CN105929789B - 优化运动轮廓的方法，计算机程序，控制装置和技术*** - Google Patents

优化运动轮廓的方法，计算机程序，控制装置和技术*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于提供优化的运动轮廓的方法。为了设定优化的运动轮廓，其分解成子运动轮廓。子运动轮廓有利地相应不是线性相关的，即子运动轮廓例如定向到不相关的指向和/或方向和/或其描述至少一个作动器对于不同的空间方向的运动。子运动轮廓彼此不相关地借助至少一个优化方法来优化。有利地，在优化子运动轮廓时可以考虑物理边界条件。在优化子运动轮廓之后紧接着被优化的子运动轮廓可以再次组合成优化过的运动轮廓。优化过的运动轮廓和/或优化过的子运动轮廓因此简单和快速地计算出。由优化过的子运动轮廓或者优化过的运动轮廓提供用于技术***的至少一个驱动器的运动规则。

Description

优化运动轮廓的方法，计算机程序，控制装置和技术***
技术领域
本发明涉及一种用于优化运动轮廓的方法。本发明还涉及一种控制装置、技术***和计算机程序。
背景技术
运动轮廓用于控制一个驱动器或者多个驱动器。运动轮廓例如具有用于驱动器的运动规则。可替换的是，运动轮廓也可以描述为曲线，作动器，尤其是末端效果器在该曲线上穿过空间移动。这样的曲线也被描述为位置曲线。运动规则例如可以是作为在时间上的函数的转速。
用于多个驱动器，尤其是技术***，如机器人中的多个驱动器的运动轮廓至今都需要复杂的计算。原始的运动轮廓经常被手动地设定并且接下来被优化。
EP 2 022 608 B1公开了一种用于计算轨迹的方法，其中该轨迹被确定为一系列的一个或者多个路线区段。
发明内容
因此，本发明的目的在于简化运动轮廓的设定。
为了实现该目的，特别地，使用一种方法用于优化运动轮廓，该运动轮廓用于通过技术***，有利的是机器人或者并行运动机构的至少两个驱动器来运动至少一个作动器，其中原始的运动轮廓划分成多个子运动轮廓。该解决方案的特征在于，优化方法将子运动轮廓优化成优化过的子运动轮廓。
可选的是，由子运动轮廓通过组合能够建立优化过的总运动轮廓(接下来描述为优化过的运动轮廓)。优化过的运动轮廓设置用于尤其利用控制单元来控制技术***的驱动器。可替换的是，优化过的子运动轮廓用于控制技术***的驱动器并且为此单独地传输给控制装置。
有利的是，图示的(优化过的)子运动轮廓作为位置曲线被传输到和/或回传到用于一个驱动器的一个速度轮廓(可替换的是加速度轮廓或者冲撞轮廓)中或者用于多个驱动器的多个速度轮廓中。
为了实现该目的，控制装置进一步用于控制至少两个驱动器，其中，驱动器设置用于根据优化过的运动轮廓或者根据至少一个优化过的子运动轮廓来运动至少一个作动器，其中提出通过上述的方法提供优化过的运动轮廓和/或至少一个优化的子运动轮廓。
为了实现该目的，计算机程序进一步用于执行上述的方法，其中，计算机程序在计算单元上运行并且设置用于提供优化过的子运动轮廓和/或优化过的运动轮廓。在优选的设计方案中，计算机程序也适于模拟控制装置，从而可以有利地放弃附加的控制装置。
为了实现该目的，技术***，尤其是机器人或并行运动机构能够进一步有利地用于执行手动操作任务或者拾取和放置任务，其具有控制装置，用于控制至少两个驱动器。
技术***在此尤其理解为工具机床、生产机床、传输装置、机器人、抓取臂(例如作为机器人的一部分)，拾取或者放置装置，尤其是并行运动机构，或者手动操作装置。
手动操作任务也被描述为手操作任务并且拾取或者放置装置也被描述为“handling device”或者手动操作装置。
运动轮廓在此理解为规则，其规定了部件，尤其是作动器如何穿过空间移动。运动轮廓，尤其是原始的运动轮廓，优化过的运动轮廓以及(优化过的)子运动轮廓可以例如描述位置，技术***的部件的点在确定的时间点穿过该位置。因此，运动轮廓例如通过取决于时间的位置矢量进行描述。运动轮廓也可以通过作为时间函数的速度轮廓来描述，该速度轮廓是点或者作动器的速度，加速度和冲撞的变化。
可替换的是，运动轮廓可以理解为一个驱动器或者多个驱动器的速度、(转)矩或者(旋转)加速度的变化。换句话说，这样的运动轮廓也是作为时间函数的驱动器的(转)速度函数。
驱动器被理解为马达，尤其是电驱动的马达，直线马达、伺服马达、扭矩马达以及气动/液压的驱动器，例如伸出油缸。
手动操作任务被理解为，即作动器在第一点拾取一物体，必要时可能使物体在其指向/方向上改变，并且在第二点再次放下。优选的是，并行运动机构、手动操作装置或者机器人，或者抓取臂作为机械***用于手动操作任务。
作动器在此理解为一种工具，一种用于拾取至少一个物体的装置，尤其是抓取臂，或者末端效果器。尤其在机器人或者并行运动机构时，作动器可以是末端效果器。但是作动器也可以是待移动的传感器或者待移动的偏转装置。
优化方法在此被理解为一种规定，其这样地改变运动轮廓，尤其是原始运动轮廓，即
1.(可选地)在执行规定之后满足预定的物理边界条件，
2.运动轮廓的变化匹配于目标设定。目标设定在此可以例如是尽可能快速地完成一个运动轮廓和/或驱动器的尽可能低的负载。
借助优化方法，子运动轮廓被这样的改变，即优化过的运动轮廓被快速地执行或者技术***有利地在执行期间需要更少的能量。
作为优化方法适合有更改方法(Variationsverfahren)、遗传算法和/或另外的本领域技术人员已知的方法，其适合于这样地改变一个函数，尤其是作为时间或者位置或者指向的函数的运动轮廓，即该函数根据上述规定来优化。
根据本发明的一个观点，该(原始的)运动轮廓划分成多个子运动轮廓。在此，运动轮廓的划分或者实现为：
1.子运动轮廓，其将驱动器的(转)速度或者(转)矩描述为作动器的指向和/或时间、位置的函数，或者实现为
2.子运动轮廓，其定义作动器在确定的运动方向中，尤其是在第一运动方向(x方向)中的、在第二运动方向(y方向)中的、在第三运动方向(z方向)中的和/或在技术***的作动器的至少一个指向中(例如根据所谓的欧拉角在至少一个维度中)的运动。
通过该优化方法将子运动轮廓优化成优化过的子运动轮廓。对子运动轮廓的优化优选地不取决于对另外的子运动轮廓的优化来实现。
技术***有利地配备有控制装置。该控制装置通过存储器可编程的控制装置(SPS)实现。同样，该控制装置也可以是计算单元，其具有用于将计算单元与技术***的相应的组件连接的界面，尤其是具有技术数据连接装置。
计算单元可以理解为个人计算机(PC)，工作站，计算网络的一个节点，便携计算机或者为控制其或者微处理器。
要求保护的计算机程序也可以作为计算机程序产品存储在便携数据载体上或者设计为通过计算机网络进行传输。计算机程序或者计算机程序产品设置用于安装在计算机单元上，尤其是安装在技术***的控制装置上。安装在计算单元或者控制装置上的计算机程序可以通过计算单元或者控制装置的处理器(CPU)执行。计算机程序也可以为了进行执行而存储在计算单元或者控制装置的***内存中。计算机程序优选地具有机器可读编码，其由计算单元进行解意地实施并且能够通过优化过的(子)运动轮廓提供。
以下实施方案是有利的，在该实施方案中，根据本发明的方法通过控制装置且在没有单独的计算单元的情况下执行。因此，节省了一个单独的计算单元。
时间也可以理解为计算单元或者控制装置的***时间或者全球时间。
通过根据本发明的方法，有利地简化了对运动轮廓的优化。通过控制装置有利地提升了计算***的价值，从而不需要单独的计算单元。如果控制单元本身集成在计算单元中，那么利用该计算单元也能够承担技术***的另外的控制功能。
该方法的一个有利的设计方案的特征在于，即优化方法考虑物理边界条件。
物理边界条件例如理解为驱动器的最大转数和/或最大热负载。此外，在物理边界条件中可以引入对位置曲线的限制，其考虑到，即作动器可能会碰到阻碍。因为阻碍物的位置是可变的，因此物理边界条件也可以是取决于时间的。
对边界条件的考虑有利地通过优化方法借助于拉格朗日函数和/或拉格朗日乘数来实现。
在优化子运动轮廓时对物理边界条件的考虑有利地导致了，如果在优化子运动轮廓之后证明，优化过的(子)运动轮廓未满足物理边界条件，避免了(不必要地)执行优化方法。
该方法的另外的优选设计方案的特征在于，优化过的子运动轮廓被组合成优化过的(总)运动轮廓并且控制装置根据优化过的子运动轮廓和/或优化过的运动轮廓控制至少两个驱动器。
优化过的子运动轮廓或者单独地用于控制驱动器和/或在优化方法的至少一次执行之后再次被组合成优化过的运动轮廓。
有利的是，(组合的)优化过的运动轮廓能够传输给控制装置。该控制装置然后根据该优化过的运动轮廓和/或优化过的子运动轮廓控制技术***的驱动器。
在该设计方案中有利的是(组合的)优化过的运动轮廓的简单的操作。因此，商业上通用的控制装置可以在没有另外的改变的情况下考虑用于控制多个驱动器。
在此，控制装置的以下设计方案是有利的，在该控制装置中，根据本发明的方法自身同样在控制单元中运行。因为根据本发明的方法仅仅需要降低用于优化运动轮廓的计算功率，因此在商业上通常的控制装置中的运行也是可行的。
该方法的另外的有利的设计方案的特征在于，子运动轮廓和/或优化过的子运动轮廓将相应的驱动器的运动参量描述为时间的函数。
作为运动参量，驱动器的(旋转)速度或提供的(转)矩能够用于描述子运动轮廓。视选择的一个或者多个运动参量而定，运动轮廓可以通过运动参量在时间上的函数来描述或者存储。这样的图示是有利的，因为控制装置不需要为了控制驱动器而对(子)运动轮廓进行复杂的换算。
方法的另外有利的设计方案的特征在于，子运动轮廓和/或优化过的子运动轮廓将作动器在运动方向上的运动参量描述为时间的函数。
作动器的位置曲线的图示对于使用者来说是特别明显的。使用者能够简单地识别出作动器的简单直观的位置曲线的偏差。前面给出的描述性也同样给出用于(优化过的)子运动轮廓。
此外有利的是，(优化过的)(子)运动轮廓可以给出驱动器的机器人的指向作为时间的函数。在线性驱动器的情况中，(被优化的)(子)运动轮廓是驱动器的可移动的部件的关于时间的函数。这样的图示同样能够通过使用者识别出。
另外，作为作动器的位置函数的运动轮廓的优化能够通过更改计算来优化。为此，在使用位置函数时，优化过的子运动轮廓向优化过的运动轮廓的组合是特别简单的。
方法的另外优选的设计方案的特征在于，借助优化方法为不同的时间区域优化子运动轮廓。此外，时间区域的时长本身也可以是优化的目标。
另外一个有利的设计方案的特征在于，原始的运动轮廓，子运动轮廓，优化过的子运动轮廓和/或优化过的运动轮廓分别确定为时间的、作动器的位置或者作动器的指向的位置函数，速度函数，加速度函数和/或冲撞函数。
技术***的一些驱动器常常不能连续地运行和/或作动器在一个运动方向上的运动仅仅在受限的时间区域中运动并且不能超过技术***的总运行时间运动。
时间区域尤其是时间上的区段，在该区段中，作动器和/或驱动器的运动部分的速度、加速度和/或冲撞都不为零。
有利的是，该优化能够限制到各个时间区域上，从而使子运动轮廓不必超过作动器的描述的运动的总运行时间来优化。
通过这样的措施有利地缩短了优化方法的运行时间。
优化方法到至少一个时间区域自身上的扩展可以同样在其时长和其时间上的位置中改变。因此，定义了运动轮廓的运行的整个时长的子运动轮廓例如时间最优地优化了作动器从一个空间点至另外的空间点的长时间运动。另外的子运动轮廓，例如作动器的指向的改变可以在该时间中损失最小化地和/或能量优化地进行优化。在此，另外的子运动轮廓的时间上的持续被增大，从而降低旋转加速度。
同样，在越过时间区域的边界的很短区域上也能够进行优化。该措施优选地导致了作动器的冲撞的减少。
在该方法的另一个有利的设计方案中，时间区域部分地重叠。
通过时间区域的重叠，通常也可以利用优化方法来执行多个子运动轮廓的优化。
该方法的另一个有利的设计方案的特征在于，第一子运动轮廓和第一优化过的子运动轮廓描述作动器在第一方向上的运动，其中，第二子运动轮廓和第二优化过的子运动轮廓描述作动器在第二方向上的运动并且其中第三子运动轮廓和第三优化过的子运动轮廓描述作动器在第三方向上的运动或者作动器的指向。
对此合适的技术***具有三个轴线或者两个轴线与作动器的指向。
作动器的运动不仅可以在水平方向上(x方向)也可以在垂直方向(y方向)上运行。作为位置曲线(单个运动)实施的运动轮廓可以划分成至少一个第一和第二子运动轮廓，其中，第一子运动轮廓描述作动器在x方向上的运动并且第二子运动轮廓描述作动器在y方向上的移动。
特别有利的是，(优化过的)子运动轮廓描述作动器的正交运动或者沿着正交地延伸的运动方向的运动。
可选的是，第三子运动轮廓可以描述作动器在第三方向(z轴线)上的运动。此外，第三方向也可以是作动器的指向，尤其是抓取臂的指向，从而描述一个角度。
这些方向也可以通过两个指向和在径向方向上的一个运动或者通过作动器的三个指向(在作动器和/或技术***的另外的部分有恒定动作半径时)描述。
通过该对应关系，对于使用者来说能够显而易见和简单地给出和描述(原始的)运动轮廓。此外，在划分(原始的/预定的)运动轮廓时在另外的坐标***中的换算或者转换有利地是不必要的。
该方法的另外的有利设计方案的特征在于，优化方法时间优化地、能量优化地、冲撞最小地优化和/或为了最小化在技术***中的振动地优化子运动轮廓。
如果优化过的(子)运动轮廓的执行需要尽可能短的时间，子运动轮廓是时间优化地优化的。换句话说这意味着，优化过的运动轮廓这样地实施，即作动器或者驱动器以最大可能的速度或者加速度来移动。
如果技术***，尤其是其驱动器对于(优化过的)(子)运动轮廓的执行来说需要尽可能少的能量时，子运动轮廓是能量优化地优化的，该运动轮廓是作动器从预设的起始点/指向到作动器的另外预设的终点/指向的运动。这可以意味着，即驱动器或作动器的加速度是最小的。
在对(子)运动轮廓的时间优化的和能量优化的优化之间的中间路线通常是必要的。特别有利地实现了子运动轮廓的时间优化的优化和另外的子运动轮廓的能量优化的和/或损失最小化的优化。
如果技术***，尤其是技术***的驱动器的损失是最小的，子运动轮廓是损失优化地优化的。损失例如可以是热量损失，摩擦损失，通过电机器，尤其是驱动器中的涡电流造成的损失，或者尤其是在电机器的绕组中的(欧姆)电阻损失。
该损失可以根据驱动器或者另外的电子/机械组件/部件的产品说明来预设。根据该产品说明，所使用的优化方法可以用于损失最小化地对(子)运动轮廓进行优化。
如果驱动器和/或作动器的加速度的上升尽可能地小地下降，子运动轮廓被冲撞最小化地优化。有利的是，冲撞最小化的优化有利地对技术***的寿命产生影响。
为了减小振动而对(子)运动轮廓的优化，可以通过转换(子)运动轮廓和在所转换的(子)运动轮廓变化之后实现利用接下来的回转换来实现。例如傅里叶转换，尤其是快速傅里叶转换可以被选择作为该转换。
通过避免在作动器和/或至少一个驱动器的运行时的振动可以避免技术***的振动。因此有利地也提高了技术***的寿命并且在技术***是手动操作装置时，也有利地保护了手动操作的货物。
该方法的另外有利的设计方案的特征在于，物理边界条件取决于时间。
对取决于时间的物理边界条件的考虑例如可以避免作动器与技术***的运动的组件或者另外的运动组件的不可预知的碰撞。此外有利地通过对取决于时间的物理边界条件的考虑对驱动器或者另外的电子组件的过热产生反作用。
该方法的另外有利的设计方案的特征在于，优化过的运动轮廓和/或优化过的子运动轮廓用于执行手动操作任务或者拾取和放置任务。
该方法的优选的应用领域是手动操作装置、机器人或者并行运动机构的运行。该方法优选地用于确定待手动操作的部件的良好的周围环境。特别有利的是，本发明用于简单地建立优化过的运动轮廓或者优化过的子运动轮廓。
接下来再一次展示出本发明的特殊性。
本发明尤其适用于建立在手动操作或者拾取和放置任务时的运动轮廓。(子)运动轮廓也可以是对尤其是作动器的(子)运动引导。
运动轮廓例如是作动器的用于触发手动操作任务的动作。运动轮廓可以由在线性不相关的(运动)方向中的不相关的单个运动，尤其是(线性)不相关的单个运动构成。
子运动轮廓(或者在线性不相关的方向上的单个运动)可以通过待移动过的路径/路程，通过作动器或者相应的至少一个驱动器的额定速度，(作动器和/或驱动器的转子的)加速度或者延迟，以及(作动器和/或驱动器的转子的)冲撞的变化来定义。
有利的是，在考虑到物理边界条件、尤其是最大的待达到的当前实施的运动参量的情况下，能够根据(通过技术***执行运动轮廓的)最短的总时间的标准来确定(时间优化地优化)(旋转)加速度，延迟，(旋转)速度。
在作动器或者驱动器的转子的加速度开始、加速度结束、延迟开始，延迟结束时的冲撞可以根据损失最小化或者能量优化的标准来确定(能量优化的优化，损失最小化地优化)。
尤其是与另外的子运动轮廓的时间上的设计方案无关的子运动轮廓能够利用与另外的子运动轮廓无关的子运动轮廓借助另外的优化方法来优化。例如，子运动轮廓被时间上优化地进行优化，而另外的子运动轮廓被损失最小化地和/或时间优化地优化。
换句话说，不对时间(尤其是周期时间)进行确定的子运动轮廓被损失最小化地和/或能量最小化地优化。运动轮廓也被理解为移动轮廓。
子运动轮廓然后可以在时间上灵活地重叠。因此，尤其作用到作动器上的冲撞可以由此被降低，即通过子运动轮廓在其需要的时长中进行放大的方式。因此，在一个运动方向上的冲撞能够在时间上推移，如果在相同的时间区域中在另外的运动方向上产生冲撞。
时间上灵活的重叠可以视能选择的开始标准(当一个时间区域被开始时)而定。根据对于借助子运动轮廓描述的运动的一个时间区域的起始条件，也可以定义相应的子运动轮廓的时间上的终点。
对于将优化过的子运动轮廓合并成优化过的运动轮廓而言，尤其是为了传输给控制装置(也被描述为轨道控制)，实现了将单个运动，尤其是子运动轮廓合并成作动器和/或驱动器的总运动。因此提供了优化过的运动轮廓。
当前实施的合并可以利用子运动轮廓的速度的矢量加和来实现。该速度也可以通过速度矢量(位置向量的时间上的导数)给出。
该组合，尤其通过将各个轨道区段(其尤其是子运动轮廓和/或其区段)连接，在作动器的轨道的几何形状方面和作动器的动力学方面通过优化过的子运动轮廓实现快速的轨道计算。
本发明可以特别良好的用于正交运动(运动的垂直方向，运动的水平方向)和/或彼此不相关的运动(直线运动，旋转运动)，其作为运动轮廓存在并且应该被优化。
尤其是本发明可以用于运动学机构，其中执行不相关的和/或彼此正交的运动。
除了将本发明应用到并行运动机构上之外，也可以考虑在德尔塔运动机构，尤其是具有旋转轴线的德尔塔运动机构，SCARA运动机构上的应用。通常，根据本发明的方法能应用于拾取和放置(借助于为此设置的装置来拾取和放置物体)之外的手动操作任务。尤其是本发明适于提供周期性地运行的运动轮廓。
本发明尤其是有利地以此为基础：
1.提供一种方法，用于通过将运动轮廓划分成子运动轮廓来实现用于手动操作任务的运动任务。在此，子运动轮廓可以根据特定的(和相应的子运动轮廓)有利的优化标准，如时间优化地、能量优化地或者损失优化地进行优化。
2.优化过的子运动轮廓可以直接叠加成优化过的运动轮廓。可替换的是，由(优化过的)子运动轮廓例如可以描述作动器或者驱动器的转子在垂直方向中，水平方向中或者旋转运动中的运动。通过作动器的描述的运动可以确定轨道点，尤其是位置曲线的点，其中轨道点能够对应于(作动器和/或驱动器的)速度。该轨道点然后通过控制装置借助驱动器驶过。
3.通过根据本发明的方法，有利地以子运动轮廓的多次明显不复杂的确定代替运动轮廓的非常耗费的分析的和/或数字的一次确定。这可以尤其利用当今可用的多CPU计算单元并行地和节省时间地确定。
4.本发明的构思在于，子运动轮廓或者组合地和/或单独地传输到控制装置中。用于提供优化过的运动轮廓的方法可以通过作动器的轨道曲线(位置函数，尤其是时间)，或者通过作动器的动态(时间上的速度函数、加速度函数，冲撞函数)实现。
综上，当前的设计方案涉及一种用于手动操作任务(Handlingsaufgabe)的运动引导。在此，运动任务(在此描述为运动轮廓)被分解成机器部件(例如作动器)各个运动。运动任务(子运动轮廓)可以(至少部分地)时间上重叠。(优化过的)子运动轮廓可以在不同的时间点开始和结束。时间点(运动的开始和结束)可以通过优化方法来改变。
子运动轮廓可以在将运动引导分解之后这样地优化，即该优化的标准如时间优化地、振动优化地、能量优化地满足。在对单个的运动进行优化之后，其作为优化过的子运动轮廓存在。
第一(优化过的)子运动轮廓的开始和结束也可以在一个时间区域中通过以下方式实现，即运行另外的(优化过的)子运动轮廓。(优化过的)子运动轮廓的运行，其以起始点开始并且运行至结束点，描述了一个时间区域，在该时间区域中，作动器(或者驱动器)的(旋转)速度不为零。
在此，(优化过的)子运动轮廓的动态(其例如是运动的过程)彼此不相关。
各个运动能够通过作动器的待驶过的路程，通过作动器的速度，通过加速度，延迟和/或冲撞定义。
本发明的一个特别有利的应用为，具有正交地运行的轴线的运动机构，例如笛卡尔龙门架，但是也可以是通常的运动机构，尤其是具有独立地运行的运动的运动机构。
有利的是，至少部分地在不同的时间区域中不为零的子运动轮廓能够彼此不相关地优化。
用于提供优化过的(子运动轮廓)的方法的另外有利的设计方案的特征在于，至少一个作动器的运动利用修整函数实现。
联系到(优化过的)(子)运动轮廓，修整函数被理解为，即作动器例如越过一个目标移出，并且接下来再次偏转到该预设的轨道上。因此，在至少一个作动器的移动运动还保有残留有冲撞时实现了更高的速度。
当然，本发明也适于提供优化过的(子)运动轮廓，其描述了多个作动器的运动，其中这些作动器能够彼此不相关地运动。在不相关地运动时仅仅提高了(优化过的)子运动轮廓的数量。
附图说明
接下来根据附图对本发明进行描述和进一步说明。各个实施例示出了特征，其能够以本领域技术人员的方式进行组合和单独使用，而不脱离本发明的范围。图中示出：
图1是用于提供优化过的运动轮廓的流程图，
图2是具有三个驱动器的技术***，
图3是另外的流程图，
图4是技术***，
图5是用于(子)运动轮廓的可行性，
图6是转换的可能性。
具体实施方式
图1示出了用于提供优化过的运动轮廓S*的方法的流程图。从(原始的)运动轮廓S出发，其被分成了两个子运动轮廓S1，S2。两个子运动轮廓S1，S2借助优化方法Opt分别优化成两个优化过的子运动轮廓S1*，S2*。在此，借助优化方法Opt由第一子运动轮廓S1产生优化过的子运动轮廓S1*以及从第二子运动轮廓S2产生第二优化过的子运动轮廓S2*。可替换的是，为了优化不同的子运动轮廓S1，S2可以使用不同的优化方法Opt，如通过虚线示出的那样。在后续的步骤中，优化过的子运动轮廓S1*，S2*组合成优化过的运动轮廓S*。优化过的运动轮廓S*传输给控制装置1。控制装置1用于控制第一驱动器A1和第二驱动器A2。控制装置1以及两个驱动器A1，A2是技术***TS的一部分。可替换的是，控制装置1也可以对于技术***TS独立地存在。第一优化过的子运动轮廓S1*也可以不组合成优化过的运动轮廓S*而直接地用于控制第一驱动器A1。这利用从第一优化过的子运动轮廓S1*至第一驱动器A1的宽箭头示出。同样，第二驱动器A2通过第二优化过的子运动轮廓S2*直接借助控制装置1通过第二优化过的子运动轮廓S2*控制，如通过从第二优化过的子运动轮廓S*至第二驱动器A2的第二弧箭头图标示出。
有利的是，第一子运动轮廓S1*和第二子运动轮廓S2*的优化借助优化方法Opt在考虑到物理边界条件RB的情况下实现。物理边界条件RB在此可以对于两个子运动轮廓S1，S2是相同的，或者存在不同的物理边界条件用于不同的子运动轮廓S1，S2。物理边界条件也可以取决于时间t。
图2描述了具有三个驱动器A1，A2，A3的技术***TS。该技术***TS表现为机器人TS，其中机器人TS利用在基板上的第一驱动器A1改变第一臂的指向。借助第二驱动器A2，可旋转地固定在第一臂处的第二臂被改变其指向。借助第三驱动器A3，作动器EE的或者末端效果器的指向Phi被改变。作动器EE的重心的移动能够通过运动的第一和第二方向x，y(也称为运动方向)描述。为了使作动器EE的重心在第一运动方向x上运动，需要第一驱动器A1的运动以及同时第二驱动器A2的运动。同样需要作动器EE的重心在第二运动方向y上的运动，该运动是第一驱动器A1以及第二驱动器A2的同时的/同时发生的运动。起到作动器EE的指向Phi作用的第三驱动器A3有利地与作动器EE在第一运动方向x中和/或在第二运动方向y中的运动无关。如果机器人完成一个手动操作任务，那么作动器EE就设置用于拾取和放置待手动操作的物体。
图3示出了用于提供优化过的运动轮廓S*的另外的流程图。图中示出了对作为技术***TS的例如手动操作装置的(原始的)运动轮廓S的优化。运动轮廓S在此通过作动器EE在两个运动方向x，y上的位置曲线描述。在第一步骤中，原始的运动轮廓S被划分成第一子运动轮廓S1和第二子运动轮廓S2。在原始的运动轮廓S作为作动器EE在两个运动方向x，y上的位置函数示出时，子运动轮廓S1，S2作为在不同的运动方向x，y上的速度轮廓示出。S1在此作为位置x的函数或者时间t的函数示出了在作动器EE的第一运动方向x上的速度变化v_x。S2作为位置y的函数或者时间t的函数示出了在作动器EE的第二运动方向y上的速度变化v_y。子运动轮廓S1在第一时间区域T1中具有在第一运动方向中不为零的速度v_x。第二子运动轮廓S2在第二时间区域T2中具有在第二运动方向y上不为零的速度v_y。两个子运动轮廓S1，S2借助优化方法Opt分别转换成优化过的子运动轮廓S1*，S2*。在此，由第一子运动轮廓S1借助优化方法Opt生成第一子运动轮廓S1*。为了计算第二优化过的子运动轮廓S2*，或者使用相同的优化方法Opt或者使用自身的优化方法Opt。
第一运动轮廓S1和第一优化过的子运动轮廓S1*作为在第一运动方向x上的速度轮廓v_x存在。第二子运动轮廓S2和第二优化过的子运动轮廓S2*作为在第二运动方向y上的速度轮廓v_y存在。
第一优化过的子运动轮廓S1*分配给技术***TS的第一驱动器A1。第二优化过的子运动轮廓S2*分配给技术***TS的第二驱动器A2。该对应关系通过指向驱动器A1，A2的箭头示出。优化过的子运动轮廓S1*，S2*也能够组合成优化过的运动轮廓S*。在将两个优化过的子运动轮廓S1*，S2*组合之后，优化过的运动轮廓S*作为速度轮廓(v_x，v_y)存在。优化过的运动轮廓S*在此可以再次作为作动器EE在运动方向x，y上的位置函数存在。不仅优化过的第一子运动轮廓S1*而且优化过的第二子运动轮廓S2*、以及优化过的运动轮廓S*都能够传输给控制装置1。控制装置1用于控制第一驱动器A1和/或第二驱动器A2。控制装置1可以是技术***的一部分，但不必一定是。
附图中的(优化过的)子运动轮廓S1，S2，S1*，S2*的虚线表示物理边界条件。优化过的(子)运动轮廓S1*，S2*，S*至控制装置1的虚线箭头表述优化过的(子)运动轮廓到控制装置1中的传输。箭头被虚线地示出，因为示出的方法本身也可以在控制装置1中运行。
时间区域T1，T2是(优化过)子运动轮廓S1，S2，S1*，S2*的区域，在该区域中，在运动的方向x，y上的速度v_x，v_y不为零。时间区域T1，T2可以通过借助优化方法Opt的优化来推移和/或改变其时长。
(原始的)运动轮廓以及优化过的运动轮廓S*可以具有点A，B，C，D，其确定了(优化过的)运动轮廓S，S*的部段。
因此例如在点A处实现了通过作动器EE对物品的拾取。在拾取之后，该物体被垂直地在运动的第二方向y中运动至第二点B。通过曲线形的运动，物体从点B向点C运动。曲线由作动器EE在运动的第一方向x和运动的第二方向y中的运动构成。从点C开始，物体被垂直地在运动的第二方向y中向下移动至点D并且之后借助于作动器EE放置。有利的是，位置曲线(x(t)，y(t))仅仅从点B到C优化。
图4示出了技术***TS。该技术***具有第一驱动器A1，第二驱动器A2以及第三驱动器A3。驱动器A1，A2，A3与控制装置1连接。第一驱动器A1用于在第一运动方向x上移动作动器EE。第二驱动器A2用于在第二运动方向y上移动作动器EE并且第三驱动器A3用于改变作动器EE的指向Phi。技术***TS例如是机器人，手动操作装置或者工具机床，其中作动器EE是刀具或者夹持装置，其利用驱动器A1，A2，A3移动至预设的地点。
控制装置1收到优化过的子运动轮廓S1*，S2*，S3*和/或优化过的运动轮廓S*。优化过的运动轮廓和/或优化过的子运动轮廓S1*，S2*，S3*能够由计算单元(图中未示出)借助提供优化过的运动轮廓的方法提供。由计算单元借助技术数据连接传输优化过的(子)运动轮廓S1*，S2*，S3*，S*。在技术***TS的驱动器A1，A2，A3的该设计方案中，第一驱动器A1的运动直接对作动器EE在第一运动方向x上的位置产生影响。第二驱动器A2的运动进一步直接引起作动器EE在第二运动方向y上的运动，并且第三驱动器A3的运动直接引起作动器EE在预期的指向Phi上的指向的变化。两个驱动器A1，A2可以有利地通过直线电机实现。驱动器A3相反有利地为常规的电机，尤其是伺服电机。
图5示出了用于运动轮廓S的，优化的运动轮廓S*和/或用于(优化的)子运动轮廓S1，S2，S3，S1*，S2*，S3*的可行性。
(I)示出了作为位置曲线的图示的运动轮廓S，其中运动轮廓将作动器EE的运动描述为三个运动方向x，y，z的函数。
(II)示出了作为根据时间t的位置函数的导数的运动轮廓S(相应地通过d/dt示出)。其给出了作为速度轮廓的运动轮廓S，其中作动器EE的运动被描述成在第一运动方向x，第二运动方向y以及第三运动方向z上的速度v_x，v_y，v_z的函数。
(III)示出了如在图(II)中示出的运动轮廓的按照时间的另外导数。在此，(优化过的)(子)运动轮廓示出为在第一运动方向上的加速度a_x、在第二运动方向y上的加速度a_y的函数以及在第三运动方向z上的加速度a_z的函数。
(IV)示出了示例性地对于在第一、第二或者第三运动方向x，y，z上的冲撞R_x，R_y，R_z的图示的(优化过的)(子)运动轮廓。
图6示出了用于转换运动轮廓S(作为位置曲线)的可行性，其中在相应的的运动方向x，y上的速度v_x，v_y作为用于位置曲线的参数存在。作为子运动轮廓S1，S2，该位置曲线可以在子运动轮廓S1，S2中作为在各个运动方向x，y中的速度变化v_x，v_y存在或者作为各个驱动器A1，A2的(转)速度变化v(A1)，v(A2)存在。来自左侧的运动轮廓的相应的两个彼此并排布置的子运动轮廓，利用直接的加号标示。
综上，本发明涉及一种用于提供优化过的运动轮廓S*的方法。为了设定优化过的运动轮廓S*，运动轮廓被分解成子运动轮廓S1，S2，S3。子运动轮廓S1，S2，S3有利地相应不是线性相关的，也就是说，子运动轮廓S1，S2，S3例如定向到不相关的指向(Phi)和/或方向x，y，z，和/或其描述至少一个作动器EE对于不同的(正交的)空间方向x，y，z的运动。子运动轮廓S1，S2，S3彼此不相关地借助至少一个优化方法Opt来优化。有利的是，在优化子运动轮廓S1，S2，S3时可以考虑物理边界条件RB。在优化子运动轮廓S1，S2之后，紧接着被优化的子运动轮廓S1*，S2*，S3*可以再次组合成优化过的运动轮廓S*。优化过的运动轮廓S*和/或优化过的子运动轮廓S1*，S2*，S3*因此被简单和快速地计算。由优化过的子运动轮廓S1*，S2*，S3*或者优化过的运动轮廓S*提供用于技术***TS的至少一个驱动器A1，A2，A3的运动规则。

Claims (18)

1.一种优化运动轮廓的方法，所述运动轮廓用于通过技术***(TS)的至少两个驱动器(A1，A2，A3)运动至少一个作动器，其中，原始的运动轮廓(S)分解成多个子运动轮廓(S1，S2，S3)，其特征在于，至少一个优化方法(Opt)将所述子运动轮廓(S1，S2，S3)优化成优化过的子运动轮廓(S1*，S2*，S3*)，所述子运动轮廓(S1，S2，S3)彼此不相关地借助至少一个优化方法(Opt)来优化，所述子运动轮廓(S1，S2，S3)彼此线性地不相关，优化过的子运动轮廓用于控制技术***的驱动器并且为此单独地传输给控制装置，其中第一子运动轮廓和第一优化过的子运动轮廓描述所述作动器在第一方向上的运动，其中，第二子运动轮廓和第二优化过的子运动轮廓描述所述作动器在第二方向上的运动，并且其中第三子运动轮廓和第三优化过的子运动轮廓描述所述作动器在第三方向或者指向(Phi)上的运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化方法(Opt)考虑物理的边界条件(RB)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述优化过的子运动轮廓(S1*，S2*，S3*)组合成优化过的运动轮廓(S*)，并且控制装置根据所述优化过的子运动轮廓(S1*，S2*，S3*)和/或所述优化过的运动轮廓(S*)控制至少两个驱动器。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述子运动轮廓(S1，S2，S3)和/或所述优化过的子运动轮廓(S1*，S2*，S3*)将各一个驱动器(A1，A2，A3)的运动参量描述为时间(t)的函数。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述子运动轮廓(S1，S2，S3)和/或所述优化过的子运动轮廓(S1*，S2*，S3*)将所述作动器(EE)在运动方向(x，y，z)上的运动参量描述为时间(t)的函数。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助所述优化方法(Opt)优化对于不同的时间区域(T1，T2，T3)的所述子运动轮廓(S1，S2，S3)。
7.根据权利要求6所述的方法，借助所述优化方法优化所述时间区域(T1，T2，T3)本身。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述原始的运动轮廓(S)，所述子运动轮廓(S1，S2，S3)，所述优化过的子运动轮廓(S1*，S2*，S3*)和/或所述优化过的运动轮廓(S*)分别确定为时间(t)的、所述作动器的位置或者所述作动器的指向(Phi)的位置函数，速度函数，加速度函数和/或冲撞函数。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述时间区域(T1，T2，T3)部分地重叠。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述优化方法(Opt)时间优化地、能量优化地、冲撞最小地和/或为了降低在所述技术***(TS)中的振动地优化所述子运动轮廓(S1，S2，S3)。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物理的边界条件(RB)取决于时间(t)。
12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述优化过的运动轮廓(S*)和/或所述优化过的子运动轮廓(S1*，S2*，S3*)用于执行手动操作任务或者拾取和放置任务。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述技术***是机器人、并行运动机构或者手动操作装置。
14.一种用于控制至少两个驱动器(A1，A2，A3)的控制装置，其中，所述驱动器(A1，A2，A3)设置用于根据优化过的运动轮廓(S*)或者根据至少一个优化过的子运动轮廓(S1*，S2*，S3*)来运动至少一个作动器(EE)，其特征在于，通过权利要求1至13中任一项所述的方法来提供优化过的运动轮廓(S*)和/或至少一个所述优化过的子运动轮廓(S1*，S2*，S3*)。
15.一种计算机可读的存储介质，在所述存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序用于执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法，所述计算机程序在计算单元上运行并且用于提供优化过的运动轮廓(S*)和/或所述优化过的子运动轮廓(S1*，S2*，S3*)。
16.一种技术***(TS)，具有用于控制至少两个驱动器(A1，A2)的根据权利要求14所述的控制装置(1)。
17.根据权利要求16所述的技术***(TS)，其特征在于，所述技术***是机器人，并行运动机构或者手动操作装置。
18.根据权利要求16所述的技术***(TS)，其特征在于，所述技术***用于执行手动操作任务或者拾取和放置任务。
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