一种机械臂的手持示教方法和装置与流程

本发明实施方式涉及机械臂技术领域，特别是涉及一种机械臂的手持示教方法和装置。

背景技术：

示教编程是机器人控制系统中一种常用的编程方式。一般示教编程系统必须要有启动示教模式、存储编程点、示教再现等环节。请参阅图1，图1为scara机械臂100的结构示意图，scara机械臂100包括主臂10和支臂群20，主臂10设置有第一驱动机构j3，第一驱动机构j3用于驱动支臂群20在主臂10上进行上下运动，支臂群20包括第一臂21、第二臂22和第三臂23，第一臂21的一端与主臂10的第一驱动机构j3连接，第一臂21设置有第一转动机构j1，第二臂22的一端与第一转动机构j1连接，第二臂22设置有第二转动机构j2，第三臂23与第二转动机构j2连接，第三臂23设置有第三转动机构j4，一般的，当scara机械臂100设置于水平面时，第一驱动机构j3可以驱动支臂群20在主臂10上进行上下运动，第一转动机构j1的旋转角度为180度，第二转动机构j2的旋转角度为270度，第三转动机构j4的旋转角度为360度，由此，scara机械臂100具有四个自由度，一般第一驱动机构j3会增加抱闸，在掉电时保证支臂群20不跌落。

本发明的发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中存在以下问题：在目前技术中，对于scara机械臂100，手持示教时一般很难拖动支臂群20在主臂10上进行上下运动。目前技术一般选择支臂群20不能在主臂10上进行拖动，只能通过点动示教，或者需要施加比较大的力量去完成拖动，或者基于动力学模型进行建模，并进行力矩控制；支臂群20中的其他臂可以手持示教。因此，目前技术无法完成对支臂群20在主臂10上拖动的手持示教，或控制非常复杂，不易实现。

技术实现要素：

本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种机械臂的手持示教方法和装置，旨在解决在手持示教时，实现支臂群在主臂上的拖动，且实现方式更加简单，易于实现。

第一方面，为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种机械臂的手持示教方法，应用于scara机械臂，所述scara机械臂包括主臂和支臂群，所述主臂设置有第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述支臂群在所述主臂上进行上下运动，其特征在于，所述方法包括：

接收开启手持示教的第一指令；

控制所述支臂群中的各个电驱机构处于无使能状态；

获取所述支臂群在重力方向上的重力分量；

根据所述重力分量控制所述第一驱动机构以抵消所述支臂群在重力方向上的重力分量。

可选的，所述方法还包括：

接收点位保存的第二指令；

获取所述scara机械臂的姿态信息并保存。

可选的，所述方法还包括：

接收关闭手持示教的第三指令；

根据所保存的所述姿态信息控制所述第一驱动机构和所述支臂群中的各个驱动机构，以使所述scara机械臂进行点位复现。

可选的，其特征在于，

所述根据所述重力分量控制所述第一驱动机构以抵消所述支臂群在重力方向上的重力分量的步骤，包括：

控制所述第一驱动机构中的电机工作于开环模式；

根据所述重力分量确定所述第一驱动机构中的电机所需的输入电压；

通过控制脉宽调制的占空比实现向所述第一驱动机构中的电机提供所述输入电压。

可选的，所述支臂群包括第一臂、第二臂和第三臂，所述第一臂的一端与所述主臂的第一驱动机构连接，所述第一臂设置有第一转动机构，所述第二臂的一端与所述第一转动机构连接，所述第二臂设置有第二转动机构，所述第三臂与所述第二转动机构连接，所述第三臂设置有第三转动机构；

所述姿态信息包括所述第一驱动机构、所述第一转动机构、所述第二转动机构和所述第三转动机构的运行状态信息，所述运行状态信息包括当前位置信息或者转动角度。

第二方面，为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的又一个技术方案是：提供一种机械臂的手持示教装置，应用于scara机械臂，所述scara机械臂包括主臂和支臂群，所述主臂设置有第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述支臂群在所述主臂上进行上下运动，其特征在于，所述装置包括：

第一接收模块，其用于接收开启手持示教的第一指令；

第一控制模块，其用于控制所述支臂群中的各个电驱机构处于无使能状态；

第一获取模块，其用于获取所述支臂群在重力方向上的重力分量；

第二控制模块，其用于根据所述重力分量控制所述第一驱动机构以抵消所述支臂群在重力方向上的重力分量。

可选的，所述装置还包括：

第二接收模块，其用于接收点位保存的第二指令；

第二获取模块，其用于获取所述scara机械臂的姿态信息并保存。

可选的，所述装置还包括：

第三接收模块，其用于接收关闭手持示教的第三指令；

第三控制模块，其用于根据所保存的所述姿态信息控制所述第一驱动机构和所述支臂群中的各个驱动机构，以使所述scara机械臂进行点位复现。

可选的，所述第二控制模块用于控制所述第一驱动机构中的电机工作于开环模式；根据所述重力分量确定所述第一驱动机构中的电机所需的输入电压；通过控制脉宽调制的占空比实现向所述第一驱动机构中的电机提供所述输入电压。

可选的，所述支臂群包括第一臂、第二臂和第三臂，所述第一臂的一端与所述主臂的第一驱动机构连接，所述第一臂设置有第一转动机构，所述第二臂的一端与所述第一转动机构连接，所述第二臂设置有第二转动机构，所述第三臂与所述第二转动机构连接，所述第三臂设置有第三转动机构；

所述姿态信息包括所述第一驱动机构、所述第一转动机构、所述第二转动机构和所述第三转动机构的运行状态信息，所述运行状态信息包括当前位置信息或者转动角度。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，在本发明实施方式中，机械臂的手持示教方法，应用于scara机械臂，所述scara机械臂包括主臂和支臂群，所述主臂设置有第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述支臂群在所述主臂上进行上下运动，其特征在于，所述方法包括：接收开启手持示教的第一指令；控制所述支臂群中的各个电驱机构处于无使能状态；获取所述支臂群在重力方向上的重力分量；根据所述重力分量控制所述第一驱动机构以抵消所述支臂群在重力方向上的重力分量。由此，由于通过控制所述第一驱动机构以抵消所述支臂群在重力方向上的重力分量，解决了手持示教过程中难以在主臂上拖动支臂群或无法示教的问题。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明和目前技术中scara机械臂的结构示意图；

图2是本发明实施方式一机械臂的手持示教方法的流程示意图；

图3是本发明实施方式二机械臂的手持示教方法的流程示意图；

图4是本发明实施方式三机械臂的手持示教装置的结构图；

图5是本发明实施方式四机械臂的手持示教装置的结构图；

图6是本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了更好的说明本发明实施方式的技术方案，以下对本发明的具体实施环境做进一步说明，scara机械臂还设置有控制器和控制开启/关闭手持示教的按钮，控制器分别与第一驱动机构j3伺服器、第一转动机构j1伺服器、第二转动机构j2伺服器、第三转动机构j4伺服器、开启/关闭手持示教的按钮以及外界的上位机连接，可选的，控制器和上位机通过串口连接，控制器和各个伺服器通过can总线串行连接，控制器通过各个伺服器控制第一驱动机构j3、第一转动机构j1、第二转动机构j2和第三转动机构j4的运行状态，控制可接受用户对开启/关闭手持示教的按钮的操作，当scara机械臂处于非手持示教模式时，伺服第一驱动机构j3、第一转动机构j1、第二转动机构j2和第三转动机构j4运行于位置模式，具体的，伺服第一驱动机构j3、第一转动机构j1、第二转动机构j2和第三转动机构j4中的各个电机运行于位置模式；当开启scara机械臂的手持示教模式时，则伺服第一转动机构j1、第二转动机构j2和第三转动机构j4处于无使能状态，即使第一转动机构j1、第二转动机构j2和第三转动机构j4中的电机处于无力矩状态，使得支臂群20可以随意被拖动，同时控制第一驱动机构j3工作于开环模式。

实施方式一

请参阅图2，图2为本发明实施方式一机械臂的手持示教方法的流程示意图，机械臂的手持示教方法应用于scara机械臂100，scara机械臂100包括主臂10和支臂群20，主臂10设置有第一驱动机构j3，第一驱动机构j3用于驱动支臂群20在主臂10上进行上下运动，该机械臂的手持示教方法包括：

步骤301：接收开启手持示教的第一指令；

用户按压或者操作scara机械臂100的开启手持示教的按钮后，控制器将接收到开启手持示教的第一指令，当然，在本发明实施方式中，控制器也可以通过其他方式接收开启手持示教的第一指令，例如，从上位机下发的开启手持示教的第一指令。

步骤302：控制支臂群中的各个电驱机构处于无使能状态；

当开启scara机械臂的手持示教模式时，则伺服第一转动机构j1、第二转动机构j2和第三转动机构j4处于无使能状态，即使第一转动机构j1、第二转动机构j2和第三转动机构j4中的电机处于无力矩状态，使得支臂群20可以随意被拖动。

步骤303：获取支臂群在重力方向上的重力分量；

在本发明实施方式中，获取支臂群在重力方向上的重力分量的方式可以是多种的，例如，先预先记录支臂群的重力，再在三轴坐标系中确定此时支臂群在重力方向上的重力分量，或者，在scara机械臂内设置用于检测支臂群在重力方向上的重力分量的重力检测装置，在此不一一以赘述。

步骤304：根据重力分量控制第一驱动机构以抵消支臂群在重力方向上的重力分量。

在本发明实施方式中，步骤304的具体实现方式可以是多种的，可选的，根据重力分量控制第一驱动机构以抵消支臂群在重力方向上的重力分量的步骤，包括以下步骤3041和步骤3042(图未示)：

步骤3041：根据重力分量确定第一驱动机构中的电机所需的输入电压；

在电机的伺服系统中，存在三轴坐标系和dq坐标系，根据已获知的重力分量，确定第一驱动机构中的电机所需提供的抵持力矩，确保抵持力矩和已获知的重力分量可以抵消，使用户拖拉支臂群时更加的省力，由于电机产生的力矩和作用于电机的电压相关，由此，根据重力分量即可确定电机所需的输入电压。

步骤3042：通过控制脉宽调制的占空比实现向第一驱动机构中的电机提供输入电压。

电机的输入电压可由控制器控制脉宽调制(pwm，pulsewidthmodulation)的占空比实现。

在本发明实施方式中，机械臂的手持示教方法，应用于scara机械臂，scara机械臂包括主臂和支臂群，主臂设置有第一驱动机构，第一驱动机构用于驱动支臂群在主臂上进行上下运动，其特征在于，方法包括：接收开启手持示教的第一指令；控制支臂群中的各个电驱机构处于无使能状态；获取支臂群在重力方向上的重力分量；根据重力分量控制第一驱动机构以抵消支臂群在重力方向上的重力分量。由此，由于通过控制第一驱动机构以抵消支臂群在重力方向上的重力分量，用户手动拖动时将更加顺畅，解决了手持示教过程中难以在主臂上拖动支臂群或无法示教的问题。

实施方式二

请参阅图3，图3为本发明实施方式二机械臂的手持示教方法的流程示意图，机械臂的手持示教方法应用于scara机械臂100，scara机械臂100包括主臂10和支臂群20，主臂10设置有第一驱动机构j3，第一驱动机构j3用于驱动支臂群20在主臂10上进行上下运动，该机械臂的手持示教方法包括：

步骤401：接收开启手持示教的第一指令；

用户按压或者操作scara机械臂100的开启手持示教的按钮后，控制器将接收到开启手持示教的第一指令，当然，在本发明实施方式中，控制器也可以通过其他方式接收开启手持示教的第一指令，例如，从上位机下发的开启手持示教的第一指令。

步骤402：控制支臂群中的各个电驱机构处于无使能状态；

当开启scara机械臂的手持示教模式时，则伺服第一转动机构j1、第二转动机构j2和第三转动机构j4处于无使能状态，即使第一转动机构j1、第二转动机构j2和第三转动机构j4中的电机处于无力矩状态，使得支臂群20可以随意被拖动。

步骤403：获取支臂群在重力方向上的重力分量；

在本发明实施方式中，获取支臂群在重力方向上的重力分量的方式可以是多种的，例如，先预先记录支臂群的重力，再在三轴坐标系中确定此时支臂群在重力方向上的重力分量，或者，在scara机械臂内设置用于检测支臂群在重力方向上的重力分量的重力检测装置，在此不一一以赘述。

步骤404：根据重力分量控制第一驱动机构以抵消支臂群在重力方向上的重力分量。

步骤405：接收点位保存的第二指令；

scara机械臂上还设置有点位保存按钮，当用户操作点位保存按钮时，控制器便可以接收点位保存的第二指令，当然，在本发明实施方式中，控制器也可以通过其他方式接收点位保存的第二指令，例如，有上位机下发点位保存的第二指令，在此不一一赘述。

步骤406：获取scara机械臂的姿态信息并保存。

在进入手持示教模式之后，用户便可以手动拖拉支臂群，点位保存即用于将此时获取scara机械臂的姿态信息并保存。

支臂群包括第一臂、第二臂和第三臂，第一臂的一端与主臂的第一驱动机构连接，第一臂设置有第一转动机构，第二臂的一端与第一转动机构连接，第二臂设置有第二转动机构，第三臂与第二转动机构连接，第三臂设置有第三转动机构；姿态信息包括第一驱动机构、第一转动机构、第二转动机构和第三转动机构的运行状态信息，运行状态信息包括当前位置信息或者转动角度。

步骤407：接收关闭手持示教的第三指令；

用户按压或者操作scara机械臂100的关闭手持示教的按钮后，控制器将接收到关闭手持示教的第三指令，当然，在本发明实施方式中，控制器也可以通过其他方式接收关闭手持示教的第三指令，例如，从上位机下发的关闭手持示教的第三指令。

步骤408：根据所保存的姿态信息控制第一驱动机构和支臂群中的各个驱动机构，以使scara机械臂进行点位复现。

在本发明实施方式中，机械臂的手持示教方法，应用于scara机械臂，scara机械臂包括主臂和支臂群，主臂设置有第一驱动机构，第一驱动机构用于驱动支臂群在主臂上进行上下运动，其特征在于，方法包括：接收开启手持示教的第一指令；控制支臂群中的各个电驱机构处于无使能状态；获取支臂群在重力方向上的重力分量；根据重力分量控制第一驱动机构以抵消支臂群在重力方向上的重力分量。由此，由于通过控制第一驱动机构以抵消支臂群在重力方向上的重力分量，用户手动拖动时将更加顺畅，解决了手持示教过程中难以在主臂上拖动支臂群或无法示教的问题。

实施方式三

请参阅图4，图4为本发明实施方式三机械臂的手持示教装置的结构图，该机械臂的手持示教装置应用于scara机械臂，scara机械臂包括主臂和支臂群，主臂设置有第一驱动机构，第一驱动机构用于驱动支臂群在主臂上进行上下运动，装置500包括：第一接收模块501、第一控制模块502、第一获取模块503和第二控制模块504。

第一接收模块501用于接收开启手持示教的第一指令；

第一控制模块502用于控制支臂群中的各个电驱机构处于无使能状态；

第一获取模块503用于获取支臂群在重力方向上的重力分量；

第二控制模块504用于根据重力分量控制第一驱动机构以抵消支臂群在重力方向上的重力分量。可选的，第二控制模块504用于控制第一驱动机构中的电机工作于开环模式；根据重力分量确定第一驱动机构中的电机所需的输入电压；通过控制脉宽调制的占空比实现向第一驱动机构中的电机提供输入电压。

需要说明的是：本装置实施方式三与方法实施方式一基于相同的发明构思，本装置实施方式三的具体内容和有益效果请参照方法实施方式一，在此不一一赘述。

实施方式四

请参阅图5，图5为本发明实施方式四机械臂的手持示教装置的结构图，该机械臂的手持示教装置应用于scara机械臂，scara机械臂包括主臂和支臂群，主臂设置有第一驱动机构，第一驱动机构用于驱动支臂群在主臂上进行上下运动，装置500包括：第一接收模块501、第一控制模块502、第一获取模块503、第二控制模块504、第二接收模块505、第二获取模块506、第三接收模块507和第三控制模块508。

第一接收模块501用于接收开启手持示教的第一指令；

第一控制模块502用于控制支臂群中的各个电驱机构处于无使能状态；

第一获取模块503用于获取支臂群在重力方向上的重力分量；

第二控制模块504用于根据重力分量控制第一驱动机构以抵消支臂群在重力方向上的重力分量。可选的，第二控制模块504用于控制第一驱动机构中的电机工作于开环模式；根据重力分量确定第一驱动机构中的电机所需的输入电压；通过控制脉宽调制的占空比实现向第一驱动机构中的电机提供输入电压。

第二接收模块505用于接收点位保存的第二指令；

第二获取模块506用于获取scara机械臂的姿态信息并保存。

第三接收模块507用于接收关闭手持示教的第三指令；

第三控制模块508用于根据所保存的姿态信息控制第一驱动机构和支臂群中的各个驱动机构，以使scara机械臂复现。

可选的，支臂群包括第一臂、第二臂和第三臂，第一臂的一端与主臂的第一驱动机构连接，第一臂设置有第一转动机构，第二臂的一端与第一转动机构连接，第二臂设置有第二转动机构，第三臂与第二转动机构连接，第三臂设置有第三转动机构；

姿态信息包括第一驱动机构、第一转动机构、第二转动机构和第三转动机构的运行状态信息，运行状态信息包括当前位置信息或者转动角度。

需要说明的是：本装置实施方式四与方法实施方式二基于相同的发明构思，本装置实施方式四的具体内容和有益效果请参照方法实施方式二，在此不一一赘述。

请参阅图6，图6是本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图，如图6所示，电子设备60包括：

一个或多个处理器61以及存储器62，图6中以一个处理器61为例。

处理器61和存储器62可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器62作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的机械臂的手持示教对应的程序指令/模块(例如，附图5所示的第一接收模块501、第一控制模块502、第一获取模块503、第二控制模块504、第二接收模块505、第二获取模块506、第三接收模块507和第三控制模块508)。处理器61通过运行存储在存储器62中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的机械臂的手持示教。

存储器62可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据桌面机械臂的控制装置的使用所创建的数据等。此外，存储器62可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器62可选包括相对于处理器61远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至桌面机械臂的控制装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器62中，当被所述一个或者多个电子设备执行时，执行上述任意方法实施例中的机械臂的手持示教，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤301至步骤304，图3中的方法步骤401至步骤408；实现图4中的模块501至504，图5中的模块501至508的功能。

本发明实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于:

(1)移动通信设备:这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括:智能手机(例如iphone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。

(2)超移动个人计算机设备:这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括:pda、mid和umpc设备等，例如ipad。

(3)便携式娱乐设备:这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括:音频、视频播放器(例如ipod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory,rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory,ram)等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。