CN106103009B - 初始化和控制机器人设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种初始化和控制机器人设备的方法，所述设备包括：第一机器人(70)，具有至少四个自由度；以及第二直角坐标机器人(30)。所述方法包括以下步骤：使用所述第一机器人(70)收集与位于第一机器人和第二机器人共有的工作空间中的至少一个元件相关的位置信息；以及使用收集的位置信息使第二机器人(30)在所述元件中移动或者在所述元件周围移动。

Description

初始化和控制机器人设备的方法

技术领域

本公开涉及一种初始化和控制机器人装置的方法。术语“初始化”被用来指为了授权和/或改进正常操作的目的在装置的正常操作之前执行的一个或多个操作。

这样的方法尤其可与医学分析装置一起使用。

背景技术

用于执行医学分析的装置包括被称为“分析自动化装置”或“分析机器人”的器械(appliance)，其使某些被手动执行的操作能够被自动执行。术语“医学分析”被用来指处理从人或动物上取得的至少一个样本的过程。举例来说，这些样本可以是体液(血液、尿液、淋巴液、唾液等)、细胞、或者生物或器官组织的样本。作为医学分析的示例，可涉及到血型检测、抗体搜索测试、确定捐赠者与接受者之间匹配性的测试等。

US6162399、JP2010/054232和EP2145685等文件描述了一些医学分析装置的示例。所有这些装置都使用直角坐标型机器人(Cartesian type robot)。术语“直角坐标型机器人”或“直角坐标机器人”是指仅具有用于移动其末端构件(或工具)的移动关节(prismaticjoint)的机器人。换言之，在机器人的接合部中，机器人的基底(或底座)与其末端构件之间的三个自由度可以通过至少三个移动关节来实现。

直角坐标机器人、更具体地是具有非关节连接的末端构件的机器人具有使其更简单的特定特征，从而通过仅考虑对象在空间中的位置来模拟工作空间，而不考虑它们的定向。该途径的简化性质假定为：待管理的对象的定向在每个装置上被设置为预先已知的、不变的且是可再现的。因此，为了确保直角坐标机器人相对于这些对象的移动被设置为精确的，每个装置有必要仔细设定，以确保用于管理的对象能够相对于直角坐标机器人被正确定向。这个要求使得装置的设定明显更为复杂。

因此，需要一种使这些缺点能够被至少部分地解决的技术方案。

发明内容

本申请涉及一种初始化和控制机器人装置的方法，所述装置包括：第一机器人，具有至少四个自由度；以及第二机器人，其属于直角坐标型。在下文中，第二机器人等同地被称为“第二”机器人或“直角坐标”机器人或“直角坐标型”的第二机器人。

在实施例中，该方法包括以下步骤：

使用第一机器人来收集与位于第一机器人和第二机器人共有的工作空间中的至少一个元件有关的位置信息；以及

使用被收集的位置信息使第二机器人在该元件中移动或者在该元件周围移动。

术语“位置信息”用于指关于位置和定向(orientation，取向)的信息。同样地，术语“状况(situation)”用于指元件的位置和定向。术语“定位”用于指包含收集位置信息的动作(即，确定元件的状况)。

由于其较之直角坐标机器人具有更大的自由度，因此第一机器人比直角坐标机器人更“敏捷”。使用第一机器人的这个优点以定位位于第一机器人和第二机器人共有的工作空间中的一个或多个元件(即，对象、对象的多个部分、表面等)。以下参考定位步骤。在下文中，收集的位置信息用于在该工作空间中移动直角坐标机器人。

因此，在设定装置时不需要使元件相对于直角坐标机器人精确定位，因为可以在装置被设定之后精确地确定这些元件中的每个的状况，同时使第一机器人执行定位步骤。这能够在设定装置时(这样的设定通常发生在装置的组装或维护期间)节省宝贵的时间。此外，当元件在设定装置时相对于其理论位置被“不准确”地定位时，在定位步骤期间探测元件的“不准确”状况，并且在移动直角坐标机器人时考虑该“不准确”状况。这个调节能够减少任何装置不准确操作的风险。

位置信息可以通过用安装在第一机器人上的传感器(特别是探针)探测用于定位的元件来收集。第一机器人的末端构件可以装有这样的传感器。

位置信息可以由第一机器人自动收集。例如，第一机器人可被程序控制且可为了定位所述元件的目的而自动执行某一系列的任务。控制程序可以在装置已经被设定之后再启动。这些控制程序是现有技术中已知的，甚至某些机器人在售卖时就安装有这类程序。

用于定位的元件可以在相对于直角坐标机器人的末端构件的行进平面倾斜的倾斜区域中，即在形成相对于由直角坐标机器人的三个移动关节的三对轴线限定的三个平面呈非零角的区域。特别地，直角坐标机器人的末端构件的其中一个行进平面可以是水平的，而用于定位的区域可以相对于该水平平面倾斜。例如，用于定位的区域相对于水平的倾斜角度可以在3°到15°的范围内，更特别地在5°到10°的范围内。应观察到的是，这样的区域难以通过具有探针的直角坐标机器人来正确定位，因为不可能精确地移动探针以跟随(follow，沿着)该区域的定向。因此，借助第一机器人定位该区域是有利的，因为其比直角坐标机器人更敏捷。

倾斜区域可以对应容器的开口的外缘。在医学分析的领域中，定位这类区域的能力具有如以下具体说明中所解释的特定优势。

由第一机器人收集的位置信息通常以针对第一机器人的第一坐标系来表达，并且因此不能被第二机器人直接使用。因此，在被用于移动第二机器人之前，这个位置信息被转化为针对第二机器人的第二坐标系。可使用多种转化方法。例如，在初始化的时候或者在维护装置时，可在两个机器人共有的工作空间中放置模板，且模板可以通过第一机器人定位，从而确定模板在第一机器人的参考系(reference frame)(例如，第一机器人的底座参考系或“世界(world)”)中的坐标(即，位置和定向)。相同样本的状况还可以通过第二机器人定位，从而确定模板在第二机器人的参考系(例如，第二机器人的底座参考系或“世界”)中的坐标。于是，能够得到这两个参考系之间的转化矩阵。转化矩阵则可以用于利用元件在第一机器人的参考系中的位置信息(即，坐标)来计算该元件在第二机器人的参考系中的位置信息。

除了上述特性之外，所提出的方法/设备可以具有以下特性中的一个或多个(单独考虑或以任何技术可行的组合)：

第一机器人具有六个自由度和至少两个转动关节(rotoid joint)；以及

第二机器人的末端构件没有相对于第二机器人的其余部分(即，相对于机器人载体)被关节连接。

上述及其它特性和优点在阅读所提出的方法的应用的以下具体说明时呈现。上述具体说明涉及附图。

附图说明

附图是示意性的且不按比例，主要用于说明本发明的原理。

在附图(每幅图)中，相同的元件(或元件的部分)均使用相同的附图标记来指代。

图1示出机器人医学分析装置的示例；

图2示出在图1的装置中使用的容器的示例；

图3是沿箭头III观察的图2的容器的平面图；

图4是示出图2和图3的容器在平面IV-IV上的轴向半剖视图；

图5的视图类似于图4的视图，其示出了探测容器的底部的步骤；

图6的视图类似于图4的视图，其示出了在容器内移动图1的直角坐标机器人的末端构件的步骤。

具体实施方式

下文参考附图具体描述实施例。这个示例说明了本发明的特性和优点。然而，应该想到的是，本发明并不局限于这个示例。

图1示出用于执行医学分析的机器人装置1。装置1包括框架10，框架10同时支撑具有至少四个自由度的第一机器人70以及直角坐标型的第二机器人30，并且还支撑多个容器，这些容器特别适合于接收用于分析的样本和/或该样本与其反应的试剂。

第一机器人70大体位于装置1的中心，并装设具有多关节的臂60。在这个示例中，臂60包括：第一臂段61，从紧固到框架10且大体位于装置1的中心的水平底座80延伸。第一臂段61安装成相对于底座80绕大体竖直的第一轴线A1枢转。第二臂段62连接到第一段61，且相对于第一段61绕与第一轴线A1垂直的第二轴线A2枢转地安装。第三臂段63连接到第二段62，且相对于第二段62绕与第二轴线A2平行的第三轴线A3枢转地安装。第四臂段64连接到第三臂段63，且相对于第三臂段63绕与第三轴线A3垂直的第四轴线A4枢转地安装。第五臂段65连接到第四臂段64，相对于第四臂段64绕与第四轴线A4垂直的枢转轴线A5枢转地安装。最后，臂60由连接到第五臂65的远离第四臂64的端部的第六臂段或末端构件66终止。末端构件66相对于第五臂65绕与第五轴线A5垂直的第六轴线A6枢转地安装。借助这六个具有各自旋转轴线A1至A6的转动关节，末端构件66能够达到绕其360°、以不同高度和不同定向分布的所有元件。应该观察到的是，第一机器人70可以使用不同的关节布置而设有等效的移动自由度。

第二机器人30是直角坐标型的机器人，其具有用于移动其末端构件(或工具)36的移动关节。这些关节使末端构件沿直角坐标(矩形)参考系中的X、Y和Z三个轴移动。包含该参考系的X轴和Y轴的XY平面是大体水平的平面。该机器人的末端构件36被安装成相对于机器人的其余部分(即，相对于机器人的载体)静止(即，未被关节连接)。

在这个装置中，直角坐标机器人30具体被用于从容器20内取出一定量的试剂21，如图2所示。为此，直角坐标机器人30的末端构件36设有如移液管37等抽取设备，用来在每次抽取时吸起定量的试剂21。

在医学分析的领域中，某些试剂非常昂贵。因此，当容器中包含这样的试剂时，期望能够抽取存在于该容器中的所有(或几乎所有)的该试剂(即，避免在容器中留下任何未使用的试剂)，以避免浪费任何量的试剂。

在附图所示的示例中，容器20是绕轴线C的圆柱体的形式。容器20包括在底壁23与远离底壁23的开口26之间延伸的柱形侧壁25。侧壁25的端部限定开口26的边缘22。边缘22被包含在相对于水平的XY平面倾斜的斜面中。图4中用倾斜角A来表示这个倾斜。底壁23的中心被标记为B。轴线C穿过中心B。

容器20位于装置1的第一机器人70和第二机器人30共有的工作空间中。

为了能够使用移液管36通过抽吸来抽取存在于容器20中的所有(或几乎所有)试剂21，容器20相对于水平面倾斜(如图所示)。因此，容器的最低点PB是位于底壁23的外边缘的点，且试剂21向这个点PB聚积。通过将移液管37的尖端移至点PB(见图6)，能够吸起存在于容器20中的所有(或几乎所有)试剂21。因此，可以理解的是，能够将移液管37的尖端尽可能精确地移至点PB是重要的，因为移液管的尖端到该点PB的任何偏离都会导致试剂的损失。为此，携带有移液管的直角坐标机器人30有必要精确地“知道”点PB的位置。

为了定位点PB，容器20(通常是空的容器)被设定，并且通过使用安装在杆68的端部、进而安装在第一机器人70的末端构件上的探针67(例如，压电探针)探测开口26的边缘22。考虑到第一机器人70的移动能力，这个操作不存在任何困难。具体地，末端构件66可以倾斜而使探针67在包含边缘22的平面中移动时跟随边缘22。图5中由箭头M1示意性地表示这个操作。边缘22是倾斜区域相对于第二机器人30的末端构件36的行进平面倾斜的示例。

一旦边缘22已经被探测和定位，则能够通过计算来推导出轴线C的状况。然后，沿着轴线C将探针67移至底壁23的中心B。图5中由箭头M2示意性地表示这个操作。在替代方案中，除了直接触碰容器20的底部，触碰外壳的底部以接收(receive)容器20并通过计算由此推导出容器的底部的中心B的状况(即，通过考虑底壁23的厚度)也是可能的。由于第一机器人70的移动能力，这些操作不存在任何困难(但是相反地，这样的操作无法利用第一机器人30来执行)。如果已知边缘22和底壁23的中心B的状况，则能够通过计算推导出最低点PB的状况。

一旦已知最低点PB在第一机器人70的参考系(例如，其底座参考系)中的状况，则能够通过使用转化矩阵计算而确定最低点PB在第二机器人30的参考系(例如，其底座参考系)中的状况。利用这个信息，移液管37的尖端可以被精确地移动到点PB，且所有(或几乎所有)试剂21能够被抽取。

自然地，这仅仅是所提出方法的一个示例性应用，这个示例是以非限制性说明的方式给出的。具体地，该方法可以被运用于其它类型和其它形状的容器，且该容器的最低点的位置可以使用基于定位容器的其它区域或基于定位用于容器的支撑装置的某些区域的其它方法来计算。更普遍地，根据上述说明，在属于本发明的范围内，本领域技术人员可以修改已给出的实施例或实施方式，或者可以设想其它实施例或实施方式。

而且，这些实施例或实施方式的各种特性可以被单独使用或者可以彼此结合使用。当被结合时，这些特性可以按照如上所述的方式结合，或者按照其它方式结合，本发明并不局限于所述说明中描述的特定组合。特别地，除非另有说明，参考一个特殊实施例或实施方式描述的特性可以以类似的方式运用于其它一些实施例或实施方式。

Claims (9)

1.一种初始化和控制机器人装置的方法，所述机器人装置包括：第一机器人(70)，具有至少四个自由度；以及第二机器人(30)，属于直角坐标型，所述第二机器人具有末端构件和移动关节，所述移动关节用于使所述第二机器人的末端构件沿着直角坐标系中的三个轴移动，所述方法包括以下步骤：

使用所述第一机器人(70)收集与位于所述第一机器人和所述第二机器人共有的工作空间中的至少一个元件有关的位置信息；以及

使用收集的所述位置信息使所述第二机器人(30)在所述元件中移动或者在所述元件周围移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置信息通过借助安装在所述第一机器人(70)上的传感器探测所述元件来收集。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述传感器为探针(67)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述位置信息通过所述第一机器人(70)自动收集。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述元件是相对于所述第二机器人(30)的末端构件(36)的行进平面倾斜的倾斜区域。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一机器人(70)具有六个自由度和至少两个转动关节。

7.根据权利要求1所述的方法，其中收集的所述位置信息以针对所述第一机器人(70)的第一坐标系来表达，在被用于移动所述第二机器人之前，所述位置信息被转化为针对所述第二机器人(30)的第二坐标系。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述机器人装置(1)是医学分析装置。

9.根据权利要求5所述的方法，其中所述倾斜区域对应于容器(20)的开口(26)的边缘(22)。