。

对于围绕TCP限定轮廓区域(其例如包围装配在机器人处的焊接或抓握工具)的情况，如开头所述，如果轮廓区域的唯一的点位于安全区中那么已实现运动程序的中断。为了考虑该情况根据本发明设置成，在限定的轮廓区域的情况中代替真正的描述所编程的运动轨迹的TCP可将轮廓区域的包络面的这样的点被视为参考点，其在考虑当前的机器人位置的情况下与安全区域的相应的界限点具有最短距离。因此那么相应的轨迹点就在界限点附近被确定成使得不是真正的TCP或轨迹点直接位于界限点附近、而是与相应的界限点具有最小距离的包络面的点。由于本发明所基于的原理不受可能的轮廓区域的影响，另外对于两个变体、即真正的TCP作为参考点或在轮廓区域的包络面上与相应的参考点具有最短距离的点应用术语“TCP”。

此外证实为有利的是，通过按顺序驶向相应的界限点，即使这在考虑公差范围的情况下实现，也良好地显示保护区域的界限。这在调试机器人设备时实现重复的视觉检查是否正确确定了安全区域或其是否证实为合适的。

倘若测试运动程序在其实施时不导致紧急激活，由于测试运动程序的运动轨迹就在安全区域的界限区域附近可由此得出保护系统只要其在保护区域之外不引起误激活就无故障地工作。由此可以以特别简单的方式来校验机器人的保护区域。

相应于根据本发明的方法的另一优选的设计变体，在测试程序中断的情况中之后使机器人以其TCP向轨迹点中的一个运动并且然后继续测试运动程序。

这以有利的方式在必要时实现的中断的区域中实现机器人运动的重复，即当使机器人的TCP移回到已经过的轨迹点中的一个处并且从那里又继续测试运动程序时。由此可检查运动程序的中断是否是可重复的效果。在执行运动程序时机器人的中断表现的可重复性同样是对于机器人的正确的且可靠的功能性的标准。

对于在中断之后使TCP向前运动到尚未被经过的轨迹点中的一个处的情况，测试运动程序可以以有利的方式从那里继续，从而同样可确定运动程序在测试运动路径的其它部位处的可能的另外的中断。

按照根据本发明的方法的特别优选的设计方案，偏离地，测试运动路径的至少一个区段处于安全区域内。对于测试运动路径有意地部分地伸入安全区域中的背景是，如此可校验保护系统的主动激活。但是在该情况中，相关的处于安全区域中的轨迹点理想地也直接靠近相应的确定安全区域的界限点。因此可检查安全区域的已略微侵入多大程度地导致测试运动程序的那么期望的中断。但是，任意被引导通过安全区域的轨迹区段在正确的工作方式下当然也须导致测试运动程序的中断。

也适用于本发明的该变体的是，在实现中断测试运动程序之后，也可使机器人的TCP运动到轨迹点中的一个处并且从那时起继续测试运动程序。因此这里不仅还产生复制所实现的激活而或检查在进一步的程序进程中另外的激活什么程度地实现的可能性。

相应于根据本发明的方法的另一变体，根据合适的算法借助于单独的计算装置实现测试运动路径的确定并且之后给机器人控制器提供测试运动路径的数据。计算装置例如配备有软件程序产品，其允许模拟工作环境、例如CAD程序。这以有利的方式简化了相应的测试运动程序的必要时的手动生成，但是其当然也可自动地实现。相应的算法至少对于在安全区域的界限点中的一个附近的该至少一个轨迹点的测定需要其坐标以及必要时轮廓区域的相对坐标。因此在一发明变体中设置成，在确定测试运动程序的测试运动路径之前将安全相关的数据、即尤其安全区域的界限点的坐标以及必要时轮廓区域的相对坐标从机器人控制器传输到单独的计算装置中。

但是相应于一备选的变体也可能在单独的计算装置自身中确定安全区域，然后基于这些数据生成测试运动程序并且之后不仅将安全区域的界限点的坐标而且将测试运动程序或至少测试运动路径传输到机器人控制器中。

在测定轨迹点时，合适的算法考虑限定安全区域的界限点中的至少一个、然而优选地多个，其中，相应的轨迹点相对于相应的界限点远离安全区域移动了公差值。

相应于另一发明变体也设置成，根据合适的算法借助于机器人控制器自身实现测试运动路径的确定。该机器人控制器以已知的方式同样可被视为计算装置，其适合用于根据合适的算法定义测试运动路径。然而在该情况中可省去使用模拟程序，而是可设置计算机程序产品，其根据优选地预设的开始或结束点在使用界限点中的至少一个的坐标的情况下产生测试运动路径。可选地，设置有用户界面，借助于其可输入用于产生测试运动路径的基本预设。

根据此外优选的发明变体，为了确定测试运动路径给单独的计算装置或机器人控制器附加地提供在机器人的工作区域内可能的干扰轮廓的数据并且测试运动路径根据算法被确定成使得避免与干扰轮廓的碰撞。这尤其涉及机器人的工作区域。因此，例如借助于U形轨迹曲线可靠地绕过这样的轨迹区段，其例如从在工作区域中的开始点引导直到界限点(对于其然而应预期与位于其之间的对象的碰撞)中的一个的附近。因此以有利的方式避免了碰撞。

根据一特别优选的发明变体，机器人具有TCP原始位置并且测试运动路径在TCP原始位置处开始和/或在那里结束。这样的原始位置优选地可被选择成使得从那里确保尤其大部分数量的界限点的快速可达到性。

根据一优选的发明变体，安全区域是方形的或者具有多个组合的方形的形状。这证实为对于确定安全区域特别简单。

按照根据本发明的方法的另一变体，测试运动路径在相应的公差范围中包括安全区域的面向机器人的界限点的至少一主要部分作为轨迹点。面向机器人的界限点即定义安全区域的边界面的可被机器人的TCP以来自工作区域的方式穿过的部分。反之，只要在这样的情况中机器人将以来自安全区域的方式穿过边界面并且相应的运动程序的中断须已在TCP进入安全区域中时实现，边界面的向后的区域对于机器人表现的检查并不重要。

另外的有利的设计可能性可由另外的从属权利要求得悉。

附图说明

应根据在附图中示出的实施例来详细说明本发明、另外的实施形式和另外的优点。

其中：

图1显示了具有工作和安全区域的示例性的机器人，

图2显示了第一示例性测试运动路径的截段，

图3显示了第二示例性测试运动路径的截段，

图4显示了第三示例性测试运动路径的截段，

图5显示了第四示例性测试运动路径的截段以及

图6显示了具有机器人控制器和计算装置的机器人。

具体实施方式

图1以示意图10显示了具有工作区域30和安全区域14,16的示例性的机器人12。机器人12位于工作区域30中，其中，其TCP在图中占据原始位置22，示例性的测试运动程序的测试运动路径20从原始位置22开始并且也在那里结束。

在该示例性的二维图示中，测试程序包括安全区域14,16的面向机器人12的所有界限点，其在考虑相应的公差范围的情况下作为轨迹点24,26,28被容纳到测试运动路径20中。测试运动路径20在实施测试运动程序期间被机器人12的TCP驶过，其中，在该示例中所有轨迹点22,24,26,28处于安全区域14,16之外并且相应地也不应导致程序运行过程由于保护区域的侵犯而中断。那么在实际的三维情况中安全区域14,16将是方形的并且那么相应地更多界限点将被驶近。

图2以图示40显示了第一示例性测试运动路径60，其在机器人的工作区域44中但是直接靠近安全区域42的相应的边界面46,48,50伸延。围绕相应的限制安全区域42的界限点52,54，通过虚线圆示出相应的公差或附近区域62,64。在相应的附近区域62,64中，以十字示出轨迹点56,58，通过其来确定测试运动路径60的走向。在理想状态中，使未示出的机器人的TCP沿着测试运动路径60在展开的界限面的附近区域中运动，其中，其不侵入安全区域中并且也不中断所属的运动程序。

图3以图示70显示了测试运动路径的类似的走向，其中，在图中右边示出的界限点的附近区域中在安全区域内设置有所属的轨迹点72。在进入点74的区域中，测试运动路径的走向与包围安全区域的界限面相交。在机器人或机器人控制器正确工作时，在进入点74处必须启动测试运动程序的期望的中断。

图4又以图示80显示了测试运动路径在相应的包围安全区域的界限面附近的走向。期望的轨迹走向通过相应的轨迹点(其全部布置在相应的界限点附近、但是在工作区域之内，如利用带有附图标记82的轨迹点所示)来预设。只要在进入点84的区域中进入安全区域，实际的轨迹走向与所期望的不同。在机器人或机器人控制器正确工作时，在进入点84处必须启动测试运动程序的不期望的中断。这是机器人不按轨迹引导TCP并且相关的机器人不应运行的标志。

图5以图示90显示了另一测试运动路径的走向，其然而在绕行94中被引导绕过干扰轮廓92，从而避免机器人与干扰轮廓的碰撞。

图6以示意图100显示了具有机器人控制器104和计算装置108的机器人102的结构图。这些部件通过通讯和控制线路110,114相互连接，其中，手输入设备借助于通讯和控制线路112与机器人控制器104共同作用并且如此实现操作者与所示的系统的相互作用。

附图标记清单

10 具有工作和安全区域的示例性的机器人

12 示例性的机器人

14 第一近似方形的安全区域

16 第二近似方形的安全区域

18 展开的界限面

20 测试运动路径

22 TCP原始位置

24 测试运动路径的第一轨迹点

26 测试运动路径的第二轨迹点

28 测试运动路径的第三轨迹点

30 工作区域

40 第一示例性测试运动路径中的截段

42 安全区域

44 工作区域

46 第一展开的界限面

48 第二展开的界限面

50 第三展开的界限面

52 第一界限点

54 第二界限点

56 第一示例性测试运动路径的第一轨迹点

58 第一示例性测试运动路径的第二轨迹点

60 第一示例性测试运动路径

62 围绕第一界限点的附近区域

64 围绕第二界限点的附近区域

70 第二示例性测试运动路径中的截段

72 处于安全区域内的轨迹点

74 计划的到安全区域中的进入点

80 第三示例性测试运动路径中的截段

82 处于安全区域内的轨迹点

84 未计划的到安全区域中的进入点

90 第四示例性测试运动路径中的截段

92 示例性的干扰轮廓

94 干扰轮廓的绕行

100 具有机器人控制器和计算装置的机器人

102 机器人

104 机器人控制器

106 手输入设备

108 计算装置

110 通讯/控制线路

112 通讯/控制线路

114 通讯/控制线路。

Claims (11)

1. 一种用于检查具有机器人控制器(104)的带有可预设的安全区域(14,16,44)的机器人(12,102)的方法，其中，所述机器人(12,102)设置成在实施运动程序期间实现其工具中心点(TCP)驶入所述安全区域(14,16,44)中的情况下中断所述运动程序，其包括以下步骤：

·确定安全区域(14,16,44)，其由在相应的界限点(52,54)之间展开的界限面(18,46,48,50)包围，

·倘若还未预设安全区域，在所述机器人控制器(104)处预设所述安全区域(14,16,44)，

·确定具有多个轨迹点(56,58,72,82)的基本上处于所述安全区域(14,16,44)之外的测试运动路径(20,60)，其中，至少一个轨迹点(56,58,72,82)处于所述界限点(52,54)中的一个的附近(62,64)，

·利用TCP沿着所述测试运动路径(20,60)的运动实施测试运动程序，

·检查所述测试运动程序的实施是否被中断。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在测试程序中断的情况下之后使所述机器人(12,102)以其TCP向所述轨迹点(56,58,72,82)中的一个运动并且然后继续所述测试运动程序。

3. 根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，不同地，所述测试运动路径(20,60)的至少一个区段处于所述安全区域(14,16,44)之内。

4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述轨迹点(56,58,72,82)中的至少一个在相应的界限点(52,54)附近处于所述安全区域(14,16,44)之内。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据合适的算法借助于单独的计算装置(108)确定所述测试运动路径(20,60)，并且之后将所述测试运动路径(20,60)的数据提供给所述机器人控制器(104)。

6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在确定所述测试运动路径(20,60)之前，将安全相关的数据从所述机器人控制器(104)传输到单独的所述计算装置(108)中。

7. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述机器人控制器(104)根据合适的算法确定所述测试运动路径(20,60)。

8. 根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，附加地将在所述机器人(12,102)的工作区域(30,44)内的可能的干扰轮廓(92)的数据提供给单独的所述计算装置(108)或所述机器人控制器(104)用于确定所述测试运动路径(20,60)，并且根据所述算法这样来确定所述测试运动路径(20,60)，使得避免(94)与干扰轮廓(92)的碰撞。

9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人(12,102)具有TCP原始位置(22)，并且所述测试运动路径(20,60)在所述TCP原始位置(22)处开始和/或结束。

10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述安全区域(14,16,44)是方形的或者具有多个组合的方形的形状。

11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述测试运动路径(20,60)作为在相应的公差范围(62,64)中的轨迹点(56,58,72,82)至少包括所述安全区域(14,16,44)的面向所述机器人(12,102)的界限点(52,54)的主要部分。