本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1前序部分所述特征的用于機(jī)械手在加工環(huán)境中的運(yùn)動模擬的方法，一種具有權(quán)利要求17前序部分所述特征的具有程序編碼的計(jì)算機(jī)程序和一種具有權(quán)利要求18前序部分所述特征的用于機(jī)械手在加工環(huán)境中的運(yùn)動模擬的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在機(jī)械人技術(shù)中機(jī)械人構(gòu)造或者說工業(yè)機(jī)器人的活動的部件稱為機(jī)械手。這些機(jī)械手目前通常在自動化制造中使用、例如用于加工飛機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。例如多軸曲臂機(jī)械人，它們在相應(yīng)的制造單元中使用。在此這種機(jī)械手的軸位確定用于機(jī)器人的工具或者說末端執(zhí)行器的基準(zhǔn)位置、包括軸方向，這種基準(zhǔn)位置也稱為工具中心點(diǎn)。

在制造單元中通過這種多軸工業(yè)機(jī)器人加工尤其大工件、在這里例如飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼和其組成部分需要這種機(jī)器人的各個軸的復(fù)雜運(yùn)動過程，這些運(yùn)動過程通常只能通過對應(yīng)監(jiān)控裝置的復(fù)雜算法計(jì)算。通過這種方式確定的運(yùn)動過程也稱為計(jì)劃軌跡，并且這種監(jiān)控裝置也稱為數(shù)字控制（nc）或者計(jì)算機(jī)支持的數(shù)字控制（cnc）。操作者例如也給出機(jī)械手的所期望的目標(biāo)位置和目標(biāo)狀態(tài)，并且監(jiān)控裝置以此為基礎(chǔ)計(jì)算用于機(jī)械手的計(jì)劃軌跡，然后機(jī)械手沿著這個計(jì)劃軌跡運(yùn)動，用于達(dá)到所述的目標(biāo)位置。

除了避免特殊性以外，為了避免機(jī)械手碰撞，計(jì)劃軌跡也必需考慮在制造單元中的障礙輪廓。這些障礙輪廓不僅通過工件本身形成，而且也通過在環(huán)境中的其它物體形成，對于這些物體尤其列舉制造單元的其它組成部分，例如結(jié)構(gòu)元件、電動機(jī)、構(gòu)件支架、人員平臺、傳感器等。因?yàn)橥ǔＲ环矫婵傮w上已知不僅工件的而且機(jī)械手和制造單元的結(jié)構(gòu)上的數(shù)據(jù)，另一方面已知工作點(diǎn)在工件上的各個位置，通常事先模擬這種計(jì)劃軌跡，然后在實(shí)際運(yùn)行中只需啟動計(jì)劃軌跡。這種在時間上和大多也在空間上與在制造單元中的實(shí)際加工和運(yùn)動分開的模擬通常稱為離線-模擬，并且相應(yīng)的監(jiān)控裝置編程類似地稱為離線-編程。

由ep2418555a2尤其已知一種用于離線-編程的方法，該方法還附加地檢驗(yàn)沿著編程的計(jì)劃軌跡且在誤差范圍內(nèi)在這個計(jì)劃軌跡周圍中的動態(tài)特殊性。

這種和類似的用于離線-編程的方法的缺陷是，在這種“離線”即與實(shí)際運(yùn)行斷耦聯(lián)時，可以說在繪圖板上研制的計(jì)劃軌跡不能排除，出現(xiàn)未預(yù)知的狀況，在這種情況下需要偏離事先確定的計(jì)劃軌跡的操作者干預(yù)。

這種干預(yù)的必要性可以由此給出，機(jī)械手的接近傳感器察覺到超出在機(jī)械手、尤其是其末端執(zhí)行器與工件或者其它障礙輪廓之間的最小距離。主要是，如果在這種狀態(tài)下機(jī)械手還按照計(jì)劃軌跡繼續(xù)運(yùn)動還將繼續(xù)縮小與障礙輪廓的相關(guān)距離，由于與此相關(guān)的碰撞危險通常中斷按照計(jì)劃軌跡的機(jī)械手運(yùn)動。在實(shí)踐中不能排除這種測得的距離與事先按照離線-編程模擬的距離的偏差。這種偏差例如可能由于在工件上或制造單元的部件上的熱效應(yīng)或者其它不規(guī)律性引起。

因?yàn)椴辉倌芾^續(xù)行駛初始的計(jì)劃軌跡，在這種情況下監(jiān)控裝置的操作者必需通過手動監(jiān)控機(jī)械手-這也稱為點(diǎn)動運(yùn)行-或者通過其它成功的輸入對于機(jī)械手給定新的目標(biāo)，由此對于機(jī)械手獲得相應(yīng)的新的計(jì)劃軌跡，它能夠使機(jī)械手從目前的、碰撞危險的狀況中運(yùn)動出來。這個運(yùn)動本身不應(yīng)該導(dǎo)致其碰撞。

但是選擇機(jī)械手的適合的運(yùn)動方向或者適合的運(yùn)動目標(biāo)經(jīng)常伴隨著明顯的困難。首先經(jīng)常出現(xiàn)，操作者從其現(xiàn)場的工作位置（這個位置在嚴(yán)格意義上根本就布置在制造單元外部）根本不能或者只能不足夠地觀察到準(zhǔn)確的位置，機(jī)械手正好處于哪個位置上，并且在哪里存在臨界的碰撞位置，因此對于操作者根本不能在第一瞬間清楚，機(jī)械手的哪個軸的哪個規(guī)定運(yùn)動過程與哪個障礙物存在碰撞危險。

即使在制造單元里面布置附加的攝像機(jī)，也不能保證，這些攝像機(jī)事實(shí)上可以有助于觀察相關(guān)的位置。這導(dǎo)致，每個裝備的攝像機(jī)本身已經(jīng)形成另一障礙輪廓，由此原則上進(jìn)一步限制了機(jī)械手的運(yùn)動可能性。由于這個原因?qū)τ诓僮髡呓?jīng)常難以識別，機(jī)械手究竟該如何運(yùn)動，才不會導(dǎo)致碰撞，而是機(jī)械手以與障礙輪廓足夠的距離行駛到新的位置。

在實(shí)踐中經(jīng)常嘗試這樣應(yīng)對，操作者或其它同事進(jìn)入制造單元，用于更好地觀察有問題的機(jī)械手位置。不言而喻，這從工作安全的觀點(diǎn)出發(fā)是不能接受的。可能出現(xiàn)，在嘗試手動引出機(jī)械手時由于錯誤地推測幾何狀況發(fā)生碰撞的危險是非常高的，并且這通常導(dǎo)致機(jī)械手、構(gòu)件或制造單元上的損傷，并由此也導(dǎo)致更長的制造單元事故時間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是，這樣進(jìn)一步改進(jìn)由現(xiàn)有技術(shù)已知的、用于機(jī)械手在加工環(huán)境中的運(yùn)動模擬的方法，使得容易克服碰撞危險狀況，這些碰撞危險狀況在計(jì)劃軌跡工作時通過機(jī)械手產(chǎn)生。

上述問題以按照權(quán)利要求1的前序部分所述的用于機(jī)械手在加工環(huán)境中的運(yùn)動模擬的方法為基礎(chǔ)通過權(quán)利要求1的特征部分所述的特征得以解決。

以按照權(quán)利要求17前序部分所述的具有程序編碼的計(jì)算機(jī)程序?yàn)榛A(chǔ)上述問題通過權(quán)利要求17特征部分所述的特征得以解決。

以按照權(quán)利要求18前序部分所述的用于機(jī)械手在加工環(huán)境中的運(yùn)動模擬的系統(tǒng)為基礎(chǔ)上述問題通過權(quán)利要求18的特征部分所述的特征得以解決。

所建議的方法用于機(jī)械手在加工環(huán)境中的運(yùn)動模擬，其中所述機(jī)械手在工作運(yùn)行中被監(jiān)控裝置運(yùn)動，并且其中所述加工環(huán)境映射在環(huán)境模型中。

在此術(shù)語“機(jī)械手”被廣義地解釋。它不僅包括嚴(yán)格意義上的機(jī)械手，而且也包括布置在機(jī)械手上的、任何的末端執(zhí)行器和其它的部件，它們在機(jī)械手運(yùn)動時一起運(yùn)動。

在本建議意義上的“監(jiān)控裝置”在此可以由一個或多個、必要時分開的單個裝置組成，該監(jiān)控裝置在數(shù)字控制或計(jì)算機(jī)支持的數(shù)字控制的意義上是用于控制和調(diào)節(jié)機(jī)床-包括如上定義的機(jī)械手-的裝置，該裝置也可以包括個人計(jì)算機(jī)。所述監(jiān)控裝置不僅可以通過其軸按照由監(jiān)控裝置通過計(jì)算確定的計(jì)劃軌跡控制機(jī)械手，而且也可以監(jiān)控機(jī)械手的其它組成部分、如末端執(zhí)行器并且在這里尤其監(jiān)控其工作方式。相應(yīng)地所述機(jī)械手通過監(jiān)控裝置的運(yùn)動除了機(jī)械手自身的運(yùn)動以外，也包括只有末端執(zhí)行器進(jìn)行的可能發(fā)生的運(yùn)動或動作。此外所述監(jiān)控裝置還可以執(zhí)行其它計(jì)算機(jī)支持的任務(wù)。

術(shù)語“加工環(huán)境”在本發(fā)明的意義上不僅包括制造單元與其部件，而且也包括工件本身和所有其它物體，它們位于由機(jī)械手可達(dá)到的空間里面。同時機(jī)械手的組成部分在這個意義上也可以屬于加工環(huán)境，在表述上在這里也不排除對于在這里重要目的的疊加。

對應(yīng)于這個術(shù)語定義關(guān)于術(shù)語“環(huán)境模型”在上述意義上也理解為用于至少一部分加工環(huán)境的數(shù)據(jù)技術(shù)上的計(jì)算模型，該計(jì)算模型可以作為在計(jì)劃軌跡范圍內(nèi)形成模型和碰撞檢驗(yàn)的基礎(chǔ)。這種至少部分地在環(huán)境模型中映射加工環(huán)境可以意味著，只將加工環(huán)境的主要元素并且不必將每個獨(dú)立單元映射在環(huán)境模型里面。優(yōu)選將加工環(huán)境完全映射在環(huán)境模型里面。

現(xiàn)在對于按照本發(fā)明的方法重要的是，通過監(jiān)控裝置由機(jī)械手從初始位置開始的理論運(yùn)動且以機(jī)械手的動態(tài)模型為基礎(chǔ)計(jì)算計(jì)劃軌跡。此外以計(jì)劃軌跡、動態(tài)模型和環(huán)境模型為基礎(chǔ)執(zhí)行動態(tài)碰撞檢驗(yàn)，并且以動態(tài)碰撞檢驗(yàn)為基礎(chǔ)產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果。

關(guān)于機(jī)械手的“理論運(yùn)動”理解為尤其通過操作者由機(jī)械手要執(zhí)行的每個預(yù)定運(yùn)動。這種預(yù)定運(yùn)動可以由機(jī)械手的專門的目的點(diǎn)或者說專門的目的坐標(biāo)和專門地其工具中心點(diǎn)（tcp）組成，或者由所期望的機(jī)械手或工具中心點(diǎn)的運(yùn)動方向組成，具有或者沒有同時確定運(yùn)動或所期望的終點(diǎn)的長度或持續(xù)時間。所述理論運(yùn)動也可以包括多個運(yùn)動區(qū)段，分別具有要占據(jù)的中間位置。

術(shù)語“初始位置”在此指的是機(jī)械手的每個機(jī)械的或電的狀態(tài)特性，這個機(jī)械手可以接受這個狀態(tài)特性，例如其幾何位置、軸的配置、每個激勵器在機(jī)械手上或在末端執(zhí)行器上的位置等。代替“初始位置”在表述上也可以使用“機(jī)械手的初始位置”。

術(shù)語“動態(tài)模型”相應(yīng)地稱為動態(tài)的機(jī)械手模型，具有數(shù)據(jù)，它們適用于機(jī)械手動態(tài)和其初始位置在上述意義上的電子映射，尤其用于機(jī)械手的運(yùn)動計(jì)算?！坝?jì)劃軌跡”也對應(yīng)于例如由監(jiān)控裝置產(chǎn)生的、對于所有由監(jiān)控裝置控制的機(jī)械手、包括末端執(zhí)行器的部件且尤其包括機(jī)械手的軸的未來運(yùn)動過程。

關(guān)于術(shù)語“動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)”理解為計(jì)算，它給出相關(guān)信息，在通過機(jī)械手執(zhí)行計(jì)劃軌跡時是否且以何種程度會發(fā)生機(jī)械手或其組成部分與映射在環(huán)境模型中的加工環(huán)境的部件的碰撞。這種碰撞檢驗(yàn)的結(jié)果不僅可以是二元的，即，僅僅肯定或否定碰撞或者說一定的碰撞危險，而且對于計(jì)劃軌跡整體或者對于按照計(jì)劃軌跡的運(yùn)動路徑的每個區(qū)段或點(diǎn)提供以百分比或者以其它方式描述的可能性或者其它對于發(fā)生碰撞的尺度。在此所述碰撞檢驗(yàn)也可以同時包括檢驗(yàn)產(chǎn)生特殊性。在這種動態(tài)碰撞檢驗(yàn)時不僅考慮機(jī)械手按照計(jì)劃軌跡的運(yùn)動，而且也考慮可能的、同時進(jìn)行的加工環(huán)境或者其部件的運(yùn)動。例如可以規(guī)定，對于機(jī)械手的運(yùn)動用于要加工的工件的夾緊范圍同時與工件一起運(yùn)動。如同已經(jīng)確定的那樣，在本文中夾緊范圍和工件屬于加工環(huán)境。在這種情況下環(huán)境模型也理解為在時間上是變化的且相應(yīng)地不是靜止的。

最后，以這個動態(tài)碰撞檢驗(yàn)為基礎(chǔ)的預(yù)測結(jié)果還給出說明，是否允許機(jī)械手的理論運(yùn)動。所述預(yù)測結(jié)果也可以包含預(yù)言，只允許在某些狀態(tài)下、例如與構(gòu)件支架同時進(jìn)行的一定的運(yùn)動的理論運(yùn)動。換言之，作為可能的復(fù)雜的動態(tài)碰撞檢驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果。

現(xiàn)在在按照本發(fā)明的方法中重要的是，所述初始位置對應(yīng)于實(shí)際的機(jī)械手狀態(tài)。即，對于計(jì)算計(jì)劃軌跡-并由此也對于所涉及的動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)和產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果-使用事實(shí)上的、實(shí)際的機(jī)械手狀態(tài)作為初始位置。換言之，由理論運(yùn)動的計(jì)劃軌跡計(jì)算為基礎(chǔ)的初始位置不對應(yīng)于機(jī)械手的虛擬的或預(yù)計(jì)的、過去的或未來的狀況或位置或這種狀態(tài)，而是機(jī)械手的事實(shí)上的狀況和位置和事實(shí)上的狀態(tài)。在此確定事實(shí)上的狀態(tài)原則上不僅可能涉及傳感器技術(shù)地檢測機(jī)械手，而且可能涉及按照已知的事先的狀態(tài)和已知的已執(zhí)行的運(yùn)動計(jì)算事實(shí)上的機(jī)械手狀態(tài)，或者也涉及兩種方法的組合。

無論如何通過這種方式保證，所述預(yù)測結(jié)果以碰撞檢驗(yàn)為基礎(chǔ)，這種碰撞檢驗(yàn)以實(shí)際的、事實(shí)上的機(jī)械手狀態(tài)和源自這種事實(shí)上的狀態(tài)的計(jì)劃軌跡為依據(jù)。借助于預(yù)測結(jié)果也可以評判，是否可以通過事實(shí)上的機(jī)械手沒有碰撞危險地執(zhí)行對應(yīng)于理論運(yùn)動的計(jì)劃軌跡。這能夠“在線”并且也與連續(xù)運(yùn)行同時地對于確定的運(yùn)動的碰撞危險和其相關(guān)的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)。

想將機(jī)械手從臨界的、如上所述的碰撞危險的位置運(yùn)動離開的操作者也可以簡單地信任所建議的理論運(yùn)動的預(yù)測結(jié)果，用于獲得，這個理論運(yùn)動和相應(yīng)的計(jì)劃軌跡是否會導(dǎo)致碰撞。不必再執(zhí)行涉及一些直覺的、不一定100%可靠的復(fù)雜的動態(tài)事件的推測。取而代之，可以信賴按照本發(fā)明方法的前瞻性的計(jì)算。

如同按照權(quán)利要求2所建議的那樣，特別優(yōu)選，也輸出所述預(yù)測結(jié)果，由此操作者可以得到對此的認(rèn)識。通過可視化可以獲得特別清晰的輸出。

實(shí)時輸出預(yù)測結(jié)果是特別有意義的，如同按照權(quán)利要求3的優(yōu)選實(shí)施方式所建議的那樣。在這種情況下操作者立刻且沒有時間損失地感覺到對于理論運(yùn)動或者機(jī)械手狀態(tài)的變化的反饋，由此使用者可以實(shí)時地對此進(jìn)行了解，是否能夠沒有碰撞地實(shí)現(xiàn)理論運(yùn)動。這種實(shí)時反饋極大地改善了人機(jī)工學(xué)。按照權(quán)利要求4的與此相關(guān)的優(yōu)選改進(jìn)方案進(jìn)一步保證，在執(zhí)行機(jī)械手運(yùn)動之前呈現(xiàn)預(yù)測結(jié)果。

原則上可以以任意的方式和方法描述機(jī)械手的理論運(yùn)動，例如也通過計(jì)算機(jī)文件中的數(shù)據(jù)。權(quán)利要求5涉及人機(jī)工學(xué)上特別有意義的通過操縱裝置輸入理論運(yùn)動，例如通過控制操縱桿或者類似部件。

特別適合的用于碰撞檢驗(yàn)的輔助措施在于，所述機(jī)械手的計(jì)劃軌跡和環(huán)境模型映射到虛擬狀態(tài)里面，如同由權(quán)利要求6所建議并且通過權(quán)利要求7和8進(jìn)一步改進(jìn)的那樣。通過這種方式也可以將虛擬的、在未來按照計(jì)劃軌跡預(yù)計(jì)的機(jī)械手狀態(tài)以特別有說服力的方式和方法顯示給操作者。

按照權(quán)利要求9的優(yōu)選實(shí)施方式也規(guī)定通過監(jiān)控裝置重復(fù)提供事實(shí)上的輸出位置，由此動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)隨時以最多可忽略的延時涉及事實(shí)上的機(jī)械手狀態(tài)。

按照權(quán)利要求10的優(yōu)選實(shí)施方式利用這種可能性，能夠在與監(jiān)控裝置分開的計(jì)算裝置上運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序完全且一致地映射監(jiān)控裝置的計(jì)劃軌跡。通過這種方式也可以獨(dú)立但是與監(jiān)控裝置的計(jì)劃軌跡同時地執(zhí)行動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)。這種與通常思維方式相抵觸的方式規(guī)定并行地并由此好像冗余地運(yùn)行兩個一致的計(jì)劃軌跡，這易于實(shí)時地實(shí)現(xiàn)碰撞預(yù)測。

為了盡可能可靠地抑制發(fā)生碰撞，按照權(quán)利要求11的優(yōu)選實(shí)施方式建議，如果按照預(yù)測結(jié)果機(jī)械手的控制可能導(dǎo)致碰撞或者不可接受的碰撞危險的時候，則阻止機(jī)械手的控制。通過這種方式也可以規(guī)避無意識地操縱失誤。

最后，按照權(quán)利要求12的優(yōu)選實(shí)施方式能夠?qū)崿F(xiàn)特別精確的動態(tài)模型或環(huán)境模型，即，通過這些模型依靠電子形式的模型數(shù)據(jù)，如同例如由結(jié)構(gòu)程序供使用的那樣。

權(quán)利要求13至15的優(yōu)選擴(kuò)展結(jié)構(gòu)涉及這種可能性，在計(jì)劃軌跡中進(jìn)行動態(tài)模型匹配，用于補(bǔ)償環(huán)境影響，例如溫度效應(yīng)，它們可能源于在機(jī)械手的理論位置與實(shí)際位置之間的偏差。優(yōu)選也在動態(tài)碰撞檢驗(yàn)時和在產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果時考慮這種補(bǔ)償。

附圖說明

下面利用僅示出一個實(shí)施例的附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。在附圖中示出

圖1制造單元布置的總圖，具有按照第一實(shí)施例的從屬部件，這個布置調(diào)整成執(zhí)行所建議的方法，

圖2圖1布置中的監(jiān)控裝置的組成部分的示意圖，

圖3a-c按照第二實(shí)施例的機(jī)械手以及這個機(jī)械手的視圖，通過可視化裝置結(jié)合所建議的方法。

具體實(shí)施方式

在這里描述的實(shí)施例涉及制造單元中的機(jī)械手1a,b，在制造單元中在飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件上通過鉚接設(shè)備建立鉚接。機(jī)械手1a,b是nc控制的。在圖1中示出的第一實(shí)施例的制造單元是集成部件裝配單元（integratedsectionassemblycell），用于加工360°-飛機(jī)機(jī)身部件。鉚接設(shè)備形成機(jī)械手1a的末端執(zhí)行器2a,它在這里是12軸定位機(jī)。兩個實(shí)施例的制造單元包括其所有從屬的組成部分分別形成在上述術(shù)語定義意義上的加工環(huán)境3a,3b。

末端執(zhí)行器2a能夠在沿著地面軌道4移動的加工拱門5的內(nèi)表面上運(yùn)動，其中由于拱門軌道4和加工拱門5分別不僅形成加工環(huán)境3a的一部分，而且形成機(jī)械手1a的一部分。在運(yùn)動的構(gòu)件支架6上固定工件7a,該工件在這里是飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件。此外，在制造單元里面設(shè)有用于人的進(jìn)入支架8。對應(yīng)于上述術(shù)語定義構(gòu)件支架6、工件7a和進(jìn)入支架8同樣屬于加工環(huán)境3a。此外監(jiān)控裝置10屬于制造單元。

下面同樣要參照的圖3a-c給出簡化的第二實(shí)施例，具有六軸機(jī)械手1b和末端執(zhí)行器2b，其加工環(huán)境3b包括具有兩個凸起9的工件7b。在圖3a中給出第二實(shí)施例的初始狀態(tài)。

如同已經(jīng)確認(rèn)過的，所建議的方法用于機(jī)械手1a,b在加工環(huán)境3a,b中的運(yùn)動模擬。在按照建議的方法中機(jī)械手1a,b在工作運(yùn)行中被監(jiān)控裝置10（對于圖3a-c的實(shí)施例未示出）運(yùn)動，其中加工環(huán)境3a,b至少部分地映射在環(huán)境模型里面。關(guān)于“工作運(yùn)行”在這里和下面理解為通過機(jī)械手按照規(guī)定加工工件的運(yùn)行模式。測試運(yùn)行或試樣運(yùn)行不屬于工作運(yùn)行。

按照建議的方法包括通過監(jiān)控裝置10由機(jī)械手1a,b的理論運(yùn)動從機(jī)械手1a,b的初始位置11a,b開始且以機(jī)械手1a,b的動態(tài)模型為基礎(chǔ)計(jì)算計(jì)劃軌跡12a,b。為了清晰只對于第二實(shí)施例示出這種計(jì)劃軌跡12a,b。圖3b和3c分別涉及計(jì)劃軌跡12a,b，這兩個計(jì)劃軌跡從機(jī)械手1b按照圖3a的初始位置11b開始。

此外按照建議的方法包括以計(jì)劃軌跡12a,b、動態(tài)模型和環(huán)境模型為基礎(chǔ)執(zhí)行動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)，并且以動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)為基礎(chǔ)產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果。

按照建議的方法的特征在于，初始位置11a,b對應(yīng)于實(shí)際的機(jī)械手狀態(tài)。通過這種方式所產(chǎn)生的預(yù)測結(jié)果提供一個預(yù)言，事實(shí)上執(zhí)行的機(jī)械手1a,b沿著由監(jiān)控裝置10獲得的計(jì)劃軌跡12a,b的運(yùn)動是否且以何種程度存在碰撞危險。

優(yōu)選，本方法包括通過輸出裝置13輸出預(yù)測結(jié)果，該輸出裝置優(yōu)選且如同這里所示的那樣是可視化裝置13a,b。在圖1的實(shí)施例中這種可視化裝置13a通過計(jì)算機(jī)布置15的顯示屏14形成，計(jì)算機(jī)布置具有計(jì)算裝置16和鍵盤形式的操縱裝置17。計(jì)算機(jī)布置15總體上且尤其是計(jì)算裝置16與監(jiān)控裝置10通過通訊網(wǎng)絡(luò)18連接。

在這里且如同在圖2中更詳細(xì)地示出的那樣，監(jiān)控裝置10是模塊化系統(tǒng)sinumerik?840dsl19，它包括sinamics?s120作為驅(qū)動系統(tǒng)20以及ncu720.3on作為數(shù)字控制單元21和pcu50.5-p作為計(jì)算單元22。sinumerik?operatorpanelop01923同樣可以形成可視化裝置13b，用于輸出預(yù)測結(jié)果。sinumerik?operatorpanelop01923還可以具有按鍵區(qū)形式的操縱面24。

為了縮短迭代時間并且為了盡可能舒適地操縱，通過操作者輸入-即由操作者要求的理論運(yùn)動-對操作者給出猶如立刻感覺到的反饋。這一點(diǎn)優(yōu)選由此實(shí)現(xiàn)，在給定的計(jì)算時間以內(nèi)按照理論運(yùn)動的變化和/或輸入執(zhí)行動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)，并產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果。尤其要通過輸出裝置13、在當(dāng)前情況下尤其通過可視化裝置13a,b提供預(yù)測結(jié)果的實(shí)時輸出。術(shù)語“實(shí)時輸出”在公共的第一意義上如上所述理解為，即，給定最大計(jì)算時間，在該計(jì)算時間以內(nèi)通過輸出裝置13或者說可視化裝置13a,b提供預(yù)測結(jié)果。如果在輸入后的50毫秒以內(nèi)完成輸出，則這種作為輸入反應(yīng)的輸出在主觀上感覺到是實(shí)時完成的。如果甚至在輸入后的10毫秒以內(nèi)完成輸出，則這種實(shí)時感覺到的反應(yīng)是特別明顯的。因此特別優(yōu)選，通過輸出裝置13或者說通過可視化裝置13a,b在改變和/或輸入理論運(yùn)動后的50毫秒以內(nèi)且尤其在10毫秒以內(nèi)完成輸出預(yù)測結(jié)果。

預(yù)測結(jié)果可以由監(jiān)控裝置10本身已經(jīng)作為釋放信號用于運(yùn)動地控制機(jī)械手1a,b。相應(yīng)地優(yōu)選只有當(dāng)預(yù)測結(jié)果對于按照計(jì)劃軌跡的控制預(yù)言不碰撞的時候，才實(shí)現(xiàn)這種控制。換言之，優(yōu)選在機(jī)械手1a,b按照計(jì)劃軌跡12a,b被監(jiān)控裝置10運(yùn)動之前，產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果。

當(dāng)理論運(yùn)動的相應(yīng)輸入不是通過讀出數(shù)據(jù)或者類似過程實(shí)現(xiàn)，而是通過操作者手動干預(yù)時，這種實(shí)時輸出是特別有意義的。即優(yōu)選，本方法包括接受通過操縱裝置17輸入理論運(yùn)動，并且在這里尤其通過手動運(yùn)行輸入。在本示例中操縱裝置17是計(jì)算機(jī)布置19的所述鍵盤，但是同樣可以考慮sinumerik?operatorpanelop01923的操縱面24，或者在這里未示出的計(jì)算機(jī)布置15或監(jiān)控裝置10的控制操縱桿。

非常清楚地示出一個輸出，它圖形地表示機(jī)械手1a,b在加工環(huán)境3a,3b中的未來狀態(tài)。因此優(yōu)選，按照所建議的方法包括以計(jì)劃軌跡12a,b和環(huán)境模型為基礎(chǔ)輸出虛擬狀態(tài)25a,b。關(guān)于術(shù)語虛擬狀態(tài)25a,b理解為，一方面以動態(tài)模型為基礎(chǔ)按照計(jì)劃軌跡12a,b的執(zhí)行從初始位置11a,b開始電子成像機(jī)械手1a,b，另一方面以環(huán)境模型為基礎(chǔ)、同樣按照機(jī)械手1a,b運(yùn)動的執(zhí)行電子成像加工環(huán)境3a,b。換言之，虛擬狀態(tài)25a,b涉及機(jī)械手1a,b和加工環(huán)境3a,b在機(jī)械手1a,b沿著計(jì)劃軌跡12a,b運(yùn)動以后的充分計(jì)算機(jī)技術(shù)的模型。在此虛擬狀態(tài)25a,b也可以考慮例如在重要的時間里面完成的加工環(huán)境3ab總體或者其單個部件的運(yùn)動。這種運(yùn)動例如可以在圖1的實(shí)施例中由構(gòu)件支架6與工件7a的旋轉(zhuǎn)組成。

這個優(yōu)選的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)能夠由此進(jìn)一步改進(jìn)，輸出虛擬狀態(tài)25a,b包括輸出機(jī)械手1a,b和加工環(huán)境3a,b的3d模型的視圖26a,b。3d模型是適用于圖像地表示虛擬狀態(tài)25a,b亦即機(jī)械手1a,b和加工環(huán)境3a,b在完成按照計(jì)劃軌跡12a,b的運(yùn)動以后的狀態(tài)。視圖26a,b也是兩維的圖像，它由這個3d模型和假想的觀察者視角給出，并因此適用于在常見的可視化裝置13a,b上再現(xiàn)。

圖3b和3c分別示例地再現(xiàn)這種視圖26a,b，它們例如也可以設(shè)想在圖1的計(jì)算機(jī)布置15的顯示屏14上再現(xiàn)，其中為了簡化視圖在圖3b和3c中沒有從圖像上區(qū)分視圖26a,b與基于視圖的虛擬狀態(tài)25a,b。

基于圖像的視角最好是可調(diào)整的，由此機(jī)械手1a,b和加工環(huán)境3a,b的3d模型的視圖26a,b以可調(diào)整的視角為基礎(chǔ)。因此，操作者對于視圖26a,b可以選擇立體圖，它特別適用于檢測現(xiàn)有的碰撞狀況。

也可以這樣構(gòu)型輸出虛擬狀態(tài)25a,b，以圖像上特別易于識別的方式表征，預(yù)測結(jié)果是否指示碰撞狀況或者說碰撞危險，或者它是否指示這種碰撞狀況或者這種碰撞危險的不存在性。例如在圖3b中視圖26a顯示一種虛擬狀態(tài)25a,其中按照預(yù)測結(jié)果計(jì)劃軌跡12a已經(jīng)導(dǎo)致預(yù)計(jì)的機(jī)械手1b與工件7b的凸起9碰撞，這由視圖26a對于操作者通過碰撞符號27明顯地表示。即，視覺地警示操作者，不能執(zhí)行這個計(jì)劃軌跡12a。替代或附加地對于碰撞符號27為了警示也可以以警示色、例如紅色染色視圖26a。

相反由圖3c的視圖26b同樣清楚地給出，可以沒有碰撞危險地執(zhí)行按照計(jì)劃軌跡12b的運(yùn)動。在此這一點(diǎn)通過沒有碰撞符號的計(jì)劃軌跡12b視圖顯示，其中在這里也可以附加地以允許色例如綠色再現(xiàn)視圖26a。

在上面已經(jīng)定義的意義上的實(shí)時輸出對于操作者在輸出虛擬狀態(tài)25a,b時也是有利的。因此優(yōu)選，通過可視化裝置13a,b在給定的可視化時間以內(nèi)在改變和/或輸入理論運(yùn)動以后輸出虛擬狀態(tài)25a,b，由此通過可視化裝置13a,b提供實(shí)時輸出虛擬狀態(tài)25a,b。如上已經(jīng)提到的，如果給定的可視化時間為50毫秒或者甚至10毫秒，則實(shí)時輸出特別以“隨時”感覺到。如上所述，在優(yōu)選輸出機(jī)械手1a,b的3d模型視圖26a,b的情況下，這一點(diǎn)相應(yīng)地同樣適用于輸出視圖26a,b。

盡可能即時地（zeitnah）完成機(jī)械手1a,b的運(yùn)動預(yù)測的印象不僅通過實(shí)時輸出如上所述作為對于輸入或理論運(yùn)動的變化的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，而且也由此實(shí)現(xiàn)，連續(xù)地考慮和指示在機(jī)械手1a,b運(yùn)動期間變化的機(jī)械手1a,b位置。相應(yīng)地有利的是，重復(fù)且最好在給定的更新間隔以內(nèi)按照實(shí)際的機(jī)械手狀態(tài)更新初始位置11a,b。這導(dǎo)致，事實(shí)上的機(jī)械手1a,b位置即時地不僅以動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)為基礎(chǔ)，而且以產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果為基礎(chǔ)。優(yōu)選在給定的更新間隔以內(nèi)更新的初始位置11a,b也以虛擬狀態(tài)25a,b同樣以視圖26a,b為基礎(chǔ)，由此對操作者也可以總是即時更新地輸出虛擬狀態(tài)和視圖。此外在這里有意義的是，相應(yīng)地也在給定的更新間隔以內(nèi)更新環(huán)境模型。

通過監(jiān)控裝置10外部地模擬計(jì)劃軌跡12a,b的可能性當(dāng)然可以由此實(shí)現(xiàn)，按照優(yōu)選的實(shí)施方式通過計(jì)算裝置16由機(jī)械手1a,b的理論運(yùn)動從初始位置11a,b開始且以機(jī)械手1a,b的動態(tài)模型為基準(zhǔn)執(zhí)行另一計(jì)劃軌跡的計(jì)算，其中計(jì)算裝置16利用通訊網(wǎng)絡(luò)18與監(jiān)控裝置10連接，并且執(zhí)行動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)和產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果在計(jì)算裝置16里面執(zhí)行。

也相應(yīng)地將理論運(yùn)動或者直接輸入給計(jì)算裝置16，例如通過操縱裝置17，或者輸入給監(jiān)控裝置10，并且通過通訊網(wǎng)絡(luò)18傳遞給計(jì)算裝置16，它將機(jī)械手1a,b的理論運(yùn)動映射到另一計(jì)劃軌跡里面，并由此在復(fù)制或者仿制的意義上模擬監(jiān)控裝置10的計(jì)劃軌跡12a,b。因此尤其能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)楸O(jiān)控裝置10的相應(yīng)功能包括處理環(huán)境模型和動態(tài)模型完全可以作為軟件編碼在計(jì)算裝置16上復(fù)制。動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)和產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果相應(yīng)地或者附加地對于在監(jiān)控裝置10上的各個過程在計(jì)算裝置16里面執(zhí)行，或者僅僅在計(jì)算裝置16上完成。

為了避免雙重持有數(shù)據(jù)，動態(tài)模型和環(huán)境模型也可以由監(jiān)控裝置10通過通訊網(wǎng)絡(luò)18傳遞給計(jì)算裝置16。

如果計(jì)算裝置16這樣復(fù)制監(jiān)控裝置10的計(jì)劃軌跡12a,b的計(jì)算，使計(jì)算裝置16的另一計(jì)劃軌跡對應(yīng)于監(jiān)控裝置10的計(jì)劃軌跡12a,b，則得到特殊的優(yōu)點(diǎn)。即，計(jì)算功能這樣復(fù)制，對于動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)和產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果無需追溯到監(jiān)控裝置10的計(jì)劃軌跡12a,b，而是同樣可以使用計(jì)算裝置16的另一計(jì)劃軌跡。此外在計(jì)算裝置16里面也可以獨(dú)立且也趨于比通過監(jiān)控裝置10更快地執(zhí)行這些過程，這易于實(shí)現(xiàn)按照上述優(yōu)選實(shí)施方式的實(shí)時輸出。

在監(jiān)控裝置10與計(jì)算裝置16之間的特別適合的接口可以由此提供，作為通訊網(wǎng)絡(luò)18選擇以太網(wǎng)連接，在其上使用tcp/ip（transmissioncontrolprotocol/internetprotocol）作為協(xié)議?；蛘邊f(xié)議棧的一部分。以此建立的用于在計(jì)算裝置16與監(jiān)控裝置10之間數(shù)據(jù)交換可以使用相應(yīng)的程序庫如com（componenobjectmodel），dcom（distributedcomponenobjectmodel），rpc(remoteprocedurecall)，ocx(objectlinkingandembeddingcontrolextension)或者其改進(jìn)方案。

事實(shí)上的阻止操作者行為（否則它們可能導(dǎo)致碰撞）優(yōu)選由此實(shí)現(xiàn)，當(dāng)預(yù)測結(jié)果輸出碰撞危險或者說碰撞結(jié)果時，監(jiān)控裝置10阻止按照計(jì)劃軌跡12a,b控制機(jī)械手1a,b。這種通過監(jiān)控裝置10阻止控制機(jī)械手1a,b尤其可以按照計(jì)算裝置16的指示進(jìn)行。例如在圖3b中所示的這種預(yù)測結(jié)果的情況下可以規(guī)定這種阻止。即，由監(jiān)控裝置10主動地止鎖操作者用于命令這種控制的相應(yīng)行為。而在圖3c中所示的情況下將不進(jìn)行這種止鎖。

如果如同優(yōu)選的那樣，動態(tài)模型和/或環(huán)境模型以電子形式的模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，則簡化動態(tài)模型和環(huán)境模型的建立。在此也可以是模型數(shù)據(jù)。它們可以由相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序例如catia?或者由通過這種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)組成。

優(yōu)選，匹配動態(tài)模型，用于補(bǔ)償在機(jī)械手1a,b的理論運(yùn)動與實(shí)際運(yùn)動之間由于環(huán)境引起的偏差。例如機(jī)械手上的溫度變化可能導(dǎo)致機(jī)械手某些部件的膨脹。按照計(jì)劃軌跡12a,b控制機(jī)械手1a,b則導(dǎo)致事實(shí)上的運(yùn)動偏離按照計(jì)劃軌跡12a,b的運(yùn)動。但是如果已知在溫度與這種膨脹之間的關(guān)系，則可以考慮并由此補(bǔ)償這種偏差。除了溫度以外作用于機(jī)械手上的力、例如過程力也可能引起上述意義上的偏差。

最好在執(zhí)行動態(tài)碰撞檢驗(yàn)之前進(jìn)行這種匹配。因此不僅在執(zhí)行動態(tài)碰撞檢驗(yàn)時，而且在產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果時考慮這種匹配。也可以已經(jīng)在計(jì)算計(jì)劃軌跡12a,b之前進(jìn)行匹配，然后最好在計(jì)算計(jì)劃軌跡12a,b時考慮。

還優(yōu)選，以由補(bǔ)償傳感器28a測得的實(shí)際值為基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)償，這個實(shí)際值尤其通過寄存的補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行處理。這種補(bǔ)償傳感器28a按照圖3a-c中的視圖可以是溫度傳感器。通過補(bǔ)償參數(shù)處理尤其可以包括與補(bǔ)償系數(shù)相乘。然后在動態(tài)模型上應(yīng)用處理結(jié)果。也可以設(shè)想，使補(bǔ)償適配于模型數(shù)據(jù)，動態(tài)模型最好以這種模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。補(bǔ)償參數(shù)可以以測量過程為基礎(chǔ)，在工作運(yùn)行之前的測量運(yùn)行中執(zhí)行測量過程。

按照圖3a-c的實(shí)施例優(yōu)選地規(guī)定，偏差以機(jī)械手1a,b上的實(shí)際溫度（最好由補(bǔ)償傳感器28測得）為基礎(chǔ)，并且測得的實(shí)際值是實(shí)際溫度。也可以是溫度補(bǔ)償。相應(yīng)地優(yōu)選，補(bǔ)償溫度包括溫度系數(shù)，通過溫度系數(shù)處理測得的實(shí)際溫度。

還優(yōu)選，通過監(jiān)控裝置10和/或通過計(jì)算裝置16執(zhí)行補(bǔ)償。即，計(jì)算裝置16也可以直接或間接地得到用于處理的實(shí)際值。在此通過計(jì)算裝置16執(zhí)行的補(bǔ)償最好可以復(fù)制通過監(jiān)控裝置10執(zhí)行的補(bǔ)償。

機(jī)械手1a,b的輸出位置11a,b或者可以通過已知的原先的機(jī)械手a,b的位置和已知的接著的運(yùn)動確定，或者如同優(yōu)選的那樣，通過傳感器裝置28檢測。同樣，用于映射在環(huán)境模型中的加工環(huán)境3a,b也可以通過傳感器裝置28檢測。這種傳感器裝置28可以包括許多分立的傳感器，它們也分別按照不同的物理原理工作，并且必要時相互通訊，以及與監(jiān)控裝置10和計(jì)算裝置16信息技術(shù)地通訊，例如通過通訊網(wǎng)絡(luò)18。

按照建議的計(jì)算機(jī)程序具有程序編碼，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行的時候，用于執(zhí)行下面的用于機(jī)械手1a,b的運(yùn)動模擬的步驟：由機(jī)械手1a,b在至少部分地映射到環(huán)境模型中的加工環(huán)境3a,b中從初始位置11a,b開始的理論運(yùn)動且以機(jī)械手1a,b的動態(tài)模型為基礎(chǔ)計(jì)算計(jì)劃軌跡12a,b，以計(jì)劃軌跡12a,b、動態(tài)模型和環(huán)境模型為基礎(chǔ)執(zhí)行動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)，并且以動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)為基礎(chǔ)產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果。按照建議的計(jì)算機(jī)程序的特征在于，初始位置11a,b對應(yīng)于實(shí)際的機(jī)械手狀態(tài)。

按照建議也有一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，它可以直接加載在數(shù)字計(jì)算機(jī)的內(nèi)存里面，并且包括軟件編碼區(qū)段，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行該產(chǎn)品時，通過軟件編碼區(qū)段執(zhí)行下面的步驟：由機(jī)械手1a,b在至少部分地映射到環(huán)境模型中的加工環(huán)境3a,b中從初始位置11a,b開始的理論運(yùn)動且以機(jī)械手1a,b的動態(tài)模型為基礎(chǔ)計(jì)算計(jì)劃軌跡12a,b，以計(jì)劃軌跡12a,b、動態(tài)模型和環(huán)境模型為基礎(chǔ)執(zhí)行動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)，并且以動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)為基礎(chǔ)產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果。按照建議的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的特征在于，初始位置11a,b對應(yīng)于實(shí)際的機(jī)械手狀態(tài)。

按照建議的用于機(jī)械手1a,b在映射在環(huán)境模型中的加工環(huán)境中的運(yùn)動模擬的系統(tǒng)具有監(jiān)控裝置10，它調(diào)整成，使機(jī)械手1a,b在工作運(yùn)行中運(yùn)動，并且調(diào)整成，由機(jī)械手1a,b從初始位置11a,b開始的理論運(yùn)動且以機(jī)械手1a,b的動態(tài)模型為基礎(chǔ)計(jì)算計(jì)劃軌跡12a,b，該系統(tǒng)還具有計(jì)算裝置16，它調(diào)整成，以計(jì)劃軌跡12a,b、動態(tài)模型和環(huán)境模型為基礎(chǔ)執(zhí)行動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)，并且以動態(tài)的碰撞檢驗(yàn)為基礎(chǔ)產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果。按照建議的系統(tǒng)的特征在于，初始位置11a,b對應(yīng)于實(shí)際的機(jī)械手狀態(tài)。

按照建議的用于運(yùn)動模擬的計(jì)算機(jī)程序和系統(tǒng)的優(yōu)選擴(kuò)展結(jié)構(gòu)分別由按照建議的方法的優(yōu)選擴(kuò)展結(jié)構(gòu)給出。