CN106239567A - 用于运行和/或监视机器、特别是机器人的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行和/或监视机器、特别是多轴机器人的方法，该方法包括以下步骤：确定第一空间区域(A)的外边界(a)和第二空间区域(B)的外边界(b)是否彼此切割(S20)；如果这两个外边界彼此切割，则确认第一空间区域被第二空间区域穿入(S30)，其中，所述两个空间区域中的一个空间区域(B)是固定于机器的。

Description

用于运行和/或监视机器、特别是机器人的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于运行和/或监视至少一个机器、特别是至少一个多轴机器人的一种方法和一种系统，以及一种用于实施该方法的计算机程序产品。

背景技术

特别是为了规划无碰撞的轨迹以及为了监视机器人的碰撞，已知的是通过各自的初始值分别对机器人或其节肢进行近似计算。

专利文献US5347459A与此相对地提出：通过多个范围分别对机器人的节肢进行近似计算，以便能够占据相对于障碍物有一定距离的空间体素(Raumvoxel)，并在空间体素中的范围的半径超过该空间体素所占据的距离时检测碰撞。

发明内容

本发明的目的在于，改进机器、特别是机器人的运行。

本发明的目的特别是通过一种用于运行和/或监视机器、特别是机器人的方法来实现。本发明的目的还通过一种用于运行和/或监视机器、特别是机器人的系统和一种用于执行在此所述方法的计算机程序产品来实现，优选的扩展方案由下面的说明给出。

根据本发明的一个方面，在运行和/或监视可移动的机器、特别是多轴机器人时，特别是通过系统的尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置来确定：第一空间区域的外边界和第二空间区域的外边界是否彼此切割，在此，两个空间区域中的其中一个是固定于机器的(maschinenfest)，并且如果(确定了)两个外边界彼此切割，则特别是通过系统的为此尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置，来确认第二空间区域对第一空间区域的穿入。

在一种实施方式中，所述运行特别可以包括：尤其是在运行之前和/或运行期间，或者说在离线和/或在线的情况下，对机器、特别是机器人进行运动规划或者说运动设定、特别是轨迹规划或轨迹设定；所述运行特别可以是：尤其是在运行之前和/或运行期间，或者说在离线和/或在线的情况下，对机器、特别是机器人进行运动规划或者说运动设定、特别是轨迹规划或轨迹设定。在一种实施方式中，监视特别可以包括：尤其是在运行之前和/或在运行期间，或者说在离线和/或在线的情况下，特别是针对运动规划、尤其是轨迹规划或者说在进行运动规划、尤其是轨迹规划期间，进行特别是安全的碰撞监视；监视特别可以是：尤其是在运行之前和/或在运行期间，或者说在离线和/或在线的情况下，特别是针对运动规划、尤其是轨迹规划或者说在进行运动规划、尤其是轨迹规划期间，进行特别是安全的碰撞监视。

在一种实施方式中，第一空间区域和第二空间区域是笛卡尔空间的二维或三维(部分)区域。在一种实施方式中，第一空间区域的外边界和/或第二空间区域的外边界是封闭的。

在一种实施方式中，固定于机器的空间区域被关于机器、特别是机器人来定义或设定或描述。在一种实施方式中，该固定于机器的空间区域可以与机器、特别是与机器人的节肢一起随动，或者说相对于机器、特别是机器人的节肢是静止的。在一种实施方式中，固定于机器的空间区域关于机器、特别是机器人被恒定地定义或设定，在另一种实施方式中则是变化的，特别是取决于机器的运行状态、特别是姿态。在一种实施方式中，固定于机器的空间区域包围机器、特别是机器人的可移动的节肢。

在一种实施方式中，另一个空间区域被关于周围环境、特别是关于机器人的基座来定义或设定或描述。在一种实施方式中，另一个固定于周围环境的空间区域关于周围环境被恒定地定义或设定，在另一种实施方式中则是变化的，特别是取决于：机器的运行状态、特别是姿态；周围环境运行参数，例如门、传送带等的姿态；和/或取决于时间。通过固定于周围环境的空间区域，特别是可以定义或描述针对机器禁止通行的保护区域。

在另一种实施方式中，所述另一个空间区域被关于另一机器、特别是另一多轴机器人来定义或设定或描述。在一种实施方式中，该另一个空间区域与另一机器、特别是另一机器人的节肢)一起随动，或者说相对于另一机器、特别是另一机器人的节肢是静止的。在一种实施方式中，另一个空间区域或者说关于另一机器固定的空间区域被关于该另一机器、特别是另一机器人来恒定地定义或设定，在另一种实施方式中则是变化的，特别是取决于另一机器的运行状态、特别是姿态。通过这样的另一空间区域，特别是可以检测或避免相互协作的机器、特别是机器人发生碰撞。相应地，在一种实施方式中，所述另一空间区域包围所述另一机器、特别是另一机器人的可移动的节肢。

根据本发明可知：两个空间区域的外边界发生(至少一次)切割是一个空间区域被另一个空间区域穿入的必要条件，并由此可以被使用，从而可靠地确定这种穿入。在此，为了进行紧凑的说明，通常将两个外边界在一个点上的接触也称为切割。

在一种实施方式中，通过检验外边界的切割，优选可以放弃对整个空间(内部)区域的距离计算和/或特别是完整检验，或者至少简化并由此加快了对整个空间(内部)区域的距离计算和/或特别是完整检验。

根据本发明还可知：一个空间区域没有被另一个空间区域穿入的有效必要条件为：两个外边界彼此不切割，并且这两个区域中也没有任何一个区域完全位于这两个区域中的另一个区域中。

相应地，在一种实施方式中，特别是通过系统的尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置来确定：如果两个外边界彼此不切割，并且附加地也没有两个区域中的任何一个区域完全位于这两个区域中的另一个中区域中，则第一空间区域没有被第二空间区域穿入。

为此，在一种实施方式中，特别是通过在此尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置，(分别)如下地定义这两个区域中的一个区域或者这两个区域：其不能完全地位于这两个区域的(分别)另一区域中。

在一种扩展方案中，每个区域均可以特别是通过所述装置并根据或者说通过其大小被如下地定义：通过使两个区域中的一个区域的最大尺寸大于另一个区域的最大尺寸使得其不能完全位于这两个区域中的(分别)另一个区域中。

附加地或替代地，在一种扩展方案中，每个区域可以特别是通过所述装置并根据或者说通过其形状被如下地定义：其不能完全位于这两个区域中的(分别)另一个区域中。

在一种实施方式中，附加地或除了将两个区域中的至少一个区域选择为，其不能完全位于这两个区域中的另一个区域中之外，特别是通过为此尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置(分别)确定：一个空间区域的至少、特别是恰好一个所选择的点、尤其是其外边界是否位于(分别)另一区域内，并确定：如果一个或多个被选择的点不位于所述另一区域内，则该一个空间区域就不是完全位于该另一区域中。

在一种实施方式中，其中一个外边界或者两个外边界特别是通过系统的尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置并(分别)通过离散的空间元素、特别是体素和/或六面体、特别是立方体来描述，特别是被临时或长期地保存。由此，在一种实施方式中，可以改进、特别是简化和/或加速对空间区域的描述和/或对切割和/或被包括的点的确认。

在一种扩展方案中，用于描述外边界的离散空间元素具有最大为1m的最大和/或最小尺寸，特别是最大为50cm，特别是最大为10cm，特别是最大为5cm。附加地或替代地，在一种扩展方案中，用于描述外边界的离散空间元素具有最大为0.1mm的最大和/或最小尺寸，特别是最大为1mm，特别是最大为1cm。由此，在一种扩展方案中，任一足够准确的离散化均能够有利地与另一方面也是有利的、以数字表示的较低的成本结合起来。

在一种实施方式中，特别是通过所述装置，使两个外边界分别通过具有离散空间元素、特别是体素和/或六面体的列表被描述、特别是存储，在此，在一种扩展方案中，描述一个外边界的各个离散空间元素彼此相同，和/或与描述另一外边界的一个或多个、特别是至少基本上全部空间元素是相同的，尤其是在形状和/或大小上。

于是，特别是通过系统的尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置来确定：一个列表的至少一个元素和另一列表的至少一个元素是否具有至少一个共有的点，并确定：如果确定一个列表的至少一个元素和另一列表的至少一个元素具有至少一个共有的点，则两个外边界彼此切割。在一种实施方式中，由此能够改进、特别是简化和/或加速对切割的确定。在一种实施方式中，一旦第一个共有的点被确认，就可以中断检验并确定两个外边界彼此切割。

为此，在一种扩展方案中，特别是通过系统的尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置，将两个列表中的至少一个列表的空间元素转换至共有的坐标系(Bezugssystem)中。在一种扩展方案中，相应的转换可以包括线性变换，特别可以是线性变换。由此，在一种实施方式中，可以改进、特别是简化和/或加速对切割和/或被包括的点的确定。

附加地或替代地，特别是通过系统的尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置，对两个列表中的至少一个列表的空间元素进行整理，特别是根据空间元素彼此和/或相对于一参照物上升或下降的距离，和根据元素序号(Elementindices)的上升或下降的排序等。由此，在一种实施方式中，可以改进、特别是简化和/或加速对切割和/或被包括的点的确定。

在一种扩展方案中，特别是通过系统的尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置来确定：是否两个列表具有至少一个共有的空间元素，并且如果(确认)两个列表具有至少一个共有的空间元素，就可以确定两个外边界彼此切割。由此，在一种实施方式中，可以改进、特别是简化和/或加速对切割和/或被包括的点的确定。

在一种实施方式中，一个或多个在此述的步骤将分别被部分或完全地自动实施或执行。

在一种扩展方案中，特别是通过系统的尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置，多次地、特别是周期性地和/或针对机器的特定姿态地，检查第二空间区域对第一空间区域的穿入。附加地或替代地，在一种扩展方案中，特别是通过系统的尤其是以硬件和/或软件技术实现的装置，一次或多次地、特别是周期性地和/或针对机器的特定姿态地，以在此所述的方法来检验第一空间区域被一个或多个其他的第二空间区域穿入，和/或一个或多个其他的第一空间区域被第二空间区域穿入，在一种扩展方案中，还可以是一个或多个其他的第一空间区域被一个或多个其他的第二空间区域穿入。

本发明意义下的装置可以硬件和/或软件技术地构成，特别是具有：优选与存储系统和/或总线系统数据连接或者说信号连接的处理单元，特别是数字处理单元，尤其是微处理单元(CPU)；和/或一个或多个程序或程序模块。CPU可以被设计用于：处理被实现为储存在存储系统中的程序的指令，检测数据总线的输入信号，和/或将输出信号输送至数据总线。存储系统可以具有一个或多个特别是不同的存储介质，特别是光学介质、磁性介质、固体介质和/或其他的非易失性介质。所述程序可以被如下地实现：其能够体现或者说执行在此所描述的方法，从而使得CPU能够执行这种方法的步骤，并由此特别是可以运行或监视机器。

附图说明

其他的优点和特征由实施例和其他的部分给出。为此部分示意性地示出：

图1：在根据本发明一种实施方式的、系统所执行方法的一个步骤中的第一空间区域，穿入该第一空间区域并且固定于机器人的第二空间区域以及另一个固定于机器人的第二空间区域的一部分；

图2：在该方法的另一步骤中的空间区域；和

图3：该系统中的方法的流程图。

其中，附图标记列表如下：

100 系统

A (固定于周围环境的)第一空间区域

a，b，c 外边界

B (固定于机器人工具的)第二空间区域

C (固定于机器人工具法兰的)其他空间区域

具体实施方式

图1在固定于周围环境的坐标系(x₁,y₁,z₁)的垂直于z轴的部分中示出了具有封闭的外边界a的第一空间区域A、具有封闭的外边界b的第二空间区域B，并以虚线示出了具有封闭的外边界c的另一第二空间区域C的一部分。

第二空间区域B被定义为：关于其他未示出的多轴机器人的工具是静止的，并完全地包围该工具。

另一第二空间区域C被定义为：关于机器人手是静止的，并完全包围该机器人手。

第一空间区域A被定义为：关于周围环境是静止的，并包围针对机器人被禁止的保护区域。替代于此的，在另一种实施方式中，该空间区域也可以包围另一协作机器人的节肢。

下面将参照对由第一空间区域A所描述的保护区域被包围工具的第二空间区域B穿入的监视，对根据本发明的一种实施方式的方法进行详细说明，该方法由根据本发明的一种实施方式的系统100(参见图3)来执行。类似地，也可以利用对该保护区域被包围该机器人的另一节肢的空间区域(例如空间区域C)穿入的监视，和/或对包围另一机器人的一节肢的空间区域A被包围该机器人的一节肢的空间区域(例如空间区域B、C)穿入的监视。

封闭的外边界a、b、c分别通过具有离散的立方体的列表来描述，该列表具有10cm的最大边沿长度。

第一空间区域A或者说其外边界a的列表{a}的立方体在图1中在固定于周围环境的坐标系(x₁,y₁,z₁)中被示例性地查明。在此，列表元素“(1,1,1)”表示一立方体的中心点在该坐标系中的(整数圆)坐标为x₁＝1、y₁＝1和z₁＝1，列表元素“(2,1,1)”表示一立方体的中心点在该坐标系中的坐标为x₁＝2、y₁＝1和z₁＝1，列表元素“(1,2,1)”表示一立方体的中心点在该坐标系中的坐标为x₁＝1、y₁＝2和z₁＝1，等等。这些列表元素(1,1,1)、(2,1,1)、(3,1,1)、……、(1,2,1)、……、(7,9,1)被整理地存储。

第二空间区域B或者说其外边界b的列表{b}的立方体在图2中在固定于机器人工具的坐标系(x₂,y₂,z₂)中被示例性地查明。在此，列表元素“(1,1,1)”表示一立方体的中心点在固定于机器人工具的坐标系中的(整数圆)坐标为x₂＝1、y₂＝1和z₂＝1，列表元素“(2,1,1)”表示一立方体的中心点在固定于机器人工具的坐标系中的坐标为x₂＝2、y₂＝1和z₂＝1，列表元素“(1,2,1)”表示一立方体的中心点在固定于机器人工具的坐标系中的坐标为x₂＝1、y₂＝2和z₂＝1，等等。

在第一步骤S10中(参见图3)，第二空间区域B或者说其外边界b的列表{b}的空间元素被转换至共有的固定于周围环境的坐标系(x₁,y₁,z₁)中。可能的转换被以线性图表的形式在图2中示出。其是通过将固定于机器人工具的坐标系(x₂,y₂,z₂)旋转至固定于周围环境的坐标系(x₁,y₁,z₁)中，并加上这两个坐标系的原点的距离向量(Abstandsvektor)[4,6,0]而得到。相应地，列表{b}在共有的、固定于周围环境的坐标系(x₁,y₁,z₁)中被转换的空间元素“(5,7,1)”表示第二空间区域B或者说其外边界b的立方体的中心点在固定于机器人工具的坐标系中具有坐标x₂＝1、y₂＝1和z₂＝1，列表{b}在共有的、固定于周围环境的坐标系中被转换的空间元素“(6,7,1)”表示第二空间区域B或者说其外边界b的立方体的中心点在固定于机器人工具的坐标系中具有坐标x₂＝2、y₂＝1和z₂＝1，列表{b}在共有的、固定于周围环境的坐标系中被转换的空间元素“(5,8,1)”表示第二空间区域B或者说其外边界b的立方体的中心点在固定于机器人工具的坐标系中具有坐标x₂＝1、y₂＝2和z₂＝1，等等。

这些列表元素(5,7,1)、(6,7,1)、(5,8,1)、……被整理并被存储。

在步骤S20中，系统100将确定：第一空间区域A的外边界a和第二空间B的外边界b是否彼此切割。

为此，系统100将在步骤S20中确定：列表{a}的至少一个元素和另一列表{b}的至少一个元素是否具有至少一个共有的点。

为此，系统100将在步骤S20中确定：这两个列表{a}、{b}是否具有至少一个共有的空间元素。

如果系统100在步骤S20中确定两个列表{a}、{b}具有至少一个共有的空间元素，并因此也具有至少一个共有的点(S20：“Y”)，则系统100将在步骤S30中确认：两个外边界a、b彼此切割，并因此存在第一空间区域A被第二空间区域B穿入。

在该实施例中，这将通过两个列表{a}、{b}具有共有的空间元素(7,8,1)和(4,9,1)来示出，为清楚起见，这两个空间元素在外边界b中被填充为黑色。

一旦系统100在被整理的列表{a}、{b}中发现第一个共有元素，系统将中断在步骤S20中的检查并进入步骤S30。

在一种变形中，替代共有的列表元素地，也可以检查：列表{b}的至少一个立方体的至少一个有代表性的点(例如角落点或中心点)是否位于列表{a}的立方体中。

如果系统100已经在步骤S20中完成了对外边界{a}、{b}的切割的检查并且没有确定存在切割(S20：“N”)，则接下来该系统将执行步骤S40。

在步骤S40中，系统100将检查：这两个区域中是否有一个区域完全地位于另一个区域中。

为此，系统100将在步骤S40中确定：所选择的第二空间区域B的点是否位于第一空间区域A中。

为此，系统100将在步骤S40中确定：为清楚起见而在图2中加有粗框的外边界b的立方体是否位于第一区域A中，在此，该立方体在固定于机器人工具的坐标系中具有坐标(1,1,1)，并在转换至共有的、固定于周围环境的坐标系之后具有坐标(5,7,1)。

在一种变形中，替代这样的立方体地，也可以检查：列表{b}的立方体的至少一个有代表性的点(例如角落点或中心点)是否位于第一区域A中。

在此可以不考虑逆向的检查，因为第一空间区域A根据形状和大小被定义为，其不会位于第二空间区域B中。否则，类似地也可以在步骤S40中检查：例如外边界a的在固定于周围环境的坐标系中具有坐标(7,9,1)的立方体是否位于第二区域B中。

如果系统100在步骤S40中确认：所选择的一个空间区域的点位于另一个区域中(S40：“Y”)，则接下来该系统将执行步骤S30，并确认第一空间区域A被第二空间区域B穿入。

否则的话(S40：“N”)，系统100将在步骤S50中确认：不存在第一空间区域A被第二空间区域B穿入，因为两个外边界a、b彼此不切割(S20：“N”)，并且这两个区域中也没有一个区域完全位于另一个区域中(S40：“N”)。

系统100基于具有程序代码的计算机程序产品、特别是数据载体或数据存储器来执行在此所描述的方法，所述程序代码被存储在计算机可读的介质上。相应地，元素S10-S50也可以象征系统100的装置。

如前所述，还可以相同的方式检查：保护区域被机器人的其他节肢(例如机器人的手)穿入，和/或其他的保护区域被机器人的一个或多个节肢穿入。附加地或替代地，系统100还可以多次地、特别是周期性地和/或针对机器人的特定姿态执行所描述的方法。

尽管在前面的描述中已经说明了示例性的实施方式，但是应该指出的是还可以存在多种变形。

在一种变形中，在步骤S10中不对列表{b}的被转换空间元素(5,7,1)、(6,7,1)、(5,8,1)、……进行整理，而是在步骤S20中单独地、特别是依次地和/或在对任意下一个空间元素进行转换之前在列表{a}中查阅(nachgeschlagen)，或者说对于(因此而未整理的)列表{b}的被转换空间元素(5,7,1)、(6,7,1)、(5,8,1)、……，分别、特别是依次地和/或在对任一下一个空间元素进行转换之前确定：被转换的空间元素和列表{a}的至少一个元素是否具有至少一个共有的点，特别是列表{a}是否具有该被转换的空间元素。由此可以有利地节省用于对被转换的列表{b}进行整理的运行时间和系统内存。

在一种变形中，当在列表{a}、{b}中发现第一个共有元素时，在步骤S20中的检查不会中断，因为这种有条件的(程序)跳转((Programm)Sprung)会持续相对较长的时间和/或在运算时间中引起抖动。因此，在该变形中，需要检查所有的空间元素或者说列表元素，并在步骤S20的末期清点共有的元素，在此，如果共有元素的数量大于零或其他设定的边界值，则该方法接下来执行步骤S30，否则执行步骤S40。

此外应指出的是，这些示例性的实施方式仅仅是举例，其不对保护范围、应用和结构构成任何限制。相反，通过前述的说明，会给予本领域技术人员用于转换至少一个示例性实施方式的启示，在此，特别是关于所述组成部分的功能和设置可以进行各种变化，而不会脱离由权利要求书和与其等效的特征组合所给出的保护范围。

Claims (14)

1.一种用于运行和/或监视机器、特别是多轴机器人的方法，具有以下步骤：

确定第一空间区域(A)的外边界(a)和第二空间区域(B)的外边界(b)是否彼此切割(S20)；并且

如果所述两个外边界彼此切割，则确认所述第一空间区域被所述第二空间区域穿入(S30)，

其中，所述两个空间区域中的一个空间区域(B)是固定于机器的。

2.根据权利要求1所述的方法，具有下述步骤：

如果所述两个外边界彼此不切割，并且所述两个区域中任一个区域均没有完全位于所述两个区域中的另一个区域中，则确认所述第一空间区域没有被所述第二空间区域穿入(S50)。

3.根据权利要求2所述的方法，具有下述步骤：

确定一个空间区域、特别是该空间区域的外边界的所选择的点是否位于另一个区域中(S40)；并且

如果所选择的点不位于所述另一个区域中，则确认所述一个空间区域不完全位于所述另一个区域中。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述两个区域中的至少一个区域特别是根据大小和/或形状被如下地定义：该区域不能完全位于所述两个区域的另一个区域中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个所述外边界通过离散的空间元素、特别是体素和/或六面体((1,1,1)、……、(7,9,1))来描述。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述离散的空间元素具有至少0.1mm和/或最高1m的最大和/或最小尺寸。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，两个外边界各自通过一个具有特别是相同的离散空间元素、特别是体素和/或六面体((1,1,1)、……、(7,9,1))的列表来描述，确定一个列表的至少一个元素和另一个列表的至少一个元素是否具有至少一个共有的点(S20)，并且如果确认所述一个列表的至少一个元素和所述另一个列表的至少一个元素具有至少一个共有的点，则确认所述两个外边界彼此切割(S20)。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，将两个列表中的至少一个列表的空间元素转换至共有的坐标系中(S10)。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，对两个列表中的至少一个列表进行整理(S10)。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，确定两个列表是否具有至少一个共有的空间元素(S20)，并且如果确认所述两个列表具有至少一个共有的空间元素，则确认所述两个外边界彼此切割。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个所述外边界是封闭的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述空间区域中的一个空间区域(B)关于机器被定义，并且所述空间区域中的另一个空间区域(A)关于周围环境或其他的机器、特别是其他的多轴机器人被定义。

13.一种用于运行和/或监视机器、特别是多轴机器人的系统(100)，该系统被设计用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法，和/或具有：

用于确定第一空间区域(A)的外边界(a)和第二空间区域(B)的外边界(b)是否彼此切割的装置(S20)；和

用于如果所述两个外边界彼此切割，则确认所述第一空间区域被所述第二空间区域穿入的装置(S30)，

其中，所述两个空间区域中的一个空间区域是固定于机器的。

14.一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码被存储在计算机可读的介质上，所述计算机程序产品用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。