[發明專利]機器人系統和操作方法

在審

• 申請號: 201980014725.7
• 申請日: 2019-02-08
• 公開（公告）號: CN111712356A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: N·布里凱-克雷斯特吉安;H·丁;R·基爾斯滕;B·馬蒂亞斯;P·羅德里格斯;A·瓦爾布格
• 申請（專利權）人: ABB瑞士股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G05B19/4061;G05B13/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 石宏宇;金飛

一種機器人系統包括：機器人臂(1)，其包括：多個連桿(5)；和多個關節(6)，所述連桿(5)中的一個通過關節(6)來連接到另一個所述連桿(5)；裝置(9,10)，其用于針對所述關節(6)中的任一個而確定關節(6)的角速度和關節(6)所受到的轉矩；神經網絡(11)，其連接到所述裝置(9,10)，以用于從所述裝置(9,10)接收角速度數據和轉矩數據，并且，神經網絡(11)被訓練成基于所述角速度數據和所述轉矩數據而在機器人臂(1)的正常操作狀況、機器人臂(1)與外部物體碰撞的狀況以及人有意地與機器人臂(1)交互的狀況之間區分。

技術領域

本發明涉及一種機器人系統，并且涉及一種用于機器人系統的操作方法。

背景技術

設計成以PFL(功率和力受限)方式直接地與人合作的機器人實現安全的物理的人-機器人交互。在這樣的情況下，很可能發生人與機器人之間的接觸。這些接觸可屬于不同種類，即，這些接觸可為意外的，或這些接觸可為人所預期的。在任一種情況下，在若干連桿通過關節來互連的機器人臂中，接觸都將引起至少一個關節的角速度和/或關節所受到的轉矩偏離預期值，該預期值可已在機器人臂的編程的移動的先前的迭代中測量，或該預期值可基于機器人連桿的已知的重量及杠桿率(leverage)和機器人臂的當前姿勢而計算。

常規地，與預期值的任何顯著偏離都將引起機器人臂停止。以此方式，如果偏離是由于與人碰撞，則可避免對人的傷害。在協作工作環境中，人可有意地觸碰機器人，例如旨在導引機器人繞過在機器人當前執行的運動程序中未考慮到的新的障礙物。在此情況下，停止并非對接觸的適當反應。

因此，如果機器人系統能夠在意外接觸與有意接觸之間區分，則這將是合乎期望的。

基于碰撞包含更多的高頻含量并且預期的交互包含更多的低頻含量的假設，針對該問題的方法可依賴于關節負載轉矩的低通濾波和高通濾波。然而，分類質量通常不足，因為為了成功地分類，必須考慮到其它量(例如，關節速度)和特征(例如，上升邊緣的形狀)。由于這些量中的許多量取決于給定的機器人的物理參數，因而必須針對不同的機器人模型而單獨地開發關于如何考慮這些參數的規則，從而在高級技術工人方面需要相當大的投資。

發明內容

因此，本發明的目標是提供一種機器人系統和一種用于機器人系統的操作方法，其提供了在意外接觸與有意接觸之間區分的簡單并且經濟的方式。

根據本發明的一個方面，該目標由一種機器人系統實現，該機器人系統包括：

機器人臂，其包括：多個連桿；和多個關節，所述連桿中的一個通過關節來連接到另一個連桿；用于針對所述關節中的任一個而確定關節的角速度和關節所受到的轉矩的裝置，

神經網絡，其連接到所述裝置以用于從所述裝置接收角速度數據和轉矩數據，并且被訓練成基于所述角速度數據和所述轉矩數據而在機器人臂的正常操作狀況、機器人臂與外部物體碰撞的狀況以及人有意地與機器人臂交互的狀況之間區分。

在優選實施例中，神經網絡被訓練成確定接觸點，在該接觸點處，機器人臂與外部物體碰撞和/或人有意地與機器人臂交互。

在優選實施例中，神經網絡被訓練成：基于所述角速度數據和所述轉矩數據而在機器人臂的正常操作狀況、機器人臂與外部物體碰撞的狀況以及人有意地與機器人臂交互的狀況之間區分；并且確定接觸點，在該接觸點處，機器人臂與外部物體碰撞和/或人有意地與機器人臂交互。這樣的接觸點可例如定位于肘部下方或上方。

根據本發明的機器人系統配置成應用接觸分類和/或接觸定位和/或組合的接觸分類及定位。

根據本發明的機器人系統容易按比例增加分類輸出的數量。因此，例如，代替“正常操作”/“交互”/“碰撞”，機器人系統可配置成應用諸如“正常操作”/“上臂交互”/“上臂碰撞”/“下臂交互”/“下臂碰撞”的分類。