專利名稱：機(jī)器人及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)的實(shí)施例涉及一種機(jī)器人及其控制方法，通過(guò)將用戶的手臂和手的動(dòng)作傳達(dá)給所述機(jī)器人，所述機(jī)器人能夠執(zhí)行任務(wù)，更具體地講，涉及一種利用基于物體的坐標(biāo)變換的機(jī)器人及其控制方法。
背景技術(shù)：
通常，以將用戶的動(dòng)作如實(shí)地表現(xiàn)在機(jī)器人上的這樣的方式來(lái)提供對(duì)機(jī)器人的控制。S卩，將用戶的手臂的動(dòng)作的信息傳送到機(jī)器人手臂，并將用戶的手的動(dòng)作的信息傳送到機(jī)器人手。因此，用戶獨(dú)立地控制機(jī)器人手臂和機(jī)器人手。然而，在這種情況下，需要單獨(dú)的操縱器(manipulator)來(lái)獨(dú)立地控制機(jī)器人手臂和機(jī)器人手，因此工作效率降低。另外，被識(shí)別為由用戶抓握的物體的位置和方向可能與實(shí)際上由機(jī)器人手抓握的物體的位置和方向不同。因此，根據(jù)用戶的手臂的動(dòng)作的機(jī)器人手臂的動(dòng)作可能會(huì)妨礙根據(jù)用戶的手的動(dòng)作的機(jī)器人手的動(dòng)作。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本公開(kāi)的一方面在于提供一種機(jī)器人及其控制方法，所述機(jī)器人能夠在自由空間內(nèi)獨(dú)立地控制機(jī)器人手臂和機(jī)器人手，在抓握了物體之后，能夠根據(jù)基于物體的坐標(biāo)來(lái)控制機(jī)器人手臂和機(jī)器人手。本公開(kāi)的其他方面將在以下描述中部分地進(jìn)行闡述，并且部分將通過(guò)描述而顯而易見(jiàn)，或者可以通過(guò)本公開(kāi)的實(shí)施而了解。根據(jù)本公開(kāi)的一方面，一種機(jī)器人包括機(jī)器人手、機(jī)器人手臂、抓握傳感器單元、抓握控制單元和坐標(biāo)變換單元。抓握傳感器單元可以被構(gòu)造成使機(jī)器人手能夠感測(cè)物體。抓握控制單元可以被構(gòu)造成根據(jù)從抓握傳感器單元得到的抓握信息確定機(jī)器人手是否抓握了物體，根據(jù)確定的結(jié)果選擇基于物體的動(dòng)作控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂的基于物體的坐標(biāo)或者選擇獨(dú)立地控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂的獨(dú)立坐標(biāo)，并基于選擇的坐標(biāo)來(lái)控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂。坐標(biāo)變換單元可以被構(gòu)造成計(jì)算虛擬物體根據(jù)基于物體的坐標(biāo)的位置和方向，并將關(guān)于計(jì)算的虛擬物體的位置和方向的信息傳送到抓握控制單元。如果確定機(jī)器人手抓握了物體，則抓握控制單元可以使用基于物體的坐標(biāo)，并可維持機(jī)器人處于抓握物體的狀態(tài)，從而防止機(jī)器人響應(yīng)于用戶的詳細(xì)動(dòng)作而移動(dòng)。基于物體的坐標(biāo)可以被構(gòu)造成計(jì)算多個(gè)實(shí)際手指尖的位置，通過(guò)利用計(jì)算的多個(gè)實(shí)際手指尖的位置計(jì)算多個(gè)虛擬手指尖的位置，并基于計(jì)算的多個(gè)虛擬手指尖的位置得到虛擬物體的中心位置和方向矢量。
抓握控制單元可以確定從主控裝置或從屬裝置傳送的虛擬物體的坐標(biāo)的相對(duì)變化是平移運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是抓握運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)平移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生平移控制命令，根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)控制命令或者根據(jù)抓握運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生抓握控制命令。平移控制命令可以被構(gòu)造成確定平移運(yùn)動(dòng)是否是在基于物體的坐標(biāo)的XY平面上的平移運(yùn)動(dòng)，如果確定平移運(yùn)動(dòng)不是在基于物體的坐標(biāo)的XY平面上的平移運(yùn)動(dòng)，則平移控制命令確定機(jī)器人手是否能夠沿基于物體的坐標(biāo)的Z軸執(zhí)行平移運(yùn)動(dòng)，從而控制機(jī)器人手臂或機(jī)器人手。旋轉(zhuǎn)控制命令可以被構(gòu)造成確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是否是繞基于物體的坐標(biāo)的X軸或Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如果確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不是繞基于物體的坐標(biāo)的X軸或Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則旋轉(zhuǎn)控制命令可以確定機(jī)器人手是否能夠繞基于物體的坐標(biāo)的Z軸執(zhí)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而控制機(jī)器人手臂或機(jī)器人手。抓握控制命令可以是被構(gòu)造成控制機(jī)器人手的命令。根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，一種控制機(jī)器人的方法如下?？梢愿鶕?jù)從抓握傳感器單元得到的抓握信息來(lái)確定機(jī)器人手是否抓握了物體。根據(jù)確定的結(jié)果，可以選擇基于物體的動(dòng)作控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂的基于物體的坐標(biāo)或者選擇獨(dú)立地控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂的獨(dú)立坐標(biāo)?？梢曰谶x擇的坐標(biāo)控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂。基于物體的坐標(biāo)可以計(jì)算虛擬物體的位置和方向，并可將關(guān)于計(jì)算的虛擬物體的位置和方向的信息傳送到抓握控制單元。對(duì)坐標(biāo)的選擇可以包括:如果確定機(jī)器人手抓握了物體，則使用基于物體的坐標(biāo)，并維持機(jī)器人處于抓握物體的狀態(tài)，從而防止機(jī)器人響應(yīng)于用戶的詳細(xì)動(dòng)作而移動(dòng)。基于物體的坐標(biāo)可以被構(gòu)造成計(jì)算多個(gè)實(shí)際手指尖的位置，通過(guò)利用計(jì)算的多個(gè)實(shí)際手指尖的位置計(jì)算多個(gè)虛擬手指尖的位置，并基于計(jì)算的多個(gè)虛擬手指尖的位置得到虛擬物體的中心位置和方向矢量?？梢酝ㄟ^(guò)執(zhí)行以下步驟來(lái)完成對(duì)基于物體的坐標(biāo)的選擇?？梢源_定從主控裝置或從屬裝置傳送的虛擬物體的坐標(biāo)的相對(duì)變化是平移運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是抓握運(yùn)動(dòng)?？梢愿鶕?jù)平移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生平移控制命令，根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)控制命令，根據(jù)抓握運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生抓握控制命令。平移控制命令可以被構(gòu)造成確定平移運(yùn)動(dòng)是否是在基于物體的坐標(biāo)的XY平面上的平移運(yùn)動(dòng)，如果確定平移運(yùn)動(dòng)不是在基于物體的坐標(biāo)的XY平面上的平移運(yùn)動(dòng)，則平移控制命令可以確定機(jī)器人手是否能夠沿基于物體的坐標(biāo)的Z軸執(zhí)行平移運(yùn)動(dòng)，從而控制機(jī)器人手臂或機(jī)器人手。旋轉(zhuǎn)控制命令可以被構(gòu)造成確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是否是繞基于物體的坐標(biāo)的X軸或Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如果確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不是繞基于物體的坐標(biāo)的X軸或Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則旋轉(zhuǎn)控制命令可以確定機(jī)器人手是否能夠繞基于物體的坐標(biāo)的Z軸執(zhí)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而控制機(jī)器人手臂或機(jī)器人手。抓握控制命令可以是被構(gòu)造成控制機(jī)器人手的命令。


通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述，本公開(kāi)的這些和/或其他方面將變得明顯且更加容易理解，在附圖中:圖1是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人的構(gòu)造的示圖。圖2是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人手的手掌側(cè)的平面圖。圖3是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人的框圖。圖4是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的主控手從五個(gè)實(shí)際的手指尖轉(zhuǎn)換成兩個(gè)虛擬的手指尖的透視圖。圖5是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人獲得基于物體的坐標(biāo)的示圖。圖6是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人的控制方法的流程圖。圖7是示出在根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的機(jī)器人的控制方法中根據(jù)基于物體的坐標(biāo)控制機(jī)器人手臂和機(jī)器人手的部分的流程圖。圖8是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的從五個(gè)實(shí)際的手指尖轉(zhuǎn)換成兩個(gè)虛擬的手指尖的機(jī)器人手的透視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)地描述本公開(kāi)的實(shí)施例，其示例在附圖中示出，在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)始終指示相同的元件。圖1是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人的示圖。參照?qǐng)D1，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的機(jī)器人包括由用戶操縱的主控裝置(masterdevice) 110和被構(gòu)造成在遠(yuǎn)程區(qū)域中執(zhí)行任務(wù)的從屬裝置(slavedevice) 120。顯示單元111與從屬裝置120的相機(jī)傳感器單元125a配對(duì)。顯示單元111可以將從從屬裝置120的相機(jī)傳感器單元125a得到的圖像信息顯示給用戶。主控手112與從屬裝置120的機(jī)器人手I配對(duì)。主控手112可以將用戶的手的坐標(biāo)信息傳送到機(jī)器人手I。例如，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的主控手112可以使用由手套狀的設(shè)備構(gòu)成的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，以測(cè)量結(jié)合到外骨骼致動(dòng)器結(jié)構(gòu)的手指的關(guān)節(jié)的角度，從而提供力反饋?？蛇x擇地，可以使用由既用作傳感器又用作致動(dòng)器的連接件構(gòu)成的外骨骼結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)主控手。主控手臂113與從屬裝置120的機(jī)器人手臂5配對(duì)。主控手臂113可以將用戶的手臂的坐標(biāo)信息傳送給機(jī)器人手臂5。圖2是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人手的手掌側(cè)的平面圖。參照?qǐng)D2，應(yīng)用于根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的機(jī)器人的機(jī)器人手I被構(gòu)造成包括以與人手相同的方式從手狀部分2延伸的五個(gè)手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie的結(jié)構(gòu)。手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie分別對(duì)應(yīng)于人的姆指、食指、中指、無(wú)名指和小指。通過(guò)組裝手掌形成構(gòu)件3和手背(backhand)形成構(gòu)件4來(lái)構(gòu)造手狀部分2。用于操作手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的容納部分設(shè)置在手掌形成構(gòu)件3和手背形成構(gòu)件4之間的間隙處。手狀部分2的一側(cè)連接到機(jī)器人手臂5。手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie中的每個(gè)包括三組關(guān)節(jié)連接構(gòu)件6、7和8以及四組關(guān)節(jié)9、10、11和12?？蛇x擇地，手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie中的每個(gè)可以包括兩組或更多組關(guān)節(jié)連接構(gòu)件和三組或更多組關(guān)節(jié)。手指機(jī)構(gòu)Ib至Ie的關(guān)節(jié)9至12中的連接到手掌的關(guān)節(jié)9被安裝成可旋轉(zhuǎn)的。根據(jù)關(guān)節(jié)9的旋轉(zhuǎn)，手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie可以展開(kāi)到側(cè)部。另外,手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie的各個(gè)關(guān)節(jié)10至12被構(gòu)造成沿相同的方向旋轉(zhuǎn)。關(guān)節(jié)連接構(gòu)件6至8中的每個(gè)被構(gòu)造成圍繞關(guān)節(jié)10至12中的相應(yīng)的一個(gè)關(guān)節(jié)的軸可旋轉(zhuǎn)。因此，手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie可以根據(jù)關(guān)節(jié)連接構(gòu)件6至8在相應(yīng)的關(guān)節(jié)10至12處的旋轉(zhuǎn)來(lái)執(zhí)行彎曲動(dòng)作。手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)元件(例如，電動(dòng)機(jī))和動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如，線或滑輪)來(lái)執(zhí)行彎曲動(dòng)作和旋旋轉(zhuǎn)作。緩沖構(gòu)件13至15可以安裝在手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie的關(guān)節(jié)連接構(gòu)件6至8上，同時(shí)覆蓋關(guān)節(jié)連接構(gòu)件6至8的外周表面。用于手指的彈性蓋構(gòu)件16a至16e可拆卸地設(shè)置在手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie處，從而既覆蓋手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie的表面又覆蓋緩沖構(gòu)件13至15的表面。圖3是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人的框圖。參照?qǐng)D3，機(jī)器人100可以包括主控裝置110和從屬裝置120。主控裝置110是設(shè)置在用戶側(cè)的設(shè)備，用戶可以通過(guò)使用主控裝置110來(lái)控制從屬裝置120。主控裝置110可以包括顯示單元111、主控手112、主控手臂113、位置傳感器單元114和第一通信單元115。顯示單元111對(duì)應(yīng)于機(jī)器人的頭部，并且被構(gòu)造成顯示由從屬裝置120識(shí)別的圖像。例如，當(dāng)識(shí)別用戶的頭的動(dòng)作時(shí)，顯示單元111 (例如，頭戴式顯示器(HMD))可以顯示遠(yuǎn)程位置(remote site)的圖像。用戶可以基于從機(jī)器人獲得的圖像來(lái)控制從屬裝置120。主控手112對(duì)應(yīng)于從屬裝置120的機(jī)器人手1，并且指的是用來(lái)感測(cè)用戶的手的動(dòng)作的設(shè)備。例如，主控手112可以感測(cè)用戶的手的動(dòng)作以測(cè)量手指的關(guān)節(jié)角度，并可根據(jù)所述動(dòng)作產(chǎn)生坐標(biāo)信息。主控手臂113對(duì)應(yīng)于從屬裝置120的機(jī)器人手臂5，并且指的是用來(lái)感測(cè)用戶的手臂的動(dòng)作的設(shè)備。例如，主控手臂113可以感測(cè)用戶的手臂的動(dòng)作以測(cè)量手臂的關(guān)節(jié)角度，并可根據(jù)所述動(dòng)作產(chǎn)生坐標(biāo)信息。主控手112和主控手臂113可以彼此獨(dú)立或者彼此協(xié)作地感測(cè)用戶的動(dòng)作，以將主控手112的坐標(biāo)信息和主控手臂113的坐標(biāo)信息發(fā)送到從屬裝置120。位置傳感器單元114可以感測(cè)用戶側(cè)的主控手112和主控手臂113的位置。位置傳感器單元114可以通過(guò)使用安裝在主控手112和主控手臂113處的傳感器(例如，譯碼器)來(lái)感測(cè)主控手112和主控手臂113的位置，并且可以將與感測(cè)到的位置相關(guān)的信息發(fā)送到抓握控制單元(grip control unit) 122或坐標(biāo)變換單元(未示出)。第一通信單元115可以與從屬裝置120的第二通信單元124交換數(shù)據(jù)?？梢砸杂芯€或無(wú)線的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送/接收方案。從屬裝置120是根據(jù)用戶的控制而操作的機(jī)器人設(shè)備。從屬裝置120包括控制單元121、抓握控制單元122、存儲(chǔ)單元123、第二通信單元124、傳感器單元125、機(jī)器人手I和機(jī)器人手臂5?？刂茊卧?21可以根據(jù)從主控裝置110得到的多條坐標(biāo)信息來(lái)控制從屬裝置120的操作。另外，控制單元121可以控制主控裝置110和從屬裝置120的總體操作。為了變換參考坐標(biāo)，抓握控制單元122可以確定機(jī)器人手I是否抓握了物體。變換的必要條件包括確定機(jī)器人手I是否以足夠的力抓握物體。通過(guò)安裝在機(jī)器人手I的手指尖上的抓握傳感器單元125b來(lái)分析通過(guò)接觸或抓握產(chǎn)生的相對(duì)于物體的反作用力，從而確定機(jī)器人手I是否抓握了物體。在機(jī)器人手I抓握了物體的情況下，抓握控制單元122可以將參考坐標(biāo)變換成基于物體的坐標(biāo)。另外，對(duì)于用戶的詳細(xì)動(dòng)作，通過(guò)使用具有預(yù)定大小或超過(guò)預(yù)定大小的力，抓握控制單元122可以防止用戶的動(dòng)作被再現(xiàn)，從而防止機(jī)器人手I錯(cuò)失抓握的物體。抓握控制單元122可以包括用于變換成基于物體的坐標(biāo)所需要的坐標(biāo)變換單元(未示出)?；谖矬w的坐標(biāo)指的是通過(guò)計(jì)算多個(gè)實(shí)際的手指尖的位置，利用計(jì)算的多個(gè)實(shí)際的手指尖的位置來(lái)計(jì)算多個(gè)虛擬的手指尖的位置，并基于計(jì)算的多個(gè)虛擬的手指尖的位置來(lái)得到虛擬物體的中心位置和方向矢量而限定的坐標(biāo)。在這種情況下，當(dāng)不考慮用戶的手和手臂的動(dòng)作而基于虛擬物體的動(dòng)作來(lái)控制機(jī)器人時(shí)，另外，當(dāng)物體的動(dòng)作的幅度小時(shí)(如在抓握物體和釋放物體時(shí))，采用基于物體的坐標(biāo)。同時(shí)，在用戶通過(guò)克服預(yù)定大小的力而移動(dòng)以釋放物體并因此不能滿足抓握的必要條件的情況下，抓握控制單元122可以將參考坐標(biāo)變換成獨(dú)立坐標(biāo)，所述獨(dú)立坐標(biāo)被構(gòu)造成將用戶的手的動(dòng)作和手臂的動(dòng)作分別發(fā)送到機(jī)器人手和機(jī)器人手臂。獨(dú)立坐標(biāo)可適用于機(jī)器人的動(dòng)作的幅度大的情況，如在舉起手臂時(shí)。存儲(chǔ)單元123可以存儲(chǔ)機(jī)器人手I和機(jī)器人手臂5的各種形式的動(dòng)作。另外，存儲(chǔ)單元123可以存儲(chǔ)從從屬裝置120和主控裝置110發(fā)送的各項(xiàng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。第二通信單元124與主控裝置110的第一通信單元115交換數(shù)據(jù)?？梢砸杂芯€或無(wú)線的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送/接收方案。傳感器單元125可以包括:相機(jī)傳感器單元125a，給遠(yuǎn)程位置處的周圍環(huán)境拍照；抓握傳感器單元125b，感測(cè)機(jī)器人手I是否抓握了物體；以及位置傳感器單元125c，感測(cè)機(jī)器人手I和機(jī)器人手臂5的位置。相機(jī)傳感器單元125a可以得到遠(yuǎn)程區(qū)域處的周圍環(huán)境的圖像，并且可以將該圖像發(fā)送到用戶側(cè)的顯示單元111。相機(jī)傳感器單元125a可以包括被構(gòu)造成給周圍環(huán)境拍照的普通相機(jī)。抓握傳感器單元125b可以使機(jī)器人手I能夠感測(cè)物體，并且可將與所述感測(cè)相關(guān)的抓握信息發(fā)送到抓握控制單元122。例如，傳感器(未示出)可以設(shè)置在各個(gè)手指機(jī)構(gòu)Ia至Ie的指尖的位置pi至p5處，以感測(cè)機(jī)器人是否抓握了物體。另外，所述傳感器(未示出)可以包括力傳感器或觸覺(jué)傳感器。力傳感器可以檢測(cè)機(jī)器人手I的力。在將力轉(zhuǎn)換成電量的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人手I的力的檢測(cè)，將力轉(zhuǎn)換成電量的過(guò)程可以包括:利用彈性體的變形作為第一轉(zhuǎn)換因子，并把測(cè)量的值與已知的力的大小等同。觸覺(jué)傳感器具有工程學(xué)地(engineeringly)呈現(xiàn)關(guān)于來(lái)自生物體的力/扭矩感覺(jué)和皮膚感覺(jué)的功能或部分功能。觸覺(jué)傳感器可以包括接觸傳感器、接觸力傳感器、滑覺(jué)傳感器、力/扭矩傳感器(重量傳感器)、接近傳感器或剛度傳感器。觸覺(jué)傳感器可以以觸覺(jué)傳感器陣列的形式實(shí)現(xiàn)。從屬裝置120側(cè)部的位置傳感器單元125c可以感測(cè)從屬裝置120的機(jī)器人手I的位置和機(jī)器人手臂5的位置。位置傳感器單元125c可以通過(guò)使用安裝在從屬裝置120的機(jī)器人手I和機(jī)器人手臂5上的傳感器(例如，譯碼器)來(lái)感測(cè)從屬裝置120的機(jī)器人手I的位置和機(jī)器人手臂5的位置，并可將位置信息發(fā)送到抓握控制單元122或坐標(biāo)變換單元(未示出)。機(jī)器人手I可以執(zhí)行抓握物體的動(dòng)作和移動(dòng)物體的動(dòng)作。機(jī)器人手臂5可以執(zhí)行動(dòng)作從而改變機(jī)器人手I的坐標(biāo)。以與人的手臂的結(jié)構(gòu)相同的方式，機(jī)器人手臂5的一端可以連接到機(jī)器人手1，機(jī)器人手臂5的另一端可以連接到機(jī)器人的軀干?？蛇x擇地，機(jī)器人手臂可以具有與人的手臂的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖4是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的主控手從實(shí)際的五個(gè)手指尖轉(zhuǎn)換成兩個(gè)虛擬的手指尖的透視圖。參照?qǐng)D4，主控手112的實(shí)際手指尖的位置可以分別表示為PU P2、P3、P4和P5。第一虛擬手指尖的位置Pvl可被設(shè)置為主控手112的第一實(shí)際手指尖的位置P1。第二虛擬手指尖的位置Pv2可被設(shè)置為第二實(shí)際手指尖的位置P2至第五實(shí)際手指尖的位置P5的中心 Pv20在這種情況下，第一虛擬手指尖的位置Pvl以一一對(duì)應(yīng)的方式映射到第一實(shí)際手指尖的位置P1。另外，第二虛擬手指尖的位置Pv2以一對(duì)應(yīng)于四的方式映射到第二實(shí)際手指尖的位置P2至第五實(shí)際手指尖的位置P5。之后，得到在第一虛擬手指尖的位置Pvl和第二虛擬手指尖的位置Pv2之間的中心位置。得到的中心位置可以被稱作虛擬物體的中心位置Pc。根據(jù)基于物體的坐標(biāo)，X軸方向指的是將虛擬物體的中心位置Pc作為原點(diǎn)時(shí)從虛擬物體的中心位置Pc朝向第二虛擬手指尖的位置Pv2的方向。根據(jù)基于物體的坐標(biāo)，Y軸方向指的是將虛擬物體的中心位置Pc作為原點(diǎn)時(shí)從第二虛擬手指尖的位置Pv2朝向第二實(shí)際手指尖的位置P2的方向。根據(jù)基于物體的坐標(biāo)，Z軸方向指的是將虛擬物體的中心位置Pc作為原點(diǎn)時(shí)垂直于根據(jù)基于物體的坐標(biāo)的X軸和Y軸的方向，并且還可以被稱作從主控手112的手掌朝向虛擬物體的中心位置Pc的方向。在下文中，X軸、Y軸和Z軸可以表示根據(jù)基于物體的坐標(biāo)的X軸、Y軸和Z軸。盡管可以關(guān)于第二虛擬手指尖的位置Pv2是第二實(shí)際手指尖的位置P2至第五實(shí)際手指尖的位置P5的中心位置的情況對(duì)根據(jù)實(shí)施例的主控手112進(jìn)行描述，但是本公開(kāi)不限于此。根據(jù)另一實(shí)施例，第二虛擬手指尖的位置Pv2可指的是鄰近于第二實(shí)際手指尖的位置P2至第五實(shí)際手指尖的位置P5中的一個(gè)的位置。盡管可以關(guān)于將第二實(shí)際手指尖的位置P2至第五實(shí)際手指尖的位置P5轉(zhuǎn)換成單個(gè)虛擬手指尖的位置Pv2的情況對(duì)根據(jù)實(shí)施例的主控手112進(jìn)行描述，但是本公開(kāi)不限于此。根據(jù)另一實(shí)施例，可以將至少一個(gè)實(shí)際手指尖的位置轉(zhuǎn)換成單個(gè)虛擬手指尖的位置Pv20圖5是示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人獲得基于物體的坐標(biāo)的示圖。坐標(biāo)變換單元(未示出)可以通過(guò)如下數(shù)學(xué)公式I得到虛擬物體的中心位置Pc。數(shù)學(xué)公式IPvl=Pl在數(shù)學(xué)公式I中，Pvl是第一虛擬手指尖的位置，Pl是第一實(shí)際手指尖的位置。第一虛擬手指尖的位置Pvl具有第一實(shí)際手指尖的位置Pl的坐標(biāo)值。數(shù)學(xué)公式2
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人，所述機(jī)器人包括: 機(jī)器人手和機(jī)器人手臂； 抓握傳感器單元，被構(gòu)造成使機(jī)器人手能夠感測(cè)物體； 抓握控制單元，被構(gòu)造成根據(jù)從抓握傳感器單元得到的抓握信息確定機(jī)器人手是否抓握了物體，根據(jù)確定的結(jié)果選擇基于物體的動(dòng)作來(lái)控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂的基于物體的坐標(biāo)或者選擇獨(dú)立地控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂的獨(dú)立坐標(biāo)，并基于選擇的坐標(biāo)來(lái)控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂；以及 坐標(biāo)變換單元，被構(gòu)造成計(jì)算虛擬物體根據(jù)基于物體的坐標(biāo)的位置和方向，并將關(guān)于計(jì)算的虛擬物體的位置和方向的信息傳送到抓握控制單元。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，如果確定機(jī)器人手抓握了物體，則抓握控制單元使用基于物體的坐標(biāo)，并且維持機(jī)器人處于抓握物體的狀態(tài)，從而防止機(jī)器人響應(yīng)于用戶的詳細(xì)動(dòng)作而移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，基于物體的坐標(biāo)被構(gòu)造成計(jì)算多個(gè)實(shí)際手指尖的位置，通過(guò)利用計(jì)算的多個(gè)實(shí)際手指尖的位置計(jì)算多個(gè)虛擬手指尖的位置，并基于計(jì)算的多個(gè)虛擬手指尖的位置得到虛擬物體的中心位置和方向矢量。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，抓握控制單元確定從主控裝置或從屬裝置傳送的虛擬物體的坐標(biāo)的相對(duì)變化是平移運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是抓握運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)平移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生平移控制命令，根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)控制命令或者根據(jù)抓握運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生抓握控制命令。
5.如權(quán)利要求4所述的機(jī)器人，其中，平移控制命令被構(gòu)造成確定平移運(yùn)動(dòng)是否是在基于物體的坐標(biāo)的XY平面上的平移運(yùn)動(dòng)，如果確定平移運(yùn)動(dòng)不是在基于物體的坐標(biāo)的XY平面上的平移運(yùn)動(dòng) ，則平移控制命令確定機(jī)器人手是否能夠沿基于物體的坐標(biāo)的Z軸執(zhí)行平移運(yùn)動(dòng)，并控制機(jī)器人手臂或機(jī)器人手。
6.如權(quán)利要求4所述的機(jī)器人，其中，旋轉(zhuǎn)控制命令被構(gòu)造成確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是否是繞基于物體的坐標(biāo)的X軸或Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如果確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不是繞基于物體的坐標(biāo)的X軸或Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則旋轉(zhuǎn)控制命令確定機(jī)器人手是否能夠繞基于物體的坐標(biāo)的Z軸執(zhí)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并控制機(jī)器人手臂或機(jī)器人手。
7.如權(quán)利要求4所述的機(jī)器人，其中，抓握控制命令是被構(gòu)造成控制機(jī)器人手的命令。
8.—種控制機(jī)器人的方法，所述方法包括下述步驟: 根據(jù)從抓握傳感器單元得到的抓握信息來(lái)確定機(jī)器人手是否抓握了物體； 根據(jù)確定的結(jié)果，選擇基于物體的動(dòng)作控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂的基于物體的坐標(biāo)或者選擇獨(dú)立地控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂的獨(dú)立坐標(biāo)； 基于選擇的坐標(biāo)控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂；以及 根據(jù)基于物體的坐標(biāo)，計(jì)算虛擬物體的位置和方向，并將關(guān)于計(jì)算的虛擬物體的位置和方向的信息傳送到抓握控制單元。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，對(duì)坐標(biāo)的選擇包括下述步驟: 如果確定機(jī)器人手抓握了物體，則使用基于物體的坐標(biāo)，并維持機(jī)器人處于抓握物體的狀態(tài)，從而防止機(jī)器人響應(yīng)于用戶的詳細(xì)動(dòng)作而移動(dòng)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，基于物體的坐標(biāo)被構(gòu)造成計(jì)算多個(gè)實(shí)際手指尖的位置，通過(guò)利用計(jì)算的多個(gè)實(shí)際手指尖的位置計(jì)算多個(gè)虛擬手指尖的位置，并基于計(jì)算的多個(gè)虛擬手指尖的位置得到虛擬物體的中心位置和方向矢量。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，對(duì)基于物體的坐標(biāo)的選擇包括下述步驟: 確定從主控裝置或從屬裝置傳送的虛擬物體的坐標(biāo)的相對(duì)變化是平移運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是抓握運(yùn)動(dòng)；以及 根據(jù)平移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生平移控制命令，根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)控制命令，根據(jù)抓握運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生抓握控制命令。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，平移控制命令被構(gòu)造成確定平移運(yùn)動(dòng)是否是在基于物體的坐標(biāo)的XY平面上的平移運(yùn)動(dòng)，如果確定平移運(yùn)動(dòng)不是在基于物體的坐標(biāo)的XY平面上的平移運(yùn)動(dòng)，則平移控制命令確定機(jī)器人手是否能夠沿基于物體的坐標(biāo)的Z軸執(zhí)行平移運(yùn)動(dòng)，并控制機(jī)器人手臂或機(jī)器人手。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，旋轉(zhuǎn)控制命令被構(gòu)造成確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是否是繞基于物體的坐標(biāo)的X軸或Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如果確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不是繞基于物體的坐標(biāo)的X軸或Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則旋轉(zhuǎn)控制命令確定機(jī)器人手是否能夠繞基于物體的坐標(biāo)的Z軸執(zhí)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并控制機(jī)器人手臂或機(jī)器人手。
14.如權(quán) 利要求11所述的方法，其中，抓握控制命令是被構(gòu)造成控制機(jī)器人手的命令。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種機(jī)器人及其控制方法。所述機(jī)器人包括機(jī)器人手和機(jī)器人手臂；抓握傳感器單元，被構(gòu)造成使機(jī)器人手能夠感測(cè)物體；抓握控制單元，被構(gòu)造成根據(jù)從抓握傳感器單元得到的抓握信息確定機(jī)器人手是否抓握了物體，根據(jù)確定的結(jié)果選擇基于物體的動(dòng)作來(lái)控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂的基于物體的坐標(biāo)或者選擇獨(dú)立地控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂的獨(dú)立坐標(biāo)，并基于選擇的坐標(biāo)來(lái)控制機(jī)器人手和機(jī)器人手臂；以及坐標(biāo)變換單元，被構(gòu)造成計(jì)算虛擬物體根據(jù)基于物體的坐標(biāo)的位置和方向，并將關(guān)于計(jì)算的虛擬物體的位置和方向的信息傳送到抓握控制單元。
文檔編號(hào)B25J9/16GK103192387SQ201310008020
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者金智英, 李光奎, 權(quán)寧道, 盧慶植 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社