CN106182020A - 一种基于同步机器人的机器人操作示教系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于同步机器人的机器人操作示教系统及方法，该系统包含：机器人本体；信号处理显示控制模块，与机器人本体通信连接；同步操作机器人模块，为机器人本体的等比例微缩3D模型，各关节处均设置与信号处理显示控制模块通信连接的第一传感器，在操作人员对同步操作机器人模块进行操作示教时，检测各关节的实时运动变化信息及位置姿势信息，通过信号处理显示控制模块控制机器人本体的各关节同步运动。本发明中，操作人员在仅控制同步操作机器人模块的同时就能完成操作示教，快速高效精确，提高临场感，降低操作难度，缓解疲劳；并通过提前观察同步操作机器人模块的状态，有效预测可能发生的碰撞，保证操作人员与机器人本体的安全。

Description

一种基于同步机器人的机器人操作示教系统及方法

技术领域

本发明涉及一种机器人操作示教系统及方法，具体是指一种基于同步机器人的机器人操作示教系统及方法。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，机器人在各个行业领域的广泛应用，使得人类能够从各种繁重危险的工作中解脱出来。当机器人在各个行业被深入应用后，对机器人的要求也逐步提高。

目前，传统的机器人操作示教方法一般采用操作人员手持示教器全方位多角度逐一调试，因此导致操作人员工作时间长、劳动强度大、易疲劳。

基于上述，目前亟需提供一种快速高效的机器人操作示教系统及方法，用以将操作人员从繁重的示教任务中解脱出来，减轻操作人员在对机器人进行操作以及示教中的负担。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于同步机器人的机器人操作示教系统及方法，能够克服传统机器人操作示教方法中需要操作人员手持示教器全方位多角度逐一调试而导致的操作人员工作时间长、劳动强度大、易疲劳等缺点。

为实现上述目的，本发明提供一种基于同步机器人的机器人操作示教系统，包含：机器人本体；信号处理显示控制模块，其与所述的机器人本体通信连接；同步操作机器人模块，其为所述的机器人本体的等比例微缩3D模型，该同步操作机器人模块的各个关节处均设置有与所述的信号处理显示控制模块通信连接的第一传感器，在操作人员对同步操作机器人模块进行操作示教时，用于检测其各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息，并通过信号处理显示控制模块控制机器人本体的各个关节同步运动，实现对机器人本体的操作示教。

所述的机器人本体的各个关节处均设置有与所述的信号处理显示控制模块通信连接的第二传感器，用于检测机器人本体的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息，并传输至信号处理显示控制模块。

所述的信号处理显示控制模块包含：信息采集模块，其分别与同步操作机器人模块上的各个第一传感器、以及机器人本体上的各个第二传感器通信连接，同时接收同步操作机器人模块和机器人本体的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息；信息处理模块，其与所述的信息采集模块通信连接，对接收到的同步操作机器人模块和机器人本体的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息进行处理，检测机器人本体的各个关节的位置姿势与同步操作机器人模块的各个对应关节的位置姿势是否相同，并识别操作人员对于同步操作机器人模块的各个关节的操作而产生的实时运动变化信息；机器人控制模块，其与所述的信息处理模块通信连接，根据识别到的同步操作机器人模块的各个关节的实时运动变化信息或者位置姿势信息，生成对应的机器人驱动控制信号；信息传递模块，其分别与所述的机器人控制模块以及机器人本体的各个关节通信连接，将接收到的机器人驱动控制信号传输至机器人本体，控制机器人本体的各个关节按照同步操作机器人模块的对应关节的运动轨迹进行同步运动，使得机器人本体与同步操作机器人模块同步运动以完成操作示教，或者控制机器人本体的各个关节进行运动调整，使其位置姿势与同步操作机器人模块保持一致。

所述的同步操作机器人模块上的各个第一传感器与信号处理显示控制模块的信息采集模块之间采用有线方式或无线方式连接，实现关节实时运动变化信息以及位置姿势信息的传输。

所述的信号处理显示控制模块还包含：信息显示模块，其与所述的信息采集模块通信连接，实时显示同步操作机器人模块和机器人本体的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息。

所述的信号处理显示控制模块还包含：工作模式转换模块，其与所述的信息处理模块通信连接，控制信号处理显示控制模块工作在同步操作机器人模块与机器人本体的同步运动模式下，或者控制信号处理显示控制模块工作在单独操作机器人本体的单独运动模式下。

本发明还提供一种基于同步机器人的机器人操作示教方法，其基于上述的机器人操作示教系统实现，包含以下步骤：

S1、对同步操作机器人模块与机器人本体进行初始化，使同步操作机器人模块与机器人本体在开始操作示教之前，具有相同的位置姿势构型；

S2、操作人员对同步操作机器人模块的各个关节进行调节操作，由第一传感器对各个关节的实时运动变化信息进行检测，并通过信号处理显示控制模块控制机器人本体的各个关节同步运动，实现对机器人本体的操作示教。

所述的S1中，具体包含以下步骤：

S11、信息采集模块同时接收由第一传感器检测到的同步操作机器人模块的各个关节的位置姿势信息，以及由第二传感器检测到的机器人本体的各个关节的位置姿势信息；

S12、信息处理模块对接收到的同步操作机器人模块和机器人本体的各个关节的位置姿势信息进行处理，检测机器人本体的各个关节的位置姿势与同步操作机器人模块的各个对应关节的位置姿势是否相同；如两者位置姿势相同，则执行S2；如两者位置姿势存在差异，则执行S13；

S13、由操作人员判断同步操作机器人模块所处的周围环境是否存在安全隐患；如其所处环境安全，则直接执行S14；如其所处环境存在安全隐患，则由操作人员将同步操作机器人模块调整到周围环境安全的合适位置，并继续执行S14；

S14、机器人控制模块根据检测到的同步操作机器人模块的各个关节的位置姿势信息，生成对应的机器人驱动控制信号；

S15、信息传递模块将接收到的机器人驱动控制信号传输至机器人本体，以控制其各个关节进行运动调整，使其位置姿势与同步操作机器人模块保持一致。

所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、由操作人员对同步操作机器人模块的各个关节进行操作，并由第一传感器检测同步操作机器人模块的各个关节的实时运动变化信息；

S22、信息采集模块接收同步操作机器人模块的各个关节的实时运动变化信息，并由信息处理模块进行识别处理；

S23、机器人控制模块根据识别到的同步操作机器人模块的各个关节的实时运动变化信息，生成对应的机器人驱动控制信号；

S24、信息传递模块将接收到的机器人驱动控制信号传输至机器人本体，控制机器人本体的各个关节按照同步操作机器人模块的对应关节的运动轨迹进行同步运动，使得机器人本体与同步操作机器人模块同步运动以完成操作示教。

本发明提供的基于同步机器人的机器人操作示教系统及方法，操作人员在仅控制同步操作机器人模块的同时就能完成操作示教，快速高效的控制机器人本体完成精确的空间任务，提高临场感，有效降低操作难度，缓解操作人员疲劳；并通过提前观察同步操作机器人模块的状态，能有效预测可能发生的碰撞，保证操作人员与机器人本体的安全。

附图说明

图1为本发明中基于同步机器人的机器人操作示教系统的结构示意图；

图2为本发明中基于同步机器人的机器人操作示教方法的基本流程图；

图3为本发明中基于同步机器人的机器人操作示教方法的详细流程图。

具体实施方式

以下结合图1～图3，详细说明本发明的一个优选实施例。

如图1所示，为本发明提供的基于同步机器人的机器人操作示教系统，包含：机器人本体3；信号处理显示控制模块2，其与所述的机器人本体3通信连接；同步操作机器人模块1，其为所述的机器人本体3的等比例微缩3D模型，该同步操作机器人模块1的各个关节等关键位置处均设置有与所述的信号处理显示控制模块2通信连接的第一传感器11，在操作人员对同步操作机器人模块1进行操作示教时，用于检测其各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息，并通过信号处理显示控制模块2控制机器人本体3的各个关节同步运动，实现对机器人本体3的操作示教。

优选的，所述的同步操作机器人模块1的具体微缩比例以人体工程操作习惯为参考，也就是达到操作人员的人手易于完成操作的大小为参考。

所述的机器人本体3的各个关节32等关键位置处均设置有与所述的信号处理显示控制模块2通信连接的第二传感器31，用于检测机器人本体3的各个关节32的实时运动变化信息以及位置姿势信息，并传输至信号处理显示控制模块2。

所述的信号处理显示控制模块2包含：信息采集模块21，其分别与同步操作机器人模块1上的各个第一传感器11、以及机器人本体3上的各个第二传感器31通信连接，同时接收同步操作机器人模块1和机器人本体3的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息；信息处理模块22，其与所述的信息采集模块21通信连接，对接收到的同步操作机器人模块1和机器人本体3的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息进行处理，检测机器人本体3的各个关节的位置姿势与同步操作机器人模块1的各个对应关节的位置姿势是否相同，并识别操作人员对于同步操作机器人模块1的各个关节的操作而产生的实时运动变化信息；机器人控制模块23，其与所述的信息处理模块22通信连接，根据识别到的同步操作机器人模块1的各个关节的实时运动变化信息或者位置姿势信息，生成对应的机器人驱动控制信号；信息传递模块24，其分别与所述的机器人控制模块23以及机器人本体3的各个关节32通信连接，将接收到的机器人驱动控制信号传输至机器人本体3，控制机器人本体3的各个关节32按照同步操作机器人模块1的对应关节的运动轨迹进行同步运动，使得机器人本体3与同步操作机器人模块1同步运动以完成操作示教，或者控制机器人本体3的各个关节32进行运动调整，使其位置姿势与同步操作机器人模块1保持一致。

本实施例中，所述的同步操作机器人模块1上的各个第一传感器11与信号处理显示控制模块2的信息采集模块21之间采用有线方式或无线方式连接，实现关节实时运动变化信息以及位置姿势信息的传输。

本实施例中，所述的信息处理模块22对接收到的同步操作机器人模块1和机器人本体3的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息进行传输过程中的误差补偿，以提高同步操作机器人模块1与机器人本体3同步运动的精确度。

所述的信号处理显示控制模块2还包含：信息显示模块25，其与所述的信息采集模块21通信连接，实时显示同步操作机器人模块1和机器人本体3的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息；本实施例中，该信息显示模块25的显示方式为数据与3D画面同时显示。

所述的信号处理显示控制模块2还包含：工作模式转换模块26，其与所述的信息处理模块22通信连接，控制信号处理显示控制模块2工作在同步操作机器人模块1与机器人本体3的同步运动模式下，或者控制信号处理显示控制模块2工作在单独操作机器人本体3的单独运动模式下。

如图2所示，本发明还提供一种基于同步机器人的机器人操作示教方法，其基于上述的机器人操作示教系统实现，包含以下步骤：

S1、对同步操作机器人模块1与机器人本体3进行初始化，使同步操作机器人模块1与机器人本体3在开始操作示教之前，具有相同的位置姿势构型，避免在两者位置姿势相差较大的情况下，因机器人本体3突然运动而造成危险；

S2、操作人员对同步操作机器人模块1的各个关节进行调节操作，由第一传感器11对各个关节的实时运动变化信息进行检测，并通过信号处理显示控制模块2控制机器人本体3的各个关节32同步运动，实现对机器人本体3的操作示教。

如图3所示，所述的S1中，具体包含以下步骤：

S11、信息采集模块21同时接收由第一传感器11检测到的同步操作机器人模块1的各个关节的位置姿势信息，以及由第二传感器31检测到的机器人本体3的各个关节的位置姿势信息；

S12、信息处理模块22对接收到的同步操作机器人模块1和机器人本体3的各个关节的位置姿势信息进行处理，检测机器人本体3的各个关节的位置姿势与同步操作机器人模块1的各个对应关节的位置姿势是否相同；如两者位置姿势相同，则执行S2；如两者位置姿势存在差异，则执行S13；

S13、由操作人员判断同步操作机器人模块1所处的周围环境是否存在安全隐患，例如同步操作机器人模块1是否会在后续的运动过程中与障碍物发生碰撞等；如其所处环境安全，则直接执行S14；如其所处环境存在安全隐患，则由操作人员将同步操作机器人模块1调整到周围环境安全的合适位置，并继续执行S14；

S14、机器人控制模块23根据检测到的同步操作机器人模块1的各个关节的位置姿势信息，生成对应的机器人驱动控制信号；

S15、信息传递模块24将接收到的机器人驱动控制信号传输至机器人本体3，以控制其各个关节32进行运动调整，使其位置姿势与同步操作机器人模块1保持一致。

如图3所示，所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、由操作人员对同步操作机器人模块1的各个关节进行操作，并由第一传感器11检测同步操作机器人模块1的各个关节的实时运动变化信息；

S22、信息采集模块21接收同步操作机器人模块1的各个关节的实时运动变化信息，并由信息处理模块22进行识别处理；

S23、机器人控制模块23根据识别到的同步操作机器人模块1的各个关节的实时运动变化信息，生成对应的机器人驱动控制信号；

S24、信息传递模块24将接收到的机器人驱动控制信号传输至机器人本体3，控制机器人本体3的各个关节32按照同步操作机器人模块1的对应关节的运动轨迹进行同步运动，使得机器人本体3与同步操作机器人模块1同步运动以完成操作示教。

综上所述，本发明提供的基于同步机器人的机器人操作示教系统及方法，其中同步操作机器人模块为机器人本体的等比例微缩3D模型，通过对同步操作机器人模块的控制使机器人本体到达指定位置指向，具有以下优点和有益效果：

首先，针对传统的机器人操作示教方法及系统，操作人员需要手持示教器全方位多角度的逐一调试；而本发明中，操作人员在仅控制同步操作机器人模块的同时就能完成操作示教，快速高效的控制机器人本体完成精确的空间任务，提高临场感，有效降低操作难度，缓解操作人员疲劳。

其次，本发明通过在操作示教之前，提前观察同步操作机器人模块的状态，能有效预测可能发生的碰撞，与传统的操作人员靠经验判断的方式有本质区别，可有效保证操作人员与机器人本体的安全。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于同步机器人的机器人操作示教系统，其特征在于，包含：

机器人本体（3）；

信号处理显示控制模块（2），其与所述的机器人本体（3）通信连接；

同步操作机器人模块（1），其为所述的机器人本体（3）的等比例微缩3D模型，该同步操作机器人模块（1）的各个关节处均设置有与所述的信号处理显示控制模块（2）通信连接的第一传感器（11），在操作人员对同步操作机器人模块（1）进行操作示教时，用于检测其各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息，并通过信号处理显示控制模块（2）控制机器人本体（3）的各个关节（32）同步运动，实现对机器人本体（3）的操作示教。

2.如权利要求1所述的基于同步机器人的机器人操作示教系统，其特征在于，所述的机器人本体（3）的各个关节（32）处均设置有与所述的信号处理显示控制模块（2）通信连接的第二传感器（31），用于检测机器人本体（3）的各个关节（32）的实时运动变化信息以及位置姿势信息，并传输至信号处理显示控制模块（2）。

3.如权利要求2所述的基于同步机器人的机器人操作示教系统，其特征在于，所述的信号处理显示控制模块（2）包含：

信息采集模块（21），其分别与同步操作机器人模块（1）上的各个第一传感器（11）、以及机器人本体（3）上的各个第二传感器（31）通信连接，同时接收同步操作机器人模块（1）和机器人本体（3）的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息；

信息处理模块（22），其与所述的信息采集模块（21）通信连接，对接收到的同步操作机器人模块（1）和机器人本体（3）的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息进行处理，检测机器人本体（3）的各个关节的位置姿势与同步操作机器人模块（1）的各个对应关节的位置姿势是否相同，并识别操作人员对于同步操作机器人模块（1）的各个关节的操作而产生的实时运动变化信息；

机器人控制模块（23），其与所述的信息处理模块（22）通信连接，根据识别到的同步操作机器人模块（1）的各个关节的实时运动变化信息或者位置姿势信息，生成对应的机器人驱动控制信号；

信息传递模块（24），其分别与所述的机器人控制模块（23）以及机器人本体（3）的各个关节（32）通信连接，将接收到的机器人驱动控制信号传输至机器人本体（3），控制机器人本体（3）的各个关节（32）按照同步操作机器人模块（1）的对应关节的运动轨迹进行同步运动，使得机器人本体（3）与同步操作机器人模块（1）同步运动以完成操作示教，或者控制机器人本体（3）的各个关节（32）进行运动调整，使其位置姿势与同步操作机器人模块（1）保持一致。

4.如权利要求3所述的基于同步机器人的机器人操作示教系统，其特征在于，所述的同步操作机器人模块（1）上的各个第一传感器（11）与信号处理显示控制模块（2）的信息采集模块（21）之间采用有线方式或无线方式连接，实现关节实时运动变化信息以及位置姿势信息的传输。

5.如权利要求3所述的基于同步机器人的机器人操作示教系统，其特征在于，所述的信号处理显示控制模块（2）还包含：信息显示模块（25），其与所述的信息采集模块（21）通信连接，实时显示同步操作机器人模块（1）和机器人本体（3）的各个关节的实时运动变化信息以及位置姿势信息。

6.如权利要求3所述的基于同步机器人的机器人操作示教系统，其特征在于，所述的信号处理显示控制模块（2）还包含：工作模式转换模块（26），其与所述的信息处理模块（22）通信连接，控制信号处理显示控制模块（2）工作在同步操作机器人模块（1）与机器人本体（3）的同步运动模式下，或者控制信号处理显示控制模块（2）工作在单独操作机器人本体（3）的单独运动模式下。

7.一种基于同步机器人的机器人操作示教方法，其基于如权利要求1～6中任一项所述的机器人操作示教系统实现，其特征在于，包含以下步骤：

S1、对同步操作机器人模块（1）与机器人本体（3）进行初始化，使同步操作机器人模块（1）与机器人本体（3）在开始操作示教之前，具有相同的位置姿势构型；

S2、操作人员对同步操作机器人模块（1）的各个关节进行调节操作，由第一传感器（11）对各个关节的实时运动变化信息进行检测，并通过信号处理显示控制模块（2）控制机器人本体（3）的各个关节（32）同步运动，实现对机器人本体（3）的操作示教。

8.如权利要求7所述的基于同步机器人的机器人操作示教方法，其特征在于，所述的S1中，具体包含以下步骤：

S11、信息采集模块（21）同时接收由第一传感器（11）检测到的同步操作机器人模块（1）的各个关节的位置姿势信息，以及由第二传感器（31）检测到的机器人本体（3）的各个关节的位置姿势信息；

S12、信息处理模块（22）对接收到的同步操作机器人模块（1）和机器人本体（3）的各个关节的位置姿势信息进行处理，检测机器人本体（3）的各个关节的位置姿势与同步操作机器人模块（1）的各个对应关节的位置姿势是否相同；如两者位置姿势相同，则执行S2；如两者位置姿势存在差异，则执行S13；

S13、由操作人员判断同步操作机器人模块（1）所处的周围环境是否存在安全隐患；如其所处环境安全，则直接执行S14；如其所处环境存在安全隐患，则由操作人员将同步操作机器人模块（1）调整到周围环境安全的合适位置，并继续执行S14；

S14、机器人控制模块（23）根据检测到的同步操作机器人模块（1）的各个关节的位置姿势信息，生成对应的机器人驱动控制信号；

S15、信息传递模块（24）将接收到的机器人驱动控制信号传输至机器人本体（3），以控制其各个关节（32）进行运动调整，使其位置姿势与同步操作机器人模块（1）保持一致。

9.如权利要求7所述的基于同步机器人的机器人操作示教方法，其特征在于，所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、由操作人员对同步操作机器人模块（1）的各个关节进行操作，并由第一传感器（11）检测同步操作机器人模块（1）的各个关节的实时运动变化信息；

S22、信息采集模块（21）接收同步操作机器人模块（1）的各个关节的实时运动变化信息，并由信息处理模块（22）进行识别处理；

S23、机器人控制模块（23）根据识别到的同步操作机器人模块（1）的各个关节的实时运动变化信息，生成对应的机器人驱动控制信号；

S24、信息传递模块（24）将接收到的机器人驱动控制信号传输至机器人本体（3），控制机器人本体（3）的各个关节（32）按照同步操作机器人模块（1）的对应关节的运动轨迹进行同步运动，使得机器人本体（3）与同步操作机器人模块（1）同步运动以完成操作示教。