具有運動冗余臂的工業(yè)機器人和用于控制該機器人的方法

1.一種工業(yè)機器人，包括：
-機器人臂(1)，具有冗余數(shù)量的關(guān)節(jié)并且提供有可在多個自由度中移動的工具接口(7)，以及相對于所述工具接口所限定的工具中心點(TCP)，
-用戶操作控制設(shè)備(12)，其用于在示教模式期間手動控制所述工具中心點的移動，以及
-控制單元(10)，適于在示教模式期間從所述用戶操作控制設(shè)備接收有關(guān)指示的移動的信息，并且基于所述有關(guān)指示的移動的信息控制所述機器人臂的移動；其中所述控制單元包括運動規(guī)劃器(26)，所述運動規(guī)劃器(26)適于通過實行指示的移動的插值，包括多個插值步驟，來確定所述機器人臂應(yīng)當(dāng)怎樣移動，并且對于每個插值步驟對于指示的移動的增量為所述機器人臂計算關(guān)節(jié)角度，并且適于檢查是否任何所述機器人臂的所述關(guān)節(jié)接近其關(guān)節(jié)限度，以及如果是這樣的話，使用冗余數(shù)量的關(guān)節(jié)以避免關(guān)節(jié)限度而工具中心點不變；其特征在于：
-所述用戶操作控制設(shè)備適于向控制單元發(fā)送針對所述工具中心點的有關(guān)指示的移動的信息；
-所述控制單元適于在所述示教模式和運行時模式之間切換，并且在所述示教模式期間基于來自所述用戶操作控制設(shè)備的有關(guān)指示的移動的信息控制所述機器人臂的移動，并且在運行時期間根據(jù)來自控制程序的有關(guān)指示的移動的信息控制所述機器人臂的移動；
-所述控制單元包括優(yōu)化模塊(27)，其適于在具有冗余數(shù)量的關(guān)節(jié)的所述機器人臂的零空間中搜索新的關(guān)節(jié)配置，所述新的關(guān)節(jié)配置增加到所述關(guān)節(jié)限度的距離而不改變所述工具中心點；并且
-所述運動規(guī)劃器(26)適于當(dāng)所述控制單元處于所述示教模式時檢查是否任何所述機器人臂的所述關(guān)節(jié)接近其關(guān)節(jié)限度，以及如果是這樣的話，運行所述優(yōu)化模塊并且用所述新的關(guān)節(jié)配置的關(guān)節(jié)角度代替針對增量的計算的關(guān)節(jié)角度，并且當(dāng)所述控制單元處于運行時模式時省略所述優(yōu)化模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人，其中所述運動規(guī)劃器(26)適于如果所述控制單元在運行時模式，所述運動規(guī)劃器不檢查是否所述機器人臂的任何所述關(guān)節(jié)接近其關(guān)節(jié)限度。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的工業(yè)機器人，其中所述機器人臂(1)具有七個自由度，并且所述優(yōu)化模塊一起使用優(yōu)化方法和7x7雅可比矩陣來搜索所述臂的零空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)機器人，其中所述優(yōu)化模塊(27)適于在所述機器人臂的零空間中搜索新的關(guān)節(jié)配置，所述新的關(guān)節(jié)配置使得在保持到所述關(guān)節(jié)限度的安全距離的同時增加到所述關(guān)節(jié)限度的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任意一項所述的工業(yè)機器人，其中所述優(yōu)化模塊(27)適于在所述機器人臂的零空間中搜索新的關(guān)節(jié)配置，所述新的關(guān)節(jié)配置增加到奇點的距離而不改變所述工具中心點，所述控制單元(10)適于在示教模式和運行時模式之間切換，并且對于每個插值步驟所述運動規(guī)劃器(26)適于檢查所述控制單元是在示教模式還是在運行時模式，并且，如果所述控制單元在示教模式，檢查所述機器人臂是否接近于奇點，以及如果是這樣的話，運行所述優(yōu)化模塊以及用所述新的關(guān)節(jié)配置的關(guān)節(jié)角度取代針對所述增量所計算出的關(guān)節(jié)角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任意一項所述的工業(yè)機器人，其中所述優(yōu)化模塊(27)適于在所述機器人臂的零空間中搜索新的關(guān)節(jié)配置，所述新的關(guān)節(jié)配置增加到所述機器人的工作空間內(nèi)的物理障礙的距離而不改變所述工具中心點，所述控制單元(10)適于在示教模式和運行時模式之間切換，并且對于每個插值步驟所述運動規(guī)劃器(26)適于檢查所述控制單元是在示教模式還是在運行時模式，并且如果所述控制單元在示教模式，檢查每個插值步驟所述機器人臂是否接近于所述機器人的工作空間中的物理障礙，以及如果是這樣的話，運行所述優(yōu)化模塊以及用所述新的關(guān)節(jié)配置的關(guān)節(jié)角度取代針對所述增量所計算出的關(guān)節(jié)角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工業(yè)機器人，其中所述控制單元(10)包括用于存儲關(guān)于所述機器人的工作空間中的障礙的位置和形狀信息的數(shù)據(jù)存儲器，并且所述運動規(guī)劃器適于基于所述計算出的關(guān)節(jié)角度確定所述機器人臂的位置，以及通過將所述機器人的位置與所述工作空間中的障礙的位置比較而確定所述機器人臂是否接近于所述工作空間中的障礙。
8.一種用于控制工業(yè)機器人的方法，所述工業(yè)機器人包括具有冗余數(shù)量的關(guān)節(jié)并且提供有可在多個自由度移動的工具接口(7)的機器人臂(1)，其具有相對于所述工具接口所限定的工具中心點(TCP)，用于在示教模式期間手動控制所述工具中心點的移動的用戶操作控制設(shè)備(12)，并且所述機器人適于在示教模式和運行時模式之間切換，并且在所述示教模式期間基于從所述用戶操作控制設(shè)備接收的移動指示控制所述機器人臂的移動，并且在運行時期間根據(jù)來自控制程序的移動指示控制所述機器人臂的移動，其中所述方法包括：
–接收移動指示，
–將所述指示的移動分成多個增量，
–通過對每個增量實行插值步驟而針對每個所述增量確定所述機器人臂的關(guān)節(jié)角度，包括基于所述指示的移動針對所述增量計算關(guān)節(jié)角度，以及
–基于所述確定的關(guān)節(jié)角度控制所述機器人臂的運動，其特征在于所述插值步驟包括檢查所述機器人是處于示教模式還是運行時模式，并且如果所述機器人處于示教模式，則執(zhí)行如下優(yōu)化步驟：–基于所述計算出的關(guān)節(jié)角度和對于所述關(guān)節(jié)的限度值，檢查是否任何所述機器人臂的所述關(guān)節(jié)接近其關(guān)節(jié)限度，并且如果是這樣的話，
–在具有冗余數(shù)量的關(guān)節(jié)的所述機器人臂的零空間中搜索新的關(guān)節(jié)配置，所述新的關(guān)節(jié)配置增加到所述關(guān)節(jié)限度的距離而不改變所述工具中心點，以及
–用所述新的關(guān)節(jié)配置的關(guān)節(jié)角度取代所述計算出的關(guān)節(jié)角度，并且當(dāng)所述機器人處于運行時模式時省略所述優(yōu)化步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述搜索是針對在保持到所述關(guān)節(jié)限度的安全距離的同時增加到所述關(guān)節(jié)限度的距離的新的關(guān)節(jié)配置所做出的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中所述優(yōu)化步驟進一步包括：
–檢查所述機器人臂是否接近于奇點，并且如果是這樣的話，以及
–在所述機器人臂的零空間中搜索新的關(guān)節(jié)配置，所述新的關(guān)節(jié)配置增加到所述奇點的距離而不改變所述工具中心點。
11.根據(jù)權(quán)利要求8–9中任意一項所述的方法，其中所述優(yōu)化步驟進一步包括：
–檢查所述機器人臂是否接近于所述機器人的工作空間中的物理障礙，并且如果是這樣的話，在所述機器人臂的零空間中搜索新的關(guān)節(jié)配置，所述新的關(guān)節(jié)配置增加到所述障礙的距離而不改變所述工具中心點。
12.根據(jù)權(quán)利要求8–9中任意一項所述的方法，其中在所述機器人臂的零空間中搜索的所述步驟包括使用優(yōu)化方法來優(yōu)化所述機器人臂的臂-角度。
13.根據(jù)權(quán)利要求8–9中任意一項所述的方法，其中所述機器人臂具有七個自由度，并且所述優(yōu)化模塊一起使用優(yōu)化方法和7x7雅可比矩陣，所述雅可比矩陣為所述機器人提供了關(guān)節(jié)速度和笛卡爾速度之間的關(guān)系以搜索所述臂的所述零空間。

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