CN112207801A - 一种机器人的操控装置、操控系统及操控方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于机器人领域，公开了一种机器人的操控装置、操控系统及操控方法，操控装置包括操控器胸腔部件、连接于操控器胸腔部件的操控臂、用于获取操控臂状态信息的位置传感器部件、和对所述位置传感器部件获取的各类数据进行处理和传输的核心控制部件，操控臂包括多个依次连接的臂体和连接于臂体的手柄，臂体的两端分别设置有铰接部和枢接部，相邻臂体的枢接部相连以形成枢接关节，相邻臂体的铰接部相连以形成铰接关节。本发明提供的一种机器人的操控装置、操控系统及操控方法，其可以适配多种机器人，具有操控实时性高、仿生直观控制、使用便捷易上手、操控精度高、兼容性佳、运行稳定等诸多特点。

Description

一种机器人的操控装置、操控系统及操控方法

技术领域

本发明属于机器人领域，尤其涉及一种机器人的操控装置、操控系统及操控方法。

背景技术

机器人的控制系统一般包括主控端的操控器和从属端的机器人或机器臂，通过主控端的操控器发出控制指令到从属端的机器人，从而实时控制机器人进行相应的运动。

目前，主控端的操控器一般包括摇杆+按钮便携控制箱模式、穿戴设备外骨骼模式和同构主控机械臂模式三种，其中，摇杆+按钮便携控制箱模式是通过按钮实现机器人关节的点动操作，控制精度差且容易误操作；穿戴设备外骨骼模式需要将外骨骼设备穿戴至人体上，通过实时采集外骨骼设备的运动数据反馈至机器人上，其外骨骼设备体积较大且重量较重，穿戴时需要助手在旁进行协作，极为不便；同构主控机械臂采用与从机器人相同的关节配置，主机械臂关节与从机械臂关节为一一映射关系，兼容性较差，无法使用一款主控机械臂兼容控制市面上大部分异构机器人。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供了一种机器人的操控装置、操控系统及操控方法，其通过位置传感部件和核心控制部件收集并处理操控臂的状态信息，生成终端机器人的位姿数据，从而驱动终端机器人完成相应动作，并可以适配多种终端机器人，具有操控实时性高、仿生直观控制、使用便捷易上手、操控精度高、兼容性佳、运行稳定等诸多特点。

本发明的技术方案是：一种机器人的操控装置，包括操控器胸腔部件、具有多个自由度的操控臂、用于获取所述操控臂状态信息的位置传感器部件和对所述位置传感器部件获取的各类数据进行处理并输出的核心控制部件，所述操控臂连接于所述操控器胸腔部件，所述操控臂包括多个依次连接的臂体和连接于所述臂体的手柄，所述臂体的两端分别设置有铰接部和枢接部，相邻所述臂体的所述枢接部相连以形成枢接关节，相邻所述臂体的所述铰接部相连以形成铰接关节。

可选地，所述臂体依次连接有五个，所述操控臂枢接于所述操控器胸腔部件；且/或，所述操控臂设置有一组或两组。

可选地，五个所述臂体分别为依次连接的第一臂体、第二臂体、第三臂体、第四臂体以及第五臂体，所述第一臂体的所述枢接部枢接于所述操控器胸腔部件，所述第一臂体铰接于所述第二臂体，所述第二臂体枢接于所述第三臂体，所述第三臂体铰接于所述第四臂体，所述第四臂体枢接于所述第五臂体，所述手柄连接于所述第五臂体。

可选地，所述操控臂枢接于所述操控器胸腔部件，且所述操控臂与所述操控器胸腔部件连接的枢接部设置有用于平衡所述操控臂重力的助力部件，所述助力部件为扭簧、卷簧或拉簧。

可选地，所述操控器胸腔部件内设置有连接于所述操控臂且用于调节所述操控臂肩宽的肩宽调节机构；且/或，所述臂体设置有用于调节所述臂展的臂展调节机构。

可选地，所述肩宽调节机构包括调节滑轨、滑动连接于所述调节滑轨的连接滑块和用于限制所述连接滑块滑动的滑块限位部件，所述操控臂连接于所述连接滑块；且/或，所述臂展调节机构包括设置于所述臂体的限位块和关节限位部件，所述枢接部设置有用于供所述限位块伸入以使所述枢接部滑动连接于所述臂体的限位滑槽。

可选地，所述滑块限位部件包括连接于所述连接滑块且有所述连接滑块拉动的限位弹簧和设置于所述操控器胸腔部件且用于插入所述连接滑块以限制所述连接滑块滑动的滑块销钉部件，所述连接滑块设置有用于供所述滑块销钉部件插入的调节销钉孔。

可选地，所述关节限位部件包括设置于所述臂体内且用于连接相邻所述枢接部的限位弹簧和设置于所述枢接部且用于插入所述臂体以限制所述枢接部滑动的销钉部件，所述臂体设置有用于供所述销钉部件插入的档位槽。

可选地，所述铰接关节和所述枢接关节均为可拆卸式连接，且/或，所述铰接关节和所述枢接关节均对应设置有用于防水的密封圈。

可选地，所述铰接关节和所述枢接关节均对应设置有用于降低或消除抓握控制时所产生的微小抖动的阻尼装置或/和用于插入所述铰接关节和所述枢接关节以限制所述枢接关节和铰接关节转动角度的限位件。

可选地，所述枢接关节和所述铰接关节处设置有用于供所述快拆限位件插入的限位槽，所述限位槽中设置有限位凸起，所述快拆限位件设置有用于与所述限位凸起配合的限位缺口。

可选地，所述手柄可拆卸式连接于所述臂体，所述手柄设置有用于检测脱手状态的感应开关。

可选地，所述手柄包括连接于所述臂体的手柄安装件和枢接于所述手柄安装件的手柄主体，所述手柄主体设置有摇杆、按键和状态指示灯中的至少一种。

可选地，所述核心控制部件设置于所述操控器胸腔部件内，且所述核心控制部件包括用于处理所述位置传感器部件所获取信息的单片机和用于收发所述控制指令的通讯模块。

可选地，所述操控装置还包括连接于所述操控器胸腔部件且用于支撑所述操控器胸腔部件的支架。

可选地，所述操控器胸腔部件的底部设置有用于供所述支架伸入的安装孔，且所述支架可拆卸式连接于所述安装孔。

本发明还提供了一种机器人的控制系统，其特征在于，包括终端机器人和上述的一种机器人的操控装置，所述操控装置用于操控所述终端机器人。

本发明还提供了一种机器人的操控方法，采用上述的一种机器人的控制系统，其特征在于，包括如下步骤：

所述操控臂模拟人体手臂关节运动，所述位置传感器部件采集所述操控臂的运动参数；

所述核心控制部件基于机器人运动学原理对所述运动参数进行正解，以输出所述操控臂末端的位姿数据，并将所述位姿数据发送至终端机器人，所述终端机器人对所述位姿数据进行路径规划和逆解后输出相应的控制指令并执行；

或者，所述核心控制部件对运动参数进行逻辑处理而非公式化运算后，直接将其作为控制指令发送至终端机器人，所述操控臂各关节的位置信息映射到终端机器人的各关节。

本发明所提供的一种机器人的操控装置、操控系统及操控方法，操控人员操控具有多个自由度的操控臂做出动作，位置传感器部件获取操控臂的运动参数，核心控制部件根据操控臂的运动参数计算出操控臂的位姿数据，终端机器人便可以根据运动参数和位姿数据做出相应的动作。本发明所提供的一种机器人的操控装置、操控系统及操控方法，可以适应各种终端机器人或机械臂，具有精度高且兼容性佳的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的正视图；

图3是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的侧视图；

图4是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的手柄的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的操控状态下的立体结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的手柄的立体结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的手柄的另一种可选实施方式的示意图；

图8是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的肩宽调节机构的示意图；

图9是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的另一种肩宽调节机构的示意图；

图10是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的臂体的其中一种实施方式的爆炸图；

图11是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的臂体的其中一种实施方式的示意图；

图12是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的臂体的另一种可选实施方式的示意图

图13是本发明实施例提供的一种机器人的操控装置的支架和操控器胸腔部件的爆炸图；

图14是本发明实施例提供的一种机器人的操控方法的流程示意图。

图中：

10、操控器胸腔部件；101、定位孔；11、连接滑块；12、调节滑轨；13、滑块销钉部件；14、拖链；

2、操控臂；20、臂体；201、铰接部；202、枢接部；203、限位滑块；204、限位滑槽；205、档位槽；206、外壳；207、限位件；208、限位槽；209、限位凸起；

21、第一臂体；22、第二臂体；23、第三臂体；24、第四臂体；25、第五臂体；26、手柄；261、手柄安装件；262、手柄主体；263、摇杆；264、按键；265、状态指示灯；

30、支架；301、航空插头；302、防呆凸起；31、紧固螺母。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。

另外，本发明实施例中若有“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的用语，其为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位或位置关系、也不是必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。

请参考图1，图1示出了操控装置的立体结构示意图，本发明实施例提供的一种机器人的操控装置，可以用于操控终端机器人、终端机械臂或者其他终端，本实施例以终端机器人为例进行说明，但这并不是对本发明的限制。上述操控装置包括操控器胸腔部件10、操控臂2、位置传感器部件和核心控制部件，操控臂2连接于操控器胸腔部件10，操控臂2包括多个依次连接的臂体20和连接于臂体20的手柄26，其中，臂体20的两端分别设置为铰接部201和枢接部202，相邻臂体20的枢接部202相连以形成枢接关节，相邻臂体20的铰接部201相连以形成铰接关节，枢接关节可以轴向转动，铰接关节可以径向摆动，操控臂2可以通过枢接关节和铰接关节的配合使得操控臂2能够具有多个运动自由度，从而做出各种动作；手柄26可以连接于末端的臂体20，以便于操控人员握持并控制操控臂2，手柄26可以对应终端机器人的不同。具体应用中，操作人员可以将操控器胸腔部件10置于胸前，手动握持住操控臂2的末端，控制操控臂2使其模仿人体手臂的各种动作，而无需穿戴或者他人协助，操控便捷，上手即可进行操作。位置传感器部件可以设置于枢接关节和铰接关节处，在操控臂2运动的过程中，位置传感器部件可以获取枢接关节和铰接关节的运动参数，例如关节角度、转动速度和转动加速度等，而核心控制部件负责将位置传感器部件收集到的运动参数通过正运动学计算输出操控臂2的位姿数据，并发送至终端机器人，终端机器人根据位姿数据进行路径规划、逆运动学等计算后，输出控制指令并执行，做出相应的动作；或者，核心控制部件也可以对运动参数进行逻辑处理，直接将其作为控制指令发送至终端机器人，终端机器人直接将操控臂2各关节位置信息映射到终端机器人的各关节，实现随动操控。如此便可以使操控装置适配包括同构和异构类型在内的各种终端机器人，兼容性佳，并且若通过正运动学和逆运动学计算得出的控制指令，可以有效地消除操作人员控制操控臂2时产生的抖动问题，从而提升终端机器人或机械臂运动的平滑性和稳定性。

具体应用中，位置传感器部件可以采用编码器，编码器设置于操控臂2的各关节处，即每个关节处设置均设置有相应的编码器，以便于获取操控臂2各关节的运动数据，当然，在其他实施方式中也可以采用其他位置传感器。

请一并参考图2和图3，图2和图3分别示出了操控装置的正视图和侧视图，具体地，枢接部202可以呈圆柱形，相邻臂体20的枢接部202可以位于同一轴线上，以保证枢接关节转动时的同轴度。铰接部201可以呈半圆柱形，铰接部201的一端连接于枢接部202，铰接部201的另一端与相邻臂体20的铰接部201连接。

具体应用中，枢接部202的长度和铰接部201的长度可以依据实际需求设置，并且各臂体20的铰接部201的长度可以相同也可以不同，当然，各臂体20的枢接部202的长度可以相同也可以不同。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，铰接关节和枢接关节可以均为可拆卸式连接。这样的设计，一方面，有利于操控臂2的日常维护，并且在单个臂体20出现故障时，可以仅更换该故障臂体20，降低成本；另一方面，可以根据终端机器人或机械臂的具体情况，选择调整臂体20的数量和类型，提高操控装置的实用性。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，铰接关节和枢接关节可以对应设置有用于防水的密封圈，以提高枢接关节和铰接关节的防水性能。进一步地，各臂体20和操控器胸腔部件10等可以均为全密封设计，并且相应的连接线路、编码器、处理器以及电路板等可以均为内置设计，使操控装置可以在不影响性能的前提下，具有优秀的防水等级，以便于操控装置在露天环境乃至于雨天环境使用。

请参考图2，作为本实施例中其中一种可选实施方式，臂体20设置有五个，分别为第一臂体21、第二臂体22、第三臂体23、第四臂体24和第五臂体25，第一臂体21的枢接部202枢接于操控器胸腔部件10，第一臂体21、第二臂体22、第三臂体23、第四臂体24和第五臂体25依次连接。具体而言，第一臂体21的枢接部202枢接于操控器胸腔部件10，第一臂体21的铰接部201铰接于第二臂体22的铰接部201，第二臂体22的枢接部202枢接于第三臂体23的枢接部202，第三臂体23的铰接部201铰接于第四臂体24的铰接部201，第四臂体24的枢接部202枢接于第五臂体25的枢接部202，手柄26可以连接于第五臂体25，通过五个臂体20和操控器胸腔部件10的配合，可以使操控臂2的运动方式接近于人体手臂的运动方式，有利于操作人员控制操控臂2做出动作。

具体应用中，请参考图5，操作人员可以握持住手柄26并向前托举操控臂2，操控臂2的各铰接关节和枢接关节会随之转动或摆动，使操控臂2的状态和操作人员手臂的状态一致。具体而言，操作人员在通过手柄26托举操控臂2时，操控臂2会位于操作人员手臂的上方，在各臂体20自身重力的作用下，操控臂2的各铰接关节和枢接关节会随跟随操作人员的手臂转动或摆动，使操控臂2跟随操作人员的手臂做出相同的动作，相较于现有技术中需要将操控臂捆绑于操作人员的手臂上来实现操控臂的跟随，本发明实施例无需将操控臂2捆绑，也可以实现操控臂2的跟随，操作人员可以独自完成操控，极大方便了操作人员的操作。

进一步地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，第一臂体21和操控器胸腔部件10的连接处设置有助力部件，操作人员在操作操控臂2时，助力部件可以一定程度上平衡操控臂2重力，减少操作人员的负担，有利于操作人员的操作。

可选地，助力部件可以采用扭簧、卷簧或者拉簧等，可以根据实际应用选择。当然，具体应用中，也可以采用电机或者其他助力部件。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，各铰接关节枢接关节处均设置有阻尼装置，阻尼装置可以一定程度上降低甚至消除操作人员握持控制时所产生的微小抖动，提升操控臂2的操控精度。具体应用中，阻尼装置可以为缓冲橡胶圈，或者也可以为其他现有的阻尼器，其具体尺寸可以依据实际情况进行选择设置。

请参考图8，图8示出了肩宽调节机构的示意图，作为本实施例臂体20的其中一种可选实施方式，操控器胸腔部件10内设置有连接于操控臂2且用于调节操控臂2肩宽的肩宽调节机构，操作人员可以通过肩宽调节机构调节操控臂2的肩宽(即操控臂2和操控胸腔之间的距离)，方便身高不同的操控人员操控。

具体地，请继续参考图8，作为本实施例的其中一种可选实施方式，肩宽调节机构包括调节滑轨12、滑动连接于调节滑轨12的连接滑块11和用于限制连接滑块11滑动的滑块限位部件。具体应用中，操控臂2可以枢接于连接滑块11，在不影响操控臂2转动的同时实现肩宽的调节，在别的实施方式中，操控臂2也可以通过连接件连接于连接滑块11，具体而言，操控臂2枢接于连接件，而连接件连接于连接滑块11，这样也可以实现相同的技术效果。在使用时，操控人员可以通过调节滑轨12和连接滑块11调节操控臂2的肩宽，并通过滑块限位部件限制连接滑块11的滑动，从而实现操控臂2肩宽的调整。

具体应用中，操控臂2可以设置有两组，相应地，如图8所示，调节滑轨12和连接滑块11也可以对应设置两组，并且两组调节滑轨12可以相向设置。当然，如图9所示，也可以仅设置一根调节滑轨12和两个连接滑块11，两个连接滑块11均连接于调节滑轨12。进一步地，连接滑块11可以设置缓冲件(图中未示出)，缓冲件可以位于两个连接滑块11相向的位置处，这样在两个连接滑块11相抵时，连接滑块11的缓冲件便可以相接触以缓冲两个连接滑块11碰撞。当然，在其他实施例中，缓冲件也可以设置于其他设置处，用于缓冲连接滑块11与操控器胸腔部件10内壁的接触碰撞。

进一步地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，滑块限位部件包括设置于操控器胸腔部件10的滑块销钉部件13，操控器胸腔部件10间隔设置由多个用于供滑块销钉部件13穿过的定位孔101，连接滑块11设置有用于供滑块销钉部件13插入的销钉调节孔，操作人员可以提前调节操控臂2的肩宽，随后将滑块销钉部件13穿过定位孔101后插入连接滑块11中的销钉调节孔中，这样就可以限制连接滑块11的滑动。

进一步地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，连接滑块11可以连接有拖链14，拖链14的一端连接于连接滑块11，拖链14的另一端连接于操控器胸腔部件10，如此，便可以通过拖链14来限制连接滑块11的最大位移，提高肩宽调节机构的可靠性。

请参考图10，图10示出了臂体20其中一种实施方式的爆炸图，作为本实施例臂体20的其中一种可选实施方式，臂体20设置有用于调节臂展调节机构，操作人员可以通过臂展调节机构调节操控臂2的臂展(即相邻臂体20之间的距离)，方便身高不同的操控人员操控。需要解释的是，图10示出的是相较于图4中臂体的另一种可选实施方式，在不矛盾的前提下，该实施方式可以与本实施例中的其他部件的实施方式结合。

具体地，作为本实施例臂体20的其中一种可选实施方式，臂展调节机构包括设置于臂体20的限位滑块203和关节限位部件，枢接部202设置有限位滑槽204，枢接部202可以通过限位滑块203和限位滑槽204的配合实现与臂体20的滑动连接，并可以通过关节限位部件限制枢接部202的滑动，从而将臂展调节在一个合适操作人员的长度。本实施例中，臂展调节机构设置于枢接部202，在其他具体实施例中，臂展调节机构也可以设置于其他位置。

进一步地，如图11所示，作为本实施例臂体20的其中一种可选实施方式，臂体20设置有多个相邻的档位槽205，关节限位部件为设置于枢接部202的销钉部件(图中未示出)，在使用前，可以先将臂展调节至合适的长度，再通过销钉部件插入相应的档位槽205中，限制枢接部202件的滑动，从而适应各种体型的操作人员。具体应用中，枢接部202可以设置有外壳206，销钉部件可以为设置于外壳206的弹簧销钉，弹簧销钉可以为类似于自锁开关的结构，使用时按下弹簧销钉的按键，弹簧销钉便可以插入档位槽205中，而再次按压，则弹簧销钉复位并退出档位槽205解除限制。

请参考图12，作为本实施例臂体20的其中一种可选实施方式，铰接关节和枢接关节还设置有限位件207，限位件207可以插入铰接关节和枢接关节，从而限制铰接关节和枢接关节的转动角度。

具体地，铰接关节和枢接关节处均设置有用于供限位件207插入的限位槽208，限位槽208内设置有限位凸起209，限位件207设置有限位缺口，当限位件207插入限位槽208中且转动关节时，限位槽208中的限位凸起209可以抵顶于限位件207的限位缺口，从而限制铰接关节和枢接关节的转动角度。具体应用中，限位缺口的大小和限位凸起209的大小可以根据实际情况选择设置，限位件207可以通过螺丝可拆卸连接于臂体20，便于限位件207的快速拆装，实际应用时，限位件207也可以采用卡扣或者其他连接方式连接于臂体20，通过更换限位件207来调节关节转动角度的限制；并且，铰接关节处的限位件207和枢接关节处的限位件207可以是相同的，也即不同位置处的限位件207可以相互替换。

请一并参考图4和图6，图4和图6分别示出了手柄26的侧视图和立体结构示意图。手柄26可以可拆卸式连接于臂体20，一方面，有利于维护，另一方面，终端机器人的种类各异，具体功能上也有不同，尤其是终端机器人末端的功能模块，通过可拆卸式的设计，便可以根据不同的终端机器人而选择不同的手柄26，兼容适配终端机器人末端的功能模块，手柄26的相应操作信息作为操控臂2的运动参数一并传输至核心处理部件，例如终端机器人的移动和抓持等，就可以通过手柄26实现，当然，也可以根据实际任务定制专用的手柄26。

具体地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，手柄26包括连手柄安装件261和手柄主体262，手柄安装件261可拆卸式连接于末端的臂体20，本实施例中，手柄安装件261连接于第五臂体25的末端(即相对于第五臂体25的枢接部202的另一端)，手柄主体262枢接于手柄安装件261，使手柄主体262可以绕手柄安装件261轴向转动，进一步提高操控臂2的运动自由度，操作人员握持手柄主体262并操作操控臂2时，可以转动的手柄主体262有利于操作人员控制操控臂2做出动作。具体应用中，手柄主体262和手柄安装件261之间可以设置有编码器，该编码器用于获取手柄主体262转动的运动参数，当然在别的实施方式中，也可以不设置编码器。

进一步地，手柄26还可以包括摇杆263、按键264和状态指示灯265中的至少一种，摇杆263和按键264可以设置于手柄主体262，通过摇杆263和按键264可以使手柄26兼容适配更多的终端机器人功能模块，例如通过按键264或摇杆263控制终端机器人的位移或转动方向等，进一步提升操控装置的兼容性。

具体应用中，操控臂2的枢接关节和铰接关节可以分别对应终端机器人的5个转动轴，而摇杆263可以用于控制终端机器人的其余的转动轴，例如通过摇杆263的左右摆动控制终端机器人的第六轴的转动，通过摇杆263的上下摆动控制终端机器人的第七轴的转动。或者，通过设置在手柄主体262和手柄安装件261之间的编码器读取两者之间的相对转动的运动参数来控制终端机器人的第六轴的转动，通过摇杆263的上下摆动控制终端机器人的第七轴的转动。状态指示灯265可以设置有一组、两组或者多组，并且每组状态指示灯265可以呈圆形分布，请参考图7，图7示出了状态指示灯265设置有两组时的示意图，在摇杆263控制终端机器人的第六轴和第七轴时，呈圆形分布的状态指示灯265可以对应显示当前终端机器人的第六轴和第七轴的转动状态，第六轴和第七轴的转动状态与状态指示灯265颜色变化一致，具体而言，摇杆263控制第六轴和第七轴转动到指定位置时，状态指示灯265会亮起对应于该指定位置的灯，也即状态指示灯265中的每个灯珠均对应第六轴和第七轴的转动位置。如此，操作人员便可以通过状态指示灯265获知终端机器人的第六轴和第七轴的状态，利于操作人员操作。另外，可以通过按键264调整操控装置和终端机器人的映射缩放倍数，包括但不限于控制精度、速度和位移比例等。而状态指示灯265可以用于提示操控装置的工作状态，也可以用于提示摇杆263和按键264功能切换时的信息提示。

具体地，手柄主体262可以呈圆柱形，以便于操作人员握持，摇杆263可以设置于手柄主体262的上方，按键264可以设置于手柄主体262的侧面或上方，方便操作人员在握持手柄26的同时对按键264进行操作。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，手柄26设置有感应开关(图中未示出)，感应开关可以用于检测操作人员的脱手状态，防止操作人员脱手后的误操作，提高操控装置的安全性。

可选地，感应开关可以为光电感应开关，当然，也可以依据实际情况选择其他感应开关。

请重新参考图2，作为本实施例的其中一种可选实施方式，操控臂2对称设置有两组，各操控臂2分别连接于操控器胸腔部件10的两侧。两组操控臂2的设计可以使操控装置适配双臂机器人，相应地，在具体应用中，操控臂2也可以设置一组或者多组，以适应单臂或多臂机器人。应当理解地，两组操控臂2也可以用于控制单臂机器人。

请继续参考图2，作为本实施例的其中一种可选实施方式，操控装置还包括支架30(图中未完全示出)，支架30连接于操控器胸腔部件10且用于支撑操控器胸腔部件10，并且支架30可以调节操控器胸腔部件10的高度，便于不同身高的操作人员使用。将支架30放置于地面，将操控器胸腔部件10连接于支架30，通过支架30将操控器胸腔部件10撑起，使操控臂2可以悬空，在操作时，操作人员的双手可以以环抱的方式，从操控臂2的下方握持手柄26，并托举操控臂2至胸前位置，进入操控状态，而无需进行穿戴或捆绑，并且单人即可进行操纵，无需他人协助。具体应用中，也可以采用背负模式。

具体地，支架30可以为三角支架30，也可以采用其他结构的支架30。

进一步地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，操控器胸腔部件10的底部设置有安装孔，支架30可以通过安装孔可拆卸式连接于操控器胸腔部件10。操控器胸腔部件10和支架30分体式的设计，使得在运输或搬运操控装置时，可以将支架30和操控器胸腔部件10单独运输和存放，提升操控装置的便携性。具体应用中，如遇紧急情况(如排爆现场)，操作人员可以快速地将支架30和操控器胸腔部件10分离，并由不同的工作人员分别将支架30和操控器胸腔部件10搬离现场，便于工作人员的及时撤离，保证了现场工作人员和设备的安全。

具体地，请参考图13，图13示出了支架30和操控器胸腔部件10的爆炸图，作为本实施例支架30的其中一种可选实施方式，支架30可以通过紧固螺母31连接于操控器胸腔部件10，并且支架30伸入安装孔的上端位置处设置有航空插头301。当支架30伸入安装孔后，支架30可以通过航空插头301与操控器胸腔部件10实现电连接，并通过紧固螺母31将支架30锁紧于安装孔中，在具体应用中，可以通过支架30增设其他功能模块，丰富操控装置的系统功能性。进一步地，为了便于操作人员安装支架30，支架30伸入安装孔的位置处可以设置有防呆结构，具体而言，防呆结构可以为设置于航空插头301处的防呆凸起302，安装孔内设置有与之对应的防呆凹槽(图中未示出)。具体应用中，航空插头301也可以换为其他连接方式，例如金属触点等。

可选地，作为本实施例支架30的其中另一种可选实施方式，支架30可以螺纹连接于安装孔，并且支架30伸入安装孔的位置处设置有连接触点，当支架30连接于安装孔后，该连接触点便可以与操控器胸腔部件10电连接，在具体应用中，可以通过支架30增设其他功能模块，丰富操控装置的系统功能性。

可选地，作为本实施例支架30的其中另一种可选实施方式，支架30伸入安装孔的位置处可以设置有定位部件，定位部件包括设置于支架30的定位孔、设置于定位孔中的定位件和连接于定位件的定位弹簧，安装孔中设置有用于供定位件伸入的定位槽。安装时，支架30伸入安装孔中，定位件抵于安装孔的侧壁并缩回定位孔中，当定位件对准定位槽时，在定位弹簧的作用下，定位件伸入定位槽中，如此便可以将支架30连接于操控器胸腔部件10。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，核心控制部件包括用于处理传感器部件所获取信息的单片机和用于收发所述控制指令的通讯模块，单片机可以对编码器采集到的运动参数进行处理，通讯模块可以将用于与终端机器人之间的信号收发，核心控制部件可以设置于操控器胸腔部件10内。

可选地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，操控装置还包括控制箱(图中未示出)，控制箱可以通过支架30连接于操控器胸腔部件10，通信模块可以集成于控制箱，可以将控制指令发送至终端机器人。另外，与控制箱的连接可以采用三级航空插头，保证连接的可靠性。具体应用中控制箱可以设置有显示屏，用于显示操控装置的状态、终端机器人的状态和终端机器人采集到的画面等。

进一步地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，本实施例中的操控臂2和操控器胸腔部件10可以采用轻量化设计。具体地，操控臂2和操控器胸腔部件10的外壳可以采用轻质材料制作，例如塑料或者铝合金等，可以降低质量，减少操作人员操作时的疲劳感，便于操作人员的长时间使用，同时精细化动作也会更加轻松。当然，具体应用中，支架30和控制箱也可以依据需求采用轻量化设计。

本发明实施例还提供了一种机器人的操控系统，包括终端机器人和上述的操控装置，操控装置用于操控终端机器人，操控装置可以采用直接映射的方式控制终端机器人，也可以根据运动学计算后得到的相关数据发送控制指令给终端机器人进行操控。可以理解地，本发明实施例所述的终端机器人，既包括具有移动功能的终端机器人，也包括不具有移动功能的机械臂，并且终端机器人和机械臂均包括单臂、双臂和多臂类型。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，终端机器人可以设置有视觉传感器，通过视觉传感器将终端机器人的工作环境反馈给操作人员，以便于操作人员进行操控。具体而言，可以通过视频传输的方式将画面传输给操作人员并在显示屏上显示，也可以通过虚拟现实技术反馈给操作人员，并可以以AR(Augmented Reality，增强现实)/VR(VirtualReality，虚拟现实)穿戴设备的形式呈现给操作人员。

具体地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，视觉传感器可以设置有多个，例如设置于终端机器人的上端、侧面或底部，以便于观察终端机器人的上空、四周以及地面等情况。

本发明实施例还提供了一种机器人的操控方法，采用上述的一种机器人的操控装置，请参考图14，图14示出了操控方法的流程示意图，具体包括如下步骤：

操控臂2跟随或模拟人体手臂关节运动，位置传感器部件采集操控臂2的运动参数。

具体而言，操作人员用手托举手柄26，并将操控臂2举止胸前位置，握持手柄26并做出动作，位置传感器部件采集各枢接关节、铰接关节以及手柄26的运动参数。具体应用中，上述运动参数包括关节角度、转动速度和转动加速度中的至少一种，运动参数也包括了手柄26中按键264的按键信息和摇杆263的摆动信息。

核心控制部件基于机器人运动学原理对运动参数进行正解，以输出操控臂2末端的位姿数据，并将位姿数据发送至终端机器人，终端机器人对位姿数据进行路径规划和逆解后输出相应的控制指令并执行。

具体而言，核心控制部件根据位置传感器部件所采集到的运动参数，通过正运动学计算出操控臂2末端的位姿数据并发送至终端机器人。

终端机器人对位姿数据进行路径规划和逆运动学计算后输出相应的控制指令并执行。

或者，作为本实施例的其中一种可选实施方式，核心控制部件对运动参数进行逻辑处理并输出相应的控制指令发送至终端机器人，终端机器人执行控制指令。

具体而言，核心控制部件对运动参数进行逻辑处理而非公式化运算后，直接将其作为控制指令发送至终端机器人的机器人控制箱，不再进行逆运动学等复杂运算，直接将操控臂2各关节的位置信息映射到终端机器人的各关节，实现随动操控。

具体地，上述控制指令包括转动角度、转动速度、转动加速度和力矩中的至少一种。

本发明实施例所提供的一种机器人的操控装置、操控系统及操控方法，操控人员在使用时，无需穿戴或捆绑操控装置，单人即可进行操作，便捷性佳；另外，本发明实施例分体式的设计，有利于本装置运输和存储，具有较佳的便携性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种机器人的操控装置，其特征在于，包括操控器胸腔部件、具有多个自由度的操控臂、用于获取所述操控臂状态信息的位置传感器部件和对所述位置传感器部件获取的各类数据进行处理并传输的核心控制部件，所述操控臂连接于所述操控器胸腔部件，所述操控臂包括多个依次连接的臂体和连接于所述臂体的手柄，所述臂体的两端分别设置有铰接部和枢接部，相邻所述臂体的所述枢接部相连以形成枢接关节，相邻所述臂体的所述铰接部相连以形成铰接关节。

2.如权利要求1所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述臂体依次连接有五个，所述操控臂枢接于所述操控器胸腔部件；且/或，所述操控臂设置有一组或两组。

3.如权利要求2所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，五个所述臂体分别为依次连接的第一臂体、第二臂体、第三臂体、第四臂体以及第五臂体，所述第一臂体的所述枢接部枢接于所述操控器胸腔部件，所述第一臂体铰接于所述第二臂体，所述第二臂体枢接于所述第三臂体，所述第三臂体铰接于所述第四臂体，所述第四臂体枢接于所述第五臂体，所述手柄连接于所述第五臂体。

4.如权利要求1所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述操控臂枢接于所述操控器胸腔部件，且所述操控臂与所述操控器胸腔部件连接的枢接部设置有用于平衡所述操控臂重力的助力部件，所述助力部件为扭簧、卷簧或拉簧。

5.如权利要求1所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述操控器胸腔部件内设置有连接于所述操控臂且用于调节所述操控臂肩宽的肩宽调节机构；且/或，所述臂体设置有用于调节臂展的臂展调节机构。

6.如权利要求5所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述肩宽调节机构包括调节滑轨、滑动连接于所述调节滑轨的连接滑块和用于限制所述连接滑块滑动的滑块限位部件，所述操控臂连接于所述连接滑块；且/或，所述臂展调节机构包括设置于所述臂体的限位块和关节限位部件，所述枢接部设置有用于供所述限位块伸入以使所述枢接部滑动连接于所述臂体的限位滑槽。

7.如权利要求6所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述滑块限位部件包括设置于所述操控器胸腔部件且用于插入所述连接滑块以限制所述连接滑块滑动的滑块销钉部件，所述连接滑块设置有用于供所述滑块销钉部件插入的调节销钉孔。

8.如权利要求6所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述关节限位部件包括设置于所述枢接部且用于插入所述臂体以限制所述枢接部滑动的销钉部件，所述臂体设置有用于供所述销钉部件插入的档位槽。

9.如权利要求1所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述铰接关节和所述枢接关节均为可拆卸式连接，且/或，所述铰接关节和所述枢接关节均对应设置有用于防水的密封圈。

10.如权利要求1所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述铰接关节和所述枢接关节均对应设置有用于降低或消除抓握控制时所产生的微小抖动的阻尼装置或/和用于插入所述铰接关节和所述枢接关节以限制所述枢接关节和铰接关节转动角度的限位件。

11.如权利要求10所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述枢接关节和所述铰接关节处设置有用于供所述限位件插入的限位槽，所述限位槽中设置有限位凸起，所述限位件设置有用于与所述限位凸起配合的限位缺口。

12.如权利要求1所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述手柄可拆卸式连接于所述臂体，所述手柄设置有用于检测脱手状态的感应开关。

13.如权利要求1所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述手柄包括连接于所述臂体的手柄安装件和枢接于所述手柄安装件的手柄主体，所述手柄还包括摇杆、按键和状态指示灯中的至少一种。

14.如权利要求1所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述核心控制部件设置于所述操控器胸腔部件内，且所述核心控制部件包括用于处理所述位置传感器部件所获取信息的单片机和用于收发所述控制指令的通讯模块。

15.如权利要求1至14任一项中所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述操控装置还包括连接于所述操控器胸腔部件且用于调整所述操控器胸腔部件高度的支架。

16.如权利要求15所述的一种机器人的操控装置，其特征在于，所述操控器胸腔部件的底部设置有用于供所述支架伸入的安装孔，且所述支架可拆卸式连接于所述安装孔。

17.一种机器人的控制系统，其特征在于，包括终端机器人和如权利要求1至16中任一项所述的一种机器人的操控装置，所述操控装置用于操控所述终端机器人。

18.一种机器人的操控方法，采用如权利要求17所述的一种机器人的控制系统，其特征在于，包括如下步骤：

所述操控臂模拟人体手臂关节运动，所述位置传感器部件采集所述操控臂的运动参数；

所述核心控制部件基于机器人运动学原理对所述运动参数进行正解，以输出所述操控臂末端的位姿数据，并将所述位姿数据发送至终端机器人，所述终端机器人对所述位姿数据进行路径规划和逆解后输出相应的控制指令并执行；

或者，所述核心控制部件对运动参数进行逻辑处理而非公式化运算后，直接将其作为控制指令发送至终端机器人，所述操控臂各关节的位置信息映射到终端机器人的各关节。

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