机器人任务的可视调试的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及机器人任务的可视调试(debug)。
【背景技术】
[0002]机器人是电机械装置，其能使用一系列联动件、促动器和末端执行器操作物体。机器人的联动件(link)通常经由关节互连，每一个关节可以或互相依赖地被一个或多个关节促动器驱动。每一个关节代表独立的控制变量或自由度。末端执行器是用于执行命令工作任务序列的具体装置，例如抓持工作工具或将一个部件堆叠在另一个上。
[0003]对给定工作任务序列通常需要昂贵的机器人再训练。即使被抓持物体的表面在随后的工作任务序列中未改变也是如此。类似地，由于误差和/或松弛的运行条件而在机器人工作环境中造成的物体定位或取向的改变会要求昂贵的机器人再训练，无论是经由编程或通过关节和任务示范的反驱动(back-driving)进行的机器人手动再训练。然而，现有的控制软件不易于被重组以满足变化的灵活性需求。
【发明内容】
[0004]公开本文一种机器人系统。机器人系统包括机器人和具有图形用户界面(GUI)的控制器。控制器配置为(即充分地配备有硬件且以软件编程)允许机器人系统的操作者/用户可视地调试机器人的当前和未来动作，具体说是经由对一组所显示的视觉标记的操作。本方法的目的是在模拟环境中辅助用户与机器人的计划动作进行交互。
[0005]在现代的制造过程中，存在实现柔性组装生产线的需求，其能以最小量的停机时间生产新的或更多的不同产品。本发明的机器人系统经由直观的图形动作计划功能部分地解决该需求。在公开的所有实施例中，用在机器人系统中的视觉标记使用户可视地检查机器人的计划未来任务或动作的准确性，以避免相冲突的动作，即通过在这些动作之前观察用于这些动作的所计划的末端执行器的轨迹来实现，且通过经由GUI实时地改变视觉标记而调整计划的动作。
[0006]所述的控制器将动作计划模块与模拟模块组合以提供各种有利的优点。例如，所有可能的动作轨迹以及未来机器人和物体位置与取向可以经由视觉标记在经由GUI的显示屏可见的模拟环境中显示。通过将动作计划和模拟模块整合，控制器允许所有当前计划动作可视化且还有助于经由⑶I实现必要的控制调整。这又使得用户能实时地改变机器人的行为。即用户可快速辨别机器人的所有可能的未来动作且快速确定动作计划模块是否已经选择了期望的解决方案。这种方法可以辅助执行多步骤工作任务序列，例如物体叠放，以及在不断改变的工作环境中执行更复杂的工作任务。
[0007]在不例性实施例中，机器人系统可以包括对输入命令做出响应的机器人、测量一组状态信息的传感器、和控制器。状态信息可以包括位于机器人的工作空间中的物体和机器人的位置和取向。控制器包括处理器和在其上记录了用于可视地调试机器人运行的指令的存储器。控制器包括模拟器模块、动作计划模块、标记产生模块和⑶I。
[0008]模拟器模块接收来自传感器的状态信息且输出视觉标记，作为工作空间中机器人和物体的图形显示。动作计划模块选择机器人的未来动作。标记产生模块输出标记命令到模拟器模块。包括显示屏的⑶I接收和显示视觉标记和选择的未来动作，且还接收输入命令。经由GUI和动作计划模块，视觉标记的位置和/或取向可通过用户实时地改变，以改变机器人的运行。
[0009]还公开一种方法，用于可视地调试机器人。方法包括经由模拟器模块从传感器接收所述一组状态信息，将多个标记命令经由标记产生模块传递到模拟器模块，且响应于标记命令经由模拟器模块产生视觉标记，作为工作空间中机器人和物体的图形显示。方法还包括在GUI的显示屏上显示视觉标记和选择的未来动作，经由动作计划模块选择机器人的未来动作，且经由动作计划模块响应于输入信号实时地修改视觉标记的位置和取向中的至少一个，以由此改变机器人的运行。
[0010]在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
【附图说明】
[0011]图1是如在本文所述的提供可视调试功能控制器和机器人系统的示意图。
[0012]图1A是在图1所示的机器人系统的控制器的结构中可用的示例性逻辑元件的示意图。
[0013]图2是用于图1的控制器的示例性第一可视调试状态的示意性透视图，显示了接近和离开轨迹标记。
[0014]图3是示例性第二可视调试状态的示意性透视图，显示了在抓持物体之后的目的
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[0015]图4是示例性第三可视调试状态的示意性透视图，显示了碰撞标记。
[0016]图5是流程图，其描述了经由图1所示的机器人系统可视地调试机器人的方法的示例性实施例。
【具体实施方式】
[0017]参考附图，其中几幅图中相同的附图标记指示相同或相似的部件，示例性机器人系统10在图1中被示意性地显示为具有机器人12。在示例性实施例中，机器人12可以是制造机器人，其可操作为执行材料操作或组装任务，例如本领域已知的6轴机器人类型，或具有至少6个自由度的自主灵巧型机器人。机器人12的动作可以经由如下所述的控制器
50(CTRL)可视地调试。控制器50执行实施方法100的指令，其例子显示在图5中。图形用户界面(GUI)52的示例性“虚拟世界”图形或可视调试屏幕显示在图2-4中，将在下文描述这些附图每一个。
[0018]如本领域已知的，常规的末端执行器被设计为在具有最小量变化性的高度结构化工作环境中运行。末端执行器经常被限制为经由刚性限定的轨迹运动。例如，可以针对每一个新的机器人任务对接近和离开轨迹编程。同样，工业机器人经常被编程为具有一组固定的期望运动。由此，未来动作的计划不用在这样的系统中。此外，常规的机器人倾向于以一致且高度可预测的方式依赖于被放置在其工作环境中的物体而工作。这种限制因此使得常规的机器人控制方法相对不灵活且难以实时地修改。
[0019]甚至合并了用于自主轨迹计划的传感反馈的机器人系统也会要求大量的程序员交互，以正确指明机器人任务、调整所需运动参数、设定所需操纵器抓持位置和调整关键位置中的任务轨迹。本方法目的是减少用于需要复杂的动作计划系统的机器人系统的开发时间和误差，例如通过简化用户交互。
[0020]图1所示的机器人12可以包括基部14，其相对于表面11定位，例如制造场地的表面。机器人12可以包括具有一个或多个部段18的可动臂16。末端执行器20相对于基部14定位在臂16的部段18的最远端端部。在示例性实施例中，末端执行器20可以是机器人抓持器，其具有适用于抓持物体23的多个指状部27。
[0021]机器人关节17连接各种臂部段18。每一个机器人关节17可以通过关节促动器19驱动，例如马达，以便在命令的工作任务序列执行期间让末端执行器20运动(箭头88)。描述了当前机器人的性能值的原始传感器数据(箭头15)被转继到控制器50且被控制器50使用，以实时地主动监视和可视地调试机器人12的当前和未来动作。原始传感器数据(箭头15)可以描述机器人12的性能和状态值。原始传感器数据(箭头15)的示例性要素可以包括关节促动器19的测量或命令扭矩、通过末端执行器20施加到物体23的夹紧力、末端执行器20和/或任何其关节促动器19的速度和/或加速度等。
[0022]为了收集这样的数据，一个或多个传感器的传感器阵列33可以连接到机器人12(例如基部14)或相对于其定位。传感器阵列33可以包括力、压力和/或温度传感器、扭矩传感器、位置传感器等。传感器阵列33也可以包括所谓的“软”传感器，例如从直接测量值间接地计算一些值的软件，如本领域所理解的。另外，例如视觉系统这样的环境传感器25可以相对于机器人12定位且配置为拍摄、视频磁带录制、成像和/或以其他方式记录其视野中的任何事物(箭头V)—例如在其运行环境或工作空间中机器人12的行为一作为传递到控制器50的环境信息(箭头26)。
[0023]图1的控制器50的功能经由⑶152访问。由此，⑶152可以实施为具有显示屏55的人机界面，例如用于接收来自用户的控制输入(箭头53)的触摸屏、监视器或其他视觉显示装置。GUI52还可操作为传递控制输入命令(箭头CC)和