[发明专利]用于控制运动学机构的方法和运动学机构

说明书

本发明涉及一种用于控制运动学机构的方法。为了为运动学机构以提高的精度和效率计算可能扫过的制动区域，该运动学机构在运动学坐标系中借助于铰接地相互连接的单轴被建模，至少一个所述单轴与运动学坐标系的原点连接，并且至少一个所述单轴相对于原点运动，根据本发明，在制动过程中，对于与单轴耦联的点，由点的初始位置、至少一个单轴的矢量速度和至少一个单轴的最小减速度确定点的至少一个虚拟的最终位置，并且通过初始位置和至少一个虚拟的最终位置的包络部来确定点的制动区域，由初始位置和至少一个虚拟的最终位置计算出包络部的延伸范围，并且在控制运动学机构时考虑制动区域。本发明还涉及一种运动学机构和机器人。

技术领域

本发明涉及一种用于控制运动学机构的方法，该运动学机构在运动学坐标系中借助于铰接地相互连接的单轴被建模，其中，所述单轴中的至少一个单轴与运动学坐标系的原点连接，并且所述单轴中的至少一个单轴相对于原点运动。本发明还涉及一种运动学机构和机器人。

背景技术

因为在机器人领域中的制造过程应在越来越小的空间上实现，机器人(宽泛地也称为运动学机构)的工作区域常常与其它对象如位置固定的设备、机器人、机器或人员的工作区域重合。运动学机构被理解为串行的运动学机构和并行的运动学机构，但是也被理解为它们的混合，其中，串行的或并行的运动学机构以已知的方式具有经由刚性的连接元件串行地或并行地(例如三腿机构或六腿机构)相互连接的多个铰链。为了能够确保无冲突的流程，因此必须确保：在这种共同使用的工作空间中机器人与其它对象之间不发生碰撞。同样地，在运动学机构的工作空间中通常限定工作区域和/或安全区域，不允许运动学机构、或其部件离开所述工作区域并且不允许运动学机构、或其部件经过所述安全区域。尤其是，由于高的和提高的安全要求，确保对于人员和对象的保护。

已经存在不同的碰撞监控模型，所述碰撞监控模型通常是由精度、灵活性和所需的计算能力的折中。在大多数情况下，不仅机器人(部件)而且工作空间边界均借助于几何形状体(球、棱锥、体素)来近似计算，并且在机器人运动期间持续地检查：在这些几何形状体之间是否存在空间上的重合。因此确保：机器人不离开一定的工作区域(Work Space)或者不进入某些安全区域(Safe Space)。这通常通过计算几何形状体(例如在近似的机器人臂与安全区域之间)的交点/相交线/相交面实现，然而这是计算耗费的。然而，恰恰在安全区域中，值得期望的是较小的计算耗费并且因此快速的反应时间。反应时间越短，机器人就越迟必须对危急情形做出反应。除了位置之外，在运行期间也应考虑运动学机构的制动路径。如果在制动时刻开始制动过程，那么机器人的铰链和臂继续运动直至其停住在最终位置中。必须确保：在开始制动时运动学机构的不可避免的制动运动决不离开工作空间并且绝不进入安全区域。一种用于考虑制动路径的已知的方式是将圆形或球形假定为可能的制动路径，其中，所述圆形或球形的半径由各单轴的可能的单个制动路径的总和组合而成。所述方法虽然在计算时间方面是非常有效的，然而也是非常保守的，因为在制动过程中实际上可能被扫过的区域通常是所确定的制动路径的仅一小部分。因此，由于制动区域的这种宽敞的设计而可能发生：虽然完全不存在碰撞危险，但还是开始制动。

发明内容

因此，本发明的任务是给出一种用于控制运动学机构的方法，其中，以提高的精度和效率来计算在制动过程中由运动学机构可能扫过的制动区域。本发明的任务还在于给出一种用于实施上述方法的运动学机构和包括上述运动学机构的机器人。

所述任务通过按照本发明的用于控制运动学机构的方法和按照本发明的运动学机构以及按照本发明的机器人实现。