机器人的连续路径的零示教制造技术

一种用于对路径跟踪机器人进行编程以在考虑到处理设备特征的同时沿连续路径执行操作的方法和系统。该方法消除了手动教导周期的使用。在一个示例中，分配机器人被编程为沿连续路径施加一致的材料珠，例如粘合剂或密封剂。CAD生成的路径的定义以及分配设备特征的模型将被提供给优化例程。优化例程反复计算机器人工具的中心点路径和速度以及材料流，直到找到优化解决方案为止。然后将优化后的机器人运动和分配设备命令提供给增强现实(AR)系统，该系统允许用户在查看分配系统动作的AR模拟和模拟材料珠的同时可视化和调整操作。其他示例包括自动焊接或沿连续路径切割。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人的连续路径的零示教相关申请的交叉引用本申请要求于2018年9月10日提交的名称为机器人的连续路径的零示教的美国临时专利申请序列号62/729,179的优先权的权益。
本公开涉及工业机器人领域，并且更具体地，涉及一种用于对机器人进行编程以沿没有手动教导周期的零件跟随规定的连续路径的方法，其中，提供定义规定的连续路径和处理设备特征的CAD数据作为优化过程的输入，并显示由机器人执行的优化路径和操作结果，以在增强现实系统中进行验证和进一步调整。
技术介绍
在本领域中已知使用机器人来一致地执行涉及精确地跟随路径的工业操作。应用后的路径的一个示例是，其中，机器人被用于沿规定路径将“珠(bead)”材料(例如填缝料、密封剂或粘合剂)施加到零件上。但是，到目前为止，对机器人进行编程以精确地跟随规定的路径同时施加一致的材料珠的程序一直是一个反复试验的过程。这是因为机器人的工具中心点(在分配应用中是涂抹器尖端)在直线上的移动速度与在小半径曲线(tightcurve)和拐角处的移动速度不同。如果不调整材料分配的速率以补偿工具中心点速度，则材料珠在沿路径的不同点处将具有不同的厚度，这是不希望的。机器人还用于许多其他路径跟随操作-例如焊接、切割、描、喷涂等。在执行操作时工具中心点需要跟随规定路径的任何这些应用中，机器人工具中心点位置、速度和处理设备特征的相互作用是很重要的。还已知将增强现实(AR)系统与工业机器人一起使用。AR系统提供了叠加在真实物体的相机图像上的计算机生成元素的虚拟显示，从而使操作者可以直观地看到机器人系统的配置参数和实际性能。但是，在路径跟随领域，AR系统已被简单地用于使用上面讨论的反复试验法进行的手动教导。鉴于上述情况，期望提供一种对机器人进行编程的方法，以沿连续路径一致地执行操作，而无需手动教导周期。
技术实现思路
根据本公开的教导，描述了一种用于对机器人连续路径进行编程而无需反复试验教导周期的方法和系统。提供定义规定的连续路径的CAD数据和处理设备特征模型作为优化计算的输入。优化过程迭代地计算和调整机器人运动命令，直到在工具中心点运动的模拟中忠实跟随规定的连续路径为止，并且最终的速度分布具有所需的特征，包括最小的速度波动。还计算出与机器人运动命令相对应的处理设备控制信号。优化过程的输出被提供给增强现实系统，在该系统中显示优化路径和由机器人执行的操作结果，以供操作者进行验证和进一步调整。通过结合附图进行的以下描述和所附权利要求，本公开技术的附加特征将变得显而易见。附图说明图1是示出根据本公开的实施例的用于对分配机器人进行编程以沿连续路径施加一致的材料珠的技术的示意性流程图；以及图2是根据本公开的实施例的用于使用增强现实对机器人连续路径进行零示教编程的系统的图。具体实施方式对本公开的实施例的以下讨论涉及的一种用于在没有反复试验教导周期的情况下对机器人连续路径进行编程的方法和系统本质上仅是示例性的，且绝不旨在限制所公开的装置和技术或其应用或用途。工业机器人非常擅长一致地执行重复性任务。特别是，机器人几乎能够跟随可以在二维或三维中定义的任何路径。这使得机器人可以用于各种路径跟随操作，例如焊接、切割、喷涂和材料分配。为了说明与机器人路径跟随操作的已知反复试验教导方法相关的问题以及当前公开技术的优点，下面将以示例的方式详细讨论材料分配应用。为其配置了机器人的一种工业操作是沿零件上的规定路径施加诸如粘合剂、填缝料或密封剂的材料珠。工业机器人，例如本领域中已知的六轴机器人，装配有材料分配系统。简而言之，分配系统可以包括例如具有柱塞的泵或罐的分配器、分配尖端以及从分配器到分配尖端运行的供应管线。分配尖端是“工具中心点”，在分配器跟随命令(例如开/关和材料流速)时，机器人必须沿指定路径移动。已知上述的分配机器人布置能够沿零件上的路径重复地施加材料珠，但是为了获得一致的材料珠(沿整个路径的宽度不变)，而不会偏离路径，传统上需要反复试验机器人教导。这是因为机器人在沿路径遇到弯道和拐角时自然会以不同的速度移动分配尖端。此外，机器人路径跟随计算算法通常会导致沿路径的明显速度波动。这些不同的分配尖端速度导致分配的珠的厚度增加和减小，这是不希望的。反复试验机器人教导方法不合需要地昂贵且费时，这引出了本文公开的新技术的发展。图1是示出了根据本公开的实施例的用于对分配机器人进行编程以沿连续路径施加一致的材料珠的技术的示意性流程图100。在步骤110处，通常从CAD系统提供要在零件上跟随的路径112的几何定义。路径112例如可以是机加工铸件的不规则形状的外围，其中在将另一部分附接到铸件之前，在外围周围施加密封剂珠。路径112可以是二维的或三维的。路径112通常由多个点组成，并且混合曲线通过这些点拟合。路径112还可包括所需工具方向角的定义。例如，在分配应用到平面椭圆形路径上的情况下，要求可以是分配器尖端在路径平面上方以45°角定向(加上或减去一些公差)，始终垂直于路径的局部切线(再加上或减去垂直线的一些公差)，并且分配器尖端始终位于路径的外部。可以将工具方向要求定义为整个路径112的属性，或者定义为与每个路径点相关联的特定属性。在步骤120处，提供分配设备特征的模型。分配设备特征模型包括分配设备的输入信号(例如，泵流量设置范围为0-10)和输出参数(例如，分配的材料的体积流速，以立方厘米/秒为单位)之间的关系。输入信号和输出参数之间的关系可以是非线性的，并且可以描述为数学方程式、一组参数曲线、值表或任何其他合适的格式。分配设备特征模型还包括在分配器/泵的输入信号的变化与分配器尖端处的流速的实际变化之间的时间差。由于供应管线的长度(从分配器到分配尖端)，分配材料的可压缩流特征以及其他因素，在提供“分配器开启”信号的时间与材料实际开始从分配尖端流出的时间之间存在时间差。同样，在“分配器关闭”信号之后存在时间滞后，而在流速信号变化之后存在时间滞后。流速变化命令特别重要，因为必须在分配器尖端的速度随尖端跟随路径而变化时随时执行。流速变化滞后时间可能不是恒定的，而可能是流速的函数，例如，当流速较低时，滞后时间会更长。对于特定的机器人和分配器系统，可以描述这些时间滞后；这就是分配设备特征模型中包含的内容。在步骤130执行优化任务。如132所示，使用路径112的几何定义和其他输入参数(例如所需的分配器尖端方向)，可以计算初始机器人运动模拟。初始模拟可能具有非常不均匀的尖端速度(如上图的132所示)，并且可能超过或低于期望路径112(如下图的132所示)。在步骤130的优化任务中执行了机器人运动模拟的迭代计算，最终导致速度曲线更平滑(如上图的134所示)和所需路径112(如下图的134所示)的精确匹配。基于优化尖端运动模拟和分配设备特征模型，可以计算分配设备命令以匹配尖端位置和速度。例如，可以命令分配器在机器人开始沿路径112移动分配器尖端之前200毫秒(ms)开始流动，并且可以在尖端速度降低之前的200毫秒(或多或少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对机器人进行编程以沿连续路径执行操作的系统，所述系统包括：/n具有配置有优化算法的处理器和存储器的计算机，所述优化算法使用包括设计路径和处理设备特征模型的输入并执行机器人运动命令的迭代计算以实现包括机器人工具中心路径和速度的目标函数，以及相应的处理设备命令信号；/n装配有处理设备以执行所述操作的工业机器人；/n与所述机器人和所述计算机通信的机器人控制器，所述控制器包括处理器和存储器，并配置有机器人操作控制软件；以及/n与所述机器人控制器通信的增强现实(AR)装置，所述AR装置具有一个或多个相机、位置跟踪传感器和显示器，所述AR装置还包括被配置为运行AR应用的处理器和存储器，/n其中，所述机器人控制器从所述计算机接收所述机器人运动命令和所述相应的处理设备命令信号，并命令所述机器人执行试运行程序，/n并且所述AR应用显示叠加在工件上的具有所述操作的模拟输出的所述机器人的所述试运行程序。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180910 US 62/729,1791.一种用于对机器人进行编程以沿连续路径执行操作的系统，所述系统包括：
具有配置有优化算法的处理器和存储器的计算机，所述优化算法使用包括设计路径和处理设备特征模型的输入并执行机器人运动命令的迭代计算以实现包括机器人工具中心路径和速度的目标函数，以及相应的处理设备命令信号；
装配有处理设备以执行所述操作的工业机器人；
与所述机器人和所述计算机通信的机器人控制器，所述控制器包括处理器和存储器，并配置有机器人操作控制软件；以及
与所述机器人控制器通信的增强现实(AR)装置，所述AR装置具有一个或多个相机、位置跟踪传感器和显示器，所述AR装置还包括被配置为运行AR应用的处理器和存储器，
其中，所述机器人控制器从所述计算机接收所述机器人运动命令和所述相应的处理设备命令信号，并命令所述机器人执行试运行程序，
并且所述AR应用显示叠加在工件上的具有所述操作的模拟输出的所述机器人的所述试运行程序。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述AR装置是操作者佩戴的头戴式耳机设备，或者所述AR装置是由所述操作者持有的智能电话、平板计算装置或机器人示教器。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述设计路径由来自计算机辅助设计(CAD)系统的数据定义。


4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理设备特征模型包括作为输入水平信号的函数的物理输出量，以及在接收到开/关事件信号和输入水平信号变化之后经历的输出时间滞后。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述AR应用在分屏显示器的一侧显示叠加在所述工件上的具有所述操作的所述模拟输出的所述机器人的所述试运行程序，并在所述分屏显示器的另一侧显示路径轨迹和工具尖端速度曲线，其中所述路径轨迹和工具尖端速度曲线包括与所述机器人的工具尖端运动同步移动的轨迹点。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述优化算法使用逆运动学计算来基于所述设计路径来计算所述机器人运动命令，并且根据需要调整路径点和路径段参数以最小化所述目标函数。


7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述优化算法还接收工具方向要求输入，并在所述目标函数中包含工具方向。


8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述AR应用使得AR操作者能够改变所述机器人工具中心路径和所述相应的处理设备命令信号。


9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作在所述工件上沿所述连续路径分配材料珠，并且当所述机器人上的分配尖端沿所述工件移动时，所述AR应用显示所述材料珠的所述模拟输出。


10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作沿所述连续路径焊接一个或多个工件，沿所述连续路径切割所述工件，或者通过沿所述连续...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙毅，郑少佳，詹森·特赛，
申请(专利权)人：发纳科美国公司，
类型：发明
国别省市：美国;US