DE102023103980A1

DE102023103980A1 - Deformation überstrichener volumen

Info

Publication number: DE102023103980A1
Application number: DE102023103980.6A
Authority: DE
Inventors: Hsien-Chung Lin; Tetsuaki Kato
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2022-03-15
Filing date: 2023-02-17
Publication date: 2023-09-21
Also published as: CN116766174A; US20230294287A1; JP2023135648A

Abstract

Eine Roboterstörungsprüf-Bewegungsplanungstechnik verwendet Deformation überstrichener Volumen. Ein Schnellerkundungs-Zufallsbaum- bzw. RRT-Algorithmus erzeugt zufällige Stichprobenknoten zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt. Jeder Stichprobenknoten wird durch Prüfen auf Roboter-Hindernis-Störungen auf einem Pfadsegment zu dem Knoten evaluiert. Wenn eine Störung auf dem Pfadsegment existiert, wird ein überstrichenes Volumen des Segments verwendet, um eine kritische Stellung zu identifizieren, bei der die Störungen am größten sind, und Hindernis-Störungspunkte werden verwendet, um eine virtuelle Kraft zu definieren, die auf die Roboterglieder angewandt wird, um das Pfadsegment zu modifizieren, um die Störungsbedingung zu mildern. Ein überstrichenes Volumen des modifizierten Pfadsegments wird berechnet und evaluiert. Wenn das modifizierte überstrichene Volumen kollisionsfrei ist und der Modifiziertes-Pfadsegment-Bewegungsplan Robotergelenk-Bereichskriterien erfüllt, werden das modifizierte Pfadsegment und der Stichprobenknoten zu dem insgesamten Roboterbewegungsprogramm hinzugefügt.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Industrieroboter-Bewegungssteuerung und insbesondere eine Roboterstörungsprüf-Bewegungsplantechnik, die zufällige Stichprobenknoten zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt erzeugt, einen Bewegungsplan für ein Pfadsegment zu einem nächsten Stichprobenknoten berechnet und, wenn eine Störung auf dem Pfadsegment existiert, ein überstrichenes Volumen des Segments verwendet um den Schweregrad der Störung zu bestimmen und einen revidierten Bewegungsplan für das Segment zu berechnen, der minderschwere Störungen auflöst.
Stand der Technik
Die Verwendung von Industrierobotern zum Ausführen vielfältiger Herstellungs-, Fertigungs- und Materialbewegungsoperationen ist gut bekannt. In vielen Roboter-Arbeitsumgebungen sind Hindernisse anwesend und können sich im Pfad der Bewegung des Roboters befinden. Die Hindernisse können permanente Strukturen wie Maschinen und Anlagen sein, oder die Hindernisse können vorübergehend oder mobil sein. Ein großes Arbeitsstück, an dem durch den Roboter gearbeitet wird, kann selbst ein Hindernis sein, da der Roboter in oder um das Arbeitsstück herum manövrieren muss, während er eine Operation wie Schweißen ausführt. In Arbeitsumgebungen mit mehreren Robotern ist jeder Roboter ein potenzielles Hindernis für andere Roboter. Kollisionen zwischen irgendeinem Teil der Roboter und irgendeinem Hindernis müssen absolut vermieden werden.
Es ist bekannt, Störungsprüfalgorithmen in Roboterbewegungs-Planungsroutinen, einschließlich während Echtzeit-Bewegungs-/-Pfadplanung, zu verwenden. Eine bekannte Pfadplanungstechnik, die in hindernisintensiven Roboterumgebungen verwendet wird, ist der RRT (Schnellerkundungs-Zufallsbaum), der zufällige Stichprobenpunkte zum ultimativen Verbinden eines Startpunkts mit einem Zielpunkt erzeugt, wobei jeder „Punkt“ tatsächlich eine vollständige Roboterhaltung ist. Die RRT-Technik prüft die Durchführbarkeit jedes Stichprobenpunkts durch Bestimmen, ob ein Roboterbewegungssegment von einem aktuellen durchführbaren Punkt zum nächsten Stichprobenpunkt kollisionsfrei ist. Wenn das Bewegungssegment nicht kollisionsfrei ist, wird der Stichprobenpunkt verworfen und ein neuer Stichprobenpunkt zufällig erzeugt und evaluiert. Wenn das Bewegungssegment kollisionsfrei ist, wird der Stichprobenpunkt zu dem Baum hinzugefügt und zufällig ein neuer Stichprobenpunkt erzeugt.
Obwohl die RRT-Technik beim Finden eines kollisionsfreien Pfads von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt effektiv ist, kann sie in hindernisintensiven Roboterumgebungen aufgrund der niedrigen Wahrscheinlichkeit, dass ein Bewegungssegment zu einem vorgeschlagenen Stichprobenpunkt kollisionsfrei ist, ineffizient sein. Da traditionelle RRT-Implementierungen den Schweregrad von Roboter-Hindernis-Kollisionen auf vorgeschlagenen Bewegungssegmenten nicht berücksichtigen, werden viele Stichprobenpunkte mit nur geringfügigen Störungsbedingungen verworfen, wodurch der Baum entweder sehr langsam wächst oder in eine ineffiziente Richtung wächst.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände wird eine verbesserte Roboterstörungs-Prüfpfad-Planungstechnik benötigt, die den Schweregrad von Roboter-Hindernis-Kollisionen berücksichtigt und Bewegungssegmente modifiziert, um geringfügige Störungen aufzulösen, statt den vorgeschlagenen Stichprobenpunkt zu verwerfen.
KURZFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine RoboterStörungsprüf-Bewegungsplantechnik, die Deformation überstrichener Volumen verwendet. Ein Schnellerkundungs-Zufallsbaum- bzw. RRT-Algorithmus erzeugt zufällige Stichprobenknoten zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt. Jeder Stichprobenknoten wird durch Prüfen auf Roboter-Hindernis-Störungen auf einem Pfadsegment zu dem Knoten evaluiert. Wenn eine Störung auf dem Pfadsegment existiert, wird ein überstrichenes Volumen des Segments verwendet, um eine kritische Stellung zu identifizieren, bei der die Störungen am größten sind, und Hindernis-Störungspunkte werden verwendet, um eine virtuelle Kraft zu definieren, die auf die Roboterglieder angewandt wird, um das Pfadsegment zu modifizieren, um die Störungsbedingung zu mildern. Ein überstrichenes Volumen des modifizierten Pfadsegments wird berechnet und evaluiert. Wenn das modifizierte überstrichene Volumen kollisionsfrei ist und der Modifiziertes-Pfadsegment-Bewegungsplan Robotergelenk-Bereichskriterien erfüllt, werden das modifizierte Pfadsegment und der Stichprobenknoten zu dem insgesamten Roboterbewegungsprogramm hinzugefügt.
Zusätzliche Merkmale der hier offenbarten Vorrichtungen und Verfahren werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Darstellung eines Industrieroboters, der eine Operation an einem Fahrzeugchassisarbeitsstück ausführt, das selbst ein Hindernis ist;
2A und 2B sind Darstellungen eines RRT-Pfad-Planungsprozesses, bei dem ein Bewegungssegment zu einem vorgeschlagenen Stichprobenknoten auf ein erhebliches bzw. ein nicht erhebliches Hindernis trifft;
3 ist eine isometrische Ansichtsdarstellung eines Roboters, der durch eine Fahrzeugchassistüröffnung reicht, um eine Operation auszuführen, wobei ein Fall abgebildet ist, der verwendet wird, um das Überstrichenes-Volumen-Deformations-Pfadplanungsverfahren der vorliegenden Offenbarung zu exemplifizieren;
4 ist eine Seitenansichtsdarstellung eines überstrichen Volumens, das durch den Roboter von 3 erzeugt wird, der durch die Fahrzeugchassistüröffnung reicht, um die Operation auszuführen, wobei ein Schritt in dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung abgebildet ist;
5A ist eine Darstellung eines Umrisses des überstrichenen Volumens von 4, wobei eine Störungsbedingung zwischen einem statischen Hindernis und dem überstrichenen Volumen des Roboters gezeigt ist; 5B ist eine Darstellung des Umrisses des überstrichenen Volumens von 5A, wobei eine kritische Roboterstellung für die Störungsbedingung und eine Region, die das überstrichene Volumen vermeiden muss, gezeigt ist; 5C ist eine Darstellung eines Umrisses eines deformierten überstrichenen Volumens, das die Störungsbedingung von 5A auflöst, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6A ist ein Statische-Virtuelle-Kraft- und Geometriediagramm eines Roboters, das virtuelle Kräfte zeigt, die auf Roboterglieder angewandt werden, um eine Störung mit einem Hindernis zu vermeiden, und 6B ist ein Geometriediagramm des Roboters von 6A, das zeigt, wie sich Roboterhaltung aufgrund der virtuellen Kräfte ändert, um die Störung mit dem Hindernis zu vermeiden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine Seitenansichtsdarstellung eines deformierten überstrichenen Volumens, das durch den Roboter von 3 erzeugt wird, nachdem sein Bewegungsplan unter Verwendung der in 6 gezeigten Technik modifiziert wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Roboterstörungs-Prüfpfadplanung unter Verwendung von Deformation überstrichener Volumen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Besprechung der Ausführungsformen der Offenbarung betreffend Roboterstörungs-Prüfungspfadplanung unter Verwendung von Deformation überstrichener Volumen ist lediglich beispielhafter Art und soll die offenbarten Vorrichtungen und Techniken oder ihre Anwendungen oder Verwendungen auf keinerlei Weise beschränken.
Es ist gut bekannt, Industrieroboter für vielfältige Herstellungs-, Montage- und Materialbewegungsoperationen zu verwenden. In vielen Roboter-Arbeitsumgebungen sind Hindernisse anwesend und können sich in dem Pfad der Bewegung des Roboters befinden - das heißt, die Hindernisse können sich zwischen einer aktuellen Position eines Roboters und der Zielposition des Roboters befinden. Die Hindernisse können permanente Strukturen wie Maschinen und Anlagen sein oder die Hindernisse können vorübergehend oder mobil sein. Ein großes Arbeitsstück - an dem ein Roboter arbeitet - kann selbst ein Hindernis sein, da der Roboter in oder um das Arbeitsstück herum manövrieren muss, während der eine Operation wie Schweißen ausführt. Ein Roboter in einem Arbeitsplatz kann auch ein potenzielles Hindernis für einen anderen Roboter sein.
1 ist eine Darstellung eines Industrieroboters 100, der eine Operation an einem Fahrzeugchassisarbeitsstück 120 ausführt, das selbst ein Hindernis ist. In dem Arbeitsplatz von 1 führt der Roboter 100 Punktschweißaufgaben an verschiedenen Orten des Arbeitsstücks 120 aus. Die Punktschweißung umfasst Orte im Inneren des Fahrzeugchassis, so dass es erforderlich ist, dass der Roboter 100 in die Türöffnungen reicht. Bei dieser Anwendung ist das Fahrzeugchassisarbeitsstück 120 selbst ein Hindernis für die Bewegung des Roboters 100. Der Betrieb des Roboters 100 an dem oder um das Fahrzeugchassisarbeitsstück 120 herum erfordert, dass Störungsprüfberechnungen für alle geplanten Bewegungen durchgeführt werden.
Der Roboter 100 kommuniziert mit einer Steuerung 102 typischerweise über ein Kabel. Wie in der Technik bekannt ist, liefert die Steuerung 102 gemeinsame Motorsteuersignale zur Befehligung des Roboters, sich gemäß einem definierten Bewegungsprogramm zu bewegen. Die Steuerung 102 befehligt außerdem den Betrieb eines an dem Roboter 100 angebrachten Werkzeugs, wie etwa des in 1 gezeigten Punktschweißwerkzeugs. Es kann ein Computer 130 vorgesehen sein, um das Bewegungsprogramm für jede bevorstehende Bewegung des Roboters 100 zu berechnen, insbesondere in Umgebungen, in denen jede Roboterbewegung aufgrund der Anwesenheit von sich bewegenden Hindernissen, sich bewegenden Arbeitsstücken usw. in Echtzeit berechnet werden muss.
Es wurden bereits Techniken im Stand der Technik entwickelt, um Roboterbewegungen so zu berechnen, dass das Werkzeug einem Pfad folgt, der Kollision irgendeines Teils eines Roboters mit irgendwelchen Hindernissen vermeidet. Solche Techniken umfassen im Allgemeinen zwei Teile - Definieren eines vorgeschlagenen Roboterbewegungsprogramms und Prüfen auf Roboter-Hindernis-Störungen an Pfadpunkten entlang des Bewegungsprogramms.
Die Störungsprüfberechnungen an diskreten Pfadpunkten können unter Verwendung vielfältiger Verfahren durchgeführt werden. Ein Verfahren repräsentiert die Roboterglieder als geometrische Primitive (Sphären, Zylinder usw.), um die Berechnungskomplexität zu verringern, aber auf Kosten der Genauigkeit. Ein anderes Verfahren repräsentiert die Roboterglieder unter Verwendung ihrer tatsächlichen Formen, definiert durch CAD-Daten (Computer Aided Design), was genau, aber rechnerisch kostspielig ist. Es gibt auch andere Techniken zur Störungsprüfung bei der Roboterbewegungsplanung - darunter eine Vorzeichenbehaftete-Distanz-Feldtechnik und eine Achsenausgerichtete-Umrandungskasten-Baumtechnik. Nachfolgend wird noch ein anderes Störungsprüfverfahren - das in 1 D-Indizes umgewandelte Punktmengen verwendet - besprochen.
Ungeachtet des für die Störungsprüfberechnungen verwendeten Verfahrens ist es notwendig, dass ein Roboterbewegungsprogramm definiert wird, das den Roboter zu einem Ort (einem Zielpunkt oder einer Zielhaltung) zum Ausführen einer Operation bewegt. In hindernisintensiven Umgebungen ist es bekannt, ein Schnellerkundungs-Zufallsbaum- bzw. RRT-Verfahren zu verwenden, um ein Bewegungsprogramm zu erstellen, das einen Roboter von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt bewegt, indem ein Baum von Zwischenknoten aufgebaut wird, wobei zufällige Stichprobenknoten bezüglich Kollisionsvermeidung evaluiert werden, bevor sie zu dem Bewegungsprogramm hinzugefügt werden.
2A und 2B sind Darstellungen eines RRT-Pfad-Planungsprozesses, bei dem ein Bewegungssegment zu einem vorgeschlagenen Stichprobenknoten auf ein erhebliches bzw. ein nicht erhebliches Hindernis trifft. 2A und 2B sind der Klarheit halber in zwei Dimensionen (2D) gezeichnet, es versteht sich aber, dass die gesamte offenbarte Roboterbewegungsplanung in drei Dimensionen (3D) erfolgt. Speziell sind die Hindernisse 3D-Objekte, wie etwa der in 1 gezeigte Türrahmen, und die Start-, Ziel- und Stichproben-„Punkte“ sind tatsächlich 3D-Roboterhaltungen, die eine Position und Orientierung des Werkzeugs und eine entsprechende vollständige Menge von Robotergliedpositionen umfassen.
In 2A ist das Ziel der RRT-Berechnung, einen kollisionsfreien Pfad von einem Startpunkt 210 zu einem Zielpunkt 220 zu finden. In der Roboterarbeitsumgebung existieren Hindernisse 232 und 234. In Realweltanwendungen können viel mehr Hindernisse existieren. Wie in der Technik bekannt ist, schlägt das RRT-Verfahren sukzessive einen zufälligen Stichprobenknoten vor und evaluiert einen Pfad von einem aktuellen Ort (einem Ende eines Baumzweigs), zu dem vorgeschlagenen Stichprobenknoten. Beginnend von dem Startpunkt 210 wurde zuvor ein Stichprobenknoten 240 vorgeschlagen, und der Pfad von dem Startpunkt 210 zu dem Stichprobenknoten 240 wurde als durchführbar (kollisionsfrei) befunden. Der durchführbare Knoten 240 wird deshalb zu dem Baum hinzugefügt.
Es wird nun ein neuer zufälliger Stichprobenknoten 250 vorgeschlagen, und ein Pfad von dem durchführbaren Knoten 240 zu dem Stichprobenknoten 250 wird evaluiert. Es zeigt sich, dass der Pfad von dem durchführbaren Knoten 240 zu dem Stichprobenknoten 250 durch das Hindernis 234 blockiert wird; somit ist ein direkter Pfad von dem Knoten 240 zu dem Knoten 250 nicht durchführbar. Das Hindernis 234 ist eine erhebliche Behinderung auf dem Pfad von dem Knoten 240 zu dem Knoten 250, da der Pfad einen breiten Teil des Hindernisses 234 überschneidet. Unter Verwendung traditioneller RRT-Verfahren kann man in diesem Fall bestenfalls einen Zwischenknoten 260 finden, dessen Erreichen von dem Knoten 240 durchführbar ist, und den Knoten 260 zu dem Baum hinzufügen.
In 2B wird der vorgeschlagene Stichprobenknoten 250 verworfen und ein neuer zufälliger Stichprobenknoten 270 vorgeschlagen. Es ist auch ein neues Hindernis 236 gezeigt, da es für die Pfadplanung zu dem Knoten 270 relevant ist. Es zeigt sich, dass der Pfad von dem durchführbaren Knoten 240 zu dem Stichprobenknoten 270 durch das Hindernis 236 blockiert wird; somit ist ein direkter Pfad von dem Knoten 240 zu dem Knoten 270 nicht durchführbar. Unter Verwendung traditioneller RRT-Verfahren würde der Knoten 270 verworfen und es könnte ein (nicht gezeigter) Zwischenknoten, dessen Erreichen von dem Knoten 240 durchführbar ist, identifiziert und zu dem Baum hinzugefügt werden. Traditionelle RRT-Verfahren unterscheiden jedoch nicht zwischen einem erheblichen Hindernis und einem nicht erheblichen Hindernis.
Bei der Roboter-Pfadplanung, die viel komplexer als die einfachen 2D-Pfadbeispiele von 2A/2B sind, verwendet eine Störungsprüftechnik überstrichene Volumen jedes vorgeschlagenen Bewegungssegments, um zu bestimmen, ob irgendein Teil des Roboters während des Bewegungssegments irgendein Hindernis stört. In 2B ist ersichtlich, dass das Hindernis 236 ein nicht erhebliches Hindernis für den Pfad von dem Knoten 240 zu dem Knoten 270 ist, da der Pfad eine kleine Spitze des Hindernisses 236 überschneidet. Die vorliegende Offenbarung liefert eine Technik zur Verwendung des überstrichenen Volumens des vorgeschlagenen Pfads zur Bestimmung des Schweregrads einer etwaigen Roboter-Hindernis-Störung und Anwendung einer Transformation auf das Roboterbewegungssegment, die das überstrichene Volumen auf eine Weise, die nicht erhebliche Hindernisse auflöst, „deformiert“. Die Technik wird nachfolgend ausführlich besprochen.
3 ist eine isometrische Ansichtsdarstellung eines Roboters 300, der durch eine Türöffnung 310 des Fahrzeugchassis 320 reicht, um eine Operation auszuführen, wobei ein Fall abgebildet ist, der verwendet wird, um das Überstrichenes-Volumen-Deformations-Pfadplanungsverfahren der vorliegenden Offenbarung zu exemplifizieren. In einem 1 ähnlichen Szenario bewegt der Roboter 300 ein Werkzeug 302 zu einer vorbeschriebenen Position und Orientierung, um eine Punktschweißoperation auszuführen, und bewegt sich dann zu einem nächsten Ort weiter. In der Konfiguration von 3 erfolgt die Punktschweißoperation an irgendeiner Stelle im Innenraum des Fahrzeugchassis 320, so dass der Roboter 300 das Werkzeug 302 durch die Türöffnung 310 gereicht hat, um die Operation auszuführen. Das Fahrzeugchassis 320 ist als durch Halterungen 330 gehalten dargestellt, da dies eine Konfiguration ist, die bei der Validierung der offenbarten Verfahren verwendet wurde. Dieser Aufbau wird in den nachfolgend besprochenen Beispielen verwendet.
4 ist eine Seitenansichtsdarstellung eines überstrichenen Volumens 400, das durch den Roboter 300 von 3 erzeugt wird, der durch die (in 4 nicht sichtbare) Türöffnung 310 des Fahrzeugchassis 320 reicht. Das überstrichene Volumen 400 ist das kumulative Volumen, das durch den Roboter 300 (einschließlich des Werkzeugs 302) während einer Bewegung des Roboters 300 eingenommen wird. Das überstrichene Volumen 400 von 4 erfasst die Bewegung des Roboters von einer Position außerhalb des Fahrzeugchassis 320 zu einer Zielposition, an der sich das Werkzeug 302 und der äußere Roboterarm in dem Fahrzeugchassis 320 befinden.
Wie bereits erwähnt, sind verschiedene Verfahren zur Störungsprüfung einer Roboterbewegung bekannt. Ein bevorzugtes Verfahren, das in 1D-Indizes umgewandelte Punktmengen verwendet, wurde in der eigenen US-Patenanmeldung Nr. 17/457,777 mit dem Titel POINT SET INTERFERENCE CHECK, eingereicht am 12.6.2021 offenbart, die hiermit vollständig durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die erwähnte Anmeldung wird im Folgenden als die „'777-Anmeldung“ bezeichnet. Die Punktmengen-Störungsprüftechniken der '777-Anmeldung liefern ein genaues und effizientes Verfahren zur Berechnung überstrichener Volumen für Roboterbewegungssegmente unter Verwendung tatsächlicher Roboterglied-3 D-Geometrie.
Das überstrichene Volumen 400 stört das Fahrzeugchassis 320 in einer allgemein in dem Kreis 410 gezeigten Region. Diese Störung zeigt einen Fall, bei dem die Techniken der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können, um ein neues Roboterbewegungsprogramm zu erstellen, das das Werkzeug 302 zu derselben End-Zielposition bewegt, aber auf dem Pfad zur Zielposition andere Roboterhaltungen verwendet. Unter Verwendung des modifizierten Bewegungsprogramms wird das überstrichene Volumen so „deformiert“, das Roboterkollision mit dem Fahrzeugchassis 320 vermieden wird. Das deformierte überstrichene Volumen ist in einer späteren Figur nach der im Folgenden gegebenen Besprechung des Modifikationsverfahrens gezeigt.
5A ist eine Darstellung eines Umrisses 510 des überstrichenen Volumens 400 von 4, wobei eine Störungsbedingung zwischen einem statischen Hindernis und dem überstrichenen Volumen des Roboters 300 gezeigt ist. Die Störungsbedingung in 5A tritt in einem Bereich auf, der durch den Kreis 520 designiert wird, der dem Kreis 410 von 4 entspricht.
5B ist eine Darstellung des Umrisses 510 des überstrichenen Volumens 400, wobei eine kritische Roboterstellung für die Störungsbedingung und eine Region, die das überstrichene Volumen vermeiden muss, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt ist. Eine (schraffiert gezeigte) kritische Stellung 530 ist eine Stellung des Roboters 300, bei der die Störungsbedingung auf ihrem Maximum ist. Die kritische Stellung 530 kann durch Analysieren der Störung zwischen dem Hindernis und dem überstrichenen Volumen, wie in 4 abgebildet, bestimmt werden, um den Schritt des Roboterbewegungsprogramms zu identifizieren, bei dem die Störung am größten ist. Es können je nach Eignung auch andere ähnliche Techniken zum Finden der kritischen Stellung 530 verwendet werden.
Bei 540 in 5B ist eine Region gezeigt, die in einem modifizierten überstrichenen Volumen der Roboterbewegung zu vermeiden ist. Die Region 540 wird im Allgemeinen durch die Störung zwischen dem Hindernis und dem überstrichenen Volumen 510 definiert, unter Berücksichtigung von Bewegung der Störungspunkte, während sich die Roboterarme durch ihr Bewegungsprogramm bewegen.
5C ist eine Darstellung eines Umrisses 550 eines deformierten überstrichenen Volumens, das die Störungsbedingung von 5A auflöst, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Der Kreis 520, der die Störungsbedingung von 5A angibt, ist in 5C nachgebildet. Wie durch den Pfeil 560 angegeben, vermeidet der Umriss 550 des deformierten überstrichenen Volumens die frühere Störungsbedingung. Der Grund ist, dass das Roboterbewegungsprogramm gemäß den Techniken der vorliegenden Offenbarung modifiziert wurde, um die Roboterarme von den Kollisionspunkten wegzubewegen. Das vollständige überstrichene Volumen des modifizierten Bewegungsprogramms entsprechend dem Umriss 550 von 5C ist in einer späteren Figur gezeigt.
6A ist ein Statische-Virtuelle-Kraft- und Geometriediagramm eines Roboters 600, das virtuelle Kräfte zeigt, die auf Roboterglieder angewandt werden, um eine Störung mit einem Hindernis zu vermeiden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Der Roboter 600 umfasst eine Roboterbasis 602, ein inneres Armglied 604, ein Zwischenarmglied 606 und ein äußeres Armglied 608. Es versteht sich, dass der Roboter 600 lediglich der Klarheit halber in den Zeichnungen und in der Besprechung mit einem einfachen Entwurf dargestellt ist. Die offenbarten Roboterhaltungs-Modifikationstechniken sind auf einen beliebigen artikulierten Roboter, wie etwa den in 3 gezeigten Typ, anwendbar.
Ein Hindernis 610 ist als eine Störungsbedingung mit dem Glied 606 des Roboters 600 aufweisend gezeigt. Die Konfiguration des in 6A dargestellten Roboters 600 repräsentiert die kritische Stellung, die zuvor mit Bezug auf 5B-5C besprochen wurde. Gemäß den hier offenbarten Techniken kann eine Berechnung durchgeführt werden, die die kritische Stellung auf der Basis von Störungen zwischen einem oder mehreren Hindernissen und einem oder mehreren Robotergliedern modifiziert.
Eine Kollisionsoberfläche S_col ist der Teil der Oberfläche des Hindernisses, der eine Oberfläche eines Robotergliedes durchdringt. Die Kollisionsoberfläche S_col wird über diskrete Überlappungspunkte p_i, definiert, von denen in 6A vier mit der Bezifferung 622-628 gezeigt sind. Um die kritische Stellung zu modifizieren, um sich von dem Hindernis wegzubewegen, wird eine virtuelle oder künstliche Kraft Δp_j definiert, die an dem Roboterarm glied_j wirkt, das die Störung mit dem Hindernis 610 aufweist. In diesem Fall ist glied_j das Zwischenarmglied 606.
Das Zwischenarmglied 606 hat eine Mittellinie 636. Die virtuelle Kraft Δp_j wird so definiert, dass sie normal zur Mittellinie 636 des glied_j (Glied 606) wirkt. Jeder der Überlappungspunkte p_i 622-628 trägt auf der Basis der Distanz, um die der Punkt in den Roboterarm eindringt, etwas zu der virtuellen Kraft Δp_j bei. Zum Beispiel berührt der äußerste linke Überlappungspunkt 622 kaum die Oberfläche von glied_j (Glied 606), und somit hätte der Überlappungspunkt 622 eine kleine Kraftkomponente, definiert als wirkend entlang einer Normalen von dem Punkt 622 zur Mittellinie 636. Ähnlich berührt der äußerste rechte Überlappungspunkt 628 kaum die Oberfläche von glied_j (Glied 606), und somit hätte der Überlappungspunkt 628 auch eine kleine Kraftkomponente, definiert als wirkend entlang einer Normalen von dem Punkt 628 zur Mittellinie 636. Die beiden mittleren Überlappungspunkte 624-626 weisen größere Durchdringungen in das Glied 606 auf, so dass sie größere Kraftkomponenten, auch wirkend entlang einer jeweiligen Normale zur Mittellinie 636, aufweisen würden.
Wenn dasselbe Hindernis oder ein anderes Hindernis eines oder mehrere andere Roboterglieder stört, würde eine virtuelle Kraft berechnet und auch auf jedes dieser Glieder angewandt.
Wie in Kasten 650 gezeigt, wird die virtuelle Kraft folgendermaßen berechnet: $Δ p_{j} = - k \sum_{i \in S_{c o l}} \frac{p_{i} - g l i e d_{j}}{‖ p_{i} - g l i e d_{j} ‖}$
Dabei ist Δ_pj die an glied_j wirkende virtuelle Kraft und (p_i - glied_j)/||p_i - glied_j|| ist der Einheitsvektor von glied_j zu p_i, was über alle Überlappungspunkte i auf der Kollisionsoberfläche S_col summiert wird. Eine Konstante k - im Wesentlichen eine Federkonstante - wird mit der Summierung multipliziert. Die virtuelle Kraft Δp_j wird entlang einer Normalen von den Punkten p_i zu der Gliedmittellinie 636 angewandt, so dass die virtuelle Kraft wirkt, um das Glied von dem Hindernis wegzuschieben.
Wieder wird, obwohl die Roboterarme in 6A/6B als einfache zylindrische Geometrieprimitive gezeichnet sind, bevorzugt, Störungen und Durchdringungsdistanzen unter Verwendung der tatsächlichen Roboterarmgeometrie - wie etwa aus CAD-Modellen - zu berechnen. Störungen und überstrichene Volumen können ohne weiteres unter Verwendung des Punktmengen-Störungsprüfverfahrens der oben besprochenen '777-Anmeldung berechnet werden. Außerdem sind Roboterhaltungsgeometrie, Überlappungspunktorte, Kraftvektoren usw. alle von dreidimensionaler Beschaffenheit.
6B ist ein Geometriediagramm des Roboters von 6A, das zeigt, wie sich Roboterhaltung aufgrund der virtuellen Kräfte ändert, um die Störung mit dem Hindernis zu vermeiden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie in Kasten 670 gezeigt, wird die Roboterhaltungsänderung, die als Ergebnis der angewandten virtuellen Kraft auftritt, folgendermaßen berechnet: $Δ q = J {(q)}^{†} \sum_{j \in G l i e d e r} Δ p_{j}$
Dabei ist Δq eine gemeinsame Raumänderung der Roboterkonfiguration, Δp_j ist die an glied_j wirkende virtuelle Kraft, wie in Gleichung (1) berechnet, mit j = 1, ... ,4 (für die vier Glieder 602-608), obwohl in diesem Beispiel nur Glied 606 (j = 3) eine virtuelle Kraft aufgrund von Hindernisdurchdringung aufweist, und J(q)^† ist die Pseudoinverse der bekannten Jacobi-Matrix bei der Roboterkonfiguration q (es wird hier die Pseudoinverse verwendet, weil die echte Inverse der Jacobimatrix möglicherweise nicht direkt berechnet werden kann). Wie oben erwähnt, kann, wenn mehrere Störungsbedingungen existieren, eine virtuelle Kraft Δp_j auf mehr als eines der j Glieder angewandt werden.
Die gemeinsame Raumänderung der Roboterposition Δq ist in Glied 606 wie in 6B gezeigt ersichtlich, wobei die ursprüngliche Gliedermittellinie 636 (von der kritischen Stellung aus, 6A) mit einer gestrichelten Linie gezeigt ist, und eine modifizierte Gliedermittellinie 636A als eine durchgezogene Linie gezeigt ist. Es ist ersichtlich, dass als Ergebnis der von den Hindernisdurchdringungspunkten aus berechneten virtuellen Kraft Δp_j das Glied 606 von dem Hindernis 610 weg nach unten gedreht wird. Die Änderung der Roboterposition Δq kann eine Positionsänderung in mehreren Robotergliedern als Ergebnis der angewandten virtuellen Kraft Δp_j umfassen.
In 6B ist ersichtlich, dass sich das Ende des äußeren Roboterarmgliedes 608 nach Haltungsmodifikation an einem anderen Ort befindet als in der kritischen Stellung (6A). Dies ist eine akzeptable Bedingung, weil die modifizierte kritische Stellung ungefähr in der Mitte eines geplanten Pfads liegt und nicht ein Pfadende-Zielpunkt ist. Nachdem die modifizierte kritische Stellung berechnet ist, wird diese modifizierte Stellung als ein Zwischenpfadpunkt zur Berechnung eines neuen Roboterbewegungsprogramms verwendet. Anders ausgedrückt, wird ein neuer Pfad von dem Startpunkt (oder vorherigen durchführbaren Knoten) zum Zielpunkt (oder vorgeschlagenen Stichprobenknoten) geplant, während durch die modifizierte kritische Stellungshaltung verlaufen wird, die bewirkt, dass sich der Pfad von dem Hindernis weg deformiert.
7 ist eine Seitenansichtsdarstellung eines deformierten überstrichenen Volumens 700, das durch den Roboter 300 von 3 erzeugt wird, nachdem sein Bewegungsplan unter Verwendung der in 6 gezeigten Technik modifiziert wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Speziell wurde der Roboterbewegungsplan so modifiziert, dass er durch die modifizierte kritische Stellung verläuft, wobei die modifizierte kritische Stellung so berechnet wird, dass Kontakt mit dem Fahrzeugchassis in der Region in dem Kreis 410 vermieden wird. Mit dem durch die modifizierte kritische Stellung verlaufenden Roboterbewegungsplan wird das überstrichene Volumen 700 verglichen mit dem überstrichenen Volumen 400 von 4 von der zu vermeidenden Region weg „deformiert“.
3-7 zeigen ein Beispiel, bei dem durch Modifizieren eines Zwischenpfadpunkts mit einer Störungsbedingung, statt diesen zu verwerfen, die Techniken der vorliegenden Offenbarung nachweislich ein kollisionsfreies Roboterbewegungsprogramm zuverlässiger und effizienter als traditionelle RRT-Verfahren produziert haben.
8 ist ein Flussdiagramm 800 eines Verfahrens zur Roboterstörungs-Prüfpfadplanung unter Verwendung von Deformation überstrichener Volumen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In Kasten 802 wird ein Bewegungsplan für ein Pfadsegment berechnet. Allgemein ausgedrückt erstreckt sich in einem RRT-Pfadfindungsverfahren das Pfadsegment von einem zuvor berechneten durchführbaren Knoten zu einem vorgeschlagenen zufälligen Stichprobenknoten. Das Pfadsegment kann jedoch ein vollständiger Roboterpfad von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt sein. Der Startpunkt, der Zielpunkt und die Zwischenknoten sind Roboterwerkzeug-Mittelpunkthaltungen mit sechs DOF (Freiheitsgraden), die drei Positionswerte und drei Drehungs-(Orientierungs-)werte umfassen; der Bewegungsplan selbst ist ein vollständiger Roboterbewegungsplan, der Roboterhaltung über Gliederpositionen an vielen Punkten entlang des Bewegungsplans definiert.
In Kasten 804 wird ein überstrichenes Volumen des Pfadsegment-Bewegungsplans berechnet. Das überstrichene Volumen definiert den kumulativen Raum, den der Roboter und sein Werkzeug während der Bewegung auf dem Pfadsegment einnehmen. In der Entscheidungsraute 806 wird bestimmt, ob das überstrichene Volumen irgendwelche Hindernisse (das Arbeitsstück selbst wie in 3 oder ein beliebiges anderes Hindernis in der Roboter-Arbeitszelle) überlappt (diese stört). Wenn nicht, werden in Kasten 808 der Stichprobenknoten und das Pfadsegment in dem Roboterbewegungsprogramm abgespeichert. Das heißt, wenn es keine Störung zwischen dem überstrichenen Volumen und irgendeinem Hindernis gibt, ist das Pfadsegment kollisionsfrei und kann ohne Modifikation verwendet werden.
Wenn es Störung zwischen dem überstrichenen Volumen und irgendeinem in Hindernis gibt, wird in Kasten 810 die kritische Stellung bestimmt. Die kritische Stellung kann als die Roboterhaltung definiert werden, bei der die Störungs-Durchdringungsdistanz am größten ist. Die kritische Stellung kann als Alternative auf irgendeine andere geeignete Weise definiert werden - wie etwa die Roboterhaltung, bei der Störung in einer gleichen Anzahl von früheren und späteren Roboterbewegungsschritten auftritt.
In Kasten 812 wird eine Deformation auf die kritische Stellung angewandt, wie konzeptuell in 5B-5C gezeigt und ausführlich mit Bezug auf 6A-6B beschrieben. Durch Berechnen und Anwenden der virtuellen Kraft Δp_j wird eine modifizierte kritische Stellung erhalten, in der sich das betroffene Roboterglied bzw. die betroffenen Roboterglieder von dem Hindernis weg bewegt hat bzw. haben, um die Störungsbedingung zu verringern oder zu eliminieren.
In Kasten 814 wird der Bewegungsplan für das Pfadsegment unter Verwendung der modifizierten kritischen Stellung erneut erzeugt und es wird ein überstrichenes Volumen für den modifizierten Bewegungsplan berechnet. Wie in 7 gezeigt, wird das modifizierte überstrichene Volumen eine Form aufweisen, die von dem Hindernis in der zu vermeidenden Region weg deformiert ist.
In der Entscheidungsraute 816 wird der modifizierte Bewegungsplan evaluiert, um zu bestimmen, ob er alle Kriterien erfüllt. Ein Kriterium ist, dass das modifizierte überstrichene Volumen kein Hindernis stört. Ein anderes Kriterium ist, dass der Roboterbewegungsplan keinerlei mechanische Roboterbeschränkungen - wie etwa Gelenkpositionsbereiche und Gelenkgeschwindigkeits- und -beschleunigungsgrenzen - verletzt. Wenn der modifizierte Bewegungsplan alle Kriterien erfüllt, werden dann in Kasten 808 der Stichprobenknoten und das modifizierte Pfadsegment in dem Roboterbewegungsprogramm abgespeichert.
Der Schweregrad oder das Ausmaß der Störungen kann auch geprüft werden, und das Kritische-Haltung-Modifikationsverfahren nur im Fall von nicht erheblichen Störungsbedingungen angewandt werden. Die Störungs-Schweregradprüfung könnte in der Entscheidungsraute 816 (wenn der modifizierte Pfad nicht kollisionsfrei ist) oder vor Kasten 810 angewandt werden.
Wenn das in Kasten 808 abgespeicherte Pfadsegment den Zielpunkt (das Roboterwerkzeugziel) erreicht, endet der Prozess. Wenn das Pfadsegment an einem Zwischen-Stichprobenknoten in einem RRT-Pfadplanungsalgorithmus endet, wird in Kasten 818 ein neuer zufälliger Stichprobenknoten in dem ablaufenden RRT-Pfadfindungsalgorithmus erzeugt und der Prozess kehrt zu Kasten 802 zurück, indem ein Bewegungsplan für ein Pfadsegment zu dem neuen Stichprobenknoten berechnet wird.
Die oben offenbarte Technik der Deformation überstrichener Volumen kann eine signifikante Verbesserung der Effizienz der RRT-Pfadplanung bereitstellen. Die Technik muss jedoch nicht mit einem RRT-Algorithmus verwendet werden, sondern kann stattdessen in einer beliebigen Art von Roboterpfadplanung verwendet werden, bei der ein kollisionsfreier Pfad identifiziert werden muss, da das offenbarte Verfahren der Deformation überstrichener Volumen modifizierte Roboterpfade berechnet, die von Hinderniskollisionen abweichen.
Alle Schritte des in 8 gezeigten Verfahrens zusammen mit den Pfadplanungs- und Überstrichenes-Volumen-Berechnungen und - Modifikationen, werden in Algorithmen in Softwareanwendungen und Modulen programmiert, die auf einem oder mehreren Computern mit einem Prozessor und Speicher laufen. Dies könnte die Robotersteuerung 102 oder den getrennten Computer 130 wie oben mit Bezug auf 1 besprochen umfassen. Ein System, das die Störungsprüf-Pfadplanungsmethodologie ausführt, die die Deformation überstrichener Volumen verwendet, umfasst mindestens einen Roboter und seine entsprechende Robotersteuerung und kann gegebenenfalls den anderen Computer umfassen.
Wie oben skizziert, liefern die offenbarten Techniken zur Roboterstörungsprüf-Pfadplanung unter Verwendung von Deformation überstrichener Volumen ein verbessertes Störungsprüf- und Kollisionsvermeidungsverfahren für die Roboterpfadplanung. Die offenbarten Techniken sind besonders nützlich bei Verwendung in einem RRT-Pfadfindungsalgorithmus, wobei Pfadpunkte, die eine Störungsbedingung aufweisen, durch Deformation überstrichener Volumen modifiziert werden können, statt verworfen zu werden - was zu einer effizienteren Berechnung eines kollisionsfreien Roboterpfads führt.
Obwohl oben eine Anzahl beispielhafter Aspekte und Ausführungsformen der Deformation überstrichener Volumen verwendenden Roboterstörungs-Prüfpfadplanungstechnik besprochen wurden, sind für Fachleute Modifikationen, Permutationen, Zusätze und Subkombinationen davon erkennbar. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die folgenden angefügten Ansprüche und danach eingeführte Ansprüche so aufgefasst werden, dass sie alle solchen Modifikationen, Permutationen, Zusätze und Subkombinationen umfassen, die in ihren wahren Gedanken und Schutzumfang kommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 17/457777 [0022]

Claims

Verfahren zur Roboterkollisionsvermeidungs-Bewegungsplanung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Berechnen eines überstrichenen Volumens eines Bewegungsplans für einen Roboter zur Bewegung auf einem Pfadsegment auf einem Computer, der einen Prozessor und Speicher aufweist; Bestimmen, ob das überstrichene Volumen irgendwelche Hindernisse stört; Bestimmen einer kritischen Stellung von Störungen aus dem überstrichenen Volumen, wenn das überstrichene Volumen irgendwelche Hindernisse stört; Berechnen einer modifizierten kritischen Stellung, einschließlich Berechnung einer virtuellen Kraft, die jedes Roboterglied von Hindernisdurchdringung bei der kritischen Stellung zurückhält, und Berechnen der modifizierten kritischen Stellung unter Verwendung der virtuellen Kraft in einer Jacobi-Matrix-Berechnung; Berechnen eines deformierten überstrichenen Volumens eines modifizierten Bewegungsplans für das Pfadsegment, der die modifizierte kritische Stellung umfasst; und Verifizieren, dass das deformierte überstrichene Volumen kollisionsfrei ist und dass der modifizierte Bewegungsplan Robotergelenk-Bewegungsbeschränkungen erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Steuern des Roboters, um dem modifizierten Bewegungsplan zu folgen, durch eine Robotersteuerung, wenn das deformierte überstrichene Volumen kollisionsfrei ist und der modifizierte Bewegungsplan Robotergelenk-Bewegungsbeschränkungen erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bestimmen der kritischen Stellung von Störungen Definieren der kritischen Stellung als eine Roboterhaltung, die einem maximalen Eindringen irgendeines Hindernisses in das überstrichene Volumen entspricht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Berechnen der virtuellen Kraft umfasst, für jedes Roboterglied mit Hinderniseindringung an der kritischen Stellung einen virtuellen Kraftvektor zu berechnen, der zu einer Mittellinie des Roboterglieds normal ist und einen Betrag aufweist, der durch Summieren einer Eindringungsdistanz von Hindernisoberflächenpunkten in das Roboterglied und Multiplizieren mit einer Fehlerkonstante berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei Berechnen der modifizierten kritischen Stellung Folgendes umfasst: Multiplizieren des virtuellen Kraftvektors für jedes Roboterglied mit Hinderniseindringung mit einer Pseudoinversen einer Jacobi-Matrix, die Gelenkgeschwindigkeiten mit Gliedgeschwindigkeiten bei der kritischen Stellung in Beziehung setzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Robotergelenk-Bewegungsbeschränkungen Gelenkwinkelbereiche und Gelenkgeschwindigkeits- und -beschleunigungsgrenzen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Berechnen eines überstrichenen Volumens und Bestimmen, ob das überstrichene Volumen irgendwelche Hindernisse stört, Verwendung einer Punktmengenmethodologie umfasst, die 3D-Punkte in 3D-Indizes umwandelt, die eingenommenen Raum angeben, die 3D-Indizes in 1D-Indizes umwandelt und die 1D-Indizes als Mengen pro Objekt und pro Zeitschritt speichert, eine Störungsprüfberechnung durch Schneiden der Mengen für einen gegebenen Zeitschritt durchführt und eine Überstrichenes-Volumen-Berechnung durch Vereinigung der Mengen über mehrere Zeitschritte durchführt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Pfadsegment ein vorgeschlagenes Segment von einem durchführbaren Knoten zu einem zufälligen Stichprobenknoten in einem auf Stichproben basierenden Pfadplanungsalgorithmus ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen eines Schweregrads von Störung zwischen dem überstrichenen Volumen und irgendwelchen Hindernissen und Berechnen der modifizierten kritischen Stellung und des deformierten überstrichenen Volumens nur dann, wenn der Schweregrad der Störungen unter einer vordefinierten Schwelle liegt.
Verfahren zur Roboterkollisionsvermeidungs-Bewegungsplanung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Laufenlassen eines auf Stichproben basierenden Pfadplanungsalgorithmus auf einem Computer mit einem Prozessor und Speicher, um einen kollisionsfreien Pfad für einen Roboter zur Bewegung von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt zu finden; Definieren eines zufälligen Stichprobenknotens in dem Pfadplanungsalgorithmus und Berechnen eines Pfadsegments von einem durchführbaren Knoten zu dem zufälligen Stichprobenknoten; Berechnen eines überstrichenen Volumens eines Bewegungsplans für das Pfadsegment; Bestimmen, ob das überstrichene Volumen irgendwelche Hindernisse stört; Bestimmen einer kritischen Stellung von Störungen aus dem überstrichenen Volumen, wenn das überstrichene Volumen irgendwelche Hindernisse stört; Berechnen einer modifizierten kritischen Stellung, einschließlich Berechnung einer virtuellen Kraft, die jedes Roboterglied von Hindernisdurchdringung bei der kritischen Stellung zurückhält, und Berechnen der modifizierten kritischen Stellung unter Verwendung der virtuellen Kraft in einer Jacobi-Matrix-Berechnung; Berechnen eines deformierten überstrichenen Volumens eines modifizierten Bewegungsplans für das Pfadsegment, der die modifizierte kritische Stellung umfasst; und Verifizieren, dass das deformierte überstrichene Volumen kollisionsfrei ist und dass der modifizierte Bewegungsplan Robotergelenk-Bewegungsbeschränkungen erfüllt; Hinzufügen des Stichprobenknotens und des modifizierten Bewegungsplans als durchführbare Elemente des kollisionsfreien Pfads; und Definieren eines neuen zufälligen Stichprobenknotens in dem Pfadplanungsalgorithmus.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Bestimmen der kritischen Stellung von Störungen Definieren der kritischen Stellung als eine Roboterhaltung, die einem maximalen Eindringen irgendeines Hindernisses in das überstrichene Volumen entspricht, umfasst
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Berechnen der virtuellen Kraft umfasst, für jedes Roboterglied mit Hinderniseindringung an der kritischen Stellung einen virtuellen Kraftvektor zu berechnen, der zu einer Mittellinie des Roboterglieds normal ist und einen Betrag aufweist, der durch Summieren einer Eindringungsdistanz von Hindernisoberflächenpunkten in das Roboterglied und Multiplizieren mit einer Federkonstante berechnet wird, und wobei Berechnen der modifizierten kritischen Stellung Folgendes umfasst: Multiplizieren des virtuellen Kraftvektors für jedes Roboterglied mit Hinderniseindringung mit einer Pseudoinversen einer Jacobi-Matrix, die Gelenkgeschwindigkeiten mit Gliedgeschwindigkeiten bei der kritischen Stellung in Beziehung setzt.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Bestimmen eines Schweregrads von Störung zwischen dem überstrichenen Volumen und irgendwelchen Hindernissen und Berechnen der modifizierten kritischen Stellung und des deformierten überstrichenen Volumens nur dann, wenn der Schweregrad der Störungen unter einer vordefinierten Schwelle liegt.
Robotersystem mit Kollisionsvermeidungs-Bewegungsplanung, wobei das System Folgendes umfasst: einen Roboter, ausgelegt zum Ausführen einer Operation an einem Arbeitsstück; eine Steuerung mit einem Prozessor und Speicher, die den Roboter steuert; und ein Bewegungsplaner-Softwaremodul, das auf der Steuerung oder auf einem getrennten Computer läuft, wobei das Bewegungsplaner-Softwaremodul ausgelegt ist zum Berechnen eines überstrichenen Volumens eines Bewegungsplans für den Roboter zur Bewegung auf einem Pfadsegment; Bestimmen, ob das überstrichene Volumen irgendwelche Hindernisse stört; Bestimmen einer kritischen Stellung von Störungen aus dem überstrichenen Volumen, wenn das überstrichene Volumen irgendwelche Hindernisse stört; Berechnen einer modifizierten kritischen Stellung, einschließlich Berechnung einer virtuellen Kraft, die jedes Roboterglied von Hindernisdurchdringung bei der kritischen Stellung zurückhält, und Berechnen der modifizierten kritischen Stellung unter Verwendung der virtuellen Kraft in einer Jacobi-Matrix-Berechnung; Berechnen eines deformierten überstrichenen Volumens eines modifizierten Bewegungsplans für das Pfadsegment, der die modifizierte kritische Stellung umfasst; und Verifizieren, dass das deformierte überstrichene Volumen kollisionsfrei ist und dass der modifizierte Bewegungsplan Robotergelenk-Bewegungsbeschränkungen erfüllt.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend: Steuern des Roboters, um dem modifizierten Bewegungsplan zu folgen, durch die Steuerung, wenn das deformierte überstrichene Volumen kollisionsfrei ist und der modifizierte Bewegungsplan Robotergelenk-Bewegungsbeschränkungen erfüllt, die Gelenkwinkelbereiche und Gelenkgeschwindigkeits- und -beschleunigungsgrenzen umfassen.
System nach Anspruch 14, wobei Bestimmen der kritischen Stellung von Störungen Definieren der kritischen Stellung als eine Roboterhaltung, die einem maximalen Eindringen irgendeines Hindernisses in das überstrichene Volumen entspricht, umfasst.
System nach Anspruch 14, wobei Berechnen der virtuellen Kraft umfasst, für jedes Roboterglied mit Hinderniseindringung an der kritischen Stellung einen virtuellen Kraftvektor zu berechnen, der zu einer Mittellinie des Roboterglieds normal ist und einen Betrag aufweist, der durch Summieren einer Eindringungsdistanz von Hindernisoberflächenpunkten in das Roboterglied und Multiplizieren mit einer Fehlerkonstante berechnet wird.
System nach Anspruch 17, wobei Berechnen der modifizierten kritischen Stellung Folgendes umfasst: Multiplizieren des virtuellen Kraftvektors für jedes Roboterglied mit Hinderniseindringung mit einer Pseudoinversen einer Jacobi-Matrix, die Gelenkgeschwindigkeiten mit Gliedgeschwindigkeiten bei der kritischen Stellung in Beziehung setzt.
System nach Anspruch 14, wobei Berechnen eines überstrichenen Volumens und Bestimmen, ob das überstrichene Volumen irgendwelche Hindernisse stört, Verwendung einer Punktmengenmethodologie umfasst, die 3D-Punkte in 3D-Indizes umwandelt, die eingenommenen Raum angeben, die 3D-Indizes in 1 D-Indizes umwandelt und die 1 D-Indizes als Mengen pro Objekt und pro Zeitschritt speichert, eine Störungsprüfberechnung durch Schneiden der Mengen für einen gegebenen Zeitschritt durchführt und eine Überstrichenes-Volumen-Berechnung durch Vereinigung der Mengen über mehrere Zeitschritte durchführt.
System nach Anspruch 14, wobei das Pfadsegment ein vorgeschlagenes Segment von einem durchführbaren Knoten zu einem zufälligen Stichprobenknoten in einem auf Stichproben basierenden Pfadplanungsalgorithmus ist.