借助机器人确定关于对象的抓取空间的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 总体而言，本发明涉及用于确定对象上的抓取空间的一种方法和一种系统，在此 这些对象应由机器人基于所确定的抓取空间借助抓取姿势来抓取。
【背景技术】
[0002] 机器人是可编程的并且可多次使用的操纵设备。所述机器人可运动地或静止地使 用，并且由于可自由编程的运动过程而可用于不同的任务。对于不同的工作进程，机器人被 应用于例如工业安装或制造中。通常，机器人由操纵器（机器人臂）组成，所述操纵器可以 通过相应的驱动器和控制装置运动。通常，在机器人臂的端部上存在末端执行器，该末端执 行器可作为工作机构执行不同的任务。例如，测量工具、螺丝刀、检验工具或卡抓可用作末 端执行器。卡抓是操纵装置，该操纵装置用于暂时接触抓取对象，并且在拿起时和在放下期 间保证抓取对象的位置和方向。例如，利用产生力的、形状闭合的（formschlieP enden，形 状配合的）或材料成对的（stoffpaarigen，材料配合的）组件实现对抓取对象的保持。
[0003] 通常，为了对抓取对象进行抓取，空间中的各个点被固定地示教。在此，机器人被 例如手动地定位，使得卡抓位于待抓取的对象上的合适的部位。在对机器人的该定位之后， 对应的姿势被存储为抓取姿势。在此，机器人的抓取应被选择为，使得该抓取可无碰撞地执 行并且还是稳定的，以便使对象无法在卡抓中滑下或滑移。在此，还要注意特殊的限制，因 为对象有可能不允许在每个地点都被抓取。
[0004] 该单独的抓取确定的方法存在一些缺点。因此，成功执行固定编程的抓取的前提 是，待抓取的对象总是位于相同的位置并且有可能在空间中沿相同的方向。然而，这在复杂 的工作环境中不总是给定的，在这些工作环境中人们和多个机器人一同工作。此外，成功执 行固定编程的抓取的前提还在于，机器人总是位于相同的位置。然而，在移动的机器人技术 中一定会发生移动的机器人的定位精度不足以足够准确地对目标对象实施固定的抓取的 情况。此外，大多数对象具有多于仅一个的可执行的稳定的抓取，然而这些抓取无法通过上 述方法被考虑到。
[0005] 欧洲专利申请EP2263837A1描述了一种方法，其中原始形态模型还匹配于空间的 3D位置数据，该空间相应于识别区域，该识别区域在使用测距装置的条件下获得。
[0006] 专利文献EP2657863A2描述了一种方法，该方法用于在使用多个接近射线 (Armiiherungsstrahlen)的条件下生成机器人抓取模范，这些接近射线与对象关联。
[0007] 这两种方法是同样地相对成本高的，并且不允许由操作者直观地确定抓取姿势。
【发明内容】
[0008] 在该背景下，本发明的目的是提出一种方法和一种系统，以便能够实现简单且容 易地确定可能的抓取姿势。在此优选地，抓取姿势应直接利用机器人真实地在对象上被示 教。本发明的另一目的是提出一种用于确定在对象上的抓取姿势并且用于抓取对象的方 法，在此消除或避免上述缺点。该目的由根据本发明的方法以及根据本发明的机器人系统 实现。
[0009] 根据本发明的方法涉及对对象上的至少一个抓取空间的确定，在此该对象应由在 抓取空间中（也就是根据该抓取空间）处于抓取姿势的卡抓来抓取。在此优选地，卡抓由 机器人引导，并且优选被构造为末端执行器并且与机器人连接。在此，抓取空间包括用于支 配卡抓来抓取对象的空间。因此，抓取空间可理解为卡抓的（靠近对象的）工作空间，在此 该卡抓可在工作空间中运动，以便抓取对象。本领域技术人员理解，抓取空间应限定为，尽 可能地避免卡抓或机器人与对象之间的碰撞。
[0010] 在此，"抓取"的概念是不受限制的，并且包括用于操纵或拿起对象的每种类型。因 此，对象可例如借助钳形运动被抓取，或由磁铁或吸取件拿起。同样地，术语"卡抓"包括可 用于相应的"抓取"的不同的操纵设备或末端执行器。对象仍然可以是每个想得到的对象， 其适于由卡抓、特别是借助机器人来抓取。
[0011] 在第一步骤中，限定应由卡抓来抓取的对象的对象坐标系。该步可例如离线地由 操作者在计算机上实行。在此，对象坐标系的限定可在考虑待抓取的对象的结构的条件下 实行。因此例如，对于具有用于对象的抓取的杆或棒或诸如此类的对象，可将对象坐标系限 定为，使得对象坐标系的轴与待抓取的杆的取向一致。在此优选地，对象坐标系是笛卡尔坐 标系。
[0012] 在接下来的步骤中，至少一个第一抓取姿势通过卡抓在对象上的定位来规定。本 领域技术人员应理解，操作者在该步骤中可例如借助遥控操作（Telemanipulation)、例如 借助操作键和/或操纵杆等手动引导（"手动示教"）卡抓或机器人臂。然而优选地，在手 动示教中借助手实现对卡抓或机器人的主动引导，其中卡抓或机器人本身被抓取和引导。 在此替代地，"示教"的概念也理解为离线编程，该离线编程可以例如基于对象的结构数据。 因此当下面谈及"示教"时，只要不明确地给出其他的意思，则始终包括"示教"（包括离线 方法）的所有形式。优选地，卡抓的第一抓取姿势位于对象上的可抓取的区域的端部。例 如，当应抓取在杆上的对象时，第一抓取姿势可相应于抓取该杆的端部。此外，规定的第二 抓取姿势可相应于抓取该杆的另一端部。在此，待规定的抓取姿势的数量可变化，并且本领 域技术人员应理解，由本领域技术人员自己判断，对于具有复杂结构的对象通过卡抓的定 位来规定多个抓取姿势。
[0013] 在接下来的步骤中，预设在对象上的另外的抓取姿势。优选地，该预设包括基于规 定的或示教的一个或多个抓取姿势来计算或确定另外的抓取姿势。例如，当在先前的步骤 中规定沿着杆的两个抓取姿势时，预设另外的抓取姿势包括优选预设在这两个规定的抓取 姿势之间的多个抓取姿势。优选地，预设另外的抓取姿势在考虑对象的平移和/或转动自 由度的情况下实行。优选地，预设由操作者离线地在计算机上实行。在此优选地，还可以考 虑对象的事先提供的结构数据、特别是CAD数据，只要这些数据存在。在此，结构数据非常 普遍地包括含有关于待抓取的对象的任意的结构信息的所有数据。结构数据，即例如代表 对象的几何形状的数据，还可手动地提供至控制器中，或例如通过视觉测量方法自动地生 成。
[0014] 在接下来的步骤中，基于规定的和预设的抓取姿势来确定对象的第一抓取空间， 在此该抓取空间在对象的限定的对象坐标系中确定。优选在随后的步骤中，该第一抓取空 间被存储为用于以后使用。在此优选地，初始抓取姿势还可被规定并且与用于以后使用的 抓取空间一起被存储。在此有利地，还可与初始抓取姿势一起备份附加的参数，例如手指的 位置，所述手指特别是由具有3个或多个手指卡抓的机器人有利地使用，以便抓取对象。确 定第一抓取空间的该步骤同样优选离线地借助计算机来实行。此外还优选该步骤还基于事 先提供的结构数据来实现。
[0015] 因此，该方法可实现，容易并且直观地规定用于对象的可能的抓取空间。在此，仅 仅必须规定直接在对象上的少数的抓取姿势，即例如由人主动限定。通过熟练地选择待规 定的或待示教的抓取姿势，可以在使用待抓取的对象的结构的情况下确定另外的抓取姿 势，而不必成本高地手动示教这些另外的抓取姿势，也不必执行成本高的模拟。通过在对象 的对象坐标系中规定抓取空间和优选地还有抓取姿势，使得抓取空间与真实世界中的对象 的位置无关。因此，相对于对象本身来规定对象的抓取空间，也就是说所述对象的抓取空间 与该对象的绝对位置无关。由此能够实现，与地点无关地确定抓取空间，并且此外还能够实 现与待抓取的对象的位置无关地确定抓取空间中的抓取姿势。
[0016] 通常优选地，对象可由在机器人上设置的卡抓来抓取，在此对象借助于传感器被 识别。在此优选地，这些传感器可包括优选安装在机器人上的光学传感器。例如，传感器可 包括立体摄像系统、3D摄像系统等。因此，机器人可优选地借助所提供的结构数据，例如借 助CAD数据来识别对象，其中该机器人将检测到的数据与所存储的对象的数据相比较。由 此，可以无需成本高的定位来提供对象，以确定在该对象上的抓取空间。
[0017] 根据本发明的用于通过机器人抓取对象的方法包括提供抓取空间，该抓取空间借 助用于确定抓取空间的方法来确定。在此，机器人可以是具有至少一个末端执行器的各种 类型的机器人，该末端执行器适用于抓取对象。在接下来的步骤中，提供机器人和对象，在 此该对象应当由该机器人抓取。基于所提供的抓取空间选择抓取姿势。在此，该选择可包 括选择规定的第一抓取姿势，该第一抓取姿势与抓取空间一起被规定。此外，机器人还可在 考虑该机器人的实时位置和对象的位置的条件下，并且优选地还在考虑对象的方向的条件 下、在考虑障碍物或可能的碰撞等的条件下，选择其他合适的抓取姿势。在随后的步骤中， 由机器人启动（angefahren)所选择的抓取姿势，并且将对象抓取。
[0018] 此外，该方法还可实现对所确定的抓取空间的可执行性和适宜性的直接检验。因 此示例性地，从抓取空间中所产生的抓取姿势可直接由机器人启动，以便检验这些抓取姿 势。此外，该方法还可实现，直接在构造或确定抓取空间时利用对象几何形状。此外，该方法 仅需要较少的计算能力，因为没有执行成本高的计算。此外，所确定的抓取空间还符合操作 者的想法，因为不能实现不期望的抓取空间或抓取姿势。相应地，可避免意外执行的抓取， 否则这些抓取可能会导致碰撞。
[0019] 根据本发明的机器人系统（包括机器人，其被设置为用于借助卡抓来抓取对象） 设有控制装置，该控制装置被设置为用于执行根据本发明的方法，以便能够执行所描述的 方法步骤。在此优选地，机器人系统包括至少一个传感器，该传感器被设置为用于识别对 象。
【附图说明】
[0020] 下面参照附图更准确地说明本发明。在此示出：
[0021] 图la和图lb示意性示出机器人在对象上的两种示例性的抓取；
[0022] 图2a和图2b示意性示出机器人在另一对象上的两种示例性的抓取；
[0023] 图3是示意性并示例性地示出用于确定对象上的抓取空间的方法的流程的流程 图；
[0024] 图4是同样地示意性并示例性地示出用于确定对象上的抓取空间的方法的流程 的流程图。
[0025] 附图标记列表：
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