机器人示教系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人技术领域，尤其涉及机器人示教系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在现代工业中，随着自动化程度的不断提高，工业机器人在各行各业得到了广泛的应用。而无论多么先进智能的机器人系统，在操作作业前示教工序都是无法避免的。机器人示教系统主要用于机器人示教操作中，其目的在于帮助机器人系统找准关键的轨迹点位置，并按照预设的期望轨迹进行运动。
[0003]目前机器人示教系统主要是通过连接到机器人控制器的示教盒装置实现，示教操作需要通过操作按钮、摇杆等物理控制设备或触摸屏等装置获取操作意图，对机器人控制器发出指令来指导机器人以设定的位姿抵达目标点。示教全程操作者需要站立于一定操作范围内手、眼协调操作，并借助一定的辅助设备人工判断是否抵达目标点位姿，费时费力。而且，不同品牌、型号机器人功能不一、操作方式也各不相同，通用性较差。
【发明内容】
[0004]鉴于此，本发明实施例提供一种机器人示教系统及其控制方法，以实现一种具有体感操作和感知识别功能的通用型机器人示教系统，使示教操作更智能、精确、安全和高效。
[0005]第一方面，本发明实施例提供了一种机器人示教系统，所述机器人示教系统包括:
[0006]传感模块、机器人控制器以及上位机，所述传感模块、机器人控制器以及上位机之间采用有线或无线的方式连接；
[0007]其中传感模块包括力传感器、力传感器信号调制器以及体感捕捉设备；
[0008]所述力传感器通过法兰与机器人手臂以及机器人末端执行器连接。
[0009]第二方面，本发明实施例提供了一种如上所述的机器人示教系统的控制方法，所述控制方法包括:
[0010]在确认操作者身份和权限后，开启所述机器人示教系统；
[0011]通过体感捕捉设备捕获操作者的操作意图信号，并将所述操作意图信号转换成相应的机器人操作指令；
[0012]将所述机器人操作指令发送给机器人控制器，以使得所述机器人控制器根据所述机器人操作指令控制所述机器人手臂运动到操作者期望的位姿。
[0013]本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是:本发明实施例的机器人示教系统可通过体感捕捉设备准确获取操作者全方位的操作意图信号，并将所述操作意图信号转换成相应的机器人操作指令后上传到机器人控制器执行，实现机器人运动至指定位姿。同时可以借助力传感器和视觉信息对所述机器人操作指令和机器人状态进行检测，使机器人示教操作更智能、精确、安全和高效，具有较强的易用性和实用性。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本发明实施例提供的机器人示教系统的组成结构图；
[0016]图2是本发明实施例提供的使用机器人示教系统的示例图；
[0017]图3是本发明实施例提供的机器人示教系统控制方法的实现流程图。
【具体实施方式】
[0018]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透切理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0019]为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0020]图1示出了本发明实施例提供的机器人示教系统的组成结构，为了便于说明，仅不出了与本实施例相关的部分。
[0021]如图1所示，该机器人示教系统包括传感模块、机器人控制器3、通讯模块以及上位机11。
[0022]其中，传感模块包括力传感器7、力传感器信号调制器2、体感捕捉设备9及移动安装支架8 ;
[0023]通讯模块包括以太网交换机或路由器I以及局域网12。
[0024]另外，本发明实施例所述力传感器7为六维力传感器，可同时检测三维空间(笛卡尔坐标系)的全力信息，即三个力分量和三个力矩分量。所述力传感器7通过法兰与机器人手臂5以及机器人末端执行器10形成刚性连接，可感知来自机器人末端任意方向上的力和力矩信号，并最终用于机器人状态感知。
[0025]所述体感捕捉设备9与移动安装支架8共同组成置地式安装，也可直接安装在天花板或顶棚14上，以在所述体感捕捉设备9视觉区域内形成动作感知空间13捕获操作者手臂6的操作意图信号以及机器人手臂5的位姿，如图2所示，图2给出了体感捕捉设备9与移动安装支架8共同组成置地式安装，以及体感捕捉设备9直接安装在天花板或顶棚14的示例。
[0026]传感模块、机器人控制器3、通讯模块以及上位机11由通讯线缆4连接成完整的系统，与操作者手臂6共同组成本发明实施例中的具有体感操作和感知识别功能的通用型机器人示教系统。
[0027]其中，所述上位机11可以是任意具有网络连接功能的终端设备，包括但不限于手机、平板电脑、笔记本、PC机、嵌入式设备等。
[0028]需要说明的是，本发明实施例是将体感捕捉设备9由移动安装支架8安装在机器人手臂5 —侧，考虑到实际中机器人系统的差异，体感捕捉设备9的安装位置可视具体情况而定，如置顶式等；另外，本发明实施例操作者意图信号捕捉上采用的是体感和视觉一体的设备(即体感捕捉设备9)，在实际应用中，可采用其他任何具有体感捕捉能力的设备和其他具有视觉捕捉能力的设备，包括操作意图感知类设备，如肌电信号获取等方式；本发明实施例中采用安装在机器人末端的力传感器7获取末端的力/力矩信号。然而，力传感器7的具体安装位置可根据需求改变，同时，亦可采用其他传感器间接获取，如关节电流信号、关节力矩等，只要能够准确获取机器人操作末端状态即可；另外，本发明实施例中系统的通讯方式不仅限于以太网模式，可以采用任意有线或无线的通讯方式，只要能够使得系统各模块协同工作即可。
[0029]作为本发明的一较佳实例，为了解决不同品牌、型号机器人功能不一、操作方式也各不相同，通用性较差的问题，本发明实施例所述机器人示教系统还建立了如下模块:
[0030]建模模块，用于建立机器人的Denavit-Hartenberg参数表以及各关节的动力学参数，以在获取机器人的相关参数后，转换为link和joint的属性值；以及建立操作者手臂或手持工具与机器人末端执行器位姿之间的坐标映射关系；
[0031]运动描述模块，用于建立针对不同品牌的机器人的标准运动指令库，以在体感捕捉设备捕获到操作者的操作意图信号时，根据所述建模模块建立的所述坐标映射关系获得对应的期望位姿，并根据所述期望位姿进行所述标准运动指令库的匹配，生成标准动作指令序列；
[0032]通讯驱动模块，所述通讯驱动模块采用所述机器人控制器支持的通讯协议，将机器人操作指令上传至所述机器人控制器，以使得所述机器人控制器根据所述操作指令控制所述机器人手臂运动到操作者期望的位姿；所述通讯驱动模块包含力传感器、力传感器信号调制器以及体感捕捉设备的驱动程序。
[0033]各模块具体描述如下:
[0034]I)建模模块:所述机器人手臂5以及机器人末端执行器10共同组成机器人的运动本体，所述运动本体按照机械系统结构连接关系定义为link和joint两类，其中link类的属性值包括-origin、mass、inertia、visual和collis1n ； joint类的属性值包括:parent、child、origin和limits。在