專利名稱：用于控制機器人的裝置的制作方法
用于控制機器人的裝置
本發(fā)明涉及一種用于控制機器人(Roboter)的裝置。
機器人被用于加工工件，尤其是例如用于加工機動車車身，例如 用于車身的焊接或涂漆。為了實現(xiàn)這個目的，必須為機器人預(yù)定運動 流程，即，把期望的運動流程輸入到機器人控制單元中，以便機器人 臂或固定在機器人臂處的工件可以預(yù)定的方式來加工車身。
在加工時可能出現(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影響加工結(jié)果，可獲取 實際情況并相應(yīng)地操控機器人的傳感器系統(tǒng)是適宜的。
機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。 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(Kamera)將工件的實際的位置 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器人控制單元，從而，可在將運動的實際值與 理論值作對比之后對機器人進行操控。
3在此必須的是，獲悉攝影機的位置。如果攝影機安裝在機器人處， 則其空間中的位置將相應(yīng)于機器人的運動而改變，從而，必要的是，
獲悉當前的工具中心點。在已知的裝置中控制方法如下地實現(xiàn)
機器人運動一定距離，停止運動，此時，拍攝圖象，該圖像被處 理，而機器人繼續(xù)朝下一個圖象獲取點運動。這意味著，在控制機器
人時僅離散的點可被加以考慮且應(yīng)用周期(Anwendungszykluszeit)無 法進一步降低。
代替數(shù)碼攝影機。然而即使在此也應(yīng)理解的是，在控制機器人時僅離 散的點可被獲取，由此，應(yīng)用周期同樣無法進一步降低。
本發(fā)明的目的是，進一步改進開頭所提及類型的裝置，以使得應(yīng) 用周期可進一步降低。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過權(quán)利要求1的特征來實現(xiàn)。
相應(yīng)地，本發(fā)明在于，用于控制機器人的裝置設(shè)有機器人控制單 元；設(shè)有至少一個安裝在機器人處的、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)有坐標變換裝置，在該坐標變換裝置中，來自于信號圖 象處理裝置和機器人控制單元的信號被處理成可重新輸送給機器人 控制單元以用于控制機器人運動的機器人控制信號；其中，由機器人 控制單元輸送給坐標變換單元的信號為實時機器人數(shù)據(jù)信號。
在此重要的是，機器人的運動數(shù)據(jù)或者說工具中心點的運動數(shù)據(jù) 實時地(in Echtzeit)輸送給信號獲取單元和/或圖象處理裝置。
用于控制機器人的裝置相應(yīng)地包括機器人控制單元；優(yōu)選至少一 個安裝在機器人處的攝影機，其輸出信號可輸送給圖象獲取單元，其 中，與攝影機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；并且包括坐標變換裝置，在該坐標變換裝置中，來自于圖象處理裝置和機器人控制單元的信號被處理成機 器人控制信號，該機器人控制信號被重新輸送給機器人控制單元以用 于工具或機器人的運動的控制，其中，通過信號線從機器人控制單元 輸送給坐標變換單元的信號為實時機器人數(shù)據(jù)信號。
帶有實時機器人數(shù)據(jù)接口的機器人控制單元產(chǎn)生預(yù)期的且可選 地為當前的帶有相應(yīng)的時間標記的機器人工具中心點的數(shù)據(jù)。在機器 人控制單元內(nèi)以高的精度和高的更新率來計算這些數(shù)據(jù)。攝影機由機 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
括三個子單元
-圖象獲取單元 -圖象處理裝置 -坐標變換裝置或單元。
例如設(shè)計為計算機程序產(chǎn)品的圖象處理裝置可位于外部計算機 上或機器人控制單元內(nèi)，但也可為攝影機的部分。圖象處理裝置通過 上文提及的實時機器人數(shù)據(jù)接口與機器人控制軟件模塊通信。
如果圖象處理裝置或單元不是機器人單元的部分，則機器人單元
及如必要時外部計算器單元的系統(tǒng)時間必須被同步；當然也存在這樣 的可能性，即，該同步基于共同的時間基準。這可由已知的方法來實 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，當以觸 發(fā)的方式執(zhí)行圖象獲取時，可由機器人或其它設(shè)備產(chǎn)生的觸發(fā)信號(數(shù) 字式的或模擬式的)在圖象獲取的每個時刻被接收。如果圖象獲取以非 觸發(fā)的方式進行，則圖象處理裝置在每個內(nèi)部處理環(huán)(ProzessscWeife) 期間執(zhí)行圖象處理。
在圖象獲取期間當前的時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)。
從攝影機傳輸給圖象獲取單元的信號與攝影機的坐標系統(tǒng)相符 地彼此關(guān)聯(lián)，其中，圖象坐標系統(tǒng)是兩維的坐標系統(tǒng)，然而，根據(jù)如有必要時帶有距離測量的攝影機或兩個以合適的方式〗皮此關(guān)聯(lián)的攝 影機的布置，也可使用三軸的空間坐標系統(tǒng)。如果設(shè)置有多個攝影機， 則圖象在共同的整體坐標系統(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)在坐標變 換裝置中轉(zhuǎn)換到與機器人相關(guān)聯(lián)的坐標中，以使得機器人控制單元能 夠記錄并進一步處理坐標變換裝置的輸出信號。坐標轉(zhuǎn)換按已知的方 法來執(zhí)行，以使得其在此不需要進一步被描述。
獲取圖像時的攝影機的位置是重要的，通過使用預(yù)測的機器人工 具中心點數(shù)據(jù)，該位置可通過插值法而被計算。可選地可使用當前的
機器人工具中心點^: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)用于機器 人控制單元以用于進一步的加工，即，用于控制機器人。
為獲取例如由機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，由此可確定空間中的物體的位置。此外，也可 使用兩個攝影機，其使得三維的圖象獲取成為可能。當然也存在使用 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)計方案和改進可在進一 步的從屬權(quán)利要 求中得出。
借助于顯示了本發(fā)明實施例的附圖
可進一 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。
機器人IO在其可動的臂11的自由端處支撐數(shù)碼攝影機12,該數(shù) 碼攝影機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變換單元16。
機器人10由機器人控制單元17所控制，其通過第一信號線18 將實時機器人數(shù)據(jù)傳送給坐標變換單元16。由圖像處理裝置15和由 機器人控制器1.7輸送給坐標變換單元16的信號在該處被處理，變換 到可被機器人讀取或解釋的(lesbare oder interpretierbare)坐標中，并通 過第二信號線19輸送給機器人控制單元17,由此形成用于機器人控 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。參考標號列表
10 機器人
11 可動的臂
:12 數(shù)碼攝影機
13 信號線
14 圖〗象獲取單元
15 圖像處理裝置
16 坐標變換裝置或單元
17 機器人控制單元
18 第一信號線
19 第二信號線
權(quán)利要求
1.一種用于控制機器人(10)的裝置，帶有機器人控制單元(17)，帶有至少一個安裝在所述機器人(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，帶有坐標變換裝置(16)，在該坐標變換裝置中，來自于所述信號處理裝置(15)和所述機器人控制單元(17)的信號被處理成可重新輸送給所述機器人控制單元(17)以用于控制機器人運動的機器人控制信號，其中，由所述機器人控制單元(17)輸送給所述坐標變換單元(16)的信號為實時機器人數(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)碼攝影機充當傳 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器人(10)的裝置，其帶有機器人控制單元(17)；帶有至少一個安裝在機器人處的數(shù)碼攝影機(12)，其輸出信號可輸送給圖象獲取單元(14)。與攝影機(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)和機器人控制單元(17)的信號處理并變換為機器人控制信號的坐標變換裝置(16)可將信號重新輸送給機器人控制單元(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