JP7355500B2 - ワークピース上で動作するためのロボットシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
102 ロボット、第1のロボット、第2のロボット、第3のロボット、第4のロボット
104 移動ベース
106 ロボットアーム
108 ロボットアームベース
110 エンドエフェクタ
112 インターフェース部分
114 センサシステム
116 レーザー
118 カメラ
120 到達範囲
122 境界線
124 運動学的モデル
200 データ処理システム
202 リモートコンピューティングデバイス
204 プロセッサ
206 メモリ
208 CADモデル
210 凸包
212 衝突ジオメトリ
214 コンピュータ表現
216 ジオメトリファイル
218 モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ
222 親プラン
224 子プラン
226 接近ウェイポイント
228 作業ウェイポイント、第1の作業ウェイポイント
230 作業ウェイポイント
232 表面セグメント
234 モザイク状表面セグメント
236 切断方向
238 移動経路
240 ロボットアーム軌道
242 ワールドマップ
244 近似的なワークピース位置
246 ユーザーインターフェース
248 表示画面
250 キーボード
300 ワークピース
302 レイアップマンドレル
304 ワークピースベース
306 実際のワークピース位置
308 動作表面
310 内周
312 外周
314 レイアップ表面
316 基準マーカー
316a 第1の基準マーカー
316b 第2の基準マーカー
316c 第3の基準マーカー
318 識別パターン
318a 第1の識別パターン
318b 第2の識別パターン
318c 第3の識別パターン
350 物理的環境
352 床面
354 環境境界
356 壁
400 方法
500 方法
600 方法
700 方法
Claims (16)
- ワークピース(300)上で自律的に動作するためのロボットシステム(100)であって、
プロセッサ(204)を含むデータ処理システム(200)に通信可能に結合され、ロボットアーム(106)と前記ロボットアーム(106)の終端に結合されたエンドエフェクタ(110)とを有する少なくとも1つのロボット(102)を含み、
前記プロセッサ(204)は、物理的環境(350)内に配置されたワークピース(300)の動作表面(308)上で動作するための前記エンドエフェクタ(110)の移動のための親プラン(222)を自律的に生成するように構成され、前記親プラン(222)は、前記ワークピース(300)のコンピュータ支援設計(CAD)モデル(208)に基づいており、かつ、前記ワークピース(300)に取り付けられて、前記CADモデル(208)に表される複数の基準マーカー(316)に対応するように、前記親プラン(222)に含まれる複数の作業ウェイポイント(228)の各々における前記ロボット(102)の前記ロボットアーム(106)の到達距離に少なくとも部分的に基づいて前記エンドエフェクタ(110)の移動経路(238)を定義し、
前記プロセッサ(204)は、前記基準マーカー(316)の各々に対して、
前記ロボット(102)が基準マーカー(316)の前の接近ウェイポイント(226)に向かって移動しているとき、および/または前記基準マーカー(316)の前の前記接近ウェイポイント(226)にあるときに、前記ロボット(102)を前記物理的環境(350)内の前記ワークピース(300)に登録し、前記ロボット(102)が前記基準マーカー(316)に対応する前記作業ウェイポイント(228)に向かって移動しているとき、および/または前記作業ウェイポイント(228)にあるときに、ワールドマップ(242)内のモザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の近似的なワークピース位置(244)が前記物理的環境(350)内の実際のワークピース位置(306)と実質的に一致しない場合に、または一致するまで、前記ワールドマップ(242)内の前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の位置を反復的に調整するステップと、
前記作業ウェイポイント(228)にある前記ロボット(102)と共に、前記作業ウェイポイント(228)に関連する前記移動経路(238)に沿って前記エンドエフェクタ(110)の一連の移動を実行するためのロボットアーム軌道(240)を構築するステップと、
前記ロボットアーム軌道(240)を実行し、前記作業ウェイポイント(228)にある前記ロボット(102)のために定義された前記親プラン(222)の部分に対応する前記ワークピース(300)の前記動作表面(308)の部分上で前記エンドエフェクタ(110)を動作させるステップと、
を順次自律的に実行するように構成される、
ロボットシステム(100)。 - 前記プロセッサ(204)は、前記親プラン(222)を自律的に生成する際に、
前記CADモデル(208)のジオメトリファイル(216)に基づいて、前記ロボットアーム(106)の前記到達距離に基づく前記基準マーカー(316)からある距離において複数の作業ウェイポイント(228)をそれぞれ構築することと、
前記作業ウェイポイント(228)の各々において前記到達距離に対応した大きさの到達範囲(120)を構築することと、
各到達範囲(120)と前記動作表面(308)との交点に基づいて複数の表面セグメント(232)を定義することと、
各表面セグメント(232)について、前記表面セグメント(232)の最大寸法の方向として定義される切断方向(236)を決定することと、
各表面セグメント(232)を前記切断方向(236)に平行に配向された一連の垂直面と交差させることによって、各表面セグメント(232)について前記移動経路(238)を形成することと、
各作業ウェイポイント(228)について、隣接する移動経路(238)に沿って前記エンドエフェクタ(110)の交番する移動方向を指定することであって、交番する移動方向は前記エンドエフェクタ(110)の一連の移動を定義する、指定することと、
すべての前記作業ウェイポイント(228)における前記エンドエフェクタ(110)の前記移動経路(238)および前記一連の移動を含む前記親プラン(222)を保存することと、
を順次実行するように構成される、請求項1に記載のロボットシステム(100)。 - 前記プロセッサ(204)は、
前記ワークピース(300)の前記CADモデル(208)の前記動作表面(308)を定義し、前記CADモデル(208)は衝突ジオメトリ(212)を有し、
前記CADモデル(208)の前記複数の基準マーカー(316)を定義し、
前記CADモデル(208)の前記衝突ジオメトリ(212)をモザイク化して、モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)を形成し、
前記ワークピース(300)の前記動作表面(308)、前記基準マーカー(316)、および前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の前記定義を少なくとも含む前記ジオメトリファイル(216)を保存する
ように構成される、請求項2に記載のロボットシステム(100)。 - 前記ロボット(102)はセンサシステム(114)を含み、
前記プロセッサ(204)は、前記ロボット(102)が前記物理的環境(350)の床面(352)に沿って操縦されている間に前記センサシステム(114)によって記録された、前記物理的環境(350)の環境境界(354)および前記環境境界(354)内の物体の画像データに基づいて前記ワールドマップ(242)を構築するように構成される、
請求項1に記載のロボットシステム(100)。 - 前記プロセッサ(204)は、
前記ワークピース(300)のモザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)を前記ワールドマップ(242)内に配置し、
前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)に基づいて前記ワークピース(300)の凸包(210)を作成し、
前記凸包(210)を前記ロボット(102)の立ち入り禁止領域として設定する
ように構成される、請求項4に記載のロボットシステム(100)。 - 前記プロセッサ(204)は、
前記ロボット(102)の運動学的モデル(124)を前記ワールドマップ(242)にロードし、
前記運動学的モデル(124)に基づいて、前記ロボット(102)を前記ワークピース(300)に登録する前に、前記エンドエフェクタ(110)が各作業ウェイポイント(228)に関連する前記移動経路(238)に沿ったすべての位置に到達できるかどうかを判定する
ように構成される、請求項1に記載のロボットシステム(100)。 - 前記ロボット(102)を前記ワークピース(300)に登録し、前記ワールドマップ(242)内の前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の前記位置を調整する際に、前記プロセッサ(204)は、
前記ロボット(102)を前記接近ウェイポイント(226)まで移動することと、
前記ロボット(102)が前記接近ウェイポイント(226)に向かって移動しているとき、および/または前記接近ウェイポイント(226)にあるときに、前記ワークピース(300)上の前記基準マーカー(316)の識別パターン(318)が前記CADモデル(208)に表される前記基準マーカー(316)の前記識別パターン(318)と一致することを確認することと、
前記ロボット(102)が前記接近ウェイポイント(226)に向かって移動しているとき、および/または前記接近ウェイポイント(226)にあるときに、近似的なワークピース位置(244)が前記物理的環境(350)における前記ワークピース(300)の実際のワークピース位置(306)の所定の初期許容誤差内にない場合または前記初期許容誤差内になるまで、前記ワールドマップ(242)内の前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の前記近似的なワークピース位置(244)を調整することと、
前記ロボット(102)を前記接近ウェイポイント(226)から前記作業ウェイポイント(228)まで移動させることと、
前記作業ウェイポイント(228)にある前記ロボット(102)を用いて、前記ワールドマップ(242)内の前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の前記位置が、前記物理的環境(350)における前記実際のワークピース位置(306)と実質的に一致しない場合または一致するまで、前記ワールドマップ(242)内の前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の前記位置を反復的に調整することと、
を順次実行するように構成される、請求項1に記載のロボットシステム(100)。 - 前記ロボットアーム軌道(240)を構築する際に、前記プロセッサ(204)は、
各移動経路(238)に沿って間隔をあけて前記エンドエフェクタ(110)の複数のポーズをサンプリングすることと、
前記エンドエフェクタ(110)の各ポーズについて複数のz軸回転をサンプリングすることと、
サンプリングされた各ポーズについてすべての逆運動学的解を求めることと、
すべてのポーズを接続するグラフを構築し、各ポーズ間の最小接合移動を解くことと、
前記最小接合移動に従って前記移動経路(238)に沿って前記エンドエフェクタ(110)の前記一連の移動を実行するための前記ロボットアーム軌道(240)を構築することと、
を順次実行するように構成される、請求項1に記載のロボットシステム(100)。 - ワークピース(300)上で動作する方法であって、
物理的環境(350)においてワークピース(300)の動作表面(308)上で動作するための少なくとも1つのロボット(102)に対応する少なくとも1つのエンドエフェクタ(110)の移動のための親プラン(222)を、プロセッサ(204)を用いて自律的に生成するステップであって、前記親プラン(222)は、前記ワークピース(300)のコンピュータ支援設計(CAD)モデル(208)に基づいており、かつ、前記親プラン(222)に含まれる複数の作業ウェイポイント(228)の各々における前記ロボット(102)のロボットアーム(106)の到達距離に少なくとも部分的に基づいて前記エンドエフェクタ(110)の移動経路(238)を定義し、前記複数の作業ウェイポイント(228)は、前記ワークピース(300)に取り付けられて、前記CADモデル(208)に表される複数の基準マーカー(316)に対応し、前記エンドエフェクタ(110)は、前記ロボットアーム(106)の終端に結合される、ステップと、
前記プロセッサ(204)を使用して、前記複数の作業ウェイポイント(228)の各々において前記ロボット(102)に対して、
前記ロボット(102)が作業ウェイポイント(228)の前の接近ウェイポイント(226)に向かって移動しているとき、および/または前記作業ウェイポイント(228)の前の前記接近ウェイポイント(226)にあるときに、前記ロボット(102)を前記物理的環境(350)内の前記ワークピース(300)に登録し、前記ロボット(102)が前記作業ウェイポイント(228)に向かって移動しているとき、および/または前記作業ウェイポイント(228)にあるときに、ワールドマップ(242)内のモザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の近似的なワークピース位置(244)が前記物理的環境(350)内の実際のワークピース位置(306)と実質的に一致しない場合に、または一致するまで、前記ワールドマップ(242)内の前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の位置を反復的に調整するステップと、
前記作業ウェイポイント(228)にある前記ロボット(102)と共に、前記作業ウェイポイント(228)に関連する前記移動経路(238)に沿って前記エンドエフェクタ(110)の一連の移動を実行するためのロボットアーム軌道(240)を構築するステップと、
前記作業ウェイポイント(228)にある前記ロボット(102)のために定義された前記親プラン(222)の部分に対応する前記動作表面(308)の部分上で前記エンドエフェクタ(110)を動作させるように前記ロボットアーム軌道(240)を実行するステップと、を順次自律的に実行するステップと、
を含む方法。 - 前記親プラン(222)を自律的に生成する前記ステップは、
前記CADモデル(208)のジオメトリファイル(216)に基づいて、前記ロボットアーム(106)の前記到達距離に基づく前記基準マーカー(316)からある距離において前記複数の作業ウェイポイント(228)をそれぞれ構築するステップと、
前記作業ウェイポイント(228)の各々において前記到達距離に対応した大きさの到達範囲(120)を構築するステップと、
各到達範囲(120)と前記動作表面(308)との交点に基づいて複数の表面セグメント(232)を定義するステップと、
各表面セグメント(232)について、前記表面セグメント(232)の最大寸法の方向として定義される切断方向(236)を決定するステップと、
各表面セグメント(232)を前記切断方向(236)にほぼ平行に配向された一連の垂直面と交差させることによって、各表面セグメント(232)について前記移動経路(238)を形成するステップと、
各作業ウェイポイント(228)について、隣接する移動経路(238)に沿って前記エンドエフェクタ(110)の交番する移動方向を指定するステップであって、交番する移動方向は各作業ウェイポイント(228)における前記エンドエフェクタ(110)の一連の移動を定義する、ステップと、
すべての前記作業ウェイポイント(228)における前記エンドエフェクタ(110)の前記移動経路(238)および前記一連の移動を含む前記親プラン(222)を保存するステップと、
を含む、請求項9に記載の方法。 - 前記ワークピース(300)の前記CADモデル(208)の前記動作表面(308)を定義するステップであって、前記CADモデル(208)は衝突ジオメトリ(212)を有する、ステップと、
前記CADモデル(208)の前記複数の基準マーカー(316)を定義するステップと、
モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)を形成するために、前記CADモデル(208)の前記衝突ジオメトリ(212)をモザイク化するステップと、
前記ワークピース(300)の前記動作表面(308)、前記基準マーカー(316)、および前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の定義を保存することによって前記ジオメトリファイル(216)を生成するステップと、
をさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記ロボット(102)のセンサシステム(114)を使用して、前記物理的環境(350)の環境境界(354)および前記環境境界(354)内の物体の画像データを記録しながら、前記物理的環境(350)の床面(352)に沿って前記ロボット(102)を操縦するステップと、
前記プロセッサ(204)を用いて、前記画像データに基づいて前記ワールドマップ(242)を構築するステップと、
を実行することによって前記ワールドマップ(242)を構成するステップをさらに含む、請求項9に記載の方法。 - 前記ワールドマップ(242)を構築した後に、前記方法は、前記ワークピース(300)のモザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)を前記ワールドマップ(242)内に配置するステップと、
前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)に基づいて前記ワークピース(300)の凸包(210)を作成するステップと、
前記凸包(210)を前記ロボット(102)の立ち入り禁止領域として設定するステップと、
をさらに含む、請求項12に記載の方法。 - 前記親プラン(222)を生成した後であって、前記ロボット(102)を前記ワークピース(300)に登録する前に、前記方法は、
前記ロボット(102)の運動学的モデル(124)を前記ワールドマップ(242)にロードするステップと、
前記運動学的モデル(124)に基づいて、前記エンドエフェクタ(110)が各作業ウェイポイント(228)に関連する前記移動経路(238)に沿ったすべての位置に到達できるかどうかを判定するステップと、
を含む、請求項9に記載の方法。 - 前記ロボット(102)を前記ワークピース(300)に登録し、前記ワールドマップ(242)内の前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の前記位置を調整する前記ステップは、
前記ロボット(102)を前記接近ウェイポイント(226)まで移動するステップと、
前記ロボット(102)が前記接近ウェイポイント(226)に向かって移動しているとき、および/または前記接近ウェイポイント(226)にあるときに、前記ワークピース(300)上の前記基準マーカー(316)の識別パターン(318)が前記CADモデル(208)に表される前記基準マーカー(316)の前記識別パターン(318)と一致することを確認するステップと、
前記ロボット(102)が前記接近ウェイポイント(226)に向かって移動しているとき、および/または前記接近ウェイポイント(226)にあるときに、近似的なワークピース位置(244)が前記物理的環境(350)における実際のワークピース位置(306)の所定の初期許容誤差内になるまで、前記ワールドマップ(242)内の前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の前記近似的なワークピース位置(244)を調整するステップと、
前記ロボット(102)を前記接近ウェイポイント(226)から前記作業ウェイポイント(228)まで移動させるステップと、
前記ロボット(102)が前記作業ウェイポイント(228)に向かって移動しているとき、および/または前記作業ウェイポイント(228)にあるときに、前記ワールドマップ(242)内の前記近似的なワークピース位置(244)が前記物理的環境(350)における前記実際のワークピース位置(306)と実質的に一致するまで、前記ワールドマップ(242)内の前記モザイク状ワークピース衝突ジオメトリ(218)の前記近似的なワークピース位置(244)を反復的に調整するステップと、
を順次実行するステップを含む、請求項9に記載の方法。 - 前記ロボットアーム軌道(240)を構築する前記ステップは、
各移動経路(238)に沿って間隔をあけて前記エンドエフェクタ(110)の複数のポーズをサンプリングするステップと、
前記エンドエフェクタ(110)の各ポーズについて複数のz軸回転をサンプリングするステップと、
サンプリングされた各ポーズについてすべての逆運動学的解を求めるステップと、
すべてのポーズを接続するグラフを構築し、各ポーズ間の最小接合移動を解くステップと、
前記最小接合移動に従って前記移動経路(238)に沿って前記エンドエフェクタ(110)の前記一連の移動を実行するための前記ロボットアーム軌道(240)を構築するステップと、
を含む、請求項9に記載の方法。
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