[发明专利]避免工业机器人与物体之间碰撞的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于避免多轴工业机器人的部件与至少一个其他物 体之间碰撞的方法和设备。

背景技术

与工业机器人有关的问题在于：如何防止机器人和与该机器人 同属一个工作区(work cell)的物体之间的碰撞。物体可以是组成实 体(solid)的物理部分或者部分的装配。不同类型的物体可以共存 于机器人工作区中。物体可以是移动的，或者可以是静止的。移动 物体例如是机械单元，诸如机器人、机器人的外部轴，和定位器。 静止物体的示例是旋转台、夹具和维护装置。机器人工作区中的碰 撞可以发生在移动物体之间，或者可以发生在移动物体和静止物体 之间。

由工作区中的物体的相邻性或者交叉轨道所引起的干扰需要被 避免。否则的话，如果发生碰撞，则在生产阶段使用的相对较高速 度可能导致对工作区物体的严重损害和生产中的停工期。在机器人 工作区中移动物体的轨道通常是事先已知的。然而，工作区中移动 物体的轨道通常不会事先准确知道，更多的是作为非确定性过程(诸 如点焊或使用传感器数据)的结果。归因于不可预知的过程延迟或 者机器人轨道的传感器校正，随后可能发生路径改变。还可能发生 作为漂移结果的不可预知的路径改变。各种编程错误也可能导致碰 撞。即使修改过的机器人程序可能出现无碰撞，但是在生产阶段， 归因于错误未在先前表现出来，稍后仍然可能出现碰撞。

对低成本高生产能力的不变需求进一步引起基于多机器人系统 的新的自动化概念的发展。尽管机器人制造者对设计易用多机器人 系统付出很大努力，但这种系统支持的各种自由度已经伴生了增大 的碰撞风险。

在过去的二十年中，已经提出基于不同技术和概念的若干方法， 以便防止属于同一机器人工作区的物体之间的碰撞。例如， US6212444提出：设置公共区域，在该区域中，机器人的操作区域 和装置(诸如，执行与机器人协作地操作的另一多轴机器人)的操 作区域彼此重叠。当机器人上的预定参考点在公共区域内时，第一 进入禁止信号被输出到装置以禁止该装置进入公共区域，以及当该 装置的可移动部分在公共区域内时，第二进入禁止信号被输出给该 机器人以禁止该机器人的参考点进入该公共区域。根据所公开的方 法，如果通常位于机器人机械手臂的末端或者关节点的预定参考点 在公共区域内，则禁止其它移动物体进入公共区域。根据所公开的 方法，相反地，如果另一移动物体在公共区域内，则禁止机器人上 的参考点进入该公共区域。

还提出使用防护区域，该防护区域包围了移动物体或者这些物 体的部分。例如，防护区域围绕机器人的机械手臂和/或其工具。防 护区域例如在下述专利文献中进行了描述：US2005/0090930、 JP2003-334777和JP08-141978。US2005/0090930描述了一种方法， 其将各种几何形状的边界框附加在物体的部分周围，以便可能地覆 盖它们的整个主体。框之间的干扰由算法进行检查，该算法评价框 是否重叠。在JP2003-334777中，防护包络用来模拟移动物体的主体 和基于其速度确定移动物体包络的延伸范围大小，其中移动物体主 体的位置以及它们在所述位置处的最近间距被记录。所记录距离的 内插与至少一个预测距离一起实现，并且将所获得内插曲线的最小 值与所关注物体包络的厚度之和进行比较。在JP08-141978中，描述 了一种方法，该方法在机器人工具周围使用双防护包络。