[发明专利]用于优化工业机器人的编程移动路径的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于优化工业机器人的编程移动路径的装置和方法。本发明适合于其中工具取向不太重要的任何类型的机器人自动化过程，比如激光焊接、激光切割、水射流切割、弧焊和铣削。

背景技术

工业机器人通常用于工业自动化。机器人被编程从而在机器人在作业周期期间实施作业的同时遵循移动路径。机器人程序具有关于机器人应该做什么以及应按什么顺序沿着路径执行任务的信息。机器人程序具有关于移动路径上所有目标点的信息。通过教导机器人位置和移动路径上目标点的取向，可以手动地在线执行机器人编程。通过在比如PC的外部计算机上运行的离线编程和仿真工具，也可以创建机器人程序。典型地，机器人目标为位置目标，这意味着该目标包括限定工具的位置的笛卡尔值(x，y，z)以及关于工具在该目标处应具有的取向的信息。关于工具取向的信息可以以不同形式来描述，例如描述为四元法(quartions)、旋转矩阵、或者描述为滚转角(roll angle)、俯仰角和偏航角。如果目标点为位置目标，则需要一些计算以将位置目标转换为机器人的轴的联合(joint)值。该转换是通过机器人的运动学模型执行。为了将值从笛卡尔空间转换到联合空间，使用了逆运动学。

几乎所有机器人应用的一个重要参数是周期时间。周期时间是指机器人实施作业周期所花费的时间。重要的是使机器人程序尽可能优化，从而减小周期时间。在维持质量的情况下减小周期时间致使生产成本减小。

发明内容

本发明的目的是优化工业机器人的编程移动路径，从而减小周期时间。

根据本发明的一个方面，该目的是通过如权利要求1限定的方法来实现的。

这种方法包括，对于所述目标点其中至少一个：接收该工具在该目标点中取向的公差区间；对于该公差区间内的多个不同工具取向，确定机器人在该目标点和该路径上一个或多个其它目标点之间的移动；基于所确定的机器人的移动以及针对使周期时间最小化，选择所述不同工具取向其中之一作为该目标点的工具取向；以及基于所选择的、该工具在该目标点处的取向，生成机器人程序。

存在一些其中工具的取向不太重要的机器人应用，例如，薄材料中的激光焊接和水射流切割。对于工具的倾斜以及围绕工具的对称轴的旋转，可以允许工具取向改变。如果对于路径上的特定目标点该工具取向是任意的，或者如果允许在公差区间内改变工具取向，则对于逆运动学而言存在冗余。这意味着有满足给定约束的若干种可能的机器人配置，即工具取向的给定工具位置和公差区间。根据本发明，工具角度的公差被用于优化机器人移动从而减小周期时间。

公差区间例如由形成围绕工具的编程取向或者围绕默认工具取向的锥体的角限定。该公差区间例如由机器人编程器选择，并且可以从工具的任意取向改变为仅仅允许工具的小的倾斜。本发明使得可能对于移动路径上的所有目标点具有相同的公差区间，或者对于移动路径上的不同目标点具有不同公差区间。如果工具取向在移动路径的某些部分不太重要而在移动路径的其它部分非常重要，则后一种替换方案是合适的。对于路径的部分上此处确切取向非常重要的一个或多个目标点，也可能将公差区间设置为零。

可以对于编程目标点其中一些或者对于路径上的所有目标点，进行优化。对于每个待优化的目标点，对于在给定公差区间内的多个不同工具取向，确定机器人的移动，以及在目标点中的工具的最优取向是在针对使周期时间最小化的不同工具取向之中选择的。当针对目标点确定了工具的最优取向时，基于编程的工具位置和所确定的最优工具取向而生成机器人程序。如果对于某些目标，工具取向未被优化，则基于编程的工具取向生成机器人程序。

本发明可以用于在线以及离线编程的目标点上。然而，本发明对于离线编程目标点是特别有优势的，因为工具取向的优化可以使用与对目标点编程所使用的计算机和仿真工具相同的计算机和仿真工具来进行。优选地，本发明的优化算法是与目标点的离线编程直接有联系地运行。

如果根据本发明的方法是在机器人的离线编程期间使用，则可以在所有的笛卡尔目标点或其子集被限定时进行优化。可以在比如PC的外部计算机上进行优化，或者直接在机器人控制器上进行优化。