基于力传感器的机器人控制装置及示教方法与流程

1.本发明属于工业机器人技术领域，特别涉及一种基于力传感器的机器人控制装置及示教方法。


背景技术：

2.对应于机器人弧焊应用，尤接是在狭小的空间进行空间曲线精密操作，需要很多经验和保证焊接工艺角度。目前，传统工业机器人的示教工作有通过示教盒操作、离线编程、在线编程、机器人视觉、焊缝跟踪和拖拽示教等方式，考虑到焊接工件的多样性、复杂性和安全性，人工拖拽示教的方式更加有优越性。
3.申请号为201810514806.0，名称为一种基于力传感器的直接拖动示教系统及方法的中国发明专利，其中记载的技术中，六维力传感器用于在医生拖动末端执行器进行运动的过程中采集末端执行器的受力信息；工控机对六维力传感器采集的末端执行器的受力信息进行重力补偿，获取医生拖动末端执行器进行运动时的外力信息；工控机根据医生拖动末端执行器进行运动时的外力信息生成机器人运动指令，机器人控制器根据运动指令控制机器人进行运动。在焊接应用过程中不同于牙科医生做手术，焊接机器人末端执行器是焊枪，首先，机器人的末端执行器焊枪一般有送丝机连接的送丝线缆，所以末端执行器焊枪不但含有重力负载的重力载荷，还有送丝系统的送丝电缆的弹性力载荷和送丝系统的阻尼载荷。其次，该专利文献的方式一台机器人需要一个力传感器，因为六维力传感器串联于机器人和末端执行器之间的构型限制，不能一个力传感器对应于多个机器人。最后，机器人弧焊应用工作范围奇异解较多，不适用于重力补偿。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于力传感器的机器人控制装置及示教方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明一实施例提供一种基于力传感器的机器人控制装置，包括
7.机器人，机器人末端设有末端执行器，机器人用于执行示教操作；
8.示教操作部，与机器人相对独立设置，示教操作部用于操作者进行示教操作；
9.示教盒，与示教操作部通讯，示教盒用于存储示教操作部的受力信息和姿态变化信息，且获得机器人移动方向示教信息；
10.机器人控制器，与示教盒和机器人连接，机器人控制器根据示教盒获取的机器人移动方向示教信息，对机器人进行示教控制。
11.在一种可能实现的方式中，所述示教操作部包括操控把手固定座及活动设置于所述操控把手固定座上的操控把手；操控把手和操控把手固定座之间设有六维力传感器，六维力传感器用于采集操控把手的三维空间受力信息且输出；操控把手上设有安全按钮，安全按钮用于感知操作者对操控把手的握持状态。
12.在一种可能的实现方式中，所述安全按钮设置于所述操控把手的顶部；当操作者按紧或松开所述安全按钮时，所述安全按钮发出暂停信号。
13.在一种可能的实现方式中，所述操控把手上沿高度方向依次设有确认按钮、取消按钮及灵敏度调节按钮。
14.在一种可能的实现方式中，所述操控把手固定座包括固定装置、下连接件及上连接件，其中下连接件连接在上连接件的底部，下连接件通过固定装置与所述固定物连接；所述六维力传感器设置于上连接件上。
15.在一种可能的实现方式中，所述机器人与所述操作部之间设有隔离装置。
16.在一种可能的实现方式中，所述隔离装置为滤光玻璃。
17.本发明另一实施例提供一种利用如上所述的基于力传感器的机器人控制装置的示教方法，所述示教方法包括以下步骤：
18.1)将机器人和示教操作部分别设置于相对独立的空间；
19.2)操作者通过示教操作部进行示教操作，在操作过程中，通过六维力传感器采集操控把手的三维受力信息且输出；通过安全按钮感知操作者对操控把手握持状态；
20.3)示教盒与示教操作部通讯，示教盒通过操控把手的三维受力信息获得示教操作部的姿态变化信息，进而获得机器人移动方向示教信息；
21.4)机器人控制器接收示教盒输出的机器人移动方向示教信息，且根据该机器人移动方向示教信息向机器人发送示教控制指令；
22.5)机器人执行机器人控制器发送的示教控制指令，进行示教操作。
23.在一种可能的实现方式中，当操作者紧握或松开所述安全按钮时，所述安全按钮发出暂停信号，机器人控制器控制所述机器人暂停。
24.在一种可能的实现方式中，通过操控把手上设置的确认按钮进行示教意图快捷在线存储；通过操控把手上设置的取消按钮进行后悔从来。
25.本发明的优点及有益效果是：本发明提供的基于力传感器的机器人控制装置，只需通过控制操控把手的移动方向以及按压信息,就可以实现机器人的示教操作,简化了机器人的控制，以使得操控把手可以在任意方向、任意位置完成示教动作,再通过示教盒获取机器人的移动方向示教信息,这样使得机器人的操作自由度大大加强。
26.本发明将示教操作部与机器人相对独立设置，且通过隔离装置在有害环境中实现人机分离，根据示教盒生成的工作路径来为机器人进行示教,无需工作人员手动拖拽示教机器人进行移动,示教操作简单方便,可适用于对结构复杂或者体积庞大工件进行处理的示教场景,提高了示教效率。
27.本发明可以应用于有毒、有害、有细菌、有病毒等微生物环境；可以通过弧光在线焊接微调，优化焊接专家库数据；可以通过等离子火焰，在热切割接微调，优化热切割专家库数据；可以通过喷涂飞溅效果，在线喷涂微调，优化喷涂专家库数据；可以通过打磨效果，例如打磨火花，在线打磨微调，优化打磨专家库数据。
28.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
29.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
30.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
31.图1为本发明基于力传感器的机器人控制装置的等轴测图；
32.图2为图1中a处放大图；
33.图3为本发明中操控把手的后视图；
34.图中：1为机器人，2为机器人控制器，3为末端执行器，4为固定装置，5为下连接件，6为上连接件，7为六维力传感器，8为操控把手，9为安全按钮，10为确认按钮，11为取消按钮，12为灵敏度调节按钮，13为固定物，14为隔离装置，15为示教盒，16为力控电缆，17为示教盒电缆，18为本体互联电缆。
具体实施方式
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
39.本发明一实施例提供一种基于力传感器的机器人控制装置，实现机器人的示教操作,简化了机器人的控制，使得机器人的操作自由度大大加强。参见图1至图3所示，该基于力传感器的机器人控制装置，包括机器人1、示教操作部、示教盒15及机器人控制器2，其中机器人1的末端设有末端执行器3，机器人1用于执行示教操作；示教操作部与机器人1相对独立设置，示教操作部用于操作者进行示教操作；示教盒15与示教操作部通讯，示教盒15用于存储示教操作部的受力信息和姿态变化信息，且获得机器人1移动方向示教信息；机器人控制器2与示教盒15和机器人1连接，机器人控制器2根据示教盒15获取的机器人1移动方向示教信息，对机器人1进行示教控制。
40.本发明的实施例中，机器人1和机器人控制器2通过本体互联电缆18连接，进行电力及信号的连通；示教盒15和机器人控制器2通过示教盒电缆17连接，进行电力及信号的连通；示教盒15与六维力传感器7和操控把手8通过力控电缆16连接，进行电力及信号的连通。
41.本发明的实施例中，示教操作部包括操控把手固定座及活动设置于操控把手固定座上的操控把手8；操控把手8和操控把手固定座之间设有六维力传感器7，六维力传感器7用于采集操控把手8的三维空间受力信息且输出；操控把手8上设有安全按钮9，安全按钮9用于感知操作者对操控把手8的握持状态。
42.具体地，参见图2、图3所示，安全按钮9设置于操控把手8的顶部。当因出现安全问题操作者按紧或松开安全按钮9时，安全按钮9发出暂停信号，机器人控制器2控制机器人1暂停。
43.进一步地，操控把手8上沿高度方向依次设有确认按钮10、取消按钮11及灵敏度调节按钮12，其中灵敏度调节按钮12用于控制操作者操控，操控把手8进行运动时的示教意图手灵敏度；确认按钮10和取消按钮11能让操作者操控，实现操控把手8进行运动时的示教意图快捷在线存储和后悔从来。
44.本发明的实施例中，操控把手固定座包括固定装置4、下连接件5及上连接件6，其中下连接件5连接在上连接件6的底部，下连接件5通过固定装置4与固定物13连接；六维力传感器7设置于上连接件6上。
45.具体地，固定装置4采用螺钉螺母进行临时固定锁紧，也可以用机械自锁肘夹，也可以用电磁铁，也可以用吸盘，只要是能采购到的能临时固定的装置均可。
46.进一步地，机器人1与操作部之间设有隔离装置14，隔离装置14将固定物13上的六维力传感器7和操控把手8与机器人1分割在不同的物理共空间，固定物13与地面是固定的。
47.具体地，隔离装置14为滤光玻璃。焊接操作人员可以通过滤光玻璃观察削弱后的弧光，进而微调末端执行器3的空间轨迹。进而可以举一反三，比如隔离装置14可以是生物实验室两个不同的房间，一个房间是末端执行器3和机器人1，另外一个房间是固定物13上的六维力传感器7和操控把手8，进而规避细菌和微生物。进而可以融合5g的实时通讯，固定物13上的六维力传感器7及操控把手8在一个地域，末端执行器3和机器人1在另外一个地域。或比如隔离装置14可以是喷涂作业的两个不同的房间，一个房间内设置末端执行器3和机器人1，另外一个房间设置固定物13上的六维力传感器7及操控把手8，进而规避喷涂粉尘危害。
48.本发明提供一种基于力传感器的机器人控制装置，将机器人1和示教操作部分别独立设置，示教操作部通过六维力传感器7和安全按钮9分别检测操控把手8的姿态变化信息和受力信息；通过示教盒15存储示教操作部的位姿变化信息和受力信息，且通过进行分析运算获取机器人1的移动方向示教信息；机器人控制器2通过示教盒15存储的移动方向示教信息引导机器人末端执行器(焊枪)运动，实现焊接示教过程中灵活准确的操控示教。对于有害环境人机分离，同时两个环境可以通过5g技术远程异地，实时操作。
49.本发明另一实施例提供一种示教方法，利用如上任一实施例中所述的基于力传感器的机器人控制装置实现，该示教方法包括以下步骤：
50.1)将机器人1和示教操作部分别设置于相对独立的空间；
51.2)操作者通过示教操作部进行示教操作，在操作过程中，通过六维力传感器7采集操控把手8的三维受力信息且输出；通过安全按钮9感知操作者对操控把手8的握持状态；
52.3)示教盒15与示教操作部通讯，示教盒15通过操控把手8的三维受力信息获得示教操作部的姿态变化信息，进而获得机器人移动方向示教信息且输出；
53.4)机器人控制器2接收示教盒15输出的机器人移动方向示教信息，且根据该机器人移动方向示教信息向机器人1发送示教控制指令；
54.5)机器人1执行机器人控制器2发送的示教控制指令，进行示教操作。
55.在示教过程中，通过操控把手8上设置的确认按钮10进行示教意图快捷在线存储；通过操控把手8上设置的取消按钮11进行后悔从来。当遇到安全问题时，通过紧握或松弛安全按钮9使机器人1暂停；安全按钮9的功能：示教盒处在有效状态下，松开或紧按此开关时，机器人将进入急停状态；只有，示教盒处在有效状态下，半松半紧按压此开关时，机器人将进入正常运行示教状态。即安全按钮9是一种安全操作开关，这种开关的构造原理是可自复位式，也就是按下去后触点接通，当不施加压力时靠弹簧力会自动复位，触电自动断开。
56.本发明提供的示教方法，只需通过控制操控把手的移动方向以及受力大小，就可实现机器人的示教操作，无需工作人员手动拖拽示教机器人进行移动,示教操作简单方便,可适用于对结构复杂或者体积庞大工件进行处理的示教场景,提高了示教效率。
57.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。