用于腕部偏置机器人的逆运动学求解器制造技术

本说明书的主题一般涉及用于控制机器人的技术。在一些实施方式中，本方法包括：基于用于具有腕部偏置的机器人的端部效应器的姿态数据，确定位于第一连杆的第一端部的第一点的第一目标定位。确定将第一连杆连接到第二连杆的第一关节的第二目标定位。确定位于第三连杆的第一端部的第二关节的第三目标定位，包括定义包括第一关节的第二目标定位的第一平面。确定处于第二平面内的圆的定位和大小。选择圆的周界上的点作为第三目标定位。基于每个关节的每个定位，将移动数据提供给控制系统。将移动数据提供给控制系统。将移动数据提供给控制系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于腕部偏置机器人的逆运动学求解器


[0001]本公开一般涉及用于控制具有偏置(offset)腕部的机器人的移动的逆运动学技术。

技术介绍

[0002]在机器人技术中，逆运动学可以用来确定用于机器人的关节的参数，从而提供用于机器人的端部效应器的期望位置。端部效应器(end effector)是位于机器人臂的端部的设备。用于为机器人求解逆运动学的技术有很多，包括代数技术、迭代技术、Jacobian反演技术和Jacobian转置技术。

技术实现思路

[0003]本说明书描述了用于确定用于具有腕部偏置的机器人的关节参数的系统、方法、设备和其他技术。一般来说，对于机器人的端部效应器的每个目标姿态，逆运动学求解器可以确定用于机器人的每个关节的参数。例如，机器人可以包括在机器人的连杆(link)之间的多个关节，其每个为机器人提供一定程度的运动。用于关节的参数可以包括关节的定位和关节的角度。
[0004]为了确定用于腕部偏置机器人的关节参数，逆运动学求解器可以根据机器人的几何形状(特别是机器人的腕部偏置的几何形状)来确定圆的定位和大小。圆的周界(perimeter)可以表示关节之一(例如，腕关节)的候选定位，这可能是使端部效应器处于目标姿态的有效解。然后，逆运动学求解器可以评估该关节的每个候选定位，以找到一个或多个有效解。如果存在多个有效解，则逆运动学求解器可以选择(多个)解之一，并且将用于所选择的解的关节参数提供给控制机器人的运动的运动控制器。运动控制器进而可以使用关节参数来使关节移动进入其目标定位和角度。
[0005]本文档描述的技术可以在不需要初始猜测的情况下，确定对于用于腕部偏置机器人的端部效应器的给定目标姿态的所有解。这可以提高确定有效解的速度，确保确定出有效解，并且减少在确定有效解时浪费的时间和处理资源。
[0006]本文描述的主题的一些实施方式包括接收定义用于具有腕部偏置的机器人的端部效应器的目标姿态的姿态数据，姿态数据指定用于端部效应器的目标端部效应器定位和端部效应器的目标取向，端部效应器附连到机器人的第一连杆(link)的第一端部。基于姿态数据，确定位于第一连杆的第一端部的第一点的第一目标定位。基于姿态数据，确定将第一连杆连接到第二连杆的第一关节的第二目标定位，第一关节位于(i)第一连杆的与第一端部相对的第二端部和(ii)第二连杆的第一端部，其中，第一连杆和第二连杆形成连接到机器人的第三连杆的第一端部的偏置腕部。确定位于第三连杆的第一端部的第二关节的第三目标定位，包括：定义第一平面，其中，(i)第一平面包括第一关节的第二目标定位，并且(ii)对于第一平面，第一点的第一目标定位和第一关节的第二目标定位之间的线是第一平面的法线；至少基于第一关节和第二关节之间的距离，确定圆的定位和大小，其中，该圆(i)
处于(lie)在与第一平面平行的第二平面内且(ii)位于与第一平面偏置的定位；以及，选择圆的周界上的点作为第二关节的第三目标定位。基于用于每个关节的每个目标定位，将移动数据提供给机器人的控制系统。移动数据使控制系统调整机器人的连杆，使得每个关节位于用于关节的目标定位，并且端部效应器位于目标端部效应器定位且处于用于端部效应器的目标取向。
[0007]这些和其他实施方式可以可选地包括一个或多个以下特征。确定圆的定位和大小，可以包括：基于第一关节和第二关节之间的距离以及第一连杆和第二连杆之间的角度，确定第一平面和第二平面之间的偏置距离。
[0008]确定圆的定位和大小，可以包括：基于第一关节和第二关节之间的距离以及第一连杆和第二连杆之间的角度，确定圆的半径。圆的中心可以在第一点的第一目标定位和第一关节的第二目标定位之间的线上。
[0009]选择圆的周界上的点作为第二关节的第三目标定位，可以包括：沿圆的周界标识第二关节的第三目标定位的候选定位；评估每个候选定位，以确定候选定位是否提供对于目标姿态的有效解；以及，基于评估，标识提供对于目标姿态的有效解的给定候选定位作为第三目标定位。
[0010]评估候选定位，可以包括：对于将第三连杆连接到第四连杆的第三关节，基于候选定位和机器人的一个或多个其他关节的定位，确定第三关节的一个或多个定位。对于第三关节的一个或多个定位中的每一个，确定(i)第三关节的定位与候选定位之间的线和(ii)候选定位与第一关节的第二目标定位之间的线之间的角度。确定角度是否与机器人的第二连杆和第三连杆之间的连杆角度匹配。只要角度与机器人的第二连杆和第三连杆之间的角度匹配，就能确定候选定位提供对于目标姿态的有效解。
[0011]评估每个候选定位并确定角度是否与机器人的第二连杆和第三连杆之间的角度匹配，可以包括：对于候选定位，生成表示用于每个候选定位的确定角度的曲线；确定与表示连杆角度的线相交的曲线上的一个或多个点；以及，确定用于每个点的候选定位提供对于目标姿态的有效解。
[0012]对于将第三连杆连接到第四连杆的第三关节，基于候选定位和机器人的一个或多个其他关节的定位来确定第三关节的一个或多个定位，可以包括：确定同样将第三连杆连接到第四连杆的第四关节的第四目标定位；以及，确定将机器人的第四连杆连接到机器人的第五连杆的第五关节的第五目标定位。基于第五关节的第五目标定位，可以确定第四关节的第四目标定位。一个或多个其他关节可以包括第四关节和第五关节。
[0013]下面将参考附图对前述主题的各个特征和优点进行描述。其他特征和优点从本文描述的主题和权利要求中将变得明显。
附图说明
[0014]图1描述了在其中机器人控制器控制腕部偏置机器人的移动的示例环境。
[0015]图2描述了图1的机器人的关节坐标系(frame)。
[0016]图3描述了图1的机器人的关节之间的几何关系的示例，以及用于确定图1的机器人的关节定位的示例圆。
[0017]图4是描述了用于图1的机器人的关节定位的示例解的图。
[0018]图5描述了图1的机器人的关节之间的角度的示例图表。
[0019]图6描述了用于确定机器人的关节参数并使用该参数控制机器人的移动的示例过程的流程图。
[0020]图7描述了用于确定机器人的关节参数的示例过程的流程图。
[0021]在各个附图中相同的附图标记和名指示相同元素。
具体实施方式
[0022]一般来说，本文档描述了用于确定用于机器人关节的参数并使用该参数控制机器人的移动的系统、方法、设备和技术。机器人可以包括由关节连接的多个连杆，其每个为机器人提供一定范围的运动。机器人还可以包括端部效应器，例如，附连到连杆之一(例如，附连到连杆之一的端部)的工具。机器人控制器可以接收指定端部效应器的目标姿态的数据。该数据可以指定端部效应器的目标定位和目标取向。机器人控制器可以确定用于机器人关节的参数(例如，定位和角度)，从而使端部效应器处于目标姿态，并且使机器人的关节移动进入由参数定义的目标定位和取向。
[0023]机器人控制器使用基于几何代数的逆运动学技术来确定用于机器人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由一个或多个数据处理装置执行的方法，所述方法包括：接收定义用于具有腕部偏置的机器人的端部效应器的目标姿态的姿态数据，姿态数据指定用于端部效应器的目标端部效应器定位和端部效应器的目标取向，端部效应器附连到机器人的第一连杆的第一端部；基于姿态数据，确定位于第一连杆的第一端部的第一点的第一目标定位；基于姿态数据，确定将第一连杆连接到第二连杆的第一关节的第二目标定位，第一关节位于(i)第一连杆的与第一端部相对的第二端部和(ii)第二连杆的第一端部，其中，第一连杆和第二连杆形成连接到机器人的第三连杆的第一端部的偏置腕部；确定位于第三连杆的第一端部的第二关节的第三目标定位，包括：定义第一平面，(i)第一平面包括第一关节的第二目标定位，并且(ii)对于第一平面，第一点的第一目标定位和第一关节的第二目标定位之间的线是第一平面的法线；至少基于第一关节和第二关节之间的距离，确定圆的定位和大小，该圆(i)处于与第一平面平行的第二平面内且(ii)位于与第一平面偏置的定位；以及选择圆的周界上的点作为第二关节的第三目标定位；以及基于用于每个关节的每个目标定位，将移动数据提供给机器人的控制系统，该移动数据使控制系统调整机器人的连杆，使得每个关节位于用于关节的目标定位，并且端部效应器位于目标端部效应器定位且处于用于端部效应器的目标取向。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定圆的定位和大小包括：基于第一关节和第二关节之间的距离以及第一连杆和第二连杆之间的角度，确定第一平面和第二平面之间的偏置距离。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定圆的定位和大小包括：基于第一关节和第二关节之间的距离以及第一连杆和第二连杆之间的角度，确定圆的半径。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，圆的中心在第一点的第一目标定位和第一关节的第二目标定位之间的线上。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，选择圆的周界上的点作为第二关节的第三目标定位包括：沿圆的周界标识第二关节的第三目标定位的多个候选定位；评估每个候选定位，以确定候选定位是否提供对于目标姿态的有效解；以及基于评估，标识提供对于目标姿态的有效解的给定候选定位作为第三目标定位。6.根据权利要求5所述的方法，其中，评估候选定位包括：对于将第三连杆连接到第四连杆的第三关节，基于候选定位和机器人的一个或多个其他关节的定位，确定第三关节的一个或多个定位；以及对于第三关节的一个或多个定位中的每一个：确定(i)第三关节的定位与候选定位之间的线和(ii)候选定位与第一关节的第二目标定位之间的线之间的角度；确定角度是否与机器人的第二连杆和第三连杆之间的连杆角度匹配；以及只要角度与机器人的第二连杆和第三连杆之间的角度匹配，就确定候选定位提供对于目标姿态的有效解。7.根据权利要求6所述的方法，其中，评估每个候选定位并确定角度是否与机器人的第
二连杆和第三连杆之间的角度匹配包括：对于多个候选定位，生成表示用于每个候选定位的确定角度的曲线；确定与表示连杆角度的线相交的曲线上的一个或多个点；以及确定用于每个点的候选定位提供对于目标姿态的有效解。8.根据权利要求5、6或7所述的方法，其中，对于将第三连杆连接到第四连杆的第三关节，基于候选定位和机器人的一个或多个其他关节的定位来确定第三关节的一个或多个定位包括：确定同样将第三连杆连接到第四连杆的第四关节的第四目标定位；以及确定将机器人的第四连杆连接到机器人的第五连杆的第五关节的第五目标定位，其中，基于第五关节的第五目标定位，确定第四关节的第四目标定位，其中，一个或多个其他关节包括第四关节和第五关节。9.一种系统，包括：一个或多个数据处理装置；以及存储指令的一个或多个计算机可读介质，所述指令在由一个或多个数据处理装置执行时，使一个或多个数据处理装置执行操作，所述操作包括：接收定义用于具有腕部偏置的机器人的端部效应器的目标姿态的姿态数据，姿态数据指定用于端部效应器的目标端部效应器定位和端部效应器的目标取向，端部效应器附连到机器人的第一连杆的第一端部；基于姿态数据，确定位于第一连杆的第一端部的第一点的第一目标定位；基于姿态数据，确定将第一连杆连接到第二连杆的第一关节的第二目标定位，第一关节位于(i)第一连杆的与第一端部相对的第二端部和(ii)第二连杆的第一端部，其中，第一连杆和第二连杆形成连接到机器人的第三连杆的第一端部的偏置腕部；确定位于第三连杆的第一端部的第二关节的第三目标定位，包括：定义第一平面，(i)第一平面包括第一关节的第二目标定位，并且(ii)对于第一平面，第一点的第一目标定位和第一关节的第二目标定位之间的线是第一平面的法线；至少基于第一关节和第二关节之间的距离，确定圆的定位和大小，该圆(i)处于与第一平面平行的第二平...

【专利技术属性】
技术研发人员：JF杜普伊斯，
申请(专利权)人：因思创新有限责任公司，
类型：发明
国别省市：