CN110036162B - 用于将物体放置在表面上的***和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于将物体放置在表面上的***。该***可以包括：基座(110)，在其一端连接到所述基座(110)的机器人臂(120)，连接到所述机器人臂(120)的另一端的末端执行器(130)。所述末端执行器(130)可以被配置成可释放地连接到待放置在表面上的物体(101)上。所述***可以进一步包括位于传感器框架上的一个或多个传感器单元(150)。所述一个或多个传感器单元(150)可以被配置用于感测包括至少两个二维轮廓的二维轮廓数据，所述至少两个二维轮廓一起包括所述待放置的物体(101)的至少三个边界部分和表面上的物体的至少三个边界部分。所述待放置的物体的所述三个边界部分中的至少两个可以来自基本上不平行的侧边。所述表面上的所述物体的所述三个边界部分中的至少两个可以来自基本上不平行的侧边。所述***还可以包括处理器，其被配置为确定相对于所述传感器框架的所述待放置的物体(101)的至少三个自由度以及所述传感器框架相对于三维空间中的所述表面上的所述物体的六个自由度，以用于基于所述二维轮廓数据来确定所述待放置的物体相对于所述表面上的所述物体(101)的当前位姿。进一步地，所述***可以被配置成基于所述待放置的物体的所述当前位姿和期望位姿之间的差异来放置物体(101)，其中，所述待放置的物体的期望位姿由所述表面上的物体在所述三维空间中的模型确定。

Description

用于将物体放置在表面上的***和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月30日提交的新加坡专利申请号10201608187P的权益，其全部内容为了所有目的通过引用并入本文。
技术领域
实施例一般涉及用于将物体放置在表面上的***及其方法。特别地，实施例涉及一种用于将多个物体以预定排列放置在表面上的自动***/装置以及一种将多个物体以预定排列放置在表面上的方法。
背景
学术界和工业界一直讨论和期待现场施工机器人技术在。在解决建筑工地，特别是在其为高度非结构化的站点时，的复杂性和问题方面已经做了多次尝试，取得了有限的成功。
例如，放置表面修饰元件的过程，特别是铺设瓷砖的过程，已经在自动化方面进行了多次尝试。然而，直到今天，仍然没有市场上可用的工作流程。
这些尝试中的大多数都是一直处于概念阶段，如瓷砖BOT和SHAMIR项目，的研究项目。这两种方法都使用大型和重型机械，因此仅针对大型表面的地板铺设，例如在零售商店中，并且不能在狭窄、受限的空间，例如在典型的住宅布图规划，中操作。此外，这种机器还可能需要新的安全和保安措施，这些措施对于建筑工地来说并不常见。
另一方面，美国专利号US9,358,688描述了一种用于对准具有三个边缘传感器的物品的机器，用于检测沿着第一个已铺设物品的X-X边缘对齐的边缘和沿着第二个已铺设物品的Y-Y边缘对齐的边缘，以便相对于所述第一和第二已铺设物品的X-X边缘和Y-Y边缘以与相应的X-X边缘和Y-Y边缘设定的一定距离放置所述物品。然而，US9,358,688的机器仅用于考虑与已铺设物品直接相邻的物品的局部放置，而不考虑整个区域的全局视图。
发明内容
根据各种实施例，提供了一种用于将物体放置在表面上的***。该***可以包括：基座，在其一端连接到所述基座的机器人臂，连接到所述机器人臂的另一端的末端执行器。所述末端执行器可以被配置成可释放地连接到待放置在表面上的物体上。所述***可以进一步包括位于传感器框架上的一个或多个传感器单元。所述一个或多个传感器单元可以被配置用于感测包括至少两个二维轮廓的二维轮廓数据，所述至少两个二维轮廓一起包括所述待放置的物体的至少三个边界部分和表面上的物体的至少三个边界部分。所述待放置的物体的所述三个边界部分中的至少两个可以来自基本上不平行的侧边。所述表面上的所述物体的所述三个边界部分中的至少两个可以来自基本上不平行的侧边。所述***还可以包括处理器，其被配置为确定相对于所述传感器框架的所述待放置的物体的至少三个自由度以及所述传感器框架相对于三维空间中的所述表面上的所述物体的六个自由度，以用于基于所述二维轮廓数据来确定所述待放置的物体相对于所述表面上的所述物体的当前位姿。进一步地，所述***可以被配置成基于所述待放置的物体的所述当前位姿和期望位姿之间的差异来放置物体，其中，所述待放置的物体的所述期望位姿由所述表面上的物体在所述三维空间中的模型确定。
根据各实施例，提供了一种用于将物体放置在表面上的方法。所述方法可以包括提供一***。所述***可以包括：基座，在其一端连接到所述基座的机器人臂，连接到所述机器人臂的另一端的末端执行器。所述末端执行器可以被配置成可释放地连接到待放置在表面上的物体上。所述***可以进一步包括位于传感器框架上的一个或多个传感器单元。所述一个或多个传感器单元可以被配置用于感测包括至少两个二维轮廓的二维轮廓数据，所述至少两个二维轮廓一起包括所述待放置的物体的至少三个边界部分和表面上的物体的至少三个边界部分。所述待放置的物体的所述三个边界部分中的至少两个可以来自基本上不平行的侧边。所述表面上的所述物体的所述三个边界部分中的至少两个可以来自基本上不平行的侧边。所述***还可以包括处理器，其被配置为确定相对于所述传感器框架的所述待放置的物体的至少三个自由度以及所述传感器框架相对于三维空间中的所述表面上的所述物体的六个自由度，以用于基于所述二维轮廓数据来确定所述待放置的物体相对于所述表面上的所述物体的当前位姿。所述方法还可进一步包括，基于所述待放置的物体的所述当前位姿和期望位姿之间的差异，使用所述***来放置物体，其中，所述待放置的物体的所述期望位姿由所述表面上的物体在所述三维空间中的模型确定。
附图说明
在附图中，相同的附图标记在不同视图中通常指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述各种实施例，其中：
图1示出了根据各种实施例的一种用于将物体放置在表面上的***的示意图；
图2A至图2B示出了移动物体放置策略的示例；
图3A示出了根据各种实施例的机器人臂的一示例的运动简图；
图3B示出了根据各种实施例的机器人臂的另一示例的运动简图；
图4示出了根据各种实施例的复合关节的示例；
图5A至图5C示出了根据各种实施例的***的末端执行器；
图5D示出了根据各种实施例的轮廓传感器和由轮廓传感器获得的二维轮廓；
图6A示意性地示出了如何为菱形物体布置传感器(和传感平面)(用于基本概念的可重构的实施例)；
图6B示意性地示出了如何为六边形物体布置传感器(和感测平面)(用于基本概念的可重构的实施例)；
图6C至图6D示出了用于方形物体的末端执行器的可重构的实施例(包括尺寸的增强感测概念)的示例；
图6E示出了根据各种实施例的单个测量站的示例；
图7示出了根据各种实施例的具有三个相机的定制的轮廓传感器构造；
图8示出了根据各种实施例的“眼在手”(“eye-in-hand”)感测的示例的控制图；
图9A示出了根据各种实施例的具有三个传感器的基本概念；
图9B示出了根据各种实施例的包括具有三个传感器的尺寸的基本概念；
图9C示出了根据各种实施例的具有三个传感器的增强概念；
图9D示出了根据各种实施例的包括具有四个传感器的尺寸的增强概念；
图10表示常见的平铺缺陷的示例；
图11示出了根据各种实施例的物体存储装置和再填充推车；
图12示出了根据各种实施例的粘结材料涂敷装置；
图13A示出了根据各种实施例的用于测量瓷砖的尺寸的结构；
图13B示出了正在测量的矩形瓷砖；
图13C示出了正在测量的方形瓷砖；
图14示出了根据各种实施例的一种用于将物体放置在表面上的***的示意性俯视图；
图15A示出了根据各种实施例的一种用于将物体放置在表面上的***的示意性俯视图；
图15B示出了图15A的***的示意性侧视图，其机器人臂为伸展状态；
图16示出了预制预加工容积式结构(PPVC)上的***应用的示例；
图17示出了包括安装在预制设施中的机架***的***的示例。
详细描述
以下在装置的上下文中描述的实施例对于各个方法类似地有效，反之亦然。此外，应当理解，可以组合下面描述的实施例，例如，一实施例的一部分可以与另一实施例的一部分组合。
应该理解术语“上”(“on”)、“遍及”(“over”)、“顶”(“top”)、“底”(“bottom”)、“下”(“down”)、“侧”(“side”)、“后”(“back”)、“左”(“left”)、“右”(“right”)、“前”(“front”)、“旁边的”(“lateral”)、“侧面”(“side”)、“向上”(“up”)、“向下”(“down”)等当在以下描述中使用时，用于方便和帮助理解相对位置或方向，并且不旨在限制任何装置或结构的方向，或任何装置或结构的一部分。另外，除非上下文另有明确说明，否则单数术语“一”(“an”)、“一个”(“a”)和“该”(“the”)包括复数引用。类似地，除非上下文另有明确说明，否则词语“或”旨在包括“和”。
已经提供了用于将物体放置在表面上的***或装置或方法的各种实施例，以解决至少一些先前确认的问题。
已经提供了各种实施例来解决施工子领域中的问题。各种实施例提供了一种能够自动地放置物体使其排列在表面(例如平面表面)上，特别是在现场地板上自动铺设瓷砖，的装置或***或方法，及其使用。根据各种实施例，该装置或***可以放置在现场。这里的平面表面可以指平坦表面，其可以是水平的、倾斜的或垂直的，例如地板、墙壁或天花板。平面表面可以是以预制预加工容积式结构(PPVC)预制地板、墙壁、天花板或可以在场外建造的预制浴室单元(PBU)的。平面表面也可以是工作台、台面、桌面、基座、工作台面或任何合适的支撑表面。
在一实施例中，提供了一种自动装置或***。自动装置或***可用于将物体以特定方式排列以覆盖平面表面。该物体可以是建筑物体或非建筑物体。在一个示例性实施例中，建筑物体可以是使用陶瓷、瓷器、天然石材(例如花岗岩或大理石)、聚合物、玻璃或天然和/或加工木材(例如木材)制成的瓷砖。在另一示例性实施例中，建筑物体可以是面板。在一个示例性实施例中，非建筑物体可以是太阳能电池板或其他电子或电气部件。
图1示出了根据各种实施例的用于将物体放置在表面上的***(或装置)100的示意图。在一实施例中，***100可包括致动式移动平台110、机器人臂120(或机械手或关节型机器人)、末端执行器130、一个或多个吸盘140、或一个或多个传感器单元150、空气-压缩机、真空喷射器、物体存储装置160、粘结材料涂敷装置170和/或控制机构180。
在一实施例中，***100可以能够通过现场(90-80cm)的住宅/房屋单元的门，并且能够在诸如走廊(120-110cm)的狭窄空间中工作和操纵。因此，***100的尺寸宽度不超过70厘米(cm)，长度不超过90厘米，而在各种部件缩回时的***100的最大高度不超过180厘米。***100的尺寸可以进一步不超过一定长度，该长度不允许其足以适配在100cm直径的圆内，以使***能够在上述走廊中旋转。此外，***100的重量和尺寸可以配置成使得它可以在小房间中操作。因此，***100可以适合住宅单元。
在一实施例中，改进移动物体放置策略以对应或适应***100的大小。图2A和图2B示出了移动物体放置策略的示例。如图所示，***100可以通过将一物体补片放置在每个位置之后前进到下一个位置来覆盖整个房间201，直到仅从房间的门洞扩展到房间的相对墙的区域未被覆盖。随后，***100然后转90度并继续放置物体并向后移动，直到***100通过门洞203离开房间。这里，“补片”(“patch”)指的是在***100的基座110的当前位置上的***100的机器人臂120到达范围内的物体的子组件。该放置策略和***的尺寸使得整个***100能够工作以避免站立在被覆盖的表面上。***100的主体102可以包括轻且稳定的框架，如果需要，可以在建筑工地的特殊情况下使用托盘搬运车或定制运输设备提升。定制运输设备可以类似于托盘搬运车，并且可以是定制结构，其被构造成用于叉子在定制结构的侧面或其他合适部分上滑入。
根据各种实施例，物体的放置方法可以基于物体的一个或多个侧面(例如，从由直线段组成的多边形轮廓几何地挤出的物体的侧表面和/或由这样的轮廓限定的上表面)。一旦物体基本上平行于已经放置的物体的一个或多个侧面和上表面，并且同时在紧邻已经放置的物体的范围内对准，则可以发生物体的放置。在一实施例中，放置可以达到亚毫米(sub-mm)精度。例如，精度(间隙尺寸)低至0.3-0.2mm。在一实施例中，***100实现先前无法实现/前所未有和/或令人惊讶的精度水平。此外，***100还可以被配置为解决如图10所示的常见的平铺缺陷。
根据各种实施例，一个或多个传感器单元150可以被配置为测量/采样/获取相关物体的横截面的部分，其中一个或多个这样的横截面可以在轮廓中表示。这些横截面也可以称为物体的侧部或边缘部分或边界部分。相关物体的横截面的部分可以包括待放置物体的顶表面的一部分，该部分从待放置物体的边缘向内延伸。相关物体的横截面的部分还可以包括在表面上的物体的顶表面的一部分，该部分从表面上的物体的边缘向内延伸。此外，一个或多个传感器单元150可以被配置为在其相应的感测平面中测量一个或多个这样的轮廓。因此，一个或多个传感器单元150可以被配置为感测相关物体的二维轮廓。因此，传感器单元可包括集成的轮廓传感器或定制的轮廓传感器。集成的轮廓传感器通常可以测量单个轮廓。定制的轮廓传感器可以测量一个或多个轮廓(全部通过三角测量)，并且通常包括多个分立部件(例如成像装置和发光装置)。
致动式移动平台110还可以称为基座或移动基座。致动式移动平台110可以能够相对于平面表面沿X轴和Y轴独立地移动(即，具有用于在XY平面中移动的零非完整运动学约束)。此外，致动式移动平台110还可以以无平移的方式围绕Z轴旋转，由此Z轴是平面表面的法线。
根据各种实施例，致动式移动平台110可以被构造成通过包括轮112或支腿或轮式支腿而可移动，其中可以存在至少一个驱动轮或至少一个致动支腿。例如，轮子112可包括球形轮、或瑞典或万向轮或脚轮。支腿可包括多个铰接支腿。轮112可以是转向轮，例如全向驱动器、致动脚轮、动力转向脚轮、转向电动机驱动器、转向模块(swerve and steermodules)或枢轴驱动器。轮子可以以非刚性方式悬挂(特别是如果多于三个轮子)。因此，基座110可以能够在这些位置之间行驶/行走和导航。在每个位置处，基座110可以是静止的。
根据各种实施例，致动式移动平台110还可包括机架结构。
在一实施例中，致动式移动平台能够通过将多个缆线连接到移动平台而沿着其上可放置物体的表面移动，以便将移动平台悬挂在表面上方，类似于缆线驱动的并联机器人。多根缆线可以从平台跨越到围绕表面周边竖立的相应支撑构件。然后，多个缆线可以以协调的方式可调节地伸展和缩回，以在平台上方的各个位置操纵或移动平台。具有缆线机构的致动移动平台可以从容易携带的部件组装成更大的空间。因此，致动式移动平台可以没有轮子或支腿。当待放置的物体是瓷砖时，在放置瓷砖之后，瓷砖之间的间隙也可以在粘结材料完全固化或固化之前灌浆，并且可以在瓷砖表面上行走。材料(例如瓷砖)可能存储在平台外。在该实施例中，平台的位姿(即，三维空间中的位置和取向)总是已知的(来自缆线的受控长度，具有有限的精度，这可能优于基于测距法的轮式运动的情况)。此外，由于平台通过缆线以非完全刚性的方式悬挂，当安装在平台上的机械手将物体放置在表面上时，反作用力可作用在机械手上并传递到平台上，从而导致作用在平台上的合成运动。因此，该实施例中的***可能需要高度动态的机械手来补偿平台上的合成运动。
再次参考图1，根据各种实施例的致动移动平台110还可包括三个或更多个电致动支脚114，其可延伸到地板上(如图1所示)，从而将轮112抬离地面，支撑***100的整个重量并使***100静止。在一实施例中，基于液压的***可用于将支脚114延伸到地板上，从而将轮112抬离地面并使致动式移动平台110静止。
在替代实施例中，致动移动平台110可包括三个或更多个刚性支脚114，以支撑***100的整个重量。然后，车轮112可以电动或液压地缩回到平台110中，并且因此当平台110以支脚114搁置在地面上时，使平台110保持静止。
根据各种实施例，致动式移动平台110可以进一步包括可允许延伸机械手120的范围，例如以到达墙壁的较高部分的剪式升降机或类似的机构。因此，剪式升降机可以联接到机器人臂120的基部关节，以使机器人臂沿着Z轴(以超过几厘米的等级)远离致动式移动平台110移动。此外，平台110可以包括安装在基座110上的一个、两个或更多个二维或三维光检测和测距(LiDAR)传感器(例如，相对角上的两个传感器)，用于避障、工作空间和安全监控以及可能的定位。基座110还可以包括围绕平台110的周边的超声波距离传感器阵列，用于避障或工作空间监控。此外，基座110可以包括覆盖基座110的周边的保险杠开关，使得保险杠开关可以在与物体撞击时打开。保险杠开关可以被构造成触发安全功能(作为最后的手段)以停止***100的部件。另外，基座110还可以包括被构造成在与地板的接触丧失时打开的电开关。例如，阻止平台110驶离台阶。电开关可以设置在基座110的每一侧上。
根据各种实施例，***100的机器人臂120可包括多个关节。在一个示例性实施例中，机器人臂120可包括间隔开的六个或更多个关节(如图1所示)。这些关节可以通过连杆连接。这些关节之间的连杆可以形成运动链。这些关节可以被称为基部关节121、肩关节122、肘关节123、第一腕关节124、第二腕关节125和第三腕关节126。第三腕关节126也可以称为端部关节。基部关节121可以联接到致动式移动平台110。端部关节126位于离基部关节121最远的位置。
在一实施例中，机器人臂120内的这些关节121、122、123、124、125、126中的一个或多个用线性或旋转液压致动器致动。这些液压致动器可以是集成的液压伺服致动器。这些致动器可以是力控制的。在另一实施例中，机器人臂120内的这些关节121、122、123、124、125、126中的一个或多个由电动机驱动，特别是谐波驱动器。
图3A示出了根据各种实施例的机器人臂320的示例的运动简图。机器人臂320可具有与选择性顺应性组装机器人臂(SCARA)型机器人类似的特征。如图所示，机器人臂320包括一系列三个旋转关节322、323、324，它们都具有平行的垂直轴。根据各种实施例，机器人臂320可以在Z轴上为固有的刚性，使得它可以承受来自按压待放置物体的反作用力(例如，坚固的轴承，而非驱动器，可以承受负载)。根据各种实施例，机器人臂320可以在Z轴上具有有限的工作空间。因此，为了将物体(例如，瓷砖)放置在墙壁上更高的位置，平台110可能需要集成的剪式升降机以调节机器人臂320的高度。根据一实施例，机器人臂320的基础可包括具有棱柱关节和旋转关节的第一组5自由度(DOF)串联运动。因此，机器人臂320可包括用于大Z运动的第一棱柱关节321(即关节1)。机器人臂320还可包括用于X/Y/偏航运动的三个旋转关节322、323、324(即关节2、关节3、关节4)。根据另一实施例，通过在最后的旋转关节324之前具有用于小Z运动的另一棱柱关节(图中未示出)，机器人臂320可以被构造成包括第一组6DOF。此外，机器人臂320可以构造成具有另外的DOF。在一实施例中，另外的DOF包括具有棱柱关节和旋转关节的第二组5DOF串联和并联运动。因此，机器人臂320还可包括两个串联的旋转关节325、326a(即关节5和关节6)，用于将末端执行器330对准垂直表面。机器人臂320还可包括具有3DOF并联运动的复合关节390。复合关节可包括三个并联的棱柱关节327、328、329(即关节7、关节8、关节9)，用于滚动/俯仰/(z)调节。根据各种实施例，可以不需要两个串联的旋转关节325、326a(即，关节5和关节6)以用于地板布置。根据各种实施例，当执行物体的垂直放置时，可以锁定旋转关节325(关节5)，使得电动机不需要提供恒定的扭矩，因为复合关节390可以用于微调。在另一实施例中，另外的DOF包括具有旋转关节的第二组2DOF串联运动。因此，机器人臂320可包括旋转关节325(即关节5)和旋转关节326b(即关节6b)，用于滚动/俯仰调节(仅用于地板放置)。对于墙壁的布置，该实施例必须包括另外的旋转关节326a(即关节6)。
图3B示出了根据各种实施例的机器人臂420的另一示例的运动简图。机器人臂420可以是铰接式机器人臂。如图所示，机器人臂420可包括具有旋转关节421、422、423、424、425、426(即，关节1至关节6)的普通的6DOF串联运动。根据各种实施例，机器人臂420可以被构造成包括具有旋转关节的5DOF串联运动，其被附接到具有棱柱关节的3DOF并联运动。例如，机器人臂420可以包括旋转关节421、422、423、424、426(即关节1到关节4和关节6)和三个并联的棱柱关节427、428、429(即关节7到关节9)，没有第五旋转关节425(即关节5)。三个并联的棱柱关节427、428、429可以形成具有3个DOF的复合关节490。三个并联的棱柱形关节427、428、429中的每一个可在每个端部处具有被动和非致动关节。根据各种实施例，可能仍然需要第五旋转关节425(即关节5)以放置在墙壁上。根据各种实施例，旋转关节421、423、424(即，关节2至关节4)可以用线性液压致动器机动化。
图4示出了用于滚动、俯仰和Z轴微调的具有3DOF并联运动的复合关节590的示例。复合关节590可以被构造成联接到机器人臂120的端部关节126，或者可以是机器人臂120的端部关节126的一部分。因此，末端执行器130可以联接到复合关节590。因此，复合关节590可以将末端执行器130联接到机器人臂120。在一实施例中，一个或多个传感器单元150可以直接连接到末端执行器130。在另一实施例中，一个或多个传感器单元150可以联接到复合关节590的一端，并且末端执行器130可以联接到复合关节590的另一端。在这样的实施例中，复合关节590可以被认为是末端执行器130的一部分。
如图4所示，复合关节590可包括至少三个并联的线性致动器527、528、529(例如，直流步进电机控制丝杆执行器或液压直线伺服执行器或电动直线伺服执行器)。根据各种实施例，复合关节590能够施加高的压力(受到反作用力的限制，运动的其余部分能够处理)。在另一实施例中，复合关节可包括至少两个具有并联的球关节的线性致动器。在另一实施例中，复合关节590可以用具有杠杆的旋转致动器代替线性致动器。在又一实施例中，复合关节590还可以被构造成具有六足/Steward平台构造(六个并联的棱柱关节，其中旋转关节用万向关节代替)。如图4所示，每个线性致动器527、528、529在顶端具有旋转关节591，在底端具有球关节592。在另一实施例中，旋转关节591可以位于底端，而球关节592可以位于顶端。再次参考图4，每个线性致动器527、528、529可以经由旋转关节591联接到第一板593。每个线性致动器527、528、529也可以经由球关节592联接到第二板594。一个或多个吸盘140可以联接到第二板594。每个吸盘140可以经由管道595联接到真空源。因此，每个管595可以将一个吸盘140连接到真空源。此外，第二板594可包括突起596或套环(围绕吸盘)。根据各种实施例，物体101被吸盘拉动而受到突起596或套环的牵制。突起596可以限制物体101在滚动和俯仰和Z位置的位姿。根据各种实施例，突出部或套环也可包括在其他实施例的末端执行器130中，而没有并联的运动复合关节590。如图所示，复合关节590可以联接到机器人臂120的端部关节126或端部连杆。根据各种实施例，振动器(例如，在其驱动轴上具有不平衡质量的马达)可以联接到第一板593。振动器可以不以刚性方式连接到第一板593，以防止振动传递。在一实施例中，附加的线性致动器(例如，气动或液压或丝杆致动器等)可以被构造成用于以独立于末端执行器运动的方式释放/缩回振动器。在另一实施例中，振动器可吊挂或悬挂在复合关节590上，而不与任何致动器连接(从而允许某些x/y/z运动，受导向器限制以限制横向移动以防止与其他部件接触)。在该实施例中，通过用三个线性致动器缩回下板同时向下移动整个复合关节，可以将振动器降低到物体上。根据各种实施例，振动可以与末端执行器130分离。根据各种实施例，振动器可以降低并接合以用于物体101的最终z轴运动和/或在其他吸盘被抬起之后。振动器还可以在其底部包括吸盘以附接到物体101。根据各种实施例，振动器还可以包括在末端执行器130的其他实施例中，而没有并联的运动复合关节590。
图5A至图5C示出了根据各种实施例的***100的末端执行器130。如图所示，末端执行器130的一个表面132可以固定到端部关节126。在一实施例中，如果需要，末端执行器130可从端部关节126拆卸。
末端执行器130的其他表面可以联接到一个或多个结构134。这些结构134可以是可调节的或可设定的，使得末端执行器130的一些侧表面可以与被抓物体101的侧面(即，待放置的物体)大致平行地对齐。图6A至图6C示出了根据各种实施例的末端执行器730、731的其他构造的示例。如图所示，例如，图6A至图6B所示，待放置物体的侧面可以变得近似垂直于安装在侧表面上的轮廓传感器750或传感器单元的传感平面751。
图6A示出了根据各种实施例的末端执行器830的另一构造的示例。如图所示，在被夹持物体的两个相邻侧面(具有大约在60度和120度之间的角度)之间形成的中间线可以与安装在末端执行器的一个侧表面上的轮廓传感器850或传感器单元的传感平面851大致垂直的方式对齐。
在一实施例中，如图5A至图5C所示，安装在下表面上的吸盘140可以分布在被抓物体101的上表面的区域内。根据一实施例，吸盘140可以对称分布。
根据各种实施例，末端执行器130、730、830可包括一个或多个二维(2D)或三维(3D)LiDAR传感器、倾斜计(或惯性测量单元或位姿参考***或位姿航向参考***或定向参考***，所有后来者称为后者)，力-扭矩传感器(通常称为F/T传感器，通常提供6轴测量，特别是用于放置互锁物体，如木材或乙烯基瓷砖)，气动阀和真空喷射器，可用于测量当前物体的尺寸的具有校准几何形状的精密槽口，以及为物体的上侧提供了坚固的接触面以约束其在负Z的尺寸上的位置以及其在滚动和俯仰中的方向的特征。
再次参考图1，***100还包括安装在末端执行器130的下表面上的一个或多个吸盘140。这些吸盘140连接到真空源。当真空源接通时，吸盘140粘附到待放置的物体101的上表面(例如瓷砖)。
在图5A至图5C所示的实施例中，结构134在空间上是分开的，并且可以在某种程度上将下表面与连接侧表面的结构134机械地隔离。这种布置可以有助于减小连接侧表面的结构134上的应力，并且可以将应力重定向到机器人臂120的端部关节126。因此，可能出现的任何变形(弹性或塑性)可能不会影响传感器的位姿。
在一实施例中，用于吸盘140的真空源可以是与文丘里真空发生器(也称为真空喷射器)结合的空气压缩机。在一个替代实施例中，真空源可以是真空泵或真空鼓风机，尤其是在***被优化以处理具有非常粗糙表面的物体的情况下。
此外，吸盘140与真空源的连接可以使用机械装置单独地或成组地切换，以适应不同形状和尺寸的物体。或者，吸盘140的连接可以使用机电装置切换，并且随后可以被致动和控制。
参照图5A至图5C所示，***100还可以包括安装在侧表面上的多个轮廓传感器150或传感器单元(以某种方式使得表面法向量将位于测量轮廓的相应平面中)。传感器150以这样的方式定向，使得测量的轮廓是待放置物体101的横截面的样本(例如，相对于物体的侧平面的近似角度为90度或45度)以及表面103上的至少一个物体(每个横截面覆盖物体的一个或两个边缘或侧面)，一旦后者足够接近于在传感器的视场内。在一实施例中，***100可包括三个或更多个轮廓传感器150。
应当理解，轮廓传感器150与边缘传感器不同。边缘传感器仅输出间隙尺寸(一维尺寸)或从中心线(一维尺寸)或边缘点的边缘偏移。该信息将(a)不适合于在其上表面周围存在倒角或斜面的情况下计算物体的位姿的相对足够好的估计值，因为所获得的点将不位于物体的表面平面中，并且因此，可能需要额外的传感器，以及(b)不适合计算地板平面或其他几何特征的估计值。
轮廓传感器150，如图5D所示，在另一方面，提供获取测量平面157(其构成“轮廓”159)中的点的二维坐标的途径，通常具有500个点或更多点，分布在25mm或更大的距离上，从而产生在该方向上的采样分辨率为0.2毫米或更高。图5D示出了根据各种实施例的轮廓传感器150和由轮廓传感器获得的二维轮廓159。
然后可以通过在传感器内的嵌入式处理器上或在控制计算机内的处理器上运行的软件程序(即，基于特定代码)实现的定制算法来分析轮廓。
分析可以包括将线或更复杂的几何形状拟合到轮廓点的子集，将选择的点投射到这些形状等上的步骤。在一实施例中，结果可以称为轮廓特征。
来自多个轮廓传感器150的这种轮廓特征的组合可以被变换到共同的3D坐标系。然后，这些轮廓特征用于计算物体101和可能的其他实体(例如，先前已放置在平面上的物体103，平面表面本身的物理参考)的更多的抽象属性。这使得能够计算其位姿的最多6个自由度(DOF)或其一些尺寸。
在一实施例中，为了将物体101的一侧(在与最大可行距离间隔开的大致垂直或以相应的侧面成45度角的平面中测量)与先前已经放置的物体103的侧面在3D空间内对齐，需要从两个轮廓传感器150获得的测量结果，从而估计先前已放置的物体103的足够高的自由度数量(例如，估计其顶部表面的方向或其位姿的偏航分量，这对单传感器来说不是完全可能实现的。
来自轮廓传感器150的测量结果从末端执行器130的单个位姿同步获取(不需要“多个视图”)并且组合以计算当前要放置的物体101或先前已放置的物体103属性，以便用于末端执行器130的闭环控制。在一实施例中，以至少30赫兹(Hz)的速率进行测量。另外，仅使用来自单个位姿的测量值确保了物体属性没有由末端执行器130的后续位姿之间的变换中的不准确性引入的错误。
末端执行器130可以以这样的方式配置，待与先前已经放置的物体103的至少一侧对齐的当前物体101的每一侧被至少两个轮廓传感器150感知。对于非矩形轮廓，例如来自如图6A和图6B所示的三角形、菱形或六边形物体，可能需要两个以上的轮廓传感器750(如果多于一侧待对齐)。
在一实施例中，六边形轮廓可能需要至少三个轮廓传感器750(如果要考虑三个侧面以确定目标位姿)，其中每侧有一个轮廓传感器。
根据各种实施例，感测概念的可行构造可包括以下内容。
可行构造可以包括基本感测概念。基本感测概念可以包括连续测量当前抓握的物体101的全部6DOF(或者如果z/俯仰/滚动被机械限制，则为3DOF)和先前已放置的物体103的6DOF，如图5A、图6A和图6B的示例中所示。例如，如果另外使用来自根据各种实施例的模型的信息，则测量表面上的第一物体的5DOF以及表面上的第二物体的仅1DOF就足够了。图5A示出了具有4个传感器(用于具有有限特定尺寸的矩形物体，例如300×300mm，300×600mm)的基本概念的不可重构(固定)实施例。图6A示意性地示出了如何为菱形物体(用于基本概念的可重构的实施例)布置传感器(和传感平面)。图6B示出了如何为六边形物体(用于基本概念的可重构的实施例)布置传感器(和感测平面)。图9A示出了具有3个传感器的基本概念。
可行构造还可以包括增强感测概念。增强的感测概念可以包括通过对与当前物体101将要对准的侧面相邻的这些物体的另一侧面进行采样来测量先前已放置的相邻物体103的附加DOF(从而达到完整的6DOF)。这可以减少对模型中估计属性的依赖并提高放置精度。然而，这可以反过来增加如图5B和5C的示例中所示的末端执行器的尺寸。图5B示出了具有5个传感器的增强概念的不可重构(固定)实施例(用于具有有限的特定尺寸的矩形物体，例如300×300mm，300×600mm)。图5C示出了具有4个传感器的增强概念的不可重构(固定)实施例(用于具有有限的特定尺寸的矩形物体，例如300×300mm，300×600mm)。图9C示出了具有3个传感器的增强概念。
可行构造还可以包括包含尺寸的基本/增强感测概念。包括尺寸的基本/增强感测概念可以包括，在不需要辅助装置的情况下，通过对与当前被抓物体的待对准的侧面相对的另一侧进行采样，额外允许对当前被抓取物体的一个或多个尺寸进行测量。图6C和图6D示出了增强概念的可重构实施例，其包括具有四个传感器的尺寸。图9B示出了包括具有3个传感器的尺寸的基本概念。图9D示出了包括具有4个传感器的尺寸的增强概念。
如本文所述的轮廓传感器150、750、850或传感器单元可包括集成轮廓传感器或定制(或离散)轮廓传感器。“集成”轮廓传感器通常集成了图像传感器(通常为互补金属氧化物半导体：CMOS或电荷连接器件：CCD)、透镜、光源(通常为激光二极管)、图案发生器(通常为衍射光学元件以生成线条)和处理单元(通常是现场可编程门阵列：FPGA)集成到一个被构造成用于工业自动化的单个外壳中。集成的轮廓传感器通常是工厂校准的(例如镜头的固有参数，激光平面相对于传感器的位姿等)，并且能够为来自传感平面(通过三角测量)的度量的2D测量点或衍生的更多抽象特征提供具有亚毫米分辨率且高于100Hz的速率。集成的轮廓传感器通常仅在单个平面中测量(因此通常仅有一条激光线被投射到物体表面上)。
根据各种实施例，集成的轮廓传感器可以以不可重构的构造连接到末端执行器130。因此，集成的轮廓传感器可以连接到固定结构134，如图5A至图5C所示。因此，末端执行器130可以具有很小的灵活性以容纳不同尺寸的物体。
根据各种实施例，如图6C和图6D所示，集成的轮廓传感器可以以可重构的构造连接到末端执行器830。例如，集成的轮廓传感器所附接到的结构可以使用棱柱关节使得可重新构造用于方形物体。例如，适用于20×20到60×60厘米的物体。因此，集成的轮廓传感器850可以安装在可伸展的臂(例如，包括伸缩轨、导螺杆和步进马达)或线性轴853的托架852(例如，致动的步进马达)上。每个臂可能有1个自由度并且可能不会旋转。这可以允许传感器的精确重新定位，例如实现图9D的具有以90度角布置的3个臂感测概念。在另一个示例中，通过使用，例如适用于60×30厘米的物体的，棱柱关节，与集成的轮廓传感器所附接的结构可重构用于矩形物体。类似地，该结构可包括可伸展的臂或带有托架的线性轴。此外，传感器臂可以围绕机械手的端部关节(即手腕3)的轴线枢转或旋转。可伸展臂可以通过旋转致动器附接到与机械手端部关节联接的末端执行器的部分。根据另一实施例，成对的臂可以通过延伸的线性致动器连接。因此，形成链条端部的两个臂需要通过致动器“接地”到端部关节(即手腕3)(因此3个臂可能需要7个线性致动器)以防止整个链条绕端部关节轴线的旋转。根据各种实施例，可能需要在臂的端部处的另一个旋转致动器来为非方形物体设定感测平面的最佳角度。在另一示例中，集成的轮廓传感器所附接到的结构通过使用旋转关节为可重构的，例如，对每个传感器产生3自由度串联运动(如在关节型机器人中)。关节1可以与机械手的端部关节(即手腕3)共用轴线。下面的夹持器结构可以通过关节1的通孔连接到将末端执行器连接到机械手的端部关节的结构上。关节2和关节3可以具有并联的偏移轴。关节3上的传感器组件可以在物体上方的平面中以3DOF进行定位。在多于一个位置(即，具有多个3DOF串联运动学)的轮廓的测量可能需要具有高编码器分辨率和刚性连杆的旋转关节以准确地确定所得到的传感器位姿(用于将轮廓数据变换成共同坐标系而不引入显著误差)。对于如下所述的单个定制的轮廓传感器，该示例可能更合适或可行。
在“定制”(或“离散”)的轮廓传感器中，成像装置(并且通常是透镜)和光投射部件是单独的部件，而不是包括工厂预校准的单元。在定制的轮廓传感器中，可以在多个平面中进行测量(例如，导致两条线或条纹图案的投影；取决于如何处理传感器数据)。还可以仔细选择部件及其构造(包括设置的几何形状)，以实现目标测量特性。根据各种实施例，定制的轮廓传感器的所有部分可以在复杂的过程中被校准，以便接近最大理论测量性能。此外，使用校准模型来计算在定义的传感器参考系中的度量轮廓点被指派给集成部件的处理器。处理器可以单独提供。根据各种实施例，这样的设置可以允许比集成传感器更大的视野和更大的灵活性，但是可能需要大量的努力来实现稳定性和稳健性，尤其是在恶劣条件下。在一实施例中，可以使用广泛可用的并输出全区域图像数据的一类成像装置。使用高分辨率传感器和用于控制所需的高测量速率(至少20Hz，理想情况下为100Hz或更高)，这可能会导致主处理单元的高数据速率，特别是对于多个传感器。因此，这些可以推动传感器接口(带宽)和处理单元能够处理的计算负荷的限度。在另一实施例中，在写入时稀疏可用的另一类成像装置可以输出预处理阶段的结果(其更抽象并且字节大小更小)。通常，FPGA确定性地(并且以高速度)对图像数据执行预处理操作，从而使得能够将结果用于实时应用行为(诸如闭环或反馈控制***通常所需的)。中央预处理步骤是从图像数据中提取投射到物体上的光图案(通常是激光线)(例如，每个传感器阵列列中的子像素精确峰值检测)。由于每帧数据大小大幅减少，与使用传统的高分辨率工业相机相比，可以传输更高的帧速率(提供10M像素或更高的分辨率)。获得度量数据的剩余处理步骤(例如，不失真，转换成传感器参考帧，光线与激光平面的交叉等)仍然需要由集成部件的处理器执行。处理器可以单独被提供。
定制的轮廓传感器的各种实施例寻求以足够的分辨率为具有20cm或更长(例如20×20、30×30、60×30、50×50或60×60cm)侧面的矩形物体提供横截面的测量。
根据各种实施例，定制的轮廓传感器可以以不可重构的构造连接到末端执行器130。例如，末端执行器可以包括一个定制的轮廓传感器，其中单个相机对待放置的矩形物体的角落进行查看，使得两个相邻的角仍然(或几乎)在相机的视场内。相机的光轴和物体表面的法线之间的角度可以大于零(即，相机并不是直线朝下的检查)。定制的轮廓传感器可包括投射到物体上的激光线(例如，如图7中所示)。激光线可以基本上平行于相机成像平面的x轴。相机的成像平面的y轴与激光平面的法线之间的角度可以足够大，以产生所需的z轴分辨率(相对于物体坐标系)。该构造可以用合适的成像传感器和具有足够分辨率的镜头来实现。
根据各种实施例，所采用的定制的轮廓传感器的数量取决于可用的相机(和镜头)分辨率和待测量物体的尺寸(范围)。
在另一个示例中，末端执行器可以包括两个定制的轮廓传感器，其中两个相机检查待放置的矩形物体的侧面(2个相邻侧面)，使得在一侧的两个角附近测量的轮廓产生足够的横向分辨率。相机可以在一侧面的中间直线朝下检查，也可以从某个角以一定角度向下查看。投射激光线(使得投射角产生所需的z分辨率等)能够被适当地大致垂直于侧面的方式被投射。该构造可以用合适的成像传感器和具有足够分辨率的镜头来实现。
在又一个示例中，末端执行器可以包括三个定制的轮廓传感器，其中三个相机对待放置的矩形物体的角(3个相邻角)进行查看。图7示出了根据各种实施例的具有三个相机772的定制的轮廓传感器构造770(与待放置的物体连接的末端执行器的一部分未示出)。如图7所示，根据各种实施例，包括尺寸的增强感测概念可以用三个定制的轮廓传感器实现。根据各种实施例，三个定制的轮廓传感器可以连接到固定或不可重构的框架。根据各种实施例，三个定制的轮廓传感器布置可以被构造成用于20×20、30×30、60×30和60×60cm尺寸的物体。根据各种实施例，可以仅为这样的物体开启适当的激光器774(在图7中，所有相机的视场和所有激光器平面被描绘，以示出不同尺寸的布置)。根据各种实施例，对于60×30构造，可以在每个臂上接通左或右激光投影仪，这取决于物体连接的方向。根据各种实施例，安装结构可以是轻质且坚硬的碳纤维结构。
在另一示例中，末端执行器可包括四个或更多个定制的轮廓传感器，其具有四个或更多个相机并且具有投射的适当激光图案。
根据各种实施例，定制的轮廓传感器可以以可重构的构造连接到末端执行器130。定制的轮廓传感器的可重构的构造原则上可以类似于集成的轮廓传感器的构造。但是，较大的视野应允许较小的重新构造范围。此外，可以在光学上有利的几何形状(例如，使用更高分辨率的透镜区域)下测量轮廓。
根据各种实施例，可以提供各种感测策略。根据各种实施例，感测策略可以包括在机械手的末端执行器130上的感测(即，“眼在手”(“eye-in-hand”)感测)，这是如本文所述的各种实施例所采用的主要策略。图8示出了“眼在手”感测的示例的控制图。在该策略中，可以在末端执行器坐标系中获得待放置物体的相对位姿误差(并且用于所谓的动态观察和移动视觉伺服)。
根据各种其他实施例，感测策略可以包括从固定坐标系或移动坐标系(即，“眼在外”(“eye-to-hand”)感测)感测物体。在一实施例中，感测可以来自机械手运动学的移动连杆。然而，如果感测是在如图3B所示的机器人臂420的关节6之后，它仍然被更多地认为是眼在手感测。
在另一实施例中，感测可以来自移动基座。为了从较大距离和宽视场内足够精确地感测物***姿，可能需要合适的传感技术。此外，当转换到末端执行器坐标系的感测位姿可能受到机械手运动学模型中的误差的影响时，末端执行器相对于基座的位姿可能必须在没有联合数据的情况下直接测量(例如通过光学装置，因为使用与模型的联合数据可能会引入错误)。
在另一实施例中，感测可以来自附接到移动基座的单独的感测运动。可能需要使轮廓传感器足够靠近感兴趣的区域。例如，基座可包括串联运动(仅适用于地板测量)，其包括一个水平线性轴(棱柱形关节)，接着是三个垂直旋转轴(旋转关节)。传感器组件相对于末端执行器的位姿可以如段落[0070]中那样直接测量。或者，可能需要利用在基座上的运动跟踪***(例如，基于2D基准、红外反射或主动标记的运动跟踪***)来确定关于移动基座的位姿。如果感测运动的可重复性非常高，则可能不需要运动跟踪***。例如，当机器人臂具有具有高编码器分辨率的旋转关节和刚性连杆以准确确定所得到的传感器位姿时。对于如下所述的单个定制的轮廓传感器，该示例可能更合适或可行。
在又一实施例中，感测可以来自从移动平台发出的一个或多个迷你无人驾驶飞行器(UAV)，例如无人驾驶飞机。如果安装在水平表面上，UAV可以落在先前已放置的物体上或旁边。无人机可以相对使用视觉粗略地定位自己(例如，借助于末端执行器上的基准点)。UAV可以被配置为完全感测它们相对于先前已放置的物体的位姿(一个这样的物体足够在它们的传感器的视野内)。它们相对于移动基座的位姿也可以用跟踪***(例如基于LED标记的3D运动捕捉***)来确定。因此，由UAV测量的特征可以被转换至共同的固定坐标系以确定所涉及物体的完整DOF。无人机还可以使用视觉(无人机上的摄像头和末端执行器上的标记，反之亦然)准确地确定其相对于末端执行器的位姿，利用较小的所需视野并允许共同坐标系作为末端执行器坐标系本身。
在另一实施例中，感测可以来自放置有机械手的一个或多个测量站，所述测量站以机械手在先前已放置的物体上或旁边或周围的方式被放置(“眼在外”感测)。考虑因素可能与无人机先关的因素相类似。
图6E示出了根据各种实施例的测量站的示意图。图6E示出了框架1，允许重新构造的棱柱形关节2(例如，用线性致动器致动的伸缩机构)、延伸的支脚3、缩回的支脚4、连接到基座的缆线5、整体结构的重心6、集成的轮廓传感器7、感测平面8、观察末端执行器的照相机9、倾斜计10、表面上的物体11、待放置在表面上的物体12、代表性端部关节13，即其在物体的最终放置期间的位置。
例如，单个测量站(如图6E所示)也可以是围绕表面区域放置的可重构的框架1，在该区域将放置物体12。该结构可以安装集成的轮廓传感器7，以便实现包括尺寸的增强的传感概念(类似于图6C和图6D)。它可以包括四个可伸缩的支脚，其中三个一次展开(1-3用于从左到右放置，2-4用于从右到左放置)以将结构支撑在表面(即地板)上并将其悬挂在表面上的物体上方。该结构被构造成使得其重心6允许其稳定地被支撑在两个支脚构造内。像各种末端执行器实施例一样，该框架可以进一步包括倾斜计10(以感测滚动和俯仰的绝对参考)和一个或多个摄像机9，其被布置成捕获末端执行器上的标记以精确地确定其相对位姿(在使用一个或者更多定制的轮廓传感器的情况下，这些也可以实现这种相机的功能)。它还可以包括便于连接到末端执行器以用于通过机械手进行放置的特征。这还可以允许机器人臂处理较重的物体，因为感测结构和物体不需要同时携带。这种测量站可能主要适用于地板放置。
因此，机器人臂可以从基座拾取测量站。对于新的物体尺寸(或者如果在基座上以最小的构造存储)，该结构可以在空气中可重构其自身(在尺寸上，根据放置方向的支脚)。该结构可以放置在地板上。机器人手臂可以拾取物体(可能没有强烈错位)，然后将其降低到框架中并将其横向移动到传感器的视野中。然后，放置类似于各种其他实施例。在释放物体并最终测量其位姿后，框架1或者移动到表面上的下一个位置或者带回到基座。
根据各种实施例，如果先前已放置的物体103的对齐存在误差，则将它们用作参考(即使完全且高精度地被感测)结合理想的放置规则(可能仅表示为绝对的、理想的位姿)不会精确地定义当前物体101的理想相对目标位姿。因此可能需要近似解决方案，可能的优化程序遵守视觉标准并最小化全局误差的累积。
在一实施例中，放置和定位方法可以在概念上被细分为三个相互依赖但分开的步骤，由此所寻址的精度取决于每个步骤的要求。
第一步处理在宏观尺度中的***100的导航和定位，宏观尺度由将被物体覆盖的整个区域(例如，待铺设的房间)表示。例如，在该级别，***100使用从集成的中程距离传感器(例如，LiDARs)和可能的相机获取的数据将房间的墙壁识别为边界。因此，***100可以相对于上载的布图规划将其自身定位，但也生成新的布图规划(或地图)，将其与上载的布图规划进行比较，并在数字蓝图和现场之间存在显著差异的情况下警告操作员。现实。然后将加载到***100的控制机构中的工作计划(在铺设顺序、移动平台位姿，理想的布图规划和其他信息中)中包含的物体布局转换成该布图规划。
一旦***100以大约+/-10cm或更好的精度到达计划的工作位置，就执行第二步骤。机器人臂120利用安装在末端执行器130上的短程传感器(例如，轮廓传感器)扫描预期最后放置的物体103的位置处的表面。在实现级别，传感器数据用于计算末端执行器坐标系中已知的先前已放置的物体103的6DOF位姿，并且该结果随后可以与所有先前获取的信息融合，从而改善(在绝对准确度和不确定性方面)在全局参考系中的末端执行器130或移动平台110位姿的当前估计值。这基本上允许相对于先前铺设的该组物体以约+/-1mm或更好的精度重新校准末端执行器130(并因此移动平台110)的位姿。
最后一步是物体101的放置过程。为了一贯地满足在较大扩展范围内的放置质量标准，此阶段的目标精度约为+/-0.2mm或更好。如果该精度超出机器人臂120的能力(例如，由于建模或控制器误差)并且该机构在该分辨率下表现为动态***(例如，机器人臂120由于来自物体和粘结材料之间的摩擦的力而弯曲)。这最后一步只能通过基于物体感测的(通常是实时的)闭环或反馈控制来实现。
在反馈回路的每次迭代中，控制输入从被抓取物体101的当前位姿和期望/目标位姿之间的差异导出。由于物体101通常不是放置在固体表面上而是放置在粘性材料上(例如，在铺设瓷砖的情况下；或者工件本身-具有粘结材料的物体101-可以被认为是可变形的)，这个放置任务不是自然受限于6个自由度中的任何一个(尽管在某些自由度中出现相当大的接触力)。因此，任务变为确定工件相对于其他3D物体的最佳3D位姿(位置和方向)。所述其他3D物体可以是相邻的物体103、平面表面(即地板)的局部平面和/或操作者放置的参考物。在不足以限制的情况下，表面上理想的预先计划的位姿被考虑在内。这些物体的大多数相关属性可以在每次循环迭代中通过高速和高分辨率轮廓传感器的测量来计算。否则，可以使用来自具有随机变量参数的模型的信息。确定最佳位姿的算法考虑一些标准，诸如相邻相对侧面的距离和平行度、相邻平面的平整或从表面平面的偏移或可能的(potentially)绝对参考平面。绝对参考平面可以是来自被末端执行器感测到的房间角落的投影激光参考平面。为了自适应地补偿先前的误差并限制它们的累积，可以另外应用小的校正。使用来自前述模型的信息，可以针对图10中所示的错误趋势或缺陷来分析物体邻域，以在优化过程中确定该校正，总是试图不超过人眼可以识别为不精确的阈值。释放物体后，再次测量其位姿并用于更新模型。
***100还可以包括如图1和图11所示的物体存储装置160。图11示出了根据各种实施例的物体存储装置160和再填充推车162。物体存储装置160可以是允许物体堆叠成堆(没有堆叠物体之间的任何精确对齐)并便于自动卸载(通过允许再填充推车162具有运送待***的堆叠物的叉状物164)已经堆叠的该堆上的堆叠物的结构。
***100还可以包括粘结材料涂敷装置170，用于将粘结材料涂敷到物体上，如图1所示和图12所示。
在一实施例中，可能需要控制机构180或控制网络来操作***100。可以将致动式移动平台110(包括稳定机构)、机器人臂120、真空源、气动阀、粘结材料涂敷装置170和传感器的信息馈送到控制机构。该信息可以与从末端执行器130安装的传感器(特别是轮廓传感器150)和可能的机器人臂120(以及来自模型的信息)接收的闭环控制所需的信息区分开。后一信息可用于通过计算来自期望位姿的当前误差来控制末端执行器130的位姿(以及可能的扭曲(twist and wrench))。从上述错误所导出的该信息最终可以用作机器人臂120的嵌入式控制器的控制输入。控制机构180可以由电源供电。
在一实施例中，控制机构180或控制网络可以包括用于控制高级机器逻辑，例如***100的各种部件之间的交互，的主控制器。控制机构180或控制网络还可以包括在每个部件中，例如在机器人臂120、移动基座110或粘结材料涂敷装置170中，的嵌入式控制器，用于定位各个部件的控制和操作。
***100还可以包括附加结构185或夹持器，其被特别地构造并且具有精确已知的几何形状，如图13A所示。图13A示出了根据各种实施例的用于测量瓷砖的尺寸的结构185。图13B示出了正在被测量的矩形瓷砖。图13C示出了正在被测量的方形瓷砖。这些结构185可以使得能够实现当前抓握的物体101的尺寸的测量。它包括用于容纳物体101的特征187(其用作测量参考，例如，用于物体的底面和两个相邻侧面的接触表面)和与物体侧面(不与装置接触)一起被末端执行器130上的轮廓传感器150感知的辅助参考特征189(例如，在相对的相邻侧面附近)。
在一实施例中，结构185被构造用于三种不同的物体尺寸(可以与末端执行器130一起工作)。可能地，结构185以这样的方式安装，使得重力矢量朝向与结构185接触的物体的平面的交叉点倾斜。
对于长方体形状的物体，例如矩形瓷砖，机器人臂120将其底面和两个相邻侧面压靠在结构185的测量基准187上，以确保在将其放置在结构185中之后紧密接触。如果物体侧面不是完全平面的(例如，显示小的压缩率)并且因此边缘(侧面与物体的大的上表面形成)不与结构185的测量参考表面187接触。在将物体放置在结构185中之后，可以通过利用轮廓传感器测量宽度来考虑间隙。
通过从末端执行器130的单个位姿采用所有轮廓传感器150同步地进行测量，可以确定从物体的一侧面到辅助参考特征189的距离。由于后者与相对的接触表面187之间的距离被校准时，并且由于相对的物体侧被认为与所述表面相同，因此可以推断构成相应的物体尺寸的相对的物体侧面之间的距离。
由于仅需要和处理从单个末端执行器位姿获取的数据，因此得到的尺寸没有铰接式臂120的运动将引入的误差(例如，由于其运动模型的不准确性)。
该概念可以适用于具有不由相对的平行线组成的轮廓的物体。它导致完全被动的测量结构185，而没有额外的传感器或机构(这将增加更多的复杂性和故障模式)。没有这种测量程序，例如，物体的未观察到的尺寸公差，例如，+/-0.3毫米，会导致放置错误，这些错误会扩大并可能累积到高于可接受阈值的错误偏移。
在另一实施例中，一种测量结构可以与图13A中的测量结构185不同，即，该测量发生在物体被抓住之前，当物体仍处于堆叠状态时。该测量结构可以仅包括辅助参考特征(即，没有接触表面)。例如，辅助参考特征可以是围绕堆叠垛上的顶部物体的上侧的“环”或闭环边缘/边界结构的形式。此外，在移除顶部物体之后，环自动向下移动或堆叠垛向上移动。由于没有相对的接触表面，在第一次测量之后，末端执行器130转动180度(仅使用腕部3关节)以进行到相对的辅助参考特征的距离的第二测量。此外，由这种有限的运动引入的相对末端执行器位姿的误差被认为是可以忽略的。因此，可以推断出物体尺寸(高度除外)。该实施例可以节省***100上的空间。
在又一实施例中，可以在不使用任何参考特征或测量结构的情况下获取四个测量集。该实施例可能需要利用具有尺寸的感测概念(如图9B中所示)。此外，在每个测量集之间，末端执行器130转动90度。最后，融合这些集合以计算物体的最终尺寸(例如，在全局优化步骤中)。此外，可以添加附加集合以估计物体的更详细的几何模型的参数(例如，不平行的相对侧)。
***100可以进一步包括特别构造的并且具有精确已知的几何形状(或精确已知尺寸的颜色/亮度图案)的结构，其可以由末端执行器130上的轮廓传感器150感知(在图案的情况下，灰度图像将是从轮廓传感器传输)。所获取的数据可以使得自动过程能够确定轮廓传感器150的外部校准，这需要从具有足够的精度的多个传感器的组合测量结果计算更抽象的属性(例如，夹持器参考系中的被抓物体的位姿)。并且在重新构造末端执行器130之后，允许识别随时间的变化(或由于严重的撞击事件)。在一实施例中，可以另外确定在定制的轮廓传感器的情况下具有镜头的相机的固有校准，以便检测来自场外校准或工厂校准的漂移。***100还可以包括移动基座110上的集成的物体切割装置。这里的切割工具可以是螺旋锯或圆盘锯。在一实施例中，切割装置可以是配套设备。
根据各种实施例，***100还可以包括支撑材料涂敷装置，用于将支撑材料涂敷到物体上以进行垂直(或倾斜很大)的安装。支撑材料涂敷装置可以被构造成将非刚性支撑材料(例如热塑性聚合物)注入到被带到期望位姿的物体的底部的点中，该位姿是垂直的或倾斜的。因此，可以将支撑材料注入待放置的物体和表面上的先前已放置的物体之间的间隙中，其中，该表面上的先前已放置的物体可以是相邻的和/或下面的。因此，可以在物体的侧面之间注入支撑材料。根据各种实施例，支撑材料涂敷装置可以位于末端执行器处。根据各种实施例，支撑材料涂敷装置可以连接到可重构的结构，该可重构的结构附接到***100，例如在末端执行器处。
根据各种实施例，一旦支撑材料变得刚性，物体就可以从末端执行器释放，使得物体的重量可以通过将物体粘附到表面的粘结材料以及在物体的底部边缘的支撑材料来保持。根据各种实施例，当物体处于期望的位姿时，通过从末端执行器或其他装置吹送空气(以帮助对流)，可以加速支撑材料的冷却/硬化。
根据各种实施例，支撑材料可包括材料(例如，UV固化胶)，其可以通过以暴露于特定波长的光(例如，UV光)的方式来激活或至少加速来硬化或固化，或者利用来自末端执行器的其他特定属性。因此，如果可以通过暴露于某些条件来激活硬化/固化，则在将粘结材料施加到物体的后表面之后，可以更容易地沿着物体的基部边缘涂敷支撑材料。根据各种实施例，支撑材料可以以这样的方式涂敷，使得支撑材料可以随后从物体表面返回到间隙内，以便稍后允许间隙的灌浆。根据各种实施例，支撑材料可以以这样的方式涂敷，使得支撑材料可以伸出以便于稍后移除，可能借助于移除工具。
根据各种实施例，***100还可包括绝对水平参***。绝对水平参***可以连接到末端执行器(并且该情况可以代替倾斜计)。绝对水平参***可以与放置在表面上或房间中的部件一起工作。根据各种实施例，绝对水平参***可以以与倾斜计类似的方式提供用于确定期望/目标位姿的要考虑的附加信息(可以将来自一个或多个传感器单元150的信息一起考虑在内，以帮助减少漂移)。根据各种实施例，虽然倾斜计可提供绝对位姿(滚动/俯仰)参考，但绝对水平参***可提供绝对水平参考(例如，房间中的绝对参考平面，用于滚动/俯仰/z的参考)。根据各种实施例，绝对水平参***可以包括从放置在房间中的部件(例如角落)投射激光平面。根据各种实施例，如果处于低水平，则一个或多个检测器可以连接到末端执行器。根据各种实施例，检测器还可以连接到***100的基座，在侧面(当投影低时)或者在顶部(当高时)的杆上。
根据各种实施例，***100可包括两个机器人臂。因此，在两个机器人臂的构造中，***100可能能够处理较重的物体，该物体可能太重而不能用一个机器人臂处理。在这样的实施例中，一个或多个传感器单元可以感测相对于传感器框架放置的物体。通过确定要放置的物体的当前位姿与要放置的物体的期望位姿之间的相对差异，可以相应地控制两个机器人臂以移动待放置的物体，其由机器人臂保持。根据各种实施例，两个机器人臂可包括两个并行的多DOF串联运动学。
如图12所示，用于诸如瓷砖粘合剂的粘结材料的粘结材料涂敷装置170可包括实时控制***、电动机驱动器、直流(DC)电动机、球形或梯形螺杆、具有液压缸的液压传动装置、金属活塞、可拆卸和垂直安装的管(例如塑料)、端板和施加板。粘结材料涂敷装置170可以与机器人单元(如上所述)集成。
在一实施例中，可以提供实时控制***和电动机驱动器作为控制单元171。实时控制***和电动机驱动器可以通过光学编码器和变速箱连接到DC电动机172。
DC电动机172可以进一步连接到具有磁性开关的球形螺钉或梯形螺杆延伸杆致动器173。
球形或梯形螺杆延伸杆致动器173可以连接到液压传动装置174。液压传动装置可以包括并联的一个或两个大的、单级或多级(可能恒定速度)单作用或双作用的液压缸。
液压传动装置174可以通过液压管道176进一步连接到液压缸175。液压缸175可以连接到金属活塞。液压缸175可包括一个或三个小的双级到四级(可能是恒速)液压缸，布置成三角形(用于三个汽缸)。
在另一实施例中，作为液压传动装置174的替代，杆致动器173可以连接到剪式机构(也是在致动器的两端连接到剪式构件的构造中，在这种情况下，具有单级缸的液压传动***可能仍然存在)。
连接到液压缸175的金属活塞可以被构造成可拆卸地接收(可能是自润滑的)塑料活塞，该活塞紧紧地封闭可移除的、垂直安装的(例如，塑料)管(也称为圆筒或管)的下端。储存器可以形成桶以存储10-30升的应用就绪的粘结材料，例如瓷砖粘合剂(并且具有便于从粘结材料涂敷装置170移除可移除管的特征)。
保持粘结材料的可移除管可以装配到刚性的垂直安装的金属管177中，该金属管177被构造成用于支撑可移除管，该可移除管用圆形塑料或金属端板178封闭，该端板178可具有用于粘合剂通过的方形网孔179b。金属板178可以通过螺纹环或铰链和多个闩锁固定到固定管177。金属板178可包括拧在上侧的支架，其允许***具有正方形孔孔179b的可更换涂抹器板179a。每个孔可以包括具有特定几何形状的腔(例如半球形，通向涂抹器的上侧)。此外，涂抹器板179a可能具有排斥粘合剂的涂层和围绕所有空腔的边界(可能具有弹性特征以支撑其作为密封的功能)。
使用用于粘结材料的粘结材料涂敷装置170涂敷粘结材料的方法可以包括将物体的底面压靠在涂抹器板179a上的步骤。借助于机器人臂120执行按压，并且导致封闭在物体101的底面和涂抹器板179a之间形成的空腔。
随后，该方法包括将粘结材料压入封闭腔中直至其被填充的步骤。
粘结方法还包括一个步骤，由此物体101被抬起(并且如果适用的话，在X-Y平面中移动以移动涂抹器板179a上方的未覆盖区域)。根据各种实施例，当物体101被抬起并因此在物体上留下粘合剂层时，粘结材料可以与涂抹器板179a分离。根据各种实施例，当物体101被抬起时，可以在粘结材料内产生分离层，其中一部分粘结材料粘附到涂抹器板179a而另一部分粘附到物体101。
最后，该方法还包括一步骤，其中物体101以慢Z运动放置在平面表面(例如，熨平板地板)上，可能与物体底面平面中的快速运动相结合(之后是闭环精细定位)，并被配置成展开粘结材料(同时可能略微降低其粘度)，形成均匀的层，完全覆盖平面表面和物体的底面。
在另一实施例中，操作***100的方法包括多个步骤。
该方法包括加载用于铺设物体的控制程(“工作计划”)序所需的最初已知信息的第一步骤。可以预先将信息和工作计划加载到***100中(在将***100带到工地之前)。信息或工作计划也可以在工地原位创建并加载到***100中。例如，使用直接输入到图形用户界面(例如，设置要放置的物体的参数)，使用被***100感知的参考物体定义房间中的某些边界，或者将***100的部分移动到教学地点等。该信息可以包括(i)待放置物体的尺寸(理想的或预先测量的)、质量、表面特性和布置(即，相对于彼此的理想目标/期望位姿或相对于全局参照系的绝对位姿)，和(ii)待放置物体的平面表面的形状/尺寸、相邻或包围的平面表面的形状/尺寸或周围的环境的几何形状(即，“图”)的完整二维或三维表示。
该方法包括第二步骤：在平面上放置一个或多个物理边界参考，其中，希望以与所述一个或多个物理边界参考相距预定义的偏移来放置所述第一物体的边界。物理边界参考可以是针对超过单个物体的计划的物体布置(例如，列)中的每个维度。可以放置物理边界参考以便将计划的物体布置的位置和方向固定在平面表面上。在一实施例中，当使用增强的感测概念时，单个主参考可能就足够了。然而，应该理解的是，尽管物体相对于彼此以高精度放置，但是由于移动平台定位的精度限制，整个装置相对于房间的位置具有较低的精度。这可以通过放置***可以更精确地感知的这种物理边界参考来减轻。根据各种实施例，物理边界参考可包括先前已放置的物体。
在一实施例中，物理边界参考是钢丝绳，其在平面表面上方约5mm至20mm的高度处应变。如果需要，物理边界参考与从计划的物体布置的角落(其中计划的物体布置的轮廓的两个直线段相交)投射的激光线(例如，通过可用作“瓷砖激光器”的设备)对准。根据其他实施例，钢丝绳可以用纤维绳或带代替，纤维绳或带可以存储在固定到地面的自动回缩卷轴中。
在另一实施例中，物理边界参考可以是其中可以放置物体的框架的外壁/***结构。
在另一实施例中，边界参考是投射到平面表面上的激光线(例如，通过可用作“瓷砖激光器”的设备)，并且末端执行器130配备有传感器以感知它。
在替代实施例中，计划物体布置的轮廓的一些侧面可以不是直的(即，由不共线或平行的物体的侧面组成)，例如在物体布置中，其中每隔一行移位一半物体长度(例如300mm×600mm瓷砖常见)。因此，物理边界参考可以包括精确地手动放置的切割物体，其切割侧面与平面表面的边界对齐。
在另一实施例中，跟踪全站仪被放置在平面表面上，例如在要放置物体的区域的角落处。在这种情况下，可以参考平面表面上的两个或更多个点，以便固定平面表面上计划的物体布置的位置和取向。
该方法还包括第三步骤：向***100装载执行构造工作(例如，铺设物体的布置)所需的物理资源，即在下一批将其与待放置的物体(例如，瓷砖)一起装载到***100中。装载可包括将将物体堆叠的推车对接到***100。装载还可以包括将物理资源放置在附近(例如，在缆线悬挂平台的情况下在房间的入口处)。
装载还可以包括用粘结材料(例如，基于水泥的瓷砖粘合剂)和/或支撑材料装载***100(具体地，粘结材料涂敷装置170和/或支撑材料涂敷装置)。
此外，装载还可以包括向***100装载可再充电的可交换电池/电池。
在一实施例中，第三步骤可以用图12中的专用再填充推车162来执行，其被构造成便于将物体运输和卸载(以及在某些情况下放置)到***100上，目的是简化和加速该过程并最小化操作者的提升工作。
此外，再填充推车162可以是电致动的并且能够在材料存储和准备位置与***100之间自主地导航。
该方法还可以包括第四步骤，将具有轮式或支腿式移动基座110的***100放置在足够平坦的表面上的物理参考附近(即，熨平板地板)，以允许通过使用其驱动***启动控制机构180到达其工作位置，其中，该控制机构180通过物理参考逐渐地将物体101放置在从整个区域标记的子区域中(在最初发现并且足够接近这些参考之后)。发现和驱动接近这些参考的自主功能可以是***100的可选功能。这可以在操作员将***100放置在可驱动地板(例如熨平板地板)上之后被激活。如果操作员将***直接放在工作位置，则可能无法激活此功能。在其上要放置物体的平面表面是垂直的情况下，***100将被放置在其上的平面表面可以是不同的，可能是垂直的和相邻的表面。
该方法的第四步可以进一步包括用遥控器手动操纵***100以通过机器人臂120将其定位在物理参考的范围内(例如，两个物理参考的交叉点或拐角)，即在起点。
***100可以使用来自工作计划及其传感器的信息自主地定位并且可以如所描述的那样到达起始点。
重复第二步以放置另外一批物体(例如，当***100已用完放置的物体时)。除此之外，当开始将另外批次的物体放置在要放置物体的整个区域的新子区域中时(可能是不相交的区域)，可以重复第二到第四步骤。
图14示出了根据各种实施例的用于将物体放置在表面上的***(或装置)1400的示意性俯视图。***1400可以包括具有四个动力转向脚轮(不可见)的移动平台1410(例如，全向驱动器)。***1400还可以包括粘结材料涂敷装置1470。***1400还可以包括用于在基座1410上堆叠物体(例如，用于高达60×30cm的扁平物体)的物体存储装置1460。***1400可包括6DOF串联运动(所有旋转关节)机器人臂1420。机器人臂1420可以包括不可重构的末端执行器1430，其具有用于基本感测概念的四个集成的轮廓传感器1450。
图15A示出了根据各种实施例的用于将物体放置在表面上的***(或装置)1500的示意性俯视图。图15B示出了机器人臂1520伸展开的图15A的***1500的示意性侧视图。***1500可以包括具有四个动力转向脚轮1512(例如全向驱动器)的移动平台1510。***1500还可以包括粘结材料涂敷装置1570。如图所示，用于高达60×60cm的物体的单独的物体堆叠推车1562可以对接在***1500的一侧(例如右侧)。***1500可包括具有5个DOF系列运动的机器人臂1520(用于Z长的1个棱柱形关节1521，3个具有平行垂直轴的旋转关节1522、1523、1524，“SCARA”构造，用于Z短的1个棱柱形关节1524，技术上在最后一次旋转联合1524之前)。机器人臂1520可以具有另外的3个DOF并联运动(3个棱柱形关节1527、1528、1529)，用于滚动/俯仰/z微调(J6-8)。在一实施例中，机器人臂1520可以在最后的旋转关节之前不具有棱柱关节1524。在一实施例中，机器人臂1520可包括具有四个定制的轮廓传感器的不可重构的末端执行器，用于包括尺寸的增强概念。图15B示出了***1500的侧视图，其中机械手1520在不抓住任何物体的情况下延伸，并且没有物品堆叠可见。
在一实施例中，***100的操作方法可以进一步包括在预制预加工容积式结构(PPVC)(如图16所示)和预制浴室单元(PBU)设施上的应用，其中***100可以在PPVC或PBU中使用，单元由钢框架与工程水泥基复合混凝土墙或蒸压加气混凝土墙或者工程水泥基复合混凝土墙和蒸压加气混凝土墙的组合，钢筋混凝土(全容积混凝土结构)、金属框架与干墙、金属框架与金属墙和带轻质面板的金属框架。
该方法还可以应用于建筑工地或在使用或生产或储存预制混凝土或钢结构的设施(例如，综合建筑和预制中心(ICPH))中的自动化生产过程中。***100直接在设施中使用的能力或者所述机器人臂120的所述基部关节121能够安装在预制混合结构***上的能力，例如可以使用预制的预制柱和钢结构(PCSS)加固笼或可能使用地毯加固等的板坯。
该方法还可以应用于墙、地板、屋顶或结构梁和柱的交叉层压木材或胶合层压木结构，或者在使用或生产或储存交叉层压木材或胶合木的设施中，如果建筑的任何部分要用工程木地板完成，除了传统的镶木地板之外，该地板具有顶层硬木和胶合板底层芯。
该方法可以应用于半自动或全自动构造/预制设施(如图17所示)，其中机器人臂120的基部关节121安装在机架1909上，该机架上安装有基于架空的多机器人***，以便能够通过人机协作进行物体放置，以及先进的基于工厂的自动化数字制造工艺。
该方法可以使用具有10千克(kg)或更多有效载荷的***100(重或轻质、协作的、高或低的有效载荷工业机器人臂)的实施例来执行，其中操作员可以在没有安全围栏的共享工作空间中一起工作，从而在除了公共和私人住房项目之外，还在商业建筑、医院、社区中心、又称之为美食广场的商贩中心、机场、地铁或火车站设置用于表面装饰的物体。
该方法还可以用在重量级非协作的高负荷工业机器人手臂上，由此操作者不在没有安全围栏的共享工作空间中一起工作，从而在除了公共和私人住房项目之外，还在商业建筑、医院、社区中心、又称之为美食广场的商贩中心、机场、地铁或火车站设置用于表面装饰的物体。
存在可以形成上面提到的一个或多个实施例的一部分的其他特征。这些特征可以包括在具有要放置物体的表面的房间中的初始定位和映射(例如，使用二维同时定位和映射：2D-SLAM或者例如使用三维同时定位和映射：3D-SLAM，最初仅考虑房间的特征)，可用于将生成的映射与附加到工作计划的映射进行比较，并报告重大偏差。
这些特征还可以包括通过在平台110上的压缩空气出口上移动光学传感器来清洁光学传感器，生成详细的质量保证(QA)工作报告(包括3D模型)，其显示所实现的精度并突出显示需要进一步检查和手动修正的问题区域的。
这些特征还可以包括专用传感，以确保在操作期间在基座占地面积和臂工作空间内的清晰空间，在施加粘合剂之前用压缩空气清洁物体10底面上的灰尘，以便更好地粘合，在物体放置之前，刚刚放置完一物体101之后夹持器为空时，用来自末端执行器130的压缩空气清洁地板上的灰尘，以便于更好地粘合，确定部分物体的所需尺寸，例如边界物体(来自感测的铺设的完整物体和墙壁)并提交给操作者，单独的现场切割和堆叠机器(要移动到***100上的托盘)或***100本身上的切割设备，在抓握之前光学感测和物体的图案的分析(例如，用于非均匀的瓷砖)，用于在***100上存储少量物体(或整理出来)的选项，以允许在群组内自动匹配模式。
此外，这些特征还包括将来自末端执行器130或夹持器的每个已放置物体的摄影以及自动、位姿校正拼接在一起成为整个物体布置的图像，作为工作结果的视觉文件，适合于远程检查；在物体放置之前通过计算机视觉检查地板表面以确保不存在碎屑；使用末端执行器130上的相机来识别先前由操作员放置在房间中的QR码(或类似的识别机器可读光学标签)作为识别房间的附加信息并且参考并可能下载相应的工作计划和/或或BIM模型；使用末端执行器130(可能是自定义轮廓传感器的一部分)上的相机，用于识别和定位(在基准点上的6DOF位姿)已知尺寸(也称为基准，通常是高对比度的图案并提供丰富的信息，通常提供独特的识别，例如QR、AprilTags或ArUco标记)的人造视觉界标，由操作员预先放置(例如基准贴纸，每米高度约40厘米自由放置在墙壁上，或带有印刷的胶带，可能在已知距离处等间距，基准点应用于墙壁)，位姿测量以与放置的物体类似的方式使用(在模型中表示，以与之前描述的早期信息类似的方式融合，用作映射)，允许减少漂移，特别是在重新定位期间平台。
在一实施例中，用于操作***100的控制机构180可以包括执行高级循环以放置物体101的步骤，其包括(i)解析工作计划，(ii)定位***100，(iii)找到物理参考和起始点，可能对放置第一个物体的表面进行测量(iv)降低***100的支脚114以使其静止，(v)拾取物体101，测量其在夹持器/末端执行器130上的位姿，(vi)测量其尺寸，(vii)将粘结材料施加到物体的底面以及可能的平面表面，(viii)将物体101相对于平面表面上的物理参考进行放置，(ix)在释放后，测量最后得到的物体101的位姿，以及可能的待放置下一个物体的表面，(x)拾取下一个物体并重复步骤，直到补片中不再留下任何物体，(xi)缩回支脚114，(xii)将基座110驱动到下一个放置位置，(xiii)测量前一物体的位姿以减少基本位姿的不确定性，(xiv)降低支脚114并重复上述步骤(v)-(x)。
控制机构180还可以包括执行实现所需放置精度所必需的特定感测和控制概念的步骤。这可以通过以下来实施：(i)相对于末端执行器上的参考系101连续测量待放置物体101的6个自由度位姿(或3个自由度的位姿，如果以精确已知的方式机械地限制)来执行，(ii)对末端执行器的6DOF位姿的闭环控制以及相对于先前已放置在表面(和/或地板平面和/或物理参考物，例如，由操作员放置的绳子)上的相邻物体上的待放置物体101的延伸，使用实时感测或估计的信息来确定这样的位姿，(iii)根据相邻和更远的物体确定待放置物体的目标位姿，使用来自模型的这些物体的信息，在局部和全局尺度上优化几何、视觉标准，(iv)可能地，使用概率多模态传感器估计末端执行器和放置在表面上的所有物体的位姿(以及潜在地其的完整历史)，通过递归过滤器或全局优化方案实现(可能还有其他变量并入状态，例如机器人其他部分的位姿或房间的特征)，建立和更新完成的工作模型，以及(v)用于无间隙布置的替代的基于力-扭矩感测的定位。
控制机构180还可以包括提供多个特征的***100的用户界面。其中包括：(i)可拆卸的有线平板电脑(类似于示教器)，其显示触摸GUI，(ii)基本操作：加载、预览和开始执行计划，(iii)如果出现严重的放置错误，向操作员提供如何纠正的选择，(iv)向操作员的智能手机发送警报的手段，(v)在计划不可执行的情况下，纠正物体布局的界面，自动生成的备选方案建议，以及(vi)调整计划参数的界面，例如如果需要在现场使用的不同的物体，这些物体比与计划所针对的物体更重。
在一实施例中，用于生成和组装***100的控制机构180所需的最初已知信息(“工作计划”)的桌面应用程序或平板电脑软件实现以下工作流程：(a)导入来自各种格式(例如来自BIM)的布图规划(或平面表面的规划)(b)选择用于待放置的物体的相关区域，(c)指定布局中待使用的物体的类型(例如形状、理想尺寸、重量等；可能从数据库中选择物体)，(d)为所需模式组成“原始图章”(“primitive stamp”)，所需模式包括：期望的间隙尺寸(检查其轮廓的执行可行性，例如元件的齿形)，(e)设置坐标系的原点，使用该图章从该坐标系的原点处在整个放置区域上扩展图案，移动直到满意在边界上的分割为止，(f)对于已经数字化盘存并且数据库包含邻接关系并且可能是上侧图像的非同质物体，将扩展图案的至少一个通用物体链接到唯一标识的数据库中的物体，将物体图案映射到物体布局，(g)基于每个物体进行手动调整，(h)为未剪切物体生成机器计划(并将计划语义保存在项目文件中)，(i)将物体布局自动分解为一系列有序的物体子集，称为补片(这样，补片中的所有物体都可以从相同的固定基本位姿到达；即基于手臂的可达性，导致所选模式的补片类型集合，以及移动平台的可操作性)以及j)相关固定移动基座位姿的自动规划以及可能的(”possibly”)它们之间的路径。
在第一实施例中，一种用于将物体放置在平面表面上的机器人***，包括：能够在平面方向上移动的基座组件；机器人臂，具有两个端部，其中一端连接到平台；具有两个表面的末端执行器，其中一个表面连接到机器人臂的另一端；一个或更多个或者多个吸盘设置在所述末端执行器的另一个表面上，其中，吸盘被连接到真空源，并且所述多个吸盘能够在真空被激活时抓住物体；以及多个设置在末端执行器的侧面上轮廓传感器，其中，所述轮廓传感器感测物体和先前已放置的物体。
在一实施例中，如第一实施例中所述的机器人***，包括至少两个轮廓传感器。例如，机器人***可包括三个轮廓传感器或四个轮廓传感器或更多。
在一实施例中，如第一实施例中所述的机器人***，其中，在所述物体和先前已放置的物体之间产生的间隙为第一距离，并且其中第一距离和预期的第一距离之间的差值是0.5毫米或更小。
在一实施例中，如第一实施例中所述的机器人***，其中，所述预期的第一距离在0.5毫米至12毫米，或1毫米至5毫米的范围内。
在一实施例中，如第一实施例中所述的机器人***，其中，所述物体是瓷砖。
在一实施例中，如第一实施例中所述的机器人***还包括：空气压缩机，其连接到真空喷射器以通过多个吸盘实现抽吸作用；物体存储装置；以及粘结材料存储和涂敷***。所述物体存储装置可以是可拆卸的。
在一实施例中，使用闭环控制机构控制如第一实施例中所述的机器人***，其中从多个轮廓传感器接收信息并用于控制末端执行器的位姿。
在一实施例中，如第一实施例中所述的机器人***，其中，所述末端执行器还包括：多个LiDAR传感器；定向参考测量***；真空喷射器；带有用于测量物体的尺寸的校准几何形状的精密槽口；以及为物体的上侧提供坚固的接触表面以限制其在端部关节方向上的运动的多个特征。
在一实施例中，其中，第一实施例中所述的机器人***的末端执行器基于来自多个概念的所选概念来构造，所述概念包括：基本感测概念、增强感测概念及其任何组合。
在一实施例中，所述基本感测概念还包括：连续测量当前抓握的物体的所有自由度以及小于先前已放置的物体的所有自由度的一个自由度。
在一实施例中，所述增强感测概念还包括通过对先前已放置的物体的另一侧面(与基本概念中采样的侧面相邻)进行采样来连续测量当前抓取的物体的所有自由度和所述先前已放置的物体的所有自由度，从而达到先前已放置的物体的完全自由度。
在一实施例中，所述基本感测概念和所述增强感测概念还包括通过对物体的与待对准的侧面相对的至少一个另一侧面进行采样来测量物体的尺寸。
在第二实施例中，一种将物体放置在平面表面上的机器人单元的操作方法包括：找到物理参考和起始点；在机器人单元上使用夹持器，拾起物体；使用安装在所述机器人单元上的多个轮廓传感器，测量所述夹持器上的所述物体的位姿和尺寸；将所述物体相对于物理参考或这平面表面上的先前物体；并且使用多个轮廓传感器，在释放所述物体后，测量所述物体的位姿。该方法还可以包括将粘结材料涂敷到物体上。该方法还可以包括当使用粘结材料时测量下一个物体将被放置的平面表面。
在一实施例中，第二实施例中所述的方法还包括：使用机器人单元上的夹持器，拾取另一个物体；使用机器人单元上的多个轮廓传感器，测量夹持器上的另一个物体的位姿和尺寸；在平面表面上相对于物理参考放置另一个物体；并且使用多个轮廓传感器，在释放后测量另一个物体的位姿。
在一实施例中，第二实施例中所述的方法还包括：连续测量物体在夹持器上的位姿；使用机器人单元内的闭环或反馈控制机构，控制被抓物体相对于先前已放置的物体的位姿。
在一实施例中，第二实施例中所述的方法还包括：使用概率多模态传感器融合来估计夹持器的位姿和所有放置的物体的位姿；并在过程中建立已放置物体的模型。
在第三实施例中，一种操作机器人单元的方法，包括：使用控制程序，接收放置物体所需的最初已知信息；将一个或多个物理边界参考放置在平面表面上，所述第一物体的边界从所述一个或多个物理边界参考的预定义的偏移是希望的；用第一个物体装载机器人单元；并将机器人单元放置在相对靠近工作区域的位置。
在一实施例中，其中第三实施例中所述的方法的所述最初已知信息选自包括以下各项的信息：尺寸、质量、表面特性和第一物体的布置。
在一实施例中，其中第三实施例中描述的方法的最初已知信息还包括第一物体将放置在其上的平面的形状和尺寸。
在一实施例中，如第三实施例中所述的操作机器人单元的方法还可以包括：使用控制程序，接收铺设第二物体所需的初始已知信息；将一个或多个物理边界参考放置在平面上，所述第二物体的边界从所述一个或多个物理边界参考的预定义的偏移是需要的；用所述第二个物体装载机器人单元；并将机器人单元放置在相对靠近工作区域的位置。
根据各种实施例，提供一种用于将物体放置在表面上的***。该***可以包括：基座，在其一端连接到所述基座的机器人臂，连接到所述机器人臂的另一端的末端执行器。所述末端执行器可以被配置成可释放地连接到待放置在表面上的物体上。所述***可以进一步包括位于传感器框架上的一个或多个传感器单元。所述一个或多个传感器单元可以被配置用于感测包括至少两个二维轮廓的二维轮廓数据，所述至少两个二维轮廓一起包括所述待放置的物体的至少三个边界部分和表面上的物体的至少三个边界部分。所述待放置的物体的所述三个边界部分中的至少两个可以来自基本上不平行的侧边。所述表面上的所述物体的所述三个边界部分中的至少两个可以来自基本上不平行的侧边。所述***还可以包括处理器，其被配置为确定相对于所述传感器框架的所述待放置的物体的至少三个自由度以及所述传感器框架相对于三维空间中的所述表面上的所述物体的六个自由度，以用于基于所述二维轮廓数据来确定所述待放置的物体相对于所述表面上的所述物体的当前位姿。进一步地，所述***可以被配置成基于所述待放置的物体的所述当前位姿和期望位姿之间的差异来放置物体，其中，所述待放置的物体的所述期望位姿由所述表面上的物体在所述三维空间中的模型确定。
根据各种实施例，所述一个或多个传感器单元可包括至少两个轮廓传感器。
根据各种实施例，所述一个或多个传感器单元包括一个或多个成像装置和一个或多个发光单元。所述一个或多个发光单元被配置为投射单个线条或多个线条或者预定图案的线条。
根据各种实施例，所述一个或多个传感器单元安装到与所述末端执行器连接的可扩展框架结构。
根据各种实施例，所述一个或多个传感器单元安装到与所述末端执行器连接的固定尺寸的框架结构。
根据各种实施例，所述机器人臂被构造成放置所述物体，从而在所述被放置物体与所述表面上的所述物体之间产生间隙，其中，所产生的间隙是第一距离，并且其中，在所述第一距离和预期的第一距离之间的差异为0.5毫米或更小，或0.4毫米或更小，或0.3毫米或更小，或0.2毫米或更小。
根据各种实施例，所述预期的第一距离在0.5毫米至12毫米的范围内。
根据各种实施例，物体可以是瓷砖。
根据各种实施例，该***还可包括一个或多个设置在所述末端执行器处的吸盘，以及连接到所述一个或多个吸盘的真空发生器，其中，所述真空发生器可以被构造成能够通过所述一个或多个吸盘来实现抽吸效果。所述真空发生器可包括连接到真空喷射器的空气压缩机。
根据各种实施例，基座可包括轮或支腿。
根据各种实施例，所述基座通过缆线或架空轨道悬挂在所述表面上方。
根据各种实施例，所述机器人臂包括具有至少三个并联的棱柱关节的复合关节，其中，所述三个并联的棱柱关节中的每一个包括：位于一端的旋转关节或万向关节以及位于另一端的球关节，并且其中，所述末端执行器连接到所述复合关节。
根据各种实施例，该***还可包括物体存储装置。根据各种实施例，所述物体存储装置被构造成可从所述***拆卸。
根据各种实施例，该***还可包括粘结材料涂敷装置。
根据各种实施例，该***还可包括支撑材料涂敷装置。
根据各种实施例，所述处理器被配置为，基于从所述一个或多个传感器单元接收的信息，经由闭环控制机构控制所述末端执行器的位姿。
根据各种实施例，所述末端执行器还包括以下中的至少一者：LiDAR传感器，或方位参考测量装置，或力-扭矩传感器，或振动器，或精密槽口，其具有用于测量所述物体的尺寸的校准几何形状，或为所述物体上侧提供固体接触表面以限制其在法线方向上移动至所述上侧的结构。
根据各种实施例，所述***可包括连接到基座的两个机器人臂。
根据各种实施例，该***还可包括辅助相机。
根据各种实施例，该***还可包括物体切割装置。
根据各实施例，提供了一种用于将物体放置在表面上的方法。所述方法可以包括提供一***。所述***可以包括：基座，在其一端连接到所述基座的机器人臂，连接到所述机器人臂的另一端的末端执行器。所述末端执行器可以被配置成可释放地连接到待放置在表面上的物体上。所述***可以进一步包括位于传感器框架上的一个或多个传感器单元。所述一个或多个传感器单元可以被配置用于感测包括至少两个二维轮廓的二维轮廓数据，所述至少两个二维轮廓一起包括所述待放置的物体的至少三个边界部分和表面上的物体的至少三个边界部分。所述待放置的物体的所述三个边界部分中的至少两个可以来自基本上不平行的侧边。所述表面上的所述物体的所述三个边界部分中的至少两个可以来自基本上不平行的侧边。所述***还可以包括处理器，其被配置为确定相对于所述传感器框架的所述待放置的物体的至少三个自由度以及所述传感器框架相对于三维空间中的所述表面上的所述物体的六个自由度，以用于基于所述二维轮廓数据来确定所述待放置的物体相对于所述表面上的所述物体的当前位姿。所述方法还可进一步包括，基于所述待放置的物体的所述当前位姿和期望位姿之间的差异，使用所述***来放置物体，其中，所述待放置的物体的所述期望位姿由所述表面上的物体在所述三维空间中的模型确定。
根据各种实施例，该方法还可包括使用所述机器人臂的所述末端执行器拾取所述待放置的物体。该方法还可以包括使用所述一个或多个传感器单元来测量所述末端执行器上的所述物体的位姿。该方法还可以包括将所述物体相对于所述表面上的所述物体放置。该方法还可以包括使用所述一个或多个传感器单元测量所述已放置物体的位姿。
根据各种实施例，该方法还可包括使用所述机器人单元的所述末端执行器拾取另一物体。该方法还可以包括使用所述一个或多个传感器单元来测量在所述末端执行器上的所述另一物体的位姿。该方法还可以包括将所述另一物体相对于所述表面上的一个或多个物体放置。该方法还可以包括使用所述一个或多个传感器单元测量所放置的和所释放的另一物体的位姿。
根据各种实施例，该方法还可包括使用所述一个或多个传感器单元测量待放置物体的尺寸。
根据各种实施例，该方法还可包括使用所述一个或多个传感器单元测量要放置下一个物体的表面。
根据各种实施例，该方法还可包括连续测量所述末端执行器上的所述物体的位姿。该方法可以进一步包括于连续测量到的所述末端执行器上的所述物体的位姿，控制所述末端执行器上的所述物体相对于所述表面上的所述一个或多个物体的位姿。
根据各种实施例，该方法还可以包括建立所述已放置物体的模型。该方法还可以包括根据所述已放置物体的所述模型确定待放置的物体的位姿。
根据各种实施例，该方法可以进一步包括在所述表面上放置一个或多个物理边界参考，所述待放置的物体的侧面从所述一个或多个物理边界参考的预定义的偏移是需要的。该方法还可以包括向所述***装载物体。该方法还可以包括将所述***放置在工作区域。
根据各种实施例，该方法还可包括涂敷结合材料。该方法可以包括将粘结材料施加在待放置物体的后表面上。该方法可以包括在所述待放置的物体的表面上涂敷粘结材料。
根据各种实施例，该方法还可包括在所述待放置的物体的至少一侧上涂敷支撑材料。
根据各种实施例，该方法还可包括接收用于放置第一组物体的预定信息。
根据各种实施例，该方法可以进一步包括所述预定信息可以是从一组信息中选择的，所述信息包括：所述第一组物体的尺寸、质量、表面特性、理想期望位姿或排列以及一个或多个物理边界参考的属性。
根据各种实施例，所述预定信息可包括所要放置第一组物体的表面的形状和尺寸。
根据各种实施例，该方法还可包括接收放置第二组物体所需的预定信息。该方法可以进一步包括将一个或多个物理边界参考放置在表面上，所述第二组待放置的物体的侧面从所述一个或多个物理边界参考的预定义的偏移是需要的。该方法还可以包括以第二个物体装载***。该方法还可以包括将所述***放在所述工作区域。
各种实施例已经提供了一种在末端执行器上具有感测能力的***，该***能够充分测量所涉及的物体(被抓握的和先前已放置的)的多个自由度，以在存在粘结材料的情况下实现精确放置(这可以导致在放置之后不久，需要被感测到和考虑的的物***姿的微小变化)或者在放置期间主动补偿被抓物体的运动(由于来自与粘结材料的相互作用的力)。此外，这些感测能力还可以实现物体的放置，以便遵循弯曲表面(物体的上表面的法线矢量与下面的法线矢量大致平行)。
各种实施例还提供了一种***，其识别控制粘结材料的涂敷的需要，从而(a)使其与待放置的物体和/或表面的更多受控的相互作用力(例如，在放置期间由机械手经受的力)，并且(b)并且在放置后很长时间内在物体放置以及粘合和支撑过程中，避免不适当的不受控制的涂敷对放置过程中的感测产生负面影响，并且(c)可能调整平面表面的不均匀性，并且(d)通常确保物体的重量在释放后得到充分支撑，因此其位姿保持稳定，所有这些都是为了实现稳健过程。此外，这可以允许实现由物体的上表面相对于物体放置的表面形成的略微倾斜的表面。
各种实施例还提供了一种***，该***识别相对于固定参考系(例如，在表面上)对待放置物体的位姿(三维空间中的位置和取向)的闭环控制的需要，为了消除机器人臂的运动误差的影响，和/或需要各种附加措施，例如基于模型的主动补偿，以防止局部误差累积到关键的全局误差，并实现这种闭环控制和用于***中的主动补偿建模。
各种实施例提供了一种***，其将低速率“视觉”位置控制回路与高带宽联合水平控制相结合以实现良好的控制行为，其被认为优于基于图像或基于位置的视觉伺服而不使用机械手关节反馈。
虽然已经参考特定实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离通过所附权利要求所定义的本发明的范围的情况下，可以在其中进行各种形式和细节的改变、修改、变化。因此，本发明的范围由所附权利要求指示，并且因此旨在涵盖落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变。

Claims (27)

1.一种用于将物体放置在表面上的***，包括：
基座；
在其一端连接到所述基座的机器人臂；
连接到所述机器人臂的另一端的末端执行器，其中，所述末端执行器被配置成可释放地连接到待放置在表面上的物体上；
传感器框架上的一个或多个传感器单元，其中，所述一个或多个传感器单元被配置用于感测包括至少两个二维轮廓的二维轮廓数据，所述至少两个二维轮廓一起包括所述待放置的物体的至少三个边界部分和表面上的物体的至少三个边界部分，其中，所述待放置的物体的所述三个边界部分中的至少两个来自基本上不平行的侧边，并且其中，所述表面上的所述物体的所述三个边界部分中的至少两个来自基本上不平行的侧边；
处理器，其被配置为确定相对于所述传感器框架的所述待放置的物体的至少三个自由度以及所述传感器框架相对于三维空间中的所述表面上的所述物体的六个自由度，以用于基于所述二维轮廓数据来确定所述待放置的物体相对于所述表面上的所述物体的当前位姿，
其中，所述***被配置成基于所述待放置的物体的所述当前位姿和期望位姿之间的差异来放置物体，其中，所述待放置的物体的所述期望位姿由所述表面上的物体在所述三维空间中的模型确定。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述一个或多个传感器单元包括至少两个轮廓传感器。
3.根据权利要求1所述的***，其中，所述一个或多个传感器单元包括一个或多个成像装置和一个或多个发光单元。
4.根据权利要求3所述的***，其中，所述一个或多个发光单元被配置为投射单个线条或多个线条或者预定图案的线条。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述一个或多个传感器单元安装到与所述末端执行器连接的可扩展框架结构。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述一个或多个传感器单元安装到与所述末端执行器连接的固定尺寸的框架结构。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述机器人臂被构造成放置所述物体，从而在被放置物体与所述表面上的所述物体之间产生间隙，其中，所产生的间隙是第一距离，并且其中，在所述第一距离和预期的第一距离之间的差异为0.5毫米或更小。
8.根据权利要求7所述的***，其中，所述预期的第一距离在0.5毫米至12毫米的范围内。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述物体是瓷砖。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的***，还包括：
一个或多个设置在所述末端执行器处的吸盘；
连接到所述一个或多个吸盘的真空发生器，其中，所述真空发生器被构造成能够通过所述一个或多个吸盘来实现抽吸效果。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述基座包括轮或支腿。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述基座通过缆线或架空轨道悬挂在所述表面上方。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述机器人臂包括具有至少三个并联的棱柱关节的复合关节，其中，所述三个并联的棱柱关节中的每一个包括：位于一端的旋转关节或万向关节以及位于另一端的球关节，并且其中，所述末端执行器连接到所述复合关节。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的***，还包括物体存储装置。
15.根据权利要求14所述的***，其中，所述物体存储装置被构造成可从所述***拆卸。
16.根据权利要求1-4中任一项所述的***，还包括粘结材料涂敷装置。
17.根据权利要求1-4中任一项所述的***，还包括支撑材料涂敷装置。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述处理器被配置为，基于从所述一个或多个传感器单元接收的信息，经由闭环控制机构控制所述末端执行器的位姿。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述末端执行器还包括以下中的至少一者：
LiDAR传感器，或
方位参考测量装置，或
力-扭矩传感器，或
振动器，或
精密槽口，其具有用于测量所述物体的尺寸的校准几何形状，或
为所述物体上侧提供固体接触表面以限制其在法线方向上移动至所述上侧的结构。
20.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述***包括连接到所述基座的两个机器人臂。
21.根据权利要求1至4中任一项所述的***，还包括辅助相机。
22.根据权利要求1至4中任一项所述的***，还包括物体切割装置。
23.一种用于将物体放置在表面上的方法，该方法包括：
提供一种***，所述***包括：
基座，
在其一端连接到所述基座的机器人臂，
连接到所述机器人臂的另一端的末端执行器，其中，所述末端执行器被配置成可释放地连接到待放置在表面上的物体，
传感器框架上的一个或多个传感器单元，其中，所述一个或多个传感器单元被配置用于感测包括至少两个二维轮廓的二维轮廓数据，所述至少两个二位轮廓一起包括待放置物体的至少三个边界部分和表面上的物体的至少三个边界部分，其中，所述待放置的物体的三个边界部分中的至少两个来自基本上不平行的侧边，并且其中，所述表面上的所述物体的三个边界部分中的至少两个来自基本上不平行的侧边；以及
处理器，其被配置为确定相对于所述传感器框架的所述待放置的物体的至少三个自由度以及所述传感器框架相对于三维空间中的所述表面上的所述物体的六个自由度，以用于基于所述二维轮廓数据来确定所述待放置的物体相对于所述表面上的所述物体的当前位姿；并且
基于所述待放置的物体的所述当前位姿和期望位姿之间的差异，使用所述***来放置所述物体，其中，所述待放置的物体的所述期望位姿由所述表面上的物体在所述三维空间中的模型确定；
所述方法还包括：
使用所述机器人臂的所述末端执行器拾取所述待放置的物体；
使用所述一个或多个传感器单元来测量所述末端执行器上的所述物体的位姿；
将所述物体相对于所述表面上的所述物体放置；
使用所述一个或多个传感器单元测量已放置物体的位姿；
所述方法还包括：
使用所述机器人单元的所述末端执行器拾取另一物体；
使用所述一个或多个传感器单元来测量在所述末端执行器上的所述另一物体的位姿；
将所述另一物体相对于所述表面上的一个或多个物体放置；并且
使用所述一个或多个传感器单元测量所放置的和所释放的另一物体的位姿；
所述方法还包括：
连续测量所述末端执行器上的所述物体的位姿；
基于连续测量到的所述末端执行器上的所述物体的位姿，控制所述末端执行器上的所述物体相对于所述表面上的所述一个或多个物体的位姿；
建立所述已放置物体的模型；并且
根据所述已放置物体的所述模型确定待放置的物体的位姿；
在所述表面上放置一个或多个物理边界参考，所述待放置的物体的侧面从所述一个或多个物理边界参考的预定义的偏移是需要的；
向所述***装载物体；并且
将所述***放置在工作区域；
其中，所述方法还包括：
接收用于放置第一组物体的预定信息；
其中，所述预定信息是从一组信息中选择的，所述信息包括：所述第一组物体的尺寸、质量、表面特性、理想期望位姿或排列以及一个或多个物理边界参考的属性；
其中，所述预定信息包括所要放置第一组物体的表面的形状和尺寸；
接收放置第二组物体所需的预定信息；
将一个或多个物理边界参考放置在表面上，所述第二组待放置的物体的侧面从所述一个或多个物理边界参考的预定义的偏移是需要的；
以第二个物体装载***；并且
将所述***放在工作区域。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括使用所述一个或多个传感器单元测量待放置物体的尺寸。
25.根据权利要求23或24所述的方法，还包括使用所述一个或多个传感器单元测量要放置下一个物体的表面。
26.根据权利要求23或24所述的方法，还包括涂敷粘结材料。
27.根据权利要求23或24所述的方法，还包括在所述待放置的物体的至少一侧上涂敷支撑材料。
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