CN105479468B - 一种远程机器人运动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种远程机器人运动控制器，包括远程操控终端部分和机器人运动控制部分：远程操控终端部分通过二维或三维的模式实时显示当前远程操控机器人各关节状态，故障状态，提供人机交互界面用于远程示教并操控机器人本体，上载机器人运行程序；机器人运动控制部分接收机器人控制指令对机器人各关节进行实时操控、并实时将当前机器人运行的各关节参数及故障发送给远程操控终端部分，下载远程操控终端部分传递的机器人运行程序并保存为文件形式用于控制机器人运动。本发明将机器人运动控制、远程通讯结合在一起，操作者远程操控机器人的运动，获取机器人运行状态，并实现运行程序下载。本发明结构简单，操作便捷，具有广泛推广意义。

Description

一种远程机器人运动控制器

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，具体地，涉及一种远程机器人运动控制器。

背景技术

目前的机器人运动控制都是通过本体手操盒进行操控及示教，由于机器人本体的操控是一种专业程度较高的工作，对操作者本身要求较高。操作者需要在现场编写机器人运行程序并现场调试下载，缺乏技术人员的生产企业难以进行操作及维护，目前市场上还没有一款能够提供远程机器人操控、示教、机器人运行程序下载的控制器。

经对现有技术的检索，申请号为CN201510363369.3、公开号为CN105116785A的中国专利，该发明公开一种多平台远程机器人通用控制系统，包括机器人本体系统与远程控制系统；机器人本体系统安装于机器人本体内，远程控制系统安装于远程控制器中。机器人远程控制器用来实现人机交互，发送任务指令至机器人本体系统；机器人本体系统用来采集环境信息与机器人自身信息，并进行环境辨识，完成地形构建，还对远程控制器发送的指令进行分析，控制机器人本体完成作业。远程控制系统中三维仿真模块用于同步显示机器人模型和环境地形，可导入存储在远程控制系统的主配置文件内的机器人模型，在机器人运行过程中，三维仿真模块根据由后台获得的机器人本体自身信息，驱动三维模型与真实机器人同步运动；同时三维仿真模块根据由后台获得的由机器人本体构建的增量式环境模型，绘制环境地形。上述机器人本体系统与远程控制系统间，采用无线网络进行通讯，独立于本体系统运行平台和远程控制器运行平台。

但是上述机器人控制系统仅仅提供了机器人远程实时操控，并没有提供远程示教及远程运行程序上下载功能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种远程机器人运动控制器，将机器人运动控制、远程通讯结合在一起，操作者不需要在现场就可以操控机器人的运动，获取当前机器人运行状态，并且实现机器人运行程序下载。

为实现以上目的，本发明提供一种远程机器人运动控制器，包括远程操控终端部分和机器人运动控制部分，其中：

所述的远程操控终端部分，通过二维或三维的模式实时显示当前远程操控机器人本体的各关节状态和故障状态，提供人机交互界面用于远程示教并操控机器人本体，上载机器人运行程序；

所述的机器人运动控制部分，接收机器人控制指令对机器人本体的各关节进行实时操控，并实时将当前机器人本体运行的各关节参数及故障信息发送给远程操控终端部分，下载远程操控终端部分传递的机器人运行程序并保存为文件形式用于控制机器人本体运动。

优先的，所述的远程操控终端部分，包括：仿真再现模块、远程示教模块、远程操控模块、远程上载模块、状态及故障检测模块、处理器和终端通讯接口；其中：

所述的仿真再现模块，将当前机器人本体的构型通过二维或三维的模式实施显示；

所述的远程示教模块，提供一种人机交互方式，用于设定在示教过程中机器人本体的各关节的参数，以及动作执行的参数和顺序，并实时获取当前机器人运行的分段轨迹和过渡点；

所述远程操控模块，实时的将远程示教模块进行的人机交互操作之后获取的当前机器人本体运行的分段轨迹、过渡点拟合成机器人本体的运行轨迹并生成机器人可执行的器人控制指令代码，或者将远程操控终端部分内部机器人运行程序转换成机器人控制指令代码；

所述的远程上载模块，将机器人控制指令代码汇总成指令程序并通过终端通讯接口进行程序上传；

所述的状态及故障检测模块，实时通过终端通讯接口获取当前机器人本体各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数，以及当前机器人本体故障的故障码；

所述的处理器，从状态及故障检测模块获取当前机器人本体各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数进行解算，并通过仿真再现模块进行二维或三维的虚拟显示展现；从远程示教模块获取用户操作命令，传递给远程操控模块编译成机器人控制指令，再通过终端通讯接口发送给机器人运动控制器部分，将远程上载模块所汇总得到的指令程序通过终端通讯接口发送给机器人运动控制器部分；

所述的终端通讯接口，基于有线或无线的模式建立远程操控终端部分与机器人运动控制部分之间的通讯交互，从远程操控终端部分获取机器人控制指令传递给机器人运动控制部分，从机器人运动控制部分获取当前机器人本体的各关节参数、状态参数及故障码传递给远程操控终端部分用于显示及操控。

更优先的，所述的仿真再现模块，包括虚拟执行子模块和实时再现子模块，其中：

所述的虚拟执行子模块，从远程示教模块或远程操控终端部分内部机器人运行程序逐行获取机器人控制指令，按照虚拟再现的模式展示出当前机器人本体的各关节运动状态；

所述的实时再现子模块，从状态及故障检测模块获取当前机器人本体各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数，通过虚拟现实的模式进行显示，使得远程操控终端部分所显示的机器人本体的各关节状态以及环境状态与机器人本体的状态一致。

更优先的，所述的各关节的参数包括但不限于各关节角度、速度、加速度和扭矩。

更优先的，所述的故障码包括但不限于机器人本体故障码、各电机驱动故障码。

优先的，所述的远程操控终端部分为一个独立的控制器，或者为嵌入到现有具有通讯接口的计算机内部的程序模块。

优先的，所述的机器人运动控制部分，包括：运动控制通讯接口、操控接口、远程下载接口、状态接口、机器人运动控制子模块；其中：

所述的运动控制通讯接口，基于有线或无线的模式接收从远程操控终端部分获取机器人控制指令，并通过状态接口实时发送当前机器人本体的各关节参数、状态参数及故障码；

所述的操控接口，将获取的机器人控制指令编译成机器人本体运动控制可执行的动作指令，用于机器人本体运动轨迹控制；

所述的远程下载接口，通过运动控制通讯接口获取远程操控终端部分的远程上载模块上载的机器人运行程序，作为文件的模式保存在机器人运动控制部分的存储空间内用于执行；

所述的状态接口，获取当前机器人本体各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数以及故障码通过运动控制通讯接口传递给远程操控终端部分；

所述的机器人运动控制子模块，接收机器人控制指令，实时控制机器人本体各关节的角度、速度、加速度、扭矩；

更优先的，所述的机器人控制指令为一端指令代码，用于命令机器人本体执行相应的动作操作。

更优先的，所述的机器人运行程序为一系列机器人控制指令所组成的逐行控制机器人本体各关节运动的代码。

本发明中在远程机器人运动控制中设计了提供远程示教及远程运行程序上下载功能：远程操控终端部分可以在实时操控的基础上把关键示教的分段轨迹和过渡点进行同步上传，拟合成机器人运行轨迹并生成机器人可执行的机器人控制指令代码。机器人运动控制部分将若干生成的机器人控制指令代码进行汇总生成机器人运行程序，通过远程运行程序上下载功能传递给机器人本体的机器人运动控制部分的存储空间，机器人操作人员就可以不通过远程操控在机器人本体所在地完成对机器人的简单操作，大大降低了对现场机器人操作人员的技术要求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明将机器人运动控制、远程通讯结合在一起，针对缺乏技术人员的生产企业难以进行机器人现场编程、操作及维护的问题，本发明所涉及的远程机器人运动控制器使得机器人操作人员可以远程完成对机器人的操控、示教和机器人运行程序的下载，机器人现场调试人员只需要简单的操作就可以完成机器人的使用，大大降低了现场操作人员的技术要求。本发明结构简单，操作方便，具有广泛推广意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的远程机器人运动控制器示意图，

图中：1-机器人本体、2-机器人运动控制部分、3-远程操控终端部分；

图2为本发明一实施例的远程操控终端部分组成示意图，

图中：4-仿真再现模块、5-远程示教模块、6-远程操控模块、7-远程上载模块、8-状态及故障检测模块、9-处理器、10-终端通讯接口；

图3为本发明一实施例的机器人运动控制部分组成示意图，

图中：11-运动控制通讯接口、12-操控接口、13-远程下载接口、14-状态接口、15-机器人运动控制子模块；

图4为本发明一实施例的基于以太网的终端通讯接口示意图；

图5为本发明一实施例的基于移动通讯的终端通讯接口示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例提供一种远程机器人运动控制器，包括：远程操控终端部分3和机器人运动控制部分2，其中：

所述的远程操控终端部分3，通过二维或三维的模式实时显示当前远程操控机器人本体1的各关节状态、故障状态，提供人机交互界面用于远程示教并操控机器人本体1，上载机器人运行程序；

所述的机器人运动控制部分2，接收机器人控制指令对机器人本体1各关节进行实时操控、并实时将当前机器人本体1运行的各关节参数及故障发送给远程操控终端部分2，下载远程操控终端部分2传递的机器人运行程序并保存为文件形式用于控制机器人本体1运动。

如图2所示，作为一个优选实施方式，所述的远程操控终端部分3，包括仿真再现模块4、远程示教模块5、远程操控模块6、远程上载模块7、状态及故障检测模块8、处理器9和终端通讯接口10，具体的：

所述仿真再现模块4将当前机器人本体1的构型通过二维或三维的模式实施显示，包括虚拟执行子模块和实时再现子模块，其中：

虚拟执行子模块，从远程示教模块5或远程操控终端部分3内部机器人运行程序逐行获取机器人控制指令，按照虚拟再现的模式展示出当前机器人本体1的各关节运动状态；实时再现子模块，从状态及故障检测模块8获取当前机器人本体1各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数，通过虚拟现实的模式进行显示，使得远程操控终端部分3所显示的机器人本体1各关节状态以及环境状态与机器人本体1的状态一致；

所述远程示教模块5提供一种人机交互方式，用于设定在示教过程中的机器人本体1各关节的参数，以及动作执行的参数和顺序，并实时获取当前机器人运行的分段轨迹和过渡点；

所述远程操控模块6可以实时的将远程示教模块5进行的人机交互操作之后获取的当前机器人本体1运行的分段轨迹、过渡点拟合成机器人本体1的运行轨迹并生成机器人可执行的器人控制指令代码，也可以将远程操控终端部分3内部机器人运行程序转换成机器人控制指令代码；

所述远程上载模块7将机器人控制指令代码汇总成指令程序并通过终端通讯接口10进行程序上传；

所述状态及故障检测模块8实时通过终端通讯接口10获取当前机器人本体1各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数，以及当前机器人本体1故障的故障码；

所述处理器9从状态及故障检测模块8获取的当前机器人本体1各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数进行解算，并通过仿真再现模块4进行二维或三维的虚拟显示展现，从远程示教模块5获取用户操作命令，传递给远程操控模块6编译成机器人控制指令，再通过终端通讯接口10发送给机器人运动控制器部分2，将远程上载模块7汇总得到的程序指令通过终端通讯接口10发送给机器人运动控制器部分2；

终端通讯接口10基于有线或无线的模式建立远程操控终端部分3与机器人运动控制部分2之间的通讯交互，从远程操控终端部分3获取机器人控制指令传递给机器人运动控制部分2，从机器人运动控制部分2获取当前机器人本体1的各关节参数、状态参数及故障码传递给远程操控终端部分3用于显示及操控。

作为一个优选实施方式，所述的终端通讯接口10基于以太网(如图4所示)；或者，所述的终端通讯接口10基于移动通讯(如图5所示)。

本实施例中，所述的远程操控终端部分3可以是一个独立的控制器，也可以是嵌入到现有的具有通讯接口的计算机内部的程序模块。

如图3所示，作为一个优选实施方式，所述的机器人运动控制部分2，包括：运动控制通讯接口11、操控接口12、远程下载接口13、状态接口14、机器人运动控制子模块15，具体的：

所述运动控制通讯接口11基于有线或无线的模式接收从远程操控终端部分3获取机器人控制指令，并通过状态接口14实时发送当前机器人本体1的各关节参数、状态参数及故障码；

操控接口12将获取的机器人控制指令编译成机器人本体1运动控制可执行的动作指令用于机器人本体1运动轨迹控制；

远程下载接口13通过运动控制通讯接口11获取远程操控终端部分3的远程上载模块7上载的机器人运行程序，作为文件的模式保存在机器人运动控制部分2的存储空间内用于执行；

状态接口14获取当前机器人本体1各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数以及故障码通过运动控制通讯接口11传递给远程操控终端部分3；

机器人运动控制子模块15接收机器人控制指令，实时控制机器人本体1各关节的角度、速度、加速度、扭矩。

操作者通过远程示教模块5进行人机交互，设定在示教过程中的机器人本体1各关节的参数，以及动作执行的参数和顺序，远程进行操控，并通过状态及故障检测模块8经由终端通讯接口10获取当前机器人本体1各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数，仿真再现模块4将这些参数通过二维或三维的模式实施显示；经过处理器9的处理，计算出当前机器人本体1运行的分段轨迹和过渡点，再由远程操控模块6将分段轨迹、过渡点拟合成机器人本体1的运行轨迹并生成机器人本体1可执行的器人控制指令代码；远程上载模块7再将机器人控制指令代码汇总成机器人运行指令程序并通过终端通讯接口10进行程序上传。

运动控制通讯接口11可以基于有线或无线的模式从远程操控终端部分3获取机器人控制指令，操控接口12将获取的机器人控制指令编译成机器人本体1运动控制可执行的动作指令用于机器人本体1运动轨迹控制，并通过状态接口14实时发送当前机器人本体1的各关节参数、状态参数及故障码给远程操控终端部分3；运动控制通讯接口11也可以获取远程操控终端部分3的远程上载模块7上载的机器人运行程序给远程下载接口13，作为文件的模式保存在机器人运动控制部分2的存储空间内用于执行。

本发明将机器人运动控制、远程通讯结合在一起，针对缺乏技术人员的生产企业难以进行机器人现场编程、操作及维护的问题，本发明所涉及的远程机器人运动控制器使得机器人操作人员可以远程完成对机器人的操控、示教和机器人运行程序的下载，机器人现场调试人员只需要简单的操作就可以完成机器人的使用，大大降低了现场操作人员的技术要求。本发明结构简单，操作方便，具有广泛推广意义。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种远程机器人运动控制器，其特征在于，包括远程操控终端部分和机器人运动控制部分，其中：

所述的远程操控终端部分，通过二维或三维的模式实时显示当前远程操控机器人本体的各关节状态和故障状态，提供人机交互界面用于远程示教并操控机器人本体，上载机器人运行程序；

所述的机器人运动控制部分，接收机器人控制指令对机器人本体的各关节进行实时操控，并实时将当前机器人本体运行的各关节参数及故障信息发送给远程操控终端部分，下载远程操控终端部分传递的机器人运行程序并保存为文件形式用于控制机器人本体运动；

所述的远程操控终端部分，包括：仿真再现模块、远程示教模块、远程操控模块、远程上载模块、状态及故障检测模块、处理器和终端通讯接口；其中：

所述的仿真再现模块，将当前机器人本体的构型通过二维或三维的模式实施显示；

所述的远程示教模块，提供一种人机交互方式，用于设定在示教过程中机器人本体的各关节的参数，以及动作执行的参数和顺序，并实时获取当前机器人运行的分段轨迹和过渡点；

所述远程操控模块，实时的将远程示教模块进行的人机交互操作之后获取的当前机器人本体运行的分段轨迹、过渡点拟合成机器人本体的运行轨迹并生成机器人可执行的器人控制指令代码，或者将远程操控终端部分内部机器人运行程序转换成机器人控制指令代码；

所述的远程上载模块，将机器人控制指令代码汇总成指令程序并通过终端通讯接口进行程序上传；

所述的状态及故障检测模块，实时通过终端通讯接口获取当前机器人本体各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数，以及当前机器人本体故障的故障码；

所述的处理器，从状态及故障检测模块获取当前机器人本体各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数进行解算，并通过仿真再现模块进行二维或三维的虚拟显示展现；从远程示教模块获取用户操作命令，传递给远程操控模块编译成机器人控制指令，再通过终端通讯接口发送给机器人运动控制器部分，将远程上载模块所汇总得到的指令程序通过终端通讯接口发送给机器人运动控制器部分；

所述的终端通讯接口，基于有线或无线的模式建立远程操控终端部分与机器人运动控制部分之间的通讯交互，从远程操控终端部分获取机器人控制指令传递给机器人运动控制部分，从机器人运动控制部分获取当前机器人本体的各关节参数、状态参数及故障码传递给远程操控终端部分用于显示及操控；

所述的仿真再现模块，包括虚拟执行子模块和实时再现子模块，其中：

所述的虚拟执行子模块，从远程示教模块或远程操控终端部分内部机器人运行程序逐行获取机器人控制指令，按照虚拟再现的模式展示出当前机器人本体的各关节运动状态；

所述的实时再现子模块，从状态及故障检测模块获取当前机器人本体各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数，通过虚拟现实的模式进行显示，使得远程操控终端部分所显示的机器人本体的各关节状态以及环境状态与机器人本体的状态一致；

所述的机器人运动控制部分，包括：运动控制通讯接口、操控接口、远程下载接口、状态接口、机器人运动控制子模块；其中：

所述的运动控制通讯接口，基于有线或无线的模式接收从远程操控终端部分获取机器人控制指令，并通过状态接口实时发送当前机器人本体的各关节参数、状态参数及故障码；

所述的操控接口，将获取的机器人控制指令编译成机器人本体运动控制可执行的动作指令，用于机器人本体运动轨迹控制；

所述的远程下载接口，通过运动控制通讯接口获取远程操控终端部分的远程上载模块上载的机器人运行程序，作为文件的模式保存在机器人运动控制部分的存储空间内用于执行；

所述的状态接口，获取当前机器人本体各关节的角度、速度、加速度、扭矩参数以及故障码，通过运动控制通讯接口传递给远程操控终端部分；

所述的机器人运动控制子模块，接收机器人控制指令，实时控制机器人本体各关节的角度、速度、加速度、扭矩。

2.根据权利要求1所述的一种远程机器人运动控制器，其特征在于，所述的各关节的参数包括各关节角度、速度、加速度和扭矩中一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种远程机器人运动控制器，其特征在于，所述的故障码包括机器人本体故障码、各电机驱动故障码中一种或多种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种远程机器人运动控制器，其特征在于，所述的远程操控终端部分为一个独立的控制器，或者所述的远程操控终端部分为嵌入到现有具有通讯接口的计算机内部的程序模块。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种远程机器人运动控制器，其特征在于，所述的机器人控制指令为一端指令代码，用于命令机器人本体执行相应的动作操作。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种远程机器人运动控制器，其特征在于，所述的机器人运行程序为一系列机器人控制指令所组成的逐行控制机器人本体各关节运动的代码。