对机器人工作环境进行建模的制作方法

本发明涉及用于对机器人的工作环境进行建模的方法和装置。

背景技术：

1、机器人的工作环境的精确模型的可用性(即，机器人不应接触或通过的物理或虚拟表面的坐标的知识)是机器人系统中无碰撞运动规划的先决条件。传统上，该环境模型源自机器人系统的cad模型，通常用于系统的离线规划，或者使用安装在系统处/附近的计算机视觉系统(例如，rgbd相机或激光雷达)来近似。

2、cad数据并不总是可用的，特别是对于涉及小型便携式机器人的机器人系统，该机器人可以临时被运输到特定工作所需要的现场并且安装在那里。通常，在这种情况下，计算机视觉系统将用于生成现场的图像，并且从这些图像中导出例如机器人在操作中必须避开的障碍物的位置。安装这样的计算机视觉系统的需要显著增加了机器人的操作成本，并且可以使机器人的使用对于小型工作来说是不经济的。此外，建立计算机视觉系统使得可靠和完整的环境模型被获取需要熟练的技术人员，而这些技术人员可能并不容易获取。

3、因此，需要更简单的技术来对机器人的工作环境进行建模。特别地，如果这些技术足够简单以使得不太合格的员工也可以使用，则它们将使机器人的使用对用户是有吸引力的，因为机器人系统适应新工作的成本很高，对这些用户来说使用机器人并不经济。

技术实现思路

1、本发明的目的是满足这种需要。

2、根据本发明的第一方面，该目的通过一种用于对机器人的工作环境进行建模的方法来实现，该方法包括以下步骤：

3、a)提供机器人(1)，该机器人包括基座(3)、参考点(6)、参考点(6)通过其可移动地连接到基座(3)的多个连杆(4)、以及用于检测上述连杆(4)的位置或上述连杆(4)之间的角度的传感器，

4、b)为机器人(1)提供控制器(7)，控制器(7)适于将参考点(6)的位置与检测到的连杆(4)位置或连杆(4)之间的角度相关联，

5、c)将基座(3)安装在由至少一个表面界定的工作环境中，

6、d)将参考点(6)移动到上述至少一个表面的至少一个采样点(13，14，15，17)，

7、e)根据当参考点(6)在上述采样点(13，14，15，17)处时检测到的连杆(4)的位置或连杆(4)之间的角度来确定(s3)上述采样点(13，14，15，17)的位置，以及

8、f)根据上述确定的位置推断(s6，s13)表面的位置。在大多数现有机器人系统中，控制器适于根据由机器人的内置传感器提供的数据来确定机器人的姿势，以便允许机器人的末端执行器的位置的闭环控制。本发明通过以下方式来使用这种能力：允许机器人的参考点被引导到表面的采样点，从传感器数据中导出参考点的坐标，并且将这些坐标作为采样点的坐标。

9、这种方法涉及将机器人的参考点移动到正常操作中不应当去往的地方，以避免损坏机器人或由此检测到的表面所属的物体。然而，当步骤d)在人类用户的手动控制下执行时，可以注意，以足够低以避免任何损坏的速度或力接近表面。

10、作为进一步的预防措施，机器人的参考点可以是专门为执行本发明的方法而提供的工具的一部分，并且其可以在接触表面时屈服。

11、手动控制可以通过用户向控制器输入命令来执行，例如使用慢跑设备、3d鼠标等，并且控制器根据这些命令移位参考点。然而，当发生接触时，大多数这种类型的输入设备不能向用户提供反馈，因此如果用户不注意，可能仍然会产生破坏性的接触力。因此，根据优选的备选方案，控制器支持机器人的引导模式，在引导模式中步骤d)通过手动移位参考点来执行。当与表面接触时，用户的手不会感觉不到，或者用户甚至可能更喜欢在机器人的参考点接触表面之前停止移动机器人。

12、根据另一备选方案，控制器可以支持机器人的探索模式，在探索模式中步骤d)通过控制器控制参考点沿着路径的移位来执行。在这种探索模式中，控制器“盲目地”在环境中行进，记录在给定路径上它可以自由地去哪里、以及它被表面阻挡的地方。通过重复步骤d)，可以确定任意数目的采样点，使得可以以所需要的任何精度获取模型。由于这可以在没有用户监督的情况下进行，因此获取模型所需要的时间不是问题。

13、为了防止小物体或来自表面的孤立投影在这个过程中被忽视，可以将接近传感器与机器人的参考点相关联。

14、对于上述探索模式，重要的是，参考点是触敏的，使得步骤e)由参考点感测到与表面的接触来触发。当手动控制参考点的移动时，这种接触灵敏度也是有帮助的，因为无论何时发生接触，它都为用户节省了手动触发步骤e)的工作量。

15、只要记录了三个采样点，就可以通过插值对其间的表面进行建模，假定其为平面。这样的过程很费力，而且不是很精确，尤其是当真实表面是弯曲的时候。通过以下步骤，可以显著减少工作量，并且可以提高精度

16、g)在多个预定义类型中选择至少一个表面的几何类型，其中预定义类型中的每个预定义类型具有与其相关联的预定样本数n，以及通过在步骤d)和e)已经执行至少n次之后执行步骤f)。

17、当所选择的类型是水平平面时，仅n＝1个触点就足以确定其竖直坐标。当选择竖直平面时，n＝2个触点就足够了。仅对于可以具有任何包容性的一般平面，需要n＝3个触点来确定其位置。球体需要n＝4个触点，椭球体需要n＝6个触点，圆柱体需要n＝3个触点，圆锥体需要n＝4个触点。对于控制参考点的移动的用户来说，所有这些类型都易于在视觉上区分。

18、只要给定表面的采样点数超过最小数目n，就可以通过拟合过程获取该表面的坐标。可以判断拟合的质量，如果判断为不充分，则可以向用户输出警告，使得用户可以重新思考并且可以校正表面的类型、和/或删除不准确的采样点和/或添加采样点。

19、当这样确定了两个或更多个表面的位置时，可以确定表面相交的至少一条线。然后可以假定这条线是上述表面的边界。

20、根据本发明的另一方面，该目的通过一种用于机器人的控制器来实现，该机器人包括基座、参考点、参考点通过其可移动地连接到基座的多个连杆、以及用于检测上述连杆的位置或上述连杆之间的角度的传感器，控制器适于

21、-接收由上述传感器检测到的连杆的位置或连杆之间的角度，

22、-将参考点的位置与检测到的位置相关联，并且，当参考点位于界定机器人的工作环境的表面的采样点处时，

23、根据当参考点在上述采样点处时检测到的连杆的位置或连杆之间的角度来确定上述采样点的位置，以及

24、根据上述确定的位置推断表面的位置。

25、这样的控制器可以包括用户接口，用户接口使得用户能够在多个预定义类型中选择表面的几何类型。

26、根据本发明的又一方面，该目的通过一种计算机可读存储介质来实现，该计算机可读存储介质上存储有多个指令，该多个指令在由处理器执行时引起处理器作为如上所述的控制器来操作和/或执行上述方法的至少步骤e)和f)。

27、本发明还涉及一种包括如上所述的机器人和控制器的机器人系统。