CN113146614B - 移动机器人的控制方法和控制装置以及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了移动机器人的控制方法和控制装置以及机器人系统，能够避免在移动机器人的停止位置偏离时移动机器人不能采取能够控制的作业姿态的问题。控制方法包括：计算工序，在以目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置计算移动机器人相对于对象物体的作业姿态；以及变更工序，当移动机器人在多个停止候补位置中的至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态时，变更目标停止位置。

Description

移动机器人的控制方法和控制装置以及机器人系统

技术领域

本公开涉及一种具备搭载于移动台座的机械手的移动机器人。

背景技术

专利文献1公开了一种针对移动机器人制定移动路线计划的方法，该移动机器人具备搭载于台车等移动台座的臂部。以下说明中，将利用移动台座输送的臂部、机器人称为“机械手”。移动机器人能够对放置在多个场所的多个对象物体进行作业。此时，移动机器人移动到每个接近对象物体的目标停止位置并停止，执行对各对象物体的作业。

专利文献1：日本特开2018-122399号公报

发明内容

然而，存在以下问题：移动机器人的实际停止位置偏离预设目标停止位置，移动机器人相对于对象物体不能采取能够控制的作业姿态。

根据本公开的第一方式，提供一种移动机器人的控制方法，所述移动机器人具有移动台座和搭载于所述移动台座的机械手。该控制方法包括：计算工序，使用用于对对象物体进行作业的所述移动机器人的目标停止位置、所述移动机器人的停止误差以及所述对象物体的位置，在以所述目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置计算所述移动机器人相对于所述对象物体的作业姿态；以及变更工序，当所述移动机器人在所述多个停止候补位置中的至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态时，变更所述目标停止位置。

根据本公开的第二方式，提供一种控制移动机器人的控制装置，所述移动机器人具有移动台座和搭载于所述移动台座的机械手。该控制装置具备：姿态计算部，使用用于对对象物体进行作业的所述移动机器人的目标停止位置、停止所述移动机器人的移动时的停止误差以及所述对象物体的位置，在以所述目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置计算所述移动机器人相对于所述对象物体的作业姿态；以及位置变更部，当所述移动机器人在所述多个停止候补位置中的至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态时，变更所述目标停止位置。

根据本公开的第三方式，提供一种机器人系统，具备：移动机器人，具有移动台座和搭载于所述移动台座的机械手；以及控制装置，控制所述移动机器人。所述控制装置具备：姿态计算部，使用用于对对象物体进行作业的所述移动机器人的目标停止位置、停止所述移动机器人的移动时的停止误差以及所述对象物体的位置，在以所述目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置计算所述移动机器人相对于所述对象物体的作业姿态；以及位置变更部，当所述移动机器人在所述多个停止候补位置中的至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态时，变更所述目标停止位置。

附图说明

图1是机器人系统的概念图。

图2是示出收纳对象物体的收纳架的说明图。

图3是示出机器人系统的控制装置的功能的说明图。

图4是伴随第一实施方式中的目标停止位置的再次设定而进行的作业的流程图。

图5是示出以目标停止位置为中心的停止误差范围的说明图。

图6是示出变更了目标停止位置后的状态的说明图。

图7是伴随第二实施方式中的目标停止位置的再次设定而进行的作业的流程图。

附图标记说明

10…机器人系统；100…机械手；110…臂；120…基座；130…末端执行器；140…照相机；150…控制装置；152…通信部；154…驱动控制部；156…姿态计算部；160…电动机；200…移动台座；210…主体；220…车轮；222…驱动轮；224…从动轮；230…控制装置；232…通信部；234…驱动控制部；236…位置计算变更部；240…照相机；300…收纳架；310…收纳空间；400…管理服务器；410…管理表。

具体实施方式

A.第一实施方式

图1是本公开的实施方式的机器人系统10的概念图。该机器人系统10是具备机械手100和移动台座200的移动机器人。在图1中示出机器人坐标系的三个坐标轴X、Y、Z。能够将该机器人坐标系的原点设置于机器人系统10的任意部位，但是在图1中，为了便于图示而将其绘在机器人系统10的外部。

机械手100具备臂110和基座120。在臂110的前端部安装有手等末端执行器130和照相机140。照相机140可用于检测成为末端执行器130的作业对象的对象物体的当前位置、或者位置及姿态。基座120固定于移动台座200。在基座120设置有控制机械手100的控制装置150。在该例子中，机械手100为具有J1～J6六个轴的六轴机器人。但是，作为机械手100，可使用具有至少一个轴的机械手。在本实施方式中，作为机械手100，假设为垂直多关节机器人，但不限于此。例如，也可以是水平多关节机器人。另外，可以有多个机械手100。

移动台座200具有主体210和设置于主体210下部的车轮220。车轮220包括两个驱动轮222和四个从动轮224，在图1中只绘出这些的一半。在主体210设置有控制移动台座200的控制装置230。另外，在主体210的下部设置有照相机240。照相机240可用于检测移动台座200的当前位置。移动台座200是在地面FL上自主行驶的移动输送车。作为移动台座200的驱动方式，可以使用被称为麦克纳姆轮(Mecanum)的全方位移动方式来代替使用两个驱动轮222的两轮速度差方式。

移动台座200的控制装置230与机械手100的控制装置150彼此通信来执行机器人系统10的控制。即，可以认为两个控制装置150、230构成执行机器人系统10的整体控制的控制装置。在其他实施方式中，可以使用执行机器人系统10的整体控制的单个控制装置。短语“机器人的控制装置”具有包括这两种构成的意思。

图2是示出收纳对象物体WK的收纳架300的说明图。收纳架300具有多个收纳空间310，每个收纳空间310可收纳一个对象物体WK。将对象物体WK称为“工件WK”。在收纳架300的正面前方的地面显示有作为停止位置基准的地面标记FM。在收纳架300显示有表示用于与其他收纳架进行区分的收纳架ID的架标记SM。对象物体WK可以放置在收纳架300以外的场所。另外，也可以在每个收纳空间310中收纳多个对象物体WK。在这种情况下，只要预先知道每个收纳空间310中的对象物体WK的位置、或者位置及姿态即可。

图3是示出机器人系统10的控制装置150、230的功能的说明图。如前述，图3所示的控制装置150、230的各部的功能可以被安装在单个控制装置中。

如图3所示，本实施方式的整体系统构成包括经由无线通信与控制装置230进行各种信息的收发的管理服务器400。管理服务器400具有管理表410，该管理表410用于管理与相对于对象物体WK的作业有关的作业信息。作业信息包括表示机器人系统10对对象物体WK进行作业的位置即作业位置的信息、以及表示对象物体WK的位置或者位置及姿态的信息。表示对象物体WK的位置的信息为例如表示地面标记FM与对象物体WK的位置关系的信息、或表示架标记SM与对象物体WK的位置关系的信息。或者，可以用世界坐标系的坐标值表示对象物体WK的位置。对象物体WK的姿态是指工件在三维坐标系中的放置方法。

机械手100的控制装置150具有通信部152、驱动控制部154以及姿态计算部156。通信部152与移动台座200的控制装置230进行通信来收发各种信息。驱动控制部154执行设于机械手100的各轴上的电动机160的驱动控制。

姿态计算部156计算机械手100对对象物体WK进行作业时的机械手100的作业姿态。计算该作业姿态为如下处理：根据机械手100的TCP(Tool Center Point：工具中心点)应采取的位置/姿态，通过逆运动学计算机械手100的各轴的位移。根据机器人系统10的位置与对象物体WK的位置、或者位置及姿态的关系来确定TCP应采取的位置/姿态。

移动台座200的控制装置230具有通信部232、驱动控制部234以及位置计算变更部236。通信部232与机械手100的控制装置150及管理服务器400进行通信来收发各种信息。驱动控制部234执行移动台座200的驱动轮222的驱动控制。

位置计算变更部236计算世界坐标系中的移动台座200的位置。另外，位置计算变更部236设定作业位置作为目标停止位置，目标停止位置是移动台座200移动后要停止的目标位置。根据需要将移动台座200的目标停止位置变更为与目标停止位置不同的新的目标停止位置，将该新的目标停止位置设定为目标停止位置。位置计算变更部236相当于“位置变更部”。在以下说明中，“移动台座200的位置”和“机器人系统10的位置”为同义词。

由管理服务器400向移动台座200的控制装置230通知机器人系统10用于对对象物体WK进行作业的移动台座200的作业位置。位置计算变更部236将通知到的作业位置设定为移动台座200的目标停止位置。控制装置230的驱动控制部234使用该目标停止位置和移动台座200的当前位置执行移动台座200的移动及停止的控制。

图4是伴随第一实施方式中的目标停止位置的再次设定而进行的作业的流程图。该处理由机器人系统10的控制装置150、230执行。在朝向机器人系统10用于对对象物体WK进行作业的目标停止位置移动之前，在移动台座200为停止的状态下开始图4的处理。

在步骤S110中，通信部230从管理服务器400获得作业信息，该作业信息包括移动台座200的作业位置、对象物体WK的位置或者位置及姿态。并且，位置计算变更部236将获得的作业位置设定为目标停止位置。在步骤S120中，姿态计算部156设定以目标停止位置为中心的停止误差范围，在该停止误差范围内的多个停止候补位置，基于从管理服务器400获得的作业信息计算机械手100相对于对象物体WK的作业姿态。这时，机器人系统10处于远离对象物体WK的位置，因而步骤S120的计算为模拟。

图5是示出以目标停止位置TP0为中心的停止误差范围ER0的说明图。停止误差范围ER0是以目标停止位置TP0为中心，且以移动台座200的停止误差Re为半径的圆形区域。停止误差Re是根据经验或实验得到的值，例如为4～6cm左右。基于由管理服务器400作为作业信息而赋予的作业位置与地面标记FM的位置关系计算目标停止位置TP0与地面标记FM的位置关系。作为停止误差范围ER0内的代表位置，选择多个停止候补位置CP01～CP04。在图5的例子中，在停止误差范围ER0的外周上等间隔地设定有四个停止候补位置CP01～CP04。若考虑移动台座200的停止误差Re，移动台座200的实际停止位置有可能成为这些停止候补位置CP01～CP04中的任意一个。其中，在步骤S120中，姿态计算部156在这些停止候补位置CP01～CP04分别计算机械手100相对于对象物体WK的作业姿态。如前述，计算该作业姿态为如下处理：根据机械手100的TCP应采取的位置/姿态，通过逆运动学计算机械手100的各轴的位移。“TCP应采取的位置/姿态”是例如在末端执行器130为把持对象物体WK的手的情况下的手把持对象物体WK的位置/姿态。需要说明的是，优选作业位置与地面标记FM一致。由此，使得机器人系统10的示教变得简单。

步骤S130中，在所有停止候补位置CP01～CP04判断机械手100是否能够采取能够控制的作业姿态。“能够控制的作业姿态”是指机械手100的末端执行器130能够到达对象物体WK，且机械手100的姿态不会成为所谓的奇异点的姿态。众所周知，奇异点是指因结构上的制约而不能控制机械手100的姿态。例如，两个以上的轴排列在一条直线上的姿态为奇异点，因为不能确定这些轴的位移。

机械手100在所有停止候补位置CP01～CP04能够采取能够控制的作业姿态的情况下，进入后述的步骤S150。另一方面，机械手100在至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态的情况下，进入步骤S140，位置计算变更部236将目标停止位置从最初的目标停止位置TP0变更为新的目标停止位置TP1。即，若步骤140结束，则将新的目标停止位置TP1作为目标停止位置。下面，有时会将目标停止位置从目标停止位置TP0变更为新的目标停止位置TP1的情况表述为“目标停止位置的变更”或者“变更目标停止位置”。

图6是示出将目标停止位置TP0变更为新的目标停止位置TP1的状态的说明图。在该例子中，判定为机械手100在以最初的目标停止位置TP0为中心的停止误差范围ER0内的一个停止候补位置CP02不能采取能够控制的作业姿态。将新的目标停止位置TP1设定成以该新的目标停止位置TP1为中心的停止误差范围ER1不包括不能采取能够控制的作业姿态的停止候补位置CP02。在该新的停止误差范围ER1内，也设定有多个停止候补位置CP11～CP14。

优选以机器人系统10更接近对象物体WK的方式进行目标停止位置的变更。目标停止位置的变更幅度可以设定为根据经验得到的优选值，或者也可以使用步骤S120中的作业姿态的计算结果来确定。例如，在作业姿态的计算结果中，在末端执行器130未到达对象物体WK的情况下，能够预测末端执行器130到达对象物体WK的位置而变更目标停止位置。变更目标停止位置时，可以变更移动台座200相对于对象物体WK的朝向。

若步骤S140中的目标停止位置的变更结束，则返回步骤S120，并且重复上述步骤S120、S130、S140。这样，姿态计算部156和位置计算变更部236重复进行作业姿态的计算和目标停止位置的变更，直至机械手100在多个停止候补位置能够采取能够控制的作业姿态为止，由此再次设定目标停止位置。

在步骤S150中，移动台座200开始朝向目标停止位置移动。在步骤S160中，移动台座200在目标停止位置停止后，姿态计算部156使用移动台座200的当前位置再次计算机械手100的作业姿态。其中，再次计算作业姿态的理由是因为停止后的移动台座200的当前位置可能会偏离目标停止位置。在该作业姿态的再次计算中，使用机器人坐标系中的对象物体WK的当前位置。

对象物体WK的当前位置、或者当前位置及姿态例如能够使用由管理服务器400赋予的对象物体WK的作业信息和两个照相机140、230中的一方的拍摄结果中的至少一方来确定。例如，当作业信息包括表示地面标记FM与对象物体WK的位置、或者位置及姿态的关系的信息时，根据利用移动台座200的照相机240拍摄的图像确定机器人坐标系中的地面标记FM的当前位置，并能够根据该地面标记FM的当前位置、或者当前位置及姿态和作业信息确定机器人坐标系中的对象物体WK的当前位置、或者当前位置及姿态。另一方面，当作业信息包括表示架标记SM与对象物体WK的位置关系的信息时，根据利用机械手100的照相机140拍摄的图像确定机器人坐标系中的架标记SM的当前位置，并能够根据该架标记SM的当前位置和作业信息确定机器人坐标系中的对象物体WK的当前位置、或者当前位置及姿态。需要说明的是，对象物体WK的当前位置、或者当前位置及姿态也可以使用其他方法来确定。例如，使用立体相机作为机械手100的照相机140，可以解析利用立体相机拍摄的对象物体WK的图像，以确定机器人坐标系中的对象物体WK的当前位置、或者当前位置及姿态。

在步骤S170中，判断再次计算得到的机械手100的作业姿态是否为能够控制的姿态。当作业姿态是能够控制的姿态时，进入步骤S180并执行作业。另一方面，当作业姿态不是能够控制的姿态时，在步骤S190中向作业人员报告错误并结束处理。报告错误使用例如控制装置150的显示部或扬声器等未图示的报告部来进行。需要说明的是，在步骤S190的处理之后，可以变更移动台座200的停止位置并返回步骤S160。

需要说明的是，在步骤S170中，在判定为在步骤S160中得到的机械手100的作业姿态不是能够控制的姿态时，推定为在步骤S140中进行的目标停止位置的变更幅度不足。在这种情况下，为了在后续作业中执行图4的处理，优选增加步骤S140中的目标停止位置的变更幅度。该变更幅度的增加量可以设定为预定的一定值，或者也可以使用移动台座200的当前位置与目标停止位置的差分来确定。移动台座200的当前位置能够以如下方式确定：例如，根据利用照相机240拍摄的图像确定机器人坐标系中的地面标记FM的位置，使用该地面标记FM的位置和表示由管理服务器400赋予的世界坐标系中的地面标记FM位置的信息来确定。

如上所述，在第一实施方式中，在以目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置，通过重复进行步骤S120～S140直至机械手100能够采取能够控制的作业姿态为止来再次设定目标停止位置。其结果，能够正确设定目标停止位置，以使机器人系统10能够在目标停止位置的停止误差范围内对对象物体WK进行作业。

B.第二实施方式

图7是伴随第二实施方式中的目标停止位置的再次设定而进行的作业的流程图。在第二实施方式中，在第一实施方式的图4的步骤S110与步骤S120之间追加步骤S115，另外，变更了图4的步骤S150的内容。其他处理和装置构成与第一实施方式相同。

在步骤S115中，移动台座200开始向在步骤S110中设定的移动台座200的目标停止位置移动，而进入步骤S120。即，在第二实施方式中，在机器人系统10的移动过程中执行基于步骤S120～S140的目标停止位置的再次设定。在这种情况下，能够在移动途中进行目标停止位置的再次设定，因此能够有效地进行作业。若基于步骤S120～S140的目标停止位置的再次设定结束，则在步骤S150a中，移动台座200继续移动至目标停止位置。步骤S160之后的步骤与第一实施方式相同。

如上所述，在第二实施方式中，在机器人系统10的移动过程中执行目标停止位置的再次设定，因此能够有效地进行作业。

C.其他实施方式

本公开不限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实现。例如，本公开可通过以下方式(aspect)实现。对于与以下所述的各方式中的技术特征对应的上述实施方式的技术特征，为解决本公开的课题的一部分或者全部，或者实现本公开的效果的一部分或者全部，可以进行适当地替换、组合。另外，若其技术特征未在本说明书说明为必不可少的特征，则可以适当地删除。

(1)根据本公开的第一方式，提供一种移动机器人的控制方法，所述移动机器人具有移动台座和搭载于所述移动台座的机械手。该控制方法包括：计算工序，使用用于对对象物体进行作业的所述移动机器人的目标停止位置、所述移动机器人的停止误差以及所述对象物体的位置，在以所述目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置计算所述移动机器人相对于所述对象物体的作业姿态；以及变更工序，当所述移动机器人在所述多个停止候补位置中的至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态时，变更所述目标停止位置。

根据该控制方法能够正确地设定目标停止位置，使得移动机器人能够在目标停止位置的误差范围内对对象物体进行作业。

(2)上述控制方法可以是，在所述变更工序中，以使在所述目标停止位置变更后的所述停止误差范围内不包括被作为不能采取所述能够控制的作业姿态的所述至少一个停止候补位置的方式来执行所述目标停止位置的变更。

根据该控制方法能够以使移动机器人能够在目标停止位置的误差范围内对对象物体进行作业的方式来变更目标停止位置。

(3)上述控制方法可以包括：再次设定工序，通过重复进行所述计算工序、变更工序直至所述移动机器人在所述多个停止候补位置能够采取所述能够控制的作业姿态为止来再次设定所述目标停止位置。

根据该控制方法能够以使移动机器人能够在目标停止位置的误差范围内对对象物体进行作业的方式来再次设定目标停止位置。

(4)在上述控制方法中，在所述移动机器人朝向所述对象物体的位置移动的途中执行所述计算工序、变更工序、再次设定工序。

根据该控制方法，由于能够在移动过程中再次设定目标停止位置，因此能够有效地进行作业。

(5)根据本公开的第二方式，提供一种控制移动机器人的控制装置，所述移动机器人具有移动台座和搭载于所述移动台座的机械手。该控制装置具备：姿态计算部，使用用于对对象物体进行作业的所述移动机器人的目标停止位置、停止所述移动机器人的移动时的停止误差以及所述对象物体的位置，在以所述目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置计算所述移动机器人相对于所述对象物体的作业姿态；以及位置变更部，当所述移动机器人在所述多个停止候补位置中的至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态时，变更所述目标停止位置。

根据该控制装置能够正确地设定目标停止位置，使得移动机器人能够在目标停止位置的误差范围内对对象物体进行作业。

(6)根据本公开的第三方式，提供一种机器人系统，具备：移动机器人，具有移动台座和搭载于所述移动台座的机械手；以及控制装置，控制所述移动机器人。所述控制装置具备：姿态计算部，使用用于对对象物体进行作业的所述移动机器人的目标停止位置、停止所述移动机器人的移动时的停止误差以及所述对象物体的位置，在以所述目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置计算所述移动机器人相对于所述对象物体的作业姿态；以及位置变更部，当所述移动机器人在所述多个停止候补位置中的至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态时，变更所述目标停止位置。

根据该机器人系统能够正确地设定目标停止位置，使得移动机器人能够在目标停止位置的误差范围内对对象物体进行作业。

Claims (5)

1.一种移动机器人的控制方法，其特征在于，所述移动机器人具有移动台座和搭载于所述移动台座的机械手，

所述移动机器人的控制方法包括：

计算工序，使用用于对对象物体进行作业的所述移动机器人的目标停止位置、所述移动机器人的停止误差以及所述对象物体的位置，在以所述目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置计算所述移动机器人相对于所述对象物体的作业姿态；以及

变更工序，当所述移动机器人在所述多个停止候补位置中的至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态时，变更所述目标停止位置，

在所述变更工序中，以使在所述目标停止位置变更后的所述停止误差范围内不包括被作为不能采取所述能够控制的作业姿态的所述至少一个停止候补位置的方式来执行所述目标停止位置的变更。

2.根据权利要求1所述的移动机器人的控制方法，其特征在于，包括：

再次设定工序，通过重复进行所述计算工序、变更工序直至所述移动机器人在所述多个停止候补位置能够采取所述能够控制的作业姿态为止来再次设定所述目标停止位置。

3.根据权利要求1所述的移动机器人的控制方法，其特征在于，

在所述移动机器人朝向所述对象物体的位置移动的途中执行所述计算工序、变更工序。

4.一种控制装置，其特征在于，控制移动机器人，所述移动机器人具有移动台座和搭载于所述移动台座的机械手，所述控制装置具备：

姿态计算部，使用用于对对象物体进行作业的所述移动机器人的目标停止位置、停止所述移动机器人的移动时的停止误差以及所述对象物体的位置，在以所述目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置计算所述移动机器人相对于所述对象物体的作业姿态；以及

位置变更部，当所述移动机器人在所述多个停止候补位置中的至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态时，变更所述目标停止位置。

5.一种机器人系统，其特征在于，具备：

移动机器人，具有移动台座和搭载于所述移动台座的机械手；以及

控制装置，控制所述移动机器人，

所述控制装置具备：

姿态计算部，使用用于对对象物体进行作业的所述移动机器人的目标停止位置、停止所述移动机器人的移动时的停止误差以及所述对象物体的位置，在以所述目标停止位置为中心的停止误差范围内的多个停止候补位置计算所述移动机器人相对于所述对象物体的作业姿态；以及

位置变更部，当所述移动机器人在所述多个停止候补位置中的至少一个停止候补位置不能采取能够控制的作业姿态时，变更所述目标停止位置。