用于机器人编程的方法、设备和系统技术方案

本公开的目标是提供一种用于机器人编程的方法、设备和系统。为了解决教导技术无法适用于所有种类的对象且离线编程要求机器人和对象的复杂模拟的困境，为了提供一种向在教导编程期间操纵机器人的使用者给出力反馈的方案，以让所述使用者感觉到虚拟对象的物理反馈，从而使所述编程程序变得顺利和有效。

Methods, devices and systems for robot programming

The object of the present disclosure is to provide a method, device, and system for robot programming. In order to solve the problem that the teaching technology can not be applied to all kinds of objects and the off-line programming requires the robot and the complex simulation of the object, in order to provide a scheme to give output feedback to the user who manipulates the robot during the teaching programming, so that the user can feel the physical feedback of the virtual object, so as to make the programming program smooth and effective.

【技术实现步骤摘要】
用于机器人编程的方法、设备和系统
本专利技术涉及机器人技术编程的技术，且更具体地说，涉及用于机器人编程的方法、设备和系统。
技术介绍
机器人在工业车间和工厂中的使用正不断增加。机器人正变得更强大、更灵活且同时更便宜。然而，对工业机器人进行编程通常是复杂而劳动密集型的任务。大体来说，存在两组编程技术。1)教导技术此处，使用者通过使用真实机器人和例如工件等真实对象而对机器人进行编程。使用者将机器人移动到所需位置或沿有利轨迹移动且记录数据。使用者如何控制的数据由致动器同样记录在机器人中。然后，机器人根据所记录的数据重复这些动作。教导技术的优点包含：能够根据机器人的真实安装和对象容易地对机器人进行编程，且无需高级编程技能。而缺点是：对象需要可供用于编程，这对于大的对象可能是非常困难或甚至是不可能的；调试前无编程且机器人在编程期间存在停机时间。2)离线编程此处，使用者在模拟环境中对机器人进行编程。机器人、机器人的周围环境和所有对象映射到模拟环境中。使用者限定位置、轨迹和与工作对象的虚拟交互。然后，真实机器人执行这些指令。离线编程的优点包含：调试前编程；能够容易地变更和适配程序；机器人在编程期间无停机时间。而缺点包含：机器人的整个周围环境需要精确地映射到模拟环境中；其要求使用者具有高级编程技能；针对简单使用情况的准备过多。
技术实现思路
因此，本公开的目标是提供一种用于机器人编程的方法、设备和系统。为了解决教导技术无法适用于所有种类的对象且离线编程要求机器人和对象的复杂模拟的困境，为了提供一种向在教导编程期间操纵机器人的使用者给出力反馈的方案，以让使用者感觉到虚拟对象的物理反馈，从而使编程程序变得顺利和有效。上述目标通过以下各项来实现：根据本专利技术技术的权利要求1所述的用于机器人编程的系统；根据权利要求2或8所述的用于机器人编程的方法；根据权利要求6、7、9或10所述的用于机器人编程的设备；根据权利要求11所述的机器人系统；根据权利要求12所述的计算机可读存储介质；和根据权利要求13所述的计算机程序。在附属权利要求书中提供本专利技术技术的有利实施例。独立权利要求书的特征取决于相应独立权利要求书而可与权利要求书的特征组合，且附属权利要求书的特征可组合在一起，除非另外指明。已知的机器人编程技术属于教导技术或离线编程。举例来说，标准编程、教导器编程和引导编程(leadthroughprogramming)都是教导技术。虚拟现实是离线编程。最常使用的方法仍是教导技术。在所有教导方法中，需要呈现机器人与其交互的所有对象。这意味着，例如工件等每一对象需要可供使用。处理重而更大的对象，如底盘框架，增加了教导时间且使过程更复杂和不安全。然而，真实对象当然可被副本替换。举例来说，可使用3D打印机产生副本。这可减少对象的重量且有助于教导过程。但是，使用副本带来一些缺点，例如：打印大的对象，如底盘框架，是费时和昂贵的；取决于对象的大小，需要若干人员操纵对象；对象需要保持在存储装置中以用于机器人的潜在再教导；如果对象未存储而机器人需要再教导，那么需要再次产生对象。这增加了机械臂的教导时间和停机时间。本公开提供一种在教导编程期间机器人正由与虚拟对象交互的使用者操纵的情况下的方案。然而，使用者无法感觉到接触力的直接反馈。举例来说，如果机器人与真实对象交互，那么使用者能够在机器人的夹具撞击真实对象时感觉到直接力。就虚拟对象而言，此使用者无法得到此种类的直接反馈，从而可能会导致机器人的更长教导时间和更长停机时间。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，呈现一种用于机器人编程的系统。所述系统包含：-机器人；-机器人的控制器；-用于机器人编程的与机器人的控制器通信设备，所述设备被配置成：建立机器人的第一数据模型；建立虚拟对象的第二数据模型；从机器人的控制器接收反映由使用者操纵的机器人的移动的移动参数；根据移动参数使第一数据模型移动；当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待由对应于虚拟对象的物理对象反馈给机器人的第二力的参数；根据第二力计算有待反馈给使用者以便于感觉到机器人触碰到对应于虚拟对象的物理对象的第一力的参数；和将第一力的参数发送到机器人的控制器；-机器人的控制器，被进一步配置成驱动机器人将第一力反馈给使用者。根据本公开的第二方面，呈现一种用于机器人编程的方法，其包括：-建立机器人的第一数据模型；-建立虚拟对象的第二数据模型；-从机器人的控制器接收反映由使用者操纵的机器人的移动的移动参数；-根据移动参数使第一数据模型移动；-当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待反馈给使用者以便于感觉到机器人触碰到对应于虚拟对象的物理对象的第一力的参数；和-将第一力的参数发送到机器人的控制器，以驱动机器人将第一力反馈给使用者。根据本公开的第三方面，呈现一种用于机器人编程的设备，其包括：-数据模型建立模块，被配置成-建立机器人的第一数据模型；和-建立虚拟对象的第二数据模型；-通信模块，被配置成从机器人的控制器接收反映由使用者操纵的机器人的移动的移动参数；和-数据模型控制器，被配置成-根据移动参数使第一数据模型移动；-当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待反馈给使用者以便于感觉到机器人触碰到对应于虚拟对象的物理对象的第一力的参数；和-通信模块被进一步配置成将第一力的参数发送到机器人的控制器，以驱动机器人将第一力反馈给使用者。根据本公开的第四方面，呈现另一种用于机器人编程的设备，其包括：-处理器，被配置成-建立机器人的第一数据模型；-建立虚拟对象的第二数据模型；和-接收器，被配置成从机器人的控制器接收反映由使用者操纵的机器人的移动的移动参数；-处理器被进一步配置成-根据移动参数使第一数据模型移动；-当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待反馈给使用者以便于感觉到机器人触碰到对应于虚拟对象的物理对象的第一力的参数；-发射器，被配置成将第一力的参数发送到机器人的控制器，以驱动机器人将第一力反馈给使用者。根据本公开的第五方面，呈现一种用于控制机器人的方法，其包括：-接收力的参数；-将力的参数发送到用于机器人的至少一个关节的至少一个发动机，以驱动机器人将力反馈给操纵机器人的使用者以便于感觉到以下各项中的至少一个：-机器人触碰到对象；-对象与机器人和对象都在其中的环境之间的交互；和-机器人与对象的距离；其中所述对象是虚拟对象或物理对象。根据本公开的第六方面，呈现一种机器人的控制器，其包括：-第一通信模块，被配置成接收力的参数；和-第二通信模块，被配置成将力的参数发送到用于机器人的至少一个关节的至少一个发动机，以驱动机器人将力反馈给操纵机器人的使用者以便于感觉到以下各项中的至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机器人编程的系统(100)，包括：/n机器人(10)；/n所述机器人(10)的控制器(20)；/n用于机器人编程的与所述机器人(10)的所述控制器(20)通信的设备(30)，被配置成/n从所述机器人(10)的所述控制器(20)接收反映由使用者(60)操纵的所述机器人(10)的移动的移动参数；/n根据所述移动参数使所述机器人(10)的第一数据模型移动；/n当所述第一数据模型触碰到虚拟对象(40)的第二数据模型时，计算有待反馈给所述使用者(60)以便于感觉到所述机器人(10)触碰到对应于所述虚拟对象(40)的物理对象的第一力的参数；和/n将所述第一力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)；/n所述机器人(10)的所述控制器(20)，被进一步配置成驱动所述机器人(10)将所述第一力反馈给所述使用者(60)。/n

【技术特征摘要】
20180511 EP 18171829.71.一种用于机器人编程的系统(100)，包括：
机器人(10)；
所述机器人(10)的控制器(20)；
用于机器人编程的与所述机器人(10)的所述控制器(20)通信的设备(30)，被配置成
从所述机器人(10)的所述控制器(20)接收反映由使用者(60)操纵的所述机器人(10)的移动的移动参数；
根据所述移动参数使所述机器人(10)的第一数据模型移动；
当所述第一数据模型触碰到虚拟对象(40)的第二数据模型时，计算有待反馈给所述使用者(60)以便于感觉到所述机器人(10)触碰到对应于所述虚拟对象(40)的物理对象的第一力的参数；和
将所述第一力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)；
所述机器人(10)的所述控制器(20)，被进一步配置成驱动所述机器人(10)将所述第一力反馈给所述使用者(60)。


2.一种用于机器人编程的方法，包括：
从所述机器人(10)的控制器(20)接收反映由使用者(60)操纵的所述机器人(10)的移动的移动参数；
根据所述移动参数使所述机器人(10)的第一数据模型移动；
当所述第一数据模型触碰到虚拟对象(40)的第二数据模型时，计算有待反馈给所述使用者(60)以便于感觉到所述机器人(10)触碰到对应于所述虚拟对象(40)的物理对象的第一力的参数；和
将所述第一力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)，以驱动所述机器人(10)将所述第一力反馈给所述使用者(60)。


3.根据权利要求2所述的方法，其中计算第一力的参数包含：根据对应于所述虚拟对象(40)的物理对象的以下至少一个种类的参数计算所述第一力的参数：
几何形状参数；
物理性质参数；
位置参数。


4.根据权利要求2或3所述的方法，进一步包括：
在所述第二数据模型由所述第一数据模型夹持之后，将所述第二数据模型与所述第一数据模型一起移动；
在检测到所述第二数据模型与环境(50)的第三数据模型之间的交互时，计算有待反馈给所述使用者以便于感觉到对应于所述虚拟对象(40)的物理对象与所述环境(50)之间的交互的第三力的参数，其中，所述机器人(10)在所述环境(50)中且所述虚拟对象(40)被认定在所述环境(50)中；和
将所述第三力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)，以驱动所述机器人(10)将所述第三力反馈给所述使用者(60)。


5.根据权利要求2到4中任一权利要求所述的方法，进一步包括在所述第一数据模型触碰到所述第二数据模型之前，
测量所述第一数据模型与所述第二数据模型之间的距离；和
如果所述距离大于第一距离阈值，那么切断用于将力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)的开关。


6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括在所述第一数据模型触碰到所述第二数据模型之前，如果所述距离不大于所述第一距离阈值，
那么接通所述开关；
根据所述距离计算有待由所述机器人(10)反馈给所述使用者(60)以便于感觉到所述距离的第四力的参数；和
将所述第四力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)，以驱动所述机器人(10)将所述第四力反馈给所述使用者(60)。


7.一种用于机器人编程的设备(30)，包括：
数据模型建立模块(301)，被配置成
建立机器人(10)的第一数据模型；和
建立虚拟对象(40)的第二数据模型；
通信模块(302)，被配置成从所述机器人(10)的控制器(20)接收反映由使用者(60)操纵的所述机器人(10)的移动的移动参数；和
...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿克塞尔·罗特曼，卡洛斯·莫拉，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE