CN102186638B - 在工业机器人的手臂末端处的工具的顺应装置 - Google Patents

Abstract

机器人(12)用来从仓(图1中的40)拾取零件。该机器人具有顺应装置(42)，并且一个或者多个工具连接到该装置以进行拾取。该顺应装置具有用于监视和/或控制它的顺应性的机构。该顺应装置可以具有各种实施例。可以在从仓移开抓取的零件期间使用力感测以确定对一个或多个拾取工具施加的力。表明施加的力的信号可以由机器人控制器用来确定一个或多个拾取工具可以保持的零件的重量。该机器人具有一个或者多个器件(图16、17)，这些器件可以是用于搅动仓中的零件的拾取工具。

Description

在工业机器人的手臂末端处的工具的顺应装置

技术领域

本发明涉及可以由机器人用于比如从仓拾取零件这样的应用的用于机器人的手臂工具顺应末端。

背景技术

机器人和其它多轴操纵器系统在许多工业和商业应用中用来进行精确和反复移动以及最少化人为干预。例如，机器人拾取和放置零件、涂敷喷漆、熔接、去除毛刺和向关节涂敷密封剂。恰当编程的机器人是高度可反复的和可靠的工具。

在图1中示出了并且由标号10大体上表明可以用于从仓拾取零件的现有技术的六轴工业机器人操纵器的一个示例。机器人系统通常包括操纵器组件12和基于计算机的控制器14。机器人操纵器组件12包括上臂16a和下臂16b。操纵器组件12具有经过第一关节18装配到基部20的一端和在相对端上装配腕部22。抓取机构24装配到腕部22并且配置用于接收零件。抓取机构24和装配到机器人腕部22的诸如工件的其它器件一起一般称为末端效果器(end-effector)。

图1也示出了视觉系统36，该系统具有两个相机38和将由机器人12使用抓取机构24来拾取的零件41填充的仓40。众所周知，视觉系统36也具有图1中未示出的计算器件。如这里所用术语“仓”意味着但不限于任何容器、盒、箱、盘或者可以接收和保持零件的其它结构。

也称为手臂工具末端(EOAT)的抓取机构24是刚性部件，因为它无任何顺应性。尽管在图1中示出了EOAT24仅为单个部件，但是对于本领域普通技术人员而言众所周知具有由一个或者多个刚性部件构成的EOAT，这些刚性构件之一附接到机器人手臂16a，从而机器人12可以将EOAT移向所有所需位置。这些刚性部件的类型和种类依赖于仓拾取系统的需要和配置。当拾取系统错误出现时，EOAT24对零件41的抓取失败，并且零件41经常由于EOAT24的刚性而受损。

视觉系统36用来确定仓40中的零件位置和定向。图1中所示视觉系统36仅为举例而并不限于此。该系统可以具有更多或者更少相机、使用激光照明、具有在机器人12上装配的相机等。

从仓40提取随机布置的零件41是机器人产业多年来一直试图实现自动化的复杂任务。根据仓和零件尺寸，当前不同解决方案包括向平坦区域上倾倒零件41(以便减少零件位置和定向的变量数目)、使用碗状进料器或者人工拾起零件41。这些解决方案具有各种弊端、比如成本、故障率和缺乏灵活性。工业机器人操纵器成本有效、可靠和灵活、但是在仓拾取应用中的成功率一直有限，因为零件位置和定向极度可变和难以标识。

最准确的视觉系统36过于缓慢或者不足以准确到指导工业机器人12可靠地拾起在未受控制的3D布置中的复杂零件41。现有机器人仓拾取系统通常已经成功用于简单零件41、简单仓布置(比如零件41的层数仅为很少的浅仓)、严格定制的设备和/或很昂贵的视觉系统36。然而，包括视觉的系统错误经常导致零件41抓取失败和/或碰撞。

一些现有解决方案使用顺应性以解决一些上述问题。然而在那些解决方案中，顺应性限于少于六度的自由度，并且在那些解决方案中，机器人12或者它的工具24被留在未知状态中或者需要昂贵感测装置以确定状态。

需要一种可以成功拾起在仓中随机放置的复杂3D零件的低成本通用机器人仓拾取系统。

发明内容

一种用于由机器人用来从仓拾取零件的顺应装置，所述仓中具有一个或者多个零件。该顺应零件拾取装置包括：

至少一个刚性部件；

至少一个顺应部件，具有至少一个自由度并且连接到所述至少一个刚性部件；以及

用于监视和/或控制顺应部件的顺应性的装置，装配于所述顺应部件拾取装置上。

一种用于拾取随机分布于仓中的一个或者多个零件的机器人。该机器人包括：

活动手臂；

计算设备，连接到机器人，用于控制活动手臂的运动；以及

顺应零件拾取装置，连接到活动手臂，包括：

至少一个刚性部件，连接到活动手臂；

至少一个顺应部件，具有至少一个自由度并且连接到所述至少一个刚性部件；以及

用于监视和/或控制顺应部件的顺应性的装置；

机器人还包括连接到刚性部件的工具，该工具用于从仓拾取一个或者多个零件。

一种用于由机器人用来拾取随机分布的物体的顺应装置。该装置包括：

在预定布置中的一个或者多个刚性部件，具有多个顺应器件，多个顺应器件中的各顺应器件提供一个或者多个自由度的顺应性以有助于从仓提取物体中的一个或者多个物体。

一种用于机器人的工具。该工具包括：

顺应部件；

两个刚性体，顺应部件在刚性体之间；以及

一个或者多个柔性系绳，以彼此相互的预定关系保持顺应部件和刚性体，

顺应部件和一个或者多个柔性系绳允许刚性体相对于彼此移动并且在工具受到超过力和/或力矩的预定量的力和/或力矩之后改变彼此相互的预定关系。

附图说明

图1示出了可以用来从仓拾取零件的现有技术机器人操纵器。

图2示出了可以用于从仓拾取零件的手臂工具顺应末端的一个实施例。

图3示出了图2的手臂工具顺应末端，该末端具有用于控制在各种方向上的顺应量的限制器件。

图4示出了具有动态可调气压的手臂工具顺应末端的一个实施例。

图5示出了用于具有图4中所示手臂工具顺应性末端的机器人的流程图。

图6示出了用于图4中所示手臂顺应端的气压动态更改的流程图。

图7示出了使用弹簧或者其它可压缩材料的手臂工具顺应末端。

图8、图9、图10a和图10b示出了当有一个或者多个抓取点和一个或者多个顺应器件时可以如何布置在手臂工具末端的顺应器件；

图11a和图11b以及图12a和图12b示出了当有一个或者多个抓取点、一个或者多个顺应器件和一个或者多个传感器时分别针对图8、图9、图10a和图10b中所示三个实施例中的各实施例可以如何布置顺应器件和传感器。

图13是用于使用力感测以从仓拾取零件的机器人的流程图。

图14a、图14b和图14c示出了用于使用这样的力感测以从仓拾取零件的机器人的各种实施例。

图15是用于保证从仓拾取仅一个零件的过程的流程图。

图16a、图16b和图16c示出了本发明的如下实施例，在这些实施例中，机器人通过使用零件拾取抓取器、附接到机器人的搅动器件或者由抓取器动态拾起的搅动器件来搅动零件。

图17a和图17b示出了如下实施例，在这些实施例中，机器人具有允许机器人在需要时拾起搅动器件而在完成搅动时放下该器件的自动化装配机构。

图18是用于在机器人尝试从仓拾取零件时在出现错误条件时搅动零件的流程图。

图19a、图19b和图19c分别针对图16a、图16b和图16c中所示机器人示出了如下实施例，在该实施例中，机器人也具有在机器人与工具之间的力感测或者顺应器件。

图20a和图20b分别针对图17a和图17b中所示机器人示出了如下实施例，在该实施例中，机器人也具有在机器人与工具之间的力感测或者顺应器件。

具体实施方式

现在参照图2，示出了具有顺应器件的本发明的一个实施例，该顺应器件具有多个自由度。如图2中所示，可以通过向橡胶管或者囊填充加压空气并且在机器人手臂16a与抓取器24之间放置这一顺应器件42来实施器件42。如图2中所示，囊42夹在板44与46之间。如图3中所示，系绳(可以是、但不限于工业织物或者线缆或者链48或者其它限制器件)可以用来在容纳管或者囊42的板44与46之间维持最少数量的压力而仍然允许在任何方向上压缩管或者囊42。织物、线缆、链48或者其它限制器件可以控制在各种方向上的顺应量。可选地，可以向这一配置添加类似轨、关节或者其它器件以使顺应性限于少于六个自由度。系绳帮助将顺应器件保持于它的默认配置直至外力或者力矩超过预定数量。在外力或者力矩减少至预定数量以下之后，器件借助系绳返回到它的原配置。

当在图2中所示实施例中视觉系统36(参见图1)标识仓40(也在图1中示出)以内的零件41时，向机器人控制器14发送零件位置和定向。机器人控制器14移动仓40以内的EOAT24以便抓取和提取所选零件41。当机器人手臂16a将EOAT24移向所选零件41时，这一零件可能偏离预期位置。器件42提供的上至六个自由度的顺应性允许微调EOAT的位置和定向以获得更佳抓取。具有上至六个自由度的顺应性允许系统补偿更多各种错误、尤其是未对准。顺应性也减少在由于位置或者定向错误而出现碰撞时对机器人12、工具24、仓40和零件41的损坏。

各种气压可以用来使图2和图3中所示器件42有更多或者更少顺应性。在图4中示出了用于动态可调气压顺应器件42的一个实施例。在该实施例中，连接到空气流过的囊42的管道54串联有用于增加或者减少囊42的气压的阀50和可以是气压传感器或者限制开关的气压传感器装置52。气压传感器给出用于当前压力的值范围，而气压限制开关是二进制输出(1＝压力在限制以上；0＝在限制以下)。去往和来自控制器14的输入/输出信号53用来控制器囊42的气压。

压力限制开关52监视器件42中的压力，从而极端压力触发限制开关52。当大量错误出现在仓拾取应用中时，碰撞所致的力大到足以触发预定限制。取而代之，力由压力传感器52而不是限制开关监视。当达到气压限制时并且在任何损坏已经出现之前，传感器装置52使机器人运动停止。这允许系统安全停止和自动尝试另一拾取。类似地，也可以基于上述相同压力传感器52和自动恢复方法(即停止机器人运动并且自动尝试另一拾取)监视和调节零件放置运动(出现于已经拾取零件41之后)。当然，如果将启动自动恢复的错误出现时零件41还在抓取器24中，则机器人12必须在尝试另一拾取之前对该零件进行某种操作，例如将零件41放入仓40中。

作为这一系统的部分，一个或者多个压力传感器也可以在零件41从仓40移开时的收回运动期间活跃。其它限制也可以用来检测抓取的零件41已经变得被卡住。这可能由于各种原因而发生、比如抓取的零件41与其它零件41互锁或者卡在仓壁与其它零件之间。当在收回运动期间达到这样的限制时，机器人12可以释放零件或者尝试从不同方向移开它。

随着机器人12从仓40拉动所选零件41，压力感测器件52将在零件41被卡住或者阻挡时记录越来越高的压力。在这样的境况中，机器人12可以在其它方向上系统地拉动直至它发现具有可接受的更少阻力的一个方向。每当遇到阻力时可以重复该过程。如果不能发现阻力低的路径则停止该过程并且释放零件。如果达到时间限制、搜索尝试限制或者其它约束则停止该过程。这些约束防止其中零件41在少数位置之间持续来回移动的无穷循环。在搜索期间也可以调节顺应器件42中的气压以帮助放开零件或者允许改变抓取器定向。

现在参照图5，示出了用于具有图4中所示顺应器件42的机器人的流程图500。在块502中，拾取始于与机器人12关联的视觉系统36寻找可以从仓40拾取的零件41。判断504询问是否发现可以拾取的零件41。如果答复为否，则结束拾取过程。

如果对判断504的答复为是，则在块506中抓取零件41并且在块508中移动抓取的零件41以从仓40移开它。判断510询问在从仓40移开零件41期间是否达到压力限制。如果答复为否，则在块512中机器人12将零件41放置于它打算放置到的位置。

如果对判断510的答复为是，则该过程继续到判断514，该判断询问是否已经达到搜索限制。如果答复为是，则该过程继续到其中释放零件41的块516、然后继续到块512以寻找从仓40拾取的零件41。

如果对判断514的答复为否，则块518中的过程搜寻阻力压力低的移开方向并且可以可选地在搜索期间减少顺应性压力。在完成块518之后，该过程继续到判断520，其中询问是否可以发现低阻力方向。如果对判断520的答复为是，则该过程继续到块508，其中移动零件41从而可以从仓40移开它。如果对判断520的答复为否，则该过程继续到块516，其中释放零件41。

在使用气压以控制顺应性的上述本发明实施例中，可以在仓拾取过程期间在顺应器件中动态更改气压。当碰撞出现时，在机器人的工具与仓40或者零件41之间的力即使在机器人12停止之后通常仍然保持为高。当机器人12重启和尝试从碰撞点收回时，这些力可能引起运动错误。可以通过在碰撞之后减少顺应器件42中的气压、然后在机器人12已经从碰撞点收回之后恢复该气压来减少这些力从而使机器人12自由移动。

图6中所示流程图600描述了对气压的这一动态更改。在块602中，拾取始于与机器人12关联的视觉系统26寻找可以从仓40拾取的零件41。判断604询问是否发现可以拾取的零件41。如果答复为否，则结束拾取过程。

如果对判断604的答复为是，则在块606中机器人12移向零件41并且尝试抓取它。判断608询问是否在抓取零件41时已经出现碰撞。如果对判断608的答复为否，则机器人12在块610中从仓40移开抓取的零件41并且将它放置于输出位置。

如果对判断608的答复为是，则在块612中释放气压。在释放气压之后，如在块614中所述从碰撞位置收回机器人12。在块616中恢复气压，并且视觉系统26如在块602中所述用来发现可以从仓40拾取的零件41。

取代了用于如图2-图4中所示顺应器件的橡胶管或者囊42，顺应器件可以如图7中所示为弹簧或者可压缩材料90。使用弹簧或者可压缩材料作为顺应器件简化EOA24的构造、但是消除动态改变顺应量的可能性。一个或者多个弹簧(或者类似顺应材料或者器件)提供沿着一个或者多个轴在机器人与抓取器之间的顺应性。在这一系统中，通过使用范围或者邻近传感器(等)92来检测顺应运动、也就是板44、36之一相对于板44、46中的另一个板的移动。传感器向控制器14提供信号并且从控制器接收信号，这些信号统一标注为93。这些传感器92中的一个或者多个传感器用来检测沿着一个或者多个轴的偏转量值。

在仓拾取中，图7中所示器件中的顺应性赋予对在拾取操作期间的位置错误的某一容许量从而允许工具在错误小时微移并且抓取零件41。在错误大的情况下，碰撞所致的力大到足以触发预定限制。力由器件中的范围或者邻近传感器92间接监视，而在达到限制时并且在已经出现任何损坏之前停止机器人运动。这允许系统安全停止并且自动尝试另一拾取。类似地，也可以基于相同范围或者邻近传感器92和自动恢复方法监视和调节零件放置运动(出现于已经拾取零件41之后)。

作为这一系统的部分，一个或多个范围或者邻近传感器92也可以在零件41从仓40移开时的收回运动期间活跃。这些传感器92可以用来检测抓取的零件41已经变得被卡住。这可能由于各种原因而发生、比如与其它零件互锁或者卡在仓壁与其它零件之间。当在收回运动期间出现这样的事件时，机器人12可以释放抓取的零件41或者试着从不同方向移开它。可以使用范围/邻近感测系统来进行上文针对压力感测系统描述的相同过程。

零件可能变得相互互锁、缠住和/或受阻。为了有助于成功提取这样的零件，EOAT的顺应性通过允许互锁、缠住和/或受阻的零件调节和放开其本身来允许抓取的零件41在提取期间重新定向从而增加拾取成功率。

还可以修改上述实施例以支持各种配置。也可以通过使用链接到刚性部件的各自具有一个或者多个自由度的多个顺应器件(弹簧、空气袋、汽缸等)来实现在多个方向上的顺应性。根据EOAT配置和系统需要，顺应性可以位于任何刚性部件之间。多个顺应器件可以用来提高在一个或者多个方向上的顺应性。

图8-图10示出了当有一个或者多个抓取点和一个或者多个顺应器件时可以如何布置EOAT中的顺应器件。在各图中，刚性部件由字母“R”表示，而顺应部件由字母“C”表示。在各图中，在各EOAT中在EOAT的左手侧示出了机器人手臂，而在各EOAT的右手侧示出了刚性抓取部件R。

图8示出了各自具有单个抓取部件的三个EOAT。图9示出了图8的具有两个抓取部件的各EOAT。图10a示出了图8的具有单个抓取部件而具有两个顺应器件的EOAT，而图10b示出了图9的具有两个或者更多抓取部件而具有两个顺应器件的EOAT。应当理解，尽管在图9和图10b中示出了仅两个抓取部件而在图10a和图10b中示出了仅两个顺应器件，但是那些EOAT可以具有多于两个抓取部件和多于两个顺应器件。

还可以进一步增强上述实施例以提供便宜的力感测装置。当前顺应性解决方案可能将机器人或者它的工具留在未知状态或者需要昂贵感测装置以确定状态。例如，橡胶填料或者弹簧将在意外接触期间弯曲，但是关于顺应器件已经何处和如何移动了解甚少。这一缺乏理解妨碍机器人系统提供对错误的智能响应。可以通过如图4中所示向本发明的基于空气的顺应性实施例添加气压传感器或者如图7中所示向本发明的其它实施例添加范围或者邻近传感器来克服这一限制。这些传感器比多方向工业力传感器便宜得多。压力感测机构可以是模拟的(提供连续范围的值)或者一个或者多个数字传感器(检测何时已经达到一个或者多个离散值)。除了气压传感器之外或者取而代之，范围或者邻近传感器也可以与基于空气的顺应器件一起使用。

上述顺应性和传感器配置提供一种既容许在接触应用如仓拾取中的位置错误又监视力以便实现对若干过程和错误条件的自动和智能响应的便宜的方式。

附加实施例可以组合上述顺应器件和对应传感器以允许沿着一个或者多个轴的顺应性(包括旋转)。这些组合可以允许独立定值顺应性和测量阈值的量，从而一个轴可以移动更多而另一个轴移动更少。

图11a和图11b以及图12a和图12b分别针对图8、图9、图10a和图10b中所示三个实施例中的各实施例示出了当有一个或者多个抓取点、一个或者多个顺应器件和一个或者多个传感器时可以如何布置顺应器件和传感器。在各图中，刚性部件由字母“R”表示，顺应部件由字母“C”表示，传感器由字母“P”表示，并且在每个实施例的左手侧上示出了机器人手臂。图12a和图12b示出了串联顺应性器件和测量器件。

向机器人添加力感测可以通过允许机器人12感测零件41可以移动以从其它零件放开它的方向来允许机器人12拾取部分受阻或者缠住的零件。下文具体描述的图14a、图14b和图14c示出了用于使用这样的力感测的机器人12的各种实施例。

随着机器人12从仓40拉动所选零件41，力感测器件在零件12被卡住或者受阻时记录越来越高的力。在这样的境况中，机器人12可以在其它方向上系统地拉动直至它发现具有可接受的更少阻力的一个方向。每当遇到阻力时可以重复该过程。如果不能发现低阻力路径则停止该过程并且释放零件。如果达到时间限制、搜索尝试限制或者其它约束则也停止该过程。这些约束防止其中零件在少数位置之间持续来回移动的无穷循环。图13中的流程图1300示出了这一过程。

在块1302，视觉系统36发现从仓40拾取的零件41。该过程继续到判断块1304，其中询问视觉系统36是否已经发现可以从仓40拾取的零件41。如果答复为否，则向控制器14或者其它计算设备输出“不能拾取”信号。如果对在判断块1304中的问题的答复为是，则该过程首先继续到块1306(其中抓取机构24抓取零件41)、然后继续到块1308(其中机器人以从仓40移开抓取的零件41这样的方式移动零件)。

该过程然后继续到判断块1310，其中询问是否在从仓40移开抓取的零件41期间已经达到力限制。如果对该问题的答复为否，则将移开的零件41放置于可以在另一操作中使用它的位置。该过程然后返回到块1302以发现从仓40拾取的另一零件41。

如果对在判断块1310中的问题的答复为是(也就是说，已经在从仓40移开抓取的零件41时达到力限制)，则该过程继续到判断块1314，其中询问是否已经达到搜索限制。如果对这一问题的答复为是，则该过程继续到块1320，并且抓取的零件被释放而且保留于仓41中。

如果对在判断块1314中的问题的答复为否，则该过程继续到块1316，其中搜寻阻力低的移开方向。这一搜索是必要的，因为为了到达块1316，该过程已经在判断块1310获得对已经在移开拾取的零件41期间达到力限制这一问题的答复为是。该过程然后从块1316继续到判断块1318，其中询问是否可以发现低阻力方向。如果对这一问题的答复为是，则该过程返回到块1308以移动抓取的零件41以由此从仓40移开它。如果对在判断块1318中的问题的答复为否(也就是说，不能发现用于从仓40移开抓取的零件41的低阻力方向)，则该过程继续到块1320，其中释放抓取的零件。

可以如图14a中所示使用在机器人12与抓取零件41的工具24之间附接的刚性力感测器件72或者通过以本领域技术人员众所周知的方式监视机器人的马达力矩来准确测量力。如果使用多个抓取器24，则如图14b中所示，单个力传感器72可以用于两个抓取器24，或者如图14c中所示，力传感器72可以用于各抓取器24。

在移开期间的力感测也可以用来检测何时从仓40成功拾取零件41以及是否放下零件41。它也可以用来确定是否拾起了多于一个的零件41。可能由于零件特征互锁而意外地拾起多个零件。在许多应用中，递送额外零件可能引起严重错误。检测拾起了多个零件并且尝试放下额外一个或多个零件而不放下所需零件可以提高生产效率。

现在参照图15，示出了流程图1500，该流程图描述了用于保证从仓40拾取仅一个零件41的过程。

在这一过程中的块1502、1504和1506与在图13中所示流程图50中的块1302、1304和1306相同，因此无需再次描述它们的功能。在块1508，从仓40收回抓取器24。抓取器24应当抓取零件41，因此在判断块1510询问抓取器24保持的重量是否少于一个零件41的重量。控制器14根据控制器从力传感器72接收的信号来确定抓取器24保持的零件的重量。如果答复为是，则这意味着抓取器24尚未抓取零件41。因此，该过程返回到块1502以再次开始拾取过程。

如果对在判断块1510中的问题的答复为否，则抓取器24保持至少一个零件。该过程然后继续到判断块1512，其中询问抓取器24保持的重量是否多于一个零件41的重量。对这一问题的答复确定抓取器24是保持仅一个零件41还是已经抓取两个或者更多零件。如果对在判断块1512中的问题的答复为否，则抓取器24保持仅一个零件41，并且该过程继续到块1514，其中将抓取的零件41放置于可以在另一操作中使用它的位置。该过程然后从块1514返回到块1502以发现从仓40拾取的另一零件41。

如果对在判断块1512中的问题的答复为是，则该过程继续判断块1516，其中询问是否已经达到预定放下尝试限制。询问这一问题以防止机器人12持续反复拾取过程。预定放下尝试限制可以例如基于时间或者尝试摇动放开零件的次数。如果对在块1516中的问题的答复为否，则该过程继续到块1518，其中在仓40之上移动或者旋转或者摇动抓取的零件，从而额外零件有望被放回到仓40中。如果对判断块1516的问题的答复为是，则该过程继续到块1520，其中将所有抓取的零件释放回到仓40中。

尽管图14a、图14b和图14c已经示出了在将力感测或者马达力矩用于从仓拾取零件的机器人上的手臂工具刚性末端，但是应当理解手臂工具末端也可以有顺应性并且具有上文针对这样的工具描述和这里示出的实施例之一。

现在参照图16a、图16b和图16c，示出了本发明的如下实施例，在这些实施例中，机器人12通过使用零件拾取抓取器24、附接到机器人12的搅动器件或者由抓取器24动态拾起的搅动器件来搅动零件。具体而言，图16a示出了具有用于搅动仓40中的零件41的抓取器24的机器人12，图16b示出了在机器人腕部22上装配的附加搅动工具96，而图16c示出了如下实施例，在该实施例中，当控制器14确定必须搅动仓40中的零件41时，抓取器24保持由抓取器24动态拾起的搅动器件98。

搅动可以用来改变零件41的定向，从而可以拾取零件。当在仓中有大量零件时通常需要改变零件定向。应当理解用于改变零件定向的搅动也改变零件的位置。搅动也可以用来将仓40中的所有零件41聚集在仓的中心附近，以让机器人12更容易触及零件。当在仓中有很少零件或者在仓的侧部或者拐角有一些零件时通常需要将所有零件聚集在仓的中心附近。搅动的其它用途包括但不限于分散零件，从而个别零件可以相互隔离和/或将零件聚集到相互隔离的组中。搅动也可以在出现预定事件(如例如并且不限于时间流逝或者周期时间下降)时由控制器14或者其它计算设备启动。

图17a和图17b示出了本发明的如下实施例，在这些实施例中，机器人12具有自动化装配机构、比如具有工具装配连接器104的标准工具转接器100，该转接器允许机器人12在需要拾起搅动器件102而在完成搅动时放下该器件。

现在参照图18，示出了用于在机器人尝试从仓40拾起零件41时在出现错误条件时搅动零件的流程图1800。在块1802中，视觉系统36发现仓40中的可以由机器人12拾取的零件41。该过程然后继续到判断1804，其中询问视觉系统是否发现待拾取的零件。如果对该问题的答复为是，则该过程继续到块1806，其中仓拾取系统检验确定抓取机构24是否可以触及视觉系统36发现的零件41并且机器人12为了拾取零件41而必须遵循的路径是否无碰撞。该过程然后继续到判断1808，其中询问是否可以拾取视觉系统36发现的零件41这一问题。

如果对在判断1808中的问题的答复为是，则该过程继续到块1810，其中从仓40拾取所选零件41。如果对在判断1808中的问题的答复为否，则该过程继续到块1812，其中视觉系统36发现待拾取的另一零件41，并且该过程然后返回到判断1804。

现在返回到判断1804，如果对其中询问的问题的答复为否(也就是说，未发现将从仓40拾取的零件41)，则该过程继续到块1814，其中视觉系统36检验空仓40。在完成该检验之后，该过程继续到判断1816，其中询问仓40是否为空这一问题。如果对该问题的答复为是，则该过程向控制器14或者其它计算设备输出空仓信号，从而向操作人员和仓供应系统通知在与机器人12当前相邻的仓40中没有任何零件41。

如果对在判断1816中的问题的答复为否(也就是说，在仓40中有零件41)，则该过程继续到判断1818，其中询问是否已经达到搅动尝试最大次数这一问题。如果对这一问题的答复为是，则该过程向控制器14或者其它计算设备输出最大搅动信号，从而向操作人员通知仓40的搅动已经达到搅动最大允许次数。

可以“在每仓基础上”(也就是说，允许在系统表明不允许更多搅动以从仓拾取零件之前针对仓出现预定次数的搅动尝试)或者“每次拾取基础”(也就是说，允许在系统表明不允许更多搅动以从仓拾取零件之前针对该零件的拾取出现预定次数的搅动尝试)对搅动尝试次数进行计数。可选计数器可以用来限制搅动尝试次数。

如果对在判断1818中的问题的答复为否(也就是说，尚未达到搅动尝试最大次数)，则该过程继续到块1820以计划搅动路径。可以在作为控制器14的计算设备中或者在视觉系统36中的计算设备中或者在这两个计算设备中规划搅动路径。机器人系统可以具有单独或者在与控制器14和/或视觉系统计算设备的任何组合中的其他计算设备用来规划搅动路径。应当理解，尽管图18已经示出了在对判断1818为否之后的块1820，但是在确定尚未达到搅动尝试最大次数之前可能出现对搅动路径的规划。

搅动路径可以基于固定模式。可以在控制器14中对固定模式预先编程。固定模式的路径可以简单地在将最可能移动一些零件41的少数圆圈或者其它预定路径(比如数字8形或者星形)中移动工具。预定路径使用对仓的形状和尺寸的预先了解以最大化它的有效性。可以基于仓尺寸或者形状或者用户输入的参数来自动调节这些固定的预先编程模式。可以允许用户修改模式或者创建他或者她自己的模式。

取而代之，控制器14可以基于来自视觉系统36的输入在操作中计算搅动路径。视觉系统36知道一些零件41在何处、但是它们不能由机器人12拾起。基于视觉的搅动路径可以将机器人工具24从可见零件移动到可见零件而不收回工具。这将造成碰撞、也就是搅动零件41。移动工具24以获得搅动有许多替代方式，例如将机器人工具移向可见零件41、但有预定少量偏离。预先编程的搅动路径和基于来自视觉系统36的输入来计算的路径也均可以包括检错以免与仓壁碰撞。

上述在各种搅动路径之间的选择是基于仓中的条件。当在仓中有大量零件(这可以通过查看最高零件的高度来大致确定)时，主要拾取问题通常在于需要改变零件的定向以允许拾取零件。在这一情形中，按照预定义路径搅动实现这一目标。

当零件数目少和/或在仓的侧部和拐角有一些零件时，基于视觉的搅动路径用来主动发现离开仓中心的那些零件并且将它们聚集朝向仓的中心，从而仓中的所有零件朝向仓中心。对零件的这一聚集让机器人更容易触及零件、因此增加机器人拾取零件的可能性。在另一实施例中，预定义搅动路径也可以用来从仓的一个或者多个侧部和/或拐角朝中心移动零件。

在块1820中完成对搅动路径的规划时，该过程继续到块1822，其中搅动仓40以使仓40中的一些零件41可为抓取机构24所触及。

一种辅助搅动的可选方式是将力感测装置与机器人12或者工具24包括在一起。这可以通过使用附接到机器人12或者工具24的力传感器、通过监视马达力矩以检测力改变、监视在机器人12与工具24之间的顺应器件中的偏转或者压力或者任何其它接触感测手段来实施。在这些实施例中的任何实施例中，力反馈在搅动期间用来(1)保证有与仓40中的至少一些零件41的接触以保证移动它们中的一些零件以及(2)防止损坏机器人12、工具24、仓40或者零件41。例如，当零件41与仓壁直接接触并且机器人12将零件41推入壁中时可能出现对零件41的损坏。在另一示例中，零件41可以按照若不破坏它们、工具24或者机器人马达就不能移动它们这样的方式受阻、缠住和/或互锁。建立力限制防止机器人12在零件41不能移动(无论原因如何)的任何方向上推动太猛。在机器人工具24中的一些顺应性可以与力感测结合使用以便增加安全性和灵活性。

图19a、图19b和图19c分别针对图16a、图16b和图16c中所示机器人12示出了如下实施例，在该实施例中，机器人12也具有例如来自图14a、图14b和图14c中所示力传感器72或者在机器人12与工具24之间的顺应器件(比如图2-图4、图7-图12中所示顺应器件)的力感测。图20a和图20b分别针对图17a和图17b中所示机器人12示出了如下实施例，在该实施例中，机器人12也具有例如来自图14a、图14b和图14c中所示力传感器72或者在机器人12与工具24之间的顺应器件(比如图2-图4、图7-图12中所示顺应器件)的力感测。

如果未使用力感测以检测是否已经出现搅动，则视觉系统36可以用来验证搅动过程已经移动至少一些零件。如果尝试搅动、但是至少一些零件的定向尚无明显改变，则可以用不同搅动路径和/或模式重新尝试搅动。一种确定至少一些零件的定向是否已有明显改变的公知技术是比较两个图像以检测场景的改变。场景的中度到大量改变意味着已经移动零件。

即使也使用力感测，这一基于视觉的验证也可以用作对已经出现搅动的双重检验。

将理解前述一个或多个示例实施例的描述旨在于仅举例说明而不是穷举本发明。本领域普通技术人员将能够对公开的主题内容的一个或多个实施例进行某些添加、删除和/或修改而不脱离如所附权利要求书限定的本发明精神实质或者其范围。

Claims (18)

1.一种用于拾取随机分布于仓(40)中的一个或者多个零件(41)的机器人(12)，其特征在于包括：

活动手臂(16a)；

计算设备(14)，连接到所述机器人(12)，用于控制所述活动手臂(16a)的运动；以及

顺应零件拾取装置，连接到所述活动手臂(16a)，包括：

至少一个刚性部件(R)，连接到所述活动手臂(16a)；

至少一个顺应部件(42，90)，具有至少一个自由度，并且所述顺应部件(42，90)连接到所述至少一个刚性部件(R)，所述至少一个顺应部件(42，90)是弹簧或者可压缩材料；以及

用于监视和/或控制所述顺应部件(42，90)的顺应性的装置(54，50，52，92)；

所述机器人(12)还包括连接到所述刚性部件(R)的工具(24)，所述工具(24)用于从所述仓(40)拾取所述零件中的一个或者多个零件(41)。

2.根据权利要求1所述的机器人(12)，其中所述顺应部件(42)包括气体填充的器件(42)和用于监视和/或控制所述气体的压力的装置(45，50，52)，所述气体填充的器件的顺应性依赖于所述气体填充的器件(42)中的所述气体的压力。

3.根据权利要求2所述的机器人(12)，其中所述计算设备(14)在确定所述仓(40)中的所述随机分布的零件(41)中的一个或者多个零件可以由所述工具(24)拾取时，使所述机器人的活动手臂(16a)移动所述工具以抓取所述一个或者多个可拾取的零件(41)。

4.根据权利要求2所述的机器人(12)，其中所述计算设备(14)在确定所述工具(24)在尝试抓取所述一个或者多个可拾取的零件(41)之时与所述仓(40)或者所述可拾取的零件(41)有碰撞时，使所述用于控制所述气体填充的器件(42)中的所述气体的压力的装置(50，54)释放所述气体的压力和使所述活动手臂(16a)以移动所述工具离开所述碰撞的位置。

5.根据权利要求1所述的机器人(12)，还包括装配于所述机器人(12)上的工具(96，98)，用于在所述计算设备确定预定事件出现时搅动所述仓(40)中的所述一个或者多个随机分布的零件(41)中的一个或者多个零件。

6.根据权利要求1所述的机器人(12)，其中所述计算设备(14)在出现预定事件时使所述拾取工具(24)搅动所述仓(40)中的所述一个或者多个随机分布的零件(41)中的一个或者多个零件。

7.根据权利要求1所述的机器人(12)，还包括用于监视在从所述仓(40)移开所述拾取工具(24)抓取的一个或者多个零件(41)期间施加的力并且向所述计算设备(14)发送表明所述施加的力的信号的装置(40)。

8.根据权利要求7所述的机器人(12)，其中当所述计算设备(14)已经确定所述施加的力超过预定限制时，所述计算设备(14)使所述机器人(12)搜寻施加的力比所述预定限制更少的用于移开所述一个或者多个拾取的零件(41)的方向。

9.根据权利要求8所述的机器人(12)，其中在所述计算机设备(14)确定在搜寻用于从所述仓(40)移开所述一个或者多个拾取的零件(41)时已经达到预定搜索限制而未超过针对所述施加的力的所述预定限制之后，所述计算机设备(14)使所述拾取工具(24)释放所述一个或者多个拾取的零件(41)。

10.根据权利要求8所述的机器人(12)，其中当所述机器人(12)不能发现施加的力比所述预定限制更少的用于移开所述拾取的零件(41)的方向时，所述计算设备(14)使所述机器人(12)释放所述一个或者多个拾取的零件(41)。

11.根据权利要求1所述的机器人(12)，其中所述顺应部件(90)包括可压缩器件(90)和用于检测顺应运动的装置(92)，所述可压缩器件的顺应性依赖于它的可压缩性。

12.根据权利要求7所述的机器人(12)，其中所述计算设备(14)根据来自所述施加力监视装置(59，72，92)的所述信号确定所述工具(24)保持的重量是否多于一个零件的重量。

13.根据权利要求12所述的机器人(12)，其中在所述计算设备(14)已经确定所述工具(24)保持的重量多于一个零件(41)的重量之后，所述计算设备(14)使所述工具(24)以如下方式在所述仓(40)之上移动，该方式被设计成促使所述拾取的零件(41)中的除了一个零件之外的所有零件被从所述工具(24)放开并且放回到所述仓(40)中。

14.根据权利要求13所述的机器人(12)，其中在所述计算设备(14)已经确定所述工具(24)保持的重量多于一个零件的重量之后，所述计算设备(14)确定是否已经达到所述工具(24)放下所述工具(24)拾取的零件的尝试预定限制。

15.根据权利要求12所述的机器人(12)，其中在所述计算设备(14)已经确定所述工具(24)保持的重量多于一个零件(41)的重量之后，所述计算设备(14)使所述工具(24)将所有所述拾取的零件(41)释放到所述仓(40)中。

16.根据权利要求14所述的机器人(12)，其中在到达所述预定限制之后，所述计算设备(14)使所述工具(24)将所有所述拾取的零件(41)释放到所述仓(40)中。

17.根据权利要求5所述的机器人(12)，还包括用于在进行搅动时向所述计算设备发送信号的力感测装置，所述信号表明所述搅动工具(96，98)接触所述仓(40)中的所述随机分布的零件(41)中的一个或者多个零件。

18.根据权利要求6所述的机器人(12)，还包括用于在进行搅动时向所述计算设备(14)发送信号的力感测装置，所述信号表明所述拾取工具(24)接触所述仓(40)中的所述随机分布的零件(41)中的一个或者多个零件。