两个机器人机械手的路径的协调

技术领域

本发明涉及一种用于学习和实施第一机器人机械手和第二机器人机械手的彼此协调路径的方法和一种用于学习和实施第一机器人机械手和第二机器人机械手的彼此协调路径的系统。

背景技术

尤其地，当第一机器人机械手和第二机器人机械手一起合作执行任务时，出现第一机器人机械手相对于第二机器人机械手的协调问题。例如，当要由第一机器人机械手和第二机器人机械手一起提升和运输负载时，第一机器人机械手和第二机器人机械手以协调方式协同工作是至关重要的。即使对于要由第一机器人机械手和第二机器人机械手以协调方式执行的其他任务，也必须将它们相应的运动路径彼此精确地协调。

发明内容

本发明的目的是通过学习过程(英语为“Teachning”(示教)，也称为“Teach-In”)指定第一机器人机械手的运动路径和第二机器人机械手的与第一运动路径协调的第二运动路径。

本发明产生于独立权利要求的特征。有利的改进方案和设计方案是从属权利要求的主题。

本发明的第一方面涉及一种用于学习和实施第一机器人机械手和第二机器人机械手的彼此协调路径的方法，其具有以下步骤：

-手动引导所述第一机器人机械手的第一基准点通过期望的第一路径；

-检测所述第一路径或检测所述第一路径的第一姿势集并将所述第一路径或所述第一姿势集存储在第一数据集中；

-自动跟随所述第一路径；

-在自动跟随所述第一路径期间：手动引导所述第二机器人机械手的第二基准点通过期望的第二路径；

-检测所述第二路径或检测所述第二路径的第二姿势集并将所述第二路径或所述第二姿势集存储在第二数据集中，其中，所述第二数据集如此分配给所述第一数据集，使得所述第一路径的位置至少近似地分配给所述第二路径的每个位置；以及

-通过所述第一机器人机械手根据所述第一数据集同步跟随所述第一路径并通过所述第二机器人机械手根据所述第二数据集同步跟随所述第二路径。

优选地，手动引导应理解这样一种过程，其中用户尤其将其手放在相应机器人机械手的其中一个连杆上并且通过向其施加力而使其在期望方向上加速。

第一机器人机械手和第二机器人机械手尤其是两个独立的机器人机械手，即每个机器人机械手也可以独立执行任务并且由其自己的控制单元控制。

替代地，优选地，第一机器人机械手和第二机器人机械手布置在公共平台上并且由公共控制单元控制。本发明涉及两种替代方案。

术语“姿势集”有利地理解为相应机器人机械手的姿势的时间序列。因此，尤其是在大量时间步长的每个单独的时间步长中检测和存储相应机器人机械手的姿势。尤其是通过关节角度的向量存储姿势，从而可以在任何时间点唯一地重建所存储的姿势。虽然在第一替代方案中，例如通过光学检测系统明确检测相应基准点的路径，但当检测姿势集时尤其是检测到相应机器人机械手的完整关节角度集。如果根据相应数据集跟随姿势集，则再次自动产生相应基准点的相应路径。

当将第二数据集分配给第一数据集从而第一路径的位置至少近似地分配给第二路径的每个位置时，没有必要将第二路径的任何位置以完全数学正确性分配给第一路径上的位置，而只是近似地分配给第一路径上的位置，从而也可以借助支持位置的插值或其他近似方法彼此分配位置。

相应机器人机械手的相应路径相对于轨迹仅描述相应基准点的几何路线，而在此不必包含路线上相应位置的时间信息。相比之下，轨迹包含路径的几何路线，其中，每个位置还分配有关于该位置将经过的时间点的时间信息。

第一路径的检测以及第二路径的检测优选地通过位置传感器，尤其是在相应机器人机械手的关节处的位置传感器执行。

为了手动引导相应基准点，执行引导的用户可以引导机器人机械手的任何连杆。为此，用户无需直接在相应机器人机械手的基准点处开始。

第一路径的自动跟随以及第一路径和第二路径的同步跟随尤其是分别通过致动器的相应控制来进行，相应机器人机械手利用所述致动器可移动。

在同步跟随时，尤其是第一数据集和第二数据集如此彼此协调，使得在相应时间点第一路径的位置和第二路径的位置具有其相应的由学习过程预先确定的相对位置。

本发明的有利效果是，第一机器人机械手的第一路径和第二机器人机械手的第二路径可以非常容易地由用户相对于彼此确定。尤其是由于用户必须每次同时手动引导单个机器人机械手，并且尤其是在通过第一机器人机械手自动跟随第一路径期间可以观察第一机器人机械手，因而能够非常精确地实现尤其是第二机器人机械手的第二路径相对于第一机器人机械手的第一路径的学习过程。

根据一个有利的实施方式，所述第一数据集和所述第二数据分别集借助离散数量的路径点存储所述第一路径和所述第二路径，其中，为了将所述第二数据集分配给所述第一数据集，将所述第二数据集的长度适配于所述第一数据集的长度，从而所述第一数据集和所述第二数据集具有相同数量的离散路径点。

只有当第一数据集和第二数据集具有相同数量的离散带点时，路径点才能直接相互分配。这在离散运行的控制程序的情况下是尤其有利的，根据所述控制程序尤其是以离散化的时间步长调节关节角度。与每个数据集的相应离散路径点的数量的适配相对应的相应数据集的相应长度的适配优选地通过在最初较长的数据集中省略一定数量的离散视点来执行，或者还通过在初始较短的数据集中内插和生成最初不存在的离散路径点来执行。

根据另一个有利的实施方式，所述第一数据集和所述第二数据集分别以向量化的方式存储所述第一路径和所述第二路径。

在该上下文中，以向量化的方式是指第一路径和第二路径优选地通过多项式函数、贝塞尔曲线或其他可以在其阶数内参数化的代数函数以解析表达式的形式存在。由此，有利地，第一路径和/或第二路径均以非常节省内存的方式存储。

根据另一个有利的实施方式，所述第一基准点和/或所述第二基准点分别是所述相应机器人机械手的相应末端执行器处的预定点。相应机器人机械手的相应末端执行器尤其布置在相应机器人机械手的相应远端连杆处。

根据另一个有利的实施方式，所述第一机器人机械手在手动引导所述第一机器人机械手期间以重力补偿的方式来控制，和/或所述第二机器人机械手在手动引导所述第二机器人机械手期间以重力补偿的方式来控制。

在重力补偿控制的情况下，尤其是相应机器人机械手的致动器如此被控制，使得重力不会引起相应机器人机械手的任何加速度。在这里，除了致动器的这种控制之外，相应机器人机械手可以优选地通过手动引导任意移动。这有利地简化了用户对相应机器人机械手的手动引导。

根据另一个有利的实施方式，所述第一机器人机械手和/或所述第二机器人机械手分别具有通过具有至少部分彼此冗余的自由度的关节彼此连接的连杆，从而所述第一机器人机械手和/或所述第二机器人机械手的至少一部分数量的所述连杆可分别在零空间中移动，其中，所述第一数据集和/或所述第二数据集除了所述相应基准点的所述相应路径之外还具有关于所述相应机器人机械手在其零空间中的相应姿势的信息。

相应机器人机械手的姿势通常描述相应机器人机械手或相应机器人机械手的末端执行器的连杆整体的取向和位置。

通过使一部分数量的关节具有彼此冗余的自由度，尤其是相应机器人机械手的其中一些连杆可以在空间中移动，而在此无需改变相应机器人机械手的远端处的末端执行器的位置和/或取向或基准点的位置。因此，连杆在具有冗余自由度的关节处的运动也称为零空间中的运动。如果将这种运动理解为代数线性映射，则零空间中的运动也称为映射的核心。在这里，这些连杆通过具有冗余自由度的关节的运动尤其是在不改变相应基准点的位置的情况下进行。

本发明的另一方面涉及一种用于学习和实施第一机器人机械手和第二机器人机械手的彼此协调路径的系统，其具有：具有第一控制单元的第一机器人机械手，和具有第二控制单元的第二机器人机械手，其中，所述第一机器人机械手具有第一路径检测单元，并且其中，所述第二机器人机械手具有第二路径检测单元，其中，所述第一路径检测单元实施成当手动引导所述第一机器人机械手时检测所述第一机器人机械手的第一基准点的期望的第一路径或所述第一路径的第一姿势集并将所述第一路径或所述第一姿势集存储在第一数据集中，其中，所述第一控制单元实施成根据所述第一数据集控制所述第一机器人机械手以跟随所述第一路径，并且其中，所述第二路径检测单元实施成当通过所述第一机器人机械手跟随所述第一路径期间手动引导所述第二机器人机械手时检测所述第二机器人机械手的第二基准点的期望的第二路径或所述第二路径的第二姿势集并将所述第二路径或所述第二姿势集存储在第二数据集中，其中，所述第二数据集如此分配给所述第一数据集，使得所述第一路径的位置至少近似地分配给所述第二路径的每个位置。

根据一个有利的实施方式，所述第一控制单元和/或所述第二控制单元均实施成根据所述第一数据集控制所述第一机器人机械手以跟随所述第一路径，并同步实施成根据所述第二数据集控制所述第二机器人机械手以跟随所述第二路径。

进一步的优点、特征和细节产生于以下描述，其中，在必要时参照附路径，详细描述了至少一个实施例。相同、相似和/或功能相同的部分设有相同的附图标记。

附图说明

图1示出了一种根据本发明的一个实施例的用于学习和实施第一机器人机械手和第二机器人机械手的彼此协调路径的方法；以及

图2示出了一种根据本发明的一个实施例的用于学习和实施第一机器人机械手和第二机器人机械手的彼此协调路径的系统。

附图中的图示是示意性的而不是按比例绘制的。

具体实施方式

图1示出了一种用于学习和实施第一机器人机械手10和第二机器人机械手20的彼此协调路径11、22的方法，其具有以下步骤：

-手动引导S1第一机器人机械手10的第一基准点通过期望的第一路径11；

-检测S2第一路径11并将第一路径11存储在第一数据集中；

-自动跟随S3第一路径11；

-在自动跟随第一路径11期间：手动引导S4第二机器人机械手20的第二基准点通过期望的第二路径22；

-检测S5第二路径22并将第二路径22存储在第二数据集中，其中，第二数据集如此分配给第一数据集，使得第一路径11的位置至少近似地分配给第二路径22的每个位置；以及

-通过第一机器人机械手10根据第一数据集同步跟随第一路径11并通过第二机器人机械手20根据第二数据集同步跟随第二路径22。

图2示出了一种用于学习和实施第一机器人机械手10和第二机器人机械手20的彼此协调路径11、22)的系统100，其具有：具有第一控制单元14的第一机器人机械手10，和具有第二控制单元24的第二机器人机械手20，其中，第一机器人机械手10具有第一路径检测单元15，并且其中，第二机器人机械手20具有第二路径检测单元25，其中，第一路径检测单元15实施成当手动引导第一机器人机械手10时检测第一机器人机械手10的第一基准点的期望的第一路径11并将所述第一路径11存储在第一数据集中，其中，第一控制单元14实施成根据第一数据集控制第一机器人机械手(10)以跟随第一路径11，并且其中，所述第二路径检测单元25实施成当通过第一机器人机械手10跟随第一路径11期间手动引导第二机器人机械手20时检测第二机器人机械手(20)的第二基准点的期望的第二路径22并将第二路径22存储在第二数据集中，其中，第二数据集如此分配给第一数据集，使得第一路径11的位置至少近似地分配给第二路径22的每个位置。

尽管已经通过优选的实施例更详细地图示和说明了本发明，但本发明不受公开的实施例的限制，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的保护范围的情况下从中推导出其他变型例。因此，显而易见的是，存在多种可能的变型例。还显而易见的是，以示例方式引用的实施方式实际上仅代表示例，不应以任何方式将其理解为例如对本发明的保护范围、可能的应用或构造的限制。相反，前面的描述和附图的描述使得本领域技术人员能够具体地实施示例性实施方式，其中，本领域技术人员在了解所公开的发明构思的情况下，可以在不脱离由权利要求及其合法等效物例如说明书中的进一步解释所限定的保护范围的情况下，例如针对在示例性实施方式中提到的各个元件的功能或布置进行各种变更。

附图标记说明：

10 第一机器人机械手

11 第一路径

13 第一末端执行器

14 第一控制单元

15 第一路径检测单元

20 第二机器人机械手

22 第二路径

23 第二末端执行器

24 第二控制单元

25 第二路径检测单元

100 系统

S1 手动引导

S2 检测

S3 自动跟随

S4 手动引导

S5 检测

S6 同步跟随