控制包括操纵器、控制系统的工业装置的方法及用于控制工业装置的控制系统与流程

本公开总体上涉及机器人操纵器的控制。特别地，提供了控制包括操纵器的工业装置的方法、用于控制包括操纵器的工业装置的控制系统，以及包括操纵器和控制系统的工业装置。

背景技术：

1、用于机器人操纵器的机器人程序通常包括多个经编程的目标点，用于确定与操纵器的末端执行器相关联的工具中心点(tcp)的移动路径。机器人程序可以确定连续目标点之间的完全限定的移动路径，例如通过假设目标点之间的连续移动段的线性或样条插值。

2、先前已知的是限定与移动路径的一个或多个目标点相关联的飞越区域。然后，目标点可以被称为飞越点。通过限定在飞越点周围的飞越区域，当执行移动路径时，考虑到正离开的移动段相对于正进入的移动段是倾斜的，由于运动方向在到达目标点之前被改变，所以tcp从未到达飞越点。

3、还已知的是限定与目标点相关联的重新取向区域和次级区域。末端执行器的取向可以被编程为在tcp通过重新取向区域的时间期间从第一取向改变到第二取向。类似地，次级致动器可以被编程为在tcp通过次级区域的时间期间从第一状态(例如第一位置或开启状态)改变到第二状态(例如第二位置或关闭状态)。第一状态和第二状态可以是次级致动器的不同姿态(位置和取向)。

4、在许多应用中，需要平滑的移动路径以获得操纵器的平滑移动。以此方式，通常可以减少周期时间。通过选择相对大的飞越区域可以获得平滑的移动路径。

5、wo 2020007458a1公开了一种用于控制工业致动器的方法，该方法包括将移动路径限定为多个连续移动段的序列，其中每个移动段被限定在两点之间；限定与两个连续移动段之间的点中的一个点相关联的至少一个融合区域，其中融合区域相对于两个连续移动段中的每个连续移动段被独立地限定；以及通过工业致动器执行包括融合区域的移动路径。

技术实现思路

1、如今，与用于机器人操纵器的目标点相关联的区域通常由人类用户手动限定。然而，即使对于有经验的用户，也可能很难知道应该如何选择这些区域来为操纵器或包括操纵器的工业装置的特定实现提供最佳性能。这些区域的最佳限定很大程度上取决于特定的实现。此外，许多参数通常可用于限定这些区域，并且这些区域可以具有至少三种不同类型(飞越区域，重新取向区域和次级区域)。尽管可以用默认尺寸来设置这些区域，但是对于用户限定这些区域没有其它的辅助。

2、与针对给定应用最佳的区域相比，用户经常用错误的、通常较小的区域来进行编程。然而，使这些区域尽可能大并不总是最佳的。例如，在输送机跟踪中，与在拾取点和放置点之间移动物体的水平距离相比，操纵器的拾取路径和放置路径的竖直距离通常是非常短的。在这种应用中，尽可能多地延伸飞越区域可能是不合适的。大的飞越区域还可能增加操纵器进入奇点的风险，从而致使操纵器停止。

3、本公开的一个目的是提供控制包括操纵器的工业装置的改进的方法。

4、本公开的另一个目的是提供控制包括操纵器的工业装置的方法，该方法使得能够改进操纵器和/或工业装置的性能。

5、本公开的又一目的是提供控制工业装置的方法，该方法使得能够改进与目标点相关联的区域的限定。

6、本公开的又另一目的是提供控制工业装置的方法，该方法易于由用户使用。

7、本公开的又另一个目的是提供控制工业装置的方法，该方法组合地解决了前述目的中的几个或全部。

8、本公开的又另一目的是提供用于控制包括操纵器的工业装置的控制系统，该控制系统解决了前述目的中的一个、几个或全部。

9、本公开的又另一目的是提供包括操纵器和控制系统的工业装置，该工业装置解决了前述目的中的一个、几个或全部。

10、根据第一方面，提供了控制包括操纵器的工业装置的方法，该方法包括：为该操纵器提供多个连续目标点；提供多个备选区域组，其中每个区域组包括与目标点相关联的至少一个区域；对于每个区域组，评估工业装置的性能参数的性能值，性能参数与由操纵器执行移动路径相关联，该移动路径与目标点和至少一个区域相关联；基于评估，选择区域组中的一个区域组；以及基于所选择的区域组，控制工业装置，该控制包括由操纵器执行与所选择的区域组相关联的移动路径。

11、通过评估针对若干不同区域组的性能值并且基于该评估选择区域组中的一个区域组，可以获得工业装置的更好性能。因此可以选择具有最佳性能值的区域组。性能参数可以是与工业装置和可以被测量或分类的目标点相关联的一些标准。性能参数的示例包括由操纵器执行移动路径的总时间或部分时间、当由操纵器执行移动路径时工业装置上的总磨损或最大磨损、当由操纵器执行移动路径时作用在工业装置上的最大力或最大转矩以及指示操纵器的奇点的出现的奇点参数。

12、目标点可以是工业装置的机器人程序中的编程位置。目标点可以由用户输入和/或可以由机器人程序确定。

13、该方法可以采用算法，将目标点输入到算法中。基于目标点，该算法可以提供备选区域组、评估性能参数并且选择一个区域组中的一个区域组。该算法可以输出所选择的区域组和与其相关联的移动路径以由操纵器执行。

14、可以利用先行功能实时地在线执行该方法。例如，可以在操纵器执行与一组上游目标点相关联的移动路径的同时针对一组下游目标点执行该方法。因此，不必停止操纵器来执行该方法。此外，在这种情况下，与下游目标点相关联的区域可能受到与上游目标点相关联的区域影响。备选地，可以离线执行目标点的提供、备选区域组的提供、性能值的评估和区域组中的一个区域组的选择。

15、当操纵器移动通过该区域时，每个区域可以限定工业装置的行为。每个区域组可以具有与目标点中的一个目标点相关联的至少一个唯一区域。因此，每个区域组是唯一的。

16、可以借助于在控制工业装置的控制系统中实现的机器人程序来自动执行该方法。基于一组目标点，用户可以可选地让机器人程序完全确定区域。

17、该方法还可以包括提供针对工业装置的一个或多个约束。在这种情况下，可以基于这些一个或多个约束来提供多个备选区域组和/或评估针对每个区域组的性能值。一个或多个约束可以由用户输入和/或可以由机器人程序确定。

18、约束的示例可以包括操纵器(例如其末端执行器)的最大速度和加速度以及空间约束，例如物体(操纵器的工作空间中不应该与其碰撞)。末端执行器的最大速度和加速度可以被限定为在多个区域中的一个或多个区域内部、在区域之间和/或用于整个移动路径。

19、约束的另外示例可以包括控制系统的时间步长、驱动操纵器或工业装置的关节的一个或多个马达的时间步长、或与工业装置相关联的一些其它离散化时间，即对工业装置的控制的离散化程度。因此，多个备选区域组的提供和/或针对每个区域组的性能值的评估可以至少部分地基于一个或多个离散化值来进行。以此方式，可以确保备选区域组之间的差异实际上没有被离散化所消除，并且备选区域组实际上提供不同的性能。

20、该评估可以包括检查操纵器在移动路径的执行期间是否将进入或接近奇点。然后，性能值可以反映该检查的结果，例如借助于存在奇点的大量时间和/或借助于二进制数。

21、操纵器可以是在三个或更多个轴线上(例如在六个或七个轴线上)可编程的机器人操纵器。操纵器可以是串行操纵器或并行操纵器。

22、区域可以被限定在由操纵器使用的坐标系统中的空间内。每个区域可以包括几何形状。区域可以是二维和/或三维的。针对区域的形状的示例包括球形、椭圆体形、方形、圆形、椭圆形和矩形。这些区域可以是对称的和/或不对称的。

23、每个区域组可以包括一个或多个飞越区域。在这种情况下，性能参数可以与由操纵器执行基于目标点和区域组的至少一个飞越区域所创建的移动路径相关联。

24、贯穿本公开，飞越(fly-by)区域可以可替代地被称为位置融合区域或笛卡尔位置融合区域。在与目标点相关联的飞越区域中，到目标点的进入移动段可以与从目标点起的离开移动段融合。从而，可以在飞越区域内部同时执行两个移动段。因此，飞越区域用于指定两个连续移动段中的第一个移动段将如何被终止以及两个连续移动段中的第二个移动段将如何被启动，即，在朝向下一个点移动之前tcp必须离目标点多近。

25、在区域组通过一个或多个飞越区域的限定而彼此不同的情况下，每个区域组将与用于操纵器的唯一几何移动路径相关联。根据该变型的方法使得能够进行针对操纵器的自动移动路径特征选择。

26、该方法还可以包括：对于每个区域组，基于目标点和区域组的至少一个飞越区域创建移动路径。在这种情况下，可以基于所创建的移动路径进行评估。作为可能的备选，可以计算性能值而不必为每个区域组创建移动路径。

27、对于每个移动路径，评估可以包括模拟对工业装置的控制。该模拟可以可替代地被称为虚拟运行。与手动测试和分析每个备选区域组相比，该模拟使得能够更快地发现改进的(在某些方面)区域组。该模拟可以借助于实现在控制系统中的模拟软件来执行。

28、该方法还可以包括：基于评估，提供至少一个附加区域组。在这种情况下，还可以基于至少一个附加区域组进行选择。因此，可以迭代地执行提供区域组和评估区域组的性能值的步骤。该至少一个附加区域组可以通过优化算法(例如在控制系统中实现的)来确定。

29、该方法还可以包括：在评估性能值之前，从用户接收指示多个不同性能参数中的性能参数的选择。因此，用户可以选择应该通过选择区域组中的一个区域组来改进哪个性能参数。用户可以例如提供指示工业装置的控制应该尽可能快地执行或以尽可能低的磨损执行的输入。

30、该方法还可以包括：基于对该工业装置的控制，确定性能参数的实际性能值；以及基于实际性能值，修改所选择的区域组。可以通过优化算法基于实际性能值对所选择的区域组进行修改。例如，可以在每次执行移动路径时修改和改进区域组。以此方式，可以在工业装置的几个控制循环上重复地改进区域组。

31、至少一个区域可以包括一个或多个重新取向区域。在这种情况下，该方法还可以包括：当由操纵器执行该移动路径时，基于重新取向区域来控制该操纵器的末端执行器的重新取向。根据该变型的方法使得能够进行针对操纵器的自动重新取向特征选择。末端执行器的重新取向移动可以被编程为在tcp通过重新取向区域时发生。

32、对于包括一个或多个飞越区域的区域组，可以存储一个或多个重新取向区域的最佳集合。然后，在再次发生相同的移动路径的情况下，可以自动地使用最佳的重新取向区域。

33、在区域组通过一个或多个重新取向区域的限定而彼此不同的情况下，每个区域组将为末端执行器限定唯一的重新取向特征，即使对于相同的移动路径。如果飞越区域在区域组之间是相同的，或者如果不使用飞越区域，则移动路径可以是相同的。

34、在一些情况下，可以控制末端执行器来沿着包括多个目标点的单个直线移动。在这种情况下，当沿着直线移动时，与目标点相关联的不同的重新取向区域将引起末端执行器的不同的重新取向行为。

35、至少一个区域可以包括一个或多个次级区域。在这种情况下，该方法还可以包括：当由操纵器执行移动路径时，基于次级区域来控制工业装置的次级致动器的致动。次级致动器可以独立于操纵器，例如使得次级致动器可以在操纵器保持静止时被移动。根据该变型的方法实现了工业装置的次级致动器的自动控制特征。次级致动器的致动可以被编程为在tcp通过次级区域时发生。

36、次级致动器可以在至少一个轴线上被编程。这种次级致动器的一个示例是可围绕一个轴线旋转的支撑件。备选地或附加地，可以根据tcp相对于一个或多个次级区域的位置在不同状态之间控制次级致动器。次级致动器例如可以是涂漆装置，在该涂漆装置处，当tcp移动通过次级区域时发生漆的喷涂。

37、对于包括一个或多个飞越区域的区域组，可以存储一个或多个次级区域的最佳集合。然后，在再次发生相同的移动路径的情况下，可以自动地使用最佳的次级区域。

38、根据第二方面，提供了用于控制包括操纵器的工业装置的控制系统，该控制系统包括至少一个数据处理装置和至少一个存储器，该存储器具有存储在其上的至少一个计算机程序，该至少一个计算机程序包括程序代码，当由该至少一个数据处理装置执行该程序代码时，该程序代码致使该至少一个数据处理装置执行以下步骤：为该操纵器提供多个连续目标点；提供多个备选区域组，其中每个区域组包括与目标点相关联的至少一个区域；对于每个区域组，评估工业装置的性能参数的性能值，性能参数与由操纵器执行移动路径相关联，该移动路径与目标点和至少一个区域相关联；基于评估选择区域组中的一个区域组；以及基于所选择的区域组来控制工业装置，该控制包括由操纵器命令执行与所选择的区域组相关联的移动路径。

39、至少一个计算机程序还可以包括程序代码，当由至少一个数据处理装置执行该程序代码时，程序代码致使至少一个数据处理装置执行或命令执行根据本公开的任何步骤。

40、每个区域组可以包括一个或多个飞越区域。性能参数可以与由操纵器执行基于目标点和区域组的至少一个飞越区域所创建的移动路径相关联。在这种情况下，至少一个计算机程序还可以包括程序代码，当由至少一个数据处理装置执行该程序代码时，该程序代码致使至少一个数据处理装置针对每个区域组基于目标点和区域组的至少一个飞越区域来创建移动路径。

41、可以基于所创建的移动路径进行评估。备选地或附加地，对于每个移动路径，该评估可以包括模拟对该工业装置的控制。

42、至少一个计算机程序还可以包括程序代码，当由至少一个数据处理装置执行该程序代码时，程序代码致使至少一个数据处理装置基于评估提供至少一个附加区域组。在这种情况下，也可以基于至少一个附加区域组进行选择。

43、至少一个计算机程序还可以包括程序代码，当由至少一个数据处理装置执行该程序代码时，程序代码致使至少一个数据处理装置在评估性能值之前从用户接收指示多个不同性能参数中的性能参数的选择。

44、至少一个计算机程序还可以包括程序代码，当由至少一个数据处理装置执行该程序代码时，程序代码致使至少一个数据处理装置基于对工业装置的控制来确定性能参数的实际性能值；以及基于实际性能值修改所选择的区域组。

45、至少一个区域可以包括一个或多个重新取向区域。在这种情况下，至少一个计算机程序还可以包括程序代码，当由至少一个数据处理装置执行该程序代码时，程序代码致使至少一个数据处理装置在由操纵器执行移动路径时基于重新取向区域来控制操纵器的末端执行器的重新取向。

46、至少一个区域可以包括一个或多个次级区域。在这种情况下，至少一个计算机程序还可以包括程序代码，当由至少一个数据处理装置执行该程序代码时，程序代码致使至少一个数据处理装置在由操纵器执行移动路径时基于次级区域来控制工业装置的次级致动器的致动。

47、根据第三方面，提供了一种工业装置，该工业装置包括操纵器和根据第二方面的控制系统。工业装置还可以包括次级致动器。在该工业装置不包括次级致动器的情况下，该工业装置可以是包括操纵器和控制系统的工业机器人。