專利名稱：機器人、用于機器人的控制裝置和運行機器人的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人、一種用于機器人的控制裝置和一種運行機器人的方法。
背景技術：
機器人通常是執(zhí)行機器，其裝備有特定的工具，并對多個運動軸，特別是關于方向、位置和工作流程是可編程的，以自動地處理對象。機器人通常包括具有多個節(jié)肢的機器人臂和可編程控制器(控制裝置)，控制器用于在機器人運行期間控制或調整機器人臂的運動過程。驅動器例如是電驅動器。在專利文獻WO 2005061187 Al中例如公開了ー種機器人控制裝置
發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提出一種經過改進的運行機器人的方法、ー種相應設計的控制裝置和一種相應設計的機器人。本發(fā)明的目的通過ー種運行機器人的方法得以實現(xiàn)，該機器人包括機器人臂，其具有多個彼此依次連接的節(jié)肢、用于固定終端執(zhí)行器的固定裝置和用于使節(jié)肢運動的驅動器；和與驅動器相連接的控制裝置。該方法具有以下步驟通過在控制裝置上運行的計算機程序初始化命令，根據該命令，通過控制裝置控制機器人臂開始執(zhí)行應用步驟，從多個中斷條件中識別該命令的至少ー個中斷條件，根據識別出的中斷條件中斷應用步驟的執(zhí)行，在識別出該中斷條件的同時，將關于該中斷條件的信息傳遞給計算機程序，井根據該信息中斷執(zhí)行應用步驟。本發(fā)明的另ー個方面涉及ー種控制裝置，該控制裝置用于機器人臂，該機器人臂具有多個彼此依次連接的節(jié)肢、用于固定終端執(zhí)行器的固定裝置和用于使節(jié)肢運動的驅動器，并將控制裝置設計為，使機器人臂按照根據本發(fā)明的方法運行。本發(fā)明的另ー個方面涉及ー種機器人，其具有機器人臂，其具有多個彼此依次連接的節(jié)肢、用于固定終端執(zhí)行器的固定裝置和用于使節(jié)肢運動的驅動器；和與驅動器相連接的控制裝置。根據本發(fā)明，當存在至少ー個中斷條件時，相應地中止執(zhí)行通過控制裝置的命令被初始化的應用步驟。通過識別相關的中斷條件，同樣還將與中斷條件相關的信息傳遞或發(fā)送到應用程序，井根據該信息中斷應用步驟的執(zhí)行。因此在中斷之后，控制裝置或在控制裝置上運行的計算機程序或應用程序不需要確定中斷的原因，由此，控制裝置例如可以直接根據與識別出的中斷條件有關的信息，生成與該中斷條件相對應的、用于控制機器人的其他命令。由此給出控制裝置更快響應對應用步驟的中斷的先決條件。根據本發(fā)明方法的一種實施方式，該方法包括下述步驟將與識別到的中斷條件相對應的標識符傳遞給計算機程序或應用程序。所發(fā)送或傳遞的標識符(例如實施為返回值)使得控制裝置或在控制裝置上運行的計算機程序或應用程序能夠對所涉及的中斷條件進行唯一的分類。優(yōu)選多個中斷條件的每ー個中斷條件都對應于ー個唯一的標識符，其在識別出相關的中斷條件時被傳遞給控制裝置或在控制裝置上運行的計算機程序或應用程序。根據本發(fā)明方法的ー種變形，至少ー個中斷條件與相應的信息一起由軟件模塊產生。優(yōu)選每個中斷條件都對應于唯一的軟件模塊，該軟件模塊在進入其中斷條件時將例如唯一的標識符形式的信息傳遞給控制裝置或計算機程序或應用程序。中斷條件例如可以是達到作用于末端執(zhí)行器上的最大力；識別到障礙物和/或預先設定的持續(xù)時間結束。根據本發(fā)明方法的一種實施方式，該方法可以表示對應用步驟的命令執(zhí)行結束的擴展的顯式的定義。
因此可以將控制和調節(jié)功能封裝在標準化模塊中。每個模塊都可以具有模塊特有的中斷條件，該中斷條件特別是由模塊開發(fā)人員設定。在此存在這樣的可能性中斷條件的參數化由各模塊程序(Modulauftrag)自動進行。通常優(yōu)選模塊特有的中斷條件監(jiān)測內部的模塊狀態(tài)。將該模塊中斷條件的結果特別是與用戶命令中斷條件相“或(ODER)”。由此模塊可以不依賴于用戶中斷條件而使命令結束。此外，模塊還描述附加有命令返回值的中斷條件的為真(Wahr-Werden)的原因?，F(xiàn)在可以更容易地確定停止或中斷的原因。在該解決方案中，用戶不必考慮模塊特有屬性在用戶中斷條件中的職責?？梢栽谙到y(tǒng)配置下定義與應用程序的用戶中斷條件“或(ODER)”關聯(lián)的缺省中斷條件。它們特別是在系統(tǒng)范圍內有效的。由此不必再顯式地給出強制中斷(obligatorische Abbruche)。特別是可以將缺省中斷條件設計為，使其在系統(tǒng)運行時間不被改變，也就是不被應用程序改變。由此可以保證用于進行分析的有效中斷條件與命令歷史(Kommandogeschichte)無大。由于在系統(tǒng)內全局有效的缺省中斷條件中所使用的模塊是未知的，因此很難為每個所使用的命令定義普遍有效的、有意義的中斷條件?；谠撛?，可以定義中斷條件的可選部分。這些可選部分例如具有與特定的中斷類別相關聯(lián)的關鍵詞。優(yōu)選在以后總是將這些關鍵詞通報給相關模塊。關鍵詞可以例如為SETPOINT_REACHED。由此可以表述為一旦達到命令的額定值，就要結束命令。諸如カ調整或間距調整的調整模塊可以理解該關鍵詞并相應地進入應用步驟執(zhí)行的結束。用于的機器人手運行的模塊不理解該關鍵詞。因此將忽略該中斷條件的部分。全局缺省中斷條件可以通過局部定義的命令中斷條件由應用程序從外部設置。這例如可以通過使用相應的關鍵詞實現(xiàn)。通過在局部中斷條件中引用上述關鍵詞(例如SETPOINT_REACHED)，可以停止對與其相關聯(lián)的中斷條件的分析。由此使用戶擁有自主定義該部分的自由。應注意的是，所描述的對缺省中斷條件的操作或對其的停止僅對ー個命令是有效的?？梢詫⒅袛鄺l件劃分為有編號的子表達式。這樣，每個命令都可以作為返回值提供為執(zhí)行中斷條件而引入的信號和表達式的編號。由此可以同時執(zhí)行多個表達式。在這種情況下，優(yōu)選將所有的信號和表達式編號送回。它們可以在以后任意的時間點上被應用程序看到?？梢越o出專用的非周期性的中斷條件。這些中斷條件例如可以在中斷服務例程中實現(xiàn)。相關的中斷優(yōu)選由在中斷條件中所使用的事件或傳感器觸發(fā)。通過這種方式使得對這些中斷條件部分不用進行周期性的分析，而是僅在出現(xiàn)信號變化或特定事件時對其進行分析。其結果又與命令中斷條件相“或(ODER)”。該解決方案的優(yōu)勢在于，機器人程序(應用程序)的程序運行不會被中斷，也就是說，應用程序開發(fā)人員不需要將其應用程序的部分在中斷服務例程中實現(xiàn)或者對其進行顯式地編程。被中斷的不是應用程序，而是命令。


在附圖中示例性示出了本發(fā)明的實施例。圖I示出了具有機器人臂和控制裝置的機器人；圖2示出了構造為夾鉗的末端執(zhí)行器，其抓住一個對象并且被固定在機器人臂的 固定裝置上。
具體實施例方式圖I示出了機器人R，其具有機器人臂M和控制裝置S。機器人臂M主要表示機器人R的可移動部件，其包括多個彼此順序連接的節(jié)肢1，這些節(jié)肢通過關節(jié)2相互連接。機器人臂M在其ー個末端上具有例如法蘭形式的固定裝置3，在法蘭上可以固定例如夾鉗4形式的末端執(zhí)行器。夾鉗4具有例如具有夾鉗鉗ロ 5，夾鉗4利用該夾鉗鉗ロ可以抓住對象6，從而使對象借助通過機器人R運動。在圖2中更詳細地示出了抓著對象6的夾鉗4、固定裝置3和部分機器人臂M。機器人臂M還具有與控制裝置S相連接但未詳細示出的驅動器，借助于該驅動器節(jié)肢I可以關于配屬于關節(jié)2的軸彼此相對運動。驅動器例如是電驅動器，并在機器人R的自動運行中受控制裝置S的控制，從而使機器人R的固定裝置3或所謂的工具中心點自動完成預先設定的運動。為此目的，在控制裝置S上運行相應的應用程序。特別可以將控制裝置S設計為，使其在自動運行中控制驅動器。夾鉗4也與控制裝置S相連接，從而使控制裝置S能夠控制對對象6的夾緊和釋放。在本實施例中，夾鉗4具有力/力矩傳感器7、攝像頭8，它們同樣與控制裝置S相連接，從而使控制裝置能夠獲得由力/力矩傳感器7和攝像頭8產生的信號。在本實施例中，將應用程序設計為，使其發(fā)出執(zhí)行機器人R的當前應用的應用步驟的命令。此外，將控制裝置S或在控制裝置S上運行的應用程序設計為，其命令在直至多個預先設定的中斷條件中的至少ー個條件滿足之前都是活躍的。在本實施例中，中斷條件例如包括以下幾種第一中斷條件是達到作用于對象6或夾鉗4上的最小力Fmin，例如10N。該作用于對象6或夾鉗4上的力特別是通過カ/力矩傳感器7來確定并由控制裝置8進行分析。第二中斷條件是識別到障礙物9，其有可能與夾鉗4或對象6發(fā)生碰撞。障礙物9可以借助于由攝像頭8拍攝的圖像數據組(例如由控制裝置S對其進行分析)來識別。第三中斷條件是在命令開始后，預定的持續(xù)時間T (例如55秒)結束。在本實施例中，每個中斷條件都對應于一個例如返回值形式的標識符。
在本實施例中，將控制裝置S或將在控制裝置S上運行的應用程序設計為，當存在至少ー個中斷條件時，控制裝置S不僅中斷命令，而且還將與當前中斷條件有關的信息或指示例如以所對應的例如相應的返回值形式的標識符的形式傳遞給控制裝置S。根據該信息，在控制裝置S上運行的應用或應用程序可以直接判定，根據該特定的中斷條件執(zhí)行哪ー種動作，而無需再次確定中斷原因。這例如可以通過下述偽碼進行編程返回值=機器人命令(·· ·，I :=力> 10N,2 = Objekt_erkannt = wahr (對象識另IJ =真)，3:=運行時間>55秒)調用函數(返回值)。如果例如中斷原因是識別到障礙物9，也就是第二中斷條件，則調用函數(2)?，F(xiàn)在將中斷原因送回，用戶因此將不再必須確定中斷原因。在本實施例中，將控制裝置S或將在控制裝置S上運行的應用程序設計為，通過缺省的中斷條件來附加地補充特別是由使用者定義的中斷條件。這些缺省的中斷條件例如通過相關的控制模塊來定義，也就是根據由力/力矩傳感器7確定的力和可能由攝像頭8識別出的障礙物9來定義。在本實施例中，可以將應用程序設計為，特別是將控制和調節(jié)功能分配或封裝在標準化模塊(也就是軟件模塊)中。每個模塊都可以具有模塊特有的中斷條件，該中斷條件特別是由模塊開發(fā)人員來定義。在此可能會出現(xiàn)中斷條件的參數化由各模塊程序自動進行。模塊特有的中斷條件例如通常監(jiān)測內部的模塊狀態(tài)。該模塊中斷條件的結果與用戶命令中斷條件相“或(ODER)”。模塊由此可以不依賴于用戶中斷條件而結束命令。此外，模塊還可以具有對出現(xiàn)附加有命令返回值的中斷條件的原因的描述。由此可以更容易地確定命令停止的原因。在該解決方案中，用戶不再需要考慮模塊特有的屬性在用戶中斷條件中的職責。在本發(fā)明的實施例中，例如與力/力矩傳感器7相對應的“力模塊”、與攝像頭8相對應的“對象識別模塊”或與持續(xù)時間T相對應的“時間模塊”可以提供各自的中斷標準。在該系統(tǒng)中，這些被特別是實施為軟件模塊的模塊每個都具有自己唯一的標識符。這樣，標識符被作為中斷原因送回。在本實施例中其可實現(xiàn)如下例如，“力模塊”具有標識符K20，“對象識別模塊”具有標識符K23，而“時間模塊”具有標識符K18。根據所傳送的標識符，在控制裝置S上運行的應用或應用程序可以直接判定根據該特定的中斷條件執(zhí)行哪ー種動作，而無需再次確定中斷原因。這可以通過下述偽碼進行編程返回值=機器人命令(·· ·，I :=力〉10N,2 = Objekt_erkannt = wahr (對象識另IJ =真)，3:=運行時間>55秒)調用函數(返回值)。如果現(xiàn)在是由“對象識別模塊”中斷了命令，則調用函數(K23)。附加地還可以在控制裝置S的系統(tǒng)配置下定義缺省中斷條件，其與由用戶定義的 應用程序的中斷條件相“或(ODER)”。它們特別在全系統(tǒng)內有效。由此不必再顯式地給出強制性的中斷。優(yōu)選缺省中斷條件在系統(tǒng)運行時間不能也不允許改變，也就是不被應用程序改變。由此將確保用于分析的有效的中斷條件與命令歷史(Kommandogeschichte)無關。
還可以給出專用的非周期性的中斷條件。這些中斷條件例如在中斷服務例程中實現(xiàn)。相應的中斷請求例如由在中斷條件中所使用的事件或傳感器觸發(fā)。通過這種方式將不再對這些中斷條件的部分進行周期性的分析，而是僅在出現(xiàn)信號變化或特定事件時對其進行分析。其結果又可以與命令中斷條件相“或(ODER)”。該解決方案的優(yōu)勢在于，機器人程序(應用程序)的程序運行不會被中斷，也就是說，應用程序開發(fā)人員不需要將其應用程序的部分在中斷服務例程中實現(xiàn)或者對其進行顯式地編程。被中斷的不是應用程序，而是命 令。
權利要求
1.一種運行機器人(R)的方法，該機器人具有機器人臂(M)，該機器人臂包括多個彼此依次連接的節(jié)肢(I)、用于固定終端執(zhí)行器(4)的固定裝置(3)，和用于使所述節(jié)肢(I)運動的驅動器，以及與所述驅動器相連接的控制裝置(S)，該方法具有以下步驟 借助于在所述控制裝置(S)上運行的計算機程序對命令進行初始化，根據該命令通過所述控制裝置(S)控制所述機器人臂(M)開始執(zhí)行應用步驟， 識別出所述命令的多個中斷條件中的至少ー個中斷條件， 根據識別出的中斷條件中斷所述應用步驟的執(zhí)行， 在識別中斷條件的同時，將關于所述中斷條件的信息傳遞給所述計算機程序，并根據該信息中斷所述應用步驟的執(zhí)行。
2.如權利要求I所述的方法，具有以下步驟將與識別出的中斷條件相對應的標識符傳遞給所述計算機程序。
3.如權利要求I或2所述的方法，還具有以下步驟根據關于所識別出的中斷條件的信息，直接對與所識別出的中斷條件相對應的其他命令中的ー個進行初始化，以通過所述控制裝置(S)控制所述機器人臂(M)。
4.如權利要求3所述的方法，其中，對多個中斷條件中的每個中斷條件都賦予ー個唯一的標識符，在識別所涉及的中斷條件時，將該標識符傳遞給所述計算機程序。
5.如權利要求I到4中任一項所述的方法，其中，至少ー個中斷條件與相應的信息一起由軟件模塊產生。
6.如權利要求I到5中任一項所述的方法，其中，多個中斷條件中的每個中斷條件都與ー個軟件模塊相對應，該軟件模塊在識別其中斷條件時將關于所涉及的中斷條件的信息傳遞給所述計算機程序。
7.如權利要求I到6中任一項所述的方法，其中，所述中斷條件是達到作用于所述末端執(zhí)行器(4)上的最大力，識別到障礙物(9)和/或預定的持續(xù)時間結束。
8.如權利要求I到7中任一項所述的方法，具有以下步驟非周期性地對至少ー個中斷條件進行分析，其中，將所涉及的中斷條件賦予中斷服務程序，和/或根據事件和/或傳感器觸發(fā)該所涉及的中斷條件。
9.一種控制裝置，用于機器人臂(M)，該機器人臂具有多個彼此依次連接的節(jié)肢(I)、用于固定終端執(zhí)行器(4)的固定裝置(3)和用于使所述節(jié)肢(I)運動的驅動器，該控制裝置設計為，使所述機器人臂(M)按照如權利要求I到8中任一項所述的方法運行。
10.一種機器人，具有機器人臂(M)，其具有多個彼此依次連接的節(jié)肢(I)、用于固定終端執(zhí)行器(4)的固定裝置(3)和用于使所述節(jié)肢(I)運動的驅動器；以及與所述驅動器相連接控制裝置(S)，用以使如權利要求9所述的機器人臂(M)運動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機器人(R)，一種用于機器人的控制裝置(S)和一種運行機器人(R)的方法。該機器人(R)包括機器人臂(M)，該機器人臂具有多個彼此依次連接的節(jié)肢(1)、用于固定終端執(zhí)行器(4)的固定裝置(3)，和用于使所述節(jié)肢(1)運動的驅動器，以及與該驅動器連接的控制裝置。根據本發(fā)明的方法，借助在控制裝置上運行的計算機程序對命令進行初始化，根據該命令，通過控制裝置控制機器人臂(M)開始執(zhí)行應用步驟。識別出該命令的多個中斷條件中的至少一個中斷條件，根據識別出的中斷條件中斷應用步驟的執(zhí)行，并在識別出中斷條件的同時，將關于該中斷條件的信息傳遞給計算機程序，并根據該信息中斷應用步驟的執(zhí)行。
文檔編號B25J9/18GK102689307SQ20121008311
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權日2011年3月23日
發(fā)明者貝恩德·芬克邁爾 申請人:庫卡實驗儀器有限公司