專利名稱：:用于運(yùn)行機(jī)器人的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行機(jī)器人尤其是具有關(guān)節(jié)的機(jī)器人(例如具有關(guān)節(jié)臂的工業(yè)機(jī)器人)的方法。
背景技術(shù)：
：作為根據(jù)ENISO8373第2.6分節(jié)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人，基本上通過位置控制或連續(xù)路徑控制被控制，其中通過示教(teach-in)編程或離線編程來編程運(yùn)動(dòng)過程?；旧希ㄟ^將每個(gè)軸運(yùn)動(dòng)到基準(zhǔn)點(diǎn)，來同步機(jī)器人的不同軸，以能夠控制將電動(dòng)機(jī)電樞的當(dāng)前位置指定到一關(guān)節(jié)角度，即，在參考位置發(fā)生位移，其中關(guān)節(jié)坐標(biāo)的增加的測量值適用于機(jī)器人控制?？蛇x地以相同的方式進(jìn)行外部運(yùn)動(dòng)軸的同步。在一方面，現(xiàn)有技術(shù)不允許所有運(yùn)動(dòng)的同步的仿真，在另一方面，這種同步在整個(gè)路徑上缺乏足夠的可靠性和準(zhǔn)確性。
發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)明的基本目的在于提供一種方法，通過所述方法可以仿真機(jī)器人的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，并且能夠進(jìn)行可靠的同步。根據(jù)本發(fā)明，使用介紹中所描述類型的方法可以實(shí)現(xiàn)所述目的，該方法的特征在于機(jī)器人的軸運(yùn)動(dòng)是與主運(yùn)動(dòng)同步的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種用于運(yùn)行機(jī)器人的方法，所述機(jī)器人具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和用于運(yùn)動(dòng)的多個(gè)機(jī)器人軸，所述方法包括如下步驟指定所述機(jī)器人的一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為主運(yùn)動(dòng)；以及將所述多個(gè)機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)與所述主運(yùn)動(dòng)同步。根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種用于運(yùn)行機(jī)器人的方法，所述方法包括如下步驟提供一種具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人，其中所述機(jī)器人具有多個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括整個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和圍繞多個(gè)機(jī)器人軸中的每一個(gè)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；指定所述機(jī)器人的一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為主運(yùn)動(dòng)；以及將所述多個(gè)機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)與所述主運(yùn)動(dòng)同步。根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種用于運(yùn)行機(jī)器人的方法，所述方法包括如下步驟提供一種包括具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人的系統(tǒng)，其中所述機(jī)器人具有多個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括整個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和圍繞多個(gè)機(jī)器人軸中的每一個(gè)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；提供具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的另一裝置；指定所述機(jī)器人或另一裝置的一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為主運(yùn)動(dòng)；將所述多個(gè)機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)與所述主運(yùn)動(dòng)同步。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過路徑表進(jìn)行準(zhǔn)備以將軸的位置指定到主運(yùn)動(dòng)的位置。因此，在這種路徑表中，機(jī)器人的位置或獨(dú)立軸(例如，軸A1到A6)被指定到主運(yùn)動(dòng)位置，例如優(yōu)選的，這種主運(yùn)動(dòng)是在具有旋轉(zhuǎn)軸作為主軸的轉(zhuǎn)盤上，整個(gè)機(jī)器人在空間上的運(yùn)動(dòng)，或機(jī)器人的線性運(yùn)動(dòng)，或在空間中的以類似于矩陣的方式的另一種運(yùn)動(dòng)。這種指定例如是將位置A11(第一機(jī)器人軸的第一位置)、A21，A61(第六軸的第一位置)指定到主運(yùn)動(dòng)的位置S1；將機(jī)器人軸位置A1n(第一機(jī)器人軸的最后位置)，A2n，A6n(第六軸的最后位置)指定到基本運(yùn)動(dòng)的位置Sn。機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)依賴于主運(yùn)動(dòng)，其也可以被稱為次運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的軸(A1到A6)可以被稱為次軸。只要主運(yùn)動(dòng)是圍繞或沿著軸，這個(gè)軸就可以稱為主軸。在優(yōu)選實(shí)施例中，具體通過在主運(yùn)動(dòng)(例如主軸的主運(yùn)動(dòng))的運(yùn)動(dòng)路徑中設(shè)置的位置編碼器來檢查位置。如上所述，主運(yùn)動(dòng)可以是主軸的主運(yùn)動(dòng)，該主軸可以是機(jī)器人的軸或限定整個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的軸；主軸可以是旋轉(zhuǎn)軸，整個(gè)機(jī)器人圍繞該旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，或者是線性軸，整個(gè)機(jī)器人沿該線性軸運(yùn)動(dòng)。由于根據(jù)本發(fā)明的方案，機(jī)器人軸的從屬運(yùn)動(dòng)以類似凸輪的方式與主運(yùn)動(dòng)相連接，并沿主運(yùn)動(dòng)的位置確定的路徑進(jìn)行。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的任何給定點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)路徑限定機(jī)器人或其軸的位置、速度以及加速度。通過仿真工具可以在路徑表中離線地編程同步運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提供了如下優(yōu)點(diǎn)創(chuàng)建不同運(yùn)動(dòng)路徑或軌跡的高度靈活性，并且使用者能夠在多個(gè)路徑或軌跡中進(jìn)行選擇。在機(jī)械凸輪的情況下，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)精確地結(jié)合，因此機(jī)器人的位置與沿主運(yùn)動(dòng)的位置精確地結(jié)合。在本發(fā)明的方案中，機(jī)器人的每個(gè)位置遵循在路徑表中預(yù)先設(shè)定的位置。在每個(gè)內(nèi)插周期中，機(jī)器人控制器獲取路徑表中的位置并將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所讀取的位置上。路徑表限定路徑的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)分布圖，其中機(jī)器人在路徑上的運(yùn)動(dòng)中將遵循這些幾何形狀和運(yùn)動(dòng)分布圖。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征在權(quán)利要求和下面的描述中示出，其中參考附圖具體地說明了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在并入到本申請并作為本申請的一部分的權(quán)利要求中特別地指出了作為本發(fā)明特征的各個(gè)新穎性特點(diǎn)。為了更好地理解本發(fā)明，將參照附圖進(jìn)行描述，通過參考附圖和描述性內(nèi)容將獲得本發(fā)明的操作優(yōu)點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)的特定目的，其中在該描述性內(nèi)容中說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在附圖中圖1是生成路徑表并使用該路徑表控制機(jī)器人的概要示意圖；圖2是將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)作為時(shí)間函數(shù)指定到主運(yùn)動(dòng)(principalmotion)以及其在路徑表中的表示的示圖；圖3機(jī)器人控制器的示圖；圖4是在機(jī)器人控制器的控制下，在監(jiān)視機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)期間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法的框圖；以及圖5是在獨(dú)立的存儲(chǔ)器可編程控制器(PLC)中，在監(jiān)視期間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法的框圖。具體實(shí)施方式具體請參考附圖，在下面所示的示例性實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人R的控制器的核心組成部分是所謂的路徑表1，其由一個(gè)或多個(gè)程序裝置在考慮轉(zhuǎn)盤指針(turntableindex)2(即，轉(zhuǎn)盤位置上的信息)的情況下通過動(dòng)畫和仿真工具3離線地生成。轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)是圍繞主軸的運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人圍繞該主軸運(yùn)動(dòng)，例如離心的運(yùn)動(dòng)(如在圓盤傳送帶的情況下)，而機(jī)器人軸(傳統(tǒng)的機(jī)器人中為六個(gè)軸)的運(yùn)動(dòng)依賴于轉(zhuǎn)盤的主運(yùn)動(dòng)。代替作為主軸的轉(zhuǎn)盤軸，也可以設(shè)置線性軸。而且，基本運(yùn)動(dòng)也可以是比圍繞主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或比沿主軸的線性運(yùn)動(dòng)更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)；關(guān)鍵的是具有主運(yùn)動(dòng)位置的預(yù)先設(shè)置的運(yùn)動(dòng)路徑，其中可以將轉(zhuǎn)軸的位置指定到該主運(yùn)動(dòng)位置。當(dāng)生成運(yùn)動(dòng)分布圖時(shí)，首先確定機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)路徑，特別是機(jī)器人的工具中心點(diǎn)(ToolCenterPoint，TCP)的運(yùn)動(dòng)路徑，接著沿此路徑在考慮速度和加速度的情況下確定過程運(yùn)動(dòng)(processmotion)，最終生成路徑表。因此可以通過動(dòng)畫/仿真工具3仿真機(jī)器人的整個(gè)運(yùn)動(dòng)。在路徑表1中，為路徑表的行指定主軸的每個(gè)指針位置，其包含相關(guān)聯(lián)的機(jī)器人位置。為了控制機(jī)器人，例如，從外部存儲(chǔ)器5(圖3)將路徑表1輸入到機(jī)器人控制器6，并且在每個(gè)內(nèi)插周期中機(jī)器人控制器6查詢轉(zhuǎn)盤位置7，并根據(jù)此向機(jī)器人發(fā)送控制指令，以用于通過輸出8驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置和因此定位機(jī)器人軸和機(jī)器人部件。圖2首先在左手側(cè)表示機(jī)器人的軌跡和運(yùn)動(dòng)分布圖，其以相應(yīng)于主軸運(yùn)動(dòng)指針的時(shí)間被采樣，并由垂直的虛線表示。因此主運(yùn)動(dòng)(例如轉(zhuǎn)盤隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng))被用作隨時(shí)間采樣機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的指針。在圖2的右手側(cè)所示的路徑表中，按照主軸的各個(gè)位置S1，S2，…，Sn指定機(jī)器人軸的位置A1到A6，例如，將機(jī)器人軸位置A11(第一軸的第一位置)，A12，…，A16指定到基本運(yùn)動(dòng)的位置S1，將機(jī)器人軸位置A21，…，A26指定到S2，等等，最后，將機(jī)器人軸位置An1(第一軸的最后位置)，An2，…，An6指定到基本運(yùn)動(dòng)的位置Sn。與路徑表中指針位置相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)盤位置用于將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到預(yù)先確定的期望位置。為了確保如此進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)盡可能地平滑，路徑表必須具有高的分辨率，以使轉(zhuǎn)盤的每個(gè)位置都具有相應(yīng)的機(jī)器人位置，并且能夠在每個(gè)內(nèi)插周期中被傳送到機(jī)器人控制器。圖3表示機(jī)器人控制器6的更詳細(xì)的示圖。首先機(jī)器人控制器6被連接到外部大容量存儲(chǔ)單元5，其中存儲(chǔ)離線生成的路徑表。指定用于機(jī)器人控制器的解釋器，具有屏幕、鍵盤和/或鼠標(biāo)的人機(jī)接口(HMI)8。另外，設(shè)置連接到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制器9以控制向機(jī)器人的輸出。而且，配置附加的輸入和輸出裝置(I/O)10，其例如用于接收外部傳感器信號(hào)，例如來自傳感器和編碼器的信號(hào)。而且，機(jī)器人控制器6還具有路徑表解釋器11和路徑表管理器13。如可以從圖4中確定的，離線生成的路徑表由路徑表解釋器11分析，檢查其語法正確性，并被轉(zhuǎn)換為機(jī)器可讀的形式。在該路徑表中，將各機(jī)器人位置指定到主軸的確定位置。機(jī)器人控制器6的路徑表管理器13負(fù)責(zé)路徑表16的執(zhí)行的初始化和調(diào)整，并如前所述查詢由主運(yùn)動(dòng)或基本運(yùn)動(dòng)確定的位置(這里為轉(zhuǎn)盤的位置)，從路徑表中讀取機(jī)器人的相應(yīng)位置或機(jī)器人軸的更準(zhǔn)確的位置，并通過運(yùn)動(dòng)控制器9的輸出驅(qū)動(dòng)機(jī)器人軸，向機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置(發(fā)動(dòng)機(jī))發(fā)出指令以使相應(yīng)的機(jī)器人軸A1到A6進(jìn)入路徑表確定的位置。由當(dāng)前軸位置監(jiān)視模塊14監(jiān)視機(jī)器人軸的位置，并通過路徑監(jiān)視器15將這些位置作為軸的實(shí)際位置與由路徑表16預(yù)先設(shè)置的軸的期望位置相比較；其后進(jìn)行安全檢查以確定機(jī)器人是否處于期望路徑上。其中，為了獲得期望的機(jī)器人位置，路徑驅(qū)動(dòng)器17接收傳送到其的主軸的位置S，并利用該信息檢索路徑表(如箭頭17a所示)，最終獲得期望的機(jī)器人位置(如箭頭17b所示)?？傊摲椒ㄈ缦?.機(jī)器人解釋器執(zhí)行機(jī)器人程序。2.該機(jī)器人程序包含特定指令，該特定指令將控制指令(例如指示將要運(yùn)行路徑表)傳遞到路徑表。3.路徑表管理器加載相應(yīng)的表并開始處理該表。4.相應(yīng)于主軸的位置，路徑表管理器從該表中獲得相應(yīng)的機(jī)器人位置，處理該機(jī)器人位置并發(fā)送位移指令到運(yùn)動(dòng)控制器。例如，通過I/O裝置(例如輸入，輸出裝置10)可以傳遞主軸位置。5.隨著表的處理，控制指令再次到達(dá)機(jī)器人解釋器。6.例如，通過HMI可以顯示當(dāng)前表以及該表的處理狀態(tài)。此外或作為替換的方案，軸位置也可以被用于監(jiān)視機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑的安全性，如圖5中所示的，例如利用路徑監(jiān)視器15在存儲(chǔ)器可編程控制器(PCSPS-PLC)中執(zhí)行監(jiān)視，路徑表16的第二備份存儲(chǔ)在該控制器中，通過安全性路徑監(jiān)視器19將實(shí)際的軸位置與路徑表16’預(yù)先設(shè)置的實(shí)際位置相比較，如果必要，可以停止運(yùn)動(dòng)，可以運(yùn)動(dòng)到安全的位置等。盡管已經(jīng)詳細(xì)地表示和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，以說明本發(fā)明的原理的應(yīng)用，但是應(yīng)該理解在不脫離這些原理的情況下可以以其它的方式實(shí)施本發(fā)明。權(quán)利要求1.一種用于運(yùn)行機(jī)器人的方法，所述機(jī)器人具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和用于運(yùn)動(dòng)的多個(gè)機(jī)器人軸，所述方法包括如下步驟指定所述機(jī)器人的一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為主運(yùn)動(dòng)；以及將所述多個(gè)機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)與所述主運(yùn)動(dòng)同步。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述主運(yùn)動(dòng)是主軸的運(yùn)動(dòng)。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述主軸是所述機(jī)器人的一軸。4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述主軸是限定整個(gè)所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的外部軸。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述主軸是整個(gè)所述機(jī)器人繞其運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸。6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述主軸是線性軸。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)包括多個(gè)次軸的運(yùn)動(dòng)，將所述多個(gè)次軸的運(yùn)動(dòng)與所述主運(yùn)動(dòng)同步的步驟包括使用在所述主運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置的位置編碼器。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過路徑表將所述多個(gè)機(jī)器人軸的位置指定到所述主運(yùn)動(dòng)的位置。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述主運(yùn)動(dòng)是沿所述機(jī)器人的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，該點(diǎn)運(yùn)動(dòng)是由整個(gè)所述機(jī)器人或其一部分的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。10.一種用于運(yùn)行機(jī)器人的方法，所述方法包括如下步驟提供一種具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人，其中所述機(jī)器人具有多個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括整個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和圍繞多個(gè)機(jī)器人軸中的每一個(gè)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；指定所述機(jī)器人的一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為主運(yùn)動(dòng)；以及將所述多個(gè)機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)與所述主運(yùn)動(dòng)同步。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述主運(yùn)動(dòng)是主軸的運(yùn)動(dòng)。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述主軸是所述機(jī)器人的一軸。13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述主軸是限定用于整個(gè)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的外部軸。14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述主軸是旋轉(zhuǎn)軸，整個(gè)所述機(jī)器人圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)以提供所述整個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述主軸是線性軸。16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述多個(gè)機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)包括多個(gè)次軸的運(yùn)動(dòng)，將所述多個(gè)次軸的運(yùn)動(dòng)與所述主運(yùn)動(dòng)同步的步驟包括使用在所述主運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置的位置編碼器。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中通過路徑表將所述多個(gè)機(jī)器人軸的位置指定到所述主運(yùn)動(dòng)的位置。18.一種用于運(yùn)行機(jī)器人的方法，所述方法包括如下步驟提供一種包括具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人的系統(tǒng)，其中所述機(jī)器人具有多個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括整個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和圍繞多個(gè)機(jī)器人軸中的每一個(gè)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；提供具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的另一裝置；指定所述機(jī)器人或另一裝置的一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為主運(yùn)動(dòng)；將所述多個(gè)機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)與所述主運(yùn)動(dòng)同步。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述另一裝置是另一具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人，所述主運(yùn)動(dòng)是所述具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人和另一具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人中之一的軸的運(yùn)動(dòng)。20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述主運(yùn)動(dòng)是沿所述具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人和另一具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人中之一的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，該點(diǎn)運(yùn)動(dòng)是由整個(gè)所述具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人或其一部分或所述另一具有關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人或其一部分的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。專利摘要一種用于運(yùn)行機(jī)器人的方法，所述機(jī)器人具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和用于運(yùn)動(dòng)的多個(gè)機(jī)器人軸，所述方法包括如下步驟指定所述機(jī)器人的一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為主運(yùn)動(dòng)；以及將所述多個(gè)機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)與所述主運(yùn)動(dòng)同步。通過所述方法可以仿真機(jī)器人的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，并且能夠進(jìn)行可靠的同步。文檔編號(hào)B25J13/00GK1990196SQ200610169063公開日2007年7月4日申請日期2006年12月20日發(fā)明者卡利德·米爾扎,埃德·沃爾西奇,延斯·邦森達(dá)爾,彼得·克呂格爾申請人:庫卡羅伯特有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX,EndNote,RefMan