[發明專利]使用具有協調的串聯和并聯機器人的機器人系統的柔順有效負載呈現

在審

• 申請號: 202210548974.8
• 申請日: 2022-05-20
• 公開（公告）號: CN115582832A
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: M·E·阿布達拉;M·A·賽斯;J·W·威爾斯
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 姜凝;司昆明

本發明涉及使用具有協調的串聯和并聯機器人的機器人系統的柔順有效負載呈現。一種用于在工作空間內呈現有效負載的機器人系統包括一對串聯機器人，其被構造成連接到有效負載；并聯機器人，其聯接到串聯機器人中的一個的遠端，使得該并聯機器人設置在遠端和有效負載之間；傳感器，其位于在遠端和有效負載之間延伸的運動鏈內；以及機器人控制系統（RCS）。傳感器輸出指示有效負載的所測量的性質的傳感器信號。RCS包括被構造成控制串聯機器人的協調運動控制器，以及被構造成控制并聯機器人的校正運動控制器。并聯機器人控制響應于傳感器信號、與串聯機器人的控制同時地發生，以便由此實時修改有效負載的性質。

技術領域

引言

本公開涉及用于在指定的工作空間內柔順地呈現相對剛性/非柔順有效負載的機器人系統以及相關聯的控制架構和方法。

背景技術

在許多行業的制造和組裝期間通常使用多臂機器人系統，以便操縱重的或以其他方式笨重的有效負載。當兩個或更多個機器人在呈現（present）有效負載時同時操作時（例如，通過在工作空間內牢固地抓持、提升/升高、降低和定向有效負載），機器人被認為在工作任務的執行中進行合作或協作。因此，用于在這種工作環境中管控機器人的操作的相關聯的控制策略在本領域中被稱為協作有效負載控制。

發明內容

本文中描述的是用于使用多種機器人類型在三維工作空間內呈現有效負載的機器人系統和相關的協作控制方法，其中機器人類型包括至少兩個串聯機器人和至少一個并聯機器人。本文中所設想的有效負載可被體現為相對大的、剛性的和笨重的物體，例如部分組裝或完全組裝的車輛底盤。相對于具有能夠彎曲、撓曲或以其他方式吸收在基于機器人的有效負載呈現期間所賦予的力的結構的柔順的或彈性有效負載，所設想的類型的剛性有效負載更易受與應變相關的損壞的影響。由于在定位/呈現控制操控期間以及在所呈現的有效負載上的工作任務的后續執行期間遇到的輕微或嚴重的位置錯誤，有時可能導致過度應變。

如本領域中所了解的，串聯機器人（諸如，六自由度（“6-DoF”）關節形工業機器人）使用開式運動鏈，其中機器人的六個單獨的關節和各種臂段或連桿彼此串聯連接。因此，術語“開式鏈”通常被用于指代特定的運動鏈，其中遠端連桿連接到單個轉動關節。相比之下，并聯機器人通常采用閉式鏈運動構型，其中并聯機器人的組成關節和連桿并聯連接。因此，并聯機器人的給定連桿的遠端可連接到多個轉動關節。盡管并聯機器人往往比串聯機器人更小且反應更敏捷，但是并聯機器人的閉式鏈運動通常導致相對于開式運動鏈的減小的運動范圍以及增加的操作剛度。

因此，本文中所描述的技術方案旨在使得剛性有效負載能夠在工作空間內被和緩地移動并準確地定位，即，以最佳地柔順的方式以便保護有效負載。使用可擴展的控制架構來實現期望的移動，其中三個或更多機器人（即，上述的至少兩個串聯機器人和至少一個并聯機器人）的集體運動由分布式控制系統的操作控制。作為該策略的一部分，機器人特定的運動和力作用由相關聯的控制單元（“控制器”）密切監控和實時調節，以在限定的工作空間內將和緩的運動賦予有效負載。

關于控制系統，第一電子控制單元（為了清楚起見，其在下文中被稱為機器人控制系統（RCS）的架構內的“協調運動控制器”）協調串聯機器人的組成關節的大運動和精細運動。串聯機器人是相對大且重的裝置，且因此相比于本文中所使用的（多個）并聯機器人往往擁有更大的慣性和相應地更慢的響應時間。RCS還包括第二電子控制單元（即，RCS框架的“校正運動控制器”），其中在由協調運動控制器對串聯機器人的正在進行的控制的同時，該附加控制器對更小/更低慣性的并聯機器人的關節進行操作。這些機器人特定的控制器一起確保對不同機器人的實時的柔順協調控制，同時保護有效負載的結構完整性免受由瞬態或持續的位置誤差引起的過度應變。