[发明专利]机器人和控制该机器人的方法

权利要求书

1.一种机器人，包括：

多工具模块，包括引导管和多个工具，所述多个工具在与引导管彼此互锁时操作并从引导管叉开，所述多工具模块具有冗余度；

控制器，基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号，

其中，冗余度反应所述多工具模块在接合空间中的自由度的数量大于所述多工具模块在工作空间中的自由度的数量，所述控制信号利用冗余度产生，

当产生所述控制信号时，控制器计算所述机器人的目标函数，并且所述目标函数被表达为多个个体目标函数的加权总和。

2.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述多个工具和所述引导管中的每一个均包括多个连接件和多个关节，并且在所述多个工具的末端上安装末端效应器。

3.根据权利要求1所述的机器人，其中，控制器计算和关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息相对应的雅可比矩阵，并且控制器利用冗余度基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息和所计算的雅可比矩阵而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号。

4.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述多个个体目标函数中的每一个包括每个工具与接合极限之间的距离的倒数。

5.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述多个个体目标函数中的每一个包括每个工具与单个姿势之间的距离的倒数。

6.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述多个个体目标函数中的每一个包括接合扭矩平方和。

7.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述多个个体目标函数中的每一个包括每个工具与周围障碍物之间的距离的倒数。

8.根据权利要求1所述的机器人，其中，控制器产生在关于所计算的机器人的目标函数被优化或局部优化的接合空间中的运动的控制信号。

9.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述机器人还包括存储单元，所述存储单元中存储了：计算雅可比矩阵所需的算法和关于机器人的运动学结构的信息、计算目标函数所需的用于实现多个单独的目标的多个单独目标函数以及根据机器人执行的任务的类型与单独目标函数相乘的权重。

10.根据权利要求1所述的机器人，其中，当对关于多个工具的末端在接合空间中的运动指令信息设置优先级时，控制器计算在工作空间中与具有相对高的优先级的运动指令信息相对应的雅可比矩阵和在工作空间中与具有相对低的优先级的运动指令信息相对应的雅可比矩阵，并且控制器利用冗余度基于在工作空间中被设置了优先级的运动指令信息和所计算的雅可比矩阵而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号。

11.根据权利要求10所述的机器人，其中，控制器产生关于在所计算的机器人的目标函数被优化或局部优化的接合空间中的运动的控制信号。

12.根据权利要求10所述的机器人，其中，所述机器人还包括存储单元，所述存储单元中存储了：对关于多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息设置的优先级、计算雅可比矩阵所需的算法和关于机器人的运动学结构的信息、计算目标函数所需的用于实现多个个体的目标的多个个体目标函数以及根据机器人执行的任务的类型与个体目标函数相乘的权重。

13.一种控制机器人的方法，所述机器人包括具有引导管和多个工具的多工具模块，所述多个工具在与引导管彼此互锁时操作并从引导管叉开，所述多工具模块具有冗余度，所述方法包括：

产生关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息；

基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号，

其中，冗余度反应所述多工具模块在接合空间中的自由度的数量大于所述多工具模块在工作空间中的自由度的数量，所述控制信号利用冗余度产生，

其中，产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号包括：计算机器人的目标函数，所述目标函数被表达为多个个体目标函数的加权总和。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个工具和所述引导管中的每一个均包括多个连接件和多个关节，并且在所述多个工具的末端上安装末端效应器。