CN106826915A - 一种机器人触觉操控方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人触觉操控方法及其装置。所述触觉操控装置包括：传感模块，包括传感器，其获取环境触觉信息；第一通信模块，其以无线方式发送该环境触觉信息；控制模块，其包括：第二通信模块，其以无线方式接收该环境触觉信息；控制器，其根据所述环境触觉信息生成一运动控制指令，并通过一工业现场总线向一驱动器发送该运动控制指令。所述装置降低了人机协作过程中的碰撞伤害的风险，同时避免了额外的传感器接线工作及缠线的安全问题。并且在原有的机器人设备上，以即插即用设备的方式实现了力触觉感知和控制功能的扩展，显著地节约了成本。

Description

一种机器人触觉操控方法及其装置

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及一种工业机器人触觉操控方法及其装置。

背景技术

在现代化工业领域，机器人已经成为自动化生产线的一种重要的工具，其带来了生产效率，生产精度，以及更好的灵活性。但是坚硬的金属机械装置也带来了潜在的危险，尤其是在人-机器合作的场景下。另外，对于工程师来说，操作一个机器人也是一项需要高技术的工作。控制机器人具有相应的难度，这阻碍了特定的中小企业在缺乏有经验的技术人员的情况下在其生产环节中采用机器人。因此对于中小企业来说，规模性地应用机器人存在着较高的技术壁垒。

近期，机器人的原始设备制造商(OEM)意识到了以上的问题，通过在系统中加入力和力矩传感器，使机器人具有了通过触觉感知环境的能力，即所谓的机器人柔顺控制功能。然而，从技术和市场的角度来看，仍然存在一些问题。

大多柔顺控制组件装置都是由机器人OEM开发或定义说明的，因此，存在于扩展插件和机器人本体之间的接口缺少标准化和通用性。

即使传感器是直接由用户集成于机器人内，仍然需要对机器人进行额外的编程工作，从而实现机器人柔顺控制和示教的功能，这对于缺乏经验的工程师来说是非常困难的。

为了提高使用的灵活性，附加的传感器装置通常被安装于机器人臂的末端。由于大多类似的装置都具有自己的电源盒信号接线，这些沿着机械装置的接线存在潜在的缠绕的可能。

目前存在一种原始集成了力和力矩传感器的机器人，在此基础上实现了柔顺控制，目标点示教以及路径跟踪的功能。在这样的条件下，用户需要购买整套的新型设备以替换原有设备，由此会产生高昂的成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于通过易于安装的触觉感知模块，低成本地实现机器人柔顺控制、目标点示教和路径跟踪的功能扩展。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种机器人触觉操控装置，包括：

传感模块，其包括传感器，其获取环境触觉信息；第一通信模块，其以无线方式发送该环境触觉信息；控制模块，其包括：第二通信模块，其以无线方式接收该环境触觉信息；控制器，其根据所述环境触觉信息生成一运动控制指令，并通过一工业现场总线向一驱动器发送该运动控制指令。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的另一个方面，一种机器人触觉操控方法，包括：

通过一传感器获取环境触觉信息；通过第一通信模块以无线方式发送该环境触觉信息；通过第二通信模块以无线方式接收该环境触觉信息；一控制器根据所述环境触觉信息生成一运动控制指令，并通过一工业现场总线向一驱动器发送该运动控制指令。

通过根据本发明实施例的机器人触觉操控方法及其装置，能够免除额外接线的麻烦以及由此带来潜在的安全问题，同时解决了人工操作中存在的危险，并且通过即插即用的方式在设备上以附加的方式实现了相应的功能，显著地节约了成本。

附图说明

本发明的其它特点、特征、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得更加显而易见。

图1示出了根据本发明一个实施例的传感模块的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的控制模块的结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的触觉操控方法的流程示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的机器人触觉操控装置结构图；

图5示出了根据本发明一个实施例的机器人驱动器算法流程示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例实现柔顺控制的流程示意图；

图7示出了根据本发明另一个实施例的机器人触觉操控装置结构图；

图8示出了根据本发明另一个实施例实现目标点示教的流程示意图；

图9示出了根据本发明另一个实施例实现路径跟踪的流程示意图；

具体实施方式

下面，将结合附图详细描述本发明的各个实施例。

图1示出了根据本发明一个实施例的传感模块1的结构示意图。如图1所示，该传感模块1包括：

6-DOF力和力矩传感器12，可以测知在三维空间内的触觉信息，并将触觉信息输出为相应的触觉信号。

以及无线收发器13，用于发送6-DOF力和力矩传感器12根据触觉信息输出的相应的触觉信号。

电源，其为力和力矩传感器12以及无线收发器13提供电力。

图2示出了根据本发明一个实施例的控制模块2的结构示意图。如图2所示，该控制模块2包括：

无线收发器23，其接收来自传感模块1经由其无线收发器13所发送的触觉信号，并将其传送至控制器21。

控制器21，其接收由无线收发器23传送的触觉信号，从而通过特定算法计算机器人柔顺控制，目标点示教，以及路径跟踪的控制指令，并传送该控制指令。

人机界面22，其以无线或有线方式接收反应操作者意图的指令，并传送至控制器21。

工业现场总线收发器24，其将控制器21传送的控制指令通过工业现场总线传送至机器人驱动器。

图3示出了根据本发明一个实施例的机器人触觉操控方法的流程示意图，具体包括步骤：

通过传感器获取环境触觉信息32；

通过无线通信模块以无线方式发送该环境触觉信息33；

通过无线通信模块以无线方式接收该环境触觉信息34；

控制器根据所述环境触觉信息生成运动控制指令35；

通过工业现场总线向机器人驱动器发送该运动控制指令36。

图4示出了根据本发明一个实施例的机器人触觉操控装置结构图，其中，机器人47具有通过触觉对环境进行适应的能力。具体地，传感模块41以即插即用的方式安装于机器人的端部，传感模块41可拆卸地安装于机器人手臂与机器人手臂工具43之间。机器人47由操作者44进行操作，当操作者施加力或力矩于机器人手臂时，即有外部力或力矩作用于机器人手臂端部的时候，传感模块41能够进行测知并获得触觉信息，并将触觉信息转化为数字触觉信号，以无线的方式传送至控制模块42。控制模块42接收到该触觉信号，计算机器人接下来的运动目标，并将此运动目标信息转化为运动控制指令而通过工业现场总线45传送至机器人驱动器46。机器人驱动器46根据此运动控制指令控制机器人47接下来的运动，以响应外部的触觉信息。当操作员不再进行外力操作时，即传感模块41测知不再有外力或力矩作用的触觉信息时，机器人47将恢复执行其原始的工作任务，从而实现了柔顺控制。

根据本发明的实施例，通用的接口保证了在现有的机器人47上装配传感模块41和控制模块42将不会有特别的限制。同时，对原始机器人系统也不需要进行更换或者本质上的重新配置。机器人驱动器46只需要遵循由控制模块42发送的运动控制指令，用户在此并不需要大量的编程工作，功能性的计算方法以及编码是在控制模块42中实现的，因此，用户可以轻易安全地操作机器人47。

如图5所示，机器人驱动器46根据特定算法遵循由控制模块42发送的运动控制指令。具体地，在控制模块42连接的状态下，机器人驱动器46接收控制模块42发送的运动控制指令，并根据此运动控制指令控制机器人47向目标移动，持续此步骤直至与控制模块42的连接断开。

图6示出了实现柔顺控制的流程示意图。具体地，控制模块42存储原始目标，即机器人原始任务所应移动达到的目标，控制器模块42判断所接收到的来自触觉模块41的触觉信号，如果其大于一预设的阈值，则生成一能够降低力和力矩信号获取的生成目标，并将此生成目标发送至机器人驱动器46，机器人驱动器46控制机器人向生成目标移动。控制器模块42持续判断所接收到的来自触觉模块41的触觉信号，并重复上述步骤直到接收的触觉信号小于该预设的阈值，控制器模块42将存储的原始目标发送至机器人驱动器46，直到机器人47到达原始目标。

图7示出了根据本发明另一个实施例的机器人触觉操控装置结构图，其中，机器人57具有通过触觉对环境进行适应的能力。具体地，传感模块51以即插即用的方式安装于机器人的端部，传感模块51可拆卸地安装于机器人手臂与机器人手臂工具53之间。机器人57由操作者54进行操作，当操作者施加力或力矩于机器人手臂时，即有外部力或力矩作用于机器人手臂端部的时候，控制模块52接收到由传感模块51发送的触觉信号，计算机器人接下来的运动目标，并将此运动目标信息转化为运动控制指令而通过工业现场总线55传送至机器人驱动器56这一驱动器。机器人驱动器56根据此运动控制指令控制机器人57接下来的运动，以响应外部的触觉信息。还设有一人机交互界面(HMI)模块58，人机交互界面模块58与控制模块52无线或有线连接。该人机交互界面模块58可以采用软件形式以无线连接方式进行实现，比如通过使用智能手机的应用程序，也可以采用硬件控制器进行有线连接进行实现。

图8示出了采用人机交互界面模块58与控制模块52实现机器人目标点示教功能的流程示意图。具体地，控制模块52判断所接收到的来自触觉模块51的触觉信号，如果其大于预设的阈值，则生成一能够降低力和力矩信号获取的生成目标，并将此生成目标发送至机器人驱动器56，机器人驱动器56控制机器人向生成目标移动。控制器模块52持续判断所接收到的来自触觉模块51的触觉信号，并重复上述步骤直到接收的触觉信号小于预设的阈值。控制模块52通过其人机交互界面接口与人机交互界面模块58通信，接收用户通过人机交互界面模块58发送的算法指令，根据该算法指令执行记忆机器人当前姿态，并以队列形式存储该当前姿态。控制模块52根据该算法指令判断训练过程的完成状态，并决定机器人开始移动，将目标队列发送至机器人驱动器56。

图9示出了采用人机交互界面模块58与控制模块52实现机器人路径跟踪功能的流程示意图。具体地，控制模块52判断所接收到的来自触觉模块51的触觉信号，如果其大于预设的阈值，则生成一能够降低力和力矩信号获取的生成目标，并将此生成目标发送至机器人驱动器56，机器人驱动器56控制机器人向生成目标移动。控制器模块52持续判断所接收到的来自触觉模块51的触觉信号，周期性地存储机器人当前姿态，并重复上述步骤直到接收的触觉信号小于预设的阈值。控制模块52通过其人机交互界面接口与人机交互界面模块58通信，接收用户通过人机交互界面模块58发送的算法指令，根据该算法指令判断训练过程的完成状态，并决定机器人开始移动，将目标队列发送至机器人驱动器56。

根据本发明实施例的机器人触觉操控方法及其装置，机器人具有了通过触觉测知环境并适应环境的能力。传感模块和控制模块可以自由地装配在机器人上，用户不必担心接线带来的例如缠线的麻烦，传感模块以无线方式工作并且有独立的电池电源，这进一步提升了即插即用使用的便利性。

根据本发明的实施例，通用的接口保证了在现有的机器人上装配传感模块和控制模块将不会有特别的限制。同时，对原始机器人系统也不需要进行更换或者本质上的重新配置。用户在此并不需要大量的编程工作，用户可以轻易安全地操作机器人。

本领域技术人员应该理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

以上所述仅为本发明示例性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种机器人触觉操控装置，包括：

传感模块，其包括：

电源；

传感器，其获取环境触觉信息；

第一通信模块，其以无线方式发送该环境触觉信息；

控制模块，其包括：

第二通信模块，其以无线方式接收该环境触觉信息；

控制器，其根据所述环境触觉信息生成一运动控制指令，并通过一工业现场总线向一驱动器发送该运动控制指令。

2.如权利要求1所述的机器人触觉操控装置，其特征在于，所述控制器存储有当前运动姿态的信息，且所述运动控制指令包括：

指定目标运动姿态的指令；

移动到所述目标运动姿态的指令。

3.如权利要求1所述的机器人触觉操控装置，其特征在于，所述控制模块还包括人机界面，其接收用户指令。

4.如权利要求3所述的机器人触觉操控装置，其特征在于，所述人机界面以无线方式接收用户指令。

5.如权利要求3所述的机器人触觉操控装置，其特征在于，所述用户指令包括：

存储运动姿态的指令；

指定目标运动姿态的指令；

移动到所述目标运动姿态的指令。

6.一种机器人触觉操控方法，包括：

通过一传感器获取环境触觉信息；

通过第一通信模块以无线方式发送该环境触觉信息；

通过第二通信模块以无线方式接收该环境触觉信息；

一控制器根据所述环境触觉信息生成一运动控制指令，并通过一工业现场总线向一驱动器发送该运动控制指令。

7.如权利要求6所述的机器人触觉操控方法，其特征在于，所述控制器存储有当前运动姿态的信息，且所述运动控制指令包括：

指定目标运动姿态的指令；

移动到所述目标运动姿态的指令。

8.如权利要求6所述的机器人触觉操控方法，其特征在于，所述第二通信模块还包括人机界面，其接收用户指令。

9.如权利要求8所述的机器人触觉操控方法，其特征在于，所述人机界面以无线方式接收用户指令。

10.如权利要求8所述的机器人触觉操控方法，其特征在于，所述用户指令包括：

存储运动姿态的指令；

指定目标运动姿态的指令；

移动到所述目标运动姿态的指令。