本發(fā)明涉及工業(yè)自動化領域，尤其涉及一種工業(yè)機器人觸覺操控方法及其裝置。

背景技術：

在現(xiàn)代化工業(yè)領域，機器人已經(jīng)成為自動化生產(chǎn)線的一種重要的工具，其帶來了生產(chǎn)效率，生產(chǎn)精度，以及更好的靈活性。但是堅硬的金屬機械裝置也帶來了潛在的危險，尤其是在人-機器合作的場景下。另外，對于工程師來說，操作一個機器人也是一項需要高技術的工作?？刂茩C器人具有相應的難度，這阻礙了特定的中小企業(yè)在缺乏有經(jīng)驗的技術人員的情況下在其生產(chǎn)環(huán)節(jié)中采用機器人。因此對于中小企業(yè)來說，規(guī)模性地應用機器人存在著較高的技術壁壘。

近期，機器人的原始設備制造商(OEM)意識到了以上的問題，通過在系統(tǒng)中加入力和力矩傳感器，使機器人具有了通過觸覺感知環(huán)境的能力，即所謂的機器人柔順控制功能。然而，從技術和市場的角度來看，仍然存在一些問題。

大多柔順控制組件裝置都是由機器人OEM開發(fā)或定義說明的，因此，存在于擴展插件和機器人本體之間的接口缺少標準化和通用性。

即使傳感器是直接由用戶集成于機器人內(nèi)，仍然需要對機器人進行額外的編程工作，從而實現(xiàn)機器人柔順控制和示教的功能，這對于缺乏經(jīng)驗的工程師來說是非常困難的。

為了提高使用的靈活性，附加的傳感器裝置通常被安裝于機器人臂的末端。由于大多類似的裝置都具有自己的電源盒信號接線，這些沿著機械裝置的接線存在潛在的纏繞的可能。

目前存在一種原始集成了力和力矩傳感器的機器人，在此基礎上實現(xiàn)了柔順控制，目標點示教以及路徑跟蹤的功能。在這樣的條件下，用戶需要購 買整套的新型設備以替換原有設備，由此會產(chǎn)生高昂的成本。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的一個目的在于通過易于安裝的觸覺感知模塊，低成本地實現(xiàn)機器人柔順控制、目標點示教和路徑跟蹤的功能擴展。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種機器人觸覺操控裝置，包括：

傳感模塊，其包括傳感器，其獲取環(huán)境觸覺信息；第一通信模塊，其以無線方式發(fā)送該環(huán)境觸覺信息；控制模塊，其包括：第二通信模塊，其以無線方式接收該環(huán)境觸覺信息；控制器，其根據(jù)所述環(huán)境觸覺信息生成一運動控制指令，并通過一工業(yè)現(xiàn)場總線向一驅(qū)動器發(fā)送該運動控制指令。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種機器人觸覺操控方法，包括：

通過一傳感器獲取環(huán)境觸覺信息；通過第一通信模塊以無線方式發(fā)送該環(huán)境觸覺信息；通過第二通信模塊以無線方式接收該環(huán)境觸覺信息；一控制器根據(jù)所述環(huán)境觸覺信息生成一運動控制指令，并通過一工業(yè)現(xiàn)場總線向一驅(qū)動器發(fā)送該運動控制指令。

通過根據(jù)本發(fā)明實施例的機器人觸覺操控方法及其裝置，能夠免除額外接線的麻煩以及由此帶來潛在的安全問題，同時解決了人工操作中存在的危險，并且通過即插即用的方式在設備上以附加的方式實現(xiàn)了相應的功能，顯著地節(jié)約了成本。

附圖說明

本發(fā)明的其它特點、特征、優(yōu)點和益處通過以下結合附圖的詳細描述將變得更加顯而易見。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的傳感模塊的結構示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制模塊的結構示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的觸覺操控方法的流程示意圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的機器人觸覺操控裝置結構圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的機器人驅(qū)動器算法流程示意圖；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例實現(xiàn)柔順控制的流程示意圖；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的機器人觸覺操控裝置結構圖；

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例實現(xiàn)目標點示教的流程示意圖；

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例實現(xiàn)路徑跟蹤的流程示意圖；

具體實施方式

下面，將結合附圖詳細描述本發(fā)明的各個實施例。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的傳感模塊1的結構示意圖。如圖1所示，該傳感模塊1包括：

6-DOF力和力矩傳感器12，可以測知在三維空間內(nèi)的觸覺信息，并將觸覺信息輸出為相應的觸覺信號。

以及無線收發(fā)器13，用于發(fā)送6-DOF力和力矩傳感器12根據(jù)觸覺信息輸出的相應的觸覺信號。

電源，其為力和力矩傳感器12以及無線收發(fā)器13提供電力。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制模塊2的結構示意圖。如圖2所示，該控制模塊2包括：

無線收發(fā)器23，其接收來自傳感模塊1經(jīng)由其無線收發(fā)器13所發(fā)送的觸覺信號，并將其傳送至控制器21。

控制器21，其接收由無線收發(fā)器23傳送的觸覺信號，從而通過特定算法計算機器人柔順控制，目標點示教，以及路徑跟蹤的控制指令，并傳送該控制指令。

人機界面22，其以無線或有線方式接收反應操作者意圖的指令，并傳送至控制器21。

工業(yè)現(xiàn)場總線收發(fā)器24，其將控制器21傳送的控制指令通過工業(yè)現(xiàn)場總線傳送至機器人驅(qū)動器。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的機器人觸覺操控方法的流程示意圖，具體包括步驟：

通過傳感器獲取環(huán)境觸覺信息32；

通過無線通信模塊以無線方式發(fā)送該環(huán)境觸覺信息33；

通過無線通信模塊以無線方式接收該環(huán)境觸覺信息34；

控制器根據(jù)所述環(huán)境觸覺信息生成運動控制指令35；

通過工業(yè)現(xiàn)場總線向機器人驅(qū)動器發(fā)送該運動控制指令36。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的機器人觸覺操控裝置結構圖，其中，機器人47具有通過觸覺對環(huán)境進行適應的能力。具體地，傳感模塊41以即插即用的方式安裝于機器人的端部，傳感模塊41可拆卸地安裝于機器人手臂與機器人手臂工具43之間。機器人47由操作者44進行操作，當操作者施加力或力矩于機器人手臂時，即有外部力或力矩作用于機器人手臂端部的時候，傳感模塊41能夠進行測知并獲得觸覺信息，并將觸覺信息轉化為數(shù)字觸覺信號，以無線的方式傳送至控制模塊42?？刂颇K42接收到該觸覺信號，計算機器人接下來的運動目標，并將此運動目標信息轉化為運動控制指令而通過工業(yè)現(xiàn)場總線45傳送至機器人驅(qū)動器46。機器人驅(qū)動器46根據(jù)此運動控制指令控制機器人47接下來的運動，以響應外部的觸覺信息。當操作員不再進行外力操作時，即傳感模塊41測知不再有外力或力矩作用的觸覺信息時，機器人47將恢復執(zhí)行其原始的工作任務，從而實現(xiàn)了柔順控制。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，通用的接口保證了在現(xiàn)有的機器人47上裝配傳感模塊41和控制模塊42將不會有特別的限制。同時，對原始機器人系統(tǒng)也不需要進行更換或者本質(zhì)上的重新配置。機器人驅(qū)動器46只需要遵循由控制模塊42發(fā)送的運動控制指令，用戶在此并不需要大量的編程工作，功能性的計算方法以及編碼是在控制模塊42中實現(xiàn)的，因此，用戶可以輕易安全地操作機器人47。

如圖5所示，機器人驅(qū)動器46根據(jù)特定算法遵循由控制模塊42發(fā)送的運動控制指令。具體地，在控制模塊42連接的狀態(tài)下，機器人驅(qū)動器46接收控制模塊42發(fā)送的運動控制指令，并根據(jù)此運動控制指令控制機器人47向目標移動，持續(xù)此步驟直至與控制模塊42的連接斷開。

圖6示出了實現(xiàn)柔順控制的流程示意圖。具體地，控制模塊42存儲原始目標，即機器人原始任務所應移動達到的目標，控制器模塊42判斷所接收到的來自觸覺模塊41的觸覺信號，如果其大于一預設的閾值，則生成一能夠降低力和力矩信號獲取的生成目標，并將此生成目標發(fā)送至機器人驅(qū)動器46，機器人驅(qū)動器46控制機器人向生成目標移動?？刂破髂K42持續(xù)判斷所接收到的來自觸覺模塊41的觸覺信號，并重復上述步驟直到接收的觸覺信號小于該預設的閾值，控制器模塊42將存儲的原始目標發(fā)送至機器人 驅(qū)動器46，直到機器人47到達原始目標。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的機器人觸覺操控裝置結構圖，其中，機器人57具有通過觸覺對環(huán)境進行適應的能力。具體地，傳感模塊51以即插即用的方式安裝于機器人的端部，傳感模塊51可拆卸地安裝于機器人手臂與機器人手臂工具53之間。機器人57由操作者54進行操作，當操作者施加力或力矩于機器人手臂時，即有外部力或力矩作用于機器人手臂端部的時候，控制模塊52接收到由傳感模塊51發(fā)送的觸覺信號，計算機器人接下來的運動目標，并將此運動目標信息轉化為運動控制指令而通過工業(yè)現(xiàn)場總線55傳送至機器人驅(qū)動器56這一驅(qū)動器。機器人驅(qū)動器56根據(jù)此運動控制指令控制機器人57接下來的運動，以響應外部的觸覺信息。還設有一人機交互界面(HMI)模塊58，人機交互界面模塊58與控制模塊52無線或有線連接。該人機交互界面模塊58可以采用軟件形式以無線連接方式進行實現(xiàn)，比如通過使用智能手機的應用程序，也可以采用硬件控制器進行有線連接進行實現(xiàn)。

圖8示出了采用人機交互界面模塊58與控制模塊52實現(xiàn)機器人目標點示教功能的流程示意圖。具體地，控制模塊52判斷所接收到的來自觸覺模塊51的觸覺信號，如果其大于預設的閾值，則生成一能夠降低力和力矩信號獲取的生成目標，并將此生成目標發(fā)送至機器人驅(qū)動器56，機器人驅(qū)動器56控制機器人向生成目標移動。控制器模塊52持續(xù)判斷所接收到的來自觸覺模塊51的觸覺信號，并重復上述步驟直到接收的觸覺信號小于預設的閾值?？刂颇K52通過其人機交互界面接口與人機交互界面模塊58通信，接收用戶通過人機交互界面模塊58發(fā)送的算法指令，根據(jù)該算法指令執(zhí)行記憶機器人當前姿態(tài)，并以隊列形式存儲該當前姿態(tài)?？刂颇K52根據(jù)該算法指令判斷訓練過程的完成狀態(tài)，并決定機器人開始移動，將目標隊列發(fā)送至機器人驅(qū)動器56。

圖9示出了采用人機交互界面模塊58與控制模塊52實現(xiàn)機器人路徑跟蹤功能的流程示意圖。具體地，控制模塊52判斷所接收到的來自觸覺模塊51的觸覺信號，如果其大于預設的閾值，則生成一能夠降低力和力矩信號獲取的生成目標，并將此生成目標發(fā)送至機器人驅(qū)動器56，機器人驅(qū)動器56控制機器人向生成目標移動?？刂破髂K52持續(xù)判斷所接收到的來自觸覺模塊51的觸覺信號，周期性地存儲機器人當前姿態(tài)，并重復上述步驟直到 接收的觸覺信號小于預設的閾值?？刂颇K52通過其人機交互界面接口與人機交互界面模塊58通信，接收用戶通過人機交互界面模塊58發(fā)送的算法指令，根據(jù)該算法指令判斷訓練過程的完成狀態(tài)，并決定機器人開始移動，將目標隊列發(fā)送至機器人驅(qū)動器56。

根據(jù)本發(fā)明實施例的機器人觸覺操控方法及其裝置，機器人具有了通過觸覺測知環(huán)境并適應環(huán)境的能力。傳感模塊和控制模塊可以自由地裝配在機器人上，用戶不必擔心接線帶來的例如纏線的麻煩，傳感模塊以無線方式工作并且有獨立的電池電源，這進一步提升了即插即用使用的便利性。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，通用的接口保證了在現(xiàn)有的機器人上裝配傳感模塊和控制模塊將不會有特別的限制。同時，對原始機器人系統(tǒng)也不需要進行更換或者本質(zhì)上的重新配置。用戶在此并不需要大量的編程工作，用戶可以輕易安全地操作機器人。

本領域技術人員應該理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其它實施方式。

以上所述僅為本發(fā)明示例性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的構思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結合，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。