本發(fā)明涉及機(jī)器人操作技術(shù)領(lǐng)域，具體提供一種易操控機(jī)器人示教器。

背景技術(shù)：

隨著科技的進(jìn)步，各種機(jī)器人在各種操作場(chǎng)合下的使用越來(lái)越廣泛，示教器是機(jī)器人控制系統(tǒng)的重要組成部分，傳統(tǒng)示教器只能通過(guò)手動(dòng)操作方向按鈕或者操縱桿來(lái)移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)械臂來(lái)完成示教過(guò)程，對(duì)操作者的技能要求較高。

傳統(tǒng)的機(jī)器人示教器將編程功能集成到示教器上，雖然方便了在線編程，但是同時(shí)也增加了示教器的體積和重量，而且提高了操作人員的入門(mén)門(mén)檻。

中國(guó)專(zhuān)利CN105252538A公開(kāi)了一種新型工業(yè)機(jī)器人示教器，其根據(jù)慣性測(cè)量單元和攝像頭來(lái)控制機(jī)械臂的移動(dòng)，使機(jī)械臂示教移動(dòng)軌跡跟隨示教器的示教移動(dòng)軌跡。但是由于慣性測(cè)量單元價(jià)格較為昂貴，使示教器的成本增加，而且其需要配合攝像頭，使整個(gè)示教系統(tǒng)比較復(fù)雜，且外界的光線強(qiáng)弱對(duì)示教器的使用也有影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種易操控機(jī)器人示教器，該示教器不僅操作方式簡(jiǎn)單，更加輕便便攜，成本低，而且具有人性化的操作方式，操作者無(wú)需有具有專(zhuān)業(yè)的操作技能，就能快速操作機(jī)器臂。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種易操控機(jī)器人示教器，包括與上位機(jī)機(jī)器人控制系統(tǒng)相連的嵌入式控制器，所述機(jī)器人示教器還包括與嵌入式控制器連接的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)，所述航向姿態(tài)參考系統(tǒng)包括加速度計(jì)傳感器，陀螺儀以及磁力計(jì)，所述航向姿態(tài)參考系統(tǒng)的傳感器收集示教器的移動(dòng)姿態(tài)，并將所述姿態(tài)軌跡傳送給所述嵌入式控制器，所述嵌入式控制器基于航向姿態(tài)參考系統(tǒng)的姿態(tài)變換產(chǎn)生機(jī)械臂的示教姿態(tài)，并將所述機(jī)械臂的示教姿態(tài)變換軌跡傳送給所述上位機(jī)機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述上位機(jī)機(jī)器人控制系統(tǒng)基于所述機(jī)械臂的姿態(tài)變換來(lái)控制需要移動(dòng)的機(jī)械臂進(jìn)行相應(yīng)的姿態(tài)移動(dòng)。

所述機(jī)器人示教器還包括有：與所述嵌入式控制器連接的操作搖桿、位姿控制單元以及關(guān)節(jié)選擇單元，所述操作搖桿用于選擇控制機(jī)械臂的X、Y、Z軸參數(shù)來(lái)完成機(jī)械臂的示教，其位姿控制單元用于手動(dòng)操縱模式下的機(jī)械臂位姿軌跡移動(dòng)，其關(guān)節(jié)選擇單元可以控制特定的機(jī)械臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述機(jī)器人示教器還包括有：與所述嵌入式控制器連接的DeadMan鍵，緊急停止開(kāi)關(guān)，液晶顯示屏。所述DeadMan按鈕按下時(shí)，移動(dòng)示教器，機(jī)械臂可以實(shí)現(xiàn)示教的軌跡移動(dòng)，當(dāng)松開(kāi)此鍵時(shí)，機(jī)械臂停止運(yùn)動(dòng)。所述液晶顯示屏用于輸入預(yù)設(shè)信息以及實(shí)時(shí)顯示示教器和機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述機(jī)器人示教器還包括有：與所述嵌入式控制器相連的以太網(wǎng)通訊模塊，所述以太網(wǎng)通訊模塊用來(lái)高速穩(wěn)定的進(jìn)行示教器和上位機(jī)之間的通訊。

優(yōu)選的，示教器無(wú)需直接連接上位機(jī)，可以連接至路由器終端，顯著的擴(kuò)大了遙操作的應(yīng)用范圍。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明是一種易操控機(jī)器人示教器，本發(fā)明借助航向姿態(tài)參考系統(tǒng)使其具有姿勢(shì)操作系統(tǒng)，操作者不需要具有編程基礎(chǔ)，無(wú)需進(jìn)行坐標(biāo)矩陣轉(zhuǎn)換，通過(guò)移動(dòng)示教器加上功能按鍵就能控制機(jī)械臂的位姿移動(dòng)，從而完成對(duì)機(jī)器人的示教過(guò)程，降低了對(duì)操作者的技能要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明易操控機(jī)器人示教器的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明易操控機(jī)器人示教器的右視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明易操控機(jī)器人示教器的結(jié)構(gòu)原理框圖；

圖4為本發(fā)明示教器進(jìn)行控制的操作流程圖。

其中，對(duì)標(biāo)注有相同附圖標(biāo)記以及相同的名稱(chēng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不再重復(fù)相同的說(shuō)明：

1.操作按鍵區(qū)；2.操作搖桿；3.緊急停止開(kāi)關(guān)；4.液晶顯示屏；5.上殼體；6.以太網(wǎng)通信線纜；7.DeadMan鍵；8.下殼體；9.示教器控制模塊；10.航向姿態(tài)參考系統(tǒng)；11.磁力計(jì)；12.加速度計(jì)；13.陀螺儀；14.USB接口；15.嵌入式控制器；16.以太網(wǎng)通訊模塊；17.位姿控制單元；18.關(guān)節(jié)選擇單元。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1和圖2所示，該機(jī)器人示教器主要包括操作按鍵區(qū)1、操作搖桿2、緊急停止開(kāi)關(guān)3、液晶顯示屏4、上殼體5、以太網(wǎng)通信線纜6，DeadMan鍵7，下殼體8，且所述的操作按鍵區(qū)1、操作搖桿2、緊急停止開(kāi)關(guān)3、液晶顯示屏4、DeadMan鍵7以及以太網(wǎng)通信線纜6皆分別連接與控制模塊9。

所述DeadMan鍵7位于示教器的背面，操作者需要按著DeadMan鍵才能操作機(jī)器人，且位于后部的設(shè)計(jì)是為了操作者方便單手進(jìn)行操作。當(dāng)操作者松開(kāi)DeadMan鍵7時(shí)，機(jī)械臂停止示教工作，使其更加安全可靠。所述緊急停止開(kāi)關(guān)3位于示教器的頂部，這樣不慎操作失誤時(shí)可以快速的停止機(jī)器人，有效的避免了其他按鍵因觸碰硬物而發(fā)出錯(cuò)誤指令，提高了機(jī)器人動(dòng)作的安全性。所述操作搖桿2用來(lái)控制機(jī)器人末端的移動(dòng)，所述液晶顯示屏4用來(lái)實(shí)時(shí)顯示示教器和機(jī)器人的數(shù)據(jù)信息。

如圖3所示，該機(jī)器人示教器包括示教器控制模塊9，嵌入式控制器15，與嵌入式控制器相連的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)10、USB接口14、DeadMan鍵、緊急停止開(kāi)關(guān)、液晶顯示屏、以太網(wǎng)通訊模塊16以及操作按鍵區(qū)。其中，所述USB接口14用于預(yù)定程序的載入以及連接外部編輯設(shè)備。所述航向姿態(tài)參考系統(tǒng)10包括磁力計(jì)11、加速度計(jì)12和陀螺儀13。操作按鍵區(qū)包括位姿控制單元19、關(guān)節(jié)選擇單元20以及操作搖桿。嵌入式控制器15與上位機(jī)機(jī)器人控制系統(tǒng)(未圖示)通過(guò)以太網(wǎng)通訊模塊16連接。航向姿態(tài)參考系統(tǒng)10傳感器收集示教器的移動(dòng)姿態(tài)，并將所述姿態(tài)軌跡傳送給嵌入式控制器15，嵌入式控制器15基于航向姿態(tài)參考系統(tǒng)10的姿態(tài)變換產(chǎn)生機(jī)械臂的示教姿態(tài)，并將所述機(jī)械臂的示教姿態(tài)變換軌跡傳送給所述上位機(jī)機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述上位機(jī)機(jī)器人控制系統(tǒng)基于所述機(jī)械臂的姿態(tài)變換來(lái)控制需要移動(dòng)的機(jī)械臂進(jìn)行相應(yīng)的姿態(tài)移動(dòng)。操作者移動(dòng)操作搖桿2，機(jī)械臂的姿態(tài)鎖定，通過(guò)搖桿的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的位置移動(dòng)。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)示教器通過(guò)路由器連接至上位機(jī)機(jī)器人控制系統(tǒng)，控制雙臂機(jī)器人。

由于示教者在示教過(guò)程中，需要隨時(shí)觀察機(jī)械臂的移動(dòng)情況，以便以及調(diào)整機(jī)械臂的移動(dòng)方向，移動(dòng)位置等示教參數(shù)，為了方便觀察機(jī)械臂的移動(dòng)情況，在顯示屏中實(shí)時(shí)顯示機(jī)械臂和示教器的移動(dòng)參數(shù)的同時(shí)，通過(guò)上位機(jī)機(jī)器人控制系統(tǒng)的仿真程序，可以更直觀的看到機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

如圖4是本發(fā)明示教器進(jìn)行控制的操作流程圖，包括如下步驟：

1)示教器連接上位機(jī)，上位機(jī)連接機(jī)器人，初始誤差等數(shù)據(jù)的預(yù)輸入；

2)使能示教器，航向姿態(tài)參考系統(tǒng)收集示教器的姿態(tài)移動(dòng)信息，并將數(shù)據(jù)傳送給嵌入式控制器；

3)嵌入式控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取示教器的姿態(tài)變換軌跡；

4)嵌入式控制器將機(jī)械臂的姿態(tài)軌跡發(fā)送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制系統(tǒng)控制機(jī)械臂進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)，按下操作搖桿，機(jī)械臂的姿態(tài)鎖定，用搖桿控制機(jī)械臂的位置移動(dòng)；

5)判斷是否到達(dá)預(yù)定示教位置？如果已經(jīng)到達(dá)，完成示教；如果未達(dá)到預(yù)定位置，松開(kāi)搖桿，重復(fù)進(jìn)行示教過(guò)程。

通過(guò)對(duì)本發(fā)明示教器的功能按鍵區(qū)的選擇，也可以選擇其他方法來(lái)控制機(jī)械臂，通過(guò)對(duì)操作按鍵區(qū)中的關(guān)節(jié)選擇單元和位姿控制單元的選擇，操作者可以分別控制機(jī)械臂的單關(guān)節(jié)以及用按鍵來(lái)控制機(jī)械臂位姿。

從以上描述中可以看出，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了以下技術(shù)效果：利用航向姿態(tài)參考系統(tǒng)加操作搖桿，是操作者移動(dòng)示教器就能控制機(jī)械臂的移動(dòng)，不需要太多負(fù)責(zé)的操作，降低了操作難度。通過(guò)預(yù)設(shè)的程序，使操作者不需要在示教器上進(jìn)行編程。

以上所述的具體實(shí)施例結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。