CN113330376A - 基于高质量几何体的碰撞检查 - Google Patents

Abstract

机器具有多个轴(1)，借助轴使机器的元件(2至4)以位置受控的方式相对彼此行进。监视装置(7)接收轴(1)的多个组(p*、p)的位置值。组(p*、p)的位置值分别确定机器的元件(2至4)相对彼此的位置。根据对元件(2至4)的建模、对元件(2至4)的运动的建模，监视装置(7)针对多个组(p*、p)的位置值中的组(p*、p)的位置值分别得出：机器的元件(2至4)分别在机器的工作空间中占据哪些表面和/或体积。监视装置根据得出的表面和/或体积检查是否存在机器的元件(2至4)相撞的危险，并且依据检查的结果做出反应。监视装置(7)在元件(2至4)的建模的范畴中得出元件(2至4)的表面并且基于对元件(2至4)的表面的建模得出由元件(2至4)占据的体积。监视装置(7)借助在其侧由节点(12)和检查点(11)限定的二维样条曲线为元件(2至4)的表面的至少一部分建模。监视装置根据样条曲线的检查点(11)针对部段确定包围相应的部段中的相应的元件(2至4)的包络线(10)，并且将相应的包络线(10)用作为由相应的元件(2至4)在相应的部段中占据的表面。检查点(11)的直连接线是包络线(10)的面的边界线。

Description

基于高质量几何体的碰撞检查

技术领域

本发明涉及用于机器运行的监视方法，该机器具有多个轴，借助于轴使机器的元件以位置受控的方式相对彼此行进，

-其中，监视装置接收轴的多个组的位置值，其中，组的位置值分别确定机器的元件相对彼此的位置，

-其中，根据对机器的元件的建模、对机器的元件的运动的建模，监视装置针对多个组的位置值中的组的位置值分别得出：机器的哪个元件相应占据机器的工作空间中的哪个表面和/或哪个体积，

-其中，监视装置根据得出的表面和/或体积检查：是否存在机器的元件相撞的危险，并且

-其中，监视装置依据检查的结果做出反应。

本发明还涉及用于监视装置的计算机程序，其中，计算机程序包括机器码，机器码能由监视装置处理，其中，监视装置对机器码的处理使监视装置执行这种监视方法。

本发明还涉及监视装置，其中，利用这种计算机程序为监视装置编程，以使监视装置在运行期间执行这种监视方法。

本发明还涉及这种监视装置与用于控制机器运行的控制装置的组合，该机器具有多个轴，借助于轴使机器的元件以位置受控的方式相对彼此行进。

本发明还涉及一种机器，其中，该机器具有多个轴，借助于轴使机器的元件以位置受控的方式相对彼此行进，其中，该机器由控制装置控制，其中，控制装置配有这种监视装置。

背景技术

在工业产品的增多的自动加工和处理过程期间，越来越重要的是避免由于碰撞出现的人员和机器的损伤。这取决于预先、也就是在碰撞实际发生之前对碰撞危险的快速、稳健和可靠的识别。

为了能以自动的方式和方法预先识别碰撞，需要对机器和机器的相关元件进行几何建模。建模能够不仅包括机器的位置固定的元件(例如机器的基体或遮盖物)，还包括机器的能运行的元件(例如轴或机器臂)。在一些情况下，建模还包括轮廓在机器的运行期间改变的元件(典型的工件)。

好的碰撞识别基于算法，借助算法能够实现关于可能存在的碰撞的高质量的判断。在此特别适用的是已经预先避免面临的特定碰撞，例如通过使机器停车实现。在一些情况下，碰撞计算能够附加地用于得出机器的元件之间的距离并且考虑驱控范畴中的得出的距离。因此，能够例如通过相应设置速度边界值来优化机器的运行。

在现有技术中已知如下的算法，在其中基于三角形网络建模。因此，各个元件由三角形的面组成。该措施的实例是标准曲面细分语言(STL＝Standard TessellationLanguage)。在此，在许多情况下棱边分别与两个三角形共用并且角分别与多个三角形共用。在现有技术中已知另外的算法，在其中通过初等几何图形、例如球体、长方体、椎体或圆柱体进行容积体的近似计算。在两种情况下，为了增加建模的精度，要求不相称的附加开销。这不仅适用于建模，还适用于碰撞监视。因此，在实践中总是出现建模的精度和速度的折衷，利用其应当实现对面临的碰撞的监视。

从US 2016/0 242 858 A1中已知了如下方法，在其中借助于相机监视病人的治疗范围。治疗能够借助于治疗装置的机械运动的治疗工具实现。在病人的肢体以及治疗工具上设置位置传感器，其经由相机检测。能够借助于样条曲线为治疗装置的元件、病人的肢体和相机的检测范围建模。监视的是，治疗装置的元件或病人的肢体何时遮盖应当经由相机检测的可视范围。在该情况下发出消息以使治疗装置的操作者能将相机换位。

发明内容

本发明的目的在于提出可行性方案，借助于其能够以相对较小的计算开销实现对机器的元件的高精度的建模。

该目的通过具有权利要求1的特征的监视方法实现。该监视方法的有利的设计方案是从属权利要求2至6的内容。

根据本发明，开头部分所述类型的监视方法如下地设计，

-借助由相应的节点和相应的检查点以及必要时连同权重限定的多个二维的样条曲线，监视装置为机器的元件中的至少一个元件的表面的至少一部分建模，

-根据相应的样条曲线的检查点，监视装置针对相应的部段确定相应的包络线，该包络线包围相应的部段中的至少一个元件，

-相应的样条曲线的检查点的直的连接线是相应的包络线的面的边界线，并且

-监视装置将相应的包络线用作为由机器的至少一个元件在相应的部段中占据的表面。

二维的样条曲线在本发明的范畴中是在三维的空间中延伸的样条曲线，其中样条曲线在三维的空间中延伸的类型和方式、即样条曲线的位置、取向和曲线形状由二维中的变量确定。

优选地，相应的样条曲线在样条曲线的两个维度中分别描述第三度的至少一个函数。相应元件的相应部分关于样条曲线的说明通常能够无损、即没有实际轮廓近似地实现，因为实际的面原本是样条曲线面或者所有借助CAD(计算机辅助设计)系统生成的面说明能够以任意的精度变换到样条曲线面中。

样条曲线能够如专业人员普遍已知的那样通过检查点和节点以及必要时的权重明确和完整地描述。这种描述也是精简的。因此为了参数化相应的部段而限定相应的样条曲线的检查点和节点以及必要时的权重。这种表现通常仅需要相对较小的存储空间并且还不依据所期望的位置的分辨率。如果权重具有统一的值(特别是值1)，则涉及有理数的样条曲线。如果权重彼此具有不同的值，则涉及拆分有理数的样条曲线。

位置值的组的数量最小为1。在该情况下借助于位置值的(唯一的)组限定机器的相应的瞬时状态。可替换地，位置值的组的数量能够大于1。在该情况下借助于位置值的组来限定机器的相应的瞬时状态的时间上的序列、即运动。

由于通过样条曲线进行建模，因此通过多个部段建模元件的表面的相应部分，其能通过相应的参数进行参数化。部段在其参数化之前是一致的。相应参数的具体的选择确定了表面的相应部段的位置、取向和曲线形状。

因此，在本发明的范畴中，机器的与碰撞计算相关的元件借助于表面模型被说明，如其经常在CAD模型中应用的那样。尤其对机器的元件来说经常已经存在相应的描述。在该情况下能够直接应用这些描述。因此，机器的元件的表面的部段(与三角形网络和借助初等几何造型的近似相比)表示机器的元件的精确说明。

能够实现的是，完全借助于相应的样条曲线建模各个元件。也能够实现的是，多个元件(甚至全部原件)部分或者完全借助于相应的样条曲线建模。然而，在一些情况下具有初等几何造型或者三角形组成的网络的建模能够是合理的。机器的元件的至少一个元件至少部分地以本发明的方法和方式被建模。

优选的是，用于机器的相应元件的、机器的元件的表面涉及机器的相应元件的坐标系，并且根据位置值在机器的工作空间中变换机器的相应元件的坐标系的原点的位置和机器的相应元件的坐标系的取向。由此能够实现全部相应元件的简单的变换。

轴的位置值根据需要能够是额定值或实际值，也就是位置额定值或者位置实际值。

特别地，监视装置的依据检查结果的反应能够是，监视装置

-在检查得出不面临机器的元件碰撞的情况下，启用用于实施的、多个组的位置值或者在多个组的位置值中的时间上连续的组的位置值，并且

-在检查得出面临机器的元件碰撞的情况下，不启用用于实施的、组的位置值的序列和/或为机器的控制装置传输用于停止机器的指令。

如果轴的位置值是实际值，则必须在不存在碰撞的情况下启用用于实施的位置额定值的组，其在检查的时间点仍未实施并且随后在时间上跟随检查的位置值。反过来必须在存在碰撞的情况下为机器的控制装置传输用于停止机器的指令。如果轴的位置值是额定值，能够采取相同的措施。然而在该情况下优选的是，检查位置值的仍未实施的组并且在不存在碰撞的情况下自主启用用于实施的、多个组的位置值并且在其它情况下(即假如存在碰撞)不启用用于实施的、多个组的位置值。

能够实现的是，监视装置是与控制装置不同的装置。在该情况下必须“实时”传输相应的消息和信号。可替换地，监视装置能够集成到控制装置中或者与控制装置形成一个单元。在该情况下能够简化传输。

假如轴的位置值是实际值，则必须与机器的控制并行地实时实施上述措施。假如轴的位置值是额定值，那么可替换地能够实现与机器的控制并行地实时或由机器的控制触发的实施。

在本发明的范畴中不将样条曲线自身用于碰撞监视本身，而是仅应用其建模、即检查点和必要时的节点。特别地，根据相应的样条曲线的检查点为相应的部段确定相应的包络线，其包围相应的部段中的至少一个元件。该包络线在相应部段中包括机器的建模的元件。相应的样条曲线的检查点的直的连接线是相应的包络线的面的边界线。相应的包络线用作为由机器的建模的元件在相应的部段中占据的表面。该说明相对简单并且首先在处理中容易控制。该措施涉及专业人员普遍已知的场景，即机器的建模的元件的实际的表面涉及相应的部段，在其中存在确定的包络线。然而利用包络线能够明显比利用样条曲线自身更简单和快速地实现碰撞计算。

在本发明的一个特别有利的设计方案中提出，首先仅将基础节点和配属的检查点以及必要时的权重限定为用于相应的样条曲线的节点和检查点以及必要时的权重，并且监视装置迭代地执行以下步骤直到碰撞检查得出不存在碰撞危险或满足中断标准为止：

a)监视装置基于由瞬时限定的检查点确定的相应的包络线检查是否存在碰撞的危险；

b)在不存在机器的元件相撞的危险的情况下，监视装置将检查结果采纳为最终结果；

c)在存在机器的元件相撞的危险的情况下，监视装置检查是否满足中断标准；

d)在存在机器的元件相撞的危险并且满足中断标准的情况下，监视装置将检查结果采纳为最终结果；

e)在存在机器的元件相撞的危险并且不满足中断标准的情况下，监视装置除了限定瞬时限定的节点外还针对相应的样条曲线限定附加的节点，并且监视装置重新确定检查点以及必要时的权重，以使当前限定的节点和检查点以及必要时的权重描述与先前一样的样条曲线，并且与在限定附加的节点和重新确定检查点之前确定的相应的包络线相比，当前确定的相应的包络线具有更小的、到相应的样条曲线的最大距离。

通过该措施能够实现的是，首先以机器的相应元件的相应部分的相对简单的建模开始并且检查简单的建模的碰撞危险。当已经借助于简单的建模不存在碰撞时，实际也不存在碰撞。当相反地识别碰撞的危险时，其能够可替换地存在实际上(即也在现实世界)面临碰撞的危险或仅是建模不够准确。因此能够以更准确的建模重新实施检查。该措施能够进行到不再识别碰撞危险或者达到中断标准并且因此识别出碰撞为止。

在各种情况下仅在很少的元件并且在此仅在建模的元件的很少的位置上存在碰撞的危险。因此能够是现实的，将重复限制在刚好很少的步骤上。对于通常绝大多数部段来说第一次实施已经导致不存在碰撞的结果。对于这些部段不必重复。

中断标准通常情况下通过样条曲线上的包络线的足够的近似确定。特别地能够根据分别瞬时限定的检查点以简单的方式和方法得出距离的上边界，其具有样条曲线的包络线。当该距离低于预先给定的阈值时，其能够用作为中断标准。在该情况下能够假设的是，在更准确的建模中也一直还识别碰撞。

优选地，限定相应附加的节点，以使相应重新确定的检查点的至少一部分在条线的起点和终点之间并且在样条曲线上。由此以简单的方式保障的是，分别连续的包络线具有比分别前述的包络线更小的、到实际的样条曲线的最大距离。

此外，在利用样条曲线的建模中在评估的范畴中能够考虑的是，样条曲线的检查点仅局部起作用。在一维的情况下(即在二维的空间中延伸并且在其中以与样条曲线一样的方式和方法在二维空间中延伸的样条曲线中)通过一个维度中的变量确定的检查点能够仅在n个之前和n个之后的节点的范畴中影响样条曲线的过程曲线。相反，检查点不影响经过n个之前和n个之后的节点的样条曲线的过程曲线。数值n取决于样条曲线的复杂度。数值例如能够是3、4或5。这些上述用于阐述一维的样条曲线的场景也以类似的方式适用于二维的样条曲线，即样条面。

检查点的仅局部的有效性能够如下地评估，

-针对部段分别选取相邻的检查点的组，

-针对选取的组分别确定包络线，并且

-通过对包络线进行碰撞方面的检查来实现碰撞检查。

相邻的检查点的组的参量在该情况下通过样条曲线的复杂度确定。此外，在该情况下必须选取相邻的检查点的全部相关的组。由此能够在结果中为机器的相应元件得出多个单独的小包络线，其互相重叠并且整体上包围整个相应建模的元件。因此，该措施必须被足够频繁地使用。然而，其能够总是还比利用明显更多的检查点的包络线更简单并且首先更准确地工作。

此外，该目的通过具有权利要求6的特征的计算机程序实现。根据本发明，开头部分所述类型的计算机程序设计为，监视装置对机器码的处理使监视装置执行根据本发明的监视方法。

该目的还通过具有权利要求7的特征的监视装置实现。根据本发明，开头部分所述类型的监视装置利用根据本发明的计算机程序编程，监视装置对机器码的处理由此使监视装置执行根据本发明的监视方法。

此外，该目的通过具有权利要求8的特征的监视装置与用于控制机器运行的控制装置的组合实现。根据本发明将控制装置与根据本发明的监视装置组合。

此外，该目的通过具有权利要求9的特征的机器实现。根据本发明，控制装置配有根据本发明的监视装置。

附图说明

结合下述联系附图详细阐述的实施例说明，清楚和明白地阐述了本发明的上述特性、特征和优点以及实现方式和方法。在此示意性地示出：

图1示出具有配属的控制装置和监视装置的机器，

图2示出额定值的组，

图3示出流程图，

图4示出流程图，

图5示出二维的样条曲线的立体图，

图6示出一维的样条曲线的部段，

图7示出坐标系的原点的位置和取向的变换，

图8示出流程图，

图9示出流程图，

图10示出一维的样条曲线的部段，并且

图11同样示出一维的样条曲线的部段。

具体实施方式

根据图1，机器具有多个轴1。借助于轴1使机器的元件2至4以位置受控的方式相对彼此行进。元件2至4以位置受控的方式相对彼此的行进能够根据需要是平移和/或旋转的。相应地，轴1分别利用额定值驱控，其中，同时发送到轴1上的额定值相对彼此地确定机器的元件2至4的相应的平移的位置和/或相应的取向。因此，轴1分别包括位置调节器，位置预先给定相应的位置额定值和相应的位置实际值。相应的位置调节器得出相应的位置参量，以使相应的位置实际值尽可能接近相应的位置额定值。相应的位置参量发送给相应的轴1的相应的驱动器，以使轴1相应地行进。由轴1实施的行进运动的整体与机器的整体行进运动对应一致。

例如，额定值的相应的组能够根据图2所示针对机器的相应的轴1分别包括用于笛卡尔坐标系的x方向、y方向和z方向的额定值x*、y*、z*，和/或分别包括用于该坐标系之中的一个或两个取向的额定值α*、β*。额定值本身的准确的类型是次重要的。要决定的是，其相对彼此地确定机器的元件2至4的相应的平移的位置和/或相应的取向。

机器原理上能够是任意性质的。例如，机器能够是机床、生产机器或工业机器人。通常机器的元件2至4中的一个是机器的位置固定的元件。例如元件2能够是机器的基体。此外，机器的元件2至4中的一个是机器的能运动的元件。例如元件3能够是机器臂或在此的机器刀具。此外，在一些情况下机器的元件2至4中的至少一个是在机器的运行期间轮廓变化的元件。元件尤其在机床的工件中通常是该情况。

机器的元件2至4是纯示例性的。通常，机器具有另外的元件，其在图中未示出并且接下来不详细探讨。然而对于这些元件来说下面的实施方案也能够是有效的。

分别同时发送到轴1的额定值接下来称为额定值的组。相应的组对应标号p*。因此，标号p*用于对于每个轴1来说包含其相应的位置额定值的向量。

为轴1输送额定值的多个组p*。当数量等于1时，额定值的(唯一的)组p*限定了元件2至4相对彼此的瞬时位置。当数量大于1时，该数量限定了时间上的序列，其确定了元件2至4相对彼此的运动的时间上的过程曲线以及轨迹，在其上元件2至4相对彼此地运动。

机器由控制装置5控制。控制装置5通常构造为数控系统(CNC)或类似的控制系统。控制装置5通常包括轴1的位置调节器。控制装置5通常预先给定使用程序6(例如子程序)。使用程序6在该情况下确定机器的要进行的运行方式并且由此特别地限定额定值的组p*的序列。然而，额定值的组p*也能够以其它方式和方法生成。例如，机器能够以手动运行工作，在其中控制装置5的操作员直接预先给定行进指令，其由控制装置5转化为位置调节的轴1的相应的额定值。也能够实现的是，根据使用程序6生成的额定值由控制装置5进行修正。

此外，存在监视装置7。监视装置7在当前情况下对应控制装置5。其在图1中通过虚线框架表示，其包围控制装置5和监视装置7。在对应的基础上监视装置7和控制装置5因此组成相应的组合。接下来结合相应的组合或对应阐述本发明。然而，在本发明的一些设计方案中监视装置7也能够与控制装置5分开地运行。

监视装置7利用计算机程序8编程。计算机程序8包括机器码9，其能够监视装置7执行。机器码9的通过监视装置7的执行使监视装置7实施监视方法，其接下来详细阐述。

根据图3，监视装置7首先在步骤S1中接收机器的各个元件2至4的描述D。在步骤S2中，监视装置7根据接收的描述D为机器的元件2至4建模。

在步骤S3中，监视装置7接收机器的运动的描述D’。在步骤S4中，监视装置7接收轴1的额定值的多个组p*。额定值的相应的组p*限定轴1的相应的驱控以及机器的元件2至4相对彼此的位置和/或取向。

在步骤S5中，监视装置7针对额定值的组p*得出机器的哪个元件2至4在机器的工作空间中分别占据哪个表面和/或哪个体积。在此，监视装置7利用在步骤S2中得出的机器的元件2至4的建模、基于步骤S3给定的机器的元件的运动的建模和额定值的相应的组p*。

在步骤S6中，监视装置7检查是否存在机器的元件2至4相撞的危险。因此，监视装置7在步骤S6中检查：是否存在元件2至4中的一个与元件2至4中的另一个碰撞的危险。步骤S6的检查在利用在步骤S5中得出的表面和/或体积的条件下进行。根据是否在步骤S6中识别或未识别出碰撞的危险，监视装置7转到步骤S7或步骤S8。

通常当机器的元件2至4中的两个在机器的工作空间中过近或甚至相交时，在步骤S6的范畴中始终识别为碰撞。然而例外是机器的刀具(例如元件3)和工件(例如机器的元件4)。在此能够在确定的范围中允许重叠。允许哪种形式的重叠对于监视装置7来说是已知的。

在碰撞识别的范畴中的刀具和工件的重叠的许可对于专业人员本身来说是已知的。因此不必详细阐述。仅需要注意的是，碰撞识别本身、即步骤S6不与现有技术的措施区分。决定得出机器的各个元件2至4的表面和体积的方式和方法的区别。其是本发明的内容，然而不是“期望的碰撞”(等于加工)与“不期望的碰撞”的区别。

当监视装置识别出机器的元件2至4面临相撞的危险时，监视装置7执行步骤S7。能够实现的是，监视装置7在步骤S7中不启用用于实施的、额定值的多个组p*。特别地，当额定值涉及之后的时间段时能够实现该措施。可替换地能够实现的是，监视装置7为控制装置5传输用于停止机器的指令。特别地，当额定值是已经实施的额定值时，该措施是合理的。在两种情况下，监视装置7能够传输相应的指令B给控制装置5。

当监视装置未识别出机器的元件2至4面临相撞的危险时，监视装置7执行步骤S8。监视装置7能够在步骤S8中(例如通过传输相应的指令B’到控制装置5)启用用于实施的、额定值的多个组p*。特别地，当额定值涉及之后的时间段时能够实现该措施。在可能的情况下，其也能够启用额定值的多个组p*的、在时间上接续的额定值的组p*。特别地，当额定值是已经实施的额定值时，该措施是合理的。

在图3的措施的范畴中，轴1的位置值是额定值。额定值能够预先已知。因此虽然能够实现但不必强制的是，监视装置7与控制机器并行地通过控制装置5并且实时地实施图3的措施。

图4的步骤S11至S18示出了与图3类似的措施。区别在于，监视装置7在步骤S14中不接收轴1的额定值的多个组p*，而是接收轴1的实际值的多个组p*。由此得到各种区别。

首先，监视装置7必须与控制机器并行地通过控制装置5并且实时地实施图4的措施。

此外能够实现的是，必须针对步骤S6的检查修改步骤S16的检查。因为在图3的步骤S6中能够允许机器的元件2至4相互之间原则上任一小的距离的同时，当距离达到或低于最小允许值时，必须在步骤S16的范畴中已经识别为碰撞。因为在图4的措施的范畴中必须能够及时停止机器。在此，例外能够适用于机器的刀具和工件。

此外，监视装置7必须在步骤S17中(当监视装置已经识别出机器的元件2至4存在相撞的危险时)为控制装置传输用于停止机器的指令B，从而能够使控制装置5停止机器。

最后使在步骤S18中传输的指令B信号化，即监视装置启用位置额定值的实施，其涉及之后的时间段。

图3和图4的步骤的次序在方法方面也与现有技术一样。因此，只要有需要，接下来仅探讨各个步骤的根据本发明的设计方案。在此，接下来仅探讨图3的步骤S1至S8的变化方案。对于图4的步骤S11至S18适用类似的实施方案。

首先，步骤S1和为监视装置7预先给定各个元件2至4的描述D所采用的方式和方法以根据本发明的方式和方法设计。其接下来针对元件2详细阐述。对于机器的其它的元件3、4能够适用类似的实施方案。

特别地，元件2的表面或其表面的至少一部分通过面的多个部段建模。各个部段通过相应的参数进行参数化。例如，在图5中由黑点表示的位置在空间中预先给定。在参数化之前(只要对部段进行参数化的参数还不对应具体的值)，部段是一致的。这适用于描述元件的面的部段、以及(只要根据本发明建模多个元件2至4)在全体元件中适用于描述其它的元件3、4的面。部段能够通过参数进行参数化，使得参数(即面的相应部段的具体的值)确定元件2的表面的相应部段的位置、取向和曲线形状。特别地，面的部段能够是二维的样条曲线。在该情况下通过参数在面的两个维度中例如通过至少3级多项式实现描述。

根据图5和图6，特别地在二维的样条曲线的情况下使得相应的部段参数化的参数能够是检查点11和样条曲线的节点12的序列。如果样条曲线是拆分有理数的，那么必须为检查点11还附加地限定权重。检查点11和节点12和权重对于专业人员来说作为有理数的或拆分有理数的样条曲线的描述而普遍已知。纯示例性地能够参考柏林Springer出版社2001年的Carl de Boor的标准专业书“样条曲线的实用指南”。

在节点12、检查点11以及必要时的权重明确限定样条曲线方面，样条曲线的通过节点12、检查点11以及必要时的权重的描述是明确的。然而反过来，能够实现节点12、检查点11以及必要时的权重的各种预先给定，其给出全部相同的样条曲线。其对于专业人员也是普遍已知的。特别地，能够经由最小要求的节点12的数量和配属的检查点11以及必要时的权重预先给定另外的节点12、检查点11以及必要时的权重，而不改变样条曲线本身。其仅要求合适地选择节点12、检查点11以及必要时的权重。

基于部段的参数的相应的预先给定，监视装置7能够在步骤S2中特别地首先得出机器的元件2(和假定相应的建模的另外的元件3、4)的表面。只要需要，监视装置7就能够还在相应的元件2至4的表面的建模的基础上得出由机器的相应的元件2至4占据的体积。表面的得出在给定的样条曲线中容易实现。占据的体积的得出在给定的表面中同样容易实现。因此，不必详细阐述这两个进程。

元件2的表面(其能够如所示那样以类似的方式也适用于机器的其它的元件3、4)根据图5所示涉及元件2的坐标系。因此，根据位置值必须仅在步骤S5中在机器的工作空间中平移并且旋转定位在步骤S2中得出的表面和/或在步骤S2中得出的体积。其如在图7中为元件2表示的那样通过机器的元件2的坐标系的元件位置在机器的工作空间中的相应变换和元件2的坐标系的定位在机器的工作空间中的相应变换实现。从图7的坐标系的元件出发的箭头示出平移，布置在箭头结尾的坐标系的其它的定位示出了定位的变换。在此在可能的情况下为机器的其它元件3、4也进行类似的措施。

为了检查步骤S6中的碰撞，根据图8给出措施。

首先，监视装置7在步骤S21中为相应的部段确定包络线10(见实例性的用于一维的样条曲线的图6)。监视装置7根据相应的样条曲线的检查点11确定包络线10。假如预先给定了权重，其对于包络线10的确定来说是不相关的。包络线10出于简明和图示的原因仅在图6示出。在包络线10中根据图6所示检查点11的直的连接线是相应的包络线10的面的边界线。包络线10具有的特性为，机器的建模的元件2的相应部段位于包络线10之中。包络线10能被容易地得出。此外能容易得出的是，工作空间的确定的点是否在包络线10之中。特别地这些得出能够比当利用样条曲线自身计算时更简单地实现。因此，监视装置7能够在步骤S22中利用包络线10进行碰撞监视本身。因此，监视装置7应用包络线10作为由机器的分别建模的元件2在相应部段中占据的表面或者在其上建立得出的体积。

图8的措施能够以各种方式和方法实施。接下来结合图9阐述可能的这种实施方案。

根据图9，首先仅限定基础节点和配属的检查点(以及必要时的配属的权重)作为相应的样条曲线的节点12和检查点11。该限定例如能够在步骤S1的范畴中进行。图10示例性地为一维的样条曲线示出这种基础检查点和由此限定的包络线10。基础检查点示出为小的圆圈，包络线10示出为连接基础检查点的线。样条曲线开始处的基础检查点和样条曲线结尾处的基础检查点在样条曲线自身上。另外的基础检查点能够在个别情况下在样条曲线自身上，但是一般而言根据图10所示在样条曲线之外。相应的实施方案以完全类似的方式也适用于二维的样条曲线。

图8的步骤S21本身在图9的措施的范畴中保持不变。步骤S22本身也保持不变。然而附加地，存在步骤S31至S33。在步骤S31中监视装置7检查是否满足中断标准。当满足中断标准时，监视装置7转到步骤S7。当不满足中断标准时，监视装置7转到步骤S32。在步骤S32中监视装置7为相应的样条曲线(以及甚至作为在步骤S32的实施之前限定的节点的附加)限定(至少一个)附加的节点12。

在步骤S33中，监视装置7重新确定检查点11。步骤S33的确定实现为，当前限定的节点12和检查点11描述与先前一样的样条曲线。因此，样条曲线自身不变化。重新确定的检查点11在图10中以小的圆圈表示。优选地，监视装置7确定附加的节点12中的至少一个，使得分别重新确定的节点11的至少一部分在样条曲线的起点和终点之间并且在样条曲线上。之后监视装置7再次回到步骤S21。附加的检查点11在图10中同样通过小圆圈表示。

基于具体的选择和附加的节点12和检查点11的确定保障的是，在步骤21的重新实施中包络线10能够分为多个(至少两个)新的包络线10’、10”，其中，与之前的包络线10相比，两个新的包络线10’、10”具有更小的、到相应的样条曲线的最大距离。新的包络线10’、10”在图10中基本上与包络线10不同地以点划线示出。

能够实现的是，迭代地执行步骤S21、S22、S31、S32和S33的次序。在该情况下总是再次限定新附加的节点12，确定检查点11并且总是重新得出包络线10’、10”。然而当机器的元件2至4不面临碰撞时，在每种情况下(从步骤S22出发)离开图9的常规并且过渡到步骤S8。因此，在这两种情况下接收最后在步骤S22中得出的结果作为最终结果。

当与之相反虽然识别出面临碰撞危险但是不满足中断标准时，(如已经参数化的那样在可能的情况下多次重复)分别作为瞬时限定的节点12和确定的检查点11的附加为相应的样条曲线线性限定附加的节点12，并且限定节点11以及必要时的权重，以使当前确定的相应的包络线(例如由包络线10’、10”组成)与之前重复相比具有更小的、到相应的样条曲线的最大距离。随后利用新的包络线10’、10”执行对碰撞的新的检查。

特别地，中断标准能够确定为，使得得出的包络线10、10’、10”足够近似样条曲线自身，因此最大距离降到预先确定的阈值之下。特别地对于专业人员普遍已知的是，如何能够以简单和有效的方式根据瞬时限定的检查点11得出距离的上边界。该距离能够与预先确定的阈值比较。

如还对于专业人员普遍已知的那样，样条曲线具有的特性为，使得相应的样条曲线虽然一方面通过节点12和检查点11以及必要时的权重完全并且明确地描述，但是检查点11仅在相应的检查点11的确定的范围之中影响样条曲线。这接下来实例性地结合用于一维的样条曲线的图11详细阐述。相应的实施方案以完全类似的方式也适用于二维的样条曲线。

检查点11在图11中还根据其顺序补充小写字母a至i。例如在检查点11c和11d之间的范围中的样条曲线的过程曲线例如由检查点11a至11f影响，然而不再由远离的检查点11、在瞬时情况下为检查点11g、11h和11i影响。以类似的方式，例如在检查点11d和11e之间的范围中的样条曲线的过程曲线例如由检查点11b至11g影响，然而不再由远离的检查点11、在瞬时情况下为检查点11a、11h和11i影响。类似的实施方案也适用于样条曲线的其它的范围。

因此能够实现的是，为部段分别选取相邻的检查点11的组，如为检查点11c和11d之间的范围选取检查点11a至11f，为检查点11d和11e之间的范围选取检查点11b至11g等。因此，为相邻的检查点11的每个选取的组(图11示出的是为检查点11a至11f)能够得出包络线10。因此能够实现的是，为分别配属的范围(例如为检查点11c和11d之间的范围)仅应用该包络线10，以便执行对碰撞的检查。

当然，检查必须针对每个应当检查碰撞的范围实施，即在可能的情况下不仅为检查点11a和11b之间的范围、还有检查点11b和11c之间的范围等。当为检查的范围中的一个得出碰撞时，在结果中识别出碰撞。

因此总体而言，本发明涉及下述场景：

机器具有多个轴1，借助于轴使机器的元件2至4以位置受控的方式相对彼此行进。监视装置7接收轴1的多个组的位置值p*、p。组的位置值p*、p分别确定相对彼此的机器的元件2至4的位置。监视装置7根据元件2至4的建模、元件2至4的运动的建模针对多个组的位置值p*、p的组的位置值p*、p分别得出：机器的元件2至4分别在机器的工作空间中占据哪些表面和/或哪些体积。监视装置根据得出的表面和/或体积检查是否存在机器的元件2至4相撞的危险，并且依据检查的结果做出反应。监视装置7通过在其侧由节点12和检查点11限定的二维的样条曲线为元件2至4的表面的至少一部分建模。监视装置根据样条曲线的检查点11为部段得出包围相应部段中的相应元件2至4的包络线10，并且将相应的包络线10用作为由相应的元件2至4在相应的部段中占据的表面。检查点11的直的连接线是包络线10的面积的边界线。

本发明具有多个优点。因此特别地能够实现紧凑的数据存储并且对此要求较小的存储需要。此外，在实际中必须通常在建模的所期望的精度上应用比现有技术显著更小的各个部段。此外，针对元件2至4的实际轮廓不产生精度损失。该表现与现有技术不同，在现有技术中通过建模始终获得近似。能够明显减少多个故障警报或更差的错误地不被识别的碰撞。

尽管通过优选的实施例在细节上详细地阐述并描述了本发明，但本发明并不局限于所公开的实例，并且其它的变体能够由专业人员推导出，这不脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于机器运行的监视方法，所述机器具有多个轴(1)，借助于所述轴使所述机器的元件(2至4)以位置受控的方式相对彼此行进，

-其中，监视装置(7)接收所述轴(1)的多个组(p*、p)的位置值，其中，所述组(p*、p)的位置值分别确定所述机器的所述元件(2至4)相对彼此的位置，

-其中，根据对所述机器的所述元件(2至4)的建模、对所述机器的所述元件(2至4)的运动的建模，所述监视装置(7)针对所述多个组(p*、p)的位置值中的组(p*、p)的位置值分别得出：所述机器的哪个元件(2至4)相应占据所述机器的工作空间中的哪个表面和/或哪个体积，

-其中，所述监视装置(7)根据得出的所述表面和/或所述体积检查：是否存在所述机器的元件(2至4)相撞的危险，并且

-其中，所述监视装置(7)依据所述检查的结果做出反应，

其特征在于，

-借助由相应的节点(12)和相应的检查点(11)以及必要时连同权重限定的多个二维的样条曲线，所述监视装置(7)为所述机器的所述元件(2至4)中的至少一个元件的所述表面的至少一部分建模，

-根据相应的所述样条曲线的所述检查点(11)，所述监视装置(7)针对相应的部段确定相应的包络线(10)，所述包络线包围相应的所述部段中的至少一个所述元件(2至4)，

-相应的所述样条曲线的所述检查点(11)的直的连接线是相应的所述包络线(10)的面的边界线，并且

-所述监视装置(7)将相应的所述包络线(10)用作为由所述机器的至少一个所述元件(2至4)在相应的所述部段中占据的表面。

2.根据权利要求1所述的监视方法，其特征在于，

用于所述机器的相应的所述元件(2至4)的、所述机器的所述元件(2至4)的所述表面涉及所述机器的相应的所述元件(2至4)的坐标系，并且根据所述位置值在所述机器的所述工作空间中变换所述机器的相应的所述元件(2至4)的所述坐标系的原点的位置和所述机器的相应的所述元件(2至4)的所述坐标系的取向。

3.根据权利要求1或2所述的监视方法，其特征在于，

首先仅将基础节点和配属的检查点以及必要时的权重限定为用于相应的所述样条曲线的节点(12)和检查点(11)以及必要时的权重，并且所述监视装置(7)迭代地执行以下步骤直到碰撞检查得出不存在碰撞危险或满足中断标准为止：

a)所述监视装置(7)基于由瞬时限定的所述检查点(11)确定的相应的所述包络线(10)检查是否存在碰撞的危险；

b)在不存在所述机器的元件(2至4)相撞的危险的情况下，所述监视装置(7)将检查结果采纳为最终结果；

c)在存在所述机器的元件(2至4)相撞的危险的情况下，所述监视装置(7)检查是否满足所述中断标准；

d)在存在所述机器的元件(2至4)相撞的危险并且满足所述中断标准的情况下，所述监视装置(7)将检查结果采纳为最终结果；

e)在存在所述机器的元件(2至4)相撞的危险并且不满足所述中断标准的情况下，所述监视装置(7)除了限定瞬时限定的所述节点(12)外还针对相应的所述样条曲线限定附加的节点(12)，并且所述监视装置重新确定所述检查点(11)以及必要时的所述权重，以使当前限定的节点(12)和检查点(11)以及必要时的权重描述与先前一样的样条曲线，并且与在限定附加的节点(12)和重新确定所述检查点(11)之前确定的相应的所述包络线(10)相比，当前确定的相应的包络线(10’、10”)具有更小的、到相应的所述样条曲线的最大距离。

4.根据权利要求3所述的监视方法，其特征在于，

限定相应附加的节点(12)，以使相应重新确定的检查点(11)的至少一部分在所述样条曲线的起点与终点之间并且在所述样条曲线上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的监视方法，其特征在于，

-针对所述部段分别选取相邻的检查点(11)的组，

-针对选取的组分别确定所述包络线(10)，并且

-通过对所述包络线(10)进行碰撞方面的检查来实现碰撞检查。

6.一种用于监视装置(7)的计算机程序，其中，所述计算机程序包括机器码(9)，所述机器码能由所述监视装置(7)处理，其中，所述监视装置(7)对所述机器码(9)的所述处理使所述监视装置(7)执行根据前述权利要求中任一项所述的监视方法。

7.一种监视装置，其中，利用根据权利要求6所述的计算机程序为所述监视装置编程，以使所述监视装置在运行期间执行根据权利要求1至5中任一项所述的监视方法。

8.一种根据权利要求7所述的监视装置(7)与用于控制机器运行的控制装置(5)的组合，所述机器具有多个轴(1)，借助于所述轴使所述机器的元件(2至4)以位置受控的方式相对彼此行进。

9.一种机器，其中，所述机器具有多个轴(1)，借助于所述轴使所述机器的元件(2至4)以位置受控的方式相对彼此行进，其中，所述机器由控制装置(5)控制，其中，所述控制装置(5)配有根据权利要求7所述的监视装置(7)。

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