用于检测工业制造环境中对象的可能碰撞的方法和系统与流程

本公开内容总体上涉及计算机辅助设计、可视化和制造(“cad”)系统、产品生命周期管理(“plm”)系统、产品数据管理(“pdm”)系统以及管理产品和其他项的数据的类似系统(统称为“产品数据管理”系统或pdm系统)。更具体地，本公开内容涉及用于检测工业制造环境中可移动对象的可能碰撞的工业制造环境的实现。

背景技术：

1、在工业制造环境中，需要适当地协调生产步骤的执行，这些生产步骤通常由大量的生产资源、机器人、材料、人员、输送机等贡献。通常，大量的生产步骤是通过机器人的适当操作和/或机器人和人类的适当合作自动执行的。为此目的，生产控制器和/或资源控制器会收到一组相关的对象控制信息，例如机器人移动的控制数据等。

2、在制造设施的机器人单元中，经常需要每个物理工业机器人并行执行多个任务。单个机器人的这样的多个并行任务通常由一个单个主要机器人运动任务和几个次要机器人逻辑任务组成。如本文所使用的，术语“运动任务”表示主要机器人任务，其通常包括一组运动学操作和一组逻辑操作。如本文所使用的，术语“逻辑任务”表示次要机器人逻辑任务，其包括一组逻辑操作而没有运动学操作。

3、物理机器人通过在它们自己的机器人控制器的线程或进程上运行关于一组操作数(相关的对象控制数据)的对应的机器人程序来执行多个不同的机器人任务。这样的机器人程序的代码通常以机器人编程语言编写，所述机器人编程语言通常是特定机器人的供应商和型号的本地语言。这样的本地机器人语言的示例包括但不限于由机器人供应商(如库卡(kuka)、abb、发那科(fanuc))支持的本地机器人语言。替选地，用户可以使用car工具，如process 和能够使用户通过3d对象(定位等)和通用olp命令对机器人进行编程的其他工具。在下载时，该数据然后被转换为特定的控制器本地代码。

4、工业机器人的模拟软件应用应当优选地满足以下要求：能够模拟车间内由几个物理工业机器人执行的所有不同的多个任务。

5、这个要求对于实现生产优化和装备验证的虚拟试运行系统尤为重要。

6、为了并发模拟所有多个机器人任务，通常需要通用工业环境的模拟系统来并发执行所有生产操作，包括生产环境的所有多个机器人控制器的机器人程序。

7、由于当今的生产单元确实包括越来越多的机器人，因此以实时性能来模拟完整的机器人单元的能力变得至关重要。

8、通过反映涉及的物理机器人的所有机器人任务的执行并通过实现尽可能接近实时的虚拟时间来提供执行时间方面的高性能，机器人模拟被期望为尽可能真实。

9、实际上，例如，具有高性能的模拟执行时间对于实现与plc运行代码的同步以及对于防止plc代码因“超时”错误而退出很重要。

10、因此，需要对工业环境，特别是对机器人模拟应用的模拟，以通过以并发且高性能的方式执行多个主要机器人运动程序以及多组机器人逻辑程序，来真实地模拟工业环境的行为和多个机器人的多个机器人任务。

11、对于具有数十个机器人的复杂工业单元，每个机器人执行数十个任务，该要求意味着为数百个或更多个机器人程序运行高性能的机器人模拟，从而也使用户能够检测到生产资源(诸如机器人、输送机，以及可能与机器人在同一生产环境中交互行动的人类)之间的可能碰撞。

12、如今，通过在几个cpu中、计算机集群中或超级计算机上执行数百个并行机器人程序，可以实现模拟这样的复杂机器人单元的高性能。然而，当今的常见情况是工业机器人模拟大多在具有公共资源的计算机上执行，而不是在超级计算机上执行。

13、因此，对于具有多个机器人的单元，当今在公共计算机上的机器人模拟通常借助于以下一种或更多种手段来执行：

14、-仅执行机器人运动程序，同时忽略机器人逻辑程序；

15、-执行机器人运动程序，同时通过使用逻辑块重写机器人逻辑任务的逻辑程序本地代码来手动建模机器人逻辑任务；

16、-执行机器人运动程序，同时连接至能够执行机器人逻辑任务的外部虚拟机器人控制器(“vrc”)。

17、遗憾的是，当前在公共计算机上的机器人模拟技术存在缺点：即繁琐且需要变通、引入模拟错误以及/或者无法提供真实且高性能的模拟。

18、此外，出于多种原因，在车间物理执行制造操作之前，必须进行碰撞检测。通常情况下，工业机器人工厂都非常拥挤(这种情况多年来不断加剧)，因此必须进行可靠的验证，以证明在机器人执行生产任务期间没有发生任何碰撞，原因明显且公知，例如工人(人类)的风险、诸如机器人、工具等设备的风险、产品本身的风险、整体损坏、工厂/生产线停工、机器人重新编程的额外时间、监管规则等。

19、遗憾的是，工业机器人工厂的碰撞检测非常耗时。car工具(计算机辅助现实)面临的挑战是既要保持在模拟期间执行准确碰撞检测的能力，又要保持实时模拟性能。另外，碰撞检测是根据采样时间间隔进行的。这一例行程序几乎每个定义都有问题，因为用户必须明白碰撞事件当在两个时间间隔之间发生时可能会漏掉。

20、因此期望改进的技术。

技术实现思路

1、各种公开的实施方式包括用于检测工业制造环境中可移动对象的可能碰撞的方法、系统和计算机可读介质，包括以下步骤：

2、a)为每个可移动对象定义一组相关的对象控制信息，所述对象控制信息使得能够计算所述对象在给定时间间隔内的最大可能平移；

3、b)定义可能具有碰撞可能性的多对对象；

4、c)为所定义的对象对中的每个对象创建虚拟边界框，所述虚拟边界框响应于在给定时间间隔结束时的所计算的所述对象的最大可能平移提供一定体积；

5、d)在给定时间间隔之后根据该组相关的对象控制信息模拟对象的移动的模拟步骤中，确定分配给一对对象的对象的虚拟边界框是否发生交叠，以及

6、e)在发生交叠的情况下，为交叠中涉及的每个对象创建新的虚拟边界框，所述新的虚拟边界框响应于在所述给定时间间隔的部分时间间隔结束时的所计算的对象的最大可能平移提供一定体积；

7、f)在该部分间隔之后根据该组相关的对象控制信息模拟对象的移动的模拟步骤中，确定分配给一对对象的对象的新的虚拟边界框是否发生交叠，

8、g)在仍然发生交叠的情况下，进一步减少部分时间间隔并重复步骤e)和步骤f)，或者查看对象的真实移动以深入分析是否发生碰撞。

9、本发明的另外的优选实施方式在所附从属权利要求中给出。

10、前面已经相当广泛地概述了本公开内容的特征和技术优点，以便本领域技术人员可以更好地理解下面的详细描述。在下文中，将描述本公开内容的形成权利要求的主题的另外的特征和优点。本领域技术人员将理解的是，他们可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式作为修改或设计用于实现本公开内容的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还将认识到，这样的等同构造不会脱离本公开内容在其最广泛的形式上的精神和范围。

11、在进行下面的详细描述之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些词或短语的定义可能是有利的：术语“包括”和“包含”以及其派生词意味着包括但不限于；术语“或”是包含性的，意味着和/或；短语“与……相关联”和“与之相关联”及其派生词可以意味着包括、包括在……内、与……互连、包含、包含在……内、连接至或与……连接、耦合至或与……耦合、与……能够通信、与……合作、交错、并置、靠近、绑定至或与……绑定、具有、具有……的特性等；以及术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何装置、系统或其一部分，无论这样的装置是以硬件、固件、软件或是其中至少两种的一些组合来实现的。应当注意，无论是本地的或是远程的，与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的。本专利文件通篇提供了某些词和短语的定义，并且本领域普通技术人员将理解，这样的定义在许多(如果不是大多数)情况下适用于这样定义的词和短语的先前和将来的使用。虽然一些术语可以包括各种各样的实施方式，但是所附权利要求可以明确地将这些术语限制到具体实施方式。