CN107303670A - 通用协作机器人、机器人系统及通用协作机器人执行操作任务的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于人机协作的协作机器人，特别是一种通用协作机器人、机器人系统及通用协作机器人执行操作任务的方法。所述通用协作机器人包括机械手及示教器。所述机械手具有对接机构，所述对接机构用于对接动作执行机构。所述示教器用于记忆动作执行机构的运动轨迹，并控制动作执行机构的按照记忆的轨迹工作，所述示教器与动作执行机构通信连接。本发明通用协作机器人实现了全自动更换握爪、工夹具等系统，极大了提高了通用性能。

Description

通用协作机器人、机器人系统及通用协作机器人执行操作任 务的控制方法

技术领域

本发明涉及一种协作机器人，特别是一种通用协作机器人、机器人系统及通用协作机器人执行操作任务的方法。

背景技术

机器人能够逐渐取代人力完成单调、重复性高、危险性强的工作之时，协作机器人也将会慢慢渗入各个工业领域，与人机协同工作。协作机器人面向小零件组装的解决方案。协作机器人拥有软垫包裹的机械臂、力传感器和嵌入式安全系统，因此可以与人类并肩工作，没有任何障碍。由于其尺寸小，可以将它安装在普通的工作台上。现有技术中的机器人仍然存在操作不便有待改进的地方。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种通用性能强的通用协作机器人、机器人系统及通用协作机器人执行操作任务的方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种通用协作机器人，其特征在于，所述通用协作机器人包括：

机械手，所述机械手具有对接机构，所述对接机构用于对接动作执行机构；

示教器，所述示教器用于记忆动作执行机构的运动轨迹，并控制动作执行机构的按照记忆的轨迹工作，所述示教器与动作执行机构通信连接。

根据本发明的一个实施例，所述示教器包括控制器；所述机械手设置有识别装置，所述识别装置用于识别动作执行机构的身份标签；所述识别装置与所述控制器通信连接；所述控制器根据所述识别装置从动作执行机构的身份标签获得的信息判断动作执行机构的身份，并根据动作执行机构的身份控制动作执行机构的工作。

根据本发明的一个实施例，所述识别装置包括读取单元，所述读取单元用于读取动作执行机构的身份标签，并将获得的身份信息输送至控制器。

本发明中的身份标签可以是条形码、二维码或者数字编号、图形等信息。

根据本发明的一个实施例，所述读取单元包括射频识别读写器、扫描仪或摄像头。所述射频识别读写器选自RFID。

读取单元根据身份标签的类型确定，如采用摄像头拍摄二维码识别，采用扫描仪扫描二维码识别等。

根据本发明的一个实施例，所述示教器包括存储模块，所述存储模块用于存储多个控制单元；每一个所述控制单元均用于控制一种动作执行机构。

根据本发明的一个实施例，所述示教器包括查询单元，所述查询单元用于查询所述存储模块中是否存储有与用于和机械手对接的动作执行机构相对应的控制单元，当所述查询单元查询所述存储器中存在与动作执行机构相对应的控制单元时，所述控制器根据对应的控制单元控制动作执行机构的工作。

根据本发明的一个实施例，所述示教器还包括网络通信连接单元；当所述查询单元在所述存储模块中没有找到对应的控制单元时，所述控制器利用所述网络通信连接单元与外部网络连接，以寻找与动作执行机构相对应的控制单元。

根据本发明的一个实施例，所述示教器包括控制器和输入装置，所述输入装置用于向所述控制器输入指令。

根据本发明的一个实施例，所述机械手具有握持部，所述输入装置设置于所述握持部。

根据本发明的一个实施例，所述输入装置为物理按钮。

根据本发明的一个实施例，所述物理按钮沿所述机械手圆周和/或长度方向分布。

根据本发明的一个实施例，所述输入装置为触摸屏，所述触摸屏用于显示指令输入按钮，并用于接受按压以向所述控制器输入指令。

根据本发明的一个实施例，所述触摸屏沿所述机械手圆周和/或长度方向设置。

根据本发明的一个实施例，所述触摸屏为弧形，设置在所述握持部外表面。

根据本发明的一个实施例，所述握持部为圆柱形。

根据本发明的一个实施例，所述触摸屏可拆卸地设置在所述机械手上。

根据本发明的一个实施例，所述输入装置与所述控制器为一体式结构。

根据本发明的一个实施例，所述机器人还包括传感器，所述传感器设置在所述机械手上，以感应所述机械手的运动姿态，并将运动姿态信号传输至所述控制单元。

根据本发明的一个实施例，还包括线缆；所述机械手具有管腔；所述线缆容置在所述管腔内。

根据本发明的一个实施例，所述控制器为逻辑可编程控制器。

机械手，所述机械手用于执行操作任务，所述机械手具有管腔；

优选地，所述线缆包括电源线、信号线中的至少一种。

优选地是，所述动作执行机构为气动机构。

优选地是，所述气体输送装置设置在所述机械手的管腔内。

优选地，所述机械手具有关节，所述关节具有关节管腔；所述线缆至少为两根，该至少两根线缆设置为彼此分离地通过所述机械手的关节管腔。

优选地，所述机械手包括防绕件，所述防绕件用于阻止所述线缆彼此缠绕；所述防绕件设置在所述关节管腔内；所述防绕件具有沿所述机械手的管腔的延伸方向贯穿开设的安装通孔；

每一个所述安装通孔仅通过一个所述线缆地设置。

优选地，所述安装通孔为圆孔。

优选地，所述机械手还包括线缆管，所述线缆管设置在所述机械手的管腔内；所有线缆均容置在所述线缆管的管腔内。

优选地，所述线缆管具有管主体及基座；

所述基座具有与所述管主体连通的气体通道；

所述防绕件容置在所述基座的管腔内。

优选地，所述气体通道与所述防绕件的安装通孔间隔设置。

优选地，所述气体通道为多个，该多个气体通道环绕所述防绕件设置，且沿所述安装通孔的延伸方向呈放射状分布。

优选地，所述握持部设置在所述机械手的腕部。

优选地，还包括电路板，所述电路板容置在所述机械手的管腔内，所述电路板用于电连接和/或通信连接。

优选地，所述机械手的腕部开设有连接通孔；所述连接通孔连通所述机械手的管腔与所述机械手的侧壁外侧；

优选地是，所述触摸屏为圆环状、弧片状或平板状。

优选地，所述机械手的握持部开设有卡槽，所述触摸屏卡设在所述卡槽内。

优选地，所述动作执行机构包括电机。

优选地，所述操控模块包括至少一个控制单元，每一个所述控制单元用于控制所述动作执行机构执行一种操作任务。

优选地，所述控制单元的数量可增加地设置。

优选地，每一个所述控制单元用于控制对应所述动作执行机构的参数的可调节地设置。

优选地，每一个所述控制单元用于控制对所述动作执行机构的参数包括速度、位置及动作。

优选地，所述操控模块采用单片机或微处理器实现所述控制单元的控制功能。

本发明还提供一种机器人系统，所述机器人系统包括：

所述机器人系统包括多个动作执行机构及如前所述的通用协作机器人；所述多个动作执行机构与所述机械手可拆卸地连接。

本发明还提供一种通用协作机器人执行操作任务的控制方法，其包括步骤：

提供机械手，所述机械手具有对接动作执行机构的对接机构；所述机械手具有示教器，所述示教器包括控制器、查询单元和存储模块；所述存储模块存储有对应不同的动作执行机构的控制单元；所述机械手设置有识别装置；所述识别装置与所述控制单元通信连接；

提供动作执行机构；

所述识别装置读取所述动作执行机构的身份信息，并将该身份信息输送至所述控制器；

所述查询单元所述存储模块中是否存在与动作执行机构相对应的控制单元，如有，则控制器调取该控制单元中的控制程序控制动作执行机构；

对接，所述机械手的对接机构与动作执行机构进行对接；

拖拽所述动作执行机构移动，并在需要记忆的位置点向控制器输送指令，示教器记忆动作执行机构的轨迹信息及在其中的选定的位置所需的动作信息；

示教器根据记忆的信息控制动作执行机构沿记忆的轨迹信息移动，并在选定的位置点执行需要的动作。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还包括网络通信连接单元；但所述查询单元在所述存储器中未发现所述动作执行机构对应的控制单元时，所述控制方法还包括步骤，所述控制器通过所述网络通信连接单元通过网络与外部通信，寻找存储于其他存储装置中的控制程序。如存储于其他服务器中的控制程序。

与现有技术相比，本发明通用协作机器人可以对接多种动作执行机构，通过识别装置识别动作执行机构的身份以判断动作执行机构的类型，并根据动作执行机构的类型调用对应的控制程序，使其完成相应的工作。本发明中的通用协作机器人，既可以记忆动作执行机构的运动轨迹，也可以记忆在选定的位置点该动作执行机构的动作信息，从而使得本发明的机械人系统能够更好地适应自动化操作的需要。本发明通用协作机器人实现了全自动更换握爪、工夹具等系统，极大了提高了通用性能，扩展了适用范围，有助于自动化操作的推广。

附图说明

图1为本发明提供的一种通用协作机器人的结构示意图。

图2为本发明提供的一种通用协作机器人的一种实施方式的各部件模块的配合关系示意图。

图3为图2的通用协作机器人的另一种实施方式的在不需要联网时的各部件模块的配合关系示意图。

图4为图3的通用协作机器人在联网时的各部件模块的配合关系示意图。

图5为图3的机器人系统的各个控制单元与动作执行机构的映射关系图。

图6为图2的通用协作机器人的又一个实施例的各模块部件的方框图。

图7为图6示出的控制单元与参数设置、具体操作任务的映射关系图。

图8为图6示出的显示模式的状态与所述协作机器人的运行状态的映射关系图。

图9为图2的通用协作机器人的又一个实施例的各模块部件的配合关系的方框图。

图10为图9中的通用协作机器人的另一种各模块部件的配合方框图。

图11为图9、图10的通用协作机器人的机械手的运动姿态与运作状态信息的显示方式之间的映射图。

图12为图1中的通用协作机器人的编校装置设置在关节上的结构示意图。

图13为图12中的编校装置设置在关节上时沿B-B线的剖视图。

图14为图13示出的防绕件的结构示意图。

图15为图14的防绕件的另一个视角的结构示意图。

图16为图13示出的线缆管的结构示意图。

图17为本发明提供的一种通用协作机器人执行操作任务的方法的步骤图。

图18为图17的一种通用协作机器人执行操作任务的方法的另一种实施方式的步骤图。

图19为本发明提供的另外一种通用协作机器人执行操作任务的方法的步骤图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

实施例一：

请参阅图1及图2，所述通用协作机器人101包括机械手10、示教器24及识别装置34。所述示教器24、所述识别装置34分别设置在所述机械手10上。在本实施例中，为了减小占用空间且便于保护器件，所述示教器24及所述识别装置34均设置在所述机械手10的管腔内。所述示教器24包括多个控制单元以及存储单元22。如图2所示的控制器包括控制单元1、控制单元2、控制单元3至控制单元n。

所述机械手10可以移动、运转并与对应动作执行机构(图中未示出)配合以执行各种操作任务。所述机械手10包括关节，以提升多维度活动自由度。在本实施例中，所述机械手10包括六个关节12及两个连杆，也即是六轴机械手。所述机械手10还包括电力装置、动力装置、气管及输入输出接口等。所述机械手10具有对接机构11。所述对接机构11用于对接动作执行机构。

需要说明的是，在本发明中所提及的“机械手(或对接机构)与动作执行机构对接”指的是“动作执行机构与机械手实现稳固地机械连接、电力、控制信号以及气管的连接，以使得动作执行机构能够执行相应的操作任务”。动作执行机构根据所要执行的具体操作任务，可以包括各种类型的握爪、工夹具，譬如拧螺丝机、打孔机等。当然，动作执行机构可以通过旋转电机、减速电机或马达等动力机构实现动力输出。

请参阅图3及图4，所述控制器与所述对接机构11通信连接，以用于控制当前动力执行机构所要执行的操作。每一个所述控制单元均用于控制一个动作执行机构。所述控制单元包括机器人控制程序。每一个所述机器人控制程序用于操控对应的动作执行机构完成某一种特定操作任务、工作或功能，也即是预先建立所述示教器24与对应动作执行机构的一一对应的映射控制关系。所述示教器24可以采用单片机或微处理器实现控制功能。当然，所述示教器24也可以为特定的布图线路。在本实施例中，所述机器人控制程序可以存储在特定的存储模块或者互联网服务器，从而便于扩展应用、提高通用性能。可以想到的是，可以采用单片机或微处理器同时完成控制及存储功能。

请参阅图3及图4，所述识别装置34与所述控制器通信连接，以用于识别动作执行机构的身份标签，且在所述机械手10完成与对应动作执行机构的对接时触发所述示教器24执行对该动作执行机构的控制。所述识别装置34包括读取单元31。所述读取单元31用于读取动作执行机构的身份标签。根据动作执行机构的身份标签的类别的不同，所述读取单元31采用相应的读取结构。譬如，动作执行机构的身份标签为条形码时，所述读取单元31为条形码扫描器。当动作执行机构的的身份标签为电子标签，也即是RFID(Radio FrequencyIdentification，射频识别)时，所述读取单元31为射频识别读写器。当身份标签为二维码或者图形、数字编号等可为摄像头拍摄识别的信息时，读取单元31为摄像头。

所述识别装置34还可以包括触发单元33。所述触发单元33用于触发与当前动作执行机构对应的所述示教器24。所述触发单元33可以采用触发器件、触发电路、逻辑控制程序或单片机实现触发功能。

所述控制器还包括查询单元35。所述查询单元35用于查询与当前动作执行机构相对应的所述控制单元。在本实施例中，为了精简结构及提高反应速度，所述查询单元35设置为首先在存储模块22中查询对应的所述控制单元。也即是，所述查询单元35首先在所述通用协作机器人100自带的所述示教器24中查询。

为了提高通用扩展性能，所述控制器还包括判断单元37及网络通信连接单元39。所述判断单元37设置为在所述查询单元35在所述存储模块22中没有查询到对应所述控制单元时，打开所述网络通信连接单元39以使得所述查询单元35在互联网中查询对应当前动作执行机构的所述控制单元。所述判断单元37可以采用相应的逻辑元器件或逻辑程序实现其判断功能。互联网(英文名称：Internet)，又称作网际网络、因特网等。所述互联网连接单元39可以包括相应的网络接入设备、网络接口等。由于生产生活中对于机器人所要实现的具体操作任务(或功能)的要求层出不穷，相应的在互联网中就具有各种各样的丰富、不断更新的所述控制单元中的控制程序。在本实施例中，所述查询单元35能够在互联网中查询能够实现对应功能的机器人控制程序，并且将该机器人控制程序进行下载到所述存储模块22中以便于后续使用，从而提高动作执行机构的响应速度。

实施例二：

请参阅图6至图8，本发明还提供所述通用协作机器人101的另一种实施方式。该实施例二与实施例一的不同之处在于：所述机械手10具有握持部(由于握持部与触摸屏20重叠，因而图中未示出)。所述握持部用于操作人员拖拽以使得所述按照需要的轨迹移动。在本实施例中，所述握持部位于所述机械手10的自由端的腕部。所述握持部开设有卡槽。所述卡槽用于安装所述触摸屏20。当然，所述握持部也可以设置卡扣、插接配合结构等以实现安装配合。

所述机械手10包括动作执行机构15。所述动作执行机构15用于执行具体的操作。所述动作执行机构15包括电机或马达等动力装置。在本实施例中，所述动作执行机构15包括减速电机。根据不同需要，所述动作执行机构15可以采用握爪或螺旋连接结构与对应的打孔机、螺丝机或者用于插接元器件的机构等具体工具配合。所述动作执行机构15还可以采用气动元件。

所述触摸屏20包括按压单元21。所述按压单元21用于在机械手10学习过程中输入指令。所述按压单元21设置为与所述机械手10的握持部重叠，从而在通过外力拖拽实现所述机械手10的学习功能时，外力能够同时作用在所述按压单元21及所述握持部。因而，相较于传统操作过程，避免了操作人员一只手进行拖拽，另一只手进行学习过程的控制，也即是所述触摸屏20的设置便利了操作。

所述按压单元21包括机械按钮或触摸按钮中的至少一种。所述按压单元21可以为使能按钮。所述按钮的数量根据需要而选择。在本实施例中，为了便于操控且提供操控的舒适感，所述按压单元21全部采用触摸按钮。也即是，所述触摸按钮在UI(User Interface,交互界面)系统上显示。

为了进一步便于操作，所述触摸屏20可拆卸地设置在所述机械手10上。在需要对所述机械手10进行控制、操作时，所述触摸屏20安装在所述机械手10上。而在不需要对机械手10进行控制、操作时，所述触摸屏20从所述机械手10上拆卸下来，从而便于进行维护、编辑等处理。

为了便于实现学习功能，所述示教器24还包括定义模块23。所述定义模块23与所述按压单元21通信连接。所述定义模块23用于定义所握持部所经过的路径、停留点以及在停留点所要做的操作任务。经过一次拖拽学习，所述定义模块23能够学习、存储该执行流程，并且能够重复执行。

为了便于实现所述机械手10对动作执行机构15的控制，所述示教装置还包括操控模块25。所述操控模块25可以采用单片机或微处理器实现控制功能。所述操控模块25还可以包括PIC(Programmable Interrupt Controller，可编程中断控制器)。所述操控模块25包括至少一个控制单元251。需要说明的是，在图4中，为了清晰说明，采用了区别性地标号，譬如控制单元251a用于控制钻孔，控制单元251b用于拧螺丝，控制单元251n用于插设元器件。为了便利地说明，在本发明中如无特殊的说明，编号统一为控制单元251。每一个控制单元251用于控制所述动作执行机构15执行一种操作任务。为了提高操作的便利，所述控制单元251的数量可以所要执行的操作任务的数量而增减。为了提高通用性能，每一个所述控制单元251用于控制对应所述动作执行机构15的参数可调节地设置，即可编程处理。在本实施例中，每一个所述控制单元251用于控制对应所述动作执行机构15的参数可以包括速度、位置及动作中的至少一种。也即是，所述控制单元251可以控制所述动作执行机构15执行具体操作的速度、位置及动作均可以调节。

所述触摸屏20的具体形状根据安装及操控需要而选择。譬如，所述触摸屏20的具体形状可以为圆环状或平板状等。在本实施例中，所述触摸屏20为弧片状，也即是开放的一段环。所述触摸屏20卡设在所述卡槽内。

为了显示工作状体以便于进行后续操作处理，所述触摸屏20还包括显示单元27。所述显示单元27具有多种显示模式271(图5示出了三种显示模式271a、271b及271n，为了便利说明，在本发明中如果特殊说明统一采用标号271)。每一种所述显示模式271均用于显示所述机械手10的一种工作状态。在本实施例中，所述显示模式271包括用于显示停机故障的红色模式，用于显示待机的黄色模式及用于显示正常运行的绿色模式。当然，根据功能不同，所述显示模式271的数量及类型都可以调整。

为了使得扩展性能、通用性能更强，所述协作机器人100包括示教器。所述示教器(teach pendant)30与所述编校装置20通信连接。可以想到的是，示教器又叫示教编程器，用来注册和存储机械运动或处理记忆的设备，该设备是由电子系统或计算机系统执行的。

实施例三：

请参阅图9，本发明还提供所述通用协作机器人100的另一种实施方式。该实施例三与实施例一的不同之处在于：

所述触摸屏20设置在所述机械手10上以跟随所述机械手10运动。所述触摸屏20包括显示单元25。所述显示单元25具有显示所述机械手10的运转状态信息的显示区域。所述显示单元25可以采用液晶显示屏实现显示功能。所述显示单元25可以具有触摸功能。所述显示区域可以为液晶显示屏上能够显示文字、图形或影像等的区域。所述显示单元25设置为可将机械手10的运转状态信息移动至所述显示区域的不同位置，从而使得所述机械手10处于不同运动位置时仍然便于人眼观察。

为了实现精确操控，所述示教器还包括控制单元27。所述控制单元27设置为根据所述机械手10的运动姿态而将该机械手10的状态信息移动至所述显示区域的不同位置。所述控制单元27可以采用单片机或者微处理器等完成其控制、处理功能。所述单片机或微处理器可以包括相应的计算机通用处理程序。所述控制单元27可以根据所述机械手10的运动姿态而将该机械手10的状态信息移动至所述显示区域的不同位置。

所述机械手10的运动姿态包括转动或相对于人体的远近移动，也即是直线运动或曲线运动。在本发明中所提及的机械手10的“状态信息”可以是“钻孔”、“拧螺丝”等具体执行操作任务的名称，也可以是“绿灯、正常(运行)”、“黄灯、待机”、或“红灯、故障”等颜色图标、运行状态中的至少一个，还可以是“开始”、“结束”、“加速”、“减速”操作功等信息。

需要说明的是，所述显示单元25的显示区域为一块液晶显示屏的整个显示区域时，所述状态信息大致可以显示在显示屏上的中部区域、上部区域、下部区域、左部区域或右部区域。根据显示精度、最佳显示视角，可以将显示屏细分为以长度、宽度形成平面坐标，所述状态信息可以显示在该平面坐标系上的具体位置。

为了便于操控，在本实施例中，所述触摸屏20还包括按压单元21。所述按压单元21用于所述机械手10的学习过程。所述按压单元21设置为与所述机械手10的握持部重叠，从而在通过外力拖拽实现所述机械手10的学习功能时，外力能够同时作用在所述按压单元21及所述握持部。此时，只需要采用一只手进行操作。因而，相较于传统操作过程，避免了操作人员一只手进行拖拽，另一只手进行学习过程的控制，也即是所述触摸屏20的设置便利了操作。

所述按压单元21包括机械按钮或触摸按钮中的至少一种。所述按压单元21可以为使能按钮。所述按钮的数量根据需要而选择。在本实施例中，为了便于操控且提供操控的舒适感，所述按压单元21全部采用触摸按钮。也即是，所述触摸按钮通过UI(User Interface,交互界面)系统实现操作。在本实施例中，所述按压单元21通过所述显示单元25显示。

为了进一步便于操作，所述编校装置20可拆卸地设置在所述机械手10上。在需要对所述机械手10进行控制、操作时，所述触摸屏20安装在所述机械手10上。而在不需要对机械手10进行控制、操作时，所述触摸屏20从所述机械手10上拆卸下来，从而便于进行维护、编辑等处理。

所述触摸屏20的具体形状根据安装需要、功能实现需要而选择。在所述机械手10相对于人体(观察者或操作者)靠近或远离地移动时，为了便于人眼清晰、舒适地查看所述显示单元25所显示的状态信息，所述触摸屏20的形状可以为闭环状(具体可以为圆环状、椭圆环状或不规则环状)、弧片状(即开环状)或平板状，均可以实现所述状态信息通过相对于人眼的距离的调整而达到清晰、舒适地显示。一般而言，所述机械手10在初始为较近的姿态时移动至较远的姿态时，所述显示单元25上显示的状态信息可以移动至靠近人眼的显示区域，或者通过增大所显示的状态信息的图形、文字的显示特征，或者改变所显示的状态信息的颜色(譬如更醒目、更能为人眼视网膜所接收的颜色)。必须考虑地是，人眼对视觉信息的感知存在个体差异，人体(观察者或操作者)可以根据自身偏好通过所述控制单元27进行相应参数的调节，从而达到个人最清晰、最舒适地显示状态。

为了精准、实时地感应所述机械手10的运动姿态，所述机器人100还包括人体感应装置36。所述人体感应装置36用于感应人体(观察者或操作者)相对于所述显示单元25的位置，并将人体的位置信号发送给所述控制单元27。所述人体感应装置36可以包括人体红外线传感器、人体接近开关或接近感应电路等。

下面具体说明所述机械手10远离或靠近人体时，所述显示单元25上所述显示的状态信息如何移动至显示区域上的特定位置。需要说明的是，所述机械手10可以以任意方式远离或靠近人体，譬如直线运动或曲线运动等。所述人体感应装置36将感应到的人体位置信号发送至所述控制单元27。所述控制单元27根据该人体位置信号判断是否改变所述机械手10的状态信息、是否移动该状态信息、移动至那个特定显示区域、是否增大状态信息的字体和/图形、是否改变状态信息的颜色。根据人眼实现舒适、清晰观察的个人差异，可以设置状态信息改变的具体参数。譬如，所述机械手10在远离人体时，在移动距离小于20厘米时，所述控制单元27设置为保持原状态信息的显示状态不改变；在移动距离大于等于20厘米且小于等于50厘米时，所述控制单元27设置为将原状态信息移动至离人体较近的距离、增大显示字体和/图形或将状态信息的颜色(选择人眼敏感度高的颜色)；在移动距离大于50厘米时，所述控制单元27设置为将原状态信息移动至离人体最近的距离，且同时增大显示字体、图形及改变状态信息的颜色。反之，所述机械手10在靠近人体时，为了清晰、舒适的观察，所述控制单元27设置为将原状态信息移动至远离人体、缩小显示字体和/或图形或者改变状态信息的颜色(选择为人眼敏感度低的显示颜色)。当然，上述内容仅用于说明以便于理解机械手10原理或靠近人体时，所述显示单元25如何移动至显示区域上的特定位置。本领域技术技术人员在了解本发明的基础上可以根据个体差异进行具体数值的设置、所述状态信息的具体显示状态的改变。

实施例四：

请参阅图10及图11，本发明实施例四与实施例三的不同之处在于：

为了满足多样化的操作任务要求，所述机械手10的运动姿态也相应多种多样。因而，为了便于实时、准确地感应所述机械手10的运动姿态，所述机器人100还包括传感器40。所述传感器40设置在所述机械手10上，以感应所述机械手10的运动姿态，并将运动姿态信号传输至所述控制单元27。可以想到的是，所述传感器40能够将感应到的运动姿态转变化为所述控制单元27能够接收、处理以电信号形式传输的运动姿态信号。为了感应不同的运动姿态，所述传感器40包括陀螺仪、加速度计或磁场测量仪中的至少一种。根据选择传感器的不同，所述传感器40可以感应所机械手10的各种不同的运动姿态。

下面具体说明所述机械手10在转动时，所述控制单元27如何将该机械手10的状态信息显示在所述显示单元25上的特定区域。所述传感器40感应所述机械手10的转动，并将转动姿态信号发送至所述控制单元27。所述控制单元27根据转动姿态信号将原状态信息进行逆向转动，以便于人眼清晰、舒适的观察。由于人眼的视角具有一定的可视范围，因而个体差异，人体可以通过所述控制单元27调整将原状态信息逆向转动角度。譬如，在所述机械手10转动的角度小于等于25度时，所述控制单元27设置为保持原状态信息的显示角度；在所述机械手10的转动角度大于25度且小于90度时，所述控制单元27设置控制所述状态信息逆向转动45度；在所述机械手10的转动角度大于等于60度且小于等于180度时，所述控制单元27设置为控制所状态信息逆向转动120度。在所述机械手10的转动角度大于180度且小于270度时，所述控制单元27设置为控制所述状态信息正向转动90度；在所述机械手10的转动角度大于等于270且小于等于330度时，所述控制单元27设置为控制所述状态信息正向转动30度；在所述机械手10的转动角度大于330度且小于360度时，所述控制单元27设置为控制所述状态信息保持原显示角度。上述对应角度转动关系，仅用于本领域技术人员理解本发明。本领域技术人员在了解本发明的基础上，可以根据需要而选择与所述机械手10转动角度相对应的状态信息的转动关系，譬如也可以在所述机械手10转动特定角度时，所述控制单元27设置为控制所述状态信息逆向转动或正向转动至原显示角度，也即是无论所述机械手10如何转动，所述状态信息的显示角度(即位置)始终保持不变。

为了便于实现显示角度的变化，所述编校装置20可以为闭环状或弧片状(即开环状)。具体地，闭环状可以为圆环状、椭圆环状、矩形环状或不规则环状。弧片状，也即是开环状。为了节省材料，所述编校装置20为开环状的圆心角的选择只要能够根据所述机械手10的常规转动角度范围而实现清晰、舒适地观察即可。

实施例五：

请参阅图12至图16，本发明实施例五与实施例一的不同之处在于：所述通用协作机器人100还包括线缆(图中未示出)。所述机械手具有管腔。所述线缆内置在所述机械手10内。

所述线缆可以包括电源线、信号线或气管中的至少一种。根据所机械手10所要实现功能的不同，所述线缆的数量及种类都可以根据需要而选择。在本实施例中，所述线缆的数量至少为四根，该至少四根线缆设置为彼此分离地通过所述机械手10的关节管腔18。

为了进一步避免所述线缆的缠绕，特别是在所述机械手10的关节发生转动时容易发生的缠绕，不同的所述线缆之间彼此分离地通过所述机械手10的关节管腔18。

在本实施例中，所述机械手10包括防绕件19。所述防绕件19用于防止所述线缆彼此缠绕。所述防绕件19设置在所述关节管腔18内。所述防绕件19具有沿所述机械手10的管腔的延伸方向贯穿开设地安装通孔191。每一个所述安装通孔191仅通过一个所述线缆地设置。所述防绕件19在跟随所述关节转动或者不发生转动的情况下，每一个所述线缆均不会与另外一个所述线缆发生缠绕。所述防绕件19的整体外部形状可以根据容置在所述关节管腔18内的安装需要而选择。所述防绕件19可以为块状、圆板状、四边形板状或不规则板状等。并且，每一个所述防绕件19的具体形状及机构可以根据不同的关节的安装配合结构、容置空间的不同而不同。所述安装通孔191的数量、具体分布、形状及孔径大小根据对应穿设的线缆的不同而选择。为了尽可能减小转动时对线缆可能产生的摩擦力，每一个所述安装通孔191均设置为圆形通孔。当然，每一个所述安装通孔共191的孔径大小可以不同。

为了避免线缆与机械手10的其他部件相互干扰以保护线缆，所述机械手10还包括线缆管44。所述线缆管44设置在所述机械手10的管腔18内。所述线缆管44用于容置所有线缆，从而使得所有线缆规律、整体性强且受到保护。所述线缆管44可以为圆管。在本实施例中，所述线缆管44包括管主体441及基座445。所述管主体441为圆管状。所述管主体441设置在所述基座445上，且与所述基座445同轴设置。所述基座445设置为圆环状。所述基座445上开设有气体通孔446。所述气体通道446与所述管主体441的管腔相连通。所述气体通道446可以自己传输用作动力的压缩气体，也可以通过管道(譬如软管)布置在该气体通道446内进行压缩气体的传输。在本实施例中，所述气体通道446为多个。该多个所述气体通道446沿所述防绕件19的安装通孔191的延伸方向呈放射状分布。

为了充分利用空间且提升气体、电力及信号对接的精准度，所述防绕件19容置在所述线缆管44的基座445的管腔内。所述多个气体通道446环绕所述防绕件19设置，也即是包裹所述防绕件19设置。所述气体通道446与所述防绕件19的安装通孔19之间间隔设置，从而实现了气电分离，进一步提升了安全性能。

为了便于提高元器件的集成度且提高电连接、通信连接的稳定，所述机器人系统100还包括电路板29。所述电路板29容置在所述机械手10的管腔18内。所述电路板29用于电连接、通信连接等功能。在本实施例中，为了便于操控及便于实现拖拽学习，所述触摸屏20设置在所述机械手10的腕部，即最终与握爪、夹具等动作执行机构连接并带动握爪、夹具运转的部分。为了避免连接稳定性能受到影响、避免影响占用过大空间及简洁性，在本实施例中，所述机械手10的腕部开设有连接通孔131。所述连接通孔131连接所述机械手10的管腔与所述机械手10的侧壁外侧，也即是所述连接通孔131沿所述机械手10的径向贯穿开设。相应地，所述机械手10的管腔沿该机械手10的轴向延伸设置。所述编校装置20通过布置在所述连接通孔131内的连接件(图中未示出)或导线(图中未示出)与所述电路板29连接。所述连接通孔131为四个，且沿沿圆环均匀分布呈一周。

实施例六：

请继续参阅图1至图5，本发明还提供一种机器人系统100。所述机器人系统包括动作执行机构模组80及如实施例一所述的通用协作机器人101。

所述动作执行机构模组80包括多个动作执行机构(81、82、8n)。每一个所述动作执行机构均用于执行一种特定的操作任务。多个动作执行机构可以散落、无规律的放置，也可以按照特定规律进行排列放置，从而形成所述动作执行机构模组。所述动作执行机构模组80可以为一个装载有多个动作执行机构的工具箱。所述动作执行机构模块的动作执行机构的种类、数量及排序均可以根据需要而选择。为了提高对接速度及可重复操作的精度，每一个所述动作执行机构均包括与所述机械手的对接机构进行对配的对配结构。需要说明的是，所述对配结构可以为磁铁装置，可以为卡扣(对接机构则为卡槽)或螺钉等，只要能够实现对接即可，也即是在实现稳定机械连接时，从而可以便利地设置对应连接的电气、控制连接等。

实施例七：

请参阅图17，本发明还提供一种通用协作机器人执行操作任务的方法103。所述通用协作机器人执行操作任务的方法103用于操控实施例一记载的所述通用协作机器人100的如何工作的具体步骤。

所述通用协作机器人执行操作任务的方法103包括如下步骤：

S301：对接，提供机械手10及动作执行机构，所述机械手具有对接机构，将所述对接机构与所述动作执行机构进行对接；

S302：识别，提供识别装置34，识别当前动作执行机构的身份标签；

S303：触发，提供示教器24，所述识别装置34根据识别到的身份标签触发对应所述示教器24；

S304：控制，所述控制单元控制当前动作执行机构执行操作任务。

为了实现控制功能的可编辑、新建、删除以提高通用性能，所述示教器24包括机器人控制程序。所述机器人控制程序能够根据不同的应用需求而进行相应的编辑、新建、删除操作。

请参阅图18，为了提升控制所述动作执行机构的响应速度及操作效率，根据操作需要及操作频率等，所述示教器24为多个，且该每一个示教器24用于控制一种动作执行机构。此时，所述通用协作机器人执行操作任务的方法103还包括步骤：

S305：查询，提供查询单元35，所述查询单元35查询与当前动作执行机构相对应的所述控制单元或示教器。

为了存储多个所述控制单元或示教器，所述通用协作机器人执行操作任务的方法103还包括步骤：

S306：存储，提供存储模块22，将多个所述控制单元或示教器存储在所述存储模块中。

为了提供通用扩展性能，以在所述存储模块存储的控制单元或示教器24的数量不充足，不能够满足新增操作任务需要时，所述通用协作机器人执行操作任务的方法103还包括步骤：

S307：判断，提供判断单元37，所述判断单元37判断所述查询单元35是否在所述存储模块中找到了对应当前动作执行机构的所述控制单元或示教器24；

S308：联网，提供互联网连接单元，所述互联网连接单元在所述判断单元37判断出所述查询单元35在所述存储模块中没有找到对应当前动作执行机构的所述控制单元或示教器24时接入互联网；

S309：再查询，所述查询单元35接入互联网并在互联网中查询对应当前动作执行机构的所述示教器24。

实施例八：

请参阅图19，本发明还提供一种通用协作机器人执行操作任务的方法104。所述通用协作机器人执行操作任务的方法104包括以下步骤：

S401：命令输入，提供用于输入操作命令的命令输入模块，在所述命令输入模块上输入命令，以控制动作执行机构所要执行的操作任务；

S402：配对，提供配对模块(图中未示出)，将所述配对模块与所述命令输入模块进行通信连接，所述配对模块查找用于执行所述命令的动作执行机构；所述配对模块可以采用单片机或微处理器实现其功能。

S403：对接，提供机械手10及动作执行机构，所述机械手10具有对接机构，将所述对接机构与所述动作执行机构进行对接；

S404：控制，提供示教器24，所述控制单元根据通过所述命令输入模块所输入的命令控制当前动作执行机构执行操作任务。

为了便于操作，所述命令输入模块为UI(User Interface，人机交互)界面系统。

以上仅为本发明较佳的实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (22)

1.一种通用协作机器人，其特征在于，所述通用协作机器人包括：

机械手，所述机械手具有对接机构，所述对接机构用于对接动作执行机构；

示教器，所述示教器用于记忆动作执行机构的运动轨迹，并控制动作执行机构的按照记忆的轨迹工作，所述示教器与动作执行机构通信连接。

2.根据权利要求1所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述示教器包括控制器；所述机械手设置有识别装置，所述识别装置用于识别动作执行机构的身份标签；所述识别装置与所述控制器通信连接；所述控制器根据所述识别装置从动作执行机构的身份标签获得的信息判断动作执行机构的身份，并根据动作执行机构的身份控制动作执行机构的工作。

3.根据权利要求2所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述识别装置包括读取单元，所述读取单元用于读取动作执行机构的身份标签，并将获得的身份信息输送至控制器。

4.根据权利要求3所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述读取单元包括射频识别读写器、扫描仪或摄像头。

5.根据权利要求2所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述示教器包括存储模块，所述存储模块用于存储多个控制单元；每一个所述控制单元均用于控制一种动作执行机构。

6.根据权利要求5所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述示教器包括查询单元，所述查询单元用于查询所述存储模块中是否存储有与用于和机械手对接的动作执行机构相对应的控制单元，当所述查询单元查询所述存储器中存在与动作执行机构相对应的控制单元时，所述控制器根据对应的控制单元控制动作执行机构的工作。

7.根据权利要求6所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述示教器还包括网络通信连接单元；当所述查询单元在所述存储模块中没有找到对应的控制单元时，所述控制器利用所述网络通信连接单元与外部网络连接，以寻找与动作执行机构相对应的控制单元。

8.根据权利要求1所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述示教器包括控制器和输入装置，所述输入装置用于向所述控制器输入指令。

9.根据权利要求8所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述机械手具有握持部，所述输入装置设置于所述握持部。

10.根据权利要求8或9所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述输入装置为物理按钮。

11.根据权利要求10所述的通用协作机器人，其特征在于：所述物理按钮沿所述机械手圆周和/或长度方向分布。

12.根据权利要求8或9所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述输入装置为触摸屏，所述触摸屏用于显示指令输入按钮，并用于接受按压以向所述控制器输入指令。

13.根据权利要求12所述的通用协作机器人，其特征在于：所述触摸屏沿所述机械手圆周和/或长度方向设置。

14.根据权利要求13所述的通用协作机器人，其特征在于：所述触摸屏为弧形，设置在所述握持部外表面。

15.根据权利要求14所述的通用协作机器人，其特征在于：所述握持部为圆柱形。

16.根据权利要求12所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述触摸屏可拆卸地设置在所述机械手上。

17.根据权利要求8所述的通用协作机器人，其特征在于：所述输入装置与所述控制器为一体式结构。

18.根据权利要求1所述的通用协作机器人，其特征在于：

所述机器人还包括传感器，所述传感器设置在所述机械手上，以感应所述机械手的运动姿态，并将运动姿态信号传输至所述控制单元。

19.根据权利要求1所述的通用协作机器人，其特征在于：

还包括线缆；所述机械手具有管腔；所述线缆容置在所述管腔内，用于为机械手供电。

20.根据权利要求1所述的通用协作机器人，其特征在于：所述控制器为逻辑可编程控制器。

21.一种机器人系统，其特征在于，所述机器人系统包括多个动作执行机构及如权利要求1至20中任一项所述的通用协作机器人；

所述多个动作执行机构与所述机械手可拆卸地连接。

22.一种通用协作机器人执行操作任务的控制方法，其特征在于，包括步骤：

提供机械手，所述机械手具有对接动作执行机构的对接机构；所述机械手具有示教器，所述示教器包括控制器、查询单元和存储模块；所述存储模块存储有对应不同的动作执行机构的控制单元；所述机械手设置有识别装置；所述识别装置与所述控制单元通信连接；

提供动作执行机构；

所述识别装置读取所述动作执行机构的身份信息，并将该身份信息输送至所述控制器；

所述查询单元所述存储模块中是否存在与动作执行机构相对应的控制单元，如有，则控制器调取该控制单元中的控制程序控制动作执行机构；

对接，所述机械手的对接机构与动作执行机构进行对接；

拖拽所述动作执行机构移动，并在需要记忆的位置点向控制器输送指令，示教器记忆动作执行机构的轨迹信息及在其中的选定的位置所需的动作信息；示教器根据记忆的信息控制动作执行机构沿记忆的轨迹信息移动，并在选定的位置点执行需要的动作。