CN114714333B - 用于更换夹持器设备上的工具的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于更换夹持器设备上的工具的系统。工具系统包括：工具支撑结构；工具结构，其连接到工具支撑结构，具有至少一个结构构件；连接器，其机械连接到结构构件并成形为与工具支撑结构接合；以及控制单元，其机械地联接到至少一个结构构件并被配置成基于确定到工具支撑结构的连接来感测和调节工具结构的性能。

Description

用于更换夹持器设备上的工具的系统

本申请是名称为“用于更换夹持器设备上的工具的系统”、申请日为2020年3月4日、申请号为202010141326.1的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月24日提交的临时美国专利申请序列第62/875,880号的优先权，其内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及一种用于夹持器设备的工具更换系统，并且更具体地，涉及一种用于取放型机器人系统的夹持器设备的工具更换系统。

背景技术

用于机器人制造系统的相关夹持器设备通常用于抓取和操纵物体。然而，这样的相关技术系统遇到一些常见的缺陷，例如低真空流，这阻止了在抓取物体时同时使用真空压力。具体地，相关技术的夹持器设备通常将真空发生器放置在远离机器人臂的工具头的位置(该位置通常位于臂的基部或肩部)并使用延伸的管道将源连接到臂的工具头或尖端上的真空喷嘴。这种延伸的管道会导致真空喷嘴处的可用真空压力降低。

另外，由于没有工具更换机构，相关技术系统不能使可变夹持器与要抓取的特定物体匹配。相关技术系统还可以具有控制单元或控制模块，该控制单元或控制模块位于远离机器人臂或机器人工具的区域中。在控制单元远离机器人臂或工具放置的情况下，向控制单元发送的控制信号以及从控制单元接收到的反馈信号可能会受到过度的电噪声影响。基于电压的模拟信号也可能极易受到电噪声的影响，从而导致传感器数据不可靠。

因此，存在对于能够将可变夹持器与特定物体匹配而没有诸如信号噪声之类的相关技术问题的夹持器设备的实际需求。本申请的示例性实施例可以解决相关技术系统中的缺陷。

发明内容

本申请的各方面可包括用于机器人臂的工具结构。该工具结构可以包括至少一个结构构件、连接器和控制单元。该连接器可以机械地联接到结构构件，并且可以成形为用于接合位于机器人臂上的工具支撑结构。此外，该连接器可具有：至少一个压缩空气通道，该至少一个压缩空气通道设置在该连接器内并且被定位用于从工具支撑结构接收压缩空气；以及至少一条信号线，其被设置在该连接器内并且被定位用于从该工具支持结构接收一个或多个电信号。该控制单元可以机械地联接到至少一个结构构件，并且通信地联接到连接器。此外，该控制单元可以被配置成基于确定连接器被连接至工具支撑结构来感测和调节工具结构的性能。

本申请的其他方面可以包括用于机器人臂的工具系统。该工具系统可以包括工具支撑结构、工具结构和控制单元。该工具结构可以联接到工具支撑结构，并且可以包括至少一个结构构件以及机械地联接到该结构构件并且成形为用于接合位于机器人臂上的工具支撑结构的连接器。该控制单元可以机械地联接到至少一个结构构件，并且通信地联接到连接器。此外，该控制单元可以被配置成基于确定连接器被连接至工具支撑结构来感测和调节工具结构的性能。

本申请的其他方面可以包括一种用于机器人臂的工具结构，该工具结构具有至少一个结构构件、连接器、控制单元和工具头。该连接器可以机械地联接到结构构件并且可以成形为用于接合位于机器人臂上的工具支撑结构。此外，该连接器可具有：至少一个压缩空气通道，该至少一个压缩空气通道设置在该连接器内并且被定位用于从工具支撑结构接收压缩空气；以及至少一条信号线，其被设置在该连接器内并且被定位用于从该工具支持结构接收一个或多个电信号。该控制单元可以机械地联接到至少一个结构构件，并且通信地联接到连接器。此外，控制单元可以被配置成感测和调节工具结构的性能。该工具头可以机械地联接到至少一个结构构件。此外，该工具头可以由控制单元通过连接器控制，并且该工具头可以包括设置在至少一个结构构件上的真空发生器。该真空发生器可以被配置成接收压缩空气并响应于从工具支撑结构接收到的压缩空气而产生真空压力。

附图说明

将基于以下附图详细描述本发明的示例性实施例，其中在该附图中：

图1A是根据本申请的示例性实施例的机器人系统中的示例环境的图示；

图1B是示出根据本申请的示例性实施例的机器人系统的框图；

图2示出了根据本申请的示例性实施例的机器人臂的透视图；

图3示出了根据本申请的示例性实施例的机器人臂的工具结构的透视图；

图4示出了根据本申请的示例性实施例的机器人臂的另一工具结构的透视图；

图5示出了根据本申请的示例性实施例的机器人臂的另一工具结构的透视图；

图6示出了根据本申请的示例性实施例的附接到臂的铰链结构的工具支撑结构；

图7示出了控制根据本申请的示例性实施例的工具的控制单元；

图8和9示出了根据本申请的示例性实施例的机器人臂200的其他视图；

图10示出了将要安装在本申请的工具支撑结构上的一对夹持器工具；并且

图11示出了具有适用于本申请的一些示例性实施例的示例计算机装置的示例性计算环境。

具体实施方式

以下详细描述提供了本申请的附图和示例性实施例的更多细节。为了清楚起见，省略了附图之间的冗余附图标记和元件的描述。整个说明书中使用的术语仅作为示例提供，并不旨在进行限制。例如，视实践本申请的实施例的本领域普通技术人员的期望实施例，术语“自动”的使用可以涉及全自动的或半自动的实施例(这些实施例涉及用户或操作者对实施例的某些方面的控制)。此外，诸如“第一”、“第二”、“第三”等之类的顺序术语可以仅出于标记目的而在说明书和权利要求书中使用，并且不应限于指以所描述的顺序进行所描述的动作或项目。在不脱离本申请的范围的情况下，可以将动作或项目排序为不同的顺序或者可以并行或动态地执行。

在本申请中，术语“计算机可读介质”可以包括本地存储装置、基于云的存储装置、位于远程的服务器或对于本领域普通技术人员而言显而易见的任何其他存储装置。

在本申请中，术语“机械地联接”可包括两个或更多个组件之间的直接物理连接，或通过一个或更多个其他组件连接在一起的两个或更多个组件之间的间接物理连接。例如，第一组件可以通过直接连接在一起或通过第三组件连接而机械地联接到第二组件。术语“机械地联接”还可包括允许流体(例如液体或气体)在两个或更多个组件之间流动的直接或间接连接。

在本申请中，术语“通信地联接”可以包括：两个或更多个组件之间的直接电子连接，以允许通信信号交换；通过一个或多个其他组件电子地连接在一起的两个或更多个组件之间的间接电子连接；两个或多个组件之间的无线通信连接；或通过一个或多个其他组件无线连接的两个或多个组件之间的间接无线通信连接；或直接、间接或无线通信连接的任意组合。例如，第一组件可以通过直接电连接，通过一个或多个其他组件间接电连接或者通过直接(例如经由蓝牙或其他直接无线连接)或间接(例如经由无线路由器或其他无线连接装置)无线连接而与第二组件通信联接。

适用环境

图1A是根据本申请的示例性实施例的具有可变夹持器设备的机器人系统100的示例性环境的图示。机器人系统100包括被配置成执行一个或多个任务的一个或多个结构(例如机器人)。单件损失管理机制(piece-loss management mechanism)的各个方面可以用各种结构来实践或实现。

对于图1A中所示的示例，机器人系统100可以包括处于仓库或分发/运输中心中的卸载单元102、转移单元104、运送单元106、装载单元108或其组合。该机器人系统100中的每个单元都可以被配置成执行一个或多个任务。这些任务可以按顺序组合以执行实现目标的操作，例如从卡车或货车上卸载物体以存储在仓库中，或者从存储位置卸载物体并将它们加载到卡车或货车上以便运送。对于另一个示例，所述任务可以包括将物体从一个集装箱移动到另一集装箱。每个单元都可以被配置成执行一系列动作(例如操作其中的一个或多个组件)以执行任务。

在一些实施例中，所述任务可以包括将目标物体112(例如盒子、箱子、笼子、托盘等)从起始位置114操纵(例如移动和/或重新定向)到任务位置116。例如，卸载单元102(例如拆箱机器人)可以被配置成在目标物体112从在运输工具(例如卡车)中的一个位置转移到传送带上的一个位置上。而且，转移单元104(例如码垛机器人)可以被配置成将目标物体112从传送带上的一个位置转移到运送单元106上的一个位置，诸如用于将目标物体112装载在运送单元106上的托盘上。

根据另一示例性实施例，转移单元104(例如取件机器人)可以被配置成将目标物体112从一个集装箱转移到另一集装箱。在完成操作时，输送单元106可以将目标物体112从与转移单元104相关联的区域转移至与装载单元108相关联的区域。装载单元108可以将目标物体112从运送单元104(例如通过移动承载目标物体112的托盘)转移至存储位置(例如货架上的位置)。下面描述有关任务和相关动作的细节。

为了说明的目的，在运输中心的环境下描述机器人系统100。然而，应当理解，机器人系统100可以被配置成在其他环境中以及出于其他目的(例如出于制造、组装、包装、医疗保健和/或其他类型的自动化目的)而执行任务。还应当理解，机器人系统100可以包括未在图1中示出的其他单元，例如操纵器、服务机器人、模块化机器人等。

例如，在一些实施例中，机器人系统100可以包括：卸垛单元，用于将物体从笼车或托盘转移到传送器或其他托盘上；集装箱切换单元，用于将物体从一个集装箱转移到另一个集装箱；包装单元，用于包装物体；分拣单元，用于根据物体的一个或多个特征对物体进行分拣；取件单元，用于根据物体的一个或多个特征以不同方式操纵物体(例如用于分拣、分组和/或转移)；或其组合。

适用系统

图1B是示出根据本技术的一个或多个实施例的机器人系统100的框图。在一些实施例中，例如，机器人系统100(例如在上述一个或多个单元和/或机器人中)可以包括电子/电气设备，例如一个或多个处理器118、一个或多个存储装置120、一个或多个通信装置122、一个或多个输入输出装置124、一个或多个致动装置128、一个或多个运送马达130、一个或多个传感器132或其组合。

各种装置可以经由有线连接和/或无线连接彼此通信地联接。例如，机器人系统100可以包括总线，例如系统总线、外围组件互连(PCI)总线或PCI-Express总线、HyperTransport或工业标准架构(ISA)总线、小型计算机系统接口(SCSI)总线、通用串行总线(USB)、IIC(I2C)总线或电气和电子工程师协会(IEEE)标准1394总线(也称为“FIREWIRE”)。而且，例如，机器人系统100可以包括桥接器、适配器、控制器或其他与信号有关的装置，用于提供装置之间的有线连接。无线连接可以基于例如蜂窝通信协议(例如3G、4G、LTE、5G等)、无线局域网(LAN)协议(例如无线保真度(WIFI))、点对点或装置间通信协议(例如蓝牙、近场通信(NFC)等)、物联网(IoT)协议(例如NB-IoT、LTE-M等)以及/或其他无线通信协议。

处理器118可以包括数据处理器(例如中央处理单元(CPU)、专用计算机和/或板载服务器)，其被配置成执行存储在存储装置120(例如计算机内存)上的指令(例如软件指令)。处理器118可以实施程序指令以控制/对接其他装置，从而使机器人臂200执行动作、任务和/或操作。

存储装置120可以包括已经其上存储有程序指令(例如软件)的非暂时性计算机可读介质。存储装置120的一些示例可以包括易失性存储器(例如高速缓冲存储器和/或随机存取存储器(RAM))和/或非易失性存储器(例如闪速存储器和/或磁盘驱动器)。存储装置120的其它示例可以包括便携式存储器驱动器和/或云存储装置。

在一些实施例中，存储装置120可以用于进一步存储并提供对处理结果和/或数据/阈值(例如预定数据和阈值)的存取。例如，存储装置120可以存储主数据，该主数据包括可以由机器人系统100操纵的物体(例如盒子、箱子和/或产品)的描述。在一个或多个实施例中，主数据可包括预期由机器人系统100操纵的物体的尺寸、形状(例如用于潜在姿态的模板和/或用于识别不同姿态下的物体的计算机生成的模型)、配色方案、图像、标识信息(例如条形码、快速响应(QR)代码、标志等和/或它们的预期位置)、预期重量或它们的组合。在一些实施例中，主数据可以包括关于物体的与操纵有关的信息，例如每个物体上的质心位置、与一个或多个动作/运动对应的预期传感器测量值(例如关于力、扭矩、压力和/或接触的测量值)或其组合。

而且，例如，存储装置120可以存储物体跟踪数据。在一些实施例中，物体跟踪数据可以包括扫描或操纵的物体的日志。在一些实施例中，物体跟踪数据可以包括物体在一个或多个位置(例如指定的拾取或放下位置和/或传送带)处的成像数据(例如图片、点云、实时视频馈送等)。在一些实施例中，物体跟踪数据可包括在一个或多个位置处物体的位置和/或定向。

通信装置122可以包括被配置成经由网络与外部或远程装置通信的电路。例如，通信装置122可以包括接收器、发射机、调制器/解调器(调制解调器)、信号检测器、信号编码器/解码器、连接器端口、网卡等。通信装置122可以被配置成根据一个或多个通信协议(例如互联网协议(IP)、无线通信协议等)发送、接收和/或处理电信号。在一些实施例中，机器人臂200可以使用通信装置122在机器人系统100的单元之间交换信息和/或与机器人系统100外部的系统或装置交换信息(例如用于报告、数据收集、分析和/或故障排除目的)。

输入输出装置124可以包括被配置成向操作员(例如人类操作员)传达信息和/或从操作员(例如人类操作员)接收信息的用户界面装置。例如，输入输出装置124可以包括显示器126和/或其他输出装置(例如扬声器、触觉电路或触觉反馈装置等)，用于将信息传达给人类操作员。而且，输入输出装置124可以包括控制或接收装置，例如键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、用户界面(UI)传感器(例如用于接收移动命令的相机)、可穿戴输入装置等。在一些实施例中，机器人系统100可以在执行动作、任务、操作或其组合时使用输入输出装置124与人类操作员进行交互。

机器人系统100可以包括物理或结构构件(例如机器人操纵器臂)，其在接头处连接以便于运动(例如旋转和/或平移移位)。所述结构构件和接头可以形成动力链，该动力链被配置成操纵末端执行器(例如夹持器)，该末端执行器被配置成根据机器人系统100的使用/操作来执行一个或多个任务(例如夹持、旋转、焊接等)。机器人系统100可以包括致动装置128(例如马达、致动器、电线、人造肌肉、电活性聚合物等等)，其被配置成在相应接头处或其周围驱动或操纵(例如移位和/或重新调节)结构构件。在一些实施例中，机器人系统100可以包括运送马达130，其配置成将相应单元/底盘从一个地方运送到另一个地方。

机器人系统100可以包括传感器132，该传感器132被配置成获取用于执行诸如用于操纵结构构件和/或用于运送机器人单元的任务的信息。传感器132可以包括被配置成检测或测量机器人系统100的一个或多个物理特性(例如其一个或多个结构构件/接头的状态、条件和/或位置)和/或检测周围环境的装置。传感器132的一些示例可以包括加速度计、陀螺仪、力传感器、应变仪、触觉传感器、扭矩传感器和位置编码器。

在一些实施例中，例如，传感器132可以包括一个或多个成像装置134(例如包括视觉和/或红外相机的二维和/或三维相机、激光雷达、雷达和/或其他距离测量或成像装置)，其被配置成检测周围环境。成像装置134可以检测并生成所检测到的环境的表示，例如数字图像和/或点云，用于实现机器/计算机视觉(例如用于自动检查、机器人指导或其他机器人应用)。如下面进一步详细描述的那样，机器人系统100(经由例如处理器118)可以处理数字图像和/或点云以识别图1A的目标物体112、图1A的起始位置114、图1A的任务位置116、图1A的目标物体112的姿态或其组合。

为了操纵目标物体112，机器人系统100(例如经由各种单元)可以捕获和分析指定区域(例如卡车内部、集装箱内部或物体在传送带上的拾取位置)的图像，以识别目标物体112及其起始位置114。类似地，机器人系统100可以捕获并分析另一个指定区域(例如用于将物体放置在传送带上的放置位置、用于将物体放置在集装箱内的位置或托盘上用于堆叠目的的位置)的图像以识别任务位置116。

而且，例如，传感器132可以包括位置传感器136(例如位置编码器、电位计等)，该位置传感器136被配置成检测结构构件(例如机器人臂和/或末端执行器)的位置和/或机器人系统100的相应接头。机器人系统100可以在任务执行期间使用位置传感器136来跟踪结构构件和/或接头的位置和/或定向。

在一些实施例中，传感器132可以包括接触传感器138(例如压力传感器、力传感器、应变仪、压阻/压电传感器、电容传感器、弹性传感器和/或其他触觉传感器)，其被配置成测量与多个物理结构或表面之间的直接接触相关联的特性。接触传感器138可以测量与末端执行器(例如夹持器)在目标物体112上的夹持相对应的特性。因此，接触传感器138可以输出代表与夹持器与目标物体112之间的接触或附着程度相对应的量化测量值(例如所测量到的力、扭矩、位置等)的接触量度。例如，接触量度可以包括与由末端执行器施加到目标物体112上的力相关联的一个或多个力或扭矩读数。有关接触量度的细节描述如下。

如下面进一步详细描述的那样，机器人系统100(例如经由处理器118)可以基于接触量度来实施不同的动作以完成任务。例如，如果初始接触度量低于阈值，则机器人系统100可以重新夹持目标物体112。另外，如果在执行任务期间接触度量低于阈值，则机器人系统100可以有意地放下目标物体112，调节任务位置116，调节动作的速度或加速度，或其组合。

根据本申请的末端执行器(例如夹持器)的示例性实施例可以通过提供基于所需能力来更换工具头的能力而在工具选择和定制方面具有更大的灵活性。例如，可变夹持器可以调换以匹配要被夹持的物体类型。可以基于物体的大小、物体的美感度或本领域普通技术人员显而易见的任何其他因素来进行匹配。这种更换能力是由可通信地联接到控制模块的连接器结构提供的，该控制模块被配置成感测工具的更换并调节信号I/O操作以及所供应的压缩空气供给以对应于新工具的要求。

图2示出了根据本申请的示例性实施例的机器人臂200的透视图。在图2中，示出了去除了上部结构(在本文中称为“肩部”)的机器人臂200。肩部结构在下面参考图8和图9讨论。如图2所示，机器人臂200包括工具支撑结构205和工具结构部分210。本文出于解释的目的，工具结构210可以被称为机器人臂200的“手”，而工具支撑结构205可以被称为机器人臂200的“腕部”。在本申请的示例性实施例中，工具支撑结构205或腕部可以被配置成与不同类型或配置的工具结构或手连接。图2-4和9示出了工具结构的示例性实施例。

如图2所示，工具支撑结构205包括连接器主体215，该连接器主体215将工具支撑结构205连接至工具结构210，并且还将工具支撑结构205连接至机器人臂(图2中未示出；但在图7和图8中示出)。与连接器主体215相邻的是容纳端口245，其允许将压缩空气供给和有线信号线或连接件提供给连接器主体215。工具支撑结构205还包括空气压缩机240，该空气压缩机240被配置成基于从远离机器人臂200的控制单元(图2中未示出)提供的有线信号连接件产生压缩空气。在一些示例性实施例中，空气压缩机240可以被定位成与连接器主体相邻，并且产生压缩空气以驱动工具结构210，同时控制单元可以位于机器人臂200的基部处的机器人臂200的另一部分上，或比工具支撑结构205更远离工具结构210的另一位置上。在这样的示例性实施例中，空气压缩机240可以比控制单元更靠近工具结构210。

此外，如下所述，压缩机240可以机械地联接到一个或多个真空喷射器，该真空喷射器使用压缩空气为工具结构210产生真空压力。例如，真空喷射器可以允许压缩空气通过被成形为产生低压区域的喷嘴，该低压区域向工具结构提供真空压力。该结构可以允许在工具支撑结构205上产生真空压力，而不需要任何移动部件。

例如，在一些示例性实施例中，控制单元可以被放置在机器人臂200的基部处或在可以在其上安装机器人臂200的支撑结构的基部处。有线信号线可以通过容纳端口245将控制单元连接到机器人臂200上的空气压缩机240和其他组件。此外，可以理解，在一些示例性实施例中，可以在机器人臂200上提供一个控制单元，或者多个控制单元的组合可以一起工作，并且既有位于机器人臂200上的，又有远离机器人臂200的。

控制单元可以包括计算装置，诸如以下所讨论的如图11所示的计算环境1100的计算装置1105。

工具结构210可以包括其他组件可以安装在其上的一个或多个结构构件260和265。结构构件260和265可以形成为可以在其上安装和支撑其他组件的刚性杆或框架。结构构件260/265可以由金属(例如钢、铸铁、铝或本领域普通技术人员显而易见的任何其他金属或合金)形成。结构构件260/265也可以由陶瓷材料、复合材料或本领域普通技术人员显而易见的任何其他结构材料形成。

工具结构210还包括连接器容纳器275，该连接器容纳器275被配置成联接到连接器主体215，以在工具结构210与工具支撑结构205之间提供结构和电连接。工具结构210还可以包括工具头280，其由结构构件260和265连接至连接器容纳器275。例如，结构构件265可以连接到连接器容纳器275，而工具头280可通过所述结构构件260连接到结构构件265。工具头280的形状和尺寸可设计成支撑一个或多个工具组件。工具组件的示例可以包括吸盘、夹持器、抓爪、指状物或本领域普通技术人员可显而易见的任何其他工具组件。

如在下面更详细地讨论的那样，连接器容纳器275可以具有一个或多个压缩空气通道来将压缩空气供给从工具支撑结构210路由(route)到分布在工具结构210周围的一个或多个压缩空气端口225。压缩空气端口225可以通过压缩空气软管(未示出)连接到由压缩空气驱动的工具结构210上的致动器或其他组件。

在图2中，工具支撑结构205的连接器容纳器275可具有足够的压缩空气通道，以将压缩空气供给路由到多个压缩空气端口225。例如，当工具支撑结构205包括压缩空气通道与压缩空气端口225之间的一一对应关系时，足够数量的压缩空气通道可以使得压缩空气通道之一将压缩空气提供给压缩空气端口225之一。作为一个具体示例，如图2所示，压缩空气端口225的数量可以是6。也可以存在多对一的对应关系，以使得压缩空气通道的多个示例向压缩空气端口225的单个示例提供压缩空气，或者压缩空气通道的单个示例向多个压缩空气端口225提供压缩空气。此外，可以将一个或多个阀集成到连接器容纳器275中，以将空气通道与不同的压缩空气端口225动态连接并控制空气流动。

在一些示例中，压缩空气端口225可以连接到夹持器附件中的致动器，以打开和关闭夹持器抓爪。压缩空气端口225也可以连接到操作机器人工具手的指状物的致动器。压缩空气端口225也可以机械地联接到真空喷射器，以使用压缩空气流为工具结构210产生真空压力。例如，压缩空气可以传递通过成形为产生低压区域的喷嘴，该低压区域为工具头280提供真空压力。

此外，在一些示例性实施例中，可以将来自真空喷射器的真空压力提供给真空端口230，该真空端口230可以通过压力软管(为清楚起见而省略图示；但示出在图8中)连接至在机器人臂200的工具头280上的吸盘250的抽吸端口255。一个或多个压力传感器220可以机械地联接到压缩空气端口225和真空端口230。所述一个或多个压力传感器220可以通过有线信号线与控制单元通信以提供有关系统压力的反馈信号。可替代地，所述一个或多个压力传感器220可以与控制单元无线地通信。

换句话说，压缩空气在控制单元控制的控制下由空气压缩机240提供给工具支撑结构205并提供给喷射器。喷射器可产生真空压力并将真空压力提供给位于工具头280的端部上的吸盘250。通过在工具结构210上产生真空压力，在吸盘250处测量的真空压力可大于使用位于机器人臂200的基部处或位于比工具结构210更远离工具头280的其他位置处的真空发生器产生的真空压力。类似地，与在机器人臂的基部处或在比工具支撑结构205更远离工具结构的其他位置处产生的压缩空气相比，将空气压缩机240放置在工具支撑结构205上可以允许产生并维持更大的气压。

图3示出了根据本申请的示例性实施例的机器人臂的工具结构310的透视图。工具结构310可以连接到机器人臂的工具支撑结构，例如以上所讨论的图2中所示的工具支撑结构205。

类似于以上所讨论的图2的工具结构210，工具结构310包括其他组件可以安装在其上的一个或多个结构构件360和365。结构构件360和365可以形成为在其上可以安装并支撑其他组件的刚性杆或框架。结构构件360/365可以由金属(例如钢、铸铁、铝或本领域普通技术人员显而易见的任何其他金属或合金)形成。结构构件360/365也可以由陶瓷材料、复合材料或本领域普通技术人员显而易见的任何其他结构材料形成。

工具结构310还包括连接器容纳器375，该连接器容纳器375被配置成联接到连接器主体，例如以上所讨论的图2的工具支撑结构205的图2的连接器主体215，以在工具结构310与工具支撑结构205之间提供结构和电连接。工具结构310还可以包括由结构构件360和365连接至连接器容纳器375的工具头380。例如，结构构件365可以连接到连接器容纳器375，而工具头380可以通过结构构件360连接到结构构件365。工具头380的形状和尺寸可以被设计成支撑一个或多个工具组件。工具组件的示例可以包括吸盘、夹持器、抓爪、指状物或本领域普通技术人员可以显而易见的任何其他工具组件。

如图所示，连接器容纳器375包括多个空气通道377，以将压缩空气供给从工具支撑结构310路由到分布在工具结构310周围的一个或多个压缩空气端口325。如图3所示，连接器容纳器375可以提供6个空气通道377，这些通道对6个压缩空气端口325进行供给。应当理解，工具结构310可以包括不同于6的数量的压缩空气端口325。可以在压缩空气通道377与压缩空气端口325之间存在一一对应关系，使得空气通道377之一将压缩空气供给至压缩空气端口325之一。也可以存在多对一的对应关系，使得多个空气通道377将压缩空气供给至单个压缩空气端口325，或者单个空气通道377对多个压缩空气端口325进行供给。此外，可以将一个或多个阀集成到连接器容纳器375，以动态地将空气通道377与不同压缩空气端口325连接或变更它们之间的连接并控制空气流动。

压缩空气端口325可以连接到工具结构(未示出)上的空气压缩机(未示出)，并且还可以通过压缩空气软管(未示出)连接到工具结构310上的由压缩空气驱动的致动器或其他组件。例如，压缩空气端口325可连接到夹持器附件中的致动器，以打开和关闭夹持器抓爪。压缩空气端口325还可连接到操作机器人工具手的指状物的致动器。压缩空气端口325还可连接到一个或多个真空喷射器，以产生用于工具结构310的真空压力。例如，压缩空气可以传递通过成形为产生低压区域的喷嘴，该低压区域为工具头380提供真空压力。

此外，在一些示例性实施例中，真空喷射器可以向真空端口330提供真空压力，该真空端口330可以通过压力软管(为了清楚起见而在此省略；但示出在图8中)连接至臂的工具头380上的一个或多个吸盘350的抽吸端口355。此外，压力传感器320可以机械地联接到压缩空气端口325和真空端口330，以将关于系统压力的反馈信号提供给控制单元。如图3所示，提供单个压力传感器320、单个压缩空气端口325和单个吸盘350。

真空喷射器可使用压缩空气为工具头380产生真空压力，并将真空压力提供给吸盘350。通过在工具结构310上产生真空压力，在吸盘350处测得的真空压力可大于使用位于机器人臂的基部处或比工具结构310更远离工具头380的其他位置处的真空发生器所产生的真空压力。

另外，连接器容纳器375还可包括支撑托架部分379，该支撑托架部分379接合对应的托架(相对于图6讨论)，以在结构上将工具结构310连接至工具支撑结构。连接器容纳器375还包括用于在工具结构310与位于工具支撑结构上或附近的控制单元之间发送和接收信号的继电器381或信号线。

在一些示例性实施例中，控制单元可以位于支撑工具结构310的工具支撑结构的基部。控制单元可以通过信号线直接连接到位于工具结构310上的电气组件，例如空气压缩机、用于控制真空压力和压缩空气流动的控制阀、压力传感器320或任何其他可向控制单元发送电信号或从控制单元接收电信号的组件。通过将有时被称为远程模块的控制单元定位在工具支撑结构的基部处并且直接连接至工具结构310上的组件，可以减少或最小化电子噪声或其他信号干扰。

作为示例，工具结构310可以具有但不限于10个数字输入端和10个数字输出端以与控制单元通信。基于数字输入端和数字输出端的布局，控制单元可以检测工具结构310的配置。例如，使用来自工具结构310的数字输入和输出(I/O)信号，控制单元可以确定何时附接工具结构310以及附接了哪个工具结构310。

在一些示例性实施例中，不同的工具结构可以具有对于工具结构的特定示例或工具结构的类型、类别或配置而言唯一的不同工具标识符。可以基于发送到工具结构310的信号和从工具结构310接收到的反馈信号来动态地检测用于信号和电源的信号引脚配置，以确定所连接的工具结构的工具标识符，并且控制单元可以选择工具结构310的信号配置以更好地控制连接的工具。例如，在特定信号引脚(例如引脚1)上检测到高电压，而在不同信号引脚(例如引脚2)上检测到低电压，可以指示第一类工具结构(例如抽吸或真空工具)的工具标识符。相反，信号引脚1上的低电压和信号引脚2上的高电压可以指示不同类型的工具结构(例如被配置成机械地抓取物体的夹持器)的工具标识符。在一些示例性实施例中，当工具结构310断开连接或未正确附接时，控制单元可以动态地终止或禁用从工具支撑结构供应的动力，以实现在工具更换操作期间的安全性。

在一些示例性实施例中，控制单元还可以基于传感器检测到在连接器或被连接的工具上的计算机可读图像代码(例如条形码、快速响应(QR)代码或任何其他对于本领域普通技术人员而言可以显而易见的计算机可读代码)或传感器检测到从连接器或工具广播的短距离无线信号(例如近场通信(NFC)、射频识别(RFID)或其他对于本领域普通技术人员而言可以显而易见的短距离无线通信)来动态地确定所连接的工具结构的工具标识符。

图4示出了根据本申请的示例性实施例的机器人臂的另一工具结构410的透视图。工具结构410可以连接到机器人臂的工具支撑结构，例如以上所讨论的图2中所示的工具支撑结构205。工具结构410可以具有与以上关于图3的工具结构310所讨论的那些特征类似的特征并且可以在此使用类似的附图标记。

工具结构410可以包括其他组件可以安装在其上的一个或多个结构构件460和465。结构构件460和465可以形成为可以在其上安装和支撑其他组件的刚性杆或框架。结构构件460/465可以由金属(例如钢、铸铁、铝或本领域普通技术人员显而易见的任何其他金属或合金)形成。结构构件460/465也可以由陶瓷材料、复合材料或本领域普通技术人员显而易见的任何其他结构材料形成。

工具结构410还包括连接器容纳器475，该连接器容纳器475被配置成联接到连接器主体，例如以上所讨论的图2的工具支撑结构205的图2的连接器主体215，以在工具结构410与工具支撑结构205之间提供结构和电连接。工具结构410还可以包括由结构构件460和465连接至连接器容纳器475的工具头480。例如，结构构件465可以连接到连接器容纳器475，而工具头480可以通过结构构件460连接到结构构件465。工具头480的形状和尺寸可以被设计成支撑一个或多个工具组件。工具组件的示例可以包括吸盘、夹持器、抓爪、指状物或本领域普通技术人员可以显而易见的任何其他工具组件。

如图所示，连接器容纳器475包括多个空气通道477，以将压缩空气供给从工具结构410路由至分布在工具结构410周围的一个或多个压缩空气端口425。尽管应当理解的是，工具结构410可以包括不同数量的压缩空气端口425，但如图4所示，连接器容纳器475可以提供6个空气通道477，这些通道对6个压缩空气端口425进行供给。可以在压缩空气通道477和压缩空气端口425之间存在一一对应关系，使得单个空气通道477将压缩空气供给至单个压缩空气端口425。也可以存在多对一的对应关系，以使多个空气通道477将压缩空气供给至单个压缩空气端口425或单个空气通道477对多个压缩空气端口425进行供给。此外，可以将一个或多个阀集成到连接器容纳器475，以动态地将空气通道与不同压缩空气口425连接或变更它们之间的连接并控制空气流动。

压缩空气端口425可以连接到工具结构(未示出)上的空气压缩机(未示出)，并且还可以通过压缩空气软管(未示出)连接到工具结构410上的由压缩空气驱动的致动器或其他组件。例如，压缩空气端口425可以连接到夹持器附件中的致动器，以打开和关闭夹持器抓爪。压缩空气端口425还可以连接到操作机器人工具手的指状物的致动器。压缩空气端口425也可以连接到一个或多个真空喷射器，以产生用于工具结构410的真空压力。例如，压缩空气可以传递通过成形为产生低压区域的喷嘴，该低压区域为工具头480提供真空压力。

此外，在一些示例性实施例中，真空喷射器可以向真空端口430提供真空压力，该真空端口可以通过压力软管(为了清楚起见而在此省略；但示出在图8中)连接至臂的工具头480上的吸盘450的抽吸端口455。此外，多个压力传感器420可以机械地联接到压缩空气端口425和真空端口430，并且还通信地联接到控制单元，以将关于系统压力的反馈信号提供给控制单元。如图4所示，提供一对(两个)压力传感器420、一对压缩空气口425和一对吸盘450。

真空喷射器可使用压缩空气为工具头480产生真空压力，并将真空压力提供给位于工具头480的端部上的吸盘450。通过在工具结构410上产生真空压力，在吸盘450处测量的真空压力可以大于使用位于机器人臂的基部处或比工具结构410更远离工具头480的其他位置处的真空发生器产生的真空压力。

另外，连接器容纳器475还可包括支撑托架部分479，该支撑托架部分479接合对应的托架(关于图6讨论)，以在结构上将工具结构410连接至工具支撑结构。此外，连接器容纳器475还包括用于在工具结构410与位于工具支撑结构上或附近的控制单元之间发送和接收信号的继电器481或信号线。

在一些示例性实施例中，控制单元可以位于支撑工具结构410的工具支撑结构的基部。控制单元可以通过信号线直接连接到位于工具结构410上的电气组件，例如空气压缩机、用于控制真空压力和压缩空气流动的控制阀、压力传感器420或任何其他可向控制单元发送电信号或从控制单元接收电信号的组件。通过将有时被称为远程模块的控制单元定位在工具支撑结构的基部处并且直接连接至工具结构410上的组件，可以减少或最小化电子噪声或其他信号干扰。

作为示例，工具结构410可以具有10个数字输入端和10个数字输出端以与控制单元通信。基于数字输入端和数字输出端的布局，控制单元可以检测工具结构410的配置。例如，使用来自工具结构410的数字输入和输出(I/O)信号，控制单元可以确定何时附接工具结构410以及附接了哪个工具结构410。

在一些示例性实施例中，不同工具结构可以具有对于工具结构的特定示例或工具结构的类型、类别或配置而言唯一的不同工具标识符。可以动态地检测用于信号和电源的信号引脚配置以基于发送到工具结构410的信号和从工具结构410接收到的反馈信号来确定所连接的工具结构的工具标识符，并且控制单元可以选择工具结构410的信号配置来更好地控制所连接的工具。例如，在特定信号引脚(例如引脚1)上检测到高电压，而在不同信号引脚(例如引脚2)上检测到低电压，可以指示第一类工具结构(例如抽吸或真空工具)的工具标识符。相反，引脚1上的低电压和引脚2上的高电压可以指示不同类型的工具结构(例如被配置成机械地抓取物体的夹持器)的工具标识符。此外，在一些示例性实施例中，当工具结构510断开连接或未正确附接时，控制单元可以动态地终止或禁用从工具支撑结构供应的动力，以实现在工具更换操作期间的安全性。

在一些示例性实施例中，控制单元还可以基于传感器检测到在连接器或被连接的工具上的计算机可读图像代码(例如条形码、快速响应(QR)代码或任何其他对于本领域普通技术人员而言可以显而易见的计算机可读代码)或传感器检测到从连接器或工具广播的短距离无线信号(例如近场通信(NFC)、射频识别(RFID)或其他对于本领域普通技术人员而言可以显而易见的短距离无线通信)来动态地确定所连接的工具结构的工具标识符。

图5示出了根据本申请的示例性实施例的机器人臂的另一工具结构510的透视图。工具结构510可以连接到机器人臂的工具支撑结构，例如以上所讨论的图2中所示的工具支撑结构205。工具结构510可以具有与以上关于图3的工具结构310和图4的工具结构410所讨论的那些特征相似的特征，并且可以在此使用类似的附图标记。

工具结构510可以包括其他组件可以安装在其上的一个或多个结构构件560和565。结构构件560和565可以形成为在其上可以安装和支撑其他组件的刚性杆或框架。结构构件560/565可以由金属(例如钢、铸铁、铝或本领域普通技术人员显而易见的任何其他金属或合金)形成。结构构件560/565也可以由陶瓷材料、复合材料或本领域普通技术人员显而易见的任何其他结构材料形成。

工具结构510还包括连接器容纳器575，该连接器容纳器被配置成联接到连接器主体，例如以上所讨论的图2的工具支撑结构205的图2的连接器主体205，以在工具结构510与工具支撑结构205之间提供结构和电连接。工具结构510还可以包括由结构构件560和565连接至连接器容纳器575的工具头580。例如，结构构件565可以连接到连接器容纳器575，而工具头580可以通过结构构件560连接到结构构件565。工具头580的形状和尺寸可以被设计成支撑一个或多个工具组件。工具组件的示例可以包括吸盘、夹持器、抓爪、指状物或本领域普通技术人员可以显而易见的任何其他工具组件。

如图所示，连接器容纳器575包括多个空气通道577，以将压缩空气供给从工具支撑结构510路由到分布在工具结构510周围的一个或多个压缩空气端口525。尽管应当理解，工具结构可以具有不同数量的压缩空气端口525，但如图5中所示，连接器容纳器575可以提供6个空气通道577，这些空气通道577对6个压缩空气端口525进行供给。在压缩空气通道577和压缩空气端口525之间存在一对一对应关系，使得单个空气通道577将压缩空气供给至单个压缩空气端口525。也可以存在多对一的对应关系，使得多个空气通道577将压缩空气供给至单个压缩空气端口525，或者单个空气通道577对多个压缩空气端口525进行供给。此外，可以将一个或多个阀集成到连接器容纳器575，以动态地连接空气通道477与不同的压缩空气端口525或变更它们之间的连接并控制空气流动。

压缩空气端口525可以连接到工具结构510上的空气压缩机540，并且还可以通过压缩空气软管连接到工具结构510上的由压缩空气驱动的致动器或其他组件。例如，压缩空气端口525可以连接到夹持器附件中的致动器，以打开和关闭夹持器抓爪。压缩空气端口525也可以连接到操作机器人工具手的指状物的致动器。压缩空气端口525也可以连接到一个或多个真空喷射器，以产生用于工具结构510的真空压力。例如，压缩空气可以通过成形为产生低压区域的喷嘴，该低压区域为工具头580提供真空压力。

此外，在一些示例性实施例中，真空喷射器可以向真空端口530提供真空压力，该真空端口530可以通过压力软管(为了清楚起见而在此省略；但示出在图8中)连接到在臂的工具头580上的吸盘550的抽吸端口555。此外，多个压力传感器520可以机械地联接到压缩空气端口525和真空端口530，并且通信地联接到控制单元，以将关于系统压力的反馈信号提供给控制单元。如图5所示，提供了四个压力传感器520、四个压缩空气端口525和四个吸盘550。

真空喷射器可使用压缩空气为工具头580产生真空压力，并将真空压力提供给位于工具头580的端部上的吸盘550。通过在工具结构510上产生真空压力，在吸盘550处测得的真空压力可以大于使用位于机器人臂的基部处或比工具结构510更远离工具头580的其他位置处的真空发生器产生的真空压力。

另外，连接器容纳器575还可包括支撑托架部分579，该支撑托架部分579接合对应的托架(相对于图6讨论)以在结构上将工具结构510连接到工具支撑结构。此外，连接器容纳器575还包括用于在工具结构510与位于工具支撑结构上或附近的控制单元之间发送和接收信号的继电器581或信号线。

在一些示例性实施例中，控制单元可以位于支撑工具结构510的工具支撑结构的基部。控制单元可以通过信号线直接连接到位于工具结构510上的电气组件，例如空气压缩机、用于控制真空压力和压缩空气流动的控制阀、压力传感器520或任何其他可向控制单元发送电信号或从控制单元接收电信号的组件。通过将有时被称为“远程模块”的控制单元定位在工具支撑结构的基部处并且直接连接至工具结构510上的组件，可以减少或最小化电子噪声或其他信号干扰。

作为示例，工具结构510可以具有10个数字输入端和10个数字输出端以与控制单元通信。基于数字输入端和数字输出端的布局，控制单元可以检测工具结构510的配置。例如，使用来自工具结构510的数字输入和输出(I/O)信号，控制单元可以确定何时附接工具结构510以及附接了哪个工具结构510。

在一些示例性实施例中，不同的工具结构可以具有对于工具结构的特定示例或工具结构的类型、类别或配置而言唯一的不同工具标识符。可以基于发送到工具结构510的信号和从工具结构510接收到的反馈信号来动态地检测用于信号和电源的信号引脚配置，以确定所连接的工具结构的工具标识符。控制单元可以选择工具结构510的信号配置以更好地控制所连接的工具。

例如，在特定信号引脚(例如引脚1)上检测到高电压，在不同信号引脚(例如引脚2)上检测到低电压，可以指示第一类工具(例如抽吸工具或真空工具)的工具标识符结构。相反，引脚1上的低电压和引脚2上的高电压可以指示不同类型的工具结构(例如被配置成机械地抓取物体的夹持器)的工具标识符。此外，在一些示例性实施例中，当工具结构510断开连接或未正确附接时，控制单元可以动态地终止或禁用从工具支撑结构供应的动力，以提高工具更换操作期间的安全性。

在一些示例性实施例中，控制单元还可以基于传感器检测到在连接器或被连接的工具上的计算机可读图像代码(例如条形码、快速响应(QR)代码或任何其他对于本领域普通技术人员而言可以显而易见的计算机可读代码)或传感器检测到从连接器或工具广播的短距离无线信号(例如近场通信(NFC)、射频识别(RFID)或其他对于本领域普通技术人员而言可以显而易见的短距离无线通信)来动态地确定所连接的工具结构的工具标识符。

图6示出了附接至机器人臂200的铰接结构600的工具支撑结构205。如图所示，工具支撑结构205由一系列旋转致动器620和625支撑在机器人臂200的一端部处。第一旋转致动器620相对于第二旋转致动器625在X轴和Y轴的平面上旋转工具支撑结构205。第二旋转致动器625相对于机器人臂200的支撑框架630在X轴和Z轴的平面上旋转第一旋转致动器620和工具支撑结构205。

供应导管615沿着支撑框架630并围绕第一旋转致动器620和第二旋转致动器625延伸，并连接到容纳端口245。供应导管615为压缩空气供给管和电信号线提供连接进入工具支撑结构205的路径。在图6中，为了清楚起见而去除了压缩空气供给管和电信号线，但是它们被示出在以下所讨论的图7和8中。

工具支撑结构205还包括多个压缩空气端口610，这些压缩空气端口610接收压缩空气供给管并将压缩空气供给至连接器结构605，该连接器结构605与一工具结构上的连接器容纳器(例如图2中的工具结构210的连接器容纳器275、图3中的工具结构310的连接器容纳器375、图4中的工具结构410的连接器容纳器475、图5中的工具结构510的连接器容纳器575)接合。连接器结构605包括连接到工具支撑结构205的压缩空气端口610的多个压缩空气通道635。所述多个压缩空气通道635被定位成与位于一工具结构的连接器容纳器中的相应空气通道(例如图3中的工具结构310的空气通道377、图4中的工具结构410的空气通道477、图5中的工具结构510的空气通道577)接合。

连接器结构605还包括一个或多个保持突起640，其与一工具结构的支撑托架(例如图3中的工具结构310的支撑托架部分379、图4中的工具结构410的支撑托架部分479、图5中的工具结构510的支撑托架部分579)接合，以将工具支撑结构205在结构上连接到工具结构(例如工具结构210、工具结构310、工具结构410、工具结构510)。

连接器结构605还包括控制单元接口区域650，该控制单元接口区域650提供工具结构可通信地联接到控制单元的位置。如下所述，控制单元控制到工具支撑结构的控制单元接口区域650的压缩空气流，并且将到工具结构210的数字I/O路由通过控制单元接口区域650。控制单元可以还向工具支撑结构205发送指令以操纵工具结构。工具支撑结构205可以在1)工具结构与机器人臂200以及2)工具结构与控制单元之间提供机械和电连接。

图7示出了控制根据本申请的示例性实施例的工具的控制单元700。控制单元700包括多个模块705/710/715/720。一些模块可以是控制压缩空气流动的阀模块715。例如，阀模块715可以包括控制和调节工具支撑结构210和工具结构之间的空气流动的电磁阀。在一些示例性实施例中，阀模块715还可调节流过控制单元的空气的流量或压力。例如，阀模块715可以将压力从600KPa的供应压力降低到200Kpa的致动器压力。

控制单元700还可包括数字输入端/输出(I/O)单元710，其控制用于控制信号的信号I/O，所述控制信号用于工具的操纵和移动以及传感器信息的收集。例如，在一些示例性实施例中，I/O单元710可以提供如图所示的多个I/O继电器，以控制工具结构(诸如工具结构210、工具结构310、工具结构410和工具结构510)的操纵和移动，以及从位置传感器或其他数字传感器收集传感器信息。

控制单元700还可包括一个或多个发送和接收模拟信号的模拟传感器模块705。为了减少电子噪声对传感器信号数据的影响，可以将电流型模拟驱动传感器代替电压型驱动传感器而连接到模拟传感器模块705并由其控制。例如，电流型模拟驱动传感器可以受到较少电子噪声的影响，这是因为由电子噪声产生的电压不具有足够的功率来从由电流型模拟驱动传感器提供的小电阻中产生大电流。在一些实施例中，作为示例，模拟传感器模块705可以提供4个或更多个电流型模拟信号检测的通道，其可以提供具有减小的噪声的模拟信号或不受干扰的模拟信号，以用于测量真空压力、液体或流体流动、距离或其他工具性能指标。电流型模拟信号可以提高工具控制方面的可靠性，允许更多种类的夹持器或更强大的夹持器。

控制单元700还可包括逻辑模块720，其基于从用户接收到的命令信号和/或编程指令来控制其他模块705/715。逻辑模块720可以是诸如图11的计算环境1100的计算装置1105的计算装置。逻辑模块720还可检测连接到工具支撑结构205的工具结构的变更，并改变模块705和715的操作。例如，逻辑模块720可以检测特定信号引脚(例如引脚1)上的高电压，以及不同信号引脚(例如引脚2)上的低电压，以指示用于第一类工具结构(诸如抽吸或真空工具)的工具标识符，而模块705和715可以被控制成操作提供给真空工具的抽吸以拾取或释放由真空工具操纵的物体。相反，逻辑模块720可以检测插针1上的低电压和插针2上的高电压，以指示用于不同类型的工具结构(例如被配置成机械地抓取物体的夹持器)的工具标识符，并且模块705和715可以被控制成打开或关闭机械夹持器。此外，在一些示例性实施例中，当逻辑单元检测到工具结构断开连接或未正确附接时，逻辑单元可以动态地终止或禁用从工具支撑结构供应的动力，以实现在工具更换操作期间的安全性。

图8和9示出了根据本申请的示例性实施例的机器人臂200的其他视图。图8示出了工具支撑结构205，其具有附接的工具结构510以及被提供来供应压缩空气的压缩空气软管。如图所示，工具支撑结构205附接到臂200的铰链结构600。工具支撑结构205可以由第一旋转致动器620和第二旋转致动器625支撑在臂200的一端部处，第一旋转致动器620使工具支撑结构205相对于第二旋转致动器625在X轴和Y轴的平面中旋转，并且第二旋转致动器625使第一旋转致动器620和工具支撑结构205相对于臂200的支撑框架630在X轴和Z轴的平面内旋转。

供应导管615可以沿着支撑框架630围绕第一旋转致动器620和第二旋转致动器625延伸，并且可以连接到容纳端口245。供应导管615为压缩空气供给管815和电气信号线提供连接到工具支撑结构205中的路径。如图所示，压缩空气供给管815存在于供应导管615中并且连接到位于工具支撑结构205上的多个压缩空气端口610，所述多个压缩空气端口610接纳压缩空气供给管并将压缩空气供给至与工具结构上的连接器容纳器接合的连接器结构(图8中未编号)中。在图8中，工具结构510被示为连接到工具支撑结构205。

图6的连接器结构605可包括图6的多个压缩空气通道635，它们连接到工具支撑结构205的压缩空气端口610。所述多个压缩空气通道635被定位成与位于工具结构510的连接器容纳器中的相应空气通道(例如图5的工具结构510的空气通道577)接合。

如上所述，工具结构510包括其他组件可以安装在其上的一个或多个结构构件560和565。结构构件560和565可以形成为在其上可以安装和支撑其他组件的刚性杆或框架。结构构件560/565可以由金属(例如钢、铸铁、铝或本领域普通技术人员显而易见的任何其他金属或合金)形成。结构构件560/565也可以由陶瓷材料、复合材料或本领域普通技术人员显而易见的任何其他结构材料形成。

工具结构510还可以包括通过结构构件560和565连接到连接器容纳器575的工具头580。例如，结构构件565可以连接到连接器容纳器575，而工具头580可以通过结构构件560连接到结构构件565。工具头580的形状和尺寸可被设计成支撑一个或多个工具组件。工具组件的示例可以包括吸盘、夹持器、抓爪、指状物或本领域普通技术人员可以显而易见的任何其他工具组件。

工具结构510还包括连接器容纳器575(在图5中标记)，该连接器容纳器575被配置成联接到上述工具支撑结构205的连接器主体215，以在工具结构510与工具支撑结构205之间提供结构和电连接。

如上所述，连接器容纳器575包括多个空气通道577，以将压缩空气供给从工具支撑结构210路由至分布在工具结构210周围的一个或多个压缩空气端口525。如图5所示，连接器容纳器575可提供6个空气通道577，这些通道对6个压缩空气端口525进行供给。压缩空气端口525可通过压缩空气软管820连接到工具结构510上的由来自压缩机540的压缩空气驱动的致动器或其他组件。

例如，压缩空气端口525可以连接到夹持器附件中的致动器，以打开和关闭夹持器抓爪(图10所示)。压缩空气端口525也可以连接到一个或多个真空喷射器，以产生用于臂的工具头580的真空压力。此外，在一些示例性实施例中，真空喷射器可以向真空端口530提供真空压力，该真空端口530可以通过压力软管820连接到机器人臂200的工具头580上的吸盘550的抽吸端口555。此外，多个压力传感器520可以机械地联接到压缩空气端口525和真空端口530，并且通信地联接到控制单元，以将关于系统压力的反馈信号提供给控制单元。如图5所示，可以提供四个压力传感器520、四个压缩空气端口525和四个吸盘550。

真空喷射器可使用压缩空气为工具头580产生真空压力，并将真空压力提供给位于工具头580的端部上的吸盘550。通过在工具结构510上产生真空压力，在吸盘550处测得的真空压力可以大于使用位于机器人臂的基部处或比工具结构510更远离工具头580的其他位置处的真空发生器产生的真空压力。

此外，工具结构510可以具有可以与控制单元通信的数字输入端和数字输出端。例如，基于10个数字输入端和10个数字输出端的布局，控制单元可以检测工具结构510的配置。使用来自工具结构510的数字输入和输出(I/O)信号，控制单元可以确定何时附接工具结构510以及附接了哪个工具结构。在一些示例性实施例中，不同工具结构可以具有对于工具结构的特定示例或工具结构的类型、类别或配置而言唯一的不同工具标识符。可以动态地检测用于信号和电源的信号引脚配置以确定所连接的工具结构的工具标识符，并且控制单元可以选择工具结构510的信号配置以更好地控制所连接的工具。

例如，检测到特定信号引脚(例如引脚1)上的高电压以及不同信号引脚(例如引脚2)上的低电压可以指示第一类工具结构(例如抽吸工具或真空工具)的工具标识符。相反，引脚1上的低电压和引脚2上的高电压可以指示不同类型的工具结构(例如被配置成机械地抓取物体的夹持器)的工具标识符。此外，在一些示例性实施例中，当工具结构510断开连接或未正确附接时，控制单元可以动态地终止或禁用从工具支撑结构供应的动力，以提高工具更换操作期间的安全性。

在一些示例性实施例中，控制单元还可以基于传感器检测到在连接器或被连接的工具上的计算机可读图像代码(例如条形码、快速响应(QR)代码或任何其他对于本领域普通技术人员而言可以显而易见的计算机可读代码)或传感器检测到从连接器或工具广播的短距离无线信号(例如近场通信(NFC)、射频识别(RFID)或其他对于本领域普通技术人员而言可以显而易见的短距离无线通信)来动态地确定所连接的工具结构的工具标识符。

图9示出了将工具结构210的一部分和工具支撑结构205的一部分连接至机器人臂200的臂支撑结构900的支撑框架630。机器人臂200的铰链结构600用第一旋转致动器620和第二旋转致动器625支撑工具支撑结构205，第一旋转致动器620使工具支撑结构205相对于第二旋转致动器625在X轴和Y轴的平面中旋转，而第二旋转致动器625使第一旋转致动器620和工具支撑结构205相对于臂200的支撑框架630在X轴和Z轴平面中旋转。

支撑框架630连接到第三旋转致动器655，该第三旋转致动器655使支撑框架630相对于臂支撑接头660旋转。臂支撑接头660可以使整个臂200在工作环境周围移动。

供应导管615可以沿着支撑框架630围绕第一和第二旋转致动器620和625延伸，并且连接到工具支撑结构205。供应导管615可以为压缩空气供给管和电信号线提供连接到工具支撑结构205中的路径。如图9所示，压缩空气供给管815离开供应导管并连接到工具支撑结构205上的多个压缩空气端口610，所述压缩空气端口610接纳压缩空气供给管815并将压缩空气供给至工具结构中。在图9中，将一根供应导管收缩机构910定位于臂支撑接头660上来缩回或延伸供应导管615，以去除或提供松弛以用于工具结构210相对于支撑框架630的移动。控制单元(图9中未示出)可以提供指令以控制工具结构210的移动和供应导管收缩机构910的缩回。

图10示出了将被安装在本申请的工具支撑结构上的一对夹持器工具1000。尽管上面讨论了抽吸工具结构，但是本申请的示例性实施例不限于抽吸工具。可以使用其他工具结构。根据本申请的示例性实施例，夹持器工具1000可以连接至工具支撑结构(例如夹持器工具1000可以接合以上所讨论的图2的工具支撑结构205)。夹持器工具1000可以包括附接到基部支撑件1010的多个夹持器指状物1005。基部支撑件1010可以包括连接至压力管1035的压力配件1015。压力管1035可以连接到位于连接器结构1025上的连接器配件1040。

连接器结构1025通过结构构件1020连接至基部支撑件1010。基部支撑件1010和结构构件1020可形成为可在其上安装和支撑其他组件的刚性结构或框架。基部支撑件1010和结构构件1020可以由金属(例如钢、铸铁、铝或任何其他对本领域普通技术人员来说显而易见的金属或合金)形成。基部支撑件1010和结构构件1020还可以由陶瓷材料、复合材料或本领域普通技术人员显而易见的任何其他结构材料形成。

夹持器工具1000的连接器结构1025可以被配置成连接到图6的工具支撑结构205的连接器结构605。夹持器工具1000的连接器结构1025也可包括空气通道1030，其与工具支撑结构205的图6的压缩空气通道635连通。该连接器结构1025可允许从工具支撑结构205提供压缩空气，以操纵夹持器指状物1005从而使夹持器指状物1005闭合(即，使得夹持器指状物1005处于被夹紧或捏合配置)。换句话说，可以将来自工具支撑结构205的压缩空气提供给夹持器工具空气通道1030，其通过连接器配件1040与压力管1035连通。压力管1035通过压力配件1015将压缩空气提供给基部支撑件1010。基部支撑件1010可提供压缩空气来操纵夹持器指状物1005。当控制压缩空气时，夹持器指状物1005可被铰接。

示例性计算环境

图11示出了具有适合于在一些示例性实施例中使用的示例性计算机装置1105的示例性计算环境1100。计算环境1100中的计算装置1105可以包括一个或多个处理单元、核或处理器1110、内存1115(例如RAM、ROM等)、内部存储器1120(例如磁性、光学、固态存储器和/或有机存储器)和/或I/O接口1125，它们中的任何一个都可以可通信地联接在用于传达信息或嵌入到计算装置1105中的一通信机构或总线1130上。

计算装置1105可以可通信地联接到输入端/接口1135和输出装置/接口1140。输入端/接口1135和输出装置/接口1140中的一个或两者可以是有线或无线接口并且可以是可拆卸的。输入端/接口1135可包括可用于提供输入的任何装置、组件、传感器或物理或虚拟接口(例如按钮、触摸屏界面、键盘、定点/光标控件、麦克风、相机、盲文、移动传感器、光学阅读器等)。

输出装置/接口1140可以包括显示器、电视、监视器、打印机、扬声器、盲文等。在一些示例性实施例中，输入端/接口1135(例如用户接口)和输出装置/接口1140可以与计算装置1105嵌入在一起或机械地联接到计算装置1105。在其他示例性实施例中，其他计算装置可以用作或提供用于计算装置1105的输入端/接口1135和输出装置/接口1140的功能。这些元素可以包括但不限于众所周知的AR硬件输入端，以允许用户与AR环境进行交互。

计算装置1105的示例可以包括但不限于高度可移动的装置(例如智能手机、车辆和其他机器中的装置、人类和动物携带的装置等)、移动装置(例如平板电脑、笔记本电脑、膝上电脑、个人计算机、便携式电视、收音机等)以及为非移动性而设计的装置(例如台式计算机、服务装置、其他计算机、信息亭、具有内嵌和/或联接到其的一个或多个处理器的电视、收音机等)。

计算装置1105可以可通信地联接(例如经由I/O接口1125)到外部存储器1145和与包括相同或不同配置的一个或多个计算装置的任何数量的联网组件、装置和系统进行通信的网络1150。计算装置1105或任何连接的计算装置可以用作服务器、客户端、瘦服务器、通用机器、专用机器或其他标签，提供服务器、客户端、瘦服务器、通用机器、专用机器或其他标签的服务或被称为服务器、客户端、瘦服务器、通用机器、专用机器或其他标签的服务。

I/O接口1125可包括但不限于使用任何通信或I/O协议或标准(例如以太网、802.11xs、通用系统总线、WiMAX、调制解调器、蜂窝网络协议等)的有线或无线接口，用于与计算环境1100中的至少所有已连接的组件、装置和网络进行信息通信。网络1150可以是任何网络或网络(例如互联网、局域网、广域网、电话网络、蜂窝网络、卫星网络等)组合。

计算装置1105可以使用计算机可用或计算机可读介质(包括暂时性介质和非暂时性介质)来使用和/或进行通信。临时介质包括传输介质(例如金属电缆、光纤)、信号、载波等。非暂时性介质包括磁性介质(例如磁盘和磁带)、光学介质(例如CD ROM、数字视频磁盘、蓝光盘)、固态介质(例如RAM、ROM、闪存、固态存储器)以及其他非易失性存储装置或内存。

计算装置1105可以用于在一些示例性计算环境中实现技术、方法、应用、过程或计算机可执行指令。可以从暂时性介质中取回计算机可执行指令，并将其存储在非暂时性介质中并从中取回。可执行指令可以源自任何编程、脚本和机器语言(例如C、C++、C#、Java、Visual Basic、Python、Perl、JavaScript等)中的一种或多种。

处理器1110可以在本机或虚拟环境中的任何操作系统(OS)(未示出)下执行。可以布置一个或多个应用，包括逻辑单元1155、应用编程接口(API)单元1160、输入单元1165、输出单元1170、真空控制单元1175、信号控制单元1180、压缩空气控制单元1185、工具传感器1190和单元间通信机构1195，用于不同单元彼此、与OS以及与其他应用(未示出)进行通信。

例如，真空控制单元1175、信号控制单元1180、压缩空气控制单元1185和工具传感器1190可以实施一个或多个过程来控制图1-9所示的机器人臂的操作。所描述的单元和元件可以在设计、功能、配置或实现上变化，而不限于所提供的描述。

在一些示例性实施例中，当信息或执行指令被API单元1160接收到时，它可以被传达给一个或多个其他单元(例如真空控制单元1175、信号控制单元1180、压缩空气控制单元1185和工具传感器1190)。在一些示例性实施例中，通过检测当前连接到机器人臂的工具结构，计算装置1105可以存取特定于所连接工具的不同控制协议。例如，如果控制系统检测到钳式夹持器，则计算装置1105可以存取特定于钳式夹持器的例程或协议。该例程或协议可以不同于针对吸盘夹持器的例程或协议。

在某些情况下，逻辑单元1155可被配置成控制单元之间的信息流，并指导在上述一些示例性实施例中的API单元1160、输入单元1165、真空控制单元1175、信号控制单元1180、压缩空气控制单元1185和工具传感器1190提供的服务。例如，可以由逻辑单元1155单独或与API单元1160结合来控制一个或多个过程或实施例的流程。

尽管已经示出和描述了一些示例性实施例，但是提供这些示例性实施例是为了将本文所述的主题传达给熟悉该领域的人们。应当理解，本文描述的主题可以以各种形式实现，而不限于所描述的示例性实施例。可以在没有那些具体限定或描述主题的情况下，或者在没有被描述的其他或不同元素或主题的情况下实践本文描述的主题。熟悉本领域的人员将理解，可以在不脱离如所附权利要求及其等同物所限定的本文所述主题的情况下，对这些示例性实施例进行改变。

Claims (17)

1.一种用于机器人臂的工具结构，所述工具结构包括：

至少一个结构构件；

连接器，其机械地联接到所述结构构件并成形为与位于所述机器人臂上的工具支撑结构接合，所述连接器包括至少一个压缩空气通道和至少一条信号线，其中，所述至少一个压缩空气通道设置在所述连接器内并定位成从所述工具支撑结构接收压缩空气，所述至少一条信号线布置在所述连接器内并定位成从所述工具支撑结构接收一个或多个电信号；以及

控制单元，其机械地联接到所述至少一个结构构件，并且通信地联接到所述连接器，所述控制单元被配置成基于确定所述连接器连接至所述工具支撑结构而感测和调节所述工具结构的性能；

其中所述工具支撑结构包括至少一个信号引脚，所述信号引脚被配置成将来自所述控制单元的电信号提供给所述连接器的所述至少一条信号线，并从所述工具支撑结构接收反馈信号；并且其中所述控制单元被配置成基于接收到的反馈信号来动态地调节到信号引脚的电信号。

2.根据权利要求1所述的工具结构，还包括工具头，所述工具头机械地联接到所述至少一个结构构件，所述工具头由所述控制单元通过所述连接器控制；

其中所述工具结构包括通信地联接到所述控制单元的至少一个电流型模拟驱动传感器，所述至少一个电流型模拟驱动传感器被配置成测量所述工具头的性能。

3.根据权利要求2所述的工具结构，其中所述工具结构还包括布置在所述至少一个结构构件上的真空发生器，所述真空发生器被配置成接收压缩空气并响应于从所述工具支撑结构接收到的压缩空气而产生真空压力。

4.根据权利要求1所述的工具结构，其中所述控制单元被配置成基于接收到的指示所述连接器已经与所述工具支撑结构断开的反馈信号来动态地终止所述电信号到所述信号引脚的传输。

5.根据权利要求1所述的工具结构，其中所述连接器包括计算机可读图像代码；并且

其中所述控制单元基于对计算机可读图像代码的检测来动态地调节由所述工具支撑结构提供的电信号的传输。

6.根据权利要求1所述的工具结构，其中所述连接器广播短距离无线信号；并且

其中所述控制单元基于对广播短距离无线信号的检测来动态调节由所述工具支撑结构提供的电信号。

7.一种用于机器人臂的工具系统，该工具系统包括：

工具支撑结构；

工具结构，其与所述工具支撑结构联接，所述工具结构包括至少一个结构构件和连接器，所述连接器机械地联接到所述结构构件并成形为用于接合位于所述机器人臂上的工具支撑结构；以及

控制单元，其机械地联接到所述至少一个结构构件，并且通信地联接到所述连接器，所述控制单元被配置成基于确定所述连接器连接至所述工具支撑结构而感测和调节所述工具结构的性能；

其中所述工具支撑结构包括至少一个信号引脚，所述至少一个信号引脚被配置成将来自所述控制单元的电信号提供给所述连接器的至少一条信号线，并且接收来自所述工具支撑结构的反馈信号；并且其中所述控制单元被配置成基于接收到的反馈信号来动态地调节到信号引脚的电信号。

8.根据权利要求7所述的工具系统，其中所述工具结构还包括机械地联接到所述结构构件的工具头，所述工具头由所述控制单元通过所述连接器控制；

其中所述工具结构包括通信地联接到所述控制单元的至少一个电流型模拟驱动传感器，所述至少一个电流型模拟驱动传感器被配置成测量所述工具头的性能。

9.根据权利要求8所述的工具系统，所述工具结构还包括设置在所述至少一个结构构件上的真空发生器，所述真空发生器被配置成接收压缩空气并响应于从所述工具支撑结构接收到的压缩空气而产生真空压力。

10.根据权利要求7所述的工具系统，其中所述控制单元被配置成基于接收到的指示所述连接器已经与所述工具支撑结构断开的反馈信号来动态地终止电信号到所述信号引脚的传输。

11.根据权利要求7所述的工具系统，其中所述连接器包括计算机可读图像代码；并且

其中所述控制单元基于对计算机可读图像代码的检测来动态地调节由所述工具支撑结构提供的电信号的传输。

12.根据权利要求7所述的工具系统，其中所述连接器广播短距离无线信号；并且

当检测到广播的短距离无线信号时，所述控制单元动态地调节电控制信号，该电控制信号被配置成驱动由所述工具支撑结构提供的工具头。

13.一种用于机器人臂的工具结构，所述工具结构包括：

至少一个结构构件；

连接器，其机械地联接到所述结构构件并成形为用于与位于所述机器人臂上的工具支撑结构接合，所述连接器包括至少一个压缩空气通道和至少一条信号线，其中，所述至少一个压缩空气通道设置在所述连接器内并定位成从所述工具支撑结构接收压缩空气，所述至少一条信号线布置在所述连接器内并定位成从所述工具支撑结构接收一个或多个电信号；

控制单元，其机械地联接到所述至少一个结构构件并且通信地联接到所述连接器，所述控制单元被配置成感测和调节所述工具结构的性能；以及

工具头，其机械地联接到所述至少一个结构构件，所述工具头由所述控制单元通过所述连接器控制，其中，所述工具头包括真空发生器，所述真空发生器设置在所述至少一个结构构件上，所述真空发生器被配置成接收压缩空气并响应于从所述工具支撑结构接收到的压缩空气而产生真空压力；

其中所述工具支撑结构包括至少一个信号引脚，所述至少一个信号引脚被配置成通信地联接到所述连接器的所述至少一条信号线，以从所述控制单元向所述连接器提供电信号并接收来自所述工具支撑结构的反馈信号；并且其中所述控制单元被配置成基于接收到的反馈信号来动态地调节到信号引脚的电信号。

14.根据权利要求13所述的工具结构，其中所述工具结构包括通信地联接到所述控制单元的至少一个电流型模拟驱动传感器，所述至少一个电流型模拟驱动传感器被配置成测量所述工具头的性能。

15.根据权利要求13所述的工具结构，其中所述控制单元被配置成基于接收到的指示所述连接器已经与所述工具支撑结构断开的反馈信号来动态地终止所述电信号到所述信号引脚的传输。

16.根据权利要求13所述的工具结构，其中所述连接器包括计算机可读图像代码；并且

其中所述控制单元基于对计算机可读图像代码的检测来动态地调节由所述工具支撑结构提供的电信号的传输。

17.根据权利要求13所述的工具结构，其中所述连接器广播短距离无线信号；并且

当检测到广播的短距离无线信号时，所述控制单元动态地调节电控制信号，该电控制信号被配置成驱动由所述工具支撑结构提供的工具头。

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