智能畅通路径制造技术

一种用于自动寻找机器人的无碰撞返回原点路径的技术。该技术包括：运行仿真的虚拟3D环境，该虚拟3D环境实时地模拟物理机器人和工作单元(包括工作单元中所有机器人、工件和障碍物的位置和姿势)。在操作员的请求下，基于虚拟3D环境来执行返回原点路径搜索，其中，路径搜索计算解决方案，该解决方案将机器人从当前位置移动到其原点或恢复位置，同时避免与工作单元中的其他机器人、工件或物体碰撞。除了避免碰撞外，路径搜索还考虑其他约束，诸如工作空间中的禁区以及机器人关节位置。当计算出恢复路径时，解决程序被发送回物理环境以供物理机器人执行。机器人执行。机器人执行。

【技术实现步骤摘要】
智能畅通路径


[0001]本公开涉及工业机器人运动规划领域，并且更具体地，涉及一种用于自动寻找机器人的无碰撞返回原点路径的技术，该技术包括：实时虚拟地模拟物理机器人和工作单元；计算返回原点路径程序，该返回原点路径程序将机器人从当前位置移动到其原点位置，同时避免与工作单元中的任何物体碰撞；并且由物理机器人执行解决程序。

技术介绍

[0002]使用工业机器人来执行广泛的制造、装配和材料移动操作是众所周知的。在许多机器人工作空间环境中，存在着障碍物，并且可能在机器人的运动路径中。障碍物可能是永久性结构，诸如机器和固定装置，或者障碍物可能是临时性或移动性的。诸如正在由机器人操作的输送机上的车体的大型工件本身可能就是障碍物，因为机器人在执行诸如焊接或喷涂的操作时必须在该工件内或周围机动。必须绝对地避免机器人与任何障碍物之间的碰撞。
[0003]由于机器人工作空间的复杂性质，包括固定和移动障碍物、移动工件以及经常有带互相关运动规划的多个机器人，机器人偶尔会“卡住”，在该情况下，执行中的程序被中止，并且必须将它们从当前位置移回它们的原点位置，以便恢复并继续下一个部件的自动执行。执行程序可能因各种原因中止，诸如机器人的机械、电气或位置错误，以及工艺装备故障。因为每个此恢复情景都是不同的，因此必须计算独特的机器人运动(路径规划)，该机器人运动(路径规划)将机器人从当前位置移动到原点或恢复位置，同时避免机器人的任何部件与工作空间中的任何其他机器人、工件或障碍物碰撞。
[0004]存在的现有技术用于将机器人从其被“卡住”的位置返回其恢复位置。一种现有技术是由操作员使用示教器手动地“点动”或移动机器人来使其脱离困难情景，并最终将其返回原点或恢复位置。然而，当机器人被卡在狭小的空间里时，诸如在机器人已经伸入车体内部进行喷涂的情况下，手动地点动机器人而不意外地造成碰撞要求高超的操作员技能，并且甚至对于专家级操作员来说也可能几乎不可能。另一种现有技术是提前定义恢复路径程序，该恢复路径程序可以按需使用以让机器人从卡住位置回到原点。然而，在有许多移动物体的复杂环境中，要创建预测机器人可能遇到的每一个可能情景的恢复路径程序是非常困难的。
[0005]鉴于上述情况，需要用于计算机器人的畅通恢复路径的改进技术，该技术可以按需并且在任何情况下采用。

技术实现思路

[0006]根据本公开的教导，公开了一种用于自动寻找机器人的无碰撞返回原点路径的技术。该技术包括：运行仿真的虚拟3D环境，该虚拟3D环境实时模拟物理机器人和工作单元，该虚拟3D环境包括工作单元中所有机器人、工件和障碍物的位置和姿势。在操作员的请求下，基于虚拟3D环境来执行返回原点路径搜索，其中，路径搜索计算解决方案，该解决方案
将机器人从当前位置移动到原点或恢复位置，同时避免与工作单元中的其他机器人、工件或物体碰撞。除了避免碰撞外，路径搜索还考虑其他约束，诸如工作空间内的禁区以及机器人关节位置。当计算出恢复路径时，解决程序被送回物理环境以供物理机器人执行。
[0007]从下面的描述和所附权利要求中，结合附图，目前公开的设备和方法的附加特征将变得显而易见。
附图说明
[0008]图1是包括两个喷涂机器人(其中之一被示出在两个不同的位置)以及移动要喷涂的车体的输送机的喷涂机器人工作单元的图示，描绘了偶尔可能需要畅通恢复路径程序计算的环境；
[0009]图2是示出根据本公开的实施例的数据是如何在虚拟仿真环境中接收的并且被用于计算然后被传送回物理机器人用于执行的畅通恢复路径的简化框数据流图；
[0010]图3是示出根据本公开的实施例的用于在需要时计算畅通恢复路径的物理机器人工作单元和对应的虚拟仿真环境的元素的框图；
[0011]图4是根据本公开的实施例的快速扩展随机树(RRT)搜索算法的二维图示，该RRT搜索算法尝试寻找从当前机器人位置到原点或恢复位置的畅通恢复路径，该RRT搜索算法包括建立部分原点树；
[0012]图5是根据本公开的实施例的移动可行性检查技术的二维图示，该移动可行性检查技术被采用以评估由RRT算法建立的树中的每个提出的新节点，包括将每个提出的节点步骤划分为离散增量，并且在每个增量处评估多个准则；
[0013]图6是根据本公开的实施例的用于使用图4中描述的专门RRT算法和图5的移动可行性检查技术来执行畅通恢复路径搜索的方法的流程图；以及
[0014]图7是根据本公开的实施例的用于使用反映物理机器人工作单元环境的虚拟仿真环境的机器人畅通恢复路径计算的方法的流程图。
具体实施方式
[0015]以下本公开的实施例的针对用于自动寻找机器人的无碰撞的、可行的返回原点路径的技术的讨论本质上仅仅是示例性的，并且绝不旨在限制所公开的设备和技术或其应用或用途。
[0016]众所周知使用工业机器人用于各种各样的制造、装配和材料移动操作。在许多机器人工作空间环境中，存在着障碍物，并且可能在机器人的运动路径中，也就是说，障碍物可能位于机器人当前定位的地方与机器人的目的地位置之间。障碍物可能是永久性结构，诸如机器和固定装置，或者障碍物可能是临时性或移动性的。正在由机器人操作的大型工件本身可能就是障碍物，因为机器人在执行诸如焊接或喷漆的操作时必须在该工件内或周围机动。在本领域中已经开发了用于计算机器人运动的技术，使得工具遵循避免机器人与任何限定障碍物碰撞的路径。
[0017]由于一些机器人工作空间的复杂性质，包括固定和移动障碍物、固定和移动工件以及经常有带互相关运动规划的多个机器人，机器人偶尔会“卡住”，在该情况下，执行中的程序被中止，并且必须将它们从当前位置移回它们的原点位置，以便恢复并继续下一个部
件的自动执行。因为每个此恢复情景都是不同的，因此必须计算独特的机器人运动(路径规划)，该机器人运动(路径规划)将机器人从当前位置移动到原点或恢复位置，同时避免机器人的任何部件与工作空间中的任何其他机器人、工件或障碍物碰撞。
[0018]图1是包括两个喷涂机器人(110、120)和移动要喷涂的车体140的输送机130的喷涂机器人工作单元100的图示。工作单元100描绘了可能对于一个或多个机器人偶尔需要畅通恢复路径程序计算的环境。例如，如果输送机130在机器人110处在其已经伸入车体140的窗户或门内部喷涂内表面的位置110A时停止，则将需要非常小心地执行机器人110回到其原点或恢复位置110B的移动，以确保机器人110的任何部件与车体140的任何部件或工作单元100中的任何其他物体之间没有接触。图1仅示出了可能需要计算畅通恢复路径的环境的一个示例。其他示例包括用于机器维护的机器人、拾取和放置机器人、焊接和材料分发机器人、以及在工作单元中与其他机器人或者固定或移动障碍物和/或工件一起操作的虚拟的任何机器人。
[0019]存在的现有技术用于将机器人从其被“卡住”的位置返回其恢复位置。一种现有技术是由操作者使用示教器手动地“点动”或移动机器人来使其脱离困难情景，并最终将其返回原点或恢复位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于规划工业机器人的恢复路径的方法，所述方法包括：在具有处理器和存储器的计算机上运行三维3D仿真模型，所述3D仿真模型实时地模拟物理工作单元，其中，所述仿真模型包括所述工作单元中的一个或多个机器人的运动学和3D臂几何形状、所述工作单元中的固定或移动工件的3D几何形状和位置、以及障碍物的3D几何形状；当针对所述物理工作单元请求机器人恢复时，使用所述仿真模型来执行畅通恢复路径搜索，其中，所述路径搜索计算受影响机器人的当前位置与所述受影响机器人的恢复位置之间的恢复路径，所述恢复路径是无碰撞的并且满足预定义机器人运动学准则；将用于所述恢复路径的运动程序传送到所述物理工作单元中的所述受影响机器人的控制器；并且由所述物理工作单元中的所述受影响机器人来执行所述运动程序。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个机器人的所述3D臂几何形状、所述工件的所述3D几何形状和位置以及所述障碍物的所述3D几何形状是作为来自计算机辅助设计CAD系统的实体或表面模型提供的。3.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述畅通恢复路径搜索包括：将物理工作单元状态数据传送到所述仿真模型，其中，所述物理工作单元状态数据包括所述一个或多个机器人的关节位置、作业队列数据以及所述工件的位置。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定义机器人运动学准则包括：在所述恢复路径期间，确保所述受影响机器人不穿过关节奇异点、不接近关节运动极限、以及不经历腕部翻转或姿势改变。5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述恢复路径是无碰撞的包括：检查所述受影响机器人的所有臂与所述工件、所述障碍物及任何其他机器人之间的干扰。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述受影响机器人的所述恢复位置是机器人原点位置或其他静态定义的恢复位置。7.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述畅通恢复路径搜索包括：定义从所述恢复位置到所述受影响机器人的操作空间中的另一位置的一个或多个原点树分支，并且在计算所述恢复路径时使用所述原点树分支。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述原点树分支基于用户预先定义的运动程序，并且仅在无碰撞且在运动学上可行的情况下用于计算所述恢复路径。9.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述畅通恢复路径搜索包括：确定从所述受影响机器人的所述当前位置到所述受影响机器人的所述恢复位置的直线路径是否是无碰撞的并且满足所述预定义机器人运动学准则。10.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述畅通恢复路径搜索包括：从所述受影响机器人的所述当前位置开始建立开始树，包括重复地定义提出的新节点的随机位置，并且确定从父节点到所提出的新节点的机器人移动是否是无碰撞的并且满足所述预定义机器人运动学准则。11.根据权利要求10所述的方法，其中，确定从所述父节点到所提出的新节点的所述机器人移动是否是无碰撞的并且满足所述预定义机器人运动学准则包括：将所述机器人移动划分成一组离散的增量位置，并且确定所述受影响机器人在每个增量位置处是否是无碰撞
的并且满足所述预定义机器人运动学准则。12.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述机器人移动划分成所述一组离散的增量位置包括：使用关节空间插值或者线性工具中心点插值。13.一种用于计算工业机器人的恢复路径的方法，所述方法包括：定义机器人配置空间中受影响机器人的开始位...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄浩祥，布拉德，
申请(专利权)人：发纳科美国公司，
类型：发明
国别省市：