末端执行器以及机器人系统的制作方法

末端执行器以及机器人系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年4月6日提交的美国临时专利申请号 63/171,086的利益，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
3.本技术大体涉及具有夹持机构的机器人系统，并且更具体地涉及具有用于降低与夹持机构相关联的噪声的特征的机器人系统。


背景技术：

4.随着机器人(例如，被配置为自动地/自主地执行物理动作的机器) 性能的不断提高和成本的降低，许多机器人现已广泛用于许多领域。例如，机器人可用于在制造和/或组装、包装和/或打包、运输和/或运送等过程中执行各种任务(例如，在空间上操纵或转移对象)。在执行任务时，机器人可复制人类动作，从而取代或减少原本执行危险或重复性任务所需的人类参与。
5.然而，尽管技术进步了，但是机器人通常缺乏复制执行更大和/ 或更复杂任务所需的人类交互所必需的先进性。因此，仍然需要用于管理机器人之间的操作和/或交互的改进的技术和系统。


技术实现要素：

6.一种末端执行器，所述末端执行器包括：第一安装结构；耦接到第一安装结构的力传感器；耦接到所述力传感器的第二安装结构；以及耦接到所述第二安装结构的夹持器组合件。
7.一种机器人系统，所述机器人系统包括：机器人臂；末端执行器，所述末端执行器可操作地耦接到所述机器人臂，所述末端执行器包括：第一安装部件；耦接到所述第一安装部件的力传感器；耦接到所述力传感器的第二安装部件；以及耦接到所述第二安装部件的对象夹持头。
附图说明
8.图1是根据本技术的一些实施方案的具有夹持机构的机器人系统可在其中操作的示例性环境的图示。
9.图2是根据本技术的一些实施方案的示出图1的机器人系统的框图。
10.图3a至图3c是根据本技术的一些实施方案的示出在末端执行器的操作期间测量的各种力以及力中的各种噪声源的示意图。
11.图4是根据本技术的一些实施方案的具有噪声消除特征的末端执行器的等距视图。
12.图5是根据本技术的一些实施方案的图4的末端执行器的侧视图。
13.图6a和图6b是根据本技术的一些实施方案的示出图4的末端执行器的另外特征的前视图。
14.图7a和图7b是根据本技术的一些实施方案的分别示出图4的末端执行器的另外特征的等距前视图和等距后视图。
15.图8是根据本技术的一些实施方案的用于操作末端执行器以与机器人对象夹持系统一起使用的过程的流程图。
16.图9a是根据本技术的一些实施方案的示出图4所示类型的末端执行器的另外特征的侧视图。
17.图9b是根据本技术的一些实施方案的图9a的末端执行器的等距视图。
18.附图不一定按比例进行绘制。类似地，出于讨论本技术的一些实现方式的目的，可将一些部件和/或操作分成不同的块或组合成单个块。此外，虽然所述技术可经受各种修改和替代形式，但是具体实现方式已在附图中通过示例的方式示出并且在下文详细描述。然而，其意图不是将所述技术限制于所描述的特定实现方式。
19.为了便于参考，本文有时参考相对于图中所示实施方案的空间取向的顶部和底部、上部和下部、向上和向下、纵向平面、水平平面、 x-y平面、竖直平面和/或z平面来描述末端执行器及其部件。然而，应当理解，在不改变本技术公开的实施方案的结构和/或功能的情况下，可将末端执行器及其部件移动到不同的空间取向并在不同的空间取向中使用。
具体实施方式
20.综述
21.本文公开了用于与机器人对象夹持系统一起使用的末端执行器以及相关系统和方法。所述末端执行器可包括第一安装结构、耦接到所述第一安装结构(例如由其承载)的力传感器、耦接到所述力传感器的第二安装结构以及耦接到所述第二安装结构的夹持器组合件。所述第一安装结构具有(例如，通过臂连接部件)可耦接到所述对象夹持系统的机器人臂的第一端部和在纵向平面(例如，x-y平面)中与所述第一端部间隔开的第二端部。所述力传感器在纵向平面下方耦接到第一安装结构的第二端部(例如，耦接到第一安装结构的下表面)。力传感器被配置为测量至少部分正交于纵向平面的第一方向上(例如沿竖直轴)的力，以使末端执行器(或可操作地耦接到其的控制器)在操作期间确定各种对象的质量。第二安装结构耦接到力传感器(并且由其承载)，并且夹持器组合件耦接到第二安装结构(并且由其承载)。因此，第二安装结构和夹持器组合件的重量由力传感器持续测量，夹持器组合件夹持的任何对象的重量也是如此。
22.在各种实施方案中，夹持器组合件可包括一个或多个夹持部件，每个夹持部件可操作地耦接到连接管以接收偏置力(例如，吸力、电压、电流、压力等)。夹持部件可各自(例如，单独地)使用偏置力来拾取一个或多个目标对象。当夹持器组合件拾取对象时，所拾取对象的重量会向末端执行器施加向下的力，所述向下的力由力传感器测量。如下文更详细讨论的，对象夹持系统然后可使用所测量的力来确保拣选操作成功(例如，一个或多个预期目标对象被完全拾取和/或没有拾取非预期对象)，和/或在拣选操作不成功时调整操作(例如，确定有多少目标对象未被拾取和/或有多少非预期对象被拾取)。
23.在操作期间，由于偏置力的接合和/或脱离和/或末端执行器在位置之间的移动而
导致的连接管的移动可在力传感器的测量值中引入噪声(例如，干扰力)。仅作为示例，当偏置力是吸力时，吸力可在吸力接合时导致连接管移位和/或在夹持器组合件上向上拉动。由此产生的移动和力可被力传感器拾取，并且从而混淆对象夹持系统。在另一个示例中，当末端执行器在两个位置(例如，拣选位置与放下位置) 之间移动时，连接管可能四处移位，从而在力传感器中引起噪声，并且从而混淆对象夹持系统。
24.噪声会破坏机器人系统的操作，尤其是在末端执行器用于移动相对较小的目标对象时。为了解决噪声，末端执行器还可包括噪声降低部件。噪声降低部件可包括耦接到所述第一安装结构的第一支架和耦接到所述第二安装结构的第二支架。第一支架和第二支架中的每一个都包括被配置为耦接到连接管和/或锚定连接管的一个或多个管连接器(和/或管安装部件、安装空间和/或固定元件)。因此，第一支架和第二支架可将连接管附接到末端执行器以帮助管理在对象夹持系统的操作期间来自连接管的噪声。例如，第一支架和第二支架中的每一个都可帮助组织连接管并且减少它们在操作期间的移动。另外，第一支架上的一个或多个管安装部件可与第二支架上的一个或多个管安装部件沿纵向方向(例如，在x-y平面内)平行。因此，第一支架和第二支架可在第一支架与第二支架之间在纵向方向上隔离连接管以及其中的任何移动或力。因此，由连接管的移动和/或通过连接管传递的力产生的噪声至少部分地相对纵向方向隔离。
25.换句话说，所公开的第一支架和第二支架的布置可大大降低(或消除)由连接管引起的噪声。例如，因为第一支架耦接到第一安装结构，所以第一支架可吸收力传感器上游的力和/或移动(例如，当末端执行器在两个位置之间移动时)。类似地，因为第二支架耦接到第二安装结构，所以第二支架可将力传感器下游的力和/或移动(例如，当偏置力接合时的回拉运动和力)朝向第一支架重新引导。另外，因为第一支架和第二支架上的一个或多个管安装部件沿纵向方向平行布置，所以连接管的移动和/或通过连接管传递的力被重新引导到不被力传感器测量的平面中。因此，第一支架和第二支架使与连接管的移动相关联的偏置力和/或噪声绕过力传感器。这样做时，第一支架和第二支架可大大降低(或消除)力传感器上的噪声，从而提高末端执行器和相关机器人系统的性能。
26.在一些实施方案中，末端执行器包括与第一支架相对的耦接到第一安装结构的第三支架，以及与第二支架相对的耦接到第二安装结构的第四支架。与第一支架和第二支架一样，第三支架和第四支架中的每一个都可包括被配置为耦接到连接管和/或锚定连接管的一个或多个管连接器(或管安装部件)。另外，第三支架上的一个或多个管安装部件可与第四支架上的一个或多个管安装部件沿纵向方向平行。因此，第三支架和第四支架还可使来自移动的偏置力和/或噪声相对纵向方向隔离同时穿过/围绕力传感器行进。因此，第三支架和第四支架可使末端执行器承载和操作另外数量的夹持部件，同时降低(或消除)另外的相关联噪声。
27.另外，尽管本文主要讨论了与具有多个小的夹持部件的末端执行器一起使用，但本领域技术人员将理解本实用新型的范围不受此限制。例如，末端执行器可仅包括配置为拾取任何大小的目标对象的任意数量的夹持部件。另外，末端执行器内的支架的公开配置可部署在需要使力相对替代平面隔离同时穿过力传感器和/或围绕力传感器行进的任何合适的系统中。因此，本实用新型的范围不限于实施方案的任何子集，并且仅由所附权利要求中提出的限制进行限制。
28.为了清楚起见，在下面的描述中没有阐述描述周知的并且通常与机器人系统和子系统相关联但是可能不必要地使所公开技术的一些重要方面模糊的结构或过程的若干细节。此外，虽然下面公开内容阐述了本技术的不同方面的若干实施方案，但是若干其他实施方案可具有与本节中所描述的配置或部件不同的配置或部件。因此，所公开的技术可具有带另外的元件或不带下文描述的若干元件的其他实施方案。
29.下文描述的本公开的许多实施方案或方面可采取计算机可执行或控制器可执行指令的形式，包括由可编程计算机或控制器执行的例程。相关领域的技术人员将了解，可在除了下文显示和描述的计算机或控制器系统之外的计算机或控制器系统上实践所公开的技术。本文描述的技术可体现在专用计算机或数据处理器中，所述专用计算机或数据处理器被具体编程、配置或构造成执行下文描述的计算机可执行指令中的一个或多个。因此，如本文通常使用的术语“计算机”和“控制器”是指任何数据处理器，并且可包括互联网器具和手持式装置，包括掌上计算机、可穿戴计算机、蜂窝或移动电话、多处理器系统、基于处理器的或可编程的消费型电子产品、网络计算机、小型计算机等。由这些计算机和控制器处理的信息可呈现在任何合适的显示介质上，所述显示介质包括液晶显示器(lcd)。用于执行计算机或控制器可执行的任务的指令可存储在任何合适的计算机可读介质中或上，所述计算机可读介质包括硬件、固件或硬件与固件的组合。指令可包含在任何合适的存储器装置中，所述存储器装置包括例如闪存盘、usb 装置和/或其他合适的介质。
30.术语“耦接”和“连接”以及它们的派生词在本文中可用于描述部件之间的结构关系。应当理解，这些术语并不旨在作为彼此的同义词。而是，在特定实施方案中，“连接”可用于指示两个或更多个元件彼此直接接触。除非在上下文中另外变得明显，否则术语“耦接”可用于指示两个或更多个元件彼此直接地或间接地(在它们之间有其他中间元件)接触，或者两个或更多个元件协作或彼此交互(例如，以因果关系进行交互，诸如用于信号发射/接收或用于函数调用)，或这两者。
31.机器人系统的示例性环境
32.图1是具有对象搬运机构的机器人系统100可在其中操作的示例性环境的图示。机器人系统100的操作环境可包括被配置为执行一个或多个任务的一个或多个结构，诸如机器人或机器人装置。对象搬运机构的各方面可由各种结构和/或部件来实践或实现。
33.在图1中所示的示例中，机器人系统100可包括仓库、配送中心或运送枢纽中的卸载单元102、转移单元104、运输单元106、装载单元108或者其组合。机器人系统100中的每个单元可被配置为执行一个或多个任务。可按次序组合任务以执行达成目标的操作，例如诸如从车辆(诸如，卡车、拖车、货车或轨道车)上卸载对象以存储在仓库中，或者从存储位置卸载对象并将它们装载到车辆上以便运送。在另一个示例中，任务可包括：将对象从一个位置(诸如集装箱、箱柜、笼子、篮子、架子、平台、托盘或传送带)移动到另一个位置。单元中的每一个可被配置为执行一系列动作(诸如，操作在其中的一个或多个部件)以执行任务。
34.在一些实施方案中，任务可包括：与目标对象112的交互，诸如对象的操纵、移动、重新定向或其组合。目标对象112是将由机器人系统100搬运的对象。更具体地，目标对象112可以是许多对象中属于机器人系统100的操作或任务的目标的特定对象。例如，目标对象 112可以是机器人系统100已经选择或当前正在被搬运、操纵、移动、重新定向或其组合的对象。作为示例，目标对象112可包括盒子、箱子、管子、包裹、捆装货、各式各样的单独物
品或者可由机器人系统 100搬运的任何其他对象。
35.作为示例，任务可包括：将目标对象112从对象源114转移到任务位置116。对象源114是用于存储对象的容器。对象源114可包括众多构型和形式。例如，对象源114可以是具有或不具有壁的平台，在所述平台上可放置或堆叠对象，诸如托盘、架子或传送带。又如，对象源114可以是对象可放置在其中的具有壁或盖的部分或完全封闭的容器，诸如箱柜、笼子或篮子。在一些实施方案中，部分或完全封闭的对象源114的壁可以是透明的，或者可包括各种大小的开口或间隙以使得包含在其中的对象的各部分通过壁可以是可见的或部分可见的。
36.图1示出了可由机器人系统100的各种单元执行来搬运目标对象 112的可能的功能和操作的示例，并且应当理解，环境和条件可与下文所描述的环境和条件不同。例如，卸载单元102可以是被配置为将目标对象112从运载工具(诸如，卡车)中的位置转移到传送带上的位置的车辆卸货机器人。而且，转移单元104诸如码垛机器人可被配置为将目标对象112从传送带上的位置转移到运输单元106上的位置，诸如用于将目标对象112装载在运输单元106上的托盘上。在另一个示例中，转移单元104可以是被配置为将目标对象112从一个集装箱转移到另一个集装箱的单品拣选机器人。在完成操作时，运输单元 106可将目标对象112从与转移单元104相关联的区域转移到与装载单元108相关联的区域，并且装载单元108可诸如通过移动承载目标对象112的托盘将目标对象112从转移单元104转移到存储位置，诸如架子上的位置。下文描述了有关任务和相关联的动作的细节。
37.出于说明目的，在运送中心的情景中描述了机器人系统100；然而，应当理解，机器人系统100可被配置为在其他环境中或出于其他目的(诸如用于制造、组装、打包、医疗保健或其他类型的自动化)执行任务。还应当理解，机器人系统100可包括图1中未示出的其他单元，诸如操纵器、服务机器人、模块化机器人。例如，在一些实施方案中，机器人系统100可包括：卸垛单元，所述卸垛单元用于将对象从笼子、推车或托盘转移到传送机或其他托盘上；集装箱切换单元，所述集装箱切换单元用于将对象从一个集装箱转移到另一集装箱；打包单元，所述打包单元用于包装对象；分拣单元，所述分拣单元用于根据对象的一个或多个特性对对象进行分组；单品拣选单元，所述单品拣选单元用于根据对象的一个或多个特性以不同方式操纵(诸如，分拣、分组和/或转移)对象；或其组合。
38.机器人系统100可包括控制器109，所述控制器109被配置为与机器人单元中的一个或多个进行交互和/或控制机器人单元中的一个或多个。例如，控制器109可包括被配置为导出用于操作对应机器人单元的运动计划和/或对应命令、设定等的电路(例如，一个或多个处理器、存储器等)。控制器109可将运动计划、命令、设定等传送给机器人单元，并且机器人单元可执行传送的计划以完成对应的任务，诸如将目标对象112从对象源114转移到任务位置116。
39.适用系统
40.图2是根据本技术的一个或多个实施方案的示出机器人系统100 的框图。在一些实施方案中，例如，机器人系统100可包括电子装置、电气装置或其组合，诸如控制单元202(在本文中有时也称为“处理器 202”)、存储单元204、通信单元206、具有系统接口210(本文有时也称为“用户接口210”)的系统输入/输出(i/o)装置208、一个或多个致动装置212、一个或多个运输马达214、一个或多个传感器单元216，或它们彼此耦接的、与上文图1中描述
的单元或机器人中的一个或多个集成或耦接的组合、或其组合。
41.控制单元202可以多种不同方式实现。例如，控制单元202可以是处理器、专用集成电路(asic)、嵌入式处理器、微处理器、硬件控制逻辑、硬件有限状态机(fsm)、数字信号处理器(dsp)或其组合。控制单元202可执行软件和/或指令以提供机器人系统100的智能。
42.控制单元202能够可操作地耦接到用户接口210以向用户提供对控制单元202的控制。用户接口210可用于控制单元202与机器人系统100中的其他功能单元之间的通信。用户接口210还可用于机器人系统100外部的通信。用户接口210可从其他功能单元或从外部源接收信息，或者可将信息传输到其他功能单元或传输到外部目的地。外部源和外部目的地是指机器人系统100外部的源和目的地。
43.用户接口210可以不同的方式实现并且可包括不同的实现方式，这取决于哪些功能单元或外部单元正在与用户接口210交互。例如，用户接口210可用压力传感器、惯性传感器、微机电系统(mems)、光学电路、波导、无线电路、有线电路、应用程序接口或其组合来实现。
44.存储单元204可存储软件指令、主数据、追踪数据或其组合。出于说明的目的，存储单元204被显示为单个元件，但是应当理解存储单元204可以是存储元件的分布。同样为了说明的目的，机器人系统 100被显示为具有存储单元204作为单层级存储系统，但是应当理解机器人系统100可具有不同配置的存储单元204。例如，存储单元204 可由不同的存储技术形成，从而形成包括不同级别的高速缓存、主存储器、旋转介质或离线存储的存储器层级系统。
45.存储单元204可以是易失性存储器、非易失性存储器、内部存储器、外部存储器或其组合。例如，存储单元204可以是非易失性存储装置，诸如非易失性随机存取存储器(nvram)、快闪存储器、磁盘存储装置，或易失性存储装置，诸如静态随机存取存储器(sram)。作为另一示例，存储单元204可以是包括非易失性存储器诸如硬盘驱动器、nvram、固态存储装置(ssd)、光盘(cd)、数字视频光盘(dvd) 或通用串行总线(usb)快闪存储器装置的非暂时性计算机介质。软件可存储在非暂时性计算机可读介质上以由控制单元202执行。
46.存储单元204能够可操作地耦接到用户接口210。用户接口210 可用于机器人系统100中的存储单元204与其他功能单元之间的通信。用户接口210还可用于机器人系统100外部的通信。用户接口 210可从其他功能单元或从外部源接收信息，或者可将信息传输到其他功能单元或传输到外部目的地。外部源和外部目的地是指机器人系统100外部的源和目的地。
47.与上文的讨论类似，用户接口210可包括不同的实现方式，这取决于哪些功能单元或外部单元正在与存储单元204交互。用户接口 210可用与上文讨论的用户接口210的实现方式类似的技术 (technologies/techniques)来实现。
48.在一些实施方案中，存储单元204用于进一步存储处理结果、预定数据、阈值或其组合并且提供对它们的访问。例如，存储单元204 可存储包括一个或多个目标对象112(例如，盒子、盒子类型、箱子、箱子类型、产品和/或其组合)的描述的主数据。在一个实施方案中，主数据包括预期将由机器人系统100操纵的一个或多个目标对象112 的尺寸、预定形状、用于潜在位姿的模板和/或用于识别不同位姿的计算机生成的模型、颜色方案、图像、标
识信息(例如，条形码、快速响应(qr)代码、徽标等)、预期位置、预期质量和/或其组合。
49.在一些实施方案中，主数据包括与机器人系统100可遇到或搬运的一个或多个对象有关的操纵相关信息。例如，对象的操纵相关信息可包括对象中的每一个上的质心位置、与一个或多个动作、操纵对应的预期的传感器测量值(例如，力、扭矩、压力和/或接触测量值)、或其组合。
50.通信单元206可实现往返于机器人系统100的外部通信。例如，通信单元206可使机器人系统100能够通过通信路径218(诸如有线或无线网络)与其他机器人系统或单元、外部装置(诸如外部计算机、外部数据库、外部机器、外部外围装置)或其组合进行通信。
51.通信路径218可跨越并表示多种网络和网络拓扑。例如，通信路径218可包括无线通信、有线通信、光学通信、超声通信或其组合。例如，可包括在通信路径218中的无线通信的示例是卫星通信、蜂窝通信、蓝牙、红外数据协会标准(lrda)、无线局域网(wifi)和全球微波接入互操作性(wimax)。可包括在通信路径218中的有线通信的示例是电缆、以太网、数字用户线(dsl)、光纤线、光纤到户(ftth) 和普通老式电话服务(pots)。另外，通信路径218可遍历多个网络拓扑和距离。例如，通信路径218可包括直接连接、个人局域网(pan)、局域网(lan)、城域网(man)、广域网(wan)或其组合。机器人系统 100可通过通信路径218在各个单元之间传输信息。例如，信息可在控制单元202、存储单元204、通信单元206、i/o装置208、致动装置212、运输马达214、传感器单元216或其组合之间传输。
52.通信单元206还可用作通信集线器，从而使机器人系统100用作通信路径218的一部分而不限于作为通信路径218的端点或终端单元。通信单元206可包括用于与通信路径218交互的有源和无源部件，诸如微电子器件或天线。
53.通信单元206可包括通信接口248。通信接口248可用于通信单元206与机器人系统100中的其他功能单元之间的通信。通信接口248可从其他功能单元或从外部源接收信息，或者可将信息传输到其他功能单元或传输到外部目的地。外部源和外部目的地是指机器人系统100外部的源和目的地。
54.通信接口248可包括不同的实现方式，这取决于哪些功能单元正在与通信单元206交互。通信接口248可用与控制接口240的实现方式类似的技术来实现。
55.i/o装置208可包括一个或多个输入子装置和/或一个或多个输出子装置。i/o装置208的输入装置的示例可包括小键盘、触摸板、软键、键盘、传声器、用于接收远程信号的传感器、用于接收运动命令的相机或它们的任何组合以提供数据和通信输入。输出装置的示例可包括显示接口。显示接口可以是任何图形用户接口，诸如显示器、投影仪、视频屏幕和/或它们的任何组合。
56.控制单元202可操作i/o装置208来呈现或接收由机器人系统 100生成的信息。控制单元202可操作i/o装置208来呈现由机器人系统100生成的信息。控制单元202还可执行软件和/或指令用于机器人系统100的其他功能。控制单元202可进一步执行软件和/或指令用于经由通信单元206与通信路径218交互。
57.机器人系统100可包括在关节处连接以进行运动(诸如转动位移、平移位移或其组合)的物理或结构构件，诸如机器人操纵臂。所述结构构件和关节可形成动力链，所述动力链被配置为根据机器人系统 100的使用或操作来操纵末端执行器(诸如，夹持元件)以执行一个或多个任务，诸如夹持、自旋或焊接。机器人系统100可包括致动装置 212诸如马达、致
动器、导线、人造肌肉、电活性聚合物或其组合，所述致动装置212被配置为围绕对应关节或在对应关节处对结构构件进行驱动、操纵、移位、重新定向或其组合。在一些实施方案中，机器人系统100可包括运输马达214，所述运输马达214被配置为将对应的单元从一个地方运输到另一个地方。
58.机器人系统100可包括传感器单元216，所述传感器单元216被配置为获得用于执行任务和操作的信息，诸如用于操纵结构构件或用于运输机器人单元的信息。传感器单元216可包括被配置为检测或测量机器人系统100的一个或多个物理性质(诸如一个或多个结构构件或关节的状态、条件、位置、有关对象或周围环境的信息、或其组合) 的装置。作为示例，传感器单元216可包括成像装置、系统传感器、接触传感器和/或其任何组合。
59.在一些实施方案中，传感器单元216包括一个或多个成像装置 222。成像装置222是被配置为检测周围环境和对周围环境成像的装置。例如，成像装置222可包括2维相机、3维相机(两者都可包括视觉和红外能力的组合)、激光雷达、雷达、其他测距装置和其他成像装置。成像装置222可生成所检测的环境的表示(诸如数字图像或点云)，所述表示用于实现机器/计算机视觉用于自动检查、机器人导引或其他机器人应用。如下文进一步详细描述的，机器人系统100可经由控制单元202处理数字图像、点云或其组合以标识图1的目标对象 112、目标对象112的位姿或其组合。为了操纵目标对象112，机器人系统100可捕获并分析指定区域(诸如，卡车内部、集装箱内部或传送带上的对象的拾取位置)的图像以标识图1的目标对象112和其对象源114。类似地，机器人系统100可捕获并分析另一个指定区域 (诸如，用于将对象放置在传送带上的投放位置、用于将对象放置在集装箱内部的位置或用于堆叠目的的托盘上的位置)的图像以标识图 1的任务位置116。
60.在一些实施方案中，传感器单元216可包括系统传感器224。系统传感器224可监测机器人系统100内的机器人单元。例如，系统传感器224可包括用于检测和监测结构构件(诸如机器人臂和末端执行器、机器人单元的对应关节或其组合)的位置的单元或装置。作为另一个示例，机器人系统100可在任务执行期间使用系统传感器224来追踪结构构件和关节的位置、取向或其组合。系统传感器224的示例可包括加速度计、陀螺仪或位置编码器。
61.在一些实施方案中，传感器单元216可包括接触传感器226，诸如，压力传感器、力传感器、应变仪、压阻/压电传感器、电容传感器、弹性电阻传感器、扭矩传感器、线性力传感器、其他触觉传感器和/或被配置为测量与多个物理结构或表面之间的直接接触相关联的特性的任何其他合适的传感器。例如，接触传感器226可测量与末端执行器在目标对象112上的夹持相对应的特性或者测量目标对象112 的重量。因此，接触传感器226可输出表示量化度量的接触度量，诸如与夹持元件和目标对象112之间的接触或附接程度相对应的测量到的力或扭矩。例如，接触度量可包括与由末端执行器施加到目标对象112的力相关联的一个或多个力或扭矩读数。
62.合适的末端执行器和相关部件
63.图3a至图3c是根据本技术的一些实施方案的末端执行器300 的示意图，其示出末端执行器300上的各种可测量力的源以及可测量力中的各种噪声源以及用于解决噪声的一些特征。特别地，图3a示出末端执行器300的基本设计图；图3b示出在拣选目标对象301之后的末端执行器300以及与拣选操作相关联的一个示例性噪声/误差源；并且图3c根据本技术的一些实施方案示出在拣选目标对象301 时的末端执行器300和与拣选操作相关联的另一
个示例性噪声/误差源以及用于解决噪声的各种特征。
64.如关于图3a所示，末端执行器300可包括上部310和耦接到上部310(例如，由其承载)的下部320。上部310包括上安装部件312 和耦接到上安装部件312的下表面313的力-扭矩传感器314(“ft传感器314”，在本文中有时也称为“力传感器”)。下部320包括耦接到 ft传感器314的下安装部件322，以及耦接到下安装部件322的夹持器组合件330(在本文中也称为“拣选组合件”)。在所示的实施方案中，夹持器组合件330包括上支架332、和延伸部件334和夹持器头336。上支架332安装到下安装部件322以将夹持器组合件330附接到末端执行器300。延伸部件334沿至少一个轴(例如，沿z轴)将夹持器组合件330的位置固定在距下安装部件322预定的已知距离处。夹持器组合件330还包括耦接到夹持器头336并且被配置为夹持和/或释放一个或多个目标对象301(显示出一个)的一个或多个夹持部件338 (显示出两个，分别称为第一夹持部件338a和第二夹持部件338b)。
65.在一些实施方案中，下部320可包括可根据拣选操作可互换(例如，被换出)的夹持器头(例如，夹持工具)。例如，下部320可包括被配置为夹持第一组目标对象的第一组夹持部件(例如，具有第一数量/ 大小的吸盘的基于真空的夹持器)，以及被配置为夹持第二组目标对象的第二组夹持部件(例如，具有第二数量/大小的杯子的基于真空的夹持器或基于夹钳的夹持器)。第一组夹持部件和第二组夹持部件可能够与末端执行器300互换，而上部310保持不变。因此，例如，单个上安装部件312和力-扭矩传感器314可与多种可互换的下部一起用于多种拣选操作。
66.ft传感器314被配置为测量通过ft传感器314平面传递的力。例如，在所示实施方案中，ft传感器314设置在x-y平面中以测量通过ft传感器314传递的力的z轴分量。另外，下部320耦接到ft 传感器314(例如，下安装部件322直接附接到ft传感器314或下安装部件322间接附接到ft传感器314)。因此，下部320的每个部件的质量(乘以重力加速度)产生可由ft传感器314测量的力。在另一个示例中，一旦夹持部件338拣选目标对象301，目标对象的质量也产生可由ft传感器314测量的力。通过从测量值中减去由于下部320 的部件的质量引起的力测量值(例如，校准ft传感器314以考虑部件的质量)，机器人系统100可(例如，经由耦接到末端执行器300的控制器)使用来自ft传感器314的测量值来确定是否拾取了目标对象、拾取了多少个目标对象、是否拾取了非预期对象、拣选操作是否成功和/或各种其他确定。仅作为示例，目标对象301可具有已知质量，从而使末端执行器300确认由ft传感器314测量的力在基于已知质量的预期范围(例如，与已知质量乘以重力加速度成比例的力)和ft 传感器314的误差范围内。
67.然而，在末端执行器300的操作期间，准确地测量力和/或做出上述任何确定变得复杂。仅作为示例，当末端执行器300用于拣选轻量目标对象(诸如质量小于约0.5千克(kg)的对象)时，轻量目标对象的质量可小于或显著小于末端执行器300的下部320。因此，由于对末端执行器的干扰引起的力(在本文中称为“干扰力”)的改变的量值可类似于或大于由于拣选和/或放置轻量目标对象引起的力的改变的量值。干扰力可是由于操作(例如，当夹持头接合/脱离时的移位)、力之间的串扰、末端执行器300的运动(例如，当末端执行器300上升时，向上的加速度改变ft传感器314测量的力)、取向的改变、末端执行器330与操作环境中的其他对象之间的碰撞或接触(例如，由于不精确的操作)以及各种其他源导致末端执行器300的部件的移位的结果。这些源中的一些可能是不可避免的(例如，由于拣选操作所
必需的取向和/或运动的改变引起的干扰力，由于接合和/或脱离夹持器组合件 330引起的干扰力等)，从而需要末端执行器300(和/或耦接到末端执行器300的控制器)来考虑干扰力。图3b和图3c示出干扰力源的两个示例。
68.例如，图3b示出相对于图3a所示的取向旋转的末端执行器300。在该取向上，ft传感器314被定向成测量通过在x轴、y轴和z轴上具有分量的平面的力。同时，目标对象301的质量导致沿z轴的力(由第一分力m1示意性地显示)，这导致在ft传感器314上的扭转力。也就是说，目标对象301的质量产生取决于末端执行器300的取向的扭转力，使得ft传感器314仅测量第一分力m1的一部分。类似地，末端执行器300的下部320的部件的质量导致沿z轴的力(由第二分力m2示意性地显示)，这导致在ft传感器314上的扭转力。因此，下部320的质量产生取决于末端执行器300的取向的扭转力，使得ft传感器314仅测量第二分力m2的一部分。由ft传感器314测量的第一分力m1和第二分力m2的较小部分使耦接到末端执行器300 的控制器和/或机器人系统(例如，图1的机器人系统100)的分析来自 ft传感器314的信号以进行准确测量的能力歪曲。在轻量目标对象的一些实施方案中，由ft传感器314测量的第一分力m1的部分可能低于ft传感器314的灵敏度，使得控制器和/或机器人系统可能无法区分加载配置和卸载配置。另外，当执行拣选操作时，末端执行器的角度可改变，从而导致力传感器314测量第一分力m1和第二分力 m2的动态部分(例如，使得第二分力m2的静态扣除不足以校准ft传感器314)。
69.另外，下部320和/或目标对象301的每个部件在末端执行器300 旋转远离所示取向时，可导致通过ft传感器314的平面的另外的扭转力。因为末端执行器300的下部320的部件的质量可比目标对象 301的质量大一个数量级，所以扭转力可引起量值大到足以阻止控制器和/或机器人系统能够使用来自ft传感器314的测量值准确标识加载配置与未加载配置之间的差异的干扰力。在一些实施方案中，另外的(例如，与完成拣选操作所需的移动相关联的)扭转力是不可避免的，使得来自ft传感器314的测量值要么在运动完成之前不可用，要么需要具有另外的变量和/或术语的更复杂的力模型来解释。
70.图3c根据本技术的一些实施方案示出图3a的具有另外的部件的末端执行器300。特别地，如图所示，末端执行器包括可操作地耦接到夹持器组合件330的连接管340。连接管340中的每一个可包括一个或多个柔性的和/或非刚性的段和/或可在固定点之间分成一个或多个段。连接管340提供使夹持器组合件330操作以夹持、拾取、承载和/或放置目标对象301的偏置力。仅作为示例，连接管340可向夹持部件338提供真空力，以使夹持部件338使用吸力来夹持、拾取和/或承载目标对象301。因此，需要连接管340来充分地操作末端执行器300。然而，连接管340可引入另外的干扰力源。例如，如果连接管340不固定，则其可在末端执行器300的操作期间在随机或准随机的方向上移动。另外，与下部320的部件相似，连接管可具有等于 (或大于)轻量目标对象的质量。因此，连接管340在操作期间的随机移动可导致ft传感器314的测量值的误差。
71.为了减少移动，可将连接管固定到末端执行器300。例如，在所示实施方案中，末端执行器包括将连接管340耦接到上安装部件312 的第一支架316a和将连接管340耦接到下安装部件322的第二支架 316b。虽然支架可减少连接管340的移动(以及相关联的干扰力)，但它们引入了新的干扰力源。特别地，当连接管340接合和/或脱离时，它们提供给夹持器组合件330的偏置力至少部分地施加到第一支架 316a和第二支架316b。例如，如图所示，当施
加真空力时，连接管 340可收缩和/或扭曲。支架可提供使连接管340的收缩/扭曲能够施加偏置力的接触点，所述偏置力可沿第三分力m3的方向拉动，其中至少一个分力m3被引导通过ft传感器314。另外，第三分力m3的确切取向和/或量值可能难以预测和/或经验建模。仅作为示例，当偏置力是通过连接管340施加的真空力时，第三分力m3的总体量值和取向可取决于复杂的气流模式和连接管340的任何剩余移动。因此，一些剩余的干扰力将发生在ft传感器314上并由其测量。
72.一种方法是经由软件算法来解释干扰力。仅作为示例，机器人系统100(经由例如可操作地耦接到末端执行器300的控制器)可执行高度计划的、有条理的移动，使得软件算法可通过求解一个或多个相对复杂的力方程来部分或完全解释干扰力。例如，当末端执行器300移动到不同的取向时，软件算法可求解一系列方程以确定在新取向处的预期力测量值和/或当末端执行器300在取向之间移动时的预期力测量值。类似地，软件算法可对偏置力的接合和/或脱离对预期力测量值的非线性影响进行建模以考虑来自连接管的噪声。在另一种方法中，末端执行器300可在每次操作/移动之后等待力测量值稳定预定时段，以使由操作(例如，由于任何部件的移动)引起的干扰力稳定到预期水平。然而，在某些情况下，以软件为中心的解决方案可能需要对象夹持系统的相对缓慢的操作和/或近似非线性效应以准确测量末端执行器300上的力。仅作为示例，可能需要以软件为中心的解决方案来考虑末端执行器300的部件的随机运动，和/或偏置力的接合和/ 或脱离对预期的力测量值的非线性影响。
73.下文将更详细地讨论的另一种方法为ft传感器314上发生的至少一些干扰力提供了机械解决方案。例如，通过将连接管340的移动相对ft传感器314的平面隔离，由ft传感器314测量的与移动相关联的干扰力部分可降低到可测量的水平以下(或完全消除)。类似地，隔离可引导连接管340提供的偏置力在ft传感器314的平面中通过 ft传感器314，从而将ft传感器314测量的干扰力的部分减小到可测量的水平以下(或将它完全消除)。这种干扰力的减小或消除在本文中有时被称为噪声消除。
74.图4是根据本技术的另外的实施方案的具有噪声消除特征的末端执行器400的等距视图。在所示的实施方案中，末端执行器400包括上部410、耦接到上部410的力扭矩传感器420(“ft传感器420”，在本文中有时也称为“力传感器”)和耦接到ft传感器420的下部430。上部410包括第一安装结构412(在本文中也称为“第一安装部件”和/ 或“上安装部件”)，以及加强支架414(在本文中也称为“加强板”和/或“加强部件”)和外部连接器416，每个都耦接到第一安装结构412。外部连接器416使末端执行器400可操作地耦接到对象夹持系统(诸如机器人系统100(图1))中的另一个部件。仅作为示例，外部连接器416 可使末端执行器400可操作地耦接(例如，机械地、电气地和/或流体地耦接)到使末端执行器400定位/定向和/或使末端执行器400在第一位置与第二位置(例如，拣选位置与放置位置)之间移动的机器人臂。
75.ft传感器420耦接到第一安装结构412。ft传感器420被配置为测量与ft传感器420的平面成角度定向的力和/或扭矩。例如，在所示实施方案中，ft传感器420被定位在纵向平面(例如，x-y平面) 中，使得ft传感器420测量沿竖直方向(例如，沿z轴)的力的分量(或部分)。仅作为示例，由ft传感器420承载的任何部件具有导致沿z 轴的重力的质量，所述重力可由ft传感器420测量(例如，从而测量部件的重量)。
76.在所示实施方案中，下部430包括耦接到ft传感器420(例如，由其承载)的第二安装结构432(在本文中也称为“第二安装部件”和/ 或“下安装部件”)，并且夹持器组合件440耦接到第二安装结构432。夹持器组合件440(在本文中也称为“拣选部件”、“夹持头”和/或“夹持部件”)包括上支架442、耦接到上支架442的延伸臂444、耦接到延伸臂444的下支架446、以及耦接到下支架446的一个或多个夹持部件448(显示出六个)。上支架442可将夹持器组合件440固定到第二安装结构432。在末端执行器400的操作期间，下支架446耦接到夹持部件448并且稳定/支撑夹持部件448。延伸臂444(在本文中也称为“延伸部件”)可沿z轴固定下支架446相对于第二安装结构432的位置。延伸臂444可用于例如在拣选操作期间调整夹持部件448的位置而不移动末端执行器400的其余部件。有限的移动可帮助调节具有有限间隙的拣选操作和/或可帮助减少与末端执行器400的整体移动相关的干扰力。在一些实施方案中，延伸臂444可由静态臂/部件代替和/或完全省略。
77.如图4进一步所示，夹持部件448可耦接到一个或多个连接管 450。如上文所讨论，连接管450中的每一个可在末端执行器400的操作期间引入干扰力，这是由于它们的移动和/或偏置力传送到ft传感器420内/通过ft传感器420。为了解决干扰力，末端执行器400 还包括噪声降低系统460，并且连接管450在噪声降低系统460的部件与末端执行器400的其他特征之间被分成各区段。噪声降低系统 460可减少连接管450的整体移动，将产生的一些力吸收到第一安装结构412和第二安装结构432中，和/或将与连接管450相关联的干扰力的至少一部分相对(例如，与ft传感器420的平面平行的)纵向平面隔离。连接管450的剖面构造可进一步帮助噪声降低系统460的噪声吸收和/或力引导功能。
78.噪声降低系统460可包括耦接到第一安装结构412的一个或多个第一支架462，以及耦接到第二安装结构432的一个或多个第二支架 466。第一支架462中的每一个包括一个或多个管安装部件464，所述管安装部件464被配置为耦接到连接管450中的一个或多个并且固定连接管450中的一个或多个，(和/或用于管安装部件的空间和/或与连接管450配合的空间)。因此，第一支架462中的每一个将连接管 450中的一个或多个锚定到第一安装结构412(例如，ft传感器420 的上游)。类似地，第二支架466中的每一个包括一个或多个管安装部件468，所述管安装部件468被配置为耦接到连接管450中的一个或多个并且固定连接管450中的一个或多个，(和/或用于管安装部件的空间和/或与连接管450配合的空间)。因此，第二支架466中的每一个将连接管450中的一个或多个锚定到第二安装结构432(例如， ft传感器420的下游)。
79.如图4所示，第一支架462上的管安装部件464中的每一个可与第二支架466上对应的安装部件468在纵向方向上平行。因此，第一支架462与第二支架466之间的连接管450的区段被相对与ft传感器420相同的纵向平面隔离。由于第一支架462在ft传感器420的上游而第二支架466在下游，从而第一支架462和第二支架466将来自连接管450的固定区段的干扰力的至少一部分(例如由于它们的移动、它们在接合和/或脱离期间的拉动等)相对纵向平面隔离同时行进穿过ft传感器420。因此，与连接管450相关联的干扰力的z方向分量在行进穿过ft传感器420时为零(或接近零)。换句话说，第一支架462和第二支架466使连接管450的使力穿过不被ft传感器420 测量的ft传感器420平面传输的区段隔离和/或固定。从而噪声降低系统460可显著降低(或消除)与连接管450相关联的由ft传感器420 测量的力。这种减少(或消除)在本文中也称为降低来自连接管450的噪声。
80.在一些实施方案中，连接管450的剖面构造使连接管450由多种材料制成(例如，连接管450中的每一个可以是与剖面中的每一个相对应的一系列管)。仅作为示例，连接管450的一个或多个区段可以是刚性材料，同时连接管450的一个或多个区段可以是相对柔性的材料。在特定的非限制性示例中，连接管450在第一支架462与第二支架466之间的区段可以是相对刚性的材料，而连接管450的其他区段是相对柔性的非刚性材料。第一支架462和第二支架466之间的区段的刚性构造可在偏置力的接合和/或脱离期间抵抗移动，而其他区段的柔性构造使末端执行器400移动到任何合适的取向并用于以任何合适的取向夹持目标对象。因此，连接管的各个区段的替代构造可降低来自连接管450的噪声，而不限制末端执行器400的功能。
81.图5是根据本技术的一些实施方案的示出与末端执行器400的操作相关联的力的图4的末端执行器400的部分示意性侧视图。如上文所讨论，末端执行器400包括上部410、耦接到上部410的ft传感器420以及耦接到ft传感器420的下部430。ft传感器420被配置为测量与ft传感器420的纵向平面正交的力(或相对于纵向平面成角度的力的正交分量)。例如，如果末端执行器400的下部430在z方向上沿第四力路径m4产生力(例如，与它们的重量相对应)，则为部件的质量。在此取向上，与下部430的部件的质量相关联的力是相对恒定的，从而使ft传感器420围绕它们校准(例如，用下部430的重量去皮重或归零)和/或减去测量值的尾端。
82.另外，如上文所讨论，夹持部件448可耦接到连接管450以接收偏置力(例如，吸力、电压、电流、压力等)。夹持部件448通过沿第五力路径m5施加偏置力来使用偏置力拾取一个或多个目标对象。在提供偏置力的同时，连接管450还将力沿第六力路径m6传送到末端执行器400的各个部件中。例如，连接管450通常在偏置力接合和/ 或脱离时移位到第一支架462和第二支架466附近和/或拉动第一支架462和第二支架466。因为第一支架462和第二支架466将连接管 450相对纵向方向隔离，所以第六力路径m6大部分(或完全)设置在纵向平面中。因此，第六力路径m6的在z方向上的(并且因此由ft传感器420测量的)分量接近于零(或为零)。另外，因为第一支架462在 ft传感器420的上游，而第二支架466在ft传感器420的下游，所以第一支架462和第二支架466在操作期间使来自连接管450的移动的大部分(或所有)力相对纵向方向隔离同时行进穿过ft传感器420。换句话说，第二支架466可有效地将偏置力的影响转换或固定到ft 传感器420下方(例如下游)的位置，并且第一支架462和第二支架466 (经由例如支架之间的连接管450的横向定向)可有效地抵消在ft传感器420上游的连接管450的部分引起的噪声输入。
83.由于上文讨论的特征中的每一个，噪声降低系统460能够机械地减少或消除来自连接管450的干扰力。这种减少或消除可使末端执行器400(和相关联的机器人系统)比依赖考虑干扰力的软件和/或其他分析技术的系统更快地完成拣选操作。例如，末端执行器400在能够使用来自ft传感器420的测量值之前不需要等待由夹持部件448的接合和/或脱离产生的非线性力稳定下来，即使对于涉及轻量目标对象的操作也是如此。在另一个示例中，末端执行器400(和相关联的机器人系统)不需要依赖(和等待)复杂的软件计算来使用来自ft传感器420的测量值。
84.另外或替代地，来自连接管450的干扰力的减少(或消除)可使末端执行器400(和相关联的机器人系统)比依赖考虑干扰力的软件和/ 或其他分析技术的系统更准确地完成
拣选操作。例如，通过减少(或消除)来自连接管450的干扰力，末端执行器400可包括更灵敏的ft 传感器420，而干扰力不会导致测量值误差。因此，提高了使用力测量值进行的任何确定的准确性。在另一个示例中，末端执行器400可为来自ft传感器420的测量值分配更高的置信度。
85.图6a和图6b是根据本技术的一些实施方案的示出图4的末端执行器400的另外特征的前视图。例如，在所示实施方案中，噪声降低系统460包括两个第二支架466，其中一个耦接到第二安装结构432 的一侧。
86.如关于图6a的最佳说明，第二支架466帮助组织连接管450。特别地，第二支架466将连接管450锚定到末端执行器以减少在末端执行器400的操作期间自由移动的连接管450中的每一个的长度。另外，第二支架466的每一个上的管安装部件468布置连接管450(和/ 或其区段)，使得没有连接管450重叠和/或可缠结。例如，最下面的管安装部件568可耦接到连接管450，所述连接管450耦接到最近的夹持部件448。类似地，最上面的管安装部件568可耦接到连接管450，所述连接管450耦接到最远的夹持部件448。因此，连接管450可在操作期间避免干扰力、缠结和/或可在需要时更易于维修。
87.如关于图6b的最佳说明，第二支架466中的每一个可包括耦接到第二安装结构432的安装板666。在所示实施方案中，第二支架466 在竖直方向上远离其安装板666延伸，使得第二支架466的每一个上的管安装部件468在竖直方向上堆叠。这种布置使第二支架466(以及图4中所示的第一支架462)在x-y平面中占据更少的空间，从而减少末端执行器400的纵向占用空间。另外，如图所示，第二支架466 不竖直延伸超过外部连接器416。因此，第二支架466(以及图4中所示的第一支架462)的所示取向不会增加末端执行器400的竖直占用空间。
88.图7a和图7b是根据本技术的一些实施方案的分别示出图4的末端执行器400的另外特征的等距前视图和后视图。在所示实施方案中，噪声降低系统460包括两个第一支架462，其中一个耦接到第一安装结构412的一侧。与上文关于图6a和图6b所讨论的第二支架466类似，第一支架462中的每一个包括耦接到第一安装结构412的安装板662。然后第一支架462远离安装板662竖直延伸，使得第一支架462上的管安装部件464与第二支架466上的管安装部件468平行。
89.如在图7a和图7b中进一步所示，第一支架462的安装板662 也可耦接到加强支架414。因此，加强支架可帮助进一步稳定第一支架462，从而使第一支架462在ft传感器420的上游并且在干扰力可沿连接管450行进更远之前吸收大量的干扰力。例如，因为第一支架462可在两个位置耦接到上部410，所以当连接管450在偏置力的接合和/或脱离期间移动时，第一支架462不太容易受到枢转和/或移位的影响。因为第一支架462不太容易受到枢转和/或移位的影响，所以从第一支架462向下游传送的干扰力较小。
90.图8是根据本技术的一些实施方案的用于操作对象夹持系统的末端执行器(例如，上文关于图4讨论的末端执行器400)的过程800 的流程图。过程800可由末端执行器本身上的控制器和/或由外部控制器(例如，图1的具有图2的处理器202的控制器109)执行。
91.过程800开始于框802，校准末端执行器上的力传感器(例如，上文关于图4讨论的ft传感器420)。校准考虑了力传感器上的站立力，诸如末端执行器的下部的每个部件的重量。校准还可包括：为力传感器建立标准偏差，使得过程800以后可忽略测量的力的微小波
动和/ 或将标准偏差包括在关于测量的力的确定中。
92.在框804处，过程800包括：操作末端执行器上的一个或多个夹持部件。操作夹持部件可包括：定位末端执行器，和/或向夹持部件中的一个或多个施加偏置力。偏置力致动夹持部件，从而使夹持部件夹持附近的对象(例如，目标对象)。在一些实施方案中，框804处的操作包括：一次仅致动末端执行器上的夹持部件的子集。这使过程 800例如在第一位置(例如，第一拣选位置)操作夹持部件的第一子集，然后在第二位置(例如，第二拣选位置)操作夹持部件的第二子集。
93.在框806，过程800包括确定当一个或多个夹持部件被操作时拾取的一个或多个对象的重量。确定质量可以包括从力传感器获取测量值，应用任何必要的过滤器(例如，减去末端执行器下部的部件的重量，除以重力加速度以将测量的力转换为质量，以及类似)。在一些实施方案中，在框806处的确定包括：应用算法(例如上文关于图3a 至图3c讨论的任何算法)，所述算法考虑各种干扰力源和/或其他潜在误差源以对来自力传感器的测量值进行过滤。在一些实施方案中，框806处的确定包括：基于力测量值、力测量值的波动、框802处标识的标准偏差、标识的干扰力和/或其他标识的误差源来确定质量的误差范围。
94.在判定框808处，过程800检查一个或多个所拣选对象的质量是否在一个或多个目标对象的预期范围内。当质量在预期范围内时，过程800可确定框804处的拣选操作成功并且在框810处继续；否则过程800可在框814处继续。
95.在成功的拣选操作之后，在框810处，过程800包括：将末端执行器从拣选位置移动到第二位置。在各种实施方案中，移动末端执行器可通过对象夹持系统和/或相关的机器人系统的各种部件来完成。仅作为示例，末端执行器可通过可操作地耦接到末端执行器的机器人臂从第一位置移动到第二位置。在另一个示例中，机器人臂本身可在两个位置之间移动(例如，当附接到移动的车辆时)。在一些实施方案中，如上文所讨论，第二位置是第二拣选位置并且过程可返回到框 804以操作一个或多个其他夹持部件。在所示实施方案中，第二位置是放下位置并且过程800继续到框812。
96.在框812处，过程800包括：释放一个或多个目标对象。在一些实施方案中，释放一个或多个目标对象包括：脱离偏置力，从而使夹持部件致动并且释放目标对象。例如，当偏置力为吸力时，吸力可脱离，使得夹持部件的吸力部件与一个或多个目标对象分离。在一些实施方案中，释放一个或多个目标对象包括：接合可替代偏置力，从而使夹持部件致动并且释放一个或多个目标对象。例如，可替代力可以是主动推动一个或多个目标对象远离夹持部件的(例如，与吸力相反的)压力。
97.当过程800确定拣选操作不成功时(例如，当测量的质量不在一个或多个目标对象的预期范围内时)，过程800继续到框814。在框 814处，过程800包括：确定存在什么误差和/或什么导致了误差。在各种实施方案中，可基于测量的质量、机器视觉、一个或多个用户输入和/或来自其他传感器(例如，测量夹持部件中的每一个是否被接合的传感器)的一个或多个测量值来做出确定。例如，当测量质量低于预期质量时，过程800可包括：确定在拣选操作期间哪个或哪些目标对象没有被拾取。在特定的非限制性示例中，当夹持部件使用吸力操作时，过程800可包括：(例如基于夹持部件中的任一个的吸力中的“开路”)确定是否有任何夹持部件没有接合目标对象。在另一个示例中，当测量质量高于预期质量时，过程800可包括：确定测量了多少额外质量、拾取了什么非预期对象、哪些夹持元件拾取了非预期对象
和/ 或一个或多个目标对象是否未被拾取(例如，由于在其位置拾取了非预期对象)。在特定的非限制性示例中，过程800可包括：使用机器视觉和/或一个或多个用户输入来确定拾取了什么非预期对象。
98.一旦过程800确定存在什么误差和/或什么导致了误差，过程800 返回到框804以重新开始拣选操作。在一些实施方案中，返回到框804包括：丢弃非预期对象。在一些实施方案中，过程800包括：将末端执行器移动到第二位置(例如，预定处置位置)、然后丢弃非预期对象并且返回到第一位置以重新开始拣选操作。
99.应当理解，在一些实施方案中，框802-814中的一个或多个可被组合、以不同的顺序执行和/或完全省略。仅作为示例，在末端执行器被使用而不在操作之间改变的实施方案中，过程800可省略在框 802处的校准力传感器。也就是说，一旦力传感器已针对特定夹持头 (例如，针对特定工具质量)校准，力传感器并不总是需要重新校准以供将来使用。在另一个示例中，在实施方案中过程800可省略在框 802处的校准力传感器，在所述实施方案中，所述过程包括：算法在框806处考虑工具质量。此类实施方案是有用的，例如，在末端执行器用于动态设定的情况下，使得单个校准不足以考虑由工具质量产生的可变力。在另一示例中，过程800可以连续执行框806以一致地测量耦接到末端执行器的任何对象的质量和/或记录发生在力传感器上的力。因此，例如，在此类实施方案中，框804和框806同时执行。在又一个示例中，框806-812可同时和/或并行执行以确定拣选对象的质量，以及质量是否在目标对象的预期范围内，同时末端执行器已经朝向放下位置移动。在此类实施方案中，过程800可更快地完成和重复，从而加快机器人系统的整体步伐并且增加吞吐量。
100.图9a是根据本技术的一些实施方案的示出末端执行器900的另外特征的侧视图。在所示实施方案中，末端执行器900总体上与上文参考图4至图7描述的末端执行器400类似。例如，末端执行器900 包括上部910、耦接到上部910的力-扭矩传感器920(“ft传感器920”) 和耦接到ft传感器920的下部930。末端执行器900还包括可操作地耦接到下部930中的夹持器组合件940的一个或多个连接管950，以及将连接管950锚定到末端执行器900的各个部件的噪声降低系统 960。另外，上部910包括第一安装结构912，以及各自耦接到第一安装结构912的加强支架914和外部连接器916。下部930包括第二安装结构932和夹持器组合件940。并且夹持器组合件940包括上支架942、耦接到上支架942的延伸臂944、耦接到延伸臂944的下支架946以及耦接到下支架946的一个或多个夹持部件948。
101.然而，在所示实施方案中，下部930被配置为使工具改变以换出和/或修改夹持器组合件940。例如，下部930包括第二安装结构932 上的第一接口933，所述第一接口933与上支架942上的第二接口943 配合。第一接口933和第二接口943可被连接以将上支架942耦接到第二安装结构932(从而将夹持器组合件940耦接到第二安装结构 932)。一旦第一接口933和第二接口943彼此连接，夹持器组合件940 就牢固地耦接到ft传感器920下游的第二安装结构932。因此，夹持器组合件940的重量以及夹持器组合件940夹持的任何对象的重量都可由ft传感器920测量。
102.在一些实施方案中，第一接口933和第二接口943包括将上支架 942机械地锁定到第二安装结构932的一个或多个致动部件。在一些实施方案中，关于图9b更详细地讨论，第一接口933和第二接口943 包括一个或多个致动器，所述一个或多个致动器可通过液压和/或气动流体解锁以完成工具改变。
103.如图9a进一步所示，噪声降低系统960也可被配置为使工具改变。例如，噪声降低系统960可包括耦接到夹持器组合件940的上支架942的第三支架970。第三支架970包括一个或多个管安装部件 974，所述一个或多个管安装部件974耦接到第三支架970下游的连接管950的区段(例如，在第三支架970与夹持部件948之间延伸的区段)。另外，如图所示，第二支架966可包括与第三支架970上的第四接口972配合的第三接口969。第三接口969和第四接口972在操作期间使偏置力(例如，真空力)通过连接管950连通，并且最小(或没有)泄漏。相反，在工具改变期间，第三接口969和第四接口972 使连接管950的区段容易地断开连接。
104.在各种实施方案中，工具改变可将第一夹持器组合件更换为第二夹持器组合件以调整夹持部件948的数量、大小、强度、类型和/或配置；调整延伸臂944的长度、取向和/或配置；调整夹持器组合件 940的整体取向；和/或以其他方式使末端执行器900适应特定的夹持操作。在特定的非限制性示例中，第一夹持器组合件可包括六个夹持部件，每个夹持部件具有第一半径；第二夹持器组合件可包括三个夹持部件，每个夹持部件具有第二半径，以及两个夹持部件，每个夹持部件具有第三半径；并且第三夹持器组合件可包括两个夹持部件，每个夹持部件具有第四半径。因此，工具改变可使末端执行器900在特定夹持操作和/或特定目标对象之间部分定制。
105.在一些实施方案中，第二支架966的管安装部件968包括弯管接头，所述弯管接头使第三支架970上的管安装部件974在竖直方向上 (例如，向下朝向夹持部件948)定向，同时连接管950的第一支架962 与第二支架966之间的区段952在纵向平面中(例如，在平行于ft传感器920并且正交于由ft传感器920测量的方向的平面中)定向。另外，第一支架962可耦接到第一安装结构912和/或加强支架914并且延伸(例如，向下延伸)到与第二支架966平行的位置。第一支架962 的延伸使其上的管安装部件964在纵向平面中与第二支架966的管安装部件968平行，从而保留上文详细讨论的噪声降低特征。
106.另外，如图9a所示，噪声降低系统960的所示配置可帮助减少末端执行器900的纵向占用空间。例如，第一支架962和第二支架 966中的每一个(以及其上的管安装部件964、968)从由上部910限定的占用空间突出较少和/或至少部分地包含在由上部910限定的占用空间内。因此，末端执行器900可具有足够的灵巧性以在受限空间中操作和/或可避免由于较大的占用空间而导致的各种引入噪声的碰撞。
107.图9b是根据本技术的另外的实施方案的图9a的末端执行器900 的等距视图。在所示实施方案中，末端执行器900可操作地耦接到流体管线980以辅助将夹持器组合件940耦接到下部930上的第二安装结构932和/或与其分离。特别地，流体管线980可将液压流体(例如，液压油)和/或气动流体(例如，压缩空气)通过一个或多个接口982(显示出两个)供应到第一接口933和第二接口943(图9a)内的一个或多个致动部件。为了将夹持器组合件940更换为另一个工具，流体管线 980可供应液压/气动流体以打开致动器并使第一接口933和第二接口 943脱离。然后，当新工具耦接到第二安装结构932时，流体管线980 可供应液压/气动流体以打开致动器并且使第一接口933与新工具上的接口配合。
108.在一些实施方案中，第一接口933和第二接口943(图9a)包括配合的一个或多个内部流体连通通道。配合的通道可使液压/气动流体在第一接口933与第二接口943之间流动。因此，流体管线980仅能够可操作地耦接到第二安装结构932，同时向第一接口933和第二接口943两者中的致动器提供力。因为流体管线980仅可操作地耦接到第二安装结构932，所以
在工具改变期间不需要其他连接/断开连接过程(例如，将流体管线与夹持器组合件940和新工具连接和断开连接)。另外，尽管示出为可操作地耦接到两条流体管线980，但是应当理解，末端执行器900能够可操作地耦接另一数量的流体管线980。例如，在各种其他实施方案中，末端执行器900能够可操作地耦接到一条、三条、五条、十条或任何其他合适数量的流体管线980。
109.示例
110.本技术例如根据下文描述的各个方面来说明。为方便起见，本技术的各方面的各种示例被描述为编号示例(1、2、3等)。这些是作为示例提供的并且不限制本技术。应当注意，任何从属示例可以任何合适的方式组合，并且被置于相应的独立示例中。其他示例可以类似的方式呈现。
111.1.一种用于与机器人系统一起使用的末端执行器，所述末端执行器包括：
112.第一安装结构，所述第一安装结构具有可耦接到对象夹持组合件的机器人臂的第一端部和在纵向平面中与所述第一端部间隔开的第二端部；
113.力传感器，所述力传感器在所述纵向平面下方耦接到所述第一安装结构的所述第二端部，并且被定位成测量至少部分正交于所述纵向平面的第一方向上的力；
114.第二安装结构，所述第二安装结构在所述力传感器下方耦接到所述第一安装结构的所述第二端部；
115.夹持器组合件，所述夹持器组合件耦接到所述第二安装结构并且具有多个夹持部件，所述多个夹持部件能够可操作地耦接到多个连接管并且被配置为夹持一个或多个目标对象；
116.第一支架，所述第一支架耦接到所述第一安装结构并且具有一个或多个第一管安装部件；以及
117.第二支架，所述第二支架耦接到所述第二安装结构并且具有一个或多个第二管安装部件，其中所述一个或多个第一管安装部件中的每一个在与所述纵向平面平行的纵向方向上与对应的第二管安装部件对准并且被配置为在所述纵向方向上将所述多个连接管保持在所述第一支架与所述第二支架之间。
118.2.如示例1所述的末端执行器，其中所述第一支架的所述一个或多个第一管安装部件和所述第二支架的所述一个或多个第二管安装部件被定向成在所述纵向方向上隔离所述多个连接管中的每一个的一部分，其中所述多个连接管中的每一个的所述部分在所述纵向方向上的隔离引导所述偏置力沿所述纵向方向以绕过所述力传感器。
119.3.如示例1和示例2中任一项所述的末端执行器，其中所述第一支架和所述第二支架垂直于所述纵向平面定向，以使得所述多个连接管能够在竖直方向上彼此间隔开，同时在所述纵向方向上延伸。
120.4.如示例1-3中任一项所述的末端执行器，其还包括加强部件，所述加强部件耦接到所述第一安装结构并且被定位成至少部分地支撑所述第一支架。
121.5.如示例1-4中任一项所述的末端执行器，其还包括：
122.第三支架，所述第三支架耦接到所述第一安装结构并且具有一个或多个第三管安装部件；以及
123.第四支架，所述第四支架耦接到所述第二安装结构并且具有一个或多个第四管安
装部件，其中所述一个或多个第三管安装部件中的每一个在与所述纵向平面平行的所述纵向方向上与对应的第四管安装部件对准。
124.6.如示例1-5中任一项所述的末端执行器，其中所述多个夹持部件各自包括吸力部件，其中所述偏置力是吸力，其中第一支架和第二支架分别附接到所述第一安装结构和所述第二安装结构，以降低所述吸力到所述夹持部件的接合而生成的噪声。
125.7.如示例1-6中任一项所述的末端执行器，其中所述多个连接管被所述第一支架和所述第二支架分成各区段，并且其中所述各区段至少包括：
126.所述夹持器组合件与所述第二支架之间的第一区段；以及
127.所述第二支架与所述第一支架之间的第二区段。
128.8.如示例1-7中任一项所述的末端执行器，其中所述力传感器至少用所述第二安装结构、所述夹持器组合件和所述第二支架的质量来校准，以考虑所述第二安装结构、所述夹持器组合件以及所述第二支架的所述质量。
129.9.如示例1-8中任一项所述的末端执行器，其中所述力传感器被校准以测量具有0.01千克(kg)与0.5kg之间的精度的质量。
130.10.一种机器人系统，其包括：
131.机器人臂；
132.末端执行器，所述末端执行器可操作地耦接到所述机器人臂，所述末端执行器包括：
133.耦接到所述机器人臂的臂连接部件；
134.具有邻近所述臂连接部件的第一端部和与所述第一端部间隔开的第二端部的第一安装部件，其中所述第一安装部件在第一方向上延伸；
135.由所述第一安装部件的所述第二端部承载并且被定位成测量与所述第一方向正交的第二方向上的力的力传感器；
136.在所述力传感器下方由所述第一安装部件的所述第二端部承载的第二安装部件；
137.由所述第二安装部件承载并且具有夹持部件的对象夹持头，所述夹持部件在所述第二方向上定向并且可操作来拣选和释放目标对象；
138.噪声降低部件，所述噪声降低部件包括：
139.由所述第一安装部件承载的第一支架；和
140.由所述第二安装结构承载并且沿所述第一方向与所述第一支架对准的第二支架；以及
141.可操作地耦接到所述夹持部件以提供作用于所述夹持部件的偏置力的连接管，其中所述连接管通过所述第一支架固定在第一位置中并且通过所述第二支架固定在第二位置中。
142.11.如示例10所述的机器人系统，其中所述第一位置和所述第二位置沿所述第一方向至少部分地对准，以将所述连接管相对所述第一方向在所述第一支架与所述第二支架之间隔离。
143.12.如示例10和11中任一项所述的机器人系统，其中所述第一支架和所述第二支架使所述偏置力至少部分地沿所述第一方向在所述第一位置与所述第二位置之间对准。
144.13.如示例10-12中任一项所述的机器人系统，其中所述夹持部件是第一夹持部
件，其中所述连接管是第一连接管，其中所述目标对象是第一目标对象，并且其中：
145.所述对象夹持头还包括可操作来拣选和释放第二目标对象的第二夹持部件；
146.所述管安装设备还包括：
147.由所述第一安装部件承载的与所述第一支架相对的第三支架；以及
148.由所述第二安装结构承载的与所述第二支架相对并且沿所述第一方向与所述第三支架对准的第四支架；并且
149.所述机器人系统还包括第二连接管，所述第二连接管可操作地耦接到所述第二夹持部件以提供作用于所述第二夹持部件的所述偏置力，其中所述第二连接管通过所述第三支架固定在第三位置中并且通过所述第四支架固定在第四位置中。
150.14.如示例10-13中任一项所述的机器人系统，其中所述夹持部件包括可操作地耦接到所述连接管的吸力部件，并且其中所述偏置力是吸力。
151.15.如示例10-14中任一项所述的机器人系统，其中所述末端执行器还包括延伸臂，所述延伸臂耦接到所述第二安装结构和所述对象夹持头以沿所述第二方向调整所述对象夹持头相对于所述第二安装结构的位置。
152.16.如示例10-15中任一项所述的机器人系统，其中所述第一支架被配置为至少部分地隔离由于所述机器人臂中的移动而导致的所述连接管的移动，并且其中所述末端执行器还包括耦接到所述第一安装部件和所述第一支架的加强部件以将第二锚定点添加到所述第一支架。
153.17.一种操作具有末端执行器的机器人系统的方法，所述方法包括：
154.生成用于所述末端执行器夹持一个或多个目标对象的拣选过程的命令，其中用于所述拣选过程的所述命令包括向所述末端执行器施加偏置力；
155.在所述拣选过程期间从所述末端执行器上的力传感器接收与所述末端执行器拾取的质量相对应的测量值；
156.基于所述测量值，基于至少部分基于所述一个或多个目标对象的预期重量和与所述力传感器相关联的预定误差范围、所测量质量是否在所述一个或多个目标对象的预期范围内，确定所述拣选过程是否成功；以及
157.当所述拣选过程成功时：
158.生成用于使所述末端执行器从放下位置移动的命令；以及
159.生成用于所述末端执行器释放所述一个或多个目标对象的放置过程的命令。
160.18.如示例17所述的方法，其还包括：校准所述力传感器以考虑所述末端执行器的耦接到所述力传感器的一个或多个部件的固定质量。
161.19.如示例17和18中任一项所述的方法，其还包括：当所述拣选过程不成功时：
162.确定不包括来自所述偏置力的反馈的误差源；以及
163.生成用于所述末端执行器的考虑所述误差源的重新拣选过程的命令。
164.20.如示例19所述的方法，其中所述误差源是以下一项或多项：
165.基于所述末端执行器与所述一个或多个目标对象之间的未对准的一个或多个丢失目标对象；
166.基于所述末端执行器的故障的一个或多个丢失目标对象；
167.基于不完整的拣选过程的一个或多个丢失目标对象；或者
168.在所述拣选过程期间拾取的一个或多个附加对象。
169.结论
170.根据前述内容应当了解，本文为了说明的目的已经描述了本技术的特定实施方案，但是没有详细显示或描述周知的结构和功能以避免不必要地使本技术的实施方案的描述模糊。如果通过引用并入本文的任何材料与本公开冲突，则以本公开为准。在上下文允许的情况下，单数或复数术语也可分别包括复数或单数术语。此外，除非词语“或”被明确限制为仅表示在涉及两个或多个项的列表中排除其他项的单个项，否则在此类列表中使用“或”应当解释为包括：(a)列表中的任何单个项，(b)列表中的所有项，或(c)列表中项的任何组合。此外，如本文所使用，如“a和/或b”中的短语“和/或”是指单独的a、单独的b 以及a和b两者。另外，术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“具有”以及“与”自始至终用于表示至少包括所列举的一个或多个特征，使得不排除任何更多数量的相同特征和/或另外类型的其他特征。
171.根据前述内容还应当了解，可在不偏离本公开或技术的情况下进行各种修改。例如，本领域普通技术人员可理解，本技术的各种部件可进一步被划分为子部件，或者本技术的各种部件和功能可组合和集成。此外，在特定实施方案的上下文中描述的技术的某些方面也可在其他实施方案中组合或消除。此外，尽管已经在某些实施方案的上下文中描述了与本技术的那些实施方案相关联的优点，但其他实施方案也可表现出此类优点，并且并非所有实施方案都必须表现出此类优点以落入本技术的范围内。因此，本公开和相关联技术可涵盖本文未明确示出或描述的其他实施方案。