CN107995886A - 一种手势控制工业机器人方法以及工业机器人手持控制器 - Google Patents

一种手势控制工业机器人方法以及工业机器人手持控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种工业机器人的示教方法以及工业机器人手持控制器，该工业机器人方法包括：侦测用户手持手持控制器的运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号；根据侦测信号而生成相应的控制信号以控制工业机器人实现相应的姿态。本发明通过示教姿态侦测装置侦测用户手持手持控制器运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号，处理器连接示教姿态侦测装置以接收侦测信号并生成相应的控制信号以控制工业机器人，能够使用一种与人的认知方式相近的方法，来进行工业机器人的示教，同时也降低了示教过程中的操作复杂程度。

Description

一种手势控制工业机器人方法以及工业机器人手持控制器
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，特别是涉及一种手势控制工业机器人方法以及工业机器人手持控制器。
背景技术
使用工业机器人时，对于机器人的编程，第一步往往是示教，即通过控制器，由人工操作，控制机器人逐步运行至操作者希望的位置，并达到操作者相应的姿态。即使通过离线编程完成的机器人运行程序，在实际运行时，由于工业机器人绝对定位精度较低，其运行结果与程序预期往往也有较大差别，仍需要通过示教的方法，对机器人程序进行调整，完成机器人程序的最终确定。
而现有工业机器人控制，基本都以手持控制器为控制设备。在对工业机器人进行示教的过程中，有如下两种操作机器人的方式：
一种是基于按键的方式：往往分为两个步骤，a.选择移动方向：包括选择沿x轴、y轴或者z轴，或者机器人六个旋转关节中的一个。b.按下运行键，运行到相应位置。
另一种是基于6维操作杆：该方案曾被Kuka机器人采用。绝大多数工业机器人具有六个自由度，反映到末端执行器，就是三个平移自由度，三个旋转自由度。该方案采用机械设计的六自由度操作杆，来完成对机器人末端执行器位置和姿态的定位。
由于工业机器人的平移定位，旋转定位，往往涉及到多个轴的同时移动，而上述方案一的操作，必须是单轴单独操作，尤其是对于机器人末端执行器的姿态调整，往往需要同时调整三个平移自由度以及三个旋转自由度，对于需要每个轴单独操作的方式，操作起来非常复杂。而方案二，虽然能够部分解决上述问题，但其与人的认知方式并不相同，操作起来也较为复杂。
发明内容
本发明提供一种手势控制工业机器人方法以及工业机器人手持控制器，能够使用一种与人的认知方式相近的方法，来进行工业机器人的示教。
为了解决上述问题，本发明提供了一种工业机器人的示教方法，包括：当手持控制器被用户手持运动后，侦测所述手持控制器在运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号；将所述侦测信号发送给机器人控制***，以使得机器人控制***根据所述侦测信号而生成相应的控制信号以控制工业机器人执行相应的运动。
其中，侦测所述手持控制器在运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号的步骤包括：
侦测所述手持控制器在第一方向上的直线运动以生成第一方向移动侦测信号；
侦测所述手持控制器在第二方向上的直线运动以生成第二方向移动侦测信号；
侦测所述手持控制器在第三方向上的直线运动以生成第三方向移动侦测信号。
其中，侦测所述手持控制器在运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号的步骤进一步包括：
侦测所述手持控制器绕所述第一方向转动的角度以生成第一角度侦测信号；
侦测所述手持控制器绕所述第二方向转动的角度以生成第二角度侦测信号；
侦测所述手持控制器绕所述第三方向转动的角度以生成第三角度侦测信号。
其中，将所述侦测信号发送给机器人控制***，以使得机器人控制***根据所述侦测信号而生成相应的控制信号以控制工业机器人执行相应的运动的步骤包括：
使得机器人控制***根据所述第一方向移动侦测信号、所述第二方向移动侦测信号、所述第三方向移动侦测信号、所述第一角度侦测信号、所述第二角度侦测信号和所述第三角度侦测信号以及机器人控制算法而生成相应的控制信号，从而以控制所述工业机器人执行相应的动作。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种工业机器人手持控制器，包括处理器和示教姿态侦测装置，其中，所述示教姿态侦测装置侦测用户手持所述手持控制器运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号，所述处理器连接所述示教姿态侦测装置以接收所述侦测信号并生成相应的控制信号以控制所述工业机器人。
其中，所述示教姿态侦测装置包括至少一个线加速度传感器和至少一个角加速度传感器，其中，所述至少一个线加速度传感器用以侦测所述手持控制器多个方向的移动，而所述至少一个角加速度传感器用以侦测所述手持控制器多个方向的旋转。
其中，所述示教姿态侦测装置包括第一线加速度传感器、第二线加速度传感器和第三线加速度传感器，其中，所述第一线加速度传感器用于侦测所述手持控制器在第一方向上的直线运动，所述第二线加速度传感器用于侦测所述手持控制器在第二方向上的直线运动，而所述第三线加速度传感器用于侦测所述手持控制器在第三方向上的直线运动。
其中，所述示教姿态侦测装置还包括第一角加速度传感器、第二角加速度传感器和第三角加速度传感器，其中，所述第一角加速度传感器用于侦测所述手持控制器绕所述第一方向转动的角度，所述第二角加速度传感器用于侦测所述手持控制器绕所述第二方向转动的角度，而所述第三角加速度传感器用于侦测所述手持控制器绕所述第三方向转动的角度。
其中，进一步包括通讯模块，所述通讯模块连接所述处理器以接收所述控制信号，并与所述工业机器人通信以控制所述工业机器人实现相应的姿态。
其中，通讯模块通过有线或无线方式和工业机器人通信。
其中，无线方式包括WiFi、蓝牙或ZigBee。
其中，手持控制器为可穿戴设备。
其中，可穿戴设备通过WiFi或者蓝牙和通讯模块进行通信。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过所述示教姿态侦测装置侦测用户手持所述手持控制器的姿态并生成对应的侦测信号，所述处理器连接所述示教姿态侦测装置以接收所述侦测信号并生成相应的控制信号以控制所述工业机器人，能够使用一种与人的认知方式相近的方法，来进行工业机器人的示教，同时也降低了示教过程中的操作复杂程度。
附图说明
图1是本发明手势控制工业机器人方法第一实施例的流程示意图；
图2是本发明手势控制工业机器人方法第二实施例的流程示意图；
图3是本发明工业机器人手持控制器第一实施例的结构示意框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对发明所提供的一种工业机器人手持控制器以及手势控制工业机器人方法做进一步详细描述。
请参阅图1，图1是本发明手势控制工业机器人方法第一实施例的流程示意图。本手势控制工业机器人方法包括以下步骤：
S100：当手持控制器被用户手持运动后，侦测手持控制器在运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号。
其中，运动前以及运动后的两个姿态之间的变化可以是很短的一段时间，例如几十到几百毫秒，或者是较长一段时间，例如几秒钟至几分钟。
该侦测信号包括了移动信号和旋转信号。
S200：将所述侦测信号发送给机器人控制***，以使得机器人控制***根据侦测信号而生成相应的控制信号以控制工业机器人执行相应的运动。
根据侦测信号生成的控制信号包括了控制工业机器人移动的指令以及控制机器人转动的指令。
在该实施方式中，通过侦测用户手持手持控制器的姿态并生成对应的侦测信号，处理器连接示教姿态侦测装置以接收侦测信号并生成相应的控制信号以控制工业机器人，能够使用一种与人的认知方式相近的方法，来进行工业机器人的示教，同时也降低了示教过程中的操作复杂程度。
上述实施例中的手持控制器又叫示教编程器，是机器人控制***的核心部件，是一个用来注册和存储机械运动或处理记忆的设备，该设备是由电子***或计算机***执行的。
在本发明手势控制工业机器人方法的第一实施例中，手持控制器可以是传统的手持控制器，在本发明手势控制工业机器人方法的其他实施例中，也可以是专门设计的可穿戴设备。
参照图2，图2是本发明手势控制工业机器人方法第二实施例的流程示意图。在本实施例中：
步骤S100侦测手持控制器在运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号包括：
S110：侦测手持控制器在第一方向上的直线运动以生成第一方向移动侦测信号；
S120：侦测手持控制器在第二方向上的直线运动以生成第二方向移动侦测信号；
S130：侦测手持控制器在第三方向上的直线运动以生成第三方向移动侦测信号；
其中，运动前以及运动后的两个姿态之间的变化可以是很短的一段时间，例如几十到几百毫秒，或者是较长一段时间，例如几秒钟至几分钟。
其中，第一方向垂直于所述第二方向，而第三方向垂直于第一方向和第二方向所确定的平面。
进一步的，S100侦测用户手持手持控制器运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号的步骤进一步包括：
S140：侦测手持控制器绕第一方向转动的角度以生成第一角度侦测信号；
S150：侦测手持控制器绕第二方向转动的角度以生成第二角度侦测信号；
S160：侦测手持控制器绕第三方向转动的角度以生成第三角度侦测信号。
上述实施例中，直线运动的侦测可以是通过线加速度计，转动角度的侦测可以是通过角加速度计。
步骤S200将所述侦测信号发送给机器人控制***，以使得机器人控制***根据所述侦测信号而生成相应的控制信号以控制工业机器人执行相应的运动的步骤包括：
S210：使得机器人控制***根据第一方向移动侦测信号、第二方向移动侦测信号、第三方向移动侦测信号、第一角度侦测信号、第二角度侦测信号和第三角度侦测信号以及机器人控制算法而生成相应的控制信号，从而控制工业机器人执行相应的动作。
具体的，所述机器人控制算法用于将所述手持控制器发送的侦测信号转化为相应的控制信号，从而控制工业机器人执行用户所期望的运动。所述控制信号用于具体控制工业机器人的各个部件的运动。所述机器人控制算法可以是机器人运动控制方面的常用基本算法。
参照图3，图3是本发明工业机器人手持控制器第一实施例的结构示意框图。在本实施例中：手持控制器10包括处理器12和示教姿态侦测装置14，示教姿态侦测装置14侦测用户手持手持控制器运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号，处理器12连接示教姿态侦测装置14以接收侦测信号并生成相应的控制信号以控制工业机器人20。
在该实施方式中，通过侦测用户手持手持控制器10运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号，处理器12连接示教姿态侦测装置14以接收侦测信号并生成相应的控制信号以控制工业机器人20，能够使用一种与人的认知方式相近的方法，来进行工业机器人20的示教，同时也降低了示教过程中的操作复杂程度。
上述实施例中的手持控制器10又叫示教编程器，是机器人控制***的核心部件，是一个用来注册和存储机械运动或处理记忆的设备，该设备是由电子***或计算机***执行的。
运动前以及运动后的两个姿态之间的变化可以是很短的一段时间，例如几十到几百毫秒，或者是较长一段时间，例如几秒钟至几分钟。
继续参照图3，还包括了机器人控制***30，手持控制器10发送侦测信号给机器人控制***30，以使得机器人控制***30生成相应的控制信号，从而控制工业机器人执行相应的动作。
在本发明工业机器人手持控制器第一实施例中，手持控制器可以是传统的手持控制器，在本发明工业机器人手持控制器其他实施例中，也是可以专门设计的可穿戴设备。
示教姿态侦测装置14包括至少一个线加速度传感器142和至少一个角加速度传感器144，其中，至少一个线加速度传感器142用以侦测手持控制器10在多个方向上的移动，而至少一个角加速度传感器144用以侦测手持控制器10在多个方向上的旋转。
具体的，参照图示教姿态侦测装置14包括第一线加速度传感器1422、第二线加速度传感器1424和第三线加速度传感器1426，其中，第一线加速度传感器1422用于侦测手持控制器10在第一方向上的直线运动，第二线加速度传感器1424用于侦测手持控制器10在第二方向上的直线运动，而第三线加速度传感器1426用于侦测手持控制器10在第三方向上的直线运动。
其中，第一方向垂直于第二方向，而第三方向垂直于第一方向和第二方向所确定的平面。
此外，示教姿态侦测装置14还包括第一角加速度传感器1442、第二角加速度传感器1444和第三角加速度传感器1446，其中，第一角加速度传感器1442用于侦测手持控制器10绕第一方向转动的角度，第二角加速度传感器1444用于侦测手持控制器10绕第二方向转动的角度，而第三角加速度传感器1446用于侦测手持控制器10绕第三方向转动的角度。
在本发明工业机器人手持控制器其他实施例中，线加速度传感器和角加速度传感器均可以设置为一个，或者根据需要设置任意多个。
上述实施例中，直线运动的侦测通过线加速度计，转动角度的侦测通过角加速度计。
侦测手持控制器10还包括通讯模块16，通讯模块16连接处理器12以接收控制信号，并与工业机器人20通信以控制工业机器人20实现相应的姿态。
其中，通讯模块16和工业机器人20的通讯方式可以是无线或有线方式，有线方式可以是光纤、普通通信电缆等等，无线方式可以是WiFi、蓝牙、ZigBee等等。
在本发明工业机器人手持控制器第一实施例的一个应用场景中，技术人员通过控制戴在手臂上的可穿戴设备通过WiFi或者蓝牙和通讯模块进行通信。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种手势控制工业机器人方法，其中，包括：
当手持控制器被用户手持运动后，侦测所述手持控制器在运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号；
将所述侦测信号发送给机器人控制***，以使得机器人控制***根据所述侦测信号而生成相应的控制信号以控制工业机器人执行相应的运动。
2.根据权利要求1所述的手势控制工业机器人方法，其中，侦测所述手持控制器在运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号的步骤包括：
侦测所述手持控制器在第一方向上的直线运动以生成第一方向移动侦测信号；
侦测所述手持控制器在第二方向上的直线运动以生成第二方向移动侦测信号；
侦测所述手持控制器在第三方向上的直线运动以生成第三方向移动侦测信号。
3.根据权利要求2所述的手势控制工业机器人方法，其中，侦测所述手持控制器在运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号的步骤进一步包括：
侦测所述手持控制器绕所述第一方向转动的角度以生成第一角度侦测信号；
侦测所述手持控制器绕所述第二方向转动的角度以生成第二角度侦测信号；
侦测所述手持控制器绕所述第三方向转动的角度以生成第三角度侦测信号。
4.根据权利要求3所述的手势控制工业机器人方法，其中，将所述侦测信号发送给机器人控制***，以使得机器人控制***根据所述侦测信号而生成相应的控制信号以控制工业机器人执行相应的运动的步骤包括：
使得机器人控制***根据所述第一方向移动侦测信号、所述第二方向移动侦测信号、所述第三方向移动侦测信号、所述第一角度侦测信号、所述第二角度侦测信号和所述第三角度侦测信号以及机器人控制算法而生成相应的控制信号，从而控制所述工业机器人执行相应的动作。
5.一种工业机器人手持控制器，其中，包括处理器和示教姿态侦测装置，其中，所述示教姿态侦测装置侦测用户手持所述手持控制器运动前以及运动后的两个姿态之间的变化并生成对应的侦测信号，所述处理器连接所述示教姿态侦测装置以接收所述侦测信号并生成相应的控制信号以控制所述工业机器人。
6.根据权利要求5所述的工业机器人手持控制器，其中，所述示教姿态侦测装置包括至少一个线加速度传感器和至少一个角加速度传感器，其中，所述至少一个线加速度传感器用以侦测所述手持控制器在多个方向上的移动，而所述至少一个角加速度传感器用以侦测所述手持控制器在多个方向上的旋转。
7.根据权利要求6所述的工业机器人手持控制器，其中，所述示教姿态侦测装置包括第一线加速度传感器、第二线加速度传感器和第三线加速度传感器，其中，所述第一线加速度传感器用于侦测所述手持控制器在第一方向上的直线运动，所述第二线加速度传感器用于侦测所述手持控制器在第二方向上的直线运动，而所述第三线加速度传感器用于侦测所述手持控制器在第三方向上的直线运动。
8.根据权利要求7所述的工业机器人手持控制器，其中，所述示教姿态侦测装置还包括第一角加速度传感器、第二角加速度传感器和第三角加速度传感器，其中，所述第一角加速度传感器用于侦测所述手持控制器绕所述第一方向转动的角度，所述第二角加速度传感器用于侦测所述手持控制器绕所述第二方向转动的角度，而所述第三角加速度传感器用于侦测所述手持控制器绕所述第三方向转动的角度。
9.根据权利要求8所述的工业机器人手持控制器，其中，进一步包括通讯模块，所述通讯模块连接所述处理器以接收所述控制信号，并与所述工业机器人通信以控制所述工业机器人实现相应的姿态。
10.根据权利要求9所述的工业机器人手持控制器，其特征在于，所述通讯模块通过有线或无线方式和所述工业机器人通信。
11.根据权利要求10所述的工业机器人手持控制器，其特征在于，所述无线方式包括WiFi、蓝牙或ZigBee。
12.根据权利要求11所述的工业机器人手持控制器，其特征在于，所述手持控制器为可穿戴设备。
13.根据权利要求12所述的工业机器人手持控制器，所述可穿戴设备通过WiFi或者蓝牙和所述通讯模块进行通信。
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