[發明專利]一種機器人示教方法、裝置、存儲介質及機器人

有效

• 申請號: 201911023223.9
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110861083B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 徐智浩;唐觀榮;吳鴻敏;周雪峰;李帥
• 申請（專利權）人: 廣東省智能制造研究所
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 鄧潮彬;莫瑤江

本發明公開了一種面向人機交互的協作機器人示教方法、裝置、存儲介質及機器人。該方法包括通過力傳感器來獲取拖曳機器人的過程中施加在機器人上的操作力；以所述力傳感器為質心來構建一虛擬負載，并根據所獲取到的所述操作力來計算當前操作力下機器人的運動指令；機器人的控制器接收所述運動指令，以控制機器人按照所述運動指令運動，并記錄機器人運動中的過程數據，實現對機器人拖動示教。本發明提出一種基于“虛擬負載”的機器人拖動示教方法：使機器人模擬空間中某一不受其他約束的剛性物體被人類拖動時的動態特性，以提供符合人類的操作習慣系統響應，從而實現提高示教效率與精度的目的。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，具體涉及一種面向人機交互的協作機器人示教方法、裝置、存儲介質及機器人。

背景技術

隨著機器人技術與工業自動化水平的提高，人機共融成為了新一代機器人的重要發展方向。為了應對更加復雜、多變的制造任務，需要機器人能夠實現對任務的快速部署，因此，研究高效的機器人示教方法，實現對機器人任務的快速定義，具有重要意義。工程上對機器人的示教方法主要為示教盒式、離線編程、拖動示教式。其中：示教盒示教方法因其逐點示教的特點，導致對復雜軌跡的示教任務效率低；離線編程借助計算機輔助軟件生成機器人的運動軌跡，但是需要解決實際-數字系統的標定問題。近年來，以拖動示教為代表的新型示教方法被逐漸重視：通過人類手動牽引機器人運動，使機器人根據人類意圖運動，從而實現示教的功能。對工業機器人而言，基于零力控制的拖動示教方案并不適用。目前主要采用的方法是通過力傳感器感知人類操作力，并設計與該操作力成正比的機器人運動速度，以實現機器人的運動。這些方法在實際工程中存在以下幾方面不足：1.示教力與機器人末端速度的線性對應關系容易因傳感器噪聲及人類示教力不均勻導致卡頓情況；2.力與運動的線性對應關系并不符合人類的操作習慣，需要一定訓練才能夠較高精度的示教，其示教的友好性有待提高。

在拖動示教過程中，人類拖拽機器人末端通常是為了使機器人末端執行器能夠沿拖動產生的運動軌跡完成指定任務，因此需要機器人末端在拖動下的響應軌跡盡可能契合人類預期的軌跡。換言之，在人類直接拖動末端進行示教的情況下，末端執行器的響應越符合人類的操作習慣，人類就能夠越精確地完成拖動操作。

現實生活中，人類在空間中移動某剛性物體是非常容易的，如端起杯子、揮舞木棒等，即使人類的操作力沒有施加在物體質心，且物體的質量、尺寸等參數并非精確已知，人類依然能夠容易地在空間中移動該物體，并且保證良好的操作精度。拖動示教與上述情況類似，都是人類根據自身預期對某一對象進行的拖動操作。其最大的區別在于：人類端起杯子、揮舞木棒等的操作對象比較簡單，而拖動示教的對象則是機器人，其高度非線性的運動學及非線性特性導致了拖動力的響應對人類而言變得難以預期。

發明內容

針對現有拖動示教方法存在的不足，本發明提出一種基于“虛擬負載”的機器人拖動示教方法、裝置、存儲介質及機器人，以提供符合人類的操作習慣系統響應，從而實現提高示教效率與精度的目的。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

第一方面，本發明實施例提供了一種面向人機交互的協作機器人示教方法，包括：

通過力傳感器來獲取拖曳機器人的過程中施加在機器人上的操作力；

以所述力傳感器為質心來構建一虛擬負載，并根據所獲取到的所述操作力來計算當前操作力下機器人的運動指令；

機器人的控制器接收所述運動指令，以控制機器人按照所述運動指令運動，并記錄機器人運動中的過程數據，實現對機器人拖動示教。

進一步地，以所述力傳感器為質心來構建一虛擬負載，并根據所獲取到的所述操作力來計算當前操作力下機器人的運動指令包括：

設置虛擬負載的初始化參數包括：

設置虛擬負載的慣量矩陣M，重力矩G和阻尼矩陣B；