[发明专利]机器人制造环境中的碰撞防护

说明书

提供了用于机器人制造环境中的碰撞防护的系统和方法。一个实施例是包括机器人的设备。所述机器人包括末端执行器和致动器，所述末端执行器在制造单元内操作，所述致动器定义在所述制造单元内重新取向所述末端执行器的运动链。机器人还包括成像系统和控制器，所述成像系统安装有所述末端执行器，所述控制器识别镜子的位置和取向。所述控制器能够引导所述致动器朝向所述镜子取向所述成像系统，通过操作所述成像系统扫描所述镜子中的图像而采集3D位置的点云，以及通过关于由所述镜子定义的表面折叠所述3D位置而修正所述点云中的所述3D位置。所述机器人还能够基于所述经修正的位置确定由所述机器人在所述制造单元内占据的体积，以及基于所述体积引导所述机器人操作以防止在所述制造单元内的碰撞。

技术领域

本公开涉及机器人的领域，并且具体涉及机器人制造环境中的碰撞防护。

背景技术

机器人在各种制造环境中被使用。例如，机器人可以被放置在装配线上的单元(即，预定的空间体积)内。机器人可以在进来的零件被放置在单元中之后、在该零件被向前移动到下一个单元以接收进一步处理之前执行工作。例如，机器人可以通过操作末端执行器来执行工作，以便钻孔到零件内、将铆钉应用到零件等。

虽然机器人在制造环境中有效且高效地操作，但是机器人具有在正常操作期间与单元内的物体意外碰撞的风险。例如，计算机模型可以表明机器人将会占据单元内的某些预定位置。然而，如果机器人和/或正在被执行工作的零件未在单元中被精确地安装在其预期的位置和/或取向处，碰撞则可能发生。此外，机器人可以被包括液压软管、电缆等的线缆包(dressing)覆盖，并且该线缆包不会在单元的计算机模型中被充分考虑。因此，线缆包可能意外碰撞、划到或触到单元内的其他物体。

为了解决这些问题，利用坐标测量机(CMM)的形式来测量单元内的各种部件(包括机器人、零件等)的位置和/或取向的技术并不是罕见的。然而，这些物体在CMM的坐标系中被测量，并且这些物体的测量包括残余误差。因此，为了确定机器人的末端执行器的任何点与零件之间的距离，会需要将这些测量(其包括误差)从CMM坐标系转换到机器人的坐标系。因此，取决于CMM测量误差的量值，碰撞仍然可能发生。而且，这些测量需要专用的装备和时间来处理并周期性地验证。

发明内容

本文中描述的实施例操作一种被附接到机器人的成像系统，以便通过镜子扫描机器人的图像并且量化由机器人占据的体积。这实现了由机器人(包括例如被附接到机器人的任何线缆包)在制造单元中占据的体积的准确且快速的确定。此外，由于成像系统的位置相对于机器人的末端执行器是已知的且固定的，成像系统测量中固有的误差与末端执行器加工工具共用共同的路径，因此它们将会抵消。相比之下，外部坐标系中固有的误差将会转移到机器人坐标系作为末端执行器和机器人姿态的误差。

一个实施例是一种包括机器人的设备。所述机器人包括末端执行器和致动器，所述末端执行器在制造单元内操作，所述致动器定义在所述制造单元内重新取向所述末端执行器的运动链。机器人还包括成像系统和控制器，所述成像系统安装有所述末端执行器，所述控制器被配置为识别镜子的位置和取向。所述控制器能够引导所述致动器朝向所述镜子取向所述成像系统，通过操作所述成像系统扫描所述镜子中的图像而采集3D位置的点云，以及通过关于由所述镜子定义的表面折叠所述3D位置而修正所述点云中的所述3D位置。所述机器人还能够基于所述经修正的位置确定由所述机器人在所述制造单元内占据的体积，以及基于所述体积引导所述机器人操作以防止在所述制造单元内的碰撞。

另一实施例是一种扫描机器人的方法。所述方法包括操作被附接到机器人的末端执行器的成像系统以识别镜子在制造单元内的位置和取向，引导所述机器人的致动器朝向所述镜子取向所述成像系统，通过操作所述成像系统扫描所述镜子中的图像而采集3D位置的点云，以及通过关于由所述镜子定义的表面折叠所述3D位置而修正所述点云中的所述3D位置。所述方法还包括基于所述经修正的3D位置确定由所述机器人在所述制造单元内占据的体积，以及基于所述体积引导所述机器人操作以防止在所述制造单元内的碰撞。