CN110099773A - 用于确定多机器人的运动链序列的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定多机器人沿位置序列的运动链序列的系统和方法。接收关于机器人工具要到达的位置的输入。通过将一个链设置为在使用中来单独地考虑每个链，并且针对在使用中的每个链确定针对每个位置的可用配置。可用配置表示为图表的节点，该图表表示用于利用工具到达位置的可用机器人路径，同时允许在相同机器人路径内的不同链之间的切换。在考虑到位置的工作模态约束的同时，通过模拟无碰撞机器人轨迹来确定有效连接器。向连接器分配用于表示机器人在后续配置之间运动时的工作量的权重因子。通过考虑权重因子来确定有效路径中的最短机器人路径。根据最短路径来确定链序列。

Description

用于确定多机器人的运动链序列的方法和系统
技术领域
本公开内容一般地涉及管理用于产品和其他项目的数据的计算机辅助设计、可视化以及制造(“CAD”)系统、产品生命周期管理(“PLM”)系统、产品数据管理(“PDM”)系统和类似的系统(统称为“产品数据管理”系统或PDM系统)。更具体地，本公开内容涉及生产环境模拟。
背景技术
如今，工业机器人大多是单臂机器人。典型的单臂机器人具有多个关节(例如六个或更多个关节)但仅有一个单个运动链。在机器人运动链上，通常在机器人运动链的末端处，安装有用于执行机器人任务的工业工具。由工具执行的机器人任务的示例包括但不限于焊接、点焊、电弧焊、涂漆、涂覆、钻孔和铆接、激光切割、卷边以及由工具执行的其他类型的制造操作任务。机器人运动链的末端也可以称为工具中心点框架(“TCPF”)或工具中心点(“TCP”)。
属于新一代工业机器人的机器人称为双机器人。双机器人具有多个关节(例如八个或更多个关节)并且具有两个运动链。在每个运动链的末端处都安装有工业工具。
双机器人在本领域中还称为双TCP分支机器人、双TCP机器人、双臂机器人、双头机器人、双运动链机器人等。在本文中使用术语双机器人。具有三个运动链的工业机器人称为三重机器人。具有N个(其中，N≥2)运动链的工业机器人在本文中称为多机器人。在前述内容中讨论了双机器人，但技术人员容易理解，类似的考虑适用于具有三个或更多个运动链的机器人。
对于传统的“单臂”机器人，为了增加生产量需要制造设施：购买两个或更多个机器人；使用两个或更多个机器人控制器用于在两个或更多个机器人之间进行同步以免受碰撞并且维护两个或更多个机器人。
因此，为了在保持相同的工厂生产水平的同时降低成本，越来越多地使用双机器人以及更一般地多机器人替换两个或更多个传统的单臂机器人。
此外，可以有利地使用一个双机器人用于替换一个传统的单臂机器人。实际上，双机器人通过具有两个臂可以以较自由且更灵活的方式工作。此外，与一个具有工具更换器的单臂机器人相比，安装有两个工具而非一个工具的事实节省了周期时间。
用于离线验证和虚拟3D环境模拟的技术以及用于确定用于工业任务的最佳机器人配置的技术是已知的。
然而，这样的技术针对仅具有一个单个运动链的机器人场景，并且不适用于其中复杂性较高的具有两个或更多个运动链的机器人。因此，期望改进的技术。
发明内容
各种所公开的实施方式包括一种用于确定多机器人沿位置序列的运动链序列的方法及相应的系统和计算机可读介质，将由工具通过所述位置序列顺序地执行机器人任务。一种方法包括接收关于安装在机器人的运动链之一上的工具要到达的位置序列的输入。通过将一个运动链设置为在使用中来单独地考虑每个运动链，并且针对在使用中的每个运动链确定针对序列中的每个位置的多个可用配置。该方法包括将所确定的可用配置表示为能够通过图表的定向连接器连接的节点，该图表表示用于利用工具之一到达位置序列的位置的多个可用机器人路径，同时允许在相同机器人路径内的不同运动链之间的切换。在考虑到位置序列的一组工作模态约束的同时，通过在连续配置之间模拟机器人的无碰撞轨迹来确定连接后续可用配置的多个有效定向连接器。该方法包括向每个有效定向连接器分配权重因子，该权重因子表示机器人在由定向连接器连接的两个连续节点表示的两个后续配置之间运动时所需的工作量。该方法包括通过考虑定向连接器的权重因子，从沿有效定向连接器的多个有效机器人路径中确定最短机器人路径。该方法包括确定找到的最短路径的运动链序列。
前述内容已经相当广泛地概述了本公开内容的特征和技术优点，使得本领域技术人员可以更好地理解随后的详细描述。在下文中将描述本公开内容的形成权利要求书的主题的附加特征和优点。本领域技术人员将理解，他们可以容易地使用所公开的概念和具体实施方式作为用于修改或设计用于执行本公开内容的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还将认识到，这样的等同构造不以其最广泛的形式脱离本公开内容的精神和范围。
在进行下文的具体实施方式之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些词或短语的定义会有利：术语“包含(include)”和“包括(comprise)”及其衍生词指没有限制的包括；术语“或”是包括性的，指和/或；短语“相关联”和“与其相关联”及其衍生词可以指包括、被包括在内、与其互连、包含、被包含在内、连接至或与其连接、耦接至或与其耦接、能够与其通信、与其合作、交错、并列、与其接近、绑定至或与其绑定、具有、具有其性质等；以及术语“控制器”指控制至少一个操作的任何装置、系统或其一部分，而无论这样的装置是以硬件、固件、软件还是以其中至少两者的某种组合来实现。应当注意，与任何特定控制器相关联的功能无论是本地还是远程可以是集中式的或分布式的。贯穿本专利文件提供了某些单词和短语的定义，并且本领域普通技术人员将理解，这样的定义即使不是在大多数实例中但仍在许多实例中适用于这样被定义的单词和短语的现有使用以及未来使用。虽然一些术语可以包括各种各样的实施方式，但是所附权利要求书可以明确地将这些术语限制至具体实施方式。
附图说明
为了更完整地理解本公开内容及其优点，现在结合附图参考以下的描述，在附图中相同的附图标记指示相同的对象，并且在附图中：
图1示出了可以实现实施方式的数据处理系统的框图；
图2示出了根据所公开的示例实施方式的双机器人的示意图；
图3示出了根据所公开的第一示例实施方式的机器人路径的第一图表的第一示意图；
图4示出了根据所公开的第二示例实施方式的机器人路径的第二图表的示意图；
图5示出了根据所公开的实施方式的用于确定多机器人的运动链序列的过程的流程图。
具体实施方式
在本专利文献中，以下讨论的图1至图5以及用于描述本公开内容的原理的各种实施方式仅作为例示，而不应当以任何方式理解成限制本公开内容的范围。本领域技术人员将理解，本公开内容的原理可以在任何适当地布置的装置中实现。将参照示例性非限制实施方式来描述本申请的各种新颖教导。
针对多机器人的基于手动的“反复试验”方法的先前技术是麻烦的、繁琐的、容易出错的、以及以其他方式不适合这项任务。
针对多机器人的基于从每个位置视点搜索最佳配置的局部方法的先前技术是次佳的并且随着机器人工作量增加而导致关节的冗余运动。
实施方式通过具有多个运动链的多机器人来确定在位置序列上操作期间待被使用的最佳运动序列。
实施方式确定用于完整位置序列的最有效的多机器人配置，使得多机器人可以最佳地执行其任务。
实施方式减少了多机器人在操作期间的工作量，例如，多机器人的能量消耗和/或多机器人的周期时间。
实施方式优选地通过真实机器人模拟(“RRS”)来实现模拟，并且因此提供无碰撞解决方案。
实施方式通过使用有向非循环图提供了具有减少的计算次数的快速解决方案。
实施方式在三维虚拟环境中提供解决方案而不使用可能导致生产延迟的真实物理机器人。
图1示出了数据处理系统100的框图，在该数据处理系统100中实施方式可以例如实现为PDM系统，该PDM系统特别地由软件或以其他方式配置以执行如本文描述的过程，以及特别地该实施方式实现为如本文描述的多个互连和通信系统中的每一个系统。示出的数据处理系统100可以包括连接至二级高速缓存/桥接器104的处理器102，二级高速缓存/桥接器104又连接至本地系统总线106。本地系统总线106可以是例如外围部件互连(PCI)架构总线。在示出的示例中，主存储器108和图形适配器110也连接至本地系统总线。图形适配器110可以连接至显示器111。
其他外围设备例如局域网(LAN)/广域网/无线(例如WiFi)适配器112，也可以连接至本地系统总线106。扩展总线接口114将本地系统总线106连接至输入/输出(I/O)总线116。I/O总线116连接至键盘/鼠标适配器118、磁盘控制器120和I/O适配器122。磁盘控制器120可以连接至存储装置126，存储装置126可以是任何合适的机器可用或机器可读存储介质，包括但不限于：非易失性硬编码型介质例如只读存储器(ROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁带存储装置；以及用户可记录型介质例如软盘、硬盘驱动器和光盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)、以及其他已知的光、电或磁存储装置。
在示出的示例中音频适配器124也连接至I/O总线116，扬声器(未示出)可以连接至音频适配器124用于播放声音。键盘/鼠标适配器118提供用于指示设备(未示出)诸如鼠标、跟踪球、跟踪指示器、触摸屏等的连接。
本领域普通技术人员将理解，图1中所示的硬件对于特定实现方式可以变化。例如，除了所示的硬件之外或替代所示的硬件，也可以使用其他外围装置例如光盘驱动器等。仅出于说明目的来提供所示的示例，并且所示的示例不意味着暗含对本公开内容的架构限制。
根据本公开内容的实施方式的数据处理系统可以包括采用图形用户界面的操作系统。操作系统允许在图形用户界面中同时呈现多个显示窗口，其中，每个显示窗口对不同的应用或者对同一应用的不同的实例提供界面。图形用户界面中的光标可以由用户通过点击装置来操纵。光标的位置可以改变以及/或者生成事件例如点击鼠标按钮以执行所期望的响应。
如果适当地修改，也可以使用各种商用操作系统中之一例如位于华盛顿的雷德蒙的微软公司的产品Microsoft WindowsTM版本。如所描述的，根据本公开内容来修改或创建操作系统。
LAN/WAN/无线适配器112可以连接至网络130(不是数据处理系统100的一部分)，网络130可以是如本领域技术人员已知的包括因特网的任何公用或私用数据处理系统网络或网络的组合。数据处理系统100可以经由网络130与服务器系统140进行通信，服务器系统140也不是数据处理系统100的一部分，但是可以例如实现为单独的数据处理系统100。
图2示出了根据所公开的示例实施方式的双机器人的示意图。双机器人20具有两个运动链——“链A”和“链B”——以及八关节21。链A是连接八关节J1、J2、J3、J4、J5、J6和J7的运动链。链B是连接八关节J1、J2、J3、J4、J5、J6和J8的运动链。
两个机器人运动链的末端是分别用于链A的关节J7和用于链B的关节J8的TCP，在两个TCP上安装分别是用于链A的工具TA和用于链B的工具TB的两个工业工具22。
如本文所使用的，术语“配置”表示机器人配置。如本领域中已知的，机器人配置由机器人关节21的布置所限定，以使机器人到达目标位置。机器人可以以多种配置到达目标位置。
图3示出了根据所公开的第一示例实施方式的机器人路径的第一图表的示意图。
双机器人20需要沿属于机器人路径的位置序列31执行一系列机器人任务。位置由位置块LOC1、LOC2、LOC3至LOCN示意性地示出。位置序列是安装在机器人运动链的末端上的工具22之一要到达的一组有序位置。
注意，对于传统的工业单臂机器人，机器人路径的位置由多个机器人配置中的一个工具到达。对于双臂机器人或双机器人，理论上，在没有约束的情况下，位置可以由多个机器人配置中的两个工具TA、TB中的每一个到达。
假设在位置序列的所有位置31的双机器人通道期间，双机器人20可以利用若干工具并且利用若干配置到达每个位置31，并且在特定要求的情况下，根据工作模态限定对位置的相应约束，并据此考虑。研究或单元布局被带入虚拟3D环境。研究或单元布局包括物理制造环境中存在的任何物理设备和对象例如机器人、工具、栅栏、部件、传送带等。
为了确定图3的第一实施方式中的用于双机器人20的工具/链的最佳序列，确定可用机器人配置，并且然后根据由图表表示的所有有效机器人路径来确定最短路径。
为了确定可用机器人配置，要执行的示例性算法步骤如下：
i)将运动链A设置成“使用中”并且忽略另一运动链即链B。
ii)限定开始位置。例如，开始位置可以获自先前的过程——从机器人原始位置开始，或者开始位置可以通过用户设置在第一位置LOC1之前预先定义。检查对于序列的每个位置的可达性，并且收集针对每个位置的一组可用配置。针对每个位置，存储所有可用配置。在一些实施方式中，可以有利地选择可用配置，使其免受静态碰撞。在实施方式中，可以经由逆计算找到可用配置，并且可以例如通过将机器人跳至每个配置来执行静态碰撞检查而不需要模拟。
iii)针对另一运动链即链B，执行与上述相同的操作。
考虑到由于双机器人的预先定义的工作模态引起的位置约束。这样的约束减少了可用配置的数目。在一些实施方式中，在执行上述算法步骤i)至iii)时可以考虑这样的位置约束，在其他实施方式中，位置约束可以是应用于由上述算法步骤i)至iii)产生的可用配置的“后验”。
工作模态及它们的相应位置约束的示例包括但不限于：
-具有锁定配置状态或具有无约束配置状态的位置：位置可以具有两个配置状态：锁定配置状态例如线性或圆周运动，其中位置配置需要与先前位置的配置相同；或者是无约束配置状态，其中允许配置之间的切换。当位置被设置成位置序列的一部分时，位置的配置状态通常由用户预先定义。在对于位置的“锁定”配置状态的情况下，系统相应地标记位置，例如，如图3中分配给位置LOC2的锁定图标34所示。
-具有锁定运动链状态的位置：位置可能需要锁定运动链状态或“锁定头”，这意味着只能使用先前位置的头/链。例如，当位置非常接近其先前位置时，就会出现这种情况。
-具有“强制工具/链”状态的位置：位置可能具有强制工具/链状态。例如，假设在链A上安装了A型工具TA并且在运动链B上安装了B型工具TB。在特定位置上，可以存在由A型工具执行的制造操作(例如由于操作类型或强制安培要求或任何其他要求)。在这种情况下，特定位置标记有“仅限链A”，使得只允许运动链A用于该特定位置。
表1
LOC1 LOC2 LOC3 LOC4 LOC5 LOC6 LOC7
<u>锁定配置</u> 是 是
<u>强制链</u> 链B 链A
<u>锁定头</u>
<u>链A</u> Conf1 Conf1 Conf1
Conf2 Conf2 Conf2 Conf2 Conf2
Conf3 Conf3 Conf3
Conf4 Conf4
<u>链B</u> Conf1 Conf1 Conf1 Conf1 Conf1 Conf1
Conf3 Conf3 Conf3
Conf4 Conf4 Conf4 Conf4
表1是由算法步骤i)至iii)产生的存储的可用配置的示例，其中还考虑了位置约束。
例如，双机器人可以在利用链A操作时通过使用可用配置Confl或Conf3并且在利用链B操作时通过使用可用配置Confl或Conf4来到达位置LOC1。例如，为了到达位置LOC3，双机器人可以利用链B使用可用配置Confl或Conf3，因为另一链A不被允许。
根据表1的可用存储配置，如图3中示意性地示出的，利用节点32和连接器33生成表示可用机器人路径的图表30。
节点32表示针对每个位置31的可用配置，并且连接器33表示在考虑由工作模态限定的约束的后续位置的连续配置之间的机器人运动。图的上部中的配置是运动链ACHA的配置，而下部中的配置是具有链B CHB的配置。
与表1的配置不同，利用以下示例性算法步骤生成机器人路径的图表30：
iv)以人工方式生成开始节点，并且根据可用配置来生成其他图表节点32。从开始节点开始，生成指向第一位置的每个节点的连接器。此外，生成连接连续位置的可用配置的连接器，允许在可能的情况下在各链之间的切换。
v)针对每个生成的连接器，模拟相应的机器人轨迹以检查动态碰撞并且向连接器分配表示机器人工作量(effort)的权重因子。只允许无碰撞连接器。在连接器轨迹上检测到碰撞的情况下，在一些实施方式中可以添加越过位置，或者在其他实施方式中可以删除连接器。
vi)以人工方式生成结束节点。在最后位置的每个节点与结束节点之间生成具有零值权重因子的连接器。
在上述步骤iv)至vi)中，位置的工作模态约束考虑如下：
-具有无约束配置状态的位置：由于在这样的位置中允许在不同配置之间的切换，因此针对该位置的每个配置，生成图表节点。生成从先前位置的每个节点至当前位置的每个节点的连接器。
-具有锁定配置状态的位置：由于在这样的位置中配置被设置成与先前位置的配置相同，因此针对当前位置和先前位置两者中都存在的每个配置生成图表节点。该位置的配置节点与先前位置的配置节点之间的连接器仅位于每对相同配置之间。
-具有锁定头状态的位置：在这样的位置中，不允许在头部/运动链之间切换。因此，针对该位置的每个配置生成图表节点，但是仅针对相同的运动链生成先前位置的节点与当前位置的节点之间的连接器，而不允许切换运动链。
-具有“强制工具/链”状态的位置：在这样的位置中，只允许预先定义的强制工具/链。
在图3的示例实施方式中示意性地示出的开始节点与结束节点之间的图表是表示多个有效机器人路径的有向非循环图(“DAG”)。注意，在图3中，未示出分配给连接器的权重因子。
为了确定运动链的最佳序列，将最短路径确定为“最轻”路径，即作为具有最小权重因子总和的路径。为了确定从开始节点至结束节点的最短路径，可以方便地使用DAG算法或用于加权有向图表的任意其他算法。
根据所找到的最短路径，确定要使用的运动链的最佳序列，并且将运动链的最佳序列作为输出结果例如链A、链B、链B、……、链A提供。可选地，根据请求，还可以提供配置的最佳序列作为输出结果例如C3、C3、C3、……、Cl。
连接器的权重因子表示机器人工作量，并且在机器人轨迹的模拟期间优选地被计算。在一些实施方式中，权重因子可以方便地考虑两个连续位置之间的能量消耗和/或周期时间。
例如，在实施方式中，权重因子可以被计算为能量消耗、被计算为从位置至位置的周期时间、以及/或者被计算为能量消耗与周期时间的相互关系，如下所示：
-在位置X(利用Conf(Xi))至其后续位置X+l(利用Conf(Xi+l))之间的运动期间，利用机器人的RRS模拟来测量能量消耗。
-在位置X(利用Conf(Xi))至其后续位置X+1(利用Conf(Xi+1))之间的运动期间，利用机器人的RRS模拟来测量周期时间。
-计算测量的能量与测量的周期时间之间的相互关系。例如，可以使用任意遗传算法代替DAG算法，或者可以使用具有方便的归一化因子的利用不同单元测量不同参数的不同权重因子的任意方便组合例如时间加能量的总和。
本领域技术人员知道，在其他实施方式中，可以使用其他和/或附加工作量度量作为权重因子例如用于减少机器人维护的关节运动。
在实施方式中，为了通过权重因子逼真地表示机器人工作量，机器人模拟应当仅在真实机器人访问的位置之间开始和结束，即机器人等待和/或停止的位置。这样的位置的示例包括但不限于：具有区域＝“末尾(fine)”的位置或具有以下离线编程(“OLP”)命令之一的位置：“等待时间”、“焊接”、“等待信号”等。
图4示出了根据所公开的第二示例实施方式的机器人路径的第二图表40的示意图。
双机器人20需要沿位置块loc1、loc2、loc3所示的位置序列31执行一系列机器人任务。
在该第二示例实施方式中，存储链节J7、J8的末端的值以用于碰撞检测目的。下文的表2是对于图4的连接器的链节J7、J8的末端的存储值的示例，图4具有作为对应于图表标识符索引i1、i2、……、iN的索引1、2、……、N的标识符。
图4中的图的上部的节点32表示具有运动链AChA的配置，并且图的下部的节点32表示具有运动链B ChB的配置。
表2
<u>连接器索引</u> J7 J8 <u>Δ权重因子</u>
0 0 0
1 10 0 2
2 20 0 3
3 0 10 1
4 15 0 1.5
5 17 0 2
6 5 10 5
7 90 0 0.5
8 30 0 3
9 50 10 2.7
…… …… …… ……
N-2 30 10 0
N-1 50 0 0
N 90 10 0
如表2所示，针对每个新连接器33，存储连接器索引、针对关节J7、J8的新值和Δ权重因子。
通过跳至关节J7、J8的先前值并且通过在检查碰撞时模拟对于新值J7、J8的机器人轨迹来计算Δ权重因子。如果未检测到碰撞，则存储Δ权重因子的计算值，否则删除连接器。
注意，在图4中，每次从先前位置添加新连接器时，克隆该节点以使新连接器被引导至新克隆节点。进行克隆是为了使单一路径跳回至先前的关节值以进行轨迹模拟。实际上，如图4的图表所示，存在仅一个单个连接器指向一个节点，但允许若干连接器离开一个单个节点。例如，在位置loc2上，表示运动链B的cl的配置的节点32被克隆两次(参见具有到达两个克隆节点cl的索引i18和i19的连接器)。
用于生成图4的第二示例实施方式的第二图表40的连接器30的算法步骤如下：
i)生成虚拟开始节点START；
ii)考虑到该位置的工作模态约束，例如位置的锁定配置状态、位置的强制运动链状态、位置的锁定运动链状态；
iii)在每个离开的连接器上保存用于到达所指向的节点的双机器人的关节J7、J8的值；
iv)针对进入当前节点的每个连接器，尝试通过以下方式将连接器发送至下一节点：
-在链A区域内运动的情况下，则使用具有相同J8值的最后一个连接器信息；
-在链B区域内运动的情况下，则使用具有相同J7值的最后一个连接器信息；
-在从A运动至B或者从B运动至A的情况下，则不使用任何限制。
-将双机器人跳至关节J7、J8的旧值；
-将模拟转发至下一节点；
-如果没有碰撞，则计算Δ权重因子并且将Δ权重因子作为值分配给连接器。如果有碰撞，则删除该连接器。
v)利用虚拟结束节点关闭图表40，如上所述，每个箭头上具有“0”值。
总之，在图3和图4的上述两个示例实施方式中，针对给定的位置序列，单独地针对每个运动链确定有效机器人关节配置，并且最后允许沿位置序列的运动链之间的切换，从而通过计算关于模拟的无碰撞轨迹的真实权重因子来确定最短机器人路径，在第一实施方式中没有克隆的配置节点，并且在第二实施方式中具有克隆的配置节点。
以上实施方式示例性示出了双机器人的情况。技术人员知道，算法步骤可以适用于具有两个或更多个运动链的多机器人的更一般情况。
图5示出了根据所公开的实施方式的用于确定多机器人的运动链序列的方法的流程图500。这样的方法可以例如通过上述图1的系统100来执行，但是下文的过程中的“系统”可以是被配置成执行所描述的过程的任何装置。沿位置序列，机器人任务将由工具顺序地执行。
在步骤505处，接收关于位置序列的输入数据。安装在机器人运动链之一上的工具可以到达位置序列。另外地，可以接收关于以下输入数据：机器人的3D虚拟表示、多个工具的3D虚拟表示、单元布局的3D虚拟表示和/或要制造的多个部件的3D虚拟表示。
在动作510处，针对每个运动链单独地确定位置序列的每个位置中的可用配置。通过每次将一个运动链设置为在使用中来单独地考虑每个运动链。在实施方式中，经由逆计算来确定可用配置。
在动作515处，配置被表示为通过图表中的定向连接器可连接的节点，该图表表示用于利用一个工具到达位置序列的位置的可用机器人路径。注意，允许在相同机器人路径内切换运动链。
在动作520处，在考虑至少一个工作模态对该位置序列的至少一个位置进行约束的同时，通过模拟无碰撞轨迹来确定有效的定向连接器。关于位置的工作模态约束包括但不限于：锁定配置状态；强制运动链；以及/或者锁定运动链。
在动作525处，针对每个有效定向连接器分配权重因子。权重因子是机器人在由定向连接器连接的两个连续节点表示的两个后续配置之间运动时所需的工作量的度量。
在动作530处，通过考虑定向连接器的权重因子作为长度的度量，从沿有效定向连接器的有效机器人路径中确定最短机器人路径。在实施方式中，当不存在静态和动态碰撞时以及当考虑关于工作模态约束的信息时，定向连接器是有效的。
在动作535处，从所确定的最短路径中确定机器人运动链序列。在实施方式中，根据请求，还可以有利地提供最短路径的配置序列作为输出。
在实施方式中，在动作510处所确定的可用配置是无静态碰撞的配置。静态碰撞检查优选地经由逆方法计算技术来完成，该技术产生所有可用的无碰撞配置以到达下一位置。
在实施方式中，在动作525处分配的权重因子在模拟期间在动作520处被计算。权重因子的示例包括但不限于能量消耗、周期时间、用于模拟轨迹的关节运动和/或它们的任意组合。
在实施方式中，通过考虑单元的几何模型、关于机器人的信息和关于机器人路径的信息来完成动态和/或碰撞检查。
在实施方式中，经由DAG算法来确定最短路径。在实施方式中，模拟可以优选地是RRS模拟。
处理器102、存储器108和在处理器102上运行的程序中的一个或更多个经由本地系统总线106、适配器112、网络130、服务器140、接口114、I/O总线116、磁盘控制器120、存储装置126等中的一个或更多个接收输入。如本文中所使用的，接收可以包括从存储装置126检索、从另一装置或处理接收、经由与用户的交互接收等。
当然，本领域技术人员将认识到，除非由操作序列明确指出或要求，否则上述过程中的某些步骤可以被省略、同时地执行或顺序地执行或者以不同的顺序执行。
本领域技术人员将认识到，为了简单和清楚起见，本文中并未示出或描述适于与本公开内容一起使用的所有数据处理系统的全部结构和操作。而是，仅示出和描述了本公开内容特有的或者理解本公开内容所必需的数据处理系统的结构和操作。数据处理系统100的构造和操作的其余部分可以符合本领域已知的各种当前实现方式和实践中的任何实现方式和实践。
重要的是要注意，虽然本公开内容包括在全功能系统的背景下的描述，但是本领域技术人员将理解，本公开内容的机制的至少部分能够以以各种形式中的任一形式包含在机器可用、计算机可用或计算机可读介质内的指令的形式来分布，并且无论实际上实施分布所使用的指令或信号承载介质或存储介质的特定类型如何，本公开内容都同等地适用。机器可用/可读介质或计算机可用/可读介质的示例包括：非易失性硬编码型介质诸如只读存储器(ROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)；以及用户可记录型介质例如软盘、硬盘驱动器和光盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)。
尽管已经详细描述了本公开内容的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开内容的最广义形式的精神和范围的情况下，可以对本文公开的内容进行各种变化、替换、变型和改进。
本申请中的描述都不应被解读为暗示任何特定元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围中的必要要素：专利保护的主题的范围仅由授权的权利要求书来限定。

Claims (18)

1.一种用于通过数据处理系统来确定多机器人沿位置序列的运动链序列的方法，将由工具通过所述位置序列顺序地执行机器人任务，所述方法包括以下步骤：
a)接收关于安装在所述机器人的所述运动链之一上的工具要到达的所述位置序列的输入；
b)通过将一个运动链设置为在使用中来单独地考虑每个运动链，并且针对在使用中的所述每个运动链确定针对所述序列中的每个位置的多个可用配置；
c)将所确定的可用配置表示为能够通过图表的定向连接器连接的节点，所述图表表示用于利用所述工具之一到达所述位置序列的所述位置的多个可用机器人路径，其中，允许在相同机器人路径内的不同运动链之间的切换；
d)在考虑到所述位置序列的一组工作模态约束的同时，通过在连续配置之间模拟所述机器人的无碰撞轨迹来确定连接后续可用配置的多个有效定向连接器；
e)向每个有效定向连接器分配权重因子，所述权重因子表示所述机器人在由所述定向连接器连接的两个连续节点表示的两个后续配置之间运动时所需的工作量；
f)通过考虑所述定向连接器的所述权重因子，从沿所述有效定向连接器的多个有效机器人路径中确定最短机器人路径；以及
g)确定所确定的最短路径的所述运动链序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，检查步骤b)的所确定的多个可用配置以免受静态碰撞。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤a)处接收关于下述中的一个或更多个的附加输入数据：所述机器人的虚拟表示、多个工具的虚拟表示、单元布局的虚拟表示、要制造的多个部件的虚拟表示。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤e)的所述权重因子选自由以下组成的组：
-模拟轨迹的能量消耗参数；
-所述模拟轨迹的周期时间参数；
-所述模拟轨迹的关节运动参数；
-上述参数中的一个或更多个的组合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤g)还包括确定所述最短路径的配置序列。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，具有所述工作模态约束的一组位置状态选自由以下组成的组：
-具有锁定配置的状态；
-具有强制运动链的状态；以及
-具有锁定运动链的状态。
7.一种数据处理系统，包括：
处理器；以及
可访问存储器，所述数据处理系统特别地被配置成：
a)接收关于安装在机器人的运动链之一上的工具要到达的位置序列的输入；
b)通过将一个运动链设置为在使用中来单独地考虑每个运动链，并且针对在使用中的所述每个运动链确定针对所述序列中的每个位置的多个可用配置；
c)将所确定的可用配置表示为能够通过图表的定向连接器连接的节点，所述图表表示用于利用所述工具之一到达所述位置序列的所述位置的多个可用机器人路径，其中，允许在相同机器人路径内的不同运动链之间的切换；
d)在考虑到所述位置序列的一组工作模态约束的同时，通过在连续配置之间模拟所述机器人的无碰撞轨迹来确定连接后续可用配置的多个有效定向连接器；
e)向每个有效定向连接器分配权重因子，所述权重因子表示所述机器人在由所述定向连接器连接的两个连续节点表示的两个后续配置之间运动时所需的工作量；
f)通过考虑所述定向连接器的所述权重因子，从沿所述有效定向连接器的多个有效机器人路径中确定最短机器人路径；以及
g)确定所确定的最短路径的运动链序列。
8.根据权利要求7所述的数据处理系统，其中，检查项目b)的所确定的多个可用配置以免受静态碰撞。
9.根据权利要求7或8所述的数据处理系统，其中，在项目a)处接收关于下述中的一个或更多个的附加输入数据：所述机器人的虚拟表示、多个工具的虚拟表示、单元布局的虚拟表示、要制造的多个部件的虚拟表示。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的数据处理系统，其中，项目e)的所述权重因子选自由以下组成的组：
-模拟轨迹的能量消耗参数；
-所述模拟轨迹的周期时间参数；
-所述模拟轨迹的关节运动参数；
-上述参数中的一个或更多个的组合。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的数据处理系统，其中，项目g)还包括确定所述最短路径的配置序列。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的数据处理系统，其中，具有所述工作模态约束的一组位置状态选自由以下组成的组：
-具有锁定配置的状态；
-具有强制运动链的状态；以及
-具有锁定运动链的状态。
13.一种非暂态计算机可读介质，其编码有可执行指令，当所述可执行指令被执行时使一个或更多个数据处理系统执行以下操作：
a)接收关于安装在机器人的运动链之一上的工具要到达的位置序列的输入；
b)通过将一个运动链设置为在使用中来单独地考虑每个运动链，并且针对在使用中的所述每个运动链确定针对所述序列中的每个位置的多个可用配置；
c)将所确定的可用配置表示为能够通过图表的定向连接器连接的节点，所述图表表示用于利用所述工具之一到达所述位置序列的所述位置的多个可用机器人路径，其中，允许在相同机器人路径内的不同运动链之间的切换；
d)在考虑到所述位置序列的一组工作模态约束的同时，通过在连续配置之间模拟所述机器人的无碰撞轨迹来确定连接后续可用配置的多个有效定向连接器；
e)向每个有效定向连接器分配权重因子，所述权重因子表示所述机器人在由所述定向连接器连接的两个连续节点表示的两个后续配置之间运动时所需的工作量；
f)通过考虑所述定向连接器的所述权重因子，从沿所述有效定向连接器的多个有效机器人路径中确定最短机器人路径；以及
g)确定所确定的最短路径的运动链序列。
14.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读介质，其中，检查项目b)的所确定的多个可用配置以免受静态碰撞。
15.根据权利要求13和14所述的非暂态计算机可读介质，其中，在项目a)处接收关于下述中的一个或更多个的附加输入数据：所述机器人的虚拟表示、多个工具的虚拟表示、单元布局的虚拟表示、要制造的多个部件的虚拟表示。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中，项目e)的所述权重因子选自由以下组成的组：
-所模拟轨迹的能量消耗参数；
-所述模拟轨迹的周期时间参数；
-所述模拟轨迹的关节运动参数；
-上述参数中的一个或更多个的组合。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中，项目g)还包括确定所述最短路径的配置序列。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中，具有所述工作模态约束的一组位置状态选自由以下组成的组：
-具有锁定配置的状态；
-具有强制运动链的状态；以及
-具有锁定运动链的状态。
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