改善工業(yè)機(jī)器人能量消耗和循環(huán)時(shí)間的效率的方法
【專利說明】
[0001] 其它申請的交叉引用 本申請與用于"Method and Apparatus for Saving Energy and Reducing Cycle Time by Using Optimal Robotic Joint Configurations" 的共同轉(zhuǎn)讓美國專利申請 14/ 448,416共享某個(gè)主題，其被通過引用結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開一般地針對自動(dòng)化工業(yè)操作和機(jī)器人技術(shù)，并且特別地針對用于通過處理 位置取向來改善工業(yè)機(jī)器人能量消耗和循環(huán)時(shí)間的效率的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003] 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)管理產(chǎn)品生命周期管理(PLM)系統(tǒng)及其它數(shù)據(jù)。期望有改 善的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 各種公開實(shí)施例包括用于通過處理位置取向來改善工業(yè)機(jī)器人能量消耗和循環(huán) 時(shí)間的效率的方法。一種方法包括接收包括多個(gè)任務(wù)位置的復(fù)雜操作，針對所述多個(gè)任務(wù) 位置中的每一個(gè)生成模擬機(jī)器人的多個(gè)關(guān)節(jié)構(gòu)造 (joint configuration)，其中，所述多個(gè) 關(guān)節(jié)構(gòu)造中的每一個(gè)包含多個(gè)候選取向，確定用于每個(gè)任務(wù)位置的關(guān)節(jié)構(gòu)造，其提供用于 該復(fù)雜操作的移動(dòng)額定值(rating)的最低總和，其中，移動(dòng)額定值結(jié)合了針對用于該復(fù)雜 操作的多次機(jī)器人移動(dòng)中的每一個(gè)的能量消耗和循環(huán)時(shí)間。確定用于每個(gè)任務(wù)位置處的每 個(gè)關(guān)節(jié)構(gòu)造的候選取向，其提供用于該復(fù)雜操作的移動(dòng)額定值的最低總和，返回用于每個(gè) 關(guān)節(jié)構(gòu)造的候選取向。
[0005] 前述內(nèi)容已相當(dāng)寬泛地概括了本公開的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員 可更好地理解隨后的詳細(xì)描述。下面將描述形成權(quán)利要求的主題的本公開的附加特征和優(yōu) 點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到其可容易地利用公開的概念和特定實(shí)施例作為用于修改或 設(shè)計(jì)其他結(jié)構(gòu)以便執(zhí)行本公開的相同目的的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將認(rèn)識到此類等價(jià) 構(gòu)造不脫離本公開的最寬泛形式的精神和范圍。
[0006] 在進(jìn)行下面的【具體實(shí)施方式】之前，闡述遍及本專利文獻(xiàn)使用的某些單詞或短語的 定義可能是有利的：短語"包括"和"包含"以及其派生詞意指在沒有限制的情況下的包括； 術(shù)語"或"是包括性的，意指和/或；短語"與...相關(guān)聯(lián)"和"與之相關(guān)聯(lián)"以及其派生詞可意 指包括、被包括在內(nèi)、與...互連、包含、被包含在內(nèi)、連接到或與...相連、耦合到或與...耦 合、可與...通信、與...合作、交織、并列、接近于、束縛于或被...束縛、具有、具有...的性 質(zhì)等;并且術(shù)語"控制器"意指控制至少一個(gè)操作的任何設(shè)備、系統(tǒng)或其一部分，無論此類設(shè) 備是用硬件、固件、軟件還是其至少兩者的某種組合實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)注意的是與任何特定控制器 相關(guān)聯(lián)的功能可以是集中式或分布式的，無論是本地地還是遠(yuǎn)程地。遍及本專利文獻(xiàn)提供 了用于某些單詞和短語的定義，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是此類定義在許多但并非 大多數(shù)情況下適用于此類被定義單詞和短語的在先以及未來使用。雖然某些術(shù)語可包括多 種實(shí)施例，但所附權(quán)利要求可明確地使這些術(shù)語局限于特定實(shí)施例。
【附圖說明】
[0007] 為了更透徹地理解本公開及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在對結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述進(jìn)行參考， 其中，相同的標(biāo)號指定相同的對象，在所述附圖中： 圖1圖示出其中可以實(shí)現(xiàn)實(shí)施例的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框圖； 圖2圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的具有用于模擬機(jī)器人的不同取向的任務(wù)位置； 圖3圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的基于針對任務(wù)位置處的不同取向的模擬機(jī)器人的可到達(dá) 性來生成候選取向； 圖4圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的具有針對每個(gè)位置的用于模擬機(jī)器人的可到達(dá)范圍內(nèi)的 所述多個(gè)候選取向的頂點(diǎn)的有向非循環(huán)圖(DAG directed acyclic); 圖5圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的基于針對模擬機(jī)器人的不同關(guān)節(jié)構(gòu)造的可到達(dá)性的構(gòu)造 群組中的候選取向； 圖6A圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的具有在每個(gè)任務(wù)位置處的多個(gè)關(guān)節(jié)構(gòu)造的DAG; 圖6B圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的在機(jī)器人移動(dòng)期間具有模擬碰撞的DAG; 圖6C圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的候選取向在沒有模擬碰撞的情況下被分組的DAG; 圖6D圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的針對復(fù)雜操作提供移動(dòng)額定值的最低總和的用于每個(gè) 任務(wù)位置的最佳關(guān)節(jié)構(gòu)造的DAG; 圖7A圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的針對復(fù)雜操作提供移動(dòng)額定值的最低總和的來自用于 每個(gè)任務(wù)位置的關(guān)節(jié)構(gòu)造的構(gòu)造群組的所述多個(gè)候選取向的DAG; 圖7B圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的提供移動(dòng)額定值的最低總和的用于每個(gè)任務(wù)位置處的 每個(gè)關(guān)節(jié)構(gòu)造的最佳候選取向的DAG;以及 圖8圖示出根據(jù)公開實(shí)施例的用于通過處理位置取向來改善工業(yè)機(jī)器人能量消耗和循 環(huán)時(shí)間的效率的過程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面討論的圖1至8以及用來在本專利文獻(xiàn)中描述本公開的原理的各種實(shí)施例僅 僅是以舉例說明的方式且不應(yīng)以任何方式理解成限制本公開的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將 理解的是可在任何適當(dāng)布置的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)本公開原理。將參考示例性非限制性實(shí)施例來描 述本申請的許多創(chuàng)新教導(dǎo)。
[0009] 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)器人(CAR)工具被廣泛地用于針對點(diǎn)焊的機(jī)器人臂路徑規(guī)劃。規(guī)劃 的路徑一般地基于要焊接的部分而包含散布在其目標(biāo)區(qū)域中的不超過數(shù)幾十個(gè)（sevral dozens of)位置。機(jī)器人操作應(yīng)通過從特定方向到達(dá)其中的每一個(gè)來完成所有焊接，以避 免機(jī)器人臂或焊工與產(chǎn)品或固定元件相碰撞。
[0010] 完成所有焊接的順序影響制造過程時(shí)間和能量消耗。隨著機(jī)器人操作所需的焊接 次數(shù)增加，針對每個(gè)位置確定最高效定位的過程變得更加沉悶。所選擇的路徑趨于隨著焊 接位置的量的增加而變得更加任意，這又引起所選擇的路徑并非最時(shí)間或能量高效的可能 性。例如，當(dāng)過程具有二十個(gè)焊接位置時(shí)，存在2，432，902，008，176，640，000個(gè)不同的置換 (permutations)。添加諸如可到達(dá)范圍內(nèi)的不同取向之類的附加因素增加置換的量。
[0011] 許多附加約束的考慮使得增加了找到用于復(fù)雜操作的最佳取向時(shí)的困難。附加約 束可以包括機(jī)器人是否可以從給定機(jī)器人位置到達(dá)所有位置和是否與機(jī)器人及其環(huán)境內(nèi) 的任何對象發(fā)生任何碰撞。用于完成任務(wù)的有限循環(huán)時(shí)間是與生產(chǎn)成本有關(guān)的另一約束。
[0012] 機(jī)器人可以是大功率消耗裝置。機(jī)器人對一個(gè)或多個(gè)任務(wù)重復(fù)地工作長的小時(shí)， 并且具有可以包括引擎、傳動(dòng)裝置(transimission)等復(fù)雜的動(dòng)力傳動(dòng)系。在典型的生產(chǎn)線 中，可以存在許多機(jī)器人，這進(jìn)一步將這些問題放大。
[0013] 根據(jù)本公開的實(shí)施例基于給定約束且根據(jù)能量消耗和循環(huán)時(shí)間而找到最高效或 最佳的取向。能量與時(shí)間相關(guān)可以包括計(jì)算能量消耗值和循環(huán)時(shí)間值的模擬結(jié)果的額定值 和排序。
[0014] 對生產(chǎn)線中的每個(gè)機(jī)器人應(yīng)用這種方法減少了能量消耗和循環(huán)時(shí)間，導(dǎo)致降低的 生產(chǎn)成本。降低的生產(chǎn)成本來自于找到用于生產(chǎn)線中的每個(gè)機(jī)器人的最佳位置取向以減少 總體能量消耗和循環(huán)時(shí)間。
[0015] 圖1圖示出數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框圖，其中實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)為例如特別地被軟件或以 其它方式配置成執(zhí)行如本文所述的過程的PDM系統(tǒng)，并且特別是實(shí)現(xiàn)為如本文所述的多個(gè) 互連且通信的系統(tǒng)中的每一個(gè)。所描繪的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括被連接到級2高速緩存器/橋接 器104(level two cache/bridge)的處理器102,該級2高速緩存器/橋接器104又被連接到 本地系統(tǒng)總線106。本地系統(tǒng)總線106可以是例如外圍部件互連(PCI)架構(gòu)總線。在所描繪示 例中連接到本地系統(tǒng)總線的還有主存儲(chǔ)器108和圖形適配器110。可將圖形適配器110連接 到顯示器111。
[0016] 還可將諸如局域網(wǎng)（LAN)/廣域網(wǎng)/無線（例如WiFi)適配器112的其它外圍設(shè)備連 接到本地系統(tǒng)總線106，。擴(kuò)展總線接口 114將本地系統(tǒng)總線106連接到輸入/輸出（I/0)總線 116。1/0總線116被連接到鍵盤八鼠標(biāo)適配器118、磁盤控制器120以及I/O適配器122?？蓪⒋?盤控制器120連接到儲(chǔ)存器126,其可以是任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)器可用或機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，包括 但不限于非易失性、硬編碼型介質(zhì)，諸如只讀存儲(chǔ)器（ROM)或電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器 (EEPR0M)、磁帶儲(chǔ)存器以及用戶可記錄型介質(zhì)，諸如軟盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器和緊湊式磁盤只讀存 儲(chǔ)器(CD-ROM)或數(shù)字多功能磁盤(DVD)以及其它已知光學(xué)、電或磁存儲(chǔ)器件。儲(chǔ)存器126存 儲(chǔ)下面描述的復(fù)雜操作152、模擬機(jī)器人154、能量消耗156、循環(huán)時(shí)間158、能量加權(quán)160、時(shí) 間加權(quán)162、能量額定值164、時(shí)間額定值166等。
[0017] 在所述示例中連接到1/0總線116的還有音頻適配器124，可將揚(yáng)聲器(未示出）連 接到該音頻適配器124以便播放聲音。鍵盤八鼠標(biāo)適配器118提供用于定點(diǎn)設(shè)備(pointing device)(未示出）的連接，該定點(diǎn)設(shè)備諸如鼠標(biāo)、軌跡球、軌跡指示器、觸摸屏等。
[0018] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到在圖1中所描繪的硬件可針對特定實(shí)施方式而改 變。例如，還可除了所描述的硬件外或代替所描繪的