CN113134840A - 一种实时设置力控参数的工业机器人及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实时设置力控参数的工业机器人及方法，所述工业机器人能够根据机器人运行前设定的力控参数生成控制指令运行以实现力控目标，所述机器人包括力控参数设置模块和控制模块，所述力控参数设置模块用于机器人在每个控制周期内和/或接收到更新指令时获取并更新机器人的力控参数，所述力控参数包括目标力大小、方向、坐标系、控制模块中的至少部分；控制模块，电连接于所述力控参数设置模块，用于根据机器人的力控参数和预设的力控制算法生成控制指令以实现力控目标。本发明实施例解决了现有技术中的工业机器人无法实时设置力控参数的问题，使得工业机器人处理复杂力控场景时适应性较好。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人领域，特别是涉及一种能够实时设置力控参数的工业机器人及方法。
背景技术
近年来，随着技术的不断进步和人们对机器人的认知不断深化，工业机器人的应用逐渐从工厂走向人们日常生活。工业机器人包括传统的工业机器人和协作机器人，协作机器人因其体积小、易部署、易于使用等优点，逐渐渗透到生活中的各领域。
为使得工业机器人能够适用于更多工作场景，市面上一些机器人厂商尝试开发具有力控制功能的机器人，使得其能够对工作对象有准确的力控制效果，例如，目前具有力控制功能的工业机器人能够应用于书写书法的场景下。CN11027016A公开了一种基于边界与力反馈的机械臂书法书写系统及方法，能够根据视觉传感器获取给定字体的图像信息，确定机械臂的期望力，并通过期望力调整毛笔与纸面接触的实际接触力。现有技术中的机器人通过预先确定的期望力，控制机器人运行时的实际作用力趋近于该期望力，进而提升力控的精度，但是，现有技术中的机器人在面对复杂力控场景时处理较为困难。
因此，有必要设计一种易于处理复杂力控场景，实时设置力控参数的工业机器人及方法。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种易于处理复杂力控场景，能够实时设置力控参数的工业机器人及方法，以解决现有技术中的机器人在运行过程中不能修改目标力信息，从而无法实时的对示教过程进行调整，在面对复杂示教场景时处理困难的问题。
本发明可采用如下技术方案：一种实时设置力控参数的工业机器人，能够根据机器人运行前设定的力控参数生成控制指令运行以实现力控目标，所述机器人包括力控参数设置模块和控制模块，所述力控参数设置模块用于机器人在每个控制周期内和/或接收到更新指令时获取并更新机器人的力控参数，所述力控参数包括目标力大小、方向、坐标系、控制模式中的至少部分；控制模块，电连接于所述力控参数设置模块，用于根据机器人的力控参数和预设的力控制算法生成控制指令运行以实现力控目标。
进一步的，所述工业机器人包括具有用户交互界面的示教器，所述用户交互界面用于显示机器人的力控参数，以及在机器人每个控制周期内和/或检测到更新指令时更新用户交互界面的力控参数。
进一步的，所述用户交互界面包括力控参数设置和修改功能项，所述示教器基于所述用户交互界面对力控参数的修改生成更新指令。
进一步的，所述力控参数设置模块包括力控参数获取接口，所述获取接口用于获取用户交互界面的力控参数以更新机器人的力控参数。
进一步的，所述力控参数设置模块包括力控参数获取接口，所述力控参数获取接口用于与外部传感器通信以获取机器人的力控参数。
进一步的，所述机器人包括安全监控模块，所述安全监控模块用于监控所述力控参数不满足预设安全信息时发出警示信息。
本发明还可采用如下技术方案：一种实时设置力控参数的方法，应用于工业机器人，所述方法包括：在机器人每个控制周期内和/或接收到更新指令时，获取并更新机器人的力控参数，所述力控参数包括目标力的大小、方向、坐标系、控制模式中的至少部分；根据所述力控参数和预设的力控制算法生成控制指令运行以实现力控目标。
进一步的，所述方法包括：在机器人每个控制周期内和/或接收到更新指令时，更新示教器的用户交互界面的力控参数。
进一步的，所述获取并更新机器人的力控参数包括：通过外部传感器信息或通过示教器传输的信息获取并更新机器人的力控参数。
进一步的，所述方法包括：比较所述力控参数和预设安全信息，当所述力控参数不满足预设安全信息时发出警示信息。
与现有技术相比，本发明具体实施方式的有益效果在于：工业机器人独立设置力控参数设置模块和控制模块，所述力控参数设置模块可以实时修改机器人的力控参数，控制模块在每个控制周期内或者接收到更新指令时获取并更新力控参数，能够实时设置机器人的力控参数，从而便于进行机器人调试，以及便于处理复杂力控场景。
附图说明
以上所述的本发明的目的、技术方案以及有益效果可以通过下面附图实现：
图1是本发明一个实施例的工业机器人的模块图
图2是本发明一个实施例的工业机器人的示意图
图3是本发明一个实施例的工业机器人示教器用户交互界面的示意图
图4是本发明另一实施例的工业机器人的模块图
图5是本发明一个实施例的方法示意图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明保护一种实时设置力控参数的工业机器人，参图1-2，能够根据机器人运行前设定的力控参数生成控制指令运行以实现力控目标，在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中的工业机器人100能够在开始运行前通过示教器50设定机器人100的力控制参数或者通过预先编写的程序定义力控制参数，机器人100在后续运行中根据预先设定的力控制参数运行执行工作，现有技术中工业机器人100的设计能够满足用户的一般使用需求，但是，当需要示教的工作任务力控要求比较复杂，或者，尚未确定机器人力控的准确参数需要多次调试确定时，用户需要在机器人停止运行时通过示教器50或通过写入程序的方式重新设定力控制的参数，使得机器人的使用较为复杂。本发明保护一种实时设置力控参数的工业机器人100，其能够在机器人运行前设定力控参数，进一步的，所述工业机器人100包括力控参数设置模块10和控制模块20，所述力控参数设置模块10用于在机器人每个控制周期内和/或接收到更新指令时获取并更新机器人的力控参数，即机器人100运行过程中存在多个控制周期的重复，每当机器人开始运行新的控制周期时尝试获取机器人的力控参数，并对当前的力控参数进行更新,或者,当用户对力控参数进行更新时,产生一个更新指令,机器人100检测到该更新指令的存在时对力控参数进行更新,所述力控参数包括目标力大小、方向、坐标系、控制模式中的至少部分，目标力定义了机器人100执行力控功能时的目标作用力，机器人100在运行过程中控制其实际作用力尽可能的趋近目标力以提高机器人的力控精度；以及，工业机器人100包括控制模块，电连接于所述力控参数设置模块10，用于根据所述力控参数和预设的力控制算法生成控制指令运行以实现力控目标，所述实现力控目标即根据力控参数控制机器人100运行以使得机器人的实际作用力尽可能满足力控参数的要求。可理解的，所述控制模块20根据机器人100的力控参数和预设的力控制算法生成控制指令，可理解的，此处机器人的力控参数即机器人更新后的机器人的力控参数，即控制模块20用于处理的力控参数是力控参数设置模块10输出的最新的力控参数。通过力控参数设置模块10实时的获取力控参数，控制模块20基于力控参数设置模块10的力控参数生成的控制指令也随之变化，从而使得在机器人100运行过程中可以随时修改力控参数且不影响机器人运行。例如，当对机器人100进行需要力控作用的示教时，一开始不能确定最佳的力控参数，可以通过多次调整力控参数，机器人100在调整过程中不断据此适应性的运行，最终确定最佳参数，而避免了每次都需要重新设置力控参数后重新运行的问题。
在一个具体的实施例中，所述力控参数设置模块10用于输出力控参数供控制模块20处理，其中，所述力控参数来自用户交互界面的力控参数信息，或者来自传感器的信息，用户交互界面的力控参数信息来自用户的直接设定或来自示教器50获取的其他外部信息。所述力控参数设置模块10获取并更新力控参数后，输出力控参数，可理解的，此处输出的力控参数是更新后的力控参数，所述控制模块20用于根据力控参数和预设力控制算法生成控制指令。具体的，所述力控参数设置模块10用于根据力控参数的力控模式和指定的力坐标系位姿计算当前力控坐标系在基坐标系下的位姿，所述控制模块20用于根据当前力控坐标系在基坐标系下的位姿、目标力、和力控参数中约束轴的选择向量结合预设的力控制参数生成控制指令，所述控制指令控制机器人100运动以实现力控目标。需要说明的是，说明书为撰写简要，说明书中凡涉及“力”的描述均应解释为包括在“力”和“力矩”，将“力“解释为包括“力”和“力矩”符合本领域技术人员的通常理解。
力控参数设置模块10能够实时的获取力控参数，在本发明的一个实施例中，力控参数设置模块10通过示教器50获取用户输入的力控参数，或者，力控参数设置模块10通过与外部传感器信息传输获取力控参数。在本发明的一个实施例中，工业机器人100包括具有用户交互界面的示教器50，参图3，所述用户交互界面用于显示机器人100的力控参数，以及在机器人100每个控制周期内和/或检测到更新指令时更新用户交互界面的力控参数。也即，示教器50能够和力控参数设置模块10通信，当力控参数设置模块10的力控参数来源为示教器50时，用户交互界面当然实时显示机器人100的力控参数，当力控参数设置模块10的力控参数来源为其他方式时，示教器50能够和力控参数设置模块10通信以在用户交互界面显示力控参数。在本发明的一个实施例中，所述用户交互界面包括力控参数设置和修改功能项，所述示教器50基于所述用户交互界面对力控参数的修改生成更新指令，所述力控参数设置模块10能够基于接收到所述更新指令时，获取并更新机器人100的力控参数。可以理解的是，用户交互界面包括力控参数设置和修改选项是指用户交互界面提供能够进行力控参数设置和修改的功能，而非限定为提供“设置”选项以及“修改”选项，用户交互界面能够实现力控参数设置和修改的相关设置，都属于上述的力控参数设置和修改功能项。
工业机器人100包括力控参数设置模块10和控制模块20，可理解的，所述力控参数设置模块10和所述控制模块20独立运行，所述力控参数设置模块10提供力控参数，所述控制模块20基于所述力控参数生成控制指令运行，传统的工业机器人通过控制模块获取预设的力控参数，以及生成控制指令，本实施例中，将力控参数设置模块10用于获取力控参数，用户对力控参数的设置，以及力控参数设置模块10对力控参数各种形式的获取，均不影响控制模块的运行和处理，避免了力控参数设置模块10和控制模块之前的干扰作用。
在一个具体的实施例中，力控参数设置模块10包括力控参数获取接口，所述获取接口用于获取用户交互界面的力控参数以更新机器人的力控参数，或者，所述力控参数获取接口用于与外部传感器通信以获取机器人的力控参数。
在一个具体的实施例中，参图4，机器人100包括安全监测模块30，所述安全监控模块30用于监控所述力控参数不满足预设安全信息时发出警示信息。例如，用户通过示教器50的用户交互界面修改力控参数时，当输入的力控参数不满足安全监测模块的要求时，发出警示信息提醒用户修改。
在一个具体的实施例中，所述力控参数设置模块10和所述控制模块20独立设置，所述力控参数设置模块10形成为接口层，用于获取力控参数，所述控制模块20形成为算法层，用于处理力控参数生成控制指令，接口层和算法层独立设置，以使得在支持力控参数实时修改的前提下，避免接口层和算法层的互相干扰。
上述的工业机器人100包括多种类型的工业机器人，例如，包括协作机器人，或者，所述工业机器人为三轴、四轴或六轴机械臂。
以上优选实施例的有益效果是：提供一种实时修改力控参数的工业机器人，以解决现有技术中的工业机器人仅能够在开始运行前设置力控参数，在处理复杂力控场景以及需要多次调试的状况下，操作较为繁琐。同时，力控参数设置模块和控制模块独立设置，以避免两者间互相干扰，对实时设置力控参数的功能予以支持。
本发明还保护一种实时设置力控参数的方法，应用于工业机器人，工业机器人100能够根据机器人运行前设定的力控参数生成控制指令运行以实现力控目标，参图5，所述方法包括：S1、在机器人每个控制周期内和/或接收到更新指令时，获取并更新机器人的力控参数；S2、根据所述力控参数和预设的力控制算法生成控制指令运行以实现力控目标。进一步的，所述方法包括，在机器人每个控制周期内和/或接收到更新指令时，更新示教器50的用户交互界面的力控参数。进一步的，所述获取并更新机器人的力控参数包括：通过外部传感器信息或通过示教器50传输的信息获取并更新机器人的力控参数，其中，对力控参数的获取和更新在工业机器人的接口层完成，根据力控参数生成控制指令在工业机器人的控制层完成，即对力控参数的设置和对控制指令的生成独立进行以避免相互干扰。进一步的，所述方法包括：比较所述力控参数和预设安全信息，当所述力控参数不满足预设安全信息时发出预警信息。关于方法实施例的具体实现方式与上述工业机器人的实施例的具体实现方式具有一致性，此处不再详细描述，对于该实施例中具体的实现可参照工业机器人实施例中的内容进行解释。
需要说明的是，在说明书中涉及机器人和示教器之间的交互时，此处机器人特指为机器人本体，在无特别说明的场景下，机器人应当包括机器人本体以及示教器等其他常规组成部分。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种实时设置力控参数的工业机器人，能够根据机器人运行前设定的力控参数生成控制指令运行以实现力控目标，其特征在于，所述机器人包括力控参数设置模块和控制模块，所述力控参数设置模块用于机器人在每个控制周期内和/或接收到更新指令时获取并更新机器人的力控参数，所述力控参数包括目标力大小、方向、坐标系、控制模式中的至少部分；控制模块，电连接于所述力控参数设置模块，用于根据机器人的力控参数和预设的力控制算法生成控制指令运行以实现力控目标。
2.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述工业机器人包括具有用户交互界面的示教器，所述用户交互界面用于显示机器人的力控参数，以及在机器人每个控制周期内和/或检测到更新指令时更新用户交互界面的力控参数。
3.根据权利要求2所述的工业机器人，其特征在于，所述用户交互界面包括力控参数设置和修改功能项，所述示教器基于所述用户交互界面对力控参数的修改生成更新指令。
4.根据权利要求2所述的工业机器人，其特征在于，所述力控参数设置模块包括力控参数获取接口，所述获取接口用于获取用户交互界面的力控参数以更新机器人的力控参数。
5.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述力控参数设置模块包括力控参数获取接口，所述力控参数获取接口用于与外部传感器通信以获取机器人的力控参数。
6.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述机器人包括安全监控模块，所述安全监控模块用于监控所述力控参数不满足预设安全信息时发出警示信息。
7.一种实时设置力控参数的方法，应用于工业机器人，其特征在于，所述方法包括：
在机器人每个控制周期内和/或接收到更新指令时，获取并更新机器人的力控参数，所述力控参数包括目标力的大小、方向、坐标系、控制模式中的至少部分；
根据所述力控参数和预设的力控制算法生成控制指令运行以实现力控目标。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
在机器人每个控制周期内和/或接收到更新指令时，更新示教器的用户交互界面的力控参数。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取并更新机器人的力控参数包括：通过外部传感器信息或通过示教器传输的信息获取并更新机器人的力控参数。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括：比较所述力控参数和预设安全信息，当所述力控参数不满足预设安全信息时发出警示信息。
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