用于冗余优化地规划移动式机器人的操作的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于冗余优化地规划冗余的移动式机器人(1)的操作的方法，该移动式机器人具有：移动式承载车辆(2)；机器人臂(6)，具有多个通过关节连接并关于转动轴(21‑25)被可转动地安装的肢节(11‑16)；用于使肢节(11‑16)相对于彼此运动的驱动器；和电子控制装置(5)，其被设计为，操控用于肢节(11‑16)的驱动器和用于移动式机器人(1)的运动的承载车辆(2)。

A method of redundant optimization for the operation of mobile robot

The invention relates to a method for redundancy optimization planning of mobile robot redundancy (1) method of operation, the mobile robot has a mobile bearing vehicle (2); the robot arm (6), having a plurality of through joint and on the axis of rotation (21 25) is rotatably mounted Zhijie (11 16); for the segments (11 16) relative to each other and drive; electronic control device (5), which is designed to control for limbs (11, 16) drive and for a mobile robot (1) carrying vehicle movement (2).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于冗余优化地规划移动式机器人的操作的方法
本专利技术涉及一种用于冗余优化地规划移动式机器人的操作的方法。
技术介绍
专利文献US5550953公开了一种移动式机器人和一种操作该移动式机器人的方法。该移动式机器人包括机器人臂和承载车辆，机器人臂具有多个可相对于彼此运动的肢节，机器人臂被固定在承载车辆上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种更好的用于规划移动式机器人的运动的方法。本专利技术的目的通过一种用于冗余优化地规划冗余的移动式机器人的操作的方法来实现，该机器人具有：移动式承载车辆；机器人臂，具有多个肢节，这些肢节通过关节连接并且被关于转动轴可转动地安装；驱动器，用于使肢节相对于彼此运动；和电子控制装置，其被设计为，操控用于肢节的驱动器和用于移动式机器人的运动的承载车辆，该方法具有以下方法步骤：-使用与工具中心点相对应的笛卡尔TCP坐标系，该工具中心点配属于机器人臂，该坐标系具有第一TCP坐标轴、第二TCP坐标轴和第三TCP坐标轴，-使用笛卡尔世界坐标系，其具有第一世界坐标轴、第二世界坐标轴和第三世界坐标轴，其中，第一世界坐标轴和第二世界坐标轴撑开一平面，移动式机器人在该平面上运动，工具中心点相对于该平面的高度对应于第三世界坐标轴，并且TCP坐标轴中的一个与该平面围成一角度，-创建至少一个图，在该图中冗余被表示为高度和角度的函数，冗余是对移动式机器人的取决于高度和角度的可能的配置的度量(Maβ)，和-借助于该至少一个图来规划移动式机器人的操作。这种移动式机器人是一种冗余的移动式机器人，对其而言，对于工具中心点在空间中的各个位置和方向，这种移动式机器人通常有多个可能的配置。移动式机器人的配置是指：对于工具中心点的各个位置和方向，机器人臂有多个可能的姿态，并且承载车辆在平面上有多个可能的位置和方向。通过各个肢节相对于彼此的角位置来获得机器人臂的姿态。因此，针对工具中心点在空间中的各个位置和方向，移动式机器人通常具有冗余的配置。可以例如在世界坐标系中表示这些位置和方向。也可以在TCP坐标系的坐标中表示工具中心点的方向。根据本专利技术的一种优选的实施方式，机器人臂包括正好五个自由度并因此包括第一肢节、第二肢节、第三肢节、第四肢节、第五肢节和第六肢节作为肢节，包括第一转动轴、第二转动轴、第三转动轴、第四转动轴和第五转动轴作为转动轴。在这种情况下，移动式机器人具有特别是8个自由度，因为承载车辆包括三个自由度。优选地，第一转动轴、第二转动轴和第四转动轴水平地延伸，而第五转动轴竖直地延伸。特别地，第二肢节被安装为，相对于第一肢节关于第一转动轴是可转动的；紧随第二肢节的是第三肢节，该第三肢节被安装为，相对于第二肢节关于第二转动轴是可转动的；第四肢节被安装为，相对于第三肢节关于垂直于第二转动轴延伸的第三转动轴是可转动的，并且包括用于固定工具的固定装置或工具；第六肢节被静止地固定在承载车辆上或者体现为承载车辆；第五肢节被安装为，相对于第六肢节关于第五转动轴是可转动的；并且第一肢节被安装为，相对于第五肢节关于第四转动轴是可转动的。优选地，第三TCP坐标轴沿第三转动轴的方向延伸并与平面围成一角度。机器人臂还可以具有正好四个自由度。据此，该机器人臂包括作为肢节的第一肢节、第二肢节、第三肢节、第四肢节和第五肢节，以及作为转动轴的第一转动轴、第二转动轴、第三转动轴和第四转动轴。特别地，第一转动轴、第二转动轴和第四转动轴水平地延伸。特别地，第二肢节被安装为，相对于第一肢节关于第一转动轴是可转动的；紧随第二肢节的是第三肢节，该第三肢节被安装为，相对于第二肢节关于第二转动轴是可转动的；第四肢节被安装为，相对于第三肢节关于垂直于第二转动轴延伸的第三转动轴是可转动的，并且包括用于固定工具的固定装置或工具；第五肢节被静止地固定在承载车辆上或体现为承载车辆。优选地，第三TCP坐标轴沿第三转动轴的方向延伸并与平面围成一角度。优选地，移动式承载车辆包括车轮和用于驱动车轮的驱动器。优选地，将电子控制装置设计为，操控用于车轮的驱动器，使承载车辆运动。承载车辆也可以有腿或被设计成磁悬浮运输车辆。优选地，将承载车辆设计为可全向运动的承载车辆(完整(holonome)平台)。因此，承载车辆的车轮优选被设计为全向车轮。全向轮的一个例子是为本领域技术人员所熟知的麦克纳姆轮。由于这种全向车轮，使得根据本专利技术的移动式机器人或者说其承载车辆能够在空间中自由地运动。因此，该承载车辆不仅能够向前、向后或侧向运动或曲线地行进，而且还能够例如围绕垂直取向的轴线转动。根据本专利技术使用了至少一个图，在该图中冗余被表示为高度和角度的函数，冗余是对移动式机器人取决于高度和角度的可能的配置的度量。由此，能够使移动式机器人另外针对工具中心点的高度的可能的配置相对简单地实现可视化，这简化了对移动式机器人的操作的规划。该至少一个图例如是第一图，其中，高度、角度和冗余构成三维的笛卡尔坐标系，在该坐标系中，冗余作为高度和角度的函数被构造为第一图。由此产生了一个图像上的山，在该山中，能够相对容易地读取针对工具中心点的不同高度和角度的冗余。优选地，第一图中的冗余被不同颜色地或者通过灰度级来标记。在根据本专利技术方法的一种优选的实施方式中，该至少一个图是第二图，其中，高度被表示为角度的函数，而冗余在该第二图中被不同地、特别是不同颜色地标记或通过灰度级来标记，以便将冗余表示为高度和角度的函数。第二图是二维图，其中，优选沿着相应的坐标轴绘制高度和角度，这些坐标轴相互垂直。第二图特别示出了作为角度的函数的高度。为了直观地说明冗余，第二图被不同地标记，通过例如以彩色或通过不同的灰度级来直观地说明冗余的方式。第二图特别是第一图的俯视图。在第二图中，可以相对简单地确定可能的(Z；β)对或具有相对较高的冗余的(Z；β)对。根据本专利技术的方法可以附加地包括以下方法步骤：-在六维空间中规划工具中心点应沿其自动运动的轨迹的曲线(Verlaufs)，-将所规划的轨迹的曲线转换到两维的子空间中，由此得到转换后的轨迹的曲线，在此，该子空间以高度和角度表示所规划的工具中心点的位置和方向，-将经过转换的所规划的轨迹的曲线与第二图相叠加，-基于该经过转换的轨迹与第二图叠加后的曲线，确定所规划的轨迹是否可以由移动式机器人执行。这种在六维空间中的规划特别是在世界坐标系的坐标(世界坐标)中进行，必要时附加地在TCP坐标系中进行。如果所规划的轨迹不能由移动式机器人执行，则可以执行以下方法步骤：-在所叠加的第二图的内部改变经过转换的所规划轨迹的曲线，从而形成一被改变的经过转换的所规划轨迹的曲线，该曲线能够由移动式机器人来执行，并且-基于该经过转换的所规划轨迹的被改变的曲线，在六维空间中创建被改变的所规划轨迹。根据本专利技术的方法还可以包括以下方法步骤：-设定工具中心点的高度，-借助第一图和/或第二图确定可能的角度值，-确定对应于最高冗余的角度值，并且-使用所确定的角度值来规划移动式机器人的运动。替代地，根据本专利技术的方法可以包括以下方法步骤：-设定一角度，-借助第一图和/或第二图来确定可能的高度值，-确定对应于最高冗余的高度值，并且-使用所确定的高度值来规划移动式机器人的运动。在确定对应于最高冗余的角度值或高度值时，还可以考虑至少一个其他的辅助条件，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于冗余优化地规划冗余的移动式机器人(1)的操作的方法，所述移动式机器人具有：移动式承载车辆(2)；机器人臂(6)，具有多个通过关节连接并关于转动轴(21‑25)被能转动地安装的肢节(11‑16)；用于使所述肢节(11‑16)相对于彼此运动的驱动器；和电子控制装置(5)，其被设计为，操控用于所述肢节(11‑16)的驱动器和用于所述移动式机器人(1)的运动的承载车辆(2)，该方法具有以下方法步骤：‑使用与配属于所述机器人臂(6)的工具中心点(8)相对应的笛卡尔TCP坐标系(KTCP)，该TCP坐标系具有第一TCP坐标轴(XTCP)、第二TCP坐标轴(YTCP)和第三TCP坐标轴(ZTCP)，‑使用笛卡尔世界坐标系(KW)，其具有第一世界坐标轴(XW)、第二世界坐标轴(YW)和第三世界坐标轴(ZW)，其中，所述第一世界坐标轴(XW)和所述第二世界坐标轴(YW)撑开一平面(EXY)，所述移动式机器人(1)在该平面上运动，所述工具中心点(8)相对于所述平面(EXY)的高度(Z)对应于所述第三世界坐标轴(ZW)，并且所述TCP坐标轴中的一个(ZTCP)与该平面(EXY)围成一角度(β)，‑创建至少一个图(G1，G2)，在该图中，冗余(P)被表示为所述高度(Z)和所述角度(β)的函数，该冗余是对所述移动式机器人(1)取决于所述高度(Z)和所述角度(β)的可能的配置的度量，和‑借助于所述至少一个图(G1，G2)来规划所述移动式机器人(1)的操作。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.25 DE 102015211865.71.一种用于冗余优化地规划冗余的移动式机器人(1)的操作的方法，所述移动式机器人具有：移动式承载车辆(2)；机器人臂(6)，具有多个通过关节连接并关于转动轴(21-25)被能转动地安装的肢节(11-16)；用于使所述肢节(11-16)相对于彼此运动的驱动器；和电子控制装置(5)，其被设计为，操控用于所述肢节(11-16)的驱动器和用于所述移动式机器人(1)的运动的承载车辆(2)，该方法具有以下方法步骤：-使用与配属于所述机器人臂(6)的工具中心点(8)相对应的笛卡尔TCP坐标系(KTCP)，该TCP坐标系具有第一TCP坐标轴(XTCP)、第二TCP坐标轴(YTCP)和第三TCP坐标轴(ZTCP)，-使用笛卡尔世界坐标系(KW)，其具有第一世界坐标轴(XW)、第二世界坐标轴(YW)和第三世界坐标轴(ZW)，其中，所述第一世界坐标轴(XW)和所述第二世界坐标轴(YW)撑开一平面(EXY)，所述移动式机器人(1)在该平面上运动，所述工具中心点(8)相对于所述平面(EXY)的高度(Z)对应于所述第三世界坐标轴(ZW)，并且所述TCP坐标轴中的一个(ZTCP)与该平面(EXY)围成一角度(β)，-创建至少一个图(G1，G2)，在该图中，冗余(P)被表示为所述高度(Z)和所述角度(β)的函数，该冗余是对所述移动式机器人(1)取决于所述高度(Z)和所述角度(β)的可能的配置的度量，和-借助于所述至少一个图(G1，G2)来规划所述移动式机器人(1)的操作。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机器人臂(6)具有：五个自由度；第一肢节(11)、第二肢节(12)、第三肢节(13)、第四肢节(14)、第五肢节(15)和第六肢节(16)作为肢节；以及第一转动轴(21)、第二转动轴(22)、第三转动轴(23)、第四转动轴(24)和第五转动轴(25)作为转动轴，其中，特别是所述第一转动轴(21)、所述第二转动轴(22)和所述第四转动轴(24)水平地延伸，并且所述第五转动轴(15)竖直地延伸；所述第二肢节(12)相对于所述第一肢节(11)关于所述第一转动轴(21)被能转动地安装；所述第三肢节(13)跟随所述第二肢节(12)，所述第三肢节(13)相对于所述第二肢节(12)关于所述第二转动轴(22)被能转动地安装；所述第四肢节(14)相对于所述第三肢节(13)关于垂直于所述第二转动轴(22)延伸的所述第三转动轴(23)被能转动地安装，并且包括用于固定工具(7)的固定装置或所述工具(7)；所述第六肢节(16)被静止地固定在所述承载车辆(2)上或者体现为所述承载车辆(2)；所述第五肢节(15)相对于所述第六肢节(16)关于所述第五转动轴(25)被能转动地安装；并且所述第一肢节(11)相对于所述第五肢节(15)关于所述第四转动轴(24)被能转动地安装；所述第三TCP坐标轴(ZTCP)沿所述第三转动轴(23)的方向延伸并与所述平面(EXY)围成一角度(β)。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机器人臂(6)具有：四个自由度；第一肢节(11)、第二肢节(12)、第三肢节(13)、第四肢节(14)和第五肢节(15)作为肢节；以及第一转动轴(21)、第二转动轴(22)、第三转动轴(23)和第四转动轴(24)作为转动轴，其中，特别是所述第一转动轴(21)、所述第二转动轴(22)和所述第四转动轴(24)水平地延伸；所述第二肢节(12)相对于所述第一肢节(11)关于所述第一转动轴(21)被能转动地安装；所述第三肢节(13)跟随所述第二肢节(12)，所述第三肢节...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·朔伊雷尔，S·夏尔玛，
申请(专利权)人：库卡罗伯特有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE