用于控制执行工作过程的操纵器的方法与流程

本发明一般性涉及一种用于控制至少一个执行工作过程的操纵器的方法以及一种用于执行这种方法的操纵器系统。

背景技术：

操纵器、特别是例如关节臂机器人例如在工业环境中的装配或制造中被用于各种工作过程。在此，相应地由操纵器控制器来控制至少一个操纵器，并由过程控制器来控制工作过程或者说处理流程。

一种已知的工作过程的流程例如是利用操纵器驶近在轨迹规划中设定的工作点。当到达工作点时，例如由过程控制器将用于该工作过程的程序带入流程中，并相应地由操纵器或者位于操纵器上的末端执行器或者说工具来执行。

在工作过程开始时，通常由过程技术人员将用于对应的待加工工作点的过程数据加载或者说输入到过程控制器中。这些过程数据特别是包括用于控制工作过程的、与相关运动的数据，这些数据被提供给操纵器控制器，由此使得操纵器能够被准确地定位以执行工作过程。此外，过程控制器或过程数据还包括用于各个所期望的工作过程的参数，例如应当执行焊接过程时所需要的焊接功率。

由内部流程已知如下的方法：在操纵器驶近对应的工作点之后，由过程控制器将用于工作点的过程数据传递给操纵器控制器。这意味着，操纵器驶近工作点并只有在操纵器到达该工作点时，操纵器控制器才能够从过程控制器调出过程数据。但是这样做的缺点在于：操纵器在某些工作周期(arbeitstakte)中是空闲的，因为操纵器只有在获得过程数据之后才能够例如行驶到其用于工作过程的最终位置中。

该方法的缺点还在于：特别是在用于工作点的过程数据组很大以及去往下一个工作点的行驶时间很短的情况下(这在工业领域的装配和制造中是常见的)，会导致太大的周期时间损失。此外，来自过程控制器的一些特别是与位置相关的信息也不能在针对下一个待驶近点的准备工作阶段被按时提供给操纵器的轨迹规划。

技术实现要素：

有鉴于上述的方法，本发明的目的在于提供一种方法和一种系统，其能够在执行工作过程期间节省周期时间，并由此从整体上优化工作过程。在这种情况下，还能够确保对操纵器和特别是位于操纵器上的工具实现更好的、更同步的定位。

本发明的这一目的和其他的目的通过独立权利要求的主题来实现。

本发明包括一种用于控制至少一个执行工作过程的操纵器的方法，工作过程由过程控制器来控制。在此，工作过程优选是一种轨迹过程，即，不是通过固定的操纵器来执行的工作过程。该轨迹过程包括一个或多个工作点，这些工作点在执行工作过程期间被驶近。

根据本发明的方法首先包括如下的步骤：提供一个或多个将要由操纵器驶近的工作点。这种工作点是轨迹规划中的操纵器在那里实际执行工作过程的点，例如在点焊工作过程中是各个焊接点。这种工作点也可以包括对工作过程本身的执行，即，在连续焊接过程的情况下也包括焊接。在连续焊接过程的情况下，工作点例如包括实际执行工作过程的轨迹，例如沿着一个路线的轨迹焊接。替换地，工作点也可以仅包括加工或者说实际执行工作过程的轨迹的起点。操纵器在这种情况下例如可以在结束时驶离其用于实施加工或工作过程的轨迹。与工作点不同的是如下的轨迹点：这些轨迹点只是确定了操纵器的运动，并且在这些轨迹点上不执行工作过程。例如，这样的轨迹点是空间中的旨在防止操纵器与障碍物碰撞的辅助点。

在另一步骤中，通过操纵器驶近工作点an。在此，该工作点不一定是轨迹规划的第一个工作点，但可以是在轨迹规划中所设定的或者由用于执行工作过程的过程控制器所设定的任何所需的工作点。在这里所说的驶近不仅包括操纵器朝向该工作点的去程运动，而且还包括工具或操纵器实际到达该工作点。

在另一步骤中，检查：是否存在下一个工作点an+1。这优选根据轨迹规划来完成。在另一步骤中，当存在下一个工作点an+1时，调出用于该下一个工作点an+1的一个或多个数据组，更确切地说是在执行工作点an处的工作过程期间调出用于该下一个工作点an+1的一个或多个数据组。通过这种方式能够有利地减少操纵器的停机时间。由于下一个工作点an+1所需要的数据组是提前存在的，更确切地说是在操纵器开始驶近下一个工作点之前就存在的，因此也可以将所获得的数据组在操纵器控制器中用于优化驶近下一个工作点的轨迹规划。

优选地，通过操纵器控制器调出用于下一个工作点an+1的一个或多个数据组。特别优选从控制工作过程的过程控制器中调出用于下一个工作点an+1的一个或多个数据组，并在大多数情况下优选由操纵器控制器从过程控制器中调出用于下一个工作点an+1的一个或多个数据组。

例如，如果存在下一个工作点an+1，则优选在工作过程的背景部分中，或者通过e/a信号，或者通过xml字串或其他已知的通信协议来记录操纵器控制器与过程控制器的通信。然后，用于下一个工作点an+1的数据组由操纵器控制器从过程控制器中调出。对于这种通信而言，优选需要将过程控制器设计用于控制工作过程并在工作过程期间同时进行数据通信。

优选包括以下步骤：在操纵器位于工作点an期间，检查是否存在下一个工作点an+1。如上所述的，就此也可以理解为：操纵器位于对应的工作过程中，或者说位于工作过程的对应的轨迹中。也就是说，该检查优选发生在操纵器到达工作点an之后。替代地，该用于检查的步骤也可以在去往工作点an的路途中就已经实施，或者说在去往该工作点的路途上开始并在到达该工作点an之后结束。通过提前检查下一个工作点an+1将内管优化工作过程的流程，因为在不存在下一个工作点an+1的情况下将不再调出数据组。

优选地，根据本发明的方法还具有以下步骤：通过操纵器控制器，将基于调出步骤被调出的数据组应用到用于驶近下一个工作点an+1的轨迹规划中。由此能够有利地实现对工作过程的流程的优化，因为操纵器控制器在一较早的时间点上，即在到达下一个工作点an+1之前就已经获得对于操纵器的轨迹规划或者说运动规划而言具有决定性的信息或数据组。只要所调出的数据组需要作出或允许对轨迹规划的改变或优化，则对下一个工作点an+1的驶近在这种情况下也能够被优化。

此外，优选通过操纵器控制器将工作点an的实际数据和/或操纵器在该工作点an上的实际数据发送到用于控制工作过程的过程控制器上，确切地说是在操纵器处于该工作点an期间发送到过程控制器上。然后，所发送的这些实际数据被应用到过程控制器上或由过程控制器来处理。作为操纵器控制器与过程控制器之间的通信，通过将工作点an的实际数据传输到过程控制器上，将进一步改善工作过程，因为过程控制器可以利用这些实际数据例如对它的过程规划进行调整。这种双向通信使得过程控制器的操作者能够基于操纵器控制器的数据或实际工作过程中的改变做出响应，而不需要深入了解操纵器控制器及其数据。

优选地，这种实际数据至少包括一个或多个操纵器和/或末端执行器的位置、处境、状态和/或姿态，这些特别是通过操纵器控制器来检测或者说测量。这种对于实际数据的列举不是排他性的，仅仅是一种示例性的枚举。此外，这种实际数据还可以包括其他对于加工和操纵器控制器而言已知的并被使用的数据/参数或信息。

在点焊过程中，例如焊接电极的电极帽长度可以被包括在由操纵器控制器发送到过程控制器的实际数据中。将电极帽长度考虑进来对于下一个工作点an+1处的工作过程和与之相关的操纵器的轨迹规划尤为重要。

此外，优选在驶近工作点an的步骤之前，优选针对每个工作点将用于工作过程的一个或多个数据组存储在过程控制器中。

此外，优选在host-pc(主计算机)中实现过程控制器，并通过host-pc来操控操纵器控制器。这使得操作者能够如上所述地不必对操纵器控制器有深入的了解，因为过程控制器与操纵器控制器之间的通信很大程度上是自动进行的。

工作过程优选是下述过程中的一种：咬合连接，贯穿接合，一般性接合，电阻点焊，贯穿铆接或一般性铆接。此外，工作过程还可以包括能够利用操纵器执行的任何过程，例如不同类型的焊接，涂覆过程(例如在粘接过程之前)，测定/测量过程等。

本发明还包括一种操纵器系统，该操纵器系统包括至少一个操纵器，过程控制器和操纵器控制器。该系统在此被设计用于执行根据本发明的上述方法。

附图说明

下面参照附图对本发明做详细说明。其中：

图1示意性示出了根据本发明的方法的流程图；以及

图2示意性示出了用于执行该方法的操纵器系统。

具体实施方式

如图1所示，在第一步骤s1中提供了多个要由操纵器接近的工作点。这些工作点优选被提供给设置在host-pc上的过程控制器。该过程控制器被设计为与操纵器的操纵器控制器进行通信，该操纵器控制器通常是操纵器制造商的专有系统，其与过程控制器是分开的。工作点例如是操纵器将执行某些工作过程(例如设置焊接点)的特定空间坐标。在步骤s2中，操纵器驶近工作点an。为此，操纵器控制器例如从过程控制器获得工作点的空间坐标并提前计算出某个轨迹规划，操纵器将自动使用该轨迹规划。在步骤s3中，操纵器控制器检查在工作点an之后是否存在下一个工作点an+1。如果不存在，则结束该工作过程。该检查例如可以在操纵器驶近工作点an期间进行，也就是在去往该工作点an的路途上进行。但是，该检查也可以在操纵器结束这种驶近，即抵达工作点an时才进行。

如果在检查中确定存在下一个工作点an+1，则在步骤s4中，操纵器控制器将从过程控制器中调出用于下一工作过程的数据组，确切地说是在操纵器离开工作点an之前。亦即，用于下一工作过程an+1的数据组的调出是在执行工作点an处的工作过程期间进行的。

在图2中示意性示出了一种操纵器系统，该操纵器系统包括操纵器10，操纵器控制器30和过程控制器40。操纵器10优选是多轴的关节臂机器人，其包括多个的节肢11、12，这些节肢通过转动关节13、14和15彼此连接。操纵器10被紧固在基座16上。操纵器10在其手部法兰上配设有执行器20，该执行器在图示示例中是用于点焊的焊钳。操纵器控制器30被安装在自有的壳体中，并例如依据自有的mirco-pc(微计算机)或类似装置运行。过程控制器40也依据自有的pc运行并发送指令到操纵器控制器30上，以便控制操纵器10的工作过程。正如已知的那样，操纵器控制器30转换来自过程控制器40的指令。例如，当过程控制器40预先给定操纵器10(或者说执行器20)将要驶近的特定的空间坐标时，操纵器控制器30计算得到轨迹规划，也就是操纵器所要执行的运动路径，以便到达预先给定的空间坐标。

在图2中示出了一系列十字记号，这些记号代表了操纵器10或执行器20将要驶近的不同的工作点。在这种情况下，曲线代表操纵器控制器30计算得出的轨迹规划，由此使得操纵器10能够最大程度上没有大得弯路地驶近所有预先给定的工作点。这些工作点本身由过程控制器预先给定或设置。执行器20在每个工作点上都必须按照一定的位姿取向，然后再以预定的焊接功率(电流斜坡坡度(stromrampensteigung)、焊接时间、可能的冷却阶段等)设置焊接点。这些过程数据也由过程控制器40提供给操纵器控制器30。在此，某些参数是可以根据工作过程改变的，例如可以改变电极帽长度，这将由操纵器控制器30通过以下方式定期地检测：即，将电极的两个帽放在一起并测量电流斜率。然后由此据此计算出长度变化。

在所示出的示例中，操纵器10或执行器20位于工作点an上，也就是说，操纵器已完全驶近该工作点an。第一个焊接点应该设置在所示出的此位置。在操纵器10执行相应的焊接过程期间，操纵器控制器30将检查是否配置有下一个工作点an+1。如果是，则操纵器控制器30在过程控制器40中询查下一个工作点an+1所需要的数据组(例如电流斜坡坡度、焊接时间、可能的冷却阶段等)。然后，操纵器控制器30在重新计算用于驶近下一个工作点an+1的轨迹规划时优选将这些数据组考虑进去。更优选地，在操纵器10在工作点an工作期间，操纵器控制器30将工作点an的实际数据发送到过程控制器40。这些实际数据例如可以涉及到实际焊接力、板厚公差(例如通过焊钳在每个点上确定板材厚度并据此计算公差)和其他重要参数。这些实际数据可以由过程控制器40使用，以便例如调整或优化后续的工作过程。

附图标记列表

s1至s4方法步骤

1操纵器系统

10操纵器

11，12节肢

13，14，15关节

16基座

20执行器

30操纵器控制器

40过程控制器。