機器人示教系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及機器人示教系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代工業(yè)中，隨著自動化程度的不斷提高，工業(yè)機器人在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。而無論多么先進智能的機器人系統(tǒng)，在操作作業(yè)前示教工序都是無法避免的。機器人示教系統(tǒng)主要用于機器人示教操作中，其目的在于幫助機器人系統(tǒng)找準(zhǔn)關(guān)鍵的軌跡點位置，并按照預(yù)設(shè)的期望軌跡進行運動。
[0003]目前機器人示教系統(tǒng)主要是通過連接到機器人控制器的示教盒裝置實現(xiàn)，示教操作需要通過操作按鈕、搖桿等物理控制設(shè)備或觸摸屏等裝置獲取操作意圖，對機器人控制器發(fā)出指令來指導(dǎo)機器人以設(shè)定的位姿抵達目標(biāo)點。示教全程操作者需要站立于一定操作范圍內(nèi)手、眼協(xié)調(diào)操作，并借助一定的輔助設(shè)備人工判斷是否抵達目標(biāo)點位姿，費時費力。而且，不同品牌、型號機器人功能不一、操作方式也各不相同，通用性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種機器人示教系統(tǒng)及其控制方法，以實現(xiàn)一種具有體感操作和感知識別功能的通用型機器人示教系統(tǒng)，使示教操作更智能、精確、安全和高效。
[0005]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種機器人示教系統(tǒng)，所述機器人示教系統(tǒng)包括:
[0006]傳感模塊、機器人控制器以及上位機，所述傳感模塊、機器人控制器以及上位機之間采用有線或無線的方式連接；
[0007]其中傳感模塊包括力傳感器、力傳感器信號調(diào)制器以及體感捕捉設(shè)備；
[0008]所述力傳感器通過法蘭與機器人手臂以及機器人末端執(zhí)行器連接。
[0009]第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種如上所述的機器人示教系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括:
[0010]在確認操作者身份和權(quán)限后，開啟所述機器人示教系統(tǒng)；
[0011]通過體感捕捉設(shè)備捕獲操作者的操作意圖信號，并將所述操作意圖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機器人操作指令；
[0012]將所述機器人操作指令發(fā)送給機器人控制器，以使得所述機器人控制器根據(jù)所述機器人操作指令控制所述機器人手臂運動到操作者期望的位姿。
[0013]本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)相比存在的有益效果是:本發(fā)明實施例的機器人示教系統(tǒng)可通過體感捕捉設(shè)備準(zhǔn)確獲取操作者全方位的操作意圖信號，并將所述操作意圖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機器人操作指令后上傳到機器人控制器執(zhí)行，實現(xiàn)機器人運動至指定位姿。同時可以借助力傳感器和視覺信息對所述機器人操作指令和機器人狀態(tài)進行檢測，使機器人示教操作更智能、精確、安全和高效，具有較強的易用性和實用性。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)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)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1是本發(fā)明實施例提供的機器人示教系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實施例提供的使用機器人示教系統(tǒng)的示例圖；
[0017]圖3是本發(fā)明實施例提供的機器人示教系統(tǒng)控制方法的實現(xiàn)流程圖。
【具體實施方式】
[0018]以下描述中，為了說明而不是為了限定，提出了諸如特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)之類的具體細節(jié)，以便透切理解本發(fā)明實施例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在沒有這些具體細節(jié)的其它實施例中也可以實現(xiàn)本發(fā)明。在其它情況中，省略對眾所周知的系統(tǒng)、裝置、電路以及方法的詳細說明，以免不必要的細節(jié)妨礙本發(fā)明的描述。
[0019]為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過具體實施例來進行說明。
[0020]圖1示出了本發(fā)明實施例提供的機器人示教系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅不出了與本實施例相關(guān)的部分。
[0021]如圖1所示，該機器人示教系統(tǒng)包括傳感模塊、機器人控制器3、通訊模塊以及上位機11。
[0022]其中，傳感模塊包括力傳感器7、力傳感器信號調(diào)制器2、體感捕捉設(shè)備9及移動安裝支架8 ;
[0023]通訊模塊包括以太網(wǎng)交換機或路由器I以及局域網(wǎng)12。
[0024]另外，本發(fā)明實施例所述力傳感器7為六維力傳感器，可同時檢測三維空間(笛卡爾坐標(biāo)系)的全力信息，即三個力分量和三個力矩分量。所述力傳感器7通過法蘭與機器人手臂5以及機器人末端執(zhí)行器10形成剛性連接，可感知來自機器人末端任意方向上的力和力矩信號，并最終用于機器人狀態(tài)感知。
[0025]所述體感捕捉設(shè)備9與移動安裝支架8共同組成置地式安裝，也可直接安裝在天花板或頂棚14上，以在所述體感捕捉設(shè)備9視覺區(qū)域內(nèi)形成動作感知空間13捕獲操作者手臂6的操作意圖信號以及機器人手臂5的位姿，如圖2所示，圖2給出了體感捕捉設(shè)備9與移動安裝支架8共同組成置地式安裝，以及體感捕捉設(shè)備9直接安裝在天花板或頂棚14的示例。
[0026]傳感模塊、機器人控制器3、通訊模塊以及上位機11由通訊線纜4連接成完整的系統(tǒng)，與操作者手臂6共同組成本發(fā)明實施例中的具有體感操作和感知識別功能的通用型機器人示教系統(tǒng)。
[0027]其中，所述上位機11可以是任意具有網(wǎng)絡(luò)連接功能的終端設(shè)備，包括但不限于手機、平板電腦、筆記本、PC機、嵌入式設(shè)備等。
[0028]需要說明的是，本發(fā)明實施例是將體感捕捉設(shè)備9由移動安裝支架8安裝在機器人手臂5 —側(cè)，考慮到實際中機器人系統(tǒng)的差異，體感捕捉設(shè)備9的安裝位置可視具體情況而定，如置頂式等；另外，本發(fā)明實施例操作者意圖信號捕捉上采用的是體感和視覺一體的設(shè)備(即體感捕捉設(shè)備9)，在實際應(yīng)用中，可采用其他任何具有體感捕捉能力的設(shè)備和其他具有視覺捕捉能力的設(shè)備，包括操作意圖感知類設(shè)備，如肌電信號獲取等方式；本發(fā)明實施例中采用安裝在機器人末端的力傳感器7獲取末端的力/力矩信號。然而，力傳感器7的具體安裝位置可根據(jù)需求改變，同時，亦可采用其他傳感器間接獲取，如關(guān)節(jié)電流信號、關(guān)節(jié)力矩等，只要能夠準(zhǔn)確獲取機器人操作末端狀態(tài)即可；另外，本發(fā)明實施例中系統(tǒng)的通訊方式不僅限于以太網(wǎng)模式，可以采用任意有線或無線的通訊方式，只要能夠使得系統(tǒng)各模塊協(xié)同工作即可。
[0029]作為本發(fā)明的一較佳實例，為了解決不同品牌、型號機器人功能不一、操作方式也各不相同，通用性較差的問題，本發(fā)明實施例所述機器人示教系統(tǒng)還建立了如下模塊:
[0030]建模模塊，用于建立機器人的Denavit-Hartenberg參數(shù)表以及各關(guān)節(jié)的動力學(xué)參數(shù)，以在獲取機器人的相關(guān)參數(shù)后，轉(zhuǎn)換為link和joint的屬性值；以及建立操作者手臂或手持工具與機器人末端執(zhí)行器位姿之間的坐標(biāo)映射關(guān)系；
[0031]運動描述模塊，用于建立針對不同品牌的機器人的標(biāo)準(zhǔn)運動指令庫，以在體感捕捉設(shè)備捕獲到操作者的操作意圖信號時，根據(jù)所述建模模塊建立的所述坐標(biāo)映射關(guān)系獲得對應(yīng)的期望位姿，并根據(jù)所述期望位姿進行所述標(biāo)準(zhǔn)運動指令庫的匹配，生成標(biāo)準(zhǔn)動作指令序列；
[0032]通訊驅(qū)動模塊，所述通訊驅(qū)動模塊采用所述機器人控制器支持的通訊協(xié)議，將機器人操作指令上傳至所述機器人控制器，以使得所述機器人控制器根據(jù)所述操作指令控制所述機器人手臂運動到操作者期望的位姿；所述通訊驅(qū)動模塊包含力傳感器、力傳感器信號調(diào)制器以及體感捕捉設(shè)備的驅(qū)動程序。
[0033]各模塊具體描述如下:
[0034]I)建模模塊:所述機器人手臂5以及機器人末端執(zhí)行器10共同組成機器人的運動本體，所述運動本體按照機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接關(guān)系定義為link和joint兩類，其中l(wèi)ink類的屬性值包括-origin、mass、inertia、visual和collis1n ； joint類的屬性值包括:parent、child、origin和limits。在