專利名稱：用于控制機(jī)器人的裝置的制作方法
用于控制機(jī)器人的裝置
本發(fā)明涉及一種用于控制機(jī)器人(Roboter)的裝置。
機(jī)器人被用于加工工件，尤其是例如用于加工機(jī)動(dòng)車車身，例如 用于車身的焊接或涂漆。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，必須為機(jī)器人預(yù)定運(yùn)動(dòng) 流程，即，把期望的運(yùn)動(dòng)流程輸入到機(jī)器人控制單元中，以便機(jī)器人 臂或固定在機(jī)器人臂處的工件可以預(yù)定的方式來加工車身。
在加工時(shí)可能出現(xiàn)工件的位置和/或形狀與理論上應(yīng)已預(yù)定的工 件的位置和/或形狀不完全匹S己，例如可能出現(xiàn)待焊接在一起的兩個(gè)板 件的棱并非精確地位于預(yù)定的線上，而是相對于預(yù)定的線傾斜，或者 兩個(gè)棱可能彼此形成夾角。
為使這種形狀和/或位置中的不精確性不會(huì)影響加工結(jié)果，可獲取 實(shí)際情況并相應(yīng)地操控機(jī)器人的傳感器系統(tǒng)是適宜的。
機(jī)器人位置精度本身是足夠的，以使得其公差甚至可忽略不計(jì)。 但是在少數(shù)情況下可能出現(xiàn)定位精度并非最優(yōu)的。這可一一以相同的 方式——利用上文已描述過的傳感器而同樣地被獲取并被修正。然 而，主要的關(guān)注點(diǎn)更多是在待加工工件的位置和/或形狀的不精確性和 偏差上。
一種方法在于，借助于數(shù)碼攝影機(jī)(Kamera)將工件的實(shí)際的位置 和/或形狀拍攝下來，并在圖象獲取裝置和圖象處理裝置 (Bilderfassungs畫und Bildvemrbeitungseinrichtung)中獲耳又和處理信號以 及將這些信號輸送給機(jī)器人控制單元，從而，可在將運(yùn)動(dòng)的實(shí)際值與 理論值作對比之后對機(jī)器人進(jìn)行操控。
3在此必須的是，獲悉攝影機(jī)的位置。如果攝影機(jī)安裝在機(jī)器人處， 則其空間中的位置將相應(yīng)于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)而改變，從而，必要的是，
獲悉當(dāng)前的工具中心點(diǎn)。在已知的裝置中控制方法如下地實(shí)現(xiàn)
機(jī)器人運(yùn)動(dòng)一定距離，停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，拍攝圖象，該圖像被處 理，而機(jī)器人繼續(xù)朝下一個(gè)圖象獲取點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。這意味著，在控制機(jī)器
人時(shí)僅離散的點(diǎn)可被加以考慮且應(yīng)用周期(Anwendungszykluszeit)無 法進(jìn)一步降低。
代替數(shù)碼攝影機(jī)。然而即使在此也應(yīng)理解的是，在控制機(jī)器人時(shí)僅離 散的點(diǎn)可被獲取，由此，應(yīng)用周期同樣無法進(jìn)一步降低。
本發(fā)明的目的是，進(jìn)一步改進(jìn)開頭所提及類型的裝置，以使得應(yīng) 用周期可進(jìn)一步降低。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過權(quán)利要求1的特征來實(shí)現(xiàn)。
相應(yīng)地，本發(fā)明在于，用于控制機(jī)器人的裝置設(shè)有機(jī)器人控制單 元；設(shè)有至少一個(gè)安裝在機(jī)器人處的、產(chǎn)生信號的傳感器，其輸出信 號可輸送給信號獲取單元，其中，與該至少一個(gè)傳感器相連接的信號 獲取單元的輸出信號可輸送給與該信號獲取單元相連接的信號處理 裝置；并且設(shè)有坐標(biāo)變換裝置，在該坐標(biāo)變換裝置中，來自于信號圖 象處理裝置和機(jī)器人控制單元的信號被處理成可重新輸送給機(jī)器人 控制單元以用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人控制信號；其中，由機(jī)器人 控制單元輸送給坐標(biāo)變換單元的信號為實(shí)時(shí)機(jī)器人數(shù)據(jù)信號。
在此重要的是，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)或者說工具中心點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù) 實(shí)時(shí)地(in Echtzeit)輸送給信號獲取單元和/或圖象處理裝置。
用于控制機(jī)器人的裝置相應(yīng)地包括機(jī)器人控制單元；優(yōu)選至少一 個(gè)安裝在機(jī)器人處的攝影機(jī)，其輸出信號可輸送給圖象獲取單元，其 中，與攝影機(jī)相連接的圖象獲取單元的輸出信號可輸送給與該圖象獲 取裝置相連接的圖象處理單元；并且包括坐標(biāo)變換裝置，在該坐標(biāo)變換裝置中，來自于圖象處理裝置和機(jī)器人控制單元的信號被處理成機(jī) 器人控制信號，該機(jī)器人控制信號被重新輸送給機(jī)器人控制單元以用 于工具或機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的控制，其中，通過信號線從機(jī)器人控制單元 輸送給坐標(biāo)變換單元的信號為實(shí)時(shí)機(jī)器人數(shù)據(jù)信號。
帶有實(shí)時(shí)機(jī)器人數(shù)據(jù)接口的機(jī)器人控制單元產(chǎn)生預(yù)期的且可選 地為當(dāng)前的帶有相應(yīng)的時(shí)間標(biāo)記的機(jī)器人工具中心點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在機(jī)器 人控制單元內(nèi)以高的精度和高的更新率來計(jì)算這些數(shù)據(jù)。攝影機(jī)由機(jī) 器人所保持并與圖象處理單元相連接，根據(jù)本發(fā)明該圖象處理單元包
括三個(gè)子單元
-圖象獲取單元 -圖象處理裝置 -坐標(biāo)變換裝置或單元。
例如設(shè)計(jì)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的圖象處理裝置可位于外部計(jì)算機(jī) 上或機(jī)器人控制單元內(nèi)，但也可為攝影機(jī)的部分。圖象處理裝置通過 上文提及的實(shí)時(shí)機(jī)器人數(shù)據(jù)接口與機(jī)器人控制軟件模塊通信。
如果圖象處理裝置或單元不是機(jī)器人單元的部分，則機(jī)器人單元
及如必要時(shí)外部計(jì)算器單元的系統(tǒng)時(shí)間必須被同步；當(dāng)然也存在這樣 的可能性，即，該同步基于共同的時(shí)間基準(zhǔn)。這可由已知的方法來實(shí) 現(xiàn)。
圖象獲取可為觸發(fā)式的或非觸發(fā)式的。在第一種情況中，當(dāng)以觸 發(fā)的方式執(zhí)行圖象獲取時(shí)，可由機(jī)器人或其它設(shè)備產(chǎn)生的觸發(fā)信號(數(shù) 字式的或模擬式的)在圖象獲取的每個(gè)時(shí)刻被接收。如果圖象獲取以非 觸發(fā)的方式進(jìn)行，則圖象處理裝置在每個(gè)內(nèi)部處理環(huán)(ProzessscWeife) 期間執(zhí)行圖象處理。
在圖象獲取期間當(dāng)前的時(shí)間被記錄并與圖象數(shù)據(jù)和所有后面的 屬于該圖象的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。
從攝影機(jī)傳輸給圖象獲取單元的信號與攝影機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)相符 地彼此關(guān)聯(lián)，其中，圖象坐標(biāo)系統(tǒng)是兩維的坐標(biāo)系統(tǒng)，然而，根據(jù)如有必要時(shí)帶有距離測量的攝影機(jī)或兩個(gè)以合適的方式〗皮此關(guān)聯(lián)的攝 影機(jī)的布置，也可使用三軸的空間坐標(biāo)系統(tǒng)。如果設(shè)置有多個(gè)攝影機(jī)， 則圖象在共同的整體坐標(biāo)系統(tǒng)中被建立，從而，能筒單地確定物體位 于何處。這些在.圖像處理裝置中產(chǎn)生的兩維的或三維的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)變 換裝置中轉(zhuǎn)換到與機(jī)器人相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)中，以使得機(jī)器人控制單元能 夠記錄并進(jìn)一步處理坐標(biāo)變換裝置的輸出信號。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換按已知的方 法來執(zhí)行，以使得其在此不需要進(jìn)一步被描述。
獲取圖像時(shí)的攝影機(jī)的位置是重要的，通過使用預(yù)測的機(jī)器人工 具中心點(diǎn)數(shù)據(jù)，該位置可通過插值法而被計(jì)算?？蛇x地可使用當(dāng)前的
機(jī)器人工具中心點(diǎn)^:據(jù)，以便額外地獲得優(yōu)化的近似值。
這些狀態(tài)或者說位置可被過程控制單元所使用或被應(yīng)用于機(jī)器 人控制單元以用于進(jìn)一步的加工，即，用于控制機(jī)器人。
為獲取例如由機(jī)器人加工的工件的位置和/或形狀，可例如使用帶 距離傳感器的攝影機(jī)，由此可確定空間中的物體的位置。此外，也可 使用兩個(gè)攝影機(jī)，其使得三維的圖象獲取成為可能。當(dāng)然也存在使用 其它的帶測距裝置的傳感器的可能性，利用它們可確定空間中的待加 工工件的位置和/或形狀。
本發(fā)明的其它有利的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)可在進(jìn)一 步的從屬權(quán)利要 求中得出。
借助于顯示了本發(fā)明實(shí)施例的附圖
可進(jìn)一 步解釋和描述本發(fā)明 以及本發(fā)明其它有利的設(shè)計(jì)方案。 其中
唯一的附圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的裝置的流程示意圖。
機(jī)器人IO在其可動(dòng)的臂11的自由端處支撐數(shù)碼攝影機(jī)12,該數(shù) 碼攝影機(jī)12的輸出信號通過信號線13輸送給圖像獲取單元:14。圖像獲取單元14的輸出信號輸送給圖像處理裝置15,該圖像處理裝置15 的輸出信號傳遞給坐標(biāo)變換單元16。
機(jī)器人10由機(jī)器人控制單元17所控制，其通過第一信號線18 將實(shí)時(shí)機(jī)器人數(shù)據(jù)傳送給坐標(biāo)變換單元16。由圖像處理裝置15和由 機(jī)器人控制器1.7輸送給坐標(biāo)變換單元16的信號在該處被處理，變換 到可被機(jī)器人讀取或解釋的(lesbare oder interpretierbare)坐標(biāo)中，并通 過第二信號線19輸送給機(jī)器人控制單元17,由此形成用于機(jī)器人控 制器的控制回路。
信號線13, 18和19可由連接線構(gòu)成；也可使用總線連接或內(nèi)部 數(shù)據(jù)連接。
這些信號線在此僅表明特定的信號被從 一 單元的輸出端傳遞給 后面的單元的輸入端。參考標(biāo)號列表
10 機(jī)器人
11 可動(dòng)的臂
:12 數(shù)碼攝影機(jī)
13 信號線
14 圖〗象獲取單元
15 圖像處理裝置
16 坐標(biāo)變換裝置或單元
17 機(jī)器人控制單元
18 第一信號線
19 第二信號線
權(quán)利要求
1.一種用于控制機(jī)器人(10)的裝置，帶有機(jī)器人控制單元(17)，帶有至少一個(gè)安裝在所述機(jī)器人(10)處的、產(chǎn)生信號的傳感器(12)，其輸出信號可輸送給信號獲取單元(14)，其中，與所述至少一個(gè)傳感器(12)相連接的信號獲取單元的輸出信號可輸送給與所述信號獲取單元相連接的信號處理裝置(15)，并且，帶有坐標(biāo)變換裝置(16)，在該坐標(biāo)變換裝置中，來自于所述信號處理裝置(15)和所述機(jī)器人控制單元(17)的信號被處理成可重新輸送給所述機(jī)器人控制單元(17)以用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人控制信號，其中，由所述機(jī)器人控制單元(17)輸送給所述坐標(biāo)變換單元(16)的信號為實(shí)時(shí)機(jī)器人數(shù)據(jù)信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，數(shù)碼攝影機(jī)充當(dāng)傳 感器，所述信號獲^^單元(14)是圖象獲取單元且所述信號處理裝置(15) 是圖象處理裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述攝影機(jī)與距離 測量元件相3關(guān)才妄。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制機(jī)器人(10)的裝置，其帶有機(jī)器人控制單元(17)；帶有至少一個(gè)安裝在機(jī)器人處的數(shù)碼攝影機(jī)(12)，其輸出信號可輸送給圖象獲取單元(14)。與攝影機(jī)(12)相連接的圖象獲取單元的輸出信號可輸送給與該圖象獲取單元相連接的圖象處理裝置(15)。利用在其中可將來自于圖象處理單元(15)和機(jī)器人控制單元(17)的信號處理并變換為機(jī)器人控制信號的坐標(biāo)變換裝置(16)可將信號重新輸送給機(jī)器人控制單元(17)。
文檔編號B25J9/16GK101616776SQ200880005663
公開日2009年12月30日 申請日期2008年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日
發(fā)明者A·弗羅伯格, B·馬賽厄斯, J·昂格, 凡 戴 申請人:Abb技術(shù)有限公司