DE69226153T2

DE69226153T2 - System zur automatischen Herstellung der Bahn eines Handhabungskopfes

Info

Publication number: DE69226153T2
Application number: DE69226153T
Authority: DE
Inventors: Keiju C/O Fujitsu Limited Kawasaki-Shi Kanagawa 211 Okabayashi
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2012-11-07
Also published as: JPH05127718A; DE69226153D1; EP0543236A2; EP0543236B1; EP0543236A3; US5530791A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ferngesteuerte Manipulatoranordnung mit einem Bedienungssystem und einem Ausführungssystem, das so eingerichtet ist, daß es von dem Bedienungssystem ferngesteuert wird, wobei das Ausführungssystem einen Manipulator und eine Steuereinrichtung zum automatischen Erzeugen einer Bewegungsbahn eines Manipulatorkopfes des Manipulators ferngesteuert von dem Bedienungssystem in einem Abstand von dem Arbeitsort des Manipulators aufweist, und das Bedienungssystem einen Umgebungsmodellspeicher zum Speichern von Information einer Ausführungsumgebung des Manipulators, die eine Anordnung des Manipulators und von Hindernissen umfaßt, und ein System zum automatischen Erzeugen einer Manipulatorkopfbewegungsbahn aufweist, das kommunikationsfähig mit der Steuereinrichtung verbunden ist, wobei das System zum automatischen Erzeugen einer Manipulatorkopfbewegungsbahn aufweist:
eine Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung zum Aufzeichnen mehrerer wählbarer Bewegungsbahnschablonen, wovon jede aufeinanderfolgende gerade Bewegungsbahnabschnitte aufweist die zumindest an einem Zwischenpunkt verbunden sind, und eine Einrichtung zum Erzeugen kollisionsfreier Manipulatorkopfbewegungsbahnen, die so eingerichtet ist, daß sie von den aufgezeichneten Bewegungsbahnschablonen eine Schablone auswählt, welche ein Hindernis umgehen kann. Eine derartige ferngesteuerte Betätigungsanordung ist in EP-A-0 298 128 offenbart.
Im allgemeinen werden Operationen eines Manipulators oft in extremen Umgebungen, wie z.B. in Atomkraftwerken, unter Wasser und im Weltraum benötigt, wo es für Personen nicht möglich ist, direkt zu arbeiten. Die für derart extreme Umgebungen eingesetzten Manipulatoren müssen aus einem Abstand von ihren Arbeitsorten ferngesteuert werden.
Herkömmlicherweise wurden die ferngesteuerten Operationen der Manipulatoren auf der Basis eines Master/Slave-Systems durchgeführt. Das auf einem Master/Slave-System beruhende Fernbetätigungssystem ist in ein an der Arbeitsstelle angeordnetes Ausführungssysten und in ein bei einem Überwachungszentrum angeordnetes Bedienungssystem getrennt.
Das Ausführungssystem weist einen Slave-Manipulator, eine Robotersteuerung, eine Überwachungskamera, eine Kamerasteuervorrichtung, und einen Kommunikationssteuerungsabschnitt auf.
Andererseits weist das Bedienungssystem einen Master- Manipulator, eine Robotersteuerung, einen Monitor, und einen Kommunikationssteuerungsabschnitt auf. In solchen Systemen wird der Slave-Manipulator von einer Person, welche den Manipulator bedient (nachstehend einfach als "Bedienungsperson" bezeichnet), durch Bedienung des Master-Manipulators ferngesteuert.
In diesem System kann jedoch die Bedienungsperson die Arbeitsstelle nicht direkt beobachten und muß abhängig von einer begrenzten Anzahl von Beobachtungskameras arbeiten. Es entsteht ein Problem dahingehend, daß eine längere Zeit für die Ausführung der Operation gebraucht wird, da die Bedienungsperson unter ständiger Aufmerksamkeit arbeiten muß, um Kollisionen zu vermeiden.
Ein effektives Verfahren zur Verringerung der Belastung der Bedienungsperson beinhaltet die Realisierung eines autonomen Betriebs des Manipulators. Insbesondere ist es signifikant effektiv, den autonomen Betrieb für eine Manipulatorkopfbewegungsbahnen erzeugende Funktion zu erzielen. Ein herkömmliches Verfahren zum Erzielen eines autonomen Betriebs der Manipulatorkopfbewegungsbahn bestand darin, daß ein Arbeitsraum des Manipulators in ein Gitternetz in einer horizontalen Ebene und in einer vertikalen Ebene unterteilt wird (mit anderen Worten: daß der Arbeitsraum des Manipulators in kleine kubische Räume unterteilt wird) und dann auf der Basis des sich ergebenden Gitternetzes, die Manipulatorkopfbewegungsbahn gesucht wird.
Bei diesem Verfahren hängt jedoch die Genauigkeit der Manipulatorkopfbewegungsbahn von der Unterteilungsanzahl in dem Gitternetz ab, und dieses führt zu einem Problem, daß zum Erzielen einer Manipulatorkopfbewegungsbahn mit weniger Hindernisinterferenz, die Speicherkapazität erhöht werden muß. Ferner muß ein komplizierter Suchprozeß an jedem Teilungspunkt wiederholt werden, und somit wird nachteilig eine erheblich verlängerte Zeit zur Erzeugung der Manipulatorkopfbewegungsbahn gebraucht.
Wie hierin vorstehend unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beschrieben, wird das Gitternetz zum automatischen Erzeugen der Bewegungsbahn des Manipulatorkopfes verwendet, und das Problem besteht in der Notwendigkeit eines Speichers mit größerer Kapazität und in einen großen Bedarf an Verarbeitungszeit.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Systems zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen, welches automatisch eine Bewegungsbahn eines Manipulatorkopfes mit einer kleineren Speicherkapazität innerhalb kürzerer Zeit erzeugen kann.
Erfindungsgemäß wird eine ferngesteuert Manipulatoranordnung wie anfangs definiert bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die variablen Schablonen variable Größen aufweisen, und die Erzeugungseinrichtung für kollisionsfreie Manipulatorkopfbewegungsbahn so eingerichtet ist, daß sie die Schablone wählt, welche das Umgehen des Hindernisses gemäß einer Simulation der Ausführungsumgebung auf der Basis der in dem Umgebungsmodellspeicher gespeicherten Information ermöglicht, wobei die gewählte Schablone auf einem Computer konstruiert wird, und so eingerichtet ist, daß sie eine Absolutposition für jeden einzelnen Zwischenpunkt der gewählten Schablone gemäß den Positionsdaten eines Scheitelpunktes des Hindernisses bestimmt.
Gemäß einer bevorzugten Möglichkeit zur Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Bewegungsbahnschablone von einer Registereinrichtung für Bewegungsbahnschablonen aufgezeichnet, und dann eine Interferenz des Manipulators mit einem Hindernis auf der Basis jeder Bewegungsbahnschablone durch die Erzeugungseinrichtung für Manipulatorkopfbewegungsbahnen überprüft. Wenn als Ergebnis einer derartigen Überprüfung ein Entscheidung getroffen wird, daß keine Interferenz erfolgt, wird eine Manipulatorkopfbewegungsbahn auf der Basis der Bewegungsbahnschablone erzeugt, für welche die Entscheidung getroffen wird, daß keine Interferenz erfolgt.
Gemäß einem solchem Aufbau reicht eine Kapazität eines Speichers in diesem Falle aus, wenn der Speicher die Bewegungsbahnschablonen speichern kann, und somit kann die Kapazität des Speicher im Vergleich mit des Fall der Speicher des Gitternetzes kleiner gemacht werden.
Da dieser Aufbau so gestaltet ist, daß die Manipulatorkopfbewegungsbahn im Voraus durch Abschätzen der Manipulatorkopfbewegungsbahn und durch Überprüfen ob die Abschätzung geeignet ist oder nicht, erzeugt wird kann eine zum Erzeugen der Manipulatorkopfbewegungsbahn erforderliche Zeit in Vergleich zu dem Fall verringert werden, bei die Manipulatorkopfbewegungsbahn unter Anwendung des Gitternetzes gesucht wird.
Die vorliegende Erfindung wird klarer aus der nachstehend erfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich. In den Zeichnungen ist bzw. sind:
Fig. 1 eine Aufbaublockdarstellung, die ein herkömmliches Fernbetätigungssystem mit einer Manipulatorkopfbewegungsbahn darstellt;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Arbeitsraums des Manipulators unterteilt in ein Gitternetz;
Fig. 3A eine Aufbaublockdarstellung, die ein erfindungsgemäßes ferngesteuertes Fernbetätigungssystem mit einer Manipulatorkopfbewegungsbahn darstellt;
Fig. 3B eine Blockdarstellung des Aufbaus einer ersten Ausführungsform des Systems zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen in Fig. 3A;
Fig. 4A eine veranschaulichende Ansicht von Formen von Bewegungsbahnschablonen T;
Fig. 4B eine perspektivische Ansicht, welche die Formen von Bewegungsbahnschablonen T1 bis T11 gegenüber dem Hindernis darstellt;
Fig. 5 eine veranschaulichende Ansicht eines Hindernisdetektionsvorgangs,
Fig. 6 eine veranschaulichende Ansicht, die eine Form und Zwischenpunkte der Bewegungsbahnschablone darstellt;
Fig. 7 eine veranschaulichende Ansicht, die einen Startpunkt S darstellt, wenn der Manipulator nichts festhält;
Fig. 8 eine veranschaulichende Ansicht, die eine Übertragungsvorgang von einem Startpunkt S aus darstellt, wenn der Manipulator ein Objekt 02 festhält;
Fig. 9A eine veranschaulichende Ansicht eines Stellungsmodus eines Manipulators, wenn θ5 negativ ist;
Fig. 9B eine veranschaulichende Ansicht eines Stellungsmodus eines Manipulators, wenn θ5 positiv ist;
Fig. 10 eine veranschaulichende Ansicht, die einen Beschränkungsvorgang einer Bewegungsbahnschablone T erläutert;
Fig. 11 eine veranschaulichende Ansicht, die einen Beschränkungsvorgang einer Bewegungsbahnschablone T erläutert;
Fig. 12 eine veranschaulichende Ansicht, die einen Beschränkungsvorgang einer Bewegungsbahnschablone T erläutert;
Fig. 13 eine veranschaulichende Ansicht, die einem Beschränkungsvorgang einer Bewegungsbahnschablone T erläutert;
Fig. 14 eine veranschaulichende Ansicht, die einen Beschränkungsvorgang einer Bewegungsbahnschablone T erläutert;
Fig. 15 eine veranschaulichende Ansicht, die eine Beschränkung einer Bewegungsbahnschablone T erläutert;
Fig. 16 eine veranschaulichende Ansicht eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene, die eine Positionsbeziehung des Startpunktes und des Endpunktes erläutert;
Fig. 17 eine veranschaulichende Ansicht eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene, die eine Positionsbeziehung des Startpunktes und des Endpunktes erläutert;
Fig. 18 eine veranschaulichende Ansicht eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der zy-Ebene, die eine Positionsbeziehung des Startpunktes und des Endpunktes erläutert;
Fig. 19 eine veranschaulichende Ansicht, die einen Zuweisungsvorgang von Punkten erläutert;
Fig. 20A eine veranschaulichende Ansicht des ersten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene;
Fig. 20B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 20A darstellt;
Fig. 21A eine veranschaulichende Ansicht des zweiten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene;
Fig. 21B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 21A darstellt;
Fig. 22A eine veranschaulichende Ansicht des dritten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene;
Fig. 22B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 22A darstellt;
Fig. 23A eine veranschaulichende Ansicht des vierten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene;
Fig. 23B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 23A darstellt;
Fig. 24A eine veranschaulichende Ansicht des fünften Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene;
Fig. 24B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 24A darstellt;
Fig. 25A eine veranschaulichende Ansicht des sechsten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene;
Fig. 25B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 25A darstellt;
Fig. 26A eine veranschaulichende Ansicht des siebenten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene;
Fig. 26B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 26A darstellt;
Fig. 27A eine veranschaulichende Ansicht des achten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene;
Fig. 27B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 27A darstellt;
Fig. 28A eine veranschaulichende Ansicht des neunten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene;
Fig. 28B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 28A darstellt;
Fig. 29A eine veranschaulichende Ansicht des neunten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der xy-Ebene;
Fig. 29B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 29A darstellt;
Fig. 30A eine veranschaulichende Ansicht des ersten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der zy-Ebene;
Fig. 30B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 30A darstellt;
Fig. 31A eine veranschaulichende Ansicht des zweiten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der zy-Ebene;
Fig. 31B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 31A darstellt;
Fig. 32A eine veranschaulichende Ansicht des dritten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der zy-Ebene;
Fig. 32B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 32A darstellt;
Fig. 33A eine veranschaulichende Ansicht des vierten Beispiels eines Umgebungsbewertungsvorgangs in der zy-Ebene;
Fig. 33B eine veranschaulichende Ansicht, die eine Anzahl von Schablonen und deren zugewiesenen Punkte in Fig. 33A darstellt;
Fig. 34 eine perspektivische Ansicht des Manipulators in Zuordnung zu dem Startpunkt und dem Endpunkt seines Kopfes, und des Hindernisses;
Fig. 35 eine veranschaulichende Ansicht, die einen Interferenzüberprüfungsvorgang zwischen einer Bewegungsbahnschablone und einem Hindernis erläutert;
Fig. 36 eine veranschaulichende Ansicht, die eine kurveninterpolierte Bewegungsbahn des Manipulatorkopfes gemäß dem Überprüfungsvorgang zwischen einer Bewegungsbahnschablone und einem Hindernis erläutert,
Fig. 37A und 37B Flußdiagramme, welche den Betriebsablauf des Systems von Fig. 3 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen erläutern;
Fig. 38 eine veranschaulichende Ansicht, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Erläuterung einer Zuordnung der unterschiedlichen Priorität zu der Bewegungsbahnschablone darstellt;
Fig. 39 bis Fig. 43 veranschaulichende Ansichten, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Erläuterung einer Zuordnung der komplizierten Kopfbewegungsbahn des Manipulators darstellt; und
Fig. 44 ein Blockdiagramm einer Anwendung des erfindungsgemäßen Systems zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen auf ein Raumrobotersystem.
Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wird eine Erläuterung für den herkömmlichen Aufbau des Verbindungsteils einer Zwischenfrequenzverstärkungsschaltung und eines aktiven Filters des mobilen Kommunikationssystems unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 gegeben.
Herkömmlicherweise wurden die ferngesteuerten Operation des Manipulators auf der Basis eines Master/Slave-Systems ausgeführt. Fig. 1 ist eine Blockdarstellung des durch ein Master/Slave-Systems realisierten herkömmlichen Fernbetätigungssystems. Das System in Fig. 1 ist in ein an dem Arbeitsort angeordnetes Ausführungssystem 10 und in ein bei einem Überwachungszentrum angeordnetes Bedienungssystem 20 getrennt.
In dem Ausführungssystem 10 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Slave-Manipulator, 12 bezeichnet eine Robotersteuerung, 13 bezeichnet eine Überwachungskamera, 14 bezeichnet eine Kamerasteuervorrichtung, und 15 bezeichnet einen Kommunikationssteuerungsabschnitt. In dem Bedienungssystem 20 bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Master-Manipulator, 22 bezeichnet eine Robotersteuerung, 23 bezeichnet einen Monitor, 24 bezeichnet einen Speicher, und 25 bezeichnet einen Kommunikationssteuerungsabschnitt. In solchen Systemen wird der Slave-Manipulator 11 in einer Weise ferngesteuert, daß ein Bedienungsperson den Master-Manipulator 21 bedient.
In diesem System kann jedoch die Bedienungsperson den Arbeitsort nicht direkt beobachten und muß abhängig von einer begrenzten Anzahl von Beobachtungskameras arbeiten. Ein Problem entsteht dahingehend, daß eine längere Zeit für die Ausführung der Operation gebraucht wird, da die Bedienungsperson unter ständiger Aufmerksamkeit arbeiten muß, um Kollisionen des Manipulators zu vermeiden.
Ein effektives Verfahren zur Verringerung einer derartigen Belastung der Bedienungsperson beinhaltet die Realisierung eines autonomen Betriebs des Manipulators. Insbesondere ist es signifikant effektiv, den autonomen Betrieb für eine Manipulatorkopfbewegungsbahnen erzeugende Funktion zu erzielen. Ein herkömmliches Verfahren zur Erzielen eines autonomen Betriebsablauf der Manipulatorkopfbewegungsbahn ist in Fig. 2 dargestellt. Nach dem Stand der Technik wird ein Arbeitsraum WS des Manipulators 11 in ein Gitternetz in einer horizontalen Ebene und in einer vertikalen Ebene unterteilt, daß heißt, der Arbeitsraum WS des Manipulators 11 wird in kleine kubische Räume CS unterteilt und dann unter Verwendung des kubischen Raums CS die Manipulatorkopfbewegungsbahn gesucht.
Bei diesem Verfahren hängt jedoch die Genauigkeit der Manipulatorkopfbewegungsbahn von der Unterteilungsanzahl in dem Gitternetz (= Anzahl kubischer Räume CS) ab, und dieses führt zu einem Problem, daß zum Erzielen einer Manipulatorkopfbewegungsbahn mit weniger Hindernisinterferenzen, die Speicherkapazität erhöht werden muß. Ferner muß ein komplizierter Suchvorgang an jedem Teilungspunkt (= Begrenzungsebene des kubischen Raums CS) wiederholt werden, und somit wird nachteilig eine erheblich längere Zeit zum Erzeugen der Manipulatorkopfbewegungsbahn gebraucht.
Wie hierin vorstehend unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beschrieben, wird das Gitternetz zum automatischen Erzeugen der Bewegungsbahn des Manipulatorkopfes verwendet, und das Problem besteht in der Notwendigkeit eines Speichers mit größerer Kapazität und in einen großen Aufwand an Verarbeitungs zeit.
Nachstehend wird ein Fernbetätigungssystem unter Anwendung eines erfindungsgemäßen Systems zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen beschrieben. Fig. 3A ist eine Blockdarstellung des Systemaufbaus, in welchem die vorliegende Erfindung angewendet wird, um eine Manipulatorkopfbewegungsbahn in dem in Fig. 1 dargestellten Fernbetätigungssystem zu erzeugen. Demzufolge sind in Fig. 3 denselben wie den Fig. 1 verwendeten Teilen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, und es wird deren Erläuterung unterlassen.
In Fig. 3A weist das Bedienungssystem 20 des Fernbetätigungssystems ferner eine Tastatur 40, einen Umgebungsmodellspeicher 41, ein System 42 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen, einen Robotersimulator 61, und eine Anzeigeeinrichtung 63 auf. In dem so aufgebauten Fernbetätigungssystem kann dann die Bedienungsperson, da das System 42 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen hinzugefügt ist, zumindest nur den Endpunkt E angeben, und muß nicht die Kopfbewegungsbahn des Slave-Manipulators 11 unter Verwendung des Master-Manipulators 21 angeben.
Die Positionsinformation des Endpunktes E wird von der Bedienungsperson eingegeben, und dann wird die Kopfbewegungsbahn des Slave-Manipulators 11 automatisch von dem System 42 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen sowohl aus der Positionsinformation des Endpunktes E, welche von der Bedienungsperson eingegeben wird, als auch aus der positionsinformation des Startpunktes S erzeugt, welche durch eine Abfrage erhalten wird, die an den innerhalb des Umgebungsmodells enthaltenen Slave-Manipulator gerichtet wird. Man beachte, daß die Positionsinformation des Endpunktes E beispielsweise in Form numerischer Daten (einer Koordinate des Kopfes des Slave-Manipulators 11) unter Verwendung einer Tastatur 40 eingegeben werden kann. Um sie aber intuitiver einzugeben, kann sie unter Verwendung des Robotersimulators 61 eingegeben werden.
Wenn die Bedienungsperson den Master-Manipulator 21 betätigt, wird ein auf einer Anzeigeeinrichtung 63 des Robotersimulators 61 abgebildeter virtueller Manipulator so aktiviert, daß der Kopf des Manipulators zu dem Endpunkt bewegt wird, und somit der Endpunkt E angegeben wird. Bei dieser Operation gibt die Bedienungsperson lediglich den Endpunkt E an, da es nicht erforderlich ist, daß die Bedienungsperson den Kopf des virtuellen Manipulators in einer Weise bewegt, um das Hindernis 01 zu umgehen. Der detaillierte Aufbau des System 42 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen und dessen Betrieb wird nun nachstehend erläutert.
Fig. 38 stellt einen detaillierten Aufbau des Systems 42 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dessen Verbindung mit der Tastatur 40 und dem Umgebungsmodellspeicher 41 dar. Das System 42 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen besteht aus einer Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung 31 und einer Manipulatorkopfbewegungsbahn-Erzeugungseinrichtung 32. Die Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung 31 enthält einen Schablonenspeicher 43, ein Formregister 44, einen Hindernisdetektionsabschnitt 45, einen Größenentscheidungsabschnitt 46, und ein Größenregister 47, und die Manipulatorkopfbewegungsbahn-Erzeugungseinrichtung 32 enthält einen Schablonenbeschränkungsabschnitt 48, einen Prioritäts-Zuweisungsabschnitt 49, einen ersten Interferenzüberprüfungsabschnitt 50, einen Kurveninterpolationsabschnitt 51, und einen zweiten Interferenzüberprüfungsabschnitt 52.
Der Umgebungsmodellspeicher 41 speichert eine Umgebungsmodell, das die Ausführungsumgebung des Manipulator (eine Anordnung oder dergleichen des Manipulators und Hindernisse) darstellt. Das System 42 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen erzeugt automatisch die Bewegungsbahn des Manipulatorkopfes auf der Basis des in diesem Umgebungsmodellspeicher 41 gespeicherten Umgebungsmodells.
Der Schablonenspeicher 43 speichert die Bewegungsbahnschablone, welche die Manipulatorkopfbewegungsbahn in dem System 42 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen darstellt. Das Formregister 44 zeichnet vorab die Forminformation von mehreren Bewegungsbahnschablonen, welche die geschätzte Manipulatorkopfbewegungsbahn im Voraus zeigen in dem Schablonenspeicher 43 auf, um die Manipulatorkopfbewegungsbahn zu erzeugen. Der Hindernisdetektionsabschnitt 45 detektiert das Hindernis vor einem Betrieb des Manipulators. Der Größenentscheidungsabschnitt 46 bestimmt eine Größe der Bewegungsbahnschablone T. Das Größenregister 47 zeichnet die Größeninformation der von dem Größenentscheidungsabschnitt 46 bestimmten Bewegungsbahnschablone T in dem Schablonenspeicher 43 auf. Der Schablonenbeschränkungsabschnitt 48 begrenzt die verfügbaren Bewegungsbahnschablonen T von den im dem Schablonenspeicher 43 gespeicherten Bewegungsbahnschablonen T auf der Basis eines Stellungsmodus "m" des Manipulators M. Der Prioritäts-Zuweisungsabschnitt 49 weist eine Priorität auf der Basis der Ausführungsumgebung der Bewegungsbahnschablone T zu, welche von dem Schablonenbeschränkungsabschnitt 48 als verfügbar bestimmt wird. Der erste Interferenzüberprüfungsabschnitt 50 führt eine Überprüfung auf Interferenz der Bewegungsbahnschablone T mit dem Hindernis 01 in dem Umgebungsmodell in einem Prozeß durch, in welchem die Bewegungsbahnschablone T aus dem Schablonenspeicher 43 in einer Priorität aufsteigender Reihenfolge auf der Basis der von dem Prioritäts- Zuweisungsabschnitt 49 zugewiesenen Priorität ausgelesen wird. Der Kurveninterpolationsabschnitt 51 erzeugt die Bewegungsbahndaten des Manipulators M, wenn der erste Interferenzüberprüfungsabschnitt 50 feststellt, daß keine Interferenz entsteht, indem er die Bewegungsbahnschablone T, für welche die vorstehende Entscheidung auf der Basis des Umgebungsmodells getroffen wurde, auf der Basis der Betriebscharakteristik des Manipulators M interpoliert. Der zweite Interferenzüberprüfungsabschnitt 52 führt eine detaillierte Interferenzüberprüfung zwischen dem Manipulator M und dem Hindernis 01 aus, indem er eine Simulation in dem Umgebungsmodell auf der Basis der von dem Kurveninterpolationsabschnitt 51 erzeugten Bewegungsbahndaten durchführt.
Die Bewegungsbahnschablone innerhalb des vorstehenden Umgebungsmodells wird beispielsweise als ein virtuelles Objekt ausgedrückt, welches durch Verbinden eines Würfels C (welcher später erläutert wird), wie z.B. eines Quaders oder Parallelflachs, erzeugt wird. Wenn eine derartige Bewegungsbahnschablone in dem Schablonenspeicher 43 aufgezeichnet wird, erfolgt deren Aufzeichnung im Hinblick auf deren Forminformation und Größeninformation, was nachstehend im Detail beschrieben wird.
Fig. 4A ist ein konkretes Beispiel von Formen von in dem Formregister 44 aufgezeichneten Bewegungsbahnschablonen T. Die Formen der in Fig. 4A dargestellten Bewegungsbahnschablonen beinhalten im wesentlichen zwei Typen, L- und U-Buchstabenformen, die aber richtungsabhängig in 4 Gruppen mit insgesamt 11 Formen getrennt werden.
In der Gruppe 1 enthaltene Bewegungsbahnschablonen T1 bis T2 stellen eine über dem Hindernis verlaufende Manipulatorkopfbewegungsbahn (eine positiven Richtung in der "z"- Koordinate) dar. In der Gruppe 2 enthaltene Bewegungsbahnschablonen T4 bis T6 stellen eine hinter dem Hindernis verlaufende Manipulatorkopfbewegungsbahn (eine negative Richtung in der "x"-Koordinate) dar. In der Gruppe 3 enthaltene Bewegungsbahnschablonen T7 bis T9 stellen eine vor dem Hindernis verlaufende Manipulatorkopfbewegungsbahn (eine positive Richtung in der "x"-Koordinate) dar. In der Gruppe 4 enthaltene Bewegungsbahnschablonen T10 und T11 stellen links von dem Hindernis verlaufende Manipulatorkopfbewegungsbahn (eine positive Richtung in der "y"-Koordinate) oder rechts von dem Hindernis verlaufende Manipulatorkopfbewegungsbahn (eine negative Richtung in der "y"-Koordinate) jeweils von oben gesehen dar. Dreidimensionale Formen der Bewegungsbahnschablonen T1 bis T11 gegenüber dem Hindernis sind in Fig. 4B dargestellt.
Der Hindernisdetektionsabschnitt 45 detektiert das Hindernis auf der Basis einer momentanen Position (nachstehend als "Startpunkt" bezeichnet) und einer Zielposition (nachstehend als "Endpunkt" bezeichnet) des Manipulators und auf der Basis des in dem Umgebungsmodellspeicher 41 gespeicherten Umgebungsmodell. In dem Hindernisdetektionsabschnitt 45 werden, wie es beispielsweise in Fig. 5 dargestellt ist, alle auf einer geraden Bewegungsbahn L von einem Startpunkt S zu einem Endpunkt E existierenden Objekte als ein Hindernis 01 betrachtet.
Bei einer derartigen Detektion werden jedoch die Würfel C wie z.B. ein rechteckiges Parallelflach und dergleichen tatsächlich auf der geraden Bewegungsbahn L unter Berücksichtigung des Manipulatorkopfes und der Größe des Objektes, welches der Manipulator festhält, benutzt. Die Positionsinformation des Startpunktes S wird automatisch innerhalb des Systems gehalten, indem eine Antwort von dem in dem Umgebungsmodell erstellten Manipulator angefordert wird. Mit anderen Worten: Die Positionsinformation des Startpunktes S wird automatisch durch Überprüfung des Umgebungsmodells erhalten. Im Gegensatz dazu wird der Endpunktes E von der Bedienungsperson vor einer Operation des Manipulators eingegeben.
Die Größe des Bewegungsbahnschablone T wird durch die Breite der Würfel gesteuert, welche sowohl Positionen der Zwischenpunkte als auch der Bewegungsbahnschablone T bilden. In diesem Fall stellt jeder "Zwischenpunkt" einen Verbindungspunkt der die Bewegungsbahnschablone T bildenden Würfel dar. Der Zwischenpunkt für die Bewegungsbahnschablone wird durch die relative Position zu dem Startpunkt S und dem Endpunkt E ausgedrückt.
Fig. 6 ist eine veranschaulichende Ansicht von Breiten W von Zwischenpunkten R und von Würfeln C einer U-förmigen Bewegungsbahnschablone T. Gemäß Darstellung in Fig. 6 besteht die U-förmige Bewegungsbahnschablone T aus drei Würfeln C1 bis C3. Demzufolge sind RS und RE als ein Zwischenpunkt R vorgesehen, wobei RS einen dem Startpunkt S entsprechenden Zwischenpunkt R bezeichnet, und RE einen dem Endpunkt E entsprechenden Zwischenpunkt R bezeichnet. Eine Position des Zwischenpunktes RS wird durch eine Relativposition des Startpunktes S, und eine Position des Zwischenpunktes RE wird durch eine Relativposition des Endpunktes E gesteuert. Obwohl Details weggelassen werden, ist in der L-förmigen Bewegungsbahnschablone T die Anzahl von Zwischenpunkten R vernünftigerweise nur Eins, und die Position des Zwischenpunktes R wird beispielsweise durch eine Relativposition des Startpunktes S gesteuert.
Der Größenentscheidungsabschnitt 46 ermittelt eine Koordinatenposition des Zwischenpunktes R auf der Basis einer Größe des von dem Hindernisdetektionsabschnitt 45 detektierten Hindernisses 01. Auf diese Weise kann dann, wenn die Bewegungsbahnschablone T zuvor aufgezeichnet wurde, die Bewegungsbahnschablone T nur durch die Forminformation aufgezeichnet werden, was zu einer Verringerung der Anzahl der Register führt.
Eine Position des Startpunktes S fällt, wenn der Manipulator nichts festhält, mit der Position des Manipulatorkopfes zusammen, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, wobei M einen innerhalb des Umgebungsmodells erstellten Manipulator repräsentiert. Im Gegensatz dazu fällt dann, wenn der Manipulatorkopf ein Objekt 02 festhält, eine Position des Startpunktes S mit einem Ende des so gehaltenen Objektes 02 zusammen, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Daher ist der von dem Umgebungsmodell auf eine Abfrage des Systems 42 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen gelieferte Startpunkt S eine Position unter Berücksichtigung der Größe des festgehaltenen Objektes 02.
Bei einem Vergleich von Fig. 7 mit Fig. 8 find man sogar dann, wenn eine von dem Hindernisdetektionsabschnitt 45 detektierte Positionsbeziehung des Manipulators M mit dem Hindernis 01 nicht verändert wird, daß sich die zu verwendende Bewegungsbahnschablone T abhängig davon unterscheidet, ob das festgehaltene Objekt 02 vorhanden ist oder nicht. Die Breite W des die vorstehend beschriebene Bewegungsbahnschablone T bildenden Würfels C wird von einer Größe des Kopfes des Manipulators M bestimmt, wenn der Manipulator das Objekt 02 nicht festhält, und dieselbe wird von einer Größe des festgehaltenen Objektes 02 bestimmt, wenn der Manipulator M das Objekt 02 festhält. Demzufolge bestimmt der Größenentscheidungsabschnitt 46 eine Breite W auf der Basis einer Größe des Kopfes des Manipulators M, wenn der Manipulator M das Objekt 02 nicht festhält, und derselbe bestimmt die Breite W auf der Basis einer Größe des festgehaltenen Objektes, wenn der Manipulator M das Objekt 02 festhält.
Das Größenregister 47 registriert die Größeninformation der von dem Größenentscheidung,sabschnitt 46 in dem Schablonenspeicher 43 bestimmten Bewegungsbahnschablone T. Eine solche Aufzeichnung wird für alle Bewegungsbahnschablonen T ausgeführt, in welchen zuvor nur die Forminformation gespeichert wurde.
Der Schablonenbeschränkungsabschnitt 48 begrenzt die verfügbaren Bewegungsbahnschablone T von den in dem Schablonenspeicher 43gespeicherten Bewegungsbahnschablonen T auf der Basis eines Stellungsmodus (m) des Manipulators M. Ein konkretes Beispiel eines Schablonenbeschränkungsvorgangs des Schablonenbeschränkungsabschnittes 48 wird unter Anwendung eines vertikalen Mehrfachgelenk-Manipulators mit sechs Freiheitsgraden als Manipulator M beschrieben.
Fig. 9 ist ein Beispiel eines Stellungsmodus (m) eines vertikalen Mehrfachgelenk-Manipulators M mit sechs Freiheits graden. Fig. 9 stellt zwei Stellungsmodi m1 und m2 dar, die positive und negative Drehungen einer fünften Welle (eines fünften Gelenks, θ5) entsprechen. Wenn in dem Stellungsmodus ml eine von dem Hindernisdetektionsabschnitt 45 detektierte Positionsbeziehung zwischen dem Manipulator M und dem Hindernis 01 durch eine in Fig. 10 dargestellte Positionsbeziehung gekennzeichnet ist, wird dann festgestellt, daß die Bewegungsbahnschablonen T7, T9 und T9 der Gruppe 3, welche das Hindernis 01 durch Passieren an der Vorderseite (in einer positiven Richtung auf der "x"-Koordinate) des Hindernisses 01 umgehen, nicht verwendet werden können.
Dieses beruht darauf, daß es mit den Bewegungsbahnschablonen T7, T8 und T9 möglich ist, eine Kollision des Kopfes des Manipulators M mit dem Hindernis 01 zu vermeiden, aber es nicht möglich ist, eine Kollision eines Gelenks des Manipulators M mit dem Hindernis 01 zu vermeiden. Aus demselben Grund wird in diesem Fall festgestellt, daß die Bewegungsbahnscha blonen T10 und T14 der Gruppe 4 ebenfalls nicht verwendet werden können.
Wenn gemäß Darstellung in Fig. 11 eine minimale Arbeitsgrenze xmin-LIMIT in der "X"-Richtung des Manipulators M (wobei, wenn er ein Objekt 02 festhält, eine Größe des festgehaltenen Objektes 02 berücksichtigt wird) größer als ein minimaler Wert xmin in der "x"-Richtung des Hindernisses 01 ist, wird dann festgestellt, daß die Bewegungsbahnschablonen T4, T5 und T6 der Gruppe 2, welche das Hindernis 01 durch Passieren hinter dem Hindernis 01 (in einer negativen Richtung in der "x"-Koordinate) umgehen, nicht verwendet werden können.
Ferner wird dann, wenn gemäß Darstellung in Fig. 12 eine maximale Arbeitsgrenze TOP-LIMIT in der "z"-Richtung des Manipulators M (wobei, wenn das Objektes 02 festgehalten wird, eine Größe des festgehaltenen Objektes 02 berücksichtigt wird) kleiner als ein maximaler Wert TOP in der "z"-Richtung des Hindernisses 01 ist, festgestellt, daß die Bewegungsbahnschablonen T1, T2 und T3 der Gruppe 1, welche das Hindernis 01 durch Passieren über dem Hindernis (in einer positiven Richtung auf der "z"-Koordinate) umgehen, nicht verwendet werden können.
In derselben Weise werden in dem zweiten Stellungsmodus m2, obwohl Details weggelassen werden, die Bewegungsbahnschablonen T, welche verwendet werden können, durch Positionsbeziehungen zwischen TOP-LIMIT, xmax-LIMIT, xmin-LIMIT, und TOP, xmax, und xmin gemäß Darstellung in Fig. 13 bis 15 beschränkt. Auf diese Weise wird die nicht verfügbare Bewegungsbahnschablone T vorab von einem zu holendem Objekt ausgeschlossen&sub1; und somit kann ein effektiver Holvorgang auf der Basis der Positionsbeziehung zwischen dem Hindernis 01 und dem Manipulator M und auf der Basis des Stellungsmodus "m" des Manipulators M durchgeführt werden.
Der Prioritäts-Zuweisungsabschnitt 49 weist eine Priorität auf der Basis der Ausführungsumgebung der Bewegungsbahnschablone T zu, welche von dem Schablonenbeschränkungsabschnitt 48 als verfügbar bestimmt wird. Der Prioritäts- Zuweisungsabschnitt 49 weist den Bewegungsbahnschablonen T die Priorität zuerst durch Bewerten der Ausführungsumgebung und dann durch Zuweisen eines Punktes zu den jeweiligen Bewegungsbahnschablonen T auf der Basis eines Ergebnisse einer solchen Bewertung zu
Die Bewertung der Ausführungsumgebung wird so durchgeführt, daß Positionsbeziehungen zwischen dem Startpunkt S, dem Endpunkt E, und dem Hindernis 01 ermittelt werden. Die Positionsbeziehungen zwischen dem Startpunkt S, dem Endpunkt E und dem Hindernis 01 werden in einer Weise ermittelt, daß sie in eine Positionsbeziehung in einer xy-Ebene und in eine Positionsbeziehung in einer zy-Ebene getrennt sind.
Die Positionsbeziehung in der xy-Ebene wird durch Projektion der Ausführungsumgebung auf die xy-Ebene ermittelt. In diesem Entscheidungsvorgang wird gemäß Fig. 16 die Positionsbeziehung abhängig davon bestimmt, ob die "x"-Koordinaten des Startpunktes S und des Endpunktes E jeweils größer als der maximale Wert xmax oder kleiner als der minimale Wert xmin in der "x"-Richtung des Hindernisses 01 sind, oder ob keine derartigen "x"-Koordinaten zwischen dem Maximum xmax und dem Minimum xmin liegen. Bei einer derartigen Trennung von Fällen werden für den Startpunkt E und der Endpunkt E jeweils drei Positionsbeziehungen angenommen, deren Kombinationen gemäß Darstellung bei (1) bis (9) neun Positionsbeziehungen ergeben.
Für eine Entscheidung der Positionsbeziehung in der xy- Ebene, wird die Entscheidung nicht nur unter Berücksichtigung der Positionsbeziehung in der "x"-Richtung gemäß vorstehender Beschreibung sondern auch der Positionsbeziehung in der "y"- Richtung in Fig. 17 getroffen. Mit anderen Worten: Es wird eine Entscheidung für eine Positionsbeziehung (10) getroffen, welche die Bedingung erfüllt, bei der die "y"-Koordinaten sowohl des Startpunktes S als auch des Endpunktes E sowohl zwischen dem maximalen Wert ymax als auch dem minimalen Wert ymin in der "y"-Richtung liegen.
In der xy-Ebene werden die Positionsbeziehungen durch eine Trennung in zehn Fälle gemäß vorstehender Beschreibung bestimmt. Die Positionsbeziehungen (1) und (9), in welcher sich die gerade Bewegungsbahnschablone L nicht mit dem Hindernis ol überlappt, sind einem zu ermittelnden Objekt enthalten. Der Grund dafür besteht darin, daß sogar in einem solchem Fall sich eine Möglichkeit einer Überlappung des Würfels C mit dem Hindernis 01 ergeben kann, wenn der Würfel C anstelle der gerade Bewegungsbahn L verwendet wird.
Für die Positionsbeziehung in der zy-Ebene wird eine ähnliche Entscheidung durch Projektion der Ausführungsumgebung auf die zy-Ebene getroffen, welche in Fig. 18 dargestellt ist. In dem vorstehenden Fall wird eine Positionsbeziehung dahingehend bestimmt, ob "z"-Koordinaten des Startpunktes S und des Endpunktes E jeweils größer als der maximale Wert der Oberseite des Hindernisses 01 sind. Bei dieser Trennung werden sowohl für den Startpunkt S als auch den Endpunkt E jeweils zwei Fälle angenommen, deren Kombination daher vier Positionsbeziehungen (1) bis (4) ergeben.
Die Ausführungsumgebung wird somit durch die Positionsbeziehungen zwischen dem Startpunkt S, dem Endpunkt E und dem Hindernis 01 bewertet, deren Positionsbeziehung durch Trennen dieser in die xy-Ebene und in yz-Ebene ermittelt werden. Auf der Basis der Bewertung läßt sich ein Algorithmus für die Zuweisung der Priorität zu den jeweiligen Bewegungsbahnschablonen T durch Beispiele wie folgt erläutern.
(1) Zuerst wird die Positionsbeziehung in der xy-Ebene ermittelt, und ein Punkt jeder Bewegungsbahnschablone T auf der Basis einer derartigen Ermittlung zugewiesen (das Gewicht des Punktes wird beispielsweise abhängig von dem Abstand zwischen dem Start- und Endpunkt in Zusammenhang mit der Bewegungsbahn des Manipulatorkopfes ermittelt);
(2) Anschließend wird die Positionsbeziehung in der yz- Ebene ermittelt, und ein Punkt jeder Bewegungsbahnschablone auf der Basis einer solchen Ermittlung zugewiesen; und
(3) Zum Schluß werden die Punkte jeder Bewegungsbahnschablone T summiert und eine Reihenfolge der Priorität nacheinander ausgehend von denen mit höheren Summen ermittelt.
Eine Zuordnung der den jeweiligen Bewegungsbahnschablonen T zugewiesenen Punkte ist in Fig. 19 dargestellt, in welcher ein zu einem Zeitpunkt zuzuordnender maximaler Wert von Punkten in dieser Ausführungsform drei ist. Man beachte, daß der Punktwert der Bewegungsbahnschablone T vor dem Beginn der Bewertung der Umgebung auf "0" initialisiert wird. Bei der Zuweisung der Punkte wird zuerst die effektive Bewegungsbahnschablone T auf der Basis der bereits ermittelten Positionsbeziehung ermittelt. Anschließend wird ein Bewegungsabstand (Länge) der so ermittelten Bewegungsbahnschablone T berechnet. Diese Berechnung wird auf einer Basis der Positionsin formation des Zwischenpunkt R der in dem Schablonenspeicher 43 gespeicherten Bewegungsbahnschablone T durchgeführt. Zum Schluß wird auf der Basis des berechneten Ergebnisses ein höherer Punkt selektiv ausgehend von denen mit einem kürzeren Bewegungsabstand zugewiesen.
Die auf eine solche Weise zugewiesenen Punkte sind in den Fig. 20 bis 33 dargestellt. Fig. 20 bis 28 bezeichnen die Punkte in den Positionsbeziehungen (1) bis (9) in der "x"- Richtung in der in Fig. 16 dargestellten xy-Ebene. Fig. 29 stellt die Punkte in der Positionsbeziehung (10) in der "y"- Richtung in der yz-Ebene in Fig. 17 dar. Fig. 30 bis 33 bezeichnen die Punkte in den Positionsbeziehungen (1) bis (4) in der "z"-Richtung in der yz-Ebene in Fig. 18.
Der Prioritätszuweisungsalgorithmus gemäß vorstehender Beschreibung wird unter Bezugnahme auf ein repräsentatives Beispiel beschrieben, in welchem eine Positionsbeziehung in der "x"-Richtung in der xy-Ebene eine in Fig. 16 (3) dargestellte Beziehung, eine Positionsbeziehung in der "y"- Richtung in derselben Ebene eine in Fig. 17 (10) dargestellte Beziehung, und eine Positionsbeziehung in der "z"-Richtung in der yz-Ebene eine in Fig. 18 (1) dargestellte Beziehung aufweist.
Für die Positionsbeziehung (3) in der "x"-Richtung in der xy-Ebene werden die Bewegungsbahnschablonen TS, T6, T9, T10 und T11 gemäß Darstellung in Fig. 22 als verfügbar ermittelt. Demzufolge werden die Punkte den Bewegungsbahnschablone T5, T6, T7, T9, T10 und T11 auf der Basis des Bewegungsabstandes zugewiesen, der aus der Positionsinformation des in dem Schablonenregisterspeicher 43 aufgezeichneten Zwischenpunktes R berechnet wird.
Für die Positionsbeziehung (10) in der "y"-Richtung in der xy-Ebene werden die Bewegungsbahnschablonen T10 und T11 gemäß Darstellung in Fig. 29 als verfügbar ermittelt. Demzufolge werden die Punkte den Bewegungsbahnschablonen T10 und T11 auf der Basis von deren Bewegungsabständen zugewiesen.
Für die Positionsbeziehung (1) in der "z"-Richtung in der yz-Ebene wird die Bewegungsbahnschablone T3 gemäß Darstellung in Fig. 30 als verfügbar ermittelt. Demzufolge wird der Punkt der Bewegungsbahnschablone T3 auf der Basis von deren Bewegungsabstand zugewiesen.
Die Zuweisungen der Punkte zu den entsprechenden Richtung gen werden, wie vorstehend beschrieben, abgeschlossen worauf dann der Betriebsablauf zu einem Summiervorgang der Punkte übergeht. In dem Berechnungsvorgang werden die Punkte der Bewegungsbahnschablonen T3, T5, T6, T7 und T9 nicht verändert, jedoch die Punkte der Bewegungsbahnschablonen T10 und T11 werden jeweils von 3 nach 4 verändert. In den Anordnungen der Punkte gemäß vorstehender Beschreibung sind die Bewegungsbahnschablonen T mit denselben Punkten zu bestimmten Zeitpunkten vorhanden. Bei den Zuweisungen der Punkte gemäß vorstehender Beschreibung liegen die Bewegungsbahnschablonen T mit denselben Punkten zu bestimmten Zeitpunkten vor. In einem derartigen Falle weisen beispielsweise die Bewegungsbahnschablonen T mit einer niedrigeren Schablonennummer eine Priorität gegenüber denen mit der höheren Schablonennummer auf. Auf diese Weise wird die Priorität für die Bewegungsbahnschablonen T3, TS, T6, T7, T9, T10 und T11 in die Reihenfolge T10 T T11 T T5 T T7 T T3 T T6 T T9 verändert.
Hier wird nun eine Funktion des ersten Interferenzüberprüfungsabschnittes 50 im Detail erläutert. Der erste Interferenzüberprüfungsabschnitt 50 überprüft eine Interferenz der Bewegungsbahnschablone T mit dem Hindernis 01 in dem Umge bungsmodell in einem Vorgang, in welchem die Bewegungsbahnschablone T aus dem Schablonensspeicher 43 ausgehend von höherer Priorität auf der Basis der von dem Prioritäts-Zuweisungsabschnitt 49 zugewiesenen Priorität ausgelesen wird. Bei der Interferenzüberprüfung ist es selbstverständlich, daß die von dem Hindernisdetektionsabschnitt 45 mit dem Hindernis 01 detektierte Interferenz überprüft wird. Es werden aber auch Interferenzen mit anderen Hindernissen darum herum ebenfalls detektiert, und diese anderen Hindernisse werden ebenfalls mit demselben Bezugszeichen 01 außer zu einem Zeitpunkt der Notwendigkeit diese von 01 zu unterscheiden bezeichnet. Die Größe der Bewegungsbahnschablone T wird auf der Basis des von dem Hindernisdetektionsabschnitt 45 gemäß vorstehender Beschreibung detektierten Größe des Hindernisses 01 festgelegt. Demzufolge wird es bei der beschriebenen Interferenzüberprüfung wichtig, die Interferenz mit dem Hindernis 01 zu überprüfen. Wenn die Interferenz bei der vorgenannten Interferenzüberprüfung erzeugt wird, liest der erste Interferenzüberprüfungsabschnitt 50 aus dem Schablonenspeicher 43 die Bewegungsbahnschablone T der nächsten Priorität aus und führt die Interferenzüberprüfung wieder durch.
Ein Vorgang der Interferenzüberprüfung ist in den Fig. 34 und 35 dargestellt. In Fig. 34 bezeichnet M einen Manipulator, H bezeichnet einen Kopf des Manipulators M, 01 bezeichnet ein Hindernis; 5 bezeichnet ein Startpunkt des Kopfes H, und E bezeichnet einen Endpunkt des Kopfes H. Gemäß Darstellung in Fig. 35 wird die Bewegungsbahnschablone T als ein Satz von Würfeln C ausgedrückt, und deren Geschwindigkeit wird erhöht, indem grob eine Interferenz in einer Stellungsrichtung durch Abbildung von zwei Hilfswürfeln CS1 und CS2 ebenfalls in der Stellungsrichtung des Manipulators M überprüft wird.
Als Folge der Interferenzüberprüfung kann die durch eine derartig detaillierte Interferenzüberprüfung erfaßte Bewegungsbahnschablone T vorher von einem zu holenden Objekt entfemt werden, bevor die detaillierte Interferenzüberprüfung durch eine Kurveninterpolation und eine Simulation durchgeführt wird, welche nachstehend beschrieben werden.
Wenn der erste Interferenzüberprüfungsabschnitt 50 ermittelt, daß keine Interferenz erzeugt wird, erzeugt der Kurveninterpolationsabschnitt 51 die Bewegungsbahndaten des Manipulators M durch Interpolation der Bewegungsbahnschablone T, für welche die vorstehenden Entscheidung in dem Umgebungsmodell auf der Basis des Betriebscharackteristik des Manipulators M getroffen wurde. Dann führt der zweite Interferenzüberprüfungsabschnitt 52 eine detaillierte Interferenzüber prüfung zwischen dem Manipulator M und dem Hindernis 01 durch, indem er eine Simulation in dem Umgebungsmodell auf der Basis der von dem Kurveninterpolationsabschnitt 51 erzeugten Bewegungsbahndaten durchführt.
Fig. 36 stellt eine kurveninterpolierte Bewegungsbahn OR, erzeugt nach dem Interferenzüberprüfungsvorgang des zweiten Interferenzüberprüfungsabschnittes 52, dar. Dieses sind die Operationen des System 42 zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen in Fig. 3B.
Die in Fig. 38 dargestellten entsprechenden Funktionen werden durch die Software einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) durchgeführt, und in diesem Zusammenhang wird der Betriebsablauf des Systems in Fig. 3B unter Bezugnahme auf Flußdiagramme in Fig. 37A und 37B beschrieben. Es werde angenommen, daß bei der nachstehenden Erläuterung das Umgebungs modell bereits in dem Umgebungsmodellspeicher 41 aufgezeichnet wurde.
Die Erzeugung der Manipulatorkopfbewegungsbahn wird durch Befehlen eines Erzeugungsvorgangs von Manipulatorkopfbewegungsbahnen durch die Bedienungsperson ausgeführt. Wenn der vorstehende Befehl empfangen wird, wird ein Aufzeichnungsvorgang der Bewegungsbahnschablone T auf der Basis des in dem Umgebungsmodellspeicher 41 gespeicherten Umgebungsmodells gemäß Darstellung in Fig. 37A (Schritt 101 bis Schritt 104) durchgeführt. Bei dem Schritt 101 wird die Forminformation der die Kopfbewegungsbahn des Manipulators M angebenden Bewegungsbahnschablonen T (T1 bis T11), ermittelt durch das Formregister 44, in dem Schablonenspeicher 43 gespeichert.
Anschließend wird bei dem Schritt 102 das Hindernis 01 in dem Umgebungsmodell durch den Hindernisdetektionsabschnitt 45 detektiert. Dann wird eine Größe der Bewegungsbahnschablone T durch den Größenentscheidungsabschnitt 46 bei dem Schritt 103 ermittelt und das Ergebnis der Ermittlung über das Größenregister 47 bei dem Schritt 104 in den Schablonenspeicher 43 geschrieben. Auf diese Weise wird der Aufzeichnungsvorgang der Bewegungsbahnschablone T auf der Basis der Ausführungsumgebung abgeschlossen.
Nach dem vorstehend beschriebenen Vorgang wird der Erzeugungsvorgang der Manipulatorkopfbewegungsbahn in dem Umgebungsmodell gemäß Darstellung in Fig. 37B (Schritte 105 bis 116) ausgeführt. Bei dem Erzeugungsvorgang der Manipulatorkopfbewegungsbahn werden die verwendbaren Bewegungsbahnschablonen T auf der Basis des Stellungsmodus "m" des Manipulators M durch den Schablonenbeschränkungsabschnitt 48 bei dem Schritt 105 beschränkt. Von dem Prioritäts-Zuweisungsabschnitt 49 wird eine Nummer "n" der Prioritätsreihenfolge für die Bewegungsbahnschablone T zugewiesen, deren Verwendung von dem Schablonenbeschränkungsabschnitt 48 bei dem Schritt 106 als zulässig ermittelt wurde.
Eine Interferenz der Bewegungsbahnschablone T mit einer höchsten Priorität "n" (n=1) mit dem Hindernis 01 wird gemäß Darstellung in Fig. 37B in den Schritten 107 bis 110 von dem ersten Interferenzüberprüfungsabschnitt 50 überprüft.
Bei dieser Interferenzüberprüfung geht die Steuerung dann, wenn ermittelt wird, daß bei dem Schritt 110 keine Interferenz erzeugt wird, zu dem Schritt 111 über und es werden Bewegungsbahndaten mittels Interpolation durch den Kurveninterpolationsabschnitt 51 in Bezug auf die Bewegungsbahnschablone T erzeugt, welche so ermittelt wird, daß keine Interferenz auftritt. Dann wird eine Simulation von dem zweiten Interferenzüberprüfungsabschnitt 52 auf der Basis der Bewegungsbahndaten durchgeführt, und eine detaillierte Interfe renzüberprüfung des Manipulators M und des Hindernisse 01 in dem Schritt 112 durchgeführt.
Über die Interferenzüberprüfung werden dann, wenn in dem Schritt 113 ermittelt wird, daß keine Interferenz erzeugt wird, die vorstehend beschrieben Bewegungsbahndaten einem tatsächlichen (nicht dargestellten) Manipulatortreiber im Schritt 114 zugeführt. Andererseits wird dann, wenn in dem Schritt 110 oder im Schritt 113 festgestellt wird, daß eine Interferenz vorliegt, dann der Vorgang gemäß vorstehender Beschreibung nochmals auf der Basis der Bewegungsbahnschablone T mit der nächsten Priorität "n" in dem Schritt 115 durchgeführt.
Anschließend an das Vorstehende werden die beschriebenen Vorgänge wiederholt, bis festgestellt wird, daß keine Interferenz erzeugt wird. Wenn eine Interferenz sogar in der Bewegungsbahnschablone T der niedrigsten Priorität erzeugt wird, wird dann in dem Schritt 116 der Bedienungsperson ein Fehlschlag der Erzeugung der Bewegungsbahn mitgeteilt.
Gemäß den hierin vorstehend im Detail beschriebenen Ausführungsformen gibt es Vorteile wie folgt:
(1) Da der Schablonenspeicher 43 als Speicher zum Aufzeichnen der Bewegungsbahnschablone T ausreicht, kann die Speicherkapazitat im Vergleich zum Aufzeichnen eines Netzgitters reduziert werden;
(2) Die Manipulatorkopfbewegungsbahn wird erzeugt, indem zuerst die Kopfbewegungsbahn abgeschätzt wird, und indem dann überprüft wird ob eine derartige Abschätzung korrekt ist oder nicht. Demzufolge kann die für den Erzeugungsvorgang der Manipulatorkopfbewegungsbahn erforderliche Zeit im Vergleich zu dem Fall reduziert werden, bei dem die Manipulatorkopfbewegungsbahn mittels eines Gitternetzes gesucht wird;
(3) Eine Größe der Bewegungsbahnschablone T (wie z.B. die Koordinatenposition des Zwischenpunktes R oder eine Breite W des Würfels C) wird auf der Basis des Hindernisses 01 und des festgehaltenen Objektes 02 ermittelt. Daher kann die Anzahl der vorab zu erzeugenden Bewegungsbahnschabloneen T stark verringert und somit ein effektiver Holvorgang für die Bewegungsbahnschablone T realisiert werden;
(4) Vor der Interferenzüberprüfung werden die verfügbaren Bewegungsbahnschablonen T auf der Basis des Stellungsmodus "m" des Manipulators M beschränkt, wodurch ein effektiver Holvorgang für die Bewegungsbahnschablone T erhalten werden kann;
(5) Ferner wird vor der Interferenzüberprüfung die Ausführungsumgebung bewertet und auf der Basis einer derartigen Bewertung der verfügbaren Bewegungsbahnschablone T ein Priorität zu gewiesen, wodurch der effektive Holvorgang für die Bewegungsbahnschablone T erhalten werden kann;
(6) Vor der detaillierten Interferenzüberprüfung mittels Simulation werden die für die detaillierte Interferenzüberprüfung zu verwendenden Bewegungsbahnschablonen T durch Überprüfung einer Interferenz der Bewegungsbahnschablone T und des Hindernisse 01 beschränkt. Demzufolge kann die Geschwindigkeit der Interferenzüberprüfung gesteigert werden; und
(7) Wenn die Priorität auf der Basis des Bewegungsabstandes der Bewegungsbahnschablone T ermittelt wird, werden die Punkte den jeweiligen Bewegungsbahnen T auf der Basis jedes tatsächlichen Bewegungsabstandes von diesen zugewiesen, und die Priorität somit genau bestimmt.
Fig. 38 ist eine veranschaulichende Ansicht (Tabelle) von wesentlichen Punkten einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. In dieser Ausführungsform unterscheidet sich ein Vorgang der Prioritätszuordnung zu der Bewegungsbahnschablone T von dem Vorgang in der ersten Ausführungsform Bei der ersteren Ausführungsform wurde beschrieben, daß die Ausführungsumgebung bewertet und auf der Basis einer derartigen Bewertung die Punkte den entsprechenden Bewegungsbahnschablonen T zugewiesen werden, und die jeweilige Priorität der entsprechenden Bewegungsbahnschablone T zugewiesen wird.
Im Gegensatz zu dem Vorstehenden wird in dieser Ausführungsform eine Prioritätstabelle auf der Basis der Ausführungsumgebung erstellt, welche zuvor abgeschätzt wurde, und unter Bezugnahme auf das Bewertungsergebnis der tatsächlichen Ausführungsumgebung wird die Priorität der entsprechenden Bewegungsbahnschablonen T unter Bezugnahme auf die Prioritätstabelle bestimmt.
Fig. 38 ist eine veranschaulichende Ansicht, die eine Prioritätstabelle in diesem Falle darstellt, wobei eine vertikale Achse der Tabelle Umgebungsmodi repräsentiert und eine horizontale Achse davon alle Prioritätszahlen darstellt. Der Umgebungsmodus ist durch Kombinationen der 10 Positionsbeziehungen (1) bis (10) in der in Fig. 16 und 17 dargestellten xy-Ebene und der 4 Positionsbeziehungen (1) bis (4) in der yz-Ebene in Fig. 18 in 40 Modi aufgeteilt. In diesem Fall wird die Priorität auch auf der Basis der Bewegungsabstände der entsprechenden Bewegungsbahnschablonen T ermittelt, wobei ein solcher verwendeter Bewegungsabstand kein Bewegungsabstand auf der Basis der tatsächlichen Ausführungsumgebung ist, sondern ein angenäherter Bewegungsabstand, der unter Bezugnahme auf die abgeschätzte Ausführungsumgebung bestimmt wird.
In Fig. 38 sind die Bewegungsbahnschablonen T mit ihren Namen (T1, T2, ...) registriert, obwohl die Registrierung mittels der jeweiligen Schablonennummer (1, 2, ...) bevorzugt verwendet werden kann. In einem solchen Aufbau, in welchem die Prioritätstabelle vorab erstellt wird, kann die einmal erstellte Prioritätstabelle immer verwendet werden, solange ein Vorgang der Feststellung des Umgebungsmodus nicht verändert wird. Daher wird anders als bei der ersteren Ausführungsform ein sehr schneller Prioritäts-Entscheidungsvorgang realisiert, in welcher die Priorität jedesmal bestimmt werden muß, wenn die Ausführungsumgebung abgeschätzt wird.
Fig. 38 bis 43 sind veranschaulichende Ansichten der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform. In der ersteren Ausführungsform wird die einfache Kopfbewegungsbahn auf der Basis nur einer Bewegungsbahnschablone T erzeugt. Im Gegensatz zu dem Vorstehenden wird in dieser Ausführungsform eine komplizierte Kopfbewegungsbahn des Manipulators durch Verbinden mehrerer Bewegungsbahnschablonen T erzeugt. Wenn die Anzahl der Hindernisse 01 gleich Eins oder sogar mehr als Eins ist, kann dann, sofern die mehreren Hindernisse 01 bis zu einem bestimmten Maß nahe aneinander positioniert sind, wie es in Fig. 39 dargestellt ist, das Hindernis 01 mittels einer einzigen relativ kleineren Bewegungsbahnschablone T umgangen werden.
Wenn im Gegensatz dazu mehrere Hindernisse 01 gemäß Darstellung in Fig. 40 verstreut positioniert sind, muß zur Umgehung der Hindernisse 01 mittels einer einzigen Bewegungsbahnschablone T unvermeidlich eine überlange Bewegungsbahnschablone T verwendet werden, wobei ein langer Umweg um die Hindernisse herum erforderlich ist. Die Bewegungsbahnschablo ne T mit einem solch langen Umweg kann in Hinblick auf einen Bewegungsbereich des Manipulators M nicht oft verwendet werden. Das vorstehend entstehende Problem kann gelöst werden, wenn eine kompliziert strukturierte Bewegungsbahnschablone T, welche zwischen den mehreren Hindernissen 01 hindurchführt zuvor erzeugt wird.
Die vorstehende Gegenmaßnahme erfordert jedoch, daß eine größere Anzahl von Bewegungsbahnschablonen T abhängig von der Anzahl von Hindernissen 01 in Voraus erstellt werden muß. Dieses stellt keine Möglichkeit im praktischen Einsatz dar.
Somit kann dann in dieser Ausführungsform die komplizierte Kopfbewegungsbahn, welche zwischen den Hindernissen 01 hindurchführt, nur durch Verbinden mehrerer Bewegungsbahnschablonen T erzeugt werden. Dieser Aufbau ist so, daß die komplizierte Kopfbewegungsbahn erzeugt werden kann, indem nur die relativ einfach strukturierten Bewegungsbahnschablonen T gemäß Darstellung und Beschreibung in Fig. 4A und 4B erstellt werden.
Ein Bewegungsbahn-Erzeugungsalgoritmus für diesem Fall ist in den Fig. 41 bis 43 dargestellt. Der Bewegungsbahn Erzeugungsalgoritmus besteht aus drei Vorgängen gemäß nachstehender Auflistung. Eine Bewegungsbahn ohne Überlänge kann erreicht werden, indem die Bewegungsbahnschablone T in der Nähe einer geraden Bewegungsbahn erstellt wird. Die drei Vorgänge sind wie folgt:
(1) Eine gerade Bewegungsbahn L wird von dem Startpunkt S zu dem Endpunkt E gezogen, und ein sich mit der geraden Bewegungsbahn L sich schneidendes Objekt wird als Hindernis 01 betrachtet;
(2) Die gerade Bewegungsbahn L wird in mehrere Abschnitte auf der Basis der Anzahl der detektierten Hindernisse 01 unterteilt; und
(3) Bei jedem Abschnitt wird ein Aufzeichnungsvorgang und ein Bewegungsbahn-Erzeugungsvorgang für jede Bewegungsbahnschablone T gemäß Beschreibung in der ersten Ausführungsform durchgeführt.
Der Bewegungsbahn-Erzeugungsalgoritmus in dieser Ausführungsform ist ein Algorithmus, in welchem der Bewegungsbahn- Erzeugungsalgoritmus der ersten Ausführungsform gemäß vorstehender Beschreibung durch die Vorgänge (1) und (2) als Vorverarbeitungsvorgang ergänzt ist. Der Vorgang (1) ist in Fig. 41 dargestellt, wobei ein Objekt mit schrägen Linien das Hindernis 01 ist, das durch Ziehen der geraden Bewegungsbahn L detektiert wird. Für die Detektion des Hindernisses 01 wird in der Praxis der Würfel C anstelle der geraden Bewegungsbahn L in Anbetracht der Grz"ße des Kopfes des Manipulators M und der Größe festgehaltenen Objektes 02 verwendet.
Der Vorgang (2) ist in Fig. 42 dargestellt, in welcher die drei Hindernisse 01 mit der geraden Bewegungsbahn L interferieren, welche deshalb in drei Abschnitte X1, X2 und X3 unterteilt wird. Die entsprechenden Abschnitte werden von der nur einen Bewegungsbahnschablone T bestimmt. Dieses zeigt an, daß dieses eine Hindernis 01 durch die eine Bewegungsbahnschablone T umgangen wird. Der vorstehende Unterteilungsvorgang ist konkret ein Vorgang für den Erhalt eines Verbin dungspunktes P zum Verbinden der Bewegungsbahnschablone T. In der Zeichnung beinhaltet der Verbindungspunkt P wegen der Existenz von drei Hindernissen 01 zwei Punkte Pl und P2. Die Position des Verbindungspunktes kann erhalten werden, indem "x", "y" und "z" für jede Koordinate des Verbindungspunktes P ermittelt werden. Die "x"-Koordinate des Verbindungspunktes kann als eine "x"-Koordinate eines Mittelpunktes zwischen den benachbarten Hindernissen 01 erhalten werden. Die "x"- Koordinate des Mittelpunktes wird aus den "x"-Koordinaten der benachbarten Hindernisse 01 erhalten. Die "y" und "z"- Koordinaten des Verbindungspunktes P werden durch eine Operation erhalten, in welcher die auf die vorstehende Weise erhaltene "x"-Koordinate des Verbindungspunktes P in eine Gleichung der geraden Bewegungsbahn L eingesetzt wird.
Der Vorgang (3) ist in Fig. 43 dargestellt, wobei ein Auf zeichnungsvorgang der Größeninformation der Bewegungsbahnschablone T bei jedem Unterteilungsabschnitt X1, X2 und X3 durchgeführt wird. In diesem Fall wird durch Verwendung des Verbindungspunktes Pl als ein Endpunkt E für den unterteilten Abschnitt X1, der Verbindungspunkte P1 und P2 als ein Startpunkt S bzw. ein Endpunkt E für den unterteilten Abschnitt X2, und des Verbindungspunktes P2 als ein Startpunkt S für den unterteilten Abschnitt X3 dann eine Größe der Bewegungsbahnschablone T auf der Basis der jeweils dazwischenliegenden Hindernisse 01 bestimmt. Die Größeninformation der so erhaltenen Bewegungsbahnschablone T wird in dem in Fig. 3 dargestellten Schablonenspeicher 43 registriert. Ein Speicherbereich der Größeninformation des Schablonenspeichers 43 wird in die einzelnen unterteilten Abschnitte X1, X2 und X3 aufgeteilt, und die Größeninformation in jedem unterteilten Abschnitt X1, X2 und X3 gespeichert.
Wenn der Aufzeichnungsvorgang der Größeninformation der Bewegungsbahnschablone T abgeschlossen ist, wird ein Bewegungsbahn-Erzeugungsvorgang bei jedem unterteilten Abschnitt X1, X2 und X3 durchgeführt. Ein Ausführungsablauf in dem Bewegungsbahn-Erzeugungsvorgang geht zu einem Beschränkungsvorgang der verfügbaren Bewegungsbahnschablonen T und einem Zuweisungsvorgang der Priorität für die verfügbaren Bewegungsbahnschablonen T über.
Die Interferenz dieser Bewegungsbahnschablone T und des Hindernisses 01 wird bei jeder Bewegungsbahnschablone T auf der Basis der zugewiesenen Priorität überprüft. Wenn durch diesen Interferenzüberprüfungsvorgang festgestellt wird, daß keine Interferenz vorliegt, werden Bewegungsbahndaten mittels einer Kurveninterpolation für die Bewegungsbahnschablone T erzeugt, welche ermittelt wird, wenn kein Interferenz vorliegt.
Anschließend wird eine detaillierte Interferenzüberprüfung mittels einer Simulation auf der Basis der vorstehenden Bewegungsbahndaten ausgeführt. Die vorstehend beschriebenen Vorgänge werden für alle unterteilten Abschnitte X1, X2 und X3 durchgeführt, und zum Schluß wird durch Interpolation zwischen dem Startpunkt S, dem Endpunkt E und allen Zwischenpunkten R die Kopfbewegungsbahn OR des Manipulators M erzeugt.
Gemäß den Ausführungsformen, wie sie hierin vorstehend vollständig beschrieben wurden, wird die Kopfbewegungsbahn des Manipulators M erzeugt, indem mehrere Bewegungsbahnschablonen T verbunden werden, weshalb die komplizierte Kopfbewegungsbahn OR durch eine kleine Menge von Bewegungsbahnschablonen T erzeugt werden kann. Die gerade Bewegungsbahn L wird in mehrere Abschnitte X1, X2 und X3 unterteilt und die Hindernisse 01 werden durch die einzelnen Bewegungsbahnschablonen T bei jedem unterteilten Abschnitt X1, X2 und X3 umgangen. Diese ermöglicht die Erzeugung der Manipulatorkopfbewegungsbahn OR mit geringer Überlänge in der Nähe der geraden Bewegungsbahn L.
Die vorstehend beschriebenen drei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen System zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen werden bevorzugt in dem Fernbetätigungssystem, wie es in Fig. 3A dargestellt ist, verwendet. Fig. 44 ist eine Blockdarst,ellung eines Systemaufbaus, in welchem die Erfindung zum Erzeugen der Kopfbewegungsbahn in dem Fernbetätigungssystem eines Weltraumroboters verwendet wird. In Fig. 44 bezeichnet 70 ein Ausführungssystem, 80 ein Bedienungssystem, und 90 einen Kommunikationssatelliten zum Realisieren einer Kommunikation zwischen dem Ausführungssystem 70 und dem Bedienungssystem 80.
Das Ausführungssystem 70 enthält einen Manipulator 71, einen Kommunikationssteuerungsabschnitt 72, einen Befehlsdekoderabschnitt 73 und eine Robotersteuerung 74. Und das Bedienungssystem 80 enthält ein Spracheingabesystem 81, einen Aktionserzeugungsabschnitt 82, einen Kommunikationssteuerungsabschnitt 83 und einen Robotersimulator 84. In dem in Fig. 4 dargestellten System wird der Manipulator 71 nicht mittels eines Master/Slave-Systems bedient, sondern über eine Robotersprache bedient.
Es wird nämlich der in einer Robotersprache auf hoher Ebene geschriebene Robotersprachentext, welcher von Spracheingabesystem 81 ausgegeben wird, automatisch in eine Sprache einer tatsächlich von dem Manipulator 71 verarbeitbaren Ebene durch den Aktionserzeugungsabschnitt 82 erweitert, und die so erweiterten primitiven Sprachfolgen werden von dem Manipulator 71 ausgeführt.
Die Erfindung dafür angewendet werden, die Bewegungsbahn von Fernbetätigungssystemen mit anderen Systemen als dem Master/Slave-System zu erzeugen. Wenn die Robotersprache von dem Aktionserzeugungsabschnitt 82 erweitert wird, wird das Bewegungsbahnerzeugungssystem 41 wiederholt nach Bedarf aufgerufen. Dadurch werden die von dem Bewegungsbahnerzeugungssystem 41 erzeugten Bewegungsbahndaten in die erweiterte Robotersprache integriert, und dann die Ergebnisse von dem Manipulator 71 ausgeführt.
Die drei Ausführungsformen und zwei Anwendungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung wurden nun hierin vorstehend beschrieben. Trotzdem ist die Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen und Anwendungsbeispiele beschränkt. Nachste hend sind Beispiele möglicher Anwendungen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(1) Die Ausführungsformen haben Bewegungsbahnschablonen T in der Form des Buchstabens U bzw. L verwendet, aber trotzdem ist die Erfindung nicht auf solche Formen der Bewegungsbahn schablone T beschränkt, und es können erfindungsgemäß Bewegungsbahnschablonen T mit verschiedenen anderen Formen als die hierin vorstehend Beschriebenen bevorzugt verwendet werden.
(2) In den Ausführungsformen werden die verfügbaren Bewegungsbahnschablonen T vor der Interferenzüberprüfung beschränkt, wobei jedoch ein solcher Beschränkungsvorgang erfindungsgemäß weggelassen werden kann.
(3) In den Ausführungsformen wird die Priorität den Bewegungsbahnschablonen T vor der Interferenzüberprüfung zugewie sen, wobei jedoch ein solcher Prioritätszuweisungsvorgang erfindungsgemäß weggelassen werden kann.
(4) In den Ausführungsformen wird die Interferenzüberprüfung der Bewegungsbahnschablone T und des Hindernisses 01 vor der detaillierten Interferenzüberprüfung durchgeführt, wobei jedoch erfindungsgemäß eine solche Interferenzüberprüfung der Bewegungsbahnschablone T und des Hindernisses 01 weggelassen werden kann.
(5) In den Ausführungsformen wurde beschreiben, daß die Erfindung auf ein System zum Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen eines Fernbetätigungssystems angewendet wird, wobei jedoch die Erfindung auf Systeme zum Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen mit verschiedenen anderen Systemen als einem solchen Fernbetätigungssystem angewendet werden kann.
(6) Es ist selbstverständlich, daß die vorstehende Beschreibung die bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist und daß verschiedene Anderungen und Modifikationen an dieser Erfindung ausgeführt werden können, ohne von den we sentlichen Punkten oder dem Schutzumfang der Erfindung, wie sie dem beigefügten Ansprüchen definiert sind, abzuweichen.
Wie hierin vollständig beschrieben, wird erfindungsgemäß ein System zum automatischen Erzeugen von Manipulatorkopfbewegungsbahnen bereitgestellt, in welchem eine Kopfbewegungsbahn eines Manipulators automatisch mit einer kleineren Speicherkapazität und in kürzerer Zeit erzeugt werden kann.
Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nur für eine besseres Verständnis gedacht und sollen nicht den Schutzumfang beschränken

Claims

1. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung mit einem Bedienungssystem (20) und einem Ausführungssystem (10), das so eingerichtet ist, daß es von dem Bedienungssystem (20) ferngesteuert wird, wobei das Ausführungssystem (10) einen Manipulator (11) und eine Steuereinrichtung (12, 15) dafür zum automatischen Erzeugen einer Bewegungsbahn eines Manipulatorkopfes des Manipulators ferngesteuert von dem Bedienungssystem in einem Abstand von dem Arbeitsort des Manipulators aufweist, und das Bedienungssystem (20) einen Umgebungsmodell-Speicher (41) zum Speichern von Information einer Ausführungsumgebung des Manipulators, die eine Anordnung des Manipulators und von Hindernissen umfaßt, und ein System (42) zum automatischen Erzeugen einer Manipulatorkopfbewegungsbahn aufweist, das kommunikationsfähig mit der Steuereinrichtung (12) verbunden ist, wobei das System (42) zum automatischen Erzeugen einer Manipulatorkopfbewegungsbahn aufweist:

eine Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung (31) zum Aufzeichnen mehrerer wählbarer Bewegungsbahnschablonen (T1 bis T11), wovon jede aufeinanderfolgende gerade Bewegungsbahnabschnitte aufweist die zumindest an einem Zwischenpunkt (R) verbunden sind; und

eine Einrichtung (32) zum Erzeugen kollisionsfreier Manipulatorkopfbewegungsbahnen, die so eingerichtet ist, daß sie von den aufgezeichneten Bewegungsbahnschablonen (T1 bis T11) eine Schablone auswählt, welche ein Hindernis (01) umgehen kann;

dadurch gekennzeichnet, daß

daß die variablen Schablonen (T1 bis T11) variable Größen aufweisen; und

die Einrichtung (32) für die Erzeugung kollisionsfreier Manipulatorkopfbewegungsbahnen so eingerichtet ist, daß sie die Schablone wählt, welche das Hindernis (01) gemäß einer Simulation der Ausführungsumgebung auf der Basis der in dem Umgebungsmodellspeicher (41) gespeicherten Information umgehen kann, wobei die gewählte Schablone auf einem Computer konstruiert wird, und so eingerichtet ist, daß sie eine Absolutposition für jeden einzelnen Zwischenpunkt der gewählten Schablone gemäß den Positionsdaten eines Scheitelpunktes des Hindernisses bestimmt.

2. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung (31) einen Schablonenspeicher (43), ein Formregister (44), einen Hindernisdetektionsabschnitt (45), einen Größenentscheidungsabschnitt (46), und ein Größenregister (47), und die Manipulatorkopfbewegungsbahn-Erzeugungseinrichtung (32) einen Schablonenbeschränkungsabschnitt (48), einen Prioritäts-Zuweisungsabschnitt (49), einen ersten Interferenzüberprüfungsabschnitt (50), einen Kurveninterpolationsabschnitt (51), und einen zweiten Interferenzüberprüfungsabschnitt (52) enthält.

3. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede Bewegungsbahnschablone durch einen Satz mehrerer fester Körper (C) definiert ist.

4. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 3, wobei die Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung (31) so aufgebaut ist, daß die Bewegungsbahnschablone anhand der Positionsinformation von Zwischenpunkten (RS, RE), die den Verbindungspunkten der festen Körper (C1, C2, C3) und der Breiteninformation der Bewegungsbahnschablone entsprechen, aufgezeichnet wird.

5. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 4, wobei die Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung (31) so aufgebaut ist, daß die Positionen der Zwischenpunkte (RS, RE) durch eine Relativposition von einem vorhandenen Startpunkt (5) und einem Zielpunkt (E) des Manipulators definiert sind.

6. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 5, wobei die Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung (31) so aufgebaut ist, daß die relative Position auf der Basis einer Größe des Hindernisses definiert ist.

7. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 4, wobei die Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung (31) so aufgebaut ist, daß eine Breite der Bewegungsbahnschablone auf der Basis einer Größe eines Objektes definiert ist, welches der Manipulator festhält.

8. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bewegungsbahnschablonen- Registereinrichtung (31) so aufgebaut ist, daß auf einer geraden Bewegungsbahn von einem vorhandenem Startpunkt (S) zu einem Zielpunkt (E) des Manipulator vorhandene Objekte alle als Hindernisse betrachtet werden.

9. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 2, wobei die Schablonenbeschränkungseinrichtung (48) in der Manipulatorkopfbewegungsbahn-Erzeugungseinrichtung (32) so eingerichtet ist, daß sie eine Beschränkung auf eine verfügbare Bewegungsbahnschablone unter Bewegungsbahnschablonen, die von der Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung (31) aufgezeichnet sind auf der Basis des Stellungsmodus des Manipulators ausführt, und indem sie die Manipulatorkopfbewegungsbahn auf der Basis der von der Schablonenbeschränkungseinrichtung (48) als verfügbar ermittelten Bewegungsbahnschablone erzeugt.

10. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 2, wobei die Prioritäts-Zuweisungseinrichtung (49) in der Manipulatorkopfbewegungsbahn-Erzeugungseinrichtung (32) so eingerichtet ist, daß sie den entsprechenden von der Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung (31) aufgezeichneten Bewegungsbahnschablonen eine Priorität auf der Basis der Ausführungsumgebung des Manipulators zuweist, und die Manipulatorkopfbewegungsbahn im Betrieb auf der Basis der Prioritäts-Zuweisungseinrichtung (49) erzeugt wird.

11. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 10, wobei die Prioritäts-Zuweisungseinrichtung (49) so eingerichtet ist, daß sie die Priorität auf der Basis einer Positionsbeziehung zwischen der momentanen Position und der Zielposition sowohl des Manipulators als auch des Hindernisses bestimmt.

12. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 11, wobei die Prioritäts-Zuweisungseinrichtung (49) so aufgebaut ist, die Prioritätreihenfolgen der entsprechenden Bewegungsbahnschablonen im Betrieb dadurch bestimmt werden, indem jeder Punkt den entsprechenden Bewegungsbahnschablonen auf der Basis der Positionsbeziehung zugewiesen wird.

13. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 2, wobei die Prioritäts-Zuweisungseinrichtung (49) dadurch gebildet wird, daß sie eine Prioritätsreihenfolgetabelle enthält, die zuvor mit der Priorität der Bewegungsbahnschablonen auf der Basis der geschätzten Positionsbeziehungen geschrieben wurde und daß sie im Betrieb die Priorität der entsprechenden Bewegungsbahnschablonen durch Bezugnahme auf die Prioritätsreihenfolgetabelle auf der Basis einer tatsächlichen Positionsbeziehung bestimmt.

14. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 2, wobei:

die erste Interferenzüberprüfungseinrichtung (50) so eingerichtet ist, daß sie eine Interferenz der Bewegungsbahnschablone und des Hindernisses bei jeder in der Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung (31) aufgezeichneten Bewegungsbahnschablone überprüft;

die Interpolationseinrichtung (51) so eingerichtet ist, daß sie die Bewegungsbahnschablone interpoliert, nachdem von der ersten Interferenzüberprüfungseinrichtung (50) auf der Basis der Betriebseigenschaften des Manipulators festgestellt ist, daß die Bewegungsbahnschablone keine Interferenz aufweist;

die Interpolationseinrichtung (51), worin die Bewegungsbahnschablone, in welcher festgestellt wird, daß die Bewegungsbahnschablone ke£ne Interferenz aufweist, so eingerichtet ist, daß diese von der ersten Interferenzüberprüfungseinrichtung (50) auf der Basis der Betriebseigenschaften des Manipulators interpoliert wird; und die zweite Interferenzüberprüfungseinrichtung (52) so eingerichtet ist, daß sie eine Interferenz des Manipulators und des Hindernisses auf der Basis eines Interpolationsergebnisses von der Interpolationseinrichtung (51) überprüft.

15. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsbahnschablonen-Registereinrichtung (31) so aufgebaut ist, daß die gerade Bewegungsbahn zwischen einem vorhandenem Startpunkt (5) und einem Zielpunkt (E) jedes Manipulatorkopfes in mehrere Abschnitte unterteilt wird, und die Bewegungsbahnschablone in jedem unterteilten Abschnitt aufgezeichnet wird.

16. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung so ist, daß im Betrieb die momentane Position des Manipulators durch eine Abfrage des Umgebungsmodellspeicher (41) erhalten wird, und dessen Zielposition von außen eingegeben wird.

17. Ferngesteuerte Manipulatoranordnung nach Anspruch 16, wobei der Manipulator ferngesteuert auf der Basis eines Master/Slave-Systems betrieben werden kann, und ein Master Manipulator des Master/Slave-Systems zur Eingabe des Endpunktes betrieben werden kann.