机器人控制方法和装置与流程

1.本公开实施例总体上涉及一种机器人，并且更具体地，涉及一种用于控制机器人的方法和控制器。


背景技术：

2.机器人，特别是工业机器人，是一种用于制造的系统。工业机器人是自动的、可编程的，并且能够在三个或更多个轴上移动。经过过去几十年的发展，一种通常被称为协作机器人或cobot的工业机器人已经被设计为与人类并肩或一起工作，并且因此具有固有的安全特征，诸如轻质材料和圆角化边缘。然而，未被设计为与人类一起工作的机器人可以配备有传感器，以便得能够在制造环境中进行协作操作。
3.传统的基于显示的人机界面(hmi)对于机器人来说是已知的。例如，可以通过操作诸如hmi的窗口上的按钮的元件来使机器人运行、停止或进入特定模式。例如，工程师使用示教器单元(tpu)打开用以示教目标的引导模式并示教目标。又例如，一些操作者还使用基于pc的hmi来开始/停止运行程序，或执行任何种类的命令。对于协作机器人而言，据说其在生产线上就像人类同事一样工作。然而，继续使用上述方法来控制协作机器人是低效的。


技术实现要素：

4.本公开实施例提供了一种用于控制机器人的方法和控制器。
5.在第一方面，提供了一种控制机器人的方法。该方法包括：检测施加在机器人的一部分上的一系列外力的模式；将该模式和与该部分相关联的预定模式进行比较；以及根据所检测的模式与预定模式相匹配的确定，控制机器人执行与预定模式相对应的动作。
6.根据本公开的实施例，通过引入施加在机器人上的一系列外力的模式以控制机器人，可以更直观地对机器人进行控制。这样，省略了一些中间步骤(诸如视角转换和使用基于hmi的方法所需要的指令)，从而提高了机器人的效率或可靠性。
7.在一些实施例中，检测一系列外力的模式包括：检测预定时间段期间施加在该部分上的一系列外力的大小。以这种方式，上述方法可以更容易地实现。
8.在一些实施例中，检测一系列外力的大小包括：从扭矩传感器和电流传感器中的至少一个检测大小，该扭矩传感器或电流传感器被布置在机器人的彼此耦接的两个臂连杆之间的关节上。这样，可以以更成本有效的方式检测上述模式。
9.在一些实施例中，该方法还包括生成所检测的模式与预定模式之间的比较结果的指示。这样，操作者可以获知操作是否成功或其它进一步信息，从而使机器人的控制更加明确，进而改善用户体验。
10.在一些实施例中，生成指示包括以下至少一个：点亮照明单元；回放声音；使至少一个臂连杆振动；或在显示屏上显示结果。这样，可以以多种形式呈现结果，从而提高用户对机器人控制的可靠性。
11.在一些实施例中，控制机器人执行与预定模式对应的动作包括控制机器人执行以
下至少一个动作：将机器人移动至前一目标或下一目标；启动、停止、暂停或重新启动过程或过程的步骤以操作目标；示教机器人操作新目标；或者提高或降低操作目标的速度。因此，使用该方法可以在更多方面控制机器人，并且在使机器人更智能的同时提高方法的适用性。
12.在第二方面，提供了一种用于控制机器人的控制器。控制器包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置为执行如第一方面所述的方法。
13.在第三方面，提供了一种机器人。机器人包括如第二方面所述的控制器。
14.在一些实施例中，机器人还包括扭矩传感器和电流传感器中的至少一个，该扭矩传感器或电流传感器耦接至控制器并且被配置为检测预定时间段期间施加在部分上的一系列外力的大小。
15.在一些实施例中，扭矩传感器被布置在机器人的彼此耦接的两个臂连杆之间的关节上；并且电流传感器被配置为提供施加在电机上的电流值。
16.在一些实施例中，机器人还包括反馈模块，反馈模块被配置为呈现所检测的模式与预定模式之间的比较结果的指示。
17.在一些实施例中，反馈模块包括照明单元、扬声器、使至少一个臂连杆振动的驱动器或显示屏中的至少一个。
18.应当理解的是，本发明内容并非旨在标识本公开实施例的关键或必要特征，也非旨在用于限制本公开的范围。通过下面的描述，本公开的其它特征将变得易于理解。
附图说明
19.通过结合附图对本公开示例实施例的更详细描述，本公开的上述及其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中在本公开的示例实施例中，相同附图标记通常表示相同部件。
20.图1示出根据本公开实施例的机器人的示意图；
21.图2示出根据本公开实施例的待比较的模式和预定模式的示意图；并且
22.图3示出根据本公开实施例的控制机器人的方法的流程图。
23.在整个附图中，相同或相似的附图标记用于表示相同或相似元件。
具体实施方式
24.现在将结合几个示例实施例来讨论本公开。应当理解的是，讨论这些实施例的目的仅在于使本领域技术人员能够更好地理解并进而实现本公开，而非暗示对主题范围的任何限制。
25.如本文所使用的，术语“包括”及其变体应理解为开放术语，意指“包括但不限于”。术语“基于”应理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“实施例”应理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其它实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指不同或相同的对象。其它显式和隐式定义可以包含在下文中。除非上下文中另外明确指出，否则术语的定义在整个说明书中是一致的。
26.工业机器人因其精度和工作效率，已经成为用于现代生产企业的不可或缺的技术手段。已经被设计为在人类旁边工作或与人类一起工作的协作机器人是近年来开发的机器
人。然而，未被设计为与人类一起工作的机器人可以配备有传感器，以便得能够在制造环境中进行协作操作。
27.工业机器人或协作机器人可以执行许多任务，诸如焊接、喷漆、组装、拆卸、取放印刷电路板、包装和贴标签、码垛、产品检查和测试等。为了使工业机器人或协作机器人执行这些任务，操作者通常需要示教机器人如何操作或手动控制机器人以完成操作。
28.当前，操作者通常采用基于显示的hmi来示教或控制机器人。在操作中，操作者可以通过操作诸如hmi的窗口上的按钮的元件来使机器人运行、停止或操作目标。例如，工程师通常使用tpu来打开引导模式，以通过操作某些tpu按钮来示教机器人操作目标。又例如，一些操作者还使用基于pc的hmi来启动或停止过程，或执行命令以使机器人执行动作。
29.也就是说，目前，当控制或示教机器人执行一些动作时，无论是使用hmi还是基于pc的hmi，操作者都需要操作界面而不是直接控制机器人。界面的操作需要转换空间视角、指令等，从而导致控制容易出错并且效率很低。这些类型的操作显著降低了工作效率，对于协作机器人来说尤其如此。
30.为了解决或至少部分地解决上述及其它潜在问题，本公开实施例提供了一种用于控制机器人100的方法和控制器。图1示出示例机器人的示意图；图2示出待比较的模式201和预定模式202的示意图；并且图3示出控制机器人的方法的流程图。
31.总体而言，根据本公开实施例，操作者可以通过以特定模式直接触摸、推动、敲击或轻叩机器人来操作机器人，诸如工业机器人或协作机器人等(为了便于讨论，在下文中称为一个或多个机器人)。从待被控制的机器人的角度来看，特定模式的触摸、推动、敲击或轻叩体现为一系列外力。因此，在下文中，接触、推动、敲击或轻叩的模式也被称为一系列外力的模式201。
32.根据本技术实施例的方法可以在如图1所示的示例机器人100的控制器105中实现。机器人100利用由控制器105控制的电机(未示出)驱动臂连杆移动来执行任务。虽然图1示出控制器105位于机器人100的基座中，但应当理解的是，这仅仅是说明性的，并且不旨在限制本公开的范围。任何其它适当位置或布置也是可能的。例如，在一些实施例中，控制器105也可以位于臂连杆、关节102或者与机器人100分离的其它位置中的任何一个中。
33.如图1所示，机器人100还包括多个臂连杆101、101'、101"和传感器。相邻的臂连杆通过关节102彼此耦接。传感器(诸如扭矩传感器或电流传感器等)可以布置在任何关节102中，以检测臂连杆所经历的扭矩大小或关于机器人100的其它信息。例如，当机器人100处于操作中时，电机可以通过向臂连杆输出能够由扭矩传感器检测到的扭矩来驱动臂连杆移动。
34.除了检测从电机向臂连杆101输出的扭矩之外，扭矩传感器103还可以用于检测例如通过触摸、推动、敲击或轻叩而施加在机器人100的一部分(即，臂连杆或关节)上的外力。例如，臂连杆上的轻叩(从机器人100的角度来看是外力)可以导致扭矩大小改变。这种变化可以由布置在关节102中的扭矩传感器103感测到。机器人100的耦接至扭矩传感器103的控制器105可以将臂连杆101的扭矩变化与变化发生的时间组合成如图2中所示的时变波形，其属于如上文所提及的一系列外力的模式201。
35.除了臂连杆之外，还可通过触摸、推动、敲击或轻叩机器人100的其它部分(诸如，关节)来以特定的外力模式控制机器人100。例如，当轻叩臂连杆101、101'之间的关节时，施
加在臂连杆101'上的扭矩将改变。并且布置在臂连杆101'、101"之间的扭矩传感器继而将感测到该变化。这样，也可以检测施加在关节上的外力的模式201。在一些替代实施例中，除了扭矩传感器之外或代替扭矩传感器，也可以在关节上布置其它传感器，例如压力传感器，用于检测施加在关节上的外力的模式。下面将以轻叩臂连杆为例进一步描述本公开的构思。轻叩、推动、触摸或敲击诸如机器人100的关节的其它部分的情况与之相似，下文中不再赘述。
36.图2示出检测到的模式201的示例。在图2中，横坐标表示时间，并且纵坐标表示外力的大小。当被轻叩时，波形中产生几个峰值。如图所示，当操作者轻叩机器人100时，因轻叩产生的扭矩变化被检测到，并且可以叠加在由电机输出的扭矩上。
37.基于这种现象，发明人提供了一种利用诸如通过触摸、推动、敲击或轻叩臂连杆而施加在机器人100上的一系列外力来控制机器人的方法。图3示出该方法的流程图300。如图所示，在框310，机器人100的控制器105检测施加在机器人的至少一个臂连杆101的一部分上的一系列外力的模式201。
38.例如，根据实施例，当操作者想要机器人100执行动作时，便轻叩机器人100的臂连杆101，如图1所示。臂连杆上的轻叩(从机器人100的角度来看是外力)可以导致扭矩大小改变。然后，如上所述，控制器105可以获得如图2所示的外力模式201。
39.图2示出操作者三次轻叩的模式，其中在前两次轻叩和最后一次轻叩之间有短暂中断(下文中称为空叩)。为了便于解释，图2所示的轻叩模式可以用“xx
○
x”表示。符号“x”表示臂连杆101上的一次轻叩，并且“o”表示轻叩之间的短暂中断或空叩。
40.应当理解的是，图2所示的模式仅用于说明，而非暗示对本公开范围的任何限制。任何其它适当模式也是可能的。例如，模式也可以是“x”、“xx”、“xxx”、“xxxx”、“x
○
x”、“x
○
xx”等，这些模式均由操作者自由定义。
41.除了上文讨论的扭矩传感器103之外或代替上文讨论的扭矩传感器103，电流传感器也可以用于感测轻叩的力度大小。具体地，在机器人100的正常操作中，即使臂连杆处于固定状态，用于驱动臂连杆101的电机仍然是活动的。也就是说，即使臂连杆静止，驱动臂连杆的电机仍然需要一定的电流来保持活动。
42.例如，当操作者轻叩图1所示的臂连杆101时，机器人101的控制器105控制电机增大输出至臂连杆101的扭矩。这样，能够使臂连杆101保持固定状态。也就是说，当操作者轻叩臂连杆101时，可能不会感觉到臂连杆101的振动或移动。当从电机输出的扭矩改变时，臂连杆101仍然保持固定状态。扭矩的改变需要改变供给至电机的电流。因此，通过检测供给至电机的电流，也可以获得外力大小的变化。
43.应当理解的是，如上所述的关于操作者轻叩电机作为一种外力的实施例仅仅是说明性的，而非暗示对本公开范围的任何限制。任何其它适当形式的外力也是可能的。例如，在一些替代实施例中，操作者还可以推动、触摸或甚至扭转机器人100的臂连杆101以控制机器人。在这种情况下，可能需要其它传感器。例如，在一些实施例中，可以在臂连杆101的适当位置布置一些触摸传感器(未示出)或压力传感器，以允许操作者通过以特定模式触摸臂连杆101来控制机器人100。
44.返回参考图3，在框320，在检测到一系列外力的模式201之后，控制器105将模式201和与被施加外力部分相关联的预定模式202进行比较。也就是说，在检测模式201之前，
可以预先设置与各部分相关联的某些预定模式202。在一些实施例中，这可以由操作者预先设定。此外，预定模式202也可以在任何需要的时候设定。
45.作为示例，一些示例模式、发生外力的相关联的部分以及与这些模式相对应的动作在下表中示出。
[0046][0047][0048]
例如，在一些实施例中，操作者可以定义臂连杆101处的两次连续轻叩“xx”，其对应于使得机器人启动或停止操作目标的过程或过程步骤的动作。此外，臂连杆101处的三次连续轻叩“xxx”可以被定义为对应于创建新目标或示教机器人100以操作新目标的动作，等等。
[0049]
应当理解的是，上述模式和/或动作仅用于说明，而非暗示对本公开范围的任何限制。任何其它适当模式或动作也是可能的。操作者可以自由地设置预定模式和对应的动作。例如，在一些实施例中，臂连杆101上的模式“xxx”也可以用于提高机器人操作目标的速度，并且臂连杆101上的模式“xx”也可以用于降低机器人操作目标的速度。
[0050]
此外，如从上表中可以看出的，除了模式和动作之间的相关性之外，外力发生的部分也与动作相关。也就是说，外力的模式和外力发生的部分一起确定要执行的动作。
[0051]
例如，在一些实施例中，如上表所示，施加在臂连杆101上的外力模式“x
○
xx”可以被预先确定为对应于“机器人移动至前一目标”的动作。施加在臂连杆101'上的外力模式“x
○
xx”可以被预先确定为对应于“加速”动作。
[0052]
根据不同扭矩传感器103的差异，可以判断出有外力发生的臂连杆。例如，如图1所示，当操作者轻叩臂连杆101时，臂连杆101和101'之间的扭矩传感器103可以检测相对较大的扭矩变化，而臂连杆101'和101"之间的扭矩传感器103可以检测相对较小的扭矩变化。然后，控制器105根据该差异确定外力正在臂连杆101上发生。
[0053]
在一些实施例中，本文中不同的“部分”不仅表示外力发生在哪个臂连杆上，还表示同一臂连杆上的不同部位。例如，在远端或近端发生的相同模式的外力可以对应于不同的动作，这与发生在不同臂连杆上的情况类似，并且在这里不再赘述。这可以通过布置在机器人臂连杆上的其它传感器实现。
[0054]
当然，应当理解的是，模式和部分一起确定要执行的动作的上述实施例仅用于说
明，而非暗示对本公开范围的任何限制。任何其它适当的决定因素也是可能的。例如，在一些实施例中，可以仅通过外力模式来确定动作，而无需考虑部分。也就是说，在这些实施例中，只要操作者以预定模式轻叩机器人，无论轻叩发生在哪里，机器人均执行与预定模式对应的动作。
[0055]
应当理解的是，将大小、发生外力的部分和时间间隔作为模式的实施例仅仅是说明性的，并非旨在限制本公开的范围。也可以将任何其它适当参数引入模式中以增加控制机器人的手段。
[0056]
例如，在一些替代实施例中，除了模式和发生外力的部分之外，还可以引入用于确定动作的更多其它决定因素，诸如外力的大小和方向或单个外力的持续时间。这进一步增加了控制机器人100的手段。
[0057]
在一些实施例中，只要算法可以便于比较并去除不必要的噪声等，可以通过采用任何适当算法来进行模式201与预定模式202的比较，诸如相关算法、信号特征算法、神经网络算法或其组合。
[0058]
返回参考图3，在框330，根据所检测的模式201与预定模式相匹配的确定，控制器105控制机器人100执行与预定模式202相对应的动作。例如，当操作者以模式“xx”轻叩臂连杆101时，根据上表中所示的预定模式，随后将控制机器人100启动操作目标的过程。
[0059]
此外，当操作者在机器人100正在工作时轻叩机器人100，施加在臂连杆101上的轻叩模式“xx”将使得机器人100停止过程。也就是说，当机器人100静止或正在操作目标时，可以在机器人100上施加轻叩，这使得机器人100更加智能。
[0060]
从上文中可以看出，通过引入施加在机器人100上的一系列外力的模式201以控制机器人100，可以更直观地对机器人进行控制。这样，省略了一些中间步骤(诸如视角转换和使用基于hmi的方法所需要的指令)，从而提高了机器人100的效率或可靠性。
[0061]
在一些实施例中，如果所检测的模式201与预定模式202不匹配，则可以生成比较结果的指示以提醒操作者。例如，在一些实施例中，如图1所示，可以在机器人100上或任何其它适当位置布置反馈模块104，以呈现结果的指示。反馈模块104可以是照明单元、扬声器、使至少一个臂连杆振动的驱动器和显示屏中的至少一个。
[0062]
例如，在所检测的模式201与预定模式202不匹配的情况下，可以点亮照明单元，同时还可以回放表示匹配失败的声音。此外，发生外力的臂连杆可以振动，并且结果可以显示在显示屏上。这样，反馈模块104允许操作者得到充分反馈以避免延迟。
[0063]
在一些实施例中，如果所检测的模式201与预定模式202不匹配，意味着所检测的模式201未被设定为预定模式202，则反馈模块可以提示操作者设定新的预定模式。
[0064]
例如，当操作者以尚未被设定为预定模式的模式“xxxxx”轻叩臂连杆101时，则可以在显示屏中显示提示，以提示操作者设定模式“xxxxx”与新动作之间的新对应关系。
[0065]
应当理解的是，为了控制的合理性，待设定为预定模式的轻叩数可以不是任何数量。当轻叩数超过一定数量，诸如6次或更多次时，操作者可能因轻叩次数过多而出现误操作。
[0066]
另外，只要每两次连续轻叩之间的时间间隔(包括空叩
“○”
，即，轻叩之间的短暂中断)不影响轻叩次数的确定，每两次连续轻叩之间的时间间隔可以不严格限定。为了实现这一目的，在一些实施例中，在机器人100上的每一系列轻叩之后、并在随后的比较之前，控
制器可以等待预定时间，例如3-6秒，以确保操作者已经完成用于本次控制的所有轻叩。
[0067]
在一些实施例中，所检测的模式201与预定模式202的比较与每两次连续轻叩之间的时间间隔无关。也就是说，只要所检测的模式201中轻叩“x”和空叩
“○”
的顺序与预定模式202中的顺序对应，就可以确定所检测的模式201与预定模式202匹配。
[0068]
例如，在设定预定模式202时，所确定的模式“xx
○
x”中的两次连续轻叩(包括空叩
“○”
)之间的时间间隔可以是约100ms。尽管所检测的模式“xx
○
x”的两次连续轻叩(包括空叩
“○”
)之间的时间间隔是约200ms，但控制器105仍然可以确定所检测的模式201与预定模式202匹配，并且继而可以控制机器人100执行与所确定的模式“xx
○
x”相对应的动作。
[0069]
此外，在一些实施例中，在所检测的模式201与预定模式202匹配的情况下，还可以向操作者提供反馈。例如，在确定所检测的模式201与预定模式202匹配后，显示屏可以随即显示待由机器人100执行的动作。如果操作者想取消该动作，可以触摸屏幕上的对应按钮例如1-3秒，从而能够有效地避免误用。
[0070]
本公开实施例还提供了一种控制机器人100的控制器105。控制器105包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置为执行如上文所述的方法。
[0071]
此外，本公开实施例还提供了一种机器人100，包括如上文所述的控制器105。在一些实施例中，控制器105与机器人100的控制系统可以一体形成或单独形成。
[0072]
在一些实施例中，机器人100可以包括扭矩传感器和电流传感器中的至少一个，该扭矩传感器或电流传感器耦接至控制器并且被配置为检测预定时间段期间施加在部分上的一系列外力中每个外力的大小。
[0073]
在一些实施例中，机器人100可以包括反馈模块104，反馈模块104被配置为呈现所检测的模式201与预定模式的比较结果的指示。结果可以是所检测的模式201与预定模式匹配或不匹配。
[0074]
应当理解的是，本公开的以上详细实施例仅用于例示或解释本公开的原理，并非旨在限制本公开。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，任何修改、等同替换和改进等均应包含在本公开的保护范围之内。同时，本公开所附权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界或范围和边界的等同形式内的所有变型和修改。