具有冗余的軸的加工機(jī)及實時地解決冗余的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有冗余軸的加工機(jī)及實時地解決冗余。數(shù)字控制裝置接收用戶程序，其以多個自由度確定終端操縱器要接近的軌跡點序列。該裝置為軌跡點測定控制信號組，其對于多個位置調(diào)節(jié)的軸分別包括其位置目標(biāo)值。該裝置將位置額定值輸出給軸并由此使終端操縱器運(yùn)動。自由度的數(shù)量小于該軸的數(shù)量。該裝置這樣測定控制信號組，即終端操縱器至少大致地接近要接近的軌跡點。該裝置在驅(qū)控該軸時連續(xù)測定控制信號組。它通過將相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)最小化測定控制信號組的位置額定值。在接近軌跡點之一時被最小化的目標(biāo)函數(shù)中至少包括對于在該時間點才將要接近的軌跡點的位置額定值。在當(dāng)前接近的軌跡點和將要接近的軌跡點之間存在序列的至少一個另外軌跡點。
【專利說明】具有冗余的軸的加工機(jī)及實時地解決冗余

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于加工機(jī)的控制方法，
[0002]-其中數(shù)字控制裝置接收用戶程序，該用戶程序以多個自由度確定終端操縱器要接近的軌跡點的序列，
[0003]-其中該數(shù)字控制裝置對于軌跡點分別測定控制信號組，
[0004]-其中相應(yīng)的控制信號組對于多個位置調(diào)節(jié)的軸分別包括控制信號組的理論位置值，
[0005]-其中數(shù)字控制裝置將所測定的位置額定值輸出給軸并由此使終端操縱器運(yùn)動，
[0006]-其中所述數(shù)字控制裝置這樣測定控制信號組，即終端操縱器至少大致地接近要接近的軌跡點，
[0007]-其中自由度的數(shù)量小于位置調(diào)節(jié)的軸的數(shù)量，
[0008]-其中數(shù)字控制裝置通過將相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)最小化而測定控制信號組的位置理論值，
[0009]-其中在接近軌跡點之一時被最小化的目標(biāo)函數(shù)中，至少包括對于在該時間點僅僅將來要接近的軌跡點位置額定值。
[0010]此外本發(fā)明涉及一種具有機(jī)器碼的系統(tǒng)程序模塊，該系統(tǒng)程序模塊可以由用于加工機(jī)的數(shù)字控制裝置進(jìn)行執(zhí)行，其中對機(jī)器碼的執(zhí)行-簡而言之-使得，數(shù)字控制裝置實施一種此類控制方法。
[0011]此外本發(fā)明還涉及一種數(shù)字控制裝置，其中該數(shù)字控制裝置可以以這樣一種系統(tǒng)程序模塊編程。
[0012]本發(fā)明另外還涉及一種具有借助于多個位置調(diào)節(jié)的軸而運(yùn)動的終端操縱器和數(shù)據(jù)控制裝置的加工機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0013]由文獻(xiàn)AT 401 746 B已知了一種這樣的控制方法、一種這樣的系統(tǒng)程序、所屬的數(shù)字控制裝置和所屬的加工機(jī)。在現(xiàn)有技術(shù)條件中，機(jī)器人的操縱器要離開的軌跡被劃分為多個時間上等距的軌跡點。對于每個軌跡點或與此相應(yīng)地對于每個時間點測定相應(yīng)的機(jī)器人配置(即所有位置調(diào)節(jié)的軸的相關(guān)位置額定值)并輸入表格中。在表格填充完整后，即只有測定了所有軌跡點的機(jī)器人配置后，才能驅(qū)控位置調(diào)節(jié)的軸。
[0014]由US 4999 553 A已知了一種類似的控制方法。在這種控制方法中限定了多個附加的運(yùn)動學(xué)條件，從而解決另外給定的冗余。由于這些附加的運(yùn)動學(xué)條件可以對于每個軌跡點這樣測定機(jī)器人配置，即，機(jī)器人是否是非冗余的。該控制方法具有實時性。
[0015]由 Giinter Schreiber 等人發(fā)表在論文集 the 1999 IEEE/RSJ Internat1nalConference on Intelligent Robots and System 中的專業(yè)論文 “Solving theSingularity Problem of nonredundant Manipulators by Constraint Optimizat1n，，的第1482至1488頁已知的，總共六維的空間矢量(三個平移矢量分量和三個旋轉(zhuǎn)矢量分量)被分解為兩個部分矢量。可以根據(jù)需要來進(jìn)行分解。其中一個部分矢量必須被精確執(zhí)行，而另一部分矢量僅需要近似地滿足即可。為了確定另一部分矢量可以在最小化問題范圍中考慮線性邊界條件。此外應(yīng)根據(jù)另一部分矢量使實際的軌跡與原本所期待的軌跡的偏移最小化。
[0016]由EP I 591 209 A2已知了一種用于控制機(jī)器、尤其是機(jī)器人的方法。在該方法中，機(jī)器或機(jī)器人本身不具有冗余的自由度。然而基于所要執(zhí)行的加工過程，對于相應(yīng)的加工步驟得出特定的自由度。建立質(zhì)量函數(shù)，其包含了運(yùn)動學(xué)的強(qiáng)迫位置之間的距離。軸位置是在考慮了對于加工步驟特定的自由度的情況下這樣確定的，即軸位置與機(jī)器的強(qiáng)迫位置之間的距離盡可能地大。
[0017]由EP O 465 661 Al已知了一種具有冗余軸的活節(jié)機(jī)器人。一共可以有多至十二個軸。機(jī)器人的軸被劃分為兩組，其中每組最多包括六個軸。其中一組軸被視為基軸，其值是唯一確定的。通過內(nèi)插法可以得出另一組軸的值。
[0018]冗余機(jī)器人(或類似的具有冗余的加工機(jī))已為人所知?！叭哂唷钡囊馑际?，機(jī)械結(jié)構(gòu)具有的自由度比實際運(yùn)動任務(wù)所需的多。在最簡化的情況下在存在此類冗余的情況下，在用戶設(shè)計用戶程序時對所有位置調(diào)節(jié)的軸進(jìn)行具體的程序化，因此在實際上冗余并未被用到。然而-例如參見開頭所提到的US 4 999 553 A-同樣已知的是，僅應(yīng)對實際的控制任務(wù)(即終端操縱器要接近的軌跡點)進(jìn)行程序化，并且應(yīng)給出另外的邊界條件，在測定位置額定值時預(yù)定這些邊界條件。在這種情況下，數(shù)字控制裝置自動地根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)測定位置調(diào)節(jié)的軸的位置額定值。
[0019]特別是AT 401 746 B所述的方法已經(jīng)可以真正可靠地工作。但是它有一個缺點，即必須要事先對于所有要接近的軌跡點分別測定所屬的控制信號組。這對于長序列的軌跡點來說是非常費(fèi)時的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的目的在于，實現(xiàn)多個可能性，通過這些可能性在維持AT 401746 B所述方法的優(yōu)點的同時可以避免其缺陷。
[0021]上述目的由一種具有權(quán)利要求1所述特征的控制方法實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的控制方法的優(yōu)選設(shè)計方案是從屬權(quán)利要求2至10的對象。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，由此設(shè)計開頭所述類型的控制方法，
[0023]-即在驅(qū)控位置調(diào)節(jié)的軸時，數(shù)字控制裝置連續(xù)地測定控制信號組，并且
[0024]-在當(dāng)前所接近的軌跡點與將來要接近的軌跡點之間存在序列的至少一個另外的軌跡點。
[0025]此外，通過此方法可以一方面實現(xiàn)以有利的方式通過對目標(biāo)函數(shù)最小化來測定位置額定值。然而可能的是，在測定對于所有軌跡點的位置額定值之前，就著手進(jìn)行位置調(diào)節(jié)的軸的驅(qū)控并與此相應(yīng)地著手進(jìn)行終端操縱器的方法。
[0026]可能的是，數(shù)字控制裝置通過將相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)最小化來分別測定用于下一步要接近的軌跡點的位置額定值。在這種情況下，可以與預(yù)測控制類似地實現(xiàn)測定位置額定值。在這種情況下，預(yù)測范圍可以根據(jù)需要而確定，但-不言而喻地-是至少一個軌跡點。
[0027]如果預(yù)測范圍大于一個軌跡點，則相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)中優(yōu)選地也包括這些軌跡點的位置額定值，這些點在軌跡點序列內(nèi)位于將來要接近的軌跡點和下一個要接近的軌跡點之間。
[0028]作為替代地，數(shù)字控制裝置也可以通過將相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)最小化來分別測定將來要接近的軌跡點的位置額定值。在此情況下，在驅(qū)控位置調(diào)節(jié)的軸時，在每個時間點對于相應(yīng)的預(yù)測范圍已知了位置調(diào)節(jié)的軸的位置額定值的變化曲線。
[0029]可能的是，數(shù)字控制裝置測定單獨用于相應(yīng)的軌跡點的位置額定值。然而在某些情況下，可以成組地測定位置額定值。在這種情況下因此可以這樣地設(shè)計控制方法，即
[0030]-數(shù)字控制裝置通過將相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)最小化測定多個軌跡點的位置額定值，
[0031]-軌跡點，其位置額定值通過對相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)的最小化來測定，在要接近的軌跡點序列內(nèi)構(gòu)成了一個連貫組，并且
[0032]-該連貫組含有將來要接近的軌跡點。
[0033]這種方法的計算效率有可能非常高。
[0034]優(yōu)選地，這些軌跡點彼此具有限定的距離。根據(jù)需要，這些距離可以與時間或通過軌跡點序列所限定的軌跡相關(guān)。
[0035]在所述控制方法的一個優(yōu)選的結(jié)構(gòu)方案中，在相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)中也包括這些包括在相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)中的位置額定值的時間導(dǎo)數(shù)。由此尤其可以避免過大的速度、加速度及搖晃。
[0036]舉例來說，可以這樣確定目標(biāo)函數(shù)，即它將終端操縱器的剛性也考慮進(jìn)來。尤其是在終端操縱器具有負(fù)載時，這種方法可以導(dǎo)致高軌跡可靠性。
[0037]此外可以這樣確定目標(biāo)函數(shù)，即也考慮了其單一性和軟件限制。由此尤其可以避免歧義和沖突。
[0038]在所述控制方法的一個優(yōu)選的結(jié)構(gòu)方案中，在目標(biāo)函數(shù)中包括基于位置額定值而給出的實際軌跡與通過軌跡點序列限定的理論軌跡的偏差。由此，在與理論軌跡的偏差可容忍時，可以對重要的次要標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化(例如剛性)。
[0039]此外，該目的通過一種具有權(quán)利要求11所述特征的系統(tǒng)程序模塊實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)程序模塊的優(yōu)選時間方案是為從屬權(quán)利要求12和13的對象。
[0040]根據(jù)本發(fā)明，由此對開頭所述類型的系統(tǒng)程序模塊進(jìn)行設(shè)計，即通過執(zhí)行該系統(tǒng)程序模塊-簡而言之-實現(xiàn)一種根據(jù)本發(fā)明的控制方法。尤其是基于對機(jī)器碼的執(zhí)行，所述系統(tǒng)程序可以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的控制方法的有利的設(shè)計方案。此外可以將該系統(tǒng)程序模塊以能機(jī)讀的形式-例如以電子形式-存儲在數(shù)據(jù)載體中。
[0041]此外，該目的由一種具有權(quán)利要求14所述特征的數(shù)字控制裝置實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，數(shù)字控制裝置由一種根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)程序模塊來編程。
[0042]此外，該目的由一種具有權(quán)利要求15所述特征的加工機(jī)實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，加工機(jī)的數(shù)字控制裝置根據(jù)本發(fā)明地構(gòu)造。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]聯(lián)系下面對結(jié)合附圖詳細(xì)說明的實施例的說明，對本發(fā)明的上述特性、特征和優(yōu)點及如何實現(xiàn)它們的方式和方法，進(jìn)行更清晰和易懂地闡述。這里在示意圖中示出:
[0044]圖1從側(cè)面示出一種加工機(jī)，
[0045]圖2從上方示出圖1的加工機(jī)，
[0046]圖3和4分別示出一個額定軌跡，
[0047]圖5和6流程圖，和
[0048]圖7和8目標(biāo)函數(shù)。

【具體實施方式】
[0049]一個加工機(jī)通常具有多個位置調(diào)節(jié)的軸I。在圖1和2的示意圖中純示例性地示出一種具有總共八個位置調(diào)節(jié)的軸I的加工機(jī)。特別是對于圖1和2中的加工機(jī)而言，下述軸I可以是位置調(diào)節(jié)的:
[0050]-兩個軸1，借助這兩個軸，基礎(chǔ)元件2在水平面3內(nèi)沿兩個彼此線性無關(guān)-大多彼此垂直-的方向平移運(yùn)動。
[0051]-一個軸1，借助該軸，基礎(chǔ)元件2可以繞著垂直軸4、即與水平平面3垂直的軸4旋轉(zhuǎn)。
[0052]-一個軸1，借助該軸，可以調(diào)節(jié)上臂環(huán)節(jié)5相對于垂直軸4的夾角α?。
[0053]-一個軸1，借助該軸，可以調(diào)節(jié)中臂環(huán)節(jié)6相對于上臂環(huán)節(jié)5的縱向延伸的夾角α 2。
[0054]-一個軸1，借助該軸，可以調(diào)節(jié)中臂環(huán)節(jié)6的長度L。
[0055]-一個軸1，借助該軸，可以調(diào)節(jié)下臂環(huán)節(jié)7相對于中臂環(huán)節(jié)6的縱向延伸的夾角α 3。
[0056]-一個軸1，借助該軸，可以調(diào)節(jié)終端操縱器8相對于下臂環(huán)節(jié)7的縱向延伸的夾角α 4。
[0057]最終結(jié)果是，可以通過對軸I的相應(yīng)地位置調(diào)節(jié)的驅(qū)控，因此使終端操縱器8運(yùn)動，并且以多個自由度對終端操縱器8的位置進(jìn)行調(diào)控地調(diào)節(jié)。
[0058]依據(jù)圖1和2所示的實施例，所述加工機(jī)總共具有八個位置調(diào)節(jié)的軸I。而具體的位置調(diào)節(jié)的軸I的數(shù)量則不重要。具有決定意義的是，具有一定數(shù)量的位置調(diào)節(jié)的軸I。
[0059]通常，終端操縱器8支撐并保持住一個工具9，借助該工具來對工件10進(jìn)行加工。借助位置調(diào)節(jié)的軸I應(yīng)相應(yīng)于軌跡點P的序列(見圖3和4)對工件9的-或終端操縱器8的與此一致的-位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。對于每個軌跡點P，因此可以以多個自由度對終端操縱器8位置調(diào)節(jié)地定位。舉例來說，如果工件9是旋轉(zhuǎn)的工件(例如鉆頭或銑頭)或發(fā)出射束(例如水射束或激光束)，則要求對于每個軌跡點P確定直至三個平移和直至三個旋轉(zhuǎn)的自由度fi。
[0060]以下，就普遍性地提到軌跡點而言，都由參考標(biāo)號P來表示軌跡點。倘若需要區(qū)分各個軌跡點P，則根據(jù)需要通過數(shù)字對標(biāo)注P進(jìn)行補(bǔ)充。
[0061]與位置調(diào)節(jié)的軸I的數(shù)量類似地，位置調(diào)節(jié)的自由度fi的具體數(shù)量也并不重要。僅僅起決定性的是，軌跡點P以一定數(shù)量的自由度fi來限定，并且該數(shù)量小于位置調(diào)節(jié)的軸I的數(shù)量，因此存在一定的冗余。
[0062]根據(jù)圖1，加工機(jī)具有數(shù)字控制裝置11。該數(shù)字控制裝置11設(shè)計為可軟件編程的裝置。因此數(shù)字控制裝置11的功能和工作方式由系統(tǒng)程序模塊12確定，利用該系統(tǒng)程序模塊對數(shù)字控制裝置11編程。該系統(tǒng)程序模塊12包括機(jī)器碼13，該機(jī)器碼可以由數(shù)字控制裝置執(zhí)行。機(jī)器碼13可以由數(shù)字控制裝置11直接和間接地執(zhí)行。在這種情況下，機(jī)器碼13直接由機(jī)器指令產(chǎn)生。作為替代地，所述機(jī)器碼13可以是記憶符號，它是由數(shù)字控制裝置11通過對機(jī)器指令的理解轉(zhuǎn)化出?？商娲鼗蚋郊拥?，需要對機(jī)器碼13進(jìn)行預(yù)處理，例如解碼。無論采取哪種方法，數(shù)字控制裝置11都可以執(zhí)行所述機(jī)器碼13，而無需人智力操縱。
[0063]可以以任意一種方式和方法實現(xiàn)將系統(tǒng)程序模塊12輸送給數(shù)字控制裝置11。例如可以通過計算機(jī)-計算機(jī)連接經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)程序模塊12輸送給數(shù)字控制裝置11。作為替代地，可以將該系統(tǒng)程序模塊12以能機(jī)讀的形式存儲在數(shù)據(jù)載體14上(圖1中純示例性地示出了一個USB記憶棒)，并且通過數(shù)據(jù)載體14輸送給數(shù)字控制裝置11。系統(tǒng)程序模塊12通常固定存儲在數(shù)字控制裝置11內(nèi)。通常，(在圖中未示出的)用戶無法使其改變。
[0064]通過數(shù)字控制裝置11執(zhí)行機(jī)器碼13，使得數(shù)字控制裝置11執(zhí)行一種控制方法，后面會對該方法進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
[0065]首先所述數(shù)字控制裝置11根據(jù)圖5在步驟SI中接收用戶程序15 (見圖1)?？梢砸耘c系統(tǒng)程序模塊12同樣的方式和方法、或以其他的方式和方法將用戶程序15傳輸給數(shù)字控制裝置11。通?？梢杂捎脩糇杂傻貙⒂脩舫绦?5向數(shù)字控制裝置11預(yù)先給定。
[0066]用戶程序15確定了軌跡點P的序列。尤其是對于每個軌跡點P，以相應(yīng)的自由度fi確定終端操縱器8分別要接近的位置。相反地，通過用戶程序15還未確定對應(yīng)一致的控制信號組G的序列。然而控制信號組G在步驟S2中才會由數(shù)字控制裝置11測定。每個控制信號組G根據(jù)圖5對每個位置調(diào)節(jié)的軸I分別包含了其所屬的、對這些軌跡點P來說合理的位置額定值I j。這樣-不言而喻地-實現(xiàn)測定，即終端操縱器8精確地或至少大致地接近要接近的軌跡點P。然后在步驟S3中，由數(shù)字控制裝置11將所測定的位置額定值Ij-其整體構(gòu)成了相應(yīng)的控制信號組G-輸出給軸1，并由此使終端操縱器8運(yùn)動。
[0067]本發(fā)明涉及了測定控制信號組G的具體方式和方法。
[0068]本發(fā)明的基本觀點為，在驅(qū)控位置調(diào)節(jié)的軸I時，數(shù)字控制裝置11連續(xù)地測定控制信號組G。確切地說，圖5所示的示圖并不完全正確，因為根據(jù)圖5的示意圖首先實現(xiàn)測定位置額定值lj，接著才實現(xiàn)對位置調(diào)節(jié)的軸I的驅(qū)控。而實際上，根據(jù)圖6為了執(zhí)行圖5的步驟S2和S3要重復(fù)執(zhí)行一個環(huán)路，其中在對該回路進(jìn)行處理的范疇中，一方面在步驟S2中對于至少一個軌跡點P測定所屬的控制信號組G，并且另一方面在步驟S3中對于軌跡點P將相應(yīng)的控制信號組G輸出給位置調(diào)節(jié)的軸I。
[0069]本發(fā)明的一個基本觀點為，數(shù)字控制裝置11，如步驟S2所示，為了測定相應(yīng)的控制信號組G(=該控制信號組G的位置額定值Ij)建立相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)F，并且-例如通過改變位置額定值Ij-測定該目標(biāo)函數(shù)F的最小值。對于至少一個軌跡點P來說，位置額定值Ij (在該位置額定值下達(dá)到所述最小值)是相應(yīng)的控制信號組G的最終位置額定值I j。
[0070]目標(biāo)函數(shù)F本身可以根據(jù)需要被確定。例如可能的是，除了所考慮的軌跡點P的位置額定值I j，在目標(biāo)函數(shù)F內(nèi)也包括在相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)F中包括的位置額定值Ij的時間導(dǎo)數(shù)，即，速度、加速和/或晃動。也可以根據(jù)需要將其他的條件考慮進(jìn)來。例如可以這樣確定目標(biāo)函數(shù)F，S卩，其考慮終端操縱器8的剛性，也就是說在外部的、并不由軸I施加的力起作用時考慮終端操縱器的彈力。此外可能的是，在目標(biāo)函數(shù)F中考慮了單一性和軟件限制。通過考慮單一性，例如可以保證所發(fā)現(xiàn)的位置額定值Ij的唯一性。通過考慮軟件限制-至少在一定范圍內(nèi)-可以識別并避免沖突。
[0071]在最簡化的情況下，如在開頭所提到的文獻(xiàn)AT 401 746 B中情況，測定位置額定值Ij的組合，對其而言，終端操縱器8精確地移動至由相應(yīng)的軌跡點P給定的位置(位置和/或定向)。作為替代地可能的是，在目標(biāo)函數(shù)F中包括基于位置額定值Ij給出的實際軌跡與由軌跡點P的序列所限定的理論軌跡的偏差。也可以通過目標(biāo)函數(shù)F的更高的值來“懲處”偏差，但不能完全被排除。在這種情況下，如果由此通過對另一個需要滿足的標(biāo)準(zhǔn)(例如剛性)進(jìn)行改進(jìn)可以獲得足夠大的補(bǔ)償，就可以允許存在實際軌跡與理論軌跡的較小偏差。只要需要，就可以通過所要維持的不均等條件來限制實際軌跡與理論軌跡的可能的偏差范圍，即通過規(guī)定最大允許的偏差不可以超過預(yù)定的極限值。
[0072]可能的是，在步驟S2的范疇內(nèi)所測定的位置額定值Ij是這些位置額定值lj，這些位置額定值在緊隨其后執(zhí)行的步驟S3中被輸出給位置調(diào)節(jié)的軸I。作為替代可能的是，在步驟S2的范疇內(nèi)所測定的位置額定值Ij僅僅在較晚的時間點被輸出給位置調(diào)節(jié)的軸I。后面會對這兩種情況進(jìn)一步闡述。無論在步驟S2的范疇內(nèi)所測定的位置額定值Ij是否在緊隨其后執(zhí)行的步驟S3內(nèi)或僅僅在較晚的時間點被輸出給位置調(diào)節(jié)的軸1，在測定相應(yīng)的控制信號組G的位置額定值Ij中-即在測定那些，在當(dāng)前處理時在圖6所示的環(huán)路中所得的控制信號組G的位置額定值Ij中-至少包括在該時間點將來才接近的軌跡點P的位置額定值lj。
[0073]根據(jù)對圖6所示的環(huán)路的處理，將來要接近的軌跡點P (其位置額定值Ij在步驟S2中被考慮)與步驟S3中所接近的軌跡點P是彼此不同的軌跡點P。因此在當(dāng)前所接近的軌跡點P-即那些在對圖6所示的環(huán)路的處理之前所接近的軌跡點P-與將來要接近的軌跡點P-即那些在步驟S2中其位置額定值Ij被考慮的軌跡點P-之間，存在序列的至少一個另外的軌跡點P，也就是說那些在步驟S3中所接近的軌跡點P。相應(yīng)的軌跡點-純示意性地-在圖3和4中被示意出，并且被標(biāo)注為Pl，P2和P3。Pl表示當(dāng)前所接近的軌跡點，即那些在對圖6所示的環(huán)路的相應(yīng)處理之前所接近的軌跡點。P3表示將來要接近的軌跡點，即那些在步驟S2中其位置額定值Ij被考慮的軌跡點。P2表示位于其間的軌跡點，它們在步驟S3中被接近。
[0074]如已經(jīng)提到的，可能的是，在步驟S2的范疇內(nèi)測定的位置額定值Ij是那些在緊隨其后執(zhí)行的步驟S3內(nèi)輸出給位置調(diào)節(jié)的軸I的位置額定值I j。在這種情況下，數(shù)字控制裝置11因此通過將相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)F最小化來分別測定下一個要接近的軌跡點P2的位置額定值lj。在這種情況下，數(shù)字控制裝置11相應(yīng)于圖7中的描述例如可以建立目標(biāo)函數(shù)F，在該目標(biāo)函數(shù)一方面(不言而喻地)包括軌跡點P2的位置額定值I j，并且附近地包括軌跡點P3的位置額定值lj。一旦在軌跡序列點P內(nèi)在軌跡點P2與軌跡點P3之間存在其他軌跡點-在圖3和4中由P4標(biāo)注在目標(biāo)函數(shù)F中相應(yīng)于圖7中的描述優(yōu)選地還附加地包括其位置額定值Ij。舉例來說，可以與預(yù)測調(diào)節(jié)類似地，通過這些方法在測定下一步所要給出的位置額定值Ij時把將來才出現(xiàn)的情況考慮進(jìn)來?？赡苡幸饬x的是，除了軌跡點P2，P3和P4外，將先前的軌跡點-在圖3和4中以P5示出-也考慮進(jìn)來。
[0075]同樣如已經(jīng)提到的，作為替代可能的是，在步驟S2的范疇內(nèi)所測定的位置額定值Ij僅僅在稍晚的時間點輸出給位置調(diào)節(jié)的軸I。在這種情況下，數(shù)字控制裝置11例如可以具有移位寄存器或另一個緩沖存儲器或循環(huán)存儲器，因此始終利用一定的先導(dǎo)過程測定將來要接近的軌跡點P3的位置額定值lj。在這種情況下根據(jù)圖8的描述可能的是，在相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)F中僅包括將來要接近的軌跡點P3的位置額定值lj。作為替代可能的是，對于該測定也考慮其他的軌跡點P的位置額定值I j。例如-見圖3和4-根據(jù)圖8中的描述將估計點P6考慮進(jìn)來，該點-關(guān)于軌跡點P3-仍在將來存在。
[0076]通常，各個軌跡點P之間具有限定的(大多數(shù)是衡定的)距離5S, 8t。可能的是，根據(jù)圖3所示的距離Ss可以與位于相鄰的軌跡點P之間的軌跡段的長度有關(guān)。作為替代可能的是，根據(jù)圖4所示的距離St與時間有關(guān)。
[0077]通常，數(shù)字控制裝置11單獨測定各個控制信號組G的位置額定值lj。通常，數(shù)字控制裝置11因此對于每個軌跡點P分別建立一個獨有的目標(biāo)函數(shù)F并最小化。然而在特殊情況下可能是是，數(shù)字控制裝置11通過將相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)F最小化來測定多個估計點P的位置額定值lj。在這種情況下，其位置額定值Ij是通過相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)F最小化而測定的軌跡點P在要接近的軌跡點P序列內(nèi)形成了一個連貫組，例如圖3所示的組PG或圖4所示的組PG'。在這種情況下，這些軌跡點P的連貫組PG，PG^含有將來要通過的軌跡點P3。
[0078]例如可能的是，通過已知方式，所述理論軌跡通過可參數(shù)化的樣條線限定出，并且對于各個樣條線可以分別測定目標(biāo)函數(shù)F的一個分析方案。作為替代，可以通過已知的優(yōu)化方法在相應(yīng)的軌跡點P的組PG或PG^內(nèi)測定那個-在圖3和4中由P7標(biāo)注-的軌跡點，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)F的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，所述軌跡點是關(guān)鍵軌跡點。在這種情況下可以實現(xiàn)對于軌跡點P7的目標(biāo)函數(shù)F的最小化并且-只要它涉及解決冗余-被相應(yīng)的組PG或PG'的其他軌跡點P所接受。
[0079]總結(jié)說來本發(fā)明涉及下述情況:
[0080]數(shù)字控制裝置11接收用戶程序15，該用戶程序在多個自由度fi中確定了終端操縱器8要接近的軌跡點P的序列。該數(shù)字控制裝置11對于每個軌跡點P分別測定一個控制信號組G，該控制信號組對于多個位置調(diào)節(jié)的軸I分別含有其位置額定值lj。所述數(shù)字控制裝置11將測定的位置額定值Ij輸出給軸I并由此使終端操縱器8運(yùn)動。自由度fi的數(shù)量小于位置調(diào)節(jié)的軸I的數(shù)量。數(shù)字控制裝置11這樣測定控制信號組G，即終端操縱器8至少大致地接近要接近的軌跡點P。在驅(qū)控位置調(diào)節(jié)的軸I時，數(shù)字控制裝置11連續(xù)地測定控制信號組G。它通過將相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)F最小化來測定控制信號組G的位置額定值Ij。在接近軌跡點Pl時被最小化的目標(biāo)函數(shù)F中，至少包括在該時間點僅僅將來要接近的軌跡點P3位置額定值lj。在當(dāng)前接近的軌跡點Pl與將來要接近的軌跡點P3之間存在序列中的至少一個另外的軌跡點P2。
[0081]本發(fā)明具有很多優(yōu)點。尤其是可以以相對簡單的和可靠的方式，實時地確保終端操縱器8的軌跡-和定向可靠的方法，而無需對冗余加工機(jī)的位置調(diào)節(jié)的軸I專門編程。然后可以以簡單的方式實現(xiàn)對工件10的快速并精準(zhǔn)的加工處理。
[0082]雖然通過優(yōu)選實施實例對本發(fā)明進(jìn)行了進(jìn)一步詳述與說明，但本發(fā)明并不局限于所公開的實例而且在不超出本發(fā)明的保護(hù)范圍的前提下，可以由專業(yè)人員推演出其它方案。
【權(quán)利要求】
1.一種用于加工機(jī)的控制方法， -其中數(shù)字控制裝置(11)接收用戶程序(15)，所述用戶程序以多個自由度(fi)確定終端操縱器(8)要接近的軌跡點(P)的序列， -其中所述數(shù)字控制裝置(11)對于所述軌跡點(P)分別測定控制信號組(G)， -其中相應(yīng)的所述控制信號組(G)對于所述加工機(jī)的多個位置調(diào)節(jié)的軸(I)分別包括所述控制信號組的位置額定值(Ij)， -其中所述數(shù)字控制裝置(11)將所測定的所述位置額定值(Ij)輸出給所述軸(I)并由此使所述終端操縱器(8)運(yùn)動， -其中所述自由度(fi)的數(shù)量小于位置調(diào)節(jié)的所述軸⑴的數(shù)量， -其中所述數(shù)字控制裝置(11)如下地測定所述控制信號組(G)，即所述終端操縱器(8)至少大致地接近要接近的所述軌跡點(P)， -其中在驅(qū)控位置調(diào)節(jié)的所述軸(I)時，所述數(shù)字控制裝置(11)連續(xù)地測定所述控制信號組(G)， -其中所述數(shù)字控制裝置(11)通過將相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)(F)最小化而測定所述控制信號組(G)的所述位置額定值(Ij)， -其中在接近所述軌跡點(PD之一時被最小化的所述目標(biāo)函數(shù)(F)中，至少包括對于在該時間點僅僅將來要接近的軌跡點(P3)的所述位置額定值(Ij)，并且 -其中在當(dāng)前所接近的軌跡點(Pl)和所述將來要接近的軌跡點(P3)之間存在所述序列的至少一個另外的軌跡點(P2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述數(shù)字控制裝置(11)通過將相應(yīng)的所述目標(biāo)函數(shù)(F)最小化來分別測定用于下一個要接近的軌跡點(P2)的所述位置額定值(Ij)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，在相應(yīng)的所述目標(biāo)函數(shù)(F)中也包括下述軌跡點(P4)的位置額定值(Ij)，這些軌跡點在所述軌跡點(P)的序列內(nèi)位于所述將來要接近的軌跡點(P3)和所述下一個要接近的軌跡點(P2)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述數(shù)字控制裝置(11)通過將相應(yīng)的所述目標(biāo)函數(shù)(F)最小化而分別測定用于所述將來要接近的軌跡點(P3)的所述位置額定值(Ij)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于， -所述數(shù)字控制裝置(11)通過將相應(yīng)的所述目標(biāo)函數(shù)(F)最小化而分別測定用于多個軌跡點(P)的所述位置額定值(Ij)， -所述軌跡點(P)在要接近的所述軌跡點(P)的所述序列內(nèi)構(gòu)成了連貫組(PG，PG')，其中所述軌跡點的位置額定值(Ij)通過將相應(yīng)的所述目標(biāo)函數(shù)(F)最小化而測定，并且-所述連貫組(PG，PG')包括所述將來要接近的軌跡點(P3)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的控制方法，其特征在于，所述軌跡點(P)彼此間具有限定的、關(guān)于所述時間或關(guān)于通過軌跡點(P)的所述序列限定的軌跡的距離(St，δ s)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的控制方法，其特征在于，在相應(yīng)的所述時間函數(shù)(F)中也包括在相應(yīng)的所述目標(biāo)函數(shù)(F)中的所述位置額定值(Ij)的時間導(dǎo)數(shù)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的控制方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)(F)如下地確定，即所述目標(biāo)函數(shù)考慮了所述終端操縱器(8)的剛性。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的控制方法，其特征在于，在所述目標(biāo)函數(shù)(F)中考慮了單一性和軟件限制。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的控制方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)(F)中包括基于所述位置額定值(Ij)得出的實際軌跡與通過軌跡點(P)的所述序列限定的理論軌跡的偏差。
11.一種具有機(jī)器碼(13)的系統(tǒng)程序模塊，所述系統(tǒng)程序模塊能由用于加工機(jī)的數(shù)字控制裝置(11)進(jìn)行執(zhí)行， -其中通過所述數(shù)字控制裝置(11)實現(xiàn)對所述機(jī)器碼(13)的所述執(zhí)行，即所述數(shù)字控制裝置(11) -接收用戶程序(15)，所述用戶程序以多個自由度(fi)確定了終端操縱器(8)要接近的軌跡點⑵的序列， -對于所述軌跡點(P)分別測定控制信號組(G)，所述控制信號組對于所述加工機(jī)的位置調(diào)節(jié)的軸(I)分別包括所述控制信號組的位置額定值(Ij)， -將所測定的位置額定值(Ij)輸出給所述軸(I)并由此使所述終端操縱器(8)運(yùn)動， -如下地測定所述控制信號組(G)，即所述終端操縱器(8)至少大致地接近要接近的所述軌跡點⑵， -在驅(qū)控位置調(diào)節(jié)的所述軸(I)時，所述數(shù)字控制裝置(11)連續(xù)地測定所述控制信號組(G)， -通過將相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)(F)最小化而測定所述控制信號組(G)的所述位置額定值(Ij)， -其中所述的自由度(fi)的數(shù)量小于位置調(diào)節(jié)的所述軸⑴的數(shù)量， -其中在接近所述軌跡點(PD中之一時被最小化的所述目標(biāo)函數(shù)(F)中，至少包括在該時間點僅僅將來要接近的軌跡點(P3)的所述位置額定值(Ij)，并且 -其中在當(dāng)前所接近的軌跡點(Pl)和所述將來要接近的軌跡點(P3)之間存在所述序列的至少一個另外的軌跡點(P2)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)程序模塊，其特征在于，所述數(shù)字控制裝置(11)基于對所述機(jī)器碼(13)的所述執(zhí)行來實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求2至10中任一項所述的控制方法。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的系統(tǒng)程序模塊，其特征在于，所述系統(tǒng)程序模塊以能機(jī)讀的形式存儲在數(shù)據(jù)載體(14)上。
14.一種數(shù)字控制裝置，其中所述數(shù)字控制裝置以根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的系統(tǒng)程序模塊(12)來編程。
15.一種具有借助于多個位置調(diào)節(jié)的軸(I)而運(yùn)動的終端操縱器(8)和數(shù)據(jù)控制裝置(11)的加工機(jī)，其中所述數(shù)字控制裝置(11)根據(jù)權(quán)利要求14地構(gòu)造。
【文檔編號】G05B19/19GK104423318SQ201410453492
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】卡斯滕·哈姆, 斯文·陶施曼 申請人:西門子公司