CN110234470B - 用于线跟踪和圆形跟踪的倾斜和圆形边界 - Google Patents

Abstract

一种用于相对于移动输送机(10)的输送机流动方向(10b)控制机器人(R)的运动的方法，包括步骤：建立(30)跟踪框架(10a，10b)，用于相对于输送机(10)的物体支撑表面协调机器人(R)的位置和运动；设置(31)垂直或者倾斜于输送机(10)的输送机流动方向(10a)的上游边界(13)；设置(32)垂直或者倾斜于输送机流动方向(10a)的下游边界(12)；选择性地设置(33)与上游边界(13)和下游边界(12)部分地重叠的圆形边界(22)，其中上游边界(13)、下游边界(12)以及圆形边界(22)被定位以相对于支撑表面限定拾取区域(14)；以及操作(34)机器人R)以从拾取区域(14)拾取物品。

Description

用于线跟踪和圆形跟踪的倾斜和圆形边界

技术领域

本发明涉及相对于待拾取的移动输送机运输零件来限定机器人的拾取区域的灵活方法(flexible method，柔性方法)。

背景技术

本部分提供了与本公开内容有关的背景信息，其不必然是现有技术。

在现有技术中，边界(也称为跟踪边界)-通常指的是上游边界“UB”以及下游边界“DB”-界定机器人在输送机上的工作区域仅能通过输送机表面上垂直零件流动方向的直线限定。当机器人在拾取区域内时，它能拾取在输送机上的零件。拾取区域是通过机器人的圆形工作包络线与边界UB和DB的交叉来限定。

在现有技术中，一旦零件在上游边界UB的下游，则控制机器人运动的运动软件允许机器人拾取或放置该零件。即使零件实际上在工作包络线之外也这样做。如果零件在上游边界的下游，但是在工作包络线之外，机器人由于“位置不可到达”错误的故障而引起停机时间。

总是期望最大化拾取区域，以使得机器人具有拾取或放置最大化零件数量的能力。然而，如果垂直的上游和下游边界之间的距离增加，那么由于对于零件的不可到达的区域增加，则“位置不可到达”错误的可能性增加。

为了避免上文描述的缺点，使用者必须执行复杂的定制程序以防止机器人在不可到达区域内拾取并且仅在拾取区域内拾取。这增加了机器人软件的复杂性以及费用。

仅使用直的垂直的边界约束使得当有物品或者障碍物时，例如其他机器或者机器人在机器人的工作包络线内时，不可能最大化机器人的拾取区域。在某些期望用于提高拾取率的应用中，仅使用直的垂直的边界约束不允许机器人不拾取那些在工作包络线的边界上的零件。

虽然现有技术描述了当操作机器人时用于避免碰撞的方法，但是并没有提及用于限定在输送机上的拾取区域的倾斜边界以及圆形边界。

发明内容

根据本公开内容，本发明包括第一种灵活方法，其允许通过倾斜的边界在输送机上界定机器人拾取区域。第二种灵活方法允许通过小于机器人的圆形工作包络线的圆形边界在输送机上界定机器人拾取区域。预期的是机器人的拾取区域使用下面的边界来限定：

1.直的上游边界能垂直于输送机的纵向轴线或者输送机流动方向(如现有技术中)或者根据本发明倾斜；

2.直的下游边界能垂直或者倾斜；

3.圆形边界能用来与上述的边界1和2结合。

根据本发明，一种用于相对于移动输送机的输送机流动方向控制机器人的运动的方法包括如下步骤：设置上游边界，该上游边界相对于输送机的物品支撑表面横穿输送机流动方向；设置下游边界，该下游边界相对于上述支撑表面横穿输送机流动方向，上游边界和下游边界中的至少一个相对于垂直于输送机流动方向的方向是倾斜的，上游边界和下游边界被定位以相对于上述支撑表面在它们之间限定拾取区域；以及在拾取区域中操作机器人，以在由上游边界和下游边界限制的支撑表面上进行拾取物品或者放置物品中的至少一种操作。

该方法包括：将上游边界设置成相对于垂直方向倾斜以及将下游边界设置成与垂直方向一致；或者将下游边界设置成相对于垂直方向倾斜以及将上游边界设置成与垂直方向一致；或者将上游边界和下游边界均设置成相对于垂直方向倾斜。该方法包括将上游边界和下游边界设置成相对于垂直方向以不同的角度倾斜。

机器人具有叠加在支撑表面上的圆形工作包络线，并且该方法能包括设置圆形边界，该圆形边界的直径小于工作包络线的直径，并且圆形边界在上游边界和下游边界上的叠加以进一步限定拾取区域。该方法包括将圆形边界的中心定位在支撑表面的纵向轴线上。该方法包括将圆形边界的中心定位为从支撑表面的纵向轴线偏移。该方法包括将圆形边界的直径设置为大于支撑表面的宽度。该方法包括将圆形边界的直径设置为小于或者等于支撑表面的宽度。

该方法包括使至少一个边界以一角度倾斜，以排除来自拾取区域的障碍物。

根据本发明，用于相对于移动输送机的输送机流动方向控制机器人的运动的方法包括以下步骤：建立跟踪框架，用于协调机器人相对于输送机的物品支撑表面的位置和运动；设置横穿输送机的输送机流动方向的上游边界；设置横穿输送机流动方向的下游边界；设置与上游边界和下游边界部分地重叠的圆形边界，其中上游边界、下游边界以及圆形边界被定位以限定相对于支撑表面的拾取区域；以及操作机器人，以从由上游边界、下游边界以及圆形边界限定的拾取区域中拾取物品。

附图说明

当结合附图考虑下文优选的实施方式的详细描述，本发明的上述优势以及其他优势对于本领域技术人员将会变得更明显，在附图中：

图1是输送机的俯视平面图的示意图，示出通过垂直于输送机流动方向的上游和下游边界限制的现有技术机器人拾取区域；

图2是输送机的俯视平面图的示意图，示出根据本发明通过垂直的下游边界和倾斜的上游边界限制的机器人拾取区域；

图3是输送机的俯视平面图的示意图，示出根据本发明通过圆形以及垂直的上游和下游边界限制的机器人拾取区域；

图4是输送机的俯视平面图的示意图，示出根据本发明通过倾斜的上游和下游边界限制的机器人拾取区域；

图5是输送机的俯视平面图的示意图，示出根据本发明通过圆形以及垂直的上游和下游边界限制的机器人拾取区域；

图6是输送机和机器人的立体图，示出根据本发明通过倾斜的上游和下游边界限制的机器人拾取区域；

图7是根据本发明设置机器人拾取区域边界的方法的流程图；以及

图8是圆形输送机的俯视平面图的示意图，示出根据本发明通过径向的上游和下游边界限制的机器人拾取区域。

具体实施方式

下文详细的描述以及所附附图描述和说明本发明的各种示例性实施方式。描述和附图用于能够使本领域技术人员制作和使用本发明，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。关于公开的方法，呈现的步骤实质上是示例性的，并且因此，步骤的顺序不是必须的或者关键的。

本发明引入圆形边界和倾斜边界的概念，用于相对于支撑待拾取物品的输送机表面限定机器人拾取区域。根据本发明的概念，机器人不仅能克服现有技术的缺点，而且能设置另外的好处以适合用于输送机上物品的机器人拾取应用的要求。

图1示出根据现有技术构造的输送机C以及带有机器人臂RA的机器人R的工作区域WE。将虚拟边界(也称作跟踪边界)标识为上游边界UB以及下游边界DB。这些边界在输送机C上限制机器人的拾取区域PA并且仅能通过使用者在机器人控制器拾取应用程序上限定为直线，这些直线垂直于输送机表面上零件(P1、P2、P3)的输送机流动方向CFD延伸。当在机器人臂RA端部的拾取工具PT位于拾取区域PA中时，机器人R能拾取输送机C上的零件。拾取区域PA是通过机器人R的圆形工作包络线WE的外围与边界UB和DB的交叉来限制。

在现有技术中，只要零件从上游边界UB向下游运动，则在机器人控制器上运行的运动软件允许机器人运动以拾取或者放置零件。即使零件实际上在工作包络线WE之外也这么做。在图1中，零件P1在上游边界UB的下游，但是在工作包络线WE之外处于“不可到达”区域NR内。在这种情况下，机器人R由于“位置不可到达”错误的故障引起系统停机时间，这是现有技术系统的第一缺点。

总是期望最大化拾取区域PA，以使得机器人R具有拾取或放置最大化零件数量的能力。然而，如果上游边界UB和下游边界DB之间的距离增加，那么由于用于零件的“不可到达”区域NR增加，上述的第一缺点的可能性增加，这是现有技术系统的第二缺点。

为了避免现有技术系统的第一和第二缺点，使用者不得不执行复杂的定制程序以防止机器人R在NR区域内试图拾取并且仅在拾取区域PA内拾取以防止停机时间。这增加了机器人软件的复杂性以及费用。

现有技术约束了仅使用直的垂直边界UB和DB，这使得当有物品或者障碍物，例如其他机器或者机器人在机器人的工作包络线WE内时最大化机器人R的拾取区域PA变得不可能。

现有技术约束了仅使用直的垂直的边界UB和DB，这不允许机器人R拾取那些在工作包络线WE边缘的零件，在某些应用中期望如此操作以提高拾取率。

图2是输送机10的俯视平面图的示意图，示出当从输送机表面拾取物品时通过机器人R避免障碍物11。下游边界12垂直于(跟踪框架的箭头10a的Y轴线方向)运动的纵向方向(X轴线箭头10b)延伸穿过输送机10的宽度。上游边界13与下游边界12间隔，并且延伸穿过输送机10的宽度并且以预先确定的角度从垂直方向10a倾斜。倾斜角S是参考跟踪框架被描绘。在跟踪框架的Z轴线上，边界12和13从输送机10的表面向上延伸(见图6)。上游边界13的一个端部13a位于与障碍物11相邻的位置并且相反的端部13b位于相比于端部13a离下游边界12更远的位置。边界12和13限制了机器人R在输送机表面上的位于边界之间的拾取区域14，而障碍物11在拾取区域范围之外。下游边界12和上游边界13是通过机器人的控制器建立的虚拟的边界，以当从输送机10表面拾取物品时将机器人臂的运动限制于拾取区域14。倾斜的边界13允许机器人使用者限制拾取区域，在该拾取区域内没有障碍物或者碰撞风险，拾取区域14大于通过垂直的上游边界限定的拾取区域，垂直的上游边界例如是图1所示的上游边界UB。

图3是输送机10的俯视平面图的示意图，示出下游边界12垂直于输送机10运动的纵向方向延伸并且横穿输送机10的宽度。上游边界21与边界12间隔并且垂直于运动的纵向方向延伸横穿输送机10的宽度。叠加的内部圆形边界22与边界12和21重叠并且延伸超过输送机10的两个边缘。跟踪区域23由边界12、21以及22包围并且包括跟踪区域与输送机10表面重叠的拾取区域。下游边界12、上游边界21以及圆形边界22是通过机器人的控制器(未示出)建立的虚拟边界，以当从输送机10表面拾取物品时将机器人臂的运动限制于跟踪区域23。圆形边界22允许机器人使用者限定拾取区域，在拾取区域内没有障碍物或者碰撞风险。

根据本发明，图3所示的圆形边界22允许使用者限定机器人可到达的工作区域处于输送机上限定的区域内。圆形边界22和图2中示出的倾斜边界13的组合将允许使用者最大化机器人总是能到达并且没有碰撞风险的机器人工作区域。圆形边界22的直径大于输送机10的宽度。然而，该直径能等于或者小于输送机宽度。另外，圆形边界22的中心相对于输送机10的纵向轴线偏离，但是能在输送机10上居中。

图4示出本发明的具体实施方式，其中边界UB和DB对于输送机C的输送机流动方向CFD都是倾斜的。物品O位于机器人(未示出)的工作包络线WE内。拾取区域PA通过倾斜的上游和下游边界UB和DB限制以避免物品O。机器人仅拾取在拾取区域PA内的零件P，而没有额外的程序步骤。在现有技术系统中，系统如图1所示仅允许直线边界，或者机器人的拾取区域相当地减小(允许它仅拾取几个零件)或者机器人在与物品O碰撞的危险下运行。

参考图1，在现有技术系统中，除了垂直的边界UB和DB之外不可能限定圆形边界。在图5中，机器人(未示出)在拾取区域PA内拾取零件P，拾取区域是圆形边界CB(直径小于工作包络线圆WE)与垂直的边界UB和DB的相交部分。这个特征是重要的，因为在某些应用中，机器人不应在接近工作包络线WE的边缘进行拾取，因为它花费更长的时间以经过那段距离，增加循环时间并且降低拾取率。这只是应用要求。根据本发明的方法允许没有额外程序的这个能力。

图6是输送机C和相邻位置的拾取机器人R的立体图。与图4相似，机器人拾取区域PA通过根据本发明的一对倾斜的边界UB和DB限制。上游边界UB和下游边界DB各自位于倾斜的位置以当拾取或放置零件P时防止机器人R与相邻的物品O碰撞。

根据本发明的上述的描述以及相关的附图，本发明的方法能使使用者设置虚拟的边界以将机器人限制于期望的拾取区域。使用者设置垂直或者倾斜的上游边界以及垂直或者倾斜的下游边界。使用者能增加圆形边界。边界能被设置成避免障碍物并且最大化机器人拾取区域。

图7是根据本发明的设置机器人拾取区域边界的方法的流程图。该方法从步骤30开始，步骤30中使用者建立跟踪框架，该跟踪框架将机器人的位置和运动与输送机表面的位置以及边界的位置相关联。在步骤31中，使用者设置上游边界的倾斜角度，其中0°是与输送机流动方向垂直。在步骤32中，使用者设置下游边界的倾斜角度，其中0°是与输送机流动方向垂直。在步骤33中，如果期望圆形边界，使用者设置圆形边界的直径以及圆形边界中心的位置。在步骤34中，操作该机器人，以在通过设置的边界限制的拾取区域内拾取和/或放置物品。

根据本发明的方法已经参考线性的输送机进行描述。然而，也可以使用此方法设置用于从圆形输送机拾取零件的边界。图8示出圆形输送机40，呈环状，关于旋转轴线40a旋转。直线的下游边界41从轴线40a径向延伸至输送机的外围40b。直线的上游边界42也从轴线40a径向延伸至外围40b，上游边界42与下游边界41成角度使得输送机40的环形段40c位于径向边界之间。圆形边界43被设置为在输送机的表面与径向边界41和42重叠。因此，径向边界41和42、圆形边界43以及输送机外围40b限定用于拾取和/或放置零件P的跟踪或者拾取区域44。

总之，根据本发明的方法允许灵活的方法以在容纳零件的移动输送机上限定机器人拾取区域。具有两种灵活的方法：1)允许通过倾斜边界在输送机上界定拾取区域；以及2)允许通过小于机器人的圆形工作包络线的圆形边界在输送机上界定拾取区域。使用以下列出的边界的组合限定拾取区域是可能的：A)上游边界能是垂直的(如在现有技术中)或者倾斜的；B)下游边界能是垂直的或者倾斜的；C)圆形边界能与条目A和B结合存在。

根据本发明方法的好处是没有通过机器人尝试到达不可到达部分引起的停机时间以及故障。另一个好处是拾取区域考虑到使用拾取机器人的工厂内现实的制约，例如障碍物、机械或者其他机器人需要和拾取机器人分享空间。进一步的好处是没有要求另外的编制程序来实现根据本发明的方法。

根据专利法规的规定，本发明已经描述了被认为可以代表它的优选的实施方式的内容。然而，应该注意的是在不脱离本发明精神和范围的情况下，本发明可以以与具体解释和描述的不同的方式实践。

Claims (18)

1.一种用于相对于移动输送机的输送机流动方向控制机器人的运动的方法，包括步骤：

设置上游边界，所述上游边界相对于所述输送机的物品支撑表面横穿所述输送机流动方向；

设置下游边界，所述下游边界相对于所述支撑表面横穿所述输送机流动方向，所述上游边界和所述下游边界中的至少一者相对于与所述输送机流动方向垂直的垂直方向倾斜，所述上游边界和所述下游边界被定位以相对于所述支撑表面在所述上游边界和所述下游边界之间限定拾取区域；以及

在所述拾取区域中操作所述机器人，以在由所述上游边界和所述下游边界限制的所述支撑表面上进行拾取物品和放置物品中的至少一种操作，

其中所述机器人具有在所述支撑表面上叠加的圆形工作包络线，并且该方法包括设置圆形边界，所述圆形边界的直径小于所述工作包络线的直径，并且将所述圆形边界叠加在所述上游边界和所述下游边界上以进一步限定所述拾取区域。

2.根据权利要求1所述的方法，包括将所述上游边界设置成相对于所述垂直方向倾斜并且将所述下游边界设置成与所述垂直方向一致。

3.根据权利要求1所述的方法，包括将所述下游边界设置成相对于所述垂直方向倾斜并且将所述上游边界设置成与所述垂直方向一致。

4.根据权利要求1所述的方法，包括将所述上游边界和所述下游边界均设置成相对于所述垂直方向倾斜。

5.根据权利要求1所述的方法，包括将所述上游边界和所述下游边界设置成相对于所述垂直方向以不同角度倾斜。

6.根据权利要求1所述的方法，包括将所述圆形边界的中心定位在所述支撑表面的纵向轴线上。

7.根据权利要求1所述的方法，包括将所述圆形边界的中心定位成偏离所述支撑表面的纵向轴线。

8.根据权利要求1所述的方法，包括将所述圆形边界的直径设置成大于所述支撑表面的宽度。

9.根据权利要求1所述的方法，包括将所述圆形边界的直径设置成小于或者等于所述支撑表面的宽度。

10.根据权利要求1所述的方法，包括使至少一个边界以一角度倾斜，以从所述拾取区域排除障碍物。

11.一种用于相对于移动输送机的输送机流动方向控制机器人的运动的方法，包括步骤：

建立跟踪框架，该跟踪框架用于相对于所述输送机的物品支撑表面协调所述机器人的位置和运动；

设置上游边界，所述上游边界横穿所述输送机的输送机流动方向；

设置下游边界，所述下游边界横穿所述输送机流动方向；

设置圆形边界，所述圆形边界与所述上游边界和所述下游边界部分地重叠，其中所述上游边界、所述下游边界和所述圆形边界被定位以相对于所述支撑表面限定拾取区域；以及

操作所述机器人，以从由所述上游边界、所述下游边界和所述圆形边界限制的所述拾取区域中拾取物品，

其中，所述机器人具有在所述支撑表面上叠加的圆形工作包络线，并且在设置圆形边界的步骤中，所述圆形边界的直径小于所述工作包络线的直径。

12.根据权利要求11所述的方法，包括将所述上游边界设置成相对于与所述输送机流动方向垂直的垂直方向倾斜并且将所述下游边界设置成与所述垂直方向一致。

13.根据权利要求11所述的方法，包括将所述下游边界设置成相对于与所述输送机流动方向垂直的垂直方向倾斜并且将所述上游边界设置成与所述垂直方向一致。

14.根据权利要求11所述的方法，包括将所述上游边界和所述下游边界均设置成相对于与所述输送机流动方向垂直的垂直方向倾斜。

15.根据权利要求11所述的方法，包括将所述上游边界和所述下游边界设置成相对于与所述输送机流动方向垂直的垂直方向以不同角度倾斜。

16.根据权利要求11所述的方法，包括将所述圆形边界的中心定位在所述支撑表面的纵向轴线上或者从所述支撑表面的纵向轴线偏离。

17.根据权利要求11所述的方法，包括将所述圆形边界的直径设置成大于、小于或者等于所述支撑表面的宽度。

18.根据权利要求11所述的方法，包括将所述上游边界和所述下游边界中的至少一者相对于与所述输送机流动方向垂直的垂直方向以一角度倾斜，以从所述拾取区域排除障碍物。

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