CN116945197A - 机械臂的触觉示教系统、方法、机械臂、机器人及芯片 - Google Patents

机械臂的触觉示教系统、方法、机械臂、机器人及芯片 Download PDF

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CN116945197A CN202210388995.8A CN202210388995A CN116945197A CN 116945197 A CN116945197 A CN 116945197A CN 202210388995 A CN202210388995 A CN 202210388995A CN 116945197 A CN116945197 A CN 116945197A
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Abstract

本申请属于机械臂技术领域，涉及一种机械臂的触觉示教系统、方法、机械臂、机器人及芯片，其中，该触觉示教系统包括设置于机械臂末端的触觉传感器；以及，与所述触觉传感器连接的控制器；所述控制器配置有示教功能，所述示教功能包括：基于所述触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动，并记录该机械臂的运动信息。本申请提供的技术方案可有效简化机械臂的使用过程。

Description

机械臂的触觉示教系统、方法、机械臂、机器人及芯片
技术领域
本申请属于机械臂技术领域，尤其涉及一种机械臂的触觉示教系统、方法、机械臂、机器人及芯片。
背景技术
机械臂示教是指机械臂根据示教人员的示教意图进行运动，同时记录示教过程中机械臂的运动信息(如机械臂末端的位置、姿态等信息)的过程，根据记录的运动信息可使机械臂复现相应的运动。
基于六维力传感器的拖动示教是目前常见的示教方式之一，在这种示教方式中，六维力传感器安装于机械臂末端的法兰处，并与末端工具(也称为末端执行器)相连接，示教人员通过拖动末端工具的方式对机械臂进行示教。由于不同的末端工具存在差异性，对于不同的末端工具，即使示教意图相同，该六维力传感器在示教过程中所采集到的末端工具的受力信息也可能不同，为了在更换末端工具后还能正常示教，上述示教方式需要在每次更换机械臂的末端工具时，针对更换后的末端工具对该六维力传感器重新进行标定，这给机械臂的使用过程带来了不便。
发明内容
本申请实施例提供一种机械臂的触觉示教系统、方法、机械臂、机器人及芯片，可有效简化机械臂的使用过程。
本申请第一方面提供一种机械臂的触觉示教系统，包括：
设置于机械臂末端的触觉传感器；
以及，与所述触觉传感器连接的控制器；
所述控制器配置有示教功能，所述示教功能包括：基于所述触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动，并记录所述机械臂的运动信息。
基于本申请第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述基于所述触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定运动参数，所述运动参数包括如下信息中的至少一个：运动方向和运动速度；
基于所述运动参数驱动机械臂运动。基于本申请第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述触觉示教系统配置有至少一种示教模式；
所述基于所述触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动为：基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动。
基于本申请第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述示教模式包括如下至少一种：位置寸动模式和位置连动模式；
在所述位置寸动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持所述机械臂末端的姿态不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向移动预设步长；
在所述位置连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持所述机械臂末端的姿态不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向持续移动，直至所述触觉传感器的感应信号小于预设信号值。
基于本申请第一方面的第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，基于触觉传感器在所述机械臂末端形成两个以上被区分的触觉感应区域。
基于本申请第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述触觉传感器的数量不小于2，且分布于不同平面上，以形成所述两个以上被区分的触觉感应区域。
基于本申请第一方面的第四种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，对同一触觉传感器的触觉感应区域进行划分，以形成两个以上被区分的触觉感应区域。
基于本申请第一方面的第四种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第五种可能的实现方式，或者本申请第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述示教模式包括如下至少一种：姿态寸动模式、姿态连动模式和位置姿态连动模式；
在所述姿态寸动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定旋转方向；保持所述机械臂末端的位置不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的旋转方向转动预设角度；
在所述姿态连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号确定旋转方向；保持所述机械臂末端的位置不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的旋转方向持续转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值；
在所述位置姿态连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定位移方向和旋转方向；驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向和旋转方向持续移动和转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值。
基于本申请第一方面的第二种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，每种示教模式对应一模式切换指令；
所述示教功能还包括：基于接收到的模式切换指令，将机械臂的工作模式切换为相应的示教模式。
本申请第二方面提供一种机械臂的触觉示教方法，包括：
基于触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动，所述触觉传感器设置在所述机械臂末端；
记录所述机械臂的运动信息。
基于本申请第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述基于所述触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定运动参数，所述运动参数包括如下信息中的至少一个：运动方向和运动速度；
基于所述运动参数驱动机械臂运动。
基于本申请第二方面，在第二种可能的实现方式中，所述机械臂配置有至少一种示教模式；
所述基于触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动为：基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动。
基于本申请第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述示教模式包括如下至少一种：位置寸动模式和位置连动模式；
在所述位置寸动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持所述机械臂末端的姿态不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向移动预设步长；
在所述位置连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持所述机械臂末端的姿态不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向持续移动，直至所述触觉传感器的感应信号小于预设信号值。
基于本申请第二方面的第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，基于触觉传感器在所述机械臂末端形成两个以上被区分的触觉感应区域；
所述示教模式包括如下至少一种：姿态寸动模式、姿态连动模式和位置姿态连动模式；
在所述姿态寸动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定旋转方向；保持所述机械臂末端的位置不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的旋转方向转动预设角度；
在所述姿态连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号确定旋转方向；保持所述机械臂末端的位置不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的旋转方向持续转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值；
在所述位置姿态连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定位移方向和旋转方向；驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向和旋转方向持续移动和转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值。
基于本申请第二方面的第二种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，每种示教模式对应一模式切换指令；
所述触觉示教方法还包括：
基于接收到的模式切换指令，将机械臂的工作模式切换为相应的示教模式。
本申请第三方面提供一种机械臂，包括：设置于机械臂末端的触觉传感器、存储器及处理器，所述处理器用于读取并执行存储器中存储的计算机程序，以实现如第二方面或第二方面任一可能的实现方式所述方法的步骤。
本申请第四方面提供一种机器人，包括：如第三方面所述的机械臂。
本申请第五方面提供一种芯片，包括处理器，所述处理器用于读取并执行存储器中存储的计算机程序，以实现如第二方面或第二方面任一可能的实现方式涉及的步骤。
由上可见，本申请中将触觉传感器设置于机械臂末端，并基于触觉传感器的感应信号，驱动机械臂运动，同时记录该机械臂的运动信息，一方面，基于触觉传感器的原理，设置于机械臂末端的触觉传感器是在机械臂末端的表面被接触时产生感应信号，故所产生的感应信号与末端工具弱相关，因此无需在每次更换末端工具后都重新进行标定，简化了机械臂的使用过程；另一方面，触觉传感器相对于六维力传感器有一定的价格优势，相对于传统基于六维力传感器的拖动示教方法，本申请方案可在一定程度上降低机械臂的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的方法方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本申请实施例提供的触觉示教系统结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种触觉传感器设置方式示意图；
图3是本申请实施例提供的另一种触觉传感器设置方式示意图；
图4是本申请实施例提供的再一种触觉传感器设置方式示意图；
图5是本申请实施例提供的一种示教模式下的场景示意图；
图6a是本申请实施例提供的一种机械臂末端多自由度转动示意图；
图6b～6g是本申请实施例提供的在不同示教模式下的场景示意图；
图7是本申请实施例提供的触觉示教方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、方法方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或多于两个(即两个以上)，“至少一个”、“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其它方式另外特别强调。
图1示出了一个实施例中机械臂的触觉示教系统，包括：设置于机械臂末端的触觉传感器101；以及，与触觉传感器101连接的控制器102。其中，控制器102配置有示教功能，上述示教功能包括：基于触觉传感器101的感应信号驱动机械臂运动，并记录上述机械臂的运动信息(如机械臂末端在示教过程中的位置、姿态等信息)，所记录的运动信息可便于后续控制该机械臂复现示教过程中的机械臂运动。本申请中将触觉传感器设置于机械臂末端，并基于触觉传感器的感应信号，驱动机械臂运动，同时记录该机械臂的运动信息，一方面，基于触觉传感器的原理，设置于机械臂末端的触觉传感器是在机械臂末端的表面被接触时产生感应信号，故所产生的感应信号与末端工具弱相关，因此无需在每次更换末端工具后都重新进行标定，简化了机械臂的使用过程；另一方面，触觉传感器相对于六维力传感器有一定的价格优势，相对于传统基于六维力传感器的拖动示教方法，本申请方案可在一定程度上降低机械臂的生产成本。
在一个实施例中，上述控制器可以设置在机械臂内部，或者，也可以设置与机械臂外部并可直接或间接与上述触觉传感器通讯连接。
在一个实施例中，触觉传感器可以贴附于机械臂末端的表面，在对象(如用户手指)与机械臂末端接触时产生相应的感应信号，该感应信号用以触发控制器驱动机械臂执行相应的运动。应理解，将触觉传感器贴附于机械臂末端的表面并非限定触觉传感器为裸露于机械臂末端的表面，在实际应用中，在将触觉传感器贴附于机械臂末端后，还可以在外层进一步设置保护层或保护壳，以对触觉传感器起到防护作用，关于保护层或保护壳的设置以不影响触觉传感器的感应精度为约束即可。
在一个实施例中，控制器可以根据感应信号的不同驱动机械臂执行相应的运动。对于多轴机械臂(如六轴机械臂)，在实际应用中可能需要机械臂末端进行多自由度运动(比如完成沿X、Y和Z轴的线性运动)，为此，本实施例中的触觉传感器可选取具备检测三向力的触觉传感器(比如压阻式触觉传感器、压电式触觉传感器等)，这类触觉传感器可以检测X、Y和Z轴三个方向的触觉力并生成信息更为丰富的感应信号。在此基础上，针对各类感应信号配置对应的运动参数，使得控制器可以驱动机械臂执行更多方向的运动，进而实现多自由度的运动示教。
触觉示教系统可基于触觉传感器在机械臂末端形成两个以上被区分的触觉感应区域，通过对触觉感应区域进行区分，触觉示教系统可基于实时产生的感应信号识别出如下信息中的一个或多个：实时被触摸的触觉感应区域的数量、实时被触摸的触觉感应区域所在的位置。在本实施例中，可以通过硬件和/或软件配置等方式实现对触觉感应区域的区分。对于硬件方式，可以通过在机械臂末端设置两个以上触觉传感器的方式实现，在具体应用中，可将两个以上触觉传感器分布于不同平面上，以形成两个以上被区分的触觉感应区域，如图2给出了在机械臂末端设置两个触觉传感器101的示意图(图中圆圈内部分为右侧机械臂的机械臂末端的特写图)，图3给出了在机械臂末端设置四个触觉传感器101的示意图(图中圆圈内部分为左侧机械臂的机械臂末端的特写图)。对于软件配置方式，可以对同一触觉传感器的触觉感应区域进行划分，以将该触觉传感器的触觉感应区域划分为两个以上相对独立的触觉感应区域，即形成两个以上被区分的触觉感应区域。例如，如图4所示，可以在机械臂末端设置环状的触觉传感器101(图中圆圈内部分为左侧机械臂的机械臂末端的特写图)，并将该触觉传感器的触觉感应区域划分为两个以上触觉感应区域。本实施例不对触觉传感器的数量进行限定。
在一个实施例中，触觉示教系统配置有至少一种示教模式，上述基于触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动为：基于触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动。进一步，每种示教模式对应一模式切换指令；上述示教功能还包括：基于接收到的模式切换指令，将机械臂的工作模式切换为相应的示教模式。在一种实现方式中，可以额外配置一个或多个实体或虚拟控件作为模式切换指令的输入控件，以便通过触发不同的控件实现不同示教模式的切换。比如，可以针对每种示教模式配置对应的实体或虚拟控件，当相应实体或虚拟控件被触发时，触觉示教系统运行相应的示教模式，又例如，可以将针对同一实体或虚拟控件的不同操作(比如长按、短按、扭动等)分别对应不同的示教模式，触觉示教系统根据该实体或虚拟控件实时被操作的动作，切换至相应的示教模式；在另一种实现方式中，也可以将触觉传感器产生的特定感应信号与模式切换指令关联，当检测到该特定感应信号时即可切换至产生相应的模式切换指令，以切换相应的示教模式，比如，对于机械臂末端只有一个触觉感应区域的场景，可以设置不同触觉操作类型(比如长按(即触觉感应区域上同一感应点采集到的触觉信号的持续时间不小于某一设定时间阈值)、点按(即触觉感应区域上同一感应点采集到的触觉信号的持续时间小于某一设定时间阈值))，基于感应信号识别出作用于该触觉感应区域的触觉操作类型，之后触发触觉示教系统切换至对应的示教模式；又比如，对于机械臂末端存在两个以上被区分的触觉感应区域的场景，可以基于感应信号所识别到的信息(比如被触摸的触觉感应区域的数量、各触觉感应区域上的不同触觉操作类型)来触发相应示教模式的运行，本实施例中不对示教模式的切换方式进行具体限定。
在一种应用场景下，上述示教模式可以包括如下至少一种：位置寸动模式和位置连动模式。
在上述位置寸动模式下，上述基于触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：基于触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持上述机械臂末端的姿态不变，并驱动上述机械臂末端沿实时确定的位移方向移动预设步长。以机械臂末端设置有两个触觉传感器为例进行说明，对于具备检测三向力的触觉传感器，设触觉传感器101的坐标系如图5中X/Y/Z轴所示(图5中机械臂末端的视图方向同图2圆圈中的特写图)，一种示例性的配置可以如下：当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的Y轴正方向时，确定位移方向为沿纸面向内方向，控制器驱动机械臂末端沿纸面向内方向平移预设步长；当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的Y轴负方向时，确定位移方向为沿纸面向外方向，控制器驱动机械臂末端沿纸面向外方向平移预设步长；当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的X轴正方向时，确定位移方向为如图5中箭头x1方向，控制器驱动机械臂末端沿箭头x1方向平移预设步长；当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的X轴负方向时，确定位移方向为如图5中箭头x2方向，控制器驱动机械臂末端沿箭头x2方向平移预设步长；当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的Z轴正方向时，确定位移方向为如图5中箭头z1方向，控制器驱动机械臂末端沿箭头z1方向平移预设步长；当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的Z轴负方向时，确定位移方向为如图5中箭头z2方向，控制器驱动机械臂末端沿箭头z2方向平移预设步长。对于用户而言，在上述配置的场景中，用户可以在触觉感应区域上滑动或点按，以使触觉力偏向于期望机械臂末端移动的方向，进而只需利用较小的施力即可实现对械臂末端的位置寸动示教。
在上述位置连动模式下，上述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：基于触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持机械臂末端的姿态不变，并驱动机械臂末端沿实时确定的位移方向持续移动，直至触觉传感器的感应信号小于预设信号值。同样以图5为例进行说明，对于具备检测三向力的触觉传感器，一种示例性的配置可以如下：当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的Y轴正方向时，确定位移方向为沿纸面向内方向，控制器驱动机械臂末端沿沿纸面向内方向持续平移，直至感应信号所指示的触觉力偏向于其它方向或消失；当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的Y轴负方向时，确定位移方向为沿纸面向外方向，控制器驱动机械臂末端沿纸面向外方向持续平移，直至感应信号所指示的触觉力偏向于其它方向或消失；当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的X轴正方向时，确定位移方向为如图5中箭头x1方向，控制器驱动机械臂末端沿箭头x1方向持续平移，直至感应信号所指示的触觉力偏向于其它方向或消失；当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的X轴负方向时，确定位移方向为如图5中箭头x2方向，控制器驱动机械臂末端沿箭头x2方向持续平移，直至感应信号所指示的触觉力偏向于其它方向或消失；当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的Z轴正方向时，确定位移方向为如图5中箭头z1方向，控制器驱动机械臂末端沿箭头z1方向持续平移，直至感应信号所指示的触觉力偏向于其它方向或消失；当感应信号所指示的触觉力偏向于触觉传感器的Z轴负方向时，确定位移方向为如图5中箭头z2方向，控制器驱动机械臂末端沿箭头z2方向持续平移，直至感应信号所指示的触觉力偏向于其它方向或消失。对于用户而言，在上述配置的场景中，用户可以在触觉感应区域的某一方向上持续按压，以使触觉力持续偏向于期望机械臂末端移动的方向，进而只需利用较小的施力即可实现对机械臂末端的位置连动示教。
对于多自由度的机械臂，如图6a所示，其机械臂末端通常可以绕机械臂末端坐标系中的X轴、Y轴和Z轴顺时针转动或逆时针转动(即可沿箭头r1、r2、r3、r4、r5和r6六个方向转动)，因此，在一个实施例中，可以基于触觉传感器在机械臂末端设置两个以上被区分的触觉感应区域，当任意两个位于不同平面的触觉感应区域被触摸时，基于这两个触觉感应区域检测到的触觉力方向即可确定出一旋转方向。举例说明，在图6a所示附图基础上，如图6b所示，设机械臂末端分别设置有位于不同平面的触摸感应区域A和B，当触摸感应区域A和B检测到的触觉力方向分别如箭头A1和B1所示时，可确定旋转方向为r3方向；如图6c所示，当触摸感应区域A和B检测到的触觉力方向分别如箭头A2和B2所示时，可确定旋转方向为r4方向；如图6d所示，当触摸感应区域A和B检测到的触觉力方向分别如箭头A1和B2所示时，可确定旋转方向为r5方向；如图6e所示，当触摸感应区域A和B检测到的触觉力方向分别如箭头A2和B1所示时，可确定旋转方向为r6方向；如图6f所示，当触摸感应区域A和B检测到的触觉力方向分别如箭头A3(沿纸面向外方向)和B3(沿纸面向内方向)所示时，可确定旋转方向为r2方向；如图6g所示，当触摸感应区域A和B检测到的触觉力方向分别如箭头A4(沿纸面向内方向)和B4(沿纸面向外方向)所示时，可确定旋转方向为r1方向。对应的，在本实施例中，上述示教模式还可以包括如下至少一种：姿态寸动模式、姿态连动模式和位置姿态连动模式。
在上述姿态寸动模式下，上述基于触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定旋转方向；保持机械臂末端的位置不变，并驱动上述机械臂末端沿实时确定的旋转方向转动预设角度。对于用户而言，可以用手指按捏任意两个位于不同平面的触觉感应区域并沿期望的旋转方向施力后释放，控制器基于这两个触觉感应区域的感应信号确定相应的旋转方向并驱动机械臂末端沿实时确定的旋转方向转动预设角度，进而只需利用较小的施力即可实现对械臂末端的姿态寸动示教。
在上述姿态连动模式下，上述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号确定旋转方向；保持上述机械臂末端的位置不变，并驱动上述机械臂末端沿实时确定的旋转方向持续转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值。对于用户而言，可以用手指按捏任意两个位于不同平面的触觉感应区域并沿期望的旋转方向持续施力，控制器基于这两个触觉感应区域的感应信号确定相应的旋转方向并驱动机械臂末端沿实时确定的旋转方向持续转动，进而只需利用较小的施力即可实现对械臂末端的姿态连动示教。
在上述位置姿态连动模式下，上述基于上述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定位移方向和旋转方向；驱动上述机械臂末端沿实时确定的位移方向和旋转方向持续移动和转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值。对于位移方向的确定，可以基于两个被区分的触觉感应区域的感应信号确定触觉力的合力，根据该合力的方向确定位移方向，对于旋转方向，可根据两个触觉感应区域的感应信号计算触觉传感器坐标系下各个方向的合力矩，根据该合力矩的方向确定旋转方向。对于用户而言，可以用手指按捏任意两个位于不同平面的触觉感应区域并沿期望的位移方向和旋转方向持续施力，控制器基于这两个触觉感应区域的感应信号确定相应的位移方向和旋转方向并驱动机械臂末端沿实时确定的位移方向和旋转方向持续移动和转动，进而只需利用较小的施力即可实现对械臂末端的位置姿态连动示教。
在前述实施例中，对于机械臂末端的姿态保持，可以通过控制目标转轴(目标转轴为机械臂上用于调整机械臂末端的姿态的转轴)对应的驱动电机抱闸的方式实现，由于目标转轴对应的驱动电机抱闸，也可避免作用于触觉传感器上的力引起机械臂末端的姿态变化。对于机械臂末端的位置保持，同样可以通过控制目标转轴(目标转轴为机械臂上用于调整机械臂末端的位置的转轴)对应的驱动电机抱闸的方式实现。
在一个实施例中，上述基于触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动包括：基于上述触觉传感器的感应信号确定运动参数，基于上述运动参数驱动机械臂运动；其中，上述运动参数包括如下信息中的至少一个：运动方向和运动速度。本实施例中，除了如前述给出的“可以根据触觉传感器的感应信号确定运动方向，根据运动方向驱动机械臂运动”的实例外，也可以根据触觉传感器的感应信号确定运动速度，并驱动机械臂以确定的运动速度移动(此方案可以与“根据触觉传感器的感应信号确定运动方向，根据运动方向驱动机械臂运动”的实例并存，也可以单独存在)，例如，可以设定运动速度与触觉传感器的感应信号成正相关(即，感应信号越强，机械臂运动速度更快)，用户可以通过对触觉传感器施加不同大小的力以驱动机械臂以相应速度运动。
由于触觉传感器自身坐标系与机械臂末端坐标系存在差异，针对设置于机械臂末端的触觉传感器，可预先建立触觉传感器的坐标系与机械臂末端坐标系的变换关系，该变换关系用于实现触觉传感器和机械臂末端的空间变换，以便在上述示教功能中，可基于触觉传感器的感应信号和该变换关系确定机械臂的运动参数(如位移方向、旋转方向等)，进而基于运动参数驱动机械臂运动。在一个实施例中，对于具备检测三向力的触觉传感器，可以将该触觉传感器的坐标系原点建立在该触觉传感器的中心处，根据该触觉传感器采集的信号，确定该触觉坐标系x/y/z轴的方向。设机械臂末端坐标系为Orobot，上述变换关系表示为位姿转换矩阵Ti。Ptac_i和Probot分别表示空间内某一点在触觉传感器i的坐标系Otac_i和机械臂末端坐标系Orobot中的坐标，则有：Ptac_i＝Ti*Probot。在另一个实施例中，当存在多个被区分的触觉感应区域时，也可先建立一个综合触觉坐标系(如可选用某一触觉感应区域的坐标系Otac_i(i＝1)作为综合触觉坐标系)，然后分别将其它触觉感应区域的坐标系与该综合触觉坐标系建立变换关系(如分别建立Otac_i(i≠1)与触觉坐标系Otac_i(i＝1)的变换关系)，并建立该综合触觉坐标系与机械臂坐标系的变换关系，从而使得每个触觉感应区域的坐标系都可以直接或间接与机械臂坐标系进行变换。
本申请另一实施例还提供一种机械臂的触觉示教方法，如图7所示，该触觉示教方法包括：
步骤701、基于触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动；
本实施例中，触觉传感器设置在上述机械臂末端，具体的，有关触觉传感器的设置方式可以参照前述实施例中的相关描述，此处不再赘述。
步骤702、记录上述机械臂的运动信息；
本实施例中，可以记录示教过程中机械臂的运行信息，运动信息例如可以包括：机械臂末端在各采样点的位置、姿态等信息。所记录的运动信息可便于后续控制该机械臂复现示教过程中的机械臂运动。
在一个实施例中，机械臂配置有至少一种示教模式，则步骤701具体表现为：基于上述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动。进一步，每种示教模式可对应一模式切换指令；上述触觉示教方法还包括：基于接收到的模式切换指令，将机械臂的工作模式切换为相应的示教模式。在一种实现方式中，可以额外配置一个或多个实体或虚拟控件作为模式切换指令的输入控件，以便通过触发不同的控件实现不同示教模式的切换。在另一种实现方式中，也可以将触觉传感器产生的特定感应信号与模式切换指令关联，当检测到该特定感应信号时即可切换至产生相应的模式切换指令，以切换相应的示教模式。本实施例中不对模式切换指令的具体输入方式进行限定。
在一种应用场景下，上述示教模式可以包括如下至少一种：位置寸动模式和位置连动模式。
在上述位置寸动模式下，上述基于触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持机械臂末端的姿态不变，并驱动机械臂末端沿实时确定的位移方向移动预设步长。
在位置连动模式下，上述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持机械臂末端的姿态不变，并驱动机械臂末端沿实时确定的位移方向持续移动，直至触觉传感器的感应信号小于预设信号值。
具体的，关于位置寸动模式和位置连动模式的说明可以参照前述实施例中的描述，此处不再赘述。
对于多自由度的机械臂，如图6a所示，其机械臂末端通常可以绕机械臂末端坐标系中的X轴、Y轴和Z轴顺时针转动或逆时针转动(即可沿箭头r1、r2、r3、r4、r5和r6六个方向转动，其中，箭头r1表示沿X轴箭头方向绕X轴顺时针旋转，箭头r2表示沿X轴箭头方向绕X轴逆时针旋转，箭头r3表示沿Y轴箭头方向绕Y轴顺时针旋转，箭头r4表示沿Y轴箭头方向绕Y轴逆时针旋转，箭头r5表示沿Z轴箭头方向绕Z轴顺时针旋转，箭头r6表示沿Z轴箭头方向绕Z轴逆时针旋转)，因此，在一个实施例中，可以基于触觉传感器在机械臂末端形成两个以上被区分的触觉感应区域，当任意两个位于不同平面的触觉感应区域被触摸时，可基于这两个触觉感应区域检测到的触觉力方向即可确定出一旋转方向。关于旋转方向的确定，可以参照前述实施例中的描述，此处不再赘述。
在此基础上，本申请的示教模式还可以包括如下至少一种：姿态寸动模式、姿态连动模式和位置姿态连动模式；
在上述姿态寸动模式下，上述基于上述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定旋转方向；保持上述机械臂末端的位置不变，并驱动上述机械臂末端沿实时确定的旋转方向转动预设角度；
在上述姿态连动模式下，上述基于上述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号确定旋转方向；保持上述机械臂末端的位置不变，并驱动上述机械臂末端沿实时确定的旋转方向持续转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值；
在上述位置姿态连动模式下，上述基于上述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定位移方向和旋转方向；驱动上述机械臂末端沿实时确定的位移方向和旋转方向持续移动和转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值。
具体的，关于姿态寸动模式、姿态连动模式和位置姿态连动模式的说明可以参照前述实施例中的描述，此处不再赘述。
在一个实施例中，上述基于触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动包括：基于上述触觉传感器的感应信号确定运动参数，上述运动参数包括如下信息中的至少一个：运动方向和运动速度；基于上述运动参数驱动机械臂运动。本实施例中，除了如前述给出的“可以根据触觉传感器的感应信号确定运动方向，根据运动方向驱动机械臂运动”的实例外，也可以根据触觉传感器的感应信号确定运动速度，并驱动机械臂以确定的运动速度移动(此方案可以与“根据触觉传感器的感应信号确定运动方向，根据运动方向驱动机械臂运动”的实例并存，也可以单独存在)，例如，可以设定运动速度与触觉传感器的感应信号成正相关(即，感应信号越强，机械臂运动速度更快)，用户可以通过对触觉传感器施加不同大小的力以驱动机械臂以相应速度运动。
由上可见，本申请中将触觉传感器设置于机械臂末端，并基于触觉传感器的感应信号，驱动机械臂运动，同时记录该机械臂的运动信息，一方面，基于触觉传感器的原理，设置于机械臂末端的触觉传感器是在机械臂末端的表面被接触时产生感应信号，故所产生的感应信号与末端工具弱相关，因此无需在每次更换末端工具后都重新进行标定，简化了机械臂的使用过程；另一方面，触觉传感器相对于六维力传感器有一定的价格优势，相对于传统基于六维力传感器的拖动示教方法，本申请方案可在一定程度上降低机械臂的生产成本。
示例性的，本申请实施例还提供一种机械臂，包括：设置于机械臂末端的触觉传感器、存储器及处理器，上述处理器用于读取并执行存储器中存储的计算机程序，以实现上述触觉示教方法的步骤。示例性的，本申请实施例还提供一种包含该机械臂的机器人。
示例性的，本申请实施例还提供了一种芯片，包括处理器，上述处理器用于读取并执行存储器中存储的计算机程序，以实现上述触觉示教方法的步骤。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于方法方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。另外，集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上实施例仅用以说明本申请的系统和方法，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的方法方案进行修改，或者对其中部分方法特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应方法方案的本质脱离本申请各实施例方法方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种机械臂的触觉示教系统，其特征在于，包括：
设置于机械臂末端的触觉传感器；
以及，与所述触觉传感器连接的控制器；
所述控制器配置有示教功能，所述示教功能包括：基于所述触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动，并记录所述机械臂的运动信息。
2.根据权利要求1所述的触觉示教系统，其特征在于，所述基于所述触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定运动参数，所述运动参数包括如下信息中的至少一个：运动方向和运动速度；
基于所述运动参数驱动机械臂运动。
3.根据权利要求1所述的触觉示教系统，其特征在于，所述触觉示教系统配置有至少一种示教模式；
所述基于所述触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动为：基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动。
4.根据权利要求3所述的触觉示教系统，其特征在于，所述示教模式包括如下至少一种：位置寸动模式和位置连动模式；
在所述位置寸动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持所述机械臂末端的姿态不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向移动预设步长；
在所述位置连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持所述机械臂末端的姿态不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向持续移动，直至所述触觉传感器的感应信号小于预设信号值。
5.根据权利要求3所述的触觉示教系统，其特征在于，基于触觉传感器在所述机械臂末端形成两个以上被区分的触觉感应区域。
6.根据权利要求5所述的触觉示教系统，其特征在于，所述触觉传感器的数量不小于2，且分布于不同平面上，以形成所述两个以上被区分的触觉感应区域。
7.根据权利要求5所述的触觉示教系统，其特征在于，对同一触觉传感器的触觉感应区域进行划分，以形成两个以上被区分的触觉感应区域。
8.根据权利要求5至7任一项所述的触觉示教系统，其特征在于，所述示教模式包括如下至少一种：姿态寸动模式、姿态连动模式和位置姿态连动模式；
在所述姿态寸动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定旋转方向；保持所述机械臂末端的位置不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的旋转方向转动预设角度；
在所述姿态连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号确定旋转方向；保持所述机械臂末端的位置不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的旋转方向持续转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值；
在所述位置姿态连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定位移方向和旋转方向；驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向和旋转方向持续移动和转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值。
9.根据权利要求3所述的触觉示教系统，其特征在于，每种示教模式对应一模式切换指令；
所述示教功能还包括：基于接收到的模式切换指令，将机械臂的工作模式切换为相应的示教模式。
10.一种机械臂的触觉示教方法，其特征在于，包括：
基于触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动，所述触觉传感器设置在所述机械臂末端；
记录所述机械臂的运动信息。
11.根据权利要求10所述的触觉示教方法，其特征在于，所述基于所述触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定运动参数，所述运动参数包括如下信息中的至少一个：运动方向和运动速度；
基于所述运动参数驱动机械臂运动。
12.根据权利要求10所述的触觉示教方法，其特征在于，所述机械臂配置有至少一种示教模式；
所述基于触觉传感器的感应信号驱动机械臂运动为：基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动。
13.根据权利要求12所述的触觉示教方法，其特征在于，所述示教模式包括如下至少一种：位置寸动模式和位置连动模式；
在所述位置寸动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持所述机械臂末端的姿态不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向移动预设步长；
在所述位置连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于所述触觉传感器的感应信号确定位移方向；保持所述机械臂末端的姿态不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向持续移动，直至所述触觉传感器的感应信号小于预设信号值。
14.根据权利要求12所述的触觉示教方法，其特征在于，基于触觉传感器在所述机械臂末端形成两个以上被区分的触觉感应区域；
所述示教模式包括如下至少一种：姿态寸动模式、姿态连动模式和位置姿态连动模式；
在所述姿态寸动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定旋转方向；保持所述机械臂末端的位置不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的旋转方向转动预设角度；
在所述姿态连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号确定旋转方向；保持所述机械臂末端的位置不变，并驱动所述机械臂末端沿实时确定的旋转方向持续转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值；
在所述位置姿态连动模式下，所述基于所述触觉传感器在示教模式下的感应信号驱动机械臂运动包括：
基于任意两个被区分的触觉感应区域的感应信号，确定位移方向和旋转方向；驱动所述机械臂末端沿实时确定的位移方向和旋转方向持续移动和转动，直至任一触觉传感器的感应信号小于预设信号值。
15.根据权利要求12所述的触觉示教方法，其特征在于，每种示教模式对应一模式切换指令；
所述触觉示教方法还包括：
基于接收到的模式切换指令，将机械臂的工作模式切换为相应的示教模式。
16.一种机械臂，其特征在于，包括：设置于机械臂末端的触觉传感器、存储器及处理器，所述处理器用于读取并执行存储器中存储的计算机程序，以实现如权利要求10-15任意一项所述方法的步骤。
17.一种机器人，其特征在于，包括：如权利要求16所述的机械臂。
18.一种芯片，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于读取并执行存储器中存储的计算机程序，以实现如权利要求10-15任意一项所述方法的步骤。
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