专利名称：用于控制具有包括至少一个公共区域的各自的工作空间的至少两个机械手的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制具有包括至少一个公共区域的各自的工作空间的至少两个机械手的方法，其中预先设置有用于机械手的控制的中央电子单元，该中央电子单元设置成用于与各个机械手通信并且管理机械手的运动，从而防止机械手之间在其公共的工作区域中的干扰。
背景技术：
在具有要在共享空间中工作的大量机械手的工业单元的标准编程中，必须在每个机械手的程序内限定指令，以使机械手接连地执行下面的操作:1.请求预约进入共享区域(到控制单元的输出信号)2.等待控制单元同意进入共享区域(从控制单元到机械手的输入信号)3.在共享区域内的存在(输出信号)4.退出共享区域。这些命令的连续性必须在程序的每个单独的部分上重复，其中设想了所谓的编程“块间”(对应于共享区域中的工作步骤)。调整对一个或多个共享区域的访问的策略的管理被授权给控制单元(PLC)，该控制单元承担管理能够获得对所述区域的访问的机械手的优先级的任务。在仅仅两个机械手共享公共工作区域的程序的简单示例中，PLC在来自机械手R1的访问请求下检查没有来自机械手R2的其他等待中的请求并且机械手R2不在共享区域内工作。如果是这样的情况，则允许对R1的访问。类似地，可以重新形成用于机械手R2的访问的策略。上述PLC访问的系统能够如在附图1中显示地那样示意性地被表示。机械手程序必须自身能够管理输入信号(用于访问)和输出信号(用于向PLC传送预约和存在或以其它方式在共享区域内)，从而能够适当地管理对共享区域的访问以及从共享区域的退出的策略。机械手程序的示例如下:send(req_I2, ON)wait (cons_I2, ON)send(interf_I2, OFF)send(req_I2, OFF)MOVEFLY JOINT TO pnt0650x ADVANCEMOVEFLY JOINT TO pnt0150x ADVANCEMOVEFLY JOINT TO pnt0653x ADVANCEMOVE JOINT TO wp4661,WITH C0NDIT10N[spot(l,4661,1, FALSE)],ENDM0VEMOVEFLY JOINT TO pnt0444x ADVANCEMOVEFLY JOINT TO pnt0443x ADVANCE
MOVEFLY JOINT TO pnt0442x ADVANCEMOVE JOINT TO xtn0008XSend(interf_I2, ON)可以看到，设想了信号req_I2的发送，该信号req_I2代表对块间区域12的访问请求。从该信号之后，系统保持等待信号cons_I2，该cons_I2必须由PLC发送以使得能够访问块间区域。一旦已经从PLC获得了许可信号，机械手便发送干扰区域的占有信号interf_12并将预约信号req_I2变为零。最后，在执行完运动后，机械手将块间区域的占有信号interf_I2 变为零。在给定上述类型的构架的情况下，主要限制如下:-如果机械手的程序流程被改动，则很有可能将系统设定成不一致的情况；例如，如果机械手被手动(在PROG中)移动到共享区域，那么PLC不被“警告”机械手的存在，并且这可能导致块间系统的一般故障，结果是机械手之间可能碰撞。-就每个单个的块间而言，机械手程序的复杂程度非常高，必须输入用于共享区域的预约、等待、存在和丢弃的指令。-不存在用于识别机械手在共享区域中的存在的机械手位置实时控制；机械手的运动的程序的去激活暗示着在编程时不存在任何类型的用于防止机械手之间的撞击的控制；-机械手的工作程序的可能的修改暗示着关于一个或多个程序的每个部分中的块间的指令的一致的修改；-进一步的限制涉及非常常见的不测事件:用户可能跳过工作程序中的一些指令(在编程的初始步骤中普遍进行的分路，用于测试机械手的工作程序)或者另外地用户可能在程序内错误地移动光标，例如跳过用于块间区域的访问或占有的请求的操作。
发明内容
发明目的本发明的目的是克服上述缺点。为了实现所述目的，本发明的主题是一种用于控制具有包括至少一个公共区域的各自的工作空间的至少两个机械手的方法，其中预先设置有用于机械手的控制的中央电子单元，该中央电子单元设置为用于与各个机械手通信并且管理机械手的运动，从而防止机械手之间在其公共的工作区域中的任何干扰。所述方法的特征在于:-在考虑存在于机械手的工作空间中的物体的情况下，通过限定一个或多个干扰区域(IR)对每个机械手的工作空间进行建模，其中每个干扰区域由初等几何图构成；-将上述干扰区域分类成下面三个不同的类型:-抑制干扰区域(PIR)，其限定为机械手的存在必须始终被成功抑制的空间区域，例如，由于机械手不应当干扰的一个或多个物体的永久存在。-监测干扰区域(MIR)，其限定为机械手的存在被接受但是受到控制的空间区域，该机械手被预先设置为无论其在何时进入监测区域以及无论其在何时退出监测区域都发送信号给中央控制单元；以及
-混合干扰区域(HIR)，其限定为能够根据由所述中央控制单元发送给机械手的输入信号而在监测区域的状态和抑制区域的状态之间变化的空间区域；-每个机械手被预先设置为无论何时其即将进入混合区域都向中央控制单元发送用作进入预约的第一输出信号、以及无论何时其进入混合区域都向中央控制单元发送用作进入/存在警告的第二输出信号；以及-在机械手的操作期间，通过在中央控制单元的一部分上发送输入信号给机械手来根据所述混合区域是不受其他机械手约束还是以其它方式受其他机械手约束而对每个机械手动态地改变每个混合区域的状态，该输入信号使得对于所述机械手所述混合区域被抑制或监测。根据进一步的特性，当对于给定机械手通过由中央控制单元向所述机械手发送上述输入信号而使混合区域被切换到抑制区域的状态时，如果机械手正在朝所述区域移动，则该机械手以受控的方式被减速，直至混合区域的极限，在该极限处，机械手的速度达到零，而当所述区域被到所述机械手的新的输入信号重新激活时，系统自动地恢复所述机械手的运动而不在所述机械手仍处在进程中的情况下阻挡所述机械手的即将发生的运动，其中所述新的输入信号促使所述区域进入监测区域状态。可以看到，根据本发明的方法基本上特征在于，其并行地控制机械手，而不是采用现有技术的顺序操作模式。特别地，本发明的方法除了设想通过来自机械手的输出信号来进行每个机械手的工作空间的控制之外，还设想了利用从PLC到机械手的输入来管理对进入混合区域的抑制的激活/去激活的可能性，另外还设想了限定到PLC的用于预约进入混合区域的另一个输出信号的可能性。所述方法还管理机械手的运动的自动停止和恢复，调节其制动和恢复的速度，从而防止在抑制干扰区域的极限附近的骤停并尽可能快地恢复机械手的运动。
本发明的进一步的特征和优点将从接下来参照附图的描述中显现，附图仅以非限制性示例的方式提供，并且在附图中:图1示出了前面已经描述的框图，其对应于根据现有技术的方法；图2是示意性透视图，其示出了具有两个工业机械手的单元，这两个工业机械手具有包括共享区域的各自的工作空间；以及图3-6示出了用于限定每个机械手的工作空间中的干扰区域的不同几何图。
具体实施例方式参照图2，单元I设想具有工作台2的工作站，两个机械手3、4在工作台2上执行操作，例如用于部件的组装和/或焊接。这两个机械手3、4由各自的电控单元5和6控制，电控单元5和6依次都连接于用于执行根据本发明的方法的中央电控单元7。中央单元7例如可以由用于单元I的控制的PLC构成。然而，中央控制的功能也可以被授予两个单元
5、6中的一个，用于各个机械手的控制。另外，在本说明书和所附权利要求中，当对可能彼此干扰的至少两个机械手进行论述时，也包括多臂机械手的情况，其中至少两个臂被单独地控制并且可能彼此干扰。在这种情况下，单个机械手具有单个控制单元，本发明的方法在其中执行。机械手3、4具有包括共享区域的各自的工作空间，这带来了两个机械手之间可能的干扰风险。在机械手的工作空间中，还存在物体(例如，固定的工作台2)，这些物体共同使得机械手的工作空间的相应区域对机械手不可触及。为了处理每个机械手与其周围环境之间的干扰问题，根据本发明，限定了称为干扰区域(IR)的初等几何图，这些初等几何图例如基本呈柱体(图3)、平行六面体(图4)、平面(图5)或球体(图6)的形式，这些几何图要被如此输入到机械手的工作区域中，从而具有与存在于机械手的工作空间内的物体一致的空间和体积建模。在图3、4和6中，干扰区域由用虚线表示的体积构成，其包含在用实线表示的较大体积内，该较大体积用作“警告”区域；在该“警告”区域内，机械手的移动部分向干扰区域的边界的接近被发送信号。在图5的情况下，干扰区域由竖直平面A构成。面对平面A的平面B限定边界，在越过该边界时启动警告信号。在根据本发明的方法中，可以限定甚至大量(例如达到16个)干扰区域。根据本发明，干扰区域被分类成下面三个不同的类型:-监测干扰区域(MIR)-抑制干扰区域(PIR)-混合干扰区域(HIR)监测区域是机械手的存在被控制的体积(volume)，并且在机械手访问这些区域的情况下，朝向外部(例如，朝向PLC)的输出信号将被升高，并且类似地，在退出区域的情况下，所述信号将被降低(也可以选择输出的逻辑)。抑制区域是机械手的存在必须被无失败地抑制的体积。机械手的工作区域中这种类型的体积的限定要求如此对机械手的位置的连续控制，从而防止该区域被触及；无论机械手的状态如何(机械手的编程或机械手的自动操作)都进行该控制。该程序通过基于机械手与区域本身的距离自动地调节机械手的速度来防止与宣告的一个或多个干扰区域的接触。但是在IR被触及的情况下，将没有输出信号被发送给PLC，系统将生成错误并停止机械手。最后，混合区域是能够基于输入信号的逻辑状态将其状态从被监测改变为被抑制以及从被抑制改变为被监测的体积。同时，可以限定用作对进入区域的预约的输出信号和用于对混合区域的访问的另一个输出信号。这样，可以以通用的创新方式(与现有技术相比)管理在前面的段落中描述的块间(interblock)。当混合区域已经通过输入致使被抑制时，其此外带来如下的特性:导致机械手受控的减速，直至区域的极限，在该极限处机械手的速度达到零。一旦该区域被输入重新激活而使其致使被监测，则系统自动地恢复机械手的运动而不阻挡即将发生的运动；假设区域被监测，此时，系统将通过输出向外部通信预约区域内或干扰区域内机械手的存在与否。由于上述设置，本发明能够实现先进的块间编程。限定能够将其状态从被监测变化到被抑制的混合区域的可能性能够实现在实际的自动化单元中使用的“经典”块间的先进管理。本发明的基本方面实质上在于限定具有不同形状/几何图形的区域的可能性，这些区域能够通过输入被动态地激活/去激活，并且自动地管理两种类型的输出的设定:对进入共享区域的预约的输出以及在共享区域自身内的存在的输出。利用这三个信号，可以对图1中表示的PLC的访问的策略的管理不变(提供关于与当前系统的兼容性方面的令人感兴趣的优点)，然而却大大地简化了机械手程序内的块间的管理。事实上，在限定了混合干扰区域之后(其因此表示在两个或更多个机械手之间共享的工作空间)，如此将正确的输入和输出与在程序中宣告的干扰区域相关联使其能够被PLC处理就足够了。下面再现了球形混合干扰区域的编程示例:IR_SET (IR_RESERVATION, $FM0[1]，1，1，ON)IR_SET(IR_PRESENCE，$FM0[1]，2，1，OFF)IR_SET (IR_C0NSENT, $FMI [I], I, I, ON)IR_CreateSphere (pnt0007P,200,1,1)IR_SWITCH(0N, I)MOVEFLY JOINT TO pnt0650x ADVANCEMOVEFLY JOINT TO pnt0150x ADVANCEMOVEFLY JOINT TO pnt0653x ADVANCEMOVE JOINT TO wp4661,WITH C0NDIT10N[spot(l,4661,1, FALSE)],ENDM0VEMOVEFLY JOINT TO pnt0444x ADVANCEMOVEFLY JOINT TO pnt0443x ADVANCEMOVEFLY JOINT TO pnt0442x ADVANCEMOVE JOINT TO xtn0008X上面标示的首先的三个指令用来宣告干扰区域是混合型以及用来限定用于预约、存在以及访问请求的端口将映射到哪些输出和输入上。指令IR_CreateSphere(...)具有在机械手的工作空间内限定与前面宣告的输出和输入相关联的球体混合干扰区域的目的。应当注意，该区域的宣告仅仅在程序的开始时执行一次，并且将进行完全自动的块间管理而与程序流程自身无关；其中，将不再存在关于信号的发送和等待的明确指令(这与根据现有技术的方案不同)。在任何操作条件下(无论是在机械手的编程步骤中还是在机械手的自动操作步骤中)，系统都将自动地验证由进入的输入设定的混合干扰区域的状态。这样，如果对干扰区域的访问对机械手是禁止的(例如，通过将输入设为0)，在例如任何运动编程都正在机械手上执行的情况下，这将不能自主地进入该区域，并且类似地，当对机械手进行编程的操作人员试图使机械手进入抑制区域内时，进入也将对机械手禁止。在任一种情况下，机械手的行为都是执行受控的减速，以使其在接近抑制干扰区域时达到为零的速度，同时总超驰(override)与距离在机械手的工具中心点和干扰区域之间的最近点的距离成比例地减小。随混合干扰区域引入的创新主要涉及在用于混合IR的状态的控制的输入发生变化的情况下自动地恢复机械手的运动的可能性。换句话说，在输入信号本应从O (抑制进入的状态)变为I (访问允许的状态)的情况下，机械手能够自主地恢复在抑制IR附近的制动之前的运动(其中超驰平缓地增大)。从前面的描述中明显的是，根据本发明的方法基本上特征在于，其并行地控制机械手，而不是采用根据现有技术的顺序操作模式。特别地，根据本发明的方法除了设想通过来自机械手的输出信号来进行每个机械手的工作空间的控制之外，还设想了利用从PLC到机械手的输入来管理对进入混合区域的抑制的激活/去激活的可能性，另外还设想了限定到PLC的用于预约进入混合区域的另一个输出信号的可能性。所述方法还管理机械手的运动的自动停止和恢复，调节其制动和恢复的速度，从而防止在抑制干扰区域的极限附近的骤停并尽可能快地恢复机械手的运动。当然，在不违背本发明原理的情况下，配置和实施例的细节可以相对于仅以示例性方式在本文描述和图示的内容在大范围内变化而不偏离本发明的范围。
权利要求
1.一种用于控制具有各自的工作空间的至少两个机械手(3，4)的方法，所述工作空间包括至少一个公共区域，其中预先设置有用于控制所述机械手的中央电子单元(7)，所述中央电子单元(7)设置成用于与各个机械手(3，4)通信并且管理所述机械手的运动，从而防止所述机械手之间在其公共的工作区域中的任何干扰， 所述方法的特征在于: -在考虑存在于所述机械手的工作空间中的物体的情况下，通过限定一个或多个干扰区域(IR)对每个机械手的工作空间进行建模，其中每个干扰区域由初等几何图构成； -将上述干扰区域分类成下面三个不同的类型: -抑制干扰区域(PIR)，所述抑制干扰区域被限定为所述机械手的存在必须始终被成功抑制的空间区域，例如，由于所述机械手不应当干扰的一个或多个物体的永久存在； -监测干扰区域(MIR)，所述监测干扰区域被限定为所述机械手的存在被接受但是受到控制的空间区域，所述机械手被预先设置为无论其在何时进入监测区域以及无论其在何时退出监测区域都发送信号给所述中央控制单元；以及 -混合干扰区域(HIR)，所述混合干扰区域被限定为能够根据由所述中央控制单元发送给所述机械手的输入信号而在监测区域的状态和抑制区域的状态之间变化的空间区域； -每个机械手(3，4)被预先设置为无论何时其即将进入混合区域都向所述中央控制单元(7)发送用作进入预约的第一输出信号、以及无论何时其进入混合区域都向所述中央控制单元(7)发送用作进入/存在警告的第二输出信号； -在所述机械手的操作期间，通过从所述中央控制单元(7)发送输入信号给所述机械手来根据所述混合区域是不受其他机械手约束还是以其它方式受其他机械手约束而对每个机械手(3，4)动态地改变每个混合区域的状态，该输入信号使得对于所述机械手所述混合区域被监测或抑制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当对于给定机械手(3，4)通过从所述中央控制单元(7)向所述机械手发送上述输入信号而将混合区域切换到抑制区域的状态时，如果所述机械手正在朝所述区域移动，则所述机械手以受控的方式被减速直至所述混合区域的极限，在该极限处所述机械手的速度达到零，而当所述区域被到所述机械手的新的输入信号重新激活时，系统自动地恢复所述机械手的运动而不在所述机械手仍处在进程中的情况下阻挡所述机械手的即将发生的运动，其中所述新的输入信号促使所述区域进入用于所述机械手的监测区域状态。
全文摘要
一种用于控制具有包括至少一个公共区域的各自的工作空间的至少两个机械手的方法，包括在考虑存在于所述机械手的工作空间中的物体的情况下，通过限定一个或多个干扰区域对每个机械手的工作空间进行建模。干扰区域被分类成抑制干扰区域，其被限定为机械手的存在必须始终被成功抑制的空间区域；监测干扰区域，其被限定为机械手的存在被接受但是受到控制的空间区域，机械手被预先设置为无论其在何时进入监测区域以及无论其在何时退出监测区域都发送信号给中央控制单元；以及混合干扰区域，其被限定为能够根据由中央控制单元发送给机械手的输入信号而在监测区域的状态和抑制区域的状态之间变化的空间区域。
文档编号B25J9/00GK103085057SQ201210187799
公开日2013年5月8日 申请日期2012年5月31日 优先权日2011年10月31日
发明者R·卡萨诺, B·奇恰雷洛, E·格拉西, L·拉凯洛, E·毛莱蒂, F·罗马内利 申请人:康茂股份公司