专利名称：对工业机器人编程以相对于对象上的限定位置移动、包括表面扫描程序生成的方法和系统的制作方法
技术领域：
和现有技术本发明涉及一种方法、系统、计算机程序和包括计算机程序的计算机可读介质，用于对工业机器人编程以相对于对象上的限定位置移动，其中所述编程基于所述对象的几何模型。所述对象可以是工作对象、固定件、夹持设备或工具。本发明在对例如用于涂抹、研磨、磨碎、焊接或胶合的，包括对象上的多个限定位置的机器人路径的编程方面是特别有用的。然而，本发明对例如用于点焊或对象夹持的各个位置的编程亦是有用的。
使用对象的CAD模型来对工业机器人编程是众所周知的技术。机器人路径的位置是从CAD模型接收的。然而，必须针对机器人、工具和工作对象的几何和运动学误差来校正那些位置。这种误差的实例是真实对象和模型之间的偏差，机器人相对于周围的定位误差，臂长度误差，轴姿态误差，以及机器人的轴偏移误差。为了能够在如今执行这样的校正，必须以高精度来校准机器人。
如今，当使用机器人时，机器人的精度是巨大的问题。建造高精度机器人是很昂贵的，其中每个部件被仔细测量，并且借助于激光测量系统来校准机器人的运动学参数。借助于激光和相机测量系统的校准是存在的，但很少使用。只有大汽车制造商具有能够应对这种复杂技术的经济体系(economy)和人力。只要不存在用于对工业机器人校准和编程的任何简单且不贵的方法，那些就将仅仅用在具有足够财力和人力资源的公司。
发明目的和概述本发明的目的是提供一种简化对机器人的校准和编程的方法和系统。
根据本发明的一个方面，该目的通过一种方法来实现，该方法的特征在于包括登记并存储多个测量点，每个测量点对应于在与所述机器人关联的任何坐标系统中所表示的真实对象表面上的点。通过使对象的几何模型和测量点彼此适配来确定当前对象的几何模型相对于与所述机器人关联的所述坐标系统的取向和位置。针对至少一些测量点，测量点和几何模型上的对应点之间的偏差被测量，并且基于所述所计算的偏差来调节所述限定位置。当工具或对应于当前工具的测量设备上的预定点测量对象表面上的不同点时，所述测量点对应于机器人的位置。
通过将对真实对象的测量值适配于对象的几何模型，然后根据测量值和模型之间的偏差来调节机器人要移至的位置，有可能针对机器人单元中的所有几何和运动学误差来补偿机器人路径。校准和编程两者均由直观方法来进行而不必编写任何机器人程序或展示任何机器人程序给操作者。不需要用于测量运动学误差、工具坐标系统和对象坐标系统的额外测量设备。相反，操作者使用机器人来测量并且该测量是很简单的。测量可自动执行，或者操作者用工具或特别适配的测量设备在要校准的对象的不同表面和/或边缘上指出。于是机器人程序可由CAD系统自动生成，或者由操作者通过牵引(lead through)来馈送。牵引指的是操作者简单地沿路径移动工具，其以后将由机器人来执行。所述方法对于对将与机器人合作的固定件、输送机和其他操纵设备的编程亦可以是有用的。
根据本发明的优选实施例，所述方法包括基于对象的几何模型来计算用于对象的多个不同部分的一个或者多个特征参数。基于所述特征参数来确定测量点属于对象的哪个部分，并且对象几何模型对测量点的所述适配包括使属于对象某个部分的测量点适配于几何模型的对应部分。所述部分包括对象的表面和边缘线是有利的。所述特征参数包括相对于对象表面的法向方向和对象表面的弯曲度是有利的。有利的是通过使测量点和对象几何模型上的对应点之间的距离最小来使对象的几何模型和测量点彼此适配。通过首先确定每个测量点属于对象的哪个部分，然后一次适配一个部分，所述适配被简化。
根据本发明的优选实施例，所述方法包括提供用于多个不同对象的几何模型，基于对象的几何模型来计算用于每个对象的多个特征参数，以及基于测量点和所述特征参数来确定测量点属于哪个对象。所述特征参数包括相对于对象表面的法向方向和对象表面的弯曲度是有利的。以这种方式，系统自动识别对象并且确定哪个几何模型要在编程期间使用。在可替换的实施例中，操作者自己馈送有关哪个对象要在编程期间使用的信息。
根据本发明的优选实施例，对象的表面被划分成多个子表面，每个包括至少一个测量点，基于子表面上的测量点/多个测量点和对象几何模型上的对应点/多个对应点之间的偏差来计算校正矢量，并且基于属于所述限定位置的子表面的校正矢量来调节所述限定位置。有利的是通过计算子表面中所有测量点的偏差的平均值来计算用于该子表面的校正矢量。将表面划分成子表面并使用多个测量值来计算用于每个子表面的校正矢量的优点在于，测量值中的噪声和偶然变化被过滤掉。
根据本发明的优选实施例，对象的边缘线被划分成多个线段，每个包括至少一个测量点，基于线段中的测量点/多个测量点和对象几何模型上的对应点/多个对应点之间的偏差来计算校正矢量，并且基于所述限定位置附近的线段的校正矢量来调节所述限定位置。有利的是将线段的校正矢量计算为该线段上所有测量点的偏差的平均值。将边缘线划分成线段并使用多个测量值来计算用于每个子表面的校正矢量的优点在于，测量值中的噪声和偶然变化被过滤掉。
根据本发明的优选实施例，所述限定位置相对于所述几何模型被限定，并且基于所述几何模型相对于与机器人关联的坐标系统的所确定的取向和位置，所述限定位置被变换到与机器人关联的所述坐标系统。在本发明的一个实施例中，对机器人即将行进经过的位置的限定在CAD系统中进行，并且所述位置被定位在对象的模型上。因此，所述位置被限定于对象坐标系统中。为使得有可能对机器人编程以使其移至那些位置，所述位置必须被变换到与机器人关联的坐标系统。该变换由较早时确定的几何模型相对于与机器人关联的坐标系统的取向和位置给出。
根据本发明的一个实施例，测量点通过操作者移动机器人以使当前工具或对应的测量设备将与对象表面接触来生成。当工具或对应于当前工具的测量设备与对象表面上的不同点接触时，所述测量点对应于机器人的位置。该方法适合于具有低的可移动质量的机器人，这使得操作者有可能通过使用他的手将机器人移至所需位置。然而，如今的大多数工业机器人具有高的可移动质量，并且为满足测量期间的安全需要，必须使用具有“安全控制(dead man’s control)”的分离编程箱(separate programming box)，这意味着用该方法生成测量点花费过长的时间。
根据本发明的一个实施例，所述方法包括生成用于在测量所述测量点期间自动控制机器人运动的表面扫描程序。因此，操作者不必将机器人移至测量点，相反，机器人的运动由表面扫描程序自动控制。由于该自动表面扫描程序，测量点被迅速生成，并且操作者的安全亦被保证。
根据本发明的一个实施例，传感器安装在工具或对应于当前工具的组件上，并且在生成所述测量点期间该传感器与机器人合作。由于测量点在校准机器人之前生成，机器人相对于对象的准确位置是未知的，并且因此如果没有任何反馈，准确控制机器人与对象表面接触是不可能的。为解决这个问题，与机器人合作的某种传感器被用于生成测量点。例如，可使用当与对象表面接触时提供信号给机器人的传感器。当收到所述信号时，机器人中断其运动。测量点对应于传感器与对象的表面接触时机器人的位置。该方法被称为“找到并停止(find and stop)”。
另一种合适类型的传感器是定位传感器，其适合于测量对象表面和机器人的某个部分，优选为机器人的工具支持器(tool holder)之间的距离。以这种方式，对测量点位置的确定可在机器人处于与对象的一距离处时进行。在测量期间，机器人移至测量点附近的位置。机器人和测量点之间的距离由传感器测量，之后，基于测量期间机器人的位置以及机器人和对象表面之间的所测距离来确定测量点的位置。
根据本发明的一个实施例，经编程的运动包括机器人被移动以使所述传感器在测量期间与对象表面接触，以及之后所述机器人移动至定位于与对象表面的一距离处的传递点(transfer point)。当使用测量传感器和对象之间的接触的传感器时，该实施例是有用的。所述测量从与对象表面有一距离的位置开始，然后机器人在向着所述表面的方向上移动，直到它到达预期位置，或者直到与传感器接触。
根据本发明的一个实施例，在所述限定位置的当前工具的取向被存储，并且所述程序被生成为使所述工具或对应于该工具的测量设备在测量点具有与所存的取向大致相同的取向。为使机器人的运动学误差对对象的所测表面和限定位置之间的差异的影响最小，以与以后在加工程序(process program)中应当使用的相同工具取向来生成表面扫描程序。
根据本发明的一个实施例，基于对象几何模型来离线确定测量点的位置。测量点的位置有利地在与其中存储对象几何模型的CAD系统相同的CAD系统中确定。本发明的该实施例的有利之处在于，可无需使用机器人来生成表面扫描程序。这样，有可能容易地且以高精度来寻找用于测量点的最优位置和取向。在校准期间，对象表面被迅速测量，这意味着机器人必须静止不动以便于进行校准的时间是短的。
根据本发明另外的实施例，所述方法包括测量真实对象的表面上的多个位置，包括至少一个开始位置和一个停止位置，以及基于所测量的位置来自动生成测量点的位置。优选地，借助于机器人来测量所述多个位置。该实施例的有利之处在于，操作者可指定表面扫描程序应在哪个范围内生成测量点。这样，避免了沿对象边缘的不确定区，在该区中，传感器在测量期间是否将命中(hit)对象是不确定的。
根据本发明另外的方面，所述目的通过一种直接可加载到计算机的内部存储器中的计算机程序来实现，所述计算机程序包括指令，用以在所述计算机程序在计算机上运行时，使处理器执行根据本发明的方法中的步骤。该计算机程序例如在计算机可读介质上或经由诸如互联网的网络提供。根据本发明的计算机程序可由CAD系统中的机器人的控制系统中或者分离计算机中的处理器来执行。
根据本发明另外的方面，所述目的通过一种包括计算机程序的计算机可读介质来实现，所述计算机程序包括指令，用以在所述计算机程序在计算机上运行时，使处理器执行根据本发明的方法中的步骤。
根据本发明另外的方面，所述目的通过一种用于对工业机器人编程以相对于对象上的限定位置移动的系统，其中该系统包括对象的几何模型，该系统的特征在于它进一步包括真实对象；工业机器人，其中所述真实对象和机器人被设置成使得有可能借助于机器人来生成多个测量点，其对应于在与该机器人关联的坐标系统中所表示的真实对象表面上的不同点；校准模块，其被设置成通过使测量点适配于对象几何模型来确定几何模型相对于与机器人关联的所述坐标系统的取向和位置；计算模块，其被设置成计算测量点和几何模型上的对应点之间的偏差；以及调节模块，其被设置成基于所述所计算的偏差来调节所述限定位置。
根据本发明的优选实施例，所述系统包括测量设备，其适于在测量期间与对象的表面接触，其中该测量设备具有对应于当前工具的工具中心点(TCP)的中心点。为了便于测量，所述系统包括一测量设备，例如测量尖(measuring tip)，其在测量期间取代工具，或者被提供在工具上。所述测量设备的工具中心点应与所述工具的工具中心点相同。
根据本发明的优选实施例，所述测量设备适于在与所述对象接触期间提交信号，并且所述系统适于响应于所述信号，基于机器人位置来生成至少一个测量点。为便于测量，当测量设备与对象表面接触时产生信号，其中机器人的位置在测量设备和对象表面接触时被读取。
附图简述现在将通过对不同实施例实例的描述并参照附图来说明本发明。
图1示出根据本发明实施例的用于对工业机器人编程的系统。
图2示出关于根据本发明实施例的系统的方块图。
图3示出对象分类和测量点分类的定义的实例。
图4说明分类模块的功能。
图5说明校准模块的功能。
图6-10示出调节模块的功能。
图11示出程序编辑(program editing)的实例。
图12示出具有室内TCP固定的实施例。
图13示出对工具的校准。
图14示出适于弧焊应用的实例。
图15a示出跟踪对象上的加工路径的工具。
图15b示出测量对象上的多个测量点的测量设备。
图16示出自动生成的机器人路径的实例，其用于借助于LVDT传感器来测量对象表面上的点。
图17示出自动生成的机器人路径的实例，其用于借助适于无接触测量的传感器来测量对象表面上的点。
图18示出针对测量期间对象相对于传感器放置的不确定性的测量点自动生成。
优选实施例详述图1示出根据本发明实施例的用于对工业机器人编程的系统的实例。该系统包括工业机器人1，从现在开始表示为机器人，其包括操纵设备2；以及控制系统3，用于控制机器人的运动。所述控制系统包括机器人的运动学模型。所述系统进一步包括工作对象，机器人即将对其进行某种加工，例如焊接、涂抹或研磨。此外，所述系统包括计算机5，本发明的软件存储在其中，并且该软件在其中执行。如图中所示，所述机器人是具有六个轴的工业机器人，并且包括固定安装在地基上的底座7和可关于第一轴相对于底座而旋转的支架8。在支架的上端，第一机器人臂9关于第二轴相对于支架可旋转地安装。在第一臂的外端，第二臂10关于第三轴相对于第一臂可旋转地安装。第二机器人臂包括两个部分，其中外部部分可关于第四轴相对于内部部分旋转。第二臂10在其外端承载倾斜组件11，其可关于第五轴旋转。所述机器人亦包括工具支持器12，其可关于第六轴相对于倾斜组件旋转。
测量设备安装在工具支持器上，该测量设备包括测量尖14。测量设备的外端被形成为尖并且形成测量尖14。测量尖的外部部分旨在达到与对象4表面的接触。测量设备的TCP(“工具中心点”)应当与要在加工期间使用的工具的TCP相同。可替换地，测量尖可直接安装在要使用的工具上。在弧焊期间，测量尖安装在焊枪上，其中所述尖的最外部分处于焊弧正常终止(end)的位置。在抛光期间，被提供有测量尖的假轴(dummy axis)安装在十字物保持器(spider keeper)而不是抛光工具中。测量尖的TCP应当与用于抛光工具的TCP相同，其在正常情况下处于抛光轮的中心。为便于测量，电信号可连接在测量尖和当前对象之间，并且当进行连接时，即当测量尖与要测量的表面或边缘接触时，机器人位置被读取。
在测量期间，测量尖14在对象的可接近表面上先前和向后移动。从现在开始，对象上的表面被表示为对象表面。工具的取向有着与针对当前加工的大致相同的方式。例如，在抛光的情况下，保持垫(pad)垂直于要测量的表面。为了能够补偿适当的运动学误差，重要的是保持工具取向与在当前加工中大致相同。所接收的测量点越多，校准将越好。为获得令人满意的结果，应当为对象上的每个对象表面测量至少三个点，并且应当为每个边缘线测量至少两个点。机器人的控制系统计算机器人的基本坐标系统中的测量点的位置。在可替换的实施例中，所述控制系统计算与机器人关联的任何其他坐标系统中的位置。测量是借助于机器人的运动学模型来进行的。
机器人具有用于手动(牵引)定位的控制模式是有利的。这意味着机器人操作者可通过用他的手抓住机器人所承载的工具或工作对象来容易地对所述工具或对象进行定位和取向。直接操纵机器人，即无需使用具有操纵杆的编程箱的一个可能性是在控制系统中引入被耦合于控制算法的力传感器，其将操作者的手力(hand power)转换成机器人运动。为此，机器人必须完全安全，从而使操作者不会由于误差而被伤害。履行该职责的一个可能性是使用并行运动学机器人，其具有如此低的臂重量，从而使机器人在最大引擎功率和速度期间不会严重伤害操作者。同时，在控制系统中应当有用于误差检测的冗余系统。
图2示出包括在所述系统中的模块的方块图解。除机器人1、测量尖14和对象4以外，所述系统还包括CAD模块15，其提供不同工作对象和工具的几何模型；分类模型16，包括部分分类模块16a，其确定特定测量点属于对象的哪个部分，以及对象分类模块16b，其确定测量点属于哪个对象或工具；校准模块17，其确定几何模型相对于机器人的取向和位置；计算模块18，其确定测量点和几何模型上的对应点之间的偏差，并且计算校正矢量，其在以后被用于校正在执行所述加工时机器人要移至的限定位置；以及调节模块19，其被设置成根据所述校正矢量来调节机器人要移至的对象上的限定位置。
在机器人的任何坐标系统中，测量点的位置是基于运动学模型和在测量时间机器人轴的位置在机器人的控制系统中计算的。测量点在以后从控制系统传递到分类模块16以便于进一步的处理。
在CAD模块15中有多个不同工作对象和要在当前机器人单元中使用的工具的几何模型。所述几何模型由CAD模型构成。在CAD模型中，对象表面上的每个点可根据例如“样条”函数、线方程或表面方程来计算。在对象表面上的每个点，有可能借助于对象表面上的周围点来计算特征参数，如表面的法向方向和不同方向上表面的弯曲度。在不同表面之间的不连续交界(junction)，边缘线中的点可被提供有专门的特征，如线的方向、线的弯曲度和所连接表面的指示(designation)。这些是使表面点唯一的可能性的实例。
为使表面唯一，可使用表征表面上的点的参数，例如，平均法向角、法向方向上的扩展(spreading)、表面面积、表面的平均弯曲度。以相同的方式，借助用于平均方向、平均弯曲度、线的长度等的参数可使边缘线唯一。对于整个对象，可使用限定表面和边缘线之间的关系，例如哪些法向方向被表示，表面的法向方向如何相关于彼此，哪些表面由边缘线界定，以及边缘线的不同方向之间的关系。
图3示出用于对象分类的一些定义。对象34具有多个对象表面20以及多个边缘线21。在对象表面上有多个用十字形指示的测量点22。在该图中示出了对象坐标系统23。对象坐标系统连接到对象，并且对象上的所有点相关于对象坐标系统。
用于对象表面的可能分类措施是-相对于其他对象表面的平均、最大和最小法向方向。
-相对于其他对象表面的不同方向上的平均、最大和最小弯曲角。
-相对于其他对象表面的对象表面的重心位置和对象表面的面积。
-连接到对象表面的所计算的边缘线的长度。
对象的可能分类措施是-用于所包括的对象表面的分类措施。
-用于边缘线的分类措施。
-用于测量点的分类措施的谱(spectrum)。
在图3中示出了以测量点P的凸弯曲角25和法向矢量26形式的弯曲度度量的实例。
用于一个平面内的测量点的可能分类措施是-相对于其他测量点的法向方向。为确定该法向方向，需要至少两个辅助测量点。
-至少一个方向上的弯曲角。为确定该弯曲角，需要至少一个距离测量点。
-通过该点的“样条”中的系数。为确定那些系数，需要至少两个辅助点。
-到其他测量点，例如到极限点的距离。
由所标识的平面之间的相交来计算的边缘线的可能分类措施是-相对于其他边缘线点的切向方向。为确定切线的方向，需要至少一个辅助测量点。
-沿边缘线的弯曲角。为确定该弯曲角，需要边缘线上的至少一个辅助点。
-通过相邻边缘线点的“样条”中的系数。为确定那些系数，需要至少两个辅助点。
-到其他边缘线点，例如到极限点的距离。
关于用于当前CAD模型的表面点、表面和边缘线的特征参数的表是使用来自CAD模块的数据在分类模块中自动生成的。通过使用那些参数，该模块对测量尖与真实对象的表面接触时机器人所读取的测量点进行分类。这样，所测量的点将以它们所属的对象、表面和边缘线来标记。当分类确定时，那些数据被递交过来到校准模块。
图4较为详细地示出分类模块16的功能。在该图中示出了多个测量点30，每个测量点在该图中以x来表示，其对应于真实对象上的位置。测量点Pn通过机器人运动学31来测量。机器人的控制系统计算机器人的基本坐标系统32中的测量点的位置。该计算借助于用于机器人的运动学模型来进行。在CAD模块中，对象坐标系统23被限定，并且对象的CAD模型34被描述于该对象坐标系统中。测量点被分类，这意味着已经确定测量点属于哪个对象并且测量点属于哪个对象表面或边缘线。这样，对于每个测量点，决定了该测量点属于那些对象表面或边缘线。每个对象表面被提供了一个表，在该表中列出所包括的测量点。这意味着测量点36被定位在CAD模型的表面上。如果对系统能够识别对象的要求不是很重要，而相反系统知道哪个是当前对象并且系统在观察屏幕上向操作者示出他应当用机器人测量哪些表面或边缘，则所述定位可被大大简化。例如，操作者可向系统提供有关要校准哪个对象的信息。
有可能在Claus Brenner、Jan Bhm和Jens Güring的文档“CAD-basedobject recognition for a sensor/actor measurement robot”中阅读有关如何执行对对象的分类和识别的更多细节。该文档2003年2月11日被显示在互联网上并且可在以下地址找到ifp.uni-stuttgart.de/publications/1998/CAD.pdf。
在Jan Bhm、Claus Brenner、Jens Güring和Dieter Fritsch的文档“Automated extraction of features from CAD models for 3D objectrecognition”，(ISPRS，Vol XXXIII，Amesterdam 2000)中有有关分类的更多阅读内容，该文档2003年2月11日在互联网上在可以下地址找到ifp.uni-stuttgart.de/publications/2000/Boehm_Amsterdam.pdf在校准模块17中进行测量点对CAD模型中的对应点的最佳可能适配。例如，对于每个对象表面，测量点和CAD模型的表面上的点之间的距离可通过三个自由度上的平移和三个自由度上的旋转借助最小均方来最小化。对应的方法可被用于边缘线，并且在最后，对于整个对象，或者至少对于已经测量的所有表面和边缘线，对象上的所有测量点和CAD对象上的对应点之间的距离可最小化。借助于这种适配，获得了最佳地配合机器人所测量的点的对象位置和取向。假设测量尖的TCP以及机器人的标称运动学(nominal kinematic)是已知的。这样，校准模块所做的是相对于机器人的基本坐标系统32来设置，即定位和取向对象的对象坐标系统23，这是按照使获得对象上的测量点和CAD模型上的理论点之间的最佳可能匹配的方式来进行的。
在可替换的实施例中，最小均方适配可替换成其他最优化算法，例如高斯-牛顿。
校准模块的功能在图5中示出。对象坐标系统23相对于机器人的基本坐标系统32来定位和取向以获得测量点和CAD模型的对应分类表面或边缘线之间的最佳可能适配。在第一步，可定位每个对象表面的经分类的测量点以便于执行对例如法向矢量方向、路径的弯曲度和相对于CAD模型的位置的最小均方匹配。之后，相对于CAD模型，同时针对两个对象表面、三个对象表面等等来匹配测量点，直到对于所有经分类的测量点，获得了对CAD模型的最小均方适配。该方法可以用对已经进行了测量点匹配的平面之间的边缘线的计算来替换或补充，并且在以后，所测量的边缘线被与CAD模型中的边缘线进行最小均方适配。
校准模块17对当前对象的位置进行最优化，但不做有关测量点和CAD模型的表面或边缘线之间的剩余偏差的任何事情。那些偏差被存储在计算模块18中，以在以后在调节模块19中用于补偿机器人运动学。在计算模块18中，对象表面被划分成子表面，并且边缘线被划分成线段。每个子表面和每个线段应至少包含一个用于计算代表性误差矢量的测量点。误差矢量的合适方向垂直于子表面或线段，如CAD模型所限定的。用于测量点的误差矢量是从对应于测量点的模型表面的点延伸到测量点本身的矢量。误差矢量具有长度和方向两者。
对于每个子表面，校正矢量被计算。例如，用于属于子表面的测量点的误差矢量的平均值可用作校正矢量。校正矢量的长度被确定为误差矢量的长度的平均值，并且校正矢量的方向被确定为误差矢量的方向的平均值。在对边缘线进行补偿的情况下，校正矢量的方向自然由用于当前线段的误差矢量的平均方向给出。亦适当的是对于边缘线所邻接(border)的对象表面的相邻子表面，使用同一误差矢量方向。
在平行于对象表面的精度重要的应用中，误差矢量亦可包含横向分量。那些分量是例如根据相邻对象表面的法向误差矢量来计算的，所述法向方向与当前表面的法向方向形成一角度。
在图6中示出了对象4的对象表面40，其被划分成许多子表面42。测量点在附图中用十字形来表示。子表面42是CAD模型所限定的表面。根据剩余测量点误差，测量点被定位在与CAD子表面42的一距离处。剩余测量点误差例如依赖于运动学误差、传输误差、重力引起的弯曲、由于温度变化造成的机器人几何学的变化、以及TCP的误差。在该图中示出了在根据图5的对象校正之后相对于CAD模型的多个测量点位置44。获得了许多误差矢量48，其长度和方向由测量点44和CAD模型的表面上的对应点45之间的距离和方向来决定。对于每个子表面，校正矢量46被计算。校正矢量被计算为用于该子表面的平均误差，即误差矢量48的平均值被计算。
对使用子表面的替换是用最接近测量点的最接近误差矢量，或者通过使用n个最接近测量点的误差矢量的平均值来补偿。
机器人路径通过限定机器人要沿该路径行进经过的多个位置来限定。那些限定位置是给机器人编程的输入数据。当位置被限定时，机器人程序可被自动生成。那些位置可例如在CAD模块15中借助于对象的CAD模型来限定。在可将在CAD模块中限定的路径传递到机器人控制系统之前，必须根据剩余测量点误差来调节该路径的位置。通过使用为路径所经过的子表面或线段而存储的误差矢量来补偿所限定的路径位置。为实现沿所述路径的平滑补偿，借助于过滤子表面或线段之间的过渡中的误差矢量的长度来实现平滑。
图7示出在CAD模型中限定的机器人路径50如何通过使用所存储的校正矢量46来调节，所述矢量是子表面42中的误差矢量的48的平均误差。机器人路径50是通过在对应于子表面的校正矢量46的大小的距离处、在表面的法向方向上调节它来补偿的。通过为每个子表面调节机器人路径，产生了新的经调节的机器人路径52。当经调节的机器人路径52被用作对机器人的基准时，工具的TCP将遵循真实对象的表面，如在CAD模型中由路径程序所指出的。
图8示出对在CAD模型中编程的机器人路径60的补偿，其中路径在两个方向上被补偿误差。在该图中示出了第一对象表面40，以及与所述第一对象表面相邻的第二对象表面64。边缘线65划分对象表面40和对象表面62。边缘线65是对象表面40和64之间的相交。在该CAD模型中，有对应于边缘线65的边缘线66。该CAD模型中的边缘线66被调节成与对象上的对应边缘线一致。对边缘线66的调节基于对象表面40和64中的相邻子表面的校正矢量67和68。以这种方式调节的边缘线在该图中以69来表示。在CAD模型中编程的路径60是根据如下来补偿的对象表面40的子表面的法向方向上的平均误差，即校正矢量67，以及由投影在对象表面40中的子表面上的对象表面64的最接近子表面的平均误差给出的子表面的平面中的平均误差，即校正矢量68。以这种方式，所述路径将在两个方向上被补偿误差。
图9示出在CAD模型中编程的机器人路径82如何在三个方向上被补偿误差。边缘线76被计算为对象表面40和对象表面74之间的相交。边缘线78被计算为对象表面40和对象表面64之间的相交。经调节的边缘线80根据对象表面40、64和74的相邻子表面的校正矢量来计算。在该图中示出经补偿的路径80，其在三个方向上被补偿误差。校正矢量可从相邻对象表面或相邻边缘线获得。
图10示出可替换的实施例，其中补偿是借助于最接近对象平面中的最接近误差矢量来进行的。这可以用相应对象平面中的n个最接近误差矢量的平均值来扩展。在该图中，86表示第一对象平面，而88表示第二对象平面。路径90在CAD模型中被编程而路径91是经补偿的路径。如图所示，经补偿的路径变得不规则，其中在路径的不同段之间有急剧的过渡。为减小经补偿的路径的噪声并且获得较为平滑的路径，可针对路径长度来过滤路径的位置。
当通过牵引机器人来生成的路径即将存储在CAD模型中，例如以在以后存储在其他机器人中时，通过使用所存储的误差矢量来进行反向补偿。
在以下描述根据本发明的用于对工业机器人编程的方法的实施例。要机械加工的对象被固定放置在其固定件中。可替换地，如果工具被固定在室内，则要机械加工的对象可被固定安装到机器人的夹持设备。测量尖安装在工具上，或者安装到机器人的工具支持器。如果工具不固定在室内，则工具被固定安装到机器人的工具支持器。测量尖在对象子表面之上被前后移动，同时机器人跟随所述运动。在可替换的实施例中，操作者输入有关在校准期间使用哪个对象的信息，并且系统在以后、在用机器人测量期间经由监视器来示出哪些表面要由测量尖来扫描。
机器人的控制系统计算机器人的任何坐标系统中的点位置。测量点被传递到分类模块，其对测量点进行分类。经分类的测量点被传递到校准模块，其根据测量点和CAD模型上的对应点之间的偏差来计算误差矢量。计算模块亦计算用于对象子表面的路径校正矢量。系统亦可在测量期间进行分类、校准和对路径校正矢量的计算，并且在测量新对象表面时确定何时有足够的测量点。表明有足够测量点的准则是例如在测量点对几何模型的适配期间标准偏差小于确定值。当满足所述准则时，系统向操作者通知测量完成的事实。
当足够数目的测量点已经馈送给它时，系统计算相对于机器人基本坐标系统的对象坐标系统的位置和取向，以及用于正在生成的子表面和线段的校正矢量。所述校正矢量以及相对于机器人基本坐标系统的对象坐标系统的位置和取向被传递给调节模块，其调节为机器人运动而限定的位置。机器人程序是基于经调节的位置自动生成的。
在以下描述在CAD模块中生成的程序的运行。操作者安装加工工具，例如抛光轮。在用于TCP的CAD模型的对象表面上限定的机器人路径用对于机器人路径所经过的子表面有效的校正矢量来补偿。经校正的位置和由校准模块计算的对象坐标系统被用于计算机器人基本坐标系统中的机器人路径。借助于校准期间也使用的运动学模型，机器人的轴角(shaftangle)被计算用于经插值的机器人路径并且被用作对机器人伺服的基准。
在以下描述对借助牵引的机器人路径的编程。操作者安装要使用的工具。操作者沿对象移动工具以模拟要由机器人进行的工作。系统读取机器人轴的位置，并且借助于已经在校准期间使用的机器人运动学和在校准期间所计算的对象坐标系统来计算对象坐标系统中由操作者生成的机器人路径。系统借助于在对子表面的校准期间已经生成的校正矢量来调节所述路径。因此，所述路径将被定位在CAD模型的对象表面上，并且可在以后被用于运行从CAD生成的机器人路径，例如在另一个机器人设备中。
图11示出程序编辑。操作者用测量尖或工具在对象表面的区域92上指出加工在哪里尚未实现足够好的结果，并且例如通过语音通信向系统通知什么是不好的。操作者指定应当如何修改路径，例如“增加处理器能力”，或者如图中所示，“减小到对象的距离”。系统针对由操作者标记的子表面或者线段从CAD模型收集数据，并且针对那些子表面来调节机器人路径，例如当标记区域中的抛光深度应当增加时，将路径移动得较接近于对象表面。机器人路径94在位于操作者所标记的区域92内的路径的那个部分中的表面法线方向上被移动。为避免修改变得过于突然，利用到操作者所标记的区域92中以及从其中出来的软过渡来计算新路径。对路径96的调节被存储在CAD系统的模型中。
图12示出TCP固定在室内的测量。当使用具有固定在室内的TCP的工具时，不再适合于使用机器人基本坐标系统32来限定测量点。相反，机器人的腕坐标系统(wrist coordinate system)110被使用。固定在室内的测量尖102在测量期间被使用。测量点Pn(Xn，Yn，Zn)被表示于腕坐标系统100中。在CAD模块中限定的对象坐标系统23相对于腕坐标系统100来定位和旋转，以获得对测量点的最佳可能适配。
图13示出借助于固定在室内的测量尖102对工具104的校准。工具安装在机器人工具支持器上。用于所述工具的CAD模型105被存储在CAD模块中。工具的CAD模型被限定于工具坐标系统106中。相对于腕坐标系统100的CAD模型上的取向和位置通过以最佳可能方式使CAD模型105和在图中以x标记的测量点彼此适配来确定。在CAD模块中限定的工具坐标系统106被相对于腕坐标系统100定位和旋转以实现对测量点的最佳可能适配。当使用固定在室内的TCP时，测量尖安装在机器人的腕上，并且如图4中所示执行测量。相同的方法亦可被用于夹持设备和固定件，如果它们作为CAD模型存在的话。
在图14中示出了本发明如何适用于弧焊。在弧焊应用中，工具本身可作为测量尖来工作。然而，如果焊丝对于编程来说是过弱的，则测量尖可借助于对应于焊丝长度的突出部分直接安装在焊枪上。如果不存在CAD模型，则系统仍可借助于测量点将对象划分成平面，并且计算所述平面之间的交线，且将机器人路径定位在所述交线中，这为操作者提供了方便。
亦有可能借助于机器人来生成CAD模型。操作者使用机器人来一次测量一个平面，并且他通知系统他何时即将测量下一个平面。可替换地，系统可具有必要的智能来决定应当如何通过先前描述的分类方法在一平面中划分测量点。系统例如使用“样条”来进行平面对正在馈送的测量点的最小均方适配。被适配于测量点的平面和平面的交线以CAD模型格式来描述，并且被放置到CAD数据库中以便于根据对校准等的先前描述来使用。可能模型生成可通过迭代来进行，其中在第一次迭代期间，仅几个测量点被读取以获得粗糙的CAD模型，之后，先前使用的方法被使用。
当存在机器人的运动学误差时，机器人所测量的测量位置将依赖于工具取向。为使该误差最小，当操作者测量对象表面时，他应当使用这样的工具取向，即以后当机器人应当执行该表面上的路径时将使用的工具取向。在测量期间强迫操作者保持正确取向的一种方式是让操作者首先没有机器人取向的任何高精度地馈送测量点，并且系统在以后进行对所获得的测量点的适配，然后操作者再一次重新进行测量，但这次系统将工具取向锁定于考虑相应对象表面中的机器人路径的取向。该锁定通过对机器人的强迫控制(force control)来进行；其中使取向的三个自由度是硬的，而使位置的三个自由度是软的。
机器人的运动学由于温度、固定件磨损而改变，并且机器人分量必须被改变。为避免为新坐标系统适配和路径补偿重新进行测量点的手动提供，测量程序一旦由操作者制成则被存储在系统中，然后为对对象、工具、固定件等的新测量而自动生成。然后使用强迫控制，例如在导纳控制模式(admittance control mode)下运行机器人。
为保证测量尖和对象之间的接触，测量尖可包括传感器(LVDT、力传感器、压力传感器、光学传感器、涡流传感器等)。在电传导对象和工具的情况下，(优选为交流的)电路亦可连接在测量尖和对象之间。
为使在测量对象上的点期间对操作者较为容易，可使用语音通信来代替具有按钮组和监视器。
在馈送测量点的同时，系统可执行分类和最佳拟合计算以向操作者通知有关在校准和路径补偿中需要多少测量点来具有足够精度的信息。
应指出，所述方法信任机器人的重复精度，而不需要昂贵且精确的机器人，或者具有对运动学参数误差的复杂软件补偿的机器人。
手动捕获测量点的替换是在CAD系统中生成表面扫描程序，该表面扫描程序在对测量点的测量期间控制机器人的运动。测量点的位置在CAD系统中基于对象的几何模型和来自操作者的输入来决定。这样，在CAD系统中的机器人编程期间，不仅被编程的加工路径的位置和取向，而且表面扫描程序也提供了对象表面上的测量点，所述测量点在以后被用作校准机器人和CAD模型的基础。
在一个实施例中，通过在对象的CAD模型上指出，用户示出在哪里设置对象上的所有测量点，以及测量期间机器人所要遵循的路径。之后，表面扫描程序被自动生成，该表面扫描程序在测量期间控制机器人的运动。在另一个实施例中，用户仅示出测量点，而执行测量所必要的机器人运动被自动生成。在第三实施例中，操作者限定要测量哪些表面是足够的，所述限定是通过在CAD模型上指出那些表面来进行的。之后，CAD系统生成表面扫描程序，用于在测量期间控制机器人的运动。除了要测量哪些表面以外，用户亦指定测量的扫描密度。CAD系统在网板(raster)中布置测量点的位置，并且在以后借助于已知表面法向方向来确定在测量期间机器人所要遵循的运动路径。
为使机器人运动学误差的影响最小，有利的是在校准期间使用与以后将在加工程序，即控制工具将对对象执行的加工的程序中使用的相同工具取向。这样，测量点中的取向被有利地选择成与机器人路径上的最接近工作点的取向相同。
图15a示出对象110和工具114加工该对象所应当沿着的加工路径112。图15d示出具有表面扫描程序所布置的许多测量点117的同一对象110。测量设备116在校准期间被用于测量对象表面上的测量点117。测量点中的测量设备117的取向由路径112上的最接近工作点中的工具117的取向来确定。为了能够确定测量点相对于机器人坐标系统的位置，测量设备116包括传感器118。在可替换的实施例中，当前工具而不是测量设备被使用，该工具被提供有直接安装在工具上的传感器。传感器应当具有相对于工具TCP的TCP，所述工具TCP对CAD系统已知的。
传感器118可具有两种不同类型，例如这样的传感器，该检测器检测它何时与对象表面接触，然后生成信号给机器人，该机器人然后生成对应于机器人位置的测量点。该功能被称为搜索停止(search stop)。用于搜索停止的合适传感器的实例是力传感器和压力传感器，在搜索停止时，亦可使用电接触功能。为使得有可能确定机器人坐标系统中对象表面上的测量点的位置，机器人的部分，优选为机器人的工具支持器，与定位传感器的TCP之间的距离必须是已知的。
使用搜索停止的缺点是测量方法会变慢，这是由于当它接近对象表面时机器人必须保持低速度的事实。一个替换是改为使用这样的的传感器，其测量机器人部分，优选为机器人的工具支持器，与对象表面之间的距离。合适的传感器是例如LVDT传感器。在借助LVDT传感器的测量期间，对象表面和传感器之间的接触在测量期间是需要的。亦有可能使用适于无接触测量的传感器，例如基于激光、超声、涡流、感应、微波、空气流和电容测量的传感器。
在测量期间，相对于机器人基本坐标系统的测量点位置被确定。表面扫描程序不仅生成测量点，而且也生成在测量点之间机器人所要遵循的路径。该路径的形状依赖于使用哪种类型的传感器。例如，如果使用LVDT传感器，或者与对象表面的接触对于测量必要的任何其他传感器，则机器人运动被生成，首先将机器人移至被定位在与测量点的一距离处的位置，即所谓的移动位置，之后在向着对象表面的方向上移动机器人，直到它到达测量位置。之后，机器人再次在远离对象表面的方向上向外移至位于与对象表面的一距离处的另一个移动位置。这样的机器人路径在图16中示出，其中移动点以119来表示。如果改为使用用于无接触测量的传感器，则经编程的运动在测量期间可平行于对象表面而进行。图17示出自动生成的机器人路径的实例，其用于借助适于无接触测量的传感器230来测量对象表面上的点。传感器230是三角型距离测量激光探测器。
由于当测量点被生成于CAD系统中时机器人尚未相对于对象而被校准的事实，存在有关对象相对于机器人位于哪里的不确定性。如果使用在测量期间需要与对象表面接触的传感器，则表面扫描程序必须考虑设备的运动学和几何误差。例如，如果机器人单元以5毫米的精度被校准，则当机器人移动于测量位置之间时，在其静止位置，在对象和传感器的TCP之间必须有至少5毫米的无碰撞区(collision free zone)。测量位置亦必须被定位在距离对象边缘的至少5毫米处，从而使当机器人向着对象表面向下行进来测量它时，机器人将不会不能命中对象。当机器人已经将传感器的TCP向下移向对象表面时进行测量。这样，必须生成具有足够的裕量的表面扫描程序。
在图18中，上图示出具有手动定位的测量点的对象表面120，而左下图示出由表面扫描程序自动生成的测量点117。该图说明了自动生成的测量点必须被保持在不确定区122内。区122表示不确定对象是否在那里的区域。在该区内，没有测量点应当被生成。当测量设备向下移向对象表面时，如果传感器以任何方式不能命中对象，则所述程序应当包括一函数，其检测传感器是否已经移动得过远，然后中断对测量点的测量。左图说明了在用LVDT传感器测量期间，在对向着测量点117的方向上的传感器运动的编程期间亦必须有裕量。该图示出由于对象表面实际所在之处而导致的不确定性。对象表面被定位在该图所示的区124中的某处。为确定传感器将不会不能命中表面，测量点117应当被设置在CAD模型中的对象表面以下对应于所述精度的距离处，所述精度在先前实施例中为5毫米。
在机器人单元的校准期间，首先进行对工具和对象坐标系统的简单校准。然后将传感器安装在工具上，或者将测量设备安装在机器人上，并且可能通过任何公知方法来控制CAD系统所生成的传感器TCP。之后，表面扫描程序从CAD系统加载，并且由机器人的控制系统来运行。机器人所测量的测量点的位置被存储。之后，通过将所测量的表面适配于CAD模型的表面来进行校准。当完成对对象表面的测量时，将传感器拿走并且使工具准备好加工执行(process execution)。然后来自CAD系统的加工程序可直接加载和运行。已经通过来自针对对象坐标系统的表面扫描的数据和局部校正矢量自动调节了所加载的程序。
在机器人单元的精度过差，例如多于20毫米的情况下，可能有必要调节CAD生成的表面扫描程序，或者对机器人单元中的表面扫描程序进行编程。在表面扫描程序由CAD系统生成的第一种情况下，对象表面的边界可由操作者针对要测量的每个对象表面来编程，从而使机器人的控制系统自动调节CAD所生成的现有程序。对象表面的边界由将机器人手动轻推(jog)到沿对象表面的边界设置的点的操作者来编程。
对在CAD系统中生成表面扫描程序的替换是让用户自己通过使用例如机器人控制系统中的合适编程装置来生成表面扫描程序。通过将机器人轻推到对象，用户示出在哪里开始所述程序以及该程序的结束位置。如果有必要，用户亦可示出开始和结束位置之间的对象上的一个或多个位置以例如指定测量运动的方向和弯曲度。基于用户所指定的位置，表面扫描程序自动生成的位置，其生成覆盖表面的必要数目的测量点。
用户将机器人轻推到对象上的开始位置、一个或多个中间位置以及结束位置。在编程期间，传感器被移至例如在LVDT传感器的工作区域中部的合适测量位置。给表面扫描程序生成的输入数据是传感器的测量范围、传感器类型、控制类型和测量点的所需密度，之后表面扫描程序被自动生成。亦有可能通过沿表面的边界指定多个点来限定整个对象表面，其中扫描密度在两个维度上被指定。
对自动生成自动扫描测量值的表面扫描程序的替换是在轻推机器人期间自动生成测量运动。例如，这可按如下方式进行当已经轻推了所限定的增量时，轻推被锁定，并且测量运动在所限定的方向上进行。当已经完成测量时，轻推将再次开始。测量运动的方向可通过简单的两点校准来限定。在此情况下，可能合适的是使用强迫控制或软伺服来避免错误的轻推损坏例如LVDT传感器。当工具固定安装在室内以及机器人两者上时，上述用于生成测量点的方法是有用的。该方法对于机器人单元中的周围设备对CAD系统的单元几何结构的校准亦可以是有用的。
在对表面扫描手动编程时，或者在表面扫描轻推时，亦存在加工模型或加工数据库使用所读取的几何结构来计算最优加工数据而无需从CAD系统生成机器人程序的应用。例如，简单的表面扫描可产生自动调节最优弧焊参数，如焊电流、电压、加工速度和振荡所需的联合数据。
在您具有光滑表面的情况下，没有必要以测量运动向下行进，并且以离散测量点对表面的位置进行采样。相反，传感器可在表面上移动，同时进行连续测量。然而，这需要具有连续测量可能性的LVDT类型的传感器。该方法甚至对于精确测量关键不连续性，如，例如搭接头(over lappingjoint)是必要的，其中扫描是从上表面到下部进行的。
本发明并不局限于所示的实施例，而是可以在以下权利要求的框架内被改变和修改。
权利要求
1.一种用于对工业机器人(1)编程以相对于对象(4)上的限定位置移动的方法，其中所述编程基于对象的几何模型(34)，特征在于所述方法包括记录并存储多个测量点，每个测量点对应于在与所述机器人关联的任何坐标系统(32，100)中所表示的真实对象表面上的点，通过使对象的几何模型和测量点彼此适配来确定对象的几何模型相对于与所述机器人关联的所述坐标系统的取向和位置，针对至少一些测量点来计算测量点(44)和几何模型上的对应点(45)之间的偏差，以及基于所述所计算的偏差来调节所述限定位置。
2.根据权利要求1的方法，特征在于它进一步包括基于对象的几何模型来计算用于对象的多个不同部分的一个或者多个特征参数，基于所述特征参数来确定测量点属于对象的哪个部分(20，21)，以及对象几何模型对测量点的所述适配包括使属于对象某个部分的测量点适配于几何模型的对应部分。
3.根据权利要求2的方法，特征在于所述部分包括对象的表面(20)和边缘线(21)。
4.根据权利要求1-3的任何一项的方法，特征在于它进一步包括提供用于多个不同对象的几何模型，基于对象的几何模型来计算用于每个对象的多个特征参数，以及基于测量点和所述特征参数来确定测量点属于哪个对象。
5.根据权利要求2-4的任何一项的方法，特征在于所述特征参数包括相对于对象表面的法向方向和对象表面的弯曲度(25)。
6.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于通过使测量点和对象几何模型上的对应点之间的距离最小来使对象的几何模型和测量点彼此适配。
7.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于对象的表面被划分成多个子表面(42)，每个包括至少一个测量点，基于子表面中的测量点/多个测量点和对象几何模型上的对应点/多个对应点之间的偏差(48)来计算校正矢量(46)，并且基于属于所述限定位置的子表面的校正矢量来调节所述限定位置。
8.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于对象的边缘线被划分成多个线段，每个包括至少一个测量点，基于线段中的测量点/多个测量点和对象几何模型上的对应点/多个对应点之间的偏差来计算校正矢量，并且基于所述限定位置附近的线段的校正矢量来调节所述限定位置。
9.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于所述限定位置相对于所述几何模型被限定，并且基于所述几何模型相对于与所述机器人关联的坐标系统的所确定的取向和位置将所述限定位置变换到所述关联的坐标系统。
10.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于当工具或对应于当前工具的测量设备(14)上的预定点与对象表面上的不同点接触时，所述测量点对应于机器人的位置。
11.根据权利要求1-10的任何一项的方法，特征在于所述方法包括生成用于在测量所述测量点期间自动控制机器人运动的表面扫描程序。
12.根据权利要求11的方法，特征在于一传感器安装在工具或对应于当前工具的测量设备上，并且在生成所述测量点期间该传感器与机器人合作。
13.根据权利要求12的方法，特征在于在测量所述测量点期间，所述表面扫描程序控制机器人的运动，其中所述运动包括移动机器人以使所述传感器在测量期间与对象表面接触，以及之后所述机器人移动至定位于与对象表面的一距离处的传递点。
14.根据权利要求12和13的任何一项的方法，特征在于在所述限定位置的所述工具的取向被存储，并且所述程序被生成为使所述工具或所述测量设备在测量点具有与所存的取向大致相同的取向。
15.根据权利要求11-14的任何一项的方法，特征在于基于对象几何模型来离线确定测量点的位置。
16.根据权利要求11-14的任何一项的方法，特征在于所述方法包括在真实对象的表面上测量许多位置，包括至少一个开始位置和一个停止位置，以及基于所测量的位置来自动生成测量点的位置。
17.一种计算机程序，其直接可加载到计算机的内部存储器中，并且包括指令，用以使处理器执行根据权利要求1-16的任何一项的方法中的步骤。
18.一种包括计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括指令，用以使处理器执行根据权利要求1-16的方法中的步骤。
19.一种用于对工业机器人(1)编程以相对于对象(4)上的限定位置移动的系统，其中该系统包括对象的几何模型(34)，特征在于该系统进一步包括真实对象(4)，工业机器人(1)，其中所述真实对象和机器人被设置成使得有可能借助于机器人来生成多个测量点，其对应于在与该机器人关联的坐标系统(32，100)中所表示的真实对象表面上的不同点，校准模块(17)，其被设置成通过使测量点适配于对象几何模型来确定对象几何模型相对于与机器人关联的所述坐标系统的取向和位置，计算模块(18)，其被设置成计算测量点(44)和几何模型上的对应点(45)之间的偏差(48)，以及调节模块(19)，其被设置成基于所述所计算的偏差来调节所述限定位置。
20.根据权利要求19的系统，特征在于该系统包括测量设备(14)，其适于在测量期间与对象的表面接触，其中该测量设备具有对应于当前工具的工具中心点(TCP)的中心点。
21.根据权利要求20的系统，特征在于所述测量设备(14)适于在与所述对象接触时提交信号，并且所述系统适于响应于所述信号，基于机器人位置来生成至少一个测量点。
22.根据权利要求19-21的任何一项的系统，特征在于该系统包括部分分类模块(16a)，其被设置成基于用于对象的几何模型来计算用于对象的多个不同部分(20，21)的一个或多个特征参数，并且基于所述特征参数来确定测量点属于对象的哪个部分，其中所述校准模块(17)适于通过使属于对象某个部分的测量点适配于几何模型的对应部分来执行对象几何模型对测量点的所述适配。
23.根据权利要求22的系统，特征在于所述部分包括对象的表面(20)和边缘线(21)。
24.根据权利要求19-23的任何一项的系统，特征在于该系统进一步包括用于多个不同对象的几何模型，以及对象分类模块(16b)，其被设置成基于对象的几何模型来计算用于每个对象的多个特征参数并且基于测量点和所计算的特征参数来确定测量点属于所述不同对象中的哪个。
25.根据权利要求22-24的任何一项的系统，特征在于所述特征参数包括相对于对象表面的法向方向和对象表面的弯曲度(25)。
26.根据权利要求19-25的任何一项的系统，特征在于所述校准模块(17)被设置成通过使测量点和对象几何模型的对应点之间的距离最小来使对象的几何模型和测量点彼此适配。
27.根据权利要求19-26的任何一项的系统，特征在于所述调节模块(19)包括用于将对象表面划分成多个子表面(42)的装置，所述子表面的每个包括至少一个测量点，并且所述调节模块被设置成基于子表面的测量点/多个测量点和对象几何模型上的对应点/多个对应点之间的偏差来计算用于子表面的校正矢量，并且基于所述限定位置所属的子表面的校正矢量来调节所述限定位置。
28.根据权利要求19-27的任何一项的系统，特征在于所述调节模块(19)包括用于将对象边缘线划分成多个线段的装置，所述线段的每个包括至少一个测量点，并且所述调节模块被设置成基于线段中的测量点/多个测量点和对象几何模型上的对应点/多个对应点之间的偏差来计算用于每个线段的校正矢量，并且基于所述限定位置附近的线段的校正矢量来调节所述限定位置。
29.根据权利要求19-28的任何一项的系统，其中所述限定位置相对于所述几何模型被限定，特征在于所述调节模块包括装置，其基于所述几何模型相对于与所述机器人关联的坐标系统的所确定的取向和位置，将所述限定位置变换到所述坐标系统。
30.根据权利要求19-29的任何一项的系统，特征在于该系统包括程序生成器，其被设置成生成用于在测量所述测量点期间自动控制机器人运动的表面扫描程序。
31.根据权利要求30的系统，特征在于所述程序生成器被设置成基于来自操作者的某个输入来自动生成所述表面扫描程序。
32.根据权利要求30和31的任何一项的系统，特征在于该系统包括传感器，其安装在工具或对应于当前工具的测量设备上，并且该传感器被设置成与机器人合作以便于生成所述测量点。
33.根据权利要求32的系统，特征在于所述传感器是位置传感器，其被设置成测量对象表面和机器人的任何部分之间的距离。
34.根据权利要求32和33的任何一项的系统，特征在于在测量所述测量点期间，所述表面扫描程序控制机器人的运动，其中所述运动包括移动机器人以使所述传感器在测量期间与对象表面接触，以及之后所述机器人移动至定位于与对象表面的一距离处的传递点。
35.根据权利要求30-34的任何一项的系统，特征在于所述程序生成器设置在外部计算机中，并且所述程序生成器被设置成基于对象的几何模型来确定测量点的位置。
36.根据权利要求30-34的任何一项的系统，特征在于所述程序生成器设置在机器人的控制系统中，并且所述程序生成器被设置成基于在真实对象的表面测量的多个位置来生成测量点的位置，所述位置包括至少一个开始点和一个停止点。
全文摘要
一种用于对工业机器人(1)编程以相对于对象(4)上的限定位置移动的方法和系统。所述系统包括对象的几何模型、真实对象(4)和工业机器人。对应于在与机器人关联的坐标系统中所表示的真实对象表面上的不同点的多个测量点被生成。所述系统进一步包括校准模块(17)，其被设置成确定对象几何模型相对于与机器人关联的所述坐标系统的取向和位置；计算模块(18)，其被设置成计算测量点和几何模型上的对应点之间的偏差；以及调节模块(19)，其被设置成基于所述所计算的偏差来调节所述限定位置。
文档编号G05B19/42GK1747816SQ200380109705
公开日2006年3月15日 申请日期2003年12月17日 优先权日2003年2月13日
发明者托里尼·布罗加德 申请人:Abb 公司