本發(fā)明總體上涉及機(jī)器人操作和訓(xùn)練。更具體地，各個(gè)實(shí)施例涉及由工業(yè)機(jī)器人獲取、組織和使用與任務(wù)相關(guān)的信息，以促成自主方式的任務(wù)執(zhí)行。

背景技術(shù)：

工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行涉及物理對(duì)象的移動(dòng)和操縱的各種任務(wù)。典型的工業(yè)機(jī)器人例如可以具有裝配有夾持器的一個(gè)或多個(gè)手臂，其允許機(jī)器人拿起在特定位置處的對(duì)象，將它們運(yùn)送到目的位置，并根據(jù)特定的坐標(biāo)將它們放下，從而例如將它們堆疊或放置在存在于目的位置處的紙板盒內(nèi)。

機(jī)器人可以操縱不同類型的對(duì)象，還能執(zhí)行除了簡(jiǎn)單地移動(dòng)對(duì)象之外的許多任務(wù)—例如，焊接、聯(lián)接、施加緊固件等。因此，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多不同的“終端執(zhí)行器”用于部署在機(jī)器人附肢上。這些終端執(zhí)行器中的一些，例如夾持器，可用于一系列任務(wù)，而另外一些，諸如焊接槍，被設(shè)計(jì)為執(zhí)行單一的、專業(yè)的任務(wù)。為了促成多功能化，商業(yè)機(jī)器人可以適配不同的終端執(zhí)行器。例如，不同的終端執(zhí)行器可以共享共同的聯(lián)接設(shè)計(jì)，其允許終端執(zhí)行器被可更換地安裝至機(jī)器人手臂的袖口或手腕。使機(jī)器人可操作地適配終端執(zhí)行器是更困難的。經(jīng)常地，用于機(jī)器人的終端執(zhí)行器的選擇在系統(tǒng)集成或組裝期間進(jìn)行，并且基本上是永久的。操作所選擇的終端執(zhí)行器所必需的程序被寫(xiě)成用于機(jī)器人的控制器代碼。在一些機(jī)器人中，終端執(zhí)行器可以在操作期間被動(dòng)態(tài)地改變，但是典型地，這發(fā)生在任務(wù)執(zhí)行的預(yù)編程階段。也就是，當(dāng)監(jiān)控下一任務(wù)的代碼期望更換時(shí)，機(jī)器人的控制器代碼表明需要新的終端執(zhí)行器。換言之，當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)時(shí)或當(dāng)機(jī)器人被配備用于新任務(wù)時(shí)，響應(yīng)于機(jī)器人的預(yù)期甚至?xí)l(fā)生機(jī)器人的終端執(zhí)行器中的動(dòng)態(tài)變化。

因此，需要更通用的方法來(lái)熱插拔終端執(zhí)行器以允許操作者進(jìn)行任意的更換并且由機(jī)器人來(lái)動(dòng)態(tài)地適配。例如，操作者在操作期間可能發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于夾持器的當(dāng)前配置所允許的，由機(jī)器人所執(zhí)行的任務(wù)出乎意料地需要更精細(xì)的控制。在這種情況下，操作者將會(huì)想用更合適的終端執(zhí)行器來(lái)替換現(xiàn)有的夾持器，而不重寫(xiě)機(jī)器人的任務(wù)執(zhí)行代碼。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及能夠適應(yīng)終端執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)更換的機(jī)器人，以及與終端執(zhí)行器相關(guān)的軟件和硬件，其促成與機(jī)器人的通信以在不改變主控制程序的情況下動(dòng)態(tài)地加載和運(yùn)行允許操作終端執(zhí)行器的軟件。這種執(zhí)行器專用的程序設(shè)計(jì)在本文中一般稱作“驅(qū)動(dòng)程序”。當(dāng)檢測(cè)到相應(yīng)的終端執(zhí)行器時(shí)，在程序執(zhí)行期間，驅(qū)動(dòng)程序可被動(dòng)態(tài)地鏈接和運(yùn)行。典型地，機(jī)器人控制器將存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)程序的庫(kù)，并且當(dāng)檢測(cè)到新的終端執(zhí)行器時(shí)，加載適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序。該過(guò)程在本文中被稱作“自配置”。然而，控制器代碼本身可以發(fā)出通用指令，其不與任何特定的驅(qū)動(dòng)程序相關(guān)聯(lián)，而與被編碼進(jìn)行響應(yīng)的適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序關(guān)聯(lián)。這避免了為了適配不同的終端執(zhí)行器而在控制器代碼級(jí)別上做出改變的需要。

術(shù)語(yǔ)“配置數(shù)據(jù)”或“配置信息”指標(biāo)識(shí)或有助于實(shí)例化(例如，選擇和參數(shù)化)用于特定終端執(zhí)行器的適當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序的信息。因而，配置數(shù)據(jù)可以是實(shí)際的驅(qū)動(dòng)程序、用來(lái)給特定終端執(zhí)行器修改通用的驅(qū)動(dòng)程序的參數(shù)、或者只是所需的驅(qū)動(dòng)程序類型的標(biāo)識(shí)符。術(shù)語(yǔ)“標(biāo)識(shí)符”或“標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)”指標(biāo)識(shí)終端執(zhí)行器的信息，其可以與用于終端執(zhí)行器的適當(dāng)?shù)呐渲眯畔⒔M合或用來(lái)定位用于終端執(zhí)行器的適當(dāng)?shù)呐渲眯畔?。如下文所解釋的，根?jù)設(shè)計(jì)優(yōu)先級(jí)和偏好，驅(qū)動(dòng)程序、配置數(shù)據(jù)和標(biāo)識(shí)符可以被不同地分布于系統(tǒng)的組件之間。

在各個(gè)實(shí)施例中，終端執(zhí)行器并非直接連接至機(jī)器人的附肢，而是連接至可拆卸地安裝于機(jī)器人附肢末端的“工具板”。工具板機(jī)械地接納終端執(zhí)行器并且可以向其供電，并且在某些情況下向其提供數(shù)據(jù)信號(hào)。在終端執(zhí)行器和工具板之間可以分配各種類型和程度的功能，并且工具板可以適配不止一種類型的終端執(zhí)行器。這種布置由于最佳地適合于特定機(jī)器人的架構(gòu)而促成了性能的靈活部署，例如，一個(gè)組件可能是“非智能的”(例如，不能通信或數(shù)據(jù)處理)而另外的組件是“智能的”(例如，能夠與機(jī)器人通信并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的操作)。因而，一種實(shí)施方式以“非智能的”終端執(zhí)行器和“智能的”工具板為特征。智能的工具板可以檢測(cè)多種類型的可連接終端執(zhí)行器中的哪一種已被附接至該工具板(例如，基于終端執(zhí)行器的連接器的電氣性能或機(jī)械配置)，并將其報(bào)告給加載適當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序的機(jī)器人控制器?？蛇x地，智能的工具板可以僅適配單一類型的終端執(zhí)行器，在這種情況下，它只需要將自身的標(biāo)識(shí)報(bào)告給機(jī)器人控制器，因?yàn)檫@足以確定適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序。

另一實(shí)施方式以“智能的”終端執(zhí)行器和“非智能”工具板為特征，在這種情況下，工具板僅促成終端執(zhí)行器的板上處理器或控制器與機(jī)器人控制器之間的通信。終端執(zhí)行器將它的標(biāo)識(shí)符以有線或無(wú)線的方式報(bào)告給機(jī)器人控制器。在該配置中，工具板例如可以用作機(jī)器人附肢與機(jī)械地非兼容的終端執(zhí)行器之間的適配器。如下文所解釋的，“報(bào)告”可以是主動(dòng)的(“智能的”組件本身可發(fā)起與機(jī)器人控制器的通信并發(fā)送信息)或被動(dòng)的(“智能的”組件可以響應(yīng)于來(lái)自于機(jī)器人控制器的輪詢信號(hào)或其他的通信，其中該機(jī)器人控制器已檢測(cè)到附接)。

因此，在第一方面，本發(fā)明涉及具有可更換的終端執(zhí)行器的機(jī)器人系統(tǒng)。在多個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器人系統(tǒng)包括：機(jī)器人主體；連接至機(jī)器人主體并具有包含第一連接器的末端的機(jī)器人手臂；機(jī)器人控制器，用于控制機(jī)器人手臂以及連接至機(jī)器人手臂的終端執(zhí)行器；可拆卸地連接至機(jī)器人手臂的終端執(zhí)行器，其中，終端執(zhí)行器組件包括：(1)終端執(zhí)行器；(2)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器，該數(shù)據(jù)包括標(biāo)識(shí)信息和/或配置信息；(3)通信接口；(4)處理器；以及(5)能夠與第一連接器可拆卸地但牢固地配合的第二連接器，用于經(jīng)由通信接口建立處理器和機(jī)器人控制器之間的雙向通信。處理器被配置為在第一連接器與第二連接器配合時(shí)使數(shù)據(jù)傳輸至機(jī)器人控制器，并且機(jī)器人控制器適合于基于數(shù)據(jù)進(jìn)行自配置，并基于自配置來(lái)控制所連接的終端執(zhí)行器的移動(dòng)。

在多個(gè)實(shí)施例中，第一連接器被設(shè)置于工具板中，工具板本身設(shè)置于機(jī)器人手臂的末端并可拆卸地連接于此。終端執(zhí)行器被連接至工具板的相對(duì)側(cè)。工具板包括非易失性存儲(chǔ)器、處理器和通信接口。在一些實(shí)施方式中，工具板適合于配合單一類型的終端執(zhí)行器并存儲(chǔ)與其相關(guān)的標(biāo)識(shí)和/或配置信息。在另外的實(shí)施方式中，工具板可以適配多種類型的終端執(zhí)行器并為每種終端執(zhí)行器類型存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)和/或配置信息。終端執(zhí)行器與工具板的配合機(jī)械地或者通過(guò)數(shù)據(jù)交換的方式確立終端執(zhí)行器的類型。工具板繼而與機(jī)器人控制器通信以向其提供標(biāo)識(shí)和/或配置信息。

如所指出的，機(jī)器人控制器基于所部署的終端執(zhí)行器進(jìn)行自配置。在一些實(shí)施例中，終端執(zhí)行器組件既提供標(biāo)識(shí)信息也提供配置信息，例如，控制器的程序設(shè)計(jì)用來(lái)操作終端執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)程序。在另外的實(shí)施例中，終端執(zhí)行器組件僅提供標(biāo)識(shí)信息，并且控制器定位適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序。例如，控制器(或其他的機(jī)器人組件)可以存儲(chǔ)一系列驅(qū)動(dòng)程序和將終端執(zhí)行器與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)。一旦控制器獲知終端執(zhí)行器的標(biāo)識(shí)，就基于與標(biāo)識(shí)的終端執(zhí)行器對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)條目來(lái)選擇并加載適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序(在不改變主控制程序的情況下)。如果控制器不能定位合適的驅(qū)動(dòng)程序，它可以遠(yuǎn)程地搜索驅(qū)動(dòng)程序，或者通過(guò)與用作終端執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)程序的主資源庫(kù)的服務(wù)器進(jìn)行通信，或者通過(guò)自主地執(zhí)行互聯(lián)網(wǎng)搜索以查找合適的驅(qū)動(dòng)程序，并且如果找到一個(gè)，就將其下載并安裝。

在另一方面，本發(fā)明又涉及具有可更換的終端執(zhí)行器的機(jī)器人系統(tǒng)。在多個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器人系統(tǒng)包括：機(jī)器人主體；連接至機(jī)器人主體并具有包含第一連接器的末端的機(jī)器人手臂；機(jī)器人控制器，用于經(jīng)由第一連接器來(lái)控制機(jī)器人手臂和連接于此的終端執(zhí)行器；可拆卸地連接至機(jī)器人手臂的工具板；以及連接至工具板的終端執(zhí)行器，其中，工具板包括：(1)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器，該數(shù)據(jù)包括標(biāo)識(shí)信息或配置信息中的至少一項(xiàng)；(2)通信接口；(3)處理器；以及(4)能夠與第一連接器配合的第二連接器，用于經(jīng)由通信接口建立處理器和機(jī)器人控制器之間的雙向通信。處理器被配置為在第一連接器和第二連接器配合時(shí)使數(shù)據(jù)傳輸至機(jī)器人控制器，并且機(jī)器人控制器適合基于數(shù)據(jù)進(jìn)行自配置，并基于自配置來(lái)控制所連接的終端執(zhí)行器的移動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)既包括標(biāo)識(shí)信息也包括配置信息。在另外的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)不包括配置信息，并且機(jī)器人系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包括將終端執(zhí)行器的標(biāo)識(shí)信息與用于終端執(zhí)行器的配置信息關(guān)聯(lián)的記錄。控制器還適合于使用標(biāo)識(shí)信息查詢數(shù)據(jù)庫(kù)以獲取相應(yīng)的配置信息，并基于該配置信息進(jìn)行自配置。

附圖說(shuō)明

根據(jù)本發(fā)明如下的具體實(shí)施方式，尤其在結(jié)合附圖時(shí)，上述內(nèi)容將更容易理解，其中：

圖1A是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人的透視圖。

圖1B示意性示出了圖1A中所示的機(jī)器人的內(nèi)部和外部的組件。

圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的工具板的透視圖。

圖3A和圖3B分別是透視圖和平面圖，其分別示出了本文中工具板與機(jī)器人手臂配合的方式。

圖4示意性描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括機(jī)器人手臂、工具板以及一對(duì)終端執(zhí)行器的互操作系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

首先，參考圖1A和圖1B，其分別示出典型的機(jī)器人100的透視圖和詳述各個(gè)內(nèi)部操作組件的原理圖。機(jī)器人100包括至少一個(gè)機(jī)器人手臂105—如圖1B中所示，機(jī)器人可以具有不止一個(gè)手臂—其終止于用于操縱對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)終端執(zhí)行器110。手臂105具有由合適的(且傳統(tǒng)的)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)所提供的幾個(gè)自由度(例如，7個(gè))。每個(gè)關(guān)節(jié)理想地采用一系列彈性致動(dòng)器，使機(jī)器人能夠感知施加至它的外力,例如，由意外碰撞所產(chǎn)生的力。在圖1A示例的實(shí)施例中，允許機(jī)器人抓住、舉起和移動(dòng)對(duì)象的平行爪夾持器110被安裝在手臂105的端部。如下文所解釋的，夾持器110僅是許多可能的終端執(zhí)行器中的一個(gè)。機(jī)器人100還具有頭狀屏幕112，其可顯示一雙眼睛或其他輸出以向附近的人員強(qiáng)化機(jī)器人的方位或通告其狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，屏幕110可圍繞垂直通道旋轉(zhuǎn)并圍繞與平行于屏幕110的長(zhǎng)軸的水平軸擺動(dòng)。

機(jī)器人100包括一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)115。在圖1A中，攝像機(jī)115被示出在屏幕112的上方。機(jī)器人100還可包括在附肢105的手腕117中的一個(gè)或多個(gè)距離傳感器，并且在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)聲納傳感器檢測(cè)環(huán)境中的移動(dòng)對(duì)象。除了用于視覺(jué)上和/或聽(tīng)覺(jué)上檢測(cè)對(duì)象的這些傳感器之外，機(jī)器人100可以包括在手臂105上的許多機(jī)械特征和觸敏傳感器，其促成了與人(例如，訓(xùn)練者)的機(jī)械交互。例如，機(jī)器人100可包括旋鈕和按鈕的組118(“導(dǎo)航器”)，其允許使用者響應(yīng)屏幕112上顯示的信息(例如，通過(guò)選擇菜單項(xiàng)、在訓(xùn)練模式和執(zhí)行模式之間切換)并通過(guò)數(shù)字旋鈕輸入數(shù)字(例如，指示將多少行和列的對(duì)象包裝到盒中)或者文字(例如，密碼或?qū)ο蠛腿蝿?wù)的名稱)。

當(dāng)然，上述機(jī)器人100僅是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)可能的機(jī)器人實(shí)施例之一，上面所描述的各個(gè)特征僅是代表性的而不是限制性的?？梢圆捎脤?duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的方式來(lái)修改各個(gè)組件和特征。例如，機(jī)器人通常可具有任何數(shù)量的手臂(或者，更一般地，附肢)，并且每個(gè)手臂可具有任何數(shù)量的自由度。手臂的鏈節(jié)不需要由僅提供一個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(例如，諸如樞紐關(guān)節(jié))來(lái)連接，而是例如可以包括提供兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的球窩式關(guān)節(jié)和/或促成平移運(yùn)動(dòng)的軌道系統(tǒng)。

機(jī)器人的操作由機(jī)器人控制器125來(lái)監(jiān)控，其監(jiān)視和改變機(jī)器人的位置、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和力量；控制關(guān)節(jié)級(jí)的致動(dòng)器，以按照機(jī)器人控制器的指示移動(dòng)機(jī)器人和/或其運(yùn)動(dòng)部件；以及高級(jí)別的計(jì)算功能，其促成了圖像處理、用戶交互等。機(jī)器人控制器125通常可以在通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)上以硬件、軟件或兩者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)包括雙向的系統(tǒng)總線128，通過(guò)系統(tǒng)總線128，中央處理單元(CPU)130、存儲(chǔ)器133和存儲(chǔ)設(shè)備136互相通信，并與內(nèi)部或外部的輸入/輸出設(shè)備通信，內(nèi)部或外部的輸入/輸出設(shè)備諸如屏幕112、攝像機(jī)115、導(dǎo)航器118、手腕套箍(wristcuff)以及任何其他的輸入設(shè)備和/或外部傳感器。傳統(tǒng)的通信接口138促成了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的通信，諸如互聯(lián)網(wǎng)和/或任意其他的陸基或無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)。存儲(chǔ)設(shè)備136存儲(chǔ)終端執(zhí)行器數(shù)據(jù)庫(kù)140，如下文更詳細(xì)地解釋的，終端執(zhí)行器數(shù)據(jù)庫(kù)140保存與可以與機(jī)器人100關(guān)聯(lián)的各種類型的終端執(zhí)行器110相關(guān)的信息?？梢圆捎萌魏魏线m的編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)各個(gè)模塊，包括但不限于：諸如C、C++、C#、Ada、Basic、Cobra、Fortran、Java、Lisp、Perl、Python、Ruby或Object Pascal的高級(jí)語(yǔ)言，或者低級(jí)匯編語(yǔ)言。機(jī)器人控制器125可通過(guò)硬件、軟件或兩者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

終端執(zhí)行器110經(jīng)由工具板150連接至機(jī)器人手臂105，工具板150可以同時(shí)適配不止一種類型的終端執(zhí)行器110，以及在一些實(shí)施例中，同時(shí)適配不止一個(gè)終端執(zhí)行器。通過(guò)這種方式，工具板150用作“通用的”連接器，其經(jīng)由機(jī)器人手臂105被機(jī)械和電氣地連接至機(jī)器人100，并且接納來(lái)自終端執(zhí)行器的機(jī)械和電氣連接器。此外，工具板150協(xié)助機(jī)器人控制器125定位和安裝用于特定終端執(zhí)行器110的適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序。在各種實(shí)施例中，當(dāng)終端執(zhí)行器已被移除并用不同(但兼容)的終端執(zhí)行器替換時(shí)，工具板150可以提供允許控制器125實(shí)時(shí)地定位、加載和運(yùn)行適當(dāng)?shù)男买?qū)動(dòng)程序的信息，來(lái)警示機(jī)器人控制器。工具板150可以是幾種不同配置的工具板之一，每一個(gè)具有用于與機(jī)器人手臂105配合的相同的機(jī)械和電氣連接器，但是具有用于接納不同的終端執(zhí)行器的不同的接納部。相對(duì)于單個(gè)工具板所能物理支持的接納部的數(shù)量，通過(guò)這種方式能夠適配更多的終端執(zhí)行器，并且還促成了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性：當(dāng)開(kāi)發(fā)了具有不同連接器配置的新型終端執(zhí)行器時(shí)，不必更換整個(gè)機(jī)器人100或者甚至不必更換機(jī)器人手臂105；更確切地說(shuō)，更換工具板150的能力意味著只需要設(shè)計(jì)新的工具板。就這一點(diǎn)而言，下文所描述的工具板的特征提供了靈活性。

圖2A和圖2B示出典型的工具板150的兩個(gè)面，以及圖3A和圖3B描述了工具板150與機(jī)器人手臂的端部的附接。面205包括具有環(huán)形周界的凹部210和在凹部210中心的突起的平臺(tái)215，在平臺(tái)215中是10個(gè)彈簧加載的插針(彈簧針)220，用于建立與互補(bǔ)的接納部的可移除的電連接。多個(gè)孔225延伸通過(guò)工具板150并允許螺栓穿過(guò)，用于加固與機(jī)器人手臂的附接。在示例的實(shí)施例中，面向執(zhí)行器的面230包括具有暴露孔225的缺口240的突起的環(huán)形脊235。在一些實(shí)施例中，這些缺口240與進(jìn)入終端執(zhí)行器(未示出)上的環(huán)形凹部中的互補(bǔ)擴(kuò)展部分互鎖，該環(huán)形凹部接納脊235。沿著脊235頂面的一系列螺栓孔245允許終端執(zhí)行器被緊固至工具板150。在示例的實(shí)施例中，終端執(zhí)行器與面230的附接僅產(chǎn)生機(jī)械連接。電信號(hào)和電能通過(guò)一對(duì)電連接器(例如，M8工業(yè)連接器)被傳遞至所安裝的終端執(zhí)行器，該一對(duì)電連接器通過(guò)合適的電纜連接至終端執(zhí)行器。如下文所詳細(xì)解釋的，電信號(hào)和電能通常來(lái)自于機(jī)器人控制器并經(jīng)由插針連接器220由工具板150接收。工具板150可包括將從機(jī)器人接收的信號(hào)和/或電能轉(zhuǎn)換為用于機(jī)器人上安裝的終端執(zhí)行器的不同的形式的電路。

參照?qǐng)D2A和圖3A，工具板150與機(jī)器人手臂105的端面305接觸，并且在端面305上的突起的環(huán)形脊310被接納在工具板150的互補(bǔ)的凹部210中。一系列螺栓孔315與穿過(guò)工具板的孔225對(duì)齊，允許工具板150被用螺栓或以其它方式被機(jī)械地緊固至機(jī)器人手臂105。然而，在一些實(shí)施例中，使用快速釋放閂鎖代替螺栓。當(dāng)工具板150和機(jī)器人手臂105呈現(xiàn)圖3B中所示例的匹配配置時(shí)，插針連接器220被接納在接納部320中。

圖4中示例了工具板150的操作和關(guān)鍵內(nèi)部組件。工具板包括存儲(chǔ)器405、支持電路410以及控制元件415，控制元件415可以是微處理器、微控制器或其他合適的組件?？刂圃?15的性能取決于分配給工具板150的功能，如下文所描述的。工具板與一個(gè)或多個(gè)終端執(zhí)行器420機(jī)械和電氣地匹配，其中兩個(gè)被典型地示出在420₁、420₂。也就是說(shuō)，工具板150具有兩個(gè)接納部，一個(gè)接納部用于終端執(zhí)行器420中的一個(gè)，并且每個(gè)接納部包含適當(dāng)?shù)奶卣饕源俪膳c其的機(jī)械和電氣匹配。如上文所指出的，工具板150可同時(shí)適配不止一個(gè)終端執(zhí)行器420和/或可替換地適配不同類型的終端執(zhí)行器。例如，與圖1所示的具有包圍對(duì)象的手指的夾持器不同，終端執(zhí)行器420可包括吸式夾持器或者保持或操縱對(duì)象的其他部件。可選地或另外地，終端執(zhí)行器可以是工具(諸如鉆、鋸、焊機(jī)等)、測(cè)量設(shè)備(諸如天平、量規(guī)等)或其他實(shí)現(xiàn)功能的設(shè)備。

當(dāng)與機(jī)器人手臂105機(jī)械和電氣地匹配時(shí)，工具板150接收電能并建立與機(jī)器人控制器125的通信(參見(jiàn)圖1B)。典型地，這經(jīng)由諸如接口425和本地馬達(dá)控制器430的中間硬件產(chǎn)生。接口將電能從機(jī)器人供應(yīng)至工具板150，并經(jīng)由例如RS-485的串口通信協(xié)議支持與工具板150的雙向數(shù)據(jù)通信。工具板150的支持電路410包含補(bǔ)充的通信組件。本地馬達(dá)控制器430從機(jī)器人控制器125接收指令(例如，通過(guò)諸如以太網(wǎng)的鏈路層協(xié)議)并且驅(qū)動(dòng)與機(jī)器人手臂105的一個(gè)或多個(gè)附近關(guān)節(jié)關(guān)聯(lián)的馬達(dá)，以使指令產(chǎn)生作用。在示例的實(shí)施方式中，本地控制器430也從機(jī)器人控制器125接收操作終端執(zhí)行器420的指令。它經(jīng)由接口425(例如使用RS-485)將這些指令傳送至工具板150，并且工具板150經(jīng)由數(shù)字輸出線將指令發(fā)布(或提供電能)給被尋址的終端執(zhí)行器。指令典型地是專用于終端執(zhí)行器的低級(jí)別指令。也就是說(shuō)，盡管工具板150可以被配置為從機(jī)器人控制器125接收高級(jí)別的通用指令并將這些指令轉(zhuǎn)換成執(zhí)行器專用的信號(hào)，但通常不這樣做。而是，在更典型的實(shí)施方式中，機(jī)器人控制器125已經(jīng)“自配置”以傳送執(zhí)行器專用的指令。下文解釋其實(shí)現(xiàn)方式。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，機(jī)器人手臂105本身可包括能夠執(zhí)行高級(jí)別任務(wù)的處理器。因此，盡管處理器415可作為“支配者(Master)”以控制與機(jī)器人手臂125的通信，它也可以相反地作為機(jī)器人手臂中處理器的“從屬者(Slave)”(例如，機(jī)器人手臂中處理器可以輪詢工具板150并發(fā)送數(shù)據(jù)至機(jī)器人控制器)。

當(dāng)終端執(zhí)行器420與工具板150匹配時(shí)，發(fā)生各種通信，其最終結(jié)果是提供電能至機(jī)器人控制器125和終端執(zhí)行器420并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制器125和終端執(zhí)行器420之間的通信，但是也能夠使機(jī)器人控制器進(jìn)行自配置以操作終端執(zhí)行器。在一個(gè)典型的實(shí)施方式中，終端執(zhí)行器是“非智能的”設(shè)備，不具有提供給機(jī)器人控制器的板上信息。工具板150由于其接納配置(例如，它被設(shè)計(jì)為接收單一類型的終端執(zhí)行器)、或者從其機(jī)械或電氣特性、或者由于工具板僅適配一種類型的終端執(zhí)行器，而識(shí)別終端執(zhí)行器。在示例的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器405存儲(chǔ)用于兩個(gè)可能的終端執(zhí)行器420₁、420₂中的每一個(gè)的標(biāo)識(shí)符。當(dāng)控制元件415檢測(cè)到特定終端執(zhí)行器的附接時(shí)，它經(jīng)由機(jī)器人手臂105將相應(yīng)的標(biāo)識(shí)符傳送至機(jī)器人控制器125。機(jī)器人控制器使用所傳送的標(biāo)識(shí)符來(lái)在數(shù)據(jù)庫(kù)140中(參見(jiàn)圖1B)定位用于終端執(zhí)行器的配置信息。數(shù)據(jù)庫(kù)140可包含配置信息(例如，驅(qū)動(dòng)程序或到存儲(chǔ)在別處的驅(qū)動(dòng)程序的指針)的庫(kù)，并且當(dāng)基于接收的終端執(zhí)行器的標(biāo)識(shí)符選擇驅(qū)動(dòng)程序信息時(shí)，機(jī)器人控制器125進(jìn)行自配置，即，加載并安裝適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序。由于工具板150可以檢測(cè)終端執(zhí)行器的安裝和移除，這些終端執(zhí)行器可被實(shí)時(shí)的“熱插拔”而無(wú)需斷電和重新啟動(dòng)機(jī)器人。經(jīng)由電路410，控制元件415將警告機(jī)器人控制器125新的終端執(zhí)行器已被附接，并提供用于新的終端執(zhí)行器的標(biāo)識(shí)符。

通過(guò)工具板150或者通過(guò)機(jī)器人控制器125(例如，如果終端執(zhí)行器被直接附接至機(jī)器人手臂105)檢測(cè)終端執(zhí)行器的附接可以以主動(dòng)的或被動(dòng)的方式發(fā)生。例如，終端執(zhí)行器或工具板可以發(fā)起與機(jī)器人控制器或工具板的通信。可選地，在附接時(shí)，終端執(zhí)行器或工具板可以發(fā)射特征信號(hào)，該信號(hào)由輪詢?cè)撔盘?hào)的機(jī)器人控制器檢測(cè)。在每種情況下，機(jī)器人控制器125(或者在一些實(shí)施方式中，機(jī)器人手臂105)發(fā)送指令到終端執(zhí)行器或工具板，其用數(shù)據(jù)(取決于指令，該數(shù)據(jù)為I/O或狀態(tài)數(shù)據(jù)或存儲(chǔ)的配置/標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù))回應(yīng)。

在一些實(shí)施例中，配置信息被存儲(chǔ)在工具板150的存儲(chǔ)器405中，并且在檢測(cè)到終端執(zhí)行器的附接時(shí)，控制元件415在存儲(chǔ)器405中定位相應(yīng)的配置信息并將其發(fā)送至機(jī)器人控制器125。再次提到，配置信息可以是使機(jī)器人控制器125能夠在進(jìn)行自配置之前下載驅(qū)動(dòng)程序的最新版本的驅(qū)動(dòng)程序本身或到驅(qū)動(dòng)程序的指針，或者是使機(jī)器人控制器125能夠針對(duì)特定終端執(zhí)行器來(lái)參數(shù)化通用驅(qū)動(dòng)程序的信息。存儲(chǔ)器405還可以存儲(chǔ)終端執(zhí)行器的專用度量，諸如循環(huán)計(jì)數(shù)和操作時(shí)間，當(dāng)它們接近其額定的循環(huán)限度時(shí)，允許諸如更換吸盤(pán)的預(yù)防性的維護(hù)。

在各種實(shí)施方式中，接納部420的任何一個(gè)可以適配不止一種類型的終端執(zhí)行器。在這種情況下，在建立了與新安裝的終端執(zhí)行器的通信時(shí)，終端執(zhí)行器可存儲(chǔ)被提供至工具板150(或由工具板150取回)的標(biāo)識(shí)符。在這種情況下，工具板150將標(biāo)識(shí)符傳送至機(jī)器人控制器125，或者，在一些實(shí)施例中，使用標(biāo)識(shí)符來(lái)從存儲(chǔ)器405取回配置信息并將該信息發(fā)送至機(jī)器人控制器125。優(yōu)化的信息分配—即，是將配置信息存儲(chǔ)在工具板150上還是存儲(chǔ)在機(jī)器人自身的非易失性存儲(chǔ)器中—代表設(shè)計(jì)選擇。存儲(chǔ)在工具板150上的信息越多，機(jī)器人越通用，但是工具板150將需要更多的存儲(chǔ)器。另一考慮是更新信息或編程的需要。例如，如果配置數(shù)據(jù)隨時(shí)間改變，可能期望在存儲(chǔ)器405中僅存儲(chǔ)不變的信息，諸如，終端執(zhí)行器的標(biāo)識(shí)符。當(dāng)上電時(shí)或檢測(cè)到新的機(jī)器人手臂的安裝時(shí)，機(jī)器人控制器125可以驗(yàn)證它具有最新的驅(qū)動(dòng)程序。當(dāng)然，工具板150可能包含如下功能：在將配置信息提供至機(jī)器人之前，能夠使工具板150檢查存儲(chǔ)的配置信息是否更新，但是這種能力需要板上連通性或者需要通過(guò)機(jī)器人訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)(例如，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng))資源的能力。

在終端執(zhí)行器是“智能的”的情況下，即包含自身的配置信息，該信息可以被工具板150取回并提供至機(jī)器人控制器125。工具板150還可能使用合適的板上無(wú)線接口與終端執(zhí)行器和/或機(jī)器人控制器125進(jìn)行無(wú)線通信。在另一方面，如果機(jī)器人控制器125不能定位合適的驅(qū)動(dòng)程序，它可以在驅(qū)動(dòng)程序的遠(yuǎn)程(例如，托管的)存儲(chǔ)庫(kù)中搜索驅(qū)動(dòng)程序或者可以自主地進(jìn)行適當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序的互聯(lián)網(wǎng)搜索，以在實(shí)際上允許機(jī)器人被正常操作之前經(jīng)由工具板150安裝并測(cè)試適當(dāng)?shù)牟僮骱凸δ堋?/p>

如上文所指出的，根據(jù)工具板所執(zhí)行的功能，工具板150的控制元件415可以是任何合適的微處理器或微控制器。例如，控制元件415可以是專門設(shè)計(jì)的用于嵌入式操作的可編程微控制器，或者是一個(gè)或多個(gè)常規(guī)處理器，諸如加利福尼亞州圣克拉拉的Intel公司制造的Pentium或Celeron系列處理器。存儲(chǔ)器405可存儲(chǔ)與上述操作相關(guān)的程序和/或數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器405可包括存在于常用硬件上的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、和/或FLASH存儲(chǔ)器，常用硬件諸如一個(gè)或多個(gè)專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)、或可編程邏輯器件(PLD)。

本文采用的術(shù)語(yǔ)和語(yǔ)句被用作說(shuō)明書(shū)的術(shù)語(yǔ)和語(yǔ)句而不是用于限制，并且在使用該術(shù)語(yǔ)和語(yǔ)句時(shí)，沒(méi)有排除所展示和描述的特征或其部分的任何等價(jià)物的意圖。此外，在描述了本發(fā)明的某些實(shí)施例后，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可使用包含本文公開(kāi)的概念的其他實(shí)施例，。特別地，本發(fā)明的實(shí)施例不需要包括本文描述的所有特征或者具有所有優(yōu)點(diǎn)。相反，它們可以具有特征和優(yōu)點(diǎn)的任何子集或者組合。因此，無(wú)論從哪一方面，所描述的實(shí)施例僅被認(rèn)為僅是示意性的而非限制性的。