用于提供动态机器人控制系统的系统和方法技术方案

公开了一种铰接臂系统，包括具有末端执行器的铰接臂和机器人臂控制系统，该机器人臂控制系统包括：用于感测所述铰接臂的位置、移动或加速度中的至少一个的至少一个传感器；和用于提供所述铰接臂的计算控制的主控制器；以及用于响应于所述至少一个传感器提供直接控制所述铰接臂的至少一部分的运动信号的机载控制器。制器。制器。

【技术实现步骤摘要】
用于提供动态机器人控制系统的系统和方法
[0001]本申请是PCT国际申请号为PCT/US2016/049935、国际申请日为2016 年9月1日、中国国家申请号为201680064037.8、题为“用于提供动态机 器人控制系统的系统和方法”的申请的分案申请。
[0002]优先权
[0003]本申请要求2015年9月1日提交的美国临时专利申请号No. 62/212,697以及2015年9月22日提交的美国临时专利申请号No. 62/221,976，该申请的公开内容通过引用整体结合于此。

技术介绍

[0004]本专利技术大体涉及机器人，并且具体地涉及机器人控制系统，该机器 人控制系统被设计为适应各种各样的意外情况和负载。
[0005]大多数工业机器人系统以自上而下的方式操作，一般如下：控制器 对多种传感器采样，然后同一控制器上的逻辑计算是否采取行动。这个逻 辑流(通常被称为“轮询”)的优点是所有的控制逻辑在相同的位置。缺 点是在实际机器人系统中，信号通常被采样得很慢。并且，所有传感器必 须连接至控制箱，导致长且易出错的电缆走线。
[0006]这个传统结构的具体示例通常由传统的机器人供应商实现，诸如由密 歇根州奥本山的ABB机器人公司、德国的库卡机器人有限公司、密歇根州 罗彻斯特山的Fanuc美国公司或它们的顶级集成商之一出售的那些机器人。 所有这些供应商通常鼓励相同的架构，并具有相似的外形因素。例如：在 汽车设施中使用的焊接电池可以具有ABB IRC5控制箱、ABB IRB2600 1.85m达到6自由度机器人、通过工业总线(设备网/CAN总线)连接到IRC5 的米勒GMAW焊接电源、用于安装GMAW焊炬的内场工具包(例如，特 雷克斯焊枪)。所有编程都是在IRC5上完成的，而末端执行器不了解世界， 只能在IRC5上观察或阻止事件，例如崩溃，末端执行器本身非常有限。
[0007]然而，再一次，在这样的系统中，信号经常被相对慢地采样，并且传 感器通常必须被连接至控制箱。因此，仍然存在对于能够有效且可靠地提 供对机器人环境中的状况的动态控制和响应的机器人控制系统的需求。
[0008]概述
[0009]根据一个实施例，本专利技术提供了一种铰接臂系统，其包括具有末端执 行器的铰接臂和机器人臂控制系统，该机器人臂控制系统包括：用于感测 铰接臂的位置、移动或加速度中的至少一个的至少一个传感器；和用于提 供铰接臂的计算控制的主控制器；以及用于响应于至少一个传感器提供直 接控制铰接臂的至少一部分的运动信号的机载控制器。
[0010]根据另一个实施例，本专利技术提供了一种铰接臂系统，其包括具有末端 执行器的铰接臂和铰接臂控制系统，该铰接臂控制系统包括：用于感测铰 接臂的位置、移动或加速度中的至少一个的至少一个传感器；和用于提供 铰接臂的计算控制的主控制器；以及用于响应于至少一个传感器向主控制 器提供控制信号的机载控制器。
[0011]根据另一个实施例，本专利技术提供了一种为铰接臂的末端执行器提供控 制信号的
方法。该方法包括以下步骤：从主控制器向铰接臂的末端执行器 提供主控制信号，从位于末端执行器附近的至少一个传感器接收传感器输 入信号，以及响应于传感器输入信号至少部分地修改主控制信号。
[0012]根据进一步实施例，本专利技术提供了一种为铰接臂的末端执行器提供控 制信号的方法。该方法包括以下步骤：从主控制器向铰接臂的末端执行器 提供主控制信号，从位于末端执行器附近的至少一个传感器接收传感器输 入信号，以及响应于传感器输入信号超驰主控制信号。
附图说明
[0013]参考附图可以进一步理解以下描述，其中：
[0014]图1示出了根据本专利技术的实施例的用于机器人系统的末端执行器的 说明性图解视图；
[0015]图2示出了用于图1的末端执行器的机载控制器的说明性图解视图；
[0016]图3示出了根据本专利技术的实施例的由机器人系统使用的处理步骤的 说明性图解视图；
[0017]图4示出了根据本专利技术的实施例的铰接臂系统；
[0018]图5示出根据本专利技术的实施例的机器人控制系统的说明性框图；
[0019]图6A和6B示出了由图5的机器人控制系统使用的说明性处理步骤 的说明性图解视图；
[0020]图7示出了图4的铰接臂系统的末端执行器旋转180度的说明性图解 视图。
[0021]图8A和图8B示出了用于本专利技术的进一步实施例中的末端执行器的说 明性图解视图。
[0022]仅出于说明的目的而示出附图。
具体实施方式
[0023]根据实施例，本专利技术提供了用于机器人末端执行器的架构，其允许 末端执行器改变机器人的状态。根据某些实施例，末端执行器可以以非常 高的频率观察环境并将本地传感器数据和观察结果与一组公式或触发事件 相比较。这允许机器人不可知的低等待时间运动原始程序，诸如，例如移 动直到吸力和移动直到力，而不需要机器人主控制器的全部响应时间。因 此提供了机器人末端执行器，其可以改变机器人的状态，并且还可以基于 各种控制策略在运行期间修改机器人末端执行器。根据进一步实施例，本 专利技术提供了一种多面夹持器设计策略，该策略也已经被开发用于无工具更 换器的多模式夹持。
[0024]大多数工业机器人系统仅在一个地方——在机器人控制器中执行它们 的编程逻辑控制。这些系统中的机器人控制器通常是一个大型的传统控制 器，具有模糊的(并且有时功能不佳)编程语言。相比之下，大多数现代 和新兴的机器人系统包含分布在机器人控制器和运行现代操作系统和软件 堆栈的多个工作站计算机之间的逻辑，诸如由Isle of Man的Canonical Ltd 出售的Ubuntu操作系统，由加利福尼亚州旧金山的Linux基金会提供的 Linux操作系统和由加利福尼亚州旧金山的开源机器人基金会提供的ROS 机器人操作环境。
[0025]这些架构的一个积极方面是，它们提供了巨大的，甚至是任意的计算 力的量，可以针对诸如运动规划、本地化、计算机视觉等问题。这种架构 的缺点主要在于经历诸如ROS的高级中间件会增加显著的等待时间，并且 在循环中评估控制策略可以看到100ms以上的往返时间。
[0026]作为这个问题的统一解决方案，一种夹持器控制系统已被开发有机载 电子装置、传感器和致动器，高级逻辑在运行时向这些装置上载一组“触 发器”。这些是控制策略，诸如当观察到高于X牛顿的力时停止机器人， 或当深度传感器观察到物体时减慢轨迹。末端执行器然后可以在kHz级别 本地评估策略，并且触发夹持器应该采取行动的情况的动作。
[0027]图1示出铰接臂组件的部分，该铰接臂组件包括力传感器系统1、机 载控制电子装置2、真空末端执行器3、三维深度传感器系统4、输入压力 传感器5、输出压力传感器6、和另一个真空末端执行器7。因此，铰接臂 包括机载控制电子装置2以及多个末端执行器3、7。在某些实施例中，铰 接臂可以包括与末端执行器3相似与末端执行器3相邻的另一端末端执行 器(因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铰接臂系统，包括：铰接臂，所述铰接臂包括末端执行器；以及铰接臂控制系统，所述铰接臂控制系统包括：所述末端执行器附近的至少一个传感器，用于感测所述铰接臂的位置、移动和加速度中的至少一个；主控制器，所述主控制器被配置成提供控制所述铰接臂的位置、移动和加速度的至少一个主控制信号；以及机载控制器，所述机载控制器被安装在所述铰接臂上靠近所述末端执行器并被耦合至所述至少一个传感器，其中所述机载控制器被配置成轮询所述至少一个传感器以及响应于所述至少一个传感器的输出，向所述主控制器自动提供用于改变所述铰接臂的位置、移动或加速度中的至少一个的中断信号。2.如权利要求1所述的铰接臂系统，其中，所述中断信号通过直接有线连接被提供给所述主控制器。3.如权利要求1所述的铰接臂系统，其中，所述中断信号通过无线连接被提供给所述主控制器。4.如权利要求1所述的铰接臂系统，其中，所述铰接臂控制系统包括多个传感器。5.如权利要求4所述的铰接臂系统，其中，所述多个传感器包括流量传感器、压力传感器、相机、扭矩传感器和变形传感器中的任何一个。6.如权利要求1所述的铰接臂系统，其中，所述中断信号导致所述主控制器向所述末端执行器发送用于停止移动的主控制命令。7.如权利要求1所述的铰接臂系统，其中，所述末端执行器包括多个末端夹持器，所述多个末端夹持器中的每一个包括真空吸盘。8.如权利要求7所述的铰接臂系统，其中，所述多个末端夹持器中的每一个包括至少一个压力传感器。9.如权利要求7所述的铰接臂系统，其中，所述多个末端夹持器以有序的阵列设置。10.一种铰接臂系统，包括：铰接臂，所述铰接臂包括真空末端执行器；以及铰接臂控制系统，所述铰接臂控制系统包括：安装在所述真空末端执行器的腕部处的至少一个传感器，用于感测所述铰接臂的位置、移动加速度、或真空中的至少一个；主控制器，所述主控制器位于远离所述铰接臂处并被配置成提供至少部分地控制所述铰接臂的运动的至少一个主控制信号；以及机载控制器，所述机载控制器被安装在所述铰接臂上处于所述真空末端执行器的腕部处并被耦合至所述至少一个传感器，其中所述机载控制器被配置成轮询所述至少一个传感器以及响应于所述至少一个传感器的输出，向所述主控制器自动提供用于改变所述铰接臂的运动的中断信号。11.如权利要求10所述的铰接臂系统，其中，所述中断信号通过直接有线连接被提供给所述主控制器。12.如权利要求10所述的铰接臂系统，其中，所述中断信号通过无线连接被提供给所述
主控制器。13.如权利要求10所述的铰接臂系统，其中，所述铰接臂控制系统包括多个传感器。14.如权利要求13所述的铰接臂系统，其中，所述多个传感器包括流量传感器、压力传感器、相机、扭矩传感器和变形传感器中的任何一个。15.如权利要求10所述的铰接臂系统，其中，所述中断信号导致所述主控制器向所述真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：伯克希尔格雷营业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：