CN107206591A - 用于机械手的运动模拟的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机械手（1a,b）、最好是NC控制的机械手（1a,b）在加工环境（3a,b）中的运动模拟的方法，其中所述机械手（1a,b）在工作运行中被监控装置（10）运动，并且其中所述加工环境（3a,b）至少部分地映射在环境模型中，并且本方法包括通过监控装置由机械手（1a,b）从初始位置（11a,b）开始的理论运动且以机械手（1a,b）的动态模型为基础计算计划轨迹（12a,b），以计划轨迹（12a,b）、动态模型和环境模型为基础执行动态碰撞检验，和以动态碰撞检验为基础产生预测结果。本方法的特征在于，所述初始位置（11a,b）对应于实际的机械手状态。本发明还涉及一种相应的具有程序编码的计算机程序以及一种相应的用于机械手（1a,b）的运动模拟的系统。

Description

用于机械手的运动模拟的方法

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的用于机械手在加工环境中的运动模拟的方法，一种具有权利要求17前序部分所述特征的具有程序编码的计算机程序和一种具有权利要求18前序部分所述特征的用于机械手在加工环境中的运动模拟的系统。

背景技术

在机械人技术中机械人构造或者说工业机器人的活动的部件称为机械手。这些机械手目前通常在自动化制造中使用、例如用于加工飞机结构构件。例如多轴曲臂机械人，它们在相应的制造单元中使用。在此这种机械手的轴位确定用于机器人的工具或者说末端执行器的基准位置、包括轴方向，这种基准位置也称为工具中心点。

在制造单元中通过这种多轴工业机器人加工尤其大工件、在这里例如飞机机身、机翼和其组成部分需要这种机器人的各个轴的复杂运动过程，这些运动过程通常只能通过对应监控装置的复杂算法计算。通过这种方式确定的运动过程也称为计划轨迹，并且这种监控装置也称为数字控制（NC）或者计算机支持的数字控制（CNC）。操作者例如也给出机械手的所期望的目标位置和目标状态，并且监控装置以此为基础计算用于机械手的计划轨迹，然后机械手沿着这个计划轨迹运动，用于达到所述的目标位置。

除了避免特殊性以外，为了避免机械手碰撞，计划轨迹也必需考虑在制造单元中的障碍轮廓。这些障碍轮廓不仅通过工件本身形成，而且也通过在环境中的其它物体形成，对于这些物体尤其列举制造单元的其它组成部分，例如结构元件、电动机、构件支架、人员平台、传感器等。因为通常一方面总体上已知不仅工件的而且机械手和制造单元的结构上的数据，另一方面已知工作点在工件上的各个位置，通常事先模拟这种计划轨迹，然后在实际运行中只需启动计划轨迹。这种在时间上和大多也在空间上与在制造单元中的实际加工和运动分开的模拟通常称为离线-模拟，并且相应的监控装置编程类似地称为离线-编程。

由EP 2 418 555 A2尤其已知一种用于离线-编程的方法，该方法还附加地检验沿着编程的计划轨迹且在误差范围内在这个计划轨迹周围中的动态特殊性。

这种和类似的用于离线-编程的方法的缺陷是，在这种“离线”即与实际运行断耦联时，可以说在绘图板上研制的计划轨迹不能排除，出现未预知的状况，在这种情况下需要偏离事先确定的计划轨迹的操作者干预。

这种干预的必要性可以由此给出，机械手的接近传感器察觉到超出在机械手、尤其是其末端执行器与工件或者其它障碍轮廓之间的最小距离。主要是，如果在这种状态下机械手还按照计划轨迹继续运动还将继续缩小与障碍轮廓的相关距离，由于与此相关的碰撞危险通常中断按照计划轨迹的机械手运动。在实践中不能排除这种测得的距离与事先按照离线-编程模拟的距离的偏差。这种偏差例如可能由于在工件上或制造单元的部件上的热效应或者其它不规律性引起。

因为不再能继续行驶初始的计划轨迹，在这种情况下监控装置的操作者必需通过手动监控机械手-这也称为点动运行-或者通过其它成功的输入对于机械手给定新的目标，由此对于机械手获得相应的新的计划轨迹，它能够使机械手从目前的、碰撞危险的状况中运动出来。这个运动本身不应该导致其碰撞。

但是选择机械手的适合的运动方向或者适合的运动目标经常伴随着明显的困难。首先经常出现，操作者从其现场的工作位置（这个位置在严格意义上根本就布置在制造单元外部）根本不能或者只能不足够地观察到准确的位置，机械手正好处于哪个位置上，并且在哪里存在临界的碰撞位置，因此对于操作者根本不能在第一瞬间清楚，机械手的哪个轴的哪个规定运动过程与哪个障碍物存在碰撞危险。

即使在制造单元里面布置附加的摄像机，也不能保证，这些摄像机事实上可以有助于观察相关的位置。这导致，每个装备的摄像机本身已经形成另一障碍轮廓，由此原则上进一步限制了机械手的运动可能性。由于这个原因对于操作者经常难以识别，机械手究竟该如何运动，才不会导致碰撞，而是机械手以与障碍轮廓足够的距离行驶到新的位置。

在实践中经常尝试这样应对，操作者或其它同事进入制造单元，用于更好地观察有问题的机械手位置。不言而喻，这从工作安全的观点出发是不能接受的。可能出现，在尝试手动引出机械手时由于错误地推测几何状况发生碰撞的危险是非常高的，并且这通常导致机械手、构件或制造单元上的损伤，并由此也导致更长的制造单元事故时间。

发明内容

本发明要解决的问题是，这样进一步改进由现有技术已知的、用于机械手在加工环境中的运动模拟的方法，使得容易克服碰撞危险状况，这些碰撞危险状况在计划轨迹工作时通过机械手产生。

上述问题以按照权利要求1的前序部分所述的用于机械手在加工环境中的运动模拟的方法为基础通过权利要求1的特征部分所述的特征得以解决。

以按照权利要求17前序部分所述的具有程序编码的计算机程序为基础上述问题通过权利要求17特征部分所述的特征得以解决。

以按照权利要求18前序部分所述的用于机械手在加工环境中的运动模拟的系统为基础上述问题通过权利要求18的特征部分所述的特征得以解决。

所建议的方法用于机械手在加工环境中的运动模拟，其中所述机械手在工作运行中被监控装置运动，并且其中所述加工环境映射在环境模型中。

在此术语“机械手”被广义地解释。它不仅包括严格意义上的机械手，而且也包括布置在机械手上的、任何的末端执行器和其它的部件，它们在机械手运动时一起运动。

在本建议意义上的“监控装置”在此可以由一个或多个、必要时分开的单个装置组成，该监控装置在数字控制或计算机支持的数字控制的意义上是用于控制和调节机床-包括如上定义的机械手-的装置，该装置也可以包括个人计算机。所述监控装置不仅可以通过其轴按照由监控装置通过计算确定的计划轨迹控制机械手，而且也可以监控机械手的其它组成部分、如末端执行器并且在这里尤其监控其工作方式。相应地所述机械手通过监控装置的运动除了机械手自身的运动以外，也包括只有末端执行器进行的可能发生的运动或动作。此外所述监控装置还可以执行其它计算机支持的任务。

术语“加工环境”在本发明的意义上不仅包括制造单元与其部件，而且也包括工件本身和所有其它物体，它们位于由机械手可达到的空间里面。同时机械手的组成部分在这个意义上也可以属于加工环境，在表述上在这里也不排除对于在这里重要目的的叠加。

对应于这个术语定义关于术语“环境模型”在上述意义上也理解为用于至少一部分加工环境的数据技术上的计算模型，该计算模型可以作为在计划轨迹范围内形成模型和碰撞检验的基础。这种至少部分地在环境模型中映射加工环境可以意味着，只将加工环境的主要元素并且不必将每个独立单元映射在环境模型里面。优选将加工环境完全映射在环境模型里面。

现在对于按照本发明的方法重要的是，通过监控装置由机械手从初始位置开始的理论运动且以机械手的动态模型为基础计算计划轨迹。此外以计划轨迹、动态模型和环境模型为基础执行动态碰撞检验，并且以动态碰撞检验为基础产生预测结果。

关于机械手的“理论运动”理解为尤其通过操作者由机械手要执行的每个预定运动。这种预定运动可以由机械手的专门的目的点或者说专门的目的坐标和专门地其工具中心点（TCP）组成，或者由所期望的机械手或工具中心点的运动方向组成，具有或者没有同时确定运动或所期望的终点的长度或持续时间。所述理论运动也可以包括多个运动区段，分别具有要占据的中间位置。

术语“初始位置”在此指的是机械手的每个机械的或电的状态特性，这个机械手可以接受这个状态特性，例如其几何位置、轴的配置、每个激励器在机械手上或在末端执行器上的位置等。代替“初始位置”在表述上也可以使用“机械手的初始位置”。

术语“动态模型”相应地称为动态的机械手模型，具有数据，它们适用于机械手动态和其初始位置在上述意义上的电子映射，尤其用于机械手的运动计算。“计划轨迹”也对应于例如由监控装置产生的、对于所有由监控装置控制的机械手、包括末端执行器的部件且尤其包括机械手的轴的未来运动过程。

关于术语“动态的碰撞检验”理解为计算，它给出相关信息，在通过机械手执行计划轨迹时是否且以何种程度会发生机械手或其组成部分与映射在环境模型中的加工环境的部件的碰撞。这种碰撞检验的结果不仅可以是二元的，即，仅仅肯定或否定碰撞或者说一定的碰撞危险，而且对于计划轨迹整体或者对于按照计划轨迹的运动路径的每个区段或点提供以百分比或者以其它方式描述的可能性或者其它对于发生碰撞的尺度。在此所述碰撞检验也可以同时包括检验产生特殊性。在这种动态碰撞检验时不仅考虑机械手按照计划轨迹的运动，而且也考虑可能的、同时进行的加工环境或者其部件的运动。例如可以规定，对于机械手的运动用于要加工的工件的夹紧范围同时与工件一起运动。如同已经确定的那样，在本文中夹紧范围和工件属于加工环境。在这种情况下环境模型也理解为在时间上是变化的且相应地不是静止的。

最后，以这个动态碰撞检验为基础的预测结果还给出说明，是否允许机械手的理论运动。所述预测结果也可以包含预言，只允许在某些状态下、例如与构件支架同时进行的一定的运动的理论运动。换言之，作为可能的复杂的动态碰撞检验的结果产生预测结果。

现在在按照本发明的方法中重要的是，所述初始位置对应于实际的机械手状态。即，对于计算计划轨迹-并由此也对于所涉及的动态的碰撞检验和产生预测结果-使用事实上的、实际的机械手状态作为初始位置。换言之，由理论运动的计划轨迹计算为基础的初始位置不对应于机械手的虚拟的或预计的、过去的或未来的状况或位置或这种状态，而是机械手的事实上的状况和位置和事实上的状态。在此确定事实上的状态原则上不仅可能涉及传感器技术地检测机械手，而且可能涉及按照已知的事先的状态和已知的已执行的运动计算事实上的机械手状态，或者也涉及两种方法的组合。

无论如何通过这种方式保证，所述预测结果以碰撞检验为基础，这种碰撞检验以实际的、事实上的机械手状态和源自这种事实上的状态的计划轨迹为依据。借助于预测结果也可以评判，是否可以通过事实上的机械手没有碰撞危险地执行对应于理论运动的计划轨迹。这能够“在线”并且也与连续运行同时地对于确定的运动的碰撞危险和其相关的可靠性进行检验。

想将机械手从临界的、如上所述的碰撞危险的位置运动离开的操作者也可以简单地信任所建议的理论运动的预测结果，用于获得，这个理论运动和相应的计划轨迹是否会导致碰撞。不必再执行涉及一些直觉的、不一定100%可靠的复杂的动态事件的推测。取而代之，可以信赖按照本发明方法的前瞻性的计算。

如同按照权利要求2所建议的那样，特别优选，也输出所述预测结果，由此操作者可以得到对此的认识。通过可视化可以获得特别清晰的输出。

实时输出预测结果是特别有意义的，如同按照权利要求3的优选实施方式所建议的那样。在这种情况下操作者立刻且没有时间损失地感觉到对于理论运动或者机械手状态的变化的反馈，由此使用者可以实时地对此进行了解，是否能够没有碰撞地实现理论运动。这种实时反馈极大地改善了人机工学。按照权利要求4的与此相关的优选改进方案进一步保证，在执行机械手运动之前呈现预测结果。

原则上可以以任意的方式和方法描述机械手的理论运动，例如也通过计算机文件中的数据。权利要求5涉及人机工学上特别有意义的通过操纵装置输入理论运动，例如通过控制操纵杆或者类似部件。

特别适合的用于碰撞检验的辅助措施在于，所述机械手的计划轨迹和环境模型映射到虚拟状态里面，如同由权利要求6所建议并且通过权利要求7和8进一步改进的那样。通过这种方式也可以将虚拟的、在未来按照计划轨迹预计的机械手状态以特别有说服力的方式和方法显示给操作者。

按照权利要求9的优选实施方式也规定通过监控装置重复提供事实上的输出位置，由此动态的碰撞检验随时以最多可忽略的延时涉及事实上的机械手状态。

按照权利要求10的优选实施方式利用这种可能性，能够在与监控装置分开的计算装置上运行计算机程序，该计算机程序完全且一致地映射监控装置的计划轨迹。通过这种方式也可以独立但是与监控装置的计划轨迹同时地执行动态的碰撞检验。这种与通常思维方式相抵触的方式规定并行地并由此好像冗余地运行两个一致的计划轨迹，这易于实时地实现碰撞预测。

为了尽可能可靠地抑制发生碰撞，按照权利要求11的优选实施方式建议，如果按照预测结果机械手的控制可能导致碰撞或者不可接受的碰撞危险的时候，则阻止机械手的控制。通过这种方式也可以规避无意识地操纵失误。

最后，按照权利要求12的优选实施方式能够实现特别精确的动态模型或环境模型，即，通过这些模型依靠电子形式的模型数据，如同例如由结构程序供使用的那样。

权利要求13至15的优选扩展结构涉及这种可能性，在计划轨迹中进行动态模型匹配，用于补偿环境影响，例如温度效应，它们可能源于在机械手的理论位置与实际位置之间的偏差。优选也在动态碰撞检验时和在产生预测结果时考虑这种补偿。

附图说明

下面利用仅示出一个实施例的附图详细解释本发明。在附图中示出

图1制造单元布置的总图，具有按照第一实施例的从属部件，这个布置调整成执行所建议的方法，

图2 图1布置中的监控装置的组成部分的示意图，

图3a-c按照第二实施例的机械手以及这个机械手的视图，通过可视化装置结合所建议的方法。

具体实施方式

在这里描述的实施例涉及制造单元中的机械手1a,b，在制造单元中在飞机结构部件上通过铆接设备建立铆接。机械手1a,b是NC控制的。在图1中示出的第一实施例的制造单元是集成部件装配单元（Integrated Section Assembly Cell），用于加工360°-飞机机身部件。铆接设备形成机械手1a的末端执行器2a,它在这里是12轴定位机。两个实施例的制造单元包括其所有从属的组成部分分别形成在上述术语定义意义上的加工环境3a,3b。

末端执行器2a能够在沿着地面轨道4移动的加工拱门5的内表面上运动，其中由于拱门轨道4和加工拱门5分别不仅形成加工环境3a的一部分，而且形成机械手1a的一部分。在运动的构件支架6上固定工件7a,该工件在这里是飞机结构部件。此外，在制造单元里面设有用于人的进入支架8。对应于上述术语定义构件支架6、工件7a和进入支架8同样属于加工环境3a。此外监控装置10属于制造单元。

下面同样要参照的图3a-c给出简化的第二实施例，具有六轴机械手1b和末端执行器2b，其加工环境3b包括具有两个凸起9的工件7b。在图3a中给出第二实施例的初始状态。

如同已经确认过的，所建议的方法用于机械手1a,b在加工环境3a,b中的运动模拟。在按照建议的方法中机械手1a,b在工作运行中被监控装置10（对于图3a-c的实施例未示出）运动，其中加工环境3a,b至少部分地映射在环境模型里面。关于“工作运行”在这里和下面理解为通过机械手按照规定加工工件的运行模式。测试运行或试样运行不属于工作运行。

按照建议的方法包括通过监控装置10由机械手1a,b的理论运动从机械手1a,b的初始位置11a,b开始且以机械手1a,b的动态模型为基础计算计划轨迹12a,b。为了清晰只对于第二实施例示出这种计划轨迹12a,b。图3b和3c分别涉及计划轨迹12a,b，这两个计划轨迹从机械手1b按照图3a的初始位置11b开始。

此外按照建议的方法包括以计划轨迹12a,b、动态模型和环境模型为基础执行动态的碰撞检验，并且以动态的碰撞检验为基础产生预测结果。

按照建议的方法的特征在于，初始位置11a,b对应于实际的机械手状态。通过这种方式所产生的预测结果提供一个预言，事实上执行的机械手1a,b沿着由监控装置10获得的计划轨迹12a,b的运动是否且以何种程度存在碰撞危险。

优选，本方法包括通过输出装置13输出预测结果，该输出装置优选且如同这里所示的那样是可视化装置13a,b。在图1的实施例中这种可视化装置13a通过计算机布置15的显示屏14形成，计算机布置具有计算装置16和键盘形式的操纵装置17。计算机布置15总体上且尤其是计算装置16与监控装置10通过通讯网络18连接。

在这里且如同在图2中更详细地示出的那样，监控装置10是模块化系统SINUMERIK®840D sl 19，它包括SINAMICS® S120作为驱动系统20以及NCU 720.3ON作为数字控制单元21和PCU 50.5-P作为计算单元22。SINUMERIK®Operator Panel OP 019 23同样可以形成可视化装置13b，用于输出预测结果。SINUMERIK®Operator Panel OP 019 23还可以具有按键区形式的操纵面24。

为了缩短迭代时间并且为了尽可能舒适地操纵，通过操作者输入-即由操作者要求的理论运动-对操作者给出犹如立刻感觉到的反馈。这一点优选由此实现，在给定的计算时间以内按照理论运动的变化和/或输入执行动态的碰撞检验，并产生预测结果。尤其要通过输出装置13、在当前情况下尤其通过可视化装置13a,b提供预测结果的实时输出。术语“实时输出”在公共的第一意义上如上所述理解为，即，给定最大计算时间，在该计算时间以内通过输出装置13或者说可视化装置13a,b提供预测结果。如果在输入后的50毫秒以内完成输出，则这种作为输入反应的输出在主观上感觉到是实时完成的。如果甚至在输入后的10毫秒以内完成输出，则这种实时感觉到的反应是特别明显的。因此特别优选，通过输出装置13或者说通过可视化装置13a,b在改变和/或输入理论运动后的50毫秒以内且尤其在10毫秒以内完成输出预测结果。

预测结果可以由监控装置10本身已经作为释放信号用于运动地控制机械手1a,b。相应地优选只有当预测结果对于按照计划轨迹的控制预言不碰撞的时候，才实现这种控制。换言之，优选在机械手1a,b按照计划轨迹12a,b被监控装置10运动之前，产生预测结果。

当理论运动的相应输入不是通过读出数据或者类似过程实现，而是通过操作者手动干预时，这种实时输出是特别有意义的。即优选，本方法包括接受通过操纵装置17输入理论运动，并且在这里尤其通过手动运行输入。在本示例中操纵装置17是计算机布置19的所述键盘，但是同样可以考虑SINUMERIK®Operator Panel OP 019 23的操纵面24，或者在这里未示出的计算机布置15或监控装置10的控制操纵杆。

非常清楚地示出一个输出，它图形地表示机械手1a,b在加工环境3a,3b中的未来状态。因此优选，按照所建议的方法包括以计划轨迹12a,b和环境模型为基础输出虚拟状态25a,b。关于术语虚拟状态25a,b理解为，一方面以动态模型为基础按照计划轨迹12a,b的执行从初始位置11a,b开始电子成像机械手1a,b，另一方面以环境模型为基础、同样按照机械手1a,b运动的执行电子成像加工环境3a,b。换言之，虚拟状态25a,b涉及机械手1a,b和加工环境3a,b在机械手1a,b沿着计划轨迹12a,b运动以后的充分计算机技术的模型。在此虚拟状态25a,b也可以考虑例如在重要的时间里面完成的加工环境3ab总体或者其单个部件的运动。这种运动例如可以在图1的实施例中由构件支架6与工件7a的旋转组成。

这个优选的扩展结构能够由此进一步改进，输出虚拟状态25a,b包括输出机械手1a,b和加工环境3a,b的3D模型的视图26a,b。3D模型是适用于图像地表示虚拟状态25a,b亦即机械手1a,b和加工环境3a,b在完成按照计划轨迹12a,b的运动以后的状态。视图26a,b也是两维的图像，它由这个3D模型和假想的观察者视角给出，并因此适用于在常见的可视化装置13a,b上再现。

图3b和3c分别示例地再现这种视图26a,b，它们例如也可以设想在图1的计算机布置15的显示屏14上再现，其中为了简化视图在图3b和3c中没有从图像上区分视图26a,b与基于视图的虚拟状态25a,b。

基于图像的视角最好是可调整的，由此机械手1a,b和加工环境3a,b的3D模型的视图26a,b以可调整的视角为基础。因此，操作者对于视图26a,b可以选择立体图，它特别适用于检测现有的碰撞状况。

也可以这样构型输出虚拟状态25a,b，以图像上特别易于识别的方式表征，预测结果是否指示碰撞状况或者说碰撞危险，或者它是否指示这种碰撞状况或者这种碰撞危险的不存在性。例如在图3b中视图26a显示一种虚拟状态25a,其中按照预测结果计划轨迹12a已经导致预计的机械手1b与工件7b的凸起9碰撞，这由视图26a对于操作者通过碰撞符号27明显地表示。即，视觉地警示操作者，不能执行这个计划轨迹12a。替代或附加地对于碰撞符号27为了警示也可以以警示色、例如红色染色视图26a。

相反由图3c的视图26b同样清楚地给出，可以没有碰撞危险地执行按照计划轨迹12b的运动。在此这一点通过没有碰撞符号的计划轨迹12b视图显示，其中在这里也可以附加地以允许色例如绿色再现视图26a。

在上面已经定义的意义上的实时输出对于操作者在输出虚拟状态25a,b时也是有利的。因此优选，通过可视化装置13a,b在给定的可视化时间以内在改变和/或输入理论运动以后输出虚拟状态25a,b，由此通过可视化装置13a,b提供实时输出虚拟状态25a,b。如上已经提到的，如果给定的可视化时间为50毫秒或者甚至10毫秒，则实时输出特别以“随时”感觉到。如上所述，在优选输出机械手1a,b的3D模型视图26a,b的情况下，这一点相应地同样适用于输出视图26a,b。

尽可能即时地（zeitnah）完成机械手1a,b的运动预测的印象不仅通过实时输出如上所述作为对于输入或理论运动的变化的反应实现，而且也由此实现，连续地考虑和指示在机械手1a,b运动期间变化的机械手1a,b位置。相应地有利的是，重复且最好在给定的更新间隔以内按照实际的机械手状态更新初始位置11a,b。这导致，事实上的机械手1a,b位置即时地不仅以动态的碰撞检验为基础，而且以产生预测结果为基础。优选在给定的更新间隔以内更新的初始位置11a,b也以虚拟状态25a,b同样以视图26a,b为基础，由此对操作者也可以总是即时更新地输出虚拟状态和视图。此外在这里有意义的是，相应地也在给定的更新间隔以内更新环境模型。

通过监控装置10外部地模拟计划轨迹12a,b的可能性当然可以由此实现，按照优选的实施方式通过计算装置16由机械手1a,b的理论运动从初始位置11a,b开始且以机械手1a,b的动态模型为基准执行另一计划轨迹的计算，其中计算装置16利用通讯网络18与监控装置10连接，并且执行动态的碰撞检验和产生预测结果在计算装置16里面执行。

也相应地将理论运动或者直接输入给计算装置16，例如通过操纵装置17，或者输入给监控装置10，并且通过通讯网络18传递给计算装置16，它将机械手1a,b的理论运动映射到另一计划轨迹里面，并由此在复制或者仿制的意义上模拟监控装置10的计划轨迹12a,b。因此尤其能够实现这一点，因为监控装置10的相应功能包括处理环境模型和动态模型完全可以作为软件编码在计算装置16上复制。动态的碰撞检验和产生预测结果相应地或者附加地对于在监控装置10上的各个过程在计算装置16里面执行，或者仅仅在计算装置16上完成。

为了避免双重持有数据，动态模型和环境模型也可以由监控装置10通过通讯网络18传递给计算装置16。

如果计算装置16这样复制监控装置10的计划轨迹12a,b的计算，使计算装置16的另一计划轨迹对应于监控装置10的计划轨迹12a,b，则得到特殊的优点。即，计算功能这样复制，对于动态的碰撞检验和产生预测结果无需追溯到监控装置10的计划轨迹12a,b，而是同样可以使用计算装置16的另一计划轨迹。此外在计算装置16里面也可以独立且也趋于比通过监控装置10更快地执行这些过程，这易于实现按照上述优选实施方式的实时输出。

在监控装置10与计算装置16之间的特别适合的接口可以由此提供，作为通讯网络18选择以太网连接，在其上使用TCP/IP（Transmission Control Protocol/InternetProtocol）作为协议栈或者协议栈的一部分。以此建立的用于在计算装置16与监控装置10之间数据交换可以使用相应的程序库如COM（Componen Object Model），DCOM（DistributedComponen Object Model），RPC(Remote Procedure Call)，OCX(Object Linking andEmbedding Control eXtension)或者其改进方案。

事实上的阻止操作者行为（否则它们可能导致碰撞）优选由此实现，当预测结果输出碰撞危险或者说碰撞结果时，监控装置10阻止按照计划轨迹12a,b控制机械手1a,b。这种通过监控装置10阻止控制机械手1a,b尤其可以按照计算装置16的指示进行。例如在图3b中所示的这种预测结果的情况下可以规定这种阻止。即，由监控装置10主动地止锁操作者用于命令这种控制的相应行为。而在图3c中所示的情况下将不进行这种止锁。

如果如同优选的那样，动态模型和/或环境模型以电子形式的模型数据为基础，则简化动态模型和环境模型的建立。在此也可以是模型数据。它们可以由相应的计算机程序例如CATIA®或者由通过这种计算机程序产生的数据组成。

优选，匹配动态模型，用于补偿在机械手1a,b的理论运动与实际运动之间由于环境引起的偏差。例如机械手上的温度变化可能导致机械手某些部件的膨胀。按照计划轨迹12a,b控制机械手1a,b则导致事实上的运动偏离按照计划轨迹12a,b的运动。但是如果已知在温度与这种膨胀之间的关系，则可以考虑并由此补偿这种偏差。除了温度以外作用于机械手上的力、例如过程力也可能引起上述意义上的偏差。

最好在执行动态碰撞检验之前进行这种匹配。因此不仅在执行动态碰撞检验时，而且在产生预测结果时考虑这种匹配。也可以已经在计算计划轨迹12a,b之前进行匹配，然后最好在计算计划轨迹12a,b时考虑。

还优选，以由补偿传感器28a测得的实际值为基础进行补偿，这个实际值尤其通过寄存的补偿参数进行处理。这种补偿传感器28a按照图3a-c中的视图可以是温度传感器。通过补偿参数处理尤其可以包括与补偿系数相乘。然后在动态模型上应用处理结果。也可以设想，使补偿适配于模型数据，动态模型最好以这种模型数据为基础。补偿参数可以以测量过程为基础，在工作运行之前的测量运行中执行测量过程。

按照图3a-c的实施例优选地规定，偏差以机械手1a,b上的实际温度（最好由补偿传感器28测得）为基础，并且测得的实际值是实际温度。也可以是温度补偿。相应地优选，补偿温度包括温度系数，通过温度系数处理测得的实际温度。

还优选，通过监控装置10和/或通过计算装置16执行补偿。即，计算装置16也可以直接或间接地得到用于处理的实际值。在此通过计算装置16执行的补偿最好可以复制通过监控装置10执行的补偿。

机械手1a,b的输出位置11a,b或者可以通过已知的原先的机械手a,b的位置和已知的接着的运动确定，或者如同优选的那样，通过传感器装置28检测。同样，用于映射在环境模型中的加工环境3a,b也可以通过传感器装置28检测。这种传感器装置28可以包括许多分立的传感器，它们也分别按照不同的物理原理工作，并且必要时相互通讯，以及与监控装置10和计算装置16信息技术地通讯，例如通过通讯网络18。

按照建议的计算机程序具有程序编码，当计算机程序在计算机中执行的时候，用于执行下面的用于机械手1a,b的运动模拟的步骤：由机械手1a,b在至少部分地映射到环境模型中的加工环境3a,b中从初始位置11a,b开始的理论运动且以机械手1a,b的动态模型为基础计算计划轨迹12a,b，以计划轨迹12a,b、动态模型和环境模型为基础执行动态的碰撞检验，并且以动态的碰撞检验为基础产生预测结果。按照建议的计算机程序的特征在于，初始位置11a,b对应于实际的机械手状态。

按照建议也有一种相应的计算机程序产品，它可以直接加载在数字计算机的内存里面，并且包括软件编码区段，当在计算机上运行该产品时，通过软件编码区段执行下面的步骤：由机械手1a,b在至少部分地映射到环境模型中的加工环境3a,b中从初始位置11a,b开始的理论运动且以机械手1a,b的动态模型为基础计算计划轨迹12a,b，以计划轨迹12a,b、动态模型和环境模型为基础执行动态的碰撞检验，并且以动态的碰撞检验为基础产生预测结果。按照建议的计算机程序产品的特征在于，初始位置11a,b对应于实际的机械手状态。

按照建议的用于机械手1a,b在映射在环境模型中的加工环境中的运动模拟的系统具有监控装置10，它调整成，使机械手1a,b在工作运行中运动，并且调整成，由机械手1a,b从初始位置11a,b开始的理论运动且以机械手1a,b的动态模型为基础计算计划轨迹12a,b，该系统还具有计算装置16，它调整成，以计划轨迹12a,b、动态模型和环境模型为基础执行动态的碰撞检验，并且以动态的碰撞检验为基础产生预测结果。按照建议的系统的特征在于，初始位置11a,b对应于实际的机械手状态。

按照建议的用于运动模拟的计算机程序和系统的优选扩展结构分别由按照建议的方法的优选扩展结构给出。

Claims (18)

1.一种用于机械手（1a,b）、最好是NC控制的机械手（1a,b）在加工环境（3a,b）中的运动模拟的方法，其中所述机械手（1a,b）在工作运行中被监控装置（10）运动，并且其中所述加工环境（3a,b）至少部分地映射在环境模型中，本方法包括：

-通过监控装置（10）由机械手（1a,b）从初始位置（11a,b）开始的理论运动且以机械手的动态模型为基础计算计划轨迹（12a,b），

-以计划轨迹（12a,b）、动态模型和环境模型为基础执行动态碰撞检验，

-以动态碰撞检验为基础产生预测结果，其特征在于，

所述初始位置（11a,b）对应于实际的机械手状态。

2.如权利要求1所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，所述方法包括通过输出装置（13）、最好是可视装置（13a,b）输出预测结果。

3.如权利要求1或2所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，在给定的计算时间内按照变化和/或理论运动执行动态碰撞检验并且产生预测结果，最好通过输出装置（13）、尤其是可视装置（13a,b）提供预测结果的实时输出。

4.如权利要求3所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，在机械手（1a,b）按照计划轨迹（12a,b）被监控装置（10）运动之前，产生预测结果。

5.如权利要求1至4中任一项所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，所述方法包括接受输入、尤其通过操纵装置（17,24）通过手动运行、理论运动接受输入。

6.如权利要求1至5中任一项所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，所述方法包括以计划轨迹（12a,b）和环境模型为基础输出虚拟状态（25a,b）。

7.如权利要求6所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，所述虚拟状态（25a,b）的输出包括输出机械手（1a,b）的3D模型和加工环境（3a,b）的视图（26a,b），最好是以可调整视角为基础的机械手（1a,b）的3D模型和加工环境（3a,b）的视图（26a,b）。

8.如权利要求6或7所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，在给定的可视化时间以内按照变化和/或输入理论运动通过可视装置（13a,b）输出虚拟状态（25a,b），由此通过可视装置（13a,b）提供虚拟状态（25a,b）的实时输出。

9.如权利要求1至8中任一项所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，最好在给定的更新间隔以内按照实际的机械手状态重复地更新初始位置（11a,b）。

10.如权利要求1至9中任一项所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，通过计算装置（16）由机械手（1a,b）从初始位置（11a,b）开始的理论运动且以机械手（1a,b）的动态模型为基础执行计算另一计划轨迹，所述计算装置（16）利用通讯网络（18）与监控装置（10）连接，并且在计算装置（16）里面执行动态的碰撞检验和产生预测结果，最好所述计算装置（16）这样复制计划轨迹（12a,b）通过监控装置（10）的计算，使得所述计算装置（16）的另一计划轨迹对应于监控装置（10）的计划轨迹（12a,b）。

11.如权利要求1至10中任一项所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，当所述计划轨迹（12a,b）的预测结果给出碰撞危险或者说碰撞结果时，所述监控装置（10）阻止按照计划轨迹（12a,b）控制机械手（1a,b），尤其根据计算装置（16）的指令。

12.如权利要求1至11中任一项所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，所述动态模型和/或环境模型以电子形式的模型数据为基础。

13.如权利要求1至12中任一项所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，最好在执行动态的碰撞检验之前匹配动态模型，用于补偿在机械手（1a,b）的理论运动与实际运动之间由环境引起的偏差，所述补偿最好以由补偿传感器（28a）测得的实际值为基础，该实际值通过补偿参数处理，尤其所述补偿匹配于模型数据。

14.如权利要求13所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，所述偏差以机械手（1a,b）上的实际温度为基础并且测得的实际值是实际温度，所述补偿系数最好包括温度系数，通过温度系数处理测得的实际温度。

15.如权利要求13或14所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，通过监控装置（10）和/或通过计算装置（16）执行所述补偿，最好是，通过计算装置（16）执行的补偿复制通过监控装置（10）执行的补偿。

16.如权利要求1至15中任一项所述的用于运动模拟的方法，其特征在于，通过传感器装置（28）检测初始位置（11a,b），最好是，为了映射在环境模型中通过传感器装置（28）检测加工环境（2）。

17.一种具有程序编码的计算机程序，如果在计算机中执行该计算机程序时，用于执行下面的用于机械手（1a,b）的运动模拟的步骤：

-由机械手（1a,b）在至少部分地映射在环境模型中的加工环境（3a,b）中的从初始位置（11a,b）开始的理论运动且以机械手（1a,b）的动态模型为基础计算计划轨迹（12a,b），

-以计划轨迹（12a,b）、动态模型和环境模型为基础执行动态碰撞检验，

-以动态的碰撞检验为基础产生预测结果，其特征在于，所述初始位置（11a,b）对应于实际的机械手状态。

18. 一种用于机械手（1ab）在至少部分地映射在环境模型中的加工环境（3a,b）中的运动模拟的系统，具有：

-一监控装置（10），它调整成，使机械手（1a,b）在工作运行中运动，并且调整成，由机械手（1a,b）从初始位置（11a,b）开始的理论运动且以机械手（1a,b）的动态模型为基础计算计划轨迹（12a,b），和

-一计算装置（16），它调整成，以计划轨迹、动态模型和环境模型为基础执行碰撞检验，并且以动态的碰撞检验为基础产生预测结果，其特征在于，所述初始位置（11a,b）对应于实际的机械手状态。