端效器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明與端效器的控制方法有關(guān)，尤指一種判斷端效器對(duì)物體的吸取點(diǎn)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)隨著人力成本上升，工廠自動(dòng)化的需求日益增加，機(jī)器人需要執(zhí)行的任務(wù)不再局限于產(chǎn)線上固定零件的取放與簡(jiǎn)易組裝，而逐漸面對(duì)多樣少量、組裝形狀多樣的零件的生產(chǎn)需求，因此更高自由度的端效器及其相對(duì)應(yīng)的控制方法日漸重要。目前已有一些已知技術(shù)提出演算法來(lái)進(jìn)行高自由度端效器的控制演算，但物體外觀上形成特殊曲線造型時(shí)，由于無(wú)法在資料庫(kù)中找到適當(dāng)?shù)奈》椒?，現(xiàn)行技術(shù)僅能進(jìn)行人工教導(dǎo)；然而此法耗時(shí)費(fèi)力，不適合應(yīng)用于多樣少量的生產(chǎn)線上。因此，必須研發(fā)一套適用于高自由度端效器的智能化控制演算法，以符合產(chǎn)業(yè)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種端效器控制方法，利用數(shù)種判斷物體吸取位置的方法找出最佳的吸取位置，以順利吸取物體。
[0004]為達(dá)前述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種端效器控制方法，其應(yīng)用于一具有一底座及至少兩個(gè)手指，各手指分別具有至少兩軸的自由度，且各手指分別以一樞轉(zhuǎn)軸與底座連接而可旋轉(zhuǎn)，且各手指的末端設(shè)有吸附裝置的端效器；此控制方法的步驟至少包括有:
[0006]取得物體的三維物理資訊；
[0007]以向量規(guī)劃方法找出適合吸取的位置；
[0008]以及產(chǎn)生控制命令控制端效器依上述位置吸取物體。
[0009]其中該向量規(guī)劃方法的步驟包括有:
[0010]建立一虛擬平臺(tái)，并將所取得的物體三維物理資訊建構(gòu)為一虛擬物體置于虛擬平臺(tái)上；
[0011]于該虛擬物體上方一適當(dāng)距離處建立一對(duì)應(yīng)于該端效器的虛擬端效器；其中該虛擬端效器的樞轉(zhuǎn)軸定義為基準(zhǔn)軸；
[0012]對(duì)應(yīng)各基準(zhǔn)軸分別取一包含該基準(zhǔn)軸的平面；
[0013]計(jì)算各平面與該虛擬物體的表面交集的曲線；
[0014]于各曲線上依虛擬端效器的手指可及的范圍分別搜尋出一吸取位置，其中虛擬端效器的手指須可沿該吸取位置于該曲線上的法向量方向靠近該吸取位置。
[0015]上述的向量規(guī)劃方法還包括有，于該虛擬物體上設(shè)定一參考點(diǎn)，且離該參考點(diǎn)適當(dāng)距離的位置建立該虛擬端效器；其中該參考點(diǎn)的位置可投影于各基準(zhǔn)軸所圍成的區(qū)域內(nèi)。而該參考點(diǎn)為該虛擬物體的質(zhì)心或形心，而該適當(dāng)距離為端效器的手指所能及的范圍內(nèi)。
[0016]該向量規(guī)劃方法還包括有，若于該曲線上搜尋不到適當(dāng)?shù)奈∥恢茫瑒t于該曲線所對(duì)應(yīng)的平面附近再取一包含該基準(zhǔn)軸的第二平面，計(jì)算該第二平面與虛擬物體的表面交集的第二曲線，并于該第二曲線上依前述方法搜尋吸取位置。
[0017]此外，該控制方法還包括有一典型規(guī)劃方法及一教導(dǎo)式規(guī)劃方法。該典型規(guī)劃方法的步驟包括有:分析物體的三維物理資訊，并與預(yù)先建立的簡(jiǎn)單幾何形狀模型進(jìn)行比對(duì)；確認(rèn)該物體的表面形狀相似于其中一種預(yù)先建立的簡(jiǎn)單幾何形狀模型；計(jì)算該簡(jiǎn)單幾何形狀模型的典型吸取位置，對(duì)照該物體的三維物理資訊找出位于該物體表面的吸取位置。而該教導(dǎo)式規(guī)劃方法的步驟包括有:操作人員以人為方式直接控制端效器移動(dòng)至該物體附近；操作人員以人為方式直接控制端效器的手指接觸于該物體表面的一適當(dāng)位置；確認(rèn)端效器的手指可于上述適當(dāng)位置吸取物體；記錄前述端效器的移動(dòng)路徑及手指的吸取位置。
[0018]更進(jìn)一步地，該控制方法的步驟依序?yàn)?
[0019]a.取得物體的三維物理資訊；
[0020]b.以典型規(guī)劃方法找出適合吸取的位置；
[0021]c.若無(wú)法以典型規(guī)劃方法找出適合吸取的位置，則以向量規(guī)劃方法找出適合吸取的位置；
[0022]d.若無(wú)法以向量規(guī)劃方法找出適合吸取的位置，則以教導(dǎo)式規(guī)劃方法找出適合吸取的位置；
[0023]e.產(chǎn)生控制命令控制端效器依上述位置吸取物體。
[0024]再者，以上述步驟找出適合吸取的位置后，此控制方法還包括有:計(jì)算吸取位置的法向量；計(jì)算吸取位置上自其法向量延伸而出的預(yù)備位置；計(jì)算端效器的工作位置及端效器手指吸取物體的動(dòng)作姿態(tài)以產(chǎn)生控制命令；執(zhí)行控制命令使端效器吸取物體。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0026]圖2為本發(fā)明的典型規(guī)劃方法的流程圖。
[0027]圖3為本發(fā)明的向量規(guī)劃方法的流程圖。
[0028]圖4為本發(fā)明的教導(dǎo)式規(guī)劃方法的流程圖。
[0029]圖5為本發(fā)明于找出吸取位置后的控制方法流程圖。
[0030]圖6為本發(fā)明所應(yīng)用的端效器使用狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明所提供的端效器控制方法，其應(yīng)用于一具有至少兩個(gè)手指，各手指分別具有至少兩軸的自由度，且各手指的末端設(shè)有吸附裝置的端效器。而該端效器的最佳實(shí)施例如圖6所示，其具有三個(gè)手指1，且各手指I分別具有四軸的自由度，其中各手指I分別具有三個(gè)指節(jié)11，各指節(jié)11可相對(duì)于相鄰指節(jié)樞擺，且頂端指節(jié)IlA以一樞轉(zhuǎn)軸14樞接于一底座13,而可帶動(dòng)其他指節(jié)一起自轉(zhuǎn)地樞轉(zhuǎn)，據(jù)此形成四軸的自由度，且可通過(guò)設(shè)于末端指節(jié)IlB的吸附裝置12沿物體2表面一位置P上的N方向吸取物體2。本發(fā)明的控制方法的步驟如圖1所示，其包括有:
[0032]a.取得物體的三維物理資訊；
[0033]b.以典型規(guī)劃方法找出適合吸取的位置；
[0034]c.若無(wú)法以典型規(guī)劃方法找出適合吸取的位置，則以向量規(guī)劃方法找出適合吸取的位置；
[0035]d.若無(wú)法以向量規(guī)劃方法找出適合吸取的位置，則以教導(dǎo)式規(guī)劃方法找出適合吸取的位置；
[0036]e.產(chǎn)生控制命令控制端效器依上述位置吸取物體。
[0037]其中于上述的控制方法中，先將所欲吸取的物體的圖形或模型檔案輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，或另以其他方式，例如通過(guò)三維雷射掃瞄或立體視覺(jué)等，以取得物體的三維物理資訊。接著依序以典型規(guī)劃方法及向量規(guī)劃方法搜尋物體上適合吸取的位置，若皆無(wú)法找出適合吸取的位置，則以教導(dǎo)式規(guī)劃方法作為最后決定吸取位置的手段。以下即介紹各種規(guī)劃方法。
[0038]首先，該典型規(guī)劃方法的步驟如圖2所示，其包括有:
[0039]分析物體的三維物理資訊，并與預(yù)先建立的簡(jiǎn)單幾何形狀模型進(jìn)行比對(duì)；
[0040]確認(rèn)該物體的表面形狀相似于其中一種預(yù)先建立的簡(jiǎn)單幾何形狀模型；
[0041]計(jì)算該簡(jiǎn)單幾何形狀模型的典型吸取位置，對(duì)照該物體的三維物理資訊找出位于該物體表面的吸取位置。
[0042]上述的典型規(guī)劃方法，簡(jiǎn)單的說(shuō)，是將所欲吸取的物體與預(yù)先建立的各種簡(jiǎn)單幾何形狀的模型進(jìn)行比對(duì)，例如球形體、平板或矩形體等，通過(guò)判斷手段分析物體接近于何種簡(jiǎn)單幾何形狀模型，即可進(jìn)而套用預(yù)先建立的對(duì)于此簡(jiǎn)單幾何形狀模型的演算法公式，并對(duì)照該物體的三維物理資訊，計(jì)算出吸取位置。而該判斷手段，舉例而言，是通過(guò)各種內(nèi)建簡(jiǎn)單幾何形狀模型的縮放，找到與目標(biāo)物體外形最接近的內(nèi)切及外切包覆體體積，計(jì)算出二者的體積差量，并通過(guò)門(mén)檻值分析上述三組數(shù)據(jù)，以判斷該物體是否近似于預(yù)先建立的簡(jiǎn)單幾何形狀模型。由于典型規(guī)劃方法已于預(yù)先建立簡(jiǎn)單幾何形狀模型且各模型對(duì)應(yīng)特定幾何形狀的演算法，只要確認(rèn)目標(biāo)物體與特定的幾何形狀近似，即可套用相應(yīng)的公式而快速規(guī)劃出吸取位置。
[0043]當(dāng)所欲吸取的物體并不近似于任何預(yù)先建立的簡(jiǎn)單幾何形狀模型，則接著以向量規(guī)劃方法搜尋吸取位置。該向量規(guī)劃方法的步驟如圖3所示，其包括有:
[0044]建立一虛擬平臺(tái)，并將所取得的物體三維物理資訊建構(gòu)為一虛擬物體置于虛擬平臺(tái)上；
[0045]于該虛擬物體上方一適當(dāng)距離處建立一對(duì)應(yīng)于該端效器的虛擬端效器；其中該虛擬端效器的樞轉(zhuǎn)軸定義為基準(zhǔn)軸；
[0046]對(duì)應(yīng)各基準(zhǔn)軸分別取一包含該基準(zhǔn)軸的平面；
[0047]計(jì)算各平面與該虛擬物體的表面交集的曲線