CN113316502B - 两个机器人臂的彼此对准 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于指定第一机器人机械手(10)的第一基座(11)和第二机器人机械手(20)的第二基座(21)之间的相对位置的仿真方法，其中，确定(H1)所述第一机器人机械手(10)的第一工作空间，其中，所述第一工作空间规定由第一末端执行器(12)的可能位置和所述第一末端执行器(12)在所述第一末端执行器(12)的相应位置处的可能取向组成的有限多个元组，其中，对于所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的指定的多个可能相对位置中的每一个，确定(H2)来自所述第一工作空间的多个那些元组作为评估变量，对于所述多个那些元组，所述第二机器人机械手(20)的第二末端执行器(22)可以分别相对于所述第一末端执行器(12)以预限定的取向和/或以预限定的距离定位，以及其中，确定并输出(H3)所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的那个具有最高评估变量的相对位置。

Description

两个机器人臂的彼此对准
技术领域
本发明涉及一种用于指定第一机器人机械手的第一基座和第二机器人机械手的第二基座之间的相对位置的仿真方法以及一种用于指定第一机器人机械手的第一基座和第二机器人机械手的第二基座之间的相对位置的仿真计算单元。
背景技术
尤其是当一个负载对于单独机器人机械手来说太重或太大，要由单个固定机器人机械手移动时，则建议为此将两个单独机器人机械手彼此连接以便一起移动负载。其他任务也有利地由多个单独机器人机械手或由一个具有两个机器人机械手臂的机器人系统协同解决。在这两种情况下，都会出现初始定位的问题，即在单独机器人机械手的情况下，如何将第一机器人机械手的基座相对于第二机器人机械手最佳地放置，或者在具有两个机器人机械手臂的单个机器人系统的情况下，如何将机器人机械手臂的相应基座相对于彼此最佳地放置。由于在这两种情况下都存在类似的问题，在一个具有两个机器人机械手臂的机器人系统的情况下，相应机器人机械手臂在下文中也被称为相应机器人机械手。因此，术语机器人机械手尤其指机器人机械手臂，无论每个机器人机械手是否可以单独操作并且具有其自己的控制单元，或者两个机器人机械手是否由单个控制单元控制并且布置在公共平台上都一样。
发明内容
本发明的目的是在技术上支持第一机器人机械手相对于第二机器人机械手的固定对准。
本发明产生于独立权利要求的特征。有利的改进方案和设计方案是从属权利要求的主题。
本发明的第一方面涉及一种用于指定第一机器人机械手的第一基座和第二机器人机械手的第二基座之间的相对位置的仿真方法，其中，确定所述第一机器人机械手的第一工作空间，其中，所述第一工作空间规定由第一末端执行器的可能位置和所述第一末端执行器在所述第一末端执行器的相应位置处的可能取向组成的有限多个元组，其中，对于所述第一基座和所述第二基座之间的所指定的多个可能相对位置中的每一个，确定来自所述第一工作空间的多个那些元组作为评估变量，对于所述多个那些元组，所述第二机器人机械手的第二末端执行器可以分别相对于所述第一末端执行器(12)以预限定的取向和/或以预限定的距离定位，以及其中，确定并输出所述第一基座和所述第二基座之间的那个具有最高评估变量的相对位置。
所述仿真方法尤其是一种计算机实施的方法。
一个元组唯一地描述了第一末端执行器的一对位置和取向。因此，第一末端执行器在两个不同位置的同一取向导致两个元组。通过确定有限数量的元组，第一工作空间产生为元组的有限列表，其中，每个列表条目，即元组中的一个特定元组，描述了第一末端执行器的位置和取向的特定且明确的组合。
第一机器人机械手和第二机器人机械手均优选地具有多个连杆，其中，所述连杆通过关节彼此连接，从而所述连杆可以分别成对地围绕一个关节旋转或位移或倾斜。优选地，相应关节与致动器连接，所述致动器通过驱动而允许连杆相对于彼此旋转或倾斜或位移。
相应机器人机械手的相应基座尤其指定机器人机械手的位于最近端的连杆。尤其地，基座相对于相应机器人机械手的安置表面例如地板或桌面或托架是不可移动的。
在这里，确定第一末端执行器的多个可能位置优选地通过在第一末端执行器的整个可到达的几何区域上的仿真来进行。优选地，以离散的距离存储可能位置，从而尤其是产生具有第一末端执行器的可能位置的网格。在这里，第一末端执行器的可能位置尤其受到第一末端执行器的几何上可到达的空间的限制。
优选地，尤其考虑了第一末端执行器的位置和方向的所有那些元组，对于所述所有那些元组，第二机器人机械手的第二末端执行器可以以预限定的取向和/或以预限定的距离相对于第一末端执行器定位和对准。这意味着搜索第一机器人机械手的第一工作空间中的第一末端执行器的位置和取向，其中第二机器人机械手的第二末端执行器也可以分别相对于第一末端执行器以预限定的间隔和/或以预限定的取向通过相应机器人机械手的相应连杆的几何限制而定位和对准。因此，有利地确保的是，处于第一机器人机械手的感兴趣姿势中的负载可以由第一末端执行器和第二末端执行器同时接触。如果是这种情况，则相应的元组将包括在评估变量中。
因此，评估变量是第一末端执行器和第二末端执行器可以在哪个公共的工作空间中协作执行任务的量度。该量度越大，公共的工作空间就越大，并且可以由第一机器人机械手与第二机器人机械手协作执行的任务就更多样。
本发明的有利效果是，两个机器人机械手的两个基座之间的相对位置被最佳地计算到这样的程度，即确定机器人机械手的末端执行器彼此之间的协作位置的最大可能数量。
根据一个有利的实施方式，所述仿真方法用于指定所述第一机器人机械手的所述第一基座和所述第二机器人机械手的所述第二基座之间的相对位置和相对取向，其中，对于所述第一基座和所述第二基座之间的所指定的多个可能相对位置和可能相对取向中的每一个确定所述评估变量，其中，确定并输出所述第一基座和所述第二基座之间的那个具有最高评估变量的相对位置和相对取向。第一基座和第二基座之间的相对取向优选地由一组不同的位置角度来描述。
根据另一有利的实施方式，当确定所述评估变量时检查所述第一机器人机械手和所述第二机器人机械手之间是否发生碰撞。
尤其地，如果确定为存在碰撞，则该对应的元组不包括在评估变量中。优选地，检查第一机器人机械手和第二机器人机械手之间是否发生碰撞是通过对几何体以及几何体在第一机器人机械手的连杆处和第二机器人机械手的连杆处的假想布置进行建模以及通过检查相应几何体的可能几何重叠来进行。通过对几何体进行建模，除了碰撞检查之外，还可以有利地考虑安全距离，不应低于第一机器人机械手相对于第二机器人机械手的安全距离，反之亦然。此外，这种类型的碰撞检查在计算时间和计算工作量方面提供了一种有效的方式。
根据另一有利的实施方式，所述第一基座和所述第二基座之间的可能相对取向和/或可能相对位置是在网格中，优选地在等距网格中从所指定的多个取向和/或位置中指定的。
根据另一有利的实施方式，所述第一基座和所述第二基座之间的可能相对取向和/或可能相对位置是从所指定的多个取向和/或位置中通过受限非线性优化来指定的。
优选地，受限非线性优化包括二次优化序列。二次优化序列尤其代表基于梯度的优化方法的扩展，其中除了目标函数的局部导数之外，至少局部地还考虑目标函数的曲率。根据另一有利的实施方式，受限非线性优化包括进化算法。
根据另一有利的实施方式，非线性优化的限制是第一末端执行器和第二末端执行器的几何最大可到达的空间的交集。
根据另一有利的实施方式，确定所述第二机器人机械手的第二工作空间，其中，所述第二工作空间规定由第二末端执行器的可能位置和所述第二末端执行器在所述第二末端执行器的相应位置处的可能取向组成的有限多个元组，其中，非线性优化的限制是基于所述第一机器人机械手的所述第一工作空间和所述第二机器人机械手的所述第二工作空间的交集形成的。
根据另一有利的实施方式，所述第二末端执行器相对于所述第一末端执行器的预限定的取向通过围绕所述第一末端执行器的基准点旋转半圈来限定，从而所述第一末端执行器和所述第二末端执行器彼此对称地指向。旋转半圈尤其表示绕垂直轴旋转180°。
本发明的另一方面涉及一种用于指定第一机器人机械手的第一基座和第二机器人机械手的第二基座之间的相对位置的仿真计算单元，其中，所述仿真计算单元设置和实施成确定所述第一机器人机械手的第一工作空间，其中，所述第一工作空间规定由第一末端执行器的可能位置和所述第一末端执行器在所述第一末端执行器的相应位置处的可能取向组成的有限多个元组，其中，所述仿真计算单元还设置和实施成对于所述第一基座和所述第二基座之间的所指定的多个可能相对位置中的每一个，确定来自所述第一工作空间的多个那些元组作为评估变量，对于所述多个那些元组，所述第二机器人机械手的第二末端执行器可以分别相对于所述第一末端执行器以预限定的取向和/或以预限定的距离定位，以及其中，所述仿真计算单元设置和实施成确定并输出所述第一基座和所述第二基座之间的那个具有最高评估变量的相对位置。
根据另一有利的实施方式，所述仿真计算单元用于指定所述第一机器人机械手的所述第一基座和所述第二机器人机械手的所述第二基座之间的相对位置和相对取向，其中，所述仿真计算单元还设置和实施成对于所述第一基座和所述第二基座之间的所指定的多个可能相对位置和可能相对取向中的每一个确定所述评估变量，并且确定并输出所述第一基座和所述第二基座之间的那个具有最高评估变量的相对位置和相对取向。
根据另一有利的实施方式，所述仿真计算单元是所述第一机器人机械手的控制单元。根据另一有利的实施方式，所述仿真计算单元是所述第二机器人机械手的控制单元。
所提出的仿真计算单元的优点和优选的改进方案产生于对与所提出的仿真方法相关联做出的上述实施方案的类似和符合意义的转移。
进一步的优点、特征和细节产生于以下描述，其中，在必要时参照附图，详细描述了至少一个实施例。相同、相似和/或功能相同的部分设有相同的附图标记。
附图说明
图1示出了一种根据本发明的一个实施例的用于指定第一机器人机械手的第一基座和第二机器人机械手的第二基座之间的相对位置和相对取向的方法；
图2示出了一种根据本发明的另一实施例的用于指定第一机器人机械手的第一基座和第二机器人机械手的第二基座之间的相对位置和相对取向的系统；
图3示出了根据在图1或图2中说明的本发明的实施例的第二末端执行器相对于第一末端执行器的所指定的相对取向和所指定的距离；
图4示出了针对图3所示的第二末端执行器相对于第一末端执行器的相对取向和距离的第一基座相对于第二基座的相对位置和相对取向；以及
图5示出了作为图2所示的本发明的实施例的替代方案的第一机器人机械手和第二机器人机械手。
附图中的图示是示意性的而不是按比例绘制的。
具体实施方式
图1示出了一种用于指定第一机器人机械手10的第一基座11和第二机器人机械手20的第二基座21之间的相对位置和相对取向的仿真方法，其中，确定H1第一机器人机械手10的第一工作空间，其中，第一工作空间规定由第一末端执行器12的可能位置和第一末端执行器12在第一末端执行器12的相应位置处的可能取向组成的有限多个元组，其中，对于第一基座11和第二基座21之间的所指定的多个可能相对位置中的每一个，确定H2来自第一工作空间的多个那些元组作为评估变量，对于所述多个那些元组，第二机器人机械手20的第二末端执行器22可以分别相对于第一末端执行器12以预限定的取向和/或以预限定的距离定位，以及其中，确定并输出H3第一基座11和第二基座21之间的那个具有最高评估变量的相对位置。
图2示出了一种用于指定第一机器人机械手10的第一基座11和第二机器人机械手20的第二基座21之间的相对位置和相对取向的仿真计算单元30，其中，仿真计算单元30是第一机器人机械手10的控制单元。仿真计算单元30设置和实施成确定第一机器人机械手10的第一工作空间，其中，第一工作空间规定由第一末端执行器12的可能位置和第一末端执行器12在第一末端执行器12的相应位置处的可能取向组成的有限多个元组，其中，仿真计算单元30还设置和实施成对于第一基座11和第二基座21之间的所指定的多个可能相对位置和可能相对取向中的每一个，确定来自第一工作空间的多个那些元组作为评估变量，对于所述多个那些元组，第二机器人机械手20的第二末端执行器22可以分别相对于第一末端执行器12以预限定的取向和/或以预限定的距离定位，以及其中，仿真计算单元30设置和实施成确定并输出第一基座11和第二基座21之间的那些具有最高评估变量的相对位置和相对取向。
图3示出了第二末端执行器22相对于第一末端执行器12的所指定的取向，该所指定的取向通过围绕第一末端执行器12的基准点旋转半圈来限定，从而第一末端执行器12和第二末端执行器22彼此对称地指向。
图4针对第一末端执行器12的多个可能元组中的一个特定元组示出了第一机器人机械手10和第二机器人机械手20的相应可能姿势，对于所述元组，第二机器人机械手20的第二末端执行器22可以分别相对于第一末端执行器12以所指定的取向和以所指定的距离定位，如图3所示。在图4中还示出了第一基座11相对于第二基座21的相对取向和相对距离。
图5示出了由布置在公共底座上的第一机器人机械手10和第二机器人机械手20组成的结构，其中，两个机器人机械手10、20均以俯视图示出。图1至图4的描述也可以用于这种结构，尤其是当第一机器人机械手10和第二机器人机械手20以它们彼此之间的距离或以它们在底座处的相对取向以可变和可调节的方式布置时。
尽管已经通过优选的实施例更详细地图示和说明了本发明，但本发明不受公开的实施例的限制，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的保护范围的情况下从中推导出其他变型例。因此，显而易见的是，存在多种可能的变型例。还显而易见的是，以示例方式引用的实施方式实际上仅代表示例，不应以任何方式将其理解为例如对本发明的保护范围、可能的应用或构造的限制。相反，前面的描述和附图的描述使得本领域技术人员能够具体地实施示例性实施方式，其中，本领域技术人员在了解所公开的发明构思的情况下，可以在不脱离由权利要求及其合法等效物例如说明书中的进一步解释所限定的保护范围的情况下，例如针对在示例性实施方式中提到的各个元件的功能或布置进行各种变更。
附图标记说明：
10 第一机器人机械手
11 第一基座
12 第一末端执行器
20 第二机器人机械手
21 第二基座
22 第二末端执行器
30 仿真计算单元
H1 确定
H2 确定
H3 确定和输出

Claims (10)

1.一种用于指定第一机器人机械手(10)的第一基座(11)和第二机器人机械手(20)的第二基座(21)之间的相对位置的仿真方法，
其中，确定(H1)所述第一机器人机械手(10)的第一工作空间，
其中，所述第一工作空间规定由第一末端执行器(12)的可能位置和所述第一末端执行器(12)在所述第一末端执行器(12)的相应位置处的可能取向组成的有限多个元组，
其中，对于所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的所指定的多个可能相对位置中的每一个，确定(H2)来自所述第一工作空间的多个那些元组作为评估变量；对于所述多个那些元组，所述第二机器人机械手(20)的第二末端执行器(22)能够分别相对于所述第一末端执行器(12)以预限定的取向和/或以预限定的距离定位，以及
其中，确定并输出(H3)所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的那个具有最高评估变量的相对位置，其中，所述评估变量是所述第一末端执行器(12)和第二末端执行器(22)可以在哪个公共的工作空间中协作执行任务的量度，并且其中，所述最高评估变量表示达到最大公共的工作空间，并且能够由所述第一机器人机械手(10)和所述第二机器人机械手(20)协作地执行最多样化的任务。
2.根据权利要求1所述的仿真方法，其中，所述仿真方法用于指定所述第一机器人机械手(10)的所述第一基座(11)和所述第二机器人机械手(20)的所述第二基座(21)之间的相对位置和相对取向，
其中，对于所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的所指定的多个可能相对位置和可能相对取向中的每一个确定所述评估变量，
其中，确定并输出所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的那个具有最高评估变量的相对位置和相对取向。
3.根据权利要求1所述的仿真方法，其中，当确定所述评估变量时检查所述第一机器人机械手(10)和所述第二机器人机械手(20)之间是否发生碰撞。
4.根据权利要求1所述的仿真方法，其中，所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的可能相对取向和/或可能相对位置是在网格中从所指定的多个取向和/或位置中指定的。
5.根据权利要求1所述的仿真方法，其中，所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的可能相对取向和/或可能相对位置是从所指定的多个取向和/或位置中通过受限非线性优化来指定的。
6.根据权利要求5所述的仿真方法，
其中，确定所述第二机器人机械手(20)的第二工作空间，
其中，所述第二工作空间规定由第二末端执行器(22)的可能位置和所述第二末端执行器(22)在所述第二末端执行器(22)的相应位置处的可能取向组成的有限多个元组，以及
其中，基于所述第一机器人机械手(10)的所述第一工作空间和所述第二机器人机械手(20)的所述第二工作空间的交集确定非线性优化的约束。
7.根据权利要求1所述的仿真方法，其中，所述第二末端执行器(22)相对于所述第一末端执行器(12)的预限定的取向通过围绕所述第一末端执行器(12)的基准点旋转半圈来限定，从而所述第一末端执行器(12)和所述第二末端执行器(22)彼此对称地指向。
8.一种用于指定第一机器人机械手(10)的第一基座(11)和第二机器人机械手(20)的第二基座(21)之间的相对位置的仿真计算单元(30)，其中，所述仿真计算单元(30)设置和实施成确定所述第一机器人机械手(10)的第一工作空间，其中，所述第一工作空间规定由第一末端执行器(12)的可能位置和所述第一末端执行器(12)在所述第一末端执行器(12)的相应位置处的可能取向组成的有限多个元组，其中，所述仿真计算单元(30)还设置和实施成对于所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的所指定的多个可能相对位置中的每一个，确定来自所述第一工作空间的多个那些元组作为评估变量；对于所述多个那些元组，所述第二机器人机械手(20)的第二末端执行器(22)能够分别相对于所述第一末端执行器(12)以预限定的取向和/或以预限定的距离定位，以及其中，所述仿真计算单元(30)设置和实施成确定并输出所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的那个具有最高评估变量的相对位置，其中，所述评估变量是所述第一末端执行器(12)和第二末端执行器(22)可以在哪个公共的工作空间中协作执行任务的量度，并且其中，所述最高评估变量表示达到最大公共的工作空间，并且能够由所述第一机器人机械手(10)和所述第二机器人机械手(20)协作地执行最多样化的任务。
9.根据权利要求8所述的仿真计算单元，其中，所述仿真计算单元(30)用于指定所述第一机器人机械手(10)的所述第一基座(11)和所述第二机器人机械手(20)的所述第二基座(21)之间的相对位置和相对取向，其中，所述仿真计算单元(30)还设置和实施成对于所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的所指定的多个可能相对位置和可能相对取向中的每一个确定所述评估变量，并且确定并输出所述第一基座(11)和所述第二基座(21)之间的那个具有最高评估变量的相对位置和相对取向。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的仿真计算单元(30)，其中，所述仿真计算单元(30)是所述第一机器人机械手(10)的控制单元。
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