JP7191354B2 - ロボットツール及びその動作方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2020年11月5日に出願された米国仮特許出願第63/109,870号の利益を主張するものであり、その全体を参照により本明細書に援用する。
本技術は、一般にロボットシステムを対象とし、より詳細には、物体の把捉及び保持を実施するように構成されるロボットツールを対象とする。
図1は、本技術の1つ又は複数の実施形態による、ロボットシステム100が物体を搬送する例示的な環境の図である。ロボットシステム100は、1つ又は複数のタスクを実行するように構成される1つ又は複数のユニット(例えば、ロボット)を含み、及び/又はそのユニットと通信することができる。ツール選択及びツール使用の態様を、様々なユニットによって実施又は実行することができる。
図2は、本技術の1つ又は複数の実施形態によるロボットシステム100を示すブロック図である。いくつかの実施形態では、例えば、ロボットシステム100(例えば、上述のユニット及び/又はロボットの1つ又は複数)は、1つ又は複数のプロセッサ202、1つ又は複数の記憶デバイス204、1つ又は複数の通信デバイス206、1つ又は複数の入力出力デバイス208、1つ又は複数の作動デバイス212、1つ又は複数の搬送モータ214、1つ又は複数のセンサ216、又はそれらの組み合わせなどの電子/電気デバイスを含むことができる。様々なデバイスは、有線接続及び/又は無線接続を介して互いに結合することができる。例えば、ロボットシステム100は、システムバス、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト(PCI)バス又はPCI-Expressバス、ハイパートランスポート又は業界標準アーキテクチャ(ISA)バス、小型コンピュータシステムインターフェース(SCSI)バス、ユニバーサルシリアルバス(USB)、IIC(I2C)バス、又は電気電子技術者協会(IEEE)標準1394バス(「ファイアワイヤ」とも呼ばれる)などのバスを含むことができる。また、例えば、ロボットシステム100は、デバイス間の有線接続を提供するために、ブリッジ、アダプタ、プロセッサ、又は他の信号関連デバイスを含むことができる。無線接続は、例えば、セルラ通信プロトコル(例えば、3G、4G、LTE、5Gなど)、無線ローカルエリアネットワーク(LAN)プロトコル(例えば、無線フィデリティ(WIFI))、ピアツーピア又はデバイス間通信プロトコル(例えば、Bluetooth、近距離無線通信(NFC)など)、モノのインターネット(IoT)プロトコル(例えば、NB-IoT、LTE-Mなど)、及び/又は他の無線通信プロトコルに基づくことができる。
図4Aは、本技術の1つ又は複数の実施形態による、例示的な移送ユニット(例えば、ロボットアーム306)の図である。ロボットアーム306は、図1の移送ユニット104(例えば、ピースピッカー又はビンピッカーロボット)又はその一部分であり得る。ロボットアーム306は、エンドエフェクタ(例えば、グリッパ)を動作空間にわたって動かすように構成されたアーム部分402を含み得る。アーム部分402は、構造部材(例えば、梁、柱など)のセット、構造部材間のジョイントのセット、及び/又は構造部材のセットをジョイントの周りで移動させるように構成された対応するアクチュエータ/モータのセットを含み得る。
図5Aは、本技術の1つ又は複数の実施形態による、標準把捉シナリオ500の図である。標準把捉シナリオ500は、フラットな姿勢をとる物体502を把持するためのものであり得る。フラットな姿勢をとる物体502は、開始ビン322の底面に平行な向き(例えば、物体の底面)を有する対象の物体に対応し得る。したがって、標準把捉シナリオ500は、標準固定型把持ツール440と調和し得る。例えば、図1のロボットシステム100は、図3のロボットアーム306を動作させて、標準固定型把持ツール440をフラットな姿勢をとる物体502の真上に配置し、エンドエフェクタを下げてその物体を把持することができる。
図7は、本技術の1つ又は複数の実施形態による、例示的なタイミング図700である。タイミング図700は、図1のロボットシステム100(例えば、図3のシステムマネージャ302、図3のプランナ304、及び/又は、図3のロボットアーム306)の動作及び/又はプロセスの間のシーケンス又は時間的関係を表し得る。例えば、タイミング図700は、プラニングスケジュール702と実施スケジュール704との間の時間的関係を示し得る。プラニングスケジュール702は、図3の対象選択313によって指定されて割り当てられたツールで対象の物体を移送するなどのために、各プロセスが図3の移送プラン314のインスタンスを導出するプロセスのシーケンスを表し得る。実施スケジュール704は、ロボットアーム306における/によるプランの実施/実行のシーケンスを表し得る。
図8は、本開示の1つ又は複数の実施形態による、ロボットシステム(例えば、図1のロボットシステム100)を動作させるための方法800の流れ図である。方法800は、図3のシステムマネージャ302、図3のプランナ304、及び/又は図3のロボットアーム306など、上述のデバイスの1つ又は複数を用いて実施することができる。方法800は、図2のプロセッサ202、図2の記憶デバイス204など、上述の構成要素のうちの1つ又は複数を用いて実施することができる。方法800は、ツールのセット(例えば、図4Bのツールセット430)を用いてタスク(例えば、物体の移送)のプラニング及び実施を行うためのものであり得る。以下で詳細に説明するように、方法800は、タスクを並行して計画し実施すること、及び/又は図7のツール変更734を最小化するための適切なツールに従って物体をグループで処理することに対応することができる。
開示された技術の実施例の上記の詳細な説明は、網羅的であること、又は開示された技術を上記で開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。開示された技術の特定の実施例が例示の目的で上記で説明されているが、当業者が認識するように、開示された技術の範囲内で様々な同等の修正が可能である。例えば、プロセス又はブロックが所与の順序で提示されているが、代替的な実施態様は、ステップを有するルーチンを実行してもよく、又はブロックを有するシステムを異なる順序で使用してもよく、いくつかのプロセス又はブロックは、代替又は部分的な組み合わせを提供するために、削除、移動、追加、細分、結合、及び/又は変更されてもよい。これらのプロセス又はブロックのそれぞれは、様々な方法で実施されてもよい。また、プロセス又はブロックは、時には直列に実行されるように示されているが、これらのプロセス又はブロックは、代わりに並列に実行又は実施されてもよく、又は異なる時間に実行されてもよい。さらに、本明細書に記載されている任意の特定の数は単なる実施例であり、代替的な実施態様では、異なる値又は範囲を使用してもよい。
Claims (20)
- ロボットシステムを動作させるための方法であって、
物体を操作するようにそれぞれ固有に構成された2つ以上のツールを含むツールセットを識別することであって、各ツールがロボットアームに選択的に取り付けるように構成されていることと、
開始位置にある対象とされた物体のセットを表す画像データを取得することであって、前記画像データが、前記対象とされた物体のセット内の2つ以上の物体の表現を描写することと、
前記2つ以上の物体を、物理的特性のセット及び/又はその現在の姿勢に従ってグループ化することであって、前記物理的特性のセット及び/又は前記現在の姿勢が、前記ツールセット内の前記2つ以上のツールの前記固有の構成に対応することと、
前記画像データに基づいて、少なくとも第1のプラン及び第2のプランを含むプランのセットを導出することであって、前記プランのセットが、(1)ロボットアームを動作させて、前記対象とされた物体のセットの少なくとも一部を、前記開始位置から目標位置に移送するためのものであり、かつ、(2)ツール変更の様々な用法を組み込むことと、
前記導出されたプランについて1つ以上のツール変更指標を決定することであって、各ツール変更指標が、前記ロボットアームから以前のツールを取り外し、そこに後続のツールを取り付けることに関連した代償を表すことと、
前記プランのセット内の各プランの代償指標を計算することであって、前記計算された代償指標が、前記対象とされた物体のセットの少なくとも前記一部を、ピッキングすること、移送すること、及び配置することに関連した(1)前記ツール変更指標及び/又は(2)移送時間を考慮したものであることと、
前記代償指標に基づいて、前記プランのセットからプランを選択することであって、前記選択されたプランが、前記対象とされた物体のセットの少なくとも前記一部の移送に関連した最低代償指標に対応することと
を含む、方法。 - 前記第1のプランが、初期ツールから後続ツールへのツール変更を実施し、次いで前記後続ツールで物体を移送することを表しており、前記第1のプランが、前記ツール変更と前記物体の第1の移送時間とを考慮した第1の代償指標に対応し、
前記第2のプランが、前記初期ツールで前記物体を移送することを表しており、前記第2のプランが、前記第1の移送時間よりも長い、前記物体の第2の移送時間に相当する第2の代償指標に対応し、
前記プランを選択することが、少なくとも前記第2の代償指標を、前記第1の代償指標及び前記ツール変更の組み合わせと比較することを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記2つ以上の物体をグループ化することが、前記画像データに基づいて、(1)フラットな姿勢をとる物体のセット、及び/又は(2)角度を付けられた物体のセットを判定することを含み、
前記フラットな姿勢をとる物体のセットが、それぞれが前記開始位置の底面に平行な頂部を有する物体の第1のサブセットに相当し、
前記角度を付けられた物体のセットが、それぞれが前記開始位置の底面に対してある角度を形成する頂部表面姿勢を有する物体の第2のサブセットに相当し、
前記ツールセットが、前記ロボットアームと把持インターフェースとの間の角度を変えるように構成された調節可能なツール、及び/又は2つ以上の固定ツールに相当し、
前記プランを選択することが、
(1)ツールの変更を最小限に抑えること、及び/又は、
(2)(a)様々な姿勢に対応するためにツールを変更すること、及び、(b)様々な姿勢の間でツールを維持するために必要な追加の操作及び/又は速度調節、に関連する代償の違いを評価すること、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記プランのセットが、
前記対象とされた物体のセットを移送する前に、前記ロボットアームに接続された第1のツールを特定することであって、前記第1のツールが、(1)前記フラットな姿勢をとる物体のセットを把捉するように構成された標準固定型把持ツール、及び(2)前記角度を付けられた物体のセットを把捉するように構成された固定角度型把持ツールのうちの一方に相当することと、
前記第1のツールに対応する第1の物体セットを判定することであって、前記第1の物体セットが、(1)前記フラットな姿勢をとる物体のセット、及び(2)前記角度を付けられた物体のセットのうちの対応する一方に相当することと、
前記第1のツールを使用して前記第1の物体セットを移送するように、前記ロボットアームを動作させるための第1のプランのセットを導出することと、
前記第1のプランのセットを導出した後に、ツール変更をスケジュール設定することであって、前記ツール変更が、前記第1の物体セットを移送した後に、前記第1のツールの代わりに、第2のツールを前記ロボットアームに接続するためのものであり、前記第2のツールが、(1)前記フラットな姿勢をとる物体のセットを把捉するように構成された標準固定型把持ツール、及び(2)前記角度を付けられた物体のセットを把捉するように構成された固定角度型把持ツールの残りに相当することと
に基づいて導出される、請求項3に記載の方法。 - 前記第1のプランのセットが、繰り返し、
前記第1の物体セット内の物体を選択することと、
前記第1のツールを使用して、前記選択された物体を移送するためのテストプランを導出することと、
前記テストプランが、実施に適しているかどうかを判定することと
に基づいて導出され、
前記選択、前記導出、及び前記判定が、前記第1の物体セットを通して繰り返される、請求項4に記載の方法。 - 前記第1のプランのセットを繰り返し導出することが、
第1の物体を移送するための第1のプランを導出することであって、前記第1のプランが、実施に適していると検証されることと、
第2の物体を移送するための第2のプランを導出することであって、前記第2のプランが、前記第1のプランの後に導出され、実施に適していると検証されることとを含み、
前記第2のプランを導出することと並行して前記第1のプランを実施することであって、前記第1のプランが、前記ロボットアームを動作させて、前記第1の物体を前記開始位置から前記目標位置まで移送するためのものであること、をさらに含む、請求項5に記載の方法。 - 前記プランのセットを導出することが、
画像データ及び/又は前記対象とされた物体のセットに描写されている各物体に対して、前記ツールセット内の各ツールのテストプランを導出することと、
1つ以上の所定のルール及び/又は閾値に従って、各プランの実施の実現可能性を判定することに基づいて、有効なプランのセットを判定することとを含み、
前記方法が、前記対象とされた物体のセットを移送するための代償合計を最小化することに基づいて、実施シーケンスを導出することであって、前記実施シーケンスが、前記対象とされた物体のセット内の各物体についての移送プランを実施するためのものであること、をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記ロボットシステムが、(1)前記対象とされた物体のセットの移送を調整するように構成されたシステムマネージャと、(2)対応する物体を移送するために、前記ロボットアームを動作させるための1つ以上のプランを導出するように構成されたプランナとを含み、
前記有効なプランのセットは、前記プランナで導出され、
前記実施シーケンスは、前記システムマネージャで導出される、請求項7に記載の方法。 - 前記計算された代償指標が、ツール解放姿勢及び/又は調節された移送速度に至る追加のロボット動作の結果である、請求項1に記載の方法。
- 前記ロボットシステムが、(1)前記対象とされた物体のセットの移送を調整するように構成されたシステムマネージャと、(2)前記ロボットアームを動作させるための1つ以上のプランを導出するように構成されたプランナとを含み、
前記プランのセットを導出することが、
前記システムマネージャから前記プランナに、前記対象とされた物体のセット内の第1の物体を指定する第1の対象選択を送ることと、
前記システムマネージャで、前記第1の対象選択に対応する第1の移送プランを受け取ることと、
前記ロボットアームを動作させて前記第1の物体を移送するために、前記システムマネージャを使用して、前記第1の移送プランの実施を開始することと、
前記第1の移送プランの実施中に、前記システムマネージャから前記プランナに、前記対象とされた物体のセット内の第2の物体を指定する第2の対象選択を送ることと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記プランのセットを導出することが、
前記システムマネージャで、前記プランナからのフィードバックを受け取ることであって、前記フィードバックが、前記第2の対象選択に従って移送プランを導出しなかったことを表すことと、
前記フィードバックに応答して、前記システムマネージャから前記プランナに、接続されたツールに関連したセット内の残りの物体を指定する第3の対象選択を送ることと
を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記ロボットシステムが、(1)前記対象とされた物体のセットの移送を調整するように構成されたシステムマネージャと、(2)前記ロボットアームを動作させるための1つ以上のプランを導出するように構成されたプランナとを含み、
前記プランのセットを導出することが、
前記システムマネージャから前記プランナに、第1のツールを使用して移送すべき前記対象とされた物体のセット内の第1の物体を指定する第1の対象選択を送ることと、
前記システムマネージャで、前記プランナからのフィードバックを受け取ることであって、前記フィードバックが、前記第1の対象選択に従って移送プランを導出しなかったことを表すことと、
前記フィードバックに応答して、前記システムマネージャから前記プランナに、第2のツールを使用して移送すべき前記第1の物体を指定する第2の対象選択を送ることと、
前記第2の対象選択に対応する移送プランを受け取ることに応答して、ツール変更をスケジュール設定することであって、前記スケジュール設定されたツール変更が、前記移送プランに先行し、物体の移送の合間に、前記第1のツールから切り離して第2のツールに接続する前記ロボットアームの動作に相当することと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 導出されたプラン及び/又は前記ツール変更が、前記導出されたプラン及び/又は前記ツール変更を実施するタイミングを制御する前記システムマネージャでキューに入れられる、請求項12に記載の方法。
- 導出されたプラン及び/又は前記ツール変更を、受け取りオーダに従って前記導出されたプラン及び/又は前記ツール変更を実施するように構成された前記ロボットアームに伝達することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記ツール変更指標が、調節可能把持ツール上の把持インターフェースの姿勢を切り替えることに伴う代償を表す、請求項1に記載の方法。
- 前記プランのセットを導出することが、前記把持インターフェースが、回転可能なジョイントの周りを回転し、表面姿勢と一致することを可能にするために、前記調節可能把持ツールの向き制御機構の張力を低減させるためのコマンド及び/又は設定を導出することを含み、
前記張力の低減が、(1)対応する物体を前記把持インターフェースの少なくとも一部と接触させた後であって、(2)前記対応する物体を把持する前に生ずる、請求項15に記載の方法。 - 前記対象とされた物体のセットを含む収納ビンを表すコンテナ識別子を決定することであって、前記収納ビンが、2つ以上の垂直壁を有することをさらに含み、
前記導出されたプランのセットが、真空グリッパを動作させて、前記垂直壁と前記ロボットアーム及び取り付けられたツールとの接触を避けながら、1つ以上の物体を接触し、把持するためのコマンド及び/又は設定を含む、請求項1に記載の方法。 - 1つ以上のプロセッサによって実行されるときに前記1つ以上のプロセッサに方法を実行させるプロセッサ命令が格納された有形の非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法が、
開始位置にある物体を描写する画像データに基づいて、少なくとも第1の物体のセット及び第2の物体のセットを判定することであって、前記第1の物体のセット及び前記第2の物体のセットが、それぞれ、ツールのセット内の第1のツール及び第2のツールに対応することと、
前記物体を移送するための前記第1のツールと前記第2のツールとの切り替えに関連するツール変更指標を決定することと、
前記画像データに基づいて、少なくとも第1のプラン及び第2のプランを導出することであって、
前記第1のプランが、ロボットアームを動作させて、前記第1のツールで前記第1の物体のセットを移送し、前記第2のツールで前記第2の物体のセットを移送し、前記第1のツールと前記第2のツールとを切り替えるためのものであり、
前記第2のプランが、前記ロボットアームを動作させて、前記第1の物体のセットと、前記第2の物体のセットの少なくとも一部とを、ツールの切り替え前に、又はツールを切り替えることなく、前記第1のツールで移送するためのものであることと、
前記第1のプランの第1の代償指標を計算することであって、前記第1の代償指標が、前記第1の物体のセット及び前記第2の物体のセットを移送するためと、前記第1のプランに従ってツールを切り替えるためとの総移送時間を表すことと、
前記第2のプランの第2の代償指標を計算することであって、前記第2の代償指標が、前記第2のプランに従って、前記第1の物体のセット及び前記第2の物体のセットを移送するための総移送時間を表すことと、
前記第1のプラン又は前記第2のプランの一方を、それぞれの前記第1の代償指標又は前記第2の代償指標の低い方に基づいて、実施するために選択することと
を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。 - データ、コマンド、及び/又は設定を、(1)ロボットアームを動作させるためのプランを導出するように構成されたプランナ、及び/又は(2)ツールのセットに選択的に接続し、対応するプランに従って、接続されたツールを使用して物体を把持し、移送するように構成された前記ロボットアームと通信するように構成された通信回路と、
前記通信回路に結合された少なくとも1つのプロセッサと、を備え、
前記少なくとも1つのプロセッサは、
コンテナ内の物体のセットを描写する画像データに基づいて、少なくとも第1の物体のセット及び第2の物体のセットを判定することであって、前記第1の物体のセット及び前記第2の物体のセットが、それぞれ、前記ツールのセット内の第1のツール及び第2のツールに対応することと、
前記物体を移送するための前記第1のツールと前記第2のツールとの切り替えに関連するツール変更指標を決定することと、
前記ツール変更指標に基づいてプランのセットを導出することであって、前記プランのセットが、前記ロボットアームを動作させて、前記第1のツールで前記第1の物体のセットを移送し、前記第2のツールで前記第2の物体のセットを移送し、前記第1のツールと前記第2のツールとを切り替えるためのものであることと
を行うように構成された、ロボットシステム。 - 前記通信回路に通信可能に結合された前記プランナと、
前記通信回路に通信可能に結合された前記ロボットアームと、
(1)前記ロボットアームに選択的に接続し、(2)操作のために1つ以上の物体を把持するように構成された前記第1のツール及び前記第2のツールを含む前記ツールのセットと
をさらに備える、請求項19に記載のシステム。
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