CN114683299B - 机器人工具及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种系统和方法，其用于操作机器人系统以使用两个或更多个工具来操纵物体。所述机器人系统可基于对所述物体进行分组和可用操纵工具来协调计划过程和/或计划实现。机器人系统可以使用两个或更多个工具来协调计划过程和/或实现以减少任务完成时间和/或任务误差率。

Description

机器人工具及其操作方法

本申请是中国申请CN202180004739.8的分案申请，该申请日期为2021年11月03日，发明名称为“机器人工具及其操作方法”。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年11月5日提交的美国临时专利申请序列号63/109,870的权益，所述临时专利申请以引用的方式整体并入本文。

技术领域

本技术总体涉及机器人系统，并且更具体地，涉及被配置来抓握并保持物体的机器人工具。

背景技术

机器人(例如，被配置来自动地/自主地执行物理动作的机器)现在广泛用于许多领域。机器人例如可用于在制造、包装、运输和/或装运等中执行各种任务(例如，操纵或搬运物体)。在执行任务时，机器人能够复制人类动作，由此替换或减少执行危险或重复性任务原本所需的人类参与。机器人往往缺乏复制执行更复杂任务所需的人类敏感性和/或适应性所必需的复杂程度。例如，机器人在某些次最佳位置或姿势下往往难以抓持物体。因此，仍需要用于使用抓持工具组搬运物体的改进的机器人系统和技术。

附图说明

图1是根据本技术的一个或多个实施方案的机器人系统在其中运输物体的示例性环境的图示。

图2是示出根据本技术的一个或多个实施方案的机器人系统的框图。

图3是根据本技术的一个或多个实施方案的机器人系统的顶视图。

图4A是根据本技术的一个或多个实施方案的示例性搬运单元的图示。

图4B是根据本技术的一个或多个实施方案的示例性工具组的图示。

图5A是根据本技术的一个或多个实施方案的标准抓握场景的图示。

图5B是根据本技术的一个或多个实施方案的成角度抓握场景的图示。

图6A是根据本技术的一个或多个实施方案的标准释放场景的图示。

图6B是根据本技术的一个或多个实施方案的第一成角度释放场景的图示。

图6C是根据本技术的一个或多个实施方案的第二成角度释放场景的图示。

图7是根据本技术的一个或多个实施方案的示例性时序图。

图8是根据本技术的一些实施方案的用于操作机器人系统的流程图。

具体实施方式

本文描述了用于选择、改变和使用端部执行器工具组的系统和方法。例如，机器人系统可包括被配置来选择性地连接到端部执行器工具的运输机器人。机器人系统可选择并连接到不同端部执行器工具以抓握并搬运物体。机器人系统可访问工具组并从中进行选择。在一些实施方案中，工具组可包括标准固定工具、固定角工具和/或柔性头工具。标准固定工具可具有刚性地附接到工具臂的端部执行器。标准固定工具可被配置来抓持具有正交于工具臂的取向的一般取向或顶表面的物体。固定角工具可被配置来在工具臂与抓持器头/界面之间具有非正交角。柔性或可调节工具头可被配置成使得工具臂与抓持器头/界面之间的相对角度/取向可根据目标物体的姿势进行调节。

在一些实施方案中，机器人系统可基于以下项选择端部执行器工具：根据所选工具模拟和/或计划物体的搬运；导出搬运的量度(例如，成本和/或收益)；针对一组目标物体编写一组计划；和/或选择优化对应量度(例如，总搬运时间和/或估计丢失/误差率)的计划的组合/序列。另外或替代地，机器人系统可与对后续物体的计划导出并行地实现所选计划。

工具组(例如，多个可选择工具)和/或对一组物体的协调计划和工具用法(例如，而非在单独物体被检测到时基于所述单独物体)实现减小的资源消耗和/或减小的误差。在一些实施方案中，计划和验证过程可在短于执行/实现计划所必需的持续时间(例如，一至五秒)和/或改变工具所必需的持续时间(例如，五至十秒)的持续时间(例如，一秒或更少)中完成。因此，通过针对一组多个物体计划搬运(例如，而非一次针对一个物体计划)，机器人系统可导出使具有最高成本(例如，时间/持续时间)的动作诸如工具改变操作最小化的一组计划。

在下文中，阐述众多具体细节来提供对当前所公开技术的透彻理解。在其他实施方案中，此处所引入的技术可在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，不详细描述诸如具体函数或例程的公知特征，以便避免不必要地使本公开晦涩难懂。此说明中对“实施方案”、“一个实施方案”或类似用语的引用意指所描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施方案中。因此，本说明书中此类短语的出现不一定都指代同一实施方案。另一方面，此类引用也不一定相互排斥。此外，特定特征、结构、材料或特性可以任何合适的方式在一个或多个实施方案中加以组合。应理解，图中所示的多种实施方案仅是说明性代表并且不一定按比例绘制。

出于简洁的目的，在以下描述中未阐述描述公知且往往与机器人系统和子系统相关联并且可能不必要地使所公开技术的一些重要方面晦涩难懂的结构或过程的若干细节。此外，虽然以下公开内容阐述本技术的不同方面的若干实施方案，但若干其他实施方案可具有不同于此章节中所述的那些的配置或组成部分。因此，所公开的技术可具有带有另外的元件或没有下文所述元件中的若干的其他实施方案。

下文所述的本公开的许多实施方案或方面可呈计算机或控制器可执行指令(包括由可编程计算机或控制器执行的例程)的形式。相关领域技术人员应理解，所公开的技术可在下文所示和所述的那些之外的计算机或控制器系统上实践。本文所述的技术可在专门编程、配置或构造为执行下文所述的计算机可执行指令中的一者或多者的专用计算机或数据处理器中体现。因此，如本文一般所用的术语“计算机”和“控制器”指代任何数据处理器并且可包括互联网用具和手持式装置(包括掌上计算机、可穿戴计算机、蜂窝或移动电话、多处理器系统、基于处理器的或可编程消费者电子器件、网络计算机、迷你计算机等)。由这些计算机和控制器处理的信息可在任何合适的显示介质(包括液晶显示器(LCD))处呈现。用于执行计算机或控制器可执行任务的指令可存储在任何合适的计算机可读介质(包括硬件、固件，或硬件和固件的组合)中或上。指令可包含在任何合适的存储器装置(包括例如闪存驱动器、USB装置和/或其他合适的介质，包括有形的非暂时性计算机可读介质)中。

术语“耦接”和“连接”以及它们的派生词可在本文中用来描述组成部分之间的结构关系。应理解，这些术语并不意图作为彼此的同义词。而是，在特定实施方案中，“连接”可用于表示两个或更多个元件彼此直接接触。除非在上下文中另外阐明，否则术语“耦接”可用于表示两个或更多个元件彼此直接或间接(在其间具有其他干预元件)接触，或者两个或更多个元件彼此配合或交互(例如，如呈因果关系，诸如用于信号发射/接收或用于函数调用)，或两者。

合适的环境

图1是根据本技术的一个或多个实施方案的机器人系统100在其中运输物体的示例性环境的图示。机器人系统100可包括被配置来执行一个或多个任务的一个或多个单元(例如，机器人)和/或与所述一个或多个单元通信。工具选择和用法的各方面可由各种单元来实践或实现。

对于图1所示的实例，机器人系统100可包括位于仓库或分配/装运枢纽中的卸载单元102、搬运单元104(例如，码垛机器人和/或拾件机器人)、运输单元106、装载单元108、或它们的组合。机器人系统100中的单元中的每一个可被配置来执行一个或多个任务。任务可按顺序组合以执行实现目标(诸如从卡车或货车卸载物体并将它们存储在仓库中，或者从存储位置卸载物体并将它们准备用于装运)的操作。再如，任务可包括将物体放置在目标位置上(例如，放置在货盘顶部上和/或仓/笼/盒/箱内部)。如下文所述，机器人系统可导出用于放置和/或堆叠物体的计划(例如，放置位置/取向、用于搬运物体的序列和/或对应运动计划)。单元中的每一个可被配置来根据执行任务的所导出计划中的一个或多个来执行动作序列(例如通过在其中操作一个或多个部件)以执行任务。

在一些实施方案中，任务可包括操纵(例如，移动和/或重新定向)目标物体112(例如，对应于正在执行的任务的包装件、盒、箱、笼、货盘等中的一者)，诸如将目标物体112从起始位置114移动到任务位置116。例如，卸载单元102(例如，拆箱机器人)可被配置来将目标物体112从载具(例如，卡车)中的位置搬运到输送带上的位置。另外，搬运单元104可被配置来将目标物体112从一个位置(例如，输送带、货盘或仓)搬运到另一位置(例如，货盘、仓等)。再如，搬运单元104(例如，码垛机器人)可被配置来将目标物体112从源位置(例如，货盘、拾取区域和/或输送机)搬运到目的地货盘。在完成操作时，运输单元106可将目标物体112从与搬运单元104相关联的区域搬运到与装载单元108相关联的区域，并且装载单元108可将来自搬运单元104的目标物体112(例如通过移动承载目标物体112的货盘)搬运到存储位置(例如，货架上的位置)。下文描述关于任务和相关联动作的细节。

出于说明性目的，机器人系统100是在装运中心的上下文中描述的；然而，应理解，机器人系统100可被配置来在其他环境中/出于其他目的(诸如为了制造、组装、包装、健康护理和/或其他类型的自动化)执行任务。还应理解，机器人系统100可包括图1未示出的其他单元，诸如操纵器、服务机器人、模块化机器人等。例如，在一些实施方案中，机器人系统100可包括用于将物体从笼车或货盘搬运到输送机或其他货盘上的去码垛单元、用于将物体从一个容器搬运到另一容器的容器交换单元、用于包裹物体的包装单元、用于根据物体的一个或多个特性对它们进行分组的分类单元、用于根据物体的一个或多个特性以不同方式对物体进行操纵(例如，分类、分组和/或搬运)的拾件单元、或它们的组合。

机器人系统100可包括和/或耦接到在关节处连接以用于运动(例如，旋转和/或平移位移)的物理或结构构件(例如，机器人操纵器臂)。结构构件和关节可形成被配置来操纵端部执行器(例如，抓持器)的动力链，所述端部执行器被配置来根据机器人系统100的用途/操作来执行一个或多个任务(例如，抓持、自旋、焊接等)。机器人系统100可包括被配置来关于对应的关节或在对应的关节处对结构构件进行驱动或操纵(例如，移位和/或重新定向)的致动装置(例如，马达、致动器、线材、人工肌肉、电活性聚合物等)。在一些实施方案中，机器人系统100可包括被配置来到处运输对应的单元/底架的运输马达。

机器人系统100可包括被配置来获得用于实现任务(诸如用于操纵结构构件和/或用于运输机器人单元)的信息的传感器。传感器可包括被配置来检测或测量机器人系统100的一个或多个物理特性(例如，其一个或多个结构构件/关节的状态、状况和/或位置)和/或周围环境的一个或多个物理特性的装置。传感器的一些实例可包括加速度计、陀螺仪、力传感器、应变计、触觉传感器、扭矩传感器、位置编码器等。

在一些实施方案中，例如，传感器可包括被配置来检测周围环境的一个或多个成像装置(例如，视觉和/或红外相机、2D和/或3D成像相机、诸如激光雷达或雷达的距离测量装置等)。成像装置可生成所检测环境的可通过机器/计算机视觉来处理(例如，用于自动化检查、机器人引导或其他机器人应用)的代表，诸如数字图像和/或点云。机器人系统100可处理数字图像和/或点云，以标识目标物体112、起始位置114、任务位置116、目标物体112的姿势、或它们的组合。

对于操纵目标物体112，机器人系统100可捕获并分析指定区域(例如，拾取位置，诸如卡车内部或输送带上)的图像，以标识目标物体112及其起始位置114。类似地，机器人系统100可捕获并分析另一指定区域(例如，用于将物体放置在输送机上的投放位置、用于将物体放置在容器内部的位置，或货盘上用于堆叠目的的位置)的图像，以标识任务位置116。例如，成像装置可包括被配置来生成拾取区域的图像的一个或多个相机和/或被配置来生成任务区域(例如，投放区域)的图像的一个或多个相机。如下文所述，基于所捕获图像，机器人系统100可确定起始位置114、任务位置116、相关联姿势、打包/放置计划、搬运/打包顺序和/或其他处理结果。

在一些实施方案中，例如，传感器可包括被配置来检测机器人系统100的结构构件(例如，机器人臂和/或端部执行器)和/或对应关节的位置的位置传感器。机器人系统100可使用位置传感器来在任务的执行期间跟踪结构构件和/或关节的位置和/或取向。

机器人系统

图2是示出根据本技术的一个或多个实施方案的机器人系统100的框图。在一些实施方案中，例如，机器人系统100(例如，在上文所述的单元和/或机器人中的一者或多者处)可包括电子/电气装置，诸如一个或多个处理器202、一个或多个存储装置204、一个或多个通信装置206、一个或多个输入-输出装置208、一个或多个致动装置212、一个或多个运输马达214、一个或多个传感器216、或它们的组合。多种装置可通过有线连接和/或无线连接彼此耦接。例如，机器人系统100可包括总线，诸如系统总线、外围部件互连(PCI)总线或PCI快速总线、超传输或工业标准架构(ISA)总线、小型计算机系统接口(SCSI)总线、通用串行总线(USB)、IIC(I2C)总线，或电子电器工程师协会(IEEE)标准1394总线(也称为“火线”)。另外，例如，机器人系统100可包括桥接器、适配器、处理器，或用于在装置之间提供有线连接的其他信号相关的装置。无线连接可基于例如蜂窝通信协议(例如，3G、4G、LTE、5G等)、无线局域网(LAN)协议(例如，无线保真(WIFI))、对等或装置间通信协议(例如，蓝牙、近场通信(NFC)等)、物联网(IoT)协议(例如，NB-IoT、LTE-M等)和/或其他无线通信协议。

处理器202可包括被配置来执行存储在存储装置204(例如，计算机存储器)上的指令(例如，软件指令)的数据处理器(例如，中央处理单元(CPU)、专用计算机和/或机载服务器)。在一些实施方案中，处理器202可包括在可操作地耦接到图2所示的其他电子/电气装置和/或图1所示的机器人单元的单独/独立控制器中。处理器202可实现控制其他装置/与其交互的程序指令，从而致使机器人系统100执行动作、任务和/或操作。

存储装置204可包括其上存储有程序指令(例如，软件)的非暂时性计算机可读介质。存储装置204的一些实例可包括易失性存储器(例如，高速缓存和/或随机存取存储器(RAM))和/或非易失性存储器(例如，闪速存储器和/或磁盘驱动器)。存储装置204的其他实例可包括便携式存储器驱动器和/或云存储装置。

在一些实施方案中，存储装置204可用于进一步存储处理结果和/或预定数据/阈值并提供对它们的访问。例如，存储装置204可存储包括对可由机器人系统100操纵的物体(例如，盒、箱和/或产品)的描述的主数据。在一个或多个实施方案中，主数据可包括针对每个这种物体的登记数据。登记数据可包括预期由机器人系统100操纵的物体的尺寸、形状(例如，潜在姿势的模板和/或用于识别呈不同姿势的物体的计算机生成的模型)、颜色方案、图像、标识信息(例如，条形码、快速响应(QR)码、标志等和/或其预期位置)、预期重量、其他物理/视觉特性、或它们的组合。在一些实施方案中，主数据可包括关于物体的操纵相关的信息，诸如物体中的每一个上的质心(CoM)位置或其估计、对应于一个或多个动作/操纵的预期传感器测量值(例如，针对力、扭矩、压力和/或接触测量)、或它们的组合。

通信装置206可包括被配置来通过网络与外部或远程装置通信的电路。例如，通信装置206可包括接收器、发射器、调制器/解调器(调制解调器)、信号检测器、信号编码器/解码器、连接器端口、网卡等。通信装置206可被配置来根据一个或多个通信协议(例如，互联网协议(IP)、无线通信协议等)发送、接收和/或处理电气信号。在一些实施方案中，机器人系统100可使用通信装置206来在机器人系统100的单元之间交换信息和/或与在机器人系统100外部的系统或装置交换信息(例如，出于报告、数据采集、分析和/或故障排除目的)。

输入-输出装置208可包括被配置来将信息传达给人类操作员和/或从人类操作员接收信息的用户界面装置。例如，输入-输出装置208可包括显示器210和/或用于将信息传达给人类操作员的其他输出装置(例如，扬声器、触觉电路、或触觉反馈装置等)。另外，输入-输出装置208可包括控制或接收装置，诸如键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、用户界面(UI)传感器(例如，用于接收运动命令的相机)、可穿戴输入装置等。在一些实施方案中，机器人系统100可使用输入-输出装置208来与执行动作、任务、操作、或它们的组合的人类操作员交互。

在一些实施方案中，控制器(例如，单独电子装置)可包括处理器202、存储装置204、通信装置206和/或输入-输出装置208。控制器可以是单元/组件的独立部件或零件。例如，系统100的每个卸载单元、搬运组件、运输单元和装载单元可包括一个或多个控制器。在一些实施方案中，单个控制器可控制多个单元或独立部件。

机器人系统100可包括在关节处连接以用于运动(例如，旋转和/或平移位移)的物理或结构构件(例如，机器人操纵器臂)。结构构件和关节可形成被配置来操纵端部执行器(例如，抓持器)的动力链，所述端部执行器被配置来根据机器人系统100的用途/操作来执行一个或多个任务(例如，抓持、自旋、焊接等)。机器人系统100可包括被配置来关于对应的关节或在对应的关节处对结构构件进行驱动或操纵(例如，移位和/或重新定向)的致动装置212(例如，马达、致动器、线材、人工肌肉、电活性聚合物等)。在一些实施方案中，机器人系统100可包括被配置来到处运输对应的单元/底架的运输马达214。例如，致动装置212和运输马达连接到机器人臂、线性滑动件或其他机器人部件或是它们的一部分。

传感器216可被配置来获得用于实现任务(诸如用于操纵结构构件和/或用于运输机器人单元)的信息的传感器。传感器216可包括被配置来检测或测量机器人系统100的一个或多个物理特性(例如，其一个或多个结构构件/关节的状态、状况和/或位置)和/或周围环境的一个或多个物理特性的装置。传感器216的一些实例可包括接触传感器、接近度传感器、加速度计、陀螺仪、力传感器、应变计、扭矩传感器、位置编码器、压力传感器、真空传感器等。

在一些实施方案中，例如，传感器216可包括被配置来检测周围环境的一个或多个成像装置222(例如，视觉和/或红外相机、2维和/或3维成像相机、诸如激光雷达或雷达的距离测量装置等)。成像装置222可包括相机(包括视觉和/或红外相机)、激光雷达装置、雷达装置和/或其他距离测量或检测装置。成像装置222可生成所检测环境的可通过机器/计算机视觉来处理(例如，用于自动化检查、机器人引导或其他机器人应用)的代表，诸如数字图像和/或点云。

对于操纵目标物体112，机器人系统100(例如通过上文所述的各种电路/装置)可捕获并分析指定区域(例如，拾取位置，诸如卡车内部或输送机上)的图像，以标识目标物体112及其起始位置114。类似地，机器人系统100可捕获并分析另一指定区域(例如，用于将物体放置在输送机上的投放位置、用于将物体放置在容器内部的位置，或货盘上用于堆叠目的的位置)的图像，以标识任务位置116。例如，成像装置222可包括被配置来生成拾取区域的图像的一个或多个相机和/或被配置来生成任务区域(例如，投放区域)的图像的一个或多个相机。如下文所述，基于所捕获图像，机器人系统100可确定起始位置114、任务位置116、相关联姿势、打包/放置计划、搬运/打包顺序和/或其他处理结果。

在一些实施方案中，例如，传感器216可包括被配置来检测机器人系统100的结构构件(例如，机器人臂和/或端部执行器)和/或对应的关节的位置的位置传感器224。机器人系统100可使用位置传感器224来在任务的执行期间跟踪结构构件和/或关节的位置和/或取向。机器人系统100可使用来自传感器216的所检测位置、所跟踪位置、所跟踪取向等来导出表示图1的目标物体112和/或结构构件的当前位置和/或一组过去位置的跟踪数据。

图3是根据本技术的一个或多个实施方案的机器人系统100的顶视图。在一些实施方案中，机器人系统100可包括系统管理器302、计划器304和/或机器人臂306。系统管理器302和/或计划器304可被实现或包括图2所示的一个或多个电路(例如，处理器202、存储装置204、通信装置206等)。

系统管理器302可包括被配置来管理一个或多个任务站和/或对应的机器人单元的总体操作的机构(例如，装置和/或软件应用程序)。例如，系统管理器302可包括诸如用于仓库或装运枢纽的设施管理系统。在管理总体操作时，系统管理器302可接收订单输入312(例如，对可由机器人系统100访问的一组物体的客户请求)。系统管理器302可导出各种任务、任务站和/或对应的机器人之间的交互/控制、相关联顺序或时序等以采集订单输入312中列出的物体。系统管理器302可进一步与机器人臂306交互以实现/执行任务。

计划器304可包括被配置来导出用于操作一个或多个机器人或其中的部件的详细控制的机构(例如，装置、软件应用程序/特征、或它们的组合)。计划器304可导出详细步骤，诸如机器人的运动计划和/或与其他子系统的通信协议或序列，以操作一个或多个机器人单元并且完成由系统管理器302确定的任务。

为了操作机器人臂306，机器人系统100可使用计划器304来导出对应于用于将一个或多个物品从图1的起始位置114移动到图1的任务位置116的路径的搬运计划314。例如，机器人系统100可经由图2的成像装置222获得起始位置114和任务位置116的一个或多个图像。机器人系统100可处理图像以标识或识别起始位置114处的订购物体和/或它们在仓(例如，具有至少一个竖直壁的容器)内的姿势。类似地，机器人系统100可使用任务位置116的图像来导出或标识起始位置114处的目标物体中的每一个的放置位置。计划器304可导出搬运计划314，所述搬运计划314包括用于操作机器人臂306(例如，图2的致动装置212和/或图2的所述致动装置212的运输马达214)以在对应的位置之间搬运目标物体的路径和/或对应的命令、设置、时序等。在一些实施方案中，计划器304可通过以下方式迭代地导出搬运计划314：从放置位置开始并且在朝向目的地移动时迭代地导出下一个增量位置。下一个增量位置可以是满足一个或多个预定规则(诸如用于避免碰撞、最小化距离/时间等)的测试位置。

机器人系统100可实现搬运计划314并且相应地操作机器人臂306来搬运订单输入312中所标识的一个或多个目标物体。例如，系统管理器302可诸如通过将路径和/或搬运计划314的命令/设置传达给机器人臂306与机器人臂306交互。机器人臂306可执行所接收信息以执行任务。

作为说明性实例，系统管理器302可与一个或多个机器人(例如，运输单元，诸如自动导引车辆(AGV)、输送机等、和/或子系统)交互以从存储区域接近其中存储有订购物体的容器(包括例如起始仓322)。因此，机器人系统100可操作运输单元将起始仓322运输到机器人臂306的起始位置114。类似地，目标容器324(例如，包装盒或目的地仓)可放置在机器人臂306的任务位置116处。替代地，任务位置116可对应于输送机或机器人(例如，AGV)上的投放或放置位置。一旦起始位置114和任务位置116准备好，系统管理器302就可根据搬运计划314与机器人臂306交互。因此，机器人臂306可抓握目标物体112(例如，订单输入312中指定的物体中的一个或多个)并且将它/它们从起始位置114搬运到任务位置116。例如，机器人臂306可从起始位置114处的一个或多个起始仓322拾取订购物体并且将它们放置在任务位置116处的一个或多个目标容器324和/或指定位置中以完成订购。

在一些实施方案中，机器人臂100可利用一组工具(例如，专用端部执行器)来使用相同机器人执行不同任务和/或提高给定任务的执行。例如，机器人系统100可将机器人臂306选择性地连接到抓持器、焊接器或切割器以根据所分配任务执行对应的功能。另外，机器人系统100可根据目标物体和/或它们的周围环境的物理特性(例如，其他物体的相对位置、接近路径的可用性等)将机器人臂306选择性地连接到夹钳抓持器或真空抓持器。

在一些实施方案中，如以下详细描述，机器人系统100可根据目标物体姿势将机器人臂306选择性地连接到具有不同成角度界面的抓持器。例如，当目标物体平坦地定位在仓的底部上，呈现相对水平的顶表面和/或相对竖直的周向表面时，机器人系统100可选择第一工具。替代地，当目标物体相对于侧向平面具有成角度姿势时，诸如当目标物体具有非平行表面或放置在不均匀或非平面接触点的顶部时，机器人系统100可选择第二工具。第二工具可包括被配置来抓握此类成角度物体的接触或抓握接口。

在利用工具组时，系统管理器302可向计划器304提供目标选择313以标识针对任务/物体中的一者或多者选择的工具和/或目标物体112。计划器304可根据目标选择313导出搬运计划314并且相应地导出反馈318。例如，当导出成功时(例如，满足一个或多个阈值状况，诸如用于避免碰撞或满足最小误差估计)，反馈318可包括用于利用指定工具搬运目标物体的搬运计划314。当导出不成功时，诸如当指定工具不适于(由于例如导致碰撞事件)抓握和/或搬运目标物体时，反馈318可包括误差消息。在替代实施方案中，计划器304可选择工具并导出对应的搬运计划314而无需关于工具选择与系统管理器302交互。

当多个工具可用时，机器人系统100可作为单个组导出并评估多个任务或动作而不是单独地处理每个任务或动作。替代地或另外，机器人系统100可协调导出/评估、工具改变和计划实现之间的序列或时序以提高或使一组任务的效率最大化(例如，总体完成时间)。由于导出过程、工具改变过程和动作的实现具有不同成本和效益，因此作为组导出并评估单独任务和动作可实现总体性能的提高。例如，导出并评估搬运计划314所必需的持续时间(例如，一秒或更少)可小于改变工具所必需的持续时间(例如，五秒或更多)和/或小于在机器人臂306处实现计划所必需的持续时间(例如，一至五秒)。在一些实施方案中，改变工具可比完成一个物品的搬运所必需的平均或最大持续时间花费更长时间。

为了导出并评估一组任务，机器人系统100(例如，系统管理器302和/或计划器304)可确定根据适于物品的操纵的工具对所述物品进行标识或分组的基于工具的物体分组316。例如，机器人系统100可基于目标物体在起始仓322内的姿势(使用例如暴露表面相对于一个或多个预定水平/竖直线或平面的角度或取向)导出基于工具的物体分组316。机器人系统100可根据考虑到改变和利用工具的成本的一组预定规则来评估搬运计划314的不同顺序或组合。在一个或多个实施方案中，机器人系统100可计算与每个搬运计划314相关联的成本，诸如所估计搬运时间和/或所估计误差概率。机器人系统100可评估造成碰撞和/或具有超出如上所述的预定阈值的误差概率(例如，丢失可能性)的任何搬运计划，并且因此确定使用适当工具来抓握物体的计划。机器人系统100可导出所确定一组计划的不同序列，并且包括或相应地计划工具改变操作。对于每个顺序，机器人系统100可计算总体成本度量(例如，考虑到可能的误差率的总体完成时间或所估计完成时间)以进行评估。对于实现方式，机器人系统100可选择最小化总体成本度量的序列。

在一些实施方案中，机器人系统100可通过控制计划、工具改变和计划实现的时序和并行实现来改进任务的总体性能。例如，机器人系统100可在物体被标识时或在起始仓322放置在起始位置114处时标识已经附接到机器人臂306的工具。机器人系统100可标识可用现有工具抓握的第一组目标物体。机器人系统100可选择所述群组中的物体中的一个并且导出对应的计划。一旦第一计划完成，机器人系统100就可与所述群组中的第二计划的导出并行地实现第一计划。当第一组物体的计划完成时，机器人系统100可与第一组计划和/或工具改变操作的实现并行地(例如，与之并发地/同时地)导出第二组物体的计划。

在其他示例性实施方案中，系统管理器302可标识已经附接到机器人臂306的初始工具。系统管理器302可与计划器304交互以标识并计划可使用所附接工具抓握并搬运的第一物体。在第一计划的实现期间，系统管理器302可与计划器304交互以对第二物体进行计划。当导出失败时，系统管理器302可选择并交互以按迭代方式与先前计划的实现并行地对不同物体进行计划。当导出对于现有工具是成功的时，接下来可实现对应的物体和计划。当没有剩余目标物体也适于当前连接时，机器人系统100可计划在计划的正在进行或先前的实现结束时实现工具改变操作。在替代实施方案中，机器人系统100可导出并评估所有可用工具对每个目标物体的可行性和成本。机器人系统100可在确定优选顺序时分析全部组导出。

示例性工具

图4A是根据本技术的一个或多个实施方案的示例性搬运单元(例如，机器人臂306)的图示。机器人臂306可以是图1的搬运单元104(例如，拾件或拾仓机器人)或其一部分。机器人臂306可包括被配置来跨操作空间操纵端部执行器(例如，抓持器)的臂部分402。臂部分402可包括一组结构构件(例如，梁、柱等)、结构构件之间的一组接头、和/或被配置来使一组结构构件围绕接头移动的对应的一组致动器/马达。

端部执行器工具404可诸如在臂部分402的远端处附接到所述臂部分402。端部执行器工具404可包括被配置来与工具接口连接并且将所述工具附接到臂部分402的工具连接器412(例如，选择性锁定/附接机构)。工具连接器412可在结构上连接到具有使端部执行器附接在相对端处的工具臂414或与所述工具臂414成一体。对于图4A所示的实例，端部执行器可包括被配置来抓握物体以进行操纵(例如，跨空间搬运或移位)的抓持器。抓持器端部执行器可包括容纳或促进抓持接口418(例如，用于基于真空的抓持器的一组吸盘)的抓持器头416。抓持接口418可用于产生将目标物体附接到抓持器头416和/或机器人臂306的附接力或机制(例如，真空)。

图4B是根据本技术的一个或多个实施方案的示例性工具组430的图示。工具组430可表示图1的机器人系统100可用来执行一个或多个任务的工具。在一些实施方案中440，工具组430可包括标准固定抓持工具440、固定角抓持工具450和/或可调节抓持工具460。虽然图4B未示出，但应理解，工具组430可包括其他工具，诸如基于指状物的夹捏抓持器、具有不同类型的抽吸/接触界面的抓持器、不同类别的端部执行器(例如，诸如用于焊接或切割的非抓持端部执行器)等。

标准固定抓持工具440可被配置来抓握与起始仓322的地板相比相对平坦放置的物体。例如，标准固定抓持工具440可包括用于抓握物体的侧向定向顶表面的侧向定向抓持接口418。连接工具臂414和抓持器头416的接头可与正交于抽吸界面或平行于夹钳界面延伸的工具臂414固定在一起。

固定角抓持工具450可被配置来抓握与起始仓322的地板相比成角度放置的物体。例如，固定角抓持工具450可包括以非正交角度配置以用于抓握物体的非侧向顶表面的抽吸抓持接口418和工具臂414。成角度接头452可将工具臂414和抓持器头416与形成对应的非正交角或取向的结构固定的方式连接在一起。

可调节抓持工具460可被配置来调节抓持器头416相对于工具臂414的取向。例如，可调节抓持工具460可包括被配置来调节抓持器头相对于工具臂414并且围绕可旋转接头462的取向的取向控制机构464，诸如操纵臂、一组线缆、致动器、马达等。因此，机器人系统100可操作取向控制机构464来根据目标物体或者其一个或多个部分(例如，暴露顶表面)的取向调节抓持接口418的姿势或取向。

示例性工具使用

图5A是根据本技术的一个或多个实施方案的标准抓握场景500的图示。标准抓握场景500可用于抓持平坦姿势的物体502。平坦姿势的物体502可对应于具有平行于起始仓322的底表面的取向(例如，物体的底表面)的目标物体。因此，标准抓握场景500可对应于标准固定抓持工具440。例如，图1的机器人系统100可操作图3的机器人臂306以将标准固定抓持工具440定位在平坦姿势的物体502正上方并且降低端部执行器以抓持物体。

图5B是根据本技术的一个或多个实施方案的成角度抓握场景510的图示。成角度抓握场景510可用于抓持成角度物体512。成角度物体512可包括倚靠或搁置在不均匀接触点上(例如，沿着非水平面搁置)的物体和/或具有非平行相对表面的物体。在一些实施方案中，成角度物体512可对应于具有相对于水平/竖直参考方向具有沿着成角度方向/平面定向的一个或多个表面的姿势。因此，成角度抓握场景510可对应于固定角抓持工具450。例如，图1的机器人系统100可操作图3的机器人臂306以将固定角抓持工具450定位在成角度物体512正上方并且降低端部执行器以抓持物体。

为了比较，标准固定抓持工具440可能不适于成角度抓握场景510。例如，为了抓持成角度物体512，标准固定抓持工具440可倾斜或成角度成使得抓持接口418平行于成角度物体512的接口连接部分取向。将标准固定抓持工具440降低为倾斜可致使工具和/或机器人臂306与起始仓322之间的碰撞事件(图5B中由‘X’所示)。

在一些实施方案中，机器人系统100可基于成角度物体512的表面姿势514来选择固定角抓持工具450。例如，机器人系统100可处理如由图2的成像装置222捕获的起始仓322和/或其中的成角度物体512的一个或多个图像(例如，顶视图图像)。机器人系统100可基于边缘检测机构(例如，Sobel滤波器)来标识图像中所描绘的边缘。机器人系统100可基于确定一组边缘之间的连接和/或相对取向和/或识别位于边缘之间的形状、颜色和/或设计来标识图像中所描绘的每个连续表面。机器人系统100可将表面映射到三维图像(例如，深度图)并且使用深度量度来计算每个表面的一个或多个斜率。使用一个或多个所计算斜率，机器人系统100可导出每个表面的表面姿势514。机器人系统100可基于将表面姿势514与表示水平或平坦表面的阈值进行比较来确定成角度物体512。

图6A是根据本技术的一个或多个实施方案的标准释放场景600的图示。标准释放场景600可用于将所抓握物体(例如，图1的目标物体112)从标准固定抓持工具440释放。标准释放场景600可用于将所抓握物体(例如，图1的目标物体112)放置在任务位置116处的对应的放置位置处和/或图3的目标容器324中。标准释放场景600可对应于所抓握物体的平坦放置和/或标准固定抓持工具440的直立取向。

图6B是根据本技术的一个或多个实施方案的第一成角度释放场景610的图示。第一成角度释放场景610可用于将所抓握物体(例如，图1的目标物体112)从固定角抓持工具450释放。第一成角度释放场景610可用于将所抓握物体(例如，图1的目标物体112)放置在任务位置116处的对应的放置位置处和/或图3的目标容器324中。第一成角度释放场景610可对应于所抓握物体的平坦放置姿势612。因此，图1的机器人系统100可将固定角抓持工具450定向到成角度工具释放姿势614(例如，其中的工具臂的非竖直或倾斜取向)。工具释放姿势614可对应于固定角抓持工具450的图4B的成角度接头452。

图6C是根据本技术的一个或多个实施方案的第二成角度释放场景620的图示。第二成角度释放场景620可用于将所抓握物体(例如，图1的目标物体112)从固定角抓持工具450释放。第二成角度释放场景620可用于将所抓握物体(例如，图1的目标物体112)放置在任务位置116处的对应的放置位置处和/或图3的目标容器324中。第二成角度释放场景620可对应于所抓握物体的成角度放置姿势622。因此，图1的机器人系统100可将固定角抓持工具450定向到直立工具释放姿势624(例如，其中的工具臂的竖直取向)。成角度放置姿势622可对应于固定角抓持工具450的图4B的成角度接头452。成角度放置姿势622和直立工具释放姿势624可用于释放所抓握物体而无需实现与图6B所示的工具释放姿势614和平坦放置姿势612相关联的取向操纵。因此，成角度放置姿势622和直立工具释放姿势624可对应于比工具释放姿势614和平坦放置姿势612更低的实现成本(例如，更短的实现时间)。成角度放置姿势622和直立工具释放姿势624可针对具有预定特性的物体(诸如针对不太易受冲击损坏的更柔软和/或更柔性的物体)实现。

示例性任务时序

图7是根据本技术的一个或多个实施方案的示例性时序图700。时序图700可表示图1的机器人系统100(例如，图3的系统管理器302、图3的计划器304、和/或图3的机器人臂306)的操作和/或过程的序列或时间关系。例如，时序图700可示出计划进度表702与实现进度表704之间的时间关系。计划进度表702可表示各自导出图3的搬运计划314的情况(诸如用于搬运具有如由图3的目标选择313指定的所分配工具的目标物体)的过程序列。实现进度表704可表示机器人臂306处/由机器人臂306进行的计划实现/执行序列。

机器人系统100可与提高总体效率并减少总体任务执行时间并行地进行计划导出过程和计划实现过程。对于图7所示的实例，系统管理器302可发送标识要使用零件1(例如，图4B的标准固定抓持工具440)抓握和搬运的物体1的第一物体选择(例如，目标选择313的情况)。响应于第一物体选择，计划器304可导出用于用零件1抓握和搬运物体1的第一物体计划712。在成功导出时，计划器304可通过图3的对应反馈318将第一物体计划712传达到系统管理器302，并且系统管理器302可与机器人臂306交互以实现第一物体计划712。实现进度表704的第一物体搬运732可表示第一物体计划712在机器人臂306处的实现。

另外，在成功导出时，系统管理器302可发送标识要使用所连接零件1抓握和搬运的物体2的第二物体选择(目标选择313的新的情况)。响应于第二物体选择，计划器304可诸如使用上述示例性迭代过程导出第二物体计划714。当第二物体是图5B的成角度物体512时，计划器304可返回表示诸如由于在试图抓握物体时发生的所估计碰撞事件而无法导出成功的计划的失败状态。计划器304可诸如通过对应的反馈318将失败状态传达到系统管理器302。在一些实施方案中，系统管理器302可标识要被视为用当前连接的工具来计划的其他目标物体。诸如当利用当前连接的工具和/或抓持器头取向无法抓握任何剩余物体时，系统管理器302可利用更新工具选择(例如，图4B的固定角抓持工具450和/或图4B的可调节抓持工具460的替代头角)标识第二物体进行计划。利用所更新工具，计划器304可导出所更新第二物体计划716。实现进度表704的第二物体搬运736可表示所更新第二物体计划716在机器人臂306处的实现。各种计划过程可与实现进度表704并行地(例如，独立地)发生。

在成功地导出后续计划时，系统管理器302可将其实现在实现进度表704中排队。当成功的导出是基于在目标选择313中提供诸如用于所更新第二物体计划716的更新工具时，系统管理器302可将工具改变734包括在实现进度表704中。

在一些实施方案中，(位于例如系统管理器302和/或计划器304处的)机器人系统100可估计各种实现的实现量度。例如，机器人系统100可导出第一物体计划712的第一计划量度722(例如，包括拾取和/或放置物体的总执行时间)、所更新第二物体计划716的第二计划量度726、和/或工具改变734的工具改变量度724(例如，所需最大和/或平均时间)。机器人系统100可使用实现量度来导出最小化所组合量度的计划序列。在一些实施方案中，工具改变量度724可表示与在充当标准固定抓持工具440与固定角抓持工具450之间切换抓持接口418在可调节抓持工具460上的姿势相关联的成本。工具改变量度724还可包括或考虑到与实现工具释放姿势614(例如，与从标准固定抓持工具的标准释放相比另外的操纵)相关联的成本(例如，失败估计的时间和/或改变)。另外，工具改变量度724还可包括或考虑到诸如由于减少拖拽的成角度抓持和/或另外的操纵所致的与拖拽改变相关联的成本或与表面积相对于移动方向的改变相关联的空气阻力。

作为说明性实例，机器人系统100可导出用于将多个物体从起始位置(例如，仓)搬运到目标位置(例如，不同仓或输送机)的计划进度表702。机器人系统100可导出用于使用对应工具来搬运物体中的一个或多个的估计实现量度。所估计量度可考虑到不同工具的任何速度改变、另外的操纵和/或所调节拾取/投放操纵或姿势。在一些实施方案中，所估计量度可进一步考虑到与对应物体工具组合相关联的预期误差率。例如，所估计量度可包括增加了所计算量以考虑到将在误差情况下(例如，件丢失)部署的补救措施的搬运时间。另外的调节可基于通过与物体工具组合和/或对应移动设置(例如，速度)相关联的误差率对补救措施的平均持续时间进行加权来计算。因此，机器人系统100可相对于(2)改变工具以使用最佳工具来搬运物体的成本以及工具改变在搬运其他物体时的影响来平衡(1)用于利用次最佳工具来搬运物体的任何消极调节。因此，机器人系统100可评估运动计划的不同组合的总体成本并且选择最小化搬运目标物体中的一个或多个或全部的成本的一个运动计划。在一些实施方案中，所估计量度可被表示为使用同一机器人单元的每分钟或每小时拾取量。

操作流程

图8是根据本公开的一个或多个实施方案的用于操作机器人系统(例如，图1的机器人系统100)的方法800的流程图。方法800可使用上述装置中的一个或多个(诸如图3的系统管理器302、图3的计划器304和/或图3的机器人臂306)来实现。方法800可使用上述部件中的一个或多个(诸如图2的处理器202、图2的存储装置204等)来实现。方法800可用于使用工具组(例如，图4B的工具组430)来计划并实现任务(例如，搬运物体)。如以下详细描述，方法800可对应于并行地计划并实现任务和/或根据用于最小化图7的工具改变734的适当工具分组地处理物体。

在框802处，机器人系统100可接收对一组物品的订单(例如，图3的订单输入312)。例如，机器人系统100(经由例如图2的通信装置206)可接收来自客户或请求仓库的订单输入312。另外，订单输入312可对应于内部生成的订单以对物品进行重新包装或重新分组以便存储，诸如以重新布置/组合物体并减少存储容器。因此，机器人系统100可标识需要从存储位置移动到不同位置(例如，离开的容器)的一组物体以满足订单。

在框804处，机器人系统100可协调对订购物体的获取。机器人系统100(经由例如图3的系统管理器302)可标识订购物体的一个或多个存储位置。例如，机器人系统100可将订单输入312与所存储/可获取物体的记录进行比较。因此，机器人系统100标识对应于图框805处所示的订单输入312的仓和/或物体。机器人系统100可确定其中存储有订购物体的容器的存储位置和/或标识符。

机器人系统100可使用所确定位置和/或容器标识符来协调对订购物体的获取。例如，机器人系统100可直接操作一个或多个运输单元(例如，AGV和/或输送机)来为图3的机器人臂306将目标容器从存储位置运输到图1的起始位置114。机器人系统100可类似地操作运输单元来将图3的目标容器324从其存储位置运输到图1的任务位置116。另外或替代地，机器人系统100可与一个或多个子系统(例如，存储访问系统)交互或通信以将一个或多个目标容器和/或目标容器324放置在它们的相应位置处。

在框806处，机器人系统100可获得图像数据。例如，机器人系统100可使用图2的成像装置222来获得描绘起始位置处的存储容器的二维和/或三维图像。因此，所获得图像数据可实时地描绘存储在存储容器内的订购物体中的一个或多个。

在框808处，机器人系统100可标识物体(例如，目标或订购物体)在存储容器中的分组。机器人系统100可处理所获得图像数据以检测或识别起始仓322内的物体。例如，机器人系统100可基于检测线(经由例如Sobel检测机构)和所检测线之间的连接/布置来标识表面。机器人系统100可将所描绘图像或其部分(例如，表面内的部分)与主数据中的表面图像数据进行比较。另外或替代地，机器人系统100可将所标识表面的尺寸与存储在主数据中的物体尺寸进行比较。机器人系统100可基于所描绘图像和/或所测量尺寸与存储在主数据中的对应图像和/或预定尺寸的匹配来标识物体。

机器人系统100可将起始仓322中的所标识的一组物体与订单输入312的目标或预期部分进行比较。因此，机器人系统100可定位起始仓322中的目标物体。机器人系统100可进一步处理目标物体以根据工具组430来对物体进行分类/分组，由此确定图3的基于工具的物体分组316。例如，机器人系统100可确定目标物体中的每一个是图5A的平坦姿势的物体502还是图5B的成角度物体512。机器人系统100可使用与所描绘表面相关联的深度量度来计算一个或多个斜率。机器人系统100可使用所计算斜率来导出目标物体中的每一个的图5B的表面姿势514。表面姿势514可用于根据适当的或被分配来操纵对应物体的工具来对物体进行分类或分组，所述物体诸如平坦姿势的物体502、成角度物体512等。

机器人系统100可进一步根据对应于不同端部执行器和/或目标任务的其他特征来对物体进行分类/分组。例如，机器人系统100可根据与不同类型的抓持器(例如，不同类型的接触界面，诸如抽吸抓持器、吸盘大小/位置、基于指状物的抓持器等)相关联的结构刚度和/或外表面材料(例如，盒、塑料包裹物、袋等)、总体形状等来对物体进行分组。另外，机器人系统100可与其他未绑定物体分开地对绑定在一起、由此需要切割工具的物体进行分组。因此，所分组物体可对应于基于工具的物体分组316。

作为说明性实例，机器人系统100可基于描绘起始仓322内的物体的图像数据来确定至少第一组物体(例如，一组平坦姿势的物体502)和第二组物体(一组成角度的物体512)。第一组物体可具有对应于第一工具的特性(例如，抓持接口418的角度/取向)的一个或多个方面(例如，姿势)，并且第二组物体可具有对应于第二工具的特性(例如，抓持接口418的角度/取向)的一个或多个方面。平坦姿势的物体502可各自具有平行于起始仓322的底表面的顶部部分，因此对应于标准固定抓持工具440。成角度物体512可各自具有相对于起始仓322的底表面形成角度的顶部部分表面，由此对应于固定角抓持工具450。

在框810处，机器人系统100可跟踪和/或更新所连接工具。机器人系统100可使用内部机构(例如，射频标识(RFID)电路、硬编码标识符等)来动态地检测连接到机器人臂306的工具。另外或替代地，机器人系统100可跟踪工具改变操作和工具选择以跟踪所连接工具。

在跟踪和/或更新所连接工具时，机器人系统100可访问或确定机器人系统100可用的工具组。例如，机器人系统100可访问关于工具的预定数据和/或机器人臂306可用的工具组430的对应特性(例如，抓持接口418的姿势)。另外或替代地，机器人系统100可动态地跟踪(例如，实时地)所使用的或连接到机器人臂的工具。因此，机器人系统100可确定剩余的(例如，未连接到任何其他机器人臂)并且可供用于获取/连接的工具。机器人系统100可进一步访问预定或先前测量的数据以确定与在操纵目标物体时在工具之间切换(例如，从一个工具断开并且连接到不同工具)相关联的图7的工具改变量度724(例如，成本，诸如时间)。在一些实施方案中，工具改变量度724可表示与诸如通过操纵图4的取向控制机构464来改变用于可调节抓持工具460的抓持接口418的姿势相关联的成本。

另外，在框810处，机器人系统100可诸如根据下述状态确定(例如，决策框820)来更新所连接工具。例如，当根据状态确定需要新的工具来操纵/搬运物体时，机器人系统100可操作机器人臂306来断开所连接工具并且连接到适于后续搬运的新的工具。机器人系统100可更新所跟踪工具信息。在一些实施方案中，机器人系统100可调度工具更新(例如，工具改变734)并且在工具改变734被实现时更新所跟踪信息。

在框812处，机器人系统100可选择一个或多个物体以用于计划。机器人系统100可从对应于连接到机器人臂306的工具的分组进行选择。在所选择分组内，机器人臂100可迭代地选择一个物体以用于搬运。机器人系统100可基于一组预定选择规则(诸如用于首先选择更高定位的物体和/或更靠近定位的物体)进行选择。

在框814处，机器人系统100(经由例如计划器304)可导出一个或多个计划(例如，搬运计划314)以用于选择。例如，系统管理器302可根据所选择物体和/或所连接工具向计划器304提供目标选择313。在一些实施方案中，机器人系统100可向一个群组提供物体列表。作为响应，计划器304可导出每个物体的一个或多个搬运计划。当计划导出成功时，计划器304可通过反馈318向系统管理器302提供所得搬运计划314。否则，当计划导出不成功时(由于例如由不恰当工具分配所致的所估计碰撞)，计划器304可提供报告不成功状态(例如，所分配工具与目标物体之间的不恰当匹配的指示)的反馈318。

因此，机器人系统100可导出用于根据工具搬运目标物体的一组搬运计划314。在一些实施方案中，例如，机器人系统100可遵循用于基于工具改变量度724(根据例如一组规则和/或用于使总体搬运成本/时间最小化的架构)来计划搬运的过程。对于工具改变具有比计划过程和/或计划实现更大的平均/最小量度的系统，机器人系统100可将搬运计划为最小化工具改变。作为实例，机器人系统100可使用所连接工具计划并调度其对可应用物体/分组的实现，之后对一组不同物体进行计划。在一些实施方案中，机器人系统100可迭代地进行选择和导出过程并且相应地实现所导出计划。在其他实施方案中，机器人系统100可导出物体的一个或多个分组的计划并且根据用于使最小化总体成本最小化的一组规则对计划进行布置/排队。

在导出计划时，机器人系统100可计算如框816处所示的量度(例如，图7的计划量度720)。例如，机器人系统100可基于所计算行进距离、操纵次数和/或类型、对应设置等来计算每个搬运计划的所估计持续时间。

对于图8所示的实例，机器人系统100可基于在处理另一个分组之前对一个分组中的物体进行迭代地选择和计划来导出一组计划。在决策框818处，计划器304可确定计划导出是否成功并且将对应反馈318提供给系统管理器302。当计划导出不成功时，机器人系统100可确定在当前处理的物体分组中是否剩余任何物体，诸如决策框820处所示。当物体剩余在当前选择/处理的分组中时，流程可进行到框812，并且机器人系统100可选择分组中的下一个物体。当分组中不再剩余任何物体时(例如，基于工具的物体分组316为空)，流程可传到框810，并且机器人系统100可更新所连接工具(通过例如执行工具改变734)。机器人系统100可根据仓中的剩余物体和一个或多个对应工具来选择并连接到新的工具。连同工具改变，机器人系统100可导出与新的工具相关联的不同分组的计划。

在一些实施方案中，当计划器304导出计划时，机器人系统100可导出和/或更新用于实现计划的序列。例如，系统管理器302可诸如通过将计划在系统管理器302或机器人臂306处排队来调度计划的实现。

在一个或多个替代实施方案中，机器人系统100可导出每个物体的多个计划(例如，每个可用工具一个计划)。在框822处，机器人系统100可基于对应计划量度和工具改变量度724来导出计划的顺序/组合。机器人系统100可选择并调度具有最低总体成体(例如，总体实现/搬运时间)的序列。

作为框808-822的说明性实例，机器人系统100可标识在搬运起始仓322中的一组目标物体之前连接到机器人臂306的第一工具(例如，标准固定抓持工具440)。机器人系统100可确定并选择对应于第一工具的第一物体组(例如，基于工具的物体分组316的情况，诸如平坦姿势的物体502)。机器人系统可迭代地导出用于操作机器人臂306来搬运第一组物体的第一组计划。在一些实施方案中，机器人系统100可基于选择组中的物体、导出所选择物体的测试计划以及确定测试计划对于实现是否可行来导出第一组计划。在导出第一组计划之后，机器人系统100可调度工具改变734以在第一组中遵循最后计划。因此，在搬运第一组物体之后，机器人系统100可调度将第二工具(例如，固定角抓持工具450)连接到机器人臂306。机器人系统100可继续导出第二组物体的计划。

在框824处，机器人系统100(经由例如系统管理器302)可实现所调度计划。换句话讲，机器人系统100可操作机器人臂306并且根据所导出搬运计划和它们的调度顺序来搬运物体。计划可与后续导出过程并行地(例如，独立地)实现。例如，系统管理器302可在将目标选择313提供给计划器304以发起第二物体的计划导出之前或之后立即在机器人臂306处发起第一计划的实现。因此，用于第二物体或任何后续物体的导出过程可在机器人臂306搬运第一物体的同时发生。因此，机器人系统100可连续导出并实现运动计划，直到起始位置或所述一组目标物体为空为止，如框826处所示。

在一些实施方案中，机器人系统100可在搬运计划中包括用于减少可调节抓持工具460的取向控制机构464的张力的操作。机器人系统100可包括(1)在使对应物体与抓持接口的至少一部分接触之后和/或(2)在抓持对应物体之前的对应命令和/或设置。因此，在实现期间，抓持接口418可移位和/或旋转并增大与目标物体的暴露表面的接触面积。换句话讲，抓持接口418可围绕可旋转接头162旋转或调节并且匹配目标物体的表面姿势514。减小的张力可在抓持接口418(例如，吸盘)的启动之前或期间发生，以便改进抓持接口418与目标物体之间建立的抓持。

结论

所公开技术的实例的上文具体实施方式并不意图是详尽的或将所公开技术限于以上所公开的确切形式。虽然出于说明性目的描述了所公开技术的具体实例，但如相关领域技术人员应认识到，在所公开技术的范围内多种等效修改也是可能的。例如，虽然过程或框是以给定次序呈现的，但替代实现方式可以不同次序执行具有步骤的例程或采用具有框的系统，并且可删除、移动、添加、细分、组合和/或修改一些过程或框来提供替代方案或子组合。这些过程或框中的每一个可以各种不同方式来实现。另外，虽然过程或框有时被示出为串联执行，但这些过程或框可替代地并行执行或实现，或者可在不同时间执行。此外，本文所指出的任何具体数目仅是实例；替代实现方式可采用不同值或范围。

根据上文具体实施方式，可对所公开技术进行这些和其他改变。虽然具体实施方式描述了所公开技术的某些实例以及所设想的最佳模式，但所公开技术可以许多方式来实践，而无论文中上文描述呈现的如何详细。系统的细节可在其具体实现方式中相差甚大，但仍由本文所公开的技术涵盖。如上文所指出，在描述所公开技术的某些特征或方面时所用的特定术语不应被视为暗示本文中将术语重新定义为限于所公开技术的与所述技术相关联的任何具体特性、特征或方面。因此，除所附权利要求之外，本发明不受限制。一般来说，以下权利要求中所用的术语不应被视为将所公开技术限于说明书中所公开的具体实例，除非上文具体实施方式章节明确地限定了此类术语。

虽然本发明的某些方面在下文是以某些权利要求的形式呈现的，但本申请人可设想呈任何数目的权利要求形式的本发明的各种方面。因此，本申请人保留在提交本申请之后追加附加权利要求以在本申请中或在接续申请中追加此类附加权利要求形式的权利。

Claims (20)

1.一种用于操作机器人系统的方法，所述方法包括：

标识工具组，所述工具组包括各自被唯一地配置来操纵物体的两个或更多个工具，其中每个工具被配置来选择性地附接到机器人臂；

获得表示起始位置处的一组目标物体的图像数据，其中所述图像数据描绘所述一组目标物体中的两个或更多个物体的表示；

根据所述两个或更多个物体的一组物理特征和/或当前姿势对所述两个或更多个物体进行分组，其中所述一组物理特征和/或所述当前姿势对应于所述工具组中的所述两个或更多个工具的唯一配置；

基于所述图像数据导出包括至少第一计划和第二计划的一组计划，其中所述一组计划(1)是用于操作机器人臂来将所述一组目标物体中的至少一部分从所述起始位置搬运到目标位置和(2)结合不同工具改变用法；

确定所导出计划的一个或多个工具改变量度，其中每个工具改变量度表示与从所述机器人臂移除先前工具并且将后续工具附接到所述机器人臂相关联的成本；

计算所述一组计划中的每个计划的成本量度，其中所计算成本量度考虑到(1)所述工具改变量度和/或(2)与拾取、搬运和放置所述一组目标物体中的至少所述部分相关联的搬运时间；

基于所述成本量度从所述一组计划中选择计划，其中所选择计划对应于与搬运所述一组目标物体中的至少所述部分相关联的最低成本量度。

2.如权利要求1所述的方法，其中：

所述第一计划表示实现从初始工具到后续工具的工具改变，然后利用所述后续工具搬运物体，其中所述第一计划对应于考虑到所述工具改变以及所述物体的第一搬运时间的第一成本量度；

所述第二计划表示利用所述初始工具搬运所述物体，其中所述第二计划对应于考虑到所述物体的比所述第一搬运时间更长的第二搬运时间的第二成本量度；并且

选择所述计划包括将至少所述第二成本量度与所述第一成本量度和所述工具改变量度的组合进行比较。

3.如权利要求1所述的方法，其中：

对所述两个或更多个物体进行分组包括基于所述图像数据来确定(1)一组平坦姿势的物体和/或(2)一组成角度的物体，其中

所述一组平坦姿势的物体表示各自具有平行于所述起始位置的底表面的顶部部分的第一子组物体，

所述一组成角度的物体表示各自具有相对于所述起始位置的底表面形成角度的顶部部分表面姿势的第二子组物体；

所述工具组表示被配置来改变所述机器人臂与抓持接口之间的角度的可调节工具和/或两个或更多个固定工具；

选择所述计划包括(1)使工具改变最小化和/或(2)评估与(a)改变工具以适应不同姿势和(b)跨不同姿势维持工具所必需的另外的操纵和/或速度调节相关联的成本差异。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述一组计划基于以下操作来导出：

在搬运所述一组目标物体之前标识连接到所述机器人臂的第一工具，其中所述第一工具表示以下中的一者：(1)被配置来抓握所述一组平坦姿势的物体的标准固定抓持工具和(2)被配置来抓握所述一组成角度的物体的固定角抓持工具；

确定对应于所述第一工具的第一物体组，其中所述第一物体组表示(1)所述一组平坦姿势的物体和(2)所述一组成角度的物体中的对应者；

导出用于操作所述机器人臂以使用所述第一工具来搬运所述第一物体组的第一组计划；以及

在导出所述第一组计划之后调度工具改变，其中所述工具改变是用于在搬运所述第一物体组之后替代所述第一工具将第二工具连接到所述机器人臂，所述第二工具表示以下中的其余者：(1)被配置来抓握所述一组平坦姿势的物体的标准固定抓持工具和(2)被配置来抓握所述一组成角度物体的固定角抓持工具。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一组计划基于迭代地进行以下操作来导出：

选择所述第一物体组中的物体；

导出用于使用所述第一工具来搬运所选择物体的测试计划；以及

确定所述测试计划对于实现是否可行，其中

在所述第一物体组中重复所述选择、所述导出和所述确定。

6.如权利要求5所述的方法，其中迭代地导出所述第一组计划包括：

导出用于搬运第一物体的第一计划，其中所述第一计划被验证为对于实现可行；以及

导出用于搬运第二物体的第二计划，其中所述第二计划在所述第一计划之后导出并且被验证为对于实现可行；

所述方法还包括：

与导出所述第二计划并行地实现所述第一计划，其中所述第一计划是用于操作所述机器人臂来将所述第一物体从存储容器搬运到所述目标位置。

7.如权利要求1所述的方法，其中导出所述一组计划包括：

针对所述图像数据中所描绘的每个物体和/或所述一组目标物体，导出所述工具组中的每个工具的测试计划；

基于根据一个或多个预定规则和/或阈值确定每个计划的实现的可行性来确定一组经验证的计划；并且

所述方法还包括：

基于使用于搬运所述一组目标物体的成本总和最小化来导出实现序列，其中所述实现序列是用于实现所述一组目标物体中的每个物体的搬运计划。

8.如权利要求7所述的方法，其中：

所述机器人系统包括(1)被配置来协调所述一组目标物体的搬运的系统管理器和(2)被配置来导出用于操作所述机器人臂来搬运对应物体的一个或多个计划的计划器；

导出所述一组经验证的计划包括在所述计划器处导出所述一组经验证的计划；并且

导出所述实现序列包括在所述系统管理器处导出所述实现序列。

9.如权利要求1所述的方法，其中所计算成本量度表示用于达到工具释放姿势和/或经调节的搬运速度的另外的机器人操作。

10.如权利要求1所述的方法，其中：

所述机器人系统包括(1)被配置来协调所述一组目标物体的搬运的系统管理器和(2)被配置来导出用于操作所述机器人臂的一个或多个计划的计划器；

导出所述一组计划包括

从所述系统管理器向所述计划器发送指定所述一组目标物体中的第一物体的第一目标选择；

在所述系统管理器处接收对应于所述第一目标选择的第一搬运计划；

使用所述系统管理器发起所述第一搬运计划的实现以操作所述机器人臂来搬运所述第一物体；以及

在所述第一搬运计划的实现期间，从所述系统管理器向所述计划器发送指定所述一组目标物体中的第二物体的第二目标选择。

11.如权利要求10所述的方法，其中导出所述一组计划包括：

在所述系统管理器处接收来自所述计划器的反馈，其中所述反馈表示根据所述第二目标选择导出搬运计划失败；以及

响应于所述反馈，从所述系统管理器向所述计划器发送指定组中的与所连接工具相关联的其余物体的第三目标选择。

12.如权利要求4所述的方法，其中：

所述机器人系统包括(1)被配置来协调所述一组目标物体的搬运的系统管理器和(2)被配置来导出用于操作所述机器人臂的一个或多个计划的计划器；

导出所述一组计划包括

从所述系统管理器向所述计划器发送指定所述一组目标物体中的要使用所述第一工具搬运的第一物体的第一目标选择；

在所述系统管理器处接收来自所述计划器的反馈，其中所述反馈表示根据所述第一目标选择导出搬运计划失败；

响应于所述反馈，从所述系统管理器向所述计划器发送指定要使用所述第二工具搬运的所述第一物体的第二目标选择；以及

响应于接收到对应于所述第二目标选择的搬运计划而调度工具改变，其中所调度工具改变先于所述搬运计划并且表示在物体的搬运之间所述机器人臂从所述第一工具断开并且连接到第二工具的操作。

13.如权利要求12所述的方法，其中所导出计划和/或所述工具改变在所述系统管理器处排队，从而控制用于实现所导出计划和/或所述工具改变的时序。

14.如权利要求12所述的方法，其还包括：

将所导出计划和/或所述工具改变传达到所述机器人臂，所述机器人臂被配置来根据接收次序实现所导出计划和/或所述工具改变。

15.如权利要求1所述的方法，其中所述工具改变量度表示与切换可调节抓持工具上的抓持接口的姿势相关联的成本。

16.如权利要求15所述的方法，其中导出所述一组计划包括导出用于减少所述可调节抓持工具的取向控制机构的张力以允许所述抓持接口围绕可旋转接头旋转并且匹配表面姿势的命令和/或设置，其中所述张力减少发生(1)在以所述抓持接口的至少一部分接触对应物体之后并且(2)在抓持所述对应物体之前。

17.如权利要求1所述的方法，其还包括：

确定表示包括所述一组目标物体的存储仓的容器标识符，其中所述存储仓包括两个或更多个竖直壁；

其中：

所述一组所导出计划包括用于操作真空抓持器来接触并抓持一个或多个物体同时避免所述竖直壁与所述机器人臂和所附接工具之间的接触的命令和/或设置。

18.一种其上存储有处理器指令的有形非暂时性计算机可读介质，所述处理器指令在由一个或多个处理器执行时致使所述一个或多个处理器执行方法，所述方法包括：

基于描绘起始位置处的物体的图像数据来确定至少第一组物体和第二组物体，其中所述第一组物体和所述第二组物体分别对应于工具组中的第一工具和第二工具；

确定与在所述第一工具与所述第二工具之间切换以用于搬运所述物体相关联的工具改变量度；

基于所述图像数据导出至少第一计划和第二计划，其中

所述第一计划是用于操作机器人臂以利用所述第一工具搬运所述第一组物体、利用所述第二工具搬运所述第二组物体以及在所述第一工具与所述第二工具之间切换，并且

所述第二计划是用于操作所述机器人臂来在切换工具之前或在不切换工具的情况下利用所述第一工具搬运所述第一组物体以及所述第二组物体中的至少一部分；

计算所述第一计划的第一成本量度，其中所述第一成本量度表示用于根据所述第一计划搬运所述第一组物体和所述第二组物体以及切换工具的总体搬运时间；

计算所述第二计划的第二成本量度，其中所述第二成本量度表示用于根据所述第二计划搬运所述第一组物体和所述第二组物体的总体搬运时间；以及

基于相应的所述第一成本量度或所述第二成本量度中的较低者来选择实现所述第一计划或所述第二计划中的一者。

19.一种机器人系统，其包括：

通信电路，所述通信电路被配置来与(1)被配置来导出用于操作机器人臂的计划的计划器和/或(2)被配置来根据对应计划选择性地连接到一组工具并且使用所连接工具抓持并搬运物体的机器人臂传达数据、命令和/或设置；

至少一个处理器，所述至少一个处理器耦接到所述通信电路并且被配置来：

基于描绘容器内的一组物体的图像数据来确定至少第一组物体和第二组物体，其中所述第一组物体和所述第二组物体分别对应于所述一组工具中的第一工具和第二工具；

确定与在所述第一工具与所述第二工具之间切换以用于搬运所述物体相关联的工具改变量度，其中所述工具改变量度表示与从所述机器人臂移除先前工具并且将后续工具附接到所述机器人臂相关联的成本；并且

基于所述工具改变量度导出一组计划，其中所述一组计划是用于操作所述机器人臂以利用所述第一工具搬运所述第一组物体、利用所述第二工具搬运所述第二组物体以及在所述第一工具与所述第二工具之间切换；

计算所述一组计划中的每个计划的成本量度，其中所计算成本量度考虑到(1)所述工具改变量度和/或(2)与拾取、搬运和放置所述物体的至少部分相关联的搬运时间；

基于所述成本量度从所述一组计划中选择计划，其中所选择计划对应于与搬运所述物体的至少部分相关联的最低成本量度。

20.如权利要求19所述的系统，其还包括：

所述计划器，所述计划器通信地耦接到所述通信电路；

所述机器人臂，所述机器人臂通信地耦接到所述通信电路；以及

所述一组工具，所述一组工具包括所述第一工具和所述第二工具，所述一组工具被配置来(1)选择性地连接到所述机器人臂并且(2)抓持一个或多个物体以便操纵。