用于验证针对可移动的机械单元的一个或多个安全容积的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于验证针对可移动的机械单元的相对于机械单元的环境的一个或多个安全容积以便避免机械单元与环境中的障碍物之间的碰撞的方法。本发明还涉及用于安全容积的验证的装置。
【背景技术】
[0002]可移动的机械单元是例如工业机器人、定位器或其他类型的操纵器。工业机器人和其他类型的操纵器往往被编程为在包括多个障碍物、例如墙壁、围栏、机器、定位器、不同类型的工作站及诸如机器人、操纵器和外部轴等的其他可移动的机械单元的环境中移动。为确保机器人不与其环境中的障碍物碰撞，已知确定出针对机器人的一个或多个安全容积。安全容积是参照与机器人及其环境有关地限定出的世界坐标系来限定的。一个类型的安全容积具有与机器人的环境有关的固定尺寸和固定位置。在下文中，该类型的安全容积被命名为固定安全容积。这样的固定安全容积也称作安全区。固定安全容积是预先限定的。固定安全容积可以或者被限定为使得机器人不被允许移动到安全容积的外侧，或者使得机器人不被允许移动到安全容积的内侧。机器人可以具有几个固定安全容积。固定安全容积事先、例如在机器人的编程期间被确定或编程。固定安全容积往往被用数字表示地确定出并且被以2D视觉化在PC屏幕上。如果机器人是在编程和仿真工具中被离线编程，则固定安全容积可以在编程和仿真工具中被编程和视觉化。在机器人的操作期间，安全系统监督机器人的移动。如果安全系统检测到机器人移动到这样的移动不被允许的固定安全容积的外侧，则机器人被立即停止。
[0003]另一类型的已知安全容积具有与机器人的环境有关的可变的尺寸和可变的位置并且是与机器人的关键部分有关地限定出的。关键部分是例如机器人的工具中心点(TCP)或机器人的肘部。在下文中，该类型的安全容积被命名为移动安全容积。机器人可以具有针对机器人的不同部分所限定出的几个移动安全容积。移动安全容积也称作移动区。移动安全容积被限定为在如果机器人被紧急停止时的某一时刻由关键部分可到达的最大容积。移动安全容积取决于机器人的移动路径并且考虑到制动路径和针对该移动路径由机器人可达到的最大位置。移动安全容积的尺寸取决于关键部分的速度和负载及机器人的制动特性。关键部分的速度越高，移动安全容积的尺寸越大。移动安全容积的位置取决于关键部分的位置。移动安全容积可以被用来检查机器人的执行期间在机器人的关键部分与机器人的环境中的移动障碍物之间的碰撞。
[0004]US8326590B2公开了用于设计和检查机器人的固定安全容积的方法和系统。固定安全容积是在对机器人的移动进行仿真所在的离线仿真的帮助下建立的。离线仿真由离线编程和仿真工具(PC上的Robot Stud1)执行。在固定安全容积的设计的第一步骤期间，固定安全容积被视觉化在离线编程和仿真工具上的屏幕上，并且编程者能够基于视觉化来修改固定安全容积。在第二步骤中，固定安全容积的设计考虑到当机器人被停止时的机器人的制动路径。这通过基于机器人的移动路径的离线仿真计算出针对机器人的虚拟移动安全容积并且检查固定安全容积与虚拟移动安全容积之间的碰撞来完成。如果检测到碰撞，则修改固定安全容积和/或机器人路径。此后将关于固定安全容积的数据传输至机器人控制器。
[0005]当已经确定了固定安全容积时，将固定安全容积的描述部署至机器人的安全系统。描述可以包含在世界坐标系中所限定出的固定安全容积的坐标。固定安全容积的坐标往往被手动地、例如由机器人编程者给送至安全系统。这意味着固定安全容积的坐标被手动地给送至机器人的安全系统。
[0006]由于人很难想象出在2D布局中限定的安全容积将如何在机器人环境中结束，所以有必要验证容积是与机器人及其环境有关地正确地限定出的。因此，当安全容积已经被部署至安全系统时，和机器人及其环境相关地验证安全容积的位置。这通过使机器人在不同方向上重复地移动直到机器人到达安全容积的边界线并且机器人由安全系统停止而手动地完成。安全容积可能归因于几个原因而不正确。一个原因在于给送至安全系统的坐标中的一些是不正确的。另一原因在于预先限定的固定安全容积的位置和形状没有与机器人的环境中的障碍物正确地相配。问题在于安全容积的手动验证易于出错并且耗时。这对于包括几个机器人、各机器人具有待验证的一个或多个安全容积的线路而言特别是问题。安全容积的证实过程可能需要几天，并且如果在证实期间发现了错误，则安全容积需要被重新部署并且整个证实过程需要重新开始。这意味着对于编程者/消费者而言大量时间被潜在地浪费掉。使事情更糟的是，限定安全容积的人员不总是执行证实的同一人员。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种用于有助于针对可移动的机械单元的相对于机械单元的环境的安全容积的验证的方法。
[0008]根据发明的一个方面，该目的通过如权利要求1所限定的方法来实现。
[0009]方法的特征在于，它包括:
[0010]-获得一个或多个安全容积的描述，所述描述是与世界坐标系有关地限定的，并且重复地:
[0011 ]-与世界坐标系有关地确定出便携式显示单元的位置和定向，
[0012]-基于安全容积的描述和便携式显示单元的位置和定向确定出安全容积的图形表示，
[0013]-使安全容积的图形表示叠加在机械单元的环境的真实视图上以提供合成的增强现实图像，和
[0014]-将增强现实图像显示在便携式显示单元上。
[0015]关于安全容积是指与机械单元或者与机械单元的环境相关地限定出的容积以便避免在机械单元的移动期间在机械单元与环境中的障碍物之间的碰撞。
[0016]根据发明，安全容积被呈现在显示单元上的机械单元的真实环境上面的图形视图中。根据发明的方法使得用户能够在机械单元的环境中来回走动并且查看叠加在真实机械单元及其环境上的安全容积的图形表示。通过使显示单元在机械单元的环境中来回移动，用户将能够从不同角度观看环境和安全容积，这增加了安全容积和它们如何与环境中的障碍物相关的理解。发明给予用户关于容积在环境中如何并在哪里被限定的有价值的反馈。发明使得能够检测安全容积的形状和位置是否需要被修改以便避免与机械单元的环境中的障碍物的碰撞。在检测到不正确的安全容积和不正确地反馈的坐标时，不正确的安全容积可以被修改并且不正确地反馈的坐标可以被修正。发明使得能够检测在已编程好的路径上的机械单元的速度和/或位置是否需要被修改以便避免与机械单元的环境中的障碍物的碰撞。
[0017]根据发明的实施例，所述安全容积中的至少一个是固定安全容积。关于固定安全容积是指具有在世界坐标系中的固定位置和定向的容积。固定安全容积被呈现在真实环境上面的图形视图中并且使得用户能够在环境中来回走动并且从不同角度查看与真实环境有关的固定安全容积的图形表示，这增加了关于固定安全容积在环境中如何并且在哪里被限定的理解。归因于数值参数的误解的任何错误都是容易检测的，例如容积延伸的错误方向。因此，对于用户来说检测到固定安全容积中的任何一个是否是不正确的并且需要被修改是容易的。例如，能够检测到固定安全容积的坐标中的任何一个是否已经不正确地给送至安全系统。固定安全模块的编程和验证将更加直观且更快，因为固定安全容积的理解被急剧提高，并且因为可以容易地检测到主要的编程错误。因此，发明的该实施例有助于固定安全容积的验证，并由此减少了用于执行固定安全容积的验证所需要的时间。根据发明的方法可以用于在安全容积的设计和编程期间以及在现场的最后验证步骤期间的安全容积的验证。此外，根据发明的方法使得能够现场限定和编程固定安全容积。
[0018]根据发明的实施例，方法包括第一验证步骤，其包括基于所显示出的增强现实图像来验证安全容积并且在检测到不正确的安全容积时修改安全容积。
[0019]根据发明的进一步的实施例，方法包括第二验证步骤，其包括重复地使机械单元在不同方向上移动直到机械单元达到固定安全容积的边界线并且在检测到不正确的安全容积时修改固定安全容积。由于安全的原因，根据发明的方法不能完全替换包括了重复地使机械单元在不同方向上移动直到机械单元达到安全容积的边界线的用于固定安全容积的验证的上述方法。然而，通过使用根据发明的方法作为预先验证步骤，能够显著地减少在最终的验证步骤期间检测到的错误，并相应地能够显著地降低用于固定安全容积的验证的总时间。
[0020]根据发明的实施例，所述安全容积中的至少一个是具有取决于机械单元的关键部分的速度和位置的尺寸和位置的移动安全容积，并且方法包括重复地获得机械单元的关键部分的位置和速度、基于关键部分的位置和速度确定出针对机械单元的关键部分的移动安全容积、存储与世界坐标系有关地限定出的移动安全容积的描述、基于所存储的安全容