CN113453854A - 混合机器人拾取装置 - Google Patents

Abstract

用于执行拾取操作的机器人拾取装置和方法。所述机器人拾取装置包括抽吸装置，其配置为获得对物品的初始抓取，以及至少一个指部，其配置为在抽吸装置获得对物品的初始抓取时稳定物品。

Description

混合机器人拾取装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月3日提交的共同待审美国临时申请第62/740,763号和于2019年3月14日提交的共同待审美国临时申请第62/818,363号的权益和优先权，其中每项申请的全部公开内容通过引用并入，如同在本申请中完整地阐述。

技术领域

本申请描述的实施例一般涉及机器人设备和方法，且更特别地但不限于涉及用于执行拾取操作的机器人设备和方法。

背景技术

诸如仓库环境中的那些后勤操作通常包括机器人拾取装置从第一位置(例如，容器)收集物品并将物品放置在第二位置(例如，传送带上)。这些机器人解决方案通常是为种类范围很窄的拾取物品定制的。

例如，特定的拾取装置可能配置为仅抓取具有特定尺寸、形状、重量、材料、表面等的物品。因此，这限制了单个拾取装置在涉及不同类型物品的拾取操作中的价值。

制造商们尝试通过使最终用户能够修改他们的拾取装置来克服或以其他方式减轻这些限制。例如，制造商们可以通过配置致动器以容纳不同尺寸或形状的手指来提供一定程度的模块化。因此，这使最终用户能够定制标准拾取装置以匹配特定的物品集。

然而，这些重新配置过程通常是手动过程。因此，这些过程消耗时间和资源。此外，更换零件还需要暂时停止使用拾取装置，从而增加停机时间。

即使有这些定制能力，一些物品仍然可能由于尺寸小而难以抓取。例如，小物品具有较小的抽吸位置，限制了可以使用的抽吸盘的数量和尺寸(如果机器人拾取装置依靠基于抽吸的技术来抓取物品)。

另一方面，较大或较重的物品如果快速移动，则倾向于摆动并可能与抽吸装置分离。如果使用基于抽吸的抓取器，这些较大或较重的物品可能需要大抽吸盘和/或多个宽间隔的抽吸位置。这限制了特定的基于抽吸的拾取装置可以处理的物品范围。

因此，需要克服现有技术的缺点的机器人设备和方法。

发明内容

本发明内容是用于以简化的形式介绍一些构思的选择，这些构思将在下面的具体实施方式部分中进一步描述。本发明内容不旨在确定或排除所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

一方面，实施例涉及一种执行拾取操作的方法。所述方法包括相对于待拾取物品定位机器人拾取装置，其中所述机器人拾取装置包括抽吸装置和至少一个指部；操作抽吸装置以在物品上产生抽吸力以获得对物品的初始抓取；以及致动所述至少一个指部以稳定物品。

在一些实施例中，抽吸装置可操作地连接到线性延伸构件，且所述方法进一步包括延伸所述线性延伸构件以至少辅助获得对物品的初始抓取。在一些实施例中，所述方法进一步包括在抽吸装置已获得对物品的初始抓取之后缩回所述线性延伸构件。在一些实施例中，所述线性延伸构件由电机驱动且其中包括真空管线。在一些实施例中，所述线性延伸构件配置有凹槽部分、键合部分、方形部分和非圆形外部的至少其中之一，以防止所述线性延伸构件旋转。在一些实施例中，所述线性延伸构件配置有滑动密封件，以防止抽吸力泄漏。

在一些实施例中，致动所述至少一个指部以稳定物品包括闭合至少三个指部接触物品以稳定物品。在一些实施例中，所述至少三个指部围绕所述抽吸装置定位。在一些实施例中，当指部被致动时，所述至少三个指部中的每一个被定位成彼此不相交。

在一些实施例中，在抽吸装置已获得对物品的初始抓取之后，所述至少一个指部被致动以稳定物品。

在一些实施例中，操作抽吸装置包括引导气流通过与抽吸装置可操作连接的歧管组件中的铣槽。

在一些实施例中，所述方法进一步包括产生排气力以从抽吸装置释放物品。

根据另一方面，实施例涉及一种用于执行拾取操作的机器人拾取装置。所述拾取装置包括抽吸装置，其配置为在待拾取物品上产生抽吸力以获得对物品的初始抓取，以及至少一个指部，其配置为在抽吸装置获得对物品的初始抓取时稳定物品。

在一些实施例中，所述拾取装置进一步包括线性延伸构件，其配置为延伸所述抽吸装置以至少辅助获得对物品的初始抓取。在一些实施例中，所述线性延伸构件进一步配置为在抽吸装置已获得对物品的初始抓取后缩回。在一些实施例中，所述线性延伸构件由电机驱动且其中包括真空管线。在一些实施例中，所述线性延伸构件配置有凹槽部分、键合部分、方形部分和非圆形外部的至少其中之一，以防止所述线性延伸构件旋转。在一些实施例中，所述拾取装置进一步包括滑动密封件，其配置有线性延伸构件，以防止抽吸力泄漏。

在一些实施例中，所述至少一个指部包括三个指部，以接触物品来稳定物品。在一些实施例中，所述三个指部围绕所述抽吸装置定位。在一些实施例中，当指部被致动时，所述至少三个指部中的每一个被定位成彼此不相交。

在一些实施例中，在抽吸装置已获得对物品的初始抓取之后，所述至少一个指部稳定物品。

在一些实施例中，所述拾取装置进一步包括歧管组件，其中所产生的抽吸力被引导穿过所述歧管组件中的铣槽。

在一些实施例中，所述抽吸装置进一步配置为产生排气力以从抽吸装置释放物品。

附图说明

参考以下附图描述本公开内容的非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则相同的附图标记在各个视图中指代相同的部分。

图1示出了根据一个实施例的仓库环境；

图2示出了根据另一个实施例的仓库环境；

图3A和3B示出了根据一个实施例的混合末端执行器；

图4示出了根据一个实施例的混合末端执行器的示例性架构；

图5示出了根据一个实施例的图4的可伸缩组件406的示例性架构；

图6示出了根据一个实施例的可伸缩组件；

图7示出了根据一个实施例，图6的可伸缩组件配置为混合末端执行器的一部分；

图8示出了根据另一个实施例的可伸缩组件；

图9示出了根据一个实施例，图4的指部组件408的示例性架构；

图10A和10B示出了根据一个实施例的混合末端执行器的手掌；

图11A和11B示出了根据另一个实施例的混合末端执行器的手掌；

图12A和12B示出了根据另一个实施例的混合末端执行器的手掌；

图13A和13B示出了根据另一个实施例的混合末端执行器的手掌；

图14A和14B示出了根据一个实施例，图4的歧管组件410的示例性架构；以及

图15示出了根据一个实施例，执行拾取操作的方法的流程图。

具体实施方式

下面参考附图更全面地描述各个实施例，各附图形成本发明的一部分并且示出了具体的示例性实施例。然而，本公开的构思可以以许多不同的形式来实现，并且不应解释为限于这里阐述的实施例；相反，提供这些实施例作为彻底和完整公开的一部分，以向本领域技术人员充分传达本公开的构思、技术和实施方式的范围。实施例可以实践为方法、***或设备。因此，实施例可以采取硬件实施方式、完全软件实施方式或结合软件和硬件方面的实施方式的形式。因此，以下详细描述不应被视为限制性的。

说明书中引用“一个实施例”或“实施例”表示与描述该实施例有关的特定特征、结构或特性包括在根据本公开的至少一个示例性实施方式或技术中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定都指的是同一实施例。在说明书中各处出现的短语“在一些实施例中”不一定都指的是相同的实施例。

下文描述的一些部分是根据存储在计算机存储器内的非瞬态信号操作的符号表示来描述的。这些描述和图示由数据处理领域的技术人员用来最有效地将其工作的实质传达给本领域的其他技术人员。此类操作通常需要对物理量进行物理操作。通常，尽管不是必须的，但这些量可以采取能够进行存储、传输、组合、比较或以其他方式控制的电、磁或光信号的形式。有时为了方便，主要是由于习惯用法的原因，将这些信号称为比特、数值、元素、符号、字符、术语、数字等。此外，有时也是为了方便，将某些需要物理量的物理操作的步骤的布置称为模块或编码装置，而不失一般性。

但是所有这些和类似术语都与适当的物理量有关，仅仅是应用于这些量的方便标签。除非从下面的讨论中明确指出，否则可以理解，在整个说明书中，利用诸如“处理”或“计算”或“确定”或“显示”等术语的讨论是指计算机***或类似的电子计算设备的动作和过程，在计算机***存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备中操作和转换表示为物理(电子)量的数据。本公开的部分包括可以实现在软件、固件或硬件中的过程和指令，并且当实现在软件中时，可以被下载以驻留在由各种操作***使用的不同平台上并从其进行操作。

本公开还涉及用于执行本申请中的操作的设备。该设备可以被特别构造用于所需目的，或者可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，例如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、专用集成电路(ASIC)，或适合于存储电子指令的任何类型的介质，并且每个都可以耦合到计算机***总线。此外，说明书中提到的计算机可以包括单个处理器，或者可以是采用多个处理器设计以提高计算能力的架构。

本申请呈现的过程和显示并非固有地与任何特定计算机或其他设备相关。各种通用***也可以与根据本申请的教导的程序一起使用，或者可以证明构造更专用的设备以执行一个或多个方法步骤是方便的。在下面的描述中讨论了各种这些***的结构。另外，可以使用足以实现本公开的技术和实施方式的任何特定的编程语言。如本申请所讨论的，各种编程语言可以用于实现本公开。

此外，本说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导目的而选择的，并非选择用于描述或限制所公开的主题。因此，本公开意在说明而非限制此处所讨论的构思的范围。

本申请描述的机器人设备和方法提供能够拾取大范围物品的单个混合抓取器或末端执行器(为简单起见，“末端执行器”)。具体地，混合末端执行器使用至少一个抽吸装置来获得对物品的初始抓取，然后使用至少一个指部来稳定物品。这可以提高机器人拾取解决方案的利用率，并减少操作员将有限的一组物品引导至拾取站或手动重新配置机器人拾取站的需要。

两种抓取器类型的组合互为补充。基于抽吸的抓取器实现对物品的精确初始抓取，而基于手指的部分稳定抓取，使机器人拾取装置能够移动物品。根据本申请所述的各种实施例，抽吸装置配置有线性延伸构件，以相对于指部延伸抽吸装置。这使得混合末端执行器，且特别是抽吸装置能够进入小的或狭窄的空间，抓取物品(包括抽吸部位小或有限的物品以及来自密集包装的物品)，并将物品拉回到改善的位置以实现对物品的稳定抓取。因此，这些实施例允许一个或多个抽吸装置获得对物品的初始抓取，或者根据待拾的物品，作为抓取的主要方法。

此外，单个抽吸装置并不总是能够处理各种不同的物品。因此，增加一个或多个指部以稳定或抓取诸如重的或大的物品等物品是有益的。一旦抽吸装置缩回更靠近指部，指部就可以接合物品，在这种情况下指部不需要被致动。或者，指部可以致动以接触物品。

本申请描述的设备和方法可以在多种环境中并且用于多种应用来实施。图1示出了仓库环境100，其中一个或多个机器人拾取装置102可以被分配执行拾取和放置操作的任务。例如，机器人拾取装置102可以包括臂部(例如，由多个臂段或连杆形成)和末端执行器，并且可以承担从搁架单元104拾取物品然后将物品放置在容器106中的任务。容器106可以在传送带108上，传送带108配置为将容器106送至机器人拾取装置102以及从机器人拾取装置102移走。附加地或替代地，机器人设备102可以负责从容器106中拾取物品并将物品放置在搁架单元104、放置壁、存储位置、另一个箱或容器等中。

图2示出了在仓库环境200中的另一个示例性应用，其中机器人拾取装置202可以被分配从一个或多个容器204拾取物品并将物品放置在装载站206处的任务。这些物品然后可以放置在运输容器208中用于进一步运输、分类或处理。

为了执行这些拾取操作，机器人拾取装置可以配置有末端执行器，例如图3A和3B中所示和上文所述的混合末端执行器300。根据本申请描述的实施例的末端执行器300可以包括一个或多个抽吸装置302和一个或多个指部304。

图3A示出了处于缩回位置的抽吸装置302。抽吸装置302可以保持在该缩回位置直到需要获得对待拾取物品的初始抓取。

此时，可操作地连接到抽吸装置302的线性延伸构件306可以如图3B所示延伸。也就是说，线性延伸构件306可以延伸以使抽吸装置302更靠近待拾取物品(图3A和3B中未示出)。尽管线性延伸构件306在图3B中示出为具有两个管状部分，但这只是一个示例性实施例，如下文所讨论的，线性延伸构件306可以以多种方式配置。

抽吸装置302可以与真空***(图3A或3B中未示出)可操作地连通，以产生抽吸力。一旦足够接近待拾取物品，抽吸力可以使抽吸装置302获得对物品的初始抓取。即，抽吸力可以拉动物品使其与抽吸装置302接触并保持接触。线性延伸构件306然后可以缩回以使物品更靠近末端执行器300的其余部分，即指部304。

一个或多个指部304可以在抽吸装置302获得对物品的初始抓取时或之后稳定物品。例如，在线性延伸构件306缩回后(抽吸装置302保持其对物品的抓取)，一个或多个指部304可以致动以接触并因此稳定物品。除了仅仅稳定物品之外，一个或多个指部304可以确保对物品的充分抓取或支撑水平以确保物品不会从抽吸装置302脱离。

一旦抽吸装置302已获得对物品的初始抓取且一个或多个指部304已稳定物品，机器人设备就可以操纵物品并将物品放置在指定位置。为了将物品放置在一位置或以其他方式释放物品，一个或多个指部304可以致动以不接触物品(如果适用)，并且抽吸力可以停止以释放物品。替代地，线性延伸构件306可以延伸以将物品从与指部304的接触中移除并且抽吸可以停止，使物品掉落。

相对于指部304延伸抽吸装置302提供了若干优点。例如，它允许抽吸装置302延伸到太窄而不能容纳指部304的空间中。它还允许更多的接近角度并且允许根据待拾取物品的尺寸、形状和构造来调整抽吸装置302和指部304之间的间距。

图4示出了根据一个实施例的拾取装置的示例性架构400。架构400包括抓取器控制板402、站控制器404、可伸缩组件406、指部组件408和歧管组件410。

抓取器控制板402可以配置为任何合适的处理装置。抓取器控制板402可以实施为在微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或现在可用或以后发明的其他类似上执行的软件。

取决于实施例，拾取装置可以具有许多机载电子设备。这些可以包括处理通信和任何所需的机载数据处理任务的中央处理单元、致动指部或其他部件的驱动器、以及处理传感器收集的关于拾取装置的环境和待拾取物品的图像的任何电子设备。

站控制器404可以与抓取器控制板402可操作地通信并且可以控制与拾取装置的环境相关的部件。例如，站控制器404可以向诸如传送带等的其他外部***发出命令以将物品储存容器移至拾取装置以及从拾取装置移走。站控制器404还可以向拾取装置及其部件发出命令。例如，站控制器404可以控制是否向拾取装置供电。

图5示出了根据一个实施例的图4的可伸缩组件406的示例性架构。可伸缩组件406的任务可以是控制诸如图3A和3B的线性延伸构件306等的线性延伸构件的运动。

如图5所示，可伸缩组件406可以包括伺服电机502以驱动齿轮系504。伺服电机502可以是具有机加工框架的现成电机(例如Dynamixel XM 430 W210)。从动齿轮系504可以包括与线性延伸构件506(例如，图3A和3B的线性延伸构件306)可操作地通信的一系列齿轮。当伺服电机502和齿轮系504驱动线性延伸构件506时，它们还可以凭借其与线性延伸构件506的连接来驱动抽吸盘/过滤器(为简单起见，“抽吸装置”)508。

在依赖于伺服电机502的实施例中，可以使用将旋转运动转换为线性运动的任何方式。一种示例性的技术为使用齿条和小齿轮驱动器，其中齿条附接或机加工至线性延伸构件506中并由小齿轮驱动。

例如图6示出了根据一个实施例的可伸缩组件600。可伸缩组件600可以包括与抽吸装置604可操作连接的线性延伸构件602。在该实施例中，线性延伸构件602可以包括齿条606，其可操作地接合可驱动小齿轮608以延伸和缩回。线性延伸构件602还可以包括接合圆柱形衬套612的多个凹槽部分610以防止线性延伸构件602旋转。

图6还示出了根据一些实施例的用于产生获得对物品的初始抓取所需的抽吸力的部件。尽管下面更详细地讨论，这些部件可以包括与储气罐616可操作连接的文丘里(Venturi)真空发生器614。储气罐616可以通过三通/二位阀618连接至压缩空气入口620。文丘里真空发生器614还可以与延伸穿过线性延伸构件602的空气管线622连通。线性延伸构件602可以进一步包括内部密封件624或以其他方式与内部密封件624连接以防止文丘里真空发生器614产生的抽吸力的任何泄漏。

应注意，文丘里真空发生器614可能产生不合需要的噪音量。因此，图6所示的实施例可以包括消音器626和吸音材料628以减少产生的噪音量。

图7示出了根据另一个实施例的拾取装置的混合末端执行器700。图7的末端执行器700可以类似于图3A和3B的末端执行器300。然而，如图7所示，末端执行器700配置有可伸缩组件600，且更具体地，配置有图6的线性延伸构件602。

用于控制线性延伸构件506的其他示例性技术可以包括驱动固定至线性延伸构件506的螺母的旋转螺杆或驱动固定至线性延伸构件506的螺杆的旋转螺母。在这些实施例中，所使用的螺杆的类型可以是可用于这种目的的众多爱克米(acme)螺杆、滚轮(roller)螺杆、导向(lead)螺杆或滚珠(ball)螺杆中的任何一种。

例如，图8示出了根据另一实施例的可伸缩组件800，其中线性延伸构件802由其中的导向螺杆804驱动。具体地，电机806可以驱动齿轮系808以旋转导向螺杆804。如图8所示，导向螺杆804可以配置有轴承810和导向螺母(lead nut)812，当由齿轮系808驱动时，导向螺母812使线性延伸构件802延伸(或缩回)。

可伸缩组件800还包括与导向螺杆804平行的空气管道814，以防止线性延伸构件802旋转并且还引导空气流通过管道814以产生抽吸力。平行的空气管道814可以配置有一个或多个导向衬套816和外部密封件818以防止空气从管道814泄漏。虽然图8中未示出，抽吸装置可以附接到空气管道814，类似于图3A和3B的配置。

导向螺杆804由轴承810从从动端支撑。该轴承810应设计为支撑轴向和径向载荷。例如，轴承810可以为双列角接触球轴承。轴承810可以对导向螺杆804的运动提供进一步的约束。导向螺杆804的非从动端通常不受到支撑，但是，衬套(未在图8中标记)可以配置为沿线性延伸构件802的内表面滑动以提供额外的支撑。这防止了导向螺杆804弯曲，但不限制其功能性运动。

因此，并返回参照图5，线性延伸构件506的运动(不管实施例如何)可以以多种方式受到约束。例如，线性延伸构件506可以配置有或以其他方式包括键合部分、凹槽部分、方形部分或以其他方式配置有非圆形外部中的至少一个。只要可以实现各种实施例的特征，线性延伸构件506及其部件的确切配置可以变化。

抽吸装置508可以可操作地连接至线性延伸构件506并且进一步与气动***连接以在目标物品上产生抽吸力。抽吸装置508可以具有各种尺寸和配置，这可以取决于应用或待拾取物品。这些可包括但不限于单抽吸盘配置、抽吸盘阵列、泡沫抽吸盘、垫片垫、卡夹抓取器或任何其他类型的基于抽吸的抓取装置，无论是现在可用的还是以后发明的。

如果使用阵列，排气式空气保险丝(air fuses)可以切断未完全接合被抓取物的部分的气流，从而使阵列的其他部分达到最佳压力。在一些实施例中，波纹管可以配置有拾取装置以补偿在抽吸装置与待拾取物品上的抽吸部位之间产生的任何垂直和/或角度错位。

虽然图5示出了伺服电机502，但是可伸缩组件406可以以多种方式被驱动。例如，气动活塞可以在一个方向上延伸或缩回线性延伸构件506并且使用复位弹簧在另一个方向上提供运动或力。或者，在其他实施例中，双作用活塞可以使线性延伸构件506能够在两个方向上运动。另一个示例性实施例可以涉及使用带驱动器或链驱动器，其中线性延伸构件506连接至在轮齿或滑轮之间线性行进的带或链上的齿或链节。

图9示出了根据一个实施例的指部组件408的示例性架构。指部组件408可以包括一个或多个伺服电机902，配置为驱动一个或多个指传动系904。伺服电机902可以是例如具有机加工框架的现成电机(例如，Dynamixel XM 430 W210)。

传动系904可以包括一系列齿轮以将扭矩从伺服电机902传送至一个或多个指状组件906的指部的旋转轴。电机和齿轮设计有许多变型，可以产生更高或更低的扭矩、更小的尺寸、更快的指部致动或其他所需的特性。因此，指部偏转的量也可以通过监测扭矩来确定。只要可以实现此处描述的实施例的特征，这些部件的确切尺寸或配置可以变化。

一个或多个指状组件906可以在指芯908处从传动系904接收动力。指部可以由实心聚氨酯橡胶制成，模制以形成由铰链分开的多个连杆。这些铰链可以提供柔韧性和弹力以适应以及使指部返回到中性位置。指芯908可以包括穿过垫圈进入其中的轴的中心的线。

在其他实施例中，气动致动器可以用复位弹簧关闭或打开指部以提供沿相反方向的运动。类似地，双作用气动致动器可以用于在两个方向上驱动指部。

每个指部可以具有嵌入在连杆中的磁体910，对应于模制在磁传感器印刷电路板(PCB)912上的霍尔效应传感器。在该配置中，指部的偏转使磁体910相对于磁传感器PCB912移动。由此产生的信号可以帮助确定相关联的指部正在经受多大的偏转。此外，这些信号可以提供关于负载方向的数据。

指部可以配置为屈服的，使得它们在被致动时适应被抓取的物品。通过对指部塑形，可以进一步改进抓取，使得当指部被致动时，它们以一种方式朝向物品弯曲，以便包裹物品。

如图9所示，关于指部的操作的数据可以传送到图4的抓取器控制板402。该数据也可以传送到与混合末端执行器400相关联的其他部件或***。例如，关于指部的位置的数据可以经由直接链接到一个或多个指部的编码器(图9中未示出)来监测。或者，编码器可以类似地连接到电机902。

如果气动致动用于致动指部，则指部上的力可以通过监测压力来测量。如果使用电致动，则指部上的力可以通过监测电流来测量。指部上的力(可以指示物品是否被抓取)可以通过测量串联弹簧或称重传感器的偏转来更精确地确定。如果指部是屈服的，则力可以通过测量指部本身的偏转来监测。

关于物品和抓取质量的反馈可以通过触觉感测获得。放置在指部本身的传感器可以用于检测物品是否已被接触、对物品施加了多少压力以及指部上的哪个位置接触物品。例如，MEMS压力计可以嵌入指部的模制橡胶芯908中以检测和测量表面压力。上述测量或以其他方式监测指部的偏转的技术仅仅是示例性的，且其他技术是可以使用的，无论是现在可用的还是以后发明的。

尽管图3A和3B以及图7的末端执行器示出为包括三个指部，但是根据本申请描述的各种实施例的混合末端执行器可以包括多于或少于三个指部。例如，且如下文所讨论的，末端执行器可以仅包括两个指部(例如，定位在抽吸装置的相对侧)，一旦抽吸装置获得对物品的初始抓取，它们就“捏住”物品。

或者，在一些实施例中，末端执行器可以仅包括一个指部。在这种情况下，单个指部可以可操作地定位在抽吸装置下方，使得当物品被抽吸装置抓取时搁在单个指部上。这降低了重力会导致物品与抽吸装置分离的可能性。

在其他实施例中，混合末端执行器可以包括多于三个指部。事实上，指部的数量仅受尺寸、功率和成本限制。因此，只要可以实现本申请描述的装置和方法的各种实施例的特征，指部的数量、尺寸和配置都可以变化。

如果使用三个或更多个指部，它们可以对称地或不对称地在物品周围设置，以从多个侧面支撑物品。将指部设置为相对的组可能是有益的，以便能够抓取细长的物品。在一些实施例中，偏移一个或多个指部可能是有益的，以使它们彼此不相交。

图10A和10B示出了根据一个实施例的混合末端执行器的手掌1000的前视图。在该实施例中，手掌1000包括两个指部1002a-1002b，它们在抽吸装置1004相对侧彼此相对。具体地，图10A示出了处于“闭合”位置的指部1002a-1002b，在该位置它们被致动以闭合并接触物品(图10A和10B中未示出)。虽然图10A示出了彼此接触的指部1002a-1002b，它们在操作期间在闭合位置可能不会直接彼此接触，因为它们将可能接触在其之间的被抓取的物品。

图10B另一方面示出了处于“打开”位置的指部1002a-1002b。指部1002a-1002b在抓取物品之前以及用于释放物品时可以处于打开位置。

图11A和11B示出了根据另一个实施例的混合末端执行器的手掌1100的前视图。在该实施例中，手掌1100包括定位在抽吸装置1104周围的三个指部1102a-1102c。具体地，图11A示出了处于“闭合”位置的指部1102a-1002c，在所述“闭合”位置，它们被致动以闭合并接触物品(图11A和11B中未示出)。虽然图11A示出了彼此接触的指部1102a-1102c，它们在操作期间在闭合位置可能不会直接彼此接触，因为它们将可能接触在其之间的被抓取的物品。

图11B另一方面示出了处于“打开”位置的指部1102a-1102c。指部1102a-1102c在抓取物品之前以及用于释放物品时可以处于打开位置。

图12A和12B示出了根据另一个实施例的混合末端执行器的手掌1200的前视图。在该实施例中，手掌1200包括定位在抽吸装置1204周围的三个指部1202a-1202c。具体地，图12A示出了处于“闭合”位置的指部1202a-1202c，在所述“闭合”位置，它们被致动以闭合并接触物品(图12A和12B中未示出)。

但是，与图11A和11B不同，指部1202a-1202c不以彼此之间相等的距离定位。而是，指部1202a和1202b彼此平行并且相对于指部1202c位于抽吸装置1204的相对侧的两侧。因此，指部1202a-1202c在致动期间将不会相互交叉或以其他方式相互接触。

图12B示出了处于“打开”位置的指部1202a-1202c。指部1202a-1202c在抓取物品之前以及用于释放物品时可以处于打开位置。

图13A和13B示出了根据另一个实施例的混合末端执行器的手掌1300的前视图。在该实施例中，手掌1300包括定位在抽吸装置1304周围的三个指部1302a-1302c。具体地，图13A示出了处于“闭合”位置的指部1302a-1302c，在所述“闭合”位置，它们被致动以闭合并接触物品(图13A和13B中未示出)。

但是，与图11A和11B不同，指部1302a-1302c不以彼此之间相等的距离定位。而是，指部1302a和1302b定位在抽吸装置1304的与指部1302c相对侧的两侧。因此，指部1302a-1302c在致动期间将不会相互交叉或以其他方式相互接触。但是，与图12A和12B的配置不同，指部1302a和1302b彼此不平行。

图13B示出了处于“打开”位置的指部1302a-1302c。指部1302a-1302c在抓取物品之前以及用于释放物品时可以处于打开位置。

在一些实施例中，指部可以是静止的，因为它们未被致动以稳定物品。例如，如上文所讨论的，被抓取的物品可能靠在单个静止的指部上。在这些实施例中，与指部组件408相关联的上述部件诸如伺服电机902和齿轮系904等将不是必需的。

指部可以以多种方式被致动以接触被抓取的物品。例如，指部可以线性移动、围绕基部旋转、或通过肌腱(tendon)或连杆系卷曲。所使用的致动技术的类型可以变化，只要可以实现本申请描述的各种实施例的特征即可。

返回参照图4，歧管组件410的任务可以是提供抽吸力以获得对目标物品的初始抓取。为了使本申请所述的抽吸装置执行它们所需的功能，空气必须被引导到线性延伸构件的端部。实现所需的空气引导的示例性配置可以包括滑动密封件、柔性管道、波纹管等。滑动密封件可以是内部的(例如，正如图6的密封件624)并且包括在管道内滑动的O形圈或滑动片，或者可以是外部的(正如图8的密封件818)，O形圈或滑动片在轴外侧滑动。在这两种配置中，密封件可能需要容忍可能被抽吸装置无意中聚集的任何碎屑或污染物。

类似地，波纹管或柔性管道(如果使用的话)必须能够去除或以其他方式避免聚集碎屑。这些部件还必须进行支撑以防止折曲或其他类型的错位。

在使用滑动密封件或波纹管的实施例中，一旦抽吸装置接合，所使用的致动技术或配置必须被评定为支撑由气压差产生的任何线性力。在获得对物品的初始抓取之后线性延伸构件缩回并且在整个线性延伸构件施加真空压力的情况下，所得到的压力差可能有助于该运动。

滑动密封件可以以多种方式制成。它们必须在一定程度上是柔韧的，以最大限度地减小密封件与其所滑动的表面之间的间隙，从而最大限度地减少泄漏。在一些实施例中，该密封件可以由诸如O形圈等的柔性橡胶形成，其压在滑动表面和凹槽之间以保持接触。在一些实施例中，密封件可以由柔性材料制成，其中形成有凸缘。在这种情况下，环向应力或弯曲应力将保持这种接触。

在一些实施例中，密封件可由柔性条带或活塞环组成，其围绕滑动表面包绕大部分，但在其端部之间也具有间隙，从而允许其弯曲。在这种情况下，弯曲应力可以用于保持密封件和滑动表面之间的初始接触。一旦施加压力，压力差可用于增加将密封件固定到位的力。这种开口环密封件可以由比受压或基于凸缘的密封件更硬的材料制成。但是，通过环上的裂口，它们总是会有一些轻微的泄漏。不管密封件的构造如何，具有锋利的前缘可能是有益的，以帮助捕获和刮掉粘附在滑动表面上的任何碎屑。

抽吸力可以以多种方式产生，包括但不限于泵、鼓风机、文丘里真空发生器等。这些装置可以与拾取装置分开设置，空气通过软管引导，或者设置在拾取装置内，空气通过线性延伸构件内的通道引导至抽吸装置，或者在线性延伸构件的端部直接与抽吸装置连接，如前所述。例如，文丘里真空发生器可被机械加工到末端执行器中或以其他方式与末端执行器集成。

在选择真空发生器的位置时可能需要考虑多种权衡。它放置得离抽吸装置越远，真空发生器和抽吸装置之间的空气体积就变得越大。这会减慢抽吸装置接合或脱离接合的速度，并且可能需要使用更强大的真空发生器。然而，真空发生器往往比较大，尤其是在使用***的情况下。因此，如果抽吸装置需要装配到狭小的空间中，则可能需要将真空发生器从抽吸装置移开。

无论使用哪种方法产生抽吸力，都应注意避免碎屑损坏或堵塞抽吸力产生装置。为此，可以在抽吸装置和用于产生抽吸力的装置之间放置过滤器。

无论使用哪种方法产生抽吸力，废气都必须排放到大气中。如果真空发生器声音很大，则可能需要消除或以其他方式抑制产生的噪音，如上文所讨论。这可以通过迫使空气在离开真空发生器后通过诸如毛毡、泡沫或烧结塑料等吸音材料(如图6的628)来实现。如果空气直接通过材料，随着时间的推移，材料可能会被碎屑堵塞。为了避免这种情况，一通道可以穿过吸音材料，如图6的消音器626。

图14A和14B更详细地示出了图4的歧管组件410的示例性架构。具体地，图14A示出了根据一个实施例的在抽吸阶段期间的歧管组件410。压缩空气(例如，以100PSI)可以在末端执行器组件的底部进入歧管组件410，其中管线压力可以由管线压力传感器1402测量。管线压力传感器1402可以与抓取器控制板402可操作地通信以从其接收电力并与其通信数据。

在抽吸阶段，压缩空气可以通过三通/二位阀1404到达高压的储气罐1406。空气可以从储气罐1406被引导至单级文丘里真空发生器筒1408，其进而通过可伸缩抽吸组件406的抽吸装置508吸入空气(参见图5)。文丘里真空发生器筒1408可以在机器人拾取装置上或在与机器人拾取装置分开的位置处。类似地，任何其他所需的鼓风机和/或泵可以可操作地连接至机器人装置，即使是与机器人拾取装置分离的。

如图14A所示，真空压力传感器1410可以测量真空管线中的压力(例如，以确定抽吸装置508是否已获得对物品的初始抓取)。加压空气可以通过排气***1412离开末端执行器组件。

当真空发生器筒1408被禁用时，它与抽吸装置之间的空气体积将仍然很低。取决于该体积有多大以及抽吸装置或真空发生器泄漏多少(如果有的话)，抽吸装置可能花费不希望的很长时间才能完全脱离拾取的物品。

因此，将空气添加到真空发生器和抽吸装置之间的体积可能是有益的。这可以通过打开通向大气或压缩空气源的阀来完成。如果使用压缩空气，这可以进一步帮助保持抽吸装置没有碎屑。

如果使用文丘里真空发生器(如图14A所示)，在控制发生器的阀门和相连的喷嘴之间将会有一定体积的压缩空气。如果使用三通阀，通过将排气口连接到真空发生器和抽吸装置之间的体积，可以使用所述体积的空气提供排气力，而无需另外的阀门。但是，应注意防止抽吸装置吸收的碎屑污染阀门。这可以通过过滤器或迷宫来完成，因为空气将只会从阀门的该端口离开。

图14B示出了根据一个实施例的在排气阶段期间的歧管组件410。如图14B中所示，阀1404已切换位置以(1)切断来自空气输入的压缩空气，以及(2)将空气从储气罐1406引导至图5的线性延伸构件506(图14B中未示出)。即，储气罐1406直接通向线性延伸构件506的真空管线。这会迅速释放真空并将一股加压空气吹出抽吸装置508。这不仅释放了物品，还保持真空管线清洁。

在排气期间，来自储存罐1406的一些空气也离开排气***1412。歧管组件410的内部收缩可以控制有多少空气流过每个路径。例如，歧管组件410可以被机加工以优化排气力以保持***清洁但也不会通过将物品排出太快而损坏物品。类似地，可以选择排气力的强度以增加物品放置的总速率或范围。

关于抽吸部件及其操作的数据可以通过多种方式收集。安装在抽吸装置上的触觉传感器或偏转传感器可以提供关于被抓取物品或抓取质量的信息。真空发生器和抽吸装置之间的管线中的空气压力的测量可用于确定抽吸装置是否与物品接合。真空度也可用于评估抓取的质量。如果抽吸装置与已知物品接合，真空度可用于检查抽吸装置是否损坏。如果真空发生器打开并且抽吸装置没有与任何东西接合，则测量的真空度可用于检查抽吸装置或使用的任何过滤器中是否存在堵塞。

歧管组件410可以由铝形成并且可以保持所需的线性延伸构件、气动装置和电子装置。例如，空气引导可以通过平面铣槽完成。

关于整个混合末端执行器的连接，尾纤电缆可以通过一端的应变消除套固定到混合末端执行器，所述应变消除套既具有用于高压空气的连接器，又具有处理与抓取器控制板402进行数据和电源连接以接收命令的电连接器。这些连接可以***安装到机器人拾取装置的臂上的线缆束。保持混合末端执行器的臂可以包括维修回路以允许机器人拾取装置的任何腕关节或臂关节的完全旋转而不会在拾取期间缠结或压迫线缆。

可以在混合末端执行器外壳的侧面印刷徽标或一些其他标记以进行校准。徽标可以具有可重复的已知尺寸和形状，并且允许自动校准成像传感器之间的相对位置、参考臂框架以及混合末端执行器上相关特征的位置。这种校准可以通过将徽标移动通过传感器视场中的多个点并将徽标的观察位置与基于参考臂框架的预期位置进行配准来实现。校准程序还允许补偿传感器输出中的非线性(使用例如深度和RBG图像)。

连同通过给定实施例中的元件直接获得的反馈一起，附加的传感器装置可以用于帮助定位待拾取物品、获得关于已抓取物品的信息等。取决于特定实施例使用这些元件中的哪个，拾取装置可以具有如上所述的重要机载电子设备。拾取装置还可以包括或以其他方式依赖于诸如但不限于安装在拾取装置上的黑白相机、可见光相机、彩色相机、红外相机、立体深度相机、点投影仪深度相机、超声波测距仪、飞行时间测距仪、飞行时间深度相机和触觉传感器等的传感器。

任何合适的图像处理技术可以用于分析接收的图像。此外，该图像分析可以用于规划拾取装置要遵循的适当路径以执行其拾取任务。

当去拿其中的物品时，拾取装置可能经常不经意地对其工作空间施加压力。可能由于多种原因而发生这种情况，例如由于错误地估计物品的位置而导致越过物品、故意越过物品以帮助抽吸装置在物品上获得足够的密封性、在包装的物品之间向下按压指部、或无意中撞到物品或结构。因此，在拾取装置中具有一些顺应性可能是有益的，以防止损坏物品或拾取装置本身。因此，在一些实施例中，可以在拾取装置与拾取装置安装的臂或其他设备之间增加悬挂机构。由于拾取装置几乎总是以相同方向进入其工作区，因此该悬挂可以是线性悬挂机构。

可以将弹簧添加到悬挂机构，以将拾取装置保持在延伸位置，以防止任何意外移动。为了防止在拾取装置碰撞以及使用悬挂机构的全部力的情况下产生冲击载荷，还可以安装非线性弹簧或阻尼器。除了提供阻尼效果或代替提供阻尼效果，这些类型的悬挂机构还可以帮助将拾取装置居中或以其他方式对准在特定位置或取向上。

测量悬挂的位置可以提供关于机器人拾取装置状态的反馈。该信息可以包括但不限于指部压入一个物品或一组物品的力度、拾取装置是否已经碰撞以及用多大的力等。如果拾取装置包括双作用弹簧，使得未加载的抓取器“浮”在悬架中间，测量位移也可以提供有关抓取器夹持的任何物品的重量的反馈。

图15示出了根据一个实施例，执行拾取操作的方法1500的流程图。图4的混合末端执行器或其组件可以执行方法1500的步骤。

步骤1502涉及相对于待拾取物品定位机器人拾取装置，其中机器人拾取装置包括抽吸装置和至少一个指部。机器人拾取装置的任务可以是在诸如图1或2所示的环境中执行拾取和放置操作。因此，步骤1502涉及将拾取装置定位在一位置处，使得它能够接近或以其他方式拾取目标物品。例如，该步骤可以涉及致动线性延伸构件，例如图5的线性延伸构件506，以将抽吸装置定位在靠近物品的位置。

步骤1504涉及操作抽吸装置以在物品上产生抽吸力以获得对物品的初始抓取。机器人拾取装置可以定位得足够靠近目标物品，使得所产生的抽吸力能够使抽吸装置获得对物品的初始抓取。

步骤1506涉及在抽吸装置已获得对物品的初始抓取之后缩回线性延伸构件。一旦抽吸装置已经获得对物品的初始抓取(例如，如通过由诸如图14A的真空压力传感器1410等的压力传感器所测量的压力的变化所确定的)，则线性延伸构件可以缩回以使抽吸装置更靠近末端执行器，即指部。

步骤1508涉及致动至少一个指部以稳定物品。抽吸装置获得对物品的初始抓取。一旦抽吸装置获得对物品的初始抓取，机器人拾取装置可能需要将物品移动到另一位置。然而，该运动可能导致物品与抽吸装置分离(例如，如果产生的抽吸力不够强)。

因此，机器人拾取装置以致动至少一个指部以稳定物品以提供进一步支撑。例如，机器人拾取装置可以包括至少一个指部，该指部被致动以接触物品(例如，围绕物品“闭合”)。

在一些实施例中，机器人拾取装置可以仅包括一个指部。在这种情况下，单个指部可以定位在抽吸装置下方，使得物品一旦最初被抽吸装置抓取就搁在指部上。在这些实施例中，指部可以被致动以接触物品或者可以是静止的，使得物品被拉到指部上并搁置在指部上。

步骤1510涉及产生排气力以从抽吸装置释放物品。一旦机器人拾取装置已将物品可操作地定位在其“放置”位置附近，机器人拾取装置就可以致动阀以引导空气以产生“吹气”力以将物品从抽吸装置释放。然后物品可以落入其目的地，例如箱或其他位置，用于进一步处理或装运。

以上讨论的方法、***和设备是示例性的。各种配置可以适当地省略、替换或添加各种步骤或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行所述方法，并且可以添加、省略或组合各个步骤。以及，针对某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合。可以以类似的方式组合所述配置的不同方面和元件。而且，技术在发展，因此，许多元件是示例性的，且不限制本公开或权利要求的范围。

例如，以上参考根据本公开的实施例的方法、***和计算机程序产品的框图和/或操作示意图描述了本公开的实施例。方框中的功能/动作可以不按任何流程图所示的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能/动作。附加地或替代地，不是任何流程图中所示的所有框都需要进行和/或执行。例如，如果给定的流程图具有包含功能/动作的五个框，则可能的情况是五个框中只有三个框被进行和/或执行。在该示例中，可以进行和/或执行五个框中的三个框中的任何一个。

一个值超过(或大于)第一阈值的陈述等同于该值等于或超过略大于第一阈值的第二阈值(例如，在相关***的分辨率中第二阈值是大于第一阈值的一个值)的陈述。一个值不超过(或小于)第一阈值的陈述等同于该值小于或等于略小于第一阈值的第二阈值(例如，在相关***的分辨率中第二阈值是小于第一阈值的一个值)的陈述。

在说明书中给出了具体细节以提供对示例性配置(包括实现)的全面的理解。然而，在没有这些具体细节的情况下也可以实践配置。例如，已经示出了公知的电路、过程、算法、结构和技术，而没有不必要的细节，以避免使配置模糊。该说明书仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围、适用性或配置。相反，先前描述的配置将向本领域技术人员提供用于实施所描述的技术的实现描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

已经描述了若干种示例性配置，可以使用各种修改、替代构造和等同构造而不脱离本公开的精神。例如，以上元件可以是较大***的组件，其中其他规则可以优先于或以其他方式修改本公开的各种实现方式或技术的应用。同样，在考虑以上元件之前、期间或之后可以采取许多步骤。

已经提供了本申请的说明和图示，本领域技术人员可以设想落入本申请讨论的总体发明构思内的变型、修改和替换实施例，其不脱离所附权利要求的范围。

Claims (24)

1.一种执行拾取操作的方法，所述方法包括：相对于待拾取物品定位机器人拾取装置，其中，所述机器人拾取装置包括抽吸装置和至少一个指部；

操作所述抽吸装置以在物品上产生抽吸力以获得对物品的初始抓取；以及

致动所述至少一个指部以稳定物品。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述抽吸装置可操作地连接到线性延伸构件，且所述方法进一步包括延伸所述线性延伸构件以至少辅助获得对物品的初始抓取。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括在抽吸装置已获得对物品的初始抓取之后缩回所述线性延伸构件。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述线性延伸构件由电机驱动且在其中包括真空管线。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述线性延伸构件配置有凹槽部分、键合部分、方形部分和非圆形外部的至少其中之一，以防止所述线性延伸构件旋转。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述线性延伸构件配置有滑动密封件，以防止抽吸力泄漏。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，致动所述至少一个指部以稳定物品包括闭合至少三个指部来接触物品以稳定物品。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少三个指部围绕所述抽吸装置定位。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，当指部被致动时，所述至少三个指部中的每一个被定位成彼此不相交。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，在抽吸装置已获得对物品的初始抓取之后，所述至少一个指部被致动以稳定物品。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，操作所述抽吸装置包括引导气流通过与抽吸装置可操作连接的歧管组件中的铣槽。

12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括产生排气力以从抽吸装置释放物品。

13.一种用于执行拾取操作的机器人拾取装置，所述机器人拾取装置包括：

抽吸装置，其配置为在待拾取物品上产生抽吸力以获得对物品的初始抓取；以及

至少一个指部，其配置为在抽吸装置获得对物品的初始抓取时稳定物品。

14.根据权利要求13所述的拾取装置，进一步包括线性延伸构件，其配置为延伸所述抽吸装置以至少辅助获得对物品的初始抓取。

15.根据权利要求14所述的拾取装置，其中，所述线性延伸构件进一步配置为在抽吸装置已获得对物品的初始抓取后缩回。

16.根据权利要求14所述的拾取装置，其中，所述线性延伸构件由电机驱动且在其中包括真空管线。

17.根据权利要求16所述的拾取装置，其中，所述线性延伸构件配置有凹槽部分、键合部分、方形部分和非圆形外部的至少其中之一，以防止所述线性延伸构件旋转。

18.根据权利要求16所述的拾取装置，进一步包括滑动密封件，其配置有线性延伸构件，以防止抽吸力泄漏。

19.根据权利要求13所述的拾取装置，其中，所述至少一个指部包括三个指部，以接触物品来稳定物品。

20.根据权利要求19所述的拾取装置，其中，所述指部围绕所述抽吸装置定位。

21.根据权利要求20所述的拾取装置，其中，当指部被致动时，所述至少三个指部中的每一个被定位成彼此不相交。

22.根据权利要求13所述的拾取装置，其中，在抽吸装置已获得对物品的初始抓取之后，所述至少一个指部稳定物品。

23.根据权利要求13所述的拾取装置，进一步包括歧管组件，其中所产生的抽吸力被引导通过所述歧管组件中的铣槽。

24.根据权利要求13所述的拾取装置，其中，所述抽吸装置进一步配置为产生排气力以从抽吸装置释放物品。

Images