[发明专利]用于工业机器人的无碰撞轨迹规划的方法

说明书

技术领域

1.本发明涉及一种用于工业机器人的无碰撞轨迹规划的方法。

2.背景技术

3.工业机器人是工作机器，其可以装备用于对对象进行自动处理和/或加工的工具，并可以对多个运动轴，例如就方向、位置和工作流程进行编程。工业机器人通常包括具有多个轴的机器人臂以及可编程控制器(控制装置)，控制器在运行中控制或调整工业机器人的运动过程。

4.为了实现运动，控制器可以通过轨迹规划来计划这种运动。

5.在工业机器人的运行中，希望工业机器人不与物体发生碰撞。正如在物流应用中所发生的情况，如果利用工业机器人移动负载，那么所移动的负载也应该不与障碍物发生碰撞。因此应该对工业机器人的运动进行相应的规划。

6.P.Adolphs等人在“时变环境中的无碰撞实时路径规划”以及“1992年IEEE/RSJ关于智能机器人与系统的国际会议的会议纪要，7-10，1992年7月，445到452页”(“Collision-free real-time path-planning in time varyingenvironment”、“Proceedings of the 1992 IEEE/RSJ International Conference onIntelligent Robots and Systems，7.-10.Juli 1992，Seiten 445 bis 452”)中公开了一种在可曲臂工业机器人的三维配置空间中对运动对象建模的方法。这种方法建立在查阅表格的基础上，所述表格包括工作空间内的对象和相应的配置空间中的无碰撞区域之间的关系。配置空间在圆柱形坐标系中加以描述。

发明内容

本发明的目的在于提出一种改进的用于无碰撞轨迹规划的方法。

本发明的这一目的通过一种用于工业机器人的无碰撞轨迹规划的方法得以实现，工业机器人包括控制装置和利用控制装置运动的机器人臂，对象固定在机器人臂上，并在工业机器人的工作空间中设置至少一个障碍物，该方法具有以下步骤：

-基于具有模型化的障碍物的工作空间的三维CAD模型，在工业机器人的工作空间的圆柱形坐标中建立三维模型，其中，在三维模型中通过至少一个空心圆柱形的第一分段(Segment)对模型化的障碍物进行模型化，

-将三维模型中没有被第一分段占据的区域分解为多个空心圆柱形和/或圆柱形的第二分段，并

-确定轨迹，工业机器人应该在该轨迹上将对象从起点运动到终点，使该对象仅在第二分段内运动。

本发明的另一方面涉及一种工业机器人，其具有控制装置和利用控制装置移动的机器人臂，在机器人臂上固定有对象，并且在工业机器人的工作空间中设置至少一个障碍物，其中，将控制装置设置为，使机器人臂运动，从而使对象沿轨迹从起点运动到终点，还将控制装置设置成，根据本发明的方法来确定轨迹。

因此，根据本发明的方法首先建立以圆柱形坐标描述的三维模型，也就是以坐标系为基础，其中，坐标系包括角度轴、半径轴和高度轴，或者该坐标系与坐标角度(V)、半径(R)和高度(H)相对应。为了避免在通过工业机器人使对象从起点向终点运动期间发生碰撞并避开障碍物，运动轨迹以工业机器人的工作空间的三维模型为基础。在此，工作空间是这样的一种空间，即工业机器人可以利用其机器人臂驶向该空间，即，在该空间内部工业机器人可以移动对象。

在工作空间内存在至少一个障碍物，对象在其运动中不应该与障碍物发生碰撞。为了防止发生碰撞，根据本发明将障碍物在三维模型中近似为至少一个空心圆柱形分段。这种近似是基于CAD模型发生的，其中，CAD模型特别比较准确地模型化了工业机器人的工作空间，并因此也对障碍物进行模型化。特别将第一分段或多个第一分段的尺寸设定为，使其包围整个障碍物。

然后将没有被障碍物所占据的圆柱形模型的区域分解为多个第二分段。由于这些区域没有被障碍物占据，因此现在有可能在第二分段内改变工业机器人移动对象的轨迹。

因此，根据本发明的无碰撞轨迹规划发生在特别是6轴工业机器人的圆柱形工作空间中，并因此而较好地应用于物流(堆垛/卸垛)、加工以及其他取放任务的领域中。

与模型的圆柱形坐标相对应的圆柱形坐标系的原点优选位于工业机器人的中心。