[发明专利]用于交互系统的通信系统

说明书

一种用于在物理环境内执行交互的系统，该系统包括：机器人，其具有经历相对于环境的运动的机器人底座和安装到机器人底座的机器人臂，机器人臂包括安装在其上的末端执行器；通信系统，其包括现场总线网络；跟踪系统，其包括跟踪底座和跟踪目标，跟踪底座被定位于环境中并连接到现场总线网络，跟踪目标安装到机器人的部件，其中跟踪底座被配置为检测跟踪目标，以允许跟踪目标相对于跟踪底座的定位和/或定向被确定；以及控制系统，其经由现场总线网络与跟踪系统通信，以确定跟踪目标的相对定位和/或定向，并根据跟踪目标的相对定位和/或定向控制机器人臂。

发明背景

本发明涉及用于在物理环境内执行交互的系统和方法，且特别是涉及用于使用具有被安装在经历相对于环境的运动的机器人底座上的机器人臂的通信系统以允许在环境内执行交互的系统和方法。

现有技术的描述

在本说明书中对任何现有的出版物(或来源于其的信息)或对已知的任何内容的提及不被视为并且不应被视为对现有的出版物(或来源于其的信息)或已知的内容形成本说明书涉及的奋斗领域中的公知常识的一部分的承认或允许或任何形式的暗示。

已知提供了其中安装在移动机器人底座上的机器人臂用于在物理环境内执行交互的系统。例如，WO 2007/076581描述了一种用于由多个砖块建造建筑物的自动砌砖系统，其包括设置有砌砖和粘合剂施加头的机器人、测量系统和向机器人提供控制数据以在预定位置处铺设砖块的控制器。测量系统实时测量头部的定位，并为控制器产生定位数据。控制器基于定位数据和头部的预定或预编程定位之间的比较产生控制数据，以在关于建造中的建筑物的预定定位处铺设砖块。控制器可以控制机器人以逐层(course by course)方式建造建筑物，其中砖块顺序地铺设在它们相应的预定定位处，并且其中在为下一层铺设砖块之前，为整个建筑物铺设完整一层的砖块。

激光跟踪器(例如US-4,714,339和US-4,790,651中描述的激光跟踪器)可用于测量装配到对象的目标的定位和定向。在2008年7月21-25日的CMSC：Charlotte-Concord中，Kyle描述了一种用于测量具有六个自由度的目标的定位和定向的激光跟踪器极坐标测量系统(laser tracker polar measurement system)。

制造商API(Radian和OT2与STS(智能跟踪传感器))、Leica(AT960和Tmac)和Faro提供了激光跟踪器系统，其中一些可以测量目标的定位和定向。这些系统以300Hz或1kHz或2kHz(取决于装备)测量定位。(关于STS和Tmac的)定向测量依赖于使用以当前最大的100Hz进行测量的2D相机的相应的视觉系统。加速度计数据，例如来自倾斜传感器或INS(惯性导航系统)的加速度计数据，可用于以高达1000Hz确定或预测或内插定向测量结果，但对于已知系统，定向精度可能被降低至0.01度。

这样的激光跟踪器可用于对机器人臂上的末端执行器进行精确的定位测量。从激光跟踪器和主动目标获得的等同于位于末端执行器上的或末端执行器附近的主动目标的定位和可选的定向的数据被用于至少控制末端执行器的定位，并且优选地还控制末端执行器的定向，且因而稳定末端执行器。

现有的激光跟踪器和主动目标装备，例如API Radian和Smart Track Sensor(STS)或API Omnitrack和Smart Track Sensor或Leica AT960XR和Tmac，需要激光跟踪器和主动目标之间有硬连线连接。在工业机器人上，这需要沿着机器人臂布线且可能到达末端执行器、且也可能到达激光跟踪器的专用电缆。在大型建筑机械上，例如在申请人描述的砌砖机上，专用电缆必须从激光跟踪器延伸到交通工具，然后延伸通过铰接的多级伸缩吊臂到被安装在铺设头上的主动目标(智能跟踪传感器)。这种电缆需要多个插头和插座连接器以用于组装和维护的目的。