本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种用于确定在空间中将至少一个起始点连接到至少一个结束点的路径的至少一部分的方法，用于至少一个可移动部件通过机器上的空间从起始点到结束点的至少一个自动导航(例如以移除、转移和/或沉积模塑制品)，该机器特别是用于加工塑料和其他可塑化材料的注塑机、或者3d打印机，涉及根据权利要求10的前序部分的一种机器控件，并且涉及根据权利要求11的前序部分的一种计算机程序产品。为了解释本发明，首先将一些术语定义如下。在本技术的上下文中，“轴”应当理解为意指例如机器、系统、系统部分和/或外围装置的可移动零件，该可移动零件例如能够通过驱动(例如马达)来致动。以注塑机为例，轴将是例如主轴系统的主轴。在本技术的上下文中，“机器”应当理解为意指机器运行在结构上所需的至少所有零件，诸如在注塑机上的合模单元(注塑模具容纳在其中)、注塑成型单元、机器基部和相关联的驱动。至少其中机器或其零件可能与可移动部件(例如外围装置)发生碰撞的空间的区域与自动导航有关。这里具体的情况例如是在合模单元的开模承载件之间的模具夹紧空间中移动的带夹具的机器人臂。机器人臂和/或夹具能够执行各种移动，诸如倾斜、回旋和旋转动移动。这些移动可以改变机器人臂和/或夹具的矢量。机器能够具有至少一个机器零件，诸如工具、模腔、模塑制品、浇口、移动压板、固定压板和/或注射单元。此外，机器能够具有其他的机器零件和/或部件。这些机器零件也能够移动，并且优选地，也能够使用所提出的方法在空间中对这些机器零件进行自动导航。优选地，然后能够沿使用算法计算出的路径对机器零件进行自动导航，使得不与其他机器零件、可移动部件和/或机器发生碰撞。下文中提到机器时，其始终是指机器，并且在适用情况下，指机器的机器零件。在本技术的上下文中，“可移动部件”应当理解为能相对于机器移动的元件，诸如外围装置。其可以是外围装置的以及机器的机器人臂、夹具、机器人、顶出器或其他可移动部件，其在空间中移动，使得将避免与机器发生碰撞，特别是如果机器和/或机器零件也移动的话。
背景技术：
1、如今，注塑成型过程中的许多或所有工序都是自动化的。不仅注塑机的完全控制通常是完全自动化的(诸如模具压板的闭合、压力的施加和模具压板的打开)，而且模塑制品的移除、传送和/或沉积也是完全自动化的，例如通过机器人。机器空间和/或工具空间中通常存在若干个轴，例如外围装置(例如机器人或机器人夹具)的例如竖直轴，使得在注塑成型过程期间，例如当移除模塑制品时，轴可能彼此干扰或碰撞。为了获得有利地高效的生产率，所期望的是尽可能短的循环时间，该循环时间例如也由例如通过外围装置移除模塑制品的速度确定。
2、塑料加工机和其中例如能够交互地创建机器人序列的系统中的系统是已知的。例如，所谓的示教功能能够用于输入或“示教”序列位置(例如路径的点)，并且例如，因而自动地将序列位置输入到机器人序列控制器中(例如参见wo 2009/080296 a1)。
3、还已知这样的系统，其中，来自机器人和工具的包络几何信息在序列中被用以在端点和示教点处执行(例如机器人臂或机器人夹具的)与机器的准静态碰撞检查。
4、文献de 10 2012 103 830 a1公开了一种用于防止具有公共工作区域的一对机器人相互阻挡的方法。每个机器人由相关联的程序控制。在同时执行程序期间，机器人占据公共工作空间区域的一部分。识别其中公共工作区域的部分重叠的干扰区域。分析干扰区域，并且识别可能发生机器人的相互阻挡的位置。为了避免阻挡，在执行程序期间执行避免相互阻挡的至少一个条件的指令。
5、文献de 690 27 634t2公开了一种用于具有至少两个元件的多机器人装置的碰撞检测方法。对于碰撞检测，防碰撞问题被分为碰撞检测阶段和回避(规避机动)阶段。通过将3d碰撞检测问题进一步分为2d xy检测和1d高度比较，该问题能够被进一步简化。
6、为了确定时间高效的无碰撞路径，ep 1 672 449 a1提供了一种机器控件，该机器控件具有数据集，该数据集在每个离散坐标点处具有碰撞参数0或1，并且该机器控件用于离散工具模型和工件模型的每个组合。碰撞参数指示与对应的坐标点(即工件和工具的相对位置)相关联的星座是否导致工具和工件的碰撞或空间重叠。数据集形成查找表，该查找表能够用于检查给定路径或者用于逐步扩展或构建路径。
7、在wo 2009/024783 a1中，公开了一种用于确定部件与同该部件交互的装置之间的移动的计算机实现的方法。接收与部件和装置相关的几何数据，并且使用优化标准，使用该几何数据来确定装置和部件如何能够相对于彼此移动。在一个示例性实施方式中，加载物体(涡轮叶片)的模型，并选择该物体的表面，在该表面上生成多个点。然后，通过测量装置以路径优化的方式接近这些点。
8、us2017/0090454 a1公开了一种用于生成cnc机器的定位行程数据的方法。基于机器运动学、机器轴行程限制、机器轴速度和加速度限制以及机器定位方法，生成优化的定位路径，其中，确定用于将工具从第一配置重新定位到第二配置的多个可能的路径。
9、de 10 2004 027 944 a1公开了一种用于保护至少两个机器人免于碰撞的方法，在该方法中，对机器人的移动就可能的碰撞进行检查，并且将互锁自动地插入在移动序列中。
10、所描述的功能已经促进了机器人序列的编程并且有助于避免错误。然而，上面所描述的所有单个支持系统都具有问题，即它们不完整并且在一定限度内不准确。因此，在编程期间，仍需与操作员配合。这也意味着，无法完全预防由于碰撞而造成的损坏。
11、目标不是简单地通过组合所描述的各种单个功能来改进机器人序列，而是通过采用全新的方法为动态的无碰撞的自动导航创造条件。
技术实现思路
1、从现有技术出发，本发明的目的在于提供一种用于确定至少一个自动导航的路径的至少一部分的方法，该方法支持操作员对机器循环进行调节，并且该方法在行进路径、循环时间、过程可靠性、能量和磨损方面得到优化。
2、这一目的通过具有权利要求1的特征的一种用于确定至少一个自动导航系统的路径的至少一部分的方法、通过具有权利要求10的特征的一种机器控件、以及通过具有权利要求11的特征的一种计算机程序产品得以实现。
3、从属权利要求的主题是有利的发展。权利要求中单独列出的特征能够以技术上可行的方式彼此组合，并且能够通过来自说明书的解释性事实且通过来自附图的细节加以补充，在附图中，示出了本发明的进一步变体。
4、用于确定例如外围装置(例如机器人或机器人夹具)在空间中将至少一个起始点连接到至少一个结束点的路径的至少一部分的方法，用于至少一个可移动部件通过机器上的空间的至少一个自动导航，该机器特别是用于加工塑料和其他可塑化材料的注塑机、或者3d打印机，该方法包括以下步骤。
5、如开头所定义的，机器能够具有至少一个机器零件，诸如工具、模腔、模塑制品、浇口、移动压板、固定压板和/或注射单元。机器也可以具有其他机器零件和/或部件，例如，注塑机或3d打印机的机器零件和/或部件。机器零件能够移动，并且优选地，也能够使用所提出的方法在空间中对机器零件进行自动导航。优选地，然后沿使用算法计算出的路径对机器零件进行自动导航，使得不与其他机器零件、外围装置和/或机器发生碰撞。
6、下文中提到机器时，其始终是指机器，并且在适用情况下，指机器的机器零件。
7、“可移动部件”是能相对于机器移动的元件，诸如外围装置。这样的部件例如可以是例如外围装置以及机器的夹具、机器人、顶出器或其他可移动部件，这样的部件在空间中移动，使得将避免与机器发生碰撞，尤其是如果机器也移动的话。
8、首先，提供至少一个模型，例如至少一个可移动部件(例如外围装置)的以及机器的数据模型。取决于机器是否具有机器零件，优选地，也可以为机器零件提供相对应的模型。例如，可以将模型作为文件提供给计算机、程序或控制器。也可以通过网络来提供模型，或者模型已存在于机器上。模型可以包含关于可移动部件和/或机器的几何形状的信息。可以使用几何模型(诸如collada)来描述模型的几何形状。
9、在进一步的步骤中，收集空间和至少一个可移动部件和机器的几何信息。取决于机器是否具有机器零件，优选地，也可以针对机器零件收集对应的几何信息。例如可以从模型获取几何信息，或者几何信息包含在模型中。例如，使用为机器控件所知的压板位置的实际值，也可以随时清楚地确定移动压板的位置。这例如产生单个可移动部件、机器以及(如适用)机器零件的在长度、宽度和高度方面的几何尺寸。此外，优选地可以设想使用传感器来检测几何信息。
10、在下一步骤中，确定至少一个可移动部件和机器的在空间中的当前位置。取决于机器是否具有机器零件，优选地，也可以确定机器零件的在空间中的当前处位。处位例如指的是位置和/或取向。例如，可以利用相对于零处位的一定角度来清楚地确定轴在空间中(例如在cartesian坐标系中)的处位。因此，例如也可以检测(例如机器人的)轴在空间中的取向。优选地，此处同样可以使用传感器来检测当前处位。
11、例如通过计算机或机器控件使至少一个可移动部件的几何信息和在空间中的当前处位与机器的几何信息和在空间中的当前处位彼此相关，以便生成空间的至少一个图形。取决于机器是否具有机器零件，优选地，也可以使机器零件的几何信息和当前处位与至少一个可移动部件和机器的几何信息和当前处位相关，以生成空间中的图形。几何信息和当前处位用于确定可移动部件(诸如外围装置)和机器和(如适用)机器零件在空间中的布置，使得可以生成“空间地图”作为图形。例如，可移动部件、机器和(如适用)机器零件在图形中可以表示为障碍。
12、在进一步的步骤中，通过对图形应用至少一种算法来计算路径，其中，额外地执行至少一种优化以计算路径。
13、在进一步的步骤中，沿一方面至少一个可移动部件与另一方面机器之间的路径进行至少一个碰撞检查。取决于机器是否具有机器零件，优选地，在碰撞检查中也可以考虑机器零件。例如，在移除模塑制品期间，可能会发生外围装置与机器或机器零件之间的碰撞。例如，通过检查沿路径是否有障碍，来沿路径进行碰撞检查。
14、优选地，实时地执行碰撞检查。如果碰撞检查揭示沿路径存在障碍，例如，在对可移动部件、机器和/或(如适用)机器零件的移动指令之后，执行路径的新的计算。如果碰撞检表示沿路径没有障碍，在进一步的步骤中沿路径对至少一个可移动部件进行自动导航，其中，至少一个可移动部件相对于机器移动。
15、在注塑成型过程期间，可移动部件(诸如外围装置)、机器和/或(如适用)机器零件(诸如注塑模具的部分)通常相对于彼此移动，使得必须调整用于自动导航的路径。为了有利地提高安全性和用户友好性，在由于至少一个可移动部件和/或机器的移动而动态地改变图形的同时，应用算法。取决于机器是否具有机器零件，在动态改变机器零件的同时，可以优选地应用该算法。例如如果可移动部件、机器和/或(如适用)机器零件以使得图形改变从而沿当前路径存在障碍的方式移动时，可移动部件、机器和/或(如适用)机器零件的移动停止在具有障碍的当前路径上，并且在新计算的路径上继续。因此，每个移动都可以改变“地图”上的路径，“地图”是通过其他现有元件描述的，并且可移动部件可以在“地图”上移动。这同样适用于在3d打印过程中使用的元件，例如材料进给单元、出料头、纤维进给单元、结构支撑件、待生产物体。
16、由于在生产过程中可能发生不可预见的事件，在生产序列改变的情况下，实时地模拟该方法，和/或通过执行至少一个另外的碰撞检查和/或通过计算至少一个新的路径，算法对至少一个可移动部件(诸如外围装置)和/或机器的改变的位置和/或速度作出反应。取决于机器是否具有机器零件，优选地，通过进行至少一个另外的碰撞检查和/或通过计算至少一个新的路径，算法也可以对机器零件的改变的位置和/或速度作出反应。
17、因而支持操作员调整机器循环，其中，在行进路径、循环时间、过程可靠性、能量和磨损方面得到改进。同时利用尽可能最少的计算时间和存储器要求来确定最短/最快的行进路径。另一优点是无碰撞行进路径，在这种情况下，无需由进行设定的个人使用机器和/或机器人控制进行手动编程和参数设置，或者手动编程和参数设置在很大程度上是自动化的。
18、这样，有利地能够以与道路交通中的自动导航相同的方式对改变作出反应，与道路交通相比不同的是，这里图形(即地图)改变。例如，存储的算法能够对实际位置值和轴速度的改变作出反应。例如，操作员在调整机器循环时不必再考虑机器人系统。机器人系统的序列被自动且动态地调整。这可以在当前循环期间完成，因为该过程的高性能意味着可以将当前的实际位置用作新的起始值，并且可以重新调节改变的障碍(例如移动半模)以确定到结束点的最优路径。
19、这意味着，如果在当前循环期间出现与自动导航相关的参数改变，可以调整路径。例如，方法记录在自动导航期间图形是否存在“改变”，诸如障碍的改变。如果由于改变而导致路径上有障碍，基于当前位置再次应用算法，并计算新的路径。如果障碍不影响当前路径，不执行新的计算。
20、优选地，预测性地执行计算、碰撞检查和/或自动导航。换言之，在移动期间，可能的是，例如障碍沿路径存在一定时间段，但可能的是，由于可移动部件、机器、模塑制品和/或(如适用)机器零件的移动，在可移动部件、机器、模塑制品和/或(如适用)机器零件遇到障碍或与其发生碰撞之前该障碍再次从路径消失。有利的是，这意味着无需改变方向，这避免例如由于方向的改变而产生的冲击。
21、为了有利地准确和精确的导航，优选地，在关于其在空间中的位置的每种情况下，提供至少一个可移动部件和机器的至少一个接触点，将接触点在逻辑上彼此耦接以提供至少一个可移动部件和机器的模型。取决于机器是否具有机器零件，优选地，可以提供机器零件的至少一个接触点，并且该至少一个接触点可以与其他接触点耦接。例如，可以在到注塑模具的附接表面(例如，下一机器零件和/或外围装置可以自动耦接的附接表面)处通过至少一个接触点在空间中的位置和定位(补充零处位的角度)方面清楚地描述注塑模具。例如，该点在逻辑上链接到移动压板的当前实际值，并且被自动跟踪。通过与电气工程的类比，该接触点可以称为“插座”。例如，固定压板也可以具有相对于在空间中的位置和定位和角度的至少一个点，在固定压板的情况下，该至少一个点是静止的。
22、例如，机器人(作为可移动部件)的几何形状也可以称为模型，并且其相对于机器的位置可以是已知的。在最简单的情况下，机器人在几何和/或逻辑上与其基部或足部(其意指上面所描述的“插头”和“插座”功能)耦接，例如，与机器的固定模板耦接。机器人的竖直轴具有凸缘板，例如模塑专用夹具耦接至该凸缘板。凸缘板能够具有额外的倾斜、回旋和/或旋转轴。这意味着，用于耦接夹具的逻辑耦接点(即“插座”)跟随凸缘板的行进、倾斜、回旋和/或旋转移动。模塑专用夹具例如可以通过其模型并且通过限定的耦接点(即“插头”)逻辑地连接到夹具凸缘，并且可以通过任何行进、倾斜和/或旋转移动在几何上被跟踪。夹具进而具有至少一个耦接点(例如吸盘表面的中心)，这继而可以容纳模塑制品作为逻辑“插座”。夹具相对于当前路径的位置也是相关的。在一些取向上，强烈的加速度可以导致模塑制品在夹具的吸盘上打滑；在极端情况下，夹具失去模塑制品。取决于夹具取向，优选地，可以相应地限制加速度。在注塑成型过程中，在模塑制品的形成结束之后，打开模具。优选地，可以几何地确定夹具的目标位置以移除模塑制品，其中，所有可能的碰撞缘和干扰几何形状都称为障碍。
23、为了有利地获得关于可耦接模型的快速且可靠的检查，优选地，至少一个列表与至少一个连接点相关联，基于该列表描述和/或列出可耦接模型。例如，注塑模具的可移动零件耦接到可移动压板。注塑模具也称为模型，并且例如在机器中能数字获得。注塑模具(可移动半模)的数字模型的这一部分现在具有限定的耦接点，在模型中在空间中的位置和定位方面精确地限定该耦接点。例如，该点可以对应地称作“插头”。具有接触点“插头”的可移动半模在耦接列表中列出在例如可移动工具压板的“插座”处。优选地，例如，通过使用“插头”或“插座”，也可以使用外围装置和/或机器零件的移动来跟踪耦接至“插头”或“插座”的外围装置和/或机器零件的移动。
24、为了有利地精确地计算路径，优选地，将空间细分为立方体网格，该立方体网格用于生成至少一个图形。优选地，整个空间被细分成立方体网格，该立方体网格用于生成至少一个图形。空间可以至少部分地包括至少一个可移动部件和/或机器。取决于机器是否具有机器零件，优选地，空间也可以包含机器零件中的至少一些。在图形中，例如，然后将可移动部件、机器和/或(如适用)机器零件示为障碍。优选地，可以以与行进区域不同的方式(例如利用不同的颜色)图形地表示空间的没有障碍的其他部分。
25、此外优选地，可以独立于例如被划分成立方体的空间的网格尺寸来描述对角线路径。例如，可以使用例如具有两个轴并且具有限定的共同路径速度的路径移动来穿越对角线。在这种情况下，有利的是不执行若干个单独的移动，而是优选地执行从起始点到结束点的一个移动，其中轴相对于彼此同步移动。
26、优选地，将至少一种greedy search、dijkstra和/或利用至少一个开放列表的a*算法用作算法。取决于图形，这有利地产生从起始点到结束点的最短路径。
27、为了有利地快速地计算路径，优选地，将至少跳点搜索和/或开放列表管理用作优化。
28、为了有利地优化开放列表的管理，优选地，利用二叉堆来管理开放列表。
29、为了有利地概览和提高安全性，优选地，预先模拟该方法。例如，进一步有利地，可以在计算机模型上预先模拟序列和路径创建，序列和路径创建然后可以被可视化。
30、为了确保在计算时间和速度方面对方法进行有利的改进，优选地，模拟方法的至少两个不同的变体，并相对于不同的标准将该至少两个不同的变体彼此进行比较。因而，可以创建关于当前工具数据集的序列。此处，可以模拟关于不同标准(例如能量、磨损、行进路径和/或循环时间)的不同变体并将其进行比较。
31、为了能够有利地远程监测生产过程，优选地，图形地显示至少一个可移动部件和/或机器的图形和/或模型。取决于机器是否具有机器零件，优选地，可以图形地显示机器零件。
32、可以利用若干个工具执行所描述的方法，该工具例如是注塑机上的多腔工具和/或多部件工具，其并未直接安装在移动压板上，而是例如安装在旋转单元上，该工具继而被存储为模型，通过“插头”和“插座”的方式精确地限定该模型的位置。也可以使用多部件工具，其中通过机器人系统转移初步模塑制品。还可以使用插入零件，该插入零件通过机器人系统使用夹具的方式被插入。也可以使用立方体工具(“立方体”)及其特殊形式(“反向立方体”)，立方体工具仍具有至少一个旋转轴和若干个插入或移除表面，在立方体工具的特殊形式中，立方体被再次分割并在相反方向上旋转。这里分别描述立方体的每一半。
33、另外通过一种用于机器(特别用于加工塑料和其他可塑材料的注塑机、或3d打印机)的机器控件来实现目的。为了使操作员有利地调整机器循环，并且为了在行进路径、循环时间、过程可靠性、能量和磨损方面得到改进，机器控件被配置、设定和/或构造成执行上面所描述的方法。
34、还通过一种计算机程序产品来实现目的。就路径的计算而言，为了在行进路径、循环时间、过程可靠性、能量和磨损方面实现优势，计算机程序产品在计算机可读介质上存储有程序点，用于执行上面所描述的方法。
35、在所附权利要求和下面对优选的示例性实施方式的描述中，可以发现另外的优点。权利要求中单独列出的特征能够以技术上可行的方式彼此组合，并且能够通过来自说明书的解释性事实且通过来自附图的细节加以补充，在附图中，示出了本发明的进一步变体。
1.一种用于确定在空间中将至少一个起始点(14)连接到至少一个结束点(16)的路径(12)的至少一部分的方法，用于至少一个可移动部件通过机器(100)上的空间(r)的至少一个自动导航，所述机器特别是用于加工塑料和其他可塑化材料的注塑机或3d打印机，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，关于至少一个接触点在所述空间(r)中的位置，提供所述至少一个可移动部件和所述机器(100)中的每一个的所述至少一个接触点，其中，将所述接触点彼此逻辑地耦接，以提供所述至少一个可移动部件和所述机器的模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，至少一个列表与所述至少一个接触点相关联，基于所述列表描述和/或列出可耦接模型。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述空间(r)划分成立方体网格(18)，所述立方体网格(18)用于生成所述至少一个图形(10)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，至少一个greedy search、dijkstra和/或利用至少一个开放列表的a*算法被用作所述算法。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，至少一个跳点搜索和/或开放列表管理被用作优化。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用二叉堆(20)管理所述开放列表。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，预先模拟所述方法，和/或其特征在于，模拟所述方法的至少两个不同的变体，并且相对于不同的标准将所述至少两个不同的变体彼此进行比较。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，图形地表示所述至少一个可移动部件和/或所述机器(100)的图形和/或模型。
10.一种用于机器(100)的机器控件，特别用于加工塑料和其他可塑化材料的注塑机，其特征在于，所述机器控件被配置、设定和/或构造成执行根据权利要求1至9中的任一项所述的方法。
11.一种计算机程序产品，包括程序代码，所述程序代码存储在计算机可读介质上，用于执行根据权利要求1至9中的任一项所述的方法。
