CN113232017B - 基于现场采集的测量的定制机器人安装 - Google Patents

Abstract

一种机器人系统(100)，包括机器人(200)，该机器人(200)具有一个或多个末端执行器(211)，该一个或多个末端执行器(211)根据生产过程在生产现场(26)处(例如，河流现场或建筑物)组合至少一个物理对象(22)(例如，桩或瓦片(42)等)和物理结构(20)(例如，桥梁或墙壁(47))。传感器(212)(例如，力、速度、定位、形状、光学/相机等)，生成与生产过程相关的传感器数据。例如，生产现场(26)的模型可以提供土木工程师对混凝土桩和其他建筑材料可以被如何组合以建造期望的桥梁的概念。控制系统(218)，存储用于基于生产现场和/或至少一个对象的模型的、生产过程的规范。控制系统：接收传感器数据；确定生产现场或对象中的至少一个的属性；确定属性和模型之间的差异；基于差异确定对生产过程的调整；以及为末端执行器发送指令以用于基于规范和对生产过程的调整组合对象和结构。通过允许机器人自行调整生产过程，生产过程可以继续进行，而没有操作员的中断和/或干预。

Description

基于现场采集的测量的定制机器人安装

本申请是申请日为2017年7月27日、申请号为201780055043.1、发明名称为“基于现场采集的测量的定制机器人安装”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月28日提交的美国专利申请No.15/222,583号的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本申请的示例实施例涉及机器人系统，更具体地，涉及基于现场采集的测量的定制机器人安装。

背景技术

机器人可以包括允许机器人操纵对象的一个或多个末端执行器和指导对对象的操纵的一个或多个传感器。例如，机器人可以使用(多个)末端执行器和(多个)传感器将多个对象组合成期望的物理结构。

发明内容

为了在生产现场(production site)处根据多个物理对象生产物理结构，机器人可以由根据用于物理结构的模型生成的设计规范来指导。在生产过程之前，机器人可以测量物理对象和生产现场的其他方面。这些测量的变化会影响生产过程。有利地，机器人可以定制生产过程以解决这种变化。设计规范为机器人定制生产过程提供了必要的灵活性。设计规范定义了其中可以调整生产过程中的不同参数以适应测量的灵活设计空间。虽然对生产过程的调整可能会改变得到的物理结构的方面，但是定制的生产过程保留了如模型中所阐述的设计者的意图。

根据本公开的一方面，提供了一种计算机实现的方法，包括：访问设计规范，所述设计规范参考(i)将要组装到物理结构中的一个或多个物理对象的建模特性，(ii)用于将所述物理对象组装到所述物理结构的生产过程，以及(iii)用于在考虑所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的差异的同时满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的对生产过程的可允许的修改的范围；在使用生产过程将所述物理对象组装到所述物理结构中之前或期间，评估所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异；至少基于所评估的所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异，选择用于满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的特定的可允许的修改；根据所选择的特定的可允许的修改来修改生产过程；和通过机器人的控制系统使用修改后的生产过程来将所述物理对象组装到所述物理结构中。

根据本公开的另一方面，提供了一种系统，包括：一个或多个处理设备；和一个或多个非暂时性机器可读存储设备，存储可被一个或多个处理设备执行以执行包括以下内容的操作的指令：访问设计规范，所述设计规范参考(i)将要组装到物理结构中的一个或多个物理对象的建模特性，(ii)用于将所述物理对象组装到所述物理结构的生产过程，以及(iii)用于在考虑所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的差异的同时满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的对生产过程的可允许的修改的范围；在使用生产过程将所述物理对象组装到所述物理结构中之前或期间，评估所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异；至少基于所评估的所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异，选择用于满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的特定的可允许的修改；根据所选择的特定的可允许的修改来修改生产过程；和通过机器人的控制系统使用修改后的生产过程来将所述物理对象组装到所述物理结构中。

根据本公开的又一方面，提供了一种用计算机程序编码的非暂时性计算机存储设备，该程序包括指令，当指令被一个或多个处理器执行时，该指令导致执行操作，所述操作包括：访问设计规范，所述设计规范参考(i)将要组装到物理结构中的一个或多个物理对象的建模特性，(ii)用于将所述物理对象组装到所述物理结构的生产过程，以及(iii)用于在考虑所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的差异的同时满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的对生产过程的可允许的修改的范围；在使用生产过程将所述物理对象组装到所述物理结构中之前或期间，评估所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异；至少基于所评估的所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异，选择用于满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的特定的可允许的修改；根据所选择的特定的可允许的修改来修改生产过程；和通过机器人的控制系统使用修改后的生产过程来将所述物理对象组装到所述物理结构中。

根据示例实施例，一种机器人系统包括主体，该主体包括一个或多个末端执行器，该一个或多个末端执行器被配置为根据生产过程在生产现场处组合至少一个对象和一个或多个结构。该系统包括一个或多个传感器，该传感器被配置为从生产现场生成与生产过程相关的传感器数据。该系统包括控制系统，该控制系统包括一个或多个处理器和一个或多个数据存储设备。控制系统通信地耦合到一个或多个传感器。该一个或多个数据存储设备存储用于基于至少一个对象和生产现场的模型的、生产过程的规范。该控制系统被配置为从一个或多个传感器接收传感器数据；从传感器数据确定以下中的至少一个的属性：生产现场或至少一个对象；确定属性和模型之间的一个或多个差异；基于该一个或多个差异确定对生产过程的一个或多个调整；以及为一个或多个末端执行器发送一个或多个指令以用于基于规范和对生产过程的一个或多个调整来组合至少一个对象和一个或多个结构。

根据另一示例实施例，一种用于机器人系统的方法包括将机器人的一个或多个末端执行器定位在生产现场处。该一个或多个末端执行器被配置为根据生产过程在生产现场处组合至少一个对象和一个或多个结构。该方法包括利用生产现场处的一个或多个传感器来确定与生产过程相关的传感器数据。该方法包括在一个或多个数据存储设备上存储用于基于生产现场或至少一个对象中的至少一个的模型的、生产过程的规范。该方法包括从传感器数据确定生产现场或至少一个对象中的至少一个的属性。该方法包括确定属性和模型之间的一个或多个差异。该方法包括基于该一个或多个差异确定对生产过程的一个或多个调整。该方法包括为一个或多个末端执行器发送一个或多个指令以用于基于规范和对生产过程的一个或多个调整来组合至少一个对象和一个或多个结构。

根据又一示例实施例，一种用于机器人系统的方法包括在一个或多个数据存储设备上存储用于组合多个物理对象的生产过程的模型。该方法包括利用一个或多个传感器确定与多个物理对象相关的传感器数据。该方法包括由包括一个或多个处理器的控制系统确定模型和传感器数据之间的一个或多个差异。该方法包括基于模型和传感器数据之间的一个或多个差异来确定对生产过程的一个或多个调整。该方法包括基于模型和对生产过程的一个或多个调整，利用一个或多个末端执行器组合多个物理对象。

通过适当参考附图阅读以下详细描述，这些以及其他方面、优点和替换对本领域普通技术人员来说将变得显而易见。此外，应当理解，在本发明内容部分和本文档的其他地方提供的描述意图通过示例而非限制的方式来说明所要求保护的主题。

附图说明

图1示出了根据本公开的方面的机器人系统的示例配置。

图2示出了根据本公开的方面的在生产现场生产物理结构的示例机器人。

图3示出了根据本公开的方面的用于根据模型生成设计规范并根据设计规范生产物理结构的示例过程。

图4A示出了根据本公开的方面的用于在墙壁上安装物理瓦片的示例模型。

图4B示出了根据本公开的方面的根据图4A的模型生成设计规范并根据设计规范生产瓦片安装的示例过程。

图5A示出了根据本公开的方面的用于在墙壁上安装物理瓦片的示例设计规范，包括约束。

图5B示出了根据本公开的方面的根据图5A的示例设计规范生产的示例瓦片安装。

图6A示出了根据本公开的方面的用于在墙壁上安装物理瓦片的设计规范的另一示例，包括约束和偏好。

图6B示出了根据本公开的方面的根据图6A的示例设计规范生产的示例瓦片安装。

具体实施方式

以下详细描述参考附图描述了所公开的系统和方法的各种特征和功能。这里描述的说明性系统和方法实施例并不意味着限制。很容易理解，所公开的系统和方法的某些方面可以以各种不同的配置来布置和组合，所有这些都在本文中被考虑。

I.概览

机器人可以包括允许机器人操纵或以其他方式接合(engage)物理对象的一个或多个末端执行器和指导对物理对象的操纵的一个或多个传感器。在生产现场处，机器人可以使用(多个)末端执行器和(多个)传感器将多个物理对象组合成期望的物理结构。根据示例，期望的物理结构可以是桥梁，物理对象可以是组合以构建桥梁的材料，诸如混凝土桩、梁、桥面板件等，并且生产现场可以是包括对岸河岸和河岸之间的区域的河流现场。

为了生产这种物理结构，可以由根据用于物理结构的模型生成的设计规范来指导机器人。该模型可以提供设计者对如何配置物理结构以及当由机器人实际生产时它将如何执行的概念。为了开发模型，设计者可以定义多个模型对象，该多个模型对象可以提供设计者对组合什么物理对象来生产物理结构的概念。设计者设计每个模型对象以贡献帮助物理结构提供期望的配置和性能的适当的一组属性。

设计者还定义模型对象之间的关系。这些关系确定了如何为物理结构组合模型对象。例如，这些关系可以确定模型对象相对于其他模型对象的定位/定向。此外，这些关系可以确定模型对象如何直接地或间接地相互耦合。此外，这些关系可以确定采用什么制造、装配或其他生产技术来组合模型对象。

设计者可以根据模型生产现场进一步定义模型的方面。模型生产现场对其处将生产物理结构的生产现场处的外部结构和条件进行建模。设计者还可以确定模型对象和模型生产现场的各方面之间的关系。

在上面的示例中，设计者可以开发模型，该模型提供土木工程师对混凝土桩、梁、桥面板件和其他建筑材料可以被如何组合以建造期望的桥梁的概念。设计者对桩、梁、桥面板件和其他建筑材料进行建模，以获得桥梁所期望的属性。此外，设计者对桩、梁、桥面板件和其他建筑材料之间的关系进行建模，指示例如它们是如何相对于彼此定位/定向的、它们是如何相互连接的、以及它们是如何根据不同的构建技术安装在河流现场的。此外，设计者可以对可能影响桥梁构建的河流现场的方面进行建模，包括例如桥梁锚固的河岸处的地面的特性。

理想情况下，机器人生产与设计者初始构思的模型非常相似的物理结构。然而，实际的物理对象和生产现场可能与模型初始对它们建模的方式不同。根据本公开的方面，机器人可以通过调整生产过程的方面来动态地解决这种差异。通过允许机器人自行调整生产过程，生产过程可以继续进行，而没有操作员等的中断和/或干预。

在上面的示例中，机器人可以在桥梁构建开始之前测量和评估建筑材料和河流现场的其他方面。通过这些测量，机器人可以标识建筑材料和河流现场如何与设计者对他们建模的方式不同。机器人可以评估这些差异，以决定是否应该继续桥梁的构建。如有必要，机器人可以调整构建过程以解决差异，并生产所期望的桥梁。如果调整不能克服差异，机器人可以决定不开始构建过程。

虽然对生产过程的调整可能会改变得到的物理结构的方面，但是机器人可以确保生产过程保留如在模型中提供的设计者的意图。如果生产过程生产了与设计者在模型中定义的概念一致的物理结构，那么设计者的意图被保留。换句话说，机器人可以定制生产过程以解决生产过程中的问题，同时仍然生产与模型大体一致的物理结构。

具体地，从模型中导出的设计规范为机器人定制生产过程提供了必要的灵活性。设计规范定义了其中可以调整生产过程中的不同参数以适应现实的灵活设计空间。当开发模型时，设计者可以定义建立对生产过程的可允许修改的范围的一个或多个约束。约束通常反映对设计者最重要的特征，并指示设计者在模型背后的意图。机器人可以评价约束以确定如何为物理结构定制生产过程。

在上面的示例中，桥梁的设计者可以定义要求桥梁具有某些承重特性的约束。设计者也可以基于安全规则定义约束。如有必要，机器人可以然后对构建过程进行调整，以解决与设计者的模型的偏差，只要最终的桥梁可以在约束内构建。例如，基于对河流现场的评估，机器人可以确定河岸处的地面的属性偏离了设计者对河流现场的模型，并且混凝土桩可能需要安装在不同于模型的位置，但是最终的桥梁仍然具有期望的承重特性。

当开发模型时，设计者也可以定义偏好，这可以进一步指导生产过程的定制。例如，如果可以根据多种不同的方案定制生产过程，则机器人可以评价偏好以确定产生最符合设计者意图的物理结构的优选方案。

II.示例机器人系统

图1示出了可结合这里描述的实施例使用的机器人系统100的示例配置。机器人系统100可以被配置为自主地、半自主地和/或使用由(多个)用户提供的方向(direction)操作。机器人系统100可以以各种形式实施，诸如双足机器人、四足机器人、机械臂或一些其他布置。此外，机器人系统100还可以被称为机器人、机器人设备或移动机器人，以及其他名称。通常，机器人系统100提供一种设备，该设备具有计算能力，并且能够利用致动能力和/或利用发射/生成诸如光和/或声音等物理现象的能力与其周围环境交互。

如图1所示，机器人系统100可以包括(多个)处理器102、数据存储装置104和(多个)控制器108，它们一起可以是控制系统118的部分。机器人系统100还可以包括(多个)传感器112、(多个)电源114、机械组件110和电气组件116。机器人系统100被示出以用于说明性目的，并且可以包括更多或更少的组件。机器人系统100的各种组件可以任何方式连接，包括有线或无线连接。此外，在一些示例中，机器人系统100的组件可以分布在多个物理实体而不是单个物理实体当中。机器人系统100的其他示例实施例也可以存在。

(多个)处理器102可以作为一个或多个通用硬件处理器或专用硬件处理器(例如，数字信号处理器、专用集成电路等)操作。(多个)处理器102可以被配置为运行两者都存储在数据存储装置104中的计算机可读程序指令106和操纵数据107。(多个)处理器102还可以直接或间接地与机器人系统100的其他组件交互，诸如(多个)传感器112、(多个)电源114、机械组件110和/或电气组件116。

数据存储装置104可以是一种或多种类型的硬件存储器。例如，数据存储装置104可以包括可以由(多个)处理器102读取或访问的一个或多个计算机可读存储介质，或采取可以由(多个)处理器102读取或访问的一个或多个计算机可读存储介质的形式。一个或多个计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储组件，诸如光学、磁性、有机或另一类型的存储器或存储装置，其可以全部或部分地与(多个)处理器102集成。在一些实施例中，数据存储装置104可以是单个物理设备。在其他实施例中，数据存储装置104可以使用两个或更多个物理设备来实施，该两个或更多个物理设备可以经由有线或无线通信与彼此通信。如前所述，数据存储装置104可以包括计算机可读程序指令106和数据107。数据107可以是任何类型的数据，诸如配置数据、传感器数据和/或诊断数据、以及其他可能性。

控制器108可以包括一个或多个电路、数字逻辑的单元、计算机芯片和/或微处理器，该一个或多个电路、数字逻辑的单元、计算机芯片和/或微处理器被配置为(或许在其他任务当中)在机械组件110、(多个)传感器112、(多个)电源114、电气组件116、控制系统118和/或机器人系统100的用户之间接口。在一些实施例中，控制器108可以是用于对机器人设备100的一个或多个子系统执行特定操作的专用嵌入式设备。

控制系统118可以监视和物理地改变机器人系统100的操作条件。在这样做时，控制系统118可以充当机器人系统100的各部分之间的链接，诸如机械组件110和/或电气组件116之间的链接。在一些情况下，控制系统118可以充当机器人系统100和另一计算设备之间的接口。

在操作期间，控制系统118可以经由有线或无线连接与机器人系统100的其他系统通信，并且还可以被配置为与机器人系统100的一个或多个用户通信。作为一个可能的说明，控制系统118可以接收指示执行特定动作的指令的(例如，来自用户或来自另一机器人的)输入。

机器人系统100中的有线连接可以包括，例如，并行总线或诸如通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)的串行总线。同时，机器人系统100中的无线连接可以包括，例如蓝牙、IEEE 802.11(诸如IEEE 802.11-2007、IEEE 802.11n-2009或任何其他IEEE802.11版本)、蜂窝(诸如GSM、GPRS、CDMA、UMTS、EV-DO、WiMAX、HSPDA或LTE)或Zigbee，以及其他可能性。此外，可以使用多种有线和/或无线协议，诸如使用蜂窝通信协议的“3G”或“4G”数据连接(诸如CDMA、GSM或WiMAX，以及使用IEEE 802.11的“WiFi”连接)。

机器人系统100可以包括控制系统118可以通过其与云服务器或其他网络资源通信的接入点。接入点可以采取诸如无线接入点(wireless access point，WAP)或无线路由器形式的各种形式。此外，如果使用诸如CDMA或GSM协议的蜂窝空中接口协议进行连接，接入点可以是经由蜂窝网络提供互联网连接的蜂窝网络中的基站。其他示例也是可能的。

此外，控制系统118可以充当机器人系统100和用户之间的接口。例如，控制系统118可以包括用于与机器人系统100通信的各种组件。示例接口和通信可以经由有线或无线连接或者这两者来实施。

控制系统118可以包括输入/输出单元。该输入/输出单元可以通过显示器向用户输出信息。显示器可以采取任何形式，并且可以被布置成向控制系统118的用户投影图像和/或图形。这样，显示器可以示出图形用户界面(graphical user interface，GUI)，该图形用户界面可以提供用户可以通过其与这里公开的系统交互的应用。

另外，输入/输出单元可以接收(例如，来自控制系统118的用户的)用户输入。具体地，输入/输出单元可以允许与GUI交互，诸如滚动、提供文本和/或选择应用的各种特征，以及其他可能的交互。输入/输出单元可以采取各种形式。在一个示例中，输入/输出单元可以包括用于控制GUI的定点(pointing)设备，诸如计算鼠标。然而，如果输入/输出单元包括触摸屏显示器，则可以接收允许控制GUI的触摸输入(诸如，使用手指或触针(stylus))。在另一示例中，输入/输出单元可以包括键盘，该键盘提供对要经由GUI显示的数字、字符和/或符号的选择。例如，在输入/输出单元包括触摸屏显示器的布置中，显示器的部分可以显示键盘。因此，在包括键盘的显示器的部分上的触摸输入可以导致用户输入，诸如对要通过显示器在GUI上显示的特定数字、字符和/或符号的选择。在又一示例中，输入/输出单元可以包括语音输入设备，该语音输入设备接收音频输入，诸如通过麦克风从用户接收音频输入，然后可以使用各种语音识别技术之一将该音频输入解释为可以通过显示器显示的一个或多个字符。其他示例也是可能的。

控制系统118的操作可以由(多个)处理器102执行。可替换地，这些操作可以由控制器108或者(多个)处理器102和控制器108的组合来执行。在一些实施方式中，控制系统118可以部分或全部驻留在除机器人系统100之外的设备上，因此可以至少部分地远程控制机器人系统100。

机械组件110表示机器人系统100的硬件，其使得机器人系统100能够执行物理操作。作为几个示例，机械组件110可以包括物理构件，诸如(多个)腿、(多个)臂和/或(多个)轮。

机器人系统100的物理构件或其他部分还可以包括被布置成相对于彼此移动物理构件的致动器。致动器是可用于引入机械运动的机构。致动器可被配置为将存储的能量转换成一个或多个组件的移动。各种机构可用于为致动器提供动力(power)。例如，致动器可以由化学品、压缩空气、液压或电力、以及其他可能性提供动力。利用这种布置，致动器可以引起机器人系统100的各种可移动组件的移动。例如，(多个)腿和/或(多个)臂可以包括通过接合点(joint)连接的一个或多个构件，并且被配置为经由致动器相对于彼此以不同的自由度操作。

此外，机械组件110可包括一个或多个末端执行器。例如，末端执行器可以设置在臂的末端，该臂可以经由致动器操作以定位末端执行器。(多个)末端执行器可用于通过操纵对象、作用于负载等来执行任务。例如，机器人系统100可以使用(多个)末端执行器以用于抓取、转动、承载、拉和/或推对象。(多个)末端执行器可以包括具有可移动的手指的手状结构。可替换地或附加地，(多个)末端执行器可包括其他类型的附件或附属装置，诸如夹持器、焊接工具、切割工具、以及其它可能性。

机器人系统100还可以包括用于容纳控制系统118和/或其他组件的一个或多个结构化主体，并且还可以包括其他类型的机械组件。给定机器人中使用的特定机械组件110可以基于机器人的设计而变化，并且也可以基于机器人可以被配置来执行的操作和/或任务。

在一些示例中，机械组件110可以包括一个或多个可移除组件。机器人系统100可以被配置为添加和/或移除这种可移除组件，这可能涉及来自用户和/或另一机器人的帮助。例如，机器人系统100可以被配置有可移除的臂、手、脚、腿和/或末端执行器，使得这些附件可以根据需要或期望被替换或改变。在一些实施例中，机器人系统100可以包括一个或多个可移除和/或可替换的电池单元或传感器。其他类型的可移除组件可以被包括在一些实施方式中。

机器人系统100可以包括被布置成感测机器人系统100的方面的(多个)传感器112。(多个)传感器112可以包括一个或多个力传感器、扭矩传感器、速度传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、定位传感器、接近传感器、运动传感器、位置传感器、负载传感器、温度传感器、热成像传感器、触摸传感器(例如，电容传感器)、光学传感器、无线传感器、无线电传感器、深度传感器(例如，RGB-D、激光、结构光和/或飞行时间相机)、点云传感器、距离传感器(例如，超声波和/或红外)、红外传感器、对象传感器和/或相机(例如，彩色相机、灰度相机、和/或红外相机)、射频识别(Radio Frequency identification，RFID)系统、近场通信(Near Field Communication，NFC)芯片、以及其他可能性。在一些示例中，机器人系统100可以被配置为从与机器人物理分离的(多个)传感器112(例如，定位于其他机器人上或位于机器人正在其中操作的环境内的传感器)接收传感器数据。此外，(多个)传感器112可以结合在现有设备中，诸如移动电话、膝上型电脑和/或平板电脑。

(多个)传感器112可以向(多个)处理器102提供传感器数据(可能通过数据107的方式)以允许机器人系统100与其环境的交互，以及监视机器人系统100的操作。传感器数据可用于评价控制系统118对机械组件110和电气组件116的激活、移动和去激活的各种因素。例如，(多个)传感器112可以捕获与环境的地形或附近对象的位置相对应的数据，这可以帮助环境识别和导航。在示例配置中，(多个)传感器112可以包括RADAR(例如，用于远程对象检测、距离确定和/或速度确定)、LIDAR(例如，用于短程对象检测、距离确定和/或速度确定)、SONAR(例如，用于水下对象检测、距离确定和/或速度确定)、

(例如，用于运动捕捉)、激光跟踪器系统、一个或多个相机(例如，用于3D视觉的立体相机)、全球定位系统(global positioning system，GPS)收发器、和/或用于捕获机器人系统100正在其中操作的环境的信息的其他传感器。(多个)传感器112可以实时监视环境，并且检测障碍物、地形的元素、天气条件、温度和/或环境的其他方面。

此外，机器人系统100可以包括被配置为接收指示机器人系统100的状态的信息的(多个)传感器112，该机器人系统包括可以监视机器人系统100的各种组件的状态的(多个)传感器112。(多个)传感器112可以测量机器人系统100的系统的活动，并基于机器人系统100的各种特征的操作接收信息，诸如机器人系统100的可延伸腿、臂或其他机械和/或电气特征的操作。由(多个)传感器112提供的数据可以使控制系统118能够确定操作中的错误以及监视机器人系统100的组件的整体操作。

作为示例，机器人系统100可以使用力传感器来测量机器人系统100的各个组件上的负载。在一些实施方式中，机器人系统100可以包括臂或腿上的一个或多个力传感器，以测量移动臂或腿的一个或多个构件的致动器上的负载。作为另一示例，机器人系统100可以使用一个或多个定位传感器来感测机器人系统的致动器的定位。例如，这种定位传感器可以感测臂或腿上的致动器的延伸、回缩或旋转状态。

作为另一示例，(多个)传感器112可以包括一个或多个速度和/或加速度传感器。例如，(多个)传感器112可以包括惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)。IMU可以感测世界框架(world frame)中相对于重力矢量的速度和加速度。由IMU感测的速度和加速度然后可以基于IMU在机器人系统100中的位置和机器人系统100的运动学被转换成机器人系统100的速度和加速度。

机器人系统100可以包括在这里未讨论说明的其他类型的传感器。附加地或可替换地，机器人系统可以出于这里没有列举的目的使用特定传感器。

机器人系统100还可以包括被配置为向机器人系统100的各种组件供应动力的一个或多个电源114。在其他可能的动力系统中，机器人系统100可以包括液压系统、电气系统、电池和/或其他类型的动力系统。作为示例说明，机器人系统100可以包括被配置为向机器人系统100的组件提供电荷的一个或多个电池。机械组件110和/或电气组件116中的一些可以每个连接到不同的电源，可以由相同的电源提供动力，或者由多个电源提供动力。

任何类型的电源都可以用于给机器人系统100提供动力，诸如电力或汽油引擎。附加地或可替换地，机器人系统100可以包括被配置为使用流体动力向机械组件110提供动力的液压系统。例如，机器人系统100的组件可以基于贯穿液压系统被传输到各种液压马达和液压缸的液压流体来操作。液压系统可以通过加压的液压流体穿过管道、柔性软管或机器人系统100的组件之间的其他链接的方式来传递液压动力。(多个)电源114可以使用各种类型的充电来充电，诸如到外部电源的有线连接、无线充电、燃烧或其他示例。

电气组件116可以包括能够处理、传递和/或提供电荷或电信号的各种机构。在可能的示例当中，电气组件116可以包括电线、电路和/或无线通信发射器和接收器，以使能机器人系统100的操作。电气组件116可以与机械组件110互相作用，以使机器人系统100能够执行各种操作。例如，电气组件116可以被配置为从(多个)电源114向各种机械组件110提供动力。此外，机器人系统100可以包括电动马达。电气组件116的其他示例也可以存在。

机器人系统100可以包括主体，该主体可以连接到或容纳机器人系统的附件和组件。这样，主体的结构可以在示例内变化，并且可以进一步取决于给定机器人可能已经被设计来执行的特定操作。例如，被开发来承载重负载的机器人可以具有使能负载的放置的宽主体。类似地，被设计成能达到高速的机器人可以具有没有很大的重量的窄而小的主体。此外，主体和/或其他组件可以使用各种类型的材料来开发，诸如金属或塑料。在其他示例中，机器人可以具有具有不同结构或由各种类型的材料制成的主体。

主体和/或其他组件可以包括或承载(多个)传感器112。这些传感器可以被定位在机器人设备100上的各种位置，诸如主体上和/或一个或多个附件上，以及其他示例。

机器人设备100可以在其主体上承载负载，诸如要运输的货物类型。该负载还可以表示机器人设备100可以利用的外部电池或其他类型的电源(例如，太阳能电池板)。承载负载表示机器人设备100可以被配置用于的一个示例用途，但是机器人设备100也可以被配置用于执行其他操作。

III.用于生产结构的机器人系统的示例实施例

图2示出了机器人200，其包括上述机器人系统100的方面，诸如机械组件110、(多个)传感器112、(多个)电源114、电气组件116和/或控制系统118。在生产现场26处操作，机器人200与多个物理对象22一起工作以生产物理结构20。

根据一个示例，生产现场可以是其中机器人在装配线上安装部件以建造产品(例如，消费品、车辆部件等)的工厂车间(factory floor)。根据附加示例，生产现场可以是工作单元而不是装配线，其中机器人从开始到结束组合各种各样的部件来建造产品。在这些示例中，生产现场可以是最终的物理结构可以在完全建造时从其(例如，作为产品)交付到另一位置(例如，经销商或客户位置)的临时位置。

根据另一示例，生产现场可以是其中机器人用重建筑材料建造桥梁的河流现场。根据又一示例，生产现场可以是其中机器人安装房屋(housing)材料来构建房屋部分的房屋的内部。在这些示例中，最终的物理结构被安装在生产现场。

如图2所示，机器人200被配置为在生产现场26完成特定任务。例如，机器人200可以包括各种各样的末端执行器211。具体地，末端执行器211(a)设置在臂210a的末端，该末端执行器211(a)允许机器人200抓取物理对象22a并将该物理对象22a定位在生产现场26的指定位置20a处。机器人200还可以包括设置在另一臂210b的末端的另一末端执行器211(b)，该末端执行器211(b)允许机器人200将物理对象22a固定或以其他方式将物理对象22a耦合到指定位置20a处的表面。例如，末端执行器211b可包括工具，诸如钉枪、胶枪或焊炬，以在适当地方固定物理对象22a。

尽管图2示出了单个机器人200，但是生产现场26可以包括与机器人200一起工作以生产物理结构20的方面的其他机器人。生产现场26处的每个机器人可被配置为完成生产过程中的特定分配任务。因此，在可替换示例中，机器人200可被分配以将物理对象22a定位在指定位置20a，同时另一机器人(未示出)可被分配以利用其自身的末端执行器(例如，钉枪、胶枪或焊炬)将物理对象22a固定到指定位置20a。

如图2所示，机器人200可以采用各种传感器212来指导其在生产现场26处的操作。传感器212可以包括直接耦合到机器人200的局部(local)传感器。附加地或可替换地，传感器212可以包括设置在与机器人200分离的生产现场26的其他区域中的全局(global)传感器。例如，全局传感器中的一些可以布置在贯穿生产现场26的固定位置。附加地或可替换地，全局传感器中的一些可以耦合到生产现场26处的其他机器人。

传感器212可以包括上述任何传感器112。例如，为了生产物理结构20，一个或多个传感器212(a)可以确定机器人200相对于其中物理对象22在生产现场26处被存储的存储位置20b的位置。机器人200可以采用来自一个或多个传感器212(a)的数据以移动到位置20b并将物理对象22放置在末端执行器211(a)的范围内。此外，一个或多个传感器212(b)可以确定末端执行器211(a)相对于物理对象22的位置，使得末端执行器211(a)可以被延伸以从存储位置20b取回物理对象22a。在物理对象22a处于末端执行器211(a)的抓取中的情况下，一个或多个传感器212(a)然后可以确定机器人200相对于位置20a的位置。机器人200可以采用来自一个或多个传感器212(a)的数据以移动到其中在生产过程中物理对象22a将被固定的位置20a。然后，一个或多个传感器212(b)可以确定末端执行器211(a)相对于位置20a的位置，使得末端执行器211(a)可以被延伸以将物理对象22a精确地定位在位置20a处。如图2所示，一个或多个传感器212(a)可以是全局传感器，同时一个或多个传感器212(b)可以是设置在机器人200的臂210b上的局部传感器。然而，传感器212(a)、(b)可以是局部和全局传感器的任何组合。

还可以采用一个或多个附加传感器212，以确保物理对象22a被操纵并被定位在具有期望定向的位置22a处。可以采用其他传感器212来指导末端执行器211(b)的操作，以将物理对象22a固定到位置20a处的表面。又一其他传感器212可以执行测量以确定物理对象22a的大小和形状，以确保物理对象22a可以以适当的定向被定位在位置20a处。

采用控制系统218来操作机器人200。控制系统218可以类似于上述控制系统118。控制系统218的方面可以作为机器人200的部分被包括和/或与机器人200分离。

控制系统218可以经由有线和/或无线连接从传感器212接收数据。控制系统218然后可以响应于传感器数据来操作机器人200。例如，在上述示例中，控制系统218可以基于来自传感器212(a)的数据使机器人200移动到位置20a、b，以及基于来自传感器212(b)的数据操纵或以其他方式接合物理对象22a。

IV.利用机器人系统生产结构的示例模型

为了根据多个物理对象22生产物理结构20，上述机器人200的控制系统218可以基于设计规范310运行计算机可读程序指令106。图3示出了用于生成设计规范310并根据设计规范310生产物理结构20的示例过程。

设计者开发用于物理结构20的模型300。通常，模型300提供了设计者对物理结构20将如何被配置以及当由机器人200实际生产时它将如何执行的概念。

为了开发模型300，设计者定义了多个模型对象302。通常，模型对象302提供了设计者对根据模型300什么物理对象22被组合以生产物理结构20的概念。设计者设计每个模型对象302以贡献帮助物理结构20提供期望的配置和性能的适当的一组属性303。模型对象302中的一些可以共享相同的一组属性303，同时其他模型对象302可以具有不同的相应的一组属性303。

每个模型对象302的一组属性303可以包括期望的美学属性，诸如颜色、标记、视觉图案、形状、大小和表面光洁度/纹理，以及其他属性。附加地或可替换地，该组属性303可以包括期望的机械属性，诸如弯曲强度、脆性、体积模量、摩擦系数、压缩强度、蠕变、弹性、疲劳强度、柔韧性、断裂韧性、硬度、塑性、回弹性、剪切强度、刚度、应力/应变属性、表面粗糙度、拉伸强度、韧性、粘度、屈服强度和重量，以及其他属性。附加地或可替换地，该组属性303可以包括电和/或磁属性，诸如电容、电导率、密度、介电强度、场属性、电感、介电常数和电阻，以及其他属性。附加地或可替换地，该组属性303可包括化学属性，诸如耐腐蚀性、可燃性、pH、反应性、稳定性、表面能/张力和毒性，以及其他属性。附加地或可替换地，该组属性303可以包括制造属性，用于涂覆、切割、钻孔、形成和成形工艺、热处理、接合、机械加工、轧制、砂磨和焊接，以及其他技术。附加地或可替换地，该组属性303可以包括光学属性，诸如吸光度、荧光、光敏性、反射率、折射率、散射和透射率，以及其他属性。附加地或可替换地，该组属性303可以包括热属性，诸如沸点、临界点、发射率、熔点、比热、热导率、热扩散率和热膨胀，以及其他属性。

在一些情况下，模型对象302可以指具有已知的一组属性303的库存部件。这样，指定库存部件可足以传达(communicate)该组属性303，并且当开发模型300时，可以不需要明确地陈述整组属性303。

在其他情况下，模型对象302可以指由具有已知的一组属性303的库存材料形成的部件。例如，模型部件302可以是切割成一定长度的库存材料棒。这样，指定库存材料并指示模型对象302的特定尺寸可足以传达该组属性303，并且当开发模型300时，可以不需要明确地陈述库存材料的属性。

尽管一些模型对象302可以用更少的部件对原材料或简单对象进行建模，但是其他模型对象302也可以对更复杂的子配件建模。每个子配件组合一起作用以提供期望的一组属性的多个部件。例如，子配件可以提供马达，其中马达本身包括一起工作以机电地驱动物理结构20中的其他物理对象22的多个不同的配件。在这种情况下，马达的一组属性可以包括大小、形状、动力输出和扭矩输出，以及其他属性。

为了开发模型300，设计者还定义了每个模型对象302和其他模型对象302之间的关系304。关系304确定模型对象302是如何组合的。例如，设计者可以确定模型对象302相对于其他模型对象302的定位/定向。此外，设计者可以确定模型对象302是如何直接或间接地与彼此耦合的。这种耦合可包括机械耦合、电气/电子耦合或数据通信耦合，以及其他可能性。此外，设计者可以确定采用什么制造、装配或其他生产技术来组合模型对象302。

设计者可以根据模型生产现场306进一步定义模型300的方面。该模型生产现场306对与生产物理结构20相关的、生产现场26处的外部结构和条件进行建模。

设计者确定模型对象302和模型生产现场306之间的关系308。例如，设计者可以确定模型对象302相对于模型生产现场306中的外部结构的定位/定向。此外，设计者可以确定模型对象302是如何耦合到模型生产现场306中的外部结构的。根据一个示例，模型对象302可能需要被成形和调整大小，使得它们可以被安装到模型生产现场306中的外部结构上。

此外，设计者可以确定模型对象302是如何受到模型生产现场306中的外部条件的影响的。根据另一示例，模型对象302可能需要被配置为在模型生产现场306中承受环境/大气条件(例如，热、湿度等)。通常，模型生产现场306可以对可能影响模型对象302的组合的实际生产现场26的任何方面进行建模。

模型300被转换成设计规范310，该设计规范310根据设计者的概念指导机器人200生产物理结构20。设计规范310可以表示为用于机器人200的计算机可读程序指令106。在一些情况下，设计者可以经由计算机实施的软件来开发模型300，该计算机实施的软件接收与模型300相关的输入并根据该输入来生成用于机器人200的设计规范310。例如，输入可以包括模型对象302、模型对象302之间的关系304、以及模型对象302和模型生产现场306之间的关系308的定义。设计者可以在软件中采用计算机辅助设计(computer-aided design，CAD)工具来指定模型300的方面，例如模型对象302的相对定位、角度偏移(例如垂直、平行)、轴向对准、配合等。控制系统218可以运行计算机可读程序指令来操作机器人200的方面以建造物理结构20。

因此，由模型对象302建模的物理对象22被机器人200组合以根据模型300生产物理结构20。此外，机器人200根据生产现场26处的外部结构和条件来生产物理结构20，该生产现场26由模型生产现场306建模。根据一个示例，模型生产现场306对其中根据模型300安装房屋材料的房屋内部进行建模。根据另一示例，模型生产现场306对其中根据模型300建造桥梁的河流现场进行建模。

图4A至图4B示出了如设计者所构思的用于在物理墙壁47上安装物理瓦片42的示例模型400的方面。在模型400中，模型瓦片402被安装在模型墙壁407上。模型瓦片402对物理瓦片42建模以用于生产物理结构，即，瓦片安装40。同时，模型墙壁407是模型生产现场406中的外部结构，该模型生产现场406例如可以对房屋内部46进行建模。

设计者将模型瓦片402定义为具有期望的一组属性403。例如，设计者可以将所有模型瓦片402定义为由与具有相同高度h、宽度w和厚度t的矩形固体对象相同的材料均匀地制成。另外，设计者可以将模型瓦片402定义为每个模型瓦片都具有垂直前表面402a，该垂直前表面402a提供期望的美学属性，诸如(多个)表面光洁度、(多个)颜色、(多个)设计图案等。

设计者确定模型瓦片402之间的关系404。例如，模型瓦片402以五行R_{i＝1，2，3，4，5}和五列C_{i＝1，2，3，4，5}的图案布置，其中每行R_i具有以距离d均匀间隔开的五个模型瓦片402，并且每列C_i包括以相同距离d均匀间隔开的五个模型瓦片402。

设计者还确定模型瓦片402与模型生产现场406的外部结构和条件之间的关系408。设计者标识模型墙壁407的一组属性。例如，模型墙壁407包括具有用于接收模型瓦片402的矩形区域A的垂直前表面407a。矩形区域A由顶边缘E_TOP、底边缘E_BOTTOM、右边缘E_RIGHT和左边缘E_LEFT定义。模型瓦片402的图案布置在矩形区域A内。此外，如图4A所示，模型瓦片402的顶行R₁邻接矩形区域A的顶边缘E_TOP，模型瓦片402的底行R₅邻接矩形区域A的底边缘E_BOTTOM。模型瓦片402的左列C₁邻接矩形区域A的左边缘E_LEFT，并且模型瓦片402的右列C₅邻接矩形区域A的右边缘E_RIGHT。

模型瓦片402用砂浆(mortar)安装到模型墙壁407的前表面407a上。根据模型400，每个模型瓦片402具有背面402b，该背面402b具有与砂浆有效结合的表面纹理。相应地，前表面407a具有也与砂浆结合的表面纹理。另外，模型瓦片402之间的间隔d填充有瓦片水泥浆(mortar)。模型生产现场406中的条件允许砂浆和水泥浆合适地固化。例如，模型生产现场406中的环境/大气条件为砂浆的使用提供了适当的温度和湿度。

因此，如图4B所示，模型400标识多个模型对象(即，模型瓦片402)，并指示多个模型对象是如何被组合以生产物理结构(即，瓦片安装40)的。此外，模型400标识与组合模型对象402相关的外部结构(即，模型墙壁407)和外部条件(即，温度和湿度)。

模型瓦片402的属性403、模型瓦片402之间的关系404、模型生产现场406、以及模型瓦片402和模型生产现场406之间的关系408建立了确定可以如何生产瓦片安装40的各种各样的参数。通过提供对于这些参数的特定值、设置和其他指令，设计规范410为机器人200提供了关于瓦片安装40生产的指导。

设计规范410可以被表示为计算机可读程序指令。机器人200的控制系统218可以运行计算机可读程序指令106以操作机器人200的方面来建造瓦片安装40。因此，由模型瓦片402建模的物理瓦片42被机器人200组合以根据模型400来生产瓦片安装40。

V.用于定制结构的生产的机器人系统的示例实施例

如上参考图3所述，设计者可以开发模型300以提供用于利用机器人200生产物理结构20的设计规范310。然而，模型300可以仅仅反映物理结构20将如何如设计者所构思的那样被机器人200理想地制造。例如，模型300可以假设模型对象302被精确地形成为具有期望的属性303，而没有任何变化。另外，模型300可以假设由模型生产现场306建模的外部结构和条件对于组合模型对象302是理想的。

然而，事实上，由模型对象302建模并用于实际生产物理结构20的物理对象22可能不同于设计者初始构思的期望的属性303。例如，模型300可以假设大于预制物理对象22的精度水平可以得到保证。变化可能固有地源于用于制造物理对象22的技术。此外，物理对象22可以是具有可以随时间变化的动态属性的形成材料。例如，由陶瓷形成的物理对象22，诸如物理瓦片42，在烧制过程中可能经历不均匀的收缩，或者由木材形成的物理对象22可能由于空气中的水分含量而膨胀。类似地，实际生产现场26中的外部结构和条件可以与根据模型生产现场306预期的外部结构和条件不同。

当开发模型300时，设计者可以通过为物理对象22和生产现场26中的某些变化提供容差，来试图使生产物理结构20的过程更加稳健。例如，模型300可以包括对于物理对象22和/或与生产现场26处的物理对象22交互的外部结构的尺寸的小变化的容差。利用模型300中内置的容差，机器人200可以建造物理结构20，即使物理对象22和/或生产现场26中存在小变化。

然而，当生产物理结构20时，机器人200可能会遇到内置到模型300中的容差无法充分解决的问题。例如，由机器人200进行的测量可以指示所供应的物理对象22的尺寸明显大于模型300所允许的容差。有利地，机器人200可以通过调整生产过程的方面来动态解决许多这样的问题。通过允许机器人200自行调整生产过程，生产过程可以继续进行，而没有(多个)用户的中断和/或干预。

尽管对生产过程的调整可以改变得到的物理结构20的方面，但是机器人200确保生产过程保留了如模型300中阐述的设计者的意图。换句话说，机器人200可以定制生产过程以解决生产过程中的问题，同时仍然生产通常与模型300一致的物理结构20。

从模型300导出的设计规范310为机器人200提供了定制生产过程所需的灵活性。当开发模型300时，设计者可以定义建立对生产过程的可允许的修改的范围的一个或多个约束311。约束311通常反映对设计者最重要的特征，并指示模型300背后的设计者的意图。参考图3，传达给机器人200的设计规范310还包括关于约束311的信息。机器人200可以评价约束311以确定如何定制物理结构20的生产过程。通常，机器人200具有定制生产过程的灵活性，只要物理结构20满足约束311。

除了提供关于约束311的信息之外，设计规范310还可以提供关于偏好312的信息，这可以进一步指导生产过程的定制。例如，如果可以根据多种不同的方案定制生产过程，则机器人200可以评价偏好312以确定产生最符合设计者的意图的物理结构24的优选方案。在下面描述的示例中，用于安装瓦片的定制生产过程可能需要调整一些瓦片的大小以适合区域。由于瓦片可以以多种不同的方式调整大小，因此可以采用偏好来帮助选择调整瓦片大小的方案。在一些情况下，设计者还可以根据相应的优先级313对偏好312进行优先级排序，并且机器人200可以试图满足具有最高优先级313的偏好312。

在一些实施例中，偏好312可以被表示为一种约束311。具体地，设计者还可以用相应的权重来定义约束311。机器人可以评价权重以确定产生最符合设计者的意图的物理结构的优选方案。例如，约束311可以被赋予权重以指示设计者在每个约束311上放置的相对重要性。在一些情况下，权重可以指示一些约束311必须被满足。然而，权重可以指示其他约束311实际上是偏好312，其可被修改以便生产期望的物理结构20。此外，权重还可以用作优先级313，其指示其中应该修改可修改约束311(偏好312)的顺序，即，哪些可修改约束311(偏好312)具有更高的优先级313。

根据一个示例，机器人200可以在河流现场处通过安装诸如混凝土桩、梁、桥面板件等的桥梁结构来构建桥梁。这里，实际河流现场可以包括影响桥梁结构在河流现场处被安装哪里的边界或外部结构。例如，可能有规定要求某些桥梁结构距诸如行人通道或水线(waterline)的特征有特定距离。相对应的模型300可以包括允许在实际河流现场处根据这种特征的位置来调整桥梁构建过程的约束311。实际河流现场还可以包括具有倾斜的地表面和/或各种土壤条件。模型300可包括允许基于倾斜的地表面和/或土壤条件来调整桥梁构建过程以在特定位置和/或深度打入混凝土桩的约束311。此外，根据特定定向，实际河流现场可能会经历暴露在太阳下。模型300可以包括偏好312，该偏好312允许调整桥梁构建过程，使得桥梁可以为行人或驾驶员提供阴影。在一种情况下，该桥梁可以用可以在河流现场处根据可以用来调整遮阳百叶窗的角度的特定阳光角度来调整的成角度的遮阳百叶窗来构建。

在确定了用于定制生产现场的方案时，机器人200还可以存储和/或发送关于定制的报告。在一些情况下，这种报告可以向诸如客户的另一方提供关于从定制生产过程得到的物理结构24的定制方面的信息的文档。该报告可以在生产过程开始之前被发送给另一方以供批准，和/或在物理结构24完成之后被发送以将生产过程存档。

如上所述，图4A至图4B示出了用于在房屋内部46(生产现场)的墙壁41(外部结构)上生产瓦片安装40(物理结构)的示例模型400。模型400被转换成设计规范410，该设计规范410可以指导机器人200生产瓦片安装40。具体如图4B所示，设计规范410还可以提供约束411和偏好412。此外，设计规范410可以为偏好412提供相应的优先级413。

图5A示出了来自模型400的、包括示例约束411a_i的示例设计规范410a。具体地，第一约束411a₁要求物理瓦片42形成为基本上具有高度h、宽度w和厚度t的矩形固体。第二约束411a₂要求物理墙壁47具有前表面47a，该前表面47a具有物理瓦片42可以跨其安装的矩形区域A。此外，第三约束411a₃要求根据行R_i和列C_i的图案(其中每一行R_i具有均匀间隔开的五个物理瓦片42，并且每一列C_i包括均匀间隔开的五个物理瓦片42)来安装物理瓦片42。此外，第四约束411a₄要求物理瓦片42的顶行R₁邻接矩形区域A的顶边缘E_TOP，物理瓦片42的底行R₅邻接矩形区域A的底边缘E_BOTTOM，左列C₁邻接矩形区域A的左边缘E_LEFT，右列C₅邻接矩形区域A的右边缘E_RIGHT。

在操作中，约束411a_{i＝1，2，3，4}经由设计规范410a被传达给机器人200。机器人200被配置为根据包括约束411a_{i＝1，2，3，4}的设计规范410a生产如图5B所示的瓦片安装40a。机器人200可以在生产现场(即，房屋内部46)处操纵自身，并使用上述末端执行器211和传感器212中的任何一个来操纵物理瓦片42并将物理瓦片42安装在物理墙壁47上。然而，在安装物理瓦片42之前，机器人200可以评估约束411a_{i＝1，2，3，4}是否可以被满足。此外，机器人200可以确定瓦片安装过程的哪些方面可能需要被修改以满足约束411a_{i＝1，2，3，4}。

机器人200可以采用适当的(多个)末端执行器211来操纵每个物理瓦片42，并且可以采用适当的(多个)传感器212(例如，3D图像扫描传感器)来测量每个物理瓦片42的尺寸。机器人200然后可以根据约束411a₁确定每个物理瓦片42是否具有基本上具有高度h、宽度w和厚度t的矩形固体形状。尽管模型400中的模型瓦片402可以具有由设计者定义的精确尺寸，但是由机器人200测量的物理瓦片42中的一个或多个可以具有不同的尺寸。例如，供应商可能会错误地交付尺寸与期望的测量不对应的错误瓦片库存。对于另一实例，如果物理瓦片42在从供应商装运期间破裂，则物理瓦片42中的一些的尺寸可能会改变。如果机器人200确定物理瓦片42中的一个或多个不具有由约束411a₁指定的尺寸，则机器人200在一些情况下可以通过利用适当的(多个)末端执行器211将物理瓦片42切割成合适的大小和形状来动态地修复差异。因此，机器人200可以通过添加步骤来重新加工物理瓦片42以满足第一约束411a₁来定制瓦片安装过程。有利地，这种定制允许瓦片安装过程继续，而没有(多个)用户的中断和/或干预。

为了确定第二约束411a₂是否可以被满足，机器人200可以采用适当的(多个)传感器212(例如，3D图像扫描传感器)来标识和测量物理墙壁47的前表面47a上的矩形区域A。为了确定物理瓦片42的五行R_i和五列C_i是否可以根据第三约束411a₃安装到物理墙壁47，机器人200可以首先确定满足约束411a₁的二十五个物理瓦片42的可用性。此外，机器人200可以比较矩形区域A的测量和物理瓦片42的尺寸以根据第三约束411a₃确定物理瓦片42的五行R_i和五列C_i是否可以适合矩形区域A。

第三约束411a₃还要求沿着每行R_i的五个物理瓦片42被均匀间隔，并且沿着每列C_i的五个物理瓦片42被均匀间隔。然而，第四约束411a₄还要求顶行R₁、底行R₅、左列C₁和右列C₅分别邻接矩形区域A的边缘E_TOP、E_BOTTOM、E_RIGHT、E_LEFT。机器人200具有定制安装过程以满足约束411a₃和411a₄两者的灵活性。具体地，机器人200可以在沿着每行R_i的五个物理瓦片42之间选择适当的间隔d_R，使得每行R_i跨矩形区域A延伸以允许左列C₁邻接左边缘E_LEFT，且右列C₅邻接右边缘E_RIGHT。类似地，机器人200可以在沿着每列C_i的五个物理瓦片42之间选择适当的间隔d_C，使得每列C_i沿着矩形区域A延伸并且允许顶行R₁邻接顶边缘E_TOP，且底行R₁邻接底边缘E_BOTTOM。如图5B所示，间隔d_R大于间隔d_C。

理想情况下，机器人400生产与设计者初始构思的模型400非常相似的瓦片安装40a(如图4A所示)。具体地，根据模型400中的初始概念，沿着每行R_i的五个模型瓦片402之间的间隔和沿着每列C_i的五个模型瓦片402之间的间隔都等于距离d。然而，实际物理瓦片42和物理墙壁47上的矩形区域A可能与它们如何被模型瓦片402和模型墙壁407建模不同。具体地，矩形区域A可以大于设计者预期的形状或具有不同于设计者预期的形状。有利地，机器人200可以适应这种未预期到的情况。

约束411a_{i＝1，2，3，4}反映了设计者的意图，同时也定义了其中瓦片安装过程中的参数可以被修改以适应现实的动态设计空间。如图5B所示，间隔d_R和间隔d_C是可用于定制瓦片安装过程的参数。尽管图5B所示的瓦片安装40a在某些方面可以不同于图4A所示的模型400，但是瓦片安装40a仍然保留了如由约束411a_{i＝1，2，3，4}定义的设计者的意图。

在一些情况下，机器人200可以确定即使瓦片安装过程被修改，也不能满足一个或多个约束411a_{i＝1，2，3，4}。这样，机器人200可以停止与瓦片安装40a相关的进一步活动。换句话说，机器人200可以基于机器人对约束411a_{i＝1，2，3，4}的评价做出自动的“继续/不继续(go/nogo)”决定。如果机器人200做出“不继续”的决定，机器人200可以传达警报，从而用户(或其他系统)可以干预并确定如何继续。如果可能，进一步的信息和/或指令被传达到机器人200，以允许机器人200继续瓦片安装过程。例如，约束411a_{i＝1，2，3，4}中的一个或多个可以被修改和/或可以允许机器人200忽略约束411a_{i＝1，2，3，4}中的一个或多个。

图5A至图5B的示例仅仅是机器人200可以如何调整参数来定制瓦片安装过程以基于模型400生产瓦片安装的一个示例。图6A示出了包括来自模型400的示例约束411b_{i＝1，2，3，4}和至少一个偏好412b的设计规范410b的另一示例。具体地，第一约束411b₁要求所供应的物理瓦片42共享基本相同的大小和形状，而不管实际大小和形状如何。第二约束411b₂还要求墙壁47具有前表面47a，该前表面47a具有物理瓦片42可以跨其安装的矩形区域A。另外，第三约束411b₃还要求根据行R和列C的图案(其中每一行R包括以设定距离d_R均匀间隔开的多个物理瓦片42，并且每一列包括以设定距离d_C均匀间隔开的多个物理瓦片42)来安装物理瓦片42。此外，第四约束411b₄要求物理瓦片42的顶行R_TOP邻接矩形区域A的顶边缘E_TOP，物理瓦片42的底行R_BOTTOM邻接矩形区域A的底边缘E_BOTTOM，右列C_RIGHT邻接矩形区域A的右边缘E_RIGHT，以及左列C₁邻接矩形区域A的左边缘E_LEFT。

在操作中，约束411b_{i＝1，2，3，4}经由设计规范410b被传达给机器人200。机器人200被配置为根据设计规范410a生产如图5B所示的瓦片安装40b。机器人200可以在生产现场(即，房屋内部46)处操纵自身，并使用上述末端执行器211和传感器212中的任何一个来操纵物理瓦片42并将物理瓦片42安装在物理墙壁47上。然而，在安装物理瓦片42之前，机器人200可以评估约束411b_{i＝1，2，3，4}是否可以被满足。此外，机器人200可以确定瓦片安装过程的哪些方面可能需要被修改以满足约束411b_{i＝1，2，3，4}。

机器人200可以采用适当的(多个)末端执行器211来操纵所供应的每个物理瓦片42，并且可以采用适当的(多个)传感器212(例如，3D图像扫描传感器)来测量每个物理瓦片42的尺寸。机器人200然后可以根据第一约束411b₁确定所供应的物理瓦片42是否共享基本相同的大小和形状。这可以被视为安装前的存货检查步骤。如图6B所示，所供应的物理瓦片42通常具有高度h₀和宽度w₀。

为了确定第二约束411b₂是否可以被满足，机器人200可以采用适当的(多个)传感器212(例如，3D图像扫描传感器)来标识和测量物理墙壁47的前表面47a上的矩形区域A。机器人200然后可以比较矩形区域A的测量和物理瓦片42的尺寸以根据第三约束411b₃确定物理瓦片42的多个行R_i和多个列C_i是否可以被安装在矩形A内。

第三约束411b₃还要求沿着每行R_i的物理瓦片42以设定距离d_R均匀间隔，并且沿着每列C_i的物理瓦片42以设定距离d_C均匀间隔。然而，第四约束411b₄也要求顶行R₁、底行R₅、左列C₁和右列C₅分别邻接矩形区域A的边缘E_TOP、E_BOTTOM、E_RIGHT、E_LEFT。

如图6B所示，矩形区域A在尺寸上可以不允许整数个具有高度h₀的物理瓦片42跨行R_i延伸并且允许顶行R₁邻接顶边缘E_TOP且底行R₅邻接底边缘E_BOTTOM，同时还保持设定的间隔距离d_R。另外，矩形区域A在尺寸上可以不允许整数个具有宽度w₀的物理瓦片42沿着列C_i延伸并且允许左列C₁邻接左边缘E_LEFT且右列C₅邻接右边缘E_RIGHT，同时还保持设定的间隔距离d_C。然而，机器人200具有定制安装过程以满足约束411b₃和411b₄两者的灵活性。具体地，机器人200可以采用适当的(多个)末端执行器211来切割沿着行R_i中的一行或多行延伸的物理瓦片42中的一个或多个/调整沿着行R_i中的一行或多行延伸的物理瓦片42中的一个或多个的大小。类似地，机器人200可以采用适当的(多个)末端执行器211来切割沿着列C_i中的一列或多列延伸的物理瓦片42中的一个或多个/调整沿着列C_i中的一列或多列延伸的物理瓦片42中的一个或多个的大小。

根据一种方案，机器人200可以调整沿着每行R_i延伸的每个物理瓦片42的大小，使得行R_i共享相同的减小的高度(小于高度h₀)。以该减小的高度，均匀行R_i以设定距离d_R间隔，顶行R₁邻接顶边缘E_TOP，底行R₅邻接底边缘E_BOTTOM。类似地，机器人200可以调整沿着每列C_i延伸的每个物理瓦片42的大小，使得列C_i共享相同的减小的宽度(小于宽度w₀)。以该减小的宽度，均匀列C_i以设定距离d_C间隔，其中左列C₁邻接左边缘E_LEFT，右列C₅邻接右边缘E_RIGHT。

然而，设计规范410b还包括偏好412b，该偏好412b(如果有必要)提供仅沿底行R₅延伸的物理瓦片42被调整大小为具有减小的高度和/或仅沿右列C₅延伸的物理瓦片42被调整大小为具有减小的宽度。换句话说，设计者意图尽可能地将物理瓦片42保持在其初始尺寸(如所供应的)。因此，如图6B所示，机器人200优选地调整物理瓦片42的大小，使得底行R₅具有小于其他行R_{i＝1，2，3，4}的初始高度h₀的高度h₅，并且右侧列C₅具有小于其他列C_{i＝1，2，3，4}的初始宽度w₀的宽度w₅。

如上所述，实际物理瓦片42和物理墙壁47上的矩形区域A可以与它们如何被模型瓦片402和模型墙壁407初始建模不同。设计规范410a、410b定义了相应的设计空间，其中瓦片安装过程中的不同参数可以被修改以适应现实。设计规范中的不同约束和偏好可以产生不同的物理结构。

代替调整物理瓦片之间的间隔距离，图6A至图6B的示例中的机器人200可以动态地改变物理瓦片42的大小以满足约束411b_{i＝1，2，3，4}。此外，机器人200可以参考偏好412b来确定定制瓦片安装过程的优选方案。尽管图6B所示的瓦片安装40b在某些方面可以不同于图4A所示的模型400，但是瓦片安装40b仍然保留了如由约束411b_{i＝1，2，3，4}和偏好412b定义的设计者的意图。

通常，上述示例中的约束和偏好允许机器人200自动决定对瓦片安装过程的调整是否涉及调整与物理瓦片42之间的间隔相关的参数和/或与调整物理瓦片42的大小以适合区域A相关的参数。例如，调整间隔可以是比调整物理瓦片42的大小成本更低的操作，因此设计者可以定义约束和偏好，使得机器人200被偏置以调整物理瓦片42之间的间隔而不是调整物理瓦片42的大小。然而，设计者也可以定义约束和偏好，使得如果调整导致物理瓦片42之间的间隔超过阈值，则机器人200决定调整物理瓦片42的大小。约束和偏好允许机器人200动态地和自动地做出这样的决定，而不要求操作员或其他系统的干预。

上面的示例描述了机器人可以如何动态调整生产过程的方面。当然，这种调整不限于改变矩形阵列中的物理瓦片42之间的间隔或调整瓦片安装40中的物理瓦片42的大小。对于其他瓦片安装，设计者可以提供涉及调整物理瓦片42通过其安装在物理墙壁47的区域A’中的图案的不同约束和偏好。例如，区域A’在形状上可以更圆。作为响应，机器人200可根据约束和偏好确定应根据特定的螺旋图案、同心图案、星光图案或其他圆形设计来调整瓦片安装过程来安装物理瓦片42以适合区域A’。

此外，本发明的方面不限于瓦片的安装。例如，如上所述，本发明的方面可以应用于在包括对岸河岸和河岸之间的区域的河流现场处通过安装混凝土桩、梁、桥面板件等来构建桥梁。根据其他示例，本发明的方面可以应用于在工厂车间组合部件以制造诸如消费品、车辆部件等的产品。

VI.结论

机器人可以使用(多个)末端执行器和(多个)传感器将多个物理对象组合成期望的物理结构。为了生产这种物理结构，可以由根据用于物理结构的模型生成的设计规范来指导机器人。鉴于上述情况，机器人可以动态调整生产过程的方面，以解决模型和物理现实之间的差异。从模型中导出的设计规范为机器人提供了定制生产过程的必要的灵活性。设计规范定义了其中可以修改生产过程中的不同参数以适应物理现实的灵活设计空间。虽然对生产过程的调整可能会改变得到的物理结构的方面，但是机器人可以确保生产过程保留了模型中提供的设计者的意图。

以上详细描述参考附图描述了所公开的系统、设备和方法的各种特征和功能。在附图中，相似的符号典型地标识相似的组件，除非上下文另有指示。详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式并不意味着限制。可以利用其他实施方式并且可以进行其他改变，而不脱离这里呈现的主题的范围。将容易理解的是，如在此一般描述的以及在附图中示出的，本公开的方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在这里明确预期。

关于附图中的任何或所有消息流程图、场景和流程图，并且如这里所讨论的，根据示例实施方式，每个步骤、块和/或通信可以表示信息的处理和/或信息的传输。替换性实施方式被包括在这些示例实施方式的范围内。例如，在这些替换性实施方式中，取决于所涉及的功能，被描述为步骤、块、传输、通信、请求、响应和/或消息的功能可以与所示出或讨论的顺序不一致地运行，包括以基本上同时或相反的顺序运行。此外，更多或更少的步骤、块和/或功能可以与这里讨论的任何消息流程图、场景和流程图一起使用，并且这些消息流程图、场景和流程图可以部分或全部与彼此组合。

表示信息处理的步骤或块可以对应于可以被配置为执行这里描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路。可替换地或附加地，表示信息处理的步骤或块可以对应于(包括相关数据的)程序代码的模块、段或部分。程序代码可以包括一个或多个可由处理器运行的指令，以用于实施方法或技术中的特定逻辑功能或动作。程序代码和/或相关数据可以被存储在任何类型的计算机可读介质上，诸如包括磁盘驱动器、硬盘驱动器或其他存储介质的存储设备。

计算机可读介质可以包括非暂时性的计算机可读介质，诸如像寄存器存储器、处理器高速缓存和/或随机存取存储器(random access memory，RAM)那样短时间存储数据的计算机可读介质。计算机可读介质还可以包括存储程序代码和/或数据达更长时间的非暂时性计算机可读介质，诸如像只读存储器(read only memory，ROM)、光盘或磁盘和/或光盘只读存储器(compact-disc read only memory，CD-ROM)的二级或永久长期存储装置。计算机可读介质也可以是任何其他易失性或非易失性存储系统。计算机可读介质可以被认为是计算机可读存储介质，或者，例如有形存储设备。

此外，表示一个或多个信息传输的步骤或块可以对应于相同物理设备中的软件和/或硬件模块之间的信息传输。然而，其他信息传输可以在不同物理设备中的软件模块和/或硬件模块之间进行。

虽然这里已经公开了各种方面和实施方式，但是其他方面和实施方式对于本领域技术人员来说将是显而易见的。这里公开的各种方面和实施方式是为了说明的目的，而不是为了限制，真正的范围由所附权利要求来指示。

Claims (18)

1.一种计算机实现的方法，包括：

访问设计规范，所述设计规范参考(i)将要组装到物理结构中的一个或多个物理对象的建模特性，(ii)用于将所述物理对象组装到所述物理结构的生产过程，以及(iii)用于在考虑所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的差异的同时满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的对生产过程的可允许的修改的范围；

在使用生产过程将所述物理对象组装到所述物理结构中之前或期间，评估所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异；

至少基于所评估的所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异，选择用于满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的特定的可允许的修改；

根据所选择的特定的可允许的修改来修改生产过程；和

通过机器人的控制系统使用修改后的生产过程来将所述物理对象组装到所述物理结构中。

2.根据权利要求1所述的方法，包括测量所述一个或多个物理对象的实际特性。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述修改后的生产过程使用铰接的机械臂来将所述物理对象组装到所述物理结构中。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，选择特定的可允许的修改包括：至少基于所评估的一个或多个差异，确定所述物理结构仍能够满足总体设计意图。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，选择特定的可允许的修改包括：识别对生产过程的多个候选修改，每个候选修改都满足总体设计意图，以及选择最高排序的候选修改作为所述特定的可允许的修改。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述总体设计意图被指定为所述物理结构的机械约束或能力。

7.一种用于生产过程定制的系统，包括：

一个或多个处理设备；和

一个或多个非暂时性机器可读存储设备，存储可被一个或多个处理设备执行以执行包括以下内容的操作的指令：

访问设计规范，所述设计规范参考(i)将要组装到物理结构中的一个或多个物理对象的建模特性，(ii)用于将所述物理对象组装到所述物理结构的生产过程，以及(iii)用于在考虑所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的差异的同时满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的对生产过程的可允许的修改的范围；

在使用生产过程将所述物理对象组装到所述物理结构中之前或期间，评估所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异；

至少基于所评估的所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异，选择用于满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的特定的可允许的修改；

根据所选择的特定的可允许的修改来修改生产过程；和

通过机器人的控制系统使用修改后的生产过程来将所述物理对象组装到所述物理结构中。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述操作包括测量所述一个或多个物理对象的实际特性。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述修改后的生产过程使用铰接的机械臂来将所述物理对象组装到所述物理结构中。

10.根据权利要求7所述的系统，其中，选择特定的可允许的修改包括：至少基于所评估的一个或多个差异，确定所述物理结构仍能够满足总体设计意图。

11.根据权利要求7所述的系统，其中，选择特定的可允许的修改包括：识别对生产过程的多个候选修改，每个候选修改都满足总体设计意图，以及选择最高排序的候选修改作为所述特定的可允许的修改。

12.根据权利要求7所述的系统，其中，所述总体设计意图被指定为所述物理结构的机械约束或能力。

13.一种用计算机程序编码的非暂时性计算机存储设备，该程序包括指令，当指令被一个或多个处理器执行时，该指令导致执行操作，所述操作包括：

访问设计规范，所述设计规范参考(i)将要组装到物理结构中的一个或多个物理对象的建模特性，(ii)用于将所述物理对象组装到所述物理结构的生产过程，以及(iii)用于在考虑所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的差异的同时满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的对生产过程的可允许的修改的范围；

在使用生产过程将所述物理对象组装到所述物理结构中之前或期间，评估所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异；

至少基于所评估的所述一个或多个物理对象的建模特性与所述一个或多个物理对象的相应实际特性之间的一个或多个差异，选择用于满足与所述物理对象相关联的总体设计意图的特定的可允许的修改；

根据所选择的特定的可允许的修改来修改生产过程；和

通过机器人的控制系统使用修改后的生产过程来将所述物理对象组装到所述物理结构中。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述操作包括测量所述一个或多个物理对象的实际特性。

15.根据权利要求13所述的设备，其中，所述修改后的生产过程使用铰接的机械臂来将所述物理对象组装到所述物理结构中。

16.根据权利要求13所述的设备，其中，选择特定的可允许的修改包括：至少基于所评估的一个或多个差异，确定所述物理结构仍能够满足总体设计意图。

17.根据权利要求13所述的设备，其中，选择特定的可允许的修改包括：识别对生产过程的多个候选修改，每个候选修改都满足总体设计意图，以及选择最高排序的候选修改作为所述特定的可允许的修改。

18.根据权利要求13所述的设备，其中，所述总体设计意图被指定为所述物理结构的机械约束或能力。

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