[發明專利]具有3D顯示的機器人教學裝置

有效

• 申請號: 201210586301.8
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN103213125A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: K·W·克勞斯;B·O·尼德奎爾;G·格赫布;G·卡爾巴維;C·丁斯摩爾;S·M·德雷斯林斯基;C·斯特里比斯;H·D·麥吉;G·諾沃克
• 申請（專利權）人: 范努克機器人技術美國有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 殷瑞劍;李浩

相關申請的交叉引用

本申請要求于2011年11月4日提交的美國臨時專利申請序列號61/555,675的權益。

技術領域

本發明涉及在具有三維圖像的機器人教學裝置上顯示機器人和程序特定數據。

背景技術

現有技術中用于顯示機器人和程序特定數據的方法和裝置包括運行在個人計算機(PC)上的離線模擬軟件，以及對PC上的離線編程/模擬系統或其他非附接的編程裝置的使用。

目前，需要高性能的個人計算機將三維工作單元數據渲染為高質量的三維圖像。另外，每個顯示裝置都需要定制的編程代碼(例如，C編程語言)。因此，為使特定的裝置(例如，計算機)能夠顯示工作單元的三維圖像，該特定的裝置必須包含定制的軟件程序。

專利號為5,937,143的美國專利是使用機器人示教盒(pendant)來顯示機器人工具的圖像、工具坐標系統中的工具坐標和用戶或世界坐標系統中的教學點的示例。然而，這種示教盒旨在用2D格式在示教盒屏幕上顯示來自機器人程序的3D數據。美國公開申請2005/0285854和美國公開申請2007/0167702是需要工作站來產生實時3D圖像的系統的示例。專利號為6,167,328的美國專利和美國公開申請2009/0204257示出了用于為機器人產生教學路徑的簡單3D圖形顯示的示教盒。因而，現有技術的示教盒無法產生可以被操控的機器人工作單元的高質量3D圖像。

一般地，需要機器人的操作者訪問專門的計算機才能看得見用于約束機器人的操作或行進的不可見參數的位置，例如安全區和干擾區域。因此，工作單元的三維圖像不容易被機器人的操作者的手得到。

現有技術還需要程序員/操作者了解深奧的數學概念，例如，特定角度如何與機器人加工角度的角度和三維空間中的其它元件有關。對于一個物理位置，操作者可以看到物理機，并根據該物理位置對點進行編程。然而，還有更多操作者無法利用現有技術的裝置看到的虛擬的特定關系。在沒有三維模型的情況下，例如安全墻、機器人外殼、機器人在其中重疊針對特定操作的操作區的區域那樣的元件就難以進行可視化。為了使描述這些元件的文本與物理世界相關聯，操作者就必須非常熟練。

現有技術中操作機器人需要了解操作按鈕如何映射到物理世界的熟練的操作者。操作者通常需要從心理上看到作為對使用特定按鍵的響應而產生的結果。然而，即使熟練的操作者偶爾也會使用不合希望的按鍵，這會對機器人和周邊設備產生損害。對于具體應用(例如弧焊)而言，操作者必須熟悉具體術語，例如導線和滯后角，而這些從傳統上提供的文本信息中并不是顯而易見的。

現有技術具有以下缺陷：

1、機器人的模擬并不直接與機器人的執行相連。

2、由于特征是基于來自CAD-CAM環境的建立的模擬和觀念，所以特征受到了限制。

3、可以被操縱的高質量三維(3D)圖像無法在與機器人相關的手持示教盒上獲得；這種圖像通常需要較大的顯示器和PC或其他高級的計算裝置來操作。

發明內容

根據本發明并且與其相一致地，用于在機器人環境中顯示三維圖形數據的三維表示的系統和方法克服了現有技術的缺陷，如下所述。

根據本發明，機器人和程序特定數據的顯示直接與機器人的執行相連；并非模擬地，而是向機器人的執行反映真實的機器人數據、更新或渲染后的實際時間。在手持裝置上提供以圖形方式顯示特定于機器人和機器人程序的執行的信息的新特征。可以獲得將圖形特征系于機器人程序的執行的新的導航特征。提供用于將過程信息系于機器人和機器人路徑執行的圖形表示的新圖形特征。將來自離線模擬系統的工作單元信息準備成用于在機器人示教盒上顯示的圖形信息的新方法是可得到的。

根據本發明的用于顯示三維工作單元數據的方法包括以下步驟：從數據源提供表示工作單元中的機器和相關組件的模型的3D工作單元數據；提供手持顯示裝置，并將該顯示裝置置為與數據源進行數據通信；將所述工作單元數據從數據源傳送到顯示裝置；在顯示裝置上產生工作單元數據的3D視覺表示；以及操作所述顯示裝置以便操控該視覺表示。

根據本發明的用于與機器人控制器進行通信的手持示教盒包括：顯示器，具有高到足以示出3D圖形圖像的分辨率；輸入/輸出端口，用于從數據源接收表示工作單元中的機器和相關組件的模型的3D工作單元數據；數據存儲裝置，用于存儲3D工作單元數據和示教盒操作程序；以及連接到顯示器、輸入/輸出端口和數據存儲裝置的處理器，用于運行操作程序以便在顯示器上產生工作單元數據的3D視覺表示，并響應于用戶輸入來操控該視覺表示。