机器和用于运行机器的方法与流程

本发明涉及一种机器，其具有一控制装置和一包括至少两个彼此相对设置的构件的机械装置，这些构件借助于机器的驱动器并且通过控制装置控制地可关于轴彼此相对地移动；本发明还涉及一种用于驱动这种机器的方法。

背景技术：

这种机器的一种示例是工业机器人。工业机器人通常是工作机器，其装备有特定的工具，并对多个运动轴，特别是关于方向、位置和工作进程是可编程的，以自动地处理对象。工业机器人通常具有机器人臂，机器人臂包括多个依次设置的节肢和可编程的控制器(控制装置)，该控制器在工业机器人的自动运行期间针对机器人臂的运动进程而控制或者说调节工业机器人的驱动器。为此，在控制装置上运行有相应的运算程序，即所谓的应用程序。驱动器例如是电驱动器。

也可以设计为，通过人工操作，借助于编程手动设备手动地使机器人臂运动(手动运行)。编程手动设备与控制装置连接并且包括输入工具。通过操作输入工具，控制装置将如下地控制工业机器人的驱动，以使机器人臂运动：即，使得例如所谓的工具中心点(Tool Center Point)实施与对输入工具的操作相应的运动。输入工具例如包括切换摇杆和/或操纵杆。在此，机器人臂或者说其工具中心点可以在多达三个或六个方向或者说自由度上同时行进。

如果例如由于执行应用程序或者由于人工操作，使得工业机器人例如位于在空间上相对狭窄的应用范围内，则需要使机器人臂或者说其工具中心点安全地、即尽可能少碰撞风险地或没有碰撞风险地从该相对狭窄的环境中运动出来。

这样从狭窄的环境中无风险地自由离开在人工操作的情况下相对而言是比较耗费时间的。

替代地，可以尝试通过逆向地实施应用程序，使机器人臂自动地移出关键区域。因此，机器人臂的之前刚刚经过的运动轨迹应当受到在控制装置上运行的应用程序控制地被以相反的运动方向驶过。这同样是相对费力的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种改进的机器，其具有控制装置和包括有至少两个彼此相对设置的构件的机械装置，这些构件可以借助于机器的驱动器并且受到控制装置控制地关于轴彼此相对地运动；本发明还提出一种用于运行这种机器的方法。

本发明的目的通过一种机器来实现，该机器包括：机械装置，该机械装置具有至少两个彼此相对设置的构件，该构件可以借助于机器的至少一个驱动器关于轴彼此相对地运动；存储器；和与驱动器耦接的控制装置，该控制装置被设计为，在第一运行模式中操控至少一个用于机械装置运行的驱动器，使得机械装置、特别是对应于机械装置的特征点沿着运动轨迹运动；在第一运行模式中将运行轨迹记录在存储器中，并在第二运行模式中基于记录在存储器中的运动轨迹来操控所述至少一个驱动器，以使机械装置、特别是特征点沿着被记录在存储器中的运动轨迹运动。

本发明的目的还通过一种用于运行机器的方法来实现，该机器具有控制装置和包括有至少两个彼此相对设置的构件的机械装置，构件可以借助于机器的至少一个驱动器关于轴彼此相对地运动，该方法具有以下步骤：

-在机器的第一运行模式中，借助于控制装置操控至少一个驱动器，使得机械装置、特别是对应于机械装置的特征点沿着运动轨迹运动，并同时将运动轨迹记录在存储器中，以及

-在机器的第二运行模式中，借助于控制装置并基于被记录在存储器中的运动轨迹来操控至少一个驱动器，使得机械装置沿着被记录在存储器中的运动轨迹运动。

根据本发明的机器特别是一种电机器，也就是说，它的至少一个驱动器特别是电驱动器。机械装置特别是包括两个以上的构件，构件可以借助于所配属的驱动器、特别是电驱动器关于轴彼此相对地运动。机械装置可以例如被构造为封闭的运动机械装置，特别是Delta运动机械装置(Delta-Kinematik)或者六脚机械装置(Hexapod)。

优选将该机器设计为工业机器人，其具有机器人臂来作为机械装置，该机器人臂具有多个依次设置并通过关节相连接的节肢作为上述的至少两个构件。在这种情况下，特征点是对应于机器人臂的工具中心点。

根据本发明的机器包括至少两个构件，它们可以关于轴相对于彼此运动。该轴例如是转动轴或者线性轴。在工业机器人的情况下，其包括机器人臂，该机器人臂的节肢能够借助于驱动器运动。驱动器特别是为电驱动器，并且优选是可调节的电驱动器。至少该电驱动器的电机优选地固定在机器人臂中或之上。

根据本发明的机器、特别是根据本发明的工业机器人的控制装置被设置为，在第一运动模式中，使机械装置、特别是机器人臂沿着一运动轨迹运动。

特别是控制装置在第一运行模式中如下地操控机器人臂：使得对应于机器人臂的工具中心点沿着运动轨迹运动。然后在第二运行模式中，控制装置基于记录在存储器中的运动轨迹来操控驱动器，使得工具中心点沿着被记录在存储器中的运动轨迹运动。

第一运动模式例如可以是机器、特别是工业机器人的自动运行，在这种模式中，控制装置基于在控制装置上运行的运算程序(所谓的应用程序)自动地操控至少一个驱动器，由此使得机械装置或者说特征点、特别是机器人臂或者说其工具中心点沿着运动轨迹运动。

第一运行模式也可以是机器或工业机器人的手动运行。在这种情况下，根据本发明的机器具有一与控制装置耦接或者可耦接的输入装置，该输入装置具有输入工具。这样的输入装置例如可以是编程手动设备。适宜的输入工具例如是切换摇杆和/或操纵杆。在手动运行中，控制装置操控至少一个驱动器，用于使机械装置根据输入工具的手动操纵沿着运动轨迹运动。由此，可以借助于输入装置手动地使机械装置、特别是机器人臂行进。

优选配置动态存储器作为存储器。存储器可以被设计为LIFO存储器(后进先出)。特别优选配置有被设计为环形缓冲器的存储器。环形缓冲器也被称为环形存储器。该被设计为环形缓冲器的存储器优选是可配置的，以便能够例如配置或预先设定其长度。

根据本发明设计为，根据本发明的机器、特别是根据本发明的工业机器人、优选其控制装置，在第一运行模式期间特别是几乎连续地或者以离散的步频，将机械装置或者说其特征点、特别是机器人臂或者说其工具中心点走过的运动轨迹记录在存储器中。在此，例如由机械装置或机器人臂真正驶过的实际轨迹，包括可能存在的附加轴，均优选通过相对精细的扫描器被几乎连续地写入存储器中。所记录下的运动轨迹特别是包括与借助于机械装置运动的特征点或者说借助于机器人臂运动的工具中心点相关的信息，特别是包含与特征点或者说工具中心点在其运动期间的位姿、即位置和方向相关的信息。被记录下的运动轨迹还可以包括与机器人臂的轴的轴位置相关的信息，即，关于机器人臂的各个节肢在运动期间相对于彼此的相对位置的信息。

因此，在第一运行模式期间将机械装置、特别是是机器人臂的当前走过的运动轨迹存储在存储器中，直至达到一长度，该长度是根据存储器的大小，例如环形缓冲器的长度来预先设定或给定的。

如果根据本发明的机器在第二运行模式中运行，则控制装置基于存储在存储器中的运动轨迹来操控至少一个驱动器。由此，可以有利地使控制装置能够在第二运行模式中基于记录在存储器中的运动轨迹如下地操控至少一个驱动器：即，使得机械装置或者说其特征点、特别是机器人臂或者说其工具中心点，沿着所记录的运动轨迹反向于运动方向地运动，该运动轨迹是机械装置、特别是机器人臂在第一运行模式期间运动经过的运动轨迹。

因此，如果根据本发明的工业机器人例如由于完成了应用程序或者由于手动行驶而例如位于空间相对狭小的应用范围内，则工业机器人能够在第二运行模式中尽可能没有碰撞风险地近乎返回式地又从该狭窄的应用范围中运动出来。

优选地，在机械装置以第一运行模式运动期间，仅记录那些隶属于该运动轨迹的点，即，例如特征点的离散的位置并在需要时记录方向，这对于使控制装置能够基于被记录在存储器中的运动轨迹来操控驱动器是必需的，以便使机械装置能够沿着所记录的机械装置在第一运行模式中运动的运动轨迹反向于运动方向地运动。在机器人臂作为机械装置的情况下，所记录的运动轨迹可以包括关于轴的轴位置的信息，即，关于机器人臂的各个节肢在运动期间相对于彼此的相对位置的信息。由此，在第二运行模式中特别是形成一种“返回行驶”。也就是说，当在存储器中关于每两个点之间进行记录时，可能存在最大不同的时间差异。优选通过沿着在第一运行模式中所驶入的轨迹以等距离的空间间隔进行记录，来获得足够的对点或轴位置的记录。进一步优选地，在两个将要记录的点或轴位置之间的空间间隔可以取决于所驶入轨迹的当前弯曲半径。适宜的是，相比于在大弯曲半径或者在直轨迹段的情况下，该轨迹在小弯曲半径的情况下将以更小的空间间隔被扫描。

优选存储器在第二运行模式下不是简单地反向重放，而是有利地在第二运行模式期间基于存储在存储器中的运动轨迹再次针对机械装置的运动进行新的速度进程规划。由于存储器中的不同的时间间隔，这可能是需要的，或者也可能因此是必须的，因为制动和加速例如由于摩擦而不会互相颠倒。也就是说，可“向前”驶入的运动轨迹，即机械装置在第一运行模式下的运动，绝不会例如由于超过了最大容许的加速或延迟而可以向后，也就是在第二运行模式中驶入。

根据本发明方法的一种变型，基于记录在存储器中的运动轨迹针对第二运行模式实施轨迹规划，以便能够在机器的第二运行模式中基于该轨迹规划并借助控制装置如下地操控至少一个驱动器：使机械装置、特别是特征点沿着被记录在存储器中的运动轨迹并以与机械装置在第一运行模式期间运动的运动方向相反的方向运动。

因此，优选将控制装置设计为，基于被记录在存储器中的运动轨迹针对第二运行模式实施轨迹规划，以便在机器的第二运行模式中基于该轨迹规划来如下地操控至少一个驱动器：使机械装置、特别是特征点沿着被记录在存储器中的运动轨迹并以与机械装置在第一运行模式期间运动的运动方向相反的方向运动。

也可以设计为，在第二运行模式中，控制装置能够基于记录在存储器中的运动轨迹如下地操控驱动器：使机械装置或者说其特征点沿着被记录的运动轨迹往返地运动。

在根据本发明的机器或者说根据本发明方法的一种优选的实施方式中设计为：在第二运行模式中，控制装置能够根据特别是与控制装置耦接或可耦接的输入装置的输入工具的手动操纵，来操控至少一个驱动器，以使机械装置或者说特征点、特别是机器人臂或其工具中心点沿着被记录在存储器中的运动轨迹运动。输入装置例如是前述的编程手动设备。优选使用切换摇杆、两个按钮和/或两个在输入装置的触摸屏上显示的场域作为输入工具。由此，通过对输入工具的相应的手动操纵，可以在第二运行模式中使机械装置或者说特征点沿着被记录在环形缓冲器中的运动轨迹进行任意的往返地运动。

优选机械装置在第二运行模式中运动的速度不同于机械装置或者说特征点在第一运行模式中运动的速度。如果例如在自动运行期间的运动轨迹被记录在存储器中，则优选机械装置、特别是机器人臂或者说其工具中心点在第二运行模式中运动的速度将更小，优选明显地更小。优选机械装置、特别是机器人臂或者说其工具中心点在第二运行模式中运动的速度对应于机械装置、特别是机器人臂或者说其工具中心点在手动运行中运动的速度。

还可以设计为，在第一运行模式期间在存储器中对运动轨迹的记录特别是基于对输入工具的操纵来停止或者说结束，在此，在记录停止或结束之后，机械装置在第一运行模式中继续运动。在第二运行模式中可以设计为，机械装置或者说其特征点自动地运动至被记录在存储器中的运动轨迹的起点或终点，从而使得机械装置或者说其特征点能够沿着被记录在存储器中的运动轨迹运动。

附图说明

本发明的实施例被示例性地在示意性附图中示出。其中：

图1示出了工业机器人的立体视图，以及

图2示出了用于使工业机器人手动行进的编程手动设备。

具体实施方式

图1示出了作为机器的优选实施方式的工业机器人1。该工业机器人1具有作为机械装置的机器人臂2，在当前的实施方式的情况下，机器人臂包括多个依次设置并借助于关节相连接的节肢作为构件。节肢特别是地点固定或可移动的支架3和相对于支架3可围绕竖直延伸的轴A1转动安装的转盘4。在当前的实施例的情况下，机器人臂2的其他节肢包括摇臂5、悬臂6和优选为多轴的机器人手7，该机器人手具有例如被构造为法兰8的固定装置，用于固定未详细示出的末端执行器。摇臂5在下端部上，例如在未详细示出的摇臂轴承头上，被围绕优选为水平的轴A2可枢转地安装在转盘4上。在摇臂5的上端部上，同样围绕优选为水平的轴A3可枢转地安装有悬臂6。该悬臂在端部侧承载有优选具有三个轴A4、A5、A6的机器人手7。

为了使工业机器人1或者其机器人臂2运动，工业机器人以通常已知的方式包括与控制装置10(机器人控制器)连接的电驱动器。在图1中仅示出了电驱动器的几个电马达9，它们被固定在机器人臂2之中或之上。电驱动器的功率电子器件例如被设置在未详细示出的控制柜的壳体内部，在该壳体的内部例如还设有控制装置10。在该实施例的情况下，电马达9是三相交流电机，例如是三相交流同步电机。功率电子器件也可以设置在机器人臂2中和/或之上。

在控制装置10上运行有运算程序，也就是所谓的应用程序，控制装置10借助于该运算程序在自动运行中如下地操控以及在必要时调节驱动器：使工业机器人1的法兰8或者说工具中心点TCP执行设定的运动。驱动器是可以在必要时进行调节的电驱动器。

在该实施例中，可以手动运行的方式使机器人臂2运行，即，通过人工操作手动地借助于在图2中详细示出的编程手动设备21使机器人臂运动。编程手动设备21与控制装置10相连接，并且包括输入工具22。根据对输入工具22的操纵，控制装置10如下地操控工业机器人1的驱动器：使法兰8或者说机器人臂2的工具中心点TCP执行与对输入工具22的操纵相应的运动。输入工具22例如包括切换摇杆23和/或未详细示出的操纵杆。

编程手动设备21也可以具有显示装置24。如果显示装置24被构造为触摸屏，则通过使该触摸屏表示例如切换摇杆23，该触摸屏也可以被设计为编程手动设备21的输入工具。

在该实施例中，编程手动设备21也可以被用于对工业机器人1的编程，即，用于应用程序的构建。

在该实施例中，工业机器人1包括被构造为环形存储器或者说环形缓冲器11的存储器，该存储器特别是与控制装置10相连接或者是控制装置10的组件。需要指出的是，也可以配置其他设计的存储器来替代环形缓冲器11，例如LIFO堆栈或者说后进先出存储器或者其他的动态存储器。特别是将环形缓冲器11设计为，其在溢出的情况下将最早存储的元素覆盖。

在该实施例中将工业机器人1设计为，以第一运行模式和第二运行模式运行。在第一运行模式中，工业机器人1以自动运行或以手动运行行进，即，机器人臂1或者基于在控制装置1上运行的应用程序自动地运动，或者借助于编程手动设备21实施人工操作。所期望的运行模式例如可以通过操纵编程手动设备21的其他输入工具25来激活。

在该实施例中，将工业机器人1或其控制装置10设计为，在第一运行模式期间，将机器人臂2或其工具中心点TCP所走过的运动轨迹连续地或以离散的步频记录在被构造为环形缓冲器11的存储器中。在此，实际轨迹的采样率或检测率可以优选在1Hz到10kHz之间，特别是在10Hz到100Hz之间。在此，机器人臂2实际驶过的或者说被检测的或者说被采样的实际轨迹包括可能存在的附加轴均优选几乎连续地被写入环形缓冲器11中。所记录的运动轨迹特别是包括关于借助机器人臂2运动的工具中心点TCP的信息，特别是包括工具中心点在其运动期间的位姿、即位置和方向的信息。所记录下的运动轨迹还可以具有关于轴A1-A6的轴位置的信息，即，机器人臂2的各个节肢在运动期间相对于彼此的相对位置的信息。

因此，在第一运行模式期间，机器人臂2目前走过的运动轨迹被存储到环形缓冲器11中，直至达到根据环形缓冲器11的长度所预设或给定的长度。

此外，依据被设计为环形缓冲器11并且优选是可配置的存储器的大小，可以得出被存储的最大轨迹长度，机器人臂2当前在第一运行模式中已运动了该轨迹长度。

如果工业机器人处于第二运行模式中，然后在该模式下接通工业机器人，如果机器人臂2仍然保持静止，则设计为，在被储存在环形缓冲器21中的机器人臂2的运动轨迹的辅助下，控制装置10如下地操控机器人臂2：使机器人臂能够沿着所存储的运动轨迹并且特别是借助于编程手动设备21往返地运动。这优选通过对编程手动设备21的输入工具22的操纵来进行，优选通过对切换摇杆23中的一个进行操控而发生。然后，特别是在被存储在环形缓冲器1中的机器人臂2的运动轨迹的范围内，通过相应地操纵对应的切换摇杆23，可以使机器人臂2沿着所存储的运动轨迹往返地运动。相对于在第一运行模式中所进行运动的回退运动例如可以通过按压切换摇杆23的标记为“-”的部件来选择，而机器人臂2沿着在第一运行模式中所进行运动的方向的运动例如可以通过按压切换摇杆23的标记为“+”的部件来选择。

在第二运行模式期间，机器人臂2所经历的运动不被记录在环形缓冲器21中。换句话说，在环形缓冲器21中记录实际轨迹仅在第一运行模式中进行。

如果工业机器人1处于其第二运行模式中，则优选设计为，通过使切换摇杆例如发光或以其他方式显现，以使相应的切换摇杆23被自动地标出。

在第二运行模式期间，特别是在工具中心点TCP的位置或位姿或者机器人臂2的轴A1-A6(包括可能存在的附加轴)的位置的并被存储在环形缓冲器21中的运动轨迹的辅助下，根据对被存储在环形缓冲器21中的信息的任意可能的稀释(Ausdünnen)，借助于控制装置10计算出一轨迹，该轨迹例如代表了在第一运行模式中最后行驶的向前运动，但是在相反的方向上。

机器人臂2在第二运行模式期间的运动的速度优选与机器人臂2在第一运行模式期间的速度无关地发生，特别是当工业机器人1在第一运行模式期间处于自动运行中时。

机器人臂2在第二运行模式中运动的速度优选依赖于或者说相应于机器人臂2在手动运行中运动的速度。

在第二运行模式期间，在操纵相应的切换摇杆或者直至机器人臂2沿着被存储在环形缓冲器21中的最大的轨迹长度运动期间，特别是可以通过按压相应切换摇杆23的标记为“-”的部件，使机器人臂2与在第一运行模式中所进行的运动方向相反地运动。在完成该轨迹长度时，优选控制装置10利用相应的讯息停止机器人臂2的运动。

特别是当切换摇杆23被提前释放时，即，当在到达所记录的运动轨迹的终点之前不再操控切换摇杆23的标记为“-”的部件时，机器人臂2的运动同样停止。通过在第二运行模式期间重新操控切换摇杆23，控制装置10可以基于存储在环形缓冲器11中的运动轨迹继续操控机器人臂22，从而使机器人臂能够沿着所存储的运动轨迹运动。

在该实施例中还设计为，例如通过按压切换摇杆23的标记为“+”的部件，使机器人臂2基于存储在环形缓冲器11中的运动轨迹沿着在第一运行模式中所进行运动的方向运动。这发生在操纵切换摇杆23时，但是最远至到达所记录的运动轨迹上的某一点，在该点上，第一运行模式中的运动结束，或者说在该点上，记录在环形缓冲器11中的运动轨迹结束。

通过这种方式，可以经常在沿着所记录的运动轨迹的向前和向后行驶之间任意地变换。

为了避免运动执行中的递归特别是在第二运行模式中实施的运动，唯一的运动不被或者不完全被记录在环形缓冲器11中。

在该实施例中还设计为，当工业机器人1从第二运行模式切换至第一运行模式时，记录在环形缓冲器11中的运动轨迹的一部分首先保持被记录，该运动轨迹目前已经在第二运行模式中被驶入。与此相反，记录在环形缓冲器11中的运动轨迹的目前仍然可以通过按压切换摇杆23的标记为“+”的部件来支配的部分则被消除。

也可以设计为，在第一运行模式期间，特别是在手动运行期间，通过例如操纵编程手动设备21的输入工具26，可以使运动轨迹在环形缓冲器11中的记录失活或者说停止，并且机器人臂2在第一运行模式中将继续运动。在第二运行模式中可以设计为，机器人臂2或者说其工具中心点TCP将受到控制装置10控制地自动运动至记录在环形缓冲器11中的运动轨迹的起点或终点处，从而使机器人臂2能够沿着记录在环形缓冲器11中的运动轨迹运动。

由此获得驶入该轨迹线的可选择的点的可能。由此就可能通过相对简单的方式来实现在可自由定义的但却起始于某个时间点的固定轨迹线上的人工操作。