CN113195178A - 用于管理机器人手臂的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了用于管理机器人手臂(150)的方法。在该方法中，在机器人手臂沿机器人手臂的轴(130，140)运动期间，接收由被安装在机器人手臂的框架(312)处的传感器(310)采集的信号。检测接收的信号(330，360)的强度中的变化，其中该变化由被安装在机器人手臂处的参考标记(320)的位置和传感器的位置之间的偏移所引起。基于检测的变化，确定机器人手臂的轴的原点。此外，提供了用于管理机器人手臂的装置、用于管理机器人手臂的系统、计算机可读介质、机器人系统和机器人管理系统。可以在无需专用校准工具的情况下，以简单并且有效的方式确定机器人手臂的轴的原点，并且继而可以基于该原点来准确地校准机器人手臂。

Description

用于管理机器人手臂的方法和装置

技术领域

本公开的示例性实施方式总体上涉及机器人系统，并且更具体地，涉及用于管理机器人系统中的机器人手臂的方法、装置、系统和计算机可读介质。

背景技术

随着计算机和自动控制的发展，机器人系统已被广泛用于在制造业中处理不同类型的对象。通常，机器人系统可以具有多个机械式机器人手臂，其中的每个机器人手臂可以在各自的预定范围内移动。为了使得机器人系统精确地对对象执行操作(诸如，抓取对象、测量对象的尺寸、将对象切割至预定形状，等等)，应当校准机器人手臂。

已经提出了用于校准机器人手臂的多种方案。然而，传统的校准过程需要专用的校准工具。因此，期望以更为有效和方便的方式来管理机器人手臂。

公开内容

本公开的示例性实施方式提供了用于管理机器人手臂的方案。

在第一方面中，本公开的示例性实施方式提供了一种用于管理机器人手臂的方法。该方法包括：在机器人手臂沿机器人手臂的轴运动期间，接收由被安装在机器人手臂的框架处的传感器采集的信号；检测接收的信号的强度中的变化，变化由被安装在机器人手臂处的参考标记的位置和传感器的位置之间的偏移所引起；以及基于检测的变化，确定机器人手臂的轴的原点。利用这些实施方式，可以在无需向机器人手臂装配专用校准工具的情况下，以简单并且有效的方式确定机器人手臂的轴的原点。此外，由于无需校准工具，可以消除在安装和移除校准工具中导致的潜在误差。

在本公开的一些实现方式中，检测信号的强度中的变化包括：检测信号的强度中的波动的中心和极值中的任一项。传感器的输出信号可以是离散信号或者连续信号。如果信号是离散信号，由传感器采集的信号的曲线在机器人手臂移动期间通常显示对称模式，并且波动中心处的强度可以指示信号中的较大变化。由此，波动中心处的强度可以反映机器人手臂的典型位置。备选地，如果信号是连续信号，则波动的极值(诸如，最大值或最小值)可以指示强度中的最大变化。因此，波动的极值处的强度可以反映机器人手臂的典型位置。由此，这些实施方式为选择传感器类型提供了灵活的方式。

在本公开的一些实现方式中，确定轴的原点还包括：基于波动的中心和极值中的任一项，确定机器人手臂在轴中的位置，当机器人手臂移动至确定的位置时，信号的强度达到对应于波动的中心和极值中的任一项的值；以及将确定的位置识别为轴的原点。在本公开的一些实现方式中，确定轴的原点还包括：基于波动的极值，确定机器人手臂在轴中的位置，当机器人手臂移动至确定的位置时，信号的强度达到对应于波动的极值的值；以及将确定的位置识别为轴的原点。利用这些实施方式，当机器人手臂移动至对应于波动的中心或者极值的位置时的典型位置可以被确定为原点。该典型位置在机器人手臂的移动期间不会改变，因而可以被用作用于校准机器人手臂的原点。

在本公开的一些实现方式中，该方法还包括：使得机器人手臂沿轴移动。一旦机器人系统进入校准模式，可以使得机器人手臂沿轴自动移动，并且可以在无需任何人工控制的情况下自动确定原点。利用这些实施方式，在机器人系统被设置为校准模式之后，确定原点可以以自动方式实现。

在本公开的一些实现方式中，传感器包括用于朝向参考标记和机器人手臂发射波束的有源传感器；以及参考标记和机器人手臂针对从传感器发射的波束提供不同的反射率。在本公开的一些实现方式中，传感器包括无源传感器；以及参考标记包括用于生成将要由传感器采集的信号的信号源。利用这些实现方式，可以在机器人系统中安装各种类型的传感器，并且由此可以根据机器人手臂的特定类型来提供更为方便的方式用于选择传感器类型。

在本公开的一些实现方式中，参考标记被安装在机器人手臂的机械停止件处。由于机器人手臂的机械停止件被夹持在机器人手臂的末端并且对机器人手臂的运动提供范围限制，将参考标记安装在机械停止件不会影响机器人手臂的正常运动。进一步，机械停止件可以为在机器人手臂处安装参考标记提供更大的空间。

在本公开的一些实现方式中，该方法还包括基于确定的原点来校准机器人手臂的轴。利用这些实现方式，可以在无需任何校准工具的情况下容易地校准机器人手臂，并且全部校准过程可以在无需复杂人工交互的情况下自动实现。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂的轴包括以下任一项：机器人手臂的运动轴的轴；或者机器人手臂的旋转轴的轴。利用这些实施方式，机器人手臂的多个轴可以根据他们对应的原点来校准。进一步，各个轴的原点可以被独立地确定。附加地和/或备选地，可以首先确定一个轴的原点然后基于确定的原点校准该机器人手臂的该轴。继而，可以确定另一轴的原点以便用于进一步校准。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂的轴包括机器人手臂的运动轴的轴和机器人手臂的旋转轴的轴中的一个轴。该方法还包括：在机器人手臂沿机器人手臂的另一轴运动期间，接收由传感器采集的另一信号；检测另一信号的强度中的另一变化；以及基于另一变化，确定机器人手臂的另一轴的原点。利用这些实施方式，在确定另一轴的另一原点期间，由于一个轴已经被校准，该轴中的误差已经被去除，由此另一轴可以以更加精确和有效的方式被校准。

在第二方面中，本公开的示例性实现方式提供了一种用于管理机器人手臂的装置。该装置包括：接收单元，被配置用以在机器人手臂沿机器人手臂的轴运动期间，接收由被安装在机器人手臂的框架处的传感器采集的信号；检测单元，被配置用以检测接收的信号的强度中的变化，变化由被安装在机器人手臂处的参考标记的位置和传感器的位置之间的偏移所引起；以及确定单元，被配置用以基于所检测的变化，确定机器人手臂的轴的原点。

在本公开的一些实现方式中，检测单元包括：波动检测单元，被配置用以检测信号的强度中的波动的中心和极值中的任一项。

在本公开的一些实现方式中，确定单元包括：位置确定单元，被配置用以基于波动的中心和极值中的任一项，确定机器人手臂在轴中的位置，当机器人手臂移动至确定的位置时，信号的强度达到对应于波动的中心和极值中的任一项的值；以及识别单元，被配置用以将确定的位置识别为轴的原点。

在本公开的一些实现方式中，该装置还包括：驱动单元，被配置用以使得机器人手臂沿轴移动。

在本公开的一些实现方式中，传感器包括用于朝向参考标记和机器人手臂发射波束的有源传感器；以及参考标记和机器人手臂针对从传感器发射的波束提供不同的反射率。

在本公开的一些实现方式中，传感器包括无源传感器；以及参考标记包括用于生成将要由传感器采集的信号的信号源。

在本公开的一些实现方式中，参考标记被安装在机器人手臂的机械停止件处。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂的轴包括以下任一项：机器人手臂的运动轴的轴；或者机器人手臂的旋转轴的轴。

在本公开的一些实现方式中，该装置还包括：校准单元，被配置用以基于确定的原点来校准机器人手臂的轴。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂的轴包括机器人手臂的运动轴的轴和机器人手臂的旋转轴的轴中的一个轴，以及接收单元还被配置用以在机器人手臂沿机器人手臂的另一轴运动期间，接收由传感器采集的另一信号；检测单元还被配置用以检测另一信号的强度中的另一变化；以及确定单元还被配置用以基于另一变化，确定机器人手臂的另一轴的原点。

在第三方面中，本公开的实现方式提供了一种用于管理机器人手臂的系统。该系统包括：耦合至计算机可读存储器单元的计算机处理器，存储器单元包括指令，当由计算机处理器运行时指令实现根据本公开的第一方面的方法。

在第四方面中，本公开的实现方式提供了一种计算机可读介质，其上存储有指令，当由至少一个处理器运行时指令使得至少一个处理器执行根据本公开的第一方面的方法。

在第五方面中，本公开的实现方式提供了一种机器人系统。该机器人系统包括：机器人手臂，被配置以沿机器人手臂的轴移动；参考标记，被安装在机器人手臂处；传感器，被安装在机器人手臂的框架处并且被配置以采集信号，信号在强度中存在变化，变化是在机器人手臂沿机器人手臂的轴移动期间由参考标记和传感器的位置之间的偏移所引起。

在本公开的一些实现方式中，传感器包括用于朝向参考标记和机器人手臂发射波束的有源传感器；以及参考标记和机器人手臂针对从传感器发射的波束提供不同的反射率。

在本公开的一些实现方式中，传感器包括无源传感器；以及参考标记包括用于生成将要由传感器采集的信号的信号源。

在本公开的一些实现方式中，参考标记被安装在机器人手臂的机械停止件处。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂的轴包括以下任一项：机器人手臂的运动轴的轴；或者机器人手臂的旋转轴的轴。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂被使得沿轴移动。

在本公开的一些实现方式中，强度中的变化用于确定机器人手臂的原点。

在本公开的一些实现方式中，变化包括信号的强度中的波动，以及机器人手臂在轴中的对应于波动的中心和极值中的任一项的位置被确定为原点，当机器人手臂移动至位置时，信号的强度达到对应于波动的中心和极值中的任一项的值。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂基于机器人手臂的原点被校准。

在第六方面中，本公开的实施方式提供了一种机器人管理系统，包括：根据本公开的第五方面的机器人系统；以及用于根据本公开的第二方面的用于管理机器人系统的装置。

附图说明

图1示出了包括(一个或多个)机器人手臂的机器人系统；

图2示出了其中可以实现本公开的实现方式的机器人系统的示意图；

图3示出了根据本公开的实施方式的用于管理机器人手臂的示意图；

图4示出了根据本公开的实施方式的用于管理机器人手臂的方法的流程图；

图5示出了根据本公开的实施方式的安装有传感器和参考标记的机器人系统的侧视图；

图6A和6B示出了根据本公开的实施方式的、其中机器人手臂分别沿机器人系统的第三轴移动到不同位置的示意图；

图6C示出了根据本公开实施方式的在机器人手臂沿第三轴运动期间由传感器采集的信号的曲线的示意图；

图7A和7B示出了根据本公开的实施方式的、其中机器人系统的机器人手臂沿第四轴分别移动到不同位置的示意图；

图7C示出了根据本公开实施方式的在机器人手臂沿第四轴运动期间由传感器采集的信号的曲线的示意图；

图8A和8B示出了根据本公开的实施方式的安装有无源传感器的机器人系统的顶视图，其中机器人手臂沿机器人系统的第四轴移动到不同的位置；

图9A和9B示出了根据本公开的实施方式的安装有有源传感器的机器人系统的顶视图，其中机器人手臂沿机器人系统的第四轴移动到不同的位置；

图10示出了根据本公开的实施方式的用于管理机器人手臂的装置的示意图；以及

图11示出了根据本公开的实施方式的用于管理机器人手臂的系统的示意图。

在所有附图中，相同或相似的附图标记用于指示相同或相似的元件。

具体实施方式

现在将参考附图中示出的多个示例性实施方式来描述本公开的原理。尽管在附图中示出了本公开的示例性实施方式，但是应当理解，描述的实施方式仅仅是为了帮助本领域技术人员更好地理解并且从而实现本公开，而并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

出于说明的目的，将参见图1来提供其中可以实现本公开的实现方式的环境的一般描述。图1示出了包括(一个或多个)机器人手臂的机器人系统100的示意图。在图1中，机器人系统100可以是选择顺应性装配机器人手臂(SCARA)的机器人系统，并且可以包括多个机器人手臂。在这些机器人手臂中，机器人手臂150可以是其上装配有加工工具的末端手臂。在机器人手臂150的操作期间，加工工具可以被固定到机器人手臂150的末端，以处理将要由机器人系统100制造的对象。机器人手臂150的位置在处理之前应该被校准。如图1所示，机器人手臂150的运动可以涉及机器人系统100的两个轴：轴130，机器人手臂150可以沿其垂直移动；以及轴140，机器人手臂150可以围绕其旋转。

在SCARA机器人系统中，轴130可以被称为第三轴，而轴140可以被称为第四轴。这些轴130和140中的每一个可以具有它们自己的本地坐标系，并且该本地坐标系可以基于对应的转换矩阵被转换至世界坐标系110。尽管本公开以SCARA机器人系统为示例描述用于管理机器人手臂的实施方式，但是只要需要确定机器人手臂的原点，可以在任何类型的机器人系统中实施这些实施方式。

已经提出了用于管理机器人手臂的方案。根据一个方案，专用校准工具120可以被固定到机器人手臂150的末端，然后机器人手臂150的轴130和轴140可以在校准工具120的协助下被校准。然而，如果加工工具已经被装配到机器人手臂150，校准过程可以涉及移除和安装加工工具和校准工具120的多个步骤。一方面，该过程需要专业工程师的手动工作。另一方面，频繁的移除和安装步骤可能引入组装误差。因此，期望提供以更为简单和方便的方式来管理管理机器人手臂的方案。

为了至少部分解决上述和其他潜在问题，根据本公开的实施方式，公开了一种用于管理机器人手臂的新的方案。图2示出了其中可以实现本公开的实施方式的机器人系统200的示意图。在图2中，机器人系统200可以包括机器人手臂210、机器人手臂220和机器人手臂150，其中机器人手臂210被连接到机器人系统200的基座并且机器人手臂220被连接到机器人手臂210。如图所示，机器人手臂210可以围绕机器人系统200的基座中的轴212旋转，并且机器人手臂220可围绕机器人手臂210中的轴222旋转。此外，加工工具240可以被安装到机器人手臂150。尽管在图2中示出了三个机器人手臂，机器人系统200可以安装有更多或者更少的手臂。根据本公开的实施方式，可以在不移除加工工具240的情况下管理机器人手臂150。

将参照图3来提供对实施方式总体描述。图3示出了根据本公开的实施方式的用于管理机器人手臂150的示意图300。为了简单起见，图3仅示出了机器人系统200的一部分，并且省略了机器人系统200的无关部分。图3的左侧示出了机器人手臂150可以沿轴130竖直地移动并且围绕轴140旋转。在本公开的实施方式中，传感器310可以被安装在机器人手臂150的框架312处，并且参考标记320可以被安装在机器人手臂150处。例如，参考标记320可以被装配到机器人手臂150的机械停止件322。备选地，参考标记320可直接被装配在机器人手臂150处。图3的右侧示出了在机器人手臂150的运动期间由传感器310采集的信号的曲线。在此，水平轴表示机器人手臂150的位置，并且垂直轴表示所采集的信号的强度。

基于以上，可以提供用于管理机器人手臂150的新方法。在该方法中，在机器人手臂150沿轴运动期间，可以接收由装配在机器人手臂150的框架312处的传感器310采集的信号330。可以从信号330中检测所接收的信号的强度变化330，这里的变化是由安装在机器人手臂150处的参考标记320的位置和传感器310的位置之间的偏移引起的。可以基于检测到的变化来确定机器人手臂150的轴的原点。在本公开的一些实施方式中，所采集的信号可以是如图3中的信号330所示离散信号。在一些实施方式中，所采集的信号可以是如以虚线示出的信号360的连续信号，。

利用这些实施方式，上述所有步骤可以在无需技术工程师手动工作的情况下自动执行。在不需要向机器人手臂150安装专用校准工具120的情况下，可以以容易和有效的方式来确定机器人手臂的轴的原点。此外，由于不需要校准工具，可以消除在安装和移除校准工具120期间造成的潜在误差。相比于用于利用校准工具120来校准机器人手臂150的传统方案，当利用根据本公开的实施方式来校准机器人手臂150时，不需要从机器人手臂150的末端移除加工工具240。

在下文中，可以参考图4至图11提供本公开的实施方式的细节。参见图4，其示出了根据本公开的实施方式用于管理机器人手臂150的方法400的流程图。在图4的框410处，在机器人手臂150沿机器人手臂150的轴(如轴130或140)移动期间，接收由安装在机器人手臂的150的框架312处的传感器310采集的信号330。将参考图5描述用于安装传感器310和参考标记320的位置。图5示出了根据本公开的实施方式的安装有传感器310和参考标记320的机器人系统200的侧视图500。如图5所示，传感器310可以被固定到机器人手臂150的框架312。在此，框架312可以是机器人手臂220的一部分，机器人手臂150被连接至该部分，并且因此传感器310和框架312的相对位置在在机器人手臂150的运动期间保持不变。

在本公开的一些实施方式中，传感器310可以包括各种类型的传感器。在一个示例中，可以采用有源传感器。有源传感器可以朝向参考标记320和机器人手臂150发射波束，并且采集来自参考标记320和机器人手臂150的反射信号。参考标记320和机器人手臂150可具有不同形状，使得它们对从传感器310发射的波束提供不同的反射率。有源传感器可以包括光电传感器、雷达传感器等。在一些实施方式中，波束可以是任何类型的波束，包括但不限于声波、光波和无线电波。

在本公开的一些实施方式中，传感器310可以包括无源传感器。在此无源传感器不发射波束，而是无源传感器仅接收来自参考标记的信号320。在这些实施方式中，无源传感器用作信号源，用于生成将由传感器310采集的信号。无源传感器可以包括用于从磁源接收磁信号的磁性传感器，或者用于接收诸如热信号和光信号的其他类型信号的其他类型的传感器。利用这些实施方式，各种类型的传感器可以被安装在机器人系统中，因此它可以提供非常方便的方式以便根据机器人手臂150的特定类型来选择传感器310。

在本公开的一些实施方式中，参考标记320可以直接安装在机器人手臂150上。尽管参考标记320可以缩短机器人手臂150的可达行程长度，这些实施方式可以提供简单并且有效的方法来确定机器人手臂150的原点。

在本公开的一些实施方式中，参考标记320可以被安装在机器人手臂150的机械停止件322处。在此，机器人手臂150的机械停止件322可以是在机器人手臂150的末端被夹紧的机械部件，用于提供对机器人手臂150的运动提供范围限制。利用这些实施方式，通过将参考标记320安装在机械停止件322处，参考标记320可以不影响机器人手臂150的正常运动。此外，机器人手臂150通常是由滚珠丝杠实现，并且将参考标记320安装在机械停止件322处不会影响机器人手臂150的行程长度。

在本公开的一些实施方式中，机器人手臂150的轴可以包括以下任一项：机器人手臂150的运动轴的轴130；或机器人手臂150的旋转轴的轴140。利用这些实施方式，可以根据相应的原点来校准机器人手臂150的多个轴。在此，可以单独确定各个轴的原点，这可以为确定原点提供方便的方式。备选地，可以首先确定一个轴的原点，继而可以校准机器人手臂150的该轴。然后，可以确定另一轴的原点从而进一步校准另一轴。

在本公开的一些实施方式中，方法400可以进一步包括使得机器人手臂150沿轴移动。利用这些实施方式，可以在将机器人系统200设置为校准模式之后以自动的方式来执行校准。一旦机器人系统200进入校准模式，就可以使机器人手臂150在无需任何进一步人工控制的情况下自动沿轴移动。

在一些实施方式中，校准模式可以在机器人系统200被加电时触发。在一些实施方式中，校准模式可以是一个独立模式，并且可以由正在操作机器人系统200的技术工程师来触发。附加地和/或备选地，该校准模式可以在其他情况下触发。在校准模式中，机器人手臂150可以被手动移动到机器人手臂150的移动范围内的预定范围。继而，通过将机器人手臂150移动到预定范围内，可以采集波动中心附近的信号330并且可确定轴的原点。利用这些实施方式，可以以快速有效的方式确定原点。

备选地，为了校准机器人手臂150，机器人手臂150在机器人手臂150的整个运动范围内移动以便用于确定原点。在这些实施方式中，尽管需要更多时间达到波动中心附近的信号330，但是整个校准过程不涉及技术工程师的任何手动交互，因此提供了一种全自动校准方案。

在图4的框420处，可以确定所接收的信号的强度330的变化。在此，该变化可以由安装在机器人手臂150处的参考标记320的位置和传感器310的位置之间的偏移引起。返回参见图3中的信号330，信号330的强度根据机器人手臂150的位置而变化。对于离散信号330，在位置332处强度从最小值改变到最大值变化，并且在位置334处，强度从最大值改变到最小值变化。此时，位置332和334之间的部分可以被确定为变化。

在本公开的一些实施方式中，可以确定信号330的强度的波动的中心和极值中的任何一个。在本公开的上下文中，方波形式的信号330可以指示离散信号的波动；并且曲线形式的信号360的极值可以指示连续信号的波动。为了简单起见，本公开将采用方波的波峰作为波动的示例来描述实施方式的细节。用于确定方波的波谷的中心、曲线中的波峰的最大值、以及曲线中的波谷的最小值的全部步骤，都类似于处理方波的波峰的步骤。

如图3所示，波峰出现在位置332和334之间，然后波峰的中心340可以从方波中被确定。利用这些实施方式中，由于在机器人手臂150的运动期间由传感器采集的信号330通常显示对称模式，在波峰的中心340处的强度340可以指示强度中的较大变化。因此，基于波峰的中心340确定的原点可以是较为准确的点。

参照图4的框430，可以基于检测到的变化来确定机器人手臂150的轴的原点。将再次参考图3来提供有关如何确定原点的详细信息。在图3中，为了确定原点，可以从信号330的曲线中确定对应于中心340的位置350。当机器人手臂150移动至位置350，信号330的强度达到对应于波峰的中心340的值。此时，确定的位置350可以被识别为轴的原点。利用这些实施方式，可以将当机器人手臂150移动到与波峰的中心340相对应的位置时的位置350确定为原点。位置350可以准确地反映机器人手臂150的运动的极点。

对于由离散值表示的方波信号330，位置350可以是位置332和334的中心。参考由连续值表示的连续信号360，因为在传感器310的操作期间连续信号360可能受到噪声的影响，信号360可能不显示精确的对称模式。此时，可以基于连续信号360中的极值来确定原点。

在下文中，将参见图6A，6B和6C描述关于如何确定轴130中的原点的更多细节。图6A和6B示出了其中机器人手臂150分别位于轴130中的不同位置的示意图600A和600B，并且图6C示出了根据本公开实施方式的在机器人手臂沿第三轴运动期间由传感器采集的信号的曲线的示意图600C。

在图6A中，机器人手臂150从底部向顶部沿轴130移动。当参考标记320位于垂直位置610A时，基于参考标记320相对远离传感器310的事实，所采集信号的330的强度在位置610A指示最小值。在机器人手臂150从底部向顶部的运动期间，所采集信号330的强度增加。图6B示出了当参考标记320位于垂直位置610B的情况。此时，参考标记320和传感器310处于相同的水平高度，并且参考标记320最接近传感器310。因此，所采集信号330的强度在位置610B指示最大值。在图6C中，位置610B对应于曲线中波峰的中心610C，然后位置610B可以被识别为轴130的原点。

在下文中，将参考图7A，7B和7C来描述有关如何在轴140中确定原点的细节。图7A和7B示出了其中机器人手臂150分别位于轴140中的不同的位置的示意图，并且图7C示出了在机器人手臂150移动期间由传感器采集的信号的曲线的示意图。

图7A和图7B是机器人系统200的顶视图700A和700，其中传感器310位于机器人手臂150的框架312处，并且参考标记320位于机器人手臂150处。机器人手臂150围绕轴140顺时针旋转。当参考标记320位于位置710A(由参考标记320、机器人手臂150的轴心、以及传感器310的位置所定义的角度710表示)时，由于参考标记320远离传感器310的事实，所采集信号的强度330在位置710A表示最小值。

在机器人手臂150顺时针旋转期间，所采集信号的强度增加。图7B示出了当参考标记320位于的位置710B处的情况。此时，上述角减小到零、并且参考标记320和传感器310在相同的方向中、并且参考标记320最接近于传感器310。因此，所采集信号的强度在该位置710B指示最大值。在图7C中，位置710B对应于曲线中的波峰的中心710C，然后位置710B可以被识别为轴140的原点。

如以上段落中所提到的，可以采用多种类型的传感器310，在下文中，将参考图8A和图8B来描述如何通过使用诸如磁性传感器的无源传感器来确定原点。图8A和图8B示出了安装有无源传感器的机器人系统200的顶视图800A和800B，并且在图8A和图8B中机器人手臂150移动到机器人系统200的轴140中的不同位置。在这些图中，传感器310可以是磁性传感器，而参考标记320可以是磁源。如图8A所示，当参考标记320远离传感器310定位时，所采集信号330可以表示最小值。如图8B所示，当参考标记320靠近传感器310定位时，所采集信号330可以表示最大值。此时，如图8B所示的机器人手臂150的位置可以被确定为轴140的原点。

在下文中，将参考图9A和9B描述如何通过使用有源传感器(诸如，光电传感器)来确定原点。图9A和图9B分别示出了安装有有源传感器的机器人系统的200的顶视图900A和900B，并且机器人手臂150分别移动到机器人系统200的轴140的不同位置。在这些图中，传感器310可以是光电传感器，并且参考标记320可以被成形为与机器人手臂150不同的形状。

在图9A和图9B中，机械停止件322可被成形以在机械停止件322的圆柱体中形成平面920。在此，平面920可以用作参考标记320。如图9A所示，当平面920远离传感器310定位时，从传感器310发射的波束被机械停止件322的圆柱体反射，所采集的信号330可以指示较大的值。如图9B所示，当平面920平行于从传感器310发射的波束定位时，波束通过长的距离并且所采集信号330可以变化至小的值。在这些实施方式中，在运动期间曲线示出了波谷。此时，如图9B所示的机器人手臂150的位置可以被确定为轴140的原点。

在本公开的一些实施方式中，一旦确定了原点，就可以基于所确定的原点来校准机器人手臂150的轴。利用这些实施方式，可以在无需任何校准工具的情况下容易地对机器人手臂150进行校准，并且全部校准过程可以由执行可编程指令的处理器来实现。

在本公开的一些实施方式中，可以独立地确定轴130和140的原点。可以首先确定轴130和140中的任何一个轴的原点，然后可以确定另一轴的原点。在本公开的一些实施方式中，可以首先确定一个轴的原点并且可以校准机器人手臂150的该轴。然后，可以基于本公开的方法400确定另一轴的原点。利用这些实施方式，由于在确定另一轴的另一原点期间已经校准了该轴，因此在进一步校准期间已经消除了该轴中的误差。因此，可以以更为准确和有效的方式校准另一个轴。

在本公开的一些实现方式中，提供了一种用于管理机器人手臂150的装置1000。图10示出了根据本公开的实施方式的用于管理机器人手臂的装置1000的示意图。如图10所示，该装置1000包括：接收单元1010，被配置用以在机器人手臂150沿机器人手臂150的轴运动期间，接收由被安装在机器人手臂的框架处的传感器采集的信号330；检测单元1020，被配置用以检测接收的信号的强度中的变化，变化由被安装在机器人手臂处的参考标记的位置和传感器的位置之间的偏移所引起；以及确定单元1030，被配置用以基于检测的变化，确定机器人手臂的轴的原点。

在本公开的一些实现方式中，检测单元1020包括：波动检测单元，被配置用以检测信号的强度中的波动的中心和极值中的任一项。

在本公开的一些实现方式中，确定单元1020包括：位置确定单元，被配置用以基于波动的中心和极值中的任一项，确定机器人手臂在轴中的位置，当机器人手臂移动至确定的位置时，信号的强度达到对应于波动的中心和极值中的任一项的值；以及识别单元，被配置用以将确定的位置识别为轴的原点。

在本公开的一些实现方式中，该装置1000还包括：驱动单元，被配置用以使得机器人手臂沿轴移动。

在本公开的一些实现方式中，传感器包括用于朝向参考标记和机器人手臂发射波束的有源传感器；以及参考标记和机器人手臂针对从传感器发射的波束提供不同的反射率。

在本公开的一些实现方式中，传感器包括无源传感器；以及参考标记包括用于生成将要由传感器采集的信号的信号源。

在本公开的一些实现方式中，参考标记被安装在机器人手臂的机械停止件处。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂的轴包括以下任一项：机器人手臂的运动轴的轴；或者机器人手臂的旋转轴的轴。

在本公开的一些实现方式中，该装置1000还包括：校准单元，被配置用以基于确定的原点来校准机器人手臂的轴。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂的轴包括机器人手臂的运动轴的轴和机器人手臂的旋转轴的轴中的一个轴。接收单元1010还被配置用以在机器人手臂沿机器人手臂的另一轴运动期间，接收由传感器采集的另一信号；检测单元1020还被配置用以检测另一信号的强度中的另一变化；以及确定单元1030还被配置用以基于另一变化，确定机器人手臂的另一轴的原点。

在本公开的一些实现方式中，提供了一种用于管理机器人手臂的系统1100。图11示出了根据本公开的实施方式的用于管理机器人手臂的系统1100的示意图。如图11所示，系统1100包括：耦合至计算机可读存储器单元1120的计算机处理器1110，并且存储器单元1120包括指令1122。当由计算机处理器1110运行时指令1122可以实现根据上述段落描述的用于管理机器人手臂的方法，并且在下文中将省略细节。

在本公开的一些实现方式中，提供了一种用于管理机器人手臂的计算机可读介质。该计算机可读介质上存储有指令，并且当由至少一个处理器运行时指令使得至少一个处理器执行上述段落描述的用于管理机器人手臂的方法，并且在下文中将省略细节。

在本公开的一些实现方式中，提供了一种机器人系统200。该机器人系统200包括：机器人手臂，被配置以沿着机器人手臂的轴移动；参考标记，被安装在机器人手臂处；传感器，被安装在机器人手臂的框架处并且被配置以采集信号，信号在强度中具有变化，变化是在机器人手臂沿机器人手臂的轴移动期间由参考标记和传感器的位置之间的偏移所引起。

在本公开的一些实现方式中，传感器包括用于朝向参考标记和机器人手臂发射波束的有源传感器；以及参考标记和机器人手臂针对从传感器发射的波束提供不同的反射率。

在本公开的一些实现方式中，传感器包括无源传感器；以及参考标记包括用于生成将要由传感器采集的信号的信号源。

在本公开的一些实现方式中，参考标记被安装在机器人手臂的机械停止件处。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂的轴包括以下任一项：机器人手臂的运动轴的轴；或者机器人手臂的旋转轴的轴。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂被使得沿轴移动。

在本公开的一些实现方式中，强度中的变化用于确定机器人手臂的原点。

在本公开的一些实现方式中，变化包括信号的强度中的波动，以及机器人手臂在轴中的对应于波动的中心和极值中的任一项的位置被确定为是原点，当机器人手臂移动至该位置时，信号的强度达到对应于波动的中心和极值中的任一项的值。

在本公开的一些实现方式中，机器人手臂基于机器人手臂的原点被校准。

在本公开的一些实现方式中，提供了一种机器人管理系统，包括：根据本公开的机器人系统；以及用于根据本公开管理机器人系统的装置。

一般地，本公开内容的各种实施方式可以在硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合中实现。一些方面可以在硬件中实现，而其他方面可以在固件或软件中实现，固件或软件可以由控制器、微处理器或其他计算设备运行。虽然本公开内容的实施方式的各个方面被图示和描述为框图、流程图，或者使用一些其他图形表示来图示和描述，但是将可以理解的是，作为非限制性示例，本文描述的框、装置、系统、技术或方法可以在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或者其他计算设备，或者其某些组合中实现。

本公开内容还提供了有形地存储在非暂时性计算机可读存储介质上的至少一个计算机程序产品。计算机程序产品包括计算机可执行指令，诸如包括在程序模块中的那些，在目标真实或虚拟处理器上的设备中运行，以实现上文参考图4描述的过程或方法。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、库、对象、类、组件、数据结构等。在各种实施方式中所期望的是，程序模块的功能性可以在程序模块之间组合或分离。用于程序模块的机器可执行指令可以在本地或分布式设备内运行。在分布式设备中，程序模块可以位于本地和远程存储介质二者中。

用于实现本公开内容的方法的程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，以使得程序代码在由处理器或控制器运行时，使得流程图和/或框图中指定的功能/操作得以实现。程序代码可以整体在机器上运行，部分在机器上运行，作为独立软件包运行，部分在机器上并且部分在远程机器上运行，或者整体在远程机器或服务器上运行。

以上程序代码可以体现在机器可读介质上，该机器可读介质可以是可以包含或存储供指令运行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何有形介质。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读存储介质。机器可读介质可以包括但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任何适当组合。机器可读存储介质的更具体示例将包括具有一条或多条线路的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备或前述的任何适当组合。

另外，虽然以特定顺序描绘了操作，但是不应将其理解为要求以所示出的特定顺序或以连续的顺序执行此类操作，或者执行所有图示的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然以上讨论中包含若干具体实现细节，但是这些不应被解释为对本公开内容的范围的限制，而应被解释为对特定实施方式而言特定的特征的描述。在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实现。另一方面，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何适当的子组合在多个实施方式中实现。

虽然已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作被公开作为实现权利要求的示例形式。

Claims (32)

1.一种用于管理机器人手臂的方法，包括：

在所述机器人手臂沿所述机器人手臂的轴运动期间，接收由被安装在所述机器人手臂的框架处的传感器采集的信号；

检测接收的所述信号的强度中的变化，所述变化由被安装在所述机器人手臂处的参考标记的位置和所述传感器的位置之间的偏移所引起；以及

基于检测的所述变化，确定所述机器人手臂的所述轴的原点。

2.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述信号的所述强度中的所述变化包括：

检测所述信号的所述强度中的波动的中心和极值中的任一项。

3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述轴的所述原点还包括：

基于所述波动的所述中心和所述极值中的任一项，确定所述机器人手臂在所述轴中的位置，当所述机器人手臂移动至确定的所述位置时，所述信号的所述强度达到对应于所述波动的所述中心和所述极值中的任一项的值；以及

将确定的所述位置识别为所述轴的所述原点。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：使得所述机器人手臂沿所述轴移动。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述传感器包括用于朝向所述参考标记和所述机器人手臂发射波束的有源传感器；以及

所述参考标记和所述机器人手臂针对从所述传感器发送的所述波束提供不同的反射率。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述传感器包括无源传感器；以及

所述参考标记包括用于生成将要由所述传感器采集的信号的信号源。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考标记被安装在所述机器人手臂的机械停止件处。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述机器人手臂的所述轴包括以下任一项：

所述机器人手臂的运动轴的轴；或者

所述机器人手臂的旋转轴的轴。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于确定的所述原点来校准所述机器人手臂的所述轴。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述机器人手臂的所述轴包括所述机器人手臂的运动轴的轴和所述机器人手臂的旋转轴的轴中的一个轴，以及

所述方法还包括：

在所述机器人手臂沿所述机器人手臂的另一轴运动期间，接收由所述传感器采集的另一信号；

检测所述另一信号的强度中的另一变化；以及

基于所述另一变化，确定所述机器人手臂的所述另一轴的另一原点。

11.一种用于管理机器人手臂的装置，包括：

接收单元，被配置用以在所述机器人手臂沿所述机器人手臂的轴运动期间，接收由被安装在所述机器人手臂的框架处的传感器采集的信号；

检测单元，被配置用以检测接收的所述信号的强度中的变化，所述变化由被安装在所述机器人手臂处的参考标记的位置和所述传感器的位置之间的偏移所引起；以及

确定单元，被配置用以基于检测的所述变化，确定所述机器人手臂的所述轴的原点。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述检测单元包括：

波动检测单元，被配置用以检测所述信号的所述强度中的波动的中心和极值中的任一项。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述确定单元包括：

位置确定单元，被配置用以基于所述波动的所述中心和所述极值中的任一项，确定所述机器人手臂在所述轴中的位置，当所述机器人手臂移动至确定的所述位置时，所述信号的所述强度达到对应于所述波动的所述中心和所述极值中的任一项的值；以及

识别单元，被配置用以将确定的所述位置识别为所述轴的所述原点。

14.根据权利要求11所述的装置，所述装置还包括：

驱动单元，被配置用以使得所述机器人手臂沿所述轴移动。

15.根据权利要求11所述的装置，其中：

所述传感器包括用于朝向所述参考标记和所述机器人手臂发射波束的有源传感器；以及

所述参考标记和所述机器人手臂针对从所述传感器发射的所述波束提供不同的反射率。

16.根据权利要求11所述的装置，其中：

所述传感器包括无源传感器；以及

所述参考标记包括用于生成将要由所述传感器采集的信号的信号源。

17.根据权利要求11所述的装置，其中所述参考标记被安装在所述机器人手臂的机械停止件处。

18.根据权利要求11所述的装置，其中所述机器人手臂的所述轴包括以下任一项：

所述机器人手臂的运动轴的轴；或者

所述机器人手臂的旋转轴的轴。

19.根据权利要求11所述的装置，还包括：

校准单元，被配置用以基于确定的所述原点来校准所述机器人手臂的所述轴。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述机器人手臂的所述轴包括所述机器人手臂的运动轴的轴和所述机器人手臂的旋转轴的轴中的一个轴，以及

所述接收单元还被配置用以在所述机器人手臂沿所述机器人手臂的另一轴运动期间，接收由所述传感器采集的另一信号；

所述检测单元还被配置用以检测所述另一信号的强度中的另一变化；以及

所述确定单元还被配置用以基于所述另一变化，确定所述机器人手臂的所述另一轴的另一原点。

21.一种用于管理机器人手臂的系统，包括：耦合至计算机可读存储器单元的计算机处理器，所述存储器单元包括指令，当由所述计算机处理器运行时，所述指令实现根据权利要求1至10中的任一项所述的方法。

22.一种计算机可读介质，其上存储有指令，当在至少一个处理器上运行时所述指令使得所述至少一个处理器执行根据权利要求1至10中的任一项所述的方法。

23.一种机器人系统，包括：

机器人手臂，被配置以沿所述机器人手臂的轴移动；

参考标记，被安装在所述机器人手臂处；

传感器，被安装在所述机器人手臂的框架处并且被配置以采集信号，所述信号在强度中具有变化，所述变化是在所述机器人手臂沿所述机器人手臂的所述轴移动期间由所述参考标记和所述传感器的位置之间的偏移所引起。

24.根据权利要求23所述的机器人系统，其中：

所述传感器包括用于朝向所述参考标记和所述机器人手臂发射波束的有源传感器；以及

所述参考标记和所述机器人手臂针对从所述传感器发射的所述波束提供不同的反射率。

25.根据权利要求23所述的机器人系统，其中：

所述传感器包括无源传感器；以及

所述参考标记包括用于生成将要由所述传感器采集的信号的信号源。

26.根据权利要求23所述的机器人系统，其中所述参考标记被安装在所述机器人手臂的机械停止件处。

27.根据权利要求23所述的机器人系统，其中所述机器人手臂的所述轴包括以下任一项：

所述机器人手臂的运动轴的轴；或者

所述机器人手臂的旋转轴的轴。

28.根据权利要求23所述的机器人系统，所述机器人手臂被使得沿所述轴移动。

29.根据权利要求23所述的机器人系统，其中所述强度中的所述变化用于确定所述机器人手臂的原点。

30.根据权利要求29所述的机器人系统，其中所述变化包括所述信号的所述强度中的波动，以及

所述机器人手臂在所述轴中的与所述波动的中心和极值中的任一项相对应的位置被确定为所述原点，当所述机器人手臂移动至所述位置时，所述信号的所述强度达到对应于所述波动的所述中心和所述极值中的任一项的值。

31.根据权利要求29所述的机器人系统，其中所述机器人手臂基于所述机器人手臂的所述原点被校准。

32.一种机器人管理系统，包括：

根据权利要求23至31所述的机器人系统；以及

根据权利要求11至20中的任一项所述的用于管理所述机器人系统的装置。

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