CN106181963A - 机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人系统，其具有机器人和机器人控制器。在此，所述机器人系统设置为，确定所述机器人是否靠近至少一个预先定义的边界，并且响应于该确定而输出反馈。

Description

机器人系统

技术领域

本发明涉及一种机器人系统，其使得能够易于识别距轴边界和奇异点的临界距离。

背景技术

机器人是一种可自由编程的、程序控制的操控装置。除机器人外，机器人系统还包括控制器和操纵元件。实际的机器人机械机构是操纵器。操纵器由多个彼此链接的能运动的节肢或轴组成。在此，也称为运动链。各个轴的运动通过电机特别是伺服电机的有针对性的调节来实现。

通常，机器人只能实现有限的轴开角(Achsstellwinkel)并由此实现有限的工作空间。借助软件末端挡块和/或硬件末端挡块来监视并防止旋转超过所允许的轴角。在超过这些挡块的情况下，机器人被停止并且驱动器有可能被关闭。随后必须由手动操作将所涉及的轴从末端挡块中移出。这是非常麻烦的并且还有风险，因为在该手动操作时必须解除对轴角的监视。

特别是在生产操作中即在自动控制运行中，轴或配置空间损坏是昂贵的故障。

由于该原因，在机器人编程时必须注意要使轴到末端挡块有足够的安全距离。对于纯位置控制的应用，因为臂总是确定性地运行，所以可以很好地计算该安全距离并将其选择得较小。因此在此假定，机器人在生产操作中不离开工作空间。当机器人由传感器引导运行(例如在手动引导时)或依据情景的轨迹规划算法(例如无碰撞的轨迹规划)生效时，会有问题。在这些情况下，不是确定性地驶过经学习的或“经示教”的点，而是更确切地说是将这些点作为工作点。尽管借助轨迹规划算法可以确保不离开工作空间并且不到达末端挡块，但是会因此而降低机器人工作成果的质量。例如，力调节器不能以期望的调节质量来调整额定力。

因此，在学习轨迹点和工作点时以及在确定臂配置时必须注意机器人的最终工作空间。但是这需要一定的经验，借助机器人状态来识别轴离末端挡块多远并基于此来估算预留位置。因为如果在手动移动工作空间时点位于距轴边界太近，则在生产操作中可能发生停机。该问题会由于更复杂和冗余的运动学而更加严重。

在机器人的笛卡尔操作靠近奇异点时会出现类似的问题。在此，不会引起工作空间的损坏，而是通过机器人出现奇异状态由此造成轴速度超速。如果传感器引导的机器人任务的工作点位于太靠近奇异点，则机器人不能实现对于令人满意的调节质量所需的调节值(例如位置和速度)。由于该原因，工作点至奇异点应有足够的距离。

从企业内部的方法中已知，定义软件末端挡块使得能够防止机器人完全停机。但是这些软件末端挡块不是上下文相关的，而是适用于整个应用。因此，不考虑实际的控制和调节算法。因此无法区分，这些算法中的一者是否需要较多的预留位置并因此而需要至工作空间边界的更大的距离，或者该安全距离是否更不关键(unkritisch)。

当工作点相对于机器人移位时，产生其他的问题。这些问题例如可能由于工作点坐标系的重新定位而产生。在此，工作点可能移动到工作空间的边缘或靠近奇异点，而没有在测量坐标系时被识别出并用信号传递。该问题或后果在运行应用时才会出现。

发明内容

因此，本发明的目的在于简化对工作点和参考坐标系的定义。本发明的目的还在于，在定位时就已经能够识别出不利定位的工作点。本发明的目的还在于减少消耗时间和可能消耗材料的试验过程的数量。

根据本发明的机器人系统具有机器人和机器人控制器。在此，借助机器人控制器控制机器人。为此，机器人系统执行下面的步骤：确定机器人是否靠近至少一个预先定义的边界，并且响应于该确定而输出反馈信息。由此可以根据反馈终止即将发生的边界损坏。在此，本领域的技术人员应理解，预先定义的边界可涉及轴值以及轴开角或工作空间。

优选预先定义的边界包括预先定义的工作空间边界。因此可以预先给定，机器人能在哪个工作空间中运动，并且当确定机器人靠近预先定义的工作空间的边界时输出反馈信息。还优选预先定义的边界包括到奇异点的预先定义的边界。因此，当确定机器人靠近至少一个到奇异点的预先定义的边界时输出反馈信息，机器人的操作者例如可据此作出反应。在此，本领域的技术人员应理解，该确定可涉及机器人的不同的部件。因此例如可确定机器人的、轴的末端执行器或机器人的其他元件是否靠近预先定义的边界。

优选地，反馈信息是光、声和/或触觉信号。因此，可有效地通知操作者工作空间损坏是否即将发生或机器人是否靠近奇异点。本领域的技术人员应理解，可使用不同的装置来输出光、声或触觉反馈信息。因此，例如可由输入装置的振动或由操纵杆的刚性的提高来实现这种输出。

优选预先定义的工作空间边界和/或预先定义的到奇异点的边界是基于机器人的至少一个操作模式来定义的。因此，报警区域或报警的敏感度是上下文相关的，由此使得对反馈信息的输出根据机器人的应用而更快地或更谨慎地进行。因此例如可以确定，确定的轨迹的点可以比使用传感器引导的或手动引导的应用更靠近工作空间边缘。在这样的传感器引导的应用中必须更早地报警，以确保能够有足够的至工作空间边缘的保留位置。因此，在使用确定的轨迹规划模块时比力调节模块要确定更小的报警区域。本领域的技术人员应理解，对于每个点可存储多个这样的模块。

优选地，操作模式包括运行确定的轨迹和/或机器人的传感器引导的运动。在此，在确定或选择或示教要行驶的点时还要说明，这些点为哪个控制模块或调节模块所需。这样，还与机器人的操作模式一致的该模块定义相应的轨迹边界。

优选向周围环境和/或机器人的操作者输出反馈信息。还优选向人-机器人协作环境输出反馈信息。因此，人或优选机器人的操作者获得反馈信息，并从该反馈信息中推断出即将发生工作空间损坏或机器人靠近奇异点。

优选地，该确定基于机器人的手动引导的运动。在这样的手动运行操作中，借助根据本发明的机器人系统通知操作者例如轴位置靠近末端挡块。还优选该确定基于轨迹规划。因此，当完全离线地对机器人任务编程时，将确定工作空间损坏是否即将发生，如由基框移位(Basisframeverschiebung)而导致的工作空间损坏。

优选机器人是多轴关节臂机器人。还优选该多轴关节臂机器人具有监视关节臂机器人的轴中的力和转矩的传感器。还优选对关节臂机器人的每个轴单独地确定机器人是否靠近至少一个预先定义的边界。因此，对于每个轴都单独地确定该轴是否靠近至少一个预先定义的边界。因此，就是对于复杂的运动学也能识别即将发生的工作空间损坏或靠近奇异点并且向操作者反馈。优选轴标示地输出反馈信息。因此，优选对于每个轴或对于每个自由度确定单独的反馈信息，当确定所涉及的轴是否靠近预先定义的边界时就输出该反馈信息。因此，对于每个轴单独地输出该反馈并且对于每个轴标示地输出该反馈。还优选多轴关节臂机器人适于手动引导地控制。

因此，根据本发明的机器人系统适于容易地识别到轴边界和奇异点的临界距离。

在此，操作者可以容易地识别并且估算临界距离。

附图说明

下面参照附图详细说明本发明。其中示出：

图1为示例性的机器人系统的图。

具体实施方式

在图1中示例性示出机器人系统，其包括机器人10和机器人控制器。在此，机器人控制器(未示出)例如可集成在机器人10的内部中或设置在外部。在此，所示机器人系统确定机器人10是否靠近至少一个预先定义的边界20，并且响应于该确定输出反馈信息。在图1中示出工作空间边界形式的预先定义的边界20，但本领域的技术人员应理解，在本发明的意义下还可存在其他的边界。

优选在手动运行操作中通过声信号来传递到末端挡块和奇异点的距离的信息。如果轴位置靠近末端挡块，就响起脉冲声音。离末端挡块越近，脉冲频率就越高，直到达到持续的声音。

优选为每个轴或每个自由度确定具有特定的音高的单独的声音。以该方式，使操作者能够将脉冲化的声音与轴或自由度相对应。如果音高不足以进行区分，还可将更复杂的声调或报警音与轴/自由度相对应。例如，声音还可由对所涉及的自由度的通告(Ansage)来代替。根据声调还可识别出是涉及即将发生工作空间损坏还是涉及靠近奇异点。附加地，还可视觉地或通过触觉反馈地用信号传递到达工作空间边界的信息。

特别优选报警或反馈的报警区域或敏感度是上下文相关的。因此，根据使用的要检测的点而更快或更谨慎地报警。例如，确定的轨迹的点可以比使用传感器引导的应用的点更靠近工作空间边缘。在那里必须更早报警，以保证有足够的到工作空间边缘的保留位置。为此在选择要学习的点时，一起给出该点为哪个控制模块或调节模块所需要。这样，这些模块定义了报警边界。确定的轨迹规划模块将比力调节模块需要更小的报警区域。原则上可以对每个点存储多个模块。这样，可以自动地将最安全、即最小的工作空间定义为报警边界。因此为了避免这一点，值得推荐的是将点多重地用于每个应用上下文。这样就可能不缩小工作空间。如果在一个点上没有给定上下文，就使用默认值。

还可以借助离线工具自动生成点-模块的对应。该工具分析机器人程序并识别出模块使用的点并将模块存储在该点旁。

如果完全离线地编程机器人任务，则不直接由机器人确定工作点和轨迹点，而是理论地或借助CAD数据来确定这些点。理论上，还可在虚拟的手动运行时在CAD模拟系统或机器人模拟系统上使用上述方法。当算出点时(例如当通过基框移位重新给出相对于机器人的点)时，会有问题。由此还可能改变产生的机器人姿势。对于这种情况，将所有的点记录在树中。现在如果根或子树移位，则遍历整个树并关于边界检查所有点。这样，如果必要也在树中记录相应的报警。还可综合检查结果。在此，示出最严重的损坏。

该过程可以在应用启动时在线地直接在机器人上使用。如果例如操作者在启动时重新学习参考坐标系(即子树根)，则可通过上述声音报警用信号传递所综合的分析结果。在此，声音或声调的脉冲频率相应于机器人程序中具有最小保留位置的点的频率。因此，处于最不利情况的点确定产生的声报警信号。

优选机器人程序获得关于基点B的两个点P1和P2。操作者仅在启动时定位基点B。这通过使机器人移动到期望的点B来实现。在此，连续调用根据本发明的验证工具。如果现在由该移位导致点P2位于关于奇异点或轴边界的不利位置，则相应地利用声调模式和脉冲持续时间来报警。如果由于进一步的移位而使情况改变为点P1位于不利位置，则相应于区域损坏P1报警。也就是说，总是相应地对不利的点报警。

本发明的其他实施例包括：

脉冲化的声音或声调，其在示教时用信号传递关于距轴边界和奇异点的距离的信息。可为每个轴、自由度、上下文定义自己的声调或自己的音高。可通过(在操作装置上或其他的发光器上的)光信息和触觉反馈(振动或阻抗改变)来支持报警。

可以在树结构中对框架与点之间的相关性进行建模，并用于工作空间分析。每个点可以对应于一个上下文/模块。在工作空间损坏之前和在奇异点之前，可以根据上下文进行报警。

Claims (9)

1.一种机器人系统，具有机器人和机器人控制器，其特征在于，所述机器人系统设置用于执行以下的步骤：

确定所述机器人是否靠近至少一个预先定义的边界，并且

响应于所述确定而输出反馈信息。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述预先定义的边界包括预先定义的工作空间边界和/或预先定义的到奇异点的边界。

3.根据权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，基于所述机器人的至少一个操作模式来定义所述预先定义的工作空间边界和/或预先定义的到奇异点的边界。

4.根据权利要求3所述的机器人系统，其特征在于，所述操作模式包括所述机器人的在特定轨迹上的行驶和/或传感器引导的运动。

5.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其特征在于，所述反馈信息向所述机器人的周围环境和/或操作者输出。

6.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其特征在于，所述确定基于所述机器人的手动引导的运动和/或轨迹规划。

7.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其特征在于，所述反馈信息是光、声和/或触觉信号。

8.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人是多轴关节臂机器人，并且其中，所述确定对于所述关节臂机器人的每个轴单独进行。

9.根据权利要求8所述的机器人系统，其特征在于，标明轴地输出所述反馈信息，使得能够对于每个轴单独地且标示地输出所述反馈信息。