CN108367434A - 机器人系统和控制机器人系统的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人系统,其具有至少一个机械手臂、用于控制该机械手臂的控制单元和机械手臂传感器系统,其中,该控制单元和机械手臂传感器系统被设计成响应于使用者的作用于机械手臂的预定的触觉手势,从而机器人系统执行至少一个与该触觉手势相关的预定操作。
Description
本发明涉及机器人系统和控制机器人系统的方法。
通常,机器人系统被如此编程,即操作者通过单独装置如计算机经相应的用户界面输入机器人系统所需指令,例如作为机器人系统的编程或参数化的一部分。
此外,知道了直接在机器人系统上、例如直接在机械手臂上设置单独的输入装置如开关或按键,借此可以在机械手臂上致动且随即进行不同的操作。这样的操作例如包括机械手臂的空间运动、危险情况下的紧急关停、位置确认等。操作者总是在机器人系统的紧邻附近活动。
此外,在直接的人机协作(HRC)中,通常仅通过人和机器人之间的触觉互动来执行在机械手臂上的末端效应器的定位,此时人们人工移动机械手臂至期望位置。
持续且通常更复杂的互动当前只通过附加的输入装置来进行,就像在机器人系统的编程或参数化时那样。
针对这种协作,使用者必须在机器人引导和附加输入装置致动之间反复来回切换。这是麻烦的且也可能导致危险情况,因为使用者必须一而再、再而三地集中精神在输入装置,有可能使运动的机器人脱离视线。
有鉴于此,本发明的目的是扩展人与机器人系统之间的互动,由此提供一种改善的HRC环境。此外,应该提供更简单的机器人系统的可操作性以控制或是由机器人系统本身执行的或是与之功能关联的各种不同的操作。
该目的利用一种具有根据权利要求1的特征的机器人系统和一种具有根据权利要求10的特征的用于控制机器人系统的方法来实现。
因此,本发明提出一种机器人系统,其包括至少一个机械手臂、用于控制该机械手臂的控制单元和机械手臂传感器系统,其中,该控制器和机械手臂传感器系统适于响应于作用于机械手臂上的操作者的预定触觉手势,从而机器人系统完成至少一个与该触觉手势相关的预定操作。
为此,在可能的触觉手势与相关的操作之间的分配关系被存储在与控制器合作的存储器中。
本发明优选但非排他地针对一种设计用于由操作者人工引导的机器人系统。这些已经集成有力和扭矩传感器,其可以根据本发明被采用且因而也适于接收通过操作者触觉手势作用于机械手臂或仅其臂件的一部分上的外力、力矩和扭矩并将其发送至该控制单元。
所述力、力矩和扭矩可以通过各种传感器如测力传感器、扭矩传感器等来检测,其位于机器人系统的关节、底座和/或概括讲结构中。还可以想到,机械手臂的外壳结构至少部分覆有触感皮肤,其允许借助一个或多个手指的输入。
在一个实施例中,该控制单元因此可以被设计成根据其各自方向和/或其各自走向将由触觉手势产生的力和/或力矩关联至不同的操作。
在另一实施例中,该控制单元可以设计成根据其各自变量将由触觉手势产生的力和/或力矩关联至不同的操作。
也可行的是,所述控制单元被设计成将触觉手势的不同时间顺序关联至不同的操作,其随后按照逻辑顺序来执行。
本发明的优点是,早已存在于这些机器人系统中的传感器系统不仅被用来在操作和编程过程中支持单纯的末端效应器的位置控制和机械手臂的运动轨迹控制,也可以被操作者用来通过触觉手势例如拉、压、推、旋转而接收故意产生的力、力矩和扭矩并将其提供给人与机器人系统之间的进一步的抽象互动。
在一个优选实施例中,该机器人系统包括带有图形用户界面的显示装置,在其最简单形式中是连接至机器人系统的计算机,用于控制或编程。根据本发明,触觉手势于是可以被关联至基于图形用户界面的控制。该控制的以两个或三个维度完成。在此实施例中,操作者可以通过在机械手臂上的既定空间定向压力在用户界面上移动光标或菜单导航。
操作者不一定需要借助图形用户界面来从编程系统接收对其动作的相应确认或反馈。
因此,根据本发明可以规定该控制单元被设计成产生响应于触觉手势的反馈。
所述反馈可以是听觉的和/或视觉的。
但是,该反馈也最好能以可让操作者触觉感测的方式完成。对于这样的情况,该控制单元被设计成改变机械手臂在触觉手势被施加至其上时的活动性的依顺性。
例如如果操作者侧向按压机械手臂的一个臂件,则机械手臂对由触觉手势所施加的压力的阻力可以被连续增大以给操作者提供合适的反馈。阻力增大可以通过布置在机械手臂的臂件之间的铰接点中的驱动单元的相应控制来实现。
由此产生的反馈因此可以用于在更复杂互动中如触觉菜单中的态度判断,或者作为在预定的触觉手势已经被控制单元识别到时的一种确认。
本发明还涉及一种用于控制机器人系统的方法,机器人系统具有至少一个机械手臂、用于控制机械手臂的控制单元和机械手臂传感器系统,该方法包括以下步骤:
-通过至少一个预定的触觉手势操纵该机械手臂;
-应所述预定的触觉手势通过机械手臂传感器系统产生信号;
-传送该信号到该控制单元中;和
-由控制单元将所述信号关联至不同的预定操作。
本发明方法的其它步骤包括:
-根据所述不同的预定操作产生至少一个反馈;以及
-根据预定的触觉手势调节所述机械手臂的依顺性。
将变得清楚的是,本发明以简单方式利用早就存在于机器人系统中的部件来扩展用于这种机器人系统的互动范围。
原则上,对将预定触觉手势关联至各种预定操作的方式未作限制。
在机械手臂本身起到输入装置作用时的机械手臂的触觉控制引导的原理可以被用于各种互动情况。
因此,这样的控制可以例如被用在机器人系统编程以及要执行的单独操作的参数化中,其可以缩短设立时间,同时将用于这样的机器人系统的成本减至最低。
此外可以想到,在操作过程中机器人系统在HRC环境中以触觉方式被控制。例如操作者猛烈击打机械手臂可能发信表示工作区内的紧急情况,强制关停机器人系统。这缩短了响应时间,因为操作者不必接近紧急开关来操作它。
其它的特征和优点将从以下仅参照图1所示的实施例的说明中变得清楚明白。
图1示出由多个相互联接的铰接臂件10构成的多轴轻型机器人的立体图。
利用与未示出的末端效应器配合的前侧部件20的例子,可能的方向被示意性示出,其可以通过触觉手势作用于机器人系统。
因此,操作者可在X方向、Y方向、Z方向上施加拉力或压力在部件20上。
在Z方向上轻按部件20例如可以象征按钮按压,该触觉手势于是被关联至致动预定操作的开始命令。
通过向左侧(L)或向右侧(R)侧向按压部件20,操作者可通过在未示出的显示装置如计算机屏幕上的图形用户界面的组合菜单引导。通过在Z方向或Y方向按下,通过这个触觉手势在图形菜单上选定的输入于是可以被确认。
可以将部件20在X-Y平面内的运动传送至在屏幕上的光标运动并通过在Z方向上的按压执行“鼠标点击”。
另外,操作者可以在部件20上完成触觉转动R,由此施加的力矩大小能够被用作用于要由该转动选择的参数的强度的信号。在R方向上的触觉转动模拟旋钮。
对于紧急情况,可以规定操作者简单地如箭头P所示击打机械手臂。机器人系统根据所述力或加速度确认它涉及紧急情况,于是立即停止其行动。
触觉手势并不局限于最前面的臂件20。原则上,每个单独臂件10可以具备有这样的功能。
此外,物理表面、键或旋钮的行为可被虚拟模拟为在机械手臂移动时可自由编程的阻力件。这样一来,机器人系统本身可以被用作输入装置或控制装置来致动与机器人系统或其期望功能紧密地功能关联的复杂系统和操作。
Claims (12)
1.一种机器人系统,该机器人系统具有至少一个机械手臂、用于控制所述机械手臂的控制单元和机械手臂传感器系统,其特征是,所述控制单元和所述机械手臂传感器系统被设计成对使用者作用于所述机械手臂上的预定的触觉手势做出响应,使得所述机器人系统执行与所述触觉手势相关联的至少一个预定操作。
2.根据权利要求1所述的机器人系统,该机器人系统包括图形用户界面,其中所述触觉手势与在所述图形用户界面上的控制是相关联的。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统,其中,由所述触觉手势产生的力和/或力矩根据其各自方向被关联至不同的操作。
4.根据权利要求1、2或3所述的机器人系统,其中,由所述触觉手势产生的所述力和/或力矩根据其各自变量被关联至不同的操作。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人系统,其中,触觉手势的不同时间顺序被关联至不同的操作。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人系统,其中,所述控制单元适于产生响应于所述触觉手势的反馈。
7.根据权利要求6所述的机器人系统,其中,所述反馈是听觉的和/或视觉的。
8.根据权利要求6所述的机器人系统,其中,所述反馈以可触觉感测的方式形成。
9.根据权利要求8所述的机器人系统,其中,该机械手臂的依顺性是可变的。
10.一种用于控制机器人系统的方法,该机器人系统包括至少一个机械手臂、用于控制所述机械手臂的控制单元和机械手臂传感器系统,该方法包括以下步骤:
-通过至少一个预定的触觉手势操纵所述机械手臂;
-根据所述预定的触觉手势通过所述机械手臂传感器系统产生信号;
-将所述信号传送至所述控制单元中;和
-由所述控制单元将所述信号关联至不同的预定操作。
11.根据权利要求10所述的方法,还包括:
-根据不同的预定操作产生至少一个反馈。
12.根据权利要求11所述的方法,还包括:
-根据预定的触觉手势来调节所述机械手臂的依顺性。
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