機器人控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種人工機器人控制。借助于所述控制，機器人的參照點取決于控制輸入在空間中連續(xù)地運動或是定位在相鄰的捕捉點上。
【專利說明】
機器人控制
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機器人控制的領(lǐng)域。機器人能以極其廣泛的各種形式設(shè)計。一種廣泛使用的形式為鉸接臂式機器人。在該形式中，機器人由以鉸接方式連接在一起的臂元件構(gòu)建而成?？蓤?zhí)行特別任務(wù)的儀器或工具通常被附接至機器人最后的臂元件。
【背景技術(shù)】
[0002]這種機器人能自主地或人工地受到控制。在人工控制的情況下，機器人的控制單元連接有控制元件，所述控制元件登記操作者的人工輸入并且根據(jù)所述輸入對機器人控制。以該方式，對于操作者而言例如可以將機器人從一個位置運動至另一位置以及還操作所述儀器。
[0003]機器人的人工控制就精確性而言具有特定的困難，是因為這取決于操作者的人工靈敏度。然而，將機器人定位至精確點或者在運動路徑上或沿著運動路徑精確地導(dǎo)向所述機器人也會變得更加困難，原因在于為了將機器人保持在特定點或者為了控制機器人的緩慢運動，必要的是將機器人的電機保持永久激發(fā)，從而在機器人中產(chǎn)生振動，所述振動防止操作者精確地判斷機器人的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此本發(fā)明的目的是對機器人的人工控制提供一種方法和措施，其使得可以簡單且精確地致動機器人，尤其是準(zhǔn)確定位在特定點以及在運動路徑上或沿著運動路徑導(dǎo)向所述機器人。
[0005]本發(fā)明所提出的問題借助于用于控制機器人的方法解決，所述方法包括如下步驟:
[0006]a)在工作空間內(nèi)定義至少一個捕捉點，所述工作空間包括可由機器人的參照點到達的方位點，
[0007]b)檢測控制元件的致動的幅度，
[0008]c)如果所述致動的幅度低于一切換閾值，則將所述參照點運動至與當(dāng)前方位點相鄰的捕捉點，以及
[0009]d)如果所述致動的幅度高于所述切換閾值，則連續(xù)運動所述參照點。
[0010]所述問題還借助于還借助于機器人系統(tǒng)和計算機程序產(chǎn)品解決，所述機器人系統(tǒng)帶有機器人和用于根據(jù)該方法對機器人的運動進行控制的控制單元，所述計算機程序產(chǎn)品包括如下指令，當(dāng)在計算機上運行時所述指令使得所述計算機能夠執(zhí)行所述方法。
[0011]所述參照點可為機器人上的任何點。通常地，所謂的“工具中心點”(其可例如位于工具的末梢處)被限定為所述參照點。為了將事物簡化，該參照點的位置能等同于機器人的位置，并且所述控制單元根據(jù)所檢測的控制元件的致動而影響該位置。
[0012]所述控制元件可為適于控制機器人的任何類型的輸入裝置。所述控制元件可永久地安裝在機器人上或可從機器人拆除。流行的構(gòu)造形式包括操縱桿、3D鼠標(biāo)或壓力傳感器。借助于觸摸板的控制也是可以的。在該情況下，由觸摸板檢測的用戶的手指可被理解為“控制元件”。
[0013]所述致動的幅度、例如操縱桿的偏轉(zhuǎn)或致動力的量被評估，由此確定是否超過一尤其可自由限定的切換閾值。如果是這種情況，則機器人或參照點可連續(xù)運動、尤其是以大體恒定速度和/或在方向上沒有突變的路徑上連續(xù)運動。以該方式，過度的運動能被快速且高效地控制，并且所述參照點準(zhǔn)確地遵循用戶輸入。
[0014]相反地，如果所述致動的幅度低于所述切換閾值，那么不管所述致動的精確幅度，所述參照點被準(zhǔn)確地定位在相鄰的捕捉點上。以該方式，機器人的運動可尤其精確地在短距離上受控，而無論用戶能夠如何精確地或穩(wěn)定地導(dǎo)向所述控制元件。
[0015]如果所述致動的幅度低于一切換閾值，那么在到達捕捉點時，所述運動有利地至少暫時暫停以便用信號向用戶通知已經(jīng)到達所述捕捉點。如果所述控制元件可與機器人一起運動，那么這種中斷能由所述控制元件遠離對其進行致動的用戶手指的運動(所述運動導(dǎo)致了致動的不連續(xù)性)而引起，從而所述控制元件不再被致動。然而，尤其是如果所述控制元件不可與機器人一起運動，這種中斷也能利用所述控制元件未中斷的致動而發(fā)生。如果該捕捉點對應(yīng)于期望位置，則用戶簡單地需要克制進一步的致動。
[0016]在本發(fā)明的又一改進中，僅在所述致動的幅度高于一反應(yīng)閾值的情況下才執(zhí)行致動低于一切換閾值的情況下所述參照點至捕捉點的運動以及在致動高于所述切換閾值情況下所述參照點的連續(xù)運動。以該方式，最小程度的致動是必需的以便將機器人運動起來。否則機器人保持在其當(dāng)前方位點。
[0017]有利地，為了檢測所述控制元件的致動的幅度，測量一矢量值并且所述矢量的量被假定是所述致動的幅度。
[0018]所述參照點有利地沿被分配給所檢測矢量方向的空間方向運動。如果所述控制元件附接至機器人并能與該機器人一起運動，則該方向能與矢量的方向相同。如果所述控制元件不能與機器人一起運動，則矢量的方向可例如借助于線性變換轉(zhuǎn)化成機器人的運動方向。
[0019]所述矢量值可對應(yīng)于所述控制元件從空轉(zhuǎn)位置的偏轉(zhuǎn)或?qū)?yīng)于在所述控制元件上施加的力。
[0020]有利地，所述參照點運動得越快，所述致動的幅度就越大，即所述參照點的速度可取決于所述控制元件的偏轉(zhuǎn)或取決于在所述控制元件上施加的力而變化。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的又一改進，只要致動一結(jié)束并且所述參照點不位于捕捉點上，所述參照點就自動運動至捕捉點。這無需對所述控制元件進行任何另外的人工致動。因為對于機器人的運動而言會是可能目標(biāo)的點可被限定為捕捉點，所以這些點可甚至在長距離上被快速且精確地接近。
[0022]如果所述致動的幅度落在所述切換閾值和/或所述反應(yīng)閾值以下，則能檢測到所述控制元件的致動的結(jié)束。對此也不需要另外的人工輸入。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，具有特別特征的那些點被限定為捕捉點。例如，所述捕捉點可位于周期性點陣上。
[0024]機器人的可能方位點可被限定為捕捉點，在所述可能方位點處機器人意在執(zhí)行或已經(jīng)執(zhí)行一行為。本發(fā)明因而支持用戶反復(fù)執(zhí)行所述行為，是因為所述捕捉點上的準(zhǔn)確定位并不留給用戶；而是，所述機器人能自動地返回至該捕捉點。
[0025]而且，通過所述控制元件的致動所觸發(fā)的參照點的運動可被記錄。
[0026]在這種運動期間所經(jīng)過的點可被限定為捕捉點，所述捕捉點可稍后被追蹤。例如，新的捕捉點可在每個點處自動設(shè)置，在所述每個點處發(fā)生控制元件運動方向的改變。一旦執(zhí)行，所述參照點沿著以該方式限定的捕捉點的運動于是可被再現(xiàn)。
[0027]在前述步驟c)的情況下，至相鄰捕捉點的運動有利地沿直線發(fā)生。
[0028]捕捉點的布置可基本上采用任何形式并且可例如基于在其中使用機器人的具體工作空間的約束。根據(jù)本發(fā)明有利的實施例，在所述工作空間的至少一部分中，限定具有晶格的周期性點陣，每個晶格、有利地在晶格的角落中容納一個或多個捕捉點的相同布置。
[0029]所述周期性點陣可為諸如從結(jié)晶學(xué)領(lǐng)域已知的任何Bravais點陣。點陣的周期性意指已從第一點陣的一個捕捉點至相鄰晶格的類似捕捉點引起的運動能同樣地重復(fù)以便再次到達另外晶格的捕捉點。如果所述控制元件的致動不超過所述切換閾值，則對于用戶而言這可以使得即使所述控制元件的致動稍微偏離于準(zhǔn)確的直線路徑，也可以沿著直線路徑從捕捉點至捕捉點地操縱所述參照點。對用戶部分控制的略微不準(zhǔn)確性不會影響所述參照點的線性運動。
[0030]在所述方法的步驟c)中，對相鄰捕捉點的搜尋可被限制至圍繞當(dāng)前方位點居中的空間區(qū)域。如果機器人的連續(xù)運動已經(jīng)在之前發(fā)生，則這是尤其實用的。
[0031]替代地，可在一空間區(qū)域中尋找所述相鄰的捕捉點，當(dāng)前方位點位于所述空間區(qū)域的邊緣上。以該方式，優(yōu)選的方向可被指定，機器人沿所述方向從所述方位點運動至所述捕捉點。
[0032]尤其地，所述空間區(qū)域可沿著剛好之前運動的方向延伸超過當(dāng)前方位點，從而機器人從方位點至捕捉點的運動大體沿直線繼續(xù)前述運動。
[0033]如果所述空間區(qū)域并不包含捕捉點，則所述參照點的進一步運動不會發(fā)生。
【附圖說明】
[0034]本發(fā)明進一步的特征和優(yōu)點在以下示例性實施例參照所附附圖的說明中得以解釋，其中:
[0035]圖1示出了機器人系統(tǒng)，
[0036]圖2示出了機器人系統(tǒng)的工作空間，
[0037]圖3示出了由機器人系統(tǒng)的控制單元執(zhí)行的工作方法的流程圖，
[0038]圖4示出了根據(jù)所述方法的第一變型在機器人系統(tǒng)的工作空間中的捕捉點和致動矢量，
[0039]圖5示出了根據(jù)所述方法的第二變型的捕捉點和致動矢量，
[0040]圖6示出了根據(jù)所述方法的第三變型的捕捉點和捕捉空間，
[0041]圖7示出了機器人在穿過根據(jù)又一變型的捕捉空間時的路徑。
【具體實施方式】
[0042]圖1示出了電機驅(qū)動的機器人I。機器人I包括臂元件2、3、底座元件4、能通過電機驅(qū)動的鉸接接頭5、6、7、以及儀器8。臂元件2、3以及儀器8能借助于所述鉸接接頭5、6和7運動。儀器8具有末端執(zhí)行器9，所述末端執(zhí)行器經(jīng)由鉸接接頭10與儀器8可運動地連接。取決于意在的用途，儀器8可裝配有不同的末端執(zhí)行器9，例如照相機、解剖刀、剪刀、針、刮刀、銼刀、夾子等。例如末端執(zhí)行器9的末梢處的優(yōu)選點用作為參照點31，其限定了機器人I的位置。
[0043]為了檢測用戶輸入，機器人I的控制單元19連接有可人工操作的輸入裝置。圖1示出了兩種變型。第一輸入裝置12’作為外部裝置連接至機器人I。所述第一輸入裝置包括固定就位的底座20’以及包括在該底座上安裝的至少一個控制元件，在該情況下為兩個控制元件13’，所述控制元件能以一個或兩個自由度旋轉(zhuǎn)。第二輸入裝置12具有例如在儀器8和鉸接接頭7之間直接集成在機器人I中的底座20、以及包括控制元件13，該控制元件相對于底座20可在三個空間方向上運動和/或能繞多個軸線旋轉(zhuǎn)。這樣的控制元件13應(yīng)具有相對于底座的空轉(zhuǎn)位置，當(dāng)未操作時、例如在返回彈簧的影響下所述控制元件自動地返回至所述空轉(zhuǎn)位置。以該方式，確保的是如果用戶意外地或有意地失去與控制元件13的接觸，則控制單元19能檢測到所述控制元件13不再操作并且能暫停機器人I的運動。替代地，所述控制元件13也可相對于底座20無法運動，而是經(jīng)由對力和/或扭矩敏感的傳感器耦接至所述底座；用戶只要一釋放這樣的控制元件，該控制元件就也被檢測為未操作?？稍O(shè)置輸入裝置
12、12 ’ 二者或者設(shè)置僅僅一個輸入裝置。
[0044]在控制單元19中儲存的是工作空間14的說明，機器人I能在所述工作空間中運動。該工作空間14可對應(yīng)于機器人I的物理范圍；然而，例如就安全考慮，處于物理范圍內(nèi)的空間區(qū)域也能從所述工作空間14排除。通常地，機器人I被允許穿入所述工作空間14，但并不離開該工作空間。
[0045]根據(jù)本發(fā)明，機器人I可準(zhǔn)確地定位在預(yù)定點處，以下稱作為捕捉點。機器人I在所述工作空間14以內(nèi)的任何方位點可被選擇為捕捉點并且在控制單元19中限定。
[0046]然而，根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，所述工作空間14被分成大量相同形式、該情況下為立方體形式尤其是立方體Ku,y,z)的晶格，并且這些晶格中每個的角落被限定為捕捉點。由該劃分所得的點陣26在圖1中示出。點陣26的軸線x、y、z沿著晶格K(x,y,z)的邊緣的方向延伸。
[0047]大體上，晶格K(x,y,z)的位置可借助于其角標(biāo)x、y、z表示，每個角標(biāo)x、y、z對應(yīng)于坐標(biāo)系的相關(guān)方向x、y、z上的位置。相應(yīng)地，直接位于坐標(biāo)原點上的晶格指定為Kau)，原因在于從坐標(biāo)原點開始，其相對于三個方向x、y和z落在第一位置。類似地，K(2,4,4)指代如下的晶格，從坐標(biāo)原點開始，該晶格定位在X方向上的第二位置、y方向上的第四位置以及ζ方向上的第四位置。
[0048]就晶圓與半導(dǎo)體工業(yè)內(nèi)的應(yīng)用而言，實用的是選擇一英寸(25.4毫米)的一小部分作為晶格邊緣的長度。
[0049]能夠?qū)嵱玫氖莾H在所述工作空間14的一部分中限定捕捉點。尤其是，所述工作空間14并不包含任何待由機器人I準(zhǔn)確接近的目標(biāo)的部分可保持沒有捕捉點。因而，圖2借助于示例示出了工作空間14，在所述工作空間中，捕捉點17的點陣26僅在錐形部分區(qū)域中限定。不同于在圖1中所示的立方體形點陣，在該點陣中，晶格Ku,在形式上不相同。
[0050]以下參照圖3解釋控制單元19的工作方法。如果用戶啟動輸入裝置12、12’的其中之一，則輸入裝置將代表致動幅度的信號供應(yīng)至控制單元19(步驟SI)。所述信號例如各自以矢量形式指明了在笛卡爾坐標(biāo)、極坐標(biāo)或任何其它坐標(biāo)下所述控制元件13或13’相對于其底座20或20 ’的偏轉(zhuǎn)或施加在所述控制元件上的力。
[0051]在步驟S2中，控制單元19將由所述信號指明的量|d|與反應(yīng)閾值Thl相比較。如果未達到該閾值，則處理結(jié)束;如果超過該閾值，那么在步驟S3中將所述量與切換閾值Th2相比較。
[0052]如果所述致動的幅度高于所述反應(yīng)閾值Thl但低于所述切換閾值Th2，則在步驟S4中所述控制單元19確定與所述參照點31的當(dāng)前方位點相鄰的捕捉點。如果存在這樣的捕捉點，則在步驟S5中控制單元19將所述參照點31運動至該捕捉點。
[0053]在步驟S4中是否總是發(fā)現(xiàn)相鄰的捕捉點取決于對相鄰的捕捉點采用哪種定義。
[0054]在步驟S4中，所有捕捉點中距當(dāng)前方位點最短距離的那個捕捉點可被選擇為相鄰的捕捉點。這樣的捕捉點總是存在;因此總能在步驟S4中發(fā)現(xiàn)一個捕捉點。
[0055]所述選擇也可被受限至所述工作空間的部分區(qū)域內(nèi)的捕捉點，所述部分區(qū)域例如為一錐體23，所述錐體的頂點為所述參照點31的當(dāng)前方位點24并且所述錐體沿著所檢測矢量d的方向張開。該情況在圖4中示出。在此，所述參照點31的當(dāng)前方位點本身為點陣26的捕捉點并且在此假定為坐標(biāo)系的原點(O，O，O);矢量d與由捕捉點(1，0，0)、(1，1，0)、(1，1，1)和(1，0，1)限定的矩形相交。然而，如果方位點24并非捕捉點，該選擇方法也是適用的。錐體23(控制單元19在其內(nèi)搜尋相鄰的捕捉點)以其頂點作為當(dāng)前方位點24、S卩(0，0，0)并且以其軸線作為矢量d。作為取決于錐體23的孔徑角的步驟S4的結(jié)果，獲得不同的捕捉點。如果孔徑角為小，從而錐體23的側(cè)向表面沿橢圓El與捕捉點(I，0，0)、(I，I，0)、(I，I，I)和(I，0，I)的平面X=I相交，那么(I，1，1)為在步驟S4中選擇的捕捉點，并且在步驟S5中所述參照點沿著空間對角線運動通過由所述方位點和捕捉點限定的立方體。如果孔徑角甚至更小，那么會出現(xiàn)如下情況，即相鄰的捕捉點僅能在更大距離處、例如在平面x = 2或x = 3中發(fā)現(xiàn)。對于中間的孔徑角，如果錐體的側(cè)向表面沿著橢圓E2與平面x=l相交，那么捕捉點(1，0，1)和(I，I，0)也位于該錐體內(nèi)；這些捕捉點中之一(理想的是其坐標(biāo)與矢量d形成更大數(shù)量積的那一個捕捉點)在步驟S4中被選擇，并且在步驟S5中所述參照點31沿著立方體的面對角線運動。
[0056]為了將所述參照點31定位在所選擇的相鄰捕捉點上，控制單元19產(chǎn)生對應(yīng)的控制信號。這些信號被發(fā)送至對應(yīng)的鉸接接頭5、6、7和/或10，從而臂元件2、3和/或儀器8與其末端執(zhí)行器9設(shè)定成引起所述參照點31期望定位的運動。
[0057]通過選擇充分大的孔徑角，能夠確保無論矢量d的方向如何，立方體的邊緣總是位于所述錐體以內(nèi)；那么，在步驟S4中總是選擇如下的相鄰捕捉點，其能夠通過沿著立方體的邊緣運動而到達;例如在錐體于橢圓E3上與平面X = I相交的情況下，捕捉點為(I，0，0)。
[0058]如果捕捉點無規(guī)律地設(shè)置，尤其是并非在周期性點陣上設(shè)置，則上述方法在特定情形下會引起在點陣26遠離方位點的晶格中確定相鄰的捕捉點，并且所述控制元件13或13’的稍微致動導(dǎo)致機器人I的過度運動。如果在步驟S4中檢查的所述工作空間的部分區(qū)域在所有三個空間方向上是有限的，則該情況可被避免。圖5示出了其中該空間區(qū)域為球體27的情況，當(dāng)前方位點24或(0，0，0)位于所述球體的表面上并且所述球體的表面在當(dāng)前方位點(O，O，O)處垂直于矢量d O在此，球體27以圓環(huán)C與平面X = I相交。在圖5所示的情況下，球體27內(nèi)僅有的捕捉點為點(I，I，I);因此，在步驟S4中選擇該點并且所述參照點31在步驟S5中運動至該點。
[0059]例如如果捕捉點的點陣僅在所述工作空間的部分中限定并且矢量d指向朝著工作空間14沒有捕捉點的一部分，那么會發(fā)生球體27不包含任何捕捉點的情況。在該情況下，所述方法從步驟S4直接返回至SI，機器人保持不動。如果用戶無論如何希望引起機器人的運動，他將直觀地以更大的力致動所述控制元件13或13’，從而重復(fù)步驟S3，最終檢測切換閾值Th2的超出。所述方法然后分支所至的步驟S6將在下文中更精確地描述。
[0060]在所述參照點31于步驟S5中已經(jīng)運動至所選擇的捕捉點之后，所述方法返回至起始點SI。如果輸入繼續(xù)，例如因為用戶以恒定偏轉(zhuǎn)保持所述控制元件13、13’直至機器人已經(jīng)行進期望的距離，則周期性地重復(fù)上述步驟。
[0061]能夠是如下情況，機器人在每個步驟S5之后短暫地停止。這對于用戶而言可以認識各個運動步驟并且如需要的話將這些步驟進行報數(shù)。能連同機器人I 一起運動的控制元件13尤其適合于控制這樣一種步進式運動:如果用戶沿著期望的運動方向輕拍機器人，則該機器人朝著沿該方向的相鄰捕捉點運動一步；因此，所述控制元件13也運動遠離用戶的手，并且只要用戶不與所述控制元件13—起移動他的手，所述致動就通過機器人的運動而結(jié)束。
[0062]另一方面，如果在步驟S3中檢測到超出切換閾值，那么在步驟S6中控制單元19啟動所述參照點31在由在步驟SI中檢測的矢量d的方向所指定方向上的連續(xù)運動。為此目的，控制單元19再次產(chǎn)生對應(yīng)的信號，所述信號被發(fā)送至對應(yīng)的鉸接接頭5、6、7和/或10，從而臂元件2、3和/或儀器8與其末端執(zhí)行器9被設(shè)置成對應(yīng)的運動狀態(tài)。
[0063]在該運動的過程期間，在步驟S7中再次檢測所述輸入。在步驟S8中，所檢測的矢量d的量再一次與切換閾值Th2(或替代地與反應(yīng)閾值Thl)相比較。如果超出，那么清楚的是運動的目標(biāo)還沒有到達，并且所述方法返回至步驟S6以便根據(jù)更新的矢量d繼續(xù)所述運動。如果未達到所述閾值，假定的是機器人已經(jīng)到達或至少實質(zhì)上到達由用戶期望的目標(biāo)。在該情況下，機器人的運動可立刻終止;有利地，跟隨所述比較為步驟S9和步驟S5，從而機器人在捕捉點處開始休息，所述步驟S9包含選擇與已經(jīng)到達方位點相鄰的捕捉點。
[0064]根據(jù)又一改進，在步驟S6中，可基于d的值控制機器人I的速度。所述速度可在控制單元19中指定為I d I的函數(shù)。然而，尤其在輸入裝置12 ’的情況下，所述控制單元被用戶所帶到的位置也對應(yīng)于所述工作空間中控制單元19嘗試將機器人I所操縱至的點。在這種情況下，機器人的速度可獨立于I d I ;然而，所述速度還可例如經(jīng)由PID控制器而間接地受到I d的影響。
[0065]步驟S9可與上述步驟S4相同，包含根據(jù)圖4和圖5中所示的過程選擇捕捉點，所述捕捉點在致動矢量d的方向上位于超過剛剛到達的方位點24。然而，在此更實用的能夠是限定空間區(qū)域，該空間區(qū)域被圍繞方位點24搜尋捕捉點，尤其是在以方位點24作為中心點形式為球體28中搜尋。這種球體28的半徑可選擇得足夠大以使得如果捕捉點位于規(guī)則的點陣上，則至少一個捕捉點總是能在這種球體28內(nèi)找到并且能在步驟S5中接近。然而，如果所述半徑小于點陣的邊緣長度，那么出現(xiàn)圖6中所示的情形:若步驟S8中檢測到致動的結(jié)束機器人所處的方位點24或24’通常并非是捕捉點，但是位于捕捉點之間某處。在點24的情況下，至捕捉點(I，I，0)的距離小于球體28的半徑；因此，捕捉點(I，1，0)在步驟S9中被發(fā)現(xiàn)并且在步驟S5中被接近，如圖6中通過箭頭22所示。包圍方位點24’的球體28’不包含捕捉點；因此，在該情況下，在步驟S9中搜尋捕捉點是不成功的，并且機器人的運動在點24’處結(jié)束。
[0066]以同等的方式，還如圖6中所示，也能圍繞捕捉點限定捕捉空間25(在該情況下也為球體形式)。如果在步驟S8的時間處機器人位于這樣的捕捉空間25中、例如位于點24處，那么在步驟S5中其接近捕捉空間25中心的捕捉點，即圖6中的捕捉點(I，I，0);否則其靜止地保持在步驟S8中所到達的點24 ’處。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的又一改進，機器人在通過所述致動d表示的方向上的運動也可在致動I d I低于所述反應(yīng)閾值Thl的情況下發(fā)生。該運動顯著地小于在由致動d表示的方向上最接近的捕捉點，但是該運動對于用戶而言使得可以認識到機器人被增加致動d超過所述反應(yīng)閾值Th I的話會沿哪個方向運動，從而如必要的話允許它們校正致動的方向。如果用戶在不超過反應(yīng)閾值Thl的情況下中斷所述致動，那么機器人也返回至起始點。
[0068]根據(jù)所述方法的進一步優(yōu)選改進，在機器人的運動過程期間所經(jīng)過的點被記錄。這些點可例如為在步驟S4或S9中確定的相鄰捕捉點；如果根據(jù)步驟S6至S8執(zhí)行連續(xù)運動，則該運動過程期間所經(jīng)過的點也應(yīng)被記錄，尤其是在步驟S8中檢測到其中矢量d顯著改變的那些點應(yīng)被記錄。這意味著，在已經(jīng)基于用戶對所述控制元件13或13’的輸入而執(zhí)行一次機器人的運動之后，控制單元19可稍后在不借助用戶的情況下在任何時間處重現(xiàn)該運動。
[0069]在本發(fā)明的又一改進中，捕捉點或捕捉空間對于用戶而言可制成為有形的，在于用戶被提供有觸覺反饋。該反饋可例如借助帶有“力反饋功能”的輸入裝置12、12’產(chǎn)生。配備這樣的輸入裝置以引起人工控制元件13(例如操縱桿的手柄)振動。所述控制元件13的振動因而用作于向用戶提供信號。如果例如已經(jīng)到達捕捉空間25，那么啟用力反饋功能并且引起所述控制元件13振動。
[0070]除了觸覺反饋以外，在本發(fā)明的又一附加改進中，如果機器人I已經(jīng)到達捕捉點17，用戶也可被提供有光學(xué)和/或聲學(xué)反饋。例如，當(dāng)設(shè)置機器人和多軸機時，對超過安全區(qū)的聲學(xué)支持可向用戶表明捕捉點的“緊急性”。同樣適用于視覺反饋的形式。例如，輸入裝置可配備有彩色LED，當(dāng)?shù)竭_不同的捕捉點時，所述彩色LED以不同的顏色點亮。在該情況下，紅色信號光表明與藍色或綠色不同的緊急性。
[0071]在所述工作空間14的不同部分中(例如在儲存區(qū)域、安全區(qū)域或邊界區(qū)域)提供不同形式的觸覺、聲學(xué)或光學(xué)反饋對于用戶而言可以更容易地認識到機器人I當(dāng)前位于這些區(qū)域的哪一個中。
[0072]利用圖3中所示的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)機器人I兩種不同模式的運動，一方面是從一個捕捉點到下一個捕捉點的步進式運動，另一方面是不受到捕捉點影響的連續(xù)運動，只要所述控制元件13或13’的致動足夠強。然而，也存在結(jié)合了兩種運動模式特征的中間運動模式。如果I d I處于低于切換閾值Th2但是高于一閾值Th3(其中Thl〈Th3〈Th2)，則這種中間運動模式可例如由控制單元19選擇。
[0073]在該中間運動模式的第一變型中，在如以上參照步驟S6至S8所述沿與矢量d相對應(yīng)的方向連續(xù)運動時，機器人I在捕捉點附近、例如在圖6中所示捕捉空間25其中之一中相比于在其外側(cè)更緩慢地運動。降低的速度對于用戶而言使得更容易以受控方式接近所述捕捉點；基于所述降低的速度，在用戶已認識到機器人I位于捕捉點附近之后，他能中斷所述控制元件的致動以便引起通過步驟S9、S5的至所述捕捉點的自動運動。
[0074]在中間運動模式的第二變型中，當(dāng)機器人I到達捕捉空間25時，其自動執(zhí)行連續(xù)運動。圖7顯示了在到達圍繞捕捉點17的捕捉空間25前不久的路徑區(qū)段B上末端執(zhí)行器9的末梢處的參照點31。在進入捕捉空間25時，所述參照點31偏離于由矢量d限定的運動方向并且朝著捕捉點17運動。在到達捕捉點17時，如果用戶還沒有中斷所述控制元件的致動，也就是說所述捕捉點17明顯地并非用戶所導(dǎo)向的運動的目標(biāo)，那么所述參照點31返回至其原始路線并且在路徑區(qū)段B的直線延長部中的路徑區(qū)段B’上離開所述捕捉空間25。
[0075]所述參照點31的不同路徑在捕捉空間25內(nèi)是可能的。繪示為實線的路徑在捕捉空間25的邊緣與捕捉點17之間徑向延伸。替代路徑的示例以虛線繪出。捕捉空間內(nèi)這些不同形式的運動對于所述工作空間14的不同區(qū)域而言也可為具體的，從而用戶可從不同形式的運動認識到機器人位于那個區(qū)域中。
[0076]例如，所有位于工作區(qū)域14邊緣上的捕捉點17觸發(fā)了波峰形路徑(見圖7)。由于所述工作空間14對于用戶而言不可見，所以這使得可以簡單的方式向用戶發(fā)信號通知他已將所述參照點31運動至工作區(qū)域14的邊界。
[0077]相應(yīng)地，具有不同形式的路徑、例如波形路徑(見圖7)可被分配不同的信息。例如，其可表明捕捉點是否已被反復(fù)地接近、用戶是否已偏移運動路徑且參照點31正在離開所述運動路徑、捕捉點或工作點是否正被其它機器人或機器元件接近、所述參照點31是否已穿入工作區(qū)域的特定部分區(qū)(例如儲存區(qū)域、安全區(qū)域或邊界區(qū)域)或已從一個部分區(qū)經(jīng)過進入到另一部分區(qū)中。
[0078]附圖標(biāo)記列表
[0079]I 機器人
[0080]2 臂元件[0081 ] 3 臂元件
[0082]4 底座元件
[0083]5 鉸接接頭
[0084]6 鉸接接頭
[0085]7 鉸接接頭
[0086]8 儀器
[0087]9 末端執(zhí)行器
[0088]10鉸接接頭
[0089]11儀器軸線
[0090]12輸入裝置
[0091]12，輸入裝置
[0092]13控制元件
[0093]13，控制元件
[0094]14工作空間
[0095]15縱向軸線
[0096]16方位點
[0097]17捕捉點
[0098]18 距離
[0099]19控制單元
[0100]22箭頭
[0101]23錐體
[0102]24方位點
[0103]25捕捉空間
[0104]26點陣
[0105]27球體
[0106]28球體
【主權(quán)項】
1.一種用于控制機器人(I)的方法，包括以下步驟: a)在工作空間(14)內(nèi)定義至少一個捕捉點(17)，所述工作空間包括能由機器人(I)的參照點(31)到達的方位點， b)檢測控制元件(13)的致動(d)的幅度(|d|)(Sl)， c)如果所述致動的幅度(|d|)低于一切換閾值(Th2)(S3)，則將所述參照點(31)運動至與當(dāng)前方位點相鄰的捕捉點(17) (S5)， d)如果所述致動的幅度(|d|)高于所述切換閾值(Th2)，則連續(xù)運動所述參照點(31)(S6至S8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟c)中，在到達所述相鄰的捕捉點(17)時所述參照點(31)的運動至少暫時地暫停。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中僅在所述致動的幅度(|d|)高于反應(yīng)閾值(Thl)的情況下執(zhí)行步驟c)和d)。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其中在步驟b)中測量一矢量值(d)并且該矢量的值(I d I)被假定為所述致動的幅度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在步驟c)和d)中，所述參照點(31)沿著分配給所檢測矢量(d)的方向的空間方向運動。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述矢量值(d)為所述控制元件(13，13’)距空轉(zhuǎn)位置的偏轉(zhuǎn)或施加在所述控制元件(13，13 ’)上的力。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其中在步驟d)中，所述參照點(31)運動得越快，所述致動的幅度(I d I)就越大。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，如果致動結(jié)束并且所述參照點(31)并不位于捕捉點(17)處，則所述參照點(31)運動至相鄰的捕捉點(17)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中如果所述致動的幅度(|d|)落在所述切換閾值(Th2)以下，則檢測到致動的結(jié)束。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，就此而言回引權(quán)利要求3，其中如果所述致動的幅度(d I)落在所述反應(yīng)閾值(Thl)以下，則檢測到致動的結(jié)束。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其中在步驟a)中周期性點陣(26)的點被限定為捕捉點(17)。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其中在所述工作空間(14)的至少一個部分中，限定具有晶格(K(x,y,z))的周期性點陣，有利地在晶格的角落處，每個晶格包含一個或多個捕捉點(17)的相同布置。13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其中所述機器人(I)設(shè)置成在方位點執(zhí)行至少一種行為，并且已執(zhí)行所述行為所在的方位點被限定為捕捉點(17)。14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其中所述參照點(31)的運動被記錄。15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，在以當(dāng)前方位點(24，24’)為中心的空間區(qū)域(28，28’)中尋找所述相鄰的捕捉點(17)。16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，在空間區(qū)域(23，27)中尋找所述相鄰的捕捉點，當(dāng)前方位點(24，( O，O，O))位于該空間區(qū)域的邊緣。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述空間區(qū)域(27)沿著剛好之前運動的方向延伸超過當(dāng)前方位點(24，(0，0，0))。18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一所述的方法，其特征在于，如果所述空間區(qū)域(28’)不包含捕捉點，則所述參照點(31)至相鄰的捕捉點的運動并不發(fā)生。19.一種機器人系統(tǒng)，其帶有機器人(I)以及控制單元(19)，所述控制單元用于根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法對機器人(I)的運動進行控制。20.—種計算機程序產(chǎn)品，其包括如下指令，當(dāng)在計算機上運行時，所述指令使得所述計算機能夠執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一所述的方法。
【文檔編號】B25J9/16GK106068174SQ201580006153
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年1月28日 公開號201580006153.X, CN 106068174 A, CN 106068174A, CN 201580006153, CN-A-106068174, CN106068174 A, CN106068174A, CN201580006153, CN201580006153.X, PCT/2015/154, PCT/EP/15/000154, PCT/EP/15/00154, PCT/EP/2015/000154, PCT/EP/2015/00154, PCT/EP15/000154, PCT/EP15/00154, PCT/EP15000154, PCT/EP1500154, PCT/EP2015/000154, PCT/EP2015/00154, PCT/EP2015000154, PCT/EP201500154
【發(fā)明人】B·貢貝爾, F·施賴伯
【申請人】Abb高姆技術(shù)有限責(zé)任公司