机械臂系统和物体躲避方法技术方案

用于控制机械臂的方法的一种变型包括：移动机械臂通过轨迹；在机械臂沿轨迹占据第一位置的第一时间处，测量包括在机械臂的第一臂段上方延伸的第一电极的第一感测电路的第一电容；在机械臂沿着轨迹占据第二位置的第二时间处，测量第一感测电路的第二电容；基于第一电容和第二电容之间的差值计算第一感测电路的电容的第一变化率；响应于第一感测电路的电容的第一变化率超过阈值变化率，发出接近警报；以及响应于接近报警而减小机械臂移动通过轨迹的速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机械臂系统和物体躲避方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年09月09日提交的第62/216,328号美国临时申请的权益，该美国临时申请通过该引用以其整体并入本文。
本专利技术总体上涉及机械臂领域，并且更具体地涉及一种新型的且有用的机械臂系统以及在机械臂领域中的物体躲避方法。附图简述图1是机械臂系统的示意表示；图2是机械臂系统的一种变型的示意表示；图3是机械臂系统的一种变型的示意表示；图4是方法的流程图表示；图5是方法的一种变型的流程图表示；图6是方法的一种变型的流程图表示；以及图7是方法的一种变型的流程图表示。实施方式的描述本专利技术的实施方式的以下描述不意图将本专利技术限制到这些实施方式，而是意图使本领域技术人员能够理解并使用本专利技术。本文所描述的变型、配置、实现、示例性实现和示例是可选的，并且不局限于其所描述的变型、配置、实现示例性实现和示例。本文所描述的专利技术可以包括这些变型、配置、实现、示例性实现和示例的任何和所有的排列。1.机械臂系统如图1所示，机械臂102系统包括：基部110；经由第一可致动轴124耦合到基部110的第一臂段120；经由第二可致动轴134耦合到基部110的第二臂段130；跨越第一臂段120和第二臂段130布置的一组电极121、131；控制器123，其在第一采样时段期间累积该一组电极中的电极的第一组电容值并且在第一采样时段之后的第二采样时段期间累积该一组电极中的电极的第二组电容值；处理器150，其基于从控制器123接收的第一组电容值来确定在第一采样时段期间物体到机械臂102的第一接近度，基于从控制器123接收的第二组电容值来确定在第二采样时段期间物体到机械臂102的第二接近度，以及基于第二接近度和在第一接近度与第二接近度之间的差值设置在第二采样时段之后的第一可致动轴124的减小的最大速度和第二可致动轴134的减小的最大速度。系统100的一个变型包括：基部110；第一臂段120；插入基部110与第一臂段120之间的、经由第一可致动轴124耦合至第一臂段120并经由第二可致动轴134耦合至基部110的第二臂段130；耦合到第一臂段120的与第一可致动轴124相对的端部的端部执行器140；跨越第一臂段120的区域布置的并电耦合到第一感测电路122的第一电极121；以及控制器123，其被配置为在第一可致动轴124和第二可致动轴134的致动期间测量第一感测电路122的电容。2.方法如图4所示，系统100可以执行用于控制机械臂102的方法，包括：在块S110中，移动机械臂102通过轨迹；在块S120中，在机械臂102沿着轨迹占据第一位置的第一时间处，测量第一感测电路122的第一电容，该第一感测电路122包括在机械臂102的第一臂段120上方延伸的第一电极121；在块S122中，在机械臂102沿着轨迹占据第二位置的第二时间处，测量第一感测电路122的第二电容，其中第二时间在第一时间之后；在块S130中，基于第一电容与第二电容之间的差值计算第一感测电路122的电容的第一变化率；在块S140中，响应于第一感测电路122的电容的第一变化率超过阈值变化率，发出接近警报；并且在块S150中，响应于接近警报，减小机械臂102移动通过轨迹的当前速度。3.应用通常，系统100限定机械臂102，该机械臂102包括一组刚性臂段和可被致动以在空间内操纵机械臂102的一组可致动轴(其插入在刚性臂段之间)。该一组刚性臂段和可致动轴可以在一个端部上安装到基部并且在相对的端部上耦合到端部执行器，并且系统100可以根据预先记录或预先生成的运动程序(或者“轨迹”或工具路径)来驱动每个可致动轴以执行定义的任务。例如，系统100可以包括短暂耦合到机械臂102的与基部110相对的端部的机动抓持器端部执行器，并且系统100可以为机械臂102导航通过预先计划的轨迹并且执行端部执行器致动例程以从零件箱中选择物体并将该物体放置到组件上。在另一个示例中，系统100可以包括聚合物挤出端部执行器并且执行轨迹以利用从聚合物挤出端部执行器分配的材料来印刷物体。在又一示例中，系统100可以包括激光切割器端部执行器并且在激光切割器端部执行器起作用的同时执行轨迹以从一片材料储备中切割二维形状。系统100还包括：布置在机械臂102的一个或更多个臂段内或其上的一组电极；以及一个或更多个控制器，其被配置为在系统100工作的同时选择性地读取电极的电容值(或耦合到这些电极的感测电路的电容)。例如，控制器123可以顺序地驱动耦合到机械臂102上的电极的一组感测电路，并实施自电容感测技术以记录通过每个感测电路的泄漏电流。可选地，控制器123可以选择性地将单个接地电极通道接地并且驱动在臂段上图案化的接地和感测电极阵列中的(垂直)感测电极通道，并且然后实施互电容感测技术以测量充电/放电时间、谐振频率或相应地对于每个接地/感测电极接头的其他电容值。例如，系统100可以包括在臂段上被图案化以形成在LC谐振回路(LCtank)感测电路内的电容器板的电极，并且控制器123可以测量LC谐振回路感测电路的谐振频率。控制器123然后可以将这些电容相关数据传递到处理器150。处理器可以将这些数据转换成：物体在机械臂102附近或在机械臂102内的臂段的特定区域的存在；物体相对于系统100(诸如相对于基部110上的参考点)的位置；和/或，附近的物体是否正朝向机械臂102移动，或者机械臂102是否正朝向物体移动。当机械臂102从第一位置移动到第二位置时，处理器150可以附加地或可选地确定在机械臂102的一段上的电极(或耦合到电极的传感器电路)的电容变化率不同于从第一位置到第二位置的期望的电容的预期变化率并且相应地识别端部执行器140可达到的三维体积(以下称为“工作体积”)内的新物体的存在。处理器150然后可以设置运动限制，诸如每个可致动轴的最大速度或每个可致动轴上的位置(例如，角位置)界限，以躲避与这样的物体碰撞或者将与物体的碰撞限制到基本上最小速度，诸如像用户的手正朝向机械臂102移动的情况。特别地，当机械臂102运动时，系统100可以实时执行该方法的块，以感测工作体积内的变化(诸如在工作体积内存在新的静态或动态物体)并且当检测到工作体积的变化时设置关于机械臂102的致动的速度限制或者完全停止机械臂102的运动。处理器150还可以基于诸如根据感测电路的电容变化率相对于基线或电容的预期变化率的偏差而确定的机械臂102附近的新物体的存在，修改由系统100执行的轨迹。系统100因此可以包括：包含由一个或更多个可致动轴操纵的一个或更多个刚性臂段的机械臂102；布置在臂段上方的一个或更多个电极；控制器，其可以根据自电容和/或互电容技术对电极(或耦合到电极的传感器电路)进行采样，并且系统100可以操纵从这些电极接收到的数据以在运动中躲避与附近物体碰撞。系统100在本文中被描述为读取布置在机械臂102的臂段上的一个或更多个电极的电容值。具体地，系统100可以读取包含电极的感测电路的总充电/放电时间、充电时间、放电时间、谐振频率、RC时间常数和/或LC时间常数等。系统100然后可将从感测电路读取的一个电容值转换成臂段与附近物体之间的估计距离或距离范围，并且如果物体与机械臂102之间的估计距离降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制机械臂的方法，所述方法包括：移动所述机械臂通过轨迹；在所述机械臂沿着所述轨迹占据第一位置的第一时间处，测量第一感测电路的第一电容，所述第一感测电路包括在所述机械臂的第一臂段上延伸的第一电极；在所述机械臂沿着所述轨迹占据第二位置的第二时间处，测量所述第一感测电路的第二电容，所述第二时间在所述第一时间之后；基于所述第一电容和所述第二电容之间的差值计算所述第一感测电路的电容的第一变化率；响应于所述第一感测电路的电容的所述第一变化率超过阈值变化率，发出接近警报；和响应于所述接近警报，减小所述机械臂移动通过所述轨迹的当前速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.09 US 62/216,3281.一种用于控制机械臂的方法，所述方法包括：移动所述机械臂通过轨迹；在所述机械臂沿着所述轨迹占据第一位置的第一时间处，测量第一感测电路的第一电容，所述第一感测电路包括在所述机械臂的第一臂段上延伸的第一电极；在所述机械臂沿着所述轨迹占据第二位置的第二时间处，测量所述第一感测电路的第二电容，所述第二时间在所述第一时间之后；基于所述第一电容和所述第二电容之间的差值计算所述第一感测电路的电容的第一变化率；响应于所述第一感测电路的电容的所述第一变化率超过阈值变化率，发出接近警报；和响应于所述接近警报，减小所述机械臂移动通过所述轨迹的当前速度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述第一感测电路的所述第一电容包括在所述第一时间处测量所述第一感测电路的谐振频率；其中，测量所述第一感测电路的所述第二电容包括在所述第二时间处测量所述第二感测电路的谐振频率；并且其中，计算所述第一变化率包括基于所述第一谐振频率与所述第二谐振频率之间的差值来计算所述第一感测电路的谐振频率的第一变化率。3.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述第一时间之前的初始时间处：移动所述机械臂通过电容映射路线；记录在沿着所述电容映射路线的离散路点处的所述第一感测电路的一组绝对电容值；将所述一组绝对电容值转换为在沿着所述电容映射路线的所述离散路点之间的相对电容值变化；将所述相对电容值变化聚合成由所述机械臂占据的物理空间的基线电容图；和根据所述基线电容图和所述机械臂在所述第一位置和所述第二位置之间的速度来计算所述第一位置和所述第二位置之间的所述阈值变化率。4.根据权利要求3所述的方法，其中，移动所述机械臂通过轨迹包括移动所述机械臂通过近似所述电容映射路线的轨迹；其中，记录所述第一感测电路的所述一组绝对电容值包括记录在沿着所述电容映射路线的一组离散路点处的所述第一感测电路的所述一组绝对电容值，所述一组离散路点包括所述第一位置和所述第二位置；和其中，发出所述接近警报包括响应于所述第一感测电路的电容的所述第一变化率超过所述阈值变化率而检测在所述初始时间与所述第二时间之间的由所述机械臂占据的物理空间中的变化并基于所述物理空间中的变化发出所述接近警报。5.根据权利要求1所述的方法，其中，发出所述接近警报包括将所述第一感测电路的电容的所述第一变化率转换成所述第一电极相对于外部物体的速度并且响应于所述第一电极相对于外部物体的速度近似所述机械臂从所述第一位置到所述第二位置的速度而发出关于朝向静态物体的运动的所述接近警报；和其中，减小所述机械臂的当前速度包括当关于朝向静态物体的运动的所述接近警报是当前情况时将所述机械臂的当前速度减小到所述机械臂的最大值的一部分。6.根据权利要求1所述的方法，其中，发出所述接近警报包括将所述第一感测电路的电容的所述第一变化率转换成所述第一电极相对于外部物体的速度，并且响应于所述第一电极相对于外部物体的速度超过所述机械臂从所述第一位置到所述第二位置的速度而发出关于动态物体朝向所述机械臂的运动的所述接近警报；和其中，减小所述机械臂的当前速度包括当关于动态物体朝向所述机械臂的运动的所述接近警报是当前情况时停止所述机械臂的运动。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：计算第二感测电路在所述第一时间和第二时间之间的电容的第二变化率，所述第二感测电路包括第二电极，所述第二电极在所述机械臂的所述第一臂段上延伸、邻近于所述第一电极并限定第二区域，所述第二区域小于由所述第一电极限定的第一区域；其中，发出所述接近警报包括：响应于所述第一变化率超过所述阈值变化率并且所述阈值变化率超过所述第二变化率，发出关于外部物体的接近度在所述机械臂的第一接近范围内的第一接近警报，所述第一接近范围对应于所述第一电极的第一可感测范围；和响应于所述第一变化率和所述第二变化率超过所述阈值变化率，发出关于外部物体的接近度在所述机械臂的第二接近范围内的第二接近警报，所述第二接近范围对应于所述第二电极的第二可感测范围；和其中，减小所述机械臂的当前速度包括：响应于所述第一接近警报，将所述机械臂的当前速度减小到所述机械臂的最大速度的第一比例；和响应于所述第二接近警报，将所述机械臂的当前速度减小到所述机械臂的最大速度的第二比例，所述第二比例小于所述第一比例。8.根据权利要求1所述的方法，其中，移动所述机械臂通过所述轨迹包括致动插入在所述机械臂的所述第一臂段和第二臂段之间的第一可致动轴和致动插入在所述机械臂的所述第二臂段和基部之间的第二可致动轴；所述方法还包括：计算第二感测电路在所述第一时间和第二时间之间的电容的第二变化率，所述第二感测电路包括第三电极，所述第三电极在所述第二臂段上延伸；其中，发出所述接近警报包括响应于电容的所述第一变化率和电容的所述第二变化率中的一个超过所述阈值变化率而发出所述接近警报；和其中，减小所述机械臂的当前速度包括响应于所述接近警报而设置所述第一可致动轴和所述第二可致动轴的减小的最大旋转速度。9.根据权利要求1所述的方法，还包括：在第三时间处，基于所述第一感测电路的电容的第二变化率超过第二阈值变化率，检测在物体与所述第一臂段的相邻于所述第一电极的第一区域之间的第一接触，所述第二阈值超过所述第一阈值；在大约所述第三时间处，基于所述第二感测电路的电容的第三变化率超过所述第二阈值变化率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·科库姆，罗赞娜·迈尔斯，
申请(专利权)人：碳机器人公司，
类型：发明
国别省市：美国,US