体感示教器的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种体感示教器。

背景技术：

随着机器人行业的飞速发展，机器人的类型也不断丰富，其应用场合也越来越广泛，其使用者已不局限于专业的工程师或技术人员，而是逐渐走向了大众化。但传统机器人示教器多采用侧握或正面双手握持，配有大量按键和各种功能开关，并通过大尺寸的LCD显示人机界面，因此其重量较大，操作复杂且持握不够舒适，示教效率很低，对操作者的各项素质要求较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种持握舒适，操作简单的机器人体感示教器。

为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种体感示教器，包括壳体，所述壳体具有上表面和下表面，所述壳体上表面设置有显示屏、摇杆及按键区，所述壳体下表面设置有伺服使能开关，所述壳体内部安装有控制模块及体感检测单元，所述显示屏、摇杆、按键区、伺服使能开关及体感检测单元均与控制模块电气连接。通过结构紧凑的设计，上表面设置便于大拇指操作的摇杆、少量按键组成的按键区，以及便于交互和观察状态的显示屏，下表面设置便于其余手指如食指和/或中指等操作的为了机器人安全示教的伺服使能开关，壳体内部安装有检测根据握持示教器的手部体感姿势变化的示教器姿态的体感检测单元，壳体内部安装的控制模块用于根据摇杆、按键、体感检测单元等的输入控制机器人示教动作指令及示教器的显示等输出。

进一步的，所述壳体的上表面和下表面之间还包括一侧面，所述壳体侧面的前部设置有示教模式切换开关和急停开关，所述示教模式切换开关和急停开关均与控制模块电气连接。示教模式切换开关用于快速切换示教模式，例如示教、再现、自动/远程、关节示教/末端示教等常用示教模式，急停开关用于突发情况的紧急停止，以防发生意外。

进一步的，所述壳体下表面的后部设置有防滑凸棱和/或凹槽。所述壳体在下表面的后部与操作者手掌接触处加入防滑凸棱和/或凹槽，通过增大接触摩擦，使操作者握的更牢，以防止操作过程中示教器滑脱，引发危险。

进一步的，所述壳体设置有腕带挂扣。通过在壳体上设置腕带挂扣进行固定连接，操作时将腕带拴在手腕上，以防止操作过程中示教器脱手，引发危险。

进一步的，所述壳体内部还安装有蜂鸣器，所述蜂鸣器与控制模块电气连接。设置蜂鸣器用于状态提示或者紧急情况的预警信号。

进一步的，所述体感示教器为单手握持结构，所述壳体上表面的显示屏、摇杆及按键区和所述壳体下表面的伺服使能开关沿壳体纵向中心线对称布置。通过壳体结构小巧的单手握持式设计，各组件布局对称，左右手均可持握，持握手可操作伺服使能开关，摇杆及按键区所有按键，非持握侧的手可辅助操作示教模式切换开关或摆放器件等，并可在紧急情况下触发急停开关。

进一步的，所述体感检测单元包括加速度计、陀螺仪、磁力计中的至少一种。所述示教器通过体感检测单元解算出示教器在空间中的姿态和姿态的变化量来确定机器人的运动方向或末端姿态等，体感检测单元采用技术成熟的加速度计、陀螺仪、磁力计等惯性传感器IMU，可采用分立元件也可采用集成的6轴IMU(3轴加速度计、3轴陀螺仪)或9轴IMU(3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计)。

进一步的，所述壳体内部还安装有通信单元，所述通信单元与控制模块电气连接。在示教器中设置通信单元与上位机等进行通信，收发指令、数据等等，通信可采用有线485/CAN/以太网、无线WIFI/蓝牙等。

进一步的，所述壳体侧面的后部设置有电缆防折弯接头。通过设置电缆防折弯接头对体感示教器的外接电缆进行防护，避免电缆出现过度的扭曲而损坏。

进一步的，所述急停开关、伺服使能开关、示教模式切换开关及电缆防折弯接头与壳体连接处均设置有防护结构，所述按键区和显示屏设置有覆膜防护结构。通过在各开关及电缆连接处均设置防护结构，例如橡胶密封垫圈等，在按键区和显示屏处设置覆膜等来实现防尘甚至防水等防护，使得示教器能够适应多种操作环境。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1.本实用新型的示教器实施例结构小巧，通过内部体感检测与外部摇杆按键的结合可实现单手操作示教，其体积小重量轻，长时间操作也不会使操作者产生疲劳。同时，可以解放操作者的非操作手，在示教时，操作者可用另一只手来进行摆放器件等辅助操作。

2.本实用新型的示教器实施例通过在握持处加入防滑凸棱和/或凹槽，在示教器壳体下侧加入腕带挂扣等，能有效防止操作时，示教器脱落，同时，不需要使用示教器时，可以将示教器悬于手腕或挂于机柜上，以腾出手干其它的事情。

3.本实用新型的示教器实施例通过内部体感检测单元与拇指摇杆的配合，只需直观的调整示教器姿态方向，动动拇指就能够控制机器人沿所需方向移动或转动，并能够通过改变推动力度调节机器人的运动速度。使运动示教操作变得简单直观，操作者无需了解机器人坐标系统，也不用设置各种参数，从而降低了对操作者的要求，有助于提升示教效率。

附图说明

图1为本实用新型体感示教器实施例的立体视图；

图2为本实用新型体感示教器实施例的主视图；

图中所示标号：1——急停开关，2——液晶屏，3——摇杆，4——键盘区，5——贴膜，6——模式切换开关，7——伺服使能开关，8——壳体，9——防滑凸棱/凹槽，10——防折弯接头。

具体实施方式

下面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

本实用新型的体感示教器实施例，尤其适用于机器人示教，如图1、2所示，该示教器为单手持握式示教器，其包括壳体8，所述壳体具有上表面、下表面及侧面，所述壳体8的前侧面安装有急停开关1和模式切换开关6，所述壳体8内有控制模块和体感检测单元，壳体1上表面设有液晶屏2、摇杆3及键盘区4，所述壳体8下表面配有伺服使能开关7，下表面留有防折弯接头10的安装孔。所述键盘区4和液晶屏2配有贴膜5。所述急停开关1、模式切换开关6、伺服使能开关7、液晶屏2、摇杆3及键盘区4均与壳体8的内部控制模块通过电气连接。

本实施例中，防滑凸棱/凹槽9可增大示教器与手掌间的摩擦力，使操作者握的更牢，凸起/凹陷部分与手指方向一致，使手指能够与壳体8下表面相应部分完美贴合，在增大摩擦力的同时保证有良好的握感。在防滑凸棱/凹槽9末端配有腕带挂扣，可通过柔软的腕带将示教器挂于手腕，以保证示教器不会脱手。

在本实施例中，示教器壳体8前端配有急停开关1与模式切换开关6，急停开关1与模式切换开关6需要非持握手进行操作，二者在布局时器件轴线成20°夹角，并且急停开关1高度高于模式切换开关6。急停开关1通过按压进行急停触发(旋转释放)，模式切换开关6通过旋转来进行模式切换，通过这种布局模式可使二者不会互相干涉，并且在示教器脱手发生碰撞时，急停开关1会率先发生碰撞而触发急停，以起到安全防护作用。

在本实施例中，伺服使能开关7作为伺服系统的使能控制开关，采用标准三位置使能开关结构。所述使能开关共有三个位置，松开-一级按压-二级按压，其中松开和二级按压均为OFF状态，一级按压为ON；按压至一级伺服上电，在进行机器人运动示教时必须按压保持此开关处于这种闭合状态；按压至二级或松开后伺服断电，机器人停止运动。这种操作模式符合操作者的生理习惯，当遇到紧急情况时，操作者会习惯的松开或由于紧张而用力按压伺服使能开关，两种情况都能有效实现伺服断电，从而保障操作者的安全。伺服使能开关7的布局位置为示教器的下表面，并与摇杆3成45°夹角，由于运动示教时，需要摇杆3与伺服使能开关7组合使用，这种布局方式，使得组合操作更为舒适安全。

在本实施例中，相比现有技术的示教器特别的加入了体感检测单元，体感检测单元可采用集成6轴IMU或9轴IMU，体感检测单元能够检测解算出示教器的空间姿态和姿态的变化量，配合摇杆3，使示教器能够实现体感控制。操作者只需将示教器姿态调整至所需空间姿态方向来调整机器人运动方向(确定机器人运动轴线)，通过推动摇杆3来确定机器人的运动方向(趋势)，就能够令机器人沿着该方向前进、后退(例如采用上下方向推动摇杆)或绕示教器轴线顺时针、逆时针旋转(例如采用左右方向推动摇杆)，也可以根据示教器姿态或姿态变化量来调整机器人末端姿态。使得示教操作变得十分直观简便，操作者无需了解机器人坐标系相关的复杂知识，就能够实现对机器人的控制，降低了对操作者的要求，很好的提高了示教效率。

在本实施例中，采用模拟摇杆作为主操作部，通过摇杆能够仅凭一个拇指(示教器姿态相配合)就能实现对机器人的运动控制。所述摇杆能够判断操作者推动摇杆的幅度，通过摇杆控制机器人运动时，改变推动摇杆的幅度，就能够相应的调节机器人的运动速度。所述模拟摇杆可采用2轴带按键功能摇杆，不但可以运动控制还可以用于用户界面操作。

上述对本实用新型进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本实用新型的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本实用新型的保护范围。本实用新型所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。