CN110465935A - 用于机器人编程的方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本公开的目标是提供一种用于机器人编程的方法、设备和系统。为了解决教导技术无法适用于所有种类的对象且离线编程要求机器人和对象的复杂模拟的困境，为了提供一种向在教导编程期间操纵机器人的使用者给出力反馈的方案，以让所述使用者感觉到虚拟对象的物理反馈，从而使所述编程程序变得顺利和有效。

Description

用于机器人编程的方法、设备和系统

技术领域

本发明涉及机器人技术编程的技术，且更具体地说，涉及用于机器人编 程的方法、设备和系统。

背景技术

机器人在工业车间和工厂中的使用正不断增加。机器人正变得更强大、 更灵活且同时更便宜。

然而，对工业机器人进行编程通常是复杂而劳动密集型的任务。大体来 说，存在两组编程技术。

1)教导技术

此处，使用者通过使用真实机器人和例如工件等真实对象而对机器人进 行编程。使用者将机器人移动到所需位置或沿有利轨迹移动且记录数据。使 用者如何控制的数据由致动器同样记录在机器人中。然后，机器人根据所记 录的数据重复这些动作。

教导技术的优点包含：能够根据机器人的真实安装和对象容易地对机器 人进行编程，且无需高级编程技能。而缺点是：对象需要可供用于编程，这 对于大的对象可能是非常困难或甚至是不可能的；调试前无编程且机器人在 编程期间存在停机时间。

2)离线编程

此处，使用者在模拟环境中对机器人进行编程。机器人、机器人的周围 环境和所有对象映射到模拟环境中。使用者限定位置、轨迹和与工作对象的 虚拟交互。然后，真实机器人执行这些指令。

离线编程的优点包含：调试前编程；能够容易地变更和适配程序；机器 人在编程期间无停机时间。而缺点包含：机器人的整个周围环境需要精确地 映射到模拟环境中；其要求使用者具有高级编程技能；针对简单使用情况的 准备过多。

发明内容

因此，本公开的目标是提供一种用于机器人编程的方法、设备和系统。 为了解决教导技术无法适用于所有种类的对象且离线编程要求机器人和对 象的复杂模拟的困境，为了提供一种向在教导编程期间操纵机器人的使用者 给出力反馈的方案，以让使用者感觉到虚拟对象的物理反馈，从而使编程程 序变得顺利和有效。

上述目标通过以下各项来实现：根据本发明技术的权利要求1所述的用 于机器人编程的系统；根据权利要求2或8所述的用于机器人编程的方法； 根据权利要求6、7、9或10所述的用于机器人编程的设备；根据权利要求 11所述的机器人系统；根据权利要求12所述的计算机可读存储介质；和根 据权利要求13所述的计算机程序。在附属权利要求书中提供本发明技术的 有利实施例。独立权利要求书的特征取决于相应独立权利要求书而可与权利 要求书的特征组合，且附属权利要求书的特征可组合在一起，除非另外指明。

已知的机器人编程技术属于教导技术或离线编程。举例来说，标准编程、 教导器编程和引导编程(lead through programming)都是教导技术。虚拟现 实是离线编程。

最常使用的方法仍是教导技术。在所有教导方法中，需要呈现机器人与 其交互的所有对象。这意味着，例如工件等每一对象需要可供使用。处理重 而更大的对象，如底盘框架，增加了教导时间且使过程更复杂和不安全。

然而，真实对象当然可被副本替换。举例来说，可使用3D打印机产生 副本。这可减少对象的重量且有助于教导过程。但是，使用副本带来一些缺 点，例如：打印大的对象，如底盘框架，是费时和昂贵的；取决于对象的大 小，需要若干人员操纵对象；对象需要保持在存储装置中以用于机器人的潜 在再教导；如果对象未存储而机器人需要再教导，那么需要再次产生对象。 这增加了机械臂的教导时间和停机时间。

本公开提供一种在教导编程期间机器人正由与虚拟对象交互的使用者 操纵的情况下的方案。然而，使用者无法感觉到接触力的直接反馈。举例来 说，如果机器人与真实对象交互，那么使用者能够在机器人的夹具撞击真实 对象时感觉到直接力。就虚拟对象而言，此使用者无法得到此种类的直接反 馈，从而可能会导致机器人的更长教导时间和更长停机时间。

发明内容

根据本公开的第一方面，呈现一种用于机器人编程的系统。所述系统包 含：

-机器人；

-机器人的控制器；

-用于机器人编程的与机器人的控制器通信设备，所述设备被配置成： 建立机器人的第一数据模型；建立虚拟对象的第二数据模型；从机器人的控 制器接收反映由使用者操纵的机器人的移动的移动参数；根据移动参数使第 一数据模型移动；当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待由对应 于虚拟对象的物理对象反馈给机器人的第二力的参数；根据第二力计算有待 反馈给使用者以便于感觉到机器人触碰到对应于虚拟对象的物理对象的第 一力的参数；和将第一力的参数发送到机器人的控制器；

-机器人的控制器，被进一步配置成驱动机器人将第一力反馈给使用 者。

根据本公开的第二方面，呈现一种用于机器人编程的方法，其包括：

-建立机器人的第一数据模型；

-建立虚拟对象的第二数据模型；

-从机器人的控制器接收反映由使用者操纵的机器人的移动的移动参 数；

-根据移动参数使第一数据模型移动；

-当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待反馈给使用者以便 于感觉到机器人触碰到对应于虚拟对象的物理对象的第一力的参数；和

-将第一力的参数发送到机器人的控制器，以驱动机器人将第一力反馈 给使用者。

根据本公开的第三方面，呈现一种用于机器人编程的设备，其包括：

-数据模型建立模块，被配置成

-建立机器人的第一数据模型；和

-建立虚拟对象的第二数据模型；

-通信模块，被配置成从机器人的控制器接收反映由使用者操纵的机器 人的移动的移动参数；和

-数据模型控制器，被配置成

-根据移动参数使第一数据模型移动；

-当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待反馈给使用者以便 于感觉到机器人触碰到对应于虚拟对象的物理对象的第一力的参数；和

-通信模块被进一步配置成将第一力的参数发送到机器人的控制器，以 驱动机器人将第一力反馈给使用者。

根据本公开的第四方面，呈现另一种用于机器人编程的设备，其包括：

-处理器，被配置成

-建立机器人的第一数据模型；

-建立虚拟对象的第二数据模型；和

-接收器，被配置成从机器人的控制器接收反映由使用者操纵的机器人 的移动的移动参数；

-处理器被进一步配置成

-根据移动参数使第一数据模型移动；

-当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待反馈给使用者以便 于感觉到机器人触碰到对应于虚拟对象的物理对象的第一力的参数；

-发射器，被配置成将第一力的参数发送到机器人的控制器，以驱动机 器人将第一力反馈给使用者。

根据本公开的第五方面，呈现一种用于控制机器人的方法，其包括：

-接收力的参数；

-将力的参数发送到用于机器人的至少一个关节的至少一个发动机，以 驱动机器人将力反馈给操纵机器人的使用者以便于感觉到以下各项中的至 少一个：

-机器人触碰到对象；

-对象与机器人和对象都在其中的环境之间的交互；和

-机器人与对象的距离；

其中所述对象是虚拟对象或物理对象。

根据本公开的第六方面，呈现一种机器人的控制器，其包括：

-第一通信模块，被配置成接收力的参数；和

-第二通信模块，被配置成将力的参数发送到用于机器人的至少一个关 节的至少一个发动机，以驱动机器人将力反馈给操纵机器人的使用者以便于 感觉到以下各项中的至少一个：

-机器人触碰到对象；

-对象与机器人和对象都在其中的环境之间的交互；和

-机器人与对象的距离；

其中所述对象是虚拟对象或物理对象。

根据本公开的第七方面，呈现一种机器人的控制器，其包括：

-处理器；

-与处理器电子通信的存储器；和

-存储于存储器中的指令，所述指令可由处理器执行来：

-接收力的参数；

-将力的参数发送到用于机器人的至少一个关节的至少一个发动 机，以驱动机器人将力反馈给操纵机器人的使用者以便于感觉到以下各 项中的至少一个：

-机器人触碰到对象；

-对象与机器人和对象都在其中的环境之间的交互；和

-机器人与对象的距离；

其中所述对象是虚拟对象或物理对象。

根据本公开的第八方面，呈现一种机器人系统，包括上文所描述的机器 人和机器人的控制器。

根据本公开的第九方面，呈现一种计算机可读存储介质，其中所述存储 介质上面存储有：

-可由计算机系统的一个或多个处理器执行的指令，其中指令的执行使 计算机系统进行由机器人的控制器或用于机器人编程的设备执行的方法。

根据本公开的第十一方面，呈现一种计算机程序。计算机程序正由计算 机系统的一个或多个处理器执行且进行由机器人的控制器或用于机器人编 程的设备执行的方法。

提供一种在教导编程期间机器人正由与虚拟对象交互的使用者操纵的 情况下的方案。还提议一种模拟有待反馈给使用者的力的方法，从而使得使 用者能够感觉到仅在模拟时存在的虚拟对象的物理反馈。为了实施此方法， 无需额外传感器或发动机。

作为本公开的结果，其中用于机器人编程的设备根据对应于虚拟对象的 物理对象的以下至少一个种类的参数计算第一力的参数：

-几何形状参数；

-物理性质参数；

-位置参数。

通过在计算第一力期间输入所需参数，可得到精确的第一力。

在本公开的一实施例中，用于机器人编程的设备首先计算有待由对应于 虚拟对象的物理对象反馈给机器人的第二力的参数，且接着根据第一力计算 第二力的参数。从而使得用于机器人编程的设备可经由物理引擎计算第二 力。

在本公开的另一实施例中，用于机器人编程的设备还建立环境的第三数 据模型，其中，机器人在所述环境中且虚拟对象被认定在所述环境中；且在 第二数据模型由第一数据模型夹持之后，将第二数据模型与第一数据模型一 起移动；且在检测到第二数据模型与第三数据模型之间的交互时，计算有待 反馈给使用者以便于感觉到对应于虚拟对象的物理对象与环境之间的交互 的第三力的参数；接着将第三力的参数发送到机器人的控制器，以驱动机器 人将第三力反馈给使用者。因此使用者还可感觉到对应于虚拟对象的物理对象与环境之间的交互。

在本公开的另一实施例中，在第一数据模型触碰到第二数据模型之前， 用于机器人编程的设备进一步测量第一数据模型与第二数据模型之间的距 离；且在所述距离大于第一距离阈值时，切断用于将力的参数发送到机器人 的控制器的开关；且在所述距离不大于第一距离阈值时，接通开关；根据有 待由机器人反馈给使用者以便于感觉到距离的第四力的距离参数进行计算； 且将第四力的参数发送到机器人的控制器，以驱动机器人将第四力反馈给使 用者。从而使得使用者甚至在看不到虚拟对象的情况下也能够感觉到机器人与对应于虚拟对象的物理对象之间的距离。

在本公开的另一实施例中，机器人的控制器接收力的参数；将力的参数 发送到用于机器人的至少一个关节的至少一个发动机，以驱动机器人将力反 馈给操纵机器人的使用者以便于感觉到以下各项中的至少一个：

-机器人触碰到对象；

-对象与机器人和对象都在其中的环境之间的交互；和

-机器人与对象的距离；

其中所述对象是虚拟对象或物理对象。

附图说明

本发明技术的上述属性和其它特征和优点以及获得方式将变得更显而 易见，且参考本发明技术的实施例的以下描述结合附图将更好理解本发明技 术自身，在附图中：

图1示意性地表示本公开的机器人编程系统的示范性实施例

图2描绘流程图，其示出本公开的方法的示范性实施例

图3描绘框图，其示出本公开的用于机器人编程的设备的第一 示范性实施例

图4描绘框图，其示出本公开的用于机器人编程的设备的第二 示范性实施例

图5描绘框图，其示出本公开的机器人的控制器的第一示范性 实施例

图6描绘框图，其示出本公开的机器人的控制器的第二示范性 实施例

图7描绘由本公开提供的教导序列

图8描绘图5中的虚拟对象和力反馈的教导序列

图9～11描绘数据模型与反馈给使用者的力之间的交互

附图标记：

10：机器人 20：机器人10的控制器

30：用于机器人编程的设备

40：虚拟对象 50：环境 60：使用者

101：编码器 102：夹具 103：发动机

301：日期模型建立模块

302：通信模块

303：数据模型控制器

304：处理器 305：接收器 306：发射器

201：第一通信模块

202：第二通信模块

203：处理器 204：存储器

801：第四力 802：第一力 803：第三力

100：用于机器人编程的系统

S201～S222：程序步骤

具体实施方式

在下文中，详细描述本发明技术的上文提及的特征和其它特征。参考图 式描述各种实施例，其中类似参考数字贯穿全文用于指代类似元件。在以下 描述中，出于解释的目的，阐述许多特定细节以便提供对一个或多个实施例 的透彻理解。可注意到所说明的实施例意欲解释而不是限制本发明。可明显 的是可在没有这些特定细节的情况下实践此类实施例。

在下文中已参考图1到图11详细描述了本发明技术。

图1示意性地表示本公开的机器人编程系统100的示范性实施例。机器 人编程系统100包括：

-机器人10，其与机器人10的控制器20连接且由使用者60操纵来移 动。存在至少一个编码器101，其感测机器人10的移动且将移动参数发送到 机器人10的控制器20。为便于发射和/或信息识别，所接收的移动参数与所 发出的移动参数之间可能存在一些转变。

-机器人10的控制器20一方面连接到至少一个编码器101和至少一个 发动机103，另一方面连接到用于机器人编程的设备30。机器人10的控制 器20被配置成将机器人10的接收移动参数发送到设备30，且接收力的参数 以控制机器人10反馈给使用者60。任选地，存在对应于机器人10的每一关 节的至少一个发动机103和至少一个编码器101，发动机103和编码器10 可安装在机器人10的关节内部。

-用于机器人编程的设备30被配置成建立机器人10的数据模型(第一 数据模型)、虚拟对象40的数据模型(第二数据模型)，以及任选地环境50 的数据模型(第三数据模型)，其中，机器人10在所述环境50中且虚拟对 象40被认定在所述环境50中。设备30还可描述机器人10、虚拟对象40 与环境之间的位置关系。设备30被进一步配置成：从机器人10的控制器20 接收反映由使用者60操纵的机器人10的移动的移动参数；和根据移动参数 使第一数据模型移动；当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待由 对应于虚拟对象40的物理对象反馈给机器人10的第二力的参数；和进一步 根据第二力计算有待反馈给使用者60以便于感觉到机器人10触碰到对应于 虚拟对象40的物理对象的第一力的参数；和将第一力的参数发送到机器人 10的控制器20。

顺便提一下，环境50包含但不限于以下各项中的至少一个：

-控制台、桌子、手推车、另一对象(虚拟的或物理的)、障碍物、结 构特征，例如壁、机器人10的零件等。任选地，设备30可被进一步配置成 监视第二数据模型与第三数据模型之间的可能的交互。在第二数据模型由第 一数据模型夹持之后，将第二数据模型与第一数据模型一起移动；在检测到 第二数据模型与第三数据模型之间的交互时，设备计算有待反馈给使用者60 以便于感觉到对应于虚拟对象40的物理对象与环境50之间的交互的第三力的参数；且将第三力的参数发送到机器人10的控制器20，以驱动机器人10 将第三力反馈给使用者60。

任选地，设备30可被进一步配置成：测量第一数据模型与第二数据模 型之间的距离；和在所述距离大于第一距离阈值时，切断用于将力的参数发 送到机器人10的控制器20的开关；然而在所述距离不大于第一距离阈值时， 接通开关；和根据所述距离计算有待由机器人10反馈给使用者60以便于感 觉到距离的第四力的参数；接着将第四力的参数发送到机器人10的控制器 20，以驱动机器人10将第四力反馈给使用者60。

图2描绘流程图，其示出本公开的方法的示范性实施例。所述方法包括 以下步骤：

-S201：用于机器人编程的设备30建立机器人10的第一数据模型。任 选地，用于机器人编程的设备30可使用例如相机、力传感器等外部传感器 得到机器人10的参数。机器人10的参数可包含但不限于：关于机器人10 在其中的环境50的几何参数和位置参数。

-S202：用于机器人编程的设备30建立虚拟对象40的第二数据模型。 可存在多于一个虚拟对象40。用于对多个虚拟对象40编程的方法可与一个 虚拟对象40相同。用于机器人编程的设备30可根据配置数据输入建立第二 数据模型，所述配置数据输入包含但不限于：关于机器人10和环境50的几 何参数；物理性质参数，例如硬度、断裂力；和位置参数。

-S203：用于机器人编程的设备30建立环境50的第三数据模型。任选 地，用于机器人编程的设备30还可经由用于建立第三数据模型的至少一个 相机得到环境50的参数。机器人10的参数可包含但不限于：关于机器人的 几何参数和位置参数。

步骤S201～S203可按除S201、S202和S203外的其它顺序执行。

-S204：机器人10由使用者60移动，例如，以用机器人10的夹具102 夹持对象。在此示范性实施例中，对象是使用者60无法看见的虚拟对象40。 但凭借在以下步骤中提供的力反馈机构，使用者60能够感觉到夹具102与 虚拟对象40之间的距离，而且还能够感觉到夹具102触碰到虚拟对象40和 机器人10与环境50的交互。

-S205：用于机器人10的每一关节的至少一个编码器101收集机器人 10的移动参数，且将所收集的移动参数发送到机器人10的控制器20。移动 参数包含但不限于速度、方向、加速度等。

-S206：机器人10的控制器20接收移动参数且发送到用于机器人编程 的设备30。

-S207：用于机器人编程的设备30根据移动参数使第一数据模型移动。 设备30可使用模拟方法来移动第一数据模型。

-S208：用于机器人编程的设备30测量第一数据模型与第二数据模型 之间的距离。如果所述距离大于第一距离阈值(在图中标记为“Y”)，那么 程序转到步骤S209，否则(在图中标记为“N”)程序转到步骤S210。

-S209：用于机器人编程的设备30切断用于将力的参数发送到机器人 10的控制器20的开关，或保持开关断开，只要所述距离大于第一距离阈值 即可。用于机器人编程的设备30返回到步骤S208，继续测量距离和作出判 断。可根据机器人10的通常移动速度、机器人10的大小等设定距离阈值。

-S210：一旦距离不大于第一距离阈值，用于机器人编程的设备30就 接通开关且根据所述距离计算有待由机器人10反馈到使用者60以便于感觉 到距离的第四力的参数。任选地，用于机器人编程的设备30由此计算第四 力的参数，从而使用者60能够感觉到虚拟对象40的定向和夹具101与虚拟 对象40的距离。且用于机器人编程的设备30可经由物理引擎计算第四力的 参数。

-S211：用于机器人编程的设备30将第四力的参数发送到机器人10的 控制器20。

-S212：机器人10的控制器20将所接收的第四力的参数发送到至少一 个发动机103，接着至少一个发动机103驱动机器人10将第四力反馈给使用 者60以便于感觉到机器人10与虚拟对象40的距离。

-S213：用于机器人编程的设备30监视第一数据模型是否触碰到第二 数据模型。如果第一数据模型触碰到第二数据模型(在图中标记为“Y”)， 那么程序转到步骤S214；否则(在图中标记为“N”)用于机器人编程的设 备30继续监视。

-S214：用于机器人编程的设备30计算有待由对应于虚拟对象40的物 理对象反馈给机器人10的第二力的参数。此处，用于机器人编程的设备30 可经由物理引擎计算力的参数。其中，设备30可根据对应于虚拟对象40的 物理对象的以下至少一个种类的参数计算第二力的参数：

-几何形状参数；

-物理性质参数；

-位置参数。

-S215：用于机器人编程的设备30根据第二力计算有待反馈给使用者 60以便于感觉到机器人10触碰到对应于虚拟对象40的物理对象的第一力的 参数。

应注意到设备30可首先计算第二力，且接着根据第二力计算第一力， 如上文所描述。然而，设备30还可在不计算第二力的情况下直接计算第一 力。

-S216：用于机器人编程的设备30将第一力的参数发送到机器人10的 控制器20。

-S217：机器人10的控制器20将所接收的第一力的参数发送到至少一 个发动机103，接着至少一个发动机103驱动机器人10将第一力反馈给使用 者60。

-S218：在第二数据模型由第一数据模型夹持之后，用于机器人编程的 设备30将第二数据模型与第一数据模型一起移动。

-S219：用于机器人编程的设备30监视第二数据模型与第三数据模型 之间的交互。如果用于机器人编程的设备30检测到第二数据模型与第三数 据模型之间的交互(在图中标记为“Y”)，那么程序转到步骤S220，否则 (在图中标记为“N”)用于机器人编程的设备30继续监视交互。

-S220：用于机器人编程的设备30计算有待反馈给使用者60以便于感 觉到对应于虚拟对象40的物理对象与环境50之间的交互的第三力803的参 数。用于机器人编程的设备30可经由物理引擎计算第三力803的参数。

-S221：用于机器人编程的设备30将第三力803的参数发送到机器人 10的控制器20。

-S222：机器人10的控制器20将所接收的第三力803的参数发送到至 少一个发动机103，接着至少一个发动机103驱动机器人10将第三力803 反馈给使用者60。

图9～图11示出第二数据模型与第三数据模型之间的交互的3个实例， 还示出有待反馈给使用者60的第三力803。在图9中，第一数据模型夹持第 二数据模型且将其置于第三数据模型(桌子，如环境50)上。第二数据模型 与第三数据模型存在碰撞。在图10中，第一数据模型夹持第二数据模型且 置于第三数据模型(中间带有把手的工件，如环境50)中。内侧壁与第二数 据模型之间存在交互，内底部与第二模型之间也存在交互。反馈给使用者60的第三力可以是2个交互的组合或2个交互中的每一个各自的结果。在图11 中，第一数据模型夹持第二数据模型且撞击第三数据模型(障碍物，如环境 50)。第二数据模型与第三数据模型存在碰撞。

图3描绘框图，其示出本公开的用于机器人编程的设备30的第一示范 性实施例。用于机器人编程的设备30包括：

-数据模型建立模块301，被配置成建立机器人10的第一数据模型和建 立虚拟对象40的第二数据模型；

-通信模块302，被配置成从机器人10的控制器20接收反映由使用者 60操纵的机器人10的移动的移动参数；

-数据模型控制器303，被配置成：根据移动参数使第一数据模型移动； 当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待反馈给使用者60以便于 感觉到机器人10触碰到对应于虚拟对象40的物理对象的第一力的参数；和

-所述通信模块302被进一步配置成将第一力的参数发送到机器人10 的控制器20，以驱动机器人10将第一力反馈给使用者60。

任选地，数据模型控制器303首先计算有待由对应于虚拟对象40的物 理对象反馈给机器人10的第二力的参数；接着根据第二力计算有待反馈给 使用者60以便于感觉到机器人10触碰到对应于虚拟对象40的物理对象的 第一力的参数。

任选地，数据模型控制器303根据对应于虚拟对象40的物理对象的以 下至少一个种类的参数计算第一力的参数：

-几何形状参数；

-物理性质参数；

-位置参数。

任选地，数据模型建立模块301可被进一步配置成建立环境50的第三 数据模型，其中，机器人10在所述环境50中且虚拟对象40被认定在所述 环境50中。数据模型控制器303可被进一步配置成：在第二数据模型由第 一数据模型夹持之后，将第二数据模型与第一数据模型一起移动；和在检测 到第二数据模型与第三数据模型之间的交互时，计算有待反馈给使用者60 以便于感觉到对应于虚拟对象40的物理对象与环境50之间的交互的第三力 的参数。通信模块302可被进一步配置成将第三力的参数发送到机器人10 的控制器20，以驱动机器人10将第三力反馈给使用者60。

任选地，数据模型控制器303可被进一步配置成：在建立第一数据模型 和第二数据模型之后，在第一数据模型触碰到第二数据模型之前，测量第一 数据模型与第二数据模型之间的距离；和在所述距离大于第一距离阈值时， 切断用于将力的参数发送到机器人10的控制器20的开关。且在所述距离不 大于第一距离阈值时，接通开关，数据模型控制器303可被进一步配置成： 根据所述距离计算有待由机器人10反馈给使用者60以便于感觉到距离的第 四力的参数；和将第四力的参数发送到机器人10的控制器20，以驱动机器 人10将第四力反馈给使用者60。

图4描绘框图，其示出本公开的用于机器人编程的设备30的第二示范 性实施例。设备30包括：

-处理器304，被配置成建立机器人10的第一数据模型和建立虚拟对象 40的第二数据模型；

-接收器305，被配置成从机器人10的控制器20接收反映由使用者60 操纵的机器人10的移动的移动参数；

-处理器304，被进一步配置成：根据移动参数使第一数据模型移动； 当第一数据模型触碰到第二数据模型时，计算有待由对应于虚拟对象40的 物理对象反馈给机器人10的第二力的参数；和根据第二力计算有待反馈给 使用者60以便于感觉到机器人10触碰到对应于虚拟对象40的物理对象的 第一力的参数；

-发射器306，被配置成将第一力的参数发送到机器人10的控制器20， 以驱动机器人10将第一力反馈给使用者60。

任选地，处理器304首先计算有待由对应于虚拟对象40的物理对象反 馈给机器人10的第二力的参数；且接着根据第二力计算有待反馈给使用者 60以便于感觉到机器人10触碰到对应于虚拟对象40的物理对象的第一力的 参数。

任选地，处理器304根据对应于虚拟对象40的物理对象的以下至少一 个种类的参数计算第一力的参数：

-几何形状参数；

-物理性质参数；

-位置参数。

任选地，处理器304可被进一步配置成：建立环境50的第三数据模型， 其中，机器人10在所述环境50中且虚拟对象40被认定在所述环境50中； 在第二数据模型由第一数据模型夹持，将第二数据模型与第一数据模型一起 移动；和在检测到第二数据模型与第三数据模型之间的交互时，计算有待反 馈给使用者60以便于感觉到对应于虚拟对象40的物理对象与环境50之间 的交互的第三力的参数。发射器306可被进一步配置成将第三力的参数发送 到机器人10的控制器20，以驱动机器人10将第三力反馈给使用者60。

任选地，处理器304可被进一步配置成：在建立第一数据模型和第二数 据模型之后，在第一数据模型触碰到第二数据模型之前，测量第一数据模型 与第二数据模型之间的距离；和在所述距离大于第一距离阈值时，切断用于 将力的参数发送到机器人10的控制器20的开关。且在所述距离不大于第一 距离阈值时，处理器304可被进一步配置成：接通开关；根据所述距离计算 有待由机器人10反馈给使用者60以便于感觉到距离的第四力的参数。发射 器306可被进一步配置成将第四力的参数发送到机器人10的控制器20，以 驱动机器人10将第四力反馈给使用者60。

图5描绘框图，其示出本公开的机器人10的控制器20的第一示范性实 施例。控制器20包括：

-第一通信模块201，被配置成接收力的参数；和

-第二通信模块202，被配置成将力的参数发送到用于机器人10的每一 关节的至少一个发动机103，以驱动机器人10将力反馈给操纵机器人10的 使用者60以便于感觉到以下各项中的至少一个：机器人10触碰到对象、对 象与机器人10和对象都在其中的环境50之间的交互、和机器人10与对象 的距离。

任选地，所提及的对象是虚拟对象40或物理对象。

任选地，第一通信模块201可被进一步配置成从至少一个编码器101接 收移动参数，且第二通信模块202可被进一步配置成将所接收的移动参数发 送到设备30，以用于设备30对机器人10的移动的模拟。

图6描绘框图，其示出本公开的机器人10的控制器20的第二示范性实 施例。控制器20包括：

-处理器203；

-与处理器203电子通信的存储器204；和

-存储于存储器204中的指令，所述指令可由处理器203执行来接收力 的参数和将所述力的参数发送到用于机器人10的每一关节的至少一个发动 机103，以驱动机器人10将力反馈给操纵机器人10的使用者60以便于感觉 到以下各项中的至少一个：机器人10触碰到对象、对象与机器人10和对象 都在其中的环境50之间的交互、和机器人10与对象的距离。

任选地，所提及的对象是虚拟对象40或物理对象。

任选地，所述指令可进一步实施：从至少一个编码器101接收移动参数； 将所接收的移动参数发射到设备30，以用于设备30对机器人10的移动的模 拟。

此外，在本公开中还呈现计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介 质上面存储有可由计算机系统的一个或多个处理器执行的指令，其中指令的 执行使计算机系统进行根据用于机器人编程的方法的方法，或用于控制本公 开中提供的机器人的方法。

此外，本公开中还提供计算机程序，所述计算机程序正由计算机系统的 一个或多个处理器执行且进行用于机器人编程的方法，或用于控制本公开中 提供的机器人的方法。

图7描绘由本公开提供的教导序列。图8描绘图7中的教导序列，示出 虚拟对象40和反馈给使用者60的力。

本公开中使用力反馈技术向使用者60给出力反馈以让使用者60感觉到 虚拟对象40的物理反馈，从而使编程程序变得顺利和有效。在图7中，使 用者60教导机器人10(机械臂)什么是与虚拟对象40(工件)的交互。在 图8中，相同教导序列在图7中示出，其中示出虚拟对象40和所生成的反 馈力(第一力802和第四力801)。即使工件不可见，使用者60也能够教导 机器人夹持所述工件(在左边)。当夹具102远离工件时，用于力反馈的开 关是断开的(在左边)。当夹具102接近工件时，机器人10向使用者60给 出和与工件的距离成比例的触觉反馈(在中间)。当夹具102已经与工件“处 于接触”时，机器人10可禁止朝向工件的任何进一步移动。

本公开提供一种用于机器人编程的方法、设备和机器人，以提供向在教 导编程期间操纵机器人的使用者给出力反馈的方案，从而让使用者感觉到虚 拟对象的物理反馈，从而使编程程序变得顺利和有效。可实现以下优点：

-以非常直观的方式合并物理和虚拟对象；

-减少教导时间；

-即时向使用者反馈；

-无需使用物理对象；

-可用于对非常大/重的对象进行教导编程，而无需在教导过程期间操 纵真实对象；

-无需额外硬件等。

虽然已参考某些实施例详细地描述了本发明技术，但是应了解，本发明 技术不限于那些精确的实施例。相反地，鉴于描述用于实践本发明的示范性 模式的本公开，本身将会在不脱离本发明的范围和精神的情况下对所属领域 的技术人员呈现许多修改和变型。因此，本发明的范围由以下权利要求书而 不是由前述描述指示。落入权利要求书的等效含义和范围内的所有改变、修 改和变型有待被认为在其范围内。

Claims (14)

1.一种用于机器人编程的系统(100)，包括：

机器人(10)；

所述机器人(10)的控制器(20)；

用于机器人编程的与所述机器人(10)的所述控制器(20)通信的设备(30)，被配置成

从所述机器人(10)的所述控制器(20)接收反映由使用者(60)操纵的所述机器人(10)的移动的移动参数；

根据所述移动参数使所述机器人(10)的第一数据模型移动；

当所述第一数据模型触碰到虚拟对象(40)的第二数据模型时，计算有待反馈给所述使用者(60)以便于感觉到所述机器人(10)触碰到对应于所述虚拟对象(40)的物理对象的第一力的参数；和

将所述第一力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)；

所述机器人(10)的所述控制器(20)，被进一步配置成驱动所述机器人(10)将所述第一力反馈给所述使用者(60)。

2.一种用于机器人编程的方法，包括：

从所述机器人(10)的控制器(20)接收反映由使用者(60)操纵的所述机器人(10)的移动的移动参数；

根据所述移动参数使所述机器人(10)的第一数据模型移动；

当所述第一数据模型触碰到虚拟对象(40)的第二数据模型时，计算有待反馈给所述使用者(60)以便于感觉到所述机器人(10)触碰到对应于所述虚拟对象(40)的物理对象的第一力的参数；和

将所述第一力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)，以驱动所述机器人(10)将所述第一力反馈给所述使用者(60)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中计算第一力的参数包含：根据对应于所述虚拟对象(40)的物理对象的以下至少一个种类的参数计算所述第一力的参数：

几何形状参数；

物理性质参数；

位置参数。

4.根据权利要求2或3所述的方法，进一步包括：

在所述第二数据模型由所述第一数据模型夹持之后，将所述第二数据模型与所述第一数据模型一起移动；

在检测到所述第二数据模型与环境(50)的第三数据模型之间的交互时，计算有待反馈给所述使用者以便于感觉到对应于所述虚拟对象(40)的物理对象与所述环境(50)之间的交互的第三力的参数，其中，所述机器人(10)在所述环境(50)中且所述虚拟对象(40)被认定在所述环境(50)中；和

将所述第三力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)，以驱动所述机器人(10)将所述第三力反馈给所述使用者(60)。

5.根据权利要求2到4中任一权利要求所述的方法，进一步包括在所述第一数据模型触碰到所述第二数据模型之前，

测量所述第一数据模型与所述第二数据模型之间的距离；和

如果所述距离大于第一距离阈值，那么切断用于将力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)的开关。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括在所述第一数据模型触碰到所述第二数据模型之前，如果所述距离不大于所述第一距离阈值，

那么接通所述开关；

根据所述距离计算有待由所述机器人(10)反馈给所述使用者(60)以便于感觉到所述距离的第四力的参数；和

将所述第四力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)，以驱动所述机器人(10)将所述第四力反馈给所述使用者(60)。

7.一种用于机器人编程的设备(30)，包括：

数据模型建立模块(301)，被配置成

建立机器人(10)的第一数据模型；和

建立虚拟对象(40)的第二数据模型；

通信模块(302)，被配置成从所述机器人(10)的控制器(20)接收反映由使用者(60)操纵的所述机器人(10)的移动的移动参数；和

数据模型控制器(303)，被配置成

根据所述移动参数使所述第一数据模型移动；

当所述第一数据模型触碰到所述第二数据模型时，计算有待反馈给所述使用者(60)以便于感觉到所述机器人(10)触碰到对应于所述虚拟对象(40)的物理对象的第一力的参数；和

所述通信模块(302)被进一步配置成将所述第一力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)，以驱动所述机器人(10)将所述第一力反馈给所述使用者(60)。

8.一种用于机器人编程的设备(30)，包括：

接收器(305)，被配置成从所述机器人(10)的控制器(20)接收反映由使用者(60)操纵的机器人(10)的移动的移动参数；

处理器(304)，被配置成

根据所述移动参数使所述机器人(10)的第一数据模型移动；

当所述第一数据模型触碰到虚拟对象(40)的第二数据模型时，计算有待反馈给所述使用者(60)以便于感觉到所述机器人(10)触碰到对应于所述虚拟对象(40)的物理对象的第一力的参数；

发射器(306)，被配置成将所述第一力的参数发送到所述机器人(10)的所述控制器(20)，以驱动所述机器人(10)将所述第一力反馈给所述使用者(60)。

9.一种用于控制机器人(10)的方法，包括：

接收力的参数；

将所述力的所述参数发送到用于所述机器人(10)的至少一个关节的至少一个发动机(103)，以驱动所述机器人(10)将所述力反馈给操纵所述机器人(10)的使用者(60)以便于感觉到以下各项中的至少一个：

机器人(10)触碰到对象；

对象与所述机器人(10)和所述对象都在其中的环境(50)之间的交互；和

所述机器人(10)与对象的距离；

其中所述对象是虚拟对象(40)或物理对象。

10.一种机器人(10)的控制器(20)，包括：

第一通信模块(201)，被配置成接收力的参数；和

第二通信模块(202)，被配置成将所述力的所述参数发送到用于所述机器人(10)的至少一个关节的至少一个发动机(103)，以驱动所述机器人(10)将所述力反馈给操纵所述机器人(10)的使用者(60)以便于感觉到以下各项中的至少一个：

所述机器人(10)触碰到对象；

对象与所述机器人(10)和所述对象都在其中的环境(50)之间的交互；和

所述机器人(10)与对象的距离；

其中所述对象是虚拟对象(40)或物理对象。

11.一种机器人(10)的控制器(20)，包括：

处理器(203)；

与所述处理器(203)电子通信的存储器(204)；和

存储于所述存储器(204)中的指令，所述指令可由所述处理器(203)执行来：

接收力的参数；

将所述力的所述参数发送到用于所述机器人(10)的至少一个关节的至少一个发动机(103)，以驱动所述机器人(10)将所述力反馈给操纵所述机器人(10)的使用者(60)以便于感觉到以下各项中的至少一个：

所述机器人(10)触碰到对象；

对象与所述机器人(10)和所述对象都在其中的环境(50)之间的交互；和

所述机器人(10)与对象的距离；

其中所述对象是虚拟对象(40)或物理对象。

12.一种机器人系统，包括根据权利要求10或11所述的机器人(10)和所述机器人(10)的控制器(20)。

13.一种计算机可读存储介质，上面存储有：

可由计算机系统的一个或多个处理器执行的指令，其中所述指令的执行使所述计算机系统进行根据权利要求2到6和9中任一权利要求所述的方法。

14.一种计算机程序，其正由计算机系统的一个或多个处理器执行且进行根据权利要求2到6和9中的任一项权利要求所述的方法。