对操纵器进行编程的方法、控制系统和工业机器人与流程

本公开总体上涉及机器人操纵器的编程。具体地，提供了对操纵器进行编程的方法、对操纵器进行编程的控制系统以及包括操纵器和控制系统的工业机器人。

背景技术：

1、工业机器人的操纵器通常可以借助于引导(lead-through)编程的方式进行编程。通过引导编程，人类可以物理引导操纵器到达特定目标点，并使用编程设备(诸如示教器单元tpu)记录操纵器在每个点中的关节角度。然后(例如通过插值)可以生成包括在这些点之间的多个移动段的移动路径，以提供机器人程序。与借助于操纵杆或类似物将操纵器轻推到不同点相比，借助于引导来定位操纵器对于用户来说通常更容易。

2、在传统的引导编程期间，以与这些点将被操纵器执行的顺序相同的顺序添加这些点。也就是说，每个新点都会被添加在移动路径的末尾处。因此，用户不必考虑将新点添加到机器人程序中的何处。因此，这种借助于引导的编程是相对直截了当的。

3、然而，并不确定用户总是想要将新点添加在移动路径的末尾处。移动路径的修改，诸如修改、添加或删除中间点，对于传统编程来说通常很麻烦。如果要在移动路径的中间添加点，则用户可能不得不找到在tpu中的机器人程序中的相关移动段，将光标移动到相关移动段并添加新的指令。此外，如果要修改编程点，则在修改它之前需要在tpu中的机器人程序中找到编程点。这些操作在块编程中是特别困难的，因为在其中没有用于选择块的可见指针。此外，在这两个示例中，用户必须在移动操纵器和tpu之间切换注意力，以确保正确地创建机器人程序。这是一个相当缓慢且繁琐的过程，尤其是当需要修改、添加和/或删除大量编程点时。

4、us2020009730 a1公开了一种工业机器人，其具有操纵器和被配置为控制操纵器的运动的机器人控制器。机器人控制器被配置为在机器人的引导编程期间将机器人位置或机器人取向与空间中定义的至少一个虚拟位置或虚拟取向进行比较，并且当机器人位置或机器人取向与该至少一个虚拟位置或虚拟朝向之间的差值小于偏移值时，主动地控制机器人相对于该至少一个虚拟位置或虚拟取向的运动。

技术实现思路

1、本公开的一个目的是提供一种对操纵器进行编程的改进方法。

2、本公开的另一目的是提供一种对操纵器进行编程的方法，该方法使得能够对移动路径进行不太复杂的修改。

3、本公开的另一目的是提供一种对操纵器进行编程的方法，该方法是用户友好的。

4、本公开的另一目的是提供一种对操纵器进行编程的方法，该方法使得能够使用不太复杂的用户界面。

5、本公开的又一目的是提供一种对操纵器进行编程的方法，该方法组合地解决了前述目的中的几个或全部。

6、本公开的又一目的是提供一种用于对操纵器进行编程的控制系统，该控制系统解决了前述目的中的一个、几个或全部。

7、本公开的又一个目的是提供一种包括操纵器和控制系统的工业机器人，该工业机器人解决了前述目的中的一个、几个或全部。

8、根据第一方面，提供了一种对操纵器进行编程的方法，该方法包括提供用于由操纵器执行的移动路径，该移动路径包括多个点，该多个点包括起点和终点以及在该多个点之间的至少一个移动段；将操纵器移动到路径修改位置；并且一旦接收到来自用户的修改输入，则基于路径修改位置修改从起点到终点的移动路径。

9、通过基于操纵器的路径修改位置来修改移动路径，该方法使用物理操纵器的实际位置作为用于修改已经存在的移动路径的输入。通过使用路径修改位置作为修改移动路径的基础，该方法提供了用户和操纵器之间的新级别的交互。

10、此外，由于物理操纵器的实际位置被用作修改移动路径的输入，因此该方法实现了非常简单的用户界面。在使用操纵器的引导移动的一些变型中，仅需要单个输入元件(诸如物理按钮或虚拟按钮)来完成移动路径的修改。

11、该方法还可以包括由操纵器执行经修改的移动路径。替代地或附加地，该方法还可以包括在操纵器被移动时连续地或重复地读取操纵器的位置。

12、移动路径的每个移动段可以互连两个相邻点。移动路径意指在空间中的移动的几何形状。相反，移动轨迹可以包含沿着这样的移动路径的特定速度分布和特定加速度分布。移动路径可以是二维的或三维的。路径修改位置可以在移动路径上或者在移动路径之外。

13、操纵器可以包括工具中心点tcp。在这种情况下，操纵器移动到路径修改位置可以包括将tcp移动到路径修改位置。路径修改位置可以包括tcp的位置和取向两者。每个点可以定义tcp的位置(例如笛卡尔位置)，并且可选地还可以定义tcp在该点中的取向。

14、来自用户的广泛的修改输入是可能的。一些示例包括物理按钮、虚拟按钮、语音命令和手势。

15、操纵器是工业机器人的机器人操纵器。工业机器人可以是协作机器人。协作机器人可以是真正的协作机器人，即被构造为不能伤害人类的协作机器人。真正的协作机器人的质量可能在100公斤或以下。替代地或附加地，真正的协作机器人可以包括以小于80w的功率驱动的一个或多个臂。真正的协作机器人不同于最初的非协作工业机器人，其被改装有传感器以使其变得可协作。abb的是真正的协作机器人的一个示例。

16、操纵器可以在三个或更多轴线上是可编程的，诸如在六个或七个轴线上。在本公开中，操纵器可以是机器人臂。

17、根据第一方面的方法可以使用根据第二方面的控制系统和/或根据第三方面的工业机器人。

18、移动路径的修改可以包括修改点之一、删除点之一或添加另外点。因此，操纵器已经被移动到的路径修改位置可以指示应该将点移动到哪里、应该删除哪个点或者应该在哪里添加另外点。

19、对点的修改或删除可以包括将操纵器移动到多个点选择区域之中的点选择区域，每个点选择区域与多个点之中的唯一点相关联；选择与操纵器已经被移动到的点选择区域相关联的点作为用于修改或删除的点；并且基于路径修改位置修改或删除所选点。

20、以这种方式，物理操纵器的实际位置可以被用作用于选择移动路径的点的选择工具。该解决方案与现有技术的解决方案形成对比，在现有技术的解决方案中，用户必须首先查看编程设备中的机器人程序。在该方法的该变型中，物理操纵器的实际位置被用来选择应当在机器人程序中的何处进行修改。

21、此外，点选择区域的使用使得能够借助于操纵器更容易地选择点。也就是说，操纵器不必准确地被定位在要被选择的点上。

22、每个点选择区域可以是围绕相关联的点的三维体积，诸如球体。该点可以位于三维体积内部的中心。在球体的情况下，每个点选择区域可以表示tcp和相关联的点之间的阈值距离。

23、根据该变型的方法可以包括将tcp移动到点选择区域。在这种情况下，该方法还可以包括连续地或重复地检查tcp是否在任何点选择区域内。

24、该方法还可以包括向用户提供指示操纵器位于点选择区域之一中的反馈。如果tcp位于点选择区域之一内，则可以提供反馈。

25、另外点的添加可以包括将操纵器移动到至少一个移动段选择区域之中的移动段选择区域，每个移动段选择区域与至少一个移动段之中的唯一移动段相关联；选择与操纵器已经被移动到的移动段选择区域相关联的移动段作为用于修改的移动段；并且基于路径修改位置添加与所选移动段相关联的另外点。

26、以这种方式，物理操纵器的实际位置可以被用作选择工具以用于选择移动路径的应添加点所邻近的移动段。至少一个移动段选择区域的使用使得能够借助于操纵器更容易地选择移动段。也就是说，操纵器不必准确地被定位在要被选择的移动段上以便添加与该移动段相关联的点。

27、每个移动段选择区域可以是围绕相关联的移动段的三维体积，诸如柱状体积。移动段可以位于三维体积内部的中心。在柱状体积的情况下，每个移动段选择区域可以表示tcp和相关联的移动段之间的阈值距离。

28、根据该变型的方法可以包括将tcp移动到移动段选择区域。在这种情况下，该方法还可以包括连续地或重复地检查tcp是否在至少一个移动段选择区域中的任何一个内。

29、点选择区域和至少一个移动段选择区域可以是互斥的。也就是说，由操纵器可到达的每个位置可以被分配给点选择区域或移动段选择区域，但是不能同时被分配给两者。并非操纵器的所有可到达位置都需要被分配给点选择区域或移动段选择区域。在一些变型中，点选择区域和至少一个移动段选择区域可以一起限定仅覆盖由操纵器可到达的位置的一部分的连续体积。

30、该方法还可以包括向用户提供指示操纵器处于至少一个移动段选择区域之一中的反馈。如果tcp位于至少一个移动段选择区域之一内部，则可以提供反馈。

31、可以基于来自用户的选择输入来进行与点选择区域相关联的点的选择或者与移动段选择区域相关联的移动段的选择。

32、点的选择可以包括：当操纵器位于点选择区域中时接收来自用户的选择输入。用于修改或删除点的选择输入和修改输入可以由公共输入元件或由不同输入元件提供。在使用公共输入元件的情况下，修改输入可以是对输入元件的第一类型的输入(诸如“按压并保持”操作或单击)以便修改点，并且选择输入可以是对输入元件的与第一类型不同的第二类型的输入(诸如释放或双击)以便删除该点。作为替代，第一输入元件可以被用来提供选择输入和用于修改点的修改输入，并且第二输入元件可以被用来提供选择输入和用于删除点的修改输入。第一输入元件和第二输入元件都可以是按钮和/或可以被提供在操纵器上。

33、在所选点被修改的情况下，在提供选择输入时的操纵器位置可以不同于在提供修改输入时的操纵器位置。在提供修改输入时的操纵器位置，即所修改的点的位置，可以在点选择区域内部或外部。

34、在所选点被删除的情况下，在提供选择输入时的操纵器位置可以与在提供修改输入时的操纵器位置相同。在任何情况下，在提供用于删除所选点的修改输入时的操纵器位置可以在点选择区域内部。

35、移动段的选择可以包括：当操纵器位于点选择区域中时接收来自用户的选择输入。用于选择移动段的选择输入可以与用于选择点的选择输入是相同的。当操纵器被定位在移动段选择区域中并且选择输入被接收时，该方法进入点添加模式。当操纵器被定位在点选择区域中并且选择输入被接收时，该方法进入点修改模式或点删除模式。

36、当添加另外点时，在提供选择输入时的操纵器位置可以不同于在提供修改输入时的操纵器位置。在提供修改输入时的操纵器位置，即所添加的点的位置，可以在移动段选择区域内部或外部。

37、如果点选择区域和至少一个移动段选择区域是互斥的，则可以由此得出结论，当操纵器在接收到选择输入时处于点选择区域中时，应该修改或删除点。相反，可以由此得出结论，当操纵器在接收到选择输入时不在点选择区域中时，应该添加点。

38、该反馈可以包括操纵器中的力反馈。力反馈可以例如是触觉反馈。例如，可以取决于操纵器和移动路径之间的各种位置关系来发出操纵器的不同振动模式，诸如当操纵器进入点选择区域之一、离开点选择区域之一、进入移动段选择区域之一和/或离开移动段选择区域之一时。

39、替代类型的反馈包括视觉反馈和听觉反馈。例如，当操纵器处于点选择区域中时可以发出第一颜色的光，并且当操纵器处于移动段选择区域中时可以发出与第一颜色不同的第二颜色的光。在这种情况下，可以在操纵器上提供一个或多个光发射器。

40、该方法还可以包括将操纵器移动到修改类型选择位置；并且基于修改类型选择位置，在多个路径修改类型之中选择至少一个路径修改类型以用于修改移动路径。也就是说，关于是修改、删除还是添加点的决定可以是至少部分地基于修改类型选择位置，例如当接收到来自用户的选择输入时。修改类型选择位置的示例是操纵器在点选择区域和至少一个移动段选择区域内的位置。将操纵器定位在点选择区域之一中可以触发点修改模式和/或点删除模式。将操纵器定位在至少一个移动段选择区域之一中可以触发点添加模式。根据该变型的方法可以包括将tcp移动到修改类型选择位置。

41、操纵器的移动可以包括通过引导来移动操纵器。根据该变型的方法极大地促进了对现有移动路径的修改。例如，用户可以仅与操纵器(而不是编程设备或其他操纵设备)交互以便修改移动路径。

42、作为借助于引导进行移动的替代方案，可以借助于编程设备来移动操纵器，诸如通过在其上的操纵杆的移动。

43、该方法还可以包括在操纵器的移动期间提供朝向移动路径的力反馈。力反馈的力可以随着tcp与移动路径之间的距离的增加而增加。以这种方式，当借助于引导使操纵器沿着移动路径移动时，为用户提供了通道(保持)辅助。根据该变型的方法可以包括在tcp的移动期间迫使tcp朝向移动路径。

44、根据第二方面，提供了用于对操纵器进行编程的控制系统，该控制系统包括至少一个数据处理设备和至少一个存储器，该至少一个存储器在其上存储有包括程序代码的至少一个计算机程序，该程序代码在由至少一个数据处理设备执行时使至少一个数据处理设备执行如下步骤：提供由操纵器执行的移动路径，该移动路径包括多个点，该多个点包括起点和终点以及在该多个点之间的至少一个移动段；基于操纵器的当前位置连续或重复地确定路径修改位置；并且一旦接收到来自用户的修改输入，则基于路径修改位置修改从起点到终点的移动路径。

45、该至少一个计算机程序还可以包括程序代码，该程序代码在由该至少一个数据处理设备执行时使该至少一个数据处理设备执行或者命令执行根据第一方面的方法的步骤。

46、根据第三方面，提供了一种工业机器人，其包括根据操纵器和第二方面的控制系统。工业机器人可以包括如结合第一方面描述的任何类型的操纵器。

47、工业机器人还可以包括位于操纵器上用于提供修改输入的输入元件。输入元件还可以被用于提供选择输入。输入元件可以例如是按钮。

48、选择输入和修改输入可以各种方式来提供。可以通过按下按钮来提供选择输入，并且可以通过释放按钮来提供修改输入。替代地，可以通过第一次按下按钮来提供选择输入，并且可以通过第二次按下按钮来提供修改输入。用于修改的选择输入可以是单击按钮，并且用于删除的选择输入可以是双击按钮。

49、工业机器人还可以包括编程设备。编程设备可以被配置为显示与移动路径相关联的信息。编程设备可以被配置为显示移动路径的图形表示或表示移动路径的其他数据(诸如文本)。

50、在编程设备被配置为显示移动路径的图形表示的情况下，编程设备还可以被配置为显示操纵器相对于移动路径的当前位置。编程设备还可以被配置为显示与移动路径相关联的点选择区域和/或至少一个移动段选择区域。

51、编程设备可以是示教器单元，tpu。根据本公开的编程设备的替代示例包括移动电话、膝上型计算机、固定计算机、虚拟现实(vr)设备和增强现实(ar)设备。