CN106826877A - 一种易操控机器人示教器 - Google Patents

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周赛华
林伟阳
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Abstract

本发明提供一种易操控机器人示教器，包括与上位机机器人控制***相连的嵌入式控制器，航向姿态参考***，操作摇杆等，航向姿态参考***包括加速度计，陀螺仪以及磁力计，航向姿态参考***收集示教器的移动姿态，并将姿态轨迹传送给嵌入式控制器，嵌入式控制器基于航向姿态参考***的姿态变换产生机械臂的示教姿态，并将机械臂的示教姿态变换轨迹传送给上位机机器人控制***，上位机机器人控制***基于所述机械臂的姿态变换来控制需要移动的机械臂进行相应的姿态移动。与嵌入式控制器连接的操作摇杆用于选择移动机械臂的X、Y、Z轴参数，从而完成机械臂的完整示教过程。

Description

一种易操控机器人示教器
技术领域
本发明涉及机器人操作技术领域，具体提供一种易操控机器人示教器。
背景技术
随着科技的进步，各种机器人在各种操作场合下的使用越来越广泛，示教器是机器人控制***的重要组成部分，传统示教器只能通过手动操作方向按钮或者操纵杆来移动机器人的机械臂来完成示教过程，对操作者的技能要求较高。
传统的机器人示教器将编程功能集成到示教器上，虽然方便了在线编程，但是同时也增加了示教器的体积和重量，而且提高了操作人员的入门门槛。
中国专利CN105252538A公开了一种新型工业机器人示教器，其根据惯性测量单元和摄像头来控制机械臂的移动，使机械臂示教移动轨迹跟随示教器的示教移动轨迹。但是由于惯性测量单元价格较为昂贵，使示教器的成本增加，而且其需要配合摄像头，使整个示教***比较复杂，且外界的光线强弱对示教器的使用也有影响。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种易操控机器人示教器，该示教器不仅操作方式简单，更加轻便便携，成本低，而且具有人性化的操作方式，操作者无需有具有专业的操作技能，就能快速操作机器臂。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供一种易操控机器人示教器，包括与上位机机器人控制***相连的嵌入式控制器，所述机器人示教器还包括与嵌入式控制器连接的航向姿态参考***，所述航向姿态参考***包括加速度计传感器，陀螺仪以及磁力计，所述航向姿态参考***的传感器收集示教器的移动姿态，并将所述姿态轨迹传送给所述嵌入式控制器，所述嵌入式控制器基于航向姿态参考***的姿态变换产生机械臂的示教姿态，并将所述机械臂的示教姿态变换轨迹传送给所述上位机机器人控制***，所述上位机机器人控制***基于所述机械臂的姿态变换来控制需要移动的机械臂进行相应的姿态移动。
所述机器人示教器还包括有：与所述嵌入式控制器连接的操作摇杆、位姿控制单元以及关节选择单元，所述操作摇杆用于选择控制机械臂的X、Y、Z轴参数来完成机械臂的示教，其位姿控制单元用于手动操纵模式下的机械臂位姿轨迹移动，其关节选择单元可以控制特定的机械臂关节运动。
进一步的，所述机器人示教器还包括有：与所述嵌入式控制器连接的DeadMan键，紧急停止开关，液晶显示屏。所述DeadMan按钮按下时，移动示教器，机械臂可以实现示教的轨迹移动，当松开此键时，机械臂停止运动。所述液晶显示屏用于输入预设信息以及实时显示示教器和机械臂的运动状态。
进一步的，所述机器人示教器还包括有：与所述嵌入式控制器相连的以太网通讯模块，所述以太网通讯模块用来高速稳定的进行示教器和上位机之间的通讯。
优选的，示教器无需直接连接上位机，可以连接至路由器终端，显著的扩大了遥操作的应用范围。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
本发明是一种易操控机器人示教器，本发明借助航向姿态参考***使其具有姿势操作***，操作者不需要具有编程基础，无需进行坐标矩阵转换，通过移动示教器加上功能按键就能控制机械臂的位姿移动，从而完成对机器人的示教过程，降低了对操作者的技能要求。
附图说明
图1为本发明易操控机器人示教器的主视结构示意图；
图2为本发明易操控机器人示教器的右视结构示意图；
图3为本发明易操控机器人示教器的结构原理框图；
图4为本发明示教器进行控制的操作流程图。
其中，对标注有相同附图标记以及相同的名称的结构构件不再重复相同的说明：
1.操作按键区；2.操作摇杆；3.紧急停止开关；4.液晶显示屏；5.上壳体；6.以太网通信线缆；7.DeadMan键；8.下壳体；9.示教器控制模块；10.航向姿态参考***；11.磁力计；12.加速度计；13.陀螺仪；14.USB接口；15.嵌入式控制器；16.以太网通讯模块；17.位姿控制单元；18.关节选择单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下将结合附图，对本发明的具体实施作进一步详细说明。
如图1和图2所示，该机器人示教器主要包括操作按键区1、操作摇杆2、紧急停止开关3、液晶显示屏4、上壳体5、以太网通信线缆6，DeadMan键7，下壳体8，且所述的操作按键区1、操作摇杆2、紧急停止开关3、液晶显示屏4、DeadMan键7以及以太网通信线缆6皆分别连接与控制模块9。
所述DeadMan键7位于示教器的背面，操作者需要按着DeadMan键才能操作机器人，且位于后部的设计是为了操作者方便单手进行操作。当操作者松开DeadMan键7时，机械臂停止示教工作，使其更加安全可靠。所述紧急停止开关3位于示教器的顶部，这样不慎操作失误时可以快速的停止机器人，有效的避免了其他按键因触碰硬物而发出错误指令，提高了机器人动作的安全性。所述操作摇杆2用来控制机器人末端的移动，所述液晶显示屏4用来实时显示示教器和机器人的数据信息。
如图3所示，该机器人示教器包括示教器控制模块9，嵌入式控制器15，与嵌入式控制器相连的航向姿态参考***10、USB接口14、DeadMan键、紧急停止开关、液晶显示屏、以太网通讯模块16以及操作按键区。其中，所述USB接口14用于预定程序的载入以及连接外部编辑设备。所述航向姿态参考***10包括磁力计11、加速度计12和陀螺仪13。操作按键区包括位姿控制单元19、关节选择单元20以及操作摇杆。嵌入式控制器15与上位机机器人控制***(未图示)通过以太网通讯模块16连接。航向姿态参考***10传感器收集示教器的移动姿态，并将所述姿态轨迹传送给嵌入式控制器15，嵌入式控制器15基于航向姿态参考***10的姿态变换产生机械臂的示教姿态，并将所述机械臂的示教姿态变换轨迹传送给所述上位机机器人控制***，所述上位机机器人控制***基于所述机械臂的姿态变换来控制需要移动的机械臂进行相应的姿态移动。操作者移动操作摇杆2，机械臂的姿态锁定，通过摇杆的控制来实现机械臂的位置移动。
在本发明的另一个实施例中，两个示教器通过路由器连接至上位机机器人控制***，控制双臂机器人。
由于示教者在示教过程中，需要随时观察机械臂的移动情况，以便以及调整机械臂的移动方向，移动位置等示教参数，为了方便观察机械臂的移动情况，在显示屏中实时显示机械臂和示教器的移动参数的同时，通过上位机机器人控制***的仿真程序，可以更直观的看到机械臂的运动状态。
如图4是本发明示教器进行控制的操作流程图，包括如下步骤：
1)示教器连接上位机，上位机连接机器人，初始误差等数据的预输入；
2)使能示教器，航向姿态参考***收集示教器的姿态移动信息，并将数据传送给嵌入式控制器；
3)嵌入式控制器对数据进行处理，提取示教器的姿态变换轨迹；
4)嵌入式控制器将机械臂的姿态轨迹发送给机器人控制***，机器人控制***控制机械臂进行相应的移动，按下操作摇杆，机械臂的姿态锁定，用摇杆控制机械臂的位置移动；
5)判断是否到达预定示教位置？如果已经到达，完成示教；如果未达到预定位置，松开摇杆，重复进行示教过程。
通过对本发明示教器的功能按键区的选择，也可以选择其他方法来控制机械臂，通过对操作按键区中的关节选择单元和位姿控制单元的选择，操作者可以分别控制机械臂的单关节以及用按键来控制机械臂位姿。
从以上描述中可以看出，本发明实现了以下技术效果：利用航向姿态参考***加操作摇杆，是操作者移动示教器就能控制机械臂的移动，不需要太多负责的操作，降低了操作难度。通过预设的程序，使操作者不需要在示教器上进行编程。
以上所述的具体实施例结合附图，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种易操控机器人示教器，其包括与上位机机器人控制***连接的嵌入式控制器15，其特征在于：所述机器人示教器还包括与所述嵌入式控制器15连接的航向姿态参考***13，所述航向姿态参考***13包括加速度计传感器12，陀螺仪13以及磁力计11，所述航向姿态参考***13的传感器收集示教器的移动姿态，并将姿态轨迹传送给嵌入式控制器15，嵌入式控制器15基于航向姿态参考***的姿态变换产生机械臂的示教姿态，并将机械臂的示教姿态变换轨迹传送给上位机机器人控制***，所述上位机机器人控制***基于机械臂的姿态变换来控制需要移动的机械臂进行相应的姿态移动。
2.根据权利要求1所述的易操控机器人示教器，其特征在于，所述机器人示教器还包括有：与所述嵌入式控制器15连接的操作按键区1，所述操作按键区包括操作摇杆2、位姿控制单元17以及关节选择单元18，其所述操作摇杆2用于选择移动机械臂的X、Y、Z轴参数来完成示教，所述位姿控制单元17用于手动操纵模式下的机械臂位姿轨迹移动，其关节选择单元18用于控制特定的机械臂关节运动。
3.一种机器人示教的操作控制方法，其特征在于，包含如下步骤：
1)示教器连接上位机，上位机连接机器人，初始误差等数据的预输入；
2)使能示教器，航向姿态参考***收集示教器的姿态移动信息，并将数据传送给嵌入式控制器；
3)嵌入式控制器对数据进行处理，提取示教器的姿态变换轨迹；
4)嵌入式控制器将机械臂的姿态轨迹发送给机器人控制***，机器人控制***控制机械臂进行相应的移动，按下操作摇杆，机械臂的姿态锁定，用摇杆控制机械臂的位置移动；
5)判断是否到达预定示教位置？如果已经到达，完成示教；如果未达到预定位置，松开摇杆，重复进行示教过程。
4.根据权利要求1所述的易操控机器人示教器，其特征在于，其还包括与嵌入式控制器15相连的以太网通讯模块16以及USB接口14，所述USB接口14用于载入预设编程、调试以及连接外部编辑设备；所述以太网通讯模块16用于高速稳定的进行嵌入式控制器与上位机机器人控制***的通信。
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