一种基于机器人的触觉控制方法及触觉控制组件与流程

本发明涉及机器人技术领域，尤其是指一种基于机器人的触觉控制方法及触觉控制组件。

背景技术

目前的机器人，大多都是应用于工业生产中，通过预先制定的工作轨迹进行重复的动作，从而完成流水化生产。除了这部分机器人以外，还有一些机器人，是通过人工进行控制，来完成一些不规则的、复杂的动作。这类人工控制的机器人，大多都是通过六维力传感器来捕捉人施加的指令，然后根据机器人的控制模块进行相应动作来实现控制的。

而现阶段主流的六维力传感器，其主要的原理是通过测量三轴的位移以及机器人末端的三维的力矩来完成六维力传感的。而其所用到的力矩传感器，大多本身的测量敏感度低，因此需要在机器人末端安装时进行机械设计上的放大后，方达到测量目的，但是这种机械放大装置对于机器人末端工装卡具的设计极为不利，因此这无疑增加了机器人控制的成本，甚至会影响到机器人的灵活性。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的问题提供一种基于机器人的触觉控制组件，能够通过简单的部件，实现机器人的控制。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种用于机器人的触觉控制组件，包括法兰盘、胶环、ad数据采集器和数据处理模块，以所述法兰盘的中心为圆心，所述法兰盘的端面圆周分布有若干个压力传感器，所述胶环抵触若干个压力传感器，若干个压力传感器均与所述ad数据采集器的输入端电连接，所述ad数据采集器的输出端与所述数据处理模块的输入端电连接，所述数据处理模块的输入端用于外接机器人的控制模块。

进一步的，所述触觉控制组件还包括测试手柄，所述测试手柄包括柄体、测试头，所述测试头设置于所述测试头的一端，所述柄体的侧壁设置有测试环，所述测试头的侧壁设置有若干个第一压力测试传感器；以所述测试环的中心为圆心，所述测试环的靠近所述第一压力测试传感器的一端设置有若干个第二压力测试传感器。

更进一步的，第一压力测试传感器的数量为六个，六个第一压力测试传感器均匀分布于所述测试头的侧壁；第二压力测试传感器的数量为六个，六个第二压力测试传感器均匀分布于所述测试环的端面。

进一步的，所述法兰盘上还设置有数量与压力传感器的数量相等的穿线孔，每个穿线孔分别位于相邻的两个压力传感器之间。

进一步的，压力传感器的数量为六个，六个压力传感器均匀分布于所述法兰盘的端面。

本发明针对现有技术的问题，还提供了一种利用上述的触觉控制组件实现的触觉控制方法，包括以下步骤：

a.用手触摸胶环，并通过胶环施加手势命令；

b.由法兰盘上圆周分布的若干个压力传感器分别接收胶环所施加的压力，并把各自的压力信号传输至ad数据采集器；

c.ad数据采集器把压力传感器的信号传输至数据处理模块进行处理，再有数据处理模块把经处理后的压力传感器信号传输至机器人的控制模块；

d.机器人根据压力传感器的信号，作出对应的动作。

进一步的，所述在步骤a之前，还包括：

调试：利用测试手柄插入胶环，控制测试手柄动作，比对测试手柄上的压力测试传感器的信号与法兰盘上的压力传感器的信号进行比对，以进行调试。

进一步的，所述压力传感器的数量为六个，六个压力传感器以所述法兰盘的中心为圆心，呈圆周均匀设置于所述法兰盘上。

进一步的，在步骤c中，还包括：

c1：在所述控制模块中，设机器人的期望到达位置为ep，手势命令为uc，机器人的控制速度信号为uv，能够驱使机器人运动的手势指令的阈值ut，则ep＝f(uv，uc)，其中，且kp为机器人速度变化的增益系数，kp不为0。

进一步的，c为衰减系数。

本发明的有益效果：本发明通过设置于法兰盘上的若干个压力传感器，来感应胶环所施加的力，从而把该力的大小和方向通过若干个压力传感器进行反馈，让机器人的控制模块能够根据若干个压力传感器反馈的信号来推断出使用者的控制意图，从而做出对应的动作。本发明通过简单的部件配合，即可实现利用人工控制机器人做出不规则动作的效果，降低了机器人的生产成本。

附图说明

图1为本发明的电气部分的连接示意图。

图2为本发明的法兰盘、胶环的示意图。

图3为本发明的法兰盘、胶环和测试手柄的示意图。

图4为本发明的法兰盘的示意图。

图5为本发明的胶环的测试手柄的示意图。

附图标记：3—胶环，4—ad数据采集器，5—数据处理模块，6—法兰盘，7—测试手柄，61—压力传感器，62—穿线孔，71—柄体，72—测试头，73—测试环，74—第一压力测试传感器，75—第二压力测试传感器。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图1至附图5对本发明进行详细的描述。

实施例1

本实施例提供了一种基于机器人的触觉控制组件，包括法兰盘6、胶环3、ad数据采集器4和数据处理模块5，以所述法兰盘6的中心为圆心，所述法兰盘6的端面圆周分布有若干个压力传感器61，所述胶环3抵触若干个压力传感器61，若干个压力传感器61均与所述ad数据采集器4的输入端电连接，所述ad数据采集器4的输出端与所述数据处理模块5的输入端电连接，所述数据处理模块5的输出端用于外接机器人的控制模块2。具体的，本实施例所述的控制模块2为机器人的控制芯片或者中控计算机，而数据处理模块5为市面上可直接购得的数据处理模块。

本实施例所提供的触觉控制组件，采用了实施例1中所述的方法对机器人进行控制，从而实现了低成本控制机器人进行不规则运动，且避免了放大设备对于机器人灵活性的影响。

具体的，本实施例中的触觉控制组件还包括测试手柄7，所述测试手柄7包括柄体71、测试头72，所述测试头72设置于所述测试头72的一端，所述柄体71的侧壁设置有测试环73，所述测试头72的侧壁设置有若干个第一压力测试传感器74；以所述测试环73的中心为圆心，所述测试环73的靠近所述第一压力测试传感器74的一端设置有若干个第二压力测试传感器75。

具体的，压力传感器61的数量为六个，六个压力传感器61均匀分布于所述法兰盘6的端面。

具体的，第一压力测试传感器74的数量为六个，六个第一压力测试传感器74均匀分布于所述测试头72的侧壁；第二压力测试传感器75的数量为六个，六个第二压力测试传感器75均匀分布于所述测试环73的端面。更具体的，六个第一压力测试传感器74与六个第二压力测试传感器75错位设置，即每个第二压力测试传感器75位于相邻的两个第一压力测试传感器74之间。当进行调试时，测试头72插入胶环3内，此时六个第二压力测试传感器75分别与六个压力传感器61处于同一竖直面上，而六个第一压力测试传感器74则与六个压力传感器61错位设置，从而使得测试手柄7能够更加精确地反馈测试的数值。

具体的，所述法兰盘6上还设置有数量与压力传感器61的数量相等的穿线孔62，每个穿线孔62分别位于相邻的两个压力传感器61之间。穿线孔62用以让压力传感器61的线穿过，从而便于压力传感器61与ad数据采集器4通过导线连接。

实施例2

本实施例提供的一种利用实施例1所述的触觉控制组件实现的触觉控制方法，包括以下步骤：

a.使用者用手触摸胶环3，并通过胶环3施加手势命令；

b.由法兰盘6上圆周分布的若干个压力传感器61分别接收胶环3所施加的压力，并把各自的压力信号传输至ad数据采集器4；

c.ad数据采集器4把压力传感器61的信号传输至数据处理模块5进行处理，再有数据处理模块5把经处理后的压力传感器61信号传输至机器人的控制模块；

d.机器人根据压力传感器61的信号，作出对应的动作。

设本方案中，压力传感器61的数量为六个，且六个压力传感器61以法兰盘6的中心为圆心，呈圆周均匀分布于法兰盘6上，即每相邻的两个压力传感器61之间的夹角为60°。以图2为例，当使用者通过胶环3以a方向使力时，图2中最左边的压力传感器61所受到的压力最大，而图2中最右边的压力传感器61所受到的压力最小，且其他四个压力传感器61所受到的压力也不同；ad数据采集器4会把六个压力传感器61的数据分别进行采集，然后通过数据处理模块5对该六个数据进行处理以后，均传输至控制模块，由控制模块根据预设的公式，计算出上述的六个数据所代表的指令，然后由控制模块控制机器人做出对应的动作。相比于目前常用的“通过测量三轴的位移以及机器人末端的三维的力矩来完成六维力传感”，本发明无需采用放大设备对采集的信号进行放大，即可完成对于机器人进行不规则运动的控制，从而节省了机器人的控制成本，并且避免了因放大设备的设置而影响了机器人的灵活性。

另外，在步骤a之前，还包括调试步骤：利用测试手柄7插入胶环3，控制测试手柄7动作，比对测试手柄7上的压力测试传感器的信号与法兰盘6上的压力传感器61的信号进行比对，以进行调试。该测试手柄7上设置有第一压力测试传感器74和第二压力测试传感器75，在进行测试时，由使用者把测试手柄7设置有第一压力测试传感器74和第二压力测试传感器75的一端插入触摸胶环3内，然后通过测试手柄7对触摸胶环3施加压力，通过压力传感器61、第一压力测试传感器74和第二压力测试传感器75三者所反馈的信号，来对控制模块的公式系数进行调节，从而增加了机器人动作的准确度。

具体的，在步骤c中，还包括：

c1：在所述控制模块中，设机器人的期望到达位置为ep，手势命令为uc，机器人的控制速度信号为uv，能够驱使机器人运动的手势指令的阈值ut，则ep＝f(uv，uc)，其中，且kp为机器人速度变化的增益系数，kp不为0。即本发明采用pid控制的方式对机器人进行控制，当对于机器人的灵敏度需求较低时，可把ki和kd的值设为0；而当对于机器人的灵敏度需求高时，使用者需根据灵敏度，调节ki和kd的值，从而让机器人的动作准确度达到需求。

除此以外，本发明中，阈值ut是能够产生动作的信号的下阈值，即当手势命令信号uc大于ut时，手势命令才是有效命令，机器人才会进行动作；而当手势命令信号uc小于ut时，不会触发机器人动作。阈值ut的设置，是由于压力传感器61会受到温度、湿度等环境的影响发发生触发，从而使得压力传感器61配合发出伪手势命令信号的；而这些伪手势命令信号不会大于ut的值，因此设置了阈值ut，有利于避免机器人发生误启动的现象，从而提升了本发明的可靠性。

更进一步的，增益系数c为衰减系数，使得增益系数kp与手势命令uc相关，即当机器人的动作越靠近使用者期望的位置时，使用者会施加的力越小，使得手势命令uc越小，从而让增益系数kp越小，机器人的动作也就越慢，从而使得机器人到达位置的准确度更高。具体的，衰减系数c为常数，需要据不同机器人的实际控制敏感度进行调试确定。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。