CN108367435A - 机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人系统，包括至少一个机械手臂和设计成能预先设定可由机器人系统执行的至少一个预定操作的控制单元。机器人系统还包括显示装置和至少一个加装到机械手臂上的输入装置，机器人系统被设计成可以设定机器人系统的操作顺序和/或可以借助输入装置来参数化机器人系统的预定操作，且也被设计成它允许使用者在由控制单元在显示装置上所显示的图形用户界面上控制机器人系统预定操作的设定、操作顺序的设定和/或机器人系统的预定操作的参数化。

Description

机器人系统
本发明涉及机器人系统，其具有至少一个机械手臂，在机械手臂的末端可安装效应器用于机器人系统操作，该效应器例如可以由工具构成。
机器人现在已经在许多工业领域得以确立并且例如在汽车工业中被用来安装、粘接、拧紧、切割、焊接、上漆或举升重物。
为了教会机器人系统所希望的操作，机器人系统须被编程。这可以利用在线方式或离线方式完成，借此在离线方法中在未使用机器人的情况下生成机器人程序。
在在线编程中，编程需要机器人，像在利用直接示教编程时就是如此。在这里，期望轨迹的单个点由操作者通过直接引导效应器来接近，并且效应器如抓取工具的各自位置通过内部编码器来确定和存储。在轨迹的几何形状已经被如此编程后，轨迹程序可以被补充通过外部手持式编程用户设备所输入的附加指令。
所述在线编程的现有方法是耗时的且让操作者感到不适。
因此，本发明的目的是提供一种机器人系统，其中，机器人系统的编程可以相比于先前系统更快速简单地进行。
该目的通过如权利要求1所述的机器人系统来实现。
本发明的有利实施例在从属权利要求2至26中有明确说明。
将参照附图来解释本发明的实施例，其中：
图1示出根据本发明的机器人系统的实施例的机器人；
图2示出本发明机器人系统的机械手臂的被称为导引头的远侧机械手臂件，其与本发明机器人系统的一个实施例连用，
图3示出与本发明机器人系统的一个优选实施例连用的输入装置部分。
图1示出了根据本发明的机器人系统，其包括立于机器人基底2上的机器人1，机器人带有机械手臂(或机械手)，其由七个机械手臂件3、4、5、6、7、8和9组成，它们通过运动轴(铰接部)相连接。以下也被称为导引头的最后的机械手臂件9被设计成在导引头的下部中可以附装上(图1未示出的)效应器，该效应器可以造成机器人与环境的互动。
在根据本发明的机器人系统中使用的效应器例如可以是用于工件加工的工具例如钻头、用于处理和操控物体的抓取系统、用于执行试验任务的测量装置或机器人可借此进行观测的相机。
机器人1被连接至计算机10，计算机接管机器人1的控制且被连接至显示装置11，在显示装置上可以显示用于机器人编程的图形用户界面，并且该显示装置例如可以由计算机屏幕或笔记本电脑屏幕构成。计算机10以下也被称为控制单元。
在图2中以较大尺寸所示出的机器人系统的导引头9在上部中包括键面板12，其也在图3中以较大尺寸被示出。如图3所示的键面板具有四个呈短程键形式的操作键13、14、15和16，其可以被限定有或从事各不同的功能，所述功能在机器人系统的编程和/或参数化过程中通常须由操作者唤醒，例如删除、存储或设定，并且它们用合适的符号来标示。
四个操作键13、14、15和16环绕一个方向钮短程键17，该方向钮短程键可以向上、向下、向左和向右倾斜，以便例如在上、下、左、右方向上控制在显示装置的图形用户界面上所显示的菜单中的光标或选择。总之，附接至机械手臂的键面板12的键和所述键20构成输入装置。
代替方向钮短程键，其它方向键也可以被用于光标控制，例如四个相互隔离的键用于上、下、左、右方向中的每一个。
在方向钮短程键17的中心，布置有透明发光面18，其可以通过发光元件例如一个或多个发光二极管以一种颜色或不同的颜色被照亮，所述发光二极管可以由控制单元来启动。
此外，在导引头9的下部中附装有手柄19，机器人系统的操作者借此能容易地引导该导引头。
此外，位于导引头9的下部中地设有另一个键20，它被安装在导引头上，从而它可以由机器人系统的操作者用同一只手来操作，这只手引导导引头9或导引头9的手柄19和进而该机械手臂。
包括硬件和软件的控制单元10被设计成它能指定至少一个可由机器人系统执行的预定操作，其中此操作包含相应的控制指令，借助该控制指令来调节机器人的轴和传动装置且控制机器人的传感器(图1未示出)。
优选地，许多预定操作和相关指令被存储在控制单元中。这些预定操作可以包含例如拾取物体、放置物体、插入物体、拧入物体、钻孔、表面精加工或键操纵。
在控制单元中，所述预定操作被赋予可被显示在图形用户界面上的图标，图形用户界面可以通过控制单元被显示在该显示装置上。
在本发明的机器人系统的一个优选实施例中，操作者可利用输入装置的键13、14、15、16和17从显示于图形用户界面上的菜单中选择机器人系统为了完成某项任务而要做的期望操作，做法是操作者例如通过方向钮短程键在菜单中移动至相应的操作图标并接着在已选定该图标后通过按下四个操作键13、14、15和16中的一个操作键来确认该图标，这些键先前已经被设定有对应的功能。
在一个替代实施例中，键20也可以被用来确认先前通过方向扭短程键所选定的操作。
或者，通过借助方向扭短程键移动代表操作的图标，操作者也可以改变操作逻辑顺序(机器人系统应以该操作逻辑顺序执行工作过程)。
在另一实施例中，本发明的机器人系统也可以被如此设计，即该控制单元被设计成针对每个操作，在操作参数化期间在图形用户界面上显示存储在控制单元内的预定参数化子菜单(上下文菜单)，在所述子菜单中示出了各种不同的预定参数化选项，其随后可以用在导引头9上的输入装置借助键13、14、15、16、17和/或20并通过参数化子菜单的图形用户界面的控制来选择以完成参数化。
利用这样的参数化，例如像要由效应器接近的点的坐标、力矩、力、加速度、持续时间、重复次数或一项操作的后续操作这样的参数可以通过所述输入装置被输入。
在另一实施例中，该控制单元存储机器人系统的所有可能的操作和针对这些操作的所有可能的参数化子菜单，其中参数化子菜单被结构化使得操作者能在包括数量很有限的输入元件如键的输入装置上借助输入装置执行机器人系统的全部编程，从而所述编程可以无需外部输入装置如计算机键面板帮助地进行。理想地，利用如图1所示的导引头，这甚至可以只用一只手来完成，因而操作者的另一只手空着以便用于其它功能例如操作急停开关。
附接至导引头的输入装置不一定必然由键构成，而是也可以例如包含触摸板、轨迹球、操纵杆、触摸显示器、接近传感器或类似装置。
在根据本发明的机器人系统中，输入装置还适于在设定机器人系统操作顺序和/或参数化用于机器人系统的预定操作时向机器人系统的使用者提供针对使用者的反馈。
这样的反馈例如可以以光学形式来提供，做法是静态的或变化的光信号通过发光区18被发出，该光信号由控制单元触发。
在另一实施例中，所述反馈可以设计成它可以由机器人系统的操作者触觉感测。这可以例如通过使输入装置即导引头9振动来进行，这种振动由控制单元触发，做法是相应地启动属于导引头的驱动机构。
根据另一个实施例，键面板也可以具有许多发光区，通过该发光区发生光学反馈。
反馈信号最好被设计成它们确认操作者的输入是肯定的或否定的。例如在操作者错误输入情况下，发光区18发红光，而在输入正确时它发绿光。
在另一实施例中，所述反馈也可以布置成表示从一组预定操作中选择机器人系统的一个预定操作或者输入与操作相关的参数的要求。
根据另一个实施例，控制单元可以设计成操作和/或参数的特定选择通过致动输入装置上的特定键和/或具体的键组合来进行。
此外，根据另一个实施例，该机器人系统的控制单元可以设计成在显示装置上显示图形用户界面，在其上能显示预定操作，其中该控制单元还设计成根据图形用户界面上所显示的操作提供反馈给操作者。
在本发明的机器人系统的另一实施例中，所述反馈也可以通过声音信号来实现。为此例如可以直接将扬声器安装在输入装置或机器人系统的其他位置上，扬声器由该控制单元来控制。
该机器人系统的显示装置也可以由立体显示装置如电子3D眼镜构成。

Claims (26)

1.一种机器人系统，该机器人系统具有至少一个机械手臂、适于预选能由所述机器人系统执行的至少一个预定操作的控制单元、显示装置和附接至所述机械手臂的至少一个输入装置，所述输入装置被设计成通过所述输入装置设定所述机器人系统的操作顺序和/或参数化所述机器人系统的预定操作，并且所述输入装置进一步适于使得由使用者能够就所述机器人系统的所述预定操作的设定、操作顺序的设定和/或所述机器人系统的预定操作的参数化而言在图形用户界面上进行控制，所述图形用户界面由所述控制单元被显示在所述显示装置上。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述输入装置由具有多个键的键面板构成。
3.根据权利要求2所述的机器人系统，其中所述键面板包括一个或多个方向键，借此能在上、下、左、右的方向上控制在显示于所述图形用户界面上的菜单中的光标或选择。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述输入装置由触摸板、触摸显示器、轨迹球或操纵杆构成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其中，所述操作包括一个或多个选自以下操作组的操作，该操作组包括拾取物体、放置物体、插入物体、拧入物体、钻孔、加工表面或致动键。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其中所述控制单元适于在操作参数化过程中在所述图形用户界面上对于每项操作显示参数化子菜单，在参数化子菜单中示出不同的预定参数化选项，该预定参数化选项随后能借助所述输入装置通过参数化子菜单的图形用户界面的两维控制被选择以便执行参数化。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人系统，其中所述控制单元如此设计，即所述控制单元在参数化过程中在图形用户界面上显示对话菜单，其中通过所述输入装置进行经由所述对话菜单单独出现的每个参数询问。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其中在参数化过程中获得的参数包括从以下参数组得到的参数，该参数组包括要由效应器接近的点的参数坐标、力矩、力、加速度、持续时间、重复次数或一个操作的后续操作。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其中所述输入装置还适于在设定所述机器人系统操作的顺序和/或参数化所述机器人系统的预定操作时向机器人系统的使用者提供针对使用者的反馈。
10.根据权利要求9所述的机器人系统，其中所述反馈是光学的。
11.根据权利要求10或11所述的机器人系统，其中所述反馈通过静态的或变化的光信号实现。
12.根据权利要求9所述的机器人系统，其中所述反馈适于能够由所述机器人系统的操作者触觉感测。
13.根据权利要求12所述的机器人系统，其中所述反馈包括所述输入装置的振动。
14.根据权利要求10或11所述的机器人系统，其中所述键面板还具有发光区，经由该发光区发生光学反馈。
15.根据权利要求10、11或14所述的机器人系统，其中所述键面板的所述键适于发出光信号。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的机器人系统，其中所述反馈布置用于肯定或否定操作者输入或提供中立反馈。
17.根据权利要求9至15中任一项所述的机器人系统，其中所述反馈适于表示要求从一组预定操作中选择所述机器人系统的预定操作。
18.根据权利要求9至15中任一项所述的机器人系统，其中所述反馈适于表示要求输入操作的参数。
19.根据权利要求9至15中任一项所述的机器人系统，其中所述反馈布置成是错误信息。
20.根据权利要求2所述的机器人系统，其中所述控制单元设计成通过操作所述输入装置上的特定键和/或具体键组合来执行操作和/或参数的某个选择。
21.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其中所述机械手臂由多个手臂件组成，所述输入装置安装在能与所述效应器附接的所述手臂件上。
22.根据权利要求21所述的机器人系统，其中所述输入装置布置成所述操作者在用手引导能与所述效应器附接的所述手臂件时能用同一只手同时操作所述输入装置。
23.根据权利要求21或22所述的机器人系统，其中所述输入装置在轴向上与所述效应器对置。
24.根据权利要求9至23中任一项所述的机器人系统，其中所述控制单元适于在显示装置上显示能显示预定操作的图形用户界面，且所述控制单元还设计成根据在所述图形用户界面上所显示的操作来向所述操作者提供反馈。
25.根据权利要求9至19中任一项或者权利要求21至24中任一项所述的机器人系统，其中所述反馈由声音信号实现。
26.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其中所述显示装置是立体显示装置，例如3D眼镜。
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