[发明专利]基于拆卸的组装规划

说明书

用于部件组装操作的机器人运动规划技术。运动规划技术的输入包括被组装的各个部件的几何模型以及初始和目标布置。该方法开始于紧密约束的目标或最终布置，并在松散约束的初始布置的方向上进行规划。提出了随机采样的航点布置，随后是对可行布置的本地搜索，其生成多个节点，这些节点延伸朝向初始布置同时滑动通过紧密约束的区域的路径。对于给定的随机采样的布置，可以重复本地搜索多次。当找到完整路径时，修整动作序列以去除松散约束的区域中的不必要的无关运动。所公开的方法显著地减少了所评估的效果不佳的布置的数量，并且与已知的基于树的运动规划方法相比，更快地找到组装解决方案。

相关申请的交叉引用

本申请要求序列号为63/010,724、题目为基于拆卸的组装规划、于2020年4月16日提交的美国临时专利申请的权益。

技术领域

本公开涉及工业机器人运动规划领域，并且更具体地涉及用于部件组装操作的机器人运动规划技术，其开始于紧密约束的目标布置并且在松散约束的初始布置的方向上进行规划，其中在随机采样的布置之后是本地搜索，这生成多个节点，这些节点延伸朝向初始布置同时滑动通过紧密约束的区域的路径。

背景技术

使用工业机器人来执行各种各样的制造、组装和材料移动操作是众所周知的。一种这样的应用是使用一个或多个机器人来将各个部件组装成产品。在部件组装操作中，非常常见的是两个部件的组装布置包括诸如狭槽中的凸出部、孔中的销、相邻表面的直接接触等之类的多个接触点和表面，以便将该两个部件保持处于适当的相对取向。这些接触点和表面代表了当两个部件被放在一起时要求组装运动非常精确的约束。

人们擅长使用视觉和触觉以及直觉来以上述方式组装部件。然而，出于成本效益和一致的质量等原因，希望使用机器人来进行这种重复性任务。使用人类来示教机器人正确的组装序列是耗时且昂贵的，因为必须建立精确的运动感测环境以实现组装序列的准确运动捕获。此外，组件的人类组装通常包括许多反复试验，其特征在于使组件适合它们的正确接合的小移动，并且不期望在机器人运动程序中捕获那些小的无关移动。由于这些原因，基于计算机的组装运动规划技术已经被评估以代替人类示教。

已经公开了基于计算机的组装运动规划的现有技术，其基于快速搜索随机树(RRT)方法。RRT快速并随机地建立节点的空间填充树，直到它找到从初始布置到最终布置的路径。给定要组装的两个部件的数学模型(表面或实体模型)以及它们相对于彼此的初始和最终布置，RRT可用于找出组装运动序列。然而，由于该两个组件的紧密约束的目标布置，RRT找到限定正好具有部件的正确的相对位置和取向的移动序列的路径航点的机会非常低。因此，已经发现用于紧密约束的部件的组装计划的基于RRT的技术是低效的。

其它已知的基于计算机的组装规划系统是基于规则的，并且使用几何约束和规则，例如相对组件布置的平面和圆柱约束。这种类型的系统可以比基于RRT的技术更有效，但是由于需要为每个潜在接口限定规则，所以通常只能处理简单的部件几何形状。

鉴于上述情况，需要一种用于部件组装操作的改进的机器人运动规划技术，其能够处理真实部件典型的复杂几何形状，并且还能够有效地规划用于紧密约束的部件的组装运动。

发明内容

根据本公开的教导，公开了一种用于部件组装操作的机器人运动规划技术。运动规划技术的输入是被组装的部件的几何模型以及初始和目标布置。该方法开始于紧密约束的目标或最终布置，并在松散约束的初始布置的方向上进行规划。提出了随机采样的航点，随后是对可行布置的本地搜索，这生成多个节点，这些节点延伸朝向初始布置同时滑动通过紧密约束的区域的路径。对于给定的随机采样的布置，可以重复本地搜索多次。当找到完整路径时，修整动作序列以去除松散约束的区域中的不必要的无关运动。所公开的方法显著地减少了所评估的效果不佳的布置的数量，并且与已知的基于树的运动规划方法相比，更快地找到组装解决方案。

结合附图，根据以下描述和所附权利要求，当前公开的装置和方法的附加特征将变得显而易见。

附图说明