建立机器人工作空间上的几何表示的方法技术

提供了一种用于建立机器人(2)工作空间(1)上的几何表示的方法(10)。方法(10)在控制设备(25)中执行并且包括：通过三维结构表示(11)工作空间(1)；获得(12)关于机器人(2)在工作空间(1)中行进的无碰撞轨迹的信息；基于所获得的关于无碰撞轨迹的信息和关于机器人(2)的几何形状的信息，确定(13)工作空间(1)中的可用空间体积，该体积对应于机器人(2)沿轨迹已经行进过的至少一部分的几何形状；以及通过将三维结构的所确定的体积指示为可用空间来更新(14)三维结构。

A METHOD FOR GEOMETRIC REPRESENTATION OF ROBOT WORKSPACE

A method (10) for establishing the geometric representation of a robot (2) workspace (1) is provided. Method (10) executes in the control device (25) and includes: representing (11) workspace (1) by three-dimensional structure; obtaining (12) information about the collision-free trajectory of the robot (2) in the workspace (1); determining (13) the available space volume in the workspace (1) based on the information about the collision-free trajectory and the geometric shape of the robot (2) obtained. The geometry of at least one part of the trajectory along which the robot (2) has traveled; and updating (14) the three-dimensional structure by indicating the volume determined by the three-dimensional structure as available space.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】建立机器人工作空间上的几何表示的方法
本文所公开的技术总体上涉及机器人领域，并且特别地，涉及建立机器人的工作空间上的几何表示的方法，涉及控制设备、计算机程序和计算机程序产品。
技术介绍
协作机器人可以被用于各种应用中，例如，用于诸如低电压产品、数字摄像机、手表、玩具等产品的预处理、装配和包装。原则上，机器人可以执行与熟练的装配工人一样的工作，并且机器人极大促进和提高例如这种装配自动化。机器人将在其中工作的环境模型作为用于控制机器人的运动的工具是有价值的，并且如果机器人将自动地移动，则该模型是必需的。为此，计算机辅助设计(CAD)工具经常被使用并且被依赖，以用于提供这种模型。然而，为了使用诸如碰撞预测和无碰撞路径规划的功能以达到其充分的潜力，机器人的用户必须提供详细的环境模型。假设机器人的用户具有机器人将在其中工作的完整环境的详细CAD模型给她或他带来不必要的负担。例如，CAD模型可能不可用、可能很不精确或环境可能每一天都改变。此外，许多用户发现将CAD模型载入计算机软件进行仿真和离线编程然后再将CAD模型转换成碰撞避免模型是繁琐的。
技术实现思路
鉴于以上，本专利技术的目的是提供一种创建机器人的工作环境模型的改进的方式。该目的和其他通过根据所附独立权利要求的方法、设备、计算机程序和计算机程序产品、以及通过根据从属权利要求的实施例来实现。根据一方面，该目的通过建立机器人的工作空间上的几何表示的方法来实现。方法在控制设备中执行并且包括：通过三维结构表示工作空间；获得关于机器人在工作空间中行进的无碰撞轨迹的信息；基于所获得的关于无碰撞轨迹的信息和关于机器人的几何形状的信息，确定工作空间中的可用空间的体积，该体积对应于机器人沿轨迹已经行进过的至少一部分的几何形状；以及通过将三维结构的所确定的体积指示为可用空间来更新三维结构。该方法提供了若干优点。例如，最终用户不需要具有工作空间的CAD模型，并且不需要将这种CAD模型转换成碰撞模型。由于仅使用机器人自身，该方法极大促进了周围环境的表示的创建。所创建的模型可以充当关于机器人之前已经去过的地方的存储器，使得该存储器可以记住哪些区域是无碰撞的。如果模型被持续地更新，则该模型将越来越精确。在一个实施例中，方法包括针对N个轨迹重复获得、确定和更新，N等于或大于一。在一个实施例中，获得信息包括从至少一个传感器(例如，轴位传感器)接收信息，至少一个传感器被布置在机器人上并且从轨迹的起始位置移动到结束位置。这是获得信息的方便的方式。在一个实施例中，方法包括：从摄像机接收关于工作空间的信息，以及基于所接收的信息获得工作空间的至少一部分的第二三维表示。在上述实施例的变型中，方法包括使用第二三维表示，以用于找出机器人将在工作空间中行进的轨迹。在各种实施例中，三维结构包括八叉树数据结构。然后，所得到的工作空间的表示是八叉树结构，其是工作空间的递归和分层块表示。在各种实施例中，方法包括获得关于机器人行进的遇到碰撞的轨迹的信息，并且基于所获得的信息将三维结构的体积指示为占用空间。根据一方面，该目的由用于控制设备的计算机程序来实现，该控制设备用于建立机器人的工作空间上的几何表示。计算机程序包括计算机程序代码，当其在控制设备的至少一个处理器上被执行时，使得控制设备执行根据上述实施例中的任意一个的方法。根据一方面，该目的由计算机程序产品来实现，其包括如上文的计算机程序和计算机可读装置，计算机程序被存储在计算机可读装置上。根据一方面，该目的由控制设备来实现，该控制设备用于建立机器人的工作空间上的几何表示。控制设备被配置为：通过三维结构表示工作空间；获得关于机器人在工作空间中行进的无碰撞轨迹的信息；基于所获得的关于无碰撞轨迹的信息和关于机器人的几何形状的信息，确定工作空间中的可用空间的体积，该体积对应于机器人沿轨迹已经行进过的至少一部分的几何形状；以及通过将三维结构的所确定的体积指示为可用空间来更新三维结构。在一个实施例中，控制设备被配置为针对N个轨迹重复获得、确定和更新，N等于或大于一(即至少一个轨迹)。在一个实施例中，控制设备被配置为通过从至少一个传感器接收信息来获得信息，至少一个传感器被布置在机器人上并且从轨迹的起始位置移动到结束位置。在一个实施例中，控制设备被配置为：从摄像机接收关于工作空间的信息；以及基于所接收的信息，获得工作空间的至少一部分的第二三维表示。在一个实施例中，控制设备被配置为使用第二三维表示，以用于找出机器人将在工作空间中行进的轨迹。在一个实施例中，控制设备被配置为获得关于机器人行进的遇到碰撞的轨迹的信息；并且基于所获得的信息，将三维结构的体积指示为占用空间。通过阅读以下描述和附图，本专利技术的实施例的其他特征和优点将变得清楚。附图说明图1示意性地示出可以在其中实现根据本专利技术的实施例的机器人的工作空间。图2是关于根据本专利技术的控制设备中的方法的实施例步骤的流程图。图3示意性地示出用于实现根据本专利技术的实施例的控制设备和装置。图4示出使用根据本专利技术的方法的环境的示例性表示。具体实施方式在以下描述中，出于解释而不是限制的目的，阐述了诸如特别的结构、界面、技术等的具体的细节，以便提供彻底的理解。在其他实例中，省略了众所周知的设备、电路和方法的详细描述，以免用不必要的细节使描述难以理解。贯穿描述，相同的附图标记表示相同或类似的元件。图1示意性地示出可以在其中使用根据本专利技术的实施例的机器人2的工作空间1。例如，机器人2的工作空间1可以是工业环境，并且通常包括多个移动的或静止的物体3，机器人2必须避免与物体3碰撞。机器人2可以由包括各种控制功能的控制设备25控制，诸如用于指导机器人2关于其环境、路线规划和碰撞避免的装置。参考图3更详细地描述了控制设备25。本专利技术的专利技术者设想了理想的情况：机器人2自身感知其环境并且建立其自己的环境表示。使用三维(3D)摄像机以用于建立环境的3D表示可以被看作是在这个方向上的步骤。简要地，本专利技术提供一种方法来建立机器人的环境的几何表示，在一些实施例中，仅使用了机器人自身。机器人2被用作“传感器”以建立机器人将在其中工作的环境模型，即机器人的工作空间1(也被称为工作单元)。在一些实施例中，该方法有利地与3D摄像机结合。所提供的方法极大地减少了机器人的最终用户为创建工作空间1的模型所需的努力。本专利技术利用了事实：机器人的几何形状和其当前位置的精确知识是可获得的。在给定轨迹的情况下，机器人的几何形状将在其工作空间中扫描出体积。假设机器人做出的移动是无碰撞的，则对应的所扫描出的整个体积可以被标记为可用的。机器人可以被看作用世界表示开始，其中整个世界由例如立方体的单个实三维结构占用。通过做无碰撞移动，可用空间从该立方体被“雕刻出”。如果探索性移动覆盖机器人2需要的工作空间1，则得到的可用空间模型对于诸如碰撞预测和无碰撞路径规划的任务是足够的。图2是关于根据本专利技术的控制设备25中的方法的实施例步骤的流程图。建立机器人2的工作空间1上的几何表示的方法10可以在控制设备25中实现和执行。方法10包括通过三维结构表示11工作空间1。例如，三维结构可以是工作空间1的八叉树表示。八叉树表示是递归分层块表示。在最高等级上，整个工作空间由单个立方体覆盖，根据方法10，该单个立方体最初被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种建立机器人(2)的工作空间(1)上的几何表示的方法(10)，所述方法(10)在控制设备(25)中被执行并且包括：‑通过三维结构表示(11)所述工作空间(1)，‑获得(12)关于所述机器人(2)在所述工作空间(1)中行进的无碰撞轨迹的信息，‑基于所获得的关于所述无碰撞轨迹的所述信息和关于所述机器人(2)的几何形状的信息，确定(13)所述工作空间(1)中的可用空间的体积，所述体积对应于所述机器人(2)沿所述轨迹已经行进过的至少一部分的所述几何形状，以及‑通过将所述三维结构的所确定的所述体积指示为可用空间来更新(14)所述三维结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种建立机器人(2)的工作空间(1)上的几何表示的方法(10)，所述方法(10)在控制设备(25)中被执行并且包括：-通过三维结构表示(11)所述工作空间(1)，-获得(12)关于所述机器人(2)在所述工作空间(1)中行进的无碰撞轨迹的信息，-基于所获得的关于所述无碰撞轨迹的所述信息和关于所述机器人(2)的几何形状的信息，确定(13)所述工作空间(1)中的可用空间的体积，所述体积对应于所述机器人(2)沿所述轨迹已经行进过的至少一部分的所述几何形状，以及-通过将所述三维结构的所确定的所述体积指示为可用空间来更新(14)所述三维结构。2.根据权利要求1所述的方法(10)，包括针对N个轨迹重复所述获得(12)、确定(13)和更新(14)，N等于或大于一。3.根据权利要求1或2所述的方法(10)，其中所述获得(12)信息包括从至少一个传感器接收信息，所述至少一个传感器被布置在所述机器人(2)上并且从所述轨迹的起始位置移动到结束位置。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(10)，包括：-从摄像机(4)接收关于所述工作空间(1)的信息，以及-基于所接收的所述信息，获得所述工作空间(1)的至少一部分的第二三维表示。5.根据权利要求4所述的方法(10)，包括使用所述第二三维表示，以用于找出所述机器人(2)将在所述工作空间(1)中行进的轨迹。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(10)，其中所述三维结构包括八叉树数据结构。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(10)，包括获得关于所述机器人(2)行进的遇到碰撞的轨迹的信息，并且基于所获得的所述信息将所述三维结构的体积指示为占用空间。8.一种用于控制设备(25)的计算机程序(22)，用于建立机器人(2)的工作空间(1)上的几何表示，所述计算机程序(22)包括计算机程序代码，当所述计算机程序代...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·斯特兰德伯格，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH