CN107571271A - 一种基于vr的机器人培训示教器 - Google Patents

Abstract

一种基于VR的机器人培训示教器，用于机器人培训。VR培训示教器用于在培训中操作人员操控机器人。包括1.进行基本参数的设定，如速度、坐标系与运行模式等；2.直接发出控制指令操作机器人；3.通过编程控制机器人运动；4.作为培训教程专用的界面和命令。从功能上分，培训示教器包括：机器人系统介绍、机器人运动、机器人投入运行、执行机器人程序、程序模块的使用、创建/更改运动指令、逻辑功能利用。

Description

一种基于VR的机器人培训示教器

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种基于VR的机器人培训示教器。

背景技术

示教器又叫示教编程器，是机器人控制系统的核心部件，是一个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。公告号为CN204720012U的专利文件，公开了“一种机器人示教器，包括壳体，所述壳体具有上表面、下表面和外周侧面，所述壳体的上表面上设置有切换开关、紧急停止开关、触摸式显示屏、以及多个功能按键区，所述壳体的下表面上安装有使能开关，所述壳体内还安装有控制模块，且所述切换开关、紧急停止开关、触摸式显示屏、多个功能按键区、以及使能开关皆分别电连接于所述控制模块”，但是，现有的示教器都是厂商定制，使得使用工业机器人厂商提供的示教器进行用户培训的系统也较为昂贵。

VR(Virtual Reality，虚拟现实)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。因此，将该技术应用到机器人培训中成为一种趋势。但是，现有技术中缺乏与之配套的示教器。

发明内容

本发明提供一种基于VR的机器人培训示教器，以解决没有专用的VR机器人培训用示教器问题。

一种基于VR的机器人培训示教器，用于机器人培训。该培训示教器用于机器人培训系统，该培训系统包括VR培训示教器、VR仿真数据模块和VR设备，

VR培训示教器用于在培训中操作人员操作控制机器人动作，发出控制指令，VR仿真数据模块接收来自VR培训示教器的控制指令，根据机器人运动模型，解算产生用于在VR设备中呈现的机器人状态数据，使得能够在VR设备中呈现出三维的虚拟机器人操作空间以及机器人本体，

VR设备戴在操作人员的头上，操作人员观察VR设备中的场景，体验机器人操作空间，操作VR培训示教器的控制按键，观察VR设备中机器人的工作反馈，完成机器人操作培训任务，

其中，VR设备是VR头戴显示器，

所述培训示教器包括：机器人系统介绍、机器人运动、机器人投入运行、执行机器人程序、程序模块的使用、创建/更改运动指令、逻辑功能利用，

通过培训示教器进行基本参数的设定，参数设定包括：机器人运行速度设定、机器人运行坐标系选择、机器人基本坐标系以及工具坐标系选择以及机器人系统运行模式的选择，

机器人系统介绍，包括对机器人系统的三大部分即机械臂、示教器以及控制器进行简单介绍，部件介绍则是对机器人系统每个部分的详细介绍，最后对操作机器人的安全性进行介绍，

机器人运动，对机器人运动的相关基本概念以及示教器的基本功能进行介绍，包含的模块中，信息提示模块为示教器开机时初始化信息问题讲解；基本介绍模块对基本的运动模式T1/T2/AUT等模式进行介绍；轴运动和坐标系介绍则为对各个轴运动以及每个运行坐标系进行详细介绍；坐标系运动则引导学员进行相关坐标系下运动的实现，并自己动手进行相关操作，

机器人投入运行，对机器人运行时的基本设定进行相关讲解，包括零点标定、工具坐标系测量、基本坐标系测量三大模块，机器人运行时进行零点标定，然后选择运行的工具坐标系和基坐标系，也可进入相关模块进行工具坐标系和基坐标系的设定，

执行机器人程序，为机器人系统执行特定程序部分，本部分包括执行初始化运行和选择执行机器人程序两大部分，

程序模块的使用，包括程序模块的属性、创建程序模块、编辑程序模块三大部分，

建立及更改运动指令，为运动指令的创建更改的相关教程，包括创建运动指令和更改运动指令两大模块，

逻辑功能利用，包含等待功能的编程、简单的切换功能以及轨迹切换功能编程，通过该模块的学习，用以实现程序运行中暂停、功能切换的逻辑指令。

进一步的，所述培训示教器包括外壳，在外壳上设有多个按键，在外壳内嵌装有平板电脑和按键信号采集板，按键信号采集板与按键连接，将按键信号通过通信接口发送给平板电脑，培训示教器的功能模块装载在平板电脑上。

本发明通过对设备软硬件的集成，实现了机器人培训系统的模拟，通过虚拟环境的教学，减少了对真实机器人设备的依赖，降低了培训成本，增强了学员的沉浸感，使学员获得与操作真实机器人相同的培训效果。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1本发明的机器人培训示教器使用的系统组成示意图。

图2是本发明实施例中软件组成示意图。

图3是本发明实施例中示教器的硬件组成示意图。

具体实施方式

结合图1和图2，本发明的基于VR的机器人培训示教器，用于机器人培训。该培训示教器用于机器人培训系统，该培训系统包括VR培训示教器、VR仿真数据模块和VR设备。

VR培训示教器用于在培训中操作人员操作控制机器人动作，发出控制指令，VR仿真数据模块接收来自VR培训示教器的控制指令，根据机器人运动模型，解算产生用于在VR设备中呈现的机器人状态数据，使得能够在VR设备中呈现出三维的虚拟机器人操作空间以及机器人本体，

VR设备戴在操作人员的头上，操作人员观察VR设备中的场景，体验机器人操作空间，操作VR培训示教器的控制按键，观察VR设备中机器人的工作反馈，完成机器人操作培训任务。

其中，VR设备是VR头戴显示器。所述培训示教器包括：机器人系统介绍、机器人运动、机器人投入运行、执行机器人程序、程序模块的使用、创建/更改运动指令、逻辑功能利用。

通过培训示教器进行基本参数的设定，参数设定包括：机器人运行速度设定、机器人运行坐标系选择、机器人基本坐标系以及工具坐标系选择以及机器人系统运行模式的选择。

机器人系统介绍，包括对机器人系统的三大部分即机械臂、示教器以及控制器进行简单介绍，部件介绍则是对机器人系统每个部分的详细介绍，最后对操作机器人的安全性进行介绍。

机器人运动，对机器人运动的相关基本概念以及示教器的基本功能进行介绍，包含的模块中，信息提示模块为示教器开机时初始化信息问题讲解；基本介绍模块对基本的运动模式T1/T2/AUT等模式进行介绍；轴运动和坐标系介绍则为对各个轴运动以及每个运行坐标系进行详细介绍；坐标系运动则引导学员进行相关坐标系下运动的实现，并自己动手进行相关操作。

机器人投入运行，对机器人运行时的基本设定进行相关讲解，包括零点标定、工具坐标系测量、基本坐标系测量三大模块，机器人运行时进行零点标定，然后选择运行的工具坐标系和基坐标系，也可进入相关模块进行工具坐标系和基坐标系的设定。

执行机器人程序，为机器人系统执行特定程序部分，本部分包括执行初始化运行和选择执行机器人程序两大部分。

程序模块的使用，包括程序模块的属性、创建程序模块、编辑程序模块三大部分。

建立及更改运动指令，为运动指令的创建更改的相关教程，包括创建运动指令和更改运动指令两大模块。

逻辑功能利用，包含等待功能的编程、简单的切换功能以及轨迹切换功能编程，通过该模块的学习，用以实现程序运行中暂停、功能切换的逻辑指令。

如图3所示，培训示教器在硬件上包括示教器外壳、Android平板电脑和Arduino开发板，Android平板电脑与Arduino开发板之间以USB协议进行数据通信。示教器外壳上的按键消息会通过Arduino开发板传给Android平板电脑，从而驱动仿真机器人的运动。

培训示教器外壳上设有多个按键，在外壳内嵌装有平板电脑和按键信号采集板，按键信号采集板与按键连接，将按键信号通过通信接口发送给平板电脑，培训示教器的功能模块装载在平板电脑上。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (2)

1.一种基于VR的机器人培训示教器，用于机器人培训，其特征在于，该培训示教器用于机器人培训系统，该培训系统包括VR培训示教器、VR仿真数据模块和VR设备，

VR培训示教器用于在培训中操作人员操作控制机器人动作，发出控制指令，VR仿真数据模块接收来自VR培训示教器的控制指令，根据机器人运动模型，解算产生用于在VR设备中呈现的机器人状态数据，使得能够在VR设备中呈现出三维的虚拟机器人操作空间以及机器人本体，

VR设备戴在操作人员的头上，操作人员观察VR设备中的场景，体验机器人操作空间，操作VR培训示教器的控制按键，观察VR设备中机器人的工作反馈，完成机器人操作培训任务，

其中，VR设备是VR头戴显示器，

所述培训示教器包括模块：机器人系统介绍、机器人运动、机器人投入运行、执行机器人程序、程序模块的使用、创建/更改运动指令、逻辑功能利用，通过培训示教器进行基本参数的设定，参数设定包括：机器人运行速度设定、机器人运行坐标系选择、机器人基本坐标系以及工具坐标系选择以及机器人系统运行模式的选择，

机器人系统介绍，包括对机器人系统的三大部分即机械臂、示教器以及控制器进行简单介绍，部件介绍则是对机器人系统每个部分的详细介绍，最后对操作机器人的安全性进行介绍，

机器人运动，对机器人运动的相关基本概念以及示教器的基本功能进行介绍，包含的模块中，信息提示模块为示教器开机时初始化信息问题讲解；基本介绍模块对基本的运动模式T1/T2/AUT等模式进行介绍；轴运动和坐标系介绍则为对各个轴运动以及每个运行坐标系进行详细介绍；坐标系运动则引导学员进行相关坐标系下运动的实现，并自己动手进行相关操作，

机器人投入运行，对机器人运行时的基本设定进行相关讲解，包括零点标定、工具坐标系测量、基本坐标系测量三大模块，机器人运行时进行零点标定，然后选择运行的工具坐标系和基坐标系，也可进入相关模块进行工具坐标系和基坐标系的设定，

执行机器人程序，为机器人系统执行特定程序部分，本部分包括执行初始化运行和选择执行机器人程序两大部分，

程序模块的使用，包括程序模块的属性、创建程序模块、编辑程序模块三大部分，

建立及更改运动指令，为运动指令的创建更改的相关教程，包括创建运动指令和更改运动指令两大模块，

逻辑功能利用，包含等待功能的编程、简单的切换功能以及轨迹切换功能编程，通过该模块的学习，用以实现程序运行中暂停、功能切换的逻辑指令。

2.如权利要求1所述的基于VR的机器人培训示教器，其特征在于，所述培训示教器包括外壳，在外壳上设有多个按键，在外壳内嵌装有平板电脑和按键信号采集板，按键信号采集板与按键连接，将按键信号通过通信接口发送给平板电脑，培训示教器的功能模块装载在平板电脑上。