專利名稱：優(yōu)化機(jī)器人程序的方法以及機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及修改機(jī)器人控制程序以達(dá)到性能指標(biāo)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
最接近本發(fā)明的已有技術(shù)基于以下原理機(jī)器人控制器通過通信線路連接個(gè)人計(jì)算機(jī)之類的外部計(jì)算機(jī)設(shè)備。外部設(shè)備(比如個(gè)人計(jì)算機(jī)，即PC)訪問機(jī)器人控制器的存儲(chǔ)器區(qū)域，從而處理儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器區(qū)域的用戶程序。
該已有技術(shù)的主要用于連接多個(gè)機(jī)器人以傳輸用戶程序或用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。在機(jī)器人控制器和外部計(jì)算機(jī)設(shè)備之間不存在優(yōu)化路徑性能的實(shí)時(shí)互動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及優(yōu)化機(jī)器人控制器的方法和設(shè)備。本發(fā)明不僅用通信電路來連接機(jī)器人控制器和外部計(jì)算機(jī)設(shè)備(普通PC)，還用外部PC的CPU功能來對(duì)機(jī)器人路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和優(yōu)化。外部PC成為了機(jī)器人控制器的高度靈活的、可重組的且強(qiáng)大的第二運(yùn)算器。
本發(fā)明的方法和設(shè)備在微切割/微成形方面尤其有效，這是因?yàn)檫@種工藝的檢測(cè)和校驗(yàn)沉悶冗長(zhǎng)。該方法和設(shè)備也能成功優(yōu)化機(jī)器人路徑和負(fù)荷一去負(fù)荷周期以及其它材料加工工藝。另外，該方法和設(shè)備為其它用途(堆垛，點(diǎn)焊等等)的機(jī)器人優(yōu)化打下基礎(chǔ)。


本行業(yè)的技術(shù)人員通過以下的優(yōu)選的具體實(shí)施方式
參考附圖能很容易地理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)圖1是本發(fā)明機(jī)器人程序優(yōu)化設(shè)備的方塊圖；圖2是圖1中的機(jī)器人控制器的方塊圖；
圖3是圖1中外部個(gè)人計(jì)算機(jī)的方塊圖；和圖4是本發(fā)明方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
機(jī)器人程序一般獨(dú)立于機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)展和優(yōu)化以達(dá)到某些性能指標(biāo)，比如高精度或較佳的周期。程序在不同的機(jī)器人上執(zhí)行的情況通常不完全相同，機(jī)器人的性能會(huì)有差異，有些可能達(dá)不到性能指標(biāo)。這種差異是由于，不同的“系統(tǒng)參數(shù)”需要不同的操縱器，系統(tǒng)參數(shù)是加速時(shí)間、過大電流保護(hù)閾值、伺服環(huán)路增益、靜摩擦系數(shù)、集成增益、彈簧常數(shù)等，特定的操縱器具有某個(gè)固定的參數(shù)。
本發(fā)明認(rèn)為操縱器和操縱條件之間的差異影響了機(jī)器人的性能，本發(fā)明提供了一種按照機(jī)器人系統(tǒng)(控制器和操縱器)和操縱條件來優(yōu)化機(jī)器人程序以及系統(tǒng)參數(shù)的方法。機(jī)器人程序可由常用途徑寫成，該程序由機(jī)器人系統(tǒng)執(zhí)行，在機(jī)器人工作時(shí)，其中的某些參數(shù)，通常是編碼器位置數(shù)據(jù)和電機(jī)電流數(shù)據(jù)傳入第二處理器加以優(yōu)化。在機(jī)器人工作時(shí)，第二處理器使用優(yōu)化路徑來達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)，其不僅修改機(jī)器人程序也修改控制系統(tǒng)參數(shù)。優(yōu)化中考慮到整個(gè)機(jī)器人而非單個(gè)的驅(qū)動(dòng)軸，該優(yōu)化監(jiān)視某些性能參數(shù)的復(fù)合參數(shù)的趨勢(shì)，使其達(dá)到最佳控制系統(tǒng)參數(shù)。在機(jī)器人工作時(shí)，該過程不斷重復(fù)直至達(dá)到目標(biāo)，然后程序終止，系統(tǒng)參數(shù)重設(shè)，用于生產(chǎn)工作。
相關(guān)的已有技術(shù)包括脫機(jī)程序設(shè)計(jì)，其中用脫機(jī)的第二處理器來修改機(jī)器人程序以達(dá)到某些目的。這種修改獨(dú)立于控制系統(tǒng)參數(shù)之外，不用對(duì)實(shí)際性能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。同樣地，同一個(gè)程序在不同的操縱器中運(yùn)行情況不同，或者在同一操縱器的不同操縱條件下運(yùn)行情況不同。
學(xué)習(xí)型控制也能實(shí)時(shí)修改機(jī)器人程序，還可以修改某些控制系統(tǒng)參數(shù)。但是，間隔的學(xué)習(xí)型控制的反復(fù)優(yōu)化是有間隔的，伺服系統(tǒng)的狀態(tài)變化有不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。由于其與生俱來的緩慢變換過程，只能重復(fù)少數(shù)幾個(gè)參數(shù)(通常是伺服增益和阻尼系數(shù))。
本發(fā)明以恒定的狀態(tài)在PC上重復(fù)達(dá)到快速變換，沒有不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。這也使更多的控制參數(shù)在給定時(shí)間內(nèi)得以優(yōu)化，更好地優(yōu)化了性能。
與本發(fā)明不同的是，沒有任何已有技術(shù)方法能適應(yīng)電機(jī)電流輸入，這對(duì)防止電機(jī)過載以及防止機(jī)器人耐久性降低發(fā)明意義重大，已有技術(shù)也不能適應(yīng)彈簧常數(shù)的變化，因而影響機(jī)器人的振動(dòng)特性。
本發(fā)明使用重復(fù)的方法，在動(dòng)態(tài)機(jī)器人模型上，來評(píng)估PC控制參數(shù)的預(yù)料中的變化。學(xué)習(xí)型控制必須使用真實(shí)的機(jī)器人來評(píng)估變化的影響，而本發(fā)明可以在PC上用同樣的條件多次運(yùn)行模型，等到達(dá)到了目標(biāo)再實(shí)施該變化。這種快速重復(fù)方法也避免了不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。
相應(yīng)地，本發(fā)明也具有脫機(jī)程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)程序的修改可以與機(jī)器人分離，使用學(xué)習(xí)型控制的重復(fù)操作能取得優(yōu)化的參數(shù)。在學(xué)習(xí)型控制中，重復(fù)操作是有間隔地運(yùn)行的，而伺服系統(tǒng)狀態(tài)條件的變化也充滿不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，然而，本發(fā)明以恒定的狀態(tài)進(jìn)行重復(fù)，變換更快，沒有不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。另外，在學(xué)習(xí)型控制中，在整個(gè)程序執(zhí)行完之前，一個(gè)參數(shù)的一次變化不能在動(dòng)態(tài)條件下得到評(píng)估，這是很慢的。同樣的，學(xué)習(xí)型控制的方法的缺陷是在下一個(gè)時(shí)間段，在新的狀態(tài)條件下，進(jìn)行估計(jì)。這使得重復(fù)的穩(wěn)定性變得遙不可及。
機(jī)器人路徑優(yōu)化需要高強(qiáng)度的CPU工作，非常依賴機(jī)器人TCP位置和機(jī)器臂結(jié)構(gòu)。另外，機(jī)器人控制器內(nèi)的CPU通常要處理過多的工作，比如動(dòng)作計(jì)劃、程序管理和存儲(chǔ)器管理等等。因此，以前用機(jī)器人控制器的主CPU很難實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)化。本發(fā)明的方法和設(shè)備提供了實(shí)時(shí)機(jī)器人路徑優(yōu)化的可行途徑。
本發(fā)明的主要構(gòu)思是將外部計(jì)算機(jī)設(shè)備(普通PC)與機(jī)器人控制器實(shí)時(shí)互動(dòng)。動(dòng)作性能的回饋能在任何帶有網(wǎng)卡的PC上向用戶顯示，機(jī)器人控制器和PC通過專用連接或網(wǎng)絡(luò)連接。圖像顯示能提供來自控制器的有用信息，比如路徑偏差和周期，實(shí)際流程可以發(fā)生也可以不發(fā)生。
為了在每次程序執(zhí)行時(shí)對(duì)動(dòng)作性能形象化并顯示給用戶，必須向PC傳輸實(shí)時(shí)的重要的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)/伺服狀態(tài)。同時(shí)，必須分析每個(gè)記錄，并根據(jù)用戶需要將其儲(chǔ)存以備將來使用。在分析后，將使用外部PC的CPU能力來計(jì)算最佳重復(fù)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)。然后將重要的補(bǔ)償數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回機(jī)器人控制器，下一個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)自動(dòng)開始。本發(fā)明一直繼續(xù)到滿足用戶設(shè)定的指標(biāo)。
圖1顯示了本發(fā)明的優(yōu)化機(jī)器人控制程序的設(shè)備10。一個(gè)第一控制設(shè)備11(比如機(jī)器人控制器)通過通信線路13(比如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))連接一個(gè)第二控制設(shè)備12(比如個(gè)人計(jì)算機(jī)PC)。盡管該第二控制設(shè)備優(yōu)選個(gè)人計(jì)算機(jī)，但是可使用任何合適的計(jì)算機(jī)?？刂破?1包括運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)14、伺服系統(tǒng)15和通信客戶/服務(wù)器16。PC12包括路徑分析模型17、優(yōu)化模型18和通信客戶/服務(wù)器19。
如圖2所示，在機(jī)器人控制器11中，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)14連接伺服系統(tǒng)15，并執(zhí)行控制程序以產(chǎn)生輸入伺服系統(tǒng)15的“運(yùn)動(dòng)命令”和“調(diào)整伺服系統(tǒng)”信號(hào)。伺服系統(tǒng)15連接機(jī)器人的電機(jī)20，執(zhí)行運(yùn)動(dòng)命令對(duì)電機(jī)20進(jìn)行操作，并接收反饋信號(hào)(包括電機(jī)20發(fā)出的電機(jī)電流)?？梢栽谟脩舫绦虼鎯?chǔ)器21中儲(chǔ)存多個(gè)控制程序，存儲(chǔ)器21連接通信服務(wù)器/客戶16。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)14向通信服務(wù)器/客戶16發(fā)出“性能數(shù)據(jù)”并接收其傳出的“優(yōu)化數(shù)據(jù)”?！皟?yōu)化數(shù)據(jù)”被用于產(chǎn)生“調(diào)整伺服系統(tǒng)”信號(hào)以優(yōu)化性能。
圖3中的外部PC12包括通信服務(wù)器/客戶19，其連接性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器22以向其提供“性能數(shù)據(jù)”。一個(gè)運(yùn)動(dòng)/動(dòng)態(tài)模型存儲(chǔ)器23儲(chǔ)存機(jī)器人的該模型。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器22和模型存儲(chǔ)器23連接機(jī)器人性能模型24以“建立”機(jī)器人的實(shí)際性能。模型24通過分析路徑連接模擬器模型25，該模型25用模擬方法來分析基于機(jī)器人性能的機(jī)器人路徑。模型25的結(jié)果傳入優(yōu)化重復(fù)模型26。模型26通過反饋回路向模擬器模型25反饋“優(yōu)化數(shù)據(jù)”，以檢查基于“優(yōu)化數(shù)據(jù)”的路徑。等到確認(rèn)了“優(yōu)化數(shù)據(jù)”能使機(jī)器人表現(xiàn)更好之后，“優(yōu)化數(shù)據(jù)”通過通信連接13的通信服務(wù)器/客戶19和16被實(shí)時(shí)輸入圖2所示的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。
圖4是本發(fā)明方法的流程圖。該方法從“連接機(jī)器人控制器”指令30開始，其中外部PC12連接圖1所示的機(jī)器人控制器11。然后PC執(zhí)行“與控制器同步”指令31，其中PC12與機(jī)器人控制器11的運(yùn)行實(shí)時(shí)同步。在“接收來自控制器的性能數(shù)據(jù)”指令32中，PC12從控制器11接收數(shù)據(jù)。執(zhí)行指令31同時(shí)也執(zhí)行了“創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)/動(dòng)態(tài)模擬器”指令33。使用步驟32中接收的性能數(shù)據(jù)和步驟33中創(chuàng)建的模擬器能執(zhí)行“分析機(jī)器人性能”指令34。步驟34之后是“用戶指定優(yōu)化目標(biāo)和限制”指令35，步驟33和35指向“使用用戶程序和模擬器進(jìn)行優(yōu)化”的指令36，該指令產(chǎn)生潛在的優(yōu)化程序。在“是否滿足目標(biāo)”選項(xiàng)點(diǎn)37時(shí)，如果優(yōu)化了的程序不滿足用戶指定的目標(biāo)，本方法走“N”路線返回優(yōu)化器步驟36。如果優(yōu)化了的程序滿足了用戶指定的目標(biāo)，本方法走“Y”路線執(zhí)行“將必要的系統(tǒng)參數(shù)和/或用戶程序返回控制器”指令38，優(yōu)化過程就完成了?，F(xiàn)在機(jī)器人控制器11能夠執(zhí)行優(yōu)化程序和/或控制系統(tǒng)參數(shù)。
按照專利法規(guī)定，本發(fā)明在這里的描述都是優(yōu)選的實(shí)施例。但是本發(fā)明可以用其它的方式實(shí)施而不背離原來的構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，包括機(jī)器人；第一控制設(shè)備，該設(shè)備連接該機(jī)器人并執(zhí)行控制程序，按照該控制程序特有的控制系統(tǒng)參數(shù)來操作該機(jī)器人；監(jiān)測(cè)設(shè)備，用來在操作該機(jī)器人時(shí)監(jiān)測(cè)該機(jī)器人的實(shí)際性能數(shù)據(jù)；第二控制設(shè)備，該設(shè)備連接該第一控制設(shè)備和監(jiān)測(cè)設(shè)備，該第二控制設(shè)備對(duì)該實(shí)際性能數(shù)據(jù)作出反應(yīng)，使用優(yōu)化的路徑來實(shí)時(shí)修改控制程序中的控制系統(tǒng)參數(shù)。
2.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，該第一控制設(shè)備是機(jī)器人控制器而該第二控制設(shè)備是個(gè)人計(jì)算機(jī)。
3.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，該第一控制設(shè)備、該監(jiān)測(cè)設(shè)備和該第二控制設(shè)備通過通信線路連接以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
4.按照權(quán)利要求3所述的機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，該通信線路是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
5.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，該監(jiān)測(cè)設(shè)備包括從驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的電機(jī)中產(chǎn)生反饋信號(hào)的設(shè)備。
6.按照權(quán)利要求5所述的機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，該反饋信號(hào)包括該電機(jī)的電機(jī)電流。
7.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，該第二控制設(shè)備包括用于檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)/動(dòng)態(tài)模擬器，并包括修改該控制系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)備。
8.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，該第二控制設(shè)備包括用戶指定的優(yōu)化目標(biāo)和限制，用以修改該控制系統(tǒng)參數(shù)。
9.一種在包括操縱器和控制器的機(jī)器人系統(tǒng)中，在給定目標(biāo)范圍內(nèi)優(yōu)化機(jī)器人路徑程序，并適應(yīng)其它相似機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能的變化的方法，該方法包括以下步驟a.用傳統(tǒng)的機(jī)器人教學(xué)方法產(chǎn)生機(jī)器人的路徑程序；b.向計(jì)算機(jī)提供機(jī)器人的動(dòng)態(tài)模型、控制系統(tǒng)和優(yōu)化程序；c.向計(jì)算機(jī)提供目標(biāo)性能指標(biāo)；d.連接控制系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)交流信息；e.用控制系統(tǒng)來操作機(jī)器人，該系統(tǒng)用默認(rèn)的控制系統(tǒng)參數(shù)組來執(zhí)行路徑程序；f.在操作中監(jiān)測(cè)機(jī)器人的性能變量；g.將性能變量輸入計(jì)算機(jī)；h.使用動(dòng)態(tài)模型和性能變量在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行優(yōu)化程序，以達(dá)到性能目標(biāo)；i.產(chǎn)生一組新的控制系統(tǒng)參數(shù)；j.將新的控制系統(tǒng)參數(shù)輸入控制系統(tǒng)；k.將新的控制系統(tǒng)參數(shù)作為路徑程序的默認(rèn)控制系統(tǒng)參數(shù)；l.重復(fù)步驟e.到k.直至新的控制系統(tǒng)參數(shù)與現(xiàn)有的默認(rèn)控制系統(tǒng)參數(shù)大致相同，因此形成優(yōu)化的默認(rèn)控制系統(tǒng)參數(shù)；和m.當(dāng)控制系統(tǒng)繼續(xù)用優(yōu)化的默認(rèn)控制系統(tǒng)參數(shù)執(zhí)行路徑程序操作機(jī)器人時(shí)，將計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)斷開。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其中，一個(gè)所述目標(biāo)性能指標(biāo)是機(jī)器人的周期。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述性能變量包括軸電機(jī)電流和軸編碼器計(jì)數(shù)。
12.按照權(quán)利要求9所述的方法，其中，一個(gè)所述目標(biāo)性能指標(biāo)是機(jī)器人路徑精確度。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述性能變量包括軸編碼器誤差、軸電機(jī)電流、軸編碼器計(jì)數(shù)和伺服增益。
14.一種機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括機(jī)器人；機(jī)器人控制器，該控制器連接該機(jī)器人并執(zhí)行一個(gè)控制程序，按照該控制程序特有的控制系統(tǒng)參數(shù)來操作該機(jī)器人；監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于在操作該機(jī)器人時(shí)監(jiān)測(cè)該機(jī)器人的實(shí)際性能數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)通過通信線路連接該機(jī)器人控制器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，該計(jì)算機(jī)對(duì)該實(shí)際性能數(shù)據(jù)作出反應(yīng)，使用優(yōu)化的路徑來實(shí)時(shí)修改控制程序中的控制系統(tǒng)參數(shù)。
全文摘要
一種優(yōu)化機(jī)器人性能的設(shè)備和方法，包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)連接機(jī)器人控制器，當(dāng)控制器執(zhí)行路徑程序時(shí)，計(jì)算機(jī)接收機(jī)器人的性能數(shù)據(jù)，并使用性能數(shù)據(jù)、用戶指定優(yōu)化目標(biāo)和限制以及運(yùn)動(dòng)/動(dòng)態(tài)模擬器來產(chǎn)生一組新的控制系統(tǒng)參數(shù)代替默認(rèn)控制系統(tǒng)參數(shù)。計(jì)算機(jī)重復(fù)上述過程直至新的控制系統(tǒng)參數(shù)組得到優(yōu)化。
文檔編號(hào)B25J13/00GK1935470SQ200610074799
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者賈森·蔡, 孫易, 紹伊－卡伊·鄭, 民仁·瓊, 哈迪·阿克爾 申請(qǐng)人:美國(guó)發(fā)那科機(jī)器人有限公司