本发明涉及在具有两个或更多个带有共同工作区域的操纵器的机器人系统中的工作周期优化。
背景技术：
参照图1，在本公开的上下文中，“最大工作区域”10、20是指操纵器30、40可以达到的体积，该体积由相应的操纵器的机械结构约束。“共同工作区域”50是指多个操作器中的每一个操纵器都能够到达的最大工作区域的一部分，相应的体积取决于操纵器的相对位置并且由操纵器的机械结构约束。“专用工作区域”是指只有相应的操纵器才能够到达的最大工作区域的一部分，即专用工作区域是从最大工作区域减去共同工作区域的结果。“分配工作区域”60、70是指借助于软件被分配给相应的操纵器的公共工作区域的一部分。“实际工作区域”是指相应的操作器的专用工作区域和分配工作区域的组合。“联合工作区域”80是指借助于软件被分配给多个操纵器的分配工作区域的一部分，即联合工作区域是两个或更多个分配工作区域的交集。
机器人系统140的工作周期包括由机器人系统执行的任务序列。已知通过自动地限定任务的顺序、并将不同的任务分配给不同的工具和/或操纵器来优化机器人系统中的工作周期。当配置机器人系统来执行工作周期时，问题可以被认为是由两个问题部分组成：1)限定工作周期；以及2)编程机器人系统以使其按照限定的工作周期来移动。这些问题部分通常由不同的人来解决，并且解决第二问题部分的困难水平在很大程度上取决于第一问题部分的解决方案。即，用于解决第一问题部分的常规方法没有考虑在第二问题部分期间执行所得工作周期中的许多实际困难。这在具有带有共同工作区域的两个或更多操纵器的机器人系统中尤其如此，在共同工作区域处操纵器之间的避免碰撞成为重大的实际困难。从第一个问题部分得到的工作周期可能在理论上非常有效，但实际上，因为解决第二个问题部分的机器人程序员需要在机器人程序中输入许多延迟以便避免操纵器之间的碰撞，这可能变得非常低效。
图1可以被认为代表已知的解决方案(然而，图1与图2和/或图3相结合，也可以被认为代表本发明)，其中为了避免两个操纵器之间的碰撞，通过划分平面90将共同工作区域划分成右部分和左部分来完成工作区域划分。左部分被分配给第一操纵器30，并且右部分被分配给第二操纵器40。另外，属于右部分并且被固定装置100占据的小体积被分配给第一操纵器，并且属于左部分的相应的体积被分配给第二操纵器。因此，一方面，允许两个操纵器中的每个操纵器仅在被分配给它的公共工作区域的那部分内进行操作。另一方面，分配工作区域的部分相交以在固定装置处形成联合工作区域，使得两个操纵器中的两者都可以在固定装置处进行操作。
图1的机器人系统具有第一馈线110、第二馈线120和第三馈线130，其中的每一个馈线都被配置为馈送相应的单独的第一部件、第二部件和第三部件(未示出)。总体任务是在固定装置处将三个部件组装在一起。最大工作区域、馈线和固定装置的相对位置限定了机器人系统的布局150。在一些情况下，布局可以自由选择，而在其他场合布局可以是固定的，或者可以存在固定数目的布局选项。根据图1的给定布局，所有馈线位于公共工作区域内，并且在每个专用工作区域处具有附加馈线位置160以提供备选布局选项。工作区域划分是这样完成的，以使得第一馈线被分配给第一操纵器，并且第二馈线和第三馈线被分配给第二操纵器。
工作区域划分的优点是，只要操纵器在它们的实际工作区域内(不包括联合工作区域)进行操作，操纵器就不会彼此碰撞。解决上述第一问题的选项较少，并且即使这可能导致没有找到第一问题部分的(理论上)最高效的解决方案之一，第二问题部分的解决方案也可能变得比没有工作区域划分的情况简单得多。至少在大多数情况下，总体问题的解决方案因此得到改善。应该理解的是，第一问题部分的解决方案的数目取决于很多因素，例如操纵器是否相同(同样快)、操纵器是否携带相同的工具、每个工具是否能够携带每个组件、工具是否可以随时间携带多于一个组件等等。可能的解决方案的数目在许多情况下可以以数百或数千计数。假定本领域技术人员能够找到对第一问题部分更多或更少的最佳解决方案。操纵器仍然可能在联合工作区内发生碰撞，但由于这个区域相对较小，因此需要输入到机器人程序中的相应延迟变得很少且很短。
根据已知的、公共工作区域被划分成被分配给不同操纵器的各部分的现有技术解决方案，工作区域划分仅在给定布局上进行一次。该实践通常由人工操作员基于相同的经验来手动完成。由此，在对工作周期进行任何优化之前，布局和工作区域划分两者都是被明确限定的，并且只有布局和工作区域划分的单个组合才能进行优化。因此，工作区域划分不是优化问题的一部分，并且如果操作员未能为给定的布局选择最佳的工作区域划分，则所得的工作周期也可能不是最佳的。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种改进的工作周期优化，其中工作区域划分是优化问题的一部分。
这些目的通过根据所附权利要求1的方法和根据所附权利要求8的设备来实现。
本发明基于这样的认识，即通过针对布局和工作区域划分的不同组合上的工作周期来计算周期时间，使得工作区域划分成为优化问题的一部分，并且可以实现更优化的工作周期。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于优化机器人系统中的工作周期的方法，所述机器人系统包括具有共同工作区域的至少两个操纵器。所述方法包括以下步骤：限定布局；并且通过划分所述至少两个操纵器之间的所述公共工作区域来限定工作区域划分。所述方法还包括以下步骤：重复前述步骤中的至少一个步骤以由此获得布局和工作区划分的多个不同组合，以及，针对所述多个组合中的每一个组合来计算至少一个工作周期的周期时间。
根据本发明的一个实施例，针对所述多个组合中的每一个组合来计算多个工作周期的周期时间。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括以最短周期时间运行所述工作周期的步骤。
根据本发明的一个实施例，限定所述布局的步骤包括从有限数目的可能布局中选择布局。
根据本发明的一个实施例，限定所述布局的步骤由计算机执行。
根据本发明的一个实施例，限定所述工作区域划分的步骤由计算机执行。
根据本发明的一个实施例，布局和工作区域划分的不同组合的数目为至少五个，诸如至少十个、至少五十个、至少一百个、至少五百个、至少一千个、至少五千个、至少一万个、至少五万个、或至少十万个。
根据本发明的第二方面，提供了一种机器人系统，包括：具有共同工作区域的至少两个操纵器；以及包括至少一个布局的机器人控制器。所述机器人控制器被配置为：通过划分所述至少两个操纵器之间的所述公共工作区域来限定工作区域划分；限定布局和工作区域划分的多个不同组合，并且针对多个组合中的每一个组合来计算至少一个工作周期的周期时间。
附图说明
将参考附图更详细地解释本发明，其中：
图1示出了具有第一布局和第一工作区域划分的机器人系统，
图2示出了具有第一布局和第二工作区域划分的机器人系统，以及
图3示出了具有第二布局和第二工作区域划分的机器人系统。
具体实施方式
在本公开的上下文中，“周期时间”可以指机器人系统执行一次任务序列所需的时间。但是，由于工作周期的周期性性质，在前一工作周期就绪之前，后续工作周期可能已经开始。因此，术语“周期时间”还可以指当执行(大量)任务序列时机器人系统执行任务序列所需的平均时间。
参考图2，给定的布局与图1中的相同，并且总体任务也是相同的(在固定装置处将三个部件组装在一起)。然而，工作区域划分的不同之处在于，第一馈线和第二馈线被分配给第一操纵器，并且仅有第三馈线被分配给第二操纵器。假设通过图2的工作区域划分可以实现比通过图1的工作区域划分更短的周期时间，那么将优化问题限制为根据图1的布局和工作区域划分的单个组合将防止该更短的周期时间被发现。也就是说，通过增加用来计算周期时间的布局和工作区域划分的不同组合的数目，达到最佳解决方案的可能性也会增加。
对于图1和图2的给定布局，针对工作区域划分至少有两个更多的备选选项。即，所有三个馈线可以被分配给第一操纵器，或者所有三个馈线可以被分配给第二操纵器。例如在第一操纵器用于轻负载和快速移动、并且第二操纵器用于重负载和慢速移动的情况下，所有三个馈线被分配给第一操纵器的工作区域划分可以是有利的。如果第一操纵器的有效载荷满足所有给定的任务，那么通过仅使用第一操纵器可以实现最短的周期时间。
参考图3，给定的工作区域划分与图2中的相同，并且两个操纵器之间的馈线的分配也是相同的。在固定装置处将三个部件组装在一起的总体任务也被认为是相同的。然而，布局不同在于第二馈线位于第一操纵器的专用工作区域内。通过图3的给定布局，针对工作区域划分至少有两个更多的备选选项。即，所有三个馈线可以被分配给第一操纵器，或者第一馈线和第三馈线可以被分配给第二操纵器。
应该理解的是，图1至图3中没有一个既不代表现有技术也不代表本发明。实际上，图1至图3中的任何一个本身都可以被认为代表了工作区域划分是手动完成的并且在给定布局上仅进行一次的现有技术。然而，与例如图1至图3中的任何两个的组合相对应的布局和工作区域划分的组合在工作周期优化的背景下、在现有技术中是未知的。
在根据图1至图3的给定示例中，布局选项的数目是有限的，因为馈线位置、固定装置的位置以及最大工作区域是预定义的。但是，如果可以自由选择馈线位置或固定装置的位置和/或最大工作区域，则布局选项的数目将变得不确定。由于在两个操纵器之间分配馈送线的可能性的数目也可能变得非常高，所以在一次尝试中手动达到最佳或甚至令人满意的工作区域分配的实践可能变得非常苛刻，并且因此达到接近最佳工作周期的可能性变得很低。然而，当针对布局和工作区域的(大量)数目的不同组合来优化周期时间时，达到接近最佳工作周期的可能性变高。
根据本发明，布局和工作区域划分可以被手动限定，但是优选地它们被自动限定。通过在限定布局时应用适当的约束条件，可以对计算机进行编程，以自动限定布局并且为每个布局限定在操纵器之间分配馈线的所有可用的可能性。计算机因此可以被配置为例如针对布局和工作区域的成千上万个不同组合中的每一个组合来计算数百个周期时间，并且从而能够在数百万个备选方案中选择最佳解决方案。在人工限定布局和工作区域划分的情况下，这当然是不可行的，但另一方面，有经验的操作员只需利用布局和工作区域的几个不同组合就可以取得满意的结果。
本发明不限于以上所示的实施例，但是本领域技术人员可以在由权利要求限定的本发明的范围内以多种方式修改它们。因此，例如，布局不限于包括最大工作区域、馈线和固定装置，而是可以包括存在于机器人系统中的诸如相机、气枪、质量控制夹具等的任何设备。此外，可以使用用于将部件呈现给操纵器的任何适当的装置来代替馈线。