一种机器人示教器的制作方法

本发明涉及一种工业机器人控制系统，特别是涉及一种轻量型协作机器人示教控制器，属于机器人技术领域。

背景技术：

示教器是进行机器人的手动操纵、程序编写、参数配置以及监控用的手持装置。目前工业机器人(包括轻量型协作机器人)的示教器有以下几种形式：

(1)机器人示教器和机器人主控制器相连，在示教器上对机器人进行编程、控制，示教器和控制器不能断开，机器人在运行过程中通过示教器可以对机器人进行控制。每台机器人系统需要配置一套示教器，示教器不能再应用于其他机器人，增加了成本。

(2)机器人示教器与机器人主控制器相连并可进行热插拔，程序编写完成后可把示教器断开，示教器可应用于其他机器人系统，断开后不能对运行的机器人进行控制，需要对机器人进行操作时存在不方便。

(3)机器人示教器和机器人主控制器之间通过无线通讯的方式(比如蓝牙，wifi)连接，程序编写完成后可以把示教器移开，移开后无法对运行的机器人进行控制。此种形式也存在操作不方便的问题，在工业现场无线通讯存在不可靠性，无线断开后系统需要重新进行初始化。

综合以上三种情况，在成本和使用不方便上存在问题的主要原因是示教器的常用功能和非常用功能未进行分离，程序编写、系统配置是示教器不常用的功能，只在自动化生产线集成的过程中用到，而急停、机器人暂停、机器人启动、加速、减速在机器人运行的过程中会经常用到。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题：对示教器的常用功能和非常用功能进行分离；分离后的两个部分即可单独工作，又可通过可靠的连接方式实现物理连接与信号连接，示教器制造和使用成本降低。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种机器人示教器，包括：

第一控制装置，用于控制机器人的日常操作；

第二控制装置，能够独立运行以进行程序编写；或者，与第一控制装置结合运行，用于对机器人进行设置和编程，以及控制机器人的日常操作。

进一步地，机器人包括主控制器，示教器包括以下三种工作状态：

第一工作状态，此时第一控制装置与第二控制装置分离，第一控制装置与主控制器连接并运行；

第二工作状态，此时第一控制装置与第二控制装置分离，第二控制装置与主控制器断开并独立运行；

第三工作装态，此时第一控制装置与第二控制装置连接，第二控制装置通过第一控制装置与主控制器连接。

进一步地，日常操作包括机器人的启动、暂停、关闭、急停、加速、减速，第一控制装置包括控制手柄，控制手柄上包括机器人急停按钮、启动/暂停按键、关闭按键、加速按键与减速按键；第二控制装置包括示教盒。

进一步地，控制手柄和主控制器通过线缆连接。

进一步地，示教盒与控制手柄以磁吸附方式固定并连接；或者，示教盒与控制手柄依靠紧固部件固定并连接。

进一步地，示教盒带有可充电电池模块；当示教盒与控制手柄连接时，对可充电电池模块进行充电；当示教盒与控制手柄断开时，示教盒能够依靠可充电电池模块供电工作。

进一步地，示教盒的侧面开有能够容纳控制手柄的插槽，插槽内具有实现信号连接的触点；当控制手柄插至插槽的底部后，控制手柄和示教盒之间实现可靠的物理连接与信号连接。

进一步地，控制手柄的外形为扁平状，控制手柄的头部小于尾部，尾部连接线缆。

进一步地，急停按钮设置在尾部；当控制手柄插入插槽后，急停按钮位于插槽外，除急停按钮之外的其他按键位于插槽内。

进一步地，示教盒正面包括用于容纳控制手柄的凹陷部，凹陷部内具有实现信号连接的触点；当控制手柄嵌入凹陷部后，控制手柄和示教盒之间实现可靠的物理连接与信号连接。

本发明的有益效果是：在保证传统示教器操作习惯的基础上，对示教器的功能进行分类，分为常用功能和非常用功能；示教器所有的功能都可以在示教盒上实现，在控制手柄上仅仅提供常用功能，控制手柄和示教盒之间通过物理接触并可以分开。通过对常用功能和非常用功能的分离，即可以实现示教盒的重复利用和运行状态时的控制，为用户降低成本，又可以实现示教器和机器人主控制器的可靠连接。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中控制手柄正面的结构示意图；

图2是图1中所示控制手柄反面的结构示意图；

图3是本发明一个较佳实施例中示教盒正面的结构示意图；

图4是图3中所示的示教盒与图1中所示的控制手柄结合后的结构示意图；

图5是本发明另一个较佳实施例中示教盒正面的结构示意图；

图6是本发明又一个较佳实施例中示教盒正面的结构示意图；

附图标记如下：

100示教盒

110电源开关

120显示屏

130点写笔

140插槽

150常用按键

160凹陷部

161触点

162磁吸模块

163弹性卡扣

200控制手柄

210线缆

220常用按键

230急停按钮

240磁吸模块

250触点

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了解决传统示教器在使用过程中的成本高、信号传输不可靠和机器人运行过程中控制不方便等缺点，设计了一种常用功能和非常用功能可分离的机器人示教器。这种新型示教器可以降低成本，机器人控制方便、信号传输可靠，提高了机器人示教器使用过程中的可靠性和方便性。技术方案要点如下：

(1)示教器包括示教器本体，示教器本体的侧面开有插槽，或者在示教器本体正面开有凹陷部，插槽或凹陷部内具有实现物理连接的触点。插槽内可以插入机器人控制手柄，控制手柄可以在插槽内轻松插拔。当插入插槽后，控制手柄和示教器本体之间可以实现可靠的信号连接。当控制手柄从插槽拔出后，示教器本体和控制手柄之间的物理连接断开。

(2)控制手柄上包括机器人急停按钮和机器人控制的常用按键。控制手柄和机器人的主控制器通过有线连接。控制手柄的外形为扁平状但不限于该形状。

(3)为了实现示教器本体和控制手柄的可靠连接和方便插拔，控制手柄和示教器本体采用磁块吸附的连接方式，或者依靠连接结构将两者固定连接。

(4)示教器本体具有备用电池模块，当控制手柄和示教器本体连接时可对电池充电，当控制手柄和示教器本体断开时，示教器可以维持一定时间的运行，无需重新启动。

使用示教器的方法为：在编写程序时把控制手柄插入示教器本体，示教器和机器人主控制器具有了可靠的物理连接，包括电源和控制信号线，可以通过示教器上的功能对机器人进行控制和编程。编程完成后，把控制手柄从示教器本体中拔出，示教器本体和控制手柄之间失去物理连接，从而使示教器和机器人主控制器断开。控制手柄可以对机器人进行急停、暂停、启动、加速、减速等功能的控制，但不限于这几种功能控制。本发明中的示教器，使用方便，成本低且信号通讯可靠。

实施例1

示教器由如图3所示的示教盒100和如图1所示的控制手柄200组成。控制手柄200设计成适于操作者单手握持的长条形状，其尾部连着软质的线缆210。优选地，控制手柄200的外形为扁平状，其头部小于尾部，这样便于插入示教盒100。控制手柄200正面上部是一个面积较大的急停按钮230，便于对机器人进行急停控制。控制手柄200正面下部是控制机器人日常运作的一系列常用按键220，包括但不限于启动/暂停按键、关闭按键、加速按键、减速按键等，还可以包括模式切换按键。图2所示的是上述控制手柄200的背面，背面上部是磁吸模块240，背面下部是触点250。

图3所示是示教盒100的第一种形式。示教盒100圆角矩形，厚度数厘米，占据正面大部分面积的是一块触控显示屏120，方便编程与设置。作为优选，触控显示屏120采用电容屏，电容屏具有透光率高、反应速度快、使用寿命长等优点。在示教盒100的右侧上部带有一个插槽140，一直向示教盒100内部延伸。插槽140的形状与控制手柄200匹配。示教盒100的右侧中部，是一排整齐排列的常用按键150，包括但不限于启动/暂停按键、关闭按键、加速按键、减速按键、模式切换按钮，这些按钮与控制手柄上的常用按键220一一对应。示教盒100的右侧中部边缘是其电源开关110，长按可启动示教盒100。示教盒100的右侧下部装有点写笔130，点写笔130大部分插入示教盒100的点写笔孔中，点写笔尾端在外，便于拔出使用。当示教盒100的触控显示屏120采用电容屏时，可以不配装上述点写笔，直接用手指在屏上触控操作。

控制手柄200通过线缆210连接至机器人的主控制器，并通过常用按键220控制机器人的日常操作，有线连接与控制的好处是连接稳定、没有延迟，安全可靠。除了上述日常操作，示教器还可对机器人进行编程操作和设置，此时需要用到示教盒100。将控制手柄200通过插槽140插入示教盒100，控制手柄200的触点250与示教盒100内部的触点(图3中未示出)接触，控制手柄200和示教盒100之间实现可靠的物理连接、电气连接与信号连接。因为控制手柄200已与机器人的主控制器实现了有线连接，进而实现示教器和机器人主控制器的电气连接。控制手柄200正面的常用按键220被埋入示教盒100内部而失效，此时依靠示教盒100表面的常用按键150控制机器人的日常操作。当控制手柄200插入示教盒100时，急停按钮230仍裸露在示教盒100外，如图4所示，便于对机器人进行急停控制。当控制手柄200从插槽140拔出后，示教盒100和控制手柄200之间的物理连接断开。

控制手柄200与插槽140设有导向机构，常见的导向机构包括导轨和凹槽。为了不影响控制手柄200的握持手感，在插槽140内部两侧设有导轨，控制手柄200两侧设有与此导轨配合的凹槽，当控制手柄200插入插槽140时，控制手柄200沿导轨进入示教盒100。控制手柄200的背部为磁吸模块240，插槽140与此磁吸模块240对应的部位也设有磁吸模块或金属块。利用磁吸模块240，可将控制手柄200安全吸附在机器人的金属外壳或围栏。

示教盒100装有可充电电池模块，当示教盒100与控制手柄200连接时，对可充电电池模块进行充电。当示教盒100与控制手柄200断开时，控制手柄200能够依靠可充电电池供电工作，继续在其上的编程操作。

示教器的使用方法为：

(1)把控制手柄200插入示教盒100，使两者有可靠的物理连接。

(2)长按电源开关110，启动示教器，通过示教器上的编程界面对机器人进行编程，程序编写完成后，下载程序到机器人主控制器。

(3)通过示教器上的电源开关110关闭示教器操作系统，把控制手柄200拔出。或者，不需关闭电源直接把控制手柄200拔出(进行热插拔)，示教器上的电池能够维持示教器运行一段时间。

(4)示教盒100和控制手柄200分离后，控制手柄200上的常用按键220可以对机器人进行控制，示教盒200可以继续应用于其他机器人的编程。

实施例2

图5展示了示教盒100的第二种形式。示教盒100圆角矩形，厚度数厘米，占据正面左中大部分面积的是一块触控显示屏。在示教盒100的右侧正面带有一个凹陷部160，其大小形状适合与图1中所示的控制手柄200匹配。凹陷部160与控制手柄200对应的部位也设有磁吸模块162，采用磁铁或铁质金属。控制手柄200嵌入凹陷部160，控制手柄200的磁吸模块240与凹陷部160的磁吸模块162紧密吸附，使控制手柄200不脱落，此时控制手柄200的触点250与凹陷部160底面的触点161接触，示教盒100与控制手柄200实现电气连接。因为控制手柄200已与机器人的主控制器提前实现了有线连接，进而实现示教器和机器人主控制器的电气连接。

与实施例1相比，本实施例有如下几点改进：

(1)控制手柄200与示教盒100配合后，控制手柄200上的常用按键220仍起作用，示教盒100不需设置对应的常用按钮，节约了制造成本，增加了可靠性。

(2)实施例1中，为了使控制手柄200在凹槽中顺利进出，控制手柄200设计成如图1中所示的锥形。这种锥形形状减少了使用面积，使按键布局紧促，不利于操作使用，且锥形形状的手柄在被握持时容易从操作者手中滑脱。本实施例中的控制手柄不限于锥形，还可以设置成各种形状，一般为长条形，面积大大增加，手柄两侧可加设防滑条和增加握持手感的波浪形。

实施例3

图6展示了示教盒100的第三种形式。示教盒100圆角矩形，厚度数厘米，占据正面左中大部分面积的是一块触控显示屏。在示教盒100的右侧正面带有一个凹陷部160，其大小形状适合与图1中所示的控制手柄200匹配。在本实施例中，凹陷部160内壁带有弹性卡扣163，控制手柄200对应的部位带有小凹陷。控制手柄200嵌入凹陷部160后，弹性卡扣163被压缩并弹入控制手柄200的小凹陷内，使控制手柄200无法轻易从凹陷部160脱出，此时控制手柄200的触点250与凹陷部160底面的触点161接触，示教盒100与控制手柄200实现电气连接。因为控制手柄200已提前与机器人的主控制器实现有线连接，进而实现示教器和机器人主控制器的电气连接。

需要说明的是，除了使用磁吸模块或者弹性卡扣使之结合之外，本发明使示教盒100与控制手柄200结合的方式还可以有多种。例如，使用螺钉等其他固定部件将控制手柄200固定在凹陷部160。在更简略的实施例中，插槽140或者凹陷部160也可以省略，只要将示教盒100与控制手柄200固定并连接即可，这些方式都应包括在本发明的保护范围内。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。