本發(fā)明涉及機器人設(shè)計領(lǐng)域，尤其是一種機器人示教技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)機器人的牽引示教。

本發(fā)明同時涉及機器人設(shè)計領(lǐng)域的機器人控制技術(shù)。

背景技術(shù)：

目前工業(yè)機器人的示教主要采用示教盒,通過操作者的眼睛觀察，用按鍵指揮機器人動作，達到觀察者認(rèn)為合適的位置和姿態(tài)后，啟動計算機將機器人末端各點坐標(biāo)記錄下來，工作時再根據(jù)記錄數(shù)據(jù)自動復(fù)現(xiàn)示教動作。以該工作方式工作的機器人，無法簡單精確地記錄較為復(fù)雜的軌跡，示教耗時較長，并且對操作者要求較高。

以直接拖動機器人末端實現(xiàn)機器人運動的示教方式稱為牽引示教。牽引示教直觀、準(zhǔn)確、方便，但若要感應(yīng)到牽引的動作通常則需要使用六維力傳感器，使得示教裝置成本大大增加。因此也未得到大規(guī)模的使用。

申請?zhí)枮?0119275.2、201320489386.8的中國專利申請分別公布了可以直接拖動示教的機器人，其主要實施方式為在機器人本體上進行設(shè)計改進，在無額外牽引設(shè)備的情況下能夠保證手動牽引機器人運行。此方法對于小負(fù)載輕型機器人適用，但對于大負(fù)載、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機器人難以實現(xiàn)。

申請?zhí)枮?01420579247.9的中國專利申請公布了一種機械手示教3D傳感手柄，安裝于機械手的指端操作者手握3D傳感手柄牽引機械手，牽引力傳遞到微動開關(guān)上，控制機械手作跟隨運動。該方法雖可實現(xiàn)機械手的運動，但當(dāng)機械手指端非豎直姿態(tài)時，操作者的牽引方向感覺是不符合正常運動方向的，容易造成誤操作。

綜上所述，研究一種低成本，實現(xiàn)簡單，靈活性強的直接示教裝置具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了改善工業(yè)機器人示教過程，增強機器人牽引時操作者的直觀感覺，本發(fā)明提供了一種機器人牽引示教感應(yīng)器，能夠通過結(jié)構(gòu)設(shè)計直觀的給出操作者牽引示教或牽引操作的反饋，并且結(jié)構(gòu)簡單成本低廉。

同時，本發(fā)明還提供使用上述感應(yīng)器的示教裝置及機器人操控裝置，能夠進一步的實現(xiàn)感應(yīng)器的姿態(tài)自適應(yīng)調(diào)整，減少誤操作。

同時，本發(fā)明還提供了上述示教裝置及機器人操控裝置的控制方法，能夠通過控制方法的設(shè)計與被控機器人結(jié)合而進一步實現(xiàn)直觀的牽引示教或牽引操作的反饋，并能夠體現(xiàn)出示教裝置及機器人操控裝置通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計即可實現(xiàn)機器人復(fù)雜動作反饋的優(yōu)勢。

為達到上述目的，本發(fā)明機器人牽引示教感應(yīng)器可采用如下技術(shù)方案：

一種機器人牽引示教感應(yīng)器，包括外殼、位于外殼內(nèi)的手柄、若干開關(guān)，所述手柄包括四個手柄桿，且四個手柄桿共同形成“十”字形，所述每個手柄均包含頂面、底面、第一側(cè)面、第二側(cè)面；所述每個手柄的頂面、底面、第一側(cè)面、第二側(cè)面外側(cè)均設(shè)有一個對應(yīng)的開關(guān)，且每個手柄的頂面、底面、第一側(cè)面、第二側(cè)面分別抵靠在對應(yīng)開關(guān)的按鈕上。

該牽引示教感應(yīng)器的有益效果為：通過“十”字形手柄及對應(yīng)設(shè)置的若干開關(guān)可以直觀的通過各個手柄桿與不同開關(guān)的配合給出操作者牽引示教或牽引操作的反饋；并且采用的元件，包括外殼，手柄及開關(guān)均為成本低廉的元件，使該牽引示教感應(yīng)器的整體成本低廉，易于制造及推廣。

本發(fā)明示教裝置可采用如下技術(shù)方案：

包括上述機器人牽引示教感應(yīng)器的示教裝置還包括用以承載機器人牽引示教感應(yīng)器的姿態(tài)保持器，所述姿態(tài)保持器包括第一電機、第二電機、第三電機、固定第一電機的第一支架、固定第二電機的第二支架、固定第三電機的第三支架，且第一電機的輸出軸、第二電機的輸出軸、第三電機的輸出軸相互正交，第一電機的輸出軸與機器人牽引示教感應(yīng)器連接并帶動機器人牽引示教感應(yīng)器轉(zhuǎn)動，第二電機的輸出軸與第一支架連接并帶動第一支架轉(zhuǎn)動，第三電機的輸出軸與第二支架連接并帶動第二支架轉(zhuǎn)動。

其中，該示教裝置進一步包含了姿態(tài)保持器，能夠通過三個電機的協(xié)助在三維方向?qū)崟r對機器人牽引示教感應(yīng)器的位置進行調(diào)整以使示教感應(yīng)器保持姿態(tài)不變，從而使得人工牽引時可以保持牽引習(xí)慣，更符合人體工程學(xué)需要。

該示教裝置較之于示教盒示教，可用于復(fù)雜示教軌跡的示教，并且可以做到手把手示教，示教人員無需專門培訓(xùn)。而相比用于牽引示教的多維力傳感器，具有經(jīng)濟實惠等優(yōu)點，裝置通用性強，可適用于速度、精度要求不很高的工業(yè)機械人示教。

本發(fā)明機器人操控裝置可采用如下技術(shù)方案：

包括上述機器人牽引示教感應(yīng)器的機器人操控裝置還包括用以承載機器人牽引示教感應(yīng)器的姿態(tài)保持器，所述姿態(tài)保持器包括第一電機、第二電機、第三電機、固定第一電機的第一支架、固定第二電機的第二支架、固定第三電機的第三支架，且第一電機的輸出軸、第二電機的輸出軸、第三電機的輸出軸相互正交，第一電機的輸出軸與機器人牽引示教感應(yīng)器連接并帶動機器人牽引示教感應(yīng)器轉(zhuǎn)動，第二電機的輸出軸與第一支架連接并帶動第一支架轉(zhuǎn)動，第三電機的輸出軸與第二支架連接并帶動第二支架轉(zhuǎn)動。

其中，該機器人操控裝置同樣包含了姿態(tài)控制器，有益效果與示教裝置的有益效果相同，與示教裝置不同的在于示教裝置應(yīng)用于機器人的牽引示教，而機器人操控裝置直接應(yīng)用于機器人的操控。

而所述示教裝置或機器人操控裝置的控制方法可采用以下技術(shù)方案：

所述四個手柄桿設(shè)為第一手柄桿、與第一手柄桿延伸方向相反的第二手柄桿、與第一、第二手柄桿垂直延伸的第三手柄桿、與第三手柄桿延伸方向相反的第四手柄桿；

所述第一手柄桿向外拉伸至第三手柄桿一個側(cè)面與第四手柄桿一個側(cè)面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第一橫移信號；

所述第二手柄桿向外拉伸至第三手柄桿另一個側(cè)面與第四手柄桿另一個側(cè)面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第二橫移信號；

所述第三手柄桿向外拉伸至第一手柄桿一個側(cè)面與第二手柄桿一個側(cè)面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第三橫移信號；

所述第四手柄桿向外拉伸至第一手柄桿另一個側(cè)面與第二手柄桿另一個側(cè)面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第四橫移信號；

所述手柄向上移動至四個手柄桿的頂面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第一縱移信號；

所述手柄向下移動至四個手柄桿的底面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第二縱移信號；

所述手柄順時針轉(zhuǎn)動至第一手柄桿的一個側(cè)面、第二手柄桿的一個側(cè)面、第三手柄桿的一個側(cè)面、第四手柄桿的一個側(cè)面分別抵靠對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第一偏轉(zhuǎn)信號；

所述手柄逆時針轉(zhuǎn)動至第一手柄桿的另一個側(cè)面、第二手柄桿的另一個側(cè)面、第三手柄桿的另一個側(cè)面、第四手柄桿的另一個側(cè)面分別抵靠對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第二偏轉(zhuǎn)信號。

進一步的：

所述第一手柄桿轉(zhuǎn)動至手柄桿的底面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，即同時第二手柄桿的頂面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第一滾轉(zhuǎn)信號；

所述第一手柄桿轉(zhuǎn)動至第一手柄桿的頂面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，即同時第二手柄桿的底面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第二滾轉(zhuǎn)信號；

所述第三手柄桿轉(zhuǎn)動至第三手柄桿的底面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，即同時第四手柄桿的頂面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第一仰俯信號；

所述第三手柄桿轉(zhuǎn)動至第三手柄桿的頂面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，即同時第四手柄桿的底面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第二仰俯信號；

該控制方法通過設(shè)置不同的控制信號從而便于將控制信號直接用于對應(yīng)被控機器人執(zhí)行端的信號控制輸出，即能夠使上述示教裝置或機器人操控裝置簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計通過控制信號的設(shè)置輸出而得以實現(xiàn)應(yīng)有的對執(zhí)行端的操控功能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明示教裝置或機器人操控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中機器人牽引示教感應(yīng)器的俯視圖。

圖3是機器人牽引示教感應(yīng)器的側(cè)視圖，并展示位于三維坐標(biāo)軸中的狀態(tài)。

圖4是機器人牽引示教感應(yīng)器的剖面示意圖。

圖5是姿態(tài)保持器的主視圖。

圖6是姿態(tài)保持器的側(cè)視圖。

圖7是姿態(tài)保持器的俯視圖。

圖8是柔性機械接口的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1至圖4所示，為本實施例中公開的示教裝置或者是機器人操控裝置；示教裝置及操控裝置只是應(yīng)用不同，原理相同，在本實施例中以示教裝置為例。

該示教裝置包括機器人牽引示教感應(yīng)器1、姿態(tài)保持器2、柔性機械接口3。但應(yīng)當(dāng)指出的是，所述牽引示教感應(yīng)器可以脫離姿態(tài)保持器和柔性機械接口單獨使用而產(chǎn)生對應(yīng)的控制信號。

其中牽引示教感應(yīng)器1包括外殼11、位于外殼內(nèi)的手柄、若干開關(guān)13，所述手柄包括四個手柄桿12，且四個手柄桿12共同形成“十”字形，所述每個手柄12均包含頂面14、底面15、第一側(cè)面16、第二側(cè)面17；所述每個手柄的頂面14、底面15、第一側(cè)面16、第二側(cè)面17外側(cè)均設(shè)有一個對應(yīng)的開關(guān)13。且每個手柄的頂面14、底面15、第一側(cè)面16、第二側(cè)面17分別抵靠在對應(yīng)開關(guān)13的按鈕上。

在本實施例中，所述開關(guān)為價格低廉且壽命長的微動開關(guān)，當(dāng)手柄12位于自由狀態(tài)時，手柄12被所述若干微動開關(guān)的按鈕定位在外殼內(nèi)并且手柄12不按壓任何按鈕。外殼中另外還可設(shè)有輔助定位手柄的若干彈簧，當(dāng)手柄12位于自由狀態(tài)時，彈簧能夠?qū)⑹直?2定位在外殼11厚度的中間位置并使手柄12不按壓任何按鈕。

所述外殼11包括四個分別圍繞四個手柄桿的包裹殼體18，所述每個包裹殼體18均設(shè)有頂壁181、底壁182、第一側(cè)壁183、第二側(cè)壁184。每個包裹殼體18上設(shè)有四個開關(guān)13，分別為所述頂壁181上設(shè)有一個開關(guān)、底壁182上設(shè)有一個開關(guān)、第一側(cè)壁183上設(shè)有一個開關(guān)、第二側(cè)壁184上設(shè)有一個開關(guān)。該四個開關(guān)的按鈕位于包裹殼體18內(nèi)并抵靠該包裹殼體18內(nèi)的手柄桿上，該四個開關(guān)13均設(shè)有位于包裹殼體外的接線端(未標(biāo)號)用以連接機器人控制器。

其中，通過該牽引示教感應(yīng)器即可以實現(xiàn)本發(fā)明提出的控制方法，為方便描述，所述四個手柄桿設(shè)為第一手柄桿121、與第一手柄桿121延伸方向相反的第二手柄桿122、與第一、第二手柄桿垂直延伸的第三手柄桿123、與第三手柄桿123延伸方向相反的第四手柄桿124。并且在圖3中給出該示教感應(yīng)器位于三軸坐標(biāo)圖里的狀態(tài)以方便理解。

所述第一手柄桿121向外拉伸(即如圖4中的x正向)至第三手柄桿123一個側(cè)面與第四手柄桿124一個側(cè)面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第一橫移信號；

所述第二手柄桿122向外拉伸(即如圖4中的x軸負(fù)向)至第三手柄桿123另一個側(cè)面與第四手柄桿124另一個側(cè)面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第二橫移信號；

所述第三手柄桿123向外拉伸(即如圖4中的y軸正向)至第一手柄桿121一個側(cè)面與第二手柄桿122一個側(cè)面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第三橫移信號；

所述第四手柄桿124向外拉伸(即如圖4中的y軸負(fù)向)至第一手柄桿121另一個側(cè)面與第二手柄桿122另一個側(cè)面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第四橫移信號；

所述手柄向上移動(即如圖4中的z軸正向)至四個手柄桿的頂面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第一縱移信號；

所述手柄向下移動(即如圖4中的z軸負(fù)向)至四個手柄桿的底面分別按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第二縱移信號；

所述手柄順時針轉(zhuǎn)動至第一手柄桿121的一個側(cè)面、第二手柄桿122的一個側(cè)面、第三手柄桿123的一個側(cè)面、第四手柄桿124的一個側(cè)面分別抵靠對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第一偏轉(zhuǎn)信號；

所述手柄逆時針轉(zhuǎn)動至第一手柄桿121的另一個側(cè)面、第二手柄桿122的另一個側(cè)面、第三手柄桿123的另一個側(cè)面、第四手柄桿124的另一個側(cè)面分別抵靠對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第二偏轉(zhuǎn)信號；

所述第一手柄桿121轉(zhuǎn)動至第一手柄桿的底面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，即同時第二手柄桿122的頂面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第一滾轉(zhuǎn)信號；

所述第一手柄桿121轉(zhuǎn)動至第一手柄桿的頂面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，即同時第二手柄桿122的底面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第二滾轉(zhuǎn)信號；

所述第三手柄桿123轉(zhuǎn)動至第三手柄桿的底面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，即同時第四手柄桿124的頂面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第一仰俯信號；

所述第三手柄桿123轉(zhuǎn)動至第三手柄桿的頂面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，即同時第四手柄桿124的底面按壓對應(yīng)的開關(guān)按鈕，輸出一個第二仰俯信號；

所述第一橫移信號、第二橫移信號、第三橫移信號、第四橫移信號、第一縱移信號、第二縱移信號、第一偏轉(zhuǎn)信號、第二偏轉(zhuǎn)信號、第一滾轉(zhuǎn)信號、第二滾轉(zhuǎn)信號、第一仰俯信號、第二仰俯信號分別用以對應(yīng)被控機器人執(zhí)行端的信號控制輸出。具體的可設(shè)置為：第一橫移信號控制被控機器人執(zhí)行端向第一方向橫移；第二橫移信號控制被控機器人執(zhí)行端向第二方向橫移；且第一方向與第二方向為相反方向；第三橫移信號控制被控機器人執(zhí)行端向第三方向橫移；第四橫移信號控制被控機器人執(zhí)行端向第四方向橫移；且第三方向與第四方向為相反方向；且第三方向與第一方向垂直或正交；第一縱移信號控制被控機器人執(zhí)行端向上縱移；第二縱移信號控制被控機器人執(zhí)行端向下縱移；第一偏轉(zhuǎn)信號控制被控機器人執(zhí)行端正向偏轉(zhuǎn)、第二偏轉(zhuǎn)信號控制被控機器人執(zhí)行端反向偏轉(zhuǎn)；且第一方向與第二方向為相反方向；第一滾轉(zhuǎn)信號控制被控機器人執(zhí)行端正向滾轉(zhuǎn)、第二滾轉(zhuǎn)信號控制被控機器人執(zhí)行端反向滾轉(zhuǎn)；且第一方向與第二方向為相反方向；第一仰俯信號控制被控機器人執(zhí)行端正向仰俯、第二仰俯信號控制被控機器人執(zhí)行端反向仰俯；且第一方向與第二方向為相反方向。

請結(jié)合圖5至圖7所示，承載機器人牽引示教感應(yīng)器的姿態(tài)保持器2包括第一電機21、第二電機22、第三電機23、固定第一電機21的第一支架24、固定第二電機22的第二支架25、固定第三電機23的第三支架26，且第一電機21的輸出軸、第二電機22的輸出軸、第三電機23的輸出軸相互正交，第一電機21的輸出軸與機器人牽引示教感應(yīng)器1連接并帶動機器人牽引示教感應(yīng)器1轉(zhuǎn)動，第二電機22的輸出軸與第一支架24連接并帶動第一支架24轉(zhuǎn)動，第三電機23的輸出軸與第二支架25連接并帶動第二支架25轉(zhuǎn)動。姿態(tài)保持器接收來自機器人控制器的各個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的信息，通過機器人姿態(tài)運算方法進行所在位置的實時姿態(tài)計算，以此為自身控制器的輸入信號，在自身控制器進行信號取反后，對姿態(tài)保持器中的三個電機進行驅(qū)動，使得姿態(tài)保持器前端的牽引示教感應(yīng)器1保持姿態(tài)不變，從而使得人工牽引時可以保持牽引習(xí)慣，更符合人體工程學(xué)需要。

并且，請結(jié)合圖8所示，其中固定在第三支架26上的柔性機械接口3包括轉(zhuǎn)軸31、兩個折彎成鈍角的金屬片32；所述兩個金屬片32的上端鉸接于轉(zhuǎn)軸31；兩個金屬片32的下端通過螺柱33以及鎖緊螺母連接；所述兩個金屬片之間形成夾持空間，金屬片33內(nèi)側(cè)設(shè)有彈性墊34。兩片金屬片可繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，對應(yīng)不同機器人夾持部位，調(diào)節(jié)夾持器開度。將柔性機械接口定位于機器人確定位置后，可旋緊螺母進行夾緊，完成姿態(tài)整個示教裝置的固定。從而該示教裝置可以靈活的進行安裝使用，提高了通用性。

綜上所述，本實施例中包括機器人牽引示教感應(yīng)器的示教裝置或者控制裝置，能夠通過結(jié)構(gòu)設(shè)計直觀的給出操作者牽引示教或牽引操作的反饋，并且結(jié)構(gòu)簡單成本低廉。與六維力傳感器相比，安裝位置限制少，并可大大降低成本。