一种机器人示教器的制作方法

本发明涉及机器人控制领域，特别涉及一种机器人示教器。

背景技术：

随着自动化技术快速发展，机器人越来越多的出现在人们的视野中。机器人主要用于工业生产线上，用于代替人类完成一些简单、繁琐、重复的任务。但是越来越多的轻型，灵活的机器人走入到人群中，和人近距离的接触，与人直接通过肢体、语音、图像等交流。

在传统工业机器人中，一般指定机器人完成期望动作都是通过示教器来完成的，示教器通过控制机器人依次单关节运动来建立示教点，之后选择示教点之间的运动模式，一般有关节模式、直线模式和圆弧模式。而在服务类机器人，此示教方式已经远远不能满足需求。工业机器人需要的是准确，及时等特性，工业手臂中梯形或s型规划算法已经不能满足对模仿人手臂动作的需求。而服务类机器人在于人互动，动作不能像工业机器人那样僵硬。比如服务机器人来展示一些舞蹈动作，人的手臂运动时灵活流畅的，非是工业手臂那种匀速是生硬的，那么就需要机器人的运动体现出连贯，优雅等特性，目前的一些示教装置不能解决上述问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种机器人示教器，不需要电机力反馈功能，成本低廉，使用本发明装置示教作业，动作更加直观，示教过程更简单。

本发明提供一种机器人示教器，所述装置包括：

背部固定骨架；

安装在所述背部固定骨架的至少一个关节部，所述关节部包括动力组件；

在所述至少一个关节部设置角度采集组件；

在所述关节部的末端安装有用于输出触发信号的握持器；

用于输出控制信号的控制板卡；

所述控制板卡接收到所述握持器的触发信号后，利用所述角度采集组件记录动力组件的角度信息，将所述角度信息作为机器人的示教使用。

可选地，所述至少一个关节部包括：

安装在所述背部固定骨架上的第一肩部动力组件；

安装在所述第一肩部动力组件上的第二肩部动力组件；

与所述第二肩部动力组件固定连接的第一动力臂；

安装在所述第一动力臂一端的第一肘部动力组件；

安装在所述第一肘部动力组件上的第二肘部动力组件；

与所述第二肘部动力组件固定连接的第二动力臂；

所述握持器安装在所述第二动力臂一端上。

可选地，所述角度采集组件包括：

安装在所述第一肩部动力组件上的第一绝对式码盘计；

安装在所述第二肩部动力组件上的第二绝对式码盘计；

安装在所述第一肘部动力组件上的第三绝对式码盘计；

安装在所述第二肘部动力组件上的第四绝对式码盘计。

可选地，所述背部固定骨架上设有用于固定使用的第一绑带，所述第一绑带安装在所述背部固定骨架的侧边。

可选地，所述第一动力臂上设有用于固定使用的第一固定板及第二绑带，所述第一固定板为弧形弹力板，所述第一固定板的中心位置固定在所述第一动力臂上，所述第二绑带位于所述第一固定板的边缘。

可选地，所述第二动力臂上设有用于固定使用的第二固定板及第三绑带，所述第二固定板为弧形弹力板，所述第二固定板的中心位置固定在所述第一动力臂上，所述第二绑带位于所述第二固定板的边缘。

可选地，所述控制板卡安装在所述背部固定骨架上。

可选地，所述第一动力臂和所述第二动力臂均具有用于线缆穿过的中空结构，所述握持器通过所述线缆与所述控制板卡电连接。

可选地，所述握持器为圆柱形且具有可以复位的按钮以及用于指示工作状态的状态灯，所述按钮设置在握持器的端部，所述指示灯沿周向环绕设置在握持器上。

可选地，所述握持器还包括速度超限指示灯、加速度超限指示灯以及示教超时指示灯，所述速度超限指示灯、所述加速度超限指示灯以及所述示教超时指示灯间隔设置在所述握持器上。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供一种机器人示教器，所述装置包括：背部固定骨架，安装在所述背部固定骨架的至少一个关节部，所述关节部包括动力组件，在所述至少一个关节部设置角度采集组件，在所述关节部的末端安装有用于输出触发信号的握持器，用于输出控制信号的控制板卡，所述控制板卡接收到所述握持器的触发信号后，利用所述角度采集组件记录动力组件的角度信息，将所述角度信息作为机器人的示教使用，在进行示教时候，本装置可以与机器人进行有线或无线连接，用户操作关节部运动完成预定动作，角度采集组件记录关节部在运动时的角度变化数值，通过控制板卡将角度变化数值参数发送给机器人，机器人可以根据本装置产生的角度变化数值参数完成预定的动作，可以模仿真实人的动作，实现模仿人类自然的运动，满足类似服务机器人的客户需要。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的一种机器人示教装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中提供的一种机器人示教装置中握持器的结构示意图；

图3是本发明实施例中提供的一种机器人示教装置的示教过程的流程图。

附图中标记：

背部固定架1，控制板卡10，第一绑带11，第一动力臂2，第一肩部动力组件20，第二肩部动力组件21，第一固定板22，第二绑带23，第二动力臂3，第一肘部动力组件30，第二肘部动力组件31，第二固定板32，第三绑带33，握持器4，按钮40，状态灯41，速度超限指示灯42，加速度超限指示灯43，示教超时指示灯44，线缆5，第一绝对式码盘计6，第一伸缩机构7，第二伸缩机构8。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明提供一种机器人示教器，所述装置包括：

背部固定骨架1；

安装在所述背部固定骨架1的至少一个关节部，所述关节部包括动力组件；

在所述至少一个关节部设置角度采集组件；

在所述关节部的末端安装有用于输出触发信号的握持器4；

用于输出控制信号的控制板卡10；

所述控制板卡10接收到所述握持器4的触发信号后，利用所述角度采集组件记录动力组件的角度信息，将所述角度信息作为机器人的示教使用。

在进行示教时候，本装置可以与机器人进行有线或无线连接，用户操作关节部运动完成预定动作，角度采集组件记录关节部在运动时的角度变化数值，通过控制板卡将角度变化数值参数发送给机器人，机器人可以根据本装置产生的角度变化数值参数完成预定的动作，可以模仿真实人的动作，实现模仿人类自然的运动，满足类似服务机器人的客户需要。

本实施例中，采用模仿人手臂的动作，为了更好的对应人的手臂，所述至少一个关节部包括：

安装在所述背部固定骨架1上的第一肩部动力组件20；

安装在所述第一肩部动力组件20上的第二肩部动力组件21；

与所述第二肩部动力组件21固定连接的第一动力臂2；

安装在所述第一动力臂2一端的第一肘部动力组件30；

安装在所述第一肘部动力组件30上的第二肘部动力组件31；

与所述第二肘部动力组件31固定连接的第二动力臂3；

所述握持器4安装在所述第二动力臂3一端上。

第一动力臂2可以完成上臂的动作模仿，通过两个动力组件完成两个自由度的动作，第二动力臂3完成肘部的动作模仿，通过两个动力组件完成两个自由度的动作，这样当人的手臂在运动时，大臂的关节大概可以分成两个自由度，肘部也大概可以分成两个自由度，所以一个四自由度的手臂就基本上能模仿人手臂的各个姿态。

第一动力臂2和第二动力臂3的长度是可以伸缩，第一动力臂2上设有第一伸缩机构7，第一肘部动力组件30可以安装在所述第一伸缩机构7的端部，同样第二动力臂3上设有第二伸缩机构8，握持器4可以安装在第二伸缩机构8的端部上，通过伸缩可以调节长度，实现不同长度需要。

当需要更多自由度的动作时候可以根据需要进行扩展，如手腕部动作，可以增加第三动力臂及第四动力臂等，对此不做限定。

可选地，角度采集组件与控制板卡10进行电连接，所述角度采集组件包括：

安装在所述第一肩部动力组件20上的第一绝对式码盘计6，用来采集第一肩部动力组件20的角度转动数值；

安装在所述第二肩部动力组件21上的第一绝对式码盘计(图中未示出)，用来采集第二肩部动力组件21的角度转动数值；

安装在所述第一肘部动力组件30上的第三绝对式码盘计(图中未示出)，用来采集第一肘部动力组件30的角度转动数值；

安装在所述第二肘部动力组件31上的第四绝对式码盘计(图中未示出)，用来采集第二肘部动力组件31的角度转动数值。

第一绝对式码盘计、第一绝对式码盘计、第三绝对式码盘计及第四绝对式码盘计分别与控制板卡10电连接，绝对式码盘计码盘计数据与机械实际角度映射关系已知，控制板卡10将各个绝对式码盘计采集的角度数据通过自身的铁电存储器进行存储。

为了更好的便于用户的使用，所述背部固定骨架1上设有用于固定使用的第一绑带11，所述第一绑带11安装在所述背部固定骨架1的侧边，通过第一绑带11将背部固定骨架1绑缚在用户身体上固定，可以保证在使用时稳定性。

可选地，所述第一动力臂2上设有用于固定使用的第一固定板22及第二绑带，所述第一固定板22为弧形弹力板，所述第一固定板22的中心位置固定在所述第一动力臂2上，所述第二绑带位于所述第一固定板22的边缘，所述第二动力臂3上设有用于固定使用的第二固定板32及第三绑带33，所述第二固定板32为弧形弹力板，所述第二固定板32的中心位置固定在所述第一动力臂2上，所述第二绑带位于所述第二固定板32的边缘，通过上述固定装置可以将本装置绑缚在用户身上，有利于准确地采集用户上臂和肘部的运动状态，便于示教。

可选地，所述控制板卡10安装在所述背部固定骨架1上，控制板卡10可以处理角度采集组件采集的角度数据，并将角度数据存储或者传送给机器人使用。

可以理解的是，本装置还可以具有无线收发器(图中未示出)，控制板卡10可以通过无线收发器向机器人发送示教数据(包括角度数据)，供机器人进行完成预定动作操作使用。

可选地，所述第一动力臂2和所述第二动力臂3均具有用于线缆5穿过的中空结构，所述握持器4通过所述线缆5与所述控制板卡10电连接，在装置外部不会裸露，使得装置外观美观大方。

结合图2所示，可选地，所述握持器4为圆柱形且具有可以复位的按钮40以及用于指示工作状态的状态灯41，状态灯41可以提供三种颜色变化，分别是绿色、红色及黄色，绿色为示教成功，红色为示教失败，黄色为完成准备操作，所述按钮40设置在握持器4的端部，所述状态灯41沿周向环绕设置在握持器4上。

可选地，所述握持器4还包括速度超限指示灯42、加速度超限指示灯43以及示教超时指示灯44，所述速度超限指示灯42、所述加速度超限指示灯43以及所述示教超时指示灯44间隔设置在所述握持器4上。

结合图3所示，下面针对本装置的示教方法提供两种实施方式加以说明：

使用此装置时，先通过绑带使装置固定到用户身上，装置有两种工作模式：非随动模式和随动模式。

非随动模式下，用户按住握持器4上的按钮40，状态灯41开始显示黄色。控制控制板卡10开始记录4个绝对式码盘计的位置信息，用户摆动自身手臂做出期望动作，控制板卡10以每16ms记录位置信息。用户松开握持器4上的按钮40，记录结束，状态灯41为绿。4个绝对式码盘计的位置信息序列可作为机器人手臂运动的作业指令。控制板卡10上有串口wi-fi，可以与机器人连接，可以通过机器人的操作工具去访问控制板卡10中记录的位置序列并下载。在示教过程中，控制板卡10以每16ms记录一次码盘值，统计还要计算码盘值差分记过与二次差分结果。如果差分结果核算关节速度大于实际机器人电机可提供的最大转速，则握持器4速度超限灯亮，松开握持器4上的按钮40后，状态灯41为红，意味示教失败。同理，如果二次差分结果核算关节加速度大于实际机器人电机可提供的最大加速度，则握持器4加速度超限灯亮，松开握持器4上的按钮40后，状态灯41为红，意味示教失败。

随动模式只是比非随动模式多些步骤，以实现示教时机器人手臂随动，便于用户观察实际效果。随动模式下，机器人先与示教装置建立连接。用户示教时，按住握持器4上的按钮40，机器人手臂先开始运动至与示教器姿态相同，状态灯41亮起为黄色。如果黄灯亮起前用户开始运动示教，状态灯41直接跳转红色，示教失败。黄灯亮起后开始示教，控制板卡10每16ms记录一次码盘值，还要通过串口wi-fi发送给机器人，机器人手臂使用位置信息作为位置闭环指令，控制机器人手臂运动。用户松开握持器4上的按钮40，记录结束，状态灯41为绿，机器人手臂停止运动。

控制板卡10记录位置信息到板载的铁电存储器上，铁电存储器的储存空间也是有限的，不能无限制的记录示教动作，当示教时间过长，到达记录容量80％后，状态灯41为黄色闪烁，到达记录容量100％后，自动结束示教记录，示教超时灯亮。

每次示教只记录当次结果，再次按住按钮40后开始下一次示教，会自动将超速，超加速等指示灯熄灭，下次示教会覆盖前次示教记录。

通过使用本发明的机器人示教装置，使服务类机器人手臂运动不再生硬，而是能模仿人类自然的运动。本发明有背部固定骨架1和码盘计以及控制板卡10构成，不需要电机力反馈功能，成本低廉。并且带有超速、超加速以及示教时间等指示，使得在使用本发明装置示教作业，动作更加直观，示教过程更简单。且本发明装置还可作为一个不具有力反馈功能的随动控制装置，通过远程视觉辅助，可以实现机器人实时远程控制。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，readonlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种机器人示教装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。