用于机器人操纵器的抓取规划的系统和方法与流程

背景技术：

1、机器人通常被定义为可重新编程和多功能的操纵器，其被设计为通过可变的编程运动来移动材料、零件、工具或专用设备以执行任务。机器人可以是物理锚定的操纵器(例如，工业机器人臂)、在整个环境中移动的移动机器人(例如，使用腿、轮子或基于牵引的机构)、或操纵器和移动机器人的一些组合。机器人用于各种行业，包括例如制造、仓库物流、运输、危险环境、勘探和医疗保健。

技术实现思路

1、机器人设备可以被配置为使用例如具有附接到其上的基于真空的抓持器的机器人臂抓取物体(例如，箱子)并且将其从一个位置移动到另一个位置。例如，机器人臂可以被定位成使得抓持器的一个或多个吸盘与要抓取的物体的面接触(或靠近)。然后可以激活机载真空系统以使用吸力将物体粘附到抓持器。抓持器在物体上的放置(placement)提出了若干挑战。在一些场景中，要抓取的物体面可以小于抓持器，使得抓持器的至少一部分将离开(hang off)被抓取的物体的面。在其他场景中，物体所位于的环境内的障碍物(例如，诸如卡车的外壳的壁或顶板)可以防止接近一个或多个物体面。另外，即使当存在多个可行的抓取时，一些抓取也可能比其他抓取更安全。确保对物体的安全抓取对于有效地移动物体而没有损坏(例如，由于失去抓取而掉落物体)是重要的。

2、一些实施例针对快速确定高质量、可行的抓取，以在没有损坏的情况下从物体的堆垛中提取物体。抓持器-物体相互作用的基于物理的模型可用于在机器人设备尝试抓取之前评估抓取的质量。可以考虑多个候选抓取，使得如果一个抓取未通过碰撞检查或者在不良完整性的物体的一部分上进行，则可以尝试其他(较低排名)抓取选项。这种回退抓取选项有助于限制对抓取相关干预(例如，由人进行的)的需要，从而增加机器人设备的吞吐量。另外，通过选择更高质量的抓取，可以减少掉落的物体的数量，从而导致更少的损坏的产品和机器人设备的整体更快的物体移动。

3、本公开的一个方面提供了一种确定用机器人设备的抓持器抓取物体的抓取策略的方法。该方法包括：由至少一个计算设备生成用于抓取目标物体的一组抓取候选，其中，抓取候选中的每一个包括关于相对于目标物体的抓持器放置的信息；由至少一个计算设备确定该组中的抓取候选中的每一个的抓取质量，其中，抓取质量是使用物理相互作用模型来确定的，该物理相互作用模型包括目标物体和位于相应抓取候选的抓持器放置处的抓持器之间的一个或多个力；由至少一个计算设备至少部分地基于所确定的抓取质量来选择抓取候选中的一个；以及由至少一个计算设备控制机器人设备以尝试使用所选择的抓取候选来抓取目标物体。

4、在另一方面，生成该一组抓取候选中的抓取候选包括：选择相对于目标物体的抓持器放置；确定所选择的抓持器放置是否可能不与机器人设备的环境中的一个或多个其他物体碰撞；以及当确定所选择的抓持器放置可能不与机器人设备的环境中的一个或多个其他物体碰撞时，生成该一组抓取候选中的抓取候选。在另一方面，该方法还包括：当确定所选择的抓持器放置不可能不与机器人设备的环境中的一个或多个其他物体碰撞时，拒绝将抓取候选包括在该一组抓取候选中。在另一方面，该方法还包括确定除了目标物体之外的至少一个物体能够与目标物体同时被抓取，以及确定关于抓取候选的抓持器放置的信息以同时抓取目标物体和除了目标物体之外的至少一个物体两者。

5、在另一方面，生成该一组抓取候选中的抓取候选包括：基于关于抓持器放置的信息来确定抓持器的要激活的一组吸盘，以及将关于抓持器的要激活的一组吸盘的信息与抓取候选相关联。在另一方面，使用物理相互作用模型来确定相应抓取候选的抓取质量还至少部分地基于关于抓持器的要激活的一组吸盘的信息。在另一方面，该方法还包括以物理相互作用模型表示目标物体与抓持器的要激活的一组吸盘中的每个吸盘之间的力，以及基于目标物体与抓持器的要激活的一组吸盘中的每个吸盘之间的物理相互作用模型力的总和来确定相应抓取候选的抓取质量。在另一方面，确定抓持器的要激活的一组吸盘包括在该一组吸盘中包括与目标物体的表面完全重叠的抓持器中的所有吸盘。

6、在另一方面，该一组抓取候选包括相对于目标物体具有第一偏移的第一抓取候选和相对于目标物体具有第二偏移的第二抓取候选，第二偏移不同于第一偏移。在另一方面中，第一偏移相对于目标物体的质心，并且第二偏移相对于目标物体的质心。在另一方面，该一组抓取候选包括具有相对于目标物体的第一取向的第一抓取候选和具有相对于目标物体的第二取向的第二抓取候选，第二取向不同于第一取向。

7、在另一方面，至少部分地基于所确定的抓取质量来选择抓取候选中的一个包括：选择该一组抓取候选中具有最高抓取质量的抓取候选。在另一方面，该方法还包括由至少一个计算设备至少部分地基于与抓取候选相关联的抓取质量，向该一组抓取候选中的抓取候选中的每一个分配分数，以及由至少一个计算设备选择具有最高分数的抓取候选。在另一方面，该方法还包括由至少一个计算设备确定所选择的抓取候选是否可行，以及当确定所选择的抓取候选不可行时，由至少一个计算设备执行至少一个动作。在另一方面，执行至少一个动作包括从该一组抓取候选中选择不同的抓取候选。在另一方面，从该一组抓取候选中选择不同的抓取候选是在不修改该一组抓取候选的情况下执行的。在另一方面，从该一组抓取候选中选择不同的抓取候选包括选择具有次高抓取质量的抓取候选。在另一方面，执行至少一个动作包括选择要抓取的不同目标物体。在另一方面，执行至少一个动作包括由至少一个计算设备控制机器人设备以行驶到更靠近目标物体的新位置。在另一方面，确定所选择的抓取候选是否可行至少部分地基于位于机器人设备的环境中的至少一个障碍物。在另一方面，至少一个障碍物包括机器人设备的环境中的外壳的壁或顶板。在另一方面，确定所选择的抓取候选是否可行至少部分地基于包括抓持器的机器人设备的臂的移动约束。

8、在另一方面，该方法还包括在控制机器人尝试抓取目标物体之后测量抓持器和目标物体之间的抓取质量。在另一方面，该方法还包括：当所测量的抓取质量小于阈值量时，由至少一个计算设备从该一组抓取候选中选择不同的抓取候选。在另一方面，该方法还包括当所测量的抓取质量大于阈值量时，控制机器人设备提升目标物体。在另一方面，该方法还包括由至少一个计算设备接收对要由机器人设备的抓持器抓取的目标物体的选择。

9、本公开的另一方面提供了一种机器人设备。机器人设备包括机器人臂，该机器人臂具有设置在其上的基于吸力的抓持器，该基于吸力的抓持器被配置为抓取目标物体，以及至少一个计算设备。至少一个计算设备被配置为生成用于抓取目标物体的一组抓取候选，其中，抓取候选中的每一个包括关于相对于目标物体的抓持器放置的信息；确定该组中的抓取候选中的每一个的抓取质量，其中，抓取质量是使用物理相互作用模型来确定的，该物理相互作用模型包括目标物体和位于相应抓取候选的抓持器放置处的抓持器之间的一个或多个力；至少部分地基于所确定的抓取质量来选择抓取候选中的一个；以及控制机器人设备的臂以尝试使用所选择的抓取候选来抓取目标物体。

10、在另一方面，生成该一组抓取候选中的抓取候选包括：选择相对于目标物体的基于吸力的抓持器的抓持器放置；确定所选择的抓持器放置是否可能不与机器人设备的环境中的一个或多个其他物体碰撞；以及当确定所选择的抓持器放置可能不与机器人设备的环境中的一个或多个其他物体碰撞时，生成该一组抓取候选中的抓取候选。在另一方面，基于吸力的抓持器包括一个或多个吸盘，并且至少一个计算设备还被配置为基于关于抓持器放置的信息来确定一个或多个吸盘中要激活的一组吸盘，以及将关于一个或多个吸盘中要激活的该一组吸盘的信息与抓取候选相关联。在另一方面，至少一个计算设备还被配置为在控制机器人尝试抓取目标物体之后测量抓持器和目标物体之间的抓取质量，当所测量的抓取质量小于阈值量时，从该一组抓取候选中选择不同的抓取候选，以及当所测量的抓取质量大于阈值量时，控制机器人臂提升目标物体。

11、本公开的另一方面提供了一种编码有多个指令的非暂时性计算机可读介质，多个指令在由至少一个计算设备执行时执行方法。该方法包括：生成用于抓取目标物体的一组抓取候选，其中，抓取候选中的每一个包括关于相对于目标物体的抓持器放置的信息；确定该组中的抓取候选中的每一个的抓取质量，其中，抓取质量是使用物理相互作用模型来确定的，该物理相互作用模型包括目标物体和位于相应抓取候选的抓持器放置处的抓持器之间的一个或多个力；至少部分地基于所确定的抓取质量来选择抓取候选中的一个；以及控制机器人设备以尝试使用所选择的抓取候选来抓取目标物体。

12、应当理解，前述概念和下面讨论的附加概念可以以任何合适的组合布置，因为本公开在这方面不受限制。此外，当结合附图考虑时，根据以下对各种非限制性实施例的详细描述，本公开的其他优点和新颖特征将变得显而易见。