CN114474011A - 一种直观的工业机器人示教系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直观的工业机器人示教系统，工业机器人系统包括工业机器人和操作设备，所述操作设备能够根据用户的操纵教导所述工业机器人的运动，所述操作设备包括操纵部和用于确定所述操作设备位姿的第一位姿传感器和/或第一定向传感器；所述工业机器人包括：获取模块，用于获取工业机器人的安装位姿；控制模块，用于根据所述工业机器人的安装位姿和操作设备的位姿生成机器人的运动指令，所述运动指令使得工业机器人的末端以操作设备引导方向为基准运动。本发明的有益效果是，工业机器人的示教更直观、操作便利性好。

Description

一种直观的工业机器人示教系统

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种工业机器人系统。

背景技术

工业机器人是在工业环境中广泛运用的一类机器人，通常由用户进行示教后执行预定的工作，常见的示教方法有对机械臂进行拖动示教，或者通过操作设备对机械臂进行示教。

用户对机器人进行示教时，需要确定自身的操纵与机器人的运动方向的关系，当两者视觉上较为直观的对应时，用户操纵时可以不用思考，以避免需要频繁进行人脑的转换，容易出错且加大了示教的难度，易用性较差。

随着技术的发展，工业机器人的应用领域也得到了较大的拓展，也可以和其他的载体相结合以进一步扩展机器人的应用场景，例如，工业机器人可以用于和AGV小车结合以实现工厂喷洒消毒工作，复杂、多样的使用环境下，需要针对示教的便利性进行改善。

工业机器人的用户领域分布较广，对于各行各业用户而言，简单、易用的示教是共同的需求，将极大增加工业机器人的易用性。

因此，有必要设计一种易用性好、示教简单、直观的工业机器人示教系统及工业机器人教导方法。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种易用性好、示教简单、直观的工业机器人示教系统及工业机器人教导方法。

本发明可采用如下技术方案：一种工业机器人系统，包括工业机器人、操作设备、所述操作设备能够根据用户的操纵教导所述工业机器人的运动，所述操作设备包括操纵部和用于确定所述操作设备位姿的第一位姿传感器和/或第一定向传感器；所述工业机器人包括：获取模块，用于获取工业机器人的安装位姿；控制模块，用于根据所述工业机器人的安装位姿和操作设备的位姿生成机器人的运动指令，所述运动指令使得工业机器人的末端以操作设备引导方向为基准运动。

进一步的，所述获取模块包括第二位姿传感器和/或第二定向传感器以获取工业机器人的安装位姿。

进一步的，所述获取模块用于根据用户的输入获取工业机器人的安装位姿。

进一步的，所述工业机器人能够安装于运动物体执行工作，所述获取模块能够与运动物体通信以获取工业机器人的安装位姿。

进一步的，所述工业机器人能够安装于运动物体执行工作，所述安装位姿跟随运动物体位姿的变化而变化，所述运动物体包括移动平台或变位机。

进一步的，所述工业机器人能够获取机器人位姿，所述控制模块根据机器人位姿、工业机器人的安装位姿以及操作设备位姿生成运动指令。

进一步的，所述控制设备用于重构坐标系，以使得安装位姿、机器人位姿、操作设备位姿处于相同的坐标系。

进一步的，所述操作设备能够可拆卸地连接于所述工业机器人。

进一步的，所述操纵部和所述第一位姿传感器和/或第一定向传感器可拆卸的连接于一体。

进一步的，所述操纵部被构造为2D、3D或6D鼠标，和/或，所述操纵部包括操纵杆或操纵按键。

进一步的，所述工业机器人系统包括示教器，所述示教器包括所述操作设备。

进一步的，所述工业机器人形成为：三轴、四轴、或六轴机械臂，或所述工业机器人形成为协作机器人。

本发明还可采用如下技术方案：一种工业机器人的教导方法，适用于上述任一项所述的工业机器人系统，所述教导方法包括：获取工业机器人的安装位姿；检测操作设备的位姿；根据工业机器人的安装位姿和操作设备的位姿生成机器人的运动指令，所述运动指令使得工业机器人的末端以操作设备引导方向为基准运动。

进一步的，所述教导方法包括：通过工业机器人的第二位姿传感器和/或第二定向传感器获取工业机器人的安装位姿。

进一步的，所述教导方法包括：获取工业机器人基于世界坐标系的安装位姿。

进一步的，所述教导方法包括：根据用户的输入获取工业机器人的安装位姿。

进一步的，所述工业机器人可以安装于运动物体，所述教导方法包括：与所述运动物体通信以获取工业机器人的安装位姿。

进一步的，所述工业机器人可以安装于运动物体，所述安装位姿跟随所述运动物体的位姿变化而变化。

进一步的，所述教导方法包括：获取机器人的位姿，根据机器人的位姿、工业机器人的安装位姿以及操作设备位姿生成运动指令。

进一步的，所述教导方法包括：重构坐标系，以使得工业机器人的安装位姿、机器人位姿以及操作设备位姿处于相同的坐标系。

与现有技术相比，本发明具体实施方式的有益效果为：工业机器人的示教更直观、无需人脑进行复杂变换，减小示教的难度和出错的概率。同时，能够适用于多种场景下的工作任务，能够对工业机器人的安装位姿变化的情况下及时做出反应，始终保证机器人示教的直观性。

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系统的示意图

图2是本发明一个实施例的工业机器人安装于运动物体上的示意图

图3是本发明一个实施例的工业机器人教导方法的示意图

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。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本发明保护一种工业机器人系统，参图1，图1示例性的给出了本发明一个实施例的工业机器人系统的示意图，工业机器人系统100包括工业机器人1和操作设备3，所述操作设备3能够根据用户的操纵教导工业机器人的运动，所述操作设备3包括操纵部31，用户通过操作操纵部以教导工业机器人，以及包括用于确定操作设备位姿的第一位姿传感器和/或第一定向传感器32。所述工业机器人1包括获取模块，用于获取工业机器人1的安装位姿；以及包括控制模块，用于根据机器人的安装位姿和操作设备的位姿生成运动指令，所述运动指令使得工业机器人1的末端以操作设备3引导方向为基准运动。具体的，所述获取模块用于获取工业机器人1在世界坐标系的安装位姿，传统的工业机器人工作过程中安装位姿不发生变化，此时要保证机器人的运动方向和操作设备示教的方向一致无需关注机器人的安装位姿，而随着工业机器人应用范围的扩大，要使得操作设备3的示教能够适应安装位姿的变化则需要考量机器人1安装位姿和操作设备3的位姿以生成运动指令。通过获取安装位姿和操作设备位姿，并基于两者生成运动指令，可以使得工业机器人1的运动方向和操作设备的示教方向一致，操作的直观性较好，不易出错。具体的，运动指令使得工业机器人1的末端以操作设备3引导方向为基准运动，即，操作设备3的引导方向与工业机器人1末端的运动方向一致，无论操作设备3采用何种姿态，或者操作设备不同按键的功能定义不同，工业机器人1的运动方向始终与操作设备的操纵方向一致，即向左操纵操作设备，工业机器人1即向左运动。工业机器人1能够安装于运动物体执行工作，所述运动物体示例性的包括移动平台或变位机，所述安装位姿跟随运动物体位姿的变化而变化，例如，参图2所示为设置于运动物体上的工业机器人，具体的，图2中所示的运动物体2为变位机，当变位机的位姿发生变化时，相应的，工业机器人1的安装位姿也发生变化，工业机器人根据实时更新的安装位姿以生成运动指令，以保证工业机器人示教的直观性。

工业机器人1用于获取安装位姿的获取模块包括多种形式，例如，获取模块包括第二位姿传感器和/或第二定向传感器以获取工业机器人1的安装位姿，此时获取的工业机器人1的安装位姿是机器人在世界坐标系的安装位姿；或者，获取模块可以通过通信方式获取工业机器人1的安装位姿，例如通过用户输入机器人的安装位姿，获取模块获取该用户输入的机器人的安装位姿；又或者，本发明所提供的工业机器人1能够安装于运动物体执行工作，所述获取模块能够与运动物体通信以获取工业机器人1的安装位姿，例如，运动物体能够检测机器人的底座11的安装位姿并通信以传递给工业机器人1，机器人的底座11的安装位姿能够代表机器人的安装位姿。

工业机器人1的安装位姿，是基于世界坐标系的位姿信息，操作设备的位姿，也是基于世界坐标系的位姿，要使得工业机器人1的末端的运动方向以操作设备的操纵方向为基准，需要获知操作设备3相对于工业机器人1的末端操作方向。具体的，工业机器人1能够获取机器人的位姿，控制模块根据机器人位姿、机器人的安装位姿以及操作设备位姿生成运动指令，使得工业机器人1的末端以操作设备教导的方向为基准运动，使得操作设备3教导的方向与工业机器人1的运动方向一致，以实现教导的直观性，例如，操作设备3可以处于不同的位置，不同的姿态，通过机器人的位姿和操作设备的位姿可以获取机器人和操作设备的相对位姿，以使得操作设备的操作与工业机器人1的运动方向相同，而不受操作设备自身的位姿影响，例如，操作设备正放或者反向放置时，操作设备左右侧的操纵按钮位置发生变化，但对其进行操纵时，对操作设备向左操纵始终对应工业机器人1向左运动。当工业机器人1的安装位姿发生变化时，例如，当机器人位于运动物体2上时，例如当机器人位于变位机上时，机器人的安装位姿发生变化，但机器人的位姿是相对机器人基坐标系而言的，机器人的位姿不能体现机器人的安装位姿发生的变化，因而影响示教操作的直观性。本发明的一个实施例中，通过将机器人位姿、机器人安装位姿以及操作设备位姿综合考虑生成运动指令，能够解决示教操作不直观的问题。进一步的，所述控制模块用于重构坐标系，以使得安装位姿、机器人位姿和操作设备位姿处于相同的坐标系。进而直观的对机器人进行教导，即无论机器人的安装位姿、机器人自身位姿如何变化，操作设备的操纵方向和机器人的运动方向保持一致，而无需人脑进行转换思考操纵方向。

操作设备包括多种形式，在本发明的一个实施例中，操作设备3能够可拆卸的连接于工业机器人1，在机器人需要示教时，将操作设备安装于工业机器人1，通过操纵操作设备3以对工业机器人1进行示教，例如，操作设备3包括安装部，工业机器人1包括容纳部，操作设备3的安装部和工业机器人1的容纳部相配合以将操作设备可拆卸的安装至工业机器人1，示例性的，所述容纳部为滑轨结构，所述安装部能够滑动安装于所述工业机器人1，用户通过操纵操作设备以教导工业机器人1执行工作，例如，用户可通过拖拽操作设备、以及操纵操作设备的按键以对工业机器人1执行教导。进一步的，所述操作设备包括操纵部和第一位姿传感器和/或第一定向传感器，所述操纵部和所述第一位姿传感器和/或第一定向传感器可拆卸的连接于一体。进一步的，所述操纵部被构造为2D、3D或6D鼠标，和/或，所述操纵部包括操纵杆或操纵按键。在本发明的另一个实施例中，所述工业机器人1系统100包括示教器，所述示教器包括所述操作设备，也即所述操作设备形成为所述示教器的一部分或所述操作设备为示教器。

本发明所保护的工业机器人系统100包括工业机器人，所述工业机器人可以为三轴、四轴或六轴机械臂，或者，所述工业机器人为协作机器人，进一步的，所述协作机器人为六轴协作机器人。

以上优选实施例的有益效果是：工业机器人的示教更直观、无需人脑进行复杂变换，减小示教的难度和出错的概率。同时，能够适用于多种场景下的工作任务，能够对工业机器人的安装位姿变化的情况下及时做出反应，始终保证机器人示教的直观性。

本发明还提供了一种工业机器人1的教导方法，参图3，所述教导方法适用于上文中任一项所述的工业机器人系统100，所述教导方法包括：S1：获取工业机器人的安装位姿；S2：检测操作设备位姿；S3：根据所述工业机器人的安装位姿和操作设备位姿生成运动指令，所述运动指令使得工业机器人的末端以操作设备引导方向为基准运动。具体的，所述获取工业机器人的安装位姿包括获取工业机器人在世界坐标系的安装位姿；所述检测操作设备位姿包括检测操作设备在世界坐标系中的位姿。

进一步的，获取工业机器人1的安装位姿包括多种方式，例如，根据设置于工业机器人1的第二位姿传感器和/或第二定向传感器获取工业机器人的安装位姿，或者，根据用户的输入获取工业机器人的安装位姿，或者，当工业机器人设置于运动物体上时，根据运动物体的位姿获取工业机器人的安装位姿，例如，通过工业机器人与运动物体通信获取运动物体的位姿而进一步获得工业机器人的安装位姿。进一步的，所述获取工业机器人的安装位姿包括获取工业机器人跟随运动物体的位姿变化而变化的安装位姿，即所述工业机器人可安装于运动物体执行工作，当运动物体的位姿发生变化时，工业机器人的安装位姿发生变化，及时获取工业机器人的变化后的安装位姿，以使得工业机器人的末端以操作设备引导方向为基准运动。

进一步的，所述教导方法包括：获取机器人的位姿，根据机器人的位姿、工业机器人的安装位姿以及操作设备位姿生成运动指令。具体的，所述机器人的位姿是以机器人基坐标系获取的位姿信息，综合考虑机器人的位姿、工业机器人的安装位姿以及操作设备位姿生成运动指令。进一步的，所述教导方法包括，处理所述机器人的位姿、工业机器人的安装位姿以及操作设备位姿，使得所述机器人的位姿、工业机器人的安装位姿以及操作设备位姿处于相同的坐标系中，以通过操作设备直观的教导所述工业机器人。

需要说明的是，本文中所提到的位姿传感器和/或定向传感器用于获取位姿和/或定向，凡是能够获取该信息的传感器都应包括在内，例如，位姿传感器包括加速度传感器、惯性传感器、陀螺仪、电子罗盘等类型的传感器。

需要说明的是，本发明所提供的教导方法，对于各相关参数的获取和/或检测没有顺序的限制，本发明的描述中仅示例性的给出一种顺序，但实际实施该教导方法时不存在顺序的限制，不应将此作为对本发明保护范围的限制。

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)

1.一种工业机器人系统，其特征在于，包括工业机器人、操作设备、所述操作设备能够根据用户的操纵教导所述工业机器人的运动，所述操作设备包括操纵部和用于确定所述操作设备位姿的第一位姿传感器和/或第一定向传感器；所述工业机器人包括：获取模块，用于获取工业机器人的安装位姿；控制模块，用于根据所述工业机器人的安装位姿和操作设备的位姿生成机器人的运动指令，所述运动指令使得工业机器人的末端以操作设备引导方向为基准运动。

2.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，所述获取模块包括第二位姿传感器和/或第二定向传感器以获取工业机器人的安装位姿。

3.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，所述获取模块用于根据用户的输入获取工业机器人的安装位姿。

4.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，所述工业机器人能够安装于运动物体执行工作，所述获取模块能够与运动物体通信以获取工业机器人的安装位姿。

5.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，所述工业机器人能够安装于运动物体执行工作，所述安装位姿跟随运动物体位姿的变化而变化，所述运动物体包括移动平台或变位机。

6.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，所述工业机器人能够获取机器人位姿，所述控制模块根据机器人位姿、工业机器人的安装位姿以及操作设备位姿生成运动指令。

7.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，所述操作设备能够可拆卸地连接于所述工业机器人。

8.根据权利1所述的工业机器人系统，其特征在于，所述工业机器人形成为：三轴、四轴、或六轴机械臂，或所述工业机器人形成为协作机器人。

9.一种工业机器人的教导方法，适用于权利要求1-8中任一项所述的工业机器人系统，其特征在于，包括：

获取工业机器人的安装位姿；

检测操作设备的位姿；

根据工业机器人的安装位姿和操作设备的位姿生成机器人的运动指令，所述运动指令使得工业机器人的末端以操作设备引导方向为基准运动。

10.根据权利要求9所述的教导方法，其特征在于，所述工业机器人能够安装于运动物体执行工作，所述安装位姿跟随所述运动物体位姿的改变而改变。

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