本發(fā)明涉及一種用于調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的系統(tǒng)，其包括：帶有在其上運行的3d仿真軟件應(yīng)用的計算單元；移動視覺裝置，其包括兩個獨立屏幕和至少一個運動傳感器；交互裝置，其中兩個裝置連接到計算單元上且設(shè)置為用戶和仿真軟件應(yīng)用之間的接口，其中設(shè)置仿真軟件應(yīng)用以提供虛擬工作空間、提供放置在該虛擬工作空間內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備的至少一個動畫原型的可配置模型、提供動畫人的模型、將人的模型放置在虛擬工作空間中且根據(jù)至少運動傳感器的數(shù)據(jù)將其制成動畫以及持續(xù)計算對應(yīng)于動畫人雙目視野的視角的圖像數(shù)據(jù)且將它們傳送至移動視覺裝置使得它們作為立體視圖在兩個獨立屏幕上對穿戴移動視覺裝置的用戶顯示。本發(fā)明還涉及一種用于利用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的方法。

背景技術(shù)：

已知工業(yè)生產(chǎn)廠典型地包括大量生產(chǎn)設(shè)備，諸如機器人或其他機器，其在許多情況下根據(jù)相應(yīng)生產(chǎn)流程的需要彼此交互。為了使生產(chǎn)線準備用于生產(chǎn)，要求所謂的生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)試。這里，相應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)適于期望的生產(chǎn)過程的需求。這例如可為機器人程序的產(chǎn)生(相應(yīng)地優(yōu)化)或機器人工作空間的適應(yīng)，例如在人類-機器人協(xié)作情況下涉及人體工程學框架條件。但在某一序列中也必須安排和協(xié)調(diào)任何過程參數(shù)的設(shè)置以及不同生產(chǎn)設(shè)備之間的交互且之后對其測試。

真實生產(chǎn)裝置的調(diào)試耗時且增加新生產(chǎn)線的物理安裝和以不利方式使其起動之間的時間，另一方面要求調(diào)試以用于確保生產(chǎn)過程的安全起動。虛擬調(diào)試的方法是已知的，以便加速調(diào)試過程。這里，在虛擬環(huán)境中基于例如3d仿真軟件應(yīng)用來對單獨生產(chǎn)設(shè)備仿真，且調(diào)試參數(shù)適應(yīng)仿真模型。之后，由于已經(jīng)確定合適的調(diào)試參數(shù)，調(diào)試參數(shù)從仿真模型傳輸至相應(yīng)的對應(yīng)真實生產(chǎn)設(shè)備使得對真實構(gòu)件的最終調(diào)試的努力減少到盡可能少。

對于這樣的已知虛擬調(diào)試的示例是3d仿真程序(諸如“robcad”)的使用，其中待制造的物體以及生產(chǎn)設(shè)備(諸如機器人)以動畫方式仿真。仿真還可包括機器人的控制器，使得動畫機器人的動態(tài)移動行為以完美的方式對應(yīng)于真實機器人的動態(tài)移動行為。虛擬機器人控制器能夠根據(jù)可在虛擬以及真實機器人上運行的機器人程序來控制機器人的移動。因此可能的是，離線對虛擬機器人生成移動程序且之后將它傳輸至相對等的真實機器人。

在目前的技術(shù)水平內(nèi)不利地是，這樣的仿真的準確性主要針對技術(shù)功能性，而在確定調(diào)試參數(shù)時尤其未能考慮生產(chǎn)線的操作者的人體工程學方面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于目前的技術(shù)水平，本發(fā)明的目標是提供一種用于調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的系統(tǒng)，其易于使用且還促進關(guān)于人體工程學方面的調(diào)試。

該問題由一種用于調(diào)試前面提到的類型的生產(chǎn)設(shè)備的系統(tǒng)來解決。其特征在于，動畫原型的模型通過與動畫人的模型，相應(yīng)地與交互裝置的交互而可配置，由此更改動畫原型的模型的相應(yīng)調(diào)試參數(shù)，使得隨之啟用調(diào)試，且其中設(shè)置3d仿真軟件應(yīng)用以向計算單元的接口提供經(jīng)更改的調(diào)試參數(shù)，使得它們可傳輸至相對等的真實生產(chǎn)設(shè)備。

本發(fā)明的基本思想在于在3d仿真軟件應(yīng)用內(nèi)設(shè)置動畫人的模型，其可放置在虛擬工作空間內(nèi)且可與生產(chǎn)設(shè)備的動畫原型交互。通過提供帶有獨立屏幕的移動視覺裝置和交互裝置，可能將穿戴移動視覺裝置的“真實”用戶結(jié)合到虛擬環(huán)境中。移動視覺裝置可類似于一副眼鏡使用。由于兩個屏幕向用戶呈現(xiàn)對應(yīng)于雙目立體視野的視覺數(shù)據(jù)，他在虛擬工作空間內(nèi)的視覺印象較接近真實。用戶的實際位置通過運動傳感器確定且傳送至3d仿真軟件應(yīng)用。因此，用戶在真實環(huán)境中的位置的移動也通過虛擬工作空間內(nèi)人的動畫模型而執(zhí)行。

通過使用交互裝置，用戶可與生產(chǎn)設(shè)備的至少相應(yīng)動畫原型交互。交互裝置可包括例如很靠近用戶的攝像機，其識別他的手勢(相應(yīng)地移動)。因此可能的是，將真實用戶的身體的移動和手勢傳輸至動畫人的模型且真實用戶以所有詳細移動和手勢成像到虛擬工作空間中。取決于動畫人的模型的準確性，甚至可能的是，用戶觀看他自己的虛擬手。因此可能的是，用戶例如利用他的手指執(zhí)行移動且該移動可自動解釋為對應(yīng)于虛擬工作空間內(nèi)按壓虛擬按鈕的移動。由于用戶能夠看見，所以他自己的手也能夠隨之以虛擬按鈕為目標。虛擬按鈕可例如在虛擬工作空間內(nèi)開始或停止生產(chǎn)過程的相應(yīng)仿真。但用戶手中的真實按鈕對于用戶影響3d仿真軟件應(yīng)用的仿真也是合適的交互裝置。

虛擬工作空間內(nèi)的動畫人的模型的移動和手勢至少大部分對應(yīng)于穿戴移動視覺裝置且通過使用交互裝置而交互的用戶的移動和手勢。另一方面，用戶的移動直觀上受到來自虛擬工作空間的視覺數(shù)據(jù)的強烈影響，用戶從移動視覺裝置的立體視圖接收該視覺數(shù)據(jù)。因此，用戶在與計算單元(諸如個人計算機、工作站或云計算機系統(tǒng))上運行的3d仿真軟件應(yīng)用交互期間還感測虛擬工作空間內(nèi)工作環(huán)境的人體工程學方面。如果用戶例如在調(diào)試用于在虛擬環(huán)境內(nèi)的后續(xù)測試期間的人類交互的機器人程序之后認識到用于人類協(xié)作者的人體工程學框架條件不充分，他可直接在虛擬環(huán)境中修改相應(yīng)機器人程序且再次進行測試。

因此可能的是，找到用于生產(chǎn)設(shè)備的動畫模型的相應(yīng)合適的調(diào)試參數(shù)，該調(diào)試參數(shù)對應(yīng)于真實生產(chǎn)設(shè)備的合適參數(shù)。設(shè)置3d仿真軟件應(yīng)用以向接口提供那些調(diào)試參數(shù)，使得它們可作為調(diào)試參數(shù)傳輸?shù)较鄬Φ鹊恼鎸嵣a(chǎn)系統(tǒng)中，其中用于調(diào)試真實生產(chǎn)系統(tǒng)的時間以有利方式減少。

根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例，該系統(tǒng)包括另外的移動視覺和交互裝置且設(shè)置仿真軟件應(yīng)用以提供動畫人的另外的模型且將其放置在虛擬工作空間中。因此可能的是，若干個人在相同虛擬工作空間內(nèi)交互且例如也可評估更復雜的與多于一個人類協(xié)作者的人類機器人合作任務(wù)。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另外的實施例，至少一個視覺和交互裝置遠離計算單元，使得多個用戶可在不同位點處。這以有利方式允許在同一個虛擬工作空間中的虛擬調(diào)試，甚至用戶例如在不同國家。

根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例，設(shè)置仿真軟件應(yīng)用以持續(xù)計算對應(yīng)于來自虛擬工作空間內(nèi)的預定視點的視角的圖像數(shù)據(jù)且將它們傳送至另外的屏幕。因此，調(diào)試的整個仿真可從獨立觀察點觀察。當然，圖像數(shù)據(jù)也可為3d數(shù)據(jù)，使得對于觀察人的視覺印象盡可能真實。

根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例，交互裝置包括至少一個傳感器裝置，以用于檢測和跟蹤傳感器的操作范圍中的用戶的身體的專門部位的移動或手勢，且設(shè)置系統(tǒng)以對檢測到的移動或手勢分配某一交互。因此，諸如按壓按鈕等的交互不要求交互裝置的真實按鈕，此外可能的是，在虛擬工作空間內(nèi)創(chuàng)建虛擬按鈕或其他交互區(qū)域且對規(guī)定交互分配用戶的移動(相應(yīng)地手勢)。

根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例，生產(chǎn)設(shè)備的至少一個動畫原型的可配置模型代表工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是要求很大努力以用于調(diào)試的構(gòu)件，因此在虛擬地調(diào)試它們時的時間節(jié)省較高。

機器人典型地包括機器人控制器，其設(shè)置成在生產(chǎn)期間運行限定它的移動的機器人程序。此外，機器人程序還可限定工具裝置(諸如焊接裝置、上漆裝置或夾持器)的動作。安全方面也尤其重要，由于必須排除機器人傷害或危及機器人附近存在的人。關(guān)于人類-機器人協(xié)作也必須確保(除了要求的安全方面)如此的協(xié)作過程是可行的且對應(yīng)于人體工程學要求。這可例如是協(xié)作工人在將工件交給協(xié)作機器人時所要求的姿勢。在調(diào)試機器人時必須考慮所有那些方面且在若干情況下(尤其關(guān)于人體工程學框架條件)要求若干試驗來找到正確的調(diào)試參數(shù)。除人體工程學方面外，安全方面也與機器人相關(guān)。安全問題典型地由機器人控制器自身處理，因此可能的是，利用虛擬機器人控制器(例如用于受保護的機器人區(qū)域等的聯(lián)鎖機構(gòu))也來評估那些方面。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，仿真軟件應(yīng)用提供用于虛擬工作空間內(nèi)的至少一個虛擬傳感器的模型，使得隨之可至少檢測人的動畫模型在傳感器的位置的工作范圍中的存在。這允許例如安全機構(gòu)的調(diào)試，因為人在機器人附近的存在是人由機器人危及的不可避免的先決條件。對于安全機構(gòu)存在若干不同可能性(在一種情況下，機器人在操作者進入機器人周圍的保護區(qū)域的情況下執(zhí)行緊急停止)。但也能想到較柔和的機構(gòu)，諸如隨著人越來越接近機器人的任何移動部位，機器人使它的移動減慢。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，機器人的可配置模型包括帶有其控制邏輯行為的機器人控制器的模型。因此可能的是，在虛擬環(huán)境中運行與在真實裝置中相同的機器人程序而沒有任何修正。人類機器人協(xié)作和安全方面典型地也由機器人控制器處理。因此，根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例，還設(shè)置機器人控制器的模型以運行真實機器人程序。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，機器人的模型是可配置的，使得它的行為通過在其上應(yīng)用相應(yīng)調(diào)試參數(shù)而可改變(相應(yīng)地可更改)。這優(yōu)選地通過人的動畫模型與虛擬工作空間中機器人的模型的交互來進行。因此，調(diào)試盡可能真實。但當然也可能的是，例如通過將相應(yīng)機器人程序傳輸在計算單元的存儲器上且在其上激活它來從虛擬工作空間外改變一些調(diào)試參數(shù)(諸如機器人程序)。

本發(fā)明的問題還通過用于利用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的方法來解決，該系統(tǒng)包括

●移動視覺裝置，其包括用于提供雙目立體視圖的兩個獨立屏幕和至少一個運動傳感器，

●交互裝置，

●其中兩個裝置連接到計算單元上且設(shè)置為用戶和仿真軟件應(yīng)用之間的接口，

其中設(shè)置仿真軟件應(yīng)用，以便

●提供虛擬工作空間，

●提供放置在虛擬工作空間內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備的至少一個動畫原型的可配置模型，

●提供動畫人的模型，

●將人的模型放置在虛擬工作空間中且根據(jù)至少運動傳感器的數(shù)據(jù)將其制成動畫，

●持續(xù)計算對應(yīng)于動畫人雙目視野的視角的圖像數(shù)據(jù)且將它們傳送至移動視覺裝置，使得它們在其上持續(xù)顯示，

且其中

●動畫原型的模型通過與動畫人的模型，相應(yīng)地與交互裝置的交互而可配置，由此動畫原型的模型的相應(yīng)調(diào)試參數(shù)可更改，使得隨之啟用調(diào)試且

●設(shè)置3d仿真軟件應(yīng)用向計算單元的接口提供經(jīng)更改的調(diào)試參數(shù)，使得它們可傳輸至相對等的真實生產(chǎn)設(shè)備。

該方法的特征在于以下步驟：

●通過使用用于調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的系統(tǒng)來配置動畫原型，

●將隨之獲得的調(diào)試參數(shù)傳輸至對應(yīng)于動畫原型的真實裝置。

該方法的主要優(yōu)點對應(yīng)于相應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)點且之前已經(jīng)提到。該方法的最重要步驟在于優(yōu)選地在虛擬工作空間內(nèi)配置生產(chǎn)設(shè)備的動畫原型，尤其還關(guān)于人體工程學方面，這可由用戶在使用根據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)試的系統(tǒng)時以良好方式感測到，且這在離線仿真中是不可能的。還可評估安全方面，諸如檢測人類與機器人的碰撞。當然，根據(jù)本發(fā)明可確定另外的構(gòu)件或生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)試參數(shù)。通過將調(diào)試數(shù)據(jù)從3d仿真應(yīng)用環(huán)境傳輸至相應(yīng)真實裝置，調(diào)試真實裝置所要求的時間以顯著方式減少。

本發(fā)明的另外的有利實施例在從屬權(quán)利要求中提到。

附圖說明

現(xiàn)在將借助于示范性實施例且參照附圖進一步解釋本發(fā)明，在附圖中：

圖1示出用于調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的示范性第一系統(tǒng)，且

圖2示出用于調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的示范性第二系統(tǒng)。

具體實施方式

圖1示出用于調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的示范性第一系統(tǒng)10。3d仿真軟件應(yīng)用在計算單元20(例如個人計算機)上運行。3d仿真軟件應(yīng)用提供帶有機器人12的動畫模型、機器人控制器14的動畫模型以及人16的動畫模型的虛擬工作空間18。

計算單元20經(jīng)由電纜或無線連接而與第一22和第二28移動裝置連接，這些移動裝置與相應(yīng)的一副眼鏡類似。兩個移動裝置22、28包括獨立屏幕24，在其上持續(xù)顯示對應(yīng)于動畫人16雙目視野的視角的圖像數(shù)據(jù)。因此，穿戴移動裝置22、28的真實用戶34具有與虛擬工作空間16內(nèi)的動畫人16的模型相同的視圖。

移動裝置22、28還包括相應(yīng)的運動傳感器26，此處運動傳感器是活動的，使得動畫人16的模型被放置在虛擬工作空間18中且在虛擬工作空間18中根據(jù)活動運動傳感器的數(shù)據(jù)被制成動畫。因此動畫人16的移動原則上對應(yīng)于用戶34的移動。設(shè)置第一交互裝置30(在該示例中是操縱桿)以對用戶34提供與3d仿真軟件應(yīng)用交互的可能性，例如通過按壓真實按鈕以觸發(fā)仿真內(nèi)的效果或更改自身在虛擬工作空間內(nèi)的位置。這樣的交互裝置當然也可為帶有三個或甚至六個移動自由度的輸入裝置。

設(shè)置第二交互裝置32(在該情況下是攝像機)以用于捕捉在攝像機的視覺范圍中的工人的任何手勢，例如臂或手指的末梢的移動。設(shè)置另外的評估單元以用于解釋那些手勢，使得檢測到的手勢可分配給仿真程序內(nèi)的專用效果，例如按壓虛擬按鈕。當然可想到帶有不同視點的若干攝像機，其從不同視角觀察相同的工作空間。

圖2示出用于調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的示范性第二系統(tǒng)40。該系統(tǒng)包括四個示范性模塊42、44、46、48，其各自包括計算單元、移動視覺裝置和另外的交互裝置。因此，模塊42、44、46、48中的每一個原則上可為用于虛擬調(diào)試的獨立系統(tǒng)。在該示例中，所有模塊42、44、46、48在云52內(nèi)鏈接，因此它們可分布在不同位點上且可通過云52交換數(shù)據(jù)和信息。所有模塊42、44、46、48與相同虛擬工作空間50相關(guān)且在其中存在生產(chǎn)設(shè)備和人的所有動畫模型。因此，可能的是，在不同位點處的若干用戶在相同虛擬工作空間中同時存在且在那里利用一個或多個工件進行協(xié)作工作。

參照標號列表

10用于調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的示范性第一系統(tǒng)

12機器人的動畫模型

14機器人控制器的動畫模型

16人的動畫模型

18虛擬工作空間

20計算單元

22第一移動視覺裝置

24獨立屏幕

26運動傳感器

28第二移動視覺裝置

30第一交互裝置

32第二交互裝置

34用戶

40用于調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備的示范性第二系統(tǒng)

42第二系統(tǒng)的第一模塊

44第二系統(tǒng)的第二模塊

46第二系統(tǒng)的第三模塊

48第二系統(tǒng)的第四模塊

50虛擬工作空間

52云。