[发明专利]用于控制机器人的方法和装置

说明书

技术领域

本发明一般地涉及可编程机器人领域，并且更具体地涉及用于此类机器人的编程方法。

背景技术

购买工业机器人的客户一般希望能够控制或操纵机器人，并相对于机器人周围环境中的各种对象和边界对机器人进行编程，所述对象和边界诸如机器、对象或空白处、固定装置、传送机、棘爪或视觉系统。传统上，这是通过定义使得机器人的内部坐标系统(基础坐标系统)与相关对象的坐标系统相关的“框架”(坐标系)完成的。可以对机器人的“工具坐标”和“基础坐标”两者进行参考。

此类框架存在的问题是要求一定水平的数学知识以便能够定义此类坐标系，并且还花费相当多的时间执行这项任务，即使是对于机器人编程和安装领域的技术人员而言也是如此。这项任务常常涉及4×4矩阵的计算。特别地，取向的表示对于缺少所需经验的任何人而言要理解这个问题是复杂的。

客户常常问的问题是例如：

(i)“有可能使机器人远离我的计算机化数控(CNC)机器的爪移动4cm吗？”

(ii)“有可能使机器人的工具相对于工作台旋转45度吗？”

(iii)“我们能使机器人与对象一起垂直地向下移动，释放物体对象，并且然后使机器人再次向上移动吗？”

此类和类似问题的意义对于意图使用机器人的普通客户而言是非常简单的，例如在生产厂中的各种站位处，并且其在将被告知可能不存在对此类相关问题的简单答案的客户看来可能是令人苦恼且不能理解的。难以对此类问题给出简单答案的原因尤其是：

(i)并未清楚地定义CNC机器的坐标系相对于机器人被如何定位和定向。

(ii)并未明确地定义例如“45度”的给定旋转意味着什么。可以相对于旋转轴来定义旋转，并且可以使此轴在空间中沿着无穷多个方向定向。并且，旋转的起始点(对应于例如0度)可以在360度间隔内的任何地方。

(iii)术语“垂直”的意义并未被明确定义，因为其取决于机器人的定位。其可能例如意指“垂直于将被机器人操纵的对象被放置在其上面的工作台”。

以上几个示例表明需要一种用户能够用来在用户不具有关于坐标系、旋转矩阵/变换矩阵等的知识的情况下且通过应用在操作员看来清楚且明确定义的用户自己的术语而命令机器人如何移动的方法。

发明内容

通过提供具有独有特征的可编程机器人来获得以上及其他目的和优点，所述独有特征能够通过手动地使机器人上、例如机器人臂(诸如工具将被附着到的臂的部分)上的定义部分或点P来回移动至机器人的周围环境中的对于手边的特定任务而言相关的不同位置。此特征对于可被非专家用户编程以执行甚至非常复杂的任务的机器人是非常必要的。根据本发明，利用此特征以使得用户能够定义与机器人的直接周围环境有关的“几何特征”或“几何信息”。定义此类几何特征可以例如通过以下各项进行：

(a)将机器人臂上的点P移动至周围环境中的第一点A并登记此点的空间位置，然后将点P移动至周围环境中的第二点B并登记其空间位置。这两个点A和B、即其各自的空间位置现在定义轴AB，并且随后可以命令机器人使点P(例如拾取工具)沿着此轴在从A朝向B或从B朝向A的方向上移动。

(b)例如在工作台上如上所述地定义轴，并且随后命令机器人使P绕着此轴旋转。

(c)使点P移动至例如工作台上的三个点并因此定义包含这三个点的平面。随后命令机器人使点P沿着垂直于此平面的线移动，并且因此至工作台的表面。

可以将如上文举例说明的那样定义的几何特征存储在机器人中的存储装置中或与机器人相连以供后续使用。根据本发明，此外可以将几何特征组合以定义更复杂的几何特征，其再次可能被用于创建甚至更复杂的几何特征。因此，根据本发明，机器人本身可以用来定义几何特征的分级结构，其第一级包括简单的基本特征，诸如线和平面，并且其中，特征的第二和较高级例如包括空间中的各种3D对象。并且可以且常常确实有必要指定此类特征的取向，例如线上的正方向、绕着轴的正旋转、平面的正法向矢量等。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种对机器人进行编程的方法，该方法包括步骤(i)使用机器人的部分或点P来相对于机器人的周围环境定义一个或多个几何特征，(ii)用特定名称或标记来指定此类特征并将这些特征存储在存储装置中以供后续检索，并且(iii)建立所述几何特征与机器人相关坐标系之间的关系，由此，随后可以命令机器人通过参考所述一个或多个几何特征来执行机器人的指定部分相对于所述周围环境的移动。