用于确定多机器人的运动链序列的方法和系统技术方案

一种用于确定多机器人沿位置序列的运动链序列的系统和方法。接收关于机器人工具要到达的位置的输入。通过将一个链设置为在使用中来单独地考虑每个链，并且针对在使用中的每个链确定针对每个位置的可用配置。可用配置表示为图表的节点，该图表表示用于利用工具到达位置的可用机器人路径，同时允许在相同机器人路径内的不同链之间的切换。在考虑到位置的工作模态约束的同时，通过模拟无碰撞机器人轨迹来确定有效连接器。向连接器分配用于表示机器人在后续配置之间运动时的工作量的权重因子。通过考虑权重因子来确定有效路径中的最短机器人路径。根据最短路径来确定链序列。

Method and System for Determining the Motion Chain Sequence of Multi-Robot

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定多机器人的运动链序列的方法和系统
本公开内容一般地涉及管理用于产品和其他项目的数据的计算机辅助设计、可视化以及制造(“CAD”)系统、产品生命周期管理(“PLM”)系统、产品数据管理(“PDM”)系统和类似的系统(统称为“产品数据管理”系统或PDM系统)。更具体地，本公开内容涉及生产环境模拟。
技术介绍
如今，工业机器人大多是单臂机器人。典型的单臂机器人具有多个关节(例如六个或更多个关节)但仅有一个单个运动链。在机器人运动链上，通常在机器人运动链的末端处，安装有用于执行机器人任务的工业工具。由工具执行的机器人任务的示例包括但不限于焊接、点焊、电弧焊、涂漆、涂覆、钻孔和铆接、激光切割、卷边以及由工具执行的其他类型的制造操作任务。机器人运动链的末端也可以称为工具中心点框架(“TCPF”)或工具中心点(“TCP”)。属于新一代工业机器人的机器人称为双机器人。双机器人具有多个关节(例如八个或更多个关节)并且具有两个运动链。在每个运动链的末端处都安装有工业工具。双机器人在本领域中还称为双TCP分支机器人、双TCP机器人、双臂机器人、双头机器人、双运动链机器人等。在本文中使用术语双机器人。具有三个运动链的工业机器人称为三重机器人。具有N个(其中，N≥2)运动链的工业机器人在本文中称为多机器人。在前述内容中讨论了双机器人，但技术人员容易理解，类似的考虑适用于具有三个或更多个运动链的机器人。对于传统的“单臂”机器人，为了增加生产量需要制造设施：购买两个或更多个机器人；使用两个或更多个机器人控制器用于在两个或更多个机器人之间进行同步以免受碰撞并且维护两个或更多个机器人。因此，为了在保持相同的工厂生产水平的同时降低成本，越来越多地使用双机器人以及更一般地多机器人替换两个或更多个传统的单臂机器人。此外，可以有利地使用一个双机器人用于替换一个传统的单臂机器人。实际上，双机器人通过具有两个臂可以以较自由且更灵活的方式工作。此外，与一个具有工具更换器的单臂机器人相比，安装有两个工具而非一个工具的事实节省了周期时间。用于离线验证和虚拟3D环境模拟的技术以及用于确定用于工业任务的最佳机器人配置的技术是已知的。然而，这样的技术针对仅具有一个单个运动链的机器人场景，并且不适用于其中复杂性较高的具有两个或更多个运动链的机器人。因此，期望改进的技术。
技术实现思路
各种所公开的实施方式包括一种用于确定多机器人沿位置序列的运动链序列的方法及相应的系统和计算机可读介质，将由工具通过所述位置序列顺序地执行机器人任务。一种方法包括接收关于安装在机器人的运动链之一上的工具要到达的位置序列的输入。通过将一个运动链设置为在使用中来单独地考虑每个运动链，并且针对在使用中的每个运动链确定针对序列中的每个位置的多个可用配置。该方法包括将所确定的可用配置表示为能够通过图表的定向连接器连接的节点，该图表表示用于利用工具之一到达位置序列的位置的多个可用机器人路径，同时允许在相同机器人路径内的不同运动链之间的切换。在考虑到位置序列的一组工作模态约束的同时，通过在连续配置之间模拟机器人的无碰撞轨迹来确定连接后续可用配置的多个有效定向连接器。该方法包括向每个有效定向连接器分配权重因子，该权重因子表示机器人在由定向连接器连接的两个连续节点表示的两个后续配置之间运动时所需的工作量。该方法包括通过考虑定向连接器的权重因子，从沿有效定向连接器的多个有效机器人路径中确定最短机器人路径。该方法包括确定找到的最短路径的运动链序列。前述内容已经相当广泛地概述了本公开内容的特征和技术优点，使得本领域技术人员可以更好地理解随后的详细描述。在下文中将描述本公开内容的形成权利要求书的主题的附加特征和优点。本领域技术人员将理解，他们可以容易地使用所公开的概念和具体实施方式作为用于修改或设计用于执行本公开内容的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还将认识到，这样的等同构造不以其最广泛的形式脱离本公开内容的精神和范围。在进行下文的具体实施方式之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些词或短语的定义会有利：术语“包含(include)”和“包括(comprise)”及其衍生词指没有限制的包括；术语“或”是包括性的，指和/或；短语“相关联”和“与其相关联”及其衍生词可以指包括、被包括在内、与其互连、包含、被包含在内、连接至或与其连接、耦接至或与其耦接、能够与其通信、与其合作、交错、并列、与其接近、绑定至或与其绑定、具有、具有其性质等；以及术语“控制器”指控制至少一个操作的任何装置、系统或其一部分，而无论这样的装置是以硬件、固件、软件还是以其中至少两者的某种组合来实现。应当注意，与任何特定控制器相关联的功能无论是本地还是远程可以是集中式的或分布式的。贯穿本专利文件提供了某些单词和短语的定义，并且本领域普通技术人员将理解，这样的定义即使不是在大多数实例中但仍在许多实例中适用于这样被定义的单词和短语的现有使用以及未来使用。虽然一些术语可以包括各种各样的实施方式，但是所附权利要求书可以明确地将这些术语限制至具体实施方式。附图说明为了更完整地理解本公开内容及其优点，现在结合附图参考以下的描述，在附图中相同的附图标记指示相同的对象，并且在附图中：图1示出了可以实现实施方式的数据处理系统的框图；图2示出了根据所公开的示例实施方式的双机器人的示意图；图3示出了根据所公开的第一示例实施方式的机器人路径的第一图表的第一示意图；图4示出了根据所公开的第二示例实施方式的机器人路径的第二图表的示意图；图5示出了根据所公开的实施方式的用于确定多机器人的运动链序列的过程的流程图。具体实施方式在本专利文献中，以下讨论的图1至图5以及用于描述本公开内容的原理的各种实施方式仅作为例示，而不应当以任何方式理解成限制本公开内容的范围。本领域技术人员将理解，本公开内容的原理可以在任何适当地布置的装置中实现。将参照示例性非限制实施方式来描述本申请的各种新颖教导。针对多机器人的基于手动的“反复试验”方法的先前技术是麻烦的、繁琐的、容易出错的、以及以其他方式不适合这项任务。针对多机器人的基于从每个位置视点搜索最佳配置的局部方法的先前技术是次佳的并且随着机器人工作量增加而导致关节的冗余运动。实施方式通过具有多个运动链的多机器人来确定在位置序列上操作期间待被使用的最佳运动序列。实施方式确定用于完整位置序列的最有效的多机器人配置，使得多机器人可以最佳地执行其任务。实施方式减少了多机器人在操作期间的工作量，例如，多机器人的能量消耗和/或多机器人的周期时间。实施方式优选地通过真实机器人模拟(“RRS”)来实现模拟，并且因此提供无碰撞解决方案。实施方式通过使用有向非循环图提供了具有减少的计算次数的快速解决方案。实施方式在三维虚拟环境中提供解决方案而不使用可能导致生产延迟的真实物理机器人。图1示出了数据处理系统100的框图，在该数据处理系统100中实施方式可以例如实现为PDM系统，该PDM系统特别地由软件或以其他方式配置以执行如本文描述的过程，以及特别地该实施方式实现为如本文描述的多个互连和通信系统中的每一个系统。示出的数据处理系统100可以包括连接至二级高速缓存/桥接器104的处理器102，二级高速缓存/桥接器104又连接至本地系统总线106。本地系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过数据处理系统来确定多机器人沿位置序列的运动链序列的方法，将由工具通过所述位置序列顺序地执行机器人任务，所述方法包括以下步骤：a)接收关于安装在所述机器人的所述运动链之一上的工具要到达的所述位置序列的输入；b)通过将一个运动链设置为在使用中来单独地考虑每个运动链，并且针对在使用中的所述每个运动链确定针对所述序列中的每个位置的多个可用配置；c)将所确定的可用配置表示为能够通过图表的定向连接器连接的节点，所述图表表示用于利用所述工具之一到达所述位置序列的所述位置的多个可用机器人路径，其中，允许在相同机器人路径内的不同运动链之间的切换；d)在考虑到所述位置序列的一组工作模态约束的同时，通过在连续配置之间模拟所述机器人的无碰撞轨迹来确定连接后续可用配置的多个有效定向连接器；e)向每个有效定向连接器分配权重因子，所述权重因子表示所述机器人在由所述定向连接器连接的两个连续节点表示的两个后续配置之间运动时所需的工作量；f)通过考虑所述定向连接器的所述权重因子，从沿所述有效定向连接器的多个有效机器人路径中确定最短机器人路径；以及g)确定所确定的最短路径的所述运动链序列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过数据处理系统来确定多机器人沿位置序列的运动链序列的方法，将由工具通过所述位置序列顺序地执行机器人任务，所述方法包括以下步骤：a)接收关于安装在所述机器人的所述运动链之一上的工具要到达的所述位置序列的输入；b)通过将一个运动链设置为在使用中来单独地考虑每个运动链，并且针对在使用中的所述每个运动链确定针对所述序列中的每个位置的多个可用配置；c)将所确定的可用配置表示为能够通过图表的定向连接器连接的节点，所述图表表示用于利用所述工具之一到达所述位置序列的所述位置的多个可用机器人路径，其中，允许在相同机器人路径内的不同运动链之间的切换；d)在考虑到所述位置序列的一组工作模态约束的同时，通过在连续配置之间模拟所述机器人的无碰撞轨迹来确定连接后续可用配置的多个有效定向连接器；e)向每个有效定向连接器分配权重因子，所述权重因子表示所述机器人在由所述定向连接器连接的两个连续节点表示的两个后续配置之间运动时所需的工作量；f)通过考虑所述定向连接器的所述权重因子，从沿所述有效定向连接器的多个有效机器人路径中确定最短机器人路径；以及g)确定所确定的最短路径的所述运动链序列。2.根据权利要求1所述的方法，其中，检查步骤b)的所确定的多个可用配置以免受静态碰撞。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤a)处接收关于下述中的一个或更多个的附加输入数据：所述机器人的虚拟表示、多个工具的虚拟表示、单元布局的虚拟表示、要制造的多个部件的虚拟表示。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤e)的所述权重因子选自由以下组成的组：-模拟轨迹的能量消耗参数；-所述模拟轨迹的周期时间参数；-所述模拟轨迹的关节运动参数；-上述参数中的一个或更多个的组合。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤g)还包括确定所述最短路径的配置序列。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，具有所述工作模态约束的一组位置状态选自由以下组成的组：-具有锁定配置的状态；-具有强制运动链的状态；以及-具有锁定运动链的状态。7.一种数据处理系统，包括：处理器；以及可访问存储器，所述数据处理系统特别地被配置成：a)接收关于安装在机器人的运动链之一上的工具要到达的位置序列的输入；b)通过将一个运动链设置为在使用中来单独地考虑每个运动链，并且针对在使用中的所述每个运动链确定针对所述序列中的每个位置的多个可用配置；c)将所确定的可用配置表示为能够通过图表的定向连接器连接的节点，所述图表表示用于利用所述工具之一到达所述位置序列的所述位置的多个可用机器人路径，其中，允许在相同机器人路径内的不同运动链之间的切换；d)在考虑到所述位置序列的一组工作模态约束的同时，通过在连续配置之间模拟所述机器人的无碰撞轨迹来确定连接后续可用配置的多个有效定向连接器；e)向每个有效定向连接器分配权重因子，所述权重因子表示所述机器人在由所述定向连接器连接的两个连续节点表示的两个后续配置之间运动时所需的工作量；f)通过考虑所述定向连接器的所述权重因子，从沿所述有效定向连接器的多个有效机器人路径中确定最短机器人路径；以及g)确定所确定的...

【专利技术属性】
技术研发人员：摩西·豪赞，
申请(专利权)人：西门子工业软件有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL