用于控制冗余机器人臂的方法

用于控制冗余机器人臂的方法
【专利摘要】一种用于控制冗余机器人臂的方法，包括以下步骤：选择应用，以通过臂在工件上执行机器人处理；以及在臂的运动上定义至少一个约束。然后基于所选择的应用产生指令集，该指令集表示用于附接到臂的机器人工具通过在教导模式和编程模式中的一种模式中操作臂以在工件上执行机器人处理的路径，并且在机器人处理期间控制臂的移动。产生约束算法，以在臂的移动期间将臂上的预定点保持为以下中的至少一个：在机器人包络线中的规定约束上、在规定约束附近以及规避规定约束，并且产生奇异算法，以规避在臂的移动过程中遭遇的奇异点。
【专利说明】用于控制冗余机器人臂的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年9月10日提交的美国临时专利申请序列第61/699，028号的优先权，该美国临时专利申请通过引用整体结合于此，并且本申请要求于2012年10月5日提交的美国临时专利申请序列第61/710，082号的优先权，该美国临时专利申请通过引用的方式整体结合于此。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及一种机器人控制器，并且更具体地说，涉及一种用于控制冗余机器人的移动的控制方法。
【背景技术】
[0004]在历史上工业机器人使用六个接合轴线或更少。由于存在六个可能的笛卡尔自由度(由X、Y、Z、W、P、r表示),通常理想的是对于每个自由度均具有一个接合轴线。
[0005]然而，使用六个接合轴线或更少的实践对于一些机器人应用来说是困难的。因此，增加第七轴线具有多个好处。特别地，在线跟踪应用中，例如，当线通过传送器的方式移动时，因为不具有足够的自由度，所以不能控制六轴线机器人以避开机器人碰撞。对于喷涂应用来说，线跟踪应用非常重要，以使待喷涂的工件能够在移动传送器上行进。因此，线跟踪应用被广泛地用于喷涂应用工业中。喷涂机器人系统已经长期使用线性轨道以增加第七轴线，但是线性轨道占据空间并且为喷涂操作增加了成本。
[0006]一个解决方案是向机器人增加第七轴线，但是不具有线性轨道。由于仍然仅存在六个可能的笛卡尔自由度，所以这种机器人提供了被认为是冗余的额外的自由度。冗余机器人具有比笛卡尔自由度更多的接合轴线。具有七个或更多个接合轴线的机器人将是冗余机器人。实际上，增加第七轴线具有多个好处。例如，参见美国专利第5，430，643号。冗余机器人在完成所编程的任务的同时提供能够被用于诸如碰撞规避的多个目的灵活的敏捷度。冗余机器人还能够向机器人施加以少于七个的轴线以及六个自由度。例如，五轴线门开启器机器人要求四个自由度以便其任务也是冗余的。
[0007]当前，具有作为第七轴线的线性轨道的六轴线机器人通常用于线跟踪应用中。其好处在于，线性轨道补偿线传送器的移动。对于在与线传送器一起移动的工件上的给定点来说，不管线传送器位置如何，六轴线机器人的接合角是能够重复的。通过在线性轨道上的六轴线机器人，其容易对用户教导与重现(playback，回放)机器人的编程路径以实现期望的任务。然而，线性轨道是昂贵的并且占据空间。对于喷涂应用来说，用于补偿线性轨道的漆料(painting,涂料)室的尺寸也增加了更多成本。
[0008]因此，期望具有一种带有取代轨道的冗余第七轴线的机器人。对于喷涂应用来说，七轴线冗余机器人在完成任务的同时提供可以被用于诸如碰撞规避的多个目的的灵活的敏捷度，但是与在线性轨道上的传统六轴线机器人相比在小得多的漆料室尺寸内。类似地，期望具有一种带有取代轨道的第五冗余轴线的门开启器机器人。[0009]然而，冗余轴线的确存在问题。首先，由冗余机器人占据的紧凑空间增加了与障碍物、工件、以及在此区域中的其它设备碰撞的可能性。其次，因为工件正在移动，因此对于用户来说很难预测机器人与工件之间是否会发生碰撞。第三，对于达到与线传送器一起移动的给定点，机器人的接合角是不可重复的。第四，七轴线冗余机器人的编程非常复杂并且困难。用户熟悉用于六个位置x、y、z、《、P、r的六轴线机器人的编程。用户通常不熟悉对从七轴线机器人获得的额外自由度进行编程。第五，当冗余轴线与主轴线沿着直线对齐时冗余轴线形成奇异点(singularity,奇异性),这能够形成不可预测的机器人运动与速度。当接近奇异构造时，机器人的任务水平控制器产生较高的机器人接合力矩，其导致不稳定性或在在工作空间中的大错误。任务水平控制器不仅在奇异构造处是不稳定的，而且在奇异构造附近也是不稳定的。当出现奇异点时，机器人仍可具有六个自由度。即，机器人的工具中心点(TCP)仍能够沿着任何方向移动。然而，奇异点影响相对于轴线的可控制性并且导致机器人围绕主轴线的非常快速的运动。
[0010]现有技术在多个方面都是不足的。首先，现有技术通常以复杂并且不稳定的雅可t匕(Jacobian)矩阵为基础。需要用于碰撞与奇异点问题的更稳定的解决方案。第二，现有技术未解决线跟踪应用的问题。第三，现有技术未解决对具有七轴线的机器人进行编程的复杂性和困难。如果能够改进控制冗余机器人的方法将是有利的。

【发明内容】

[0011]根据本发明的一个实施方式，一种用于控制冗余机器人臂(机械臂，robot arm)的方法包括以下步骤:选择应用，以便在工件上执行机器人处理；基于所选择的应用产生指令集，该指令集表示用于附接到冗余机器人臂的机器人工具通过在教导模式和编程模式中的一种模式中操作冗余机器人臂以在工件上执行机器人处理的路径；以及在机器人处理期间控制冗余机器人臂，以将冗余机器人臂上的预定点保持为以下中的至少一个:在机器人包络线(envelope)中的规定约束上、在规定约束附近以及规避规定约束。
[0012]根据本发明的另一个实施方式，一种用于控制冗余机器人臂的方法包括以下步骤:选择应用，以便在工件上执行机器人处理；基于所选择的应用产生指令集，该指令集表示用于附接到冗余机器人臂的机器人工具通过在教导模式和编程模式中的一种模式中操作冗余机器人臂以在执行机器人处理的路径；修改冗余机器人臂的肘点的路径，以规避冗余机器人臂的奇异位置；以及根据肘点的修改后的路径控制冗余机器人臂，由此在冗余机器人臂在工件上执行机器人处理的同时规避奇异位置。
[0013]根据本发明的另一个实施方式，一种用于控制冗余机器人臂的方法包括以下步骤:选择应用，以通过冗余机器人臂在工件上执行机器人处理；在冗余机器人臂的运动上定义至少一个约束；基于所选择的应用产生指令集，该指令集表示用于附接到冗余机器人臂的机器人工具通过在教导模式和编程模式中的一种模式中操作冗余机器人臂以在工件上执行机器人处理的路径；在机器人处理期间控制冗余机器人臂的移动；产生约束算法，以在冗余机器人臂的移动期间将冗余机器人臂上的预定点保持为以下中的至少一个:在机器人包络线中的规定约束上、在规定约束附近以及规避规定约束；以及产生奇异算法，以规避在冗余机器人臂的移动过程中遭遇的奇异点。【专利附图】

【附图说明】
[0014]通过当根据附图考虑时的优选实施方式的下列详细描述，本发明的上述以及其它优点对于本领域的技术人员来说将变得显而易见，在附图中:
[0015]图1是根据本发明实施方式的七轴线冗余机器人的示意性侧视图；
[0016]图2是从图1中示出的七轴线冗余机器人的相对侧的机器人臂的立体侧视图；
[0017]图3是根据本发明实施方式的用于七轴线冗余机器人的角度(阿尔法)的定义的图；
[0018]图4是根据本发明实施方式的用于喷涂在传送器上移动的车辆车身的喷涂应用的机器人的示意性立体图；
[0019]图5是根据本发明实施方式的方法的流程图；以及
[0020]图6是根据本发明实施方式的当用于七轴线机器人的角度(阿尔法)改变时肘点的轨迹的图。
【具体实施方式】
[0021]下面的详细描述与附图描述了并且示出了本发明的多个示例性实施方式。说明书与附图用于使本领域中的技术人员能够制造与使用本发明，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。对于所公开的方法，所提出的步骤在本质上是示例性的，并且因此，步骤的顺序不是必须的或关键的。
[0022]参照图1，示出了根据本发明实施方式的七轴线冗余机器人10的示意性侧视图。如在图1中示意性示出的，机器人臂20在机器人包络线12内操作。在所示出的实施方式中，机器人臂20被构造为用于喷涂应用。然而，应该理解的是，机器人臂20能够根据期望被构造成用于任何制造应用。机器人包络线12是机器人可以在其中移动的限定的空间，例如诸如用于喷涂应用的漆料室，或者根据期望的任何其它机器人单元或限定的空间。
[0023]继续参照图1，机器人臂20是安装在可适于多种安装情况的模块化基座系统21上的七轴线铰接臂。在所示出的实施方式中，模块化基座系统21被定向为用于附接到竖直表面(未示出)，诸如机器人包络线12内的壁、机器人包络线12内的竖直柱或柱形物、或者被构造为用于安装在机器人包络线中的任何其它结构。在非限制性的实例中，基座系统21可以被定向为用于附接到漆料室的壁、漆料室的竖直柱或柱状物、或者被构造为用于安装在漆料室中的任何其它结构。
[0024]如图1中所不,模块化基座系统21具有第一转动方向R1，该第一转动方向允许机器人臂20的其它部件围绕第一转动轴线Al转动以允许机器人臂20在水平面中运动，所述第一转动轴线相对于模块化基座系统21是竖直的轴线。机器人臂20的其它部件从模块化基座系统21延伸，并且包括邻近于模块化基座系统21的第一臂部分或内臂部分22，邻近于第一臂部分或内臂部分22的连接器26、邻近于连接器的第二臂部分或外臂部分23、以及邻近于外臂部分23的腕部24。机器人工具25或端部效应器(end effector，端部操纵器)可转动地耦接到腕部24。在示出的实施方式中，机器人工具25是用于漆料喷涂的漆料喷涂器。然而，例如，应该理解的是，机器人工具38可以是用于诸如材料处理、机械加工、喷涂、堆垛、或任何其它工业机器人作业的任何机器人工具25。
[0025]肩部转动轴线或第二转动轴线A2与第一转动轴线Al对齐并且横向于第一转动轴线延伸。内臂部分22是弯曲的两件式构造，其具有端部22b和臂22c，以提供左手与右手构造以及最优化的机器人臂20的触及范围。内臂部分22的臂22c可转动地安装在模块化基座系统21的第一端部22a处，以便围绕第二转动轴线A2沿着第二转动方向R2转动，以允许机器人臂20沿着竖直平面运动。外臂部分23具有第一端部23a，该第一端部通过连接器26可转动地安装于内臂部分22的端部22b，以便围绕肘轴线或第四转动轴线A4沿着第四转动方向R4转动，所述肘轴线或第四转动轴线大致平行于第二转动轴线A2。腕部24可转动地将机器人工具25耦接于外臂部分23的第二端部23b。腕部24围绕横向于第四转动轴线A4的第五转动轴线A5沿着第五转动方向R5转动。腕部24被构造为允许机器人工具25围绕相对于第五转动轴线A5以钝角延伸的倾斜轴线或第六转动轴线A6沿着第六转动方向R6转动。腕部24还可以构造为允许机器人工具25围绕第七转动轴线A7沿着第七转动方向R7转动。第七转动轴线A7相对于第六转动轴线A6以锐角延伸。
[0026]机器人臂20设置有横向于第四转动轴线A4延伸的冗余转动轴线或第三转动轴线A3。内臂部分22的第二端部22b可转动地耦接到内臂部分22的臂22c，以允许第二端部22b围绕第三转动轴线A3沿着第三转动方向R3转动，以便允许外臂部分23、腕部24、以及机器人工具25运动以围绕第三转动轴线A3沿着第三转动方向R3转动。第三转动轴线A3延伸通过第一转动轴线Al与第二转动轴线A2的交点，并且位于与第一转动轴线Al相同的平面中。内臂部分22能够围绕第二转动轴线A2转动到奇异位置，在该奇异位置处，第一转动轴线Al与第三转动轴线A3对齐。在此情形中，当解决逆向运动时，仅能够解决接合角I和接合角3的总和，而不是各个接合角I和接合角3。奇异位置是通过使七轴线冗余机器人10的两个或更多个轴线共线对齐而导致奇异点的位置。奇异点导致不期望的较高的机器人运动和速度。
[0027]此外，外臂部分23的纵轴线(由第五转动轴线A5表示)通过连接器26而与相对于内臂部分22的纵轴线(由第三转动轴线A3表示)偏置。连接器26的一个端部可转动地附接到内臂部分22的端部22b，以围绕第四转动轴线A4转动。连接器26的第二端部(该第二端部与连接器26的第一端部相对)固定于外臂部分23的第一端部23a。通过连接器26提供的偏置提高了机器人臂20的近距离触及能力。在示出的实施方式中，其中七轴线冗余机器人10被用于喷涂应用，位于软管织机(hose loom)27中的漆料管线或供给软管沿着机器人臂20的外部布线，以防止漆料管线或供给软管与机器人臂20的干涉。
[0028]如在图1中示意性地示出的，机器人臂20连接到定位在机器人包络线12外部的机器人控制器28。控制器28产生并且存储指令集，指令集产生所要求的指令以使得机器人臂20的部件根据一组所存储的指令而使机器人工具25沿期望路径移动。控制器28以教导模式或编程模式来控制机器人臂20的移动。控制器28还接收来自于机器人臂20的反馈信号。控制器28还可以接收来自于与七轴线冗余机器人10 —起操作的其它装置的其它反馈信号。例如，在喷涂应用中，正被喷涂的工件可以在传送器29上沿着期望的方向行进。控制器28可以接收来自于传送器29的反馈信号，以在必要时相对于传送器29上的工件的位置调节机器人工具25的位置。示教器(teach pendant，教导器)30连接于控制器28，以便输入机器人控制指令并且接收在显示器31上呈现给用户的信息。显示器31可以与示教器30集成，或者显示器可以是单独的监控器。
[0029]图2是冗余机器人10的机器人臂20的立体侧视图，其示出了规避了涉及冗余转动轴线的第三转动轴线A3与第一转动轴线Al的奇异点。七轴线冗余机器人10的机器人臂20通过增加机器人的可使用机器人包络线12而促进了机器人系统尺寸的减小。冗余轴线被用于避开障碍物、位于传送器上的工件、以及用于与机器人10协作的其它装置。例如，在喷涂应用中(其中正被喷涂的工件是车辆车身)，冗余轴线用于避开车辆车身以及被构造为打开车辆车身上的门的门开启器装置。
[0030]机器人臂20具有肘点EP，该肘点是图2中示出的第四转动轴线A4与第三转动轴线A3的交叉位置。根据本发明实施方式的方法防止了第一转动轴线Al与第三转动轴线A3沿着相同的直线对齐(即肘点EP位于第一转动轴线Al上)的奇异点，以避免第一转动轴线Al与第三转动轴线A3之间的接合角的较大变化。在直线跟踪应用(其中机器人臂20的工具中心点(TCP)被要求跟踪布置在移动传送器上的移动工件)中，这种奇异点很难提前预计。因此，需要实时的奇异点规避。
[0031]机器人臂20中的冗余的特征可以为用于七轴线冗余机器人10的肘点EP的自运动。给定笛卡尔空间中的TCP和机器人臂构造，机器人臂20的肘点EP可以沿着三维(3-D)曲线移动。因此，通过考虑七轴线机器人的不同类型，标度因子一阿尔法α—可以被用于充分地描述七轴线冗余机器人10的冗余。例如，七轴线冗余机器人10可以被看作一组六轴线机器人。七轴线机器人与传统六轴线机器人之间的区别在于七轴线机器人具有附加的轴线。例如，在图2中示出的实施方式中，附加轴线是第三转动轴线A3。如果第三转动轴线A3是固定的或被设定到0，那么七轴线机器人便与六轴线机器人相同。进而，六轴线机器人实际上可以围绕选定的向量转动，使得七轴线机器人被看作是一族无限多个六轴线机器人。
[0032]参照图3，在根据本发明的实施方式的方法中，阿尔法α是角度。具有多种方式来限定阿尔法α，以便基于七轴线冗余机器人10的机械结构对冗余进行特征化。在非限制性实例中，一种使用阿尔法的方式是确定由肘点ΕΡ、原点O、以及腕中心点(WCP)形成的平面，以对冗余进行特征化。然后，确认参考平面200，该参考平面是由0、WCP、以及机器人基座框架Z-向量Z形成的的平面。在机器人臂20的转动以后在参考平面200与由肘点EP、原点O、以及WCP形成的平面之间形成的角度可以是阿尔法α。然后，阿尔法α被与在笛卡尔空间中给定的机器人臂20的位置一起使用，以解决逆向运动。将此角度用作阿尔法α可通过直接控制肘点EP而促进教导与重现。应该理解的是，通过该七轴线冗余机器人20可以根据期望开发其它多种型式的逆向运动。
[0033]图3示出了根据本发明实施方式的角度阿尔法α的定义的图。从原点0(在该原点处第一转动轴线Al与第二转动轴线Α2相交)到机器人臂20的腕中心点WCP限定一向量，其中。然后诸如肘点EP的点被限定，该点是图1中示出的第三转动轴线A3与第四转动轴线Α4的交点的位置。平面、或者肘平面100包括肘点ΕΡ、原点O、以及腕中心点WCP。肘平面100还可以限定为包括肘点ΕΡ、原点O、以及点P (该点P是轴线Α4与Α5的交点)的平面。限定了固定笛卡尔参考平面200，其中阿尔法α等于O。如图3中所示，限定在固定笛卡尔参考平面200与肘平面100之间的角度是角度阿尔法α并且可以对机器人臂20的冗余特征化。应该理解的是，阿尔法α的该限定充分地描述了用于一种类型的冗余机器人的冗余。根据期望，可以使用其它点、其它向量、以及其它平面来限定阿尔法α。
[0034]参照图4，机器人臂20可以被用在涉及直线跟踪的应用中，在这种应用中，机器人臂20的TCP被要求跟踪布置在移动传送器上的移动工件。例如，可以要求漆料喷涂器机器人工具25跟踪车辆车身50。为了跟踪车辆车身50，漆料喷涂器机器人工具25可能必须沿着如图2中所示的直线路径40在由箭头指示的方向上移动。因为模块化基座系统21固定到机器人包络线12的壁、竖直柱、或柱状物，诸如固定到漆料室的壁，因此，机器人工具25通过围绕第二转动轴线A2的转动而沿着直线路径40被移动。当TCP沿着直线路径40移动时，肘点EP (第三转动轴线A3与第四转动轴线A4的交点)相应地将沿着路径41移动。这种运动致使第三转动轴线A3沿着路径41在箭头的方向上移动。如果路径41是完全平直的，便存在这样的点，在该点处，第一转动轴线Al与第三转动轴线A3可能沿着相同的直线对齐，从而导致奇异。为了在短时间内避免奇异以及沿着第一转动轴线Al与第三转动轴线A3的接合角的较大变化，根据本发明的方法试图通过半圆形部分42改变路径41，所述半圆形部分位于转动缸体43的外部并围绕第一转动轴线Al。转动缸体具有半径R。根据本发明的实施方式，为了避免奇异，机器人臂20围绕第一转动轴线Al转动以跟踪半圆形部分42，由此保持第一转动轴线Al与第三转动轴线A3之间的角度阿尔法α。例如，半圆形部分42可以通过识别潜在的奇异问题的用户在路径教导会话期间形成，或者半圆形部分可以在诸如喷涂应用的机器人应用期间在控制器28中通过算法运算实时形成。算法在控制器28上运行，以在机器人臂20的实时运动期间识别潜在的奇异位置，并且自动地改变肘点EP的路径41以避免奇异。
[0035]一旦阿尔法α由用户定义，那么对机器人工具25的自由运动的约束或限制就应该被定义，以实现对用于期望的机器人应用的机器人臂20的控制。如图4中所示，在机器人臂20的运动期间，机器人臂20应该被控制以满足例如相对于与传送器29 —起移动的车辆车身50描述的约束。对于图4中示出的实例来说，对于给定的TCP来说全部可能的肘点EP都形成3-D曲线44，该曲线是肘点EP的自运动的轨迹。肘点EP可以被识别为第三转动轴线A3与第四转动轴线Α4的交点的位置。然而，应该理解的是，此轨迹可以是根据相应的机器人应用所期望的任何形状、曲线或直线。机器人臂20被控制以将肘点EP保持在期望的约束平面45上。应该理解的是，可以便用不同该期望的约束平面45的多个约束来控制七轴线冗余机器人10。例如，该约束可以义定为固定的平面或附接于传送器上的移动工件的平面。另一约束可以是一区域或空间，诸如由打开的车门形成的空间。另一约束可以定义为一屏障或障碍物，诸如在机器人包络线12中的其它装置或工件。另一约束可以是七轴线冗余机器人10的能量消耗的最小化。另一约束可以是接合轴线限制。还有，另一约束可以是奇异规避或距离奇异点的特定距离。
[0036]在要求线跟踪的机器人应用中的冗余机器人臂20的肘点EP的进一步控制可以通过以下实现:
[0037]a.在线跟踪中将教导路径用作引导，其中工件在传送器上的实际位置取决于传送器运动，并且工件的位置不同于教导路径被教导的位置。
[0038]b.相对于位于传送器上的移动工件描述肘点EP上的约束。例如,可以描述一平面以约束肘点EP，以便在线跟踪过程中避开碰撞。
[0039]c.对于机器人臂20的给定TCP来说，控制肘点EP，以使得机器人臂20与工件之间将不发生碰撞。
[0040]d.考虑下列约束；[0041]1.机器人臂20与具有多种形状的工件之间的碰撞规避；
[0042]?.机器人臂20与机器人包络线12中的壁或结构之间的碰撞规避；以及
[0043]ii1.机器人臂20的运动的平滑和控制。
[0044]如图4中所示，机器人臂20安装在正在将车辆车身50移动通过机器人臂20的传送器29附近。在根据本发明实施方式的方法中，全部肘点EP和期望的约束平面45都可以显示在示教器30的显示器31上，例如，以便用户可看见机器人臂20的肘点EP的控制。然而，应该理解的是，肘点EP和期望的约束平面45可以显示在任何显示器上，诸如显示在单独的监控器上。由于冗余，所以机器人臂20对于给定TCP具有自运动。如图4中示出的示教器30的显示器上的可视化允许用户在阿尔法α改变时看到沿着曲线44的全部可能的肘点ΕΡ。此可视化还允许用户看到期望的约束平面45。因此，用户可以在显示器31上看到机器人臂20的肘点EP的期望的约束。特别地，在跟踪应用中，相对于与传送器29 —起移动的工件描绘了机器人的肘点EP的期望的约束。此可视化使得对所要求的运动的教导容易并且直观。用户可以容易地了解肘是否在应用中控制工作并且如何使其工作。在示教器30上的触摸屏显示器或其它工具或装置可以配合示教器30 —起使用，因此用户可以容易地将机器人臂20的肘点EP移动到期望位置。
[0045]图5是根据本发明实施方式的方法的流程图。在步骤60中，用户为机器人臂20选择一种应用。例如，该应用可以是如图4中所示的喷涂应用。然而，该应用可以根据期望是任何机器人应用。例如，在步骤61中，用户为机器人臂20定义至少一个或更多个约束，诸如阿尔法α。在步骤62中，用户利用在示教器30的显示器31上示出的信息教导一期望的机器人路径并且将期望的机器人路径存储在机器人控制器28中。然后，在步骤63中，控制器28操作机器人臂20以通过教导模式或可编程模式跟随所述期望的路径。如果沿着如步骤65中示出的路径遇到奇异，便在步骤64中产生奇异规避算法，以自动地规避机器人臂20的任何奇异位置。如果未遇到奇异，则在步骤66中，使用实时算法来满足所定义的约束。
[0046]参照图6，对于具有偏置腕部的冗余机器人来说，肘点EP的轨迹可能被限制并且在空间中可能不是闭合的曲线，取决于如图6中所示的腕中心点WCP。如图示出的，机器人的肘点EP的相应轨迹T不再是圆形曲线。给定一腕中心点WCP，肘点EP的轨迹是空间中的固定的三维曲线，但是很难以公式来确定曲线。此问题可根据本发明的上述方法解决。
[0047]根据专利法的规定，已经在被认为代表本发明的优选实施方式中对本发明进行了描述。然而，应该指出的是，在不偏离本发明的精神与范围的情况下，可以以不同于所具体地示出和描述的其它方式实施本发明。
【权利要求】
1.一种用于控制冗余机器人臂的方法，所述方法包括以下步骤: 选择应用，以便在工件上执行机器人处理； 基于所选择的应用产生指令集，所述指令集表示用于附接到所述冗余机器人臂的机器人工具通过在教导模式和编程模式中的一种模式中操作所述冗余机器人臂以在所述工件上执行所述机器人处理的路径；以及 在所述机器人处理期间控制所述冗余机器人臂，以将所述冗余机器人臂上的预定点保持为以下中的至少一个:在机器人包络线中的规定约束上、在所述规定约束附近以及规避所述规定约束。
2.根据权利要求1所述的方法，包括控制所述工具的工具中心点以跟踪在传送器上移动的所述工件，其中所述规定约束是以下中的一个:相对于所述传送器静止以及附接于所述工件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述教导模式期间通过在笛卡尔空间中的微动执行所述控制。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用包括所述预定点的至少一个平面来将所述预定点保持为以下中的至少一个:在所述机器人包络线中的所述规定约束上、在所述规定约束附近以及规避所述规定约束。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述工具的预定工具中心点，控制所述冗余机器人臂，以防止所述冗余机器人臂与所述机器人包络线中的任何障碍物之间的碰撞。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述规定约束是所述机器人包络线中的区域或空间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述规定约束是所述机器人包络线中的屏障或障碍物。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过固定所述冗余机器人臂的至少一个轴线来执行用于保持所述预定点的所述控制。
9.根据权利要求1所述的方法，包括显示所述冗余机器人臂、所述工件和所述规定约束的可视化表示。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述显示的步骤包括显示所述预定点的自运动轨迹的3D曲线。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冗余机器人臂具有七个转动轴线。
12.一种用于控制冗余机器人臂的方法，所述方法包括以下步骤: 选择应用，以便在工件上执行机器人处理； 基于所选择的应用产生指令集，所述指令集表示用于附接到所述冗余机器人臂的机器人工具通过在教导模式和编程模式中的一种模式中操作所述冗余机器人臂以执行所述机器人处理的路径； 修改所述冗余机器人臂的肘点的所述路径，以规避所述冗余机器人臂的奇异位置；以及 根据所述肘点的修改后的路径控制所述冗余机器人臂，由此在所述冗余机器人臂在所述工件上执行所述机器人处理的同时规避所述奇异位置。
13.根据权利要求12所述的方法，包括控制所述工具的工具中心点以跟踪在传送器上移动的所述工件，其中所述规定约束是以下中的一个:相对于所述传送器静止以及附接于所述工件。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，使用包括所述肘点的至少一个平面来将所述肘点保持为以下中的至少一个:在所述机器人包络线中的所述规定约束上、在所述规定约束附近以及规避所述规定约束。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，对于所述工具的预定工具中心点，控制所述冗余机器人臂，以防止所述冗余机器人臂与所述机器人包络线中的任何障碍物之间的碰撞。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述规定约束是所述机器人包络线中的区域、空间、屏障或障碍物。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，通过固定所述冗余机器人臂的至少一个轴线来执行用于保持所述肘点的所述控制。
18.根据权利要求12所述的方法，其包括显示所述冗余机器人臂、所述工件、所述规定约束以及所述肘点的自运动轨迹的3D曲线的可视化表示。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述冗余机器人臂具有七个转动轴线。
20.一种用于控制冗余机器人臂的方法，所述方法包括以下步骤: 选择应用，以通过所述冗余机器人臂在工件上执行机器人处理； 在所述冗余机器人臂的运动上定义至少一个约束； 基于所选择的应用产生指令集，所述指令集表示用于附接到所述冗余机器人臂的机器人工具通过在教导模式和编程模式中的一种模式中操作所述冗余机器人臂以在所述工件上执行所述机器人处理的路径； 在机器人处理期间控制所述冗余机器人臂的移动； 产生约束算法，以在所述冗余机器人臂的移动期间将所述冗余机器人臂上的预定点保持为以下中的 至少一个:在机器人包络线中的规定约束上、在所述规定约束附近以及规避所述规定约束；以及 产生奇异算法，以规避在所述冗余机器人臂的移动过程中遇到的奇异点。
【文档编号】B25J9/22GK103753533SQ201310410582
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2012年9月10日
【发明者】萧笛, 郑少佳, 兰迪·A·格拉察, 马修·R·西科夫斯基, 蔡启庚 申请人:发纳科机器人美国公司