本發(fā)明涉及一種機器人，尤其是涉及一種工業(yè)領域的程序控制機器人以及機器人的控制方法。

背景技術：

工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器人，是自動執(zhí)行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器；它接受人類的指令后，將按照設定的程序執(zhí)行運動路徑和作業(yè)。

作為先進制造業(yè)中典型的機電一體化數(shù)字化裝備，工業(yè)機器人已經成為衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標志。工業(yè)機器人的典型應用包括焊接、噴涂、組裝、采集和放置、包裝和碼垛、產品檢測和測試等。在工業(yè)發(fā)達國家中，工業(yè)機器人及自動化生產線成套裝備己成為高端裝備的重要組成部分及未來發(fā)展趨勢，提高了加工效率與產品的一致性。

隨著我國勞動力成本的逐年增加，老齡化社會的到來，可進行傳統(tǒng)加工制造業(yè)的一線工人將保持逐年減少的趨勢，同時社會服務的成本將增加，我國對工業(yè)機器人及自動化加工裝備的需求將逐步增加。工業(yè)機器人作為我國高端裝備制造的基礎設備之一，是我國高端制造裝備戰(zhàn)略性新興產業(yè)的重要組成部分，也是其他戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展的重要基礎裝備。

搬運機器人是工業(yè)機器人的一個重要方向，隨著技術的發(fā)展，以前由人力完成的零部件或成品的搬運工作已經逐步由搬運機器人代替完成，提高了企業(yè)的生產效率。在自動化生產線上下料作業(yè)中，特別是在有毒有害、易燃易爆等惡劣環(huán)境內，搬運機器人得到了廣泛的應用。

現(xiàn)有技術中，搬運機器人在針對不同類型的工件進行搬運時，需要更換相應的夾持部，以適應不同類型的工件。為了解決這個問題，JP2008528408A以及JP特開平9-123082A分別提出了具有自適應夾持部的搬運機器人，其夾持部在夾持不同形狀的工件時，能夠自行改變形狀從而適應不同的工件類型。但是，上述發(fā)明中夾持部反復對工件進行夾持的情況下，其與工件的接觸位置總是相同，可能導致該特定的部位將受到損傷，從而影響夾持部的使用。

為了解決上述問題，豐田自動車株式會社在JP2012152860A的發(fā)明專利中，提出了一種改進的夾持部，其通過使夾持部與工件的接觸部位在豎直方向上進行變化，從而變更夾持部位，提高夾持部的使用壽命。但是，該發(fā)明還存在如下缺點:(1)其接觸部位的變化僅是以特定長度例如十幾毫米在左右方向或者上下方向變化，變化后的接觸部位與變化前的接觸部位可能存在很大部分的重合，使用該變化操作可能導致部分區(qū)域持續(xù)收到工件作用，影響夾持部的使用壽命；（2）進行夾持位置的變更可能導致工件與夾持部的接觸面積減少，從而使夾持部受力區(qū)域的壓強增大，導致其產生損害，或者接觸面接減少使工件所受摩擦力減少，而導致無法夾住工件。

為了解決上述問題，在先發(fā)明提出了一種改進的程控工業(yè)搬運機器人，通過控制部使變更后的抵接部件的接觸部位與變化前的抵接部件的接觸部位不存在或者僅存在很少的重合，從而減少重疊的接觸區(qū)域，降低抵接部件的損耗，延長其工作壽命。該方法能夠對于單個工件能夠優(yōu)化抵接部件的接觸區(qū)域，但是不同工件的重量不同，接觸面部不同，搬運次數(shù)不同，單個工件搬運結束后，抵接部件的接觸區(qū)域不一定均勻分布，機器人長期工作累計以后，可能導致抵接部件的部分區(qū)域損耗嚴重。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種改進的程控工業(yè)搬運機器人，能夠解決現(xiàn)有技術的上述問題。

一種程控機器人，包括：夾持部，用于對工件進行夾持；控制部，用于對所述夾持部的操作進行控制；所述夾持部上設置抵接部件，所述夾持部夾持工件時，該抵接部件與工件接觸而發(fā)生與工件形狀一致的變形，并且保持該變形從而能夠夾持工件；其特征在于：還包括區(qū)域劃分部，其將抵接部件劃分為多個區(qū)域；壓強計算部，其計算抵接部件與工件接觸面的壓強；存儲部，其存儲抵接部件各個區(qū)域的累計壓強數(shù)據(jù)；所述控制部確定夾持部的變更操作，使抵接部件各個區(qū)域的累計壓強數(shù)據(jù)均勻分布。

優(yōu)選的，所述區(qū)域劃分部，將抵接部件沿縱向平均劃分成多個區(qū)域。

優(yōu)選的，所述壓強計算部根據(jù)工件的質量m、工件80表面與抵接部件71材料表面之間的靜摩擦系數(shù)，抵接部件與工件接觸面的受力區(qū)域S，確定抵接部件71與工件80接觸面的壓強Pj＝mg/μS；然后，對于全部或者部分位于受力區(qū)域內的抵接部件各個區(qū)域，確定其所受壓強為Pj。

優(yōu)選的，存儲部在每次工件夾持后，存儲抵接部件各個區(qū)域的累計壓強Σpj。

優(yōu)選的，所述控制部在確定夾持部的變更操作時，計算候選區(qū)域包含的抵接部件各個區(qū)域的累計壓強的總和，選擇累計壓強總和最小的候選區(qū)域作為夾持部下一次操作的夾持位置。

作為本發(fā)明的另外一個方面，提供一種程控機器人控制方法，包括如下步驟：（1）輸入被夾持工件的三維形狀數(shù)據(jù)、重量以及材料數(shù)據(jù)；（2）將抵接部件劃分為多個區(qū)域；（3）根據(jù)輸入的工件的三維形狀數(shù)據(jù)，確定該工件用于被夾持的夾持面；（4）確定所述工件夾持面的最小接觸面積；（5）確定工件的初始夾持位置的操作；（6）根據(jù)工件夾持位置以及工件的三維形狀，確定程控機器人的抵接部件的受力區(qū)域；（7）對于每次夾持操作，計算并且存儲抵接部件各個區(qū)域的累計壓強Σpj；持續(xù)進行步驟（7）直到工件夾持完畢或者抵接部件各個區(qū)域中累計壓強最大的區(qū)域與累計壓強最小的區(qū)域的差值超過閾值；如果工件夾持完畢，結束本次工件夾持任務；如果抵接部件各個區(qū)域中累計壓強最大的區(qū)域與累計壓強最小的區(qū)域的差值超過閾值，進入步驟（8）；（8）控制部根據(jù)存儲抵接部件各個區(qū)域的累計壓強分布以及工件夾持面的最小接觸面積，確定夾持部下一次操作的夾持位置。

優(yōu)選的，所述步驟（5）中，控制部根據(jù)如下方式確定夾持部的初始夾持位置：1）確定工件的夾持面；2）根據(jù)夾持面以及工件形狀，確定夾持面的受力區(qū)域形狀，從而確定受力區(qū)域中的所有單連通區(qū)域；3）選擇所有單連通區(qū)域中面積最小的單連通區(qū)域，確定其縱向最長距離；4）以縱向最長距離為步長，以抵接部件的頂部作為起始部位向下進行遍歷，直到抵接部件與工件接觸面的受力區(qū)域小于最小接觸面積結束遍歷，計算不同候選區(qū)域包含的抵接部件各個區(qū)域的累計壓強的總和，選擇累計壓強總和最小的候選區(qū)域作為夾持部的初始夾持位置。

優(yōu)選的，所述步驟（8）中，控制部根據(jù)如下方式確定夾持部的變更操作：1)確定受力區(qū)域中的所有單連通區(qū)域；2）選擇所有單連通區(qū)域中面積最小的單連通區(qū)域，確定其縱向最長距離；3）以縱向最長距離為步長，以抵接部件的頂部作為起始部位向下進行遍歷，直到抵接部件與工件接觸面的受力區(qū)域小于最小接觸面積結束遍歷，計算不同候選區(qū)域包含的抵接部件各個區(qū)域的累計壓強的總和，選擇累計壓強總和最小的候選區(qū)域作為夾持部下一次操作的夾持位置。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的程控機器人的示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例的抵接區(qū)域劃分圖。

圖3是本發(fā)明實施例的工件的側視圖；其中圖3（a）和3（b）分別是前視圖和后視圖；圖3（c）和3（d）分別是左視圖和右視圖。

圖4是本發(fā)明實施例的程控機器人的控制步驟流程圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面將使用實施例對本發(fā)明進行簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的僅僅是本發(fā)明的一個實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些實施例獲取其他的技術方案，也屬于本發(fā)明的公開范圍。

本發(fā)明實施例的程控機器人系統(tǒng)，參見圖1，包括工件數(shù)據(jù)輸入部10，夾持面確定部

20，受力區(qū)域確定部30，最小接觸面積確定部 40，控制部50，存儲部60、夾持部70以及壓強計算部90。

下面以工字型工件80為例，說明本實施例中各個部件的組成以及功能。工件數(shù)據(jù)輸入部10用于輸入被夾持工件的三維形狀、重量以及材料數(shù)據(jù)?？梢允褂贸Ｒ?guī)的人機交互部件例如鍵盤，屏幕、鼠標等進行輸入，還可以例如將這些數(shù)據(jù)以特定格式存儲于移動存儲設備，通過移動存儲設備讀入這些數(shù)據(jù)，或者通過有線或者無線網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)。

夾持部70用于夾持工件，其上設置抵接部件71。夾持部70在夾持工件80時，抵接部件71與工件80接觸而發(fā)生與工件80形狀一致的變形，并且保持該變形從而能夠夾持工件。夾持部70和抵接部件71可以使用現(xiàn)有技術中已知的技術設置，例如如JP2012152860A技術方案中所使用的夾持部和抵接部件的設置。其中，所述抵接部件71為袋裝部件，其內部填充顆粒物，在夾持時通過真空泵對于抵接部件71進行減壓使抵接部件固化，從而與工件的外形一致。

區(qū)域劃分部90，其將抵接部件71劃分為多個區(qū)域，如圖2所示，可以將抵接部件71沿縱向平均劃分成多個區(qū)域。

夾持面確定部20，其根據(jù)工件數(shù)據(jù)輸入部10輸入的工件的三維形狀數(shù)據(jù)，確定該工件用于被夾持的夾持面。為了使對于夾持面在夾持部位變更時僅可能少的重疊夾持面積，夾持面確定部20對工件各個相對的夾持側面的單連通區(qū)域進行計數(shù)，選擇單連通區(qū)域個數(shù)最多的相對的夾持側面作為夾持面。例如，對于圖2中的工字型工件80，其具有相對的前側面81和后側面82，以及相對的左側面83和右側面84；夾持面確定部20確定相對的前側面81和后側面82的單連通區(qū)域分別為1個，而相對的左側面83和右側面84的單連通區(qū)域分別為2個。夾持面確定部20確定相對的左側面83和右側面84作為被夾持的夾持面。

受力區(qū)域確定部30，根據(jù)工件80在夾持面的夾持位置以及工件80的三維形狀，確定對應的抵接部件71的受力區(qū)域。具體的，受力區(qū)域確定部30將夾持面與抵接部件71的接觸區(qū)域確定為受力區(qū)域。例如，對于圖1中的工件80 ，受力區(qū)域確定部30確定夾持面83和84的區(qū)域801，802，803，804作為受力區(qū)域。

最小接觸面積確定部 40，其根據(jù)工件80的重量、工件80表面與抵接部件71材料表面之間的靜摩擦系數(shù)、抵接部件71能夠承受的最大壓強以及預設的冗余系數(shù)，確定工件80夾持面的最小接觸面積；其中，最小接觸面積s按照如下方式計算：s＝mg/εμP，其中m為工件質量，g為重力加速度，ε為預設的冗余系數(shù)，例如可以設置為0.6~0.8,μ為工件表面與抵接部件材料表面之間的靜摩擦系數(shù)，P為抵接部件能夠承受的最大壓強。

壓強計算部90，其用于計算抵接部件71與工件接觸面的壓強；具體的，壓強計算部90根據(jù)工件的質量m、工件80表面與抵接部件71材料表面之間的靜摩擦系數(shù)，抵接部件與工件接觸面的受力區(qū)域S，確定抵接部件71與工件80接觸面的壓強Pj＝mg/μS。在計算出壓強pj后，對于全部或者部分位于受力區(qū)域內的抵接部件各個區(qū)域，確定其所受壓強為Pj。如圖3中，壓強計算部90確定抵接部件71的702、703、706、707區(qū)域的所受的壓強的Pj。壓強計算器90在每次夾持結束后，計算抵接部件71各個區(qū)域的累計壓強Σpj。存儲部60，其存儲抵接部件各個區(qū)域的累計壓強Σpj。

在工件80開始夾持時，控制部50根據(jù)如下方式確定夾持部70的初始夾持位置：1）通過夾持面確定部20確定工件80的夾持面；（2）根據(jù)夾持面以及工件形狀，確定夾持面的受力區(qū)域形狀，從而確定受力區(qū)域中的所有單連通區(qū)域；2）選擇所有單連通區(qū)域中面積最小的單連通區(qū)域，確定其縱向最長距離；3）以縱向最長距離為步長，以抵接部件的頂部作為起始部位向下進行遍歷，直到抵接部件與工件接觸面的受力區(qū)域小于最小接觸面積結束遍歷，計算不同候選區(qū)域包含的抵接部件各個區(qū)域的累計壓強的總和，選擇累計壓強總和最小的候選區(qū)域作為夾持部的初始夾持位置。

對于每次夾持操作，計算并且存儲抵接部件各個區(qū)域的累計壓強Σp，直到工件夾持完畢或者存儲抵接部件各個區(qū)域的最大累計壓強比最小累計壓強的差值超過閾值；如果工件夾持完畢，結束本次工件夾持任務；如果抵接部件各個區(qū)域的最大累計壓強比最小累計壓強的差值超過閾值，控制部根據(jù)如下方式確定夾持部的變更操作：1)確定受力區(qū)域中的所有單連通區(qū)域；2）選擇所有單連通區(qū)域中面積最小的單連通區(qū)域，確定其縱向最長距離；3）以縱向最長距離為步長，以抵接部件的頂部作為起始部位向下進行遍歷，直到抵接部件與工件接觸面的受力區(qū)域小于最小接觸面積結束遍歷，計算不同候選區(qū)域包含的抵接部件各個區(qū)域的累計壓強的總和，選擇累計壓強總和最小的候選區(qū)域作為夾持部下一次操作的夾持位置。

通過本發(fā)明實施例的上述技術方案的設置，使變更后的抵接部件的各個區(qū)域的累計壓強進行計算，選擇累計壓強總和最小的候選區(qū)域作為變更后的夾持區(qū)域，使抵接部件的各個區(qū)域的受損情況均衡，延長其工作壽命。

本發(fā)明實施例的程控機器人系統(tǒng)的控制方法，參見圖4，包括如下步驟：（1）輸入被夾持工件的三維形狀數(shù)據(jù)、重量以及材料數(shù)據(jù)；（2）將抵接部件劃分為多個區(qū)域；（3）根據(jù)輸入的工件的三維形狀數(shù)據(jù)，確定該工件用于被夾持的夾持面；（4）確定所述工件夾持面的最小接觸面積；（5）確定工件的初始夾持位置的操作；（6）根據(jù)工件夾持位置以及工件的三維形狀，確定程控機器人的抵接部件的受力區(qū)域；（7）對于每次夾持操作，計算并且存儲抵接部件各個區(qū)域的累計壓強Σpj；持續(xù)進行步驟（7）直到工件夾持完畢或者抵接部件各個區(qū)域中累計壓強最大的區(qū)域與累計壓強最小的區(qū)域的差值超過閾值；如果工件夾持完畢，結束本次工件夾持任務；如果抵接部件各個區(qū)域中累計壓強最大的區(qū)域與累計壓強最小的區(qū)域的差值超過閾值，進入步驟（8）；（8）控制部根據(jù)存儲抵接部件各個區(qū)域的累計壓強分布以及工件夾持面的最小接觸面積，確定夾持部下一次操作的夾持位置。

優(yōu)選的，所述步驟（5）中，控制部根據(jù)如下方式確定夾持部的初始夾持位置：1）確定工件的夾持面；2）根據(jù)夾持面以及工件形狀，確定夾持面的受力區(qū)域形狀，從而確定受力區(qū)域中的所有單連通區(qū)域；3）選擇所有單連通區(qū)域中面積最小的單連通區(qū)域，確定其縱向最長距離；4）以縱向最長距離為步長，以抵接部件的頂部作為起始部位向下進行遍歷，直到抵接部件與工件接觸面的受力區(qū)域小于最小接觸面積結束遍歷，計算不同候選區(qū)域包含的抵接部件各個區(qū)域的累計壓強的總和，選擇累計壓強總和最小的候選區(qū)域作為夾持部的初始夾持位置。

優(yōu)選的，所述步驟（8）中，控制部根據(jù)如下方式確定夾持部的變更操作：1)確定受力區(qū)域中的所有單連通區(qū)域；2）選擇所有單連通區(qū)域中面積最小的單連通區(qū)域，確定其縱向最長距離；3）以縱向最長距離為步長，以抵接部件的頂部作為起始部位向下進行遍歷，直到抵接部件與工件接觸面的受力區(qū)域小于最小接觸面積結束遍歷，計算不同候選區(qū)域包含的抵接部件各個區(qū)域的累計壓強的總和，選擇累計壓強總和最小的候選區(qū)域作為夾持部下一次操作的夾持位置。

本發(fā)明各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。

在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明的上述公開內容之后，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，在不脫離本發(fā)明原理前提下，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。