CN110385701A - 多节式致动的运动机构，优选机器人，特别优选关节型机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多节式致动的运动机构(1)，优选机器人(1)，特别优选关节型机器人(1)，具有通过致动接头(12)相连的多个节段(11)、相对所述节段(11)静止式布置且通过第一致动接头(12a)与第一节段(11a)连接的底座(10)、通过致动接头(12)与一个节段(11)连接的末端执行器(14)，和至少一个第一图像检测单元(21)，优选至少一个第一摄影机(21)。所述多节式致动的运动机构(1)的特征在于，至少所述第一图像检测单元(21)，优选至少所述第一摄影机(21)，布置在所述底座(10)上或者布置在某个节段(11)上，优选接近底座的节段(11)上。

Description

多节式致动的运动机构，优选机器人，特别优选关节型机器人

技术领域

本发明涉及的是权利要求1的前序部分所述的一种多节式致动的运动机构，优选机器人，特别优选关节型机器人。

背景技术

使用机器作为技术设备来取代人类进行机械工作，这一点由来已久。目前将机器人应用于许多不同领域。例如在工业中特别是广泛使用关节型机器人来承担安装、制造、物流以及包装和分拣方面的任务。关节型机器人通常为具有立方形工作空间的6轴式机器，因而使用起来非常灵活。视具体应用可以更换用作末端执行器的工具。也可以根据应用来对关节型机器人进行编程。可以以不变的方式应用关节型机器人，从而使其极具适应能力。

近年来研发出了例如在安装过程中直接与人员进行合作的机器人，特别是关节型机器人。从而产生了合作机器人(简称Cobot，源于英语：collaborative robot)这一概念。这样就不需要设置用来将机器人的工作空间与人员所停留的环境隔开的常见机械式分界(如栅格壁)，也不需要设置供人员认识到至少进入机器人工作空间的光障、光栅等诸如此类。确切而言，人员可以相对机器人进行自由运动。

这类机器人通常具有对接头位置的传感器式检测，其可以在旋转接头上例如实施为角度传感器，在平移接头上例如实施为线性刻度。通常需要这些信息，以便借助机器人的运动学关联的模型来计算各接头以及特别是末端执行器的位置和定向(合称姿态)。

此外根据已知方案，使用光学传感器来获得关于机器人或其工作空间的额外信息。例如可以用静止式摄影机或静止式激光扫描仪来检测机器人的工作空间。此举通常可以用来识别位于机器人的工作空间中的人员，并在识别到人员位于该工作空间中的情况下，将机器人移至安全状态以确保人员安全。此举也可以用来识别与机器人进行互动的物体，例如通过在“拿起并放置”应用中进行操作来实现这一点。

根据另一已知方案，在机器人的末端执行器上布置摄影机，其检测方向通常平行于末端执行器的纵轴，以便对紧邻末端执行器的工作空间的区域进行光学检测。例如在EP1521 211 A2中描述过这种机器人，该案中使用至少一个机器人自有的测量装置来确定末端执行器摄影机的姿态。这种测量装置指的是轴驱动装置的角度传感器。借助这种末端执行器摄影机也能对人员安全以及实施应用提供辅助。

上述考虑同样体现在自动化设备上，这些自动化设备在被驱动节段间的移动方面是类似于机器人的且也可能用来执行类似的任务。可以将自动化设备与机器人(特别是关节型机器人)统称为驱动系统或者多节式致动的运动机构。

发明内容

本发明的目的是提供本文开篇所述类型的一种多节式致动的运动机构，优选机器人，特别优选关节型机器人，其能够更好地检测末端执行器和/或环境。本发明至少提供一种针对已知的这类多节式致动的运动机构的替代方案。

本发明用以达成上述目的的解决方案为具有权利要求1的特征的一种多节式致动的运动机构。有利改进方案参阅从属权利要求。

有鉴于此，本发明涉及一种多节式致动的运动机构，优选机器人，特别优选关节型机器人。这种运动机构可以静止式布置或者采用移动式可动方案。所述关节型机器人优选指的是合作机器人。所述运动机构也可以指自动化设备。

所述多节式致动的运动机构具有通过若干致动接头相连的多个节段、相对所述节段静止式布置且通过第一致动接头与第一节段连接的底座，和通过一个致动接头与一个节段连接的末端执行器。

节段可指某个刚性元件，其以每个末端上的至少一个接头与运动机构的底座、另一节段或者末端执行器连接。所述底座相对这些节段静止式布置，因而这些节段和该末端执行器的所有运动均相对底座进行。所述底座本身可以是可动的。优选可以通过末端执行器单元来将末端执行器与最近的节段连接在一起。所述末端执行器单元也可以通过致动接头与最近的节段连接。在末端执行器单元与末端执行器之间同样可以设有致动接头，以便特别是相对末端执行器单元而言围绕共同纵轴旋转该末端执行器。优选地，所述运动机构，优选机器人，特别优选关节型机器人，从静止或移动式底座出发通过多个借助致动接头相连的节段以及一个末端执行器单元延伸至末端执行器，从而形成一个连续的运动链。

接头指的是两个元件间(如本文中的两个节段间、一个节段与末端执行器或末端执行器单元间、末端执行器单元与末端执行器间或者一个节段与底座间)的可动连接。这种可动性优选可指旋转的或平移的，也可以采用组合式可动性。所述接头优选构建为旋转接头。所述接头可以分别被一个驱动单元驱动，即被致动，其中优选采用电驱动装置，因为电能相对易于通过各节段和接头被传输给驱动单元。所述末端执行器可指任意类型的工具、按键元件等诸如此类，如抓持器或类似元件。

所述多节式致动的运动机构具有至少一个第一图像检测单元，优选至少一个第一摄影机。图像检测单元可指能够传感器式检测平面图像并进行电子提供以便进一步处理的任意装置。这种摄影机也可以称为区域摄影机，其具有多个行。换言之，所述第一图像检测单元优选指的是某个二维传感器，其中该图像检测单元也可以构建为立体摄影机，下文将对此进行描述。优选可以由该图像检测单元本身来实施信号处理措施，如滤波、增强等诸如此类。优选借助作为区域摄影机的摄影机来实施这一点，从而实现非常简单、廉价且紧凑的方案。优选在人眼可见的电磁波谱范围内进行图像检测，其中也可以在其他电磁波谱范围内(如红外范围内)进行图像检测。无论何种情形均能提供检测到的图像数据，其呈现运动机构的环境的某个分区段。

所述第一图像检测单元优选构建为单摄影机，使得用一个镜头来检测不带深度信息或深度印象的二维呈现。此举能够简化第一图像检测单元的实施方案和/或降低成本。例如可以通过嵌入式计算单元(ECU)来收集检测到的图像数据，并要么直接由整合在底座或该节段中的计算机(如NVIDIA Jetson TX1/2)对其进行处理，要么将其传输给另一处理单元以便实施处理。下文将对实施处理的方案进行详细描述。

所述多节式致动的运动机构的特征在于，至少所述第一图像检测单元，优选至少所述第一摄影机，布置在所述底座上或者布置在某个节段上，优选接近底座的节段上。接近底座的节段指的是运动机构的所有节段，其与运动机构的底座的距离小于与末端执行器的距离或者在运动机构的底座与末端执行器之间居中布置。所述图像检测单元也可以布置在两个接头之间的连接元件上。

本发明基于以下认识：通过远离运动机构布置的摄影机来以本文开篇所述的方式对运动机构的环境进行传感器式检测，会造成额外的复杂度，因为在这种运动机构安放方案中，必须额外地布置独立摄影机并投入运行。特别是将检测到的图像数据信号传输给运动机构(如其控制单元)可能造成额外的复杂度。有线信号传输可能引起成本和复杂度并特别是在工业生产中造成干扰和不便。无线信号传输易受干扰以及对其他无线信号传输产生干扰。

在末端执行器上使用摄影机同样可能增加复杂度，因为这类摄影机通常独立制成且被布置在末端执行器外部。特别是在使用并非小型化的摄影机时，上述方案可能增大末端执行器的结构空间。使用小型化摄影机的情况下会减轻这一缺陷，但会大幅提高成本。使用小型化图像检测单元时，图像分辨率也可能变差，因为传感器/芯片尺寸随之变小。此外，通常需要对布置在末端执行器上的摄影机进行有线供电，通常也需要将检测到的图像数据有线地信号传输给(例如)运动机构的控制单元。通常需要通过运动机构的多个甚至全部节段将这些线缆敷设至末端执行器。此举不仅会提高安装复杂度，而且会限制运动机构的运动能力，并增大这些节段所承载或者致动接头所移动的重量。必须随末端执行器一同运动的摄影机尤其如此。这种方案非常不利，因为同一重量越接近末端执行器或者离底座越远，该重量对致动接头产生的影响越不利。

本发明可以通过以下方式来克服或者至少减轻上述缺点：至少所述第一图像检测单元，优选至少所述第一摄影机，布置在所述底座上或者布置在某个节段上，优选接近底座的节段上。无论何种情形，此举既能检测远离末端执行器的区域，从而具有更大的视角。并能一并检测末端执行器。这样就能与将第一图像检测单元布置在末端执行器上相比，对更多信息进行图像检测。又能将第一图像检测单元布置在运动机构上并优选整合在其中，从而预先对供电、控制以及数据传输进行布置、定向以及布线，并且仅需将本发明的运动机构连同第一图像检测单元一起作为整个系统安放在使用地点并投入运行。从而简化和/或加快了制造、安装、运输以及安放和调试过程。

在第一图像检测单元安装在相对这些节段静止的底座上的情况下，总是能够检测运动机构的环境的同一定义图像检测区域。从而简化了进一步处理。

在第一图像检测单元布置在任一节段上的情况下，就能视具体定位和定向来检测运动机构的环境的不同区域，该区域总是大于将第一图像检测单元布置在末端执行器上的情形。通过该节段的运动就能在运行期间检测运动机构的环境，这样就能与将第一图像检测单元布置在底座上相比，整体上检测到该环境的更大区域。从而增大检测到的环境。

优选将第一图像检测单元布置在接近底座的节段上，此举有利于将末端执行器一并检测在内，因为第一图像检测单元离末端执行器越远，越能从第一图像检测单元的不同姿态(即位置和定向)来检测末端执行器。这一方案较为有利，因为就运动机构的使用而言，末端执行器因其与运动机构的环境的互动可能而具有重要意义。

无论何种情形，根据另一有利方案，在上述位置上，可以将第一图像检测单元布置在底座中或者使其与末端执行器相比相对更接近底座，从而减小乃至消除第一图像检测单元的重量对运动机构的运动的负面影响。此外还能缩短用于供电和信号传输的线缆敷设，从而使其更轻且结构更为简单。从而减小乃至消除这类线缆对运动机构的可动性造成的限制。

根据另一有利方案，该底座以及这些节段(特别是接近底座的节段)相对末端执行器以及接近末端执行器的节段而言相对较大，这样就能提供足以容置第一图像检测单元的空间。从而简化布置方案并使其更为灵活。此外，无需将尽可能紧凑且小型化的图像检测单元用作图像检测单元，前者会增大成本。

根据本发明的另一方面，所述第一图像检测单元布置在所述第一节段上。如前所述，此举能够将线缆敷设及其影响保持在较低水平。同时，与布置在运动机构以外或者底座上相比，可以将第一图像检测单元布置得与末端执行器更近。根据另一有利方案，可以将第一图像检测单元以随运动机构一同运动的方式布置，这样就能通过运动机构的运动，而用第一图像检测单元检测该运动机构的环境的不同区域。这样就能与静止式布置在底座上的第一图像检测单元相比，由该第一图像检测单元来检测更大的区域。

根据另一有利方案，通常将运动机构的底座布置在水平定向的地基上，使得第一节段在高度上竖向延伸并可以通过第一致动接头围绕竖轴进行旋转。这样一来，在第一图像检测单元布置在第一节段上的情况下，就能在第一致动接头的旋转运动过程中，由该第一图像检测单元检测运动机构的环境的大部分，乃至全360°地进行检测。这样就能以简单手段对运动机构的环境基本上乃至完整地进行检测。特别是无需费力地将检测到的图像数据例如换算成全局坐标系，因为通过第一图像检测单元围绕第一接头或第一节段的旋转，便能直接在圆柱形坐标中围绕底座的中点检测图像数据。

根据另一有利方案，为确定图像检测单元的定向，仅需将第一接头的(例如)旋转传感器的单独一个传感器大小考虑在内，无需(例如)考虑末端执行器摄影机上的六个传感器大小。换言之，只有单独一个测量误差(而非例如六个测量误差之和)会对图像检测单元的定向的确定施加影响。在需要基于运动机构的传感器数据将单个摄像予以合并的情况下，上述方案能够起重要作用。相应地，也不需要将高精度运动学模型应用于所有(例如)六个节段和接头，而是只需要应用于该第一接头。

根据本发明的另一方面，所述第一节段通过第二致动接头与第二节段连接，其中所述第一图像检测单元布置在所述第二节段上。这样就能将第一图像检测单元进一步贴近末端执行器，以便更清楚地检测该末端执行器或其环境。通过这种方式，就能将前述优点应用于第一节段过短或其设计得不利于容置第一图像检测单元的运动机构。常见连续式运动机构(如六轴工业机器人)通常具有上述情形，这样一来，就能简单地将本发明应用于这些运动机构。

根据本发明的另一方面，所述第一图像检测单元布置和定向为，至少在一个姿态中，优选基本上在任一姿态中，对所述末端执行器进行检测。姿态指的是位置和定向在三维空间中的组合。从而如此地选择第一图像检测单元的布置方案，使得除运动机构的环境外还能对至少在一个姿态中的末端执行器进行检测。这样就能检测到关于末端执行器的图像信息，以便例如对末端执行器的例如考虑到传感器式检测到的角位借助运动机构的模型算出的位置和/或定位进行图像检查。这样就能对例如作为抓持器的末端执行器的状态进行图像检查：例如该抓持器打开还是闭合，以及是否抓住某个物体。下文将对此进行详细说明。

针对末端执行器的姿态所做的这种检查越多，末端执行器被第一图像检测单元检测得越频繁，因而优选相应地对第一图像检测单元进行布置和定向，从而提高末端执行器被第一图像检测单元图像检测的频率。具体实施方案视应用情形而定，也就是视运动机构的相应结构性技术方案以及相应的应用而定。

优选地，如此地对第一图像检测单元进行布置和定向，使得末端执行器基本上在任一姿态中均能被图像检测到。可以通过某种布置方案和定向方案来实现这一点，使得该末端执行器至少当其在常见状态中、在常见运动中和/或在常见行为中时，能被图像检测到。这一点例如可以适用于常见的“拿起并放置”应用，其中，末端执行器通常用抓持器从地基(通常指运动机构的底座的地基)拿起某个物体，竖向抬升一段距离，沿水平线运动，而后借助竖向运动放置在同一地基上或者类似高度上。相应地，可以将第一图像检测单元布置在运动机构的某个节段上并至少大体水平地进行定向，以便在前述应用中连续式或至少大体连续式地对末端执行器进行检测。反过来说，无需对末端执行器极不可能所处的姿态进行检测。

根据本发明的另一方面，所述多节式致动的运动机构具有至少一个第二图像检测单元，优选至少一个第二摄影机，其布置在所述底座上或者与所述第一图像检测单元布置在同一节段上或者布置在另一节段上，优选布置在另一接近底座的节段上。所述第二图像检测单元可以采用不同的构建方案，以便例如对另一电磁波谱范围进行检测，例如可以通过在红外范围内进行图像检测来提供运动机构的同一环境的不同呈现。优选地，所述第二图像检测单元构建为与所述第一图像检测单元检测同一电磁波谱范围，这样就能同时检测运动机构的环境的多个图像信息。从而增强关于运动机构的环境的信息。在这两个图像检测单元布置在不同节段上的情况下，就能视这两个节段的定向同时检测运动机构的环境的在一定程度上较大的区域。

在这两个图像检测单元布置在同一节段上的情况下，可以固定地将这两个图像检测区域相协调。在这两个图像检测区域存在重叠的情况下，可以在这个重叠区域内实施立体图像检测。立体指的是再现具有空间的深度印象的图像，这种印象在物理上并不存在。这样就能至少在这个区域内从图像检测中获得深度信息。此举有助于对检测到的运动机构环境进行三维理解，下文将对此进行详细说明。在这两个图像检测区域不含重叠地完全并排布置或者仅在边缘略有重叠的情况下，可以同时对尽可能大的环境区域进行检测。

根据本发明的另一方面，所述第二图像检测单元同样布置和定向为，至少在一个姿态中，优选基本上在任一姿态中，对所述末端执行器进行图像检测，其中所述第二图像检测单元优选与所述第一图像检测单元布置在同一节段上，并且所述第一图像检测单元和所述第二图像检测单元具有至少部分重叠的图像检测区域。这样就能在这个重叠区域内实施立体图像检测，以便如前所述至少在这个区域内从图像检测中获得深度信息。此举有助于对检测到的运动机构环境进行三维理解，下文将对此进行详细说明。

根据本发明的另一方面，所述多节式致动的运动机构具有多个，优选四个图像检测单元，优选多个，优选四个摄影机，其布置在所述底座上和/或布置在某个节段上，优选接近底座的节段上，其中所述第一图像检测单元，优选和所述第二图像检测单元，属于所述多个图像检测单元。这样就能对运动机构的环境的更大区域进行检测。所述多个图像检测单元可以分别或者至少部分地检测不同电磁波谱范围，从而提供运动机构的同一环境的不同呈现。优选地，所有图像检测单元构建为与所述第一图像检测单元检测同一电磁波谱范围，这样就能同时检测运动机构的环境的多个图像信息。从而增强关于运动机构的环境的信息。

根据本发明的另一方面，所述图像检测单元布置和定向为，对所述多节式致动的运动机构的环境进行至少大体图像检测。换言之，这些图像检测单元如此地布置和定向，以便其同时尽可能完整地对运动机构的环境进行图像检测。这样就能同时获得运动机构的环境的尽可能完整的呈现。也可以基本上按以下方式对运动机构的环境进行图像检测：至少对该环境的具有特别意义的区域进行检测，如末端执行器或被其抓持的物体所在的区域。运动机构的环境的不符合这项标准的区域，特别是与底座径向相对布置的区域，可以在图像检测时予以忽略。

根据本发明的另一方面，所述图像检测单元布置和定向为，对360°环绕所述多节式致动的运动机构的外观进行图像检测。这样就能同时获得运动机构的环境的完整呈现。这样例如就能完整监控运动机构的工作空间，以便例如发现人员侵入被监控的工作空间，并将运动机构移至安全状态。

根据本发明的另一方面，所述多个图像检测单元中的至少两个图像检测单元布置和定向为，优选至少大体共同地对远离所述末端执行器的所述多节式致动的运动机构的环境进行图像检测。这样就能对运动机构的环境的未停留有末端执行器的区域进行图像检测。此举有助于安全，以便(例如)在人员从运动机构的背离末端执行器的区域(例如从后面)接近的情况下，识别到该人员侵入被监控的工作空间。一旦发现这种情况，就能将运动机构移至安全状态。

这种图像检测至少部分地立体实施，这样就能例如在人员接近时确定其与运动机构的距离，并视情况只有在低于预设的最小安全距离时，才将运动机构移至安全状态。这样就能实现运动机构与人员的紧密互动，同时确保其安全。此外还能识别出移动机器人、可动机器以及(例如)物体接近某个移动的输送带。

根据本发明的另一方面，所述多节式致动的运动机构具有至少一个图像数据检测单元，其构建为至少从所述第一图像检测单元，优选从多个图像检测单元，特别优选从所有图像检测单元，获得所述检测到的图像数据，其中所述图像数据检测单元构建为，基于所述检测到的图像数据来创建所述多节式致动的运动机构的检测到的环境的至少二维呈现。换言之，由图像数据检测单元来收集个别检测到的图像数据或者所有检测到的图像数据，并单独或者优选共同地进行评价。所述图像数据检测单元可以全部或部分地(即其部分功能)在硬件方面或软件方面实现。这些功能也可以部分或全部地由某个硬件组件或软件组件来实现。

所述运动机构的检测到的环境的至少二维呈现可以包括该运动机构的环境的同时或者在时间上错开地被至少一个图像数据检测单元，优选多个图像数据检测单元检测过的区域。这样就能创建运动机构的检测到的环境的至少二维呈现，其可以将图像检测到的所有信息包含在内。在此基础上便能实施评价，下文将对此进行详细描述。

根据本发明的另一方面，所述图像数据检测单元构建为，还从至少一个第二图像检测单元获得所述检测到的图像数据，所述第二图像检测单元与所述第一图像检测单元具有至少部分重叠的图像检测区域，其中所述图像数据检测单元构建为，基于所述重叠图像检测区域的检测到的图像数据，优选在全局坐标系中，创建所述多节式致动的运动机构的检测到的环境的三维呈现。这样就能针对该重叠图像检测区域来产生立体图像数据，这些图像数据可以包含深度信息，以便确定图像检测到的物体的大小和与运动机构的距离。这样就能创建运动机构的环境的至少该重叠图像检测区域的三维呈现。在此基础上便能实施评价，下文将对此进行详细描述。

在全局坐标系中创建该运动机构的环境的至少该重叠图像检测区域的三维呈现，此举有利于用其他单元(如运动机构的控制单元)来交换这个呈现并以不转换坐标的方式使用该呈现。从而简化并加快了使用过程。这样一来，例如就使得运动机构的图像检测系统或控制单元的评价单元能够或者至少有助于其实施轨道规划或者监控轨道的磨损，下文将对此进行详细描述。这一点同样适用于用户的显示单元，如屏幕，该屏幕例如可以显示运动机构的环境以及在该环境中检测到的物体，如需要由末端执行器抓持的物体。特别是在全局坐标系中对运动机构的环境进行这种呈现，这一点有助于用户进行理解，以便配置运动机构，特别是末端执行器的姿态，下文将对此进行详细描述。这种呈现还有助于识别即将发生的碰撞，下文将对此进行详细描述。

根据本发明的另一方面，所述图像数据检测单元构建为，还获得所述多节式致动的运动机构的更多检测到的传感器数据，其中所述图像数据检测单元构建为，基于优选所述重叠图像检测区域的检测到的图像数据，并基于所述更多检测到的传感器数据，优选在全局坐标系中，创建所述多节式致动的运动机构的检测到的环境的至少二维呈现，优选三维呈现。换言之，还可以使用传感器数据，如接头位置以及运动机构的运动学模型，来确定运动机构(特别是末端执行器)的当前配置并将其纳入检测到的环境的呈现。例如也可以一并使用速度数据、加速度数据、力矩、驱动电流以及末端执行器的图像检测单元的数据。这样就能将检测到的图像数据与运动机构的更多传感器数据合并在一起，从而将这种运动机构的目前已知传感器数据纳入运动机构的环境的视觉感知的语境。

这样就能提高运动机构的环境的二维呈现特别是三维呈现的精度，因为能够以互不相关的方式检测或创建来源截然不同的空间数据，再为其建立关联。此举一方面能够非常可靠和/或非常精确地呈现运动机构的环境，从而使得在此基础上的后续步骤相应可靠和/或精确。这一点实现了这种运动机构的此前未曾揭示的使用方案，例如进行调试、编程和/或在运行过程中进行使用，下文将对此进行详细描述。

根据本发明的另一方面，所述多节式致动的运动机构具有评价单元，所述评价单元构建为，以与所述多节式致动的运动机构的更多信息相关的方式对所述多节式致动的运动机构的检测到的环境的呈现进行评价，以及/或者在更多物体方面对所述多节式致动的运动机构的检测到的环境的呈现进行评价。

如前所述，可以将运动机构的检测到的环境的呈现作为二维呈现特别是作为三维呈现用来与该运动机构的更多信息进行比较。例如在运动机构的传感器发现与某个物体发生接触的情形下，可以基于检测到的图像数据来检查是否真有另一物体或人员与运动机构或者该运动机构的相应接头或节段处于足够近的距离。也可以沿相反的观察方向进行检查。这样就能进行双向似真性检验，从而防止不必要地将某个应用中断，以免例如造成生产延迟。

作为补充或替代方案，在更多物体方面对运动机构的检测到的环境的呈现进行评价，此举如前所述有助于识别出运动机构的检测到的环境中与末端执行器进行互动的其他物体，如“拿起并放置”应用中需要抓持的物体。换言之，可以将运动机构的检测到的环境的呈现用来对运动机构(特别是末端执行器)的运动进行匹配。除前述物体识别(如需要抓持或操纵的物体)外，还可以实施碰撞识别，以便尽可能及时地预先识别到即将发生的碰撞，并例如通过阻止或停止运动机构的运动来避免发生碰撞。这种物体识别也可以包括识别更多与运动机构进行互动的物体，如另一运动机构或人员。这一点也可以包括对人员的意图(如运动)进行图像检测并将其纳入运动机构的检测到的环境的呈现的语境。也可以基于运动机构的检测到的环境的呈现来实施三维轨道规划，以便整体上创建某个轨迹，或者在自适应轨道规划过程中，通过改变轨迹来例如对发现即将面临碰撞以及对运动机构的检测到的环境中的其他变化，作出反应。优选可以通过对这些数据进行在线处理来足够快地实施这一点，以便直接对运动机构的检测到的环境中的变化作出反应。

根据本发明的另一方面，所述评价单元还构建为，将评价的结果提供给所述多节式致动的运动机构的控制单元。通过这种方式就能将此前获取的信息和认识一并纳入运动机构的使用。

在此情况下，所述图像数据检测单元和所述评价单元连同所述第一图像检测单元和视情况更多图像检测单元一起，形成一个图像检测系统，其可以以与运动机构的控制单元(如运动控制系统)无关的方式得以实现并运行。在此情况下，只有该图像检测系统的结果才能被传输给运动机构的控制单元，因而该控制单元能够尽可能不受影响地实施其行为。这样就能由图像检测系统对运动机构的环境进行分离且与应用无关的监控，而不必对运动机构的当前运行产生影响。所述图像数据检测单元与所述评价单元也可以实施为同一单元。所述图像数据检测单元和所述评价单元可以分别借助硬件或软件来实现。

附图说明

下面结合附图对两个实施例和本发明的更多优点进行说明。图中：

图1为第一实施例中的本发明的多节式致动的运动机构从斜上方的示意性侧向透视图；

图2为图1正前方的视图；

图3为图1所示多节式致动的运动机构的第二节段的示意性俯视图；

图4为图3的示意性透视图；

图5为应用于图1所示多节式致动的运动机构的第二节段上的图像检测系统；

图6为第二实施例中的本发明的多节式致动的运动机构从斜上方的示意性侧向透视图；

图7为图6正前方的视图；

图8为图6所示多节式致动的运动机构的第二节段的示意性俯视图；以及

图9为图8的示意性透视图。

具体实施方式

在笛卡尔坐标系中观察上述附图。延伸有纵向X，其也可以称为深度X。垂直于纵向X地延伸有横向Y，其也可以称为宽度Y。既垂直于纵向X又垂直于横向Y地延伸有竖向Z，其也可以称为高度Z。

图1为第一实施例中的本发明的多节式致动的运动机构1从斜上方的示意性侧向透视图。图2为图1正前方的视图。图3为图1所示多节式致动的运动机构1的第二节段11b的示意性俯视图。图4为图3的示意性透视图。

在这两个实施例中，多节式致动的运动机构1实施为机器人1，具体而言为关节型机器人1。关节型机器人1借助底座10静止式布置在地基3上。从底座10出发延伸有多个作为连续运动链的节段11，其通过形式为致动旋转接头12的若干致动接头12相连。最后一个节段11通过一个致动旋转接头12与末端执行器单元13连接，该末端执行器单元具有形式为抓持器14的末端执行器14。

具体而言，第一节段11a借助第一致动旋转接头12a相对底座10围绕竖轴可旋转。在图1和2的视图中，第二节段11b沿横向Y在右边临近第一节段11a布置，且借助第二致动旋转接头12b相对该第一节段可旋转。第二节段11b在高度上的延伸幅度相对更大且大体呈长条圆柱形。

在图1和2的视图中，在第二节段11b的上端上，第三节段11c沿横向Y在左边临近第二节段11b布置，且借助第三致动旋转接头12c相对该第二节段可旋转。第三节段11c同样延伸幅度相对更大，但在图1的视图中大体沿纵向X延伸。第三节段11c同样大体呈圆柱形。

在图1和2的视图中，在第三节段11c的上端上，第四节段11d沿横向Y在右边临近第三节段11c布置，且借助第四致动旋转接头12d相对该第三节段可旋转。在图1的视图中，第五节段11e沿纵向X在左边连接第四节段11d，该第五节段借助第五致动旋转接头12e与第四节段11d旋转连接。末端执行器单元13通过第六致动旋转接头12f与该第五节段11e连接。

为控制关节型机器人1而设有控制单元15，其也可以称为计算单元15、主机15或运动控制系统15。

根据本发明，第二节段11b具有四个图像检测单元21、22、23、24，其均构建为检测人眼所能检测到的电磁波谱范围内的平面图像的摄影机21、22、23、24。在第一实施例中，这四个摄影机21、22、23、24在第二节段11b的长形延伸度中大体居中布置且在其圆柱形周向中均匀分布，即互成约90°。

第一摄影机21和第二摄影机22以其能够对末端执行器14进行图像检测的方式定向。在这个区域内，第一摄影机21与第二摄影机22形成重叠的图像检测区域B，末端执行器13位于该区域内。更多重叠的图像检测区域B由第二摄影机22与第三摄影机23、第三摄影机23与第四摄影机24以及第四摄影机24与第一摄影机21，共同形成。这四个重叠的图像检测区域B沿周向分别被单独一个摄影机21、22、23、24的图像检测区域A隔开。在这些区域A、B之间在紧邻第二节段11b之处形成盲区C，这些盲区无法被任何摄影机21、22、23、24检测到，参阅图3和4。

根据第一实施例，摄影机21、22、23、24如此地环绕第二节段11b布置，使得关节型机器人1的环境能够全360°地被检测到，第二节段11b的近距离区域内的较小盲区C除外，参阅图3和4。同时，摄影机21、22、23、24布置在第二节段11b上，因为该节段大体在高度Z上延伸，因而摄影机21、22、23、24相对地基3有所升高。根据另一有利方案，第二节段11b可以通过第一致动旋转接头12a大体围绕关节型机器人1的竖轴旋转，因而摄影机21、22、23、24相对水平线几乎不会翻转，从而易于将检测到的图像数据转换为全局坐标系。

在第二节段11b上设置四个摄影机21、22、23、24的主要优点在于，末端执行器14总是停留在第一摄影机21与第二摄影机22的重叠的图像检测区域B内，因为关节型机器人1的唯一侧向旋转是通过第一致动旋转接头12a而实施的，因而围绕第二节段11b的纵轴在第二节段11b与末端执行器14间发生旋转在结构上是不可能的。因此，末端执行器14在几乎任意姿态上均能被第一摄影机21和第二摄影机22共同检测到。基于末端执行器14的被共同检测到的图像数据，对末端执行器14本身及其周边环境进行立体图像检测，从而至少针对第一摄影机21与第二摄影机22的这个重叠的图像检测区域B而言，从所检测的图像数据中获得深度信息。

图5为应用于图1所示多节式致动的运动机构1的第二节段11b上的图像检测系统2。如图所示，将这四个摄影机21、22、23、24的检测到的图像数据从这些摄影机传输给图像数据检测单元20。图像数据检测单元20还获得更多传感器信息，如致动旋转接头12的角位，这些角位是原本就检测到的，因而是已知的。根据这些角位例如就能借助关节型机器人1的运动学模型来确定末端执行器14的姿态。可以将这个姿态与根据检测到的图像数据所确定的姿态进行比较，从而将末端执行器14的这两个以不同方式确定的姿态相比较。这样就能与目前所知的方式相比更准确地确定末端执行器14的姿态。

由图像数据检测单元20将这些信息和基于更多传感器信息而从所有四个摄影机21、22、23、24的检测到的图像数据所获得的更多信息，处理成关节型机器人1的检测到的环境的三维呈现。在此过程中，关节型机器人1可以围绕竖轴旋转，以便对关节型机器人1的环境进行全立体检测并产生具有深度信息的无间隙360°呈现。在全局坐标系中创建这个三维呈现，这样做既有利于理解又能加快进一步处理。

随后将全局坐标系中的检测到的环境的这个三维呈现传输给评价单元25，该评价单元对这个呈现的内容进行深入分析。举例而言，可以通过对关节型机器人1与(例如)某个人员间的空间关联进行评估，来实施自适应轨道规划、碰撞规避、物体识别、人员识别等诸如此类。可以将这项评价的结果传输给关节型机器人1的控制单元15，以便视情况对关节型机器人的运行施加影响。例如可以由关节型机器人1的控制单元15来实现评价单元25所创建或改变的轨迹。

这四个摄影机21、22、23、24、图像数据检测单元20以及评价单元25可以合称图像检测系统2，其可以构建为独立于关节型机器人1的系统。只有这四个摄影机21、22、23、24整合在第二节段11b中。此外，仅需将原本就检测到的更多传感器信息(如致动旋转接头12的角位)传输给图像数据检测单元20。此举无需对控制单元15进行干预，特别是无需对关节型机器人1的应用进行干预。此外还将评价单元25的评价结果传输给关节型机器人1，以便使用这个结果而不必干扰关节型机器人1的运行和(特别是)应用。换言之，可以以与关节型机器人1的目前所知的运行无关的方式实施本发明的方法，这样一来，关节型机器人就能按目前所知的方式实施其应用。从而以独立的方式实现前述特性和优点，并且以最小复杂度且以不干扰关节型机器人1的运行和(特别是)应用的方式将这些特性和优点体现在该关节型机器人上。

图6为第二实施例中的本发明的多节式致动的运动机构1从斜上方的示意性侧向透视图。图7为图6正前方的视图。图8为图1所示多节式致动的运动机构6的第二节段11b的示意性俯视图。图9为图8的示意性透视图。

在该第二实施例中，这四个摄影机21、22、23、24如此地布置在第二节段11b上，使得由第一摄影机21与第二摄影机22形成一个第一立体摄影机，其大体形成一个直接朝向末端执行器14的重叠的图像检测区域B。第三摄影机23与第四摄影机24形成一个第二立体摄影机，其大体形成一个直接背对末端执行器14的重叠的图像检测区域B。这两个重叠的图像检测区域B被盲区C隔开。

这样就能分别提供一个很大的立体区域B，从而相应大面积且直接地(即无需关节型机器人1进行旋转)获得深度信息。可以通过使得关节型机器人1围绕其竖轴进行旋转，来检测这两个盲区C的信息。从而便于创建关节型机器人1的检测到的环境的三维呈现并加快创建过程。此外还能至少大体环绕关节型机器人1地对环境进行监控。

附图标记表(说明书的部分)

A 一个摄影机21、22、23、24的图像检测区域

B 多个摄影机21、22、23、24的重叠的图像检测区域

C 摄影机21、22、23、24的盲区

X 纵向；深度

Y 横向；宽度

Z 竖向；高度

1 多节式致动的运动机构；(关节型)机器人

10 底座

11 节段

11a 第一节段

11b 第二节段

11c 第三节段

11d 第四节段

11e 第五节段

12 致动的(旋转)接头

12a 第一致动接头

12b 第二致动接头

12c 第三致动接头

12d 第四致动接头

12e 第五致动接头

12f 第六致动接头

13 末端执行器单元

14 末端执行器

15 控制单元；计算单元；主机；运动控制系统

2 图像检测系统

20 图像数据检测单元

21 第一图像检测单元；第一摄影机

22 第二图像检测单元；第二摄影机

23 第三图像检测单元；第三摄影机

24 第四图像检测单元；第四摄影机

25 评价单元

3 地基

Claims (15)

1.一种多节式致动的运动机构(1)，优选机器人(1)，特别优选关节型机器人(1)，

具有通过致动接头(12)相连的多个节段(11)，

相对所述节段(11)静止式布置且通过第一致动接头(12a)与第一节段(11a)连接的底座(10)，

通过致动接头(12)与一个节段(11)连接的末端执行器(14)，和

至少一个第一图像检测单元(21)，优选至少一个第一摄影机(21)，

其特征在于，

至少所述第一图像检测单元(21)，优选至少所述第一摄影机(21)，布置在所述底座(10)上或者布置在某个节段(11)上，优选接近底座的节段(11)上。

2.根据权利要求1所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于，

所述第一图像检测单元(21)布置在所述第一节段(11a)上。

3.根据权利要求1所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于，

所述第一节段(11a)通过第二致动接头(12b)与第二节段(11b)连接，

其中所述第一图像检测单元(21)布置在所述第二节段(11b)上。

4.根据上述权利要求中任一项所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于，

所述第一图像检测单元(21)布置和定向为，至少在一个姿态中，优选基本上在任一姿态中，对所述末端执行器(14)进行图像检测。

5.根据上述权利要求中任一项所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于

至少一个第二图像检测单元(22)，优选至少一个第二摄影机(22)，其布置在所述底座(10)上或者与所述第一图像检测单元(21)布置在同一节段(11)上或者布置在另一节段上(11)，优选布置在另一接近底座的节段(11)上。

6.根据权利要求5所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于，

所述第二图像检测单元(22)同样布置和定向为，至少在一个姿态中，优选基本上在任一姿态中，对所述末端执行器(14)进行图像检测，

其中所述第二图像检测单元(22)优选与所述第一图像检测单元(21)布置在同一节段上(11)，并且

所述第一图像检测单元(21)和所述第二图像检测单元(22)具有至少部分重叠的图像检测区域(B)。

7.根据上述权利要求中任一项所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于

多个，优选四个图像检测单元(21，22，23，24)，优选多个，优选四个摄影机(21，22，23，24)，其布置在所述底座(10)上和/或布置在某个节段(11)上，优选接近底座的节段(11)上，

其中所述第一图像检测单元(21)，优选和所述第二图像检测单元(22)，属于所述多个图像检测单元(21，22，23，24)。

8.根据权利要求7所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于，

所述图像检测单元(21，22，23，24)布置和定向为，对所述多节式致动的运动机构(1)的环境进行至少大体图像检测。

9.根据权利要求7或8所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于，

所述图像检测单元(21，22，23，24)布置和定向为，对360°环绕所述多节式致动的运动机构(1)的外观进行图像检测。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于，

所述多个图像检测单元(21，22，23，24)中的至少两个图像检测单元(23，24)布置和定向为，优选至少大体共同地对远离所述末端执行器(14)的所述多节式致动的运动机构(1)的环境进行图像检测。

11.根据上述权利要求中任一项所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于

至少一个图像数据检测单元(20)，其构建为至少从所述第一图像检测单元(21)，优选从多个图像检测单元(21，22，23，24)，特别优选从所有图像检测单元(21，22，23，24)，获得所述检测到的图像数据，

其中所述图像数据检测单元(20)构建为，基于所述检测到的图像数据来创建所述多节式致动的运动机构(1)的检测到的环境的至少二维呈现。

12.根据权利要求11所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于，

所述图像数据检测单元(20)构建为，还从至少一个第二图像检测单元(22)获得所述检测到的图像数据，所述第二图像检测单元与所述第一图像检测单元(21)具有至少部分重叠的图像检测区域(B)，

其中所述图像数据检测单元(20)构建为，基于所述重叠图像检测区域(B)的检测到的图像数据，优选在全局坐标系中，创建所述多节式致动的运动机构(1)的检测到的环境的三维呈现。

13.根据权利要求11或12所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于，

所述图像数据检测单元(20)构建为，还获得所述多节式致动的运动机构(1)的更多检测到的传感器数据，

其中所述图像数据检测单元(20)构建为，基于优选所述重叠图像检测区域(B)的检测到的图像数据，并基于所述更多检测到的传感器数据，优选在全局坐标系中，创建所述多节式致动的运动机构(1)的检测到的环境的至少二维呈现，优选三维呈现。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于

评价单元(25)，其构建为，

以与所述多节式致动的运动机构(1)的更多信息相关的方式对所述多节式致动的运动机构(1)的检测到的环境的呈现进行评价，以及/或者

在更多物体方面对所述多节式致动的运动机构(1)的检测到的环境的呈现进行评价。

15.根据权利要求14所述的多节式致动的运动机构(1)，其特征在于，

所述评价单元(25)还构建为，将所述评价的结果提供给所述多节式致动的运动机构(1)的控制单元(15)。