[发明专利]用于检测操纵器工作点的空间位置的手持设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测操纵器，尤其是机器人的工作点的空间位置的便携式手持设备及方法。 

背景技术

在许多应用中，操纵器执行程序，将称作工具中心点（TCP）的工具参考坐标系移动到不同的工作点，这些工作点的空间位置已经在操纵器的控制下预先保存了。例如，可以是由工业机器人处理的一系列焊点或喷涂轨迹。然而，还可以通过操纵器的其他参考坐标系来接近工作点，例如操作臂的根点。 

在本文中，总的来说，一个点的定位，例如它离参考坐标系原点的距离，和/或这个点所在的坐标系相对于一个参考坐标系的方位，称为这个点的位置。因此，空间中一个工作点的位置可以通过，例如基于操纵器或工作单元限定的一个坐标系中TCP的原点的笛卡尔坐标（x,y,z）以及TCP相对于这一坐标系的欧拉或卡丹角（α,β,γ）来描述。 

为接近这类工作点，操纵器必须采取特定的关节姿势或关节坐标，例如，关节的旋转角度。当操纵器的运动为已知时，关节坐标和工作空间内的TCP的位置可以通过分别求解向前和向后的运动而相互转换。由此，根据本发明，可以（例如）在工作空间内，比如通过参考坐标系内的笛卡尔坐标和方位角度，或通过操纵器的关节坐标来给出操纵器工作点的空间位置，且可以相应地在所述操纵器的控制下保存。 

为保存或记录这类工作点，除了离线编程和工作点与处理操纵器接近的位置的所谓教导，由WO01/30545A1已知一种便携式手持设备，其空间位置通过光学追踪系统和加速计检测得到，并且包括限定 有参考点的触知元件。通过移动所述手持设备，用户将所述参考点引导至期望的工作点，在该工作点处，通过光学追踪系统和加速计检测得到参考点的空间位置并将其保存为所述工作点的位置。 

根据DE10048952A1的权利要求1和10的前序部分，其记载了一种便携式手持设备，根据其权利要求11的前序部分，其还记载了用于实现这一目的的方法。然而，这一方案包括一些不同的分别的缺陷。 

总的来说，DE1048952A1提出，将触知元件向手持设备的传感器偏移，以使得光学传感器和追踪系统的参考标记之间的光学接触变得容易。然而，这不仅改变了检测到的传感器的空间位置和触知元件的参考点之间的变换，其需要这一变量转换的额外检测并且引入一个额外的错误源。由于键盘（必须被驱动）和显示器（必须被读取）与传感器相连接，其还无法简化对所述手持设备的操纵。如果必须通过转换保持在工作点处的参考点来将传感器引入到一个特定的位置，以使其能够与参考标记进行光学接触，例如，通过所公开的所述触知元件和传感器相对彼此偏移，这可能将键盘和显示器引入到一个对用户不利或使用户不舒服的位置。 

另一方面，目前仅能通过键盘使用宏或其他程序指令对位置进行保存并且对程序进行编辑。然而，如果记录工作点时必须驱动额外的轴，例如，当通过转动及倾斜平台来移动工件以接近不同的工作点时，用户仍必须通过分别控制来控制这些轴。 

在记录空间位置时，由于存在测量和计算公差，已存的工作点可能会错误地位于工件的轮廓内部。这类已存空间位置的纠正过程是复杂的。 

发明内容

本发明的一个目的在于改善工作点的空间位置检测，以及避免至少一个上述缺陷。 

根据本发明的用于检测，特别是记录操纵器，尤其是机器人的至少一个工作点的空间位置的便携式手持设备包括：用于供用户操纵该手持设备的操纵装置，用于检测其空间位置为可检测的位置的装置，以及与这些检测位置的装置相连接的触知元件，其中，所述触知元件处限定一个参考点。 

具体地，操纵装置包括用于供用户输入的输入装置，例如，一个或多个按键、开关等，用于向用户输出的输出装置，具体为一个或多个显示器，以及/或供给用户的手柄。检测位置的装置包括通过具有固定有参考系的追踪装置或传感器检测的一个或多个标记，所述追踪装置或传感器检测参考系的参考标记，并且由此使得所述检测位置的装置的空间位置能够被检测到。 

根据本发明的第一个方面，提出了通过至少一个关节使操纵装置和检测位置的装置相互连接。这一方面允许将检测位置的装置引入到一个有利位置，在该位置处，其空间位置较易被检测到，例如，由于光学追踪设备可以分辨足够多的标记，或者，在该位置处，与检测位置的装置相连接的触知元件模拟操纵器工具的一个期望位置，并且，另一方面，同时将操纵装置引入到一个有利的空间位置，例如，在该位置处，能较清楚地看见显示器，能够很好地操作键盘，或其手柄能被有利地设置得符合人体工学。