DE112019007488T5

DE112019007488T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters, Computerspeichermedium sowie Arbeitsplattform für industriellen Roboter

Info

Publication number: DE112019007488T5
Application number: DE112019007488.1T
Authority: DE
Inventors: Wan Ding; Zezhao Zhang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2022-03-10
Also published as: CN114375431A; WO2021042389A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters bereit, umfassend: Generieren einer kompletten Trajektorie des industriellen Roboters während des Lernens des industriellen Roboters; und Vereinfachen der kompletten Trajektorie, um einen Satz von Merkmalspunkten zu erhalten, wobei der Satz von Merkmalspunkten β(j) in einem Satz von ursprünglichen Punkten α (i) enthalten ist, und für einen beliebigen Punkt α(p) zwischen einem dem Punkt β(j-1) entsprechenden Punkt α(ij-1) und dem Punkt β(j) entsprechenden Punkt α(ij) im Satz von ursprünglichen Punkten, also ij-1< p < ij, der Approximationsfehler zwischen dem beliebigen Punkt a(p) und einem geraden Linienabschnitt zwischen β(j-1) und β(j) kleiner als oder gleich einer Fehlertoleranz d ist, und wobei der Approximationsfehler gemäß der Sehnenlänge zwischen α(ij-1) und α(p) und der Bogenlänge zwischen α(ij-1) und α(p) bestimmt wird. Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters, ein Computerspeichermedium sowie eine Arbeitsplattform für industriellen Roboter bereit.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters, ein Computerspeichermedium sowie eine Arbeitsplattform für industriellen Roboter.
Stand der Technik
Das Lernen und Betätigen eines Roboters stellt einen Knotenpunkt der Bewegung und Steuerung eines Roboters dar und dient zur Realisierung der Kommunikation zwischen Mensch und dem Roboter. Sie stellt aber auch eines der schwierigsten und wichtigsten Probleme bezüglich der Forschung und Anwendung eines Robotersystems dar.
Die Arbeitsfähigkeit eines Roboters ist vor allem von seinem Softwaresystem festgelegt. Die Flexibilität der Funktionalität und die Intelligenz des Roboters hängen davon ab, welche Lernvorgänge und Betätigungen das Softwaresystem des Roboters erreichen kann. Beispielsweise kann ein industrieller Roboter während eines Lernvorgangs zur Lösung einer Aufgabe für Aufgreifen und Ablegen in der Regel eine komplette kollisionsfreie Trajektorie generieren. Die so generierte komplette Trajektorie wird dadurch gelernt, dass ein Bediener die benötigten kritischen Punkte auf einem Pfad manuell auf einem Lehrmittel auswählt. Dies hängt aber von dem Modell des industriellen Roboters und der Programmierungserfahrung des Bedieners ab. Um den Pfad zu untersuchen und die Trajektorie zu planen, soll die generierte, reibungslose, kollisionsfreie Trajektorie, die durch Punkte, bei denen Informationen wie die Lage, Geschwindigkeit und Beschleunigung angegeben werden, ausgedrückt wird, an eine öffentlich zugängliche Steuerung für den industriellen Roboter, die eine grundlegende Kontrolle zur Verfügung stellt, übermittelt werden.
Jedoch sind die grundlegende Kontrolle der durchgängigen grundlegenden Kontrolle für industrielle Roboter leider nicht öffentlich zugänglich. Daher würde es zur Nicht-Übereinstimmung hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Beschleunigung der Trajektorie und zur Schwankung in Spitzen führen, wenn zu viele Punkte an die Steuerung für den Roboter gesendet und in dieser interpretiert werden.
Es ist deswegen wünschenswert, eine verbesserte Lösung zur Vereinfachung einer Trajektorie anzugeben.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters bereitgestellt, umfassend: Generieren einer kompletten Trajektorie des industriellen Roboters während des Lernens des industriellen Roboters, wobei die komplette Trajektorie einen Satz von ursprünglichen Punkten a(i), mit i = 1, 2, ..., n, worin n die Anzahl der ursprünglichen Punkte in dem Satz ist, umfasst; und Vereinfachen der kompletten Trajektorie, um einen Satz von Merkmalspunkten β(j), mit j = 1, 2,..., m, worin m die Anzahl der Merkmalspunkte in dem Satz ist, zu erhalten, wobei der Satz von Merkmalspunkten ß(j) in dem Satz von ursprünglichen Punkten α(i) enthalten ist, also m kleiner als oder gleich n ist, wobei α(1) = β(1) und α(n) = β(m) ist, wobei β(j) = α(i_j) ist, wenn 1 < j < m ist, und der Approximationsfehler zwischen einem beliebigen Punkt α(p) zwischen einem dem Punkt β(j-1) entsprechenden Punkt α(i_j-1) und dem Punkt β(j) entsprechenden Punkt α(i_j) im Satz von ursprünglichen Punkten, also i_j-1 < p < i_j, und einem geraden Linienabschnitt zwischen β(j-1) und β(j) kleiner als oder gleich einer Fehlertoleranz d ist, und wobei der Approximationsfehler gemäß der Sehnenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) und der Bogenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) bestimmt wird.
Der Satz von Merkmalspunkten wird durch die Vereinfachung des Satzes von ursprünglichen Punkten erhalten, bei der verglichen wird, ob der durch die Sehnenlänge und die Bogenlänge bestimmte Approximationsfehler die Fehlertoleranz überschreitet. Dieses Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie weist einen verringerten Berechnungsaufwand und eine hohe Genauigkeit auf.
Bevorzugt umfasst ferner das obige Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie Senden der vereinfachten Trajektorie, die den Satz von Merkmalspunkten β(j) umfasst, an eine Steuerung des industriellen Roboters.
Durch die Entfernung unnötiger (redundanter) Pfadpunkte aus dem Satz von ursprünglichen Punkten wird die komplette Trajektorie vereinfacht und der Satz von Merkmalspunkten wird erhalten. So wird vermieden, dass zu viele Punkte an die Steuerung für den industriellen Roboter gesendet werden. Dadurch werden die Geschwindigkeit und Stabilität des endgültigen Pfads der Trajektorie (z. B. eines gekrümmten Pfads) erheblich verbessert, ohne den Zugang zur grundlegenden Kontrolle für den industriellen Roboter erhalten zu müssen. Der durch den Satz von Merkmalspunkten bezeichnete vereinfachte Pfad kann von der Steuerung für den Roboter ohne grundlegende Kontrolle unmittelbar interpretiert und ausgeführt werden.
Bevorzugt ist im obigen Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass die komplette Trajektorie einen Anhaltepunkt zur Durchführung einer Aufgabe und einen Zwischenpunkt mit einer zugeordneten Bewegung oder einem zugeordneten Befehl umfasst.
Bevorzugt ist im obigen Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass die komplette Trajektorie und die vereinfachte Trajektorie Hindernisvermeidungstrajektorien sind.
Bevorzugt ist im obigen Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass die Sehnenlänge c(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: c(i_j-1,p) = ||α(p) - α(i_j-1) ||.
Bevorzugt ist im obigen Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass die Bogenlänge s(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: $s (i_{j - 1}, p) = \sum_{k = i_{j - 1}}^{p - 1} ‖ α (k + 1) - α (k) ‖ .$
Bevorzugt ist im obigen Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass der Approximationsfehler d(i_j-1, p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: $d (i_{j - 1}, p) = \frac{1}{2} \sqrt{s^{2} (i_{j - 1}, p)} - c^{2} (i_{j - 1}, p) .$
Bevorzugt ist im obigen Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass die Fehlertoleranz d ein vorgegebener Wert ist, der für die maximal zulässige Abweichung des vereinfachten Pfads steht.
In einer anderen Lösung der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters bereitgestellt, umfassend: eine Generationseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine komplette Trajektorie des industriellen Roboters während des Lernens des industriellen Roboters zu generieren, wobei die komplette Trajektorie einen Satz von ursprünglichen Punkten a(i), mit i = 1, 2, ..., n, worin n die Anzahl der ursprünglichen Punkte in dem Satz ist, umfasst; und eine Vereinfachungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, die komplette Trajektorie zu vereinfachen, um einen Satz von Merkmalspunkten β(j), mit j = 1, 2, ..., m, worin m die Anzahl der Merkmalspunkte in dem Satz ist, zu erhalten, wobei der Satz von Merkmalspunkten β(j) in dem Satz von ursprünglichen Punkten a(i) enthalten ist, also m kleiner als oder gleich n ist, wobei α(1) = β(1) und a(n) = β(m) ist, wobei β(j) = α(i_j) ist, wenn 1 < j < m ist, und der Approximationsfehler zwischen einem beliebigen Punkt α(p) zwischen einem dem Punkt β(j-1) entsprechenden Punkt α(i_j-1) und dem Punkt β(j) entsprechenden Punkt α(i_j) im Satz von ursprünglichen Punkten, also i_j-1 < p < i_j, und einem geraden Linienabschnitt zwischen β(j-1) und β(j) kleiner als oder gleich einer Fehlertoleranz d ist, und wobei der Approximationsfehler gemäß der Sehnenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) und der Bogenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) bestimmt wird.
Die Vereinfachungseinrichtung in dieser Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie vereinfacht den Satz von ursprünglichen Punkten und erhält den Satz von Merkmalspunkten. Die Vereinfachungseinrichtung bestimmt die Notwendigkeit eines Interessenpunkts durch das Vergleichen, ob der Approximationsfehler, der durch die Sehnenlänge und die Bogenlänge zwischen dem Interessenpunkt α(p) und dem dem festgelegten Merkmalspunkt β(j-1) entsprechenden ursprünglichen Punkt α(i_j-1) bestimmt ist, die Fehlertoleranz überschreitet. Die notwendigen Interessenpunkte gehen in den Satz von Merkmalspunkten ein. Diese Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie weist einen verringerten Berechnungsaufwand und eine hohe Genauigkeit auf.
Bevorzugt umfasst ferner die obige Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie eine Sendeeinrichtung, die dazu konfiguriert ist, die vereinfachte Trajektorie, die den Satz von Merkmalspunkten β(j) umfasst, an eine Steuerung des industriellen Roboters zu senden.
Durch die Entfernung unnötiger (redundanter) Pfadpunkte aus dem Satz von ursprünglichen Punkten wird die komplette Trajektorie vereinfacht und der Satz von Merkmalspunkten wird erhalten. So wird vermieden, dass die Sendeeinrichtung in der Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie zu viele Punkte an die Steuerung für den industriellen Roboter sendet. Dadurch werden die Geschwindigkeit und Stabilität des endgültigen Pfads der Trajektorie (z. B. eines gekrümmten Pfads) erheblich verbessert, ohne den Zugang zur grundlegenden Kontrolle für den industriellen Roboter erhaltenzu müssen. Der durch den Satz von Merkmalspunkten bezeichnete vereinfachte Pfad kann von der Steuerung für den Roboter ohne grundlegende Kontrolle unmittelbar interpretiert und ausgeführt werden.
Bevorzugt ist in der obigen Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass die komplette Trajektorie einen Anhaltepunkt zur Durchführung einer Aufgabe und einen Zwischenpunkt mit einer zugeordneten Bewegung oder einem zugeordneten Befehl umfasst.
Bevorzugt ist in der obigen Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass die komplette Trajektorie und die vereinfachte Trajektorie Hindernisvermeidungstrajektorien sind.
Bevorzugt ist in der obigen Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass die Sehnenlänge c(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: c(i_j-1, p) = ∥α(p) - α(i_j-1)∥.
Bevorzugt ist in der obigen Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass die Bogenlänge s(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: $s (i_{j - 1}, p) = \sum_{k = i_{j - 1}}^{p - 1} ‖ α (k + 1) - α (k) ‖ .$
Bevorzugt ist in der obigen Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass der Approximationsfehler d(i_j-1, p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: $d (i_{j - 1}, p) = \frac{1}{2} \sqrt{s^{2} (i_{j - 1}, p)} - c^{2} (i_{j - 1}, p) .$
Bevorzugt ist in der obigen Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie vorgesehen, dass die Fehlertoleranz d ein vorgegebener Wert ist, der für die maximal zulässige Abweichung des vereinfachten Pfads steht.
In einer anderen Lösung der Erfindung wird ein Computerspeichermedium bereitgestellt, das Anweisungen umfasst, die beim Ausführen ein oben beschriebenes Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie durchführen.
In einer anderen Lösung der Erfindung wird eine Arbeitsplattform für einen industriellen Roboter bereitgestellt, umfassend eine oben beschriebene Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie.
Figurenliste
In Bezug auf die Figuren wird die Veröffentlichung der vorliegenden Erfindung besser verständlich. Es sollte vom Fachmann leicht verstanden werden, dass die Zeichnungen ausschließlich illustrativ sein sollen, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu beschränken. Es zeigen:

1 ein Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
3 eine Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführliche Ausführungsformen
Die nachfolgende Beschreibung erläutert die spezifischen Ausführungsformen der Erfindung, um den Fachmann verstehen zu lassen, wie die optimalen Formen der Erfindung hergestellt und verwendet werden sollen. Um das Prinzip der Erfindung zu lehren, sind einige herkömmliche Aspekte vereinfacht oder weggelassen. Dem Fachmann sollte es klar sein, dass die Varianten, die auf diesen Ausführungsformen basieren, im Umfang der Erfindung enthalten sein sollen. Dem Fachmann sollte es klar sein, dass die nachfolgenden Merkmale in verschiedene Weise miteinander kombiniert werden können, um mehrere Varianten der Erfindung auszubilden. Daher soll sich die Erfindung nicht auf die nachfolgenden Ausführungsformen beschränken, sondern nur von den Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert werden.
Eine direkte Methode zur kombinierten Verwendung eines industriellen Roboters mit einer Pfadplanung besteht darin, eine komplette Trajektorie mit gesendeten Punkten (wie z. B. insgesamt 1000 Punkten), die der Roboter durchfährt, zu beschreiben. Jedoch können die meisten Roboter eine komplette Trajektorie (beispielsweise einen gekrümmten Pfad) mit vielen Punkten nicht reibungslos verarbeiten, da der Abstand zwischen benachbarten Punkten so klein ist und der Roboter so genau jeden der Punkte anfahren muss, dass seine allgemeine Bewegung instabil ist und eine Schwingung bei der Erhöhung der TCP-Geschwindigkeit auftritt. Zudem müssen bei einer Pfadplanung kontinuierliche, ununterbrochene Software-Kommunikation und Hardware-Verdrahtung gewährgeleistet werden, so dass der Roboter in jeder Bewegungsperiode den geplanten Pfad durchläuft.
Ein oder mehrere der obigen Probleme wird oder werden durch ein oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele gelöst.
Siehe 1. 1 zeigt ein Verfahren 1000 zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Im Schritt S110 wird eine komplette Trajektorie des industriellen Roboters während des Lernens des industriellen Roboters generiert. Die komplette Trajektorie umfasst einen Satz von ursprünglichen Punkten α (i), mit i = 1, 2, ..., n, worin n die Anzahl der ursprünglichen Punkte in dem Satz ist.
Im Schritt S120 wird die komplette Trajektorie vereinfacht, um einen Satz von Merkmalspunkten β(j), mit j = 1, 2, ..., m, worin m die Anzahl der Merkmalspunkte in dem Satz ist, zu erhalten.
Der Satz von Merkmalspunkten β(j) ist in dem Satz von ursprünglichen Punkten α (i) enthalten, also m ist kleiner als oder gleich n. Der erste bzw. der letzte Merkmalspunkt im Satz von Merkmalspunkten β(j) entspricht dem ersten bzw. dem letzten Punkt im Satz von ursprünglichen Punkten, d. h. α (1) = β(1) und α (n) = β(m). Für die anderen Punkte im Satz von Merkmalspunkten gilt β(j) = α(i_j), mit 1 < j < m. D. h. β(j) entspricht α(i_j). Ebenfalls entspricht β(j-1) α(i_j-1). Der Approximationsfehler zwischen einem beliebigen Punkt α(p) zwischen Punkt α(i_j-1) und Punkt α(i_j), also i_j-1 < p < i_j, und einem geraden Linienabschnitt zwischen β(j-1) und β(j) ist kleiner als oder gleich der Fehlertoleranz d, wobei der Approximationsfehler gemäß der Sehnenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) und der Bogenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) bestimmt wird.
In der obigen Lösung sind der Startpunkt im Satz von Merkmalspunkten und der Startpunkt im Satz von ursprünglichen Punkten identisch. α(i_j-1) kann für einen dem bestimmten Merkmalspunkt β(j-1) entsprechenden ursprünglichen Punkt stehen. Die Punkte nach α(i_j-1) im Satz von ursprünglichen Punkten werden nacheinander als Interessenpunkt eingestellt, um zu bestimmen, ob sein Approximationsfehler die Fehlertoleranz überschreitet. Überschreitet er die Fehlertoleranz, wird dieser Interessenpunkt als nötig angesehen und er geht in den Satz von Merkmalspunkten ein. Wenn der Approximationsfehler des Interessenpunkts kleiner als oder gleich der Fehlertoleranz ist, wird dieser Interessenpunkt als redundant angesehen und er geht nicht in den Satz von Merkmalspunkten ein. Der oben beschriebene Vorgang wird wiederholt, bis für jeden Punkt bis auf den Startpunkt und den Endpunkt die Approximationsfehler berechnet sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Approximationsfehler gemäß sowohl der Sehnenlänge zwischen einem bestimmten Merkmalspunkt α(i_j-1) und dem aktuellen Interessenpunkt α(p) als auch der Bogenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) bestimmt ist. Durch die Verwendung des Approximationsfehlers als Basis für die Entfernung unnötiger Punkte weist dieses Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie einen verringerten Berechnungsaufwand und eine hohe Genauigkeit auf.
Siehe 2. 2 zeigt ein Verfahren 2000 zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Vergleich zur 1 umfasst das Verfahren 2000 zur Vereinfachung einer Trajektorie aus 2 neben Schritten S110 und S120 ferner: Schritt S210: Senden der vereinfachten Trajektorie, die den Satz von Merkmalspunkten β(j) umfasst, an eine Steuerung des industriellen Roboters. D. h. statt der kompletten Trajektorie wird die vereinfachte Trajektorie an die Steuerung des Roboters gesendet. So wird vermieden, dass zu viele Punkte an die Steuerung für den industriellen Roboter gesendet werden. Dadurch werden die Geschwindigkeit und Stabilität des endgültigen Pfads der Trajektorie (z. B. eines gekrümmten Pfads) erheblich verbessert, ohne den Zugang zur grundlegenden Kontrolle für den industriellen Roboter erhaltenzu müssen.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass im Fall, in dem der industrielle Roboter TCP/IP-Kommunikation unterstützt, die vereinfachte Trajektorie, die den Satz von Merkmalspunkten umfasst, über TCP/IP-Kommunikation an die Steuerung des industriellen Roboters gesendet wird. Da die vereinfachte Trajektorie an die Steuerung des Roboters gesendet wurde, kann nach dem Speichern der Daten auf der Steuerung die externe Hardware entfernt werden. Der durch den Satz von Merkmalspunkten bezeichnete vereinfachte Pfad kann von der Steuerung für den Roboter ohne grundlegende Kontrolle unmittelbar interpretiert und ausgeführt werden.
Im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie aus 1 und 2 ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die komplette Trajektorie einen Anhaltepunkt zur Durchführung einer Aufgabe und einen Zwischenpunkt mit einer zugeordneten Bewegung oder einem zugeordneten Befehl (wie z. B. SLIN/MoveL) umfasst. In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die komplette Trajektorie und die vereinfachte Trajektorie Hindernisvermeidungstrajektorien sind.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass im obigen Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie die Sehnenlänge c(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt
wird: c(i_j-1, p) = ∥α(p) - α(i_j-1)∥.
Die Sehnenlänge c(i_j-1, p) steht für die Länge zwischen einem dem bestimmten Merkmalspunkt β(j-1) entsprechenden ursprünglichen Punkt α(i_j-1) und dem Interessenpunkt α(p).
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Bogenlänge s(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: $s (i_{j - 1}, p) = \sum_{k = i_{j - 1}}^{p - 1} ‖ α (k + 1) - α (k) ‖ .$
Die Bogenlänge s(i_j-1, p) steht für die Summe der Abstände zwischen jeweils benachbarten Punkten, ausgehend von einem dem bestimmten Merkmalspunkt β(j-1) entsprechenden ursprünglichen Punkt α(i_j-1) bis zu dem Interessenpunkt α(p).
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Approximationsfehler d(i_j-1, p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: $d (i_{j - 1}, p) = \frac{1}{2} \sqrt{s^{2} (i_{j - 1}, p)} - c^{2} (i_{j - 1}, p) .$
Wenn der dem bestimmten Merkmalspunkt β(j-1) entsprechende ursprüngliche Punkt α(i_j-1) bekannt ist, kann für die Punkte nach dem ursprünglichen Punkt α(i_j-1) jeweils der Approximationsfehler nach der obigen Gleichung berechnet werden, bis der Approximationsfehler die vorgegebene Fehlertoleranz d überschreitet. In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Fehlertoleranz d für die maximal zulässige Abweichung des vereinfachten Pfads steht.
3 zeigt eine Vorrichtung 3000 zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bezugnehmend auf 3 umfasst die Vorrichtung 3000 zur Vereinfachung einer Trajektorie eine Generationseinrichtung 310 und eine Vereinfachungseinrichtung 320. Bevorzugt umfasst ferner die Vorrichtung 3000 zur Vereinfachung einer Trajektorie eine Sendeeinrichtung 330.
Die Generationseinrichtung 310 ist dazu konfiguriert, eine komplette Trajektorie des industriellen Roboters während des Lernens des industriellen Roboters zu generieren, wobei die komplette Trajektorie einen Satz von ursprünglichen Punkten a(i), mit i = 1, 2, ..., n, worin n die Anzahl der ursprünglichen Punkte in dem Satz ist, umfasst. In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die komplette Trajektorie einen Anhaltepunkt zur Durchführung einer Aufgabe und einen Zwischenpunkt mit einer zugeordneten Bewegung oder einem zugeordneten Befehl umfasst.
Die Vereinfachungseinrichtung 320 ist dazu konfiguriert, die komplette Trajektorie zu vereinfachen, um einen Satz von Merkmalspunkten β(j), mit j = 1, 2, ..., m, worin m die Anzahl der Merkmalspunkte in dem Satz ist, zu erhalten. Der Satz von Merkmalspunkten β(j) ist in dem Satz von ursprünglichen Punkten a(i) enthalten, also m ist kleiner als oder gleich n, wobei α(1) = β(1) und a(n) = β(m) ist, wobei β(j) = α(i_j) ist, wenn 1 < j < m ist, und der Approximationsfehler zwischen einem beliebigen Punkt α(p) zwischen einem dem Punkt β(j-1) entsprechenden Punkt α(i_j-1) und dem Punkt β(j) entsprechenden Punkt α(i_j) im Satz von ursprünglichen Punkten, also i_j-1 < p < i_j, und einem geraden Linienabschnitt zwischen β(j-1) und β(j) kleiner als oder gleich einer Fehlertoleranz d ist, und wobei der Approximationsfehler gemäß der Sehnenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) und der Bogenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) bestimmt wird. In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die komplette Trajektorie und die vereinfachte Trajektorie Hindernisvermeidungstrajektorien sind.
Die Vereinfachungseinrichtung 320 erhält den Satz von Merkmalspunkten durch die Vereinfachung des Satzes von ursprünglichen Punkten. Die Vereinfachungseinrichtung 320 bestimmt insbesondere die Notwendigkeit eines Interessenpunkts durch das Vergleichen, ob der Approximationsfehler, der durch die Sehnenlänge und die Bogenlänge zwischen dem Interessenpunkt α(p) und dem zu dem festgelegten Merkmalspunkts β(j-1) entsprechenden ursprünglichen Punkt α(i_j-1) bestimmt ist, die Fehlertoleranz d überschreitet. Die notwendigen Interessenpunkte gehen in den Satz von Merkmalspunkten ein. Mit dieser Vereinfachungseinrichtung 320 weist diese Vorrichtung 3000 zur Vereinfachung einer Trajektorie einen verringerten Berechnungsaufwand und eine hohe Genauigkeit auf.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Sendeeinrichtung 330 dazu konfiguriert, die vereinfachte Trajektorie, die den Satz von Merkmalspunkten β(j) umfasst, an eine Steuerung des industriellen Roboters zu senden. Die Vereinfachungseinrichtung 320 hat den durch die Generationseinrichtung 310 generierten Satz von ursprünglichen Punkten vereinfacht und die redundanten Pfadpunkte entfernt, wie oben beschrieben. Die Sendeeinrichtung 330 sendet den vereinfachten Pfad (den Satz von Merkmalspunkten) an die Steuerung des industriellen Roboters, um die durch die Sendung überschüssiger Punkte bedingten Probleme, wie die Nicht-Übereinstimmung hinsichtlich der Geschwindigkeit und Beschleunigung der Trajektorie und die Änderungen in Spitzen, zu vermeiden. Dadurch werden eventuell die Geschwindigkeit und Stabilität des endgültigen Pfads der vereinfachten Trajektorie (z. B. eines gekrümmten Pfads) erheblich verbessert, ohne den Zugang zur grundlegenden Kontrolle für den industriellen Roboter erhaltenzu müssen. Der durch den Satz von Merkmalspunkten bezeichnete vereinfachte Pfad kann von der Steuerung für den Roboter ohne grundlegende Kontrolle unmittelbar interpretiert und ausgeführt werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Sehnenlänge c(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) durch die Vereinfachungseinrichtung 320 derart berechnet wird: c(i_j-1, p) = ||α(p) - α(i_j-1)∥.
Die Sehnenlänge c(i_j-1, p) steht für die Länge zwischen einem dem bestimmten Merkmalspunkt β(j-1) entsprechenden ursprünglichen Punkt α(i_j-1) und dem Interessenpunkt α (p).
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Bogenlänge s(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) durch die Vereinfachungseinrichtung 320 derart berechnet wird: $s (i_{j - 1}, p) = \sum_{k = i_{j - 1}}^{p - 1} ‖ α (k + 1) - α (k) ‖ .$
Die Bogenlänge s(i_j-1, p) steht für die Summe der Abstände zwischen jeweils benachbarten Punkten, ausgehend von einem dem bestimmten Merkmalspunkt β(j-1) entsprechenden ursprünglichen Punkt α(i_j-1) bis zu dem Interessenpunkt α (p).
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Approximationsfehler d(i_j-1, p) durch die Vereinfachungseinrichtung 320 derart berechnet wird: $d (i_{j - 1}, p) = \frac{1}{2} \sqrt{s^{2} (i_{j - 1}, p)} - c^{2} (i_{j - 1}, p) .$
Wenn der dem bestimmten Merkmalspunkt β(j-1) entsprechende ursprüngliche Punkt α(i_j-1) bekannt ist, kann für die Punkte nach dem ursprünglichen Punkt α(i_j-1) jeweils der Approximationsfehler nach der obigen Gleichung berechnet werden, bis der Approximationsfehler die vorgegebene Fehlertoleranz d überschreitet. In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Fehlertoleranz d für die maximal zulässige Abweichung des vereinfachten Pfads steht.
Es sollte vom Fachmann leicht verstanden werden, dass das durch ein oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele bereitgestellte Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie mittels eines Computerprogramms realisiert werden kann. Wenn beispielsweise ein Computerspeichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert wird, z. B. ein USB-Stick, mit dem Computer verbunden ist, kann durch die Ausführung des Computerprogramms das Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt werden.
Zusammengefasst wird in den Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Lösung zur Vereinfachung einer Trajektorie bereitgestellt. Obwohl nur einige der konkreten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, sollte vom Fachmann verstanden werden, dass die Erfindung in vielen anderen Formen, wie z. B. auf einer Arbeitsplattform für einen industriellen Roboter, ausgeführt werden kann, ohne vom Prinzip und Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher sollen die gezeigten Beispiele und Ausführungsformen als schematisch, aber nicht einschränkend angesehen werden. Die Erfindung kann verschiedene Modifikationen und Substitutionen umfassen, ohne von dem durch die beigefügten Ansprüche definierten Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters, umfassend: Generieren einer kompletten Trajektorie des industriellen Roboters während des Lernens des industriellen Roboters, wobei die komplette Trajektorie einen Satz von ursprünglichen Punkten a(i), mit i = 1, 2, ..., n, worin n die Anzahl der ursprünglichen Punkte in dem Satz ist, umfasst; und Vereinfachen der kompletten Trajektorie, um einen Satz von Merkmalspunkten β(j), mit j = 1, 2, ..., m, worin m die Anzahl der Merkmalspunkte in dem Satz ist, zu erhalten, wobei der Satz von Merkmalspunkten β(j) in dem Satz von ursprünglichen Punkten α(i) enthalten ist, also m kleiner als oder gleich n ist, wobei α(1) = β(1) und a(n) = β(m) ist, wobei β(j) = α(i_j) ist, wenn 1 < j < m ist, und für einen beliebigen Punkt α(p) zwischen einem dem Punkt β(j-1) entsprechenden Punkt α(i_j-1) und dem Punkt β(j) entsprechenden Punkt α(i_j) im Satz von ursprünglichen Punkten, also i_j-1 < p < i_j, der Approximationsfehler zwischen dem beliebigen Punkt α(p) und einem geraden Linienabschnitt zwischen β(j-1) und β(j) kleiner als oder gleich einer Fehlertoleranz d ist, und wobei der Approximationsfehler gemäß der Sehnenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) und der Bogenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) bestimmt wird.
Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 1, ferner umfassend: Senden der vereinfachten Trajektorie, die den Satz von Merkmalspunkten β(j) umfasst, an eine Steuerung des industriellen Roboters.
Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die komplette Trajektorie einen Anhaltepunkt zur Durchführung einer Aufgabe und einen Zwischenpunkt mit einer zugeordneten Bewegung oder einem zugeordneten Befehl umfasst.
Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die komplette Trajektorie und die vereinfachte Trajektorie Hindernisvermeidungstrajektorien sind.
Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sehnenlänge c(i_j-1, p) zwischen α (i_j-1) und α(p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: c(i_j-1, p) = ∥α(p) - α(i_j-1)∥.
Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bogenlänge s(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: $s (i_{j - 1}, p) = \sum_{k = i_{j - 1}}^{p - 1} ‖ α (k + 1) - α (k) ‖ .$
Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Approximationsfehler d(i_j-1, p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: $d (i_{j - 1}, p) = \frac{1}{2} \sqrt{s^{2} (i_{j - 1}, p)} - c^{2} (i_{j - 1}, p) .$
Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fehlertoleranz d ein vorgegebener Wert ist, der für die maximal zulässige Abweichung des vereinfachten Pfads steht.
Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie eines industriellen Roboters, umfassend: eine Generationseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine komplette Trajektorie des industriellen Roboters während des Lernens des industriellen Roboters zu generieren, wobei die komplette Trajektorie einen Satz von ursprünglichen Punkten a(i), mit i = 1, 2, ..., n, worin n die Anzahl der ursprünglichen Punkte in dem Satz ist, umfasst; und eine Vereinfachungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, die komplette Trajektorie zu vereinfachen, um einen Satz von Merkmalspunkten β(j), mit j = 1, 2, ..., m, worin m die Anzahl der Merkmalspunkte in dem Satz ist, zu erhalten, wobei der Satz von Merkmalspunkten β(j) in dem Satz von ursprünglichen Punkten α(i) enthalten ist, also m kleiner als oder gleich n ist, wobei α(1) = β(1) und α(n) = β(m) ist, wobei β(j) = α(i_j) ist, wenn 1 < j < m ist, und für einen beliebigen Punkt α(p) zwischen einem dem Punkt β(j-1) entsprechenden Punkt α(i_j-1) und dem Punkt β(j) entsprechenden Punkt α(i_j) im Satz von ursprünglichen Punkten, also i_j-1 < p < i_j, der Approximationsfehler zwischen dem beliebigen Punkt a(p) und einem geraden Linienabschnitt zwischen β(j-1) und β(j) kleiner als oder gleich einer Fehlertoleranz d ist, und wobei der Approximationsfehler gemäß der Sehnenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) und der Bogenlänge zwischen α(i_j-1) und α(p) bestimmt wird.
Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 9, ferner umfassend: eine Sendeeinrichtung, die dazu konfiguriert ist, die vereinfachte Trajektorie, die den Satz von Merkmalspunkten β(j) umfasst, an eine Steuerung des industriellen Roboters zu senden.
Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 9 oder 10, wobei die komplette Trajektorie einen Anhaltepunkt zur Durchführung einer Aufgabe und einen Zwischenpunkt mit einer zugeordneten Bewegung oder einem zugeordneten Befehl umfasst.
Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 9 oder 10, wobei die komplette Trajektorie und die vereinfachte Trajektorie Hindernisvermeidungstrajektorien sind.
Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Sehnenlänge c(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: c(i_j-1, p) = ||α(p) - α(i_j-1)∥.
Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Bogenlänge s(i_j-1, p) zwischen α(i_j-1) und α(p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: $s (i_{j - 1}, p) = \sum_{k = i_{j - 1}}^{p - 1} ‖ α (k + 1) - α (k) ‖ .$
Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Approximationsfehler d(i_j-1, p) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird: $d (i_{j - 1}, p) = \frac{1}{2} \sqrt{s^{2} (i_{j - 1}, p)} - c^{2} (i_{j - 1}, p) .$
Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Fehlertoleranz d ein vorgegebener Wert ist, der für die maximal zulässige Abweichung des vereinfachten Pfads steht.
Computerspeichermedium, das Anweisungen umfasst, die beim Ausführen ein Verfahren zur Vereinfachung einer Trajektorie nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführen.
Arbeitsplattform für einen industriellen Roboter, umfassend eine Vorrichtung zur Vereinfachung einer Trajektorie nach einem der Ansprüche 9 bis 16.