[发明专利]用于末端执行器控制的机器人臂运动学

说明书

一种用于在物理环境中执行交互的系统，所述系统包括经历相对于环境的运动的机器人底座；被安装到机器人底座上的机器人臂，机器人臂包括被安装在其上的末端执行器；以及测量指示机器人底座相对于环境的定位的机器人底座定位的跟踪系统。控制系统获取末端执行器目的地的指示，确定基准机器人底座定位，计算延伸到末端执行器目的地的末端执行器路径并且使用来自跟踪系统的信号来重复地确定当前机器人底座定位，使用当前机器人底座定位和末端执行器路径来计算机器人臂运动学以及控制机器人臂以使末端执行器朝向目的地移动。

发明背景

本发明涉及用于在物理环境中执行交互的系统和方法，并且在一个特定示例中，涉及用于根据使用机器人臂运动学以考虑在机器人底座和环境之间的相对运动的末端执行器路径来移动末端执行器的系统和方法。

现有技术的描述

在本说明书中对任何现有的出版物(或来源于其的信息)或对已知的任何内容的提及不被视为并且不应被视为对现有的出版物(或来源于其的信息)或已知的内容形成本说明书涉及的奋斗领域中的公知常识的一部分的承认或允许或任何形式的暗示。

已知提供了其中安装在移动机器人底座上的机器人臂用于在物理环境中执行交互的系统。例如，WO 2007/076581描述了一种用于由多个砖块建造建筑物的自动砌砖系统，其包括设置有砌砖和粘合剂施加头的机器人、测量系统和向机器人提供控制数据以在预定位置处铺设砖块的控制器。测量系统实时测量头部的定位，并为控制器产生定位数据。控制器基于定位数据和头部的预定或预编程定位之间的比较产生控制数据，以在关于建造中的建筑物的预定定位处铺设砖块。控制器可以控制机器人以逐层方式建造建筑物，其中砖块顺序地铺设在它们相应的预定定位处，并且其中在为下一层铺设砖块之前，为整个建筑物铺设完整一层的砖块。

WO 2007/076581中描述的布置在解决与长吊臂由于重力、风、末端执行器的运动和吊臂的运动而偏转相关联的问题方面取得了很大进展。然而，即使采用WO 2007/076581中描述的布置，特别是当与机器人的底座和末端执行器的距离增加时，末端执行器的定位误差仍然会发生。

发明概述

在一个宽泛的形式中，本发明的一个方面寻求提供一种用于在物理环境中执行交互的系统，所述系统包括：机器人底座，所述机器人底座相对于所述环境经历运动；机器人臂，所述机器人臂被安装到所述机器人底座上，所述机器人臂包括安装在所述机器人臂上的末端执行器；跟踪系统，所述跟踪系统测量指示所述机器人底座相对于所述环境的定位的机器人底座定位；以及，控制系统，所述控制系统：获取末端执行器目的地的指示；确定基准机器人底座定位；至少部分地使用所述基准机器人底座定位来计算延伸到所述末端执行器目的地的末端执行器路径；使用来自所述跟踪系统的信号来确定当前机器人底座定位；使用所述当前机器人底座定位和所述末端执行器路径来计算机器人臂运动学；基于所述末端执行器路径和所计算的机器人臂运动学来生成机器人控制信号；将所述机器人控制信号施加到所述机器人臂以使所述末端执行器沿着所述末端执行器路径朝向所述目的地移动；以及，重复步骤(v)至(vii)以使所述末端执行器朝向所述末端执行器目的地移动。

在一个实施例中，所述当前机器人底座定位指示所述机器人臂运动学的原点，并且所述机器人底座定位在环境坐标系中被确定，从而允许所述机器人臂在所述环境坐标系中被控制。

在一个实施例中，所述末端执行器目的地相对于环境坐标系被定义，并且所述控制系统计算在所述环境坐标系中的所述末端执行器路径。

在一个实施例中，所述控制系统：确定末端执行器定位；和，使用所述末端执行器定位来计算所述末端执行器路径。

在一个实施例中，所述控制系统使用机器人臂运动学来确定所述末端执行器定位。

在一个实施例中，所述控制系统：基于所述机器人底座定位来计算机器人底座运动；和，至少部分地基于所述机器人底座运动来计算所述机器人臂运动学。