JP7003220B2 - Handling devices, methods and computer programs equipped with robots - Google Patents
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Description
従来技術
ロボットを備えるハンドリング装置であって、ロボットは、複数の運動連鎖機構を有し、運動連鎖機構の各々は、作業空間内で移動可能であり、作業空間のうちの少なくとも2つは、オーバーラップを有し、運動連鎖機構の各々は、作業動作を実行するように構成されており、ハンドリング装置は、全体動作を実行するために運動連鎖機構を制御するための制御モジュールを有し、全体動作は、運動連鎖機構の作業動作によって具現化することができる、ハンドリング装置が提案される。さらに、ロボットを制御するための方法と、コンピュータプログラムとが提案される。
A handling device comprising a prior art robot, wherein the robot has a plurality of motion chain mechanisms, each of which is movable within the workspace, and at least two of the workspaces are over. Having laps, each of the kinetic chain mechanisms is configured to perform a working motion, the handling device has a control module for controlling the kinetic chain mechanism to perform the overall motion, and the whole. A handling device is proposed in which the motion can be embodied by the working motion of the motion chain mechanism. Further, a method for controlling the robot and a computer program are proposed.
プロセスのオートメーション化における、特に産業的な製造業におけるロボットの使用は、従来技術から知られている。 The use of robots in process automation, especially in industrial manufacturing, is known from the prior art.
おそらく最も近い従来技術である独国特許出願公開第102013014287号明細書は、レーザ溶接によって精密機械部品を接合するための方法を記載しており、同方法は、以下のステップ、即ち、第1のロボットアームに設けられた第1のグリッパによって第1の保管領域から第1の部品を把持するステップと、第2のロボットアームに設けられた第2のグリッパによって第2の保管領域から第2の部品を把持するステップと、第1のグリッパによって第1の部品を、第2のグリッパによって第2の部品を、相互に相対的に保持すると共に、第1の組み立て位置にあるレーザ装置に対して相対的に保持するステップと、レーザ装置を作動させ、第1の組み立て位置にある第1の溶接接合部によって第1の部品と第2の部品とを相互に接合して、1つの組み立て体を形成するステップと、第1のグリッパによって組み立て体を載置領域に載置するステップとを有する。 Probably the closest prior art, German Patent Application Publication No. 1020130142887 describes a method for joining precision mechanical parts by laser welding, which is described in the following steps, i.e., the first. A step of gripping the first part from the first storage area by the first gripper provided on the robot arm, and a second gripper from the second storage area provided by the second gripper provided on the second robot arm. For the laser device in the first assembly position, the step of gripping the part and the first gripper holding the first part and the second gripper holding the second part relative to each other. The relatively holding step and the laser device are activated to join the first part and the second part to each other by the first welded joint in the first assembled position to form one assembly. It has a step of forming and a step of placing the assembly in the mounting area by the first gripper.
発明の開示
請求項1に記載の特徴を有する、ロボットを備えるハンドリング装置が提案される。さらに、ロボット、特に請求項11に記載の特徴を有する、ハンドリング装置のロボットを制御するための方法と、請求項13に記載の特徴を有するコンピュータプログラムとが提案される。さらなる利点及び効果は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。
Disclosure of the Invention A handling device including a robot, which has the characteristics described in
ロボットを備えるハンドリング装置が提案される。特に、ハンドリング装置は、産業用オートメーション技術の装置である。ハンドリング装置は、例えば、ロボット作業ステーション、生産ステーション、及び/又は、組み立てステーションである。ロボットは、好ましくは、組み立てステップ及び/又は生産ステップを実行するように構成されている。特に、ロボットは、単アームロボット、2アームロボット又は多アームロボットである。さらに、ロボットは、多関節ロボットであり得る。特に、ロボットは、多軸ロボットとして構成されている。特に、ハンドリング装置は、複数のロボットを備えることができる。 A handling device equipped with a robot is proposed. In particular, the handling device is a device of industrial automation technology. The handling device is, for example, a robot work station, a production station, and / or an assembly station. The robot is preferably configured to perform assembly and / or production steps. In particular, the robot is a single-arm robot, a two-arm robot, or a multi-arm robot. Further, the robot can be an articulated robot. In particular, the robot is configured as a multi-axis robot. In particular, the handling device can include a plurality of robots.
ロボットは、複数の運動連鎖機構を有する。特に、ロボットは、厳密に2つの又は2つより多くの運動連鎖機構を有する。特に、ロボットは、5及び/又は10より多くの運動連鎖機構を有することができる。好ましくは、ロボットは、運動連鎖機構の終端部にエンドエフェクタを有する。運動連鎖機構の各々は、作業空間内で移動可能である。特に、エンドエフェクタは、作業空間内で移動可能である。作業空間は、特に3次元空間である。好ましくは、作業空間のそれぞれの点には、運動連鎖機構及び/又はエンドエフェクタによって到達可能である。作業空間のうちの少なくとも2つは、オーバーラップを有する。オーバーラップは、一方及び/又は両方の作業空間を完全に含むことができる。 The robot has a plurality of motion chain mechanisms. In particular, the robot has exactly two or more motion chain mechanisms. In particular, the robot can have more than 5 and / or 10 motion chain mechanisms. Preferably, the robot has an end effector at the end of the kinetic chain mechanism. Each of the kinetic chain mechanisms is mobile within the workspace. In particular, the end effector is movable within the workspace. The work space is particularly a three-dimensional space. Preferably, each point in the workspace is reachable by a kinetic chain mechanism and / or an end effector. At least two of the workspaces have overlaps. The overlap can completely include one and / or both workspaces.
運動連鎖機構は、作業動作を実行するように構成されている。作業動作は、例えば、生産ステップ及び/又は組み立てステップを実行するために使用される。作業動作は、例えば、エンドエフェクタによって点及び/又は座標を巡回することであり得る。 The kinetic chain mechanism is configured to perform work movements. Working operations are used, for example, to perform production steps and / or assembly steps. The working action can be, for example, traversing points and / or coordinates by an end effector.
ハンドリング装置及び/又はロボットは、運動連鎖機構を制御するための制御モジュールを有する。特に、制御モジュールは、複数の運動連鎖機構を独立して制御するように構成されている。運動連鎖機構の制御は、特に作業動作を実行するために実施される。1つの全体動作を、複数の運動連鎖機構の作業動作によって具現化することができる。特に、全体動作は、複数の運動連鎖機構の作業動作を相前後して実行した結果、及び/又は、組み合わせた結果である。全体動作は、複数の運動連鎖機構の同期的な動作であり得、例えば、2つのアームによって持ち上げること、又は、装置を使用せずに組み立てることであり得る。これに代わる形態においては、全体動作は、複数の運動連鎖機構の非同期的な動作であり、例えば、複数の異なる運動連鎖機構によってそれぞれ異なる被加工物を順々に把持することである。 The handling device and / or the robot has a control module for controlling the kinetic chain mechanism. In particular, the control module is configured to independently control a plurality of kinetic chain mechanisms. The control of the kinetic chain mechanism is carried out specifically for performing work movements. One whole motion can be embodied by the working motion of a plurality of motion chain mechanisms. In particular, the overall motion is the result of executing the work motions of the plurality of motion chain mechanisms one after the other, and / or the result of combining them. The overall motion can be a synchronous motion of multiple motion chain mechanisms, for example lifting by two arms or assembling without the use of a device. In an alternative form, the overall motion is an asynchronous motion of a plurality of motion chain mechanisms, for example, gripping different workpieces in sequence by a plurality of different motion chain mechanisms.
制御モジュールは、作業動作を実行するために軌道関数に基づいて運動連鎖機構を制御するように構成されている。軌道関数は、特にベクトル値関数である。例えば、運動連鎖機構は、n個の可動のジョイントを含み、対応する軌道関数は、n個のエントリを有するベクトルであり、それぞれのエントリは、対応するジョイントの角度姿勢を示す。軌道関数はさらに、ジョイントの角度姿勢に加えてジョイントの調整速度及び調整加速度も含むことができる。制御モジュールは、好ましくは、運動連鎖機構及び/又はジョイントのための目標値発信器としてディスクリート形態で使用されるように構成されている。 The control module is configured to control the kinetic chain mechanism based on the orbital function to perform the work operation. The orbital function is, in particular, a vector-valued function. For example, the kinetic chain mechanism contains n movable joints, the corresponding orbital function is a vector with n entries, and each entry indicates the angular orientation of the corresponding joint. The orbital function can further include the adjustment speed and acceleration of the joint in addition to the angular orientation of the joint. The control module is preferably configured to be used in discrete form as a target value transmitter for kinetic chaining mechanisms and / or joints.
ハンドリング装置は、軌道決定モジュールと、再パラメータ化モジュールとを含む。特に、軌道決定モジュールと、再パラメータ化モジュールとは、制御モジュールの一部であり得る。制御モジュール、軌道決定モジュール、及び/又は、再パラメータ化モジュールは、例えば、コンピュータユニット、プロセッサ又はマイクロチップである。 The handling device includes a trajectory determination module and a reparameterization module. In particular, the trajectory determination module and the reparameterization module can be part of the control module. The control module, orbit determination module, and / or reparameterization module is, for example, a computer unit, a processor, or a microchip.
軌道決定モジュールは、ロボットの作業動作の各々に対して及び/又は運動連鎖機構の作業動作の各々に対して、それぞれ1つの最短時間軌道を軌道関数として決定するように構成されている。特に、軌道決定モジュールは、ロボットの運動連鎖機構の各々に対して、ロボットの他の運動連鎖機構とは独立して最短時間軌道を決定するように構成されている。 The trajectory determination module is configured to determine one shortest time trajectory as a trajectory function for each of the robot's work movements and / or for each of the work movements of the motion chain mechanism. In particular, the trajectory determination module is configured to determine the shortest time trajectory for each of the robot's motion chain mechanisms independently of the robot's other motion chain mechanisms.
再パラメータ化モジュールは、最短時間軌道に基づいた軌道関数を、再パラメータ化するように構成されている。特に、再パラメータ化された軌道関数は、運動連鎖機構が、全体動作に衝突がないように作業動作を実行するように構成されている。好ましくは、制御モジュールは、再パラメータ化された軌道関数に基づいて運動連鎖機構を制御するように構成されている。 The re-parameterization module is configured to re-parameterize the orbital function based on the shortest time orbital. In particular, the re-parameterized orbital function is configured so that the kinetic chain mechanism performs the working motion so that the overall motion does not collide. Preferably, the control module is configured to control the kinetic chain mechanism based on a reparameterized orbital function.
本発明は、衝突することなく自身のタスクを実行することが可能な、ロボットを備えるオートメーション化されたハンドリング装置を提供するという着想に基づいている。従来技術に対する利点は、例えば、より高度な抽象化レベルでのシンボリックな計画を使用することが可能となることである。さらに、エラーが発生しやすく時間のかかる運動連鎖機構の手動での調整を、省略することが可能となる。制御モジュールを使用することにより、ロボットの複数の計画された動作同士及び/又はプロセス同士に衝突のないことが保証されている。特に、本質的に非同期的な動作同士を、事前に人為的に同期させなくてよくなることが利点である。 The present invention is based on the idea of providing an automated handling device equipped with a robot capable of performing its own tasks without collision. The advantage over prior art is that, for example, it is possible to use symbolic planning at a higher level of abstraction. Further, it is possible to omit the manual adjustment of the kinetic chain mechanism, which is prone to error and takes time. The use of control modules ensures that there are no collisions between multiple planned actions and / or processes of the robot. In particular, it is an advantage that it is not necessary to artificially synchronize essentially asynchronous operations in advance.
本発明の1つの可能な実施形態においては、運動連鎖機構、複数の運動連鎖機構、及び/又は、全ての運動連鎖機構が、それぞれロボットアーム及び/又はマニピュレータとして構成されている。ロボットアームは、機械的な作業を実行するように構成されている。例えばロボットアームを使用して、例えば、溶接、切断又は他の製造方法などの操作タスクを実行することができる。特に、ロボットアームは、位置決めタスク及び/又は測定タスクを実行するように構成されている。例えば、ロボットアームは、エンドエフェクタとしてグリッパを含む。好ましくは、ロボットアームは、作業動作を実行するための複数の回転軸及び/又は推力軸を含む。 In one possible embodiment of the invention, the motion chain mechanism, the plurality of motion chain mechanisms, and / or all the motion chain mechanisms are configured as robot arms and / or manipulators, respectively. The robot arm is configured to perform mechanical work. For example, a robot arm can be used to perform operational tasks such as welding, cutting or other manufacturing methods. In particular, the robot arm is configured to perform positioning and / or measurement tasks. For example, the robot arm includes a gripper as an end effector. Preferably, the robot arm includes a plurality of rotation axes and / or thrust axes for performing a work operation.
最短時間軌道が、作業動作を実行するために必要とされる時間が最短である軌道関数であることが特に好ましい。特に、最短時間軌道は、作業動作に対する実行時間が全体として最短となるように、所与の経路に関してロボット及び/又は運動連鎖機構の運動学的な制約を考慮して、関数によって再パラメータ化された軌道関数である。 It is particularly preferred that the shortest orbit is the orbital function with the shortest time required to perform the work operation. In particular, the shortest time trajectory is reparameterized by a function, taking into account the kinematic constraints of the robot and / or the kinematic chain mechanism for a given path so that the overall execution time for the work operation is the shortest. It is an orbital function.
任意選択的に、軌道決定モジュールは、運動連鎖機構及び/又はジョイントの有限の最大加速度及び/又は有限の最大速度に基づいて最短時間軌道を決定するように構成されている。特に、運動連鎖機構及び/又はジョイントの有限の調整速度及び/又は有限の調整加速度は、運動学的な制約として理解される。 Optionally, the trajectory determination module is configured to determine the shortest time trajectory based on the finite maximum acceleration and / or finite maximum velocity of the kinetic chain mechanism and / or joint. In particular, the finite adjustment speed and / or the finite adjustment acceleration of the kinetic chain mechanism and / or the joint is understood as a kinematic constraint.
本発明の1つの可能な実施形態においては、再パラメータ化モジュールは、全体動作を、グローバル時間曲線を用いて再パラメータ化するように構成されている、特に、x個の運動連鎖機構を有するロボットの場合には、グローバル時間曲線は、x次元空間内の曲線、特にRx内の曲線である。グローバル時間曲線は、特に、点の組乃至列(tupel)を用いて記述可能であり、この点の組乃至列におけるそれぞれのエントリは、運動連鎖機構の最短時間軌道上の時点に対応する。特に、点の組乃至列は、複数の異なる最短時間軌道上の時点同士及び/又は位置同士を相互に対応付ける。 In one possible embodiment of the invention, the reparameterization module is configured to reparameterize the overall motion using a global time curve, in particular a robot with x motion chain mechanisms. In the case of, the global time curve is a curve in x-dimensional space, especially a curve in Rx . The global time curve can be described in particular using a set or column of points (tuple), and each entry in this set or column of points corresponds to a point in time in the shortest time orbit of the kinetic chain mechanism. In particular, a set or row of points associates time points and / or positions on a plurality of different shortest time orbits with each other.
本発明の特に好ましい実施形態においては、最短時間軌道は、軌道決定モジュールによってそれぞれ固有時間を用いて記述されている。特に、固有時間は、開始時点から終了時点まで延在しており、固有時間は、最短時間軌道上の開始時点と終了時点との間のどこに運動連鎖機構が位置しているかを決定する。 In a particularly preferred embodiment of the invention, the shortest time orbits are described by the orbital determination module using proper time respectively. In particular, the proper time extends from the start to the end, and the proper time determines where the kinetic chain mechanism is located between the start and end on the shortest time orbit.
再パラメータ化モジュールは、チェック関数を含む。チェック関数は、関数の引数として最短時間軌道を有する。チェック関数は、関数の引数に基づいて出力として、特に「運動連鎖機構の衝突」又は「運動連鎖機構の無衝突」を割り当てる。例えば、チェック関数は、運動連鎖機構同士が衝突する場合には、関数値として例えば1である値aを出力し、チェック関数は、運動連鎖機構同士の衝突がない場合には、例えば0である値bを出力する。再パラメータ化モジュールは、部分空間を衝突空間と有効空間とに分割するように構成されている。部分空間は、運動連鎖機構の固有時間によって形成されている。例として、ロボットは、x個の運動連鎖機構を有し、部分空間は、x次元の部分空間である。再パラメータ化モジュールは、特に、運動連鎖機構同士の衝突が検出された場合及び/又はチェック関数が値aを出力した場合に、部分空間内の点を衝突空間に対応付けるように構成されている。 The reparameterization module contains a check function. The check function has the shortest time trajectory as an argument of the function. The check function assigns, in particular, "collision of kinetic chain mechanism" or "no collision of kinetic chain mechanism" as output based on the argument of the function. For example, the check function outputs a value a which is, for example, 1 as a function value when the motion chain mechanisms collide with each other, and the check function is, for example, 0 when there is no collision between the motion chain mechanisms. Output the value b. The reparameterization module is configured to divide the subspace into a collision space and an effective space. The subspace is formed by the proper time of the kinetic chain mechanism. As an example, the robot has x motion chain mechanisms, and the subspace is an x-dimensional subspace. The reparameterization module is configured to associate points in the subspace with the collision space, in particular when a collision between motion chain mechanisms is detected and / or when the check function outputs a value a.
再パラメータ化モジュールはさらに、特に、運動連鎖機構同士の衝突が検出されなかった場合及び/又はチェック関数が値bを出力した場合に、部分空間内の点を有効空間に対応付けるように構成されている。再パラメータ化モジュールは、好ましくは、有効空間内の曲線を、グローバル時間曲線として決定するように構成されている。特に、グローバル時間曲線は、衝突空間内の点を有さない。 The reparameterization module is further configured to map points in the subspace to the effective space, especially if no collisions between motion chain mechanisms are detected and / or if the check function outputs the value b. There is. The reparameterization module is preferably configured to determine the curve in effective space as a global time curve. In particular, the global time curve has no points in the collision space.
任意選択的に、全体動作は、開始点において開始され、終了点において終了する。開始点は、好ましくは作業空間内の点であり、部分空間内の開始点に時間座標を対応付けることができる。部分空間内の開始点の時間座標は、特に、部分空間内の運動連鎖機構の最短時間軌道のゼロ点に対応する。終了点は、好ましくは作業空間内の点であり、部分空間内の終了点に時間座標を対応付けることができる。部分空間内の終了点の時間座標は、特に、部分空間内の運動連鎖機構の最短時間軌道の終了点に対応する。再パラメータ化モジュールは、開始点の時間座標と終了点の時間座標との間の最短接続線を、グローバル時間曲線として決定するように構成されている、 Optionally, the overall operation starts at the start point and ends at the end point. The starting point is preferably a point in the work space, and time coordinates can be associated with the starting point in the subspace. The time coordinates of the starting point in the subspace correspond, in particular, to the zero point of the shortest time orbit of the motion chain mechanism in the subspace. The end point is preferably a point in the work space, and time coordinates can be associated with the end point in the subspace. The time coordinates of the end point in the subspace correspond, in particular, to the end point of the shortest time orbit of the motion chain mechanism in the subspace. The reparameterization module is configured to determine the shortest connecting line between the time coordinates of the start point and the time coordinates of the end point as a global time curve.
代替的及び/又は追加的に、再パラメータ化モジュールによって、開始点の時間座標と終了点の時間座標との間の最速接続線が、グローバル時間曲線として決定される。 Alternatively and / or additionally, the reparameterization module determines the fastest connecting line between the time coordinates of the start point and the time coordinates of the end point as a global time curve.
制御モジュールが、ロボットを制御するために、再パラメータ化された最短時間軌道を逆運動学によって変換するように構成されていることが特に好ましい。特に、ロボット又はロボットの制御装置は、完全に逆運動学に基づいている。 It is particularly preferred that the control module be configured to transform the reparameterized shortest time trajectory by inverse kinematics to control the robot. In particular, the robot or robotic controller is entirely based on inverse kinematics.
本発明の特に好ましい実施形態によれば、全体動作は、少なくとも2つの運動連鎖機構の非同期的な作業動作を含む。例えば、非同期的な作業動作は、2つの異なるロボットアーム及び/又は運動連鎖機構によって被加工物をシーケンシャルに把持することである。 According to a particularly preferred embodiment of the invention, the overall motion comprises an asynchronous working motion of at least two kinetic chain mechanisms. For example, an asynchronous work operation is to sequentially grip the workpiece by two different robot arms and / or motion chain mechanisms.
本発明のさらなる対象を提供するのは、ロボットを制御するための方法である。特に、ロボットを制御するための本方法は、先行する請求項のうちのいずれかに記載のハンドリング装置を用いるように構成されている。本方法によれば、ロボットのそれぞれの運動連鎖機構に対して最短時間軌道が決定される。最短時間軌道は、特に運動連鎖機構の作業動作を描写するように構成されている。本方法によれば、最短時間軌道に基づいた軌道関数が、運動連鎖機構の全体動作に衝突がないように再パラメータ化される。 Further providing an object of the present invention is a method for controlling a robot. In particular, the method for controlling a robot is configured to use the handling apparatus according to any of the preceding claims. According to this method, the shortest time trajectory is determined for each motion chain mechanism of the robot. The shortest orbit is specifically configured to depict the working motion of the kinetic chain mechanism. According to this method, the orbital function based on the shortest time orbital is re-parameterized so that the overall operation of the kinetic chain mechanism does not collide.
本発明のさらなる対象を提供するのは、コンピュータ及び/又はハンドリング装置においてコンピュータプログラムが実行されると、上述した方法を実行するための、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラムである。 A further object of the present invention is a computer program having program code means for executing the method described above when the computer program is executed in a computer and / or a handling device.
本発明のさらなる特徴、利点及び効果は、本発明の好ましい実施例の以下の説明と、添付の図面とから明らかになる。 Further features, advantages and effects of the invention will be apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and the accompanying drawings.
図1は、本発明の1つの実施例としての、ロボット2を備えるハンドリング装置1を示す。ハンドリング装置1は、生産工場の組み立てステーションである。ロボット2は、例えば被加工物などのオブジェクト3を加工するように及び/又は組み立てるように構成されている。ロボット2は、オブジェクト3を把持、搬送及び加工する。
FIG. 1 shows a
ロボット2は、第1の運動連鎖機構4a及び第2の運動連鎖機構4bを有する。第1の運動連鎖機構4a及び第2の運動連鎖機構4bは、それぞれロボットアームとして構成されている。第1の運動連鎖機構4aは、複数のジョイント5aを有し、第2の運動連鎖機構4bは、複数のジョイント5bを有する。ジョイント5a及び5bの角度姿勢は、変更可能であり、従って、運動連鎖機構は、それぞれジョイント5a及び5bを介して作業空間内で移動可能である。特に、ジョイント5a及び5bは、所定の調整速度及び調整加速度で移動するように制御可能であり、ジョイント5a及び5bは、最大速度及び最大加速度を有する。運動連鎖機構4a及び4bの自由端部には、それぞれエンドエフェクタ6a,6bが配置されており、エンドエフェクタ6a及び6bは、それぞれ被加工物3を把持するためのグリッパとして構成されている。
The
運動連鎖機構4a及び4bは、作業空間内で移動可能である。エンドエフェクタ6aは、運動連鎖機構4aによって開始点から移動経路s1(t)に沿って終了点まで移動可能である。エンドエフェクタ6bは、運動連鎖機構4bによって開始点から移動経路s2(t)に沿って終了点まで移動可能である。
The
ハンドリング装置1は、エンドエフェクタ6a及び6bを経路s1(t)及びs2(t)に沿って移動させるために、運動連鎖機構4a及び4bを制御するための制御モジュールを含む。この場合、運動連鎖機構4aは、軌道関数q1に基づいて制御され、運動連鎖機構4bは、軌道関数q2に基づいて制御される。軌道関数q1及びq2は、それぞれベクトル値関数であり、これらのベクトル値関数は、それぞれ、運動連鎖機構4a,4bが有するジョイント5a,5bの数と同数のエントリを有する。第1の運動連鎖機構4aは、例えば3つのジョイントを有し、この場合、対応する軌道関数q1は、例えばq1(φ1,φ2,φ3)を用いて記述可能であり、なお、φ1,φ2,φ3は、それぞれジョイントの角度姿勢である。軌道関数はさらに、ジョイントの調整速度及び調整加速度を含むことができ、例えば、
ハンドリング装置1は、運動連鎖機構4a及び4bのためのそれぞれ1つの最短時間軌道q1及びq2を決定するための軌道決定モジュールを含む。最短時間軌道は、それぞれ、運動連鎖機構4a及び4bの動作を生成するための軌道関数であって、かつ、その動作を実行するために必要とされる時間が最短である軌道関数である。運動連鎖機構4aは、最短時間軌道q1を実行するために時間T1を必要とする。運動連鎖機構4bは、最短時間軌道q2を実行するために時間T2を必要とする。最短時間軌道をパラメータ化するパラメータは、それぞれ固有時間τ1,τ2であり、その場合、最短時間軌道q1は、例えばq1(φ1(τ1),φ2(τ1),φ3(τ1))=q1(τ1)をもたらし、最短時間軌道q2は、q2(τ2)である。
The
ハンドリング装置1は、再パラメータ化モジュールを含み、再パラメータ化モジュールは、運動連鎖機構4a及び4bの全体動作に衝突がないように、グローバル時間曲線tRによって最短時間軌道q1及びq2を再パラメータ化する。制御モジュールは、特に、作業動作を実行するための運動連鎖機構4a及び4bを、再パラメータ化された最短時間軌道に基づいて、又は、再パラメータ化された最短時間軌道を用いて、制御するように構成されている。制御モジュールは、再パラメータ化された最短時間軌道を、軌道関数として使用する。以下の図面には、どのようにして再パラメータ化モジュールが、全体動作に衝突がないように、最短時間軌道を再パラメータ化することができるかが示されている。
The
図2は、固有時間τ1及びτ2によって形成された部分空間7を示す。この図の部分空間は、図1のハンドリング装置1の部分空間に関する例である。固有時間τ1及びτ2は、特に部分空間7の正規直交基底を形成する。運動連鎖機構4aの固有時間τ1は、横軸を形成し、運動連鎖機構4bの固有時間τ2は、縦軸を形成する。横軸の下側には、最短時間軌道q1(τ1)の時間推移がグラフで示されている。縦軸の左側には、最短時間軌道q2(τ2)の時間推移がグラフで示されている。部分空間には、時間座標τS及びτEも示されており、時間座標τSは、全体動作が開始されるときの固有時間に対応し、時間座標τEは、全体動作が終了するときの固有時間に対応する。
FIG. 2 shows the
図3は、図2の部分空間7が再パラメータ化モジュールによって有効空間8と衝突空間9とに分割された図を示す。このために再パラメータ化モジュールは、チェック関数cを含む。チェック関数cは、引数として最短時間軌道q1(τ1)及びq2(τ2)を有し、従って、c(q1(τ1),q2(τ2))である。チェック関数cは、所与の最短時間軌道q1(τ1)及びq2(τ2)に関して運動連鎖機構4aと4bとが衝突を有するか否かをチェックするように構成されている。チェック関数が、所定の時点(τ1,τ2)における所与の最短時間軌道q1(τ1)及びq2(τ2)に関して衝突が存在しないと判断した場合には、部分空間7内の対応する点(τ1,τ2)が、有効空間8に含め入れられる。チェック関数が、所定の時点(τ1,τ2)における所与の最短時間軌道q1(τ1)及びq2(τ2)に関して衝突が存在すると判断した場合には、部分空間7内の対応する点(τ1,τ2)が、衝突空間9に含め入れられる。再パラメータ化モジュールは、全ての時点(τ1,τ2)に対して、衝突及び/又は無衝突に関するこのチェックを実行するように構成されている。
FIG. 3 shows a diagram in which the
図4は、再パラメータ化モジュールによって決定されたグローバル時間曲線tRを有する図3の部分空間7を示す。グローバル時間曲線tRは、開始点の時間座標と、終了点の時間座標とを接続する。グローバル時間曲線tRは、これら2つの点の間の最短接続線であるが、ただし、グローバル時間曲線tRがもっぱら有効空間8内でのみ延在し、衝突空間9を通過しないという条件がある。グローバル時間曲線tRは、tR=(τ1,R,τ2,R)の形態の、パラメータ化された曲線として表すことができる。
FIG. 4 shows a
図5は、どのようにして制御モジュールが、1つの衝突のない全体タスクが形成されるように、グローバル時間曲線tRに基づいて運動連鎖機構4a,4bを制御するかを示す。この場合、運動連鎖機構4a及び4bは、τ1とτ2とが組み合わせられた状態でのみ制御されるように、最短時間軌道q1(τ1)及びq2(τ2)に従って制御され、その場合、(τ1,τ2)=tR=(τ1,R,τ2,R)が当てはまる。
FIG. 5 shows how the control module controls the
Claims (11)
前記ロボット(2)は、複数の運動連鎖機構(4a,4b)を有し、
前記運動連鎖機構(4a,4b)の各々は、作業空間内で移動可能であり、
前記作業空間のうちの少なくとも2つは、オーバーラップを有し、
前記運動連鎖機構(4a,4b)の各々は、作業動作を実行するように構成されており、
前記ハンドリング装置(1)は、全体動作を実行するために前記運動連鎖機構(4a,4b)を制御するための制御モジュールを有し、
前記全体動作は、前記運動連鎖機構(4a,4b)の前記作業動作によって具現化することができ、
前記制御モジュールは、前記作業動作を実行するために軌道関数(q1,q2)に基づいて前記運動連鎖機構を制御するように構成されている、
ハンドリング装置(1)において、
軌道決定モジュールと、再パラメータ化モジュールとが設けられており、
前記軌道決定モジュールは、前記運動連鎖機構(4a,4b)の前記作業動作の各々に対してそれぞれ1つの最短時間軌道(q1(τ1),q2(τ2))を、前記軌道関数(q1,q2)として決定するように構成されており、
前記再パラメータ化モジュールは、前記最短時間軌道(q1(τ1),q2(τ2))に基づいた前記軌道関数(q1,q2)を、前記全体動作に衝突がないように再パラメータ化するように構成されており、
前記軌道決定モジュールは、有限の最大加速度及び有限の最大速度に基づいて前記最短時間軌道(q1(τ1),q2(τ2))を決定するように構成されており、
前記再パラメータ化モジュールは、前記全体動作を、グローバル時間曲線t R を用いて再パラメータ化するように構成されており、
前記最短時間軌道(q 1 (τ 1 ),q 2 (τ 2 ))は、前記軌道決定モジュールによってそれぞれ固有時間(τ 1 ,τ 2 )を用いて記述されており、
前記再パラメータ化モジュールは、前記運動連鎖機構同士の衝突をチェックするためのチェック関数c(q 1 (τ 1 ),q 2 (τ 2 ))を有し、
前記再パラメータ化モジュールは、前記固有時間(τ 1 ,τ 2 )によって形成された部分空間(7)を衝突空間(9)と有効空間(8)とに分割するように構成されており、
前記衝突空間(9)は、前記部分空間(7)内における、前記チェック関数cによって前記運動連鎖機構(4a,4b)同士が衝突すると判断されたところの点によって定義されており、
前記有効空間(8)は、前記部分空間(7)内における、前記チェック関数cによって前記運動連鎖機構(4a,4b)同士に衝突がないと判断されたところの点によって定義されており、
前記再パラメータ化モジュールは、前記有効空間(8)内の曲線を、前記グローバル時間曲線t R として決定するように構成されている、
ことを特徴とする、ハンドリング装置(1)。 A handling device (1) provided with a robot (2).
The robot (2) has a plurality of motion chain mechanisms (4a, 4b).
Each of the motion chain mechanisms (4a, 4b) is movable in the work space and is movable.
At least two of the workspaces have overlaps and
Each of the motion chain mechanisms (4a, 4b) is configured to perform a work operation.
The handling device (1) has a control module for controlling the kinetic chain mechanism (4a, 4b) in order to perform an overall operation.
The whole operation can be embodied by the working operation of the motion chain mechanism (4a, 4b).
The control module is configured to control the kinetic chain mechanism based on orbital functions (q 1 , q 2 ) to perform the work operation.
In the handling device (1)
An orbit determination module and a re-parameterization module are provided.
The orbit determination module performs one shortest time orbit (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) for each of the work operations of the motion chain mechanism (4a, 4b). It is configured to be determined as (q 1 , q 2 ).
The re-parameterization module uses the orbital function (q 1 , q 2 ) based on the shortest time orbit (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) so that the overall operation does not collide. It is configured to be reparameterized and is configured to be reparameterized.
The orbit determination module is configured to determine the shortest time orbit (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) based on a finite maximum acceleration and a finite maximum velocity .
The re-parameterization module is configured to re-parameterize the overall operation using the global time curve tR .
The shortest time trajectory (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) is described by the trajectory determination module using proper time (τ 1 , τ 2 ) , respectively.
The re-parameterization module has a check function c (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) for checking collisions between the motion chain mechanisms.
The re-parameterization module is configured to divide the subspace (7) formed by the proper time (τ 1 , τ 2 ) into a collision space (9) and an effective space (8).
The collision space (9) is defined by a point in the subspace (7) where the check function c determines that the motion chain mechanisms (4a, 4b) collide with each other.
The effective space (8) is defined by a point in the subspace (7) where it is determined by the check function c that the motion chain mechanisms (4a, 4b) do not collide with each other.
The re-parameterization module is configured to determine the curve in the effective space (8) as the global time curve t R.
A handling device (1), characterized in that.
請求項1に記載のハンドリング装置(1)。 The motion chain mechanism (4a, 4b) is a robot arm, respectively.
The handling device (1) according to claim 1.
請求項1又は2に記載のハンドリング装置(1)。 The shortest time orbit (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) is an orbital function (q 1 , q 2 ) in which the time required to perform the work operation is the shortest.
The handling device (1) according to claim 1 or 2.
前記グローバル時間曲線tRは、n次元空間内の曲線である、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のハンドリング装置(1)。 The robot (2) has n motion chain mechanisms (4a, 4b).
The global time curve t R is a curve in n-dimensional space.
The handling device (1) according to any one of claims 1 to 3 .
前記部分空間(7)内の前記開始点に時間座標(τS)を対応付けることができ、前記終了点に時間座標(τE)を対応付けることができ、
前記再パラメータ化モジュールは、前記グローバル時間曲線tRを、前記有効空間(8)内の前記終了点の前記時間座標と前記開始点の前記時間座標との間の最短接続線として決定するように構成されている、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のハンドリング装置(1)。 The whole operation starts at the start point, ends at the end point, and
Time coordinates (τ S ) can be associated with the start point in the subspace (7), and time coordinates (τ E ) can be associated with the end point.
The reparameterization module determines the global time curve t R as the shortest connection line between the time coordinates of the end point and the time coordinates of the start point in the effective space (8). It is configured,
The handling device (1) according to any one of claims 1 to 4 .
前記部分空間(7)内の前記開始点に時間座標(τS)を対応付けることができ、前記終了点に時間座標(τE)を対応付けることができ、
前記再パラメータ化モジュールは、前記グローバル時間曲線tRを、前記有効空間(8)内の前記開始点の前記時間座標と前記終了点の前記時間座標との間の最速接続線として決定するように構成されている、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のハンドリング装置(1)。 The whole operation starts at the start point, ends at the end point, and
Time coordinates (τ S ) can be associated with the start point in the subspace (7), and time coordinates (τ E ) can be associated with the end point.
The reparameterization module determines the global time curve t R as the fastest connection line between the time coordinates of the start point and the time coordinates of the end point in the effective space (8). It is configured,
The handling device (1) according to any one of claims 1 to 4 .
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のハンドリング装置(1)。 The control module is configured to transform the reparameterized shortest time trajectory (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) by inverse kinematics to control the robot (2). Has been,
The handling device (1) according to any one of claims 1 to 6 .
請求項1乃至7のいずれか一項に記載のハンドリング装置(1)。 The whole motion includes asynchronous working motions of two kinetic chain mechanisms (4a, 4b).
The handling device (1) according to any one of claims 1 to 7 .
前記ロボット(2)のそれぞれの運動連鎖機構(4a,4b)に対して最短時間軌道(q1,q2)を決定し、
前記最短時間軌道(q1(τ1),q2(τ2))に基づいた軌道関数(q1,q2)を、前記運動連鎖機構(4a,4b)の全体動作に衝突がないように再パラメータ化し、
前記最短時間軌道(q1(τ1),q2(τ2))を、有限の最大加速度及び有限の最大速度に基づいて決定し、
前記全体動作を、再パラメータ化モジュールによって、グローバル時間曲線t R を用いて再パラメータ化し、
前記最短時間軌道(q 1 (τ 1 ),q 2 (τ 2 ))は、軌道決定モジュールによってそれぞれ固有時間(τ 1 ,τ 2 )を用いて記述されており、
前記再パラメータ化モジュールは、前記運動連鎖機構(4a,4b)同士の衝突をチェックするためのチェック関数c(q 1 (τ 1 ),q 2 (τ 2 ))を有し、
前記再パラメータ化モジュールは、前記固有時間(τ 1 ,τ 2 )によって形成された部分空間(7)を衝突空間(9)と有効空間(8)とに分割するように構成されており、
前記衝突空間(9)は、前記部分空間(7)内における、前記チェック関数cによって前記運動連鎖機構(4a,4b)同士が衝突すると判断されたところの点によって定義されており、
前記有効空間(8)は、前記部分空間(7)内における、前記チェック関数cによって前記運動連鎖機構(4a,4b)同士に衝突がないと判断されたところの点によって定義されており、
前記再パラメータ化モジュールは、前記有効空間(8)内の曲線を、前記グローバル時間曲線t R として決定するように構成されている、
ことを特徴とする、方法。 In the method for controlling the robot (2)
The shortest time trajectory (q 1 , q 2 ) is determined for each motion chain mechanism (4a, 4b) of the robot (2).
The orbital function (q 1 , q 2 ) based on the shortest time orbit (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) is applied so that the overall operation of the motion chain mechanism (4a, 4b) does not collide. Reparameterized to
The shortest time trajectory (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) is determined based on the finite maximum acceleration and the finite maximum velocity .
The whole operation is re-parameterized using the global time curve t R by the re-parameterization module.
The shortest time orbit (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) is described by the orbit determination module using proper time (τ 1 , τ 2 ) , respectively.
The re-parameterization module has a check function c (q 1 (τ 1 ), q 2 (τ 2 )) for checking collisions between the motion chain mechanisms (4a, 4b).
The re-parameterization module is configured to divide the subspace (7) formed by the proper time (τ 1 , τ 2 ) into a collision space (9) and an effective space (8).
The collision space (9) is defined by a point in the subspace (7) where the check function c determines that the motion chain mechanisms (4a, 4b) collide with each other.
The effective space (8) is defined by a point in the subspace (7) where it is determined by the check function c that the motion chain mechanisms (4a, 4b) do not collide with each other.
The re-parameterization module is configured to determine the curve in the effective space (8) as the global time curve t R.
A method characterized by that.
請求項9に記載の方法。 A method for controlling the robot (2) by the handling device according to any one of claims 1 to 8 .
The method according to claim 9 .
コンピュータ及び/又はハンドリング装置(1)においてコンピュータプログラムが実行されると、請求項9又は10に記載の方法が実行される
ことを特徴とする、コンピュータプログラム。 In a computer program that has program code to execute
A computer program according to claim 9 or 10 , wherein when the computer program is executed in the computer and / or the handling device (1), the method according to claim 9 or 10 is executed.
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