本申請(qǐng)主張2014年4月10日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/977,886、2014年5月6日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/989,020以及2014年12月19日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/094,138的優(yōu)先權(quán)。通過(guò)引用的方式將美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/977,886、美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/989,020和美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/094,138中的每一個(gè)的全部公開的內(nèi)容并入到本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

公開的實(shí)施例涉及機(jī)器人系統(tǒng)及操作機(jī)器人系統(tǒng)的方法。具體地，一些實(shí)施例涉及遠(yuǎn)程控制的機(jī)器人系統(tǒng)及操作機(jī)器人系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)：

機(jī)器人系統(tǒng)正越來(lái)越多的用于在不同情況下幫助人類。特別地，在人直接接觸可能會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)甚至危及生命的情況下，機(jī)器人系統(tǒng)可能是重要的。

多年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了巨大的演進(jìn)，推動(dòng)產(chǎn)生了可以包括用于控制各個(gè)不同的從設(shè)備(或輔助設(shè)備)的多個(gè)主設(shè)備(或者主要設(shè)備)的機(jī)器人系統(tǒng)。因?yàn)橹饕O(shè)備能夠通過(guò)用戶接口接收命令，所以操作者可以位于各個(gè)不同的位置。

機(jī)器人系統(tǒng)的一個(gè)示例性的應(yīng)用是用于簡(jiǎn)易爆炸裝置處置(IEDD)。IEDD技術(shù)已經(jīng)從最初的涉及人類直接處理簡(jiǎn)易爆炸裝置(IED)的方法演變?yōu)樽罱纳婕芭cIED的一些直接人類交互的遠(yuǎn)程控制的機(jī)器人系統(tǒng)。然而，由于提供的用于操作機(jī)器人系統(tǒng)的控制比較原始并且能夠獲得和處理的數(shù)據(jù)量有限，所以大多數(shù)現(xiàn)有的機(jī)器人系統(tǒng)在其應(yīng)用中繼續(xù)受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文描述的各種實(shí)施例一般涉及機(jī)器人系統(tǒng)以及操作本文描述的機(jī)器人系統(tǒng)的方法。

根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種機(jī)器人系統(tǒng)，包括：輸入模塊，其能夠操作用于從一個(gè)或多個(gè)主要設(shè)備接收一組輸入信號(hào)，所述一組輸入信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)；

存儲(chǔ)模塊，其能夠操作用于提供配置簡(jiǎn)檔，所述配置簡(jiǎn)檔包括用于所述機(jī)器人系統(tǒng)的一組操作參數(shù)；處理模塊，其被配置為至少基于所述一組輸入信號(hào)和所述配置簡(jiǎn)檔生成一個(gè)或多個(gè)控制命令，所述一個(gè)或多個(gè)控制命令是為一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備生成的，所述處理模塊與所述輸入模塊和存儲(chǔ)模塊電子通信，每個(gè)控制命令指示要由所述一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備中的至少一個(gè)輔助設(shè)備進(jìn)行的操作；以及一組控制修改模塊，其用于管理機(jī)器人系統(tǒng)的操作，每個(gè)控制修改模塊管理相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作，每個(gè)控制修改模塊被配置為：檢測(cè)相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作是否不符合所述一組操作參數(shù)；響應(yīng)于檢測(cè)到所述相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作不符合所述一組操作參數(shù)，從所述一個(gè)或多個(gè)控制命令中識(shí)別出不符合的控制命令，所述不符合的控制命令是導(dǎo)致所述相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作不符合所述一組操作參數(shù)的控制命令；以及生成修飾符以將所述不符合的控制命令調(diào)整為符合所述一組操作參數(shù)；其中，所述機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)控制命令和由相應(yīng)的控制修改模塊生成的每個(gè)修飾符產(chǎn)生響應(yīng)。

在一些實(shí)施例中，所述機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)一步包括輸出模塊，其用于將所述一個(gè)或多個(gè)控制命令和所述修飾符進(jìn)行組合以提供輸出信號(hào)，所述機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)所述輸出信號(hào)產(chǎn)生響應(yīng)。在一些實(shí)施例中，所述輸出模塊可以位于相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備處。

在所述配置簡(jiǎn)檔包括每個(gè)主要設(shè)備和所述至少一個(gè)輔助設(shè)備之間的映射關(guān)聯(lián)并且每個(gè)輸入信號(hào)與對(duì)應(yīng)于提供該輸入信號(hào)的主要設(shè)備的主要設(shè)備標(biāo)識(shí)符相關(guān)聯(lián)的實(shí)施例，所述處理模塊可被配置為通過(guò)下述步驟針對(duì)每個(gè)輸入信號(hào)生成所述一個(gè)或多個(gè)控制命令：從所述配置簡(jiǎn)檔中識(shí)別出與對(duì)應(yīng)于所述相應(yīng)的主要設(shè)備標(biāo)識(shí)符的主要設(shè)備映射關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)輔助設(shè)備；以及將該輸入信號(hào)與識(shí)別出的至少一個(gè)輔助設(shè)備相關(guān)聯(lián)。

在一些實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)輔助設(shè)備，所述處理模塊被進(jìn)一步配置為：確定該輔助設(shè)備是否與兩個(gè)或更多個(gè)輸入信號(hào)相關(guān)聯(lián)；以及響應(yīng)于確定該輔助設(shè)備與兩個(gè)或更多個(gè)輸入信號(hào)相關(guān)聯(lián)，組合所述兩個(gè)或更多個(gè)輸入信號(hào)以為該輔助設(shè)備生成相應(yīng)的控制命令。

在所述兩個(gè)或更多個(gè)輸入信號(hào)包括定義要由相應(yīng)的輔助設(shè)備執(zhí)行的操作的第一方面的第一輸入信號(hào)和定義要由相應(yīng)的輔助設(shè)備執(zhí)行的操作的第二方面的第二輸入信號(hào)的實(shí)施例中，所述第二方面與所述第一方面不同。

在一些實(shí)施例中，所述輸入模塊還能夠操作用于從所述至少一個(gè)輔助設(shè)備接收狀態(tài)改變指示符，所述狀態(tài)改變指示符表示所述主要設(shè)備和所述輔助設(shè)備中的至少一個(gè)的調(diào)整；以及所述機(jī)器人系統(tǒng)還包括用于響應(yīng)于所述狀態(tài)改變指示符來(lái)更新所述配置簡(jiǎn)檔的映射模塊。

在一些實(shí)施例中，所述存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)多個(gè)配置簡(jiǎn)檔，每個(gè)配置簡(jiǎn)檔包括各自不同的一組操作參數(shù)；以及所述映射模塊還被配置為基于所述狀態(tài)改變指示符從所述多個(gè)配置簡(jiǎn)檔中選擇一個(gè)配置簡(jiǎn)檔。

所述主要設(shè)備和所述輔助設(shè)備中的至少一個(gè)的調(diào)整可以包括：改變主要設(shè)備和相應(yīng)的輔助設(shè)備之間的映射關(guān)聯(lián)。所述主要設(shè)備和所述輔助設(shè)備中的至少一個(gè)的調(diào)整可以包括：在所述輔助設(shè)備處出現(xiàn)閉合運(yùn)動(dòng)學(xué)回路。

在一些實(shí)施例中，每個(gè)控制修改模塊進(jìn)一步被配置為：基于所述一個(gè)或多個(gè)控制命令生成操作模型；通過(guò)所述操作模型識(shí)別一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備中的至少一個(gè)和輔助設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)部分之間的碰撞；以及響應(yīng)于識(shí)別到所述碰撞，生成用于防止所述碰撞的修飾符，所述修飾符包括：去除基于所述操作模型會(huì)導(dǎo)致碰撞的不符合的控制命令的一個(gè)或多個(gè)分量。

在一些實(shí)施例中，所述配置簡(jiǎn)檔包括順應(yīng)性閾值；并且每個(gè)控制修改模塊還被配置為：從所述輔助設(shè)備接收感測(cè)值；確定所述感測(cè)值是否超過(guò)所述順應(yīng)性閾值；以及響應(yīng)于確定所述感測(cè)值超過(guò)所述順應(yīng)性閾值，生成用于減少所述輔助設(shè)備施加的力和扭矩中的至少一個(gè)的修飾符，所述修飾符包括去除導(dǎo)致所述感測(cè)值超過(guò)所述順應(yīng)性閾值的不符合的控制命令的一個(gè)或多個(gè)分量。

在一些實(shí)施例中，所述配置簡(jiǎn)檔包括奇異閾值；并且每個(gè)控制修改模塊還被配置為：接收與所述輔助設(shè)備相關(guān)的姿勢(shì)信息，所述姿勢(shì)信息包括位置數(shù)據(jù)和方向數(shù)據(jù)；確定所述姿勢(shì)信息是否超過(guò)所述奇異閾值；以及響應(yīng)于確定所述姿勢(shì)信息超過(guò)所述奇異閾值，生成用于減少所述輔助設(shè)備的移動(dòng)以減少所述姿勢(shì)信息的改變的修飾符，所述修飾符包括去除導(dǎo)致所述姿勢(shì)信息超過(guò)所述奇異閾值的所述不符合的控制命令的一個(gè)或多個(gè)分量。

在一些實(shí)施例中，所述處理模塊可以進(jìn)一步被配置為：提供指示所述處理模塊與所述一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備之間的相對(duì)空間參考系的感官指示符。

根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種用于操作機(jī)器人系統(tǒng)的方法。所述方法包括：在輸入模塊處從一個(gè)或多個(gè)主要設(shè)備接收一組輸入信號(hào)，所述一組輸入信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)；提供配置簡(jiǎn)檔，所述配置簡(jiǎn)檔包括用于所述機(jī)器人系統(tǒng)的一組操作參數(shù)；由處理模塊至少基于所述一組輸入信號(hào)和所述配置簡(jiǎn)檔生成一個(gè)或多個(gè)控制命令，所述一個(gè)或多個(gè)控制命令是為一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備生成的，每個(gè)控制命令指示要由所述一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備中的至少一個(gè)輔助設(shè)備進(jìn)行的操作；以及由一組控制修改模塊管理機(jī)器人系統(tǒng)的操作，每個(gè)控制修改模塊管理相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作，所述管理包括：檢測(cè)相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作是否不符合所述一組操作參數(shù)；響應(yīng)于檢測(cè)到所述相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作不符合所述一組操作參數(shù)，從所述一個(gè)或多個(gè)控制命令中識(shí)別出不符合的控制命令，所述不符合的控制命令是導(dǎo)致所述相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作不符合所述一組操作參數(shù)的控制命令；以及生成修飾符以將所述不符合的控制命令調(diào)整為符合所述一組操作參數(shù)；其中，所述機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)控制命令和由相應(yīng)的控制修改模塊生成的每個(gè)修飾符產(chǎn)生響應(yīng)。

在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：組合所述一個(gè)或多個(gè)控制命令和所述修飾符以提供輸出信號(hào)，所述機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)所述輸出信號(hào)產(chǎn)生響應(yīng)。

在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：在所述輸入模塊處從所述至少一個(gè)輔助設(shè)備接收狀態(tài)改變指示符，所述狀態(tài)改變指示符表示所述主要設(shè)備和所述輔助設(shè)備中的至少一個(gè)的調(diào)整；以及生成所述一個(gè)或多個(gè)控制命令包括響應(yīng)于所述狀態(tài)改變指示符由映射模塊更新所述配置簡(jiǎn)檔。描述的一些方法可以包括：操作所述映射模塊以基于所述狀態(tài)改變指示符從所述多個(gè)配置簡(jiǎn)檔中選擇一個(gè)配置簡(jiǎn)檔，所述多個(gè)配置簡(jiǎn)檔中的每個(gè)配置簡(jiǎn)檔包括各自不同的一組操作參數(shù)。

在一些實(shí)施例中，所述主要設(shè)備和所述輔助設(shè)備中的至少一個(gè)的調(diào)整包括：改變主要設(shè)備和相應(yīng)的輔助設(shè)備之間的映射關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施例中，對(duì)所述主要設(shè)備和所述輔助設(shè)備中的至少一個(gè)的調(diào)整包括：在所述輔助設(shè)備處出現(xiàn)閉合運(yùn)動(dòng)學(xué)回路。

在一些實(shí)施例中，管理所述機(jī)器人系統(tǒng)的操作包括操作每個(gè)控制修改模塊以：基于所述一個(gè)或多個(gè)控制命令生成操作模型；通過(guò)所述操作模型識(shí)別一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備中的至少一個(gè)和輔助設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)部分之間的碰撞；以及響應(yīng)于識(shí)別到所述碰撞，生成用于防止所述碰撞的修飾符，所述修飾符包括：去除基于所述操作模型會(huì)導(dǎo)致碰撞的不符合的控制命令的一個(gè)或多個(gè)分量。

在一些實(shí)施例中，所述配置簡(jiǎn)檔包括順應(yīng)性閾值；并且管理所述機(jī)器人系統(tǒng)的操作包括操作每個(gè)控制修改模塊以：從所述輔助設(shè)備接收感測(cè)值；確定所述感測(cè)值是否超過(guò)所述順應(yīng)性閾值；以及響應(yīng)于確定所述感測(cè)值超過(guò)所述順應(yīng)性閾值，生成用于減少所述輔助設(shè)備施加的力和扭矩中的至少一個(gè)的修飾符，所述修飾符包括去除導(dǎo)致所述感測(cè)值超過(guò)所述順應(yīng)性閾值的不符合的控制命令的一個(gè)或多個(gè)分量。

在一些實(shí)施例中，所述配置簡(jiǎn)檔包括奇異閾值；并且管理所述機(jī)器人系統(tǒng)的操作包括操作每個(gè)控制修改模塊以：接收與所述輔助設(shè)備相關(guān)的姿勢(shì)信息，所述姿勢(shì)信息包括位置數(shù)據(jù)和方向數(shù)據(jù)；確定所述姿勢(shì)信息是否超過(guò)所述奇異閾值；以及響應(yīng)于確定所述姿勢(shì)信息超過(guò)所述奇異閾值，生成用于減少所述輔助設(shè)備的移動(dòng)以減少所述姿勢(shì)信息的改變的修飾符，所述修飾符包括去除導(dǎo)致所述姿勢(shì)信息超過(guò)所述奇異閾值的所述不符合的控制命令的一個(gè)或多個(gè)分量。

在一些實(shí)施例中，生成所述一個(gè)或多個(gè)控制命令包括：提供指示所述處理模塊與所述一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備之間的相對(duì)空間參考系的感官指示符。

根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種機(jī)器人系統(tǒng)，包括：用于接收輸入信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)主要設(shè)備；處理模塊，其用于基于所述輸入信號(hào)和配置簡(jiǎn)檔生成一個(gè)或多個(gè)控制命令，所述配置簡(jiǎn)檔包括一組操作參數(shù)，每個(gè)控制命令指示要由一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備中的至少一個(gè)輔助設(shè)備執(zhí)行的操作；以及一組控制修改模塊，其用于管理所述機(jī)器人系統(tǒng)的操作，每個(gè)控制修改模塊管理相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作，每個(gè)控制修改模塊被配置為：檢測(cè)相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作是否不符合所述一組操作參數(shù)；響應(yīng)于檢測(cè)到所述相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作不符合所述一組操作參數(shù)，從所述一個(gè)或多個(gè)控制命令中識(shí)別出不符合的控制命令，所述不符合的控制命令是導(dǎo)致所述相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作不符合所述一組操作參數(shù)的控制命令；以及生成修飾符以將所述不符合的控制命令調(diào)整為符合所述一組操作參數(shù)；其中，所述機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)控制命令和由相應(yīng)的控制修改模塊生成的每個(gè)修飾符產(chǎn)生響應(yīng)。

根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種用于操作機(jī)器人系統(tǒng)的方法。所述方法包括：在輸入模塊處從一個(gè)或多個(gè)主要設(shè)備接收輸入信號(hào)；由處理模塊基于所述輸入信號(hào)和所述配置簡(jiǎn)檔生成一個(gè)或多個(gè)控制命令，所述配置簡(jiǎn)檔包括一組操作參數(shù)，每個(gè)控制命令指示要由所述一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備中的至少一個(gè)輔助設(shè)備進(jìn)行的操作；以及由一組控制修改模塊管理機(jī)器人系統(tǒng)的操作，每個(gè)控制修改模塊管理相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作，所述管理包括：檢測(cè)相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作是否不符合所述一組操作參數(shù)；響應(yīng)于檢測(cè)到所述相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作不符合所述一組操作參數(shù)，從所述一個(gè)或多個(gè)控制命令中識(shí)別出不符合的控制命令，所述不符合的控制命令是導(dǎo)致所述相應(yīng)的輔助設(shè)備的操作不符合所述一組操作參數(shù)的控制命令；以及生成修飾符以將所述不符合的控制命令調(diào)整為符合所述一組操作參數(shù)；其中，所述機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)控制命令和由相應(yīng)的控制修改模塊生成的每個(gè)修飾符產(chǎn)生響應(yīng)。

根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種方法及被配置為執(zhí)行所述方法以實(shí)施用于機(jī)器人系統(tǒng)的相關(guān)空間數(shù)據(jù)的相關(guān)系統(tǒng)。所述方法包括：確定所述機(jī)器人系統(tǒng)處的成像傳感器的成像參考系和所述機(jī)器人系統(tǒng)的操作者的操作者參考系之間的空間關(guān)系，所述成像傳感器由所述操作者遠(yuǎn)程控制，并且所述成像傳感器是可旋轉(zhuǎn)的；檢測(cè)所述成像傳感器相對(duì)于所述操作者參考系的當(dāng)前成像方向；以及提供表示相對(duì)于所述操作者參考系的當(dāng)前成像方向的至少一個(gè)視覺(jué)提示。

在一些實(shí)施例中，確定所述成像參考系和所述操作者參考系之間的空間關(guān)系包括：將所述成像參考系與所述操作者參考系進(jìn)行比較；以及響應(yīng)于確定所述成像參考系與所述操作者參考系對(duì)準(zhǔn)，將初始空間關(guān)系定義為對(duì)準(zhǔn)關(guān)系，否則，確定用于將所述成像參考系中的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到所述操作者參考系的參考系變換，并且根據(jù)所確定的參考系變換定義所述初始空間關(guān)系。

在一些實(shí)施例中，提供表示當(dāng)前成像方向的至少一個(gè)視覺(jué)提示包括：提供表示所述成像傳感器相對(duì)于所述操作者參考系的一個(gè)或多個(gè)不同視圖的一個(gè)或多個(gè)視覺(jué)提示。

在一些實(shí)施例中，所述成像傳感器相對(duì)于所述操作者參考系的所述一個(gè)或多個(gè)不同視圖包括：所述成像傳感器相對(duì)于所述操作者參考系的側(cè)視圖和所述成像傳感器相對(duì)于操作者參考系的俯視圖中的一個(gè)。

在一些實(shí)施例中，提供表示所述當(dāng)前成像方向的所述至少一個(gè)視覺(jué)提示包括：提供表示安裝有所述成像傳感器的成像臂的當(dāng)前伸展程度的伸展視覺(jué)提示。

在所述伸展視覺(jué)提示是所述成像臂的側(cè)視圖的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：提供表示方向的方向視覺(jué)提示，其中，相對(duì)于其上安裝有所述成像臂的機(jī)器人設(shè)備的基部從所述方向視覺(jué)提示所表示的方向示出所述成像臂的側(cè)視圖。

在一些實(shí)施例中，檢測(cè)所述成像傳感器相對(duì)于所述操作者參考系的當(dāng)前成像方向包括：根據(jù)所述成像參考系確定所述成像傳感器的成像位置；以及基于所確定的所述成像參考系和所述操作者參考系之間的空間關(guān)系，將所述成像位置變換到所述操作者參考系。

在一些實(shí)施例中，提供表示所述當(dāng)前成像方向的所述至少一個(gè)視覺(jué)提示包括：在能夠由所述操作者觀看的顯示器處顯示所述至少一個(gè)視覺(jué)提示。

下面根據(jù)多個(gè)示例性的實(shí)施例描述各種實(shí)施例和方面。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述一些實(shí)施例，其中：

圖1A是根據(jù)示例性的實(shí)施例的機(jī)器人系統(tǒng)的框圖；

圖1B是根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施例的機(jī)器人系統(tǒng)的框圖；

圖2是圖1B的示例性的實(shí)施例的機(jī)器人系統(tǒng)的圖形表示；

圖3A示出了根據(jù)示例性的實(shí)施例的示例性控制站；

圖3B是由圖3A的控制站提供的示例性的立體視圖；

圖3C是由圖3A的控制站提供的示例性三維模型的屏幕截圖；

圖3D是圖3A的控制站的示例性用戶界面的屏幕截圖；

圖4A是由成像傳感器提供的對(duì)象的立體視圖；

圖4B是由旋轉(zhuǎn)的成像傳感器提供的圖4A的立體視圖；

圖5A和5B是根據(jù)示例性的實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖4A和4B的相應(yīng)立體視圖的具有視覺(jué)提示的立體視圖；

圖6A至6C是根據(jù)示例性的實(shí)施例的具有不同示例性的視覺(jué)提示的立體視圖；

圖7A示出了根據(jù)示例實(shí)施例的示例性的機(jī)器人設(shè)備；

圖7B示出了在圖7A的機(jī)器人設(shè)備處的示例性的成像傳感器；

圖7C示出了用于圖7A的機(jī)器人設(shè)備的示例性的感測(cè)臂；

圖8A和8B示出了如本文所述的提供奇異性避免的方法的應(yīng)用的示例性的實(shí)施例；

圖9A和9B示出了如本文所述的提供碰撞檢測(cè)和避免的方法的應(yīng)用的示例實(shí)施例；

圖10A和10B示出了如本文所述的提供順應(yīng)性控制的方法的應(yīng)用的示例實(shí)施例；

圖11A和11B示出了如本文所述的提供約束運(yùn)動(dòng)的方法的應(yīng)用的示例實(shí)施例；

圖12A示出了示例性的操作者參考系；

圖12B示出了示例性的機(jī)器人設(shè)備參考系；

圖12C示出了示例性的控制器參考系；

圖13A至13F示出了根據(jù)各種實(shí)施例的由機(jī)器人設(shè)備的一個(gè)操縱器執(zhí)行的示例性的任務(wù)；

圖14A至14F示出了根據(jù)各種其他實(shí)施例的由機(jī)器人設(shè)備的一個(gè)操縱器執(zhí)行的其他示例性的任務(wù)；

圖15A示出了根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施例的由機(jī)器人設(shè)備的一個(gè)操縱器執(zhí)行的示例性的任務(wù)；

圖15B示出了根據(jù)示例性的實(shí)施例的用于機(jī)器人設(shè)備的操縱器的示例性的附件；

圖16A至16D示出了根據(jù)各種實(shí)施例的由機(jī)器人設(shè)備的多個(gè)操縱器執(zhí)行的示例性的任務(wù)；以及

圖17示出了根據(jù)本文描述的一些方法和系統(tǒng)的示例性的實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的操作。

下面描述的附圖和圖形是為了舉例說(shuō)明的目的，而非對(duì)本文描述的實(shí)施例的各個(gè)例子的方面和特征的限制。為了簡(jiǎn)單清楚的說(shuō)明，附圖和圖形中示出的元件不一定按照比例繪制。為了清楚起見，一些元件的尺寸可以相對(duì)于其他元件被放大。應(yīng)當(dāng)理解，為了簡(jiǎn)單清楚的說(shuō)明，在認(rèn)為合適的情況下，參考標(biāo)號(hào)在整個(gè)附圖和圖形中可以重復(fù)以表示相應(yīng)或相似的元件或步驟。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本文所描述的示例性實(shí)施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本文所描述的實(shí)施例。在其他情況下，為了避免模糊本文所描述的實(shí)施例，沒(méi)有詳細(xì)描述公知的方法、進(jìn)程和組件。此外，不應(yīng)將本說(shuō)明書和附圖認(rèn)為是以任何方式限制本文所描述的實(shí)施例的范圍，而應(yīng)認(rèn)為是僅僅描述本文所描述的各種實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)。

本文所述的各種實(shí)施例一般涉及機(jī)器人系統(tǒng)，以及用于操作各種機(jī)器人系統(tǒng)的方法(以及配置為實(shí)施所述方法的相關(guān)系統(tǒng))。

所描述的機(jī)器人系統(tǒng)及相關(guān)方法一般涉及增強(qiáng)機(jī)器人系統(tǒng)的遠(yuǎn)程用戶的能力及增加所述遠(yuǎn)程用戶的可用的信息。因此，可以將對(duì)感興趣區(qū)域的直接的人類參與或交互減到最少。這在可能危及生命或與未知水平的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的情況下(例如，處置簡(jiǎn)易爆炸裝置(IED)、在諸如核區(qū)域或地下(例如，采礦或管道組裝或維護(hù))的特定場(chǎng)所中的操作)可能特別重要。所描述的機(jī)器人系統(tǒng)及相關(guān)的方法也可能在時(shí)間受約束、無(wú)約束和/或未知的環(huán)境情況下是有用的，以使得執(zhí)行并行任務(wù)或操作的能力可有助于解決問(wèn)題。所描述的機(jī)器人系統(tǒng)及相關(guān)的方法還可以用于幫助在受到物理約束(例如，尺寸、幾何形狀、重量等)和/或危險(xiǎn)的環(huán)境中的操作。包括多個(gè)機(jī)器人設(shè)備來(lái)突破那些物理約束的能力可以是有用的。

在一些實(shí)施例中，由于安全原因，所描述的機(jī)器人系統(tǒng)及相關(guān)的方法可以在操作者輸入方面提供一定程度的便利。

所描述的方法涉及能夠?qū)崿F(xiàn)多輸入遠(yuǎn)程操作和對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的用戶的高度沉浸感的平臺(tái)的應(yīng)用。在一些實(shí)施例中，所描述的機(jī)器人系統(tǒng)可以包括多個(gè)操縱器。

多輸入遠(yuǎn)程操作涉及各種控制方法和系統(tǒng)，其可以便于至少一些動(dòng)作，例如，約束運(yùn)動(dòng)、碰撞避免和奇異性避免，并且使由任何沖擊引起的振蕩最小。

用戶體驗(yàn)的沉浸感可以由基于動(dòng)態(tài)三維(3D)信息(例如，3D立體視覺(jué)和3D環(huán)境模型)、觸覺(jué)和/或聽覺(jué)反饋產(chǎn)生的感官反饋來(lái)提供。

還應(yīng)當(dāng)注意，如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“耦接的”或“耦接”根據(jù)使用該術(shù)語(yǔ)的上下文可以具有幾種不同的含義。例如，術(shù)語(yǔ)耦接可以具有機(jī)械耦接或電氣耦接的含義。例如，如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“耦接的”或“耦接”可以表示兩個(gè)元件或器件可以彼此直接連接或通過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間元件或器件經(jīng)由電氣元件、電信號(hào)或機(jī)械元件(例如但不限于，舉例來(lái)說(shuō)，電線或電纜，這取決于具體應(yīng)用)彼此連接。在另一個(gè)例子中，術(shù)語(yǔ)耦接也可以具有軟件的含義。也就是說(shuō)，術(shù)語(yǔ)“耦接的”或“耦接”可以表示某些軟件組件通過(guò)數(shù)據(jù)的傳遞或共享或通過(guò)另一個(gè)軟件組件或算法或以協(xié)調(diào)其操作的另一方式直接或間接連接。

應(yīng)當(dāng)注意，如本文所使用的諸如“基本上”、“大約”和“近似”的程度術(shù)語(yǔ)表示修飾的術(shù)語(yǔ)的合理偏差量以使最終結(jié)果不會(huì)顯著改變。如果該偏差不會(huì)否定其修飾的術(shù)語(yǔ)的含義，則這些程度術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)被解釋為包括修飾的術(shù)語(yǔ)的偏差。

此外，本文中通過(guò)端點(diǎn)列出的任何數(shù)值范圍的表述包括歸入該范圍內(nèi)的所有數(shù)字和分?jǐn)?shù)(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.90、4和5)。還應(yīng)當(dāng)理解，假定所有數(shù)字及其分?jǐn)?shù)均被術(shù)語(yǔ)“約”修飾，這意味著在最終結(jié)果沒(méi)有明顯改變的情況下，參考的數(shù)字可在一定范圍內(nèi)變化。

本文所描述的設(shè)備、系統(tǒng)和方法的各種實(shí)施例可以以硬件或軟件或兩者的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些實(shí)施例可以部分地使用在可編程設(shè)備上執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)可編程設(shè)備包括至少一個(gè)處理器、操作系統(tǒng)、一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(包括易失性存儲(chǔ)器或非易失性存儲(chǔ)器或其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件或它們的組合)、至少一個(gè)通信接口以及實(shí)現(xiàn)本文所描述的至少一個(gè)實(shí)施例的功能所必需的任何其他相關(guān)聯(lián)的硬件和軟件。例如但不限于，計(jì)算設(shè)備可以是服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、嵌入式設(shè)備，計(jì)算機(jī)擴(kuò)展模塊、個(gè)人計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、蜂窩電話、智能電話設(shè)備、平板計(jì)算機(jī)、無(wú)線設(shè)備或能夠被配置為執(zhí)行本文所描述的方法的任何其他計(jì)算設(shè)備。特定實(shí)施例取決于計(jì)算設(shè)備的應(yīng)用。

在一些實(shí)施例中，通信接口可以是網(wǎng)絡(luò)通信接口、通用串行總線(USB)連接或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的另一合適的連接。在元件被組合的實(shí)施例中，通信接口可以是軟件通信接口，例如，用于進(jìn)程間通信(IPC)的軟件通信接口。在其他實(shí)施例中，可以存在實(shí)現(xiàn)為硬件、軟件及其組合的通信接口的組合。

程序代碼可以應(yīng)用于輸入數(shù)據(jù)以執(zhí)行本文所述的功能并生成輸出信息。輸出信息可以應(yīng)用于一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備，以進(jìn)行顯示或作進(jìn)一步的處理。

每個(gè)程序都可以以高級(jí)進(jìn)程或面向?qū)ο蟮木幊毯?或腳本語(yǔ)言或上述兩者來(lái)實(shí)現(xiàn)，以與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信。然而，如果需要，程序可以以匯編或機(jī)器語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。在任何情況下，語(yǔ)言可以是編譯或解釋語(yǔ)言。每個(gè)這樣的計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)在可由通用或?qū)Ｓ每删幊逃?jì)算機(jī)讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)或設(shè)備(例如，ROM、磁盤、光盤)上，以當(dāng)計(jì)算機(jī)讀取存儲(chǔ)介質(zhì)或設(shè)備以執(zhí)行本文描述的進(jìn)程時(shí)配置并操作計(jì)算機(jī)。還可以認(rèn)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例是實(shí)現(xiàn)為配置有計(jì)算機(jī)程序的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，如此配置的存儲(chǔ)介質(zhì)使得計(jì)算機(jī)以特定和預(yù)定義的方式操作以執(zhí)行本文描述的功能。

此外，所描述的實(shí)施例的系統(tǒng)、進(jìn)程和方法能夠分布在計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括承載用于一個(gè)或多個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)可用指令的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。介質(zhì)可以以各種形式提供，包括：一個(gè)或多個(gè)軟盤、光盤、磁帶、芯片、有線傳輸、衛(wèi)星傳輸、互聯(lián)網(wǎng)傳輸或下載、磁和電子存儲(chǔ)介質(zhì)、數(shù)字和模擬信號(hào)等。計(jì)算機(jī)可用指令也可以是各種形式，包括編譯和非編譯代碼。

首先參考圖1A，其示出了機(jī)器人系統(tǒng)10的框圖。

如圖1A所示，示例性的機(jī)器人系統(tǒng)10可以包括遠(yuǎn)程存儲(chǔ)模塊12、輔助站14、機(jī)器人設(shè)備20和控制站40。遠(yuǎn)程存儲(chǔ)模塊12、輔助站14、機(jī)器人設(shè)備20和控制站40中的每一個(gè)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)16彼此通信。

機(jī)器人設(shè)備20可以包括各種模塊，例如，機(jī)械部件模塊22、設(shè)備存儲(chǔ)模塊24，設(shè)備處理模塊26、設(shè)備接口模塊28、電源模塊30和應(yīng)用程序模塊32。

應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，可以將機(jī)械部件模塊22、設(shè)備存儲(chǔ)模塊24、設(shè)備處理模塊26、設(shè)備接口模塊28、電源模塊30和應(yīng)用程序模塊32中的每一個(gè)組合為更少數(shù)量的模塊或者分離為其他模塊。此外，機(jī)械部件模塊22、設(shè)備存儲(chǔ)模塊24、設(shè)備處理模塊26、設(shè)備接口模塊28、電源模塊30和應(yīng)用程序模塊32可以以軟件或硬件、或軟件和硬件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，盡管在圖1A中僅示出了一個(gè)機(jī)器人設(shè)備20，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以在機(jī)器人系統(tǒng)10中設(shè)置多于一個(gè)的機(jī)器人設(shè)備20。

機(jī)械部件模塊22可以包括設(shè)置在機(jī)器人設(shè)備20處的各種硬件部件(例如，臂、操縱器、設(shè)置在臂處的各種附接件、成像傳感器等)，并且應(yīng)用程序模塊32可以包括用于操作那些機(jī)械部件的軟件部件(例如，應(yīng)用程序和程序等)。將參考圖7A、7B和13A至16D來(lái)描述機(jī)械部件模塊22和應(yīng)用程序模塊32的示例。

設(shè)備存儲(chǔ)模塊24可以包括RAM、ROM、一個(gè)或多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)或多個(gè)閃存驅(qū)動(dòng)器或一些其他合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件(例如磁盤驅(qū)動(dòng)器)等。

設(shè)備處理模塊26可以被配置為控制機(jī)器人設(shè)備20的操作。設(shè)備處理模塊26可以包括可以根據(jù)機(jī)器人設(shè)備20的配置、目的和要求提供足夠的處理能力的一個(gè)或多個(gè)合適的處理器、控制器或數(shù)字信號(hào)處理器。例如，設(shè)備處理模塊26可以包括多個(gè)高性能通用處理器。在替代實(shí)施例中，設(shè)備處理模塊26可以包括多于一個(gè)的處理器，其中，每個(gè)處理器均被配置為執(zhí)行不同的專用任務(wù)。在替代實(shí)施例中，可以使用專用硬件來(lái)提供設(shè)備處理模塊26提供的一些功能。

設(shè)備接口模塊28可以是使機(jī)器人設(shè)備20能夠與其他設(shè)備和系統(tǒng)通信的任何接口。在一些實(shí)施例中，設(shè)備接口模塊28可以包括串行端口、并行端口或USB端口中的至少一個(gè)。設(shè)備接口模塊28還可以包括因特網(wǎng)、局域網(wǎng)(LAN)、以太網(wǎng)，火線、調(diào)制解調(diào)器或數(shù)字用戶線連接中的至少一個(gè)。這些元件的各種組合可以并入到設(shè)備接口模塊28內(nèi)。

根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的機(jī)器人設(shè)備20的實(shí)施方式，電源模塊30可以包括向機(jī)器人設(shè)備20提供電源的任何合適的電源，例如，電源適配器或可充電電池組。

控制站40可以包括各種模塊，例如，控制器模塊42、存儲(chǔ)模塊44、處理模塊46和接口模塊48。

與機(jī)器人設(shè)備20類似，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，可以將控制器模塊42、存儲(chǔ)模塊44、處理模塊46和接口模塊48中的每一個(gè)組合為更少數(shù)量的模塊，或者分離為其他模塊。此外，控制器模塊42、存儲(chǔ)模塊44、處理模塊46和接口模塊48可以用軟件或硬件，或軟件和硬件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

控制器模塊42可以包括用于實(shí)現(xiàn)本文所述的一些方法的各種應(yīng)用程序和程序。例如，控制器模塊42可以包括用于進(jìn)一步處理從機(jī)器人設(shè)備20接收的信息的應(yīng)用程序，例如，生成機(jī)器人設(shè)備20的環(huán)境的3D模型?？刂破髂K42可以包括用于解釋通過(guò)接口模塊48接收到的控制輸入或輸入信號(hào)并在機(jī)器人設(shè)備20處生成相應(yīng)的動(dòng)作的應(yīng)用程序。例如，如將描述的，應(yīng)用程序可以啟用各種控制方法，包括：穩(wěn)定和按比例運(yùn)動(dòng)、奇異性避免、在機(jī)器人設(shè)備20處的各種臂的混合控制、碰撞檢測(cè)和避免、順應(yīng)性控制和約束運(yùn)動(dòng)。

存儲(chǔ)模塊44可以包括RAM、ROM、一個(gè)或多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)或多個(gè)閃存驅(qū)動(dòng)器或一些其他合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件(例如磁盤驅(qū)動(dòng)器)等。存儲(chǔ)模塊44可以用于存儲(chǔ)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的操作系統(tǒng)和程序。例如，操作系統(tǒng)為控制站40提供各種基本操作過(guò)程。程序包括各種用戶程序，以使得用戶可以與控制站40交互以執(zhí)行各種功能，例如但不限于查看和處理數(shù)據(jù)。

存儲(chǔ)模塊44還可以包括用于存儲(chǔ)涉及例如機(jī)器人設(shè)備20或輔助站14的信息的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)(未示出)。

處理模塊46可以被配置為控制控制站40的操作。處理模塊46可以包括可以根據(jù)控制站40的配置、目的和要求提供足夠的處理能力的一個(gè)或多個(gè)合適的處理器、控制器或數(shù)字信號(hào)處理器。例如，處理模塊46可以包括多個(gè)高性能通用處理器。在替代實(shí)施例中，處理模塊46可以包括多于一個(gè)的處理器，每個(gè)處理器被配置為執(zhí)行不同的專用任務(wù)。在替代實(shí)施例中，可以使用專用硬件來(lái)提供由處理模塊46提供的一些功能。

處理模塊46可以啟動(dòng)和管理控制站40中的其他模塊(例如，控制器模塊42)中的每一個(gè)的操作。處理模塊46還可以基于接收到的數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和/或用戶偏好來(lái)確定控制站40可以如何操作。

與設(shè)備接口模塊28類似，控制站40處的接口模塊48可以是使控制站40能夠與其他設(shè)備和系統(tǒng)通信的任何接口。如將描述的，設(shè)備和系統(tǒng)可以包括各種輸入設(shè)備，例如，觸覺(jué)設(shè)備。在一些實(shí)施例中，接口模塊48可以包括串行端口、并行端口或USB端口中的至少一個(gè)。接口模塊48還可以包括因特網(wǎng)、局域網(wǎng)(LAN)、以太網(wǎng)、火線、調(diào)制解調(diào)器或數(shù)字用戶線連接中的至少一個(gè)。這些元件的各種組合可以并入到接口模塊48內(nèi)。

接口模塊48還可以包括可操作用于基于控制站40的配置提供信息的一個(gè)或多個(gè)合適的顯示器。例如，如果控制站40被提供為臺(tái)式計(jì)算機(jī)，則顯示器可以是陰極射線管、平面顯示器、液晶顯示器(LCD)等。在其他情況下，顯示器可以是適用于膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)或手持設(shè)備的顯示器，例如，基于LCD的顯示器等。

顯示器可以顯示感興趣的目標(biāo)的各種視圖和模型。此外，顯示器可以操作用于從各種輸入設(shè)備接收控制輸入，所述輸入設(shè)備例如但不限于鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏、指輪、軌跡板、軌跡球、操縱桿控制器、讀卡器、安裝在輸入設(shè)備(例如，麥克風(fēng)等)上的語(yǔ)音和/或音頻識(shí)別軟件、觸覺(jué)設(shè)備等，具體取決于控制站40的要求和實(shí)現(xiàn)。其他示例性的輸入設(shè)備可以包括神經(jīng)和腦植入控制、以及運(yùn)動(dòng)和/或姿勢(shì)跟蹤系統(tǒng)。

圖1B是根據(jù)另一示例性的實(shí)施例的機(jī)器人系統(tǒng)1000的框圖。與機(jī)器人系統(tǒng)10類似，機(jī)器人系統(tǒng)1000也可以包括控制站1040、遠(yuǎn)程存儲(chǔ)模塊1012和輔助站1014。機(jī)器人系統(tǒng)1000還可以包括各種機(jī)器人設(shè)備1020、例如，主設(shè)備或主要設(shè)備1020p和從設(shè)備或輔助設(shè)備1020s。機(jī)器人系統(tǒng)1000的各個(gè)部件可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)1016通信。

主要設(shè)備1020p可以包括可以向控制站1040提供輸入信號(hào)的任何機(jī)器人設(shè)備20和控制器。輔助設(shè)備1020可以包括可以基于機(jī)器人系統(tǒng)1000提供的信號(hào)(例如，控制站1040提供的控制命令和修飾符)來(lái)操作的任何機(jī)器人設(shè)備20和控制器。

圖2示出了機(jī)器人系統(tǒng)1000的示例實(shí)施例的圖形表示1100。如圖2所示，主要設(shè)備1020p可以包括各種不同的控制器，例如，操縱桿控制器1122c，具有頭部跟蹤能力的頭戴式顯示控制器1122a、觸覺(jué)控制器1122b和1122d、以及其他類似的控制器(例如，基于操作者的身體或某些身體部位的任何跟蹤系統(tǒng))。應(yīng)當(dāng)理解，盡管在圖2中僅示出了主要設(shè)備1020p的某些組合，但是可以提供其他不同的組合。

輔助設(shè)備1020也可以包括各種機(jī)器人設(shè)備，例如，如圖2所示的，位于不同機(jī)器(例如，直升機(jī)1120b，不同類型的車輛1120b、1120c和1120d)上的用于各種不同目的(例如，工業(yè)，軍事，醫(yī)療等)上的機(jī)器人臂。應(yīng)當(dāng)理解，可以類似地使用其他輔助設(shè)備1020s，并且這些輔助設(shè)備1020s僅僅作為示例提供，其意并不在于進(jìn)行限制。

應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，某些主要設(shè)備1020p也可以是輔助設(shè)備1020s，并且某些輔助設(shè)備1020s也可以是主要設(shè)備1020p。例如，具有觸覺(jué)反饋能力的控制器設(shè)備(例如，1122b和1122d)在由控制站1040處的用戶啟動(dòng)時(shí)可充當(dāng)主要設(shè)備1020p，而在從控制站1040接收到觸覺(jué)信號(hào)時(shí)充當(dāng)輔助設(shè)備1020s。

與控制站40類似，控制站1040可以包括接口模塊1048、存儲(chǔ)模塊1044、控制器模塊1042和處理模塊1046。在圖1B所示的例子中，某些示例性的控制器模塊1042(例如，映射模塊1042b和一個(gè)或多個(gè)控制修改模塊1042a)被示出為位于遠(yuǎn)離控制子站1041的位置。應(yīng)當(dāng)理解，控制器模塊1042中的一個(gè)或多個(gè)可以位于控制子站1041處和/或遠(yuǎn)離控制子站1041但與控制子站1041電子通信。

與接口模塊48類似，接口模塊1048可以包括使控制站1040能夠與其他設(shè)備和系統(tǒng)通信的任何接口。接口模塊1048可以包括，該輸入模塊用于從主要設(shè)備1020p接收輸入信號(hào)以及接收其他類型的信號(hào)，例如，來(lái)自一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備1020s的狀態(tài)改變指示符。狀態(tài)改變指示符可以表示在主要設(shè)備1020p或輔助設(shè)備1020s處的調(diào)整或改變。將參考映射模塊1042b來(lái)描述可由機(jī)器人系統(tǒng)1000識(shí)別的各種不同調(diào)整。

接口模塊1048也可以是可操作的以向一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備1020s提供一個(gè)或多個(gè)控制命令。在一些實(shí)施例中，接口模塊1048還可以將控制修改模塊1042a生成的修飾符提供給相應(yīng)的輔助設(shè)備1020s。

存儲(chǔ)模塊1044可以存儲(chǔ)與機(jī)器人系統(tǒng)1000的操作相關(guān)的信息，例如，與各種機(jī)器人設(shè)備1020s、1020p和輔助站1014相關(guān)聯(lián)的信息。例如，存儲(chǔ)模塊1044可以存儲(chǔ)或可以是可操作的以提供(例如，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)1016從遠(yuǎn)程存儲(chǔ)模塊1012提供)用于機(jī)器人系統(tǒng)1000的一個(gè)或多個(gè)不同的配置簡(jiǎn)檔。每個(gè)配置簡(jiǎn)檔都可以包括與機(jī)器人系統(tǒng)1000的操作相關(guān)的各種定義或操作參數(shù)。例如，配置簡(jiǎn)檔可以提供各個(gè)主要設(shè)備1020p和輔助設(shè)備1020s之間的映射關(guān)聯(lián)。映射關(guān)聯(lián)可以指示哪個(gè)主要設(shè)備1020p向哪個(gè)輔設(shè)備1020s提供輸入信號(hào)。從每個(gè)主要設(shè)備1020p接收的輸入信號(hào)可以包括主要設(shè)備標(biāo)識(shí)符。

每個(gè)配置簡(jiǎn)檔都可以定義與另一個(gè)配置簡(jiǎn)檔不同的一組操作參數(shù)。如將針對(duì)映射模塊1042b所描述的，控制站1040可以基于輔助設(shè)備1020s的不同狀態(tài)而根據(jù)不同配置簡(jiǎn)檔來(lái)操作。

例如，對(duì)于特定的輔助設(shè)備1020s來(lái)說(shuō)，第一配置簡(jiǎn)檔可以包括下述映射關(guān)聯(lián)：控制站1040處的左控制器向輔助設(shè)備1020s處的左機(jī)器人臂提供輸入信號(hào)，并且控制站1040處的右控制器向輔助設(shè)備1020s處的右機(jī)器人臂提供輸入信號(hào)。第二配置簡(jiǎn)檔可以包括不同的映射關(guān)聯(lián)，例如，左控制器和第二控制器都向左機(jī)器人臂提供輸入信號(hào)。輸入信號(hào)可以包括針對(duì)輔助設(shè)備1020s的操作的不同方面的多個(gè)不同的輸入信號(hào)。例如，輸入信號(hào)可以包括定義輔助設(shè)備1020s的操作的第一方面(例如，位移)的第一輸入信號(hào)和定義輔助設(shè)備1020s的操作的第二方面(例如，方向)的第二輸入信號(hào)。另一示例性的配置簡(jiǎn)檔可以包括下述映射關(guān)聯(lián)：一個(gè)控制器向多個(gè)輔助設(shè)備1020s提供輸入信號(hào)。輔助設(shè)備1020s隨后可以彼此同步地移動(dòng)。

處理模塊1046可以以與處理模塊46類似的方式操作。例如，處理模塊1046可以基于經(jīng)由機(jī)器人系統(tǒng)1000中的其他部件(例如，映射模塊1042b、接口模塊1048、存儲(chǔ)模塊1044和控制修改模塊1042a)可用的信息來(lái)確定控制站1040可以如何操作。

處理模塊1046可以基于各種不同的信息(舉例來(lái)說(shuō)，例如，接收的輸入信號(hào)和配置簡(jiǎn)檔)生成控制命令?？刂泼钪甘居蓚€(gè)別輔助設(shè)備1020s或多個(gè)輔助設(shè)備1020s進(jìn)行的操作。

在一些實(shí)施例中，對(duì)于控制站1040接收的每個(gè)輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)，處理模塊1046可以從配置簡(jiǎn)檔中識(shí)別出哪些(哪個(gè))輔助設(shè)備1020s與提供輸入信號(hào)的主要設(shè)備1020p處于映射關(guān)聯(lián)。處理模塊1046隨后可以將該輸入信號(hào)與所識(shí)別的輔助設(shè)備1020s相關(guān)聯(lián)。

根據(jù)配置簡(jiǎn)檔，輔助設(shè)備1020可以基于一個(gè)或多個(gè)主要設(shè)備1020p提供的輸入信號(hào)操作。當(dāng)處理模塊1046確定輔助設(shè)備1020s與兩個(gè)或更多個(gè)輸入信號(hào)相關(guān)聯(lián)時(shí)，處理模塊1046隨后可以將這些輸入信號(hào)組合在一起以生成用于該輔助設(shè)備1020s的控制命令。

如相對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)10所描述的，控制器模塊42可以包括用于實(shí)現(xiàn)本文所述的一些方法的各種應(yīng)用程序和程序。示例性的控制器模塊42包括控制修改模塊1042a和映射模塊1042b。

控制修改模塊1042a可以管理機(jī)器人系統(tǒng)1000的操作。機(jī)器人系統(tǒng)1000可以包括用于每個(gè)輔助設(shè)備1020s的不同的控制修改模塊1042a?？刂菩薷哪K1042a可以實(shí)現(xiàn)為軟件組件、硬件組件或軟件和硬件組件的組合。例如，控制修改模塊1042a可以包括位于控制子站1041或遠(yuǎn)離控制子站1041的一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器計(jì)算機(jī)。

每個(gè)控制修改模塊1042a可以通過(guò)確定輔助設(shè)備1020s的操作是否將導(dǎo)致與配置簡(jiǎn)檔定義的操作參數(shù)不符來(lái)管理該相應(yīng)的輔助設(shè)備1020s的操作。例如，在一些實(shí)施例中，控制修改模塊1042a可以檢測(cè)輔助設(shè)備1020s基于處理模塊1046提供的控制命令的操作將不會(huì)符合操作參數(shù)。基于不會(huì)符合要求的檢測(cè)，處理模塊1046隨后可以識(shí)別出不符合的控制命令，即，將導(dǎo)致輔助設(shè)備1020s的操作與配置簡(jiǎn)檔不符的控制命令。將參考圖8A至11B來(lái)描述不符合的例子。

在識(shí)別出不符合的控制命令之后，控制修改模塊1042a可以生成修飾符以調(diào)整不符合的控制命令，以便輔助設(shè)備1020s根據(jù)配置簡(jiǎn)檔來(lái)操作。修飾符可以包括各種不同的信號(hào)，例如，用于去除控制命令的分量的信號(hào)、改變控制命令的程度的信號(hào)(例如，以漸進(jìn)方式或以急劇升降的方式)、以及用于相應(yīng)的修改控制命令的其他信號(hào)。

利用各種控制修改模塊1042a，所描述的控制站1040可以在將輸出信號(hào)提供給相應(yīng)的輔助設(shè)備1020s之前適應(yīng)多個(gè)控制目標(biāo)。例如，可以在配置簡(jiǎn)檔中或由操作者經(jīng)由用戶界面106提供各種控制目標(biāo)。輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于由各種修飾符修改的控制命令，以有助于輔助設(shè)備1020s執(zhí)行的任務(wù)或操作所需的各種控制目標(biāo)。例如，可以將修飾符并入到控制命令中以生成輸出信號(hào)。如將描述的，修飾符可以對(duì)一個(gè)或多個(gè)控制命令進(jìn)行不同的調(diào)整，例如，去除至少一個(gè)控制命令的分量。在一些實(shí)施例中，應(yīng)用修飾符而產(chǎn)生的調(diào)整可以是漸進(jìn)的。因此，輔助設(shè)備1020s將不太可能接收到任何偽運(yùn)動(dòng)命令或沖突控制信號(hào)。

如圖1B所示，處理模塊1046可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)1016向各個(gè)輔助設(shè)備1020s提供生成的控制命令?？刂菩薷哪K1042a可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)1016或者間接通過(guò)控制子站1041向各個(gè)輔助設(shè)備1020a提供修飾符。在輸出模塊處接收控制命令和修飾符。輸出模塊操作用于組合控制命令和修飾符以提供對(duì)應(yīng)于輔助設(shè)備1020s的操作的輸出信號(hào)。

在一些實(shí)施例中，輸出模塊位于各個(gè)輔助設(shè)備1020s處。在一些其他實(shí)施例中，輸出模塊位于控制站1040處，以使得輔助設(shè)備1020s接收輸出信號(hào)并且不分離控制命令和修飾符。

映射模塊1042b可有助于機(jī)器人系統(tǒng)1000對(duì)主要設(shè)備1020p和輔助設(shè)備1020s的改變或設(shè)備1020s、1020p之間的關(guān)聯(lián)的響應(yīng)。例如，當(dāng)控制站1040接收到狀態(tài)改變指示符時(shí)，映射模塊1042b可以基于該狀態(tài)改變指示符更新配置簡(jiǎn)檔。如所描述的，狀態(tài)改變指示符可以指示在相關(guān)的主要設(shè)備1020p和輔助設(shè)備1020s進(jìn)行的調(diào)整。在一些實(shí)施例中，響應(yīng)于狀態(tài)改變指示符，映射模塊1042b可以選擇另一個(gè)配置簡(jiǎn)檔以適應(yīng)由狀態(tài)改變指示符標(biāo)識(shí)的改變。

示例性的調(diào)整可以包括對(duì)主要設(shè)備1020p和相應(yīng)的輔助設(shè)備1020s之間的映射關(guān)聯(lián)的改變。響應(yīng)于映射關(guān)聯(lián)中的調(diào)整，映射模塊1042b可以識(shí)別與新映射關(guān)聯(lián)相對(duì)應(yīng)的配置簡(jiǎn)檔。例如，當(dāng)將輔助設(shè)備1020s處的感測(cè)臂移動(dòng)到與初始方向相反的方向時(shí)，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)改變指示符可以由控制站1040接收。映射模塊1042b可以調(diào)整配置簡(jiǎn)檔或相應(yīng)的選擇不同的配置簡(jiǎn)檔。也就是說(shuō)，映射模塊1042b可以調(diào)整配置簡(jiǎn)檔，以使得在輔助設(shè)備1020s處的機(jī)器人臂基于由相對(duì)的控制器提供的輸入信號(hào)來(lái)操作(例如，右機(jī)器人臂將基于由左控制器提供的輸入信號(hào)來(lái)操作，并且左機(jī)器人臂將基于由右控制器提供的輸入信號(hào)來(lái)操作)。

另一個(gè)示例性調(diào)整可以是在輔助設(shè)備1020s處出現(xiàn)閉合運(yùn)動(dòng)學(xué)回路。響應(yīng)于閉合運(yùn)動(dòng)學(xué)回路，映射模塊1042b可以識(shí)別可以使輔助設(shè)備1020適應(yīng)閉合運(yùn)動(dòng)學(xué)回路的配置簡(jiǎn)檔。例如，映射模塊1042b可以調(diào)整配置簡(jiǎn)檔，以使得控制站1040處的一個(gè)控制器向閉合運(yùn)動(dòng)學(xué)環(huán)路涉及的機(jī)器人臂提供輸入信號(hào)以進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)控制。

現(xiàn)在將參考圖3A描述控制站40、1040的示例性的實(shí)施例。圖3A示出了示例性的控制站100?？刂普?00可以用作用戶與機(jī)器人設(shè)備20交互的主控制接口。如圖3A所示，控制站100可以包括各種顯示器和輸入設(shè)備。

如圖3A的例子所示，顯示器可以包括從目標(biāo)的不同方向觀察的一個(gè)或多個(gè)視圖。例如，在圖3A中，控制站100包括用于顯示左視圖102a、前視圖102b、右視圖102c和俯視圖102d的顯示器。

還可以提供針對(duì)目標(biāo)和控制區(qū)域的三維視圖的其他顯示器?？梢詫?shí)時(shí)地提供各種3D顯示器104a至104c。

如圖3A所示，控制站40、1040可以顯示目標(biāo)(例如，3DRM觀察器)的3D模型104a以及目標(biāo)和機(jī)器人設(shè)備20的環(huán)境的3D可視化104b。還可以提供目標(biāo)的立體視覺(jué)視圖104c(也在圖3B中示出)。如圖3B所示，立體視覺(jué)視圖104c包括來(lái)自第一有利位置的第一有利視圖130a和來(lái)自第二有利位置的第二有利位置視圖130b。例如，第一有利視圖130a可以是用戶的左眼視圖，而第二有利視圖130b可以是用戶的右眼視圖?；诘谝缓偷诙欣晥D130a和130b，可以生成3D視圖。

立體視覺(jué)視圖104c還可以設(shè)有各種不同的視覺(jué)提示132a、132b、134a、134b、136a、136b、138a、138b、140a和140b。將參考圖4A至6C描述視覺(jué)提示的例子。

視覺(jué)提示132至140b可以通過(guò)提供成像參考系和操作者參考系之間的相對(duì)空間數(shù)據(jù)或信息而有助于遠(yuǎn)程機(jī)器人設(shè)備20的操作，其中，所述成像參考系是成像傳感器的參考系，所述操作者參考系是操作者的參考系。

例如，在機(jī)器人設(shè)備20的操作期間，成像臂對(duì)于遠(yuǎn)程操作者可能是不可見的。成像臂處的成像傳感器還可以在一個(gè)或多個(gè)不同的方向上旋轉(zhuǎn)和/或在一個(gè)或多個(gè)不同的方向上平移。此外，目標(biāo)可以與目標(biāo)參考系相關(guān)聯(lián)，并且目標(biāo)參考系可以不同于成像參考系和操作者參考系中的一者或二者。成像傳感器產(chǎn)生的目標(biāo)視圖可以提供目標(biāo)參考系和成像參考系之間的相對(duì)空間信息。然而，成像參考系和操作者參考系之間的空間關(guān)系可能是未知的，并且在一些情況下，成像參考系和操作者參考系可能不彼此對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)對(duì)成像傳感器的移動(dòng)的控制取決于操作者的移動(dòng)(例如，成像傳感器基于操作者佩戴的頭戴式顯示器的移動(dòng)而移動(dòng))時(shí)，這可能是特別成問(wèn)題的。

在成像參考系不與操作者參考系對(duì)準(zhǔn)的實(shí)施例中，處理模塊1046可以基于對(duì)成像參考系和操作者參考系的比較來(lái)確定用于將成像參考系中的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到操作者參考系的參考系轉(zhuǎn)換。處理模塊1046隨后可以根據(jù)確定的參考系變換來(lái)定義成像參考系和操作者參考系之間的空間關(guān)系。

現(xiàn)在參考圖4A和4B。圖4A和4B分別示出了對(duì)象的不同立體視覺(jué)視圖202和202'。圖4A的立體視覺(jué)視圖202示出了成像參考系與目標(biāo)參考系和操作者參考系對(duì)準(zhǔn)以使得成像參考系與目標(biāo)參考系和操作者參考系中的每一個(gè)都具有對(duì)準(zhǔn)關(guān)系的例子。另一方面，圖4B的立體視覺(jué)視圖202'示出了成像參考系相對(duì)于目標(biāo)參考系順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度以使得成像參考系不再與目標(biāo)參考系和操作者參考系對(duì)準(zhǔn)時(shí)的例子。

如果操作者在成像傳感器處于與圖4B所示的立體視覺(jué)視圖202'相對(duì)應(yīng)的位置或者處于成像傳感器的當(dāng)前成像方向時(shí)開始操作機(jī)器人設(shè)備20，則操作者將不會(huì)知道成像傳感器如何相對(duì)于對(duì)象、機(jī)器人設(shè)備20的參考系和操作者定位。也就是說(shuō)，沒(méi)有已知的絕對(duì)參考可用于操作者來(lái)便于成像傳感器、操作者和對(duì)象之間的對(duì)準(zhǔn)，以使得操作者可以容易地并且準(zhǔn)確地啟動(dòng)期望的遠(yuǎn)程操作任務(wù)。

圖5A和5B示出了分別對(duì)應(yīng)于圖4A和4B所示的立體視覺(jué)視圖的修改的立體視覺(jué)視圖212和212'。與立體視覺(jué)視圖202和202'相比，立體視覺(jué)視圖212和212'分別包括示例性的視覺(jué)提示216a和216b以及216a'和216b'。

視覺(jué)提示216a和216b以及216a'和216b'指示成像傳感器和操作者之間的相對(duì)空間方向，即，相對(duì)于操作者參考系的當(dāng)前成像方向。

具體來(lái)說(shuō)，假設(shè)對(duì)象和成像傳感器對(duì)準(zhǔn)，則圖5A的視覺(jué)提示216a和216b指示成像傳感器沒(méi)有相對(duì)于操作者旋轉(zhuǎn)(例如，在圖4A所示的x軸處零旋轉(zhuǎn)，或者側(cè)傾角為零)。另一方面，圖5B的視覺(jué)提示216a'和216b'指示成像傳感器相對(duì)于操作者順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度。因此，操作者可以通過(guò)視覺(jué)提示216a'和216b'理解：操作者需要順時(shí)針旋轉(zhuǎn)他/她的參考系45度以與成像傳感器對(duì)準(zhǔn)，或者需要將成像傳感器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度以與對(duì)象對(duì)準(zhǔn)。

為了確定相對(duì)于操作者參考系的當(dāng)前成像方向，處理模塊1046可以確定成像傳感器在成像參考系內(nèi)的成像位置。當(dāng)成像參考系與操作者參考系具有對(duì)準(zhǔn)關(guān)系時(shí)，處理模塊1046可以在采取最少的進(jìn)一步動(dòng)作的情況下將成像位置轉(zhuǎn)換到操作者參考系。當(dāng)成像參考系和操作者參考系不具有對(duì)準(zhǔn)關(guān)系時(shí)，處理模塊1046可以至少基于為成像參考系和操作者參考系確定的參考系轉(zhuǎn)換而將成像位置轉(zhuǎn)換到操作者參考系。

如圖3B和6A所示，其他視覺(jué)提示可以類似地由控制站40、1040提供。圖6A示出了對(duì)應(yīng)于圖4B的具有示例性的視覺(jué)提示的另一修改的立體視覺(jué)視圖222A。

修改的立體視覺(jué)視圖222A示出了第一有利視圖230a中的視覺(jué)提示232a、234a、236a、238a和240a以及第二有利視圖230b中的視覺(jué)提示232b、234b、236b、238b和240b。視覺(jué)提示234a和234b對(duì)應(yīng)于參考圖5A和5B描述的側(cè)傾指示器。類似地，視覺(jué)提示232a、232b和236a、236b分別表示不同的相對(duì)角度，即偏航角(繞圖12A的Z₀軸旋轉(zhuǎn))和俯仰角(繞圖12A的Y₀軸旋轉(zhuǎn))。

偏航指示器(或航向指示器)232a、232b可以以俯視角度示出成像傳感器指向的方向。例如，當(dāng)偏航指示器232a指向右側(cè)時(shí)，成像傳感器指向相對(duì)于操作者參考系的右側(cè)。

類似的，俯仰指示器(或傾斜指示器)236a、236b以側(cè)視視角表示成像傳感器指向的方向。例如，當(dāng)俯仰指示器236a指向下時(shí)，成像傳感器相對(duì)于操作者參考系指向下。

基于圖6A所示的側(cè)傾指示器234a、偏航指示器232a和俯仰指示器236a，操作者可以容易地理解：為了將頭戴式顯示器與成像傳感器對(duì)準(zhǔn)，操作者需要將頭戴式顯示器繞側(cè)傾軸順時(shí)針(或正)方向調(diào)整約45度，繞俯仰軸順時(shí)針(或正)方向調(diào)整約45度以及繞偏航軸順時(shí)針(或負(fù))方向調(diào)整約45度。

視覺(jué)提示238a、238b對(duì)應(yīng)于在240a和240b提供的方向觀察的機(jī)器人設(shè)備20的側(cè)視圖。例如，視覺(jué)提示238a(也可以被稱為延伸視覺(jué)提示)對(duì)應(yīng)于機(jī)器人臂在機(jī)器人設(shè)備20處的延伸程度。在圖6A所示的例子中，延伸視覺(jué)提示238a、238b表示成像臂(安裝有成像傳感器的機(jī)器人臂)的當(dāng)前延伸程度。應(yīng)當(dāng)理解，延伸視覺(jué)提示238a、238b可以類似地用于表示在機(jī)器人設(shè)備20處的其他機(jī)器人臂的延伸。

如圖3B所示，視覺(jué)提示138a、138b指示對(duì)應(yīng)的機(jī)器人臂比與圖6A的視覺(jué)提示238a、238b對(duì)應(yīng)的機(jī)器人臂延伸得更少。也就是說(shuō)，視覺(jué)提示238a、238b可以指示機(jī)器人手臂靠近奇異位置并且可能不能進(jìn)一步的伸展。

視覺(jué)提示240a、240b對(duì)應(yīng)于機(jī)器人設(shè)備20的臂(例如，圖7A的感測(cè)臂304)在機(jī)器人設(shè)備20的俯視視圖上相對(duì)于機(jī)器人設(shè)備20的基座的相對(duì)位置。

視覺(jué)提示238a和240a一起表示操作者參考系中的機(jī)器人臂的姿勢(shì)。在視覺(jué)提示238a、238b表示機(jī)器人臂的側(cè)視圖的實(shí)施例中，視覺(jué)提示240a、240b(也可以被稱為方向視覺(jué)提示)可以表示相對(duì)于機(jī)器人設(shè)備20的基座示出該側(cè)視圖的方向。

圖6B和6C示出了修改的立體視覺(jué)視圖222A的不同版本。如簡(jiǎn)要描述的，視覺(jué)提示可以通過(guò)提供更加用戶友好且直觀的顯示從而使操作者的認(rèn)知負(fù)荷和疲勞最少來(lái)便于機(jī)器人系統(tǒng)10、1000的操作。因此，圖6A的偏航、側(cè)傾和俯仰圖形指示器232、234和236可由更直觀的圖標(biāo)替代，例如，圖6B所示的圖標(biāo)(即，成像傳感器的表示)和圖6C所示的圖標(biāo)(即，、操作者頭部的表示)。將視覺(jué)提示作為操作者頭部的表示可以是特別有幫助的，這是因?yàn)椴僮髡哳^部表示可以進(jìn)一步促進(jìn)操作者的沉浸感。

在一些實(shí)施例中，控制站1040可以基于側(cè)傾、俯仰和偏航信息生成3D視覺(jué)提示。

在一些實(shí)施例中，還可以在顯示器上提供其他信息。例如，其他信息可以包括機(jī)器人設(shè)備20的速度、不同對(duì)象或段之間的距離、目標(biāo)對(duì)象的類型或大小、接近奇異性、接近關(guān)節(jié)限制、相對(duì)于附近的機(jī)器人設(shè)備20的相對(duì)空間參考以及到地平面的距離。

在一些實(shí)施例中，所描述的視覺(jué)提示可以由反饋信息(例如，觸覺(jué)或觸覺(jué)反饋、聽覺(jué)反饋和耳前庭反饋)來(lái)替換或補(bǔ)充。當(dāng)視覺(jué)信息不可用時(shí)(例如，在機(jī)器人設(shè)備20處沒(méi)有配備成像傳感器、來(lái)自成像傳感器的成像數(shù)據(jù)不清楚或操作者是盲人)，補(bǔ)充反饋可能特別有用。

例如，控制站40可以向相應(yīng)的控制器生成觸覺(jué)反饋，以指示在操作者參考系和機(jī)器人設(shè)備參考系之間沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)。不同的觸覺(jué)反饋(例如，不同的頻率、諧波和振幅)可以指示不同的移動(dòng)。例如，可以在控制站40或遠(yuǎn)程存儲(chǔ)模塊12處定義和存儲(chǔ)各種觸覺(jué)反饋和相應(yīng)的移動(dòng)。例如，如果控制站40想要指示操作者應(yīng)以某種方式略微轉(zhuǎn)動(dòng)他/她的頭部，則控制站40可以通過(guò)施加低振幅、低頻的觸覺(jué)反饋(例如，脈沖串)來(lái)提供該指示器。

現(xiàn)在參考圖3C，其示出了由控制站40提供的另一示例性的3D模型104d。例如，3D模型104d可以由控制站40處的控制器模塊42和處理模塊46提供。3D模型104d包括當(dāng)機(jī)器人設(shè)備20處的成像傳感器(例如，圖7B所示的成像傳感器306)在收集圖像數(shù)據(jù)期間移動(dòng)時(shí)，所述成像傳感器的軌跡。

還可以在控制站100提供用于從用戶接收輸入的用戶界面106。圖3D示出了示例性的用戶界面106的屏幕截圖。可以利用LabVIEW^TM來(lái)提供用戶界面106。

控制站40、1040可以經(jīng)由用戶界面106接收由用戶定義的配置簡(jiǎn)檔。如在用戶界面106中所示，可以配置在機(jī)器人設(shè)備20處的各種不同的組件。在該例子中，用戶界面106被提供用于機(jī)器人設(shè)備300(在圖7A中示出的)。應(yīng)當(dāng)理解，用戶界面可以與示出不同的配置，并且可以提供附加的或更少的控制。

還可以經(jīng)由撥動(dòng)開關(guān)148來(lái)啟用和禁用通過(guò)用戶界面106對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)10、1000的控制。

在圖3D的用戶界面106中，臂302a、302b和304中的每一個(gè)可以分別以一般在150I、150r和150i處所示的類似方式配置。在圖3C中示出的3DRM觀察器104a可類似地基于一般以150v示出的控制來(lái)配置。如一般在170處所示，還可以經(jīng)由用戶界面106提供3DRM觀察器的附加控制。

為了便于說(shuō)明，僅描述與操縱器302a(“左臂”)相關(guān)的控制。關(guān)于操縱器302a，用戶界面106包括參考系控件151、操作姿勢(shì)控件154、模式控件152、控制器(或主要設(shè)備)選擇器156和約束控件158。

參考系控件151可以接收映射輸入信號(hào)所利用的參考系的選擇。例如，參考系可以從操作者參考系、命令參考系和末端執(zhí)行器參考系中選擇。

操作姿勢(shì)控件154可以接收指示操縱器302a將如何被定位的選擇，例如，操作姿勢(shì)。關(guān)于成像臂304，可以提供不同的姿勢(shì)選擇，例如，成像傳感器將指向的方向的指示(例如，前視圖、左側(cè)視圖、右側(cè)視圖或后視圖等)。

模式控件152可以接收指示操縱器302a應(yīng)當(dāng)如何基于接收的輸入信號(hào)來(lái)操作的選擇。也就是說(shuō)，操縱器302a可以嚴(yán)格按照輸入信號(hào)來(lái)操作或者可以基于輸入信號(hào)的變化(例如，輸入信號(hào)可以被縮放等)來(lái)操作。

控制器選擇器156可以接收識(shí)別將控制操縱器302a的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的控制器的選擇。該選擇用于提供本文描述的映射關(guān)聯(lián)。

約束控件158可以接收識(shí)別一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)受到限制的選擇。也就是說(shuō)，約束控件158可以接收指示操縱器302a不應(yīng)當(dāng)沿著x軸和z軸移動(dòng)的輸入，也就是說(shuō)，操縱器302a僅能沿著y軸移動(dòng)。

在圖3D的示例性的用戶界面106中，在160處還可以提供各種配置的組件的狀態(tài)。

用戶界面106還包括用于啟用和禁用本文所述的至少一些控制方法的不同的撥動(dòng)開關(guān)。示例性的撥動(dòng)開關(guān)包括順應(yīng)性開關(guān)162、碰撞避免開關(guān)164、碰撞力反饋開關(guān)166和奇異性避免開關(guān)168。當(dāng)啟用開關(guān)162至168中的任一個(gè)時(shí)，控制站40、1040可以操作用于應(yīng)用相應(yīng)的控制方法。應(yīng)當(dāng)理解，可以類似地使用除撥動(dòng)開關(guān)之外的控件。

控制站100可以包括用于提供輸入和/或從機(jī)器人設(shè)備20接收反饋的一個(gè)或多個(gè)不同的控制器(或主要設(shè)備1020p)?？刂破骺梢园ǜ鞣N不同的輸入設(shè)備。圖3A示出了第一控制器110、第二控制器120a和第三控制器120b。

第一控制器110可以控制在機(jī)器人設(shè)備20處的運(yùn)動(dòng)。例如，第一控制器110可以對(duì)在機(jī)器人設(shè)備20配備的成像臂的至少線性和角運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行控制。第一控制器110可以包括不同技術(shù)的組合，例如，PHANTOM Omni^TM和OculusRift^TM頭戴式顯示器(HMD)。Oculus Rift HMD配備了集成的3軸陀螺儀、加速度計(jì)和允許以最小漂移進(jìn)行絕對(duì)磁頭定向跟蹤的磁力計(jì)。通常應(yīng)當(dāng)理解，可以類似地使用能夠根據(jù)運(yùn)動(dòng)跟蹤數(shù)據(jù)(例如，頭部或其他身體部位的運(yùn)動(dòng))操作的其他控制器。

在一些實(shí)施例中，可以在控制器模塊42處提供一個(gè)或多個(gè)成像濾波器，以使得能夠與第一控制器110一起操作。例如，為了將Oculus Rift HMD與機(jī)器人系統(tǒng)10集成，桶形失真濾波器包括在控制器模塊42中，該控制器模塊42具有使用著色器的OpenGL，以便根據(jù)HD數(shù)據(jù)饋送來(lái)渲染3D視頻。

第二和第三控制器120a、120b可以是觸覺(jué)設(shè)備。在圖3A的示例中，第二和第三控制器120a、120b是可以控制在機(jī)器人設(shè)備20處的兩個(gè)相應(yīng)的7自由度(DOF)操縱器的兩個(gè)相應(yīng)的觸覺(jué)輸入設(shè)備(例如，Quanser HD2^TM)。向在控制站40的用戶提供觸覺(jué)反饋可以增強(qiáng)用戶對(duì)機(jī)器人設(shè)備20的操作的感知。應(yīng)當(dāng)理解，基于在機(jī)器人設(shè)備20處的操縱器，可以類似地使用其他類型的觸覺(jué)輸入設(shè)備(例如，PHANTOM Omni和觸覺(jué)操縱桿)。

也可以在控制站100處提供其他控制器。例如，控制站100可以包括用于接收聽覺(jué)命令輸入的控制器。還可以通過(guò)設(shè)置在機(jī)器人設(shè)備20處的傳感器收集聽覺(jué)數(shù)據(jù)并在控制站100處接收所述聽覺(jué)數(shù)據(jù)以進(jìn)行處理。

可以改變這些控制器中的任意一個(gè)的操作。例如，可以經(jīng)由用戶界面106禁用和/或啟用一個(gè)或多個(gè)控制器。

再次參考圖1A，輔助站14可以用作計(jì)算設(shè)備。輔助站14可以由觀察用戶使用以向控制站40處的用戶提供附加的輔助和支持。

例如，輔助站14可包括用于顯示目標(biāo)的環(huán)境的3D模型的顯示器，例如，在控制站40處的顯示器104a。輔助站14處的顯示器可以與控制站40處的顯示器104a同步，或者基于從輔助站14處的觀察用戶接收的輸入而被獨(dú)立地控制。

在一些實(shí)施例中，這些計(jì)算設(shè)備可以是配備有適于連接到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)適配器的膝上型計(jì)算機(jī)或智能電話設(shè)備。

計(jì)算設(shè)備可以是可操作用于連接到網(wǎng)絡(luò)16的任何聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)16與其他設(shè)備通信的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可通過(guò)有線或無(wú)線連接耦接到網(wǎng)絡(luò)16。

如所指出的，這些計(jì)算設(shè)備可以至少包括處理器和存儲(chǔ)器，并且可以是電子平板設(shè)備、個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站、服務(wù)器、便攜式計(jì)算機(jī)、移動(dòng)設(shè)備、個(gè)人數(shù)字助理、膝上型計(jì)算機(jī)、智能電話、WAP電話、交互式電視、視頻顯示終端、游戲控制臺(tái)和便攜式電子設(shè)備或它們的任何組合。

網(wǎng)絡(luò)16可以是能夠承載數(shù)據(jù)的任何網(wǎng)絡(luò)，包括因特網(wǎng)、以太網(wǎng)、普通老式電話服務(wù)(POTS)線路、公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)、綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(ISDN)、數(shù)字用戶線路(DSL)、同軸電纜、光纖、衛(wèi)星、移動(dòng)、無(wú)線(例如Wi-Fi，WiMAX)、SS7信令網(wǎng)絡(luò)、固定線路、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)以及包括它們的任何組合的、能夠與圖1A所示的各個(gè)部件(特別是機(jī)器人設(shè)備20和控制站40)交互并且能夠?qū)崿F(xiàn)圖1A所示的各個(gè)部件之間的通信的其他網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)16可以支持可以提供具有最小視在延遲的多個(gè)視頻流的視頻壓縮和傳輸框架。視頻流可以具有不同的質(zhì)量水平。

在一些實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)16可以包括機(jī)器人設(shè)備20和控制站40之間的至少兩個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)連接。其中的一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)連接可用于傳輸可以是時(shí)間敏感的低帶寬控制數(shù)據(jù)。另一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)連接可以用于傳輸高帶寬數(shù)據(jù)，例如圖像數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)程存儲(chǔ)模塊12可以包括用于存儲(chǔ)與例如機(jī)器人設(shè)備20、控制站40和/或輔助站14相關(guān)的信息的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)(未示出)。應(yīng)當(dāng)理解，遠(yuǎn)程存儲(chǔ)模塊12可以是備份存儲(chǔ)部件，并且包括例如在存儲(chǔ)模塊44和設(shè)備存儲(chǔ)模塊24處可用的數(shù)據(jù)的副本。

現(xiàn)在參考圖7A，其示出了根據(jù)示例性的實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備300。

機(jī)器人設(shè)備300是具有安裝在機(jī)架310上的三個(gè)鉸接臂302a、302b和304的遙控裝置。機(jī)架310可以是移動(dòng)的或者可以設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)上。可將機(jī)架310調(diào)節(jié)到不同的尺寸。應(yīng)當(dāng)理解，在機(jī)器人設(shè)備300上可以類似地設(shè)置其他類型和其他數(shù)量的臂。

三個(gè)鉸接臂包括兩個(gè)操縱器302a、302b和一個(gè)感測(cè)臂304。在該示例中，兩個(gè)操縱器302a、302b是兩個(gè)Kinova^TMJACO^TM6-DOF鉸接臂。應(yīng)當(dāng)理解，可以類似地使用其他類型的臂。也可以在機(jī)器人設(shè)備300處配備不同類型的操縱器302。

如下文將描述的，可以將一個(gè)或多個(gè)傳感器安裝到感測(cè)臂304，以從環(huán)境和/或相對(duì)于機(jī)器人設(shè)備300收集各種不同的信息。仍然參考圖7A，與兩個(gè)操縱器302a、302b類似，也可以使用全鉸接臂(例如，JACO 6-DOF鉸接臂)來(lái)提供感測(cè)臂304。如將針對(duì)圖7C描述的，將感測(cè)臂304提供為全鉸接臂能夠增強(qiáng)可以通過(guò)感測(cè)臂304獲得的感測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在一些實(shí)施例中，感測(cè)臂304的全鉸接便于從被遮擋的環(huán)境(例如,在容器內(nèi)、在物體下面或在物體后面)采集信息。

例如，如圖7C所示，其提供了另一個(gè)實(shí)施例的感測(cè)臂304'。為了便于說(shuō)明，分離地示出了圖7C的感測(cè)臂304'與機(jī)架310。應(yīng)當(dāng)理解，可以以與圖7A和7B所示的感測(cè)臂304類似的方式將感測(cè)臂304'安裝到機(jī)架310。

相對(duì)于目標(biāo)320'操作圖7C的示例中的感測(cè)臂304'，以識(shí)別目標(biāo)320'的內(nèi)容。為了便于說(shuō)明，目標(biāo)320'是透明的，但是應(yīng)當(dāng)理解，目標(biāo)320'可以不是透明的，以使得不能從外部看到內(nèi)容。在該示例中，目標(biāo)320'是包含對(duì)象322的窄管狀結(jié)構(gòu)。如圖7C所示，由于感測(cè)臂304'被設(shè)置為全鉸接臂，所以可以相對(duì)于目標(biāo)320'操縱感測(cè)臂304'，以獲得關(guān)于目標(biāo)320'的內(nèi)容的信息，例如，對(duì)象322。

可以提供全鉸接的其他示例類型的操縱器可以包括但不限于笛卡爾操縱器、串行操縱器(例如，選擇性順應(yīng)裝配機(jī)器人ARM(SCARA)和/或冗余操縱器)、并行操縱器、圓柱形操縱器和/或球形操縱器。

仍然參考圖7A，該示例中的感測(cè)臂304用作成像臂，其用于從環(huán)境接收成像數(shù)據(jù)。如圖7B更清楚地所示，成像臂304可以包括安裝在成像臂304的末端執(zhí)行器的成像傳感器組306。成像傳感器組306可以包括各種不同的成像傳感器和照相機(jī)設(shè)備，例如，用于提供一個(gè)或多個(gè)高清(HD)視頻饋送的HD視頻傳感器、紅-綠-藍(lán)-深(RGB-D)成像傳感器(例如，PrimeSense^TM相機(jī)或Kinect^TM)、紅外(IR)成像傳感器、X射線成像傳感器、超聲傳感器(例如，基于飛行時(shí)間操作的超聲換能器)和/或激光傳感器。成像傳感器組306可以由用戶在控制站40處提供的控制輸入來(lái)控制，以獲得目標(biāo)320的可視信息，例如，圖7A所示的箱子。

在成像臂304處獲得的視覺(jué)信息可以包括來(lái)自相應(yīng)傳感器的HD立體成像數(shù)據(jù)和RGB-D數(shù)據(jù)?？梢曰谠贖D視頻饋送中提供的數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生HD立體成像數(shù)據(jù)?？梢詫?shí)時(shí)提供HD視頻饋送。當(dāng)從機(jī)器人設(shè)備20接收到RGB-D數(shù)據(jù)時(shí)，控制站40可以相應(yīng)地提供目標(biāo)320的3D模型。例如，控制站40處的控制器模塊42可以使用從RGB-D數(shù)據(jù)測(cè)量的顏色和深度信息來(lái)渲染在顯示器104a中示出的3D模型。

如所描述的，各種不同的傳感器306'可以耦接到感測(cè)臂304'的末端執(zhí)行器。除了所描述的各種成像傳感器之外，示例性的傳感器還可以包括雷達(dá)傳感器、聲納傳感器、光檢測(cè)和測(cè)距(LIDAR)傳感器和/或噪聲或聲音傳感器(例如，麥克風(fēng))?？梢栽O(shè)置在感測(cè)臂304'處的傳感器的類型可以根據(jù)機(jī)器人設(shè)備300的期望的用途而變化。例如但不限于，聲納傳感器可以耦接到感測(cè)臂304'以獲得用于生成目標(biāo)320的3D模型的深度信息。當(dāng)機(jī)器人設(shè)備300將可能在低光環(huán)境中操作時(shí)，可以使用聲納傳感器。

再次參考圖7A，可以將例如照相機(jī)312a、312b和312c的各種其他成像設(shè)備312安裝在機(jī)架310的各個(gè)位置，以提供關(guān)于目標(biāo)320的環(huán)境和機(jī)器人設(shè)備20的工作空間的更多信息。附加成像數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步提高用戶對(duì)機(jī)器人設(shè)備20和目標(biāo)320的情況和周圍環(huán)境的感知。

如上所述，由各個(gè)控制器(例如，第二和第三控制器120a、120b)提供的觸覺(jué)反饋可以增強(qiáng)用戶對(duì)遠(yuǎn)程環(huán)境的感知，即使該用戶正在通過(guò)控制站40操作機(jī)器人設(shè)備20。通過(guò)提供配備有成像傳感器組306的成像臂304，可以在控制站40處向用戶提供進(jìn)一步增強(qiáng)的體驗(yàn)。

對(duì)于所描述的一些實(shí)施例，機(jī)器人系統(tǒng)10可以至少基于實(shí)時(shí)立體成像、適當(dāng)?shù)囊曈X(jué)指示器和頭部運(yùn)動(dòng)跟蹤的組合來(lái)操作。各種感測(cè)數(shù)據(jù)和跟蹤數(shù)據(jù)的組合可有助于提高由機(jī)器人設(shè)備20執(zhí)行至少某些任務(wù)的有效性，尤其是需要距離和深度信息的那些任務(wù)。

現(xiàn)在將描述示例性的實(shí)施例的機(jī)器人系統(tǒng)10的各種操作。

在啟動(dòng)時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)10可以運(yùn)行測(cè)試序列。測(cè)試序列可以包括一個(gè)或多個(gè)不同的過(guò)程，并且可以是預(yù)定義的。例如，測(cè)試序列可以包括自診斷過(guò)程和校準(zhǔn)過(guò)程。自診斷和校準(zhǔn)過(guò)程可以包括獨(dú)立于機(jī)器人設(shè)備20的初始系統(tǒng)狀態(tài)或初始姿態(tài)的、對(duì)在機(jī)器人設(shè)備20處的各個(gè)傳感器(例如，力和/或扭矩傳感器)和操縱器(例如，夾具)的測(cè)試。自診斷和校準(zhǔn)過(guò)程還可以校準(zhǔn)各種傳感器和操縱器。

機(jī)器人設(shè)備20的初始狀態(tài)(即，在系統(tǒng)啟動(dòng)之前)可以包括將機(jī)器人設(shè)備20的臂302、304配置到對(duì)于機(jī)器人設(shè)備20的后續(xù)移動(dòng)而言安全的位置。臂302、304的位置可考慮機(jī)器人設(shè)備20的周圍環(huán)境。因此，在校準(zhǔn)階段可不需要?dú)w位(homing)。

機(jī)器人系統(tǒng)10可以向控制站40處的用戶通知根據(jù)測(cè)試序列確定的任何問(wèn)題和/或故障。例如，包括系統(tǒng)警告和硬件和軟件故障的診斷信息可以經(jīng)由用戶界面106呈現(xiàn)給用戶。

因?yàn)闄C(jī)器人系統(tǒng)10用于在時(shí)間敏感的情況下操作(例如布置IED)，所以啟動(dòng)過(guò)程通?？梢韵鄬?duì)快速地完成。

在成功啟動(dòng)之后，可以將機(jī)器人系統(tǒng)10配置為調(diào)查目標(biāo)320?？梢杂煽刂普?0遠(yuǎn)程地將機(jī)器人設(shè)備20驅(qū)動(dòng)到目標(biāo)320的位置。在機(jī)器人系統(tǒng)10的操作期間，機(jī)器人設(shè)備20收集各種數(shù)據(jù)并將它們提供給控制站40。在一些實(shí)施例中，機(jī)器人設(shè)備20可以在向控制站40提供數(shù)據(jù)之前處理收集的數(shù)據(jù)。

如上所述，各種數(shù)據(jù)可以包括從機(jī)器人設(shè)備20處的成像傳感器組306和其他成像裝置312接收的成像數(shù)據(jù)，以及驅(qū)動(dòng)遙測(cè)信息(例如，設(shè)備的速度、航向、位置等)。還可以將觸覺(jué)反饋提供給第二和第三控制器120a、120b，以進(jìn)一步向用戶提供沉浸式體驗(yàn)。

一旦將機(jī)器人設(shè)備20導(dǎo)航到目標(biāo)320的位置，控制站40就可以相對(duì)于目標(biāo)320對(duì)機(jī)器人設(shè)備20進(jìn)行定向。例如，控制站40可以對(duì)機(jī)器人設(shè)備20進(jìn)行定向，以使得目標(biāo)320位于由機(jī)器人設(shè)備20的臂302、304限定的工作空間內(nèi)。在一些實(shí)施例中，控制站40可以對(duì)機(jī)器人設(shè)備20進(jìn)行定向，以為兩個(gè)操縱器302a、302b提供對(duì)稱的工作空間。當(dāng)目標(biāo)320大約位于兩個(gè)操縱器302a、302b的中間時(shí)，通常形成對(duì)稱的工作空間。對(duì)稱工作空間可有助于兩個(gè)操縱器302a、302b更容易的操作。

在一些實(shí)施例中，控制站40可以將感測(cè)臂304部署到操作位置，同時(shí)將兩個(gè)操縱器302a、302b保持在初始位置。因此，控制站40可以導(dǎo)航感測(cè)臂304以在不會(huì)與兩個(gè)操縱器302a、302b發(fā)生潛在碰撞的情況下收集目標(biāo)320的不同感測(cè)數(shù)據(jù)。

機(jī)器人設(shè)備20可以對(duì)目標(biāo)320及其周圍環(huán)境進(jìn)行初始檢查以確定要執(zhí)行的任務(wù)。初始檢查可以包括控制站40和輔助站14之間的協(xié)作。

在初始檢查期間，各種部件可以是操作性的。例如，在捕獲感測(cè)數(shù)據(jù)期間，設(shè)備處理模塊26可以啟動(dòng)應(yīng)用程序模塊32處的最小抖動(dòng)軌跡應(yīng)用部件的操作，以對(duì)感測(cè)臂304的移動(dòng)中的任何突然變化進(jìn)行控制。機(jī)器人設(shè)備20產(chǎn)生的3D模型的質(zhì)量可能受到在數(shù)據(jù)收集期間感測(cè)臂304的移動(dòng)的影響。

設(shè)備處理模塊26還可以啟動(dòng)應(yīng)用程序模塊32處的3D實(shí)時(shí)建模(3DRM)應(yīng)用程序組件的操作，以生成目標(biāo)320的3D模型。該3D實(shí)時(shí)建模應(yīng)用程序可以包括基于收集的RGB-D數(shù)據(jù)的機(jī)器視覺(jué)3D重建和映射軟件。在一些實(shí)施例中，目標(biāo)320的3D模型可以包括目標(biāo)320的照片擬真3D模型。

在控制站40處，處理模塊46可以啟動(dòng)3D實(shí)時(shí)建模觀察器軟件，以顯示和接收用于操縱由3D實(shí)時(shí)建模應(yīng)用程序生成的3D模型的控制輸入。控制站40還可以啟動(dòng)第一控制器110的操作，以基于頭部運(yùn)動(dòng)跟蹤提供具有視覺(jué)提示的實(shí)時(shí)立體視覺(jué)(例如，圖3B所示的顯示)。

初始檢查可以包括由感測(cè)臂304執(zhí)行的預(yù)定義的一系列步驟。例如，感測(cè)臂304可以執(zhí)行多個(gè)預(yù)定軌跡，例如，圓形或螺旋軌跡。圖3C所示的軌跡108是示例。在一些實(shí)施例中，感測(cè)臂304的軌跡可以是圓形的，以使得可以圍繞目標(biāo)320進(jìn)行360°的收集對(duì)稱數(shù)據(jù)。機(jī)器人設(shè)備20可以基于感測(cè)臂304收集的數(shù)據(jù)生成目標(biāo)320的初始3D模型。

機(jī)器人設(shè)備20可隨后將初始3D模型傳輸?shù)娇刂普?0和/或輔助站14以進(jìn)行顯示。可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)16上的各種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(例如，文件傳輸協(xié)議(FTP))將模型數(shù)據(jù)逐漸傳輸?shù)娇刂普?0。在控制站40處可以以最小的延遲(例如，可能在從開始初始檢查的五分鐘內(nèi))使用初始3D模型。機(jī)器人設(shè)備20可以隨著時(shí)間的流逝繼續(xù)傳輸更新的3D模型數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，機(jī)器人系統(tǒng)10可以使用從隨后的手動(dòng)或預(yù)編程的自動(dòng)檢查過(guò)程獲得的新數(shù)據(jù)來(lái)繼續(xù)更新目標(biāo)320的3D模型。

通過(guò)在控制站40和輔助站14處的不同用戶之間實(shí)時(shí)共享初始3D模型，可便于討論以解決問(wèn)題，同時(shí)使風(fēng)險(xiǎn)最小化。因此，其他專家和觀察者可以與控制站40處的用戶同時(shí)進(jìn)行情況分析和評(píng)估。輔助站14處的觀察用戶可以利用額外的資源和參考資料，包括與先前檢查的目標(biāo)(例如，類似的IED等)相關(guān)的數(shù)據(jù)，以提高檢查的有效性。

控制站40可以從用戶接收控制輸入，以與目標(biāo)320的初始3D模型進(jìn)行交互。例如，控制站40可以在觸摸屏顯示器上顯示初始3D模型，然后可以經(jīng)由觸摸屏顯示器接收控制輸入?？刂戚斎肟梢园ǔ跏?D模型的視角和縮放級(jí)別的各種操作。另外，操作者可以通過(guò)在3D模型查看器中指定感興趣的點(diǎn)來(lái)從3D模型提取正在檢查的對(duì)象的距離和尺寸測(cè)量值。

初始3D模型可以提供目標(biāo)320的高分辨率全景視圖。初始3D模型可有助于深入檢查和分析。至少一些細(xì)節(jié)(包括顏色、形狀和尺寸信息)對(duì)于識(shí)別目標(biāo)320和評(píng)估任何相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)說(shuō)可能是關(guān)鍵的。

在一些實(shí)施例中，控制站40可以接收使導(dǎo)航感測(cè)臂304收集附加數(shù)據(jù)的控制輸入，以便更好地表征目標(biāo)320并確定所需的任務(wù)。如所描述的，感測(cè)臂304可以被設(shè)置為全鉸接臂，以便增強(qiáng)相對(duì)于目標(biāo)320的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的程度，并進(jìn)而提高通過(guò)安裝在感測(cè)臂304處的傳感器獲得的感測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。如所指出的，感測(cè)臂304可以至少包括在成像傳感器組306處的實(shí)時(shí)HD饋送。感測(cè)臂304的移動(dòng)也可以由第一控制器110控制，并且包括頭部運(yùn)動(dòng)跟蹤能力?？刂普?0處的用戶可以受益于目標(biāo)320的周圍環(huán)境的增加的深度感，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)感測(cè)臂304的更直觀的控制。

應(yīng)當(dāng)理解，可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)其他控制器(例如，操縱桿)來(lái)導(dǎo)航臂302、304中的任一個(gè)的移動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，控制站40可以將初始3D模型的視點(diǎn)與成像傳感器組306提供的目標(biāo)320的實(shí)時(shí)圖像同步。可以基于從實(shí)時(shí)的HD數(shù)據(jù)反饋提供的數(shù)據(jù)來(lái)生成實(shí)時(shí)圖像。這可以便于初始3D模型和目標(biāo)320的實(shí)時(shí)圖像之間的并排比較。

在一些實(shí)施例中，可將與3D模型相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程存儲(chǔ)模塊12、存儲(chǔ)模塊44和/或設(shè)備存儲(chǔ)模塊24中以供參考。例如，可以對(duì)通過(guò)所描述的初始檢查生成的初始3D模型進(jìn)行分析以識(shí)別各個(gè)3D模型的趨勢(shì)。

基于初始檢查，控制站40處的用戶可以確定將由機(jī)器人設(shè)備20執(zhí)行的一系列任務(wù)。將參考圖13A至16D來(lái)描述示例性的任務(wù)。

如上所述，本文描述的機(jī)器人系統(tǒng)10可用于有關(guān)未知的和潛在的高風(fēng)險(xiǎn)情況，例如，用于處置IED。因此，參考圖13A至16D描述的任務(wù)通常涉及可能需要用于檢查可能是或可能包括IED的目標(biāo)的動(dòng)作(例如，操作機(jī)器人設(shè)備20打開行李以檢查其內(nèi)部，或操作機(jī)器人設(shè)備20舉起或移動(dòng)懷疑為IED的目標(biāo))，以及可能需要用于處理可能是IED的目標(biāo)的動(dòng)作。應(yīng)當(dāng)理解，所描述的機(jī)器人系統(tǒng)10可以應(yīng)用在不同的環(huán)境中并且在那些環(huán)境中執(zhí)行其他類似的任務(wù)。

圖13A至16D中的每一個(gè)示出的任務(wù)可以包括針對(duì)不同的控制目標(biāo)的不同的控制方法，例如，提供穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、奇異性避免、機(jī)器人設(shè)備20處的臂的交叉耦接混合控制、碰撞檢測(cè)和避免、順應(yīng)性控制和約束運(yùn)動(dòng)。圖13A至16D中的每一個(gè)示出的任務(wù)還可以包括不同的配置，例如，一個(gè)操縱器操作、利用工具操作和多個(gè)操縱器協(xié)調(diào)操作。可以類似地使用其他配置。

現(xiàn)在參考圖8A和11B描述各種不同的控制方法。本文描述的各種控制方法可以包括將相關(guān)的控制命令分解成各個(gè)命令分量并對(duì)那些命令分量中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。調(diào)制可以包括命令分量的幅度的變化或命令分量的去除，這取決于控制方法的應(yīng)用的目的。

用于提供穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)的方法可以包括控制站40、1040的改變機(jī)器人設(shè)備20處的臂302、304移動(dòng)的速度的操作。例如，臂302、304的移動(dòng)速度可以不與用戶移動(dòng)對(duì)應(yīng)的控制器120a、120b的速度直接成正比。相反，所描述的提供按比例運(yùn)動(dòng)的方法可以包括改變臂302、304以及控制器120a、120b中的每一個(gè)的速度，以提供精細(xì)控制。

用于提供奇異性避免的方法可以包括控制站40、1040進(jìn)行操作以僅允許將一些控制輸入發(fā)送到機(jī)器人設(shè)備20。利用本文描述的方法，可以通過(guò)下述方法避免意外的運(yùn)動(dòng)：限制控制輸入在控制站40、1040和機(jī)器人設(shè)備20之間的傳輸以僅控制由用戶在控制站40、1040明確提供的輸入。

圖8A和8B示出了描述的提供奇異性避免的方法的示例性的應(yīng)用。圖8A總體上以800A示出了基于提供的輸入信號(hào)的操縱器830的路徑802。圖8B以800B示出了如標(biāo)號(hào)801所示的、在應(yīng)用所描述的用于提供避免奇異性的方法之后的操縱器830的調(diào)制路徑806。

奇異性避免控制方法包括確定操縱器830的位置是否超過(guò)可操縱性閾值的量度。可操縱性的量度一般由G.Marani等人在下述文獻(xiàn)中描述：“A Real-Time Approach for Singularity Avoidance in Resolved Motion Rate Control of Robotic Manipulators”，ICRA 2002,1973-1978，并且可操縱性的量度可用于在輔助設(shè)備1020s的操作期間檢測(cè)操縱器830接近奇異性的程度。可操縱性閾值的量度可以定義特定操縱器830和奇異性的最大接近度。例如，可操縱性閾值的量度804在圖8A中示出，并且可以觸發(fā)應(yīng)用奇異性避免控制方法。例如，可以在配置簡(jiǎn)檔中提供可操縱性閾值的量度。

在操作期間，用于管理操縱器830的奇異性避免的控制修改模塊1042a可以基于相應(yīng)的輸入信號(hào)管理操縱器830的操作。當(dāng)操縱器830接近可操縱性閾值的量度804時(shí)，控制修改模塊1042a可以識(shí)別使操縱器830接近奇異性的控制命令的命令分量。可由控制修改模塊1042a使用可操縱性的量度的梯度來(lái)確定朝向奇異性的方向。

如圖8B所示，命令分量是802a和802b。命令分量802b使得操縱器830接近奇異性，并且因此，控制修改模塊1042a可以生成修飾符以去除命令分量802b。修飾符可以涉及逐漸去除命令分量802b。

命令分量802b的逐漸去除可以隨著操縱器830對(duì)奇異性的接近而增加。例如，操縱器830越接近奇異性，控制修改模塊1042a可以生成增加去除的命令分量802b的量的修飾符。在一些實(shí)施例中，當(dāng)操縱器830到達(dá)遠(yuǎn)離奇異性的預(yù)定距離時(shí)，控制修改模塊1042a可以生成用于完全去除命令分量802b的修飾符。

在逐漸去除命令分量802b的操縱器830的操作期間，命令分量802a不變，因此，操縱器830可以自動(dòng)避免奇異性(如圖8B所示)。

在一些實(shí)施例中，控制站40、1040可以生成對(duì)應(yīng)于修飾符的力反饋，以增強(qiáng)操作者的體驗(yàn)。

用于提供碰撞檢測(cè)和避免的方法可以包括：通過(guò)控制站40識(shí)別臂302a、302b和304之間，輔助設(shè)備1020s之間或系統(tǒng)限定的墻壁或障礙物之間的潛在碰撞。所描述的碰撞檢測(cè)和避免方法在多于一個(gè)操縱器(例如，操縱器302a和302b)可以同時(shí)操作的多操縱器協(xié)調(diào)操作期間可以是特別重要的。結(jié)果是，操縱器302a和302b之間發(fā)生碰撞的可能性較高。所描述的碰撞檢測(cè)和避免方法可以包括向控制站40處的用戶提供視覺(jué)和觸覺(jué)反饋以指示潛在的碰撞。所描述的碰撞檢測(cè)和避免方法還可以包括在操縱器302a和302b之間即將發(fā)生的碰撞的情況下修改或者甚至忽略經(jīng)由接口模塊48接收的一個(gè)或多個(gè)控制輸入。如參考用戶界面106所描述的，可以在機(jī)器人設(shè)備20的操作期間選擇性地打開或關(guān)閉碰撞檢測(cè)和避免方法。

圖9A和9B示出了所描述的提供碰撞檢測(cè)和避免的方法的示例性的應(yīng)用。圖9A總體上以810A示出了基于提供的輸入信號(hào)的操縱器830的路徑812。圖9B以810B示出了在應(yīng)用所描述的用于向目標(biāo)對(duì)象811提供碰撞檢測(cè)和避免的方法之后操縱器830的調(diào)制路徑816。

與奇異性避免控制方法類似，碰撞檢測(cè)和避免方法包括：確定操縱器830的一個(gè)或多個(gè)操作是否將導(dǎo)致與另一個(gè)輔助設(shè)備1020s或另一個(gè)分離的部件的碰撞(例如，圖9A中的814)。

在一些實(shí)施例中，用于管理操縱器830的碰撞避免的控制修改模塊1042a可以基于用于該操縱器830的相關(guān)控制命令來(lái)生成操作模型。作為操作模型的一部分，控制修改模塊1042a可以將操縱器830的各個(gè)部件和可能與操縱器830發(fā)生碰撞的部件劃分為原始幾何段。將部件轉(zhuǎn)換成幾何段的示例方法由P.Bosscher和D.Hedman在下述文獻(xiàn)中描述：“Real-Time Collision Avoidance Algorithm for Robotics Manipulators”，TePRA，2009,113-122?；诓倏v器830根據(jù)控制命令的操作，控制修改模塊1042a可以確定這些段的對(duì)的接近度，以識(shí)別潛在的碰撞位置和方向。

配置簡(jiǎn)檔可以包括限定兩個(gè)段之間的最大允許距離的碰撞距離閾值817(在圖9B中示出)。

如圖9B所示，當(dāng)操縱器830接近碰撞距離閾值817時(shí)，控制修改模塊1042a可以識(shí)別使操縱器830接近碰撞距離閾值817的控制命令的命令分量。在圖9B中，命令分量是812a和812b。命令分量812a和812b可以包括控制命令的向量和幅度。

命令分量812a使操縱器830接近碰撞距離閾值817，并且因此，控制修改模塊1042a可以生成修飾符以去除命令分量812a。該修飾符可以包括逐漸去除命令分量812a。

命令分量812a的逐漸去除可以隨著操縱器830接近碰撞距離閾值817而增加。例如，操縱器830越接近碰撞距離閾值817，控制修改模塊1042a可以生成增加去除的命令分量812a的量的修飾符。在一些實(shí)施例中，當(dāng)操縱器830達(dá)到碰撞距離閾值817時(shí)，控制修改模塊1042a可以生成完全去除命令分量802b的修飾符。

用于提供順應(yīng)性控制的方法可以包括由控制站40、1040接收和處理來(lái)自輔助設(shè)備1020s的傳感器測(cè)量值。傳感器測(cè)量值可由位于臂302、304的末端執(zhí)行器處的傳感器或者在臂302、304的接合處的扭矩傳感器提供。末端執(zhí)行器可以包括用于捕獲與由末端執(zhí)行器施加在例如目標(biāo)320上的力的量相關(guān)的數(shù)據(jù)的力/扭矩傳感器。所描述的用于提供順應(yīng)性控制的方法可以有助于基于傳感器測(cè)量值確保在機(jī)器人設(shè)備20處的穩(wěn)定操作。

圖10A和10B示出了所描述的提供順應(yīng)性控制的方法的示例性應(yīng)用。圖10A總體上以820A示出了操縱器830基于提供的輸入信號(hào)而施加在對(duì)象832上的力路徑822。圖10B以820B示出了在應(yīng)用所描述的用于提供順應(yīng)性控制方法之后由操縱器830施加在對(duì)象832上的調(diào)制力路徑826。

順應(yīng)性控制方法包括確定由操縱器830施加的力的量是否超過(guò)順應(yīng)性閾值。

在一些實(shí)施例中，可以在配置簡(jiǎn)檔中提供順應(yīng)性閾值。例如，可以基于用于操縱器830的每個(gè)關(guān)節(jié)的最大允許電動(dòng)機(jī)扭矩來(lái)確定順應(yīng)性閾值。下面的等式(1)提供了確定順應(yīng)性閾值的示例等式：

F_max＝J^-1T_max (1)

其中，F(xiàn)_max表示順應(yīng)性閾值向量，J^-1表示對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)的雅可比矩陣的偽逆，以及T_max表示操縱器830的關(guān)節(jié)的最大允許扭矩的向量?？蓪㈨槕?yīng)性閾值選擇為接近最大值的值。

可以通過(guò)將測(cè)量的力和扭矩的量與順應(yīng)性閾值進(jìn)行比較，并隨后相應(yīng)地對(duì)相應(yīng)的控制命令分量進(jìn)行調(diào)制來(lái)提供順應(yīng)性。例如，可以沿著測(cè)量的力和扭矩的方向?qū)⒖刂泼罘纸獬煞至浚⑶彝ㄟ^(guò)根據(jù)測(cè)量值與順應(yīng)性閾值的接近程度縮減控制命令或者完全去除控制命令來(lái)調(diào)制控制命令。

例如，在操作期間，用于管理操縱器830的順應(yīng)性控制的控制修改模塊1042a可以基于相應(yīng)的輸入信號(hào)管理操縱器830的操作。當(dāng)操縱器830接近力閾值時(shí)，控制修改模塊1042a可以識(shí)別使操縱器830接近力閾值的控制命令的命令分量。例如，如圖10B所示，可以沿著力和扭矩測(cè)量的方向?qū)⒘β窂?22分解為分量822a和822b。

如圖10B所示，命令分量是822a和822b。命令分量822b使操縱器830施加接近順應(yīng)性閾值的力量，從而控制修改模塊1042a可以生成修飾符以去除命令分量822b或逐漸去除命令分量822b。

在一些實(shí)施例中，控制修改模塊1042a可以應(yīng)用線性調(diào)制來(lái)減少命令分量822b。線性調(diào)制可以與力分量幅度與順應(yīng)性閾值的接近程度成比例地減少命令分量822b。當(dāng)力分量幅度等于順應(yīng)性閾值時(shí)，完全去除命令分量822b。這在至少一些應(yīng)用中可以是有用的，舉例來(lái)說(shuō)，例如由多個(gè)臂302a、302b執(zhí)行的耦接協(xié)調(diào)任務(wù)(例如，利用兩個(gè)機(jī)器人臂保持一箱子)。下面的等式(2)提供了示例性的線性調(diào)制等式：

其中，V_command對(duì)應(yīng)于基于輸入信號(hào)生成的運(yùn)動(dòng)速度，并且V_AMC對(duì)應(yīng)于基于本文所述的順應(yīng)性控制方法的調(diào)制速度命令，γ對(duì)應(yīng)于命令去除因子，F(xiàn)對(duì)應(yīng)于測(cè)量的力的量，F(xiàn)_thr是順應(yīng)性閾值，并且<V_command，F(xiàn)>表示兩個(gè)向量V_command和F的點(diǎn)積。

然而，一些任務(wù)可能需要更高的初始力，因此可能涉及非線性調(diào)制。示例性的任務(wù)是切割線，其需要在操縱器830的手指處提供更高的初始力。因此，順應(yīng)性閾值F_thr最初可以與更高的閾值相關(guān)，以確?？梢赃m應(yīng)初始力(例如，切割所需的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng))，并且此后可以逐漸降低到較低閾值。

在一些實(shí)施例中，控制修改模塊1042a可能不能測(cè)量操縱器830施加的力?？刂菩薷哪K1042a然后可以基于在操縱器830處檢測(cè)到的電流測(cè)量值來(lái)估計(jì)力。在一個(gè)示例中，可以使用設(shè)置在操縱器830處的電流感測(cè)電阻器來(lái)測(cè)量電流。操縱器830施加的力可以與檢測(cè)到的電流成比例。

當(dāng)測(cè)量的力的量達(dá)到順應(yīng)性閾值時(shí)，去除該方向上的命令分量。

在一些實(shí)施例中，力和扭矩測(cè)量值可能不可用。控制修改模塊1042a可改為使用其他信息(例如電動(dòng)機(jī)電流)來(lái)輔助順應(yīng)性控制。例如，沒(méi)有力傳感器的夾具附件可能由于與物體832的過(guò)大接觸力而過(guò)熱。雖然控制修改模塊1042a不能使用力測(cè)量值，但是控制修改模塊1042a可以基于相關(guān)控制命令分量的調(diào)制，而相關(guān)控制命令分量的調(diào)制又基于測(cè)量的電動(dòng)機(jī)電流和作為配置簡(jiǎn)檔的一部分的電動(dòng)機(jī)電流閾值之間的比較。如果控制修改模塊1042a確定電動(dòng)機(jī)電流已經(jīng)達(dá)到電動(dòng)機(jī)電流閾值，則可以去除與夾具附件的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的控制命令，以防止任何的進(jìn)一步增加接觸。

在一些實(shí)施例中，控制站40、1040可以生成與在應(yīng)用順應(yīng)控制方法期間提供的修飾符相對(duì)應(yīng)的力反饋，以增強(qiáng)操作者的體驗(yàn)。例如，在操縱器830在表面上向下按壓的情況下，當(dāng)控制改變模塊1042a產(chǎn)生用于逐漸去除該方向上的控制命令時(shí)，控制站40、1040還可以向提供相應(yīng)的輸入信號(hào)的主要設(shè)備1020p提供力反饋信號(hào)。不論修飾符如何，力反饋信號(hào)可以對(duì)應(yīng)于仍然施加在表面的力的量，以向操作者提供模擬虛擬接觸效果的接觸力。

用于提供約束運(yùn)動(dòng)的方法可以包括在臂302、304的運(yùn)動(dòng)中對(duì)一個(gè)軸或兩個(gè)或更多個(gè)軸施加約束。例如，控制站40、1040可以限制操縱器302沿著或者繞著分別用于線性和角運(yùn)動(dòng)的笛卡爾坐標(biāo)軸的任何組合運(yùn)動(dòng)。也可以將笛卡爾參考系指定為慣性系或末端執(zhí)行器系。因此，所描述的用于提供約束運(yùn)動(dòng)的方法可有助于特定操縱器302沿著任意線、空間表面或任意點(diǎn)運(yùn)動(dòng)(例如，定向運(yùn)動(dòng))。

所描述的用于提供約束運(yùn)動(dòng)的方法可有助于需要機(jī)器人設(shè)備20處的臂302、304進(jìn)行高精度并且明確的運(yùn)動(dòng)的任務(wù)。示例性的運(yùn)動(dòng)包括通過(guò)目標(biāo)320的狹窄或小的開口操縱夾具附件330。

圖11A和11B示出了所描述的提供約束運(yùn)動(dòng)的方法的示例應(yīng)用。圖11A總體上以840A示出了基于提供的輸入信號(hào)的操縱器830的路徑842。圖11B以840B示出了在應(yīng)用所描述的用于提供約束運(yùn)動(dòng)的方法之后的操縱器830的調(diào)制路徑846。

如圖11A所示，基于輸入信號(hào)，操縱器830的最終路徑842將不能執(zhí)行插入到區(qū)域843的插入操作。為了提供插入操作，用于管理操縱器830的順應(yīng)性控制的控制修改模塊1042a可以基于相應(yīng)的輸入信號(hào)和用于該情況的相關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)來(lái)管理操縱器830的操作。

例如，如圖11B所示，控制修改模塊1042a可以從操作者接收插入操作請(qǐng)求的指示。插入操作請(qǐng)求涉及沿著限定的軸操作操縱器830的請(qǐng)求。為了提供插入操作，控制修改模塊1042a可以將控制命令分解為命令分量842a和842b(如圖11B所示)。控制修改模塊1042a然后可以去除除了用于沿著限定的感興趣的軸操作操縱器830的命令分量之外的所有命令分量，或者調(diào)制各個(gè)命令分量842a和842b以提供沿著限定軸操作操縱器830的調(diào)制命令分量。

提供了一種用于將在控制站40、1040從用戶(例如，操作者)接收到的控制輸入映射到不同參考系的方法。如圖12A至12C所示，可以使用不同的參考系。圖12A示出了示例性的操作者參考系850A，圖12B示出了示例性的設(shè)備參考系850B，并且圖12C示出了示例性的控制器參考系850C。

能夠使用不同參考系或不同參考系的組合對(duì)于增強(qiáng)用戶體驗(yàn)來(lái)說(shuō)特別有用。例如，當(dāng)用戶從控制站40、1040操作機(jī)器人設(shè)備20的任何一個(gè)臂時(shí)，相對(duì)于成像參考系(例如，成像傳感器306處的參考系)而不是慣性參考系調(diào)整成像臂304對(duì)用戶來(lái)說(shuō)可能更加直觀，特別是當(dāng)成像臂304處的成像傳感器306處于任意位置時(shí)。利用所描述的提供對(duì)臂302、304的混合控制的方法，與慣性參考系相比，控制站40可以提供關(guān)于各個(gè)臂302、304的末端執(zhí)行器的參考系的更自然表達(dá)的控制輸入。

此外，所描述的提供臂302、304的混合控制的方法可以實(shí)現(xiàn)控制站40、1040和機(jī)器人設(shè)備20之間的動(dòng)態(tài)交叉耦接，以便于用戶有效地使用控制器110、120。例如，涉及操作機(jī)器人設(shè)備20的多個(gè)臂的任務(wù)通常包括用于每個(gè)臂的單獨(dú)的控制器，或者一個(gè)控制器可以通過(guò)某種形式的切換向臂提供控制輸入。利用所描述提供交叉耦接混合控制的方法，控制站40、1040可以經(jīng)由控制器接收控制輸入，并將那些控制輸入映射到一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人設(shè)備20，由那些機(jī)器人設(shè)備20產(chǎn)生同步運(yùn)動(dòng)。

例如，控制站40、1040可以接收來(lái)自用于操作機(jī)器人設(shè)備20的不同控制器110、120的控制輸入，以執(zhí)行利用兩個(gè)操縱器302a、302b舉起潛在的IED的任務(wù)(例如圖16D所示出例子中)，同時(shí)還操作機(jī)器人設(shè)備20利用成像臂304定位不同的成像角度。利用所描述的提供混合控制的方法，控制站40、1040可以映射那些控制輸入以提供在操縱器302a和302b之間同步并且在操縱器302a、302b和感測(cè)臂304之間協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)。

為了在機(jī)器人系統(tǒng)10、1000內(nèi)容留不同的參考系，控制站40、1040可以應(yīng)用用于在主要設(shè)備1020p、控制站40、1040和輔助設(shè)備1020s之間映射信號(hào)的公共參考系。因此，控制站40、1040可以向機(jī)器人系統(tǒng)10、1000內(nèi)的各個(gè)部件提供一致的控制命令。

公共參考系可以是任何參考系，例如，任意參考系或參考體圖12A至12C描述的參考系850A、850B和850C中的任意一個(gè)。

如根據(jù)映射模塊1042b所描述的，控制站40、1040可以接收每個(gè)主要設(shè)備1020p與一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備1020s之間的映射關(guān)聯(lián)?？梢栽谂渲煤?jiǎn)檔中提供映射關(guān)聯(lián)。如參考映射模塊1042b所描述的，映射關(guān)聯(lián)可以基于由操作者提供的和/或由控制站40、1040響應(yīng)于主要設(shè)備1020p和輔助設(shè)備1020s處的變化而自動(dòng)提供的用戶輸入而變化。

配置簡(jiǎn)檔還可以包括關(guān)于每個(gè)部件的參考系的信息。例如，如圖3D所示，為機(jī)器人設(shè)備20處的一個(gè)或多個(gè)部件提供參考系控制151。參考系控制151可以接收對(duì)用于操作所述部件的參考系的選擇。基于配置簡(jiǎn)檔內(nèi)的信息，映射模塊1042b可以相應(yīng)地變換數(shù)據(jù)信號(hào)。

在一些實(shí)施例中，映射模塊1042b可以將參考本地參考系(例如，分別在圖12A至12C中示出的參考系850A、850B和850C中的每一個(gè))接收的所有數(shù)據(jù)信號(hào)變換到為機(jī)器人系統(tǒng)10、1000定義的公共參考系。例如，映射模塊1042b可以使用旋轉(zhuǎn)矩陣來(lái)變換數(shù)據(jù)信號(hào)。下面提供了示例性的旋轉(zhuǎn)矩陣(R_Z)：

示例性的旋轉(zhuǎn)矩陣R_Z是3×3旋轉(zhuǎn)矩陣，其可以基于如等式(4)所示的以下關(guān)系將在第一參考系(ν₁)中表達(dá)的向量的坐標(biāo)映射到在第二參考系(ν₂)中表達(dá)的向量的坐標(biāo)：

ν₁＝R_Zν₂ (4)

應(yīng)當(dāng)理解，變換可以包括圍繞各個(gè)單位矢量軸的多個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，例如，使用歐拉角表示(即，側(cè)傾、俯仰和偏航角)?？梢酝ㄟ^(guò)在相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)序列中應(yīng)用相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣來(lái)提供各種旋轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在參考圖12C，其中示出了用于控制器120a(在該例子中，控制器120a是觸覺(jué)設(shè)備)的本地坐標(biāo)參考系，即控制器參考系850C。

在示例性的控制器參考系850C中，x軸沿著控制器120a的基部，z軸沿著控制器120a的垂直軸，并且y軸與x軸和z軸正交。操作者在控制器120a上進(jìn)行的任何手柄運(yùn)動(dòng)被接收作為根據(jù)控制器參考系850C的輸入信號(hào)。圖12C所示的觸覺(jué)設(shè)備接收與手柄運(yùn)動(dòng)相關(guān)的數(shù)據(jù)作為關(guān)節(jié)編碼器數(shù)據(jù)。為了將從控制器120a接收的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制命令，控制站40、1040可參考控制器參考系850C進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算以確定各個(gè)命令分量，例如線性和角速度。

類似地，如圖12A所示，為操作者定義了本地坐標(biāo)參考系，即操作者參考系850A。操作者參考系850A以操作者為中心，其中x軸與操作者的身體正交，z軸沿著操作者的身體的垂直方向，y軸與x軸和z軸正交(例如，沿著操作者的身體的寬度方向)。

當(dāng)圖12A所示的操作者正操作圖12C的控制器120a時(shí)，控制站40、1040可以將旋轉(zhuǎn)矩陣應(yīng)用于在控制器120a處接收的輸入信號(hào)，以將這些輸入信號(hào)相對(duì)于操作者參考系850A進(jìn)行變換。

在當(dāng)將控制器120a定向?yàn)槭箍刂破鲄⒖枷?50C與操作者參考系850A對(duì)準(zhǔn)的實(shí)施例中，因?yàn)椴恍枰獙?duì)輸入信號(hào)應(yīng)用變換，所以旋轉(zhuǎn)矩陣可以是單位矩陣。

在當(dāng)將控制器120a定向?yàn)槭箍刂破鲄⒖枷?50C不與操作者參考系850A對(duì)準(zhǔn)的實(shí)施例中，應(yīng)用類似于旋轉(zhuǎn)矩陣Rz的旋轉(zhuǎn)矩陣來(lái)變換輸入信號(hào)。例如，如果將控制器120a定向?yàn)槭箍刂破鲄⒖枷?50C的x軸相對(duì)于操作者的垂直軸呈90度(或π/2弧度)，則可以應(yīng)用下面的矩陣來(lái)對(duì)在控制器120a處接收的輸入信號(hào)進(jìn)行變換：

繼續(xù)該示例，當(dāng)操作者以大約1m/s的速度移動(dòng)控制器120a向前運(yùn)動(dòng)(例如，相對(duì)于控制器參考系850C向前)時(shí)，控制器120a產(chǎn)生的相應(yīng)的輸入信號(hào)是在操作者參考系850A的負(fù)y軸方向的運(yùn)動(dòng)?？刂普?0、1040可以使用等式(5)中的旋轉(zhuǎn)矩陣對(duì)接收的輸入信號(hào)進(jìn)行變換，如下所示：

根據(jù)等式(6)，在控制器120a處接收的輸入信號(hào)反而應(yīng)該朝向操作者參考系850A的正x軸，而不是朝向操作者參考系850A的負(fù)y軸方向。

利用本文描述的映射方法，諸如控制器的各個(gè)部件可以相對(duì)于操作者任意地定向，并且操作者提供的命令仍然可以被變換為與操作者參考系850A相關(guān)。

類似于操作者和控制器之間的信號(hào)變換，也可以將各種變換應(yīng)用于控制器和輔助設(shè)備1020s之間的信號(hào)。

可以提供設(shè)備參考系850B以模仿操作者。例如，對(duì)于圖7A所示的機(jī)器人設(shè)備300來(lái)說(shuō)，相應(yīng)的設(shè)備參考系850B將操作者與機(jī)器人設(shè)備300的機(jī)架310對(duì)準(zhǔn)。結(jié)果是，如圖7A所示，設(shè)備參考系850B的x軸與機(jī)架310正交，z軸沿著機(jī)器人設(shè)備300的垂直方向，y軸正交于x軸和z軸(例如，朝向操縱器302a的方向)。通過(guò)提供設(shè)備參考系850B以使得其對(duì)應(yīng)于操作者參考系850A，機(jī)器人設(shè)備300的操作將對(duì)應(yīng)于操作者的運(yùn)動(dòng)。例如，當(dāng)操作者向控制站40、1040指示向前移動(dòng)時(shí)，機(jī)器人設(shè)備300可以操作以執(zhí)行相應(yīng)的向前移動(dòng)。

所描述的映射方法可有助于將主要設(shè)備1020p和輔助設(shè)備1020s包括在機(jī)器人系統(tǒng)10、1000中。

此外，本文所描述的映射方法還可以通過(guò)相應(yīng)地更新配置簡(jiǎn)檔來(lái)便于主要設(shè)備1020p和輔助設(shè)備1020s之間的映射。

在典型的配置中，將位于控制站40、1040的左側(cè)的主要設(shè)備1020p映射到輔助設(shè)備1020s處的左操縱器302a，并且將位于控制站40、1040右側(cè)的主要設(shè)備1020p映射到輔助設(shè)備1020s處的右操縱器302b。這種典型的配置可以根據(jù)要由輔助設(shè)備1020s執(zhí)行的任務(wù)或操作而改變。

例如，可以切換主要設(shè)備1020p和在輔助設(shè)備1020s處的操縱器302a、302b之間的映射，以使得當(dāng)操作者移動(dòng)右主要設(shè)備1020p時(shí)，相應(yīng)的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)而與輔助設(shè)備1020處的左操縱器302a相關(guān)聯(lián)。這在輔助設(shè)備1020s需要執(zhí)行多個(gè)同時(shí)動(dòng)作的任務(wù)期間可能是有幫助的。例如，在操作期間，輔助設(shè)備1020s處的右操縱器302b可以保持在對(duì)象上(例如，向上舉起箱子)，并且輔助設(shè)備1020s處的左操縱器302a可能需要進(jìn)行另一動(dòng)作。當(dāng)操作者是右撇子時(shí)，如果操作者可以使用右側(cè)主要設(shè)備1020p來(lái)控制左操縱器302a，則可能更方便。

在一些實(shí)施例中，映射模塊1042b可以響應(yīng)于操作者的視點(diǎn)處的改變而自動(dòng)地反轉(zhuǎn)操縱器302a、302b。當(dāng)多個(gè)操作者視點(diǎn)可用時(shí)，控制站40、1040可以基于當(dāng)前正在使用的操作者視點(diǎn)自動(dòng)地調(diào)整機(jī)器人系統(tǒng)10、1000的配置簡(jiǎn)檔。例如，如果前向視點(diǎn)和反向視點(diǎn)對(duì)于操作者可用，則映射模塊1042b可以基于當(dāng)前使用的視點(diǎn)自動(dòng)切換操縱器302a、302b的映射。例如，成像傳感器可以向后指向機(jī)架310。在這種情況下，操縱器302a、302b可以反轉(zhuǎn)(即，在反向模式期間，左操縱器302a可以用作右操縱器，并且右操縱器302b可以用作左操縱器)。

在一些實(shí)施例中，映射模塊1042b可以將相同的輸入信號(hào)映射到輔助設(shè)備1020s處的多個(gè)操縱器302以提供同步運(yùn)動(dòng)。同步運(yùn)動(dòng)對(duì)協(xié)調(diào)任務(wù)(例如，利用兩個(gè)操縱器302a、302b舉起物體同時(shí)保持物體的方向不變)來(lái)說(shuō)可以是有用的。映射模塊1042b可以響應(yīng)于在輔助設(shè)備1020s處(例如，在兩個(gè)操縱器302a、302b和目標(biāo)對(duì)象之間)檢測(cè)到閉合運(yùn)動(dòng)學(xué)回路而自動(dòng)地提供同步運(yùn)動(dòng)控制。

如所描述的，可將多個(gè)主要設(shè)備1020p映射到輔助設(shè)備1020s。基于配置簡(jiǎn)檔，控制站40、1040可以在必要時(shí)將那些輸入信號(hào)變換到公共參考系，并且將變換的輸入信號(hào)組合到控制命令中以用于相關(guān)的輔助設(shè)備1020s。

例如，操作者可以使用主要設(shè)備1020p(例如，PHANTOM Omni^TM)來(lái)控制輔助設(shè)備1020s和另一主要設(shè)備1020p(例如，Oculus Rift^TM)的線性運(yùn)動(dòng)，以控制輔助設(shè)備1020s的角運(yùn)動(dòng)。控制站40、1040可以將從PHANTOM Omni和Oculus Rift接收的輸入信號(hào)變換到公共參考系，并相應(yīng)的對(duì)其進(jìn)行組合。

在一些實(shí)施例中，可以基于加權(quán)和或增益調(diào)整來(lái)組合輸入信號(hào)。例如，兩個(gè)不同的主要設(shè)備1020p可以被配置為在相同的輔助設(shè)備1020s上分別提供粗略和精細(xì)控制。這兩個(gè)不同的主要設(shè)備1020p提供的輸入信號(hào)可以在組合之前被不同地加權(quán)。

還可以相對(duì)于輔助設(shè)備1020s處的其他部件來(lái)定義設(shè)備參考系850B。在一些實(shí)施例中，可相對(duì)于末端執(zhí)行器參考系(例如，在成像臂304處的成像傳感器的參考系)來(lái)定義設(shè)備參考系850B。這可為操作者提供更直觀的控制。例如，操作者可以通過(guò)向控制器提供相對(duì)于操作者參考系850A的相應(yīng)的向前或向后命令來(lái)指示成像傳感器放大或縮小，而不管成像傳感器的方向如何?？刂普?0、1040然后可以使用本文描述的方法將提供的輸入信號(hào)變換到成像傳感器的參考系。

圖13A至13F示出了由根據(jù)各種實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備20的一個(gè)操縱器302執(zhí)行的示例性任務(wù)。

圖13A至13F的示出的任務(wù)可以至少包括應(yīng)用下述控制方法：提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)以及機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制。還可以啟用其他控制方法(例如，提供順應(yīng)性控制和約束運(yùn)動(dòng))以執(zhí)行圖13A至13F所示的一些任務(wù)。雖然現(xiàn)在將參照一個(gè)或多個(gè)控制方法來(lái)描述圖13A至13F中所示的任務(wù)，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以啟用更少或附加的控制方法來(lái)執(zhí)行圖13A至13F所示的任何任務(wù)。

圖13A至13F中的每幅圖所示的操縱器302與三指夾具附件330耦接。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)預(yù)期的任務(wù)，可以類似地使用其它類型的附件。

圖13A示出了涉及操縱器302處理目標(biāo)420的示例性的任務(wù)400A。操縱器302可以保持目標(biāo)420并將目標(biāo)420移動(dòng)到特定位置。用于執(zhí)行圖13A所示的任務(wù)400A的各種控制方法可以包括提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制和順應(yīng)性控制。

圖13B示出了也涉及操縱器302處理目標(biāo)420的示例性任務(wù)400B。在這種情況下，控制站40已經(jīng)提供了與旋開目標(biāo)420的蓋相關(guān)的控制輸入。與圖13A示出的任務(wù)400A類似，控制站40可以啟用本文描述的一些控制方法(例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制)以執(zhí)行圖13B示出的任務(wù)400B，

圖13C示出了涉及操縱器302進(jìn)入目標(biāo)422的開口內(nèi)的示例性任務(wù)400C。在這種情況下，目標(biāo)422是箱子。應(yīng)當(dāng)理解，具有開口的其他類型的目標(biāo)(例如，袋子或管子)也可類似地由操縱器302處理。例如，圖13D示出了涉及操縱器302進(jìn)入目標(biāo)424內(nèi)的示例性任務(wù)400D，其中所述目標(biāo)424是管子。

為了啟動(dòng)分別在圖13C和13D中示出的任務(wù)400C和400D，控制站40可以涉及對(duì)本文所述的至少一些控制方法的應(yīng)用，例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制、以及約束運(yùn)動(dòng)。例如，控制站40可以啟動(dòng)提供穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)的控制方法，以便于夾具附件330與目標(biāo)422的開口對(duì)準(zhǔn)。尤其是如果開口相對(duì)窄或小時(shí)，這可能是重要的?？刂普?0還可以啟動(dòng)提供約束運(yùn)動(dòng)的控制方法，以進(jìn)一步使夾具附件330精確移動(dòng)通過(guò)開口。

圖13E示出了涉及操縱器302與目標(biāo)420交互的示例性任務(wù)400E。操縱器302可以從目標(biāo)420拉出桿426。該示例性任務(wù)400E可以涉及與在其他任務(wù)(例如，從金屬外殼中去除銷)中可能涉及的控制方法類似的控制方法。用于執(zhí)行圖13E所示的任務(wù)400E的各種控制方法可以包括：提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制和順應(yīng)性控制。

圖13F示出了涉及操縱器302與目標(biāo)428交互的示例性任務(wù)400F。在示例性任務(wù)400F中，操縱器302可以工作以使用諸如螺絲刀的工具427撬動(dòng)目標(biāo)428。與任務(wù)400A和400E類似，該示例性任務(wù)400F可以涉及下述控制方法：提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制和順應(yīng)性控制。

現(xiàn)在繼續(xù)參考14A至15A，現(xiàn)在描述涉及利用操縱工具的操作的示例性任務(wù)。與圖13A至13F示出的任務(wù)類似，即使現(xiàn)在將參考本文描述至少一些控制方法中來(lái)描述圖14A至15A，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以使用更少或附加的控制方法來(lái)執(zhí)行圖14A至15A所示的任何任務(wù)。

本文所述的操縱工具的操作可涉及使用不同類型的工具。參考圖14A至14E描述的示例任務(wù)涉及操作與夾具附件330連接的操縱器302以操縱某些工具。工具可以是現(xiàn)成的工具，例如，螺絲刀、六角扳手、刷子等。當(dāng)執(zhí)行這些任務(wù)時(shí)，可能由于夾具附件330施加在工具上的潛在過(guò)大的力或扭矩而導(dǎo)致過(guò)熱。為了減少夾具附件330處過(guò)熱的可能性，控制站40可以啟動(dòng)用于在夾具附件330處提供順應(yīng)性控制的控制方法。

圖14A示出了涉及操縱器302在夾持工具512A(例如，切割器)時(shí)與目標(biāo)520A相互作用的示例性任務(wù)500A。該任務(wù)500A可以涉及各種控制方法，例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制、順應(yīng)性控制和約束運(yùn)動(dòng)。

應(yīng)用在任務(wù)500A中提供約束運(yùn)動(dòng)的控制方法對(duì)于幫助確保工具512A沿著線移動(dòng)可能是特別重要的。其他約束運(yùn)動(dòng)可以包括沿著特定平面移動(dòng)工具(舉例來(lái)說(shuō)，如圖14F所示，例如當(dāng)工具是刷子512F時(shí))。

圖14B示出了涉及操縱器302在夾持工具512B(例如，錘子)時(shí)與目標(biāo)520B相互作用的示例性任務(wù)500B。該示例性任務(wù)500B可以涉及各種控制方法，例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)以及對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制。

圖14C示出了涉及操縱器302在夾持工具512C(例如，鋸)時(shí)與目標(biāo)520C相互作用的示例性任務(wù)500C。與任務(wù)500A類似，該示例性任務(wù)500C可以涉及各種控制方法，例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制、順應(yīng)性控制和約束運(yùn)動(dòng)。

圖14D示出了涉及操縱器302在夾持工具512D(例如，內(nèi)六角扳手)時(shí)與目標(biāo)520D相互作用的示例性任務(wù)500D。圖14E示出了涉及操縱器302在夾持另一個(gè)工具(例如，螺絲刀)時(shí)與目標(biāo)520D相互作用的示例性任務(wù)500E。與任務(wù)500A和500C類似，示例性任務(wù)500D和500E可以涉及各種控制方法，例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制、順應(yīng)性控制和約束運(yùn)動(dòng)。

與操縱器302沿著特定平面移動(dòng)的任務(wù)500A不同，任務(wù)500D和500E涉及需要不同控制方法的移動(dòng)的組合。也就是說(shuō)，任務(wù)500E中擰緊或松動(dòng)螺釘可以包括：將工具512E與目標(biāo)520D對(duì)準(zhǔn)(其可涉及控制站40對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂提供混合控制)，在擰緊或松動(dòng)螺釘期間提供按比例運(yùn)動(dòng)以及提供約束運(yùn)動(dòng)。

操縱工具的操作可涉及將不同的附件連接到操縱器302?？赏ㄟ^(guò)工具安裝件將附件安裝到操縱器302。工具安裝件對(duì)于附件可以是公用的，以便于在用于不同任務(wù)的不同工具之間切換。

例如，圖15A示出了根據(jù)另一示例實(shí)施例的涉及操縱器302與鏡附件630A耦接的示例性任務(wù)600A。如圖15A所示，控制站40可以操作操縱器302以使用鏡附件630A來(lái)檢查目標(biāo)620。示例性任務(wù)600A可以涉及各種控制方法，例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制。

圖15B示出了示例性工具附件630B，其可以耦接到操縱器302以執(zhí)行各種任務(wù)，例如，挖掘、刺戳和翻轉(zhuǎn)對(duì)象。圖15B所示的工具附件630B是鏟子和刺戳器的組合。當(dāng)控制站40操作與工具附件630B耦接的操縱器302時(shí)，可以啟動(dòng)各種控制方法(例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制和順應(yīng)性控制)。

控制站40可以啟動(dòng)提供順應(yīng)性控制的控制方法，以幫助防止在工具附件630B和目標(biāo)620之間施加過(guò)大的力。這對(duì)于避免對(duì)機(jī)器人設(shè)備20和目標(biāo)620的潛在損害是重要的。盡管在控制站40和機(jī)器人設(shè)備20之間的數(shù)據(jù)傳輸之間存在時(shí)間延遲，但是提供順應(yīng)性控制可以幫助增加移動(dòng)的穩(wěn)定性。

在一些實(shí)施例中，工具附件630B可包括鏡。控制站40可以經(jīng)由能夠提供觸覺(jué)反饋的第二和第三控制器120a和120b向操縱器302提供控制輸入。因此，控制站40處的用戶可以以自然和直觀的方式操縱工具附件630B處的鏡，也就是說(shuō)，操縱器302處的鏡的運(yùn)動(dòng)可以模仿用戶的手在第二和第二第三控制器120a和120b處的運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)在將參考圖16A至16D描述示例性的協(xié)調(diào)多操縱器的操作。

在機(jī)器人設(shè)備20處提供多個(gè)操縱器302a、302b可以增加可執(zhí)行的任務(wù)的范圍。例如，控制站40可以操作多個(gè)操縱器302a、302b以模仿人的手動(dòng)操作，其中每個(gè)操縱器302a、302b與夾具附件330連接?；蛘?，根據(jù)機(jī)器人設(shè)備20的預(yù)期操作，多個(gè)操縱器302a、302b中的每一個(gè)可與任何不同的附件(例如，夾具、工具、傳感器或其它末端執(zhí)行器(甚至武器))耦接。

一些任務(wù)實(shí)際上可能需要使用多個(gè)操縱器302a、302b。例如，包括彼此依賴的不同動(dòng)作的復(fù)雜任務(wù)，例如，涉及舉起箱子角部以檢查箱子下面的任務(wù)，或涉及在利用另一個(gè)操縱器302b執(zhí)行另一個(gè)動(dòng)作(例如，使用卷尺)之前利用一個(gè)操縱器302a保持或固定對(duì)象的任務(wù)。例如，涉及拉出導(dǎo)線以拆除IED的任務(wù)可能需要多個(gè)操縱器302a、302b，也就是說(shuō)，該任務(wù)可以包括：控制站40操作操縱器302a首先固定IED以避免意外的運(yùn)動(dòng)并操作操縱器302b從IED拉出導(dǎo)線。

此外，對(duì)于提供兩個(gè)操縱器302a和302b的實(shí)施例，因?yàn)閮蓚€(gè)操縱器302a和302b可以模仿人的兩個(gè)手臂，所以在控制站40處的機(jī)器人設(shè)備20的操作對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)可以更直觀并且更容易理解。

例如，圖16A示出了涉及操縱器302a和302b與目標(biāo)720A(其是袋子)相互作用的示例性任務(wù)700A。任務(wù)700A包括拉開袋子720A的拉鏈以檢查其內(nèi)部的東西。示例性任務(wù)700A可以涉及各種控制方法，例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制以及碰撞檢測(cè)和避免。

圖16B示出了涉及操縱器302a和302b與目標(biāo)720B(在該例子中，目標(biāo)720B是箱子)相互作用的示例性任務(wù)700B。在該示例中，操縱器302a與尖頭附件730耦接。任務(wù)700B包括舉起箱子720B以掃過(guò)箱子底部。例如，任務(wù)700B可以包括使用操縱器302a處的傳感器來(lái)檢測(cè)拉發(fā)線的存在。示例性任務(wù)700B可以涉及各種控制方法，例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制、碰撞檢測(cè)和避免、順應(yīng)性控制和約束運(yùn)動(dòng)。

圖16C示出了涉及操縱器302a和302b與目標(biāo)720C(在該例子中，目標(biāo)720C為IED)相互作用的示例性任務(wù)700C。在該示例中，操縱器302b與圖15B所示的工具附件630B耦接。任務(wù)700C包括從IED 720C拉出導(dǎo)線以拆除IED 720C，同時(shí)保持IED 720C的方向不變。示例性任務(wù)700C可以涉及各種控制方法，例如，提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制以及碰撞檢測(cè)和避免。

圖16D示出了涉及操縱器302a和302b與目標(biāo)720D(在該例子中，目標(biāo)720D是IED)相互作用的示例性任務(wù)700D。任務(wù)700B包括保持并移動(dòng)目標(biāo)720D，同時(shí)保持其方向不變。示例性任務(wù)700D可以涉及各種控制方法，例如但不限于：提供奇異性避免、穩(wěn)定的和按比例運(yùn)動(dòng)、對(duì)機(jī)器人設(shè)備20處的臂的混合控制、同步運(yùn)動(dòng)、碰撞檢測(cè)和避免、順應(yīng)性控制和約束運(yùn)動(dòng)。

圖17總體上以900示出了根據(jù)本文描述的一些方法和系統(tǒng)的示例實(shí)施例的輔助設(shè)備920s的操作。

對(duì)于示例性操作900，配置簡(jiǎn)檔指示由主要設(shè)備920p接收的命令用于控制輔助設(shè)備920s。在該示例中，主要設(shè)備920p是操縱桿，并且輔助設(shè)備920s是車輛。

在狀態(tài)1，主要設(shè)備920p提供指示輔助設(shè)備920s將以速度Vc操作的輸入信號(hào)。將輸入信號(hào)連同與輔助設(shè)備920s相關(guān)的其他信息(例如，當(dāng)前姿勢(shì)(例如，位置或方向)和當(dāng)前速度提供給控制站1040。在該例子中，映射模塊1042b不需要應(yīng)用任何變換或映射，這是因?yàn)橹饕O(shè)備920p的參考系與輔助設(shè)備920s的參考系對(duì)準(zhǔn)。控制站1040然后可以基于接收的輸入信號(hào)和配置簡(jiǎn)檔來(lái)生成控制命令。

相關(guān)的控制修改模塊1042a還可以基于配置簡(jiǎn)檔和接收的數(shù)據(jù)，確定是否生成修飾符。例如，用于管理輔助設(shè)備920s的碰撞避免的控制修改模塊1042a可以基于接收的數(shù)據(jù)確定是否可能基于控制命令發(fā)生碰撞。如圖17所示，控制修改模塊1042a在狀態(tài)1將不識(shí)別碰撞。

然而，當(dāng)輔助設(shè)備920s進(jìn)行到狀態(tài)2時(shí)，控制修改模塊1042a可以檢測(cè)到輔助設(shè)備920s正從右壁接近配置簡(jiǎn)檔中定義的示例性的碰撞距離閾值817。響應(yīng)于此，控制修改模塊1042a可以生成修飾符以逐漸減小速度V_c在x方向上的分量，直到輔助設(shè)備920s到達(dá)如在配置簡(jiǎn)檔中定義的臨界點(diǎn)(在狀態(tài)4示出)。如圖17所示，輔助設(shè)備920s在狀態(tài)3開始改變方向，以避免與右壁碰撞。

在狀態(tài)4，控制修改模塊1042a可以生成修飾符以去除速度V_c朝x方向的分量。因?yàn)楸３至怂俣萔_c的分量，所以輔助設(shè)備920s繼續(xù)朝向y方向移動(dòng)。

在狀態(tài)5，控制修改模塊1042a可以檢測(cè)到輔助設(shè)備920s正在從頂壁接近另一個(gè)碰撞距離閾值817。響應(yīng)于此，控制修改模塊1042a可以生成修飾符以去除速度V_c沿y方向的分量。在狀態(tài)6，因?yàn)橐呀?jīng)去除了速度V_c的所有分量，所以輔助設(shè)備920s不再移動(dòng)。

本文僅通過(guò)示例的方式描述了各種實(shí)施例。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些示例性的實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變化。此外，在符圖中示出的各種用戶界面中，應(yīng)當(dāng)理解，所示的用戶界面文本和控件僅是示例性的，并不意味著限制。其他合適的用戶界面元素也是可能的。