[发明专利]使用具有协调的串联和并联机器人的机器人系统的柔顺有效负载呈现

说明书

本发明涉及使用具有协调的串联和并联机器人的机器人系统的柔顺有效负载呈现。一种用于在工作空间内呈现有效负载的机器人系统包括一对串联机器人，其被构造成连接到有效负载；并联机器人，其联接到串联机器人中的一个的远端，使得该并联机器人设置在远端和有效负载之间；传感器，其位于在远端和有效负载之间延伸的运动链内；以及机器人控制系统（RCS）。传感器输出指示有效负载的所测量的性质的传感器信号。RCS包括被构造成控制串联机器人的协调运动控制器，以及被构造成控制并联机器人的校正运动控制器。并联机器人控制响应于传感器信号、与串联机器人的控制同时地发生，以便由此实时修改有效负载的性质。

技术领域

引言

本公开涉及用于在指定的工作空间内柔顺地呈现相对刚性/非柔顺有效负载的机器人系统以及相关联的控制架构和方法。

背景技术

在许多行业的制造和组装期间通常使用多臂机器人系统，以便操纵重的或以其他方式笨重的有效负载。当两个或更多个机器人在呈现（present）有效负载时同时操作时（例如，通过在工作空间内牢固地抓持、提升/升高、降低和定向有效负载），机器人被认为在工作任务的执行中进行合作或协作。因此，用于在这种工作环境中管控机器人的操作的相关联的控制策略在本领域中被称为协作有效负载控制。

发明内容

本文中描述的是用于使用多种机器人类型在三维工作空间内呈现有效负载的机器人系统和相关的协作控制方法，其中机器人类型包括至少两个串联机器人和至少一个并联机器人。本文中所设想的有效负载可被体现为相对大的、刚性的和笨重的物体，例如部分组装或完全组装的车辆底盘。相对于具有能够弯曲、挠曲或以其他方式吸收在基于机器人的有效负载呈现期间所赋予的力的结构的柔顺的或弹性有效负载，所设想的类型的刚性有效负载更易受与应变相关的损坏的影响。由于在定位/呈现控制操控期间以及在所呈现的有效负载上的工作任务的后续执行期间遇到的轻微或严重的位置错误，有时可能导致过度应变。

如本领域中所了解的，串联机器人（诸如，六自由度（“6-DoF”）关节形工业机器人）使用开式运动链，其中机器人的六个单独的关节和各种臂段或连杆彼此串联连接。因此，术语“开式链”通常被用于指代特定的运动链，其中远端连杆连接到单个转动关节。相比之下，并联机器人通常采用闭式链运动构型，其中并联机器人的组成关节和连杆并联连接。因此，并联机器人的给定连杆的远端可连接到多个转动关节。尽管并联机器人往往比串联机器人更小且反应更敏捷，但是并联机器人的闭式链运动通常导致相对于开式运动链的减小的运动范围以及增加的操作刚度。

因此，本文中所描述的技术方案旨在使得刚性有效负载能够在工作空间内被和缓地移动并准确地定位，即，以最佳地柔顺的方式以便保护有效负载。使用可扩展的控制架构来实现期望的移动，其中三个或更多机器人（即，上述的至少两个串联机器人和至少一个并联机器人）的集体运动由分布式控制系统的操作控制。作为该策略的一部分，机器人特定的运动和力作用由相关联的控制单元（“控制器”）密切监控和实时调节，以在限定的工作空间内将和缓的运动赋予有效负载。

关于控制系统，第一电子控制单元（为了清楚起见，其在下文中被称为机器人控制系统（RCS）的架构内的“协调运动控制器”）协调串联机器人的组成关节的大运动和精细运动。串联机器人是相对大且重的装置，且因此相比于本文中所使用的（多个）并联机器人往往拥有更大的惯性和相应地更慢的响应时间。RCS还包括第二电子控制单元（即，RCS框架的“校正运动控制器”），其中在由协调运动控制器对串联机器人的正在进行的控制的同时，该附加控制器对更小/更低惯性的并联机器人的关节进行操作。这些机器人特定的控制器一起确保对不同机器人的实时的柔顺协调控制，同时保护有效负载的结构完整性免受由瞬态或持续的位置误差引起的过度应变。