轨迹生成方法和轨迹生成装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及轨迹生成方法、存储控制程序的非暂时性计算机可读取介质、轨迹生成装置、制造系统、以及用于制造物品的制造方法。轨迹生成方法包括：在开始教示点和目标教示点之间生成多个轨迹的第一生成过程，评估机器人手臂在每个轨迹上的动作以计算每个轨迹的评估值的评估过程，基于计算的评估值选择所述多个轨迹中的一个的选择过程，以及通过重复经由改变在选择过程中选择的轨迹而生成多个新轨迹、计算机器人手臂在每个改变的轨迹上的动作的评估值、以及基于计算的评估值选择轨迹的过程来更新轨迹的更新过程。

Trajectory Generation Method and Device

【技术实现步骤摘要】
轨迹生成方法和轨迹生成装置
本专利技术涉及用于生成机器人手臂的轨迹的轨迹生成方法以及轨迹生成装置。
技术介绍
迄今为止，已知这样的配置：在所述配置中将工业机器人系统布置在诸如汽车和电子产品这样的物品(工业产品)的制造系统(生产线)中，以使诸如焊接和组装这样的作业自动化。在此类制造系统中，机器人系统、工件、工件安置台、工具以及其他周边设备以它们可能相互干涉(接触、碰撞)的状态布置。相应地，近年来，使用虚拟环境的模拟在这样的制造系统中经常被用于设计机器人系统的手臂的操作轨迹。在离线使用模拟器系统以模拟机器人系统的动作的情况下，机器人手臂、工件、工件安置台、工具以及其他周边设备的3-D(三维)模型被安置在虚拟环境中。例如，一些模拟器系统生成在预先准备好的机器人手臂的教示点之间的轨迹，并且在虚拟环境内沿着该轨迹操作机器人手臂的3D模型以验证机器人手臂的动作。机器人手臂的模型如何进行操作的状态能够例如以动画形式显示在模拟器系统的显示器中的虚拟显示区域上。取决于机器人手臂的操作轨迹，模拟结果最终自然会明显地不同。如果机器人手臂的轨迹不合适，则会出现下列问题：机器人手臂的操作轨迹的一部分进入机器人手臂不可操作的区域、机器人手臂干涉另外的物体、或者循环时间因无效动作而延迟。根据常规方法，操作者以试错方式准备机器人手臂的教示点，其满足这样的条件：机器人手臂不会进入使机器人手臂变得不可操作的区域或者不会干涉周边设备。在这样的情况下，因为首先要考虑机器人手臂能够移动或者不干涉其他物体这样的条件，所以存在无法生成始终允许机器人手臂以最佳动作速度操作的机器人轨迹、因此延迟了循环时间的情况。在这样的情况下，需要手动作业来重新考虑以及重置机器人手臂的教示点。同时，在制造系统(生产线)中使用机器人系统的情况下，工程设计人员准备教示点的工时较大，使得人员成本的升高已成为问题。相应地，近年来，取代由教示者直接进行教示，已经提出了通过使用计算机实现用于教示机器人手臂的高效作业的方法和装置。Kalakrishnan，Mrinal等人的“STOMP:Stochastictrajectoryoptimizationformotionplanning”，RoboticsandAutomation(ICRA)，2011IEEEInternationalConferenceonIEEE，2011(下文称为非专利文献1)公开了一种方法，其用于生成避免机器人手臂干涉周围障碍物的轨迹并且用于最小化在机器人手臂的关节中使用的马达的扭矩。图8示意性地示出了在非专利文献1中用于生成机器人手臂的轨迹的方法。图8示出了具有两个旋转轴J1和J2并简化为两个自由度的机器人手臂A以及障碍物Ob。在图8中，p1，p2…p9分别表示机器人手臂A的手(TCP：工具中心点)移动通过的位置。在这些位置中，相应地，p1表示动作开始位置(开始教示点)，并且p9表示动作目标位置(目标教示点)。此外，p2至p8表示布置在开始位置(p1)和目标位置(p9)之间的中间指令值。例如，可以在每个控制周期顺序地指示机器人手臂A实施p1，p2…p9的取向，以便实施从p1开始并到达p9的动作。在此情况下，可以将机器人手臂在开始位置(p1)和目标位置(p9)之间的操作时间计算为控制周期×(9-1)。在非专利文献1的情况下，多个中间指令值(p2至p8)被预先确定为常数并且在此情况下为7。尽管在图8中机器人手臂在p4和p5处与障碍物Ob发生干涉，但是可以通过以下的方法生成使机器人手臂能够避免该干涉的轨迹。首先，使对应于中间指令值p2，p3…p8的关节角度平滑地移位以生成新的N个中间指令值ri2，ri3，…ri8(i＝1，…N)。接下来，评估中间指令值ri2，ri3，…ri8(i＝1，…N)，并且基于评估值来重复移位中间指令值p2，p3…p8的过程以优化轨迹。非专利文献1使用机器人手臂A和障碍物Ob的嵌入量(sink-inamount)以及在每个关节轴中使用的马达的扭矩作为中间指令值的评估值。通过使用这样的评估值，生成使机器人手臂A不会干涉障碍物Ob并且在每个关节轴中使用的马达的扭矩不会过载的轨迹。如上所述，非专利文献1的技术能够生成使机器人手臂A不会干涉障碍物Ob并且在每个关节轴中使用的马达的扭矩不会过载的轨迹。然而，根据非专利文献1中公开的技术，多个中间指令值是固定的数值。因此，从开始教示点(p1)到目标教示点(p9)的操作时间是固定的，从而存在例如不能优化手臂的操作时间的问题。此外，如果操作时间是固定的，则难以满足在每个关节轴中使用的马达的扭矩的约束条件以及其他的约束条件。难以实现的与机器人手臂的操作相关的约束条件例如是关节轴扭矩、关节角速度、关节角加速度、加加速度(jerkacceleration)、手速度和手加速度的约束条件。也就是说，如非专利文献1所述的现有技术具有以下的问题。即，在中间指令值的数量过少的区域中不能保证满足与机器人的动作相关的约束条件，相反地，在中间指令值的数量过多的区域中则不能获得优化了操作时间的轨迹。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种轨迹生成方法，其用于生成在开始教示点和目标教示点之间操作机器人手臂的轨迹，其包括在所述开始教示点和所述目标教示点之间生成多个轨迹的第一生成过程，评估所述机器人手臂在所述第一生成过程中生成的每个轨迹上的动作以计算每个轨迹的评估值的评估过程，基于计算的评估值选择所述多个轨迹中的一个的选择过程，以及通过重复经由改变在所述选择过程中选择的轨迹而生成多个新轨迹、计算所述机器人手臂在每个改变的轨迹上的动作的评估值、以及基于计算的评估值选择轨迹的过程来更新轨迹的更新过程。根据本专利技术的第二方面，提供了一种轨迹生成装置，其用于生成在开始教示点和目标教示点之间操作机器人手臂的轨迹，其包括控制器，所述控制器执行在所述开始教示点和所述目标教示点之间生成多个轨迹的第一生成过程，评估所述机器人手臂在所述第一生成过程中生成的每个轨迹上的动作以计算评估值的评估过程，基于计算的评估值选择所述多个轨迹中的一个的选择过程，以及通过重复经由改变在所述选择过程中选择的轨迹而生成多个新轨迹、计算所述机器人手臂在每个改变的轨迹上的动作的评估值、以及基于计算的评估值选择轨迹的过程来更新轨迹的更新过程。参考附图，根据示例性实施例的以下描述，本专利技术的其他特征将变得显而易见。附图说明图1示出了本公开的第一实施例的轨迹生成装置的功能配置。图2示出了本公开的第一实施例的机器人手臂的双轴配置。图3示出了本公开的第一实施例的教示点组和轨迹。图4是示出本公开的第一实施例的轨迹优化过程的流程图。图5A示出了本公开的第一实施例的轨迹优化过程的初始步骤。图5B示出了本公开的第一实施例的轨迹优化过程的下一步骤。图5C示出了本公开的第一实施例的轨迹优化过程的再一步骤。图5D示出了本公开的第一实施例的轨迹优化过程的又一步骤。图5E示出了本公开的第一实施例的轨迹优化过程的再下一步骤。图6示出了本公开的第一实施例的教示点组和轨迹。图7A示出了本公开的第二实施例的轨迹优化过程的初始步骤。图7B示出了本公开的第二实施例的轨迹优化过程的下一步骤。图7C示出了本公开的第二实施例的轨迹优化过程的再一步骤。图7D示出了本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨迹生成方法，所述轨迹生成方法用于生成在开始教示点和目标教示点之间操作机器人手臂的轨迹，所述轨迹生成方法包括：在所述开始教示点和所述目标教示点之间生成多个轨迹的第一生成过程；评估所述机器人手臂在所述第一生成过程中生成的每个轨迹上的动作以计算每个轨迹的评估值的评估过程；基于计算的评估值选择所述多个轨迹中的一个的选择过程；以及更新过程，所述更新过程通过重复以下的过程来更新轨迹：经由改变在所述选择过程中选择的轨迹而生成多个新轨迹的过程、计算所述机器人手臂在每个改变的轨迹上的动作的评估值的过程、以及基于计算的评估值选择轨迹的过程。

【技术特征摘要】
2018.02.05 JP 2018-018583;2018.09.21 JP 2018-178061.一种轨迹生成方法，所述轨迹生成方法用于生成在开始教示点和目标教示点之间操作机器人手臂的轨迹，所述轨迹生成方法包括：在所述开始教示点和所述目标教示点之间生成多个轨迹的第一生成过程；评估所述机器人手臂在所述第一生成过程中生成的每个轨迹上的动作以计算每个轨迹的评估值的评估过程；基于计算的评估值选择所述多个轨迹中的一个的选择过程；以及更新过程，所述更新过程通过重复以下的过程来更新轨迹：经由改变在所述选择过程中选择的轨迹而生成多个新轨迹的过程、计算所述机器人手臂在每个改变的轨迹上的动作的评估值的过程、以及基于计算的评估值选择轨迹的过程。2.根据权利要求1所述的轨迹生成方法，其中所述更新过程包括：对布置在操作所述机器人手臂的轨迹的开始教示点和目标教示点之间的第一中间教示点组进行不同的移位以生成多个第二中间教示点组的中间教示点生成过程，以及基于多个第二中间教示点组生成操作所述机器人手臂的多个新轨迹的轨迹生成过程。3.根据权利要求2所述的轨迹生成方法，其中在所述中间教示点生成过程中生成允许所述机器人手臂避开布置在所述机器人手臂操作的空间中的另一物体的多个中间教示点组。4.根据权利要求2所述的轨迹生成方法，其中在所述中间教示点生成过程中使分别与相邻的中间教示点关联的参数作用于每一个第二中间教示点组以平滑连接多个中间教示点的路径。5.根据权利要求2所述的轨迹生成方法，其中在所述轨迹生成过程中基于多个第二中间教示点组生成多个新轨迹以缩短所述机器人手臂进行操作的操作时间。6.根据权利要求1所述的轨迹生成方法，其中基于所述机器人手臂和布置在所述机器人手臂操作的空间中的另一物体之间的干涉量来生成所述评估值，并且基于所述评估值在减小所述干涉量的方向上改变选择的轨迹以在所述更新过程中生成新轨迹。7.根据权利要求6所述的轨迹生成方法，其中所述干涉量是所述机器人手臂和所述另一物体占据同一空间的干涉时间、或者是所述机器人手臂和所述另一物体之间的干涉距离。8.根据权利要求1所述的轨迹生成方法，其中在要评估的轨迹上操作所述机器人手臂的情况下基于操作时间来生成所述评估值。9.根据权利要求1所述的轨迹生成方法，其中所述更新过程基于计算的评估值满足预定条件这样的条件来中断轨迹的更新。10.根据权利要求1所述的轨迹生成方法，其中所述多个新轨迹以满足下列约束中的任意一个或多个约束的方式生成：与所述机器人手臂相关的关节扭矩约束、关节角速度约束、关节角加速度约束、加加速度约束、手速度约束和手加速...

【专利技术属性】
技术研发人员：木村弦，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP