CN114851189A - 一种协作机器人的控制方法及协作机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及协作机器人技术领域，具体涉及一种协作机器人的控制方法及协作机器人，包括：S1：于机械臂的远端点上设置第一物体，构建对应于第一物体的工具坐标系；S2：于工具坐标系下生成对应于工作轨迹的负载信息；S3：根据负载信息生成负载补偿程序，以获得协作机器人的碰撞信息。本发明的有益效果在于：通过构建工具坐标系，并结合协作机器人加工时的工作轨迹，有效实现了对协作机器人加工时可能因第一物体与第二物体接触导致的力度读数的判断，从而获取到负载信息，进而可根据负载信息获取到相应的负载补偿程序，以避免在加工过程中因第一物体和第二物体的接触导致误报警问题，使得协作机器人可在加工时仍开启协作模式，提高了机器人的安全性。

Description

一种协作机器人的控制方法及协作机器人

技术领域

本发明涉及协作机器人技术领域，具体涉及一种协作机器人的控制方法及协作机器人。

背景技术

协作机器人，指新一代可安全地与人类进行直接交互或接触的机器人。相对于传统类型的机器人，该类机器人在设计之初便考虑了在设计层面降低机器人对人的伤害风险。为实现该类机器人较高的安全性，协作机器人通常会内置有一个或多个力传感器。当机器人工作在协作模式下时，力传感器能够实时检测到外界物体接触机器人时的力矩和力，从而快速作出响应。比如，当接触力度大于限制时，控制机器人以特定的程序进行退避，以避免机器人本体与外界物体碰撞造成机器人或者物体损坏，和避免机器人与人发生碰撞进而造成对人体的伤害。

但是，在实际实施过程中，发明人发现，当协作机器人需要被应用于对外部物体进行操作的场景，比如，在工位上加工产品时，其需要采用机械臂或其他部件连接第一物体，随后对工作台上的第二物体进行接触。在这一过程中，第一物体和第二物体之间接触的力度往往会使得力传感器的读数大于限值。为使得协作机器人在这一场景下正常工作，现有技术中通常是在该场景下将机器人的协作模式关闭。但这会导致机器人可能在这一过程中不能及时发现外界的碰撞，进而造成了安全问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种协作机器人的控制方法及协作机器人。

具体技术方案如下：

一种协作机器人的控制方法，所述协作机器人包括一机械臂，所述协作机器人上还设置有至少一个力觉传感器，所述力觉传感器分别采集所述协作机器人的受力信息；

步骤S1：于所述机械臂的自由端上设置第一物体；

步骤S2：采用所述协作机器人执行一运动轨迹程序，同时采集所述协作机器人的所述受力信息；

步骤S3：根据所述受力信息生成负载补偿程序；

步骤S4：在实际生产过程中，执行所述运动轨迹程序，同时采用所述负载补偿程序对所述受力信息进行处理以获得实际受力信息，采用所述实际受力信息控制所述协作机器人。

优选地，所述步骤S1包括：

步骤S11：于所述机械臂的所述自由端上设置所述第一物体；

步骤S12：对所述协作机器人进行负载设置；

步骤S13：在所述第一物体上设置一原点以构建一工具坐标系；

则所述步骤S3包括：在所述工具坐标系中根据所述受力信息生成所述负载补偿程序。

优选地，所述步骤S12包括：于负载设置的过程中获取所述第一物体的质量与重心。

优选地，所述运动轨迹程序中预先设置有至少一个运动区间；

所述步骤S2包括：

步骤S21：当所述协作机器人开始执行所述运动区间时，采用一负载清零程序对所述力觉传感器的输出数据清零；

步骤S22：记录所述力觉传感器在执行所述运动区间中不同时刻的输出数据，直至当前的所述运动区间执行结束；

步骤S23：返回所述步骤S21，直至所有的所述运动区间执行完毕，随后转向步骤S24；

步骤S24：根据所有的所述输出数据生成所述受力信息。

优选地，所述步骤S24包括：

步骤S241：依次获取每个所述力觉传感器在不同时刻下的所述输出数据；

步骤S242：根据所述输出数据进行插值运算以生成对应于所述运动轨迹程序的力觉读数曲线；

步骤S243：将所有的所述力觉读数曲线作为所述受力信息输出。

优选地，所述步骤S3包括：

步骤S31：根据所述运动轨迹程序中的每一个采样时间点分别获取所述受力信息中的所述输出数据；

步骤S32：根据所述输出数据生成对应于所述采样时间点的补偿参数；

步骤S33：根据所有的所述补偿参数构建所述负载补偿程序。

优选地，所述步骤S4包括：

步骤S41：在实际生产过程中，执行所述运动轨迹程序，同时采用所述负载补偿程序对所述受力信息进行处理以获得实际受力信息；

步骤S42：判断所述实际受力信息是否大于一受力限值；

若是，表明所述协作机器人发生碰撞，输出一碰撞信息并停止所述协作机器人；

若否，表明所述协作机器人未发生碰撞，所述协作机器人继续执行所述运动轨迹程序。

一种协作机器人，用于实施上述的控制方法，包括一机器人主体，所述机器人主体上设置有一机械臂以及至少一个力觉传感器；

还包括：

控制单元，所述控制单元根据运动轨迹程序控制所述机器人主体；

校准单元，所述校准单元连接所述力觉传感器和所述控制单元，所述校准单元根据所述运动轨迹程序获取所述协作机器人工作时的受力信息；

力觉补偿单元，所述力觉补偿单元连接所述校准单元和所述力觉传感器，所述力觉补偿单元根据所述受力信息对所述力觉传感器的输出数据进行补偿；

所述控制单元还连接所述力觉补偿单元，以获得补偿后的所述输出数据，从而判断所述协作机器人是否发生碰撞。

优选地，所述校准单元包括：

运动子模块，所述运动子模块连接所述控制单元，所述运动子模块获取所述机器人主体当前所执行的所述运动轨迹程序；

读数记录子模块，所述读数记录子模块获取所述力觉传感器的输出数据；

负载计算子模块，所述负载计算子模块连接所述读数记录子模块和所述运动子模块，所述负载计算子模块根据所述运动轨迹程序和所述输出数据生成所述受力信息。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过执行运动轨迹程序并采集受力信息，有效实现了对协作机器人加工时可能因第一物体与第二物体接触导致的受力情况的判断，进而可根据受力信息生成相应的负载补偿程序，以避免在加工过程中因第一物体和第二物体的接触导致误报警问题，使得协作机器人可在加工时仍开启协作模式，提高了机器人的安全性。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例的协作机器人示意图；

图2为本发明实施例中控制方法示意图；

图3为本发明实施例中步骤S1子步骤示意图；

图4为本发明实施例中步骤S2子步骤示意图；

图5为本发明实施例中步骤S23子步骤示意图；

图6为本发明实施例中力觉读数曲线示意图；

图7为本发明实施例中步骤S3子步骤示意图；

图8为本发明实施例中步骤S4子步骤示意图；

图9为本发明实施例中协作机器人原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动的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，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括：

一种协作机器人的控制方法，如图1所示，协作机器人包括一机械臂A1，机械臂A1的远端点用于固定第一物体A2，第一物体A2与第二物体A3接触以实现生产过程，第二物体A3设置在工作台A4上，协作机器人上还设置有至少一个力觉传感器，力觉传感器分别采集外界作用于协作机器人上的力；

则如图2所示，控制方法具体包括：

步骤S1：于机械臂的远端点上设置第一物体；

步骤S2：采用协作机器人执行一运动轨迹程序，同时采集协作机器人的受力信息；

步骤S3：根据受力信息生成负载补偿程序；

步骤S4：在实际生产过程中，执行运动轨迹程序，同时采用负载补偿程序对受力信息进行处理以获得实际受力信息，采用实际受力信息控制协作机器人。

具体地，针对现有技术中的协作机器人在用于对工件进行加工的场景中，比如拧螺丝、打孔等，容易因为工件之间相互作用导致力觉传感器检测到机器人受到的作用力，进而误触发碰撞报警的问题，本实施例中通过在机械臂的远端点上设置第一物体，随后控制协作机器人执行对应于特定工序的运动轨迹程序，以采集到实际生产过程中可能自第一物体上反馈的受力信息，进而根据受力信息编写相应的负载补偿程序，从而实现对实际生产过程中的受力信息的补偿。

在实施过程中，运动轨迹程序指根据相应工序预先设置好的协作机器人的控制程序，包括机械臂A1带动第一物体A2移动、旋转的轨迹和协作机器人的移动轨迹，通过设置相应的运动轨迹程序实现对工件的加工过程。受力信息指协作机器人在沿运动轨迹程序进行加工过程中，自机械臂远端点受到的作用力的变化数据，其可以是数组或曲线。

在一种较优的实施例中，如图3所示，步骤S1包括：

步骤S11：于机械臂的远端点上设置第一物体；

步骤S12：对协作机器人进行负载设置；

步骤S13：在第一物体上设置一原点以构建一工具坐标系；

则步骤S3包括：在工具坐标系中根据受力信息生成负载补偿程序。

具体地，为实现较好的补偿效果，本实施例中，通过在设置了第一物体A2后对协作机器人进行负载设置，同时构建工具坐标系，实现对第一物体的受力信息的有效分析。

工具坐标系指基于第一物体A2在上述运动轨迹程序的运动过程中设置的空间坐标系，其用于对协作机器人在加工过程中受到的来自第一物体A2的作用力在X、Y、Z轴方向上进行分解，进而生成相应的受力信息。为实现较为简便的获取过程，本实施例中通过设置工具坐标系将该作用力简化为X、Y、Z轴方向上的三个分力。通常情况下，为实现较好的处理效果，原点可选取在第一物体A2与第二物体A3的接触面上，并根据加工工序的不同改变X、Y、Z轴的朝向。比如，在一实施例中，加工工序在第二物体A3的上表面上，则X、Y轴构成的平面被设定为第二物体A3的上表面；在另一实施例中，加工工序在第二物体A3的侧面，则X、Y轴构成的平面被设定在该表面上，从而给定相应的受力方向。

在一种较优的实施例中，步骤S12包括：于负载设置的过程中获取第一物体的质量与重心。

具体的，为实现较好的补偿效果，本实施例中，通过在设置了第一物体A2后对协作机器人进行负载设置，同时获取到第一物体A2的质量和重心，进而在后续根据工作轨迹移动机械臂时，对第一物体A2自身造成的力矩进行排除，以获得较为准确的受力信息。

在一种较优的实施例中，运动轨迹程序中预先设置有至少一个运动区间，如图4所示，步骤S2包括：

步骤S21：当协作机器人开始执行运动区间时，采用一负载清零程序对力觉传感器的输出数据清零；

步骤S22：记录力觉传感器在执行运动区间中不同时刻的输出数据，直至当前的运动区间执行结束；

步骤S23：返回步骤S21，直至所有的运动区间执行完毕，随后转向步骤S24；

步骤S24：根据所有的输出数据生成受力信息。

具体地，针对现有技术中的协作机器人在用于对工件进行加工的场景中，比如拧螺丝、打孔等，容易因为工件之间相互作用导致力觉传感器检测到机器人收到的作用力，进而误触发碰撞报警的问题，本实施例中，通过在执行运动轨迹程序的同时，记录力觉传感器在不同时刻的输出数据，将机械臂在不同时刻的运动轨迹与受力信息进行结合，从而生成受力信息，进而可以对协作机器人在执行运动轨迹程序的同时进行力觉传感器的输出数据补偿，进而实现了基于实际受力数据的碰撞检测。

进一步地，为实现较好的补偿效果，本实施例中通过将运动轨迹划分为至少一个运动区间，每个运动区间之间，机械臂具有不同的移动速度、作业面、主轴速度等。通过将整个运动轨迹程序划分为多个运动区间，并在每个运动区间执行时采用负载清零程序进行清零，从而在最终采集得到的输出数据之中对每个运动区间进行标注，建立起每个运动区间与受力的时间之间的关系。比如，在一实施例中，机器人在整体的加工工序中具有不同的移动速度。此时，通过根据移动速度划分多个运动区间，从而使得在每一个运动区间中，均可根据当前时刻获取到对应的运动位置和受力信息，便于生成负载补偿程序。

在一种较优的实施例中，如图5所示，步骤S24包括：

步骤S241：依次获取每个力觉传感器在不同时刻下的输出数据；

步骤S242：根据输出数据进行插值运算以生成对应于运动轨迹程序的力觉读数曲线；

步骤S243：将所有的力觉读数曲线作为受力信息输出。

具体地，为生成较为准确的受力信息，本实施例中通过分别获取每个力觉传感器在不同时刻下的输出数据，从而形成一系列在时轴上离散的点，并进行插值运算以获取采样间隔之间的输出数据，从而形成如图6所示的力觉读数曲线，该曲线包括实线部分的力传感器采集数据，基于该数据可计算出虚线部分的计算负载记录数据以作为负载信息的一部分在实际采集过程中进行补偿。通过补偿可以得到粗实线部分的插值，即协作机器人实际的碰撞信息。

作为可选的实施方式，步骤S22中，对力觉传感器的输出数据的记录时间长于力觉传感器的采样间隔，以实现对采集设备较低的硬件需求。

具体地，针对现有技术中通过设置高采样频率的控器成本较高的问题，本实施例中通过设置较长的记录时间，在有效记录了力觉传感器的输出数据的同时降低了对采集设备的需求，随后通过插值运算生成力觉读数曲线，从而获取到对应于力觉传感器的采样时间点时刻的受力信息，进而能够在未完整覆盖力觉传感器的采样数据的情况下实现了对力觉传感器的输出数据的有效补偿。

在一种较优的实施例中，如图7所示，步骤S3包括：

步骤S31：根据运动轨迹程序中的每一个采样时间点分别获取受力信息中的输出数据；

步骤S32：根据输出数据生成对应于采样时间点的补偿参数；

步骤S33：根据所有的补偿参数构建负载补偿程序。

具体地，具体地，针对现有技术中的协作机器人在用于对工件进行加工的场景中，比如拧螺丝、打孔等，容易因为工件之间相互作用导致力觉传感器检测到机器人收到的作用力，进而误触发碰撞报警的问题，本实施例中，通过根据负载信息生成力觉传感器在每一个时刻下的补偿数据，进而构建出负载补偿程序，使得在实际工作过程中可根据负载补偿程序对力觉传感器的输出数据进行实时补偿，进而生成如图6所示的粗实线部分，即协作机器人因碰撞实际接收到的输出数据。

在一种较优的实施例中，如图8所示，步骤S4包括：

步骤S41：在实际生产过程中，执行运动轨迹程序，同时采用负载补偿程序对受力信息进行处理以获得实际受力信息；

步骤S42：判断实际受力信息是否大于一受力限值；

若是，表明协作机器人发生碰撞，输出一碰撞信息并停止协作机器人；

若否，表明协作机器人未发生碰撞，协作机器人继续执行运动轨迹程序。

具体地，针对现有技术中的协作机器人在用于对工件进行加工的场景中，比如拧螺丝、打孔等，容易因为工件之间相互作用导致力觉传感器检测到机器人收到的作用力，进而误触发碰撞报警的问题，本实施例中通过在设置了负载补偿程序对力觉传感器的输出数据进行补偿后，获取到机器人的实际碰撞信息，从而有效判断出机器人当前是否发生了碰撞，并及时停止机器人，从而提高了协作机器人的安全性。

一种协作机器人，如图9所示，用于实施上述的控制方法，包括一机器人主体1，机器人主体上设置有一机械臂11以及至少一个力觉传感器力觉传感器12；

还包括：

控制单元2，控制单元2根据运动轨迹程序控制机器人主体1；

校准单元3，校准单元3连接力觉传感器12和控制单元2，校准单元3根据运动轨迹程序获取协作机器人工作时的受力信息；

力觉补偿单元4，力觉补偿单元4连接校准单元2和力觉传感器12，力觉补偿单元12根据受力信息对力觉传感器的输出数据进行补偿；

控制单元2还连接力觉补偿单元4，以获得补偿后的输出数据，从而判断协作机器人是否发生碰撞。

具体地，针对现有技术中的协作机器人在用于对工件进行加工的场景中，比如拧螺丝、打孔等，容易因为工件之间相互作用导致力觉传感器检测到机器人收到的作用力，进而误触发碰撞报警的问题，本实施例中，通过设置校准单元3采集机器人根据运动轨迹程序工作时的受力信息，并通过力觉补偿单元4对读数进行补偿，从而使得控制单元2可获得准确的输出数据，进而判断机器人是否发生碰撞。

在一种较优的实施例中，校准单元3包括：

运动子模块31，运动子模块31根据运动轨迹程序控制机器人主体1；

读数记录子模块32，读数记录子模块32获取力觉传感器12的输出数据；

清零子模块33，清零子模块33连接力觉传感器12，清零子模块33用于在执行轨迹运动程序的同时对力觉传感器12的输出数据进行清零；

负载计算子模块34，负载计算子模块34连接读数记录子模块32，负载计算子模块34根据输出数据生成受力信息。

本发明的有益效果在于：通过构建工具坐标系，并结合协作机器人加工时的运动轨迹程序，有效实现了对协作机器人加工时可能因第一物体与第二物体接触导致的输出数据的判断，从而获取到受力信息，进而可根据受力信息获取到相应的负载补偿程序，以避免在加工过程中因第一物体和第二物体的接触导致误报警问题，使得协作机器人可在加工时仍开启协作模式，提高了机器人的安全性。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种协作机器人的控制方法，其特征在于，所述协作机器人包括一机械臂，所述协作机器人上还设置有至少一个力觉传感器，所述力觉传感器分别采集所述协作机器人的受力信息；

步骤S1：于所述机械臂的自由端上设置第一物体；

步骤S2：采用所述协作机器人执行一运动轨迹程序，同时采集所述协作机器人的所述受力信息；

步骤S3：根据所述受力信息生成负载补偿程序；

步骤S4：在实际生产过程中，执行所述运动轨迹程序，同时采用所述负载补偿程序对所述受力信息进行处理以获得实际受力信息，采用所述实际受力信息控制所述协作机器人。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

步骤S11：于所述机械臂的所述自由端上设置所述第一物体；

步骤S12：对所述协作机器人进行负载设置；

步骤S13：在所述第一物体上设置一原点以构建一工具坐标系；

则所述步骤S3包括：在所述工具坐标系中根据所述受力信息生成所述负载补偿程序。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S12包括：于负载设置的过程中获取所述第一物体的质量与重心。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述运动轨迹程序中预先设置有至少一个运动区间；

所述步骤S2包括：

步骤S21：当所述协作机器人开始执行所述运动区间时，采用一负载清零程序对所述力觉传感器的输出数据清零；

步骤S22：记录所述力觉传感器在执行所述运动区间中不同时刻的输出数据，直至当前的所述运动区间执行结束；

步骤S23：返回所述步骤S21，直至所有的所述运动区间执行完毕，随后转向步骤S24；

步骤S24：根据所有的所述输出数据生成所述受力信息。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S24包括：

步骤S241：依次获取每个所述力觉传感器在不同时刻下的所述输出数据；

步骤S242：根据所述输出数据进行插值运算以生成对应于所述运动轨迹程序的力觉读数曲线；

步骤S243：将所有的所述力觉读数曲线作为所述受力信息输出。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S31：根据所述运动轨迹程序中的每一个采样时间点分别获取所述受力信息中的所述输出数据；

步骤S32：根据所述输出数据生成对应于所述采样时间点的补偿参数；

步骤S33：根据所有的所述补偿参数构建所述负载补偿程序。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

步骤S41：在实际生产过程中，执行所述运动轨迹程序，同时采用所述负载补偿程序对所述受力信息进行处理以获得实际受力信息；

步骤S42：判断所述实际受力信息是否大于一受力限值；

若是，表明所述协作机器人发生碰撞，输出一碰撞信息并停止所述协作机器人；

若否，表明所述协作机器人未发生碰撞，所述协作机器人继续执行所述运动轨迹程序。

8.一种协作机器人，其特征在于，用于实施如权利要求1-7任意一项所述的控制方法，包括一机器人主体，所述机器人主体上设置有一机械臂以及至少一个力觉传感器；

还包括：

控制单元，所述控制单元根据运动轨迹程序控制所述机器人主体；

校准单元，所述校准单元连接所述力觉传感器和所述控制单元，所述校准单元根据所述运动轨迹程序获取所述协作机器人工作时的受力信息；

力觉补偿单元，所述力觉补偿单元连接所述校准单元和所述力觉传感器，所述力觉补偿单元根据所述受力信息对所述力觉传感器的输出数据进行补偿；

所述控制单元还连接所述力觉补偿单元，以获得补偿后的所述输出数据，从而判断所述协作机器人是否发生碰撞。

9.根据权利要求8所述的协作机器人，其特征在于，所述校准单元包括：

运动子模块，所述运动子模块连接所述控制单元，所述运动子模块获取所述机器人主体当前所执行的所述运动轨迹程序；

读数记录子模块，所述读数记录子模块获取所述力觉传感器的输出数据；

负载计算子模块，所述负载计算子模块连接所述读数记录子模块和所述运动子模块，所述负载计算子模块根据所述运动轨迹程序和所述输出数据生成所述受力信息。

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