灵活地、周期时间优化地分享机器人的工作空间的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及一种用于控制操纵器的方法，该操纵器与至少一个另外的操纵器分享工作空间，并且特别的是，这些操纵器在此不同时使用该工作空间。
【背景技术】
[0002]操纵器、例如特别是工业机器人在工业环境下被应用于例如安装或生产的各种工作过程。工业机器人是被自动控制的、配备有三个或更多个可自由编程的运动轴的机器，其配备有适当的工具以自动处理对象。
[0003]使用多个分享同一工作空间(或工作场所、工作区域)的操纵器(例如机器人)可以提高生产效率。然而，一个工作空间不应该被多个操纵器同时使用，因为这可能导致发生碰撞。因此在一操纵器驶入所定义的共有工作空间之前，该操纵器或其控制器通常要在该工作空间的边界处检查该工作空间是否没有被占用并因此是开放的。如果该工作空间不是开放的，则该操纵器通常会在刚好到达工作空间边界之前被制动。只有该工作空间被允许开放时，操纵器才会被再次加速并驶入该工作空间中。这种方法带有一些缺点，特别是会导致操纵器出现不期望的停止时间。另外，制动和加速还将消耗额外的能量并加大了操纵器上的负荷。
[0004]专利文献US20090204258A1描述了用于控制轨道上的多个机器人的一种系统和一种方法。其中提出:为了防止机器人发生碰撞，需要监视机器人的动态空间，并在这些空间重叠时使机器人停车。
[0005]此外，在专利文献US20130110288A1中提出，对各个机器人的工作空间建模，并在此定义一个或多个干扰区域。这些干扰区域应该分类为“不允许的”、“被监视的”或“混合的”。对于各个机器人来说，混合的干扰区域的状态将根据混合的区域对于其他的机器人是否是空闲的而在“不允许的”与“被监视的”之间动态地变化。
[0006]专利文献US7765031B2涉及一种方法，用于避免在位于多个机器人占领区域之间的重叠部分中的多个机器人之间形成干扰的方法。在该专利文献中还描述了一种机器人，该机器人可以避免在位于该机器人和其他机器人的占领区域之间的重叠部分中与其他的机器人形成干扰。
[0007]因此根据现有技术已知的是:识别对工作空间的侵犯，并根据需要停止操纵器的运动，以避免碰撞。
【发明内容】
[0008]有鉴于上述现有技术，本发明的目的在于提出一种方法和一种系统，其允许多个操纵器能够更好地利用工作空间，并在此消除或避免了上述缺点。
[0009]本发明的目的通过一种方法来实现，该方法具有以下方法步骤:
[0010]a)在第二操纵器处于工作空间中期间，提供关于第二操纵器的运动轮廓的实际状况的实时信息；
[0011]b)基于所提供的第二操纵器的实时信息和预先给定的第二操纵器的运动轮廓来确定第二操纵器离开工作空间需要的剩余时间；
[0012]c)作为对在步骤b)中所确定的剩余时间的响应来调整第一操纵器的运动轮廓，以使第一操纵器调整其关于工作空间边界的运动，从而避免第一操纵器在工作空间之前停住。
[0013]本发明的目的还通过一种操纵器系统来实现，该操纵器系统包括两个操纵器，这些操纵器不同时分享工作空间，在此，该操纵器系统配设有控制装置，该控制装置被设计用于执行根据本发明的方法。
[0014]根据本发明的用于控制操纵器、特别是机器人(例如工业机器人)的方法特别适用于能够与至少一个第二操纵器有效地分享工作空间。当多个操纵器不应该同时分享一工作空间时，基本上可以使用根据本发明的方法。为简单起见，下面将以一个工作空间为出发点，该工作空间由两个操纵器不同时地(非同时地)分享，也就是说，该工作空间在给定的时间点可以总是只有这两个操纵器中的一个来利用。在此，第一操纵器首先位于工作空间之外，而第二操纵器首先使用该工作空间或位于该工作空间中并因此占用该工作空间。这两个操纵器分别具有预先给定的、限定的运动轮廓(运动模型或运动过程)。
[0015]根据该方法，在第二操纵器位于工作空间中时，将提供关于该第二操纵器的运动轮廓的实际状况的实时信息。在此，优选该实时信息包括第二操纵器的位置和速度。当然，该实时信息也可以包含例如关于力和/或加速的数据。特别优选实时地、即同步地提供实时?目息O
[0016]在下一步骤中，基于所提供的第二操纵器的实时信息和预先给定的运动轮廓来确定距第二操纵器离开该工作空间还需要的剩余时间。换而言之，该剩余时间指明了第二操纵器继续占据工作空间的时间。在此，该剩余时间可以优选包括使第二操纵器保留在工作空间中的系统时钟的数目(Systemtakte)。
[0017]在下一步骤中，根据对所确定的剩余时间的响应来调整位于工作空间之外的第一操纵器的运动轮廓(Bewegungsprofil)。在此，将运动轮廓调整为，使第一操纵器调整其进入工作空间的运动，以避免第一操纵器在工作空间之前停住。由此将能够根据第二操纵器在工作空间中的剩余的滞留时间做出反应，以使第一操纵器最早在剩余时间结束之后驶入工作空间，并且此前不会在工作空间的边界处停住并等待开放。由此使得能够实现周期时间优化地调整第一操纵器的速度轮廓。通过这种对周期时间的优化，提高了多个操纵器合作的效率。
[0018]对第一操纵器的运动轮廓的调整通常优选包括降低速度和/或沿制动路线行驶或者提高速度。优选第一操纵器是连续地运动而没有突然停车和突然加速，并且当工作空间开放时能够以优化的速度到达工作空间。这种根据第二操纵器在工作空间中的剩余滞留时间来调整第一操纵器的运动轮廓是具有能源效益和节省材料的，因为这避免了在工作空间边界处的制动和加速。沿制动路线行驶意味着使操纵器绕道行驶，以便在比根据原有的运动轮廓所计划的更晚时间点抵达工作空间。例如，操纵器不是以直线，而是弧形地行驶到工作空间。通过这种方式可以降低或避免不期望的制动过程。
[0019]优选对运动轮廓的调整是基于预先给定的操纵器的运动轮廓，并且对运动轮廓的调整还包括在被占据的工作空间之外执行至少一个其它的工作步骤。这意味着操纵器将基于其预先给定的运动轮廓继续工作，在该运动轮廓中，操纵器例如将执行某些被预先编程在操纵器的运动轮廓的工作任务或工作进程。由此，例如可以有利地提前执行根据预先给定的运动轮廓应该在更晚的时间点在相关工作空间之外由第一操纵器实行的工作步骤。从而同样可以防止第一操纵器在工作空间边界处停住并等待开放。
[0020]优选当第一操纵器到工作空间边界的时间间隔大于确定的剩余时间时，第一操纵器将提高其速度。换而言之，如果第一操纵器由于其当前的路线规划而需要比第二操纵器离开工作空间还需要的剩余时间更长的时间来到达工作空间，第一操纵器应相应地提高其速度，以便将该工作空间未被利用的时间有利地减少到最小程度。
[0021]进一步优选当第一操纵器到工作空间边界的时间间隔小于确定的剩余时间时，第一操纵器将降低其速度和/或沿制动路线行驶。换而言之，如果第一操纵器由于其当前的路线规划而需要比第二操纵器离开工作空间还需要的剩余时间更短的时间来到达工作空间，第一操纵器将相应地降低其速度和/或沿制动路线行驶(即，例如绕道)。替代地或附加地，第一操纵器还可在被占据的工作空间之外执行至少一个其它的工作步骤。由此可以确保:在第二操纵器离开工作空间以后，第一操纵器能够以连续的运动驶入工作空间中，而不在工作空间边界处停住。与由现有技术已知的方法相比，通过这种对速度轮廓的调整，可以优化操纵器的负载，此外还有利地实现了更低的能耗并减少了材料疲劳。
[0022]优选第一操纵器和第二操纵器分别具有独立的控制器。在此，优选只有当至少一个事先定义的条件得到满足时，位于工作空间中的第二操纵器才向位于工作空间之外的第一操纵器提供实时信息和/或所确定的剩余时间。由此将确保:第二操纵器不是持续地向第一操纵器提供数据，而是只在特定的时间点才提供数据。由此将使得被传输的总数据量明显降低。此外，由于提供了较少的数据，因此还减轻了第一操纵器的负担，因为必须对这些较少的数据进行分析。
[0023]优选所述事先定义的条件包括低于事先定义的、第二操纵器离开工作空间所需的剩余时间。进一步优选所述事先定义的条件包括低于事先定义的第二操纵器到工作空间边界的空间距离。因此可以设定:只有在第一操纵器已到达所确定的相对于工作空间边界的空间距离和/或时间间隔时，第二操纵器才向第一操纵器提供实时信息和/或所确定的剩余时间。
[0024]根据本发明的操纵器系统包括两个操纵器、特别是工业机器人，这些操纵器不同时分享工作空间，该操纵器系统配备有控制装置，该控制装置被设计用于实行根据本发明的方法，以便能够执行所描述的方法步骤。
【附图说明】
[0025]下面参照附图详细说明本发明。其中:
[0026]图1以纯示意性的概略图示出了具有两个机器人的机器人室；
[0027]图2示出了另一具有两个机器人的机器人室；和
[0028]图3示意性和示例性地示出了根据本发明的方法流程的流程图。
[0029]其中，附图标记说明如下
[0030]110，120，210，220 机器人
[0031]130，230 工作空间
【具体实施方式】
[0032]图1示出了机器人室100，其具有两个配合工作的操纵器，即两个机器人110、120。优选机器人110、120是工业机器人，其是可运动的并且能够进入工作空间并再次离开该工作空间。机器人110、120通过相应的控制装置来控制。根据本发明，机器人110、120可以分别具有独立的控制器，或具有共同的控制器。图中也标出了工作空间130，该工作空间不同时由两个机器人分享。换而言之，只有当机器人120离开工作空间130时，机器人110才能使用工作空间130。如果机器人110在机器人120离开工作空间130之前进入该工作空间，则碰撞风险会升高。因此为了防止可能的碰撞，工作空间130应仅由最多一个机器人占据。因此，机器人110例如可以在工作空间130的边界处检查该工作空间是否是自由的。如果是，则机器人110可以驶入工作区域130中。但是当机器人120位于工作空间130中或在其中工