機(jī)器人任務(wù)的可視調(diào)試的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及機(jī)器人任務(wù)的可視調(diào)試(debug)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人是電機(jī)械裝置，其能使用一系列聯(lián)動(dòng)件、促動(dòng)器和末端執(zhí)行器操作物體。機(jī)器人的聯(lián)動(dòng)件(link)通常經(jīng)由關(guān)節(jié)互連，每一個(gè)關(guān)節(jié)可以或互相依賴(lài)地被一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。每一個(gè)關(guān)節(jié)代表獨(dú)立的控制變量或自由度。末端執(zhí)行器是用于執(zhí)行命令工作任務(wù)序列的具體裝置，例如抓持工作工具或?qū)⒁粋€(gè)部件堆疊在另一個(gè)上。
[0003]對(duì)給定工作任務(wù)序列通常需要昂貴的機(jī)器人再訓(xùn)練。即使被抓持物體的表面在隨后的工作任務(wù)序列中未改變也是如此。類(lèi)似地，由于誤差和/或松弛的運(yùn)行條件而在機(jī)器人工作環(huán)境中造成的物體定位或取向的改變會(huì)要求昂貴的機(jī)器人再訓(xùn)練，無(wú)論是經(jīng)由編程或通過(guò)關(guān)節(jié)和任務(wù)示范的反驅(qū)動(dòng)(back-driving)進(jìn)行的機(jī)器人手動(dòng)再訓(xùn)練。然而，現(xiàn)有的控制軟件不易于被重組以滿足變化的靈活性需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]公開(kāi)本文一種機(jī)器人系統(tǒng)。機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人和具有圖形用戶界面(GUI)的控制器?？刂破髋渲脼?即充分地配備有硬件且以軟件編程)允許機(jī)器人系統(tǒng)的操作者/用戶可視地調(diào)試機(jī)器人的當(dāng)前和未來(lái)動(dòng)作，具體說(shuō)是經(jīng)由對(duì)一組所顯示的視覺(jué)標(biāo)記的操作。本方法的目的是在模擬環(huán)境中輔助用戶與機(jī)器人的計(jì)劃動(dòng)作進(jìn)行交互。
[0005]在現(xiàn)代的制造過(guò)程中，存在實(shí)現(xiàn)柔性組裝生產(chǎn)線的需求，其能以最小量的停機(jī)時(shí)間生產(chǎn)新的或更多的不同產(chǎn)品。本發(fā)明的機(jī)器人系統(tǒng)經(jīng)由直觀的圖形動(dòng)作計(jì)劃功能部分地解決該需求。在公開(kāi)的所有實(shí)施例中，用在機(jī)器人系統(tǒng)中的視覺(jué)標(biāo)記使用戶可視地檢查機(jī)器人的計(jì)劃未來(lái)任務(wù)或動(dòng)作的準(zhǔn)確性，以避免相沖突的動(dòng)作，即通過(guò)在這些動(dòng)作之前觀察用于這些動(dòng)作的所計(jì)劃的末端執(zhí)行器的軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)，且通過(guò)經(jīng)由GUI實(shí)時(shí)地改變視覺(jué)標(biāo)記而調(diào)整計(jì)劃的動(dòng)作。
[0006]所述的控制器將動(dòng)作計(jì)劃模塊與模擬模塊組合以提供各種有利的優(yōu)點(diǎn)。例如，所有可能的動(dòng)作軌跡以及未來(lái)機(jī)器人和物體位置與取向可以經(jīng)由視覺(jué)標(biāo)記在經(jīng)由GUI的顯示屏可見(jiàn)的模擬環(huán)境中顯示。通過(guò)將動(dòng)作計(jì)劃和模擬模塊整合，控制器允許所有當(dāng)前計(jì)劃動(dòng)作可視化且還有助于經(jīng)由⑶I實(shí)現(xiàn)必要的控制調(diào)整。這又使得用戶能實(shí)時(shí)地改變機(jī)器人的行為。即用戶可快速辨別機(jī)器人的所有可能的未來(lái)動(dòng)作且快速確定動(dòng)作計(jì)劃模塊是否已經(jīng)選擇了期望的解決方案。這種方法可以輔助執(zhí)行多步驟工作任務(wù)序列，例如物體疊放，以及在不斷改變的工作環(huán)境中執(zhí)行更復(fù)雜的工作任務(wù)。
[0007]在不例性實(shí)施例中，機(jī)器人系統(tǒng)可以包括對(duì)輸入命令做出響應(yīng)的機(jī)器人、測(cè)量一組狀態(tài)信息的傳感器、和控制器。狀態(tài)信息可以包括位于機(jī)器人的工作空間中的物體和機(jī)器人的位置和取向。控制器包括處理器和在其上記錄了用于可視地調(diào)試機(jī)器人運(yùn)行的指令的存儲(chǔ)器?？刂破靼M器模塊、動(dòng)作計(jì)劃模塊、標(biāo)記產(chǎn)生模塊和⑶I。
[0008]模擬器模塊接收來(lái)自傳感器的狀態(tài)信息且輸出視覺(jué)標(biāo)記，作為工作空間中機(jī)器人和物體的圖形顯示。動(dòng)作計(jì)劃模塊選擇機(jī)器人的未來(lái)動(dòng)作。標(biāo)記產(chǎn)生模塊輸出標(biāo)記命令到模擬器模塊。包括顯示屏的⑶I接收和顯示視覺(jué)標(biāo)記和選擇的未來(lái)動(dòng)作，且還接收輸入命令。經(jīng)由GUI和動(dòng)作計(jì)劃模塊，視覺(jué)標(biāo)記的位置和/或取向可通過(guò)用戶實(shí)時(shí)地改變，以改變機(jī)器人的運(yùn)行。
[0009]還公開(kāi)一種方法，用于可視地調(diào)試機(jī)器人。方法包括經(jīng)由模擬器模塊從傳感器接收所述一組狀態(tài)信息，將多個(gè)標(biāo)記命令經(jīng)由標(biāo)記產(chǎn)生模塊傳遞到模擬器模塊，且響應(yīng)于標(biāo)記命令經(jīng)由模擬器模塊產(chǎn)生視覺(jué)標(biāo)記，作為工作空間中機(jī)器人和物體的圖形顯示。方法還包括在GUI的顯示屏上顯示視覺(jué)標(biāo)記和選擇的未來(lái)動(dòng)作，經(jīng)由動(dòng)作計(jì)劃模塊選擇機(jī)器人的未來(lái)動(dòng)作，且經(jīng)由動(dòng)作計(jì)劃模塊響應(yīng)于輸入信號(hào)實(shí)時(shí)地修改視覺(jué)標(biāo)記的位置和取向中的至少一個(gè)，以由此改變機(jī)器人的運(yùn)行。
[0010]在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是如在本文所述的提供可視調(diào)試功能控制器和機(jī)器人系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖1A是在圖1所示的機(jī)器人系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)中可用的示例性邏輯元件的示意圖。
[0013]圖2是用于圖1的控制器的示例性第一可視調(diào)試狀態(tài)的示意性透視圖，顯示了接近和離開(kāi)軌跡標(biāo)記。
[0014]圖3是示例性第二可視調(diào)試狀態(tài)的示意性透視圖，顯示了在抓持物體之后的目的
己 O
[0015]圖4是示例性第三可視調(diào)試狀態(tài)的示意性透視圖，顯示了碰撞標(biāo)記。
[0016]圖5是流程圖，其描述了經(jīng)由圖1所示的機(jī)器人系統(tǒng)可視地調(diào)試機(jī)器人的方法的示例性實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0017]參考附圖，其中幾幅圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同或相似的部件，示例性機(jī)器人系統(tǒng)10在圖1中被示意性地顯示為具有機(jī)器人12。在示例性實(shí)施例中，機(jī)器人12可以是制造機(jī)器人，其可操作為執(zhí)行材料操作或組裝任務(wù)，例如本領(lǐng)域已知的6軸機(jī)器人類(lèi)型，或具有至少6個(gè)自由度的自主靈巧型機(jī)器人。機(jī)器人12的動(dòng)作可以經(jīng)由如下所述的控制器
50(CTRL)可視地調(diào)試?？刂破?0執(zhí)行實(shí)施方法100的指令，其例子顯示在圖5中。圖形用戶界面(GUI)52的示例性“虛擬世界”圖形或可視調(diào)試屏幕顯示在圖2-4中，將在下文描述這些附圖每一個(gè)。
[0018]如本領(lǐng)域已知的，常規(guī)的末端執(zhí)行器被設(shè)計(jì)為在具有最小量變化性的高度結(jié)構(gòu)化工作環(huán)境中運(yùn)行。末端執(zhí)行器經(jīng)常被限制為經(jīng)由剛性限定的軌跡運(yùn)動(dòng)。例如，可以針對(duì)每一個(gè)新的機(jī)器人任務(wù)對(duì)接近和離開(kāi)軌跡編程。同樣，工業(yè)機(jī)器人經(jīng)常被編程為具有一組固定的期望運(yùn)動(dòng)。由此，未來(lái)動(dòng)作的計(jì)劃不用在這樣的系統(tǒng)中。此外，常規(guī)的機(jī)器人傾向于以一致且高度可預(yù)測(cè)的方式依賴(lài)于被放置在其工作環(huán)境中的物體而工作。這種限制因此使得常規(guī)的機(jī)器人控制方法相對(duì)不靈活且難以實(shí)時(shí)地修改。
[0019]甚至合并了用于自主軌跡計(jì)劃的傳感反饋的機(jī)器人系統(tǒng)也會(huì)要求大量的程序員交互，以正確指明機(jī)器人任務(wù)、調(diào)整所需運(yùn)動(dòng)參數(shù)、設(shè)定所需操縱器抓持位置和調(diào)整關(guān)鍵位置中的任務(wù)軌跡。本方法目的是減少用于需要復(fù)雜的動(dòng)作計(jì)劃系統(tǒng)的機(jī)器人系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間和誤差，例如通過(guò)簡(jiǎn)化用戶交互。
[0020]圖1所示的機(jī)器人12可以包括基部14，其相對(duì)于表面11定位，例如制造場(chǎng)地的表面。機(jī)器人12可以包括具有一個(gè)或多個(gè)部段18的可動(dòng)臂16。末端執(zhí)行器20相對(duì)于基部14定位在臂16的部段18的最遠(yuǎn)端端部。在示例性實(shí)施例中，末端執(zhí)行器20可以是機(jī)器人抓持器，其具有適用于抓持物體23的多個(gè)指狀部27。
[0021]機(jī)器人關(guān)節(jié)17連接各種臂部段18。每一個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)17可以通過(guò)關(guān)節(jié)促動(dòng)器19驅(qū)動(dòng)，例如馬達(dá)，以便在命令的工作任務(wù)序列執(zhí)行期間讓末端執(zhí)行器20運(yùn)動(dòng)(箭頭88)。描述了當(dāng)前機(jī)器人的性能值的原始傳感器數(shù)據(jù)(箭頭15)被轉(zhuǎn)繼到控制器50且被控制器50使用，以實(shí)時(shí)地主動(dòng)監(jiān)視和可視地調(diào)試機(jī)器人12的當(dāng)前和未來(lái)動(dòng)作。原始傳感器數(shù)據(jù)(箭頭15)可以描述機(jī)器人12的性能和狀態(tài)值。原始傳感器數(shù)據(jù)(箭頭15)的示例性要素可以包括關(guān)節(jié)促動(dòng)器19的測(cè)量或命令扭矩、通過(guò)末端執(zhí)行器20施加到物體23的夾緊力、末端執(zhí)行器20和/或任何其關(guān)節(jié)促動(dòng)器19的速度和/或加速度等。
[0022]為了收集這樣的數(shù)據(jù)，一個(gè)或多個(gè)傳感器的傳感器陣列33可以連接到機(jī)器人12(例如基部14)或相對(duì)于其定位。傳感器陣列33可以包括力、壓力和/或溫度傳感器、扭矩傳感器、位置傳感器等。傳感器陣列33也可以包括所謂的“軟”傳感器，例如從直接測(cè)量值間接地計(jì)算一些值的軟件，如本領(lǐng)域所理解的。另外，例如視覺(jué)系統(tǒng)這樣的環(huán)境傳感器25可以相對(duì)于機(jī)器人12定位且配置為拍攝、視頻磁帶錄制、成像和/或以其他方式記錄其視野中的任何事物(箭頭V)—例如在其運(yùn)行環(huán)境或工作空間中機(jī)器人12的行為一作為傳遞到控制器50的環(huán)境信息(箭頭26)。
[0023]圖1的控制器50的功能經(jīng)由⑶152訪問(wèn)。由此，⑶152可以實(shí)施為具有顯示屏55的人機(jī)界面，例如用于接收來(lái)自用戶的控制輸入(箭頭53)的觸摸屏、監(jiān)視器或其他視覺(jué)顯示裝置。GUI52還可操作為傳遞控制輸入命令(箭頭CC)和