專利名稱：具有3d顯示的機(jī)器人教學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在具有三維圖像的機(jī)器人教學(xué)裝置上顯示機(jī)器人和程序特定數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中用于顯示機(jī)器人和程序特定數(shù)據(jù)的方法和裝置包括運(yùn)行在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)上的離線模擬軟件，以及對(duì)PC上的離線編程/模擬系統(tǒng)或其他非附接的編程裝置的使用。目前，需要高性能的個(gè)人計(jì)算機(jī)將三維工作單元數(shù)據(jù)渲染為高質(zhì)量的三維圖像。另外，每個(gè)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(jì)算機(jī))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(hào)為5，937，143的美國專利是使用機(jī)器人示教盒(pendant)來顯示機(jī)器人工具的圖像、工具坐標(biāo)系統(tǒng)中的工具坐標(biāo)和用戶或世界坐標(biāo)系統(tǒng)中的教學(xué)點(diǎn)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(jī)器人程序的3D數(shù)據(jù)。美國公開申請(qǐng)2005/0285854和美國公開申請(qǐng)2007/0167702是需要工作站來產(chǎn)生實(shí)時(shí)3D圖像的系統(tǒng)的示例。專利號(hào)為6，167, 328的美國專利和美國公開申請(qǐng)2009/0204257示出了用于為機(jī)器人產(chǎn)生教學(xué)路徑的簡(jiǎn)單3D圖形顯示的示教盒。因而，現(xiàn)有技術(shù)的示教盒無法產(chǎn)生可以被操控的機(jī)器人工作單元的高質(zhì)量3D圖像。一般地，需要機(jī)器人的操作者訪問專門的計(jì)算機(jī)才能看得見用于約束機(jī)器人的操作或行進(jìn)的不可見參數(shù)的位置，例如安全區(qū)和干擾區(qū)域。因此，工作單元的三維圖像不容易被機(jī)器人的操作者的手得到。現(xiàn)有技術(shù)還需要程序員/操作者了解深?yuàn)W的數(shù)學(xué)概念，例如，特定角度如何與機(jī)器人加工角度的角度和三維空間中的其它元件有關(guān)。對(duì)于一個(gè)物理位置，操作者可以看到物理機(jī)，并根據(jù)該物理位置對(duì)點(diǎn)進(jìn)行編程。然而，還有更多操作者無法利用現(xiàn)有技術(shù)的裝置看到的虛擬的特定關(guān)系。在沒有三維模型的情況下，例如安全墻、機(jī)器人外殼、機(jī)器人在其中重疊針對(duì)特定操作的操作區(qū)的區(qū)域那樣的元件就難以進(jìn)行可視化。為了使描述這些元件的文本與物理世界相關(guān)聯(lián)，操作者就必須非常熟練?，F(xiàn)有技術(shù)中操作機(jī)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(duì)使用特定按鍵的響應(yīng)而產(chǎn)生的結(jié)果。然而，即使熟練的操作者偶爾也會(huì)使用不合希望的按鍵，這會(huì)對(duì)機(jī)器人和周邊設(shè)備產(chǎn)生損害。對(duì)于具體應(yīng)用(例如弧焊)而言，操作者必須熟悉具體術(shù)語，例如導(dǎo)線和滯后角，而這些從傳統(tǒng)上提供的文本信息中并不是顯而易見的。現(xiàn)有技術(shù)具有以下缺陷:
1、機(jī)器人的模擬并不直接與機(jī)器人的執(zhí)行相連。2、由于特征是基于來自CAD-CAM環(huán)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(zhì)量三維(3D)圖像無法在與機(jī)器人相關(guān)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(jí)的計(jì)算裝置來操作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明并且與其相一致地，用于在機(jī)器人環(huán)境中顯示三維圖形數(shù)據(jù)的三維表示的系統(tǒng)和方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，如下所述。根據(jù)本發(fā)明，機(jī)器人和程序特定數(shù)據(jù)的顯示直接與機(jī)器人的執(zhí)行相連；并非模擬地，而是向機(jī)器人的執(zhí)行反映真實(shí)的機(jī)器人數(shù)據(jù)、更新或渲染后的實(shí)際時(shí)間。在手持裝置上提供以圖形方式顯示特定于機(jī)器人和機(jī)器人程序的執(zhí)行的信息的新特征?？梢垣@得將圖形特征系于機(jī)器人程序的執(zhí)行的新的導(dǎo)航特征。提供用于將過程信息系于機(jī)器人和機(jī)器人路徑執(zhí)行的圖形表示的新圖形特征。將來自離線模擬系統(tǒng)的工作單元信息準(zhǔn)備成用于在機(jī)器人示教盒上顯示的圖形信息的新方法是可得到的。根據(jù)本發(fā)明的用于顯示三維工作單元數(shù)據(jù)的方法包括以下步驟:從數(shù)據(jù)源提供表示工作單元中的機(jī)器和相關(guān)組件的模型的3D工作單元數(shù)據(jù)；提供手持顯示裝置，并將該顯示裝置置為與數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；將所述工作單元數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源傳送到顯示裝置；在顯示裝置上產(chǎn)生工作單元數(shù)據(jù)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(jù)本發(fā)明的用于與機(jī)器人控制器進(jìn)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(shù)據(jù)源接收表示工作單元中的機(jī)器和相關(guān)組件的模型的3D工作單元數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)3D工作單元數(shù)據(jù)和示教盒操作程序；以及連接到顯示器、輸入/輸出端口和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的處理器，用于運(yùn)行操作程序以便在顯示器上產(chǎn)生工作單元數(shù)據(jù)的3D視覺表示，并響應(yīng)于用戶輸入來操控該視覺表不。


根據(jù)依據(jù)附圖考慮時(shí)的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的以上和其他優(yōu)勢(shì)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得容易顯而易見，在附圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人示教盒與機(jī)器人控制器進(jìn)行通信的兩個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖2是由圖1所示的示教盒產(chǎn)生的3D圖像的示意表示；圖3是根據(jù)本發(fā)明所述的方法的流程圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于顯示3D工作單元數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式在此通過參考結(jié)合2011年11月4日提交的序列號(hào)為61/555，675的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)，并且在下文中將其標(biāo)記為“臨時(shí)申請(qǐng)’ 675”。以下詳細(xì)描述和附圖描述并舉例說明了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。該說明和附圖使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造并使用本發(fā)明，并且不打算以任何方式來限制發(fā)明的范圍。對(duì)于公開的方法而言，所給出的步驟實(shí)質(zhì)上是示例性的，并且因而，步驟次序不是必要或關(guān)鍵的。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人示教盒10，其經(jīng)由提供以太局域網(wǎng)連接的電纜14與機(jī)器人控制器12通信。以太網(wǎng)連接可以是例如支持IOOMbps的數(shù)據(jù)傳輸速率的IOOBase-X (或快速以太網(wǎng))。另一種可代替版本的機(jī)器人示教盒IOa經(jīng)由WIFI無線傳輸與控制器12通信。然而，任何適當(dāng)?shù)母咚俳涌诙伎梢杂脕碓谑窘毯信c控制器之間交換數(shù)據(jù)?；ヂ?lián)網(wǎng)-準(zhǔn)備好的示教盒單元允許用戶瀏覽在互聯(lián)網(wǎng)/內(nèi)聯(lián)網(wǎng)上可獲得的信息。用戶還可以定制顯示在示教盒單元上的機(jī)器人信息。示教盒10和IOa中的每一個(gè)都具有顯示器16。該顯示器16能夠至少向用戶示出簡(jiǎn)單的陰影3D圖形，并包括觸摸屏功能。例如，顯示器16的分辨率可以是600X800。如圖所示，可以從顯示器16產(chǎn)生根據(jù)示教盒10或IOa要被控制的機(jī)器人的全屏3D圖像20。可以產(chǎn)生的另一圖像22具有第一區(qū)22a，其示出從攝像機(jī)接收的四個(gè)實(shí)況視頻圖像，該攝像機(jī)用于查看附在機(jī)器人上的工具和/或正由機(jī)器人處理的部件。圖像22包括第二區(qū)22b，其沿著顯示器16的右側(cè)垂直延伸，用于示出視覺工具和視覺處理信息。圖像22還包括第三區(qū)22c，其在第一區(qū)22a的下方水平延伸，用于示出表示攝像機(jī)查看結(jié)果的數(shù)據(jù)。圖像20代表示教盒10和IOa產(chǎn)生簡(jiǎn)單的陰影3D圖形圖像的能力。圖像22代表示教盒10和IOa產(chǎn)生復(fù)雜頁面的能力，該頁面包括視覺圖像，尤其是實(shí)況視頻，以及大量關(guān)于相關(guān)機(jī)器人的操作的信息。因而，示教盒10和IOa消除了使用PC進(jìn)行機(jī)器人設(shè)置的需要。示教盒10和IOa提供3D界面供運(yùn)行在控制器12上的應(yīng)用使用?？刂破魃系墓δ苷{(diào)用示教盒上更高級(jí)的功能來顯示“原始物(primitive)”。這些是更高級(jí)的幾何圖形，比如球體和盒體。示教盒10和IOa支持的另一種非常重要的功能是加載圖形文件的能力。示教盒操作系統(tǒng)提供用于加載這些文件的機(jī)制。這允許應(yīng)用改變例如每個(gè)命名元件的位置、顏色或可視性。該系統(tǒng)將應(yīng)用所定義的形狀存儲(chǔ)在3D世界數(shù)據(jù)庫內(nèi)。該數(shù)據(jù)庫用來提供對(duì)繪制和定位所有定義的元件的訪問。該系統(tǒng)提供一種從不同觀察點(diǎn)查看3D數(shù)據(jù)庫的裝置。它還提供了一種使對(duì)象可見或不依賴于視圖的裝置。例如，在雙模式中，用戶可以從左窗口查看PROGA(程序A)，并且從右窗口查看PROGB (程序B)。這兩種程序都位于單個(gè)數(shù)據(jù)庫內(nèi)，但是在每個(gè)窗口中只能看到一個(gè)程序。圖2示出由示教盒10和IOa在顯示器16上產(chǎn)生的圖像24。圖像24具有全寬中央?yún)^(qū)24a，用于示出機(jī)器人26的3D表示，該機(jī)器人26通過圖1的控制器12連接到示教盒。圖像24具有多個(gè)軟按鍵24c，其沿著底部邊緣定位并且通過示教盒的觸摸屏功能而被啟動(dòng)。例如，示出了軟按鍵[場(chǎng)景]、選擇、縮放、全景拍攝和旋轉(zhuǎn)軟按鍵。機(jī)器人26包括可以圍繞六個(gè)軸Jl到J6旋轉(zhuǎn)的臂28。作為對(duì)這種任務(wù)的幫助，例如訓(xùn)練、診斷、設(shè)置和編輯，示教盒10和IOa分別產(chǎn)生該臂28圍繞軸Jl到J6運(yùn)動(dòng)的表示30a到30f。表示30a到30f中的每一個(gè)都描繪了機(jī)器人26的相關(guān)部件在對(duì)于相關(guān)軸旋轉(zhuǎn)來說橫向的平面中的移動(dòng)，而且可以包含用于指示移動(dòng)方向的箭頭。3D場(chǎng)景包括觀察點(diǎn)和一組可見項(xiàng)。在三個(gè)不同層級(jí)建立場(chǎng)景:
1、預(yù)先設(shè)置的場(chǎng)景具有項(xiàng)的邏輯組合；2、由應(yīng)用來創(chuàng)建應(yīng)用場(chǎng)景。例如，采集應(yīng)用可能會(huì)顯示附近的機(jī)器人或依賴于場(chǎng)景的整個(gè)單元；3、用戶可以在建立可見性和觀察點(diǎn)之后記錄場(chǎng)景，并且然后為此場(chǎng)景附名。一般地，用戶將根據(jù)他/她在場(chǎng)景中的工作調(diào)整視圖。這種視圖與場(chǎng)景相關(guān)，并將被用在每當(dāng)該場(chǎng)景被顯示的情況下。所以，即使用戶沒有從不同的視圖“記錄”場(chǎng)景，經(jīng)過調(diào)整的視圖也總是被使用，而且此視圖利用場(chǎng)景被存儲(chǔ)。場(chǎng)景菜單可以是提示框，它包含用來記錄、默認(rèn)和刪除場(chǎng)景的選項(xiàng)?？梢酝ㄟ^啟動(dòng)圖2所示的軟按鍵[場(chǎng)景]24b來顯示場(chǎng)景菜單。作為提示框的替換方案，用戶能夠基于顯示的3D圖形的縮略圖來選擇場(chǎng)景。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供了一種在手持機(jī)器人示教盒上顯示三維工作單元數(shù)據(jù)的表示的裝置。因此，示教盒的任何用戶都可以使用三維工作單元數(shù)據(jù)。因此，用戶可以訪問可靠的三維顯示器，作為對(duì)教導(dǎo)和維護(hù)機(jī)器人的幫助。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供了如下所述的各種特征和優(yōu)點(diǎn)。正如在第14段和臨時(shí)申請(qǐng)’675的相關(guān)顯示圖像中所闡述的，示教盒10和IOa示出TCP (工具中心點(diǎn))跟蹤作為機(jī)器人通過3D中的程序的路徑。正如在第15段和臨時(shí)申請(qǐng)’675的相關(guān)顯示圖像中所闡述的，示教盒10和IOa示出了位置登記可視化，用于基于軟件內(nèi)機(jī)器人位置的程序或非程序表示值來示出機(jī)器人位置。正如在第16段和臨時(shí)申請(qǐng)’675的相關(guān)顯示圖像中所闡述的，示教盒10和IOa以圖形方式示出了在利用示教盒或其他用戶接口裝置的操作鍵移動(dòng)機(jī)器人時(shí)，該機(jī)器人將采取的方向的操作可視化顯示。這種圖像對(duì)應(yīng)于上述圖像24。正如在第17段和臨時(shí)申請(qǐng)’675的相關(guān)顯示圖像中所闡述的，示教盒10和IOa示出了報(bào)警可視化顯示，用來以圖形方式示出機(jī)器人相對(duì)于空間內(nèi)該機(jī)器人的位置的操作中的事件的發(fā)生。正如在第18段和臨時(shí)申請(qǐng)’ 675的相關(guān)顯示圖像中所闡述的，示教盒10和IOa示出了機(jī)器人在駐留在控制器12上的程序的至少一部分的整個(gè)執(zhí)行過程中總共占用的空間的干擾可視化圖像?？偣驳目臻g由在駐留在控制器上的所有程序的整個(gè)執(zhí)行過程中所占用的空間來確定。顯示的方法包括多個(gè)機(jī)器人的可視化。對(duì)總共占用的空間的交集(intersection)提供可視化。顏色和透明度被用來區(qū)分各種可視化元件?？臻g的可視化包括表示允許機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的邊界的面。該邊界允許多個(gè)機(jī)器人中的僅一個(gè)機(jī)器人進(jìn)入。顏色和透明度被用來識(shí)別允許進(jìn)入的機(jī)器人。正如在第19段和臨時(shí)申請(qǐng)’675的相關(guān)顯示圖像中所闡述的，示教盒10和IOa示出了焊接工藝可視化圖像，其以圖形的方式示出過程數(shù)據(jù)，并使該過程數(shù)據(jù)與機(jī)器人的圖形表示相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置選擇有關(guān)機(jī)器人的圖形表示的數(shù)據(jù)，并使其與數(shù)據(jù)的圖形表示相關(guān)聯(lián)。該方法和裝置還選擇有關(guān)數(shù)據(jù)的圖形表示的數(shù)據(jù)，并使其與機(jī)器人的圖形表示相關(guān)聯(lián)。正如在第20段和臨時(shí)申請(qǐng)’675的相關(guān)顯示圖像中所闡述的，示教盒10和IOa在TCP跟蹤上示出過程條件的圖形顯示。根據(jù)本發(fā)明的方法繪制過程信息連同機(jī)器人程序的TCP跟蹤。
正如在第21段和臨時(shí)申請(qǐng)’675的相關(guān)顯示圖像中所闡述的，示教盒10和IOa示出了過程邊界可視化圖像。根據(jù)本發(fā)明的方法以圖形方式顯示了不可見的區(qū)域，該不可見的區(qū)域與機(jī)器人操作過程中用于制約或限制機(jī)器人行進(jìn)的區(qū)域和/或視覺系統(tǒng)隊(duì)列處理邊界的參數(shù)相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置使用視覺攝像機(jī)視圖和實(shí)況攝像機(jī)數(shù)據(jù)連同3D世界。該方法示出了 3D工作單元模型中攝像機(jī)的觀察點(diǎn)，以及對(duì)來自實(shí)況或之前獲取的攝像機(jī)信息的圖像的顯示。見圖1的第一區(qū)22a。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置將圖形表示中的特征系于整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的菜單。例如，在焊接應(yīng)用中，當(dāng)用戶選擇了焊槍(torch)時(shí)，示教盒就將用戶帶到電弧設(shè)置頁面。該方法使用機(jī)器人/機(jī)器人單元的圖形表示內(nèi)的特征將該顯示改變到機(jī)器人示教盒10和IOa上的菜單或選擇頁面。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置將3D位置數(shù)據(jù)調(diào)整成過程數(shù)據(jù)和機(jī)器人程序信息的圖表，以便進(jìn)行離線重放，或在另一個(gè)機(jī)器人上重放。該方法包括將機(jī)器人位置的3D表示系于第二(secondary)信息圖。該方法收集一系列機(jī)器人位置和第二信息，并在不教盒10和IOa的顯示器16上或在第二顯示裝置上重新播放該信息的進(jìn)展(progression)。示教盒10和IOa提供“接觸并保持”或“雙擊”來替換功能操作。用戶接觸所顯示的指令以產(chǎn)生處理設(shè)備的圖片或模型，從而示出在哪里設(shè)置該值以及它在該過程內(nèi)與什么相關(guān)。該方法還提供選擇替換的功能，這是通過在示教盒的顯示器上按壓并保持在感興趣的3D項(xiàng)上或雙擊感興趣的項(xiàng)來完成的。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置使用圖形方法來以可視化方式選擇存儲(chǔ)在機(jī)器人控制器12或連接的存儲(chǔ)裝置內(nèi)的程序，并預(yù)覽機(jī)器人的節(jié)點(diǎn)圖，從而允許容易地從圖形環(huán)境中進(jìn)行選擇。該方法示出了機(jī)器人程序內(nèi)所包含的位置的圖形表示，以便幫助對(duì)機(jī)器人執(zhí)行的程序進(jìn)行選擇。示教盒10和IOa提供了用于在3D圖形環(huán)境中構(gòu)建和使用離線機(jī)器人模擬單元信息的離線圖形開發(fā)。該方法構(gòu)建圖形單元信息，以便顯示在示教盒10和IOa上，并用于向機(jī)器人傳送此數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供了用于在示教盒10和IOa上對(duì)3D世界內(nèi)的項(xiàng)進(jìn)行建模的能力。該方法構(gòu)建單元組件以便在圖形表示結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行顯示。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供模擬單元的圖形模型和將可視化系于物理項(xiàng)(例如，i/o點(diǎn))的能力。該方法示出系于實(shí)際事件的在示教盒10和IOa或其他顯示裝置上所顯示的圖形表示內(nèi)進(jìn)行變化的事件。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供離線構(gòu)建系于機(jī)器人程序的操作的機(jī)器的能力(I/O點(diǎn)改變建模的組件的視圖)。該方法可以在不同于機(jī)器人的裝置上開發(fā)圖形表示。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供通過示教盒上的建模環(huán)境示出系于單元的實(shí)際操作和離線或在線設(shè)置的部件的進(jìn)展以便與物理單元進(jìn)行匹配的能力。該方法在示教盒10和IOa上示出系于機(jī)器人內(nèi)移動(dòng)或變化的圖形表示的元件的移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供了示出系于機(jī)器人上的物理過程的過程操作的能力(例如，當(dāng)機(jī)器人在焊接時(shí)，示出電弧火花)。該方法選擇3D元件,并指示或顯示對(duì)應(yīng)的2D項(xiàng)，例如文本項(xiàng)。
正如在第33段和臨時(shí)申請(qǐng)’675的相關(guān)顯示圖像中所闡述的，示教盒10和IOa示出了節(jié)點(diǎn)圖。該方法產(chǎn)生機(jī)器人的編程或?qū)嶋H路徑或機(jī)器人的示教盒上的機(jī)器人程序的圖形表示。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供選擇例如文本項(xiàng)那樣的2D項(xiàng)以及在示教盒10和IOa上指示或顯示對(duì)應(yīng)的3D元件的能力。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供了選擇和操控用戶觀察點(diǎn)或3D渲染的能力。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供了在半透明窗口中顯示菜單或例如程序的其他機(jī)器人文本數(shù)據(jù)的能力，該半透明窗口具有在下面可見的3D元件。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供了當(dāng)3D渲染提供文本的背景時(shí)提供經(jīng)由任何一種輸入裝置操控文本的透明度從不可見到不透明的能力。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供從3D渲染上重疊的半透明子圖形中選擇菜單動(dòng)作以在3D圖像上提供2D菜單重疊的能力。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供了選擇一組3D元件并指示或顯示對(duì)應(yīng)的2D項(xiàng)(諸如程序點(diǎn))的能力。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供了選擇一組2D項(xiàng)(例如程序點(diǎn))并指示或顯示對(duì)應(yīng)的3D元件的能力。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供了同時(shí)在教學(xué)裝置上顯示3D世界的多個(gè)視圖的能力。這可以是分屏或畫中畫。正如在第42段和臨時(shí)申請(qǐng)’675的相關(guān)顯示圖像中所闡述的，示教盒10和IOa提供了在TCP跟蹤上示出與機(jī)器人有關(guān)的數(shù)據(jù)的圖形顯示的能力。根據(jù)本發(fā)明的方法繪制了與機(jī)器人有關(guān)的數(shù)據(jù)，例如速度和加速度信息，連同機(jī)器人程序的TCP跟蹤。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置提供了向用戶的每一只眼睛呈現(xiàn)不同的圖像或向每一只眼睛呈現(xiàn)相同的圖像的能力。針對(duì)“真正的”3D視圖(就像3D電影)該方法向每一只眼睛呈現(xiàn)不同的圖像。當(dāng)該方法向兩只眼睛呈現(xiàn)相同的圖像時(shí)，它是3D渲染，就像在傳統(tǒng)CAD/CAM圖像中那樣。根據(jù)本發(fā)明的用于顯示三維工作單元數(shù)據(jù)的方法(例如，對(duì)工作單元數(shù)據(jù)的3D渲染)包括提供工作單元數(shù)據(jù)的步驟。如圖3的流程圖所示，在第一步驟40中，使得能夠利用通信協(xié)議將機(jī)器(例如機(jī)器人)和相關(guān)組件的模型從機(jī)器人控制器下載到手持顯示裝置(示教盒10和IOa)。在第二步驟42中，提供顯示裝置，并將該顯示裝置置為與工作單元數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在第三步驟44中，向顯示裝置傳送工作單元數(shù)據(jù)。在第四步驟46中，顯示裝置呈現(xiàn)工作單元數(shù)據(jù)的視覺表示(即，視覺輸出)。作為一個(gè)非限制性示例，顯示裝置允許用戶通過使用操控裝置(例如，按壓移動(dòng)鍵)來以圖形方式預(yù)覽機(jī)器的移動(dòng)，其中，顯示裝置在實(shí)際移動(dòng)該機(jī)構(gòu)之前，以圖形方式顯示該移動(dòng)。作為另一個(gè)非限制性示例，可以配置呈現(xiàn)在顯示裝置上呈現(xiàn)的視覺輸出，以便在執(zhí)行移動(dòng)之前，指示碰撞對(duì)象(例如，安全墻)，并保護(hù)物理機(jī)器人不與碰撞對(duì)象進(jìn)行碰撞。在第五步驟48中，操控由顯示裝置呈現(xiàn)的視覺輸出。在特定實(shí)施例中，用戶可以單獨(dú)地選擇視覺點(diǎn)，或作為一組地進(jìn)行選擇，其中，該視覺點(diǎn)可以與經(jīng)過編程的序列相關(guān)聯(lián)。作為非限制性實(shí)例，用戶可以在三維空間中移動(dòng)和配置視覺點(diǎn)。作為另一個(gè)非限制性實(shí)例，用戶可以旋轉(zhuǎn)、縮放、傾斜和全景拍攝特定的視圖。應(yīng)理解，用戶可以通過基礎(chǔ)軟件，以任何可用的方式來操控視覺輸出。可以通過顯示裝置的硬按鍵來提供對(duì)圖形功能的快速訪問。例如，可以通過“移位(shift) ”功能提供對(duì)許多圖形功能的訪問。當(dāng)此繪圖鍵與為相關(guān)文本功能提供的硬按鍵一起按下時(shí)，立即可以看到適當(dāng)?shù)膱D形顯示。而且還可以在該顯示器上產(chǎn)生軟按鍵。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于顯示3D工作單元數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的示意性框圖。示教盒10 (以及示教盒IOa)包括至少一個(gè)I/O端口 50，其與控制器12或三維工作單元數(shù)據(jù)的任何其他源進(jìn)行通信。輸入/輸出端口 50連接到處理器52，該處理器52運(yùn)行軟件操作程序以便提供示教盒的上述功能。處理器52連接到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置54，并存儲(chǔ)操作程序和接收到的工作單元數(shù)據(jù)。處理器52連接到顯示器16，以便產(chǎn)生3D圖像和相關(guān)信息的可視化，并接收來自圖2中示出的軟按鍵24b的信號(hào)。根據(jù)專利狀態(tài)的提供，已經(jīng)以被認(rèn)為是呈現(xiàn)其優(yōu)選實(shí)施例的方式描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)注意本發(fā)明可以在不脫離其精神或范圍的情況下進(jìn)行實(shí)踐，除了特別說明和描述之外。
權(quán)利要求
1.一種用于顯示三維工作單元數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟: 從數(shù)據(jù)源提供3D工作單元數(shù)據(jù)，所述3D工作單元數(shù)據(jù)表示工作單元中的機(jī)器和相關(guān)組件的模型； 提供手持顯示裝置，并將所述顯示裝置置于與所述數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)通信； 將來自所述數(shù)據(jù)源的工作單元數(shù)據(jù)傳送到所述顯示裝置； 在所述顯示裝置上產(chǎn)生工作單元數(shù)據(jù)的3D視覺表示； 操作所述顯示裝置來操控所述視覺表示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述機(jī)器是機(jī)器人，并包括基于軟件程序內(nèi)用于控制機(jī)器人的機(jī)器人位置的程序或非程序表示的值來顯示所述機(jī)器人位置的視覺表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述顯示裝置包括操作鍵，并包括顯示在機(jī)器人響應(yīng)于操作鍵的啟動(dòng)而移動(dòng)的情況下機(jī)器人將采用的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述視覺表示包括機(jī)器人在軟件程序的至少一部分的整個(gè)執(zhí)行過程中總共占用的空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括繪制過程信息連同軟件程序的TCP跟蹤。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括存儲(chǔ)來自一系列機(jī)器人位置和相關(guān)的第二信息的數(shù)據(jù)，并重新播放作為視覺表示的相關(guān)的第二信息和機(jī)器人位置的進(jìn)展。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括對(duì)于工作單元中的至少另一個(gè)機(jī)器執(zhí)行所述步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中每一個(gè)機(jī)器的視覺表示包括由機(jī)器在控制所述機(jī)器的移動(dòng)的軟件程序的至少一部分的整個(gè)執(zhí)行過程中總共占用的空間，并包括總共的空間的任何交集的視覺表示。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括使用顏色和透明度來區(qū)分視覺表示中的各種元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在視覺表示中提供與機(jī)器的操作相關(guān)的過程數(shù)據(jù)，并使所述過程數(shù)據(jù)與所述機(jī)器相關(guān)聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在視覺表示中結(jié)合不被所述手持顯示裝置的用戶可見的用于約束或限制所述機(jī)器在所述機(jī)器的操作期間的行進(jìn)的區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在視覺表示中結(jié)合來自工作單元中的攝像機(jī)的觀察點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在視覺表示中示出機(jī)器的元件的移動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括選擇3D元件的視覺顯示，并自動(dòng)地在顯示裝置上指示或顯示對(duì)應(yīng)的2D項(xiàng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括改變視覺表示以提供不同的用戶觀察點(diǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括操作所述顯示裝置以在半透明窗口中顯示菜單和機(jī)器人文本數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)，所述半透明窗口具有在下面可見的3D元件，并將所述透明度操控為從不可見到不透明。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的方法，包括在視覺表示中顯示多個(gè)3D視圖作為分屏或畫中畫。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括為用戶的每一只眼睛呈現(xiàn)視覺表示作為分離的圖像，其中分離的圖像在3D電影效果中是不同的或是相同的。
19.一種與機(jī)器人控制器進(jìn)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(shù)據(jù)源接收3D工作單元數(shù)據(jù)，其表示工作單元中的機(jī)器和相關(guān)組件的模型； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)3D工作單元數(shù)據(jù)和示教盒操作程序；以及連接到所述顯示器、輸入/輸出端口和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的處理器，用于運(yùn)行操作程序以便在顯示器上產(chǎn)生3D工作單元數(shù)據(jù)的3D視覺表示，并響應(yīng)于用戶輸入來操控所述視覺表/Jn ο
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的示教盒，其中所述數(shù)據(jù)源是機(jī)器人控制器，所述3D工作單元數(shù)據(jù)與所述控制器正運(yùn)行的機(jī)器人操作程序相關(guān)聯(lián)，并且所述視覺表示包括機(jī)器人響應(yīng)于機(jī)器人操作程序中的指令而 進(jìn)行移動(dòng)的圖形圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有3D顯示的機(jī)器人教學(xué)裝置。一種用于顯示三維工作單元數(shù)據(jù)的方法和裝置，包括提供有3D工作單元數(shù)據(jù)的手持示教盒，所述3D工作單元數(shù)據(jù)表示工作單元中的機(jī)器和相關(guān)組件的模型。該手持示教盒具有顯示器，其用于產(chǎn)生工作單元數(shù)據(jù)的3D視覺表示。用戶可以操作示教盒來操控視覺表示以便改變用戶觀察點(diǎn)，并利用相關(guān)的過程信息來示出機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B25J9/16GK103213125SQ20121058630
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者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(qǐng)人:范努克機(jī)器人技術(shù)美國有限公司