CN115135461A - 用于机器人校准和调谐的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种使用人工跟踪特征和自然跟踪特征来校准传感器并且调谐传感器融合导引机器人组件的机器人控制系统的系统和方法。人工跟踪特征可以具有不易受噪声和误差影响的配置，或处于不易受噪声和误差影响的位置。因此，使用第一跟踪特征，可以至少初始地校准传感器，并且初始地调谐控制系统，直到传感器和控制系统满足操作性能准则。第二跟踪特征，其可以对应于将在由机器人执行的组装操作中使用的工件上的特征。通过在使用第二跟踪特征进行校准之前对传感器进行预校准和对控制系统进行预调谐，可以更快地并且以更低的复杂度获得基于第二跟踪特征的传感器校准和系统调谐。

Description

用于机器人校准和调谐的系统和方法

技术领域

本发明涉及机器人校准和控制系统调谐，更具体涉及在传感器融合导引机器人组件的设置和优化阶段期间使用人工跟踪特征和自然跟踪特征来校准传感器并且调谐控制系统的系统和方法。

背景技术

在汽车组装的最终修整和组装(FTA)阶段期间，可以执行多种操作，这些操作例如包括门组装、驾驶舱组装和座椅组装、以及其他类型的组装。然而，由于多种原因，通常只有相对少量的FTA任务是自动的。例如，通常，在FTA阶段期间，在操作员正在执行FTA操作的同时，经历FTA的(多个)车辆在以相对连续的停止和行进方式移动(多个)车辆的线路上被运输。然而，(多个)车辆的这种连续停止和前进运动可能导致或产生关于至少(多个)车辆的移动和/或位置、和/或(多个)车辆的与FTA有关的部分的某些不规则性。而且，这种停止和行进运动可能导致车辆在FTA期间经受移动不规则性、振动和平衡问题，这可以防止或不利于对与FTA直接有关的车辆的特定部件、部分或区域的位置进行精确建模或预测的能力。进一步地，在每个随后车辆和/或部件沿着组装线的相同区域通过时，这种移动不规则性可以防止FTA在每个车辆或其相关部件的移动和/或定位方面具有一致程度的可重复性。因而，关于可重复性的这种变化和关注常常会妨碍在FTA操作中使用传统的基于教导和重复位置的机器人运动控制。

因而，尽管目前市场上可以获得各种机器人控制系统，但是进一步的改进是可能的，以提供一种系统和器件来校准并调谐机器人控制系统以适应这种移动不规则性。

发明内容

本申请的实施例的一种方面是一种用于校准传感器并且调谐控制系统的方法，该控制系统用于导引机器人的移动，该机器人被配置为对工件执行操作。该方法可以包括：使用第一跟踪特征预校准一个或多个传感器并且预调谐控制系统，以及在使用第一跟踪特征预校准和预调谐之后，确定经预校准的一个或多个传感器和经预调谐的控制系统是否满足一个或多个操作性能准则。该方法还可以包括：如果经预校准的一个或多个传感器被确定为满足一个或多个操作性能准则，则使用第二跟踪特征校准一个或多个经预校准的传感器，该第二跟踪特征位于比第一跟踪特征更易受噪声影响的位置。该方法还可以包括：如果经预调谐的控制系统被确定为满足一个或多个操作性能准则，则使用第二跟踪特征来校准经预调谐的控制系统；以及确定经校准的一个或多个传感器和经调谐的系统是否满足操作性能准则。

本申请的实施例的另一方面是一种用于校准机器人系统的一个或多个传感器的方法，该方法包括：使用第一跟踪特征校准一个或多个传感器；以及在使用第一跟踪特征校准之后，确定经校准的一个或多个传感器是否满足操作性能准则。该方法还可以包括：使用第二跟踪特征确定经校准的一个或多个传感器和经调谐的控制系统是否满足操作性能准则，第二跟踪特征与第一跟踪特征不同。附加地，该方法还可以包括：如果经校准的一个或多个传感器不满足操作性能准则，则使用第二跟踪特征来重新校准经校准的一个或多个传感器，第二跟踪特征与第一跟踪特征不同；以及如果经调谐的控制系统不满足操作性能准则，则使用第二跟踪特征重新调谐经调谐的控制系统。

附加地，本申请的实施例的一个方面是一种方法，该方法包括：使用第一跟踪特征校准机器人的多个传感器，第一跟踪特征定位在机器人站内的第一部件上；以及使用第一跟踪特征预调谐控制系统。该方法还可以包括：在使用第一跟踪特征校准和预调谐之后，确定经校准的多个传感器是否满足第一校准参数。该方法还可以包括：确定经校准的多个传感器和经预调谐的控制系统是否满足操作性能准则。该方法还可以包括：使用第二跟踪特征重新校准经校准的多个传感器和预调谐的控制系统，第二跟踪特征定位在机器人站中的第二部件上，并且其中第二跟踪特征与第一跟踪特征不同并且第二部件与第一部件不同。附加地，该方法可以包括：使用经重新校准的多个传感器中的至少一个传感器跟踪第二跟踪特征的移动。

鉴于附图和以下具体实施方式，将更好地理解本发明的这些和其他方面。

附图说明

本文中的描述参考附图，其中相同的附图标记在多个视图中指代相同的部件。

图1图示了根据本申请的图示实施例的示例性机器人系统的至少一部分的示意性表示。

图2图示了示例性机器人站的示意性表示，车辆由自动化或自动导引车辆(AGV)移动通过该机器人站，并且该机器人站包括安装到机器人基座的机器人，该机器人基座能够沿着轨道或通过轨道移动。

图3图示了可以至少与机器人传感器和机器人控制系统的初始校准和调谐结合使用的示例性第一或人工跟踪特征，该机器人控制系统可以与传感器融合导引机器人移动有关。

图4图示了可以与对至少经预校准的传感器的校准进行改进结合使用的示例性第二或自然跟踪特征，该经预校准的传感器可以与传感器融合导引机器人移动有关。

图5图示了用于校准一个或多个传感器并且调谐传感器融合导引机器人的机器人控制系统的示例性过程。

当结合附图阅读时，更好地理解前述发明内容以及以下对本申请的某些实施例的详细描述。出于说明本申请的目的，附图中示出了某些实施例。然而，应当理解，本申请不限于附图中所示的布置和手段。进一步地，相应附图中相同的标号指示相同或相当的部分。

具体实施方式

为了方便起见，在前面的描述中使用了某些术语，但这些术语并旨在限制。诸如“上”、“下”、“顶”、“底”、“第一”和“第二”之类的单词表示参考的附图中的方向。该术语包括上文所具体指出的单词、其派生词和类似含义的词语。附加地，除非特别指出，否则单词“一”和“一个”被定义为包括一个或多个所引用的项。后跟诸如“A、B或C”之类的两个或更多个项的列表的短语“至少一个”意指A、B或C中的任何个别项、以及其任何组合。

图1图示了示例性机器人系统100的至少一部分，该示例性机器人系统100包括至少一个机器人站102，该至少一个机器人站102例如经由通信网络或链路118通信耦合到至少一个机器人控制器或机器人控制系统104。机器人控制系统104相对于机器人站102可以是本地的或远程的。进一步地，根据某些实施例，机器人站102还可以包括一个或多个补充数据库系统105，或经由通信网络或链路118与一个或多个补充数据库系统105可操作地通信。(多个)补充数据库系统105可以具有多种不同配置。例如，根据所图示的实施例，(多个)补充数据库系统105可以是但不限于基于云的数据库。

根据某些实施例，机器人站102包括具有一个或多个自由度的一个或多个机器人106。例如，根据某些实施例，机器人106可以具有例如六个自由度。根据某些实施例，末端执行器108可以耦合或安装到机器人106。末端执行器108可以是安装到机器人106的腕部或臂部110上的工具、零件和/或部件。进一步地，腕部或臂部110和/或末端执行器108的至少部分可以经由机器人106和/或末端执行器108的操作(例如，通过机器人控制系统104的操作员和/或通过被执行为操作机器人106的编程)相对于机器人106的其他部分移动。

机器人106可以可操作地将末端执行器108定位和/或定向在机器人106的工作包络或工作空间的范围内的位置处，这可以在利用末端执行器108来执行工作时适应机器人106，包括例如抓握和保持一个或多个部件、零件、包装、装置、组件或产品以及其他项(本文中统称为“部件”)。机器人106可以利用多种不同类型的末端执行器108，包括例如可以抓取、抓握或以其他方式选择性地保持和释放在车辆组装期间的最终修整和组装(FTA)操作以及其他类型的操作中所利用的部件的工具。

机器人106可以包括或电耦合到一个或多个机器人控制器112。例如，根据某些实施例，机器人106可以包括和/或电耦合到一个或多个控制器112，一个或多个控制器112可以是或可以不是分立处理单元，例如，单个控制器或任何数目的控制器。控制器112可以被配置为提供多种功能，包括例如用于选择性地将电力递送到机器人106，控制机器人106的移动和/或操作，和/或控制安装到机器人106的其他设备(例如包括末端执行器108)的操作和/或未安装到机器人106但与机器人106的操作和/或与机器人106的操作和/或移动相关联的设备集成的设备的操作。此外，根据某些实施例，控制器112可以被配置为动态控制机器人106本身的移动以及机器人106所安装或耦合到的其他设备的移动，例如包括在其他设备之中，机器人106沿着轨道130的移动或可替代地通过诸如AGV之类的移动平台的移动，机器人106经由机器人基座142安装到轨道130或移动平台(诸如AGV)，如图2所示。

控制器112可以采用多种不同形式，并且可以被配置为执行编程指令以执行与操作机器人106相关联的任务，包括操作机器人106以执行各种功能，例如但不限于本文中所描述的任务以及其他任务。在一种形式中，(多个)控制器112是基于微处理器的，并且编程指令采用存储在一个或多个存储器中的软件的形式。可替代地，控制器112中的一个或多个控制器以及由此执行的编程指令可以采用包括状态机的软件、固件和硬件的任何组合的形式，并且可以反映分立设备和/或集成电路的输出，该分立设备和/或集成电路可以共同位于特定位置处或跨一个以上的位置分布，包括被配置为实现与执行基于软件或固件的指令的基于处理器的控制器相同或类似的结果的任何数字和/或模拟设备。从控制器112确定和/或传输的操作、指令和/或命令可以基于一个或多个模型，该一个或多个模型存储在控制器112、其他计算机和/或可访问或与控制器112电通信的存储器中的非暂态计算机可读介质中。

根据所图示的实施例，控制器112包括可以接受运动命令并提供实际运动数据的数据接口。例如，根据某些实施例，控制器112可以通信地耦合到悬架式操纵台(pendant)，例如示教悬架式操纵台，该悬架式操纵台可以用于控制机器人106和/或末端执行器108的至少某些操作。

机器人站102和/或机器人106还可以包括一个或多个传感器132。传感器132可以包括多种不同类型的传感器和/或不同类型的传感器的组合，包括但不限于视觉系统114、力传感器134、运动传感器、加速度传感器和/或深度传感器，以及其他类型的传感器。进一步地，可以集成由这些传感器132中的至少一些传感器提供的信息，例如包括经由使用算法，使得机器人106的操作和/或移动以及其他任务可以至少经由传感器融合导引。因此，至少如图1和图2所示，由一个或多个传感器132(例如，视觉系统114和力传感器134、以及其他传感器132)提供的信息可以由机器人控制系统104的控制器120和/或计算构件124处理，使得由不同传感器132提供的信息可以以能够减小机器人106的移动和/或任务的执行时的不确定性程度的方式组合或集成。

机器人系统100可以包括范围广泛的参数和设置，这些参数和设置可能需要在至少机器人系统100的初始设置和/或机器人106的初始设置期间被校准和/或调谐，以及在优化阶段期间被进一步校准或改进。例如，对于至少机器人控制系统104，控制系统104的这种初始调谐或预调谐以及初始调谐的后续改进或重新调谐可以涉及与至少视觉伺服、力控制、机器人运动和传感器融合有关的参数以及其他参数。这种初始调谐和调谐的后续改进可以帮助控制系统104能够满足机器人系统100和/或机器人106的某些操作性能准则，包括与机器人106的移动和操作有关的操作性能准则，机器人106的移动和操作与在生产装配操作中可以由机器人106执行的操作和任务有关。

附加地，这种初始设置和后续优化还可以包括多种传感器132的初始校准或预校准以及后续改进或重新校准，例如包括视觉系统114的一个或多个相机和力传感器134的校准以及其他传感器132的校准和后续改进。进一步地，至少出于机器人系统100的稳定性和机器人106要执行的任务和/或操作的稳定性的目的，每个传感器132可以具有其自己的可能需要校准的参数，并且控制系统106的每个零件可以具有可能需要调谐的特定参数。

例如，视觉系统114可以被配置为处理由视觉系统114捕获的图像以及提供来自这种图像处理的信息，以用于机器人控制系统104对机器人106的视觉伺服。关于图像处理，视觉系统114可以被配置为搜索由视觉系统114捕获的(多个)图像内的某些跟踪特征，并且根据所捕获的图像中的(多个)跟踪特征的标识，确定该(多个)跟踪特征的位置信息。与(多个)捕获的图像中的视觉跟踪的位置的确定有关的信息可以发送到控制系统104的视觉伺服程序，以用于调谐视觉伺服。进一步地，(多个)所检测的视觉跟踪特征的所确定的位置信息可以用于校准一个或多个传感器132，例如视觉系统114的相机。

如下文所讨论的，可以利用第一人工跟踪特征和第二自然跟踪特征的组合来提高传感器132的校准的初始优化和后续优化以及控制系统104的调谐和调谐的后续改进的容易性和可靠性。而且，至少最初，第一人工跟踪特征可以用于由一个或多个传感器132进行的检测。这种人工跟踪特征可以包括定位或放置在部件上和/或区域中的一个或多个选定位置或特定位置处的特征，该部件和/或区域通常对噪声(例如，与相对较低水平的光、移动不规则性、振动和平衡问题相关联的噪声，以及其他形式的噪声)较不敏感。因而，最小化和/或通常消除可能不利影响精确检测和/或识别(多个)人工跟踪特征的能力的噪声可以提高(多个)人工跟踪特征可以被检测的容易度和相关精度。(多个)人工跟踪特征的检测和识别的精确性和容易性的这种改善可以提高从(多个)所检测或识别的人工跟踪特征导出的相关信息的可靠性和精度，该(多个)所检测或识别的人工跟踪特征用于至少初始校准或预校准一个或多个传感器132和/或初始调谐或预调谐机器人控制系统104。

第二自然跟踪特征可以包括但不限于在机器人106的实际操作期间将被定位、接触、移动和/或标识的部件的特征，例如机器人106正在或将要处理、接触、捕获其图像和/或以其他方式在生产操作期间使用的部件的实际跟踪特征。然而，与其中人工跟踪特征可以基于预期的相对较低的噪声水平来选择性地定位或以其他方式选择的第一人工跟踪特征不同，第二实际跟踪特征可以基于机器人106的实际预期的使用，例如对相对较小的孔进行定位、接触区域和/或零件、和/或移动到特定位置，其可能固有地比第一人工跟踪特征对相对较高的噪声水平更为敏感。这种相对较高水平的噪声可能不利地影响由传感器132使用第二人工跟踪特征获得的信息的可靠性，从而可能导致增加至少部分基于这种获得的信息的确定的不确定性。因而，至少初始地校准或预校准传感器132并且使用第二自然跟踪特征而非第一人工跟踪特征来初始地调谐或预调谐控制系统104的尝试可以基于相关联的相对较高水平的噪声和不确定性而产生用于传感器132的校准和系统104的调谐两者的范围相对较为宽泛的参数。由于在后续优化过程期间改进了传感器132的校准和系统104的调谐，所以这种范围宽泛的参数可能导致时间增加和困难增大。

因此，尽管第二自然跟踪特征最终可以更多地被利用和/或期望在机器人106操作或将操作的实际生产和/或(多个)组装操作或(多个)设置期间使用，但至少与第一人工跟踪特征相比，这种第二自然跟踪特征相对更难以直接用于传感器132的初始校准和控制系统104的初始调谐。然而，与第二自然跟踪特征不同，当至少在传感器132的初始校准和控制系统104的初始调谐期间使用第一人工跟踪特征时，所获得和/或处理的信息(例如包括与关于在一个或多个图像中捕获的一个或多个第一人工视觉跟踪特征的处理特征相关联的图像处理)可以向视觉伺服提供相对可靠的输出。此外，通过利用第一人工跟踪特征的处理提供的输出与在初始校准和初始调谐依赖于第二自然跟踪特征的情况下可能提供的参数范围相比可以提供相对更窄的参数范围，通过利用第一人工跟踪特征的处理提供的该输出包括但不限于在视觉系统114、力传感器134和/或惯性测量单元(IMU)以及其他类型的传感器(统称为传感器132)的至少初始调谐期间提供的信息。输出信息的可靠性的这种改善和参数范围的减小分别提高了随后改进传感器132和控制系统104的校准和调谐的容易性和可靠性。附加地，利用较窄的参数范围以及后续的参数改进，操作员还可以缩小整个系统100的参数范围。根据某些实施例，在这种改进之后，第一人工跟踪特征可以由第二自然跟踪特征代替，并且可以进行控制系统104的微调和传感器132的校准，以便实现利用第二自然跟踪特征的相对稳定的系统。

根据所图示的实施例，视觉系统114可以包括一个或多个视觉设备114a，该一个或多个视觉设备114a可以与对机器人站102的至少部分进行观察结合使用，对机器人站102的至少部分进行观察包括但不限于观察零件、部件和/或车辆、以及可以定位在机器人站102中或正在移动通过机器人站102或通过机器人站102的至少一部分定位的其他设备或部件。例如，根据某些实施例，视觉系统114可以提取定位或放置在机器人站102中(例如，车辆和/或自动导引车辆(AGV)上，该AGV正在在其他位置中使车辆移动通过机器人站102)的各种类型的视觉特征的信息，并且在其他信息中使用这种信息来至少辅助导引机器人106的移动、机器人106沿着机器人站102中的轨道130或移动平台(诸如AGV)(图2)的移动、和/或末端执行器108的移动。进一步地，根据某些实施例，视觉系统114可以被配置为获得和/或提供关于上文所讨论的第一人工跟踪特征和/或第二自然跟踪特征中的一个或多个跟踪特征的位置、地点和/或取向的信息，这些信息可以用于校准机器人106的传感器132并且调谐机器人控制系统104。

根据某些实施例，视觉系统114可以具有数据处理能力，该数据处理能力可以处理从视觉设备114a获得的数据或信息，这些数据或信息可以传送到控制器112。可替代地，根据某些实施例，视觉系统114可以不具有数据处理能力。相反，根据某些实施例，视觉系统114可以电耦合到机器人站102的计算构件116，该计算构件116适于处理从视觉系统114输出的数据或信息。附加地，根据某些实施例，视觉系统114可以可操作地耦合到通信网络或链路118，使得由视觉系统114输出的信息可以由机器人控制系统104的控制器120和/或计算构件124处理，如下文所讨论的。

视觉系统114的视觉设备114a的示例可以包括(但不限于)一个或多个成像捕获设备，例如，可以安装在机器人站102内(例如包括大致安装在机器人106的工作区域上方、安装到机器人106和/或安装在机器人106的末端执行器108上、以及其他位置)的一个或多个二维、三维和/或RGB相机。进一步地，根据某些实施例，视觉系统114可以是基于位置或基于图像的视觉系统114。附加地，根据某些实施例，视觉系统114可以利用运动控制或动态控制。

根据所图示的实施例，除了视觉系统114之外，传感器132还包括一个或多个力传感器134。力传感器134例如可以被配置为在组装过程期间感测(多个)接触力，例如，机器人106、末端执行器108和/或由机器人106正在保持的部件与车辆136和/或机器人站102内的其他部件或结构之间的接触力。来自(多个)力传感器134的这种信息可以与由视觉系统114提供的信息组合或集成，例如包括在处理与第一视觉跟踪特征和/或第二视觉跟踪特征的检测有关的图像时导出的信息，使得机器人106在车辆136的组装期间的移动至少部分地由传感器融合导引。

根据图1中所描绘的示例性实施例，机器人控制系统104可以包括至少一个控制器120、数据库122、计算构件124、和/或一个或多个输入/输出(I/O)设备126。根据某些实施例，机器人控制系统104可以被配置为提供机器人106的操作员直接控制，以及向机器人站102提供至少某些编程或其他信息和/或用于机器人106的操作。此外，机器人控制系统104可以被构造为从机器人站102或机器人控制系统104的操作员接收命令或其他输入信息，例如包括经由输入/输出设备126的操作、或者与输入/输出设备126的选择性接合而生成的命令。经由使用输入/输出设备126的这种命令可以包括但不限于通过接合或使用麦克风、键盘、触摸屏、操纵杆、触笔型设备和/或可以由操作员操作、操纵和/或移动的感测设备、以及其他输入/输出设备而提供的命令。进一步地，根据某些实施例，输入/输出设备126可以包括一个或多个监测器和/或显示器，该一个或多个监测器和/或显示器可以向操作员提供信息，例如包括与机器人控制系统104的操作员所提供的命令或指令有关的信息、从(多个)补充数据库系统105和/或机器人站102接收的/向(多个)补充数据库系统105和/或机器人站102传输的信息、和/或在机器人102正在运行(或试图运行)程序或过程时生成的通知。例如，根据某些实施例，输入/输出设备126可以显示例如经由至少使用视觉系统114的视觉设备114a获得的图像，无论是实际图像还是虚拟图像。

根据某些实施例，机器人控制系统104可以包括具有控制器120的任何类型的计算设备，例如，膝上型计算机、台式计算机、个人计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、或移动电子设备以及其他计算设备，该移动电子设备包括在尺寸和操作上足以存储和操纵数据库122的存储器和处理器、以及用于至少经由通信网络或链路118与机器人站102通信的一个或多个应用。在某些实施例中，机器人控制系统104可以包括连接设备，该连接设备可以经由以太网WAN/LAN连接以及其他类型的连接与通信网络或链路118和/或机器人站102通信。在某些其他实施例中，机器人控制系统104可以包括web服务器或web门户，并且可以使用通信网络或链路118以经由互联网与机器人站102和/或(多个)补充数据库系统105通信。

机器人控制系统104可以位于相对于机器人站102的多种位置处。例如，机器人控制系统104可以在与机器人站102相同的区域、相同的房间、相邻的房间、相同的建筑物、相同的工厂位置，或可替代地，相对于机器人站102的远程位置处。同样，(多个)补充数据库系统105(如果有)也可以位于相对于机器人站102和/或相对于机器人控制系统104的多种位置处。因此，通信网络或链路118可以至少部分地基于机器人站102、机器人控制系统104和/或(多个)补充数据库系统105的位置之间的物理距离(如果有)来构造。根据所图示的实施例，通信网络或链路118包括一个或多个通信链路128(图1中的Comm link_1-N)。附加地，可以对系统100进行操作以经由使用通信网络或链路118在机器人站102、机器人控制系统104和/或(多个)补充数据库系统105之间维持相对可靠的实时通信链路。因此，根据某些实施例，系统100可以基于通信链路128的当前可用数据速率和/或传输时间来改变通信链路128的参数，例如包括对所利用的通信链路128的选择。

通信网络或链路118可以以多种不同的方式构造。例如，机器人站102、机器人控制系统104和/或(多个)补充数据库系统105之间的通信网络或链路118可以通过使用多种不同类型的通信技术中的一种或多种通信技术来实现，这些通信技术包括但不限于经由在类似或不同类型和层的数据协议上使用基于光纤、无线电、电缆或无线的技术。例如，根据某些实施例，通信网络或链路118可以利用具有无线局域网(WLAN)、局域网(LAN)、蜂窝数据网络、蓝牙、ZigBee、点对点无线电系统、激光-光学系统和/或卫星通信链路、以及其他无线工业链路或通信协议的(多个)以太网设施。

机器人控制系统104的数据库122和/或(多个)补充数据库系统105的一个或多个数据库128可以包括多种信息，该多种信息可以用于标识机器人106正在在其中操作的机器人站102内的元件。例如，如下文所更详细地讨论的，数据库122、128中的一个或多个数据库可以包括或存储在检测、解释和/或解读图像时使用的信息或由视觉系统114检测的其他信息，例如，与可以在(多个)所捕获的图像中检测的(多个)第一人工跟踪特征和/或(多个)第二自然跟踪特征有关的信息。附加地或可替代地，这样的数据库122、128可以包括关于一个或多个传感器132的信息，例如包括关于力或力范围的信息，这些力将被预期至少在机器人106执行工作时通过使用位于机器人站102中和/或沿着车辆136的一个或多个不同位置处的一个或多个力传感器134而被检测。附加地，数据库122、128中的信息还可以包括用于至少初始校准一个或多个传感器132的信息，该信息例如包括与第一跟踪特征相关联的第一校准参数和与第二跟踪特征相关联的第二校准参数、以及与控制系统104的操作和调谐有关的参数。

机器人控制系统104的数据库122和/或(多个)补充数据库系统105的一个或多个数据库128还可以包括有助于辨别机器人站102内的其他特征的信息。例如，由视觉系统114的一个或多个视觉设备114a捕获的图像可以用于经由使用来自数据库122的信息来标识机器人站102内的FTA部件，该FTA部件包括拾取箱内的FTA部件以及可以由机器人106用于执行FTA的其他部件。

图2图示了示例性机器人站102的示意图，车辆136由自动化或自动导引车辆(AGV)138移动通过该机器人站102，并且该机器人站102包括安装到机器人基座142的机器人106，该机器人基座142能够沿着轨道130移动或能够通过诸如AGV之类的移动平台移动。虽然至少出于说明的目的，图2所描绘的示例性机器人站102被示出为具有车辆136和相关联的AGV138或在它们附近，但是机器人站102可以具有多种其他布置和元件，并且可以用于多种其他制造、组装和/或自动化过程。进一步地，虽然所描绘的机器人站102可以与机器人106的初始设置相关联，但是站102也可以与机器人106在组装和/或生产过程中的使用相关联。

附加地，虽然图1所描绘的示例图示了单个机器人站102，但是根据其他实施例，机器人站102可以包括多个机器人站102，每个站102具有一个或多个机器人106。所图示的机器人站102还可以包括一个或多个AGV 138、供应线或输送器、感应输送器和/或一个或多个分类器输送器，或与它们结合操作。根据所图示的实施例，AGV 138可以相对于一个或多个机器人站102定位和操作，以便运输例如车辆136，该车辆136可以接收(多个)车辆136的一个或多个部件，或以其他方式与(多个)车辆136的一个或多个部件组装或包括(多个)车辆136的一个或多个部件，该(多个)车辆136的一个或多个部件例如包括门组件、驾驶舱组件和座椅组件、以及其他类型的组件和部件。同样，根据所图示的实施例，轨道130可以相对于一个或多个机器人106定位和操作，以便于由(多个)机器人106将部件组装至经由AGV 138正在移动的(多个)车辆136。此外，轨道130或诸如AGV之类的移动平台、机器人基座142和/或机器人可以被操作，使得机器人106以至少大致跟随AGV 138的移动并因此跟随AGV 138上的(多个)车辆136的移动的方式移动。进一步地，如先前所提及的，机器人106的这种移动还可以包括至少部分由一个或多个力传感器134提供的信息导引的移动。

图5图示了用于校准一个或多个传感器132并且调谐传感器融合导引机器人106的机器人控制系统104的示例性过程200。对于本申请中的所有过程所说明的操作被理解为仅是示例，并且除非明确相反陈述，否则操作可以被组合或划分、添加或移除、以及全部或部分重新排序。进一步地，虽然本文中所讨论的过程200可以在机器人106的使用寿命和/或操作阶段期间的多种不同时间段和/或在多种不同设置下使用，但是根据某些实施例，过程200可以至少在传感器融合导引机器人106的初始设置和/或优化阶段期间使用，而且在机器人106用于组装、或制造线、操作或应用之前使用。

如图5所示，在步骤202处，使用一个或多个第一跟踪特征144(图2和图3)，可以至少初始校准传感器132，并且可以至少初始调谐控制系统104。第一跟踪特征144可以具有比其他类型的第二跟踪特征146(图2和图4)更不易受噪声影响、而且更不易受高噪声和误差影响的配置或位于这样的位置，如下文所讨论的，该其他类型的第二跟踪特征146随后可以用于改进传感器132的校准和控制系统104的调谐。因此，根据某些实施例，第一跟踪特征144(在本文中也被称为人工特征)可以是被配置和/或在机器人站102中的位置处的特征，与其他第二跟踪特征146相比，该特征可能对噪声较不敏感，例如包括与照明、移动不规则性、振动和平衡问题相关联的噪声。因此，根据某些实施例，虽然(多个)第二跟踪特征146可以与传感器132将最终跟踪、接合或以其他方式在机器人106正被编程或训练以执行的组装操作中利用的(多个)特征相关，但是第一跟踪特征144可以是用于至少初始校准传感器132以满足范围相对较窄的第一校准参数的特征。如下文所讨论的，随后可以进一步改进传感器132的校准，使得经校准的传感器132满足范围更窄的第二校准参数。

因此，例如，根据某些实施例，这样的第一跟踪特征144可以包括但不限于被配置和/或定位为主要用于传感器132的初始校准和控制系统104的初始调谐的项。例如，根据某些实施例，第一跟踪特征144可以是包括快速响应(QR)代码的特征，例如图3所示。然而，多种其他类型的图像或视觉指示器可以用于至少与传感器132的初始校准有关的第一跟踪特征144，例如包括视觉系统114、力传感器134、以及控制系统104的初始调谐，例如包括视觉伺服、传感器融合、机器人力控制和机器人运动的初始调谐。例如，根据某些实施例，第一视觉跟踪特征还可以包括但不限于二维QR代码。可替代地或附加地，第一跟踪特征144可以是车辆136或工件的一部分、或相关部件，其处于通常比车辆136或工件的其他部分更不易受噪声(包括与由自然力引起的移动相关联的噪声)影响的位置。

进一步地，除了跟踪特征之外，使用第一自然特征的至少初始校准可以涉及：将所感测的信息与已知信息进行比较。例如，关于力传感器134，当机器人106处于(多个)特定位置或沿(多个)特定方向移动时，(多个)力传感器134在该(多个)已知位置或(多个)方向检测到的(多个)力可以与针对该(多个)位置或(多个)方向的(多个)已知力测量结果进行比较。

第一跟踪特征144可以用于校准多种不同类型的传感器132。例如，如先前所讨论的，关于视觉系统114，第一跟踪特征可以是在通常较不易受噪声影响的位置处的视觉特征，否则噪声可能至少不利地影响由视觉系统114捕获的(多个)图像的精度和/或从这种图像所处理的相关联的信息。附加地，第一跟踪特征可以被定位为使得当至少与第二跟踪特征相比较时，第一跟踪特征可以处于相对静止的位置，或至少相对于机器人106大体静止，使得至少在与力传感器134相关联的初始校准和相关调谐期间，由力传感器134获得的信息不会受到机器人106至少出于校准和调谐的目的而正在接触的部件的非预期或自然移动和/或振动的不利影响。进一步地，例如，相同的第一跟踪特征144可以用于校准多种类型的传感器134，这些类型的传感器134例如包括视觉系统114和(多个)力传感器134以及其他传感器。例如，根据某些实施例，第一跟踪特征144可以包括与视觉系统114的校准相关联的图像，并且位于与力传感器134的校准相关的机器人106的接触中使用的位置处。

如先前所讨论的，第一跟踪特征144可以位于机器人站102周围的多种位置处。例如，如图5所示，根据某些实施例，第一跟踪特征144可以定位在AGV 138上，例如包括在AGV138的、位于车辆136下方并且与车辆136一起移动的部分上。附加地或可替代地，根据某些实施例，第一跟踪特征144可以位于车辆136的一部分上，该部分不与机器人106正被设置和/或优化以执行的组装操作直接有关。例如，根据某些实施例，虽然机器人106可以处于被编程以最终用于其中机器人106可能需要定位和对准车辆136中的门开口或门柱周围的孔的FTA组装操作的过程中，但是第一跟踪特征144可以位于或安装到车辆136的某个其他部分，诸如，后车顶柱的一部分。

在步骤204处，例如可以由控制器112确定经由使用(多个)第一跟踪特征144对传感器132的初始校准和控制系统104的初始调谐是否满足操作程序准则。这样的操作程序要求例如可以被预先确定并存储在控制器112可访问的或与控制器112电通信的存储器中。进一步地，满足这种操作程序要求可以基于由每个传感器或传感器类型提供的信息来评估，和/或可以基于机器人106的移动的(多个)评估，例如包括持续时间、速度、行进路径、接触力、以及关于由机器人106执行的某些移动和/或操作的精度，这些移动包括如由传感器融合导引的机器人106的移动，该移动基于传感器132的当前校准程度和/或控制系统104的调谐程度。因此，例如，根据某些图示的实施例，关于是否已经满足操作程序要求的确定可以至少部分基于由处于预定参数范围内或满足预定参数阈值的力传感器134感测的力的(多个)值、当使用视觉系统114时机器人106的移动时的误差程度(如果有)、和/或当使用由多个传感器132提供的信息导引时(例如，当使用至少来自力传感器134和视觉系统114以及其他传感器的组合或集成信息时)机器人106的移动的精度。

进一步地，如先前所讨论的，根据某些实施例，与使用第一人工跟踪特征146相关联的、与传感器132的初始校准以及控制系统104的初始调谐相关联的参数可以比与在随后使用第二自然跟踪特征146时在传感器132的校准和控制系统104的调谐两者中的其他或附加改进相关联的参数更宽。

如果在步骤204处，例如控制器112确定对于传感器132的初始校准和/或控制系统104的初始调谐，操作程序要求不满足，则过程200可以在步骤202处经由使用第一跟踪特征144继续进行传感器132的初始校准和控制系统104的调谐。例如，如果在步骤204处确定如由传感器融合导引的机器人106的移动不具有必要的精确度和/或机器人106的接触力不满足力阈值或范围，则过程200可以在步骤202处经由使用第一跟踪特征144继续进行传感器132的初始校准和控制系统104的调谐。

然而，如果在步骤204处确定满足操作程序要求，则在步骤206处，可以使用第二跟踪特征146替换第一跟踪特征144。如先前所讨论的，与第一跟踪特征144相比，第二跟踪特征146可以是车辆136上或车辆136中的特征，这些特征与要使用机器人106执行的组装过程直接有关或直接用于该组装过程。例如，根据某些实施例，第二跟踪特征146可以是一个或多个孔(图2和图4)，该一个或多个孔要在机器人106正在执行组装过程(例如包括FTA操作)时接纳部件或部件的一部分(例如，安装柱)和/或机械紧固件(例如，螺栓、销、螺钉)的插入。

由于第二跟踪特征146可以是车辆136的与将由机器人106执行的组装过程的至少一些方面直接有关的部分，所以在选取第二跟踪特征146时可能没有与在选择第一跟踪特征144时相同的自由度或灵活性。因此，与第一校准特征不同，使用第二跟踪特征146的校准可能涉及车辆136的各部分或相关部件，这些相关部件具有更易受噪声影响的尺寸、配置、位置、数目和/或移动、及其任何组合以及其他因素，因此可以呈现与校准传感器132和调谐控制系统104有关的较高难度和不确定性。这样的困难可能包括增加由与照明、振动和移动相关联的噪声以及其他噪声和误差形式所呈现的挑战。例如，第二跟踪特征146可以是一个或多个孔，该一个或多个孔的大小、位置和/或取向使得系统114捕获第二跟踪特征146的清晰图像和/或在易受相对较高程度的振动和/或不规则移动影响的位置处产生潜在问题。而且，在这种情况下，第二校准特征146可能接收到太多或太少的光、或者以以下方式振动，这种方式导致由视觉系统114捕获的(多个)图像中的像素化问题和/或导致机器人106所接触的部件以导致力传感器134获得相对不准确、不可靠和/或范围宽泛的信息的方式移动。关于所捕获的图像，这种像素化可能难以在机器人102中精确地检测或以期望的精确度检测第二跟踪特征146的位置和/或边界，从而进一步使使用第二跟踪特征146的校准和调谐过程复杂化。同样，由力传感器134从正在以不规则方式移动的物体获得的信息也会使机器人106的校准和调谐的可靠性和持续时间复杂化。然而，由于经由步骤202处初始校准和调谐以及步骤204处的后续确定(经初始校准的传感器132和经初始调谐的控制系统104满足操作程序要求)而已经对传感器132进行了预校准并且对控制系统104进行了预调谐，所以本文中所讨论的过程200可以减少与使用第二自然跟踪特征146进行校准和调谐相关联的这种复杂性和时间或使这种复杂性和时间最小。因此，根据所图示的实施例，基于使用第二跟踪特征146进行的校准和相关调谐可以涉及对已经经过良好校准的传感器132和经过良好调谐的控制系统104的校准和调谐的改进。校准和调谐的这种改进可以涉及例如进一步缩小参数(如果需要)以满足与第二跟踪特征146相关联的更小范围的参数水平。然而，通过在进一步改进之前已经使用第一人工跟踪特征144对传感器132和控制系统104进行初始校准和调谐以满足某些要求，这种过程200不仅可以降低与校准传感器132和调谐控制系统104以满足与第二跟踪特征146有关的参数相关联的复杂性和时间，而且还可以导致比在校准和调谐直接基于第二跟踪特征146而没有第一跟踪特征144的益处的情况下更为准确的校准和调谐。进一步地，这种提高传感器132的校准和控制系统104的调谐的准确性可以导致对机器人106的操作更为可靠和稳定，包括机器人106的传感器融合导引移动。

在步骤208处，过程200可以确定当在步骤204处使用第一人工跟踪特征时获得的校准和调谐在使用第二跟踪特征代替第一人工跟踪特征时是否也满足操作性能准则。如果当第二跟踪特征与机器人106的操作结合使用时，在步骤202处获得的传感器132的校准和控制系统的调谐仍然满足操作性能准则，则校准和调谐过程200可以在步骤212处结束。然而，如果需要初始校准和初始调谐的进一步改进，则在步骤210处，传感器132的校准和控制系统104的调谐都可以经历进一步改进。校准和调谐中的这种改进可以继续，直到在步骤208处例如由控制器112以当结合至少使用第二自然跟踪特征操作机器人106时满足操作性能准则的方式确定传感器132已被校准并且控制系统104已被调谐。在确定了传感器132和控制系统104的校准和调谐已经被改进到满足操作性能准则的程度时，校准过程200可以前进到步骤212，其中校准和调谐过程200结束。

虽然已经结合目前被认为是最实用和优选的实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于(多个)所公开的实施例，而是相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置，所附权利要求的范围与最为宽泛的解释一致，以便涵盖法律所准许的所有这样的修改和等同结构。更进一步地，应当理解，虽然在上述说明中使用单词“可优选的”，“优选地”或“优选的”指示如此描述的特征可能是更为期望的，但是它可能并非必不可少，并且缺少该特征的任何实施例都可以被认为在由所附权利要求限定的本发明的范围内。在阅读权利要求时，意图是当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”和“至少一部分”之类的单词时，除非在权利要求中明确地相反陈述，否则不意图将权利要求限制为仅一个项。进一步地，除非明确地相反陈述，否则当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项可以包括一部分和/或整个项。

Claims (20)

1.一种用于校准传感器并且调谐控制系统的方法，所述控制系统用于导引机器人的移动，所述机器人被配置为对工件执行操作，所述方法包括：

使用第一跟踪特征预校准一个或多个传感器；

使用所述第一跟踪特征预调谐所述控制系统；

在使用所述第一跟踪特征预校准和预调谐之后，确定经预校准的所述一个或多个传感器和经预调谐的所述控制系统是否满足一个或多个操作性能准则；

如果经预校准的所述一个或多个传感器被确定为满足所述一个或多个操作性能要求，则使用第二跟踪特征校准一个或多个经预校准的传感器，所述第二跟踪特征位于比所述第一跟踪特征更易受噪声影响的位置；

如果经预调谐的所述控制系统被确定为满足所述一个或多个操作性能准则，则使用所述第二跟踪特征来校准经预调谐的所述控制系统；以及

确定经校准的所述一个或多个传感器和经调谐的所述控制系统是否满足所述一个或多个操作性能准则。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个传感器包括至少一个视觉系统和至少一个力传感器，所述第一跟踪位于所述机器人将不对所述工件执行操作的位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一跟踪特征定位在所述工件上。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一跟踪特征没有定位在所述工件上。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二跟踪特征定位在所述工件上。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一跟踪特征位于移动所述工件的自动导引车辆上。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：在所述第二跟踪特征处将部件稳固到所述工件上。

8.一种用于校准一个或多个传感器并且调谐机器人系统的控制系统的方法，所述方法包括：

使用第一跟踪特征校准一个或多个传感器；

使用所述第一跟踪特征调谐控制系统；

在使用所述第一跟踪特征进行校准和调谐之后，确定经校准的所述一个或多个传感器和经调谐的所述控制系统是否满足操作性能准则；

使用第二跟踪特征确定经校准的所述一个或多个传感器和经调谐的所述控制系统是否满足操作性能准则；

如果经校准的所述一个或多个传感器不满足所述操作性能准则，则使用第二跟踪特征重新校准经校准的所述一个或多个传感器，所述第二跟踪特征与所述第一跟踪特征不同；以及

如果经调谐的所述控制系统不满足所述操作性能准则，则使用所述第二跟踪特征重新调谐经调谐的所述控制系统。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：在具有所述第二跟踪特征的工件被移位时，跟踪所述第二跟踪特征。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：在所述第二跟踪特征被移位时，至少沿所述第二跟踪特征的移位方向移位所述机器人系统的机器人。

11.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：在所述一个或多个传感器被确定为满足所述第二跟踪特征之后，使用来自多个所述一个或多个传感器的信息导引所述机器人系统的机器人的移动。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一跟踪特征定位在自动导引车辆上，并且所述第二跟踪特征定位在车辆上，所述车辆定位在所述自动导引车辆上。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：在经校准的所述一个或多个传感器和经调谐的所述控制系统被确定为满足所述操作性能准则之后，将部件组装到所述第二跟踪特征。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一跟踪特征包括快速释放代码。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二跟踪特征包括所述车辆中的一个或多个孔。

16.一种方法，包括：

使用第一跟踪特征校准机器人的多个传感器，所述第一跟踪特征定位在机器人站内的第一部件上；

使用所述第一跟踪特征预调谐控制系统；

在使用所述第一跟踪特征校准和预调谐之后，确定经校准的所述多个传感器和经预调谐的所述控制系统是否满足操作性能准则；

使用第二跟踪特征来确定经校准的所述多个传感器和经预调谐的所述控制系统是否满足所述操作性能准则；

使用所述第二跟踪特征重新校准经校准的所述多个传感器以及调谐经预调谐的所述控制系统，所述第二跟踪特征定位在所述机器人站中的第二部件上，所述第二跟踪特征与所述第一跟踪特征不同并且所述第二部件与所述第一部件不同；以及

使用经重新校准的所述多个传感器中的至少一个传感器跟踪所述第二跟踪特征的移动。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括以下步骤：确定经重新校准的所述多个传感器和经调谐的所述控制系统是否满足所述操作性能准则；以及使用来自经重新校准的所述多个传感器中的两个或更多个传感器的信息来导引所述机器人的移动。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括以下步骤：使用所述机器人的被导引的移动并且在经重新校准的所述多个传感器和经调谐的所述控制系统被确定为满足所述操作性能准则之后，将第三部件组装到所述第二跟踪特征上。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述多个传感器包括视觉系统和至少一个力传感器。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一跟踪特征包括快速释放代码，并且所述第二跟踪特征包括所述第二部件中的孔。

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