Método para encontrar trayectorias articuladas factibles para un robot n-dof con un proceso invariante de giro (n >5).

Un método implementado por ordenador para determinar unas trayectorias articuladas factibles para un robot de n-dof (n >5) en un procesamiento invariante de giro de un objeto,

tal como una molienda, una pintura y una soldadura, comprendiendo dicho método las etapas de:

- recibir datos geométricos que representan el objeto;

- recibir datos geométricos que representan la herramienta de procesamiento;

- recibir una trayectoria X (t) de herramienta, en la que t es el tiempo;

• buscar trayectorias qRobot (t) factibles usando IK (t) y qTool (t) como un conjunto de posibles soluciones en el tiempo t, en donde qRobot (t) define posiciones de todas las articulaciones en el robot como una función del tiempo, qTool (t) define el giro de una brida de herramienta alrededor del eje de herramienta en el tiempo t, e IK (t) define las soluciones cinemáticas inversas para un X (t) y un qTool (t) proporcionados, extendiéndose dicho qTool de 0 a 360 grados;

• determinar, a partir de los datos geométricos y de X (t), cómo debería elegirse la trayectoria qRobot (t) articulada con el fin de satisfacer uno o más criterios de optimización; y

• determinar cómo qTool (t) puede controlarse con el fin de satisfacer una pluralidad de los criterios de optimización;

caracterizado por que la búsqueda de trayectorias factibles se realiza de forma global en el tiempo, especificando el intervalo de tiempo de la trayectoria completa en t1< t2...< tN-1< tN.

Método para encontrar trayectorias articuladas factibles para un robot n-dof con un proceso invariante de giro (n > 5) Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para determinar un curso del movimiento relativo entre un objeto y un robot para interactuar con el objeto. En particular, la invención se refiere a un método para encontrar unas trayectorias articuladas factibles para un robot n-dof con un proceso invariante de giro (n > 5). El método usa la invariancia con respecto al giro alrededor del eje de herramienta para facilitar la planificación del movimiento y de ese modo maximizar el espacio de trabajo del robot.

Antecedentes de la invención

El documento W24175A1 divulga la generación de instrucciones para un robot que está adaptado para procesar un objeto. De acuerdo con el método descrito en la solicitud, los parámetros de control se generan basándose en los datos del objeto, asociándose los parámetros de control con la orientación del dispositivo de procesamiento durante el procesamiento del objeto y generándose para una pluralidad de localizaciones en el objeto de manera que se asigna cada una de las localizaciones con al menos un parámetro de control.

El documento WO922224A1 divulga un herramienta de máquina multi-eje controlada de forma numérica por ordenador (CNC), en la que una herramienta de corte es móvil en relación con una pieza de trabajo por medio de un número de juntas lineales y de giro bajo el control de una unidad de control programable. La máquina está programada con una pluralidad de ejes programables principales, llamados ejes hard, y con al menos un eje adicional programable sintetizado o eje soft que permite que la herramienta de corte se mueva de forma lineal en la dirección del eje soft sin necesitar una articulación específica para ese fin. El eje soft sintetizado es un eje redundante parcialmente, no-colineal que aumenta el número de grados de libertad programables a un número mayor que los grados de libertad de la máquina, es decir: el número de articulaciones no-colineales. El principio de los ejes soft sintetizados puede extenderse a las herramienta de máquina CNC que tienen cuatro o más ejes hard principales, por ejemplo, para producir una herramienta de máquina CNC articulada-5 que tiene la flexibilidad de una herramienta de máquina articulada-7 u -8 convencional.

El documento US6463358 divulga un controlador de robot capaz de encontrar una trayectoria mal enseñada y evitar peligros involucrados en un movimiento real de un robot sin usar un sistema de simulación sin conexión. Se reproduce un programa de funcionamiento para confirmar la seguridad con el sistema de control del robot dispuesto de tal manera que se activa una función de simulación, se desactiva un movimiento real, y se activa el procesamiento de comparación.

El documento US637733 se refiere a una mejora en una estructura de brazo robótico que incluye al menos dos enlaces. Un movimiento llamado , se proporciona alrededor de un eje principal en la parte de extremo proximal del más proximal de los enlaces. Un movimiento llamado R procede radialmente desde el eje principal mediante el cual la parte de extremo distal del más distal de los enlaces puede moverse en una línea recta que se extiende radialmente. Se monta un efector de extremo de manera pivotante para girar en relación con la parte de extremo distal del enlace más distal alrededor de un eje efector de extremo que es paralelo al eje principal. La estructura se mejora añadiendo uno o más de entre un motor de orientación, un motor de balanceo y un motor de cabeceo para girar la muñeca del brazo alrededor de los ejes respectivos. Un conjunto de sensores detecta los movimientos R, , Z y de orientación, de balanceo y/o de cabeceo y crea y transmite señales electrónicas representativas de los mismos a un controlador de ordenador que monitoriza y controla los movimientos R, , Z y de orientación, de balanceo y/o de cabeceo.

Debido a problemas de bloqueo asociados con un método de mirar hacia adelante, tales como los que se divulgan en el documento US 25/24662A1, en el que la trayectoria se encuentra de forma iterativa a partir de un extremo y solo la siguiente o se consideran las siguientes etapas de tiempo, es un objeto de la presente invención proporcionar un enfoque en el que la búsqueda se realiza de una manera más global; en lo sucesivo en el presente documento, denominada como una búsqueda de forma global en el tiempo.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método, que permite una planificación de la trayectoria fuera de línea para la molienda con un robot industrial. La invención pretende ampliar el intervalo de funcionamiento de los robots de molienda conocidos. Esto se consigue con un nuevo componente de software.

Un proceso invariante de giro necesita solo 5 grados de libertad (DOF) de la herramienta que se especifica como cualquier giro alrededor del eje de herramienta que proporcionará el mismo resultado. Cuando se realiza el proceso con un robot industrial con 6 o más DOF, el robot tendrá, de esta manera, redundancia. Para robots de 6 DOF, en los que la articulación más exterior es giratoria, el eje de herramienta debe ser no coincidente con ese eje. Una

manera de dar una descripción completa de la redundancia es fijar la herramienta y girar la brida de herramienta del robot alrededor del eje de herramienta.

En el siguiente X (t) se denota la posición y la orientación de un sistema de coordenadas que describe la posición de la herramienta deseada y la orientación en el tiempo t. Cuando se especifica X (t), la redundancia debida a la invariancia de giro no se ha explotado todavía. La redundancia se explota mediante un parámetro qii (t) adicional que describe el giro de la brida de herramienta alrededor del eje de herramienta en el tiempo t. Para elegir X (t) y qiooi (t), la posición y la orientación de la brida de herramienta del robot se describen completamente y se define también el conjunto de las soluciones IK (X (t), qTooi (t)) cinemáticas inversas.

Una trayectoria articulada factible proporciona una n-tupla qRobot (t) (configuración de la articulación) que contiene las posiciones de todas las articulaciones del robot como una función del tiempo. Con el fin de ser factible, qRobot (t) debe en un tiempo t arbitrario pertenecer a IK (X (t), q-rooi) para algún ángulo q-rooi- Además, qRobot (t) debe conducir al robot para no chocar con el entorno, la pieza de trabajo o el robot en sí mismo (auto-colisión). Por otra parte, los límites de las articulaciones, los límites de velocidad de las articulaciones y posiblemente los límites de aceleración de las articulaciones deben satisfacerse en cualquier momento.

Los métodos existentes utilizan valores de q-rooi (t) elegidos de forma manual. En su mayoría se fijan a un valor Q a lo largo de todo el período del proceso. La limitación resultante debido a un pequeño conjunto innecesario de soluciones IK (X (t), Q) cinemáticas inversas limita sustancialmente el espacio de trabajo del robot. Es la fuerza principal del método que busca la q-rooi (t) adecuada y variable en el tiempo que puede proporcionar una IK (X (t), q-rooi (t)) útil.

En el tiempo t, se proporcionan por lo tanto el conjunto de todas las soluciones mediante la IKaii (t) proporcionada como la unión de IK (X (t), q-rooi) cuando q-rooi se extiende de a 36 grados. La presente invención se dirige a cualquier método que de forma global en el tiempo busque trayectorias qRobot (t) factibles usando IKaii (t) como el conjunto de las posibles soluciones en el tiempo t.

Con el fin de describir de forma global en el tiempo, se especifica por simplicidad el intervalo de tiempo de la trayectoria completa en ti á á ín-i ^ tN. Para un criterio O (qRobot (t¡)) de optimización dado, una búsqueda de forma global en el tiempo busca encontrar una trayectoria qRobot (t) factible que minimice la suma (posiblemente ponderada) de todos los O (qRobot (t¡)). Esto se opone a un método de mirar hacia adelante, tal como el divulgado en el documento US 25/24662A1, en el que la trayectoria se encuentra de forma iterativa a partir de un extremo y solo la siguiente o se consideran las siguientes etapas de tiempo.

Por consiguiente, la presente invención proporciona un método implementado por ordenador para determinar unas trayectorias articuladas factibles para un robot n-dof (n > 5) en un procesamiento invariante de giro de un objeto, tal como una molienda, una pintura, un corte (por ejemplo, un chorro de agua, un plasma y un láser), una pulverización, una trituración, un taladro, un avellanado y una soldadura, comprendiendo dicho método las etapas de:

recibir datos... [Seguir leyendo]

1. Un método implementado por ordenador para determinar unas trayectorias articuladas factibles para un robot de n-dof (n > 5) en un procesamiento invariante de giro de un objeto, tal como una molienda, una pintura y una soldadura, comprendiendo dicho método las etapas de:

recibir datos geométricos que representan el objeto;

recibir datos geométricos que representan la herramienta de procesamiento;

recibir una trayectoria X (t) de herramienta, en la que t es el tiempo;

buscar trayectorias qRobot (t) factibles usando IK (t) y qii (t) como un conjunto de posibles soluciones en el tiempo t, en donde qRobot (t) define posiciones de todas las articulaciones en el robot como una función del tiempo, qiooi (t) define el giro de una brida de herramienta alrededor del eje de herramienta en el tiempo t, e IK (t) define las soluciones cinemáticas inversas para un X (t) y un qii (t) proporcionados, extendiéndose dicho qii de a 36 grados;

determinar, a partir de los datos geométricos y de X (t), cómo debería elegirse la trayectoria qRobot (t) articulada con el fin de satisfacer uno o más criterios de optimización; y

determinar cómo qii (t) puede controlarse con el fin de satisfacer una pluralidad de los criterios de optimización;

caracterizado por que la búsqueda de trayectorias factibles se realiza de forma global en el tiempo, especificando el intervalo de tiempo de la trayectoria completa en ti < t2... < ín-i < tN.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el criterio de optimización comprende un movimiento libre de colisión.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el criterio de optimización comprende satisfacer las limitaciones en las posiciones de articulación y en las velocidades de articulación.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el criterio de optimización comprende otras limitaciones en los movimientos del robot distintas a las de la reivindicación 3.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende determinar para cada uno de una pluralidad de puntos a lo largo de la trayectoria de interacción una pluralidad de opciones de giros de la brida de herramienta alrededor del eje de herramienta.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende seleccionar solo orientaciones libres de colisión.

7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende repetir las etapas para una pluralidad de pares de puntos a lo largo de la trayectoria de interacción.

8. Un código de programa informático que comprende instrucciones que, cuando se ejecutan en un ordenador, hacen que el ordenador realice el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Un medio legible por ordenador, que tiene un código de programa informático de acuerdo con la reivindicación 8.

1. Un ordenador que comprende: un procesador y una memoria, en el que al menos uno de entre el procesador y la memoria está adaptado para realizar el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.