含有安全开关的机器人控制手柄及方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种含有安全开关的机器人控制手柄及方法。

背景技术

对应于机器人弧焊应用，尤接是在狭小的空间进行空间曲线精密操作，需要很多经验和保证焊接工艺角度。目前，传统工业机器人的示教工作有通过示教盒操作、离线编程、在线编程、机器人视觉、焊缝跟踪和拖拽示教等方式，考虑到焊接工件的多样性、复杂性和安全性，人工拖拽示教的方式更加有优越性。

申请号为201810514806.0，名称为一种基于力传感器的直接拖动示教系统及方法的中国发明专利，其中记载的技术中，六维力传感器用于在医生拖动末端执行器进行运动的过程中采集末端执行器的受力信息；工控机对六维力传感器采集的末端执行器的受力信息进行重力补偿，获取医生拖动末端执行器进行运动时的外力信息；工控机根据医生拖动末端执行器进行运动时的外力信息生成机器人运动指令，机器人控制器根据运动指令控制机器人进行运动。在焊接应用过程中不同于牙科医生做手术，焊接机器人末端执行器是焊枪，首先，机器人的末端执行器焊枪一般有送丝机连接的送丝线缆，所以末端执行器焊枪不但含有重力负载的重力载荷，还有送丝系统的送丝电缆的弹性力载荷和送丝系统的阻尼载荷。其次，该专利文献的方式一台机器人需要一个力传感器，因为六维力传感器串联于机器人和末端执行器之间的构型限制，不能一个力传感器对应于多个机器人。最后，机器人弧焊应用工作范围奇异解较多，不适用于重力补偿，对于有害环境无法实现人机分离。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种含有安全开关的机器人控制手柄及方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一实施例提供一种含有安全开关的机器人控制手柄，包括底座、操控把手、六维力传感器及安全按钮，其中六维力传感器设置于底座上，操控把手活动安装在六维力传感器上，六维力传感器用于检测操控把手的受力信息；安全按钮设置于操控把手上，安全按钮用于判断操作者是否正常操作操控把手。

在一种可能实现的方式中，所述安全按钮包括设置于所述操控把手外侧的多个安全触点和设置于所述操控把手内部的多个压电陶瓷传感器。

在一种可能实现的方式中，所述操控把手采用弹性绝缘壳体；多个所述压电陶瓷传感器沿高度方式依次布设于所述操控把手内；多个所述安全触点与多个所述压电陶瓷传感器一一对应。

在一种可能实现的方式中，所述安全触点为导体，用于测量操作者人体电阻；当操作者松开操控把手时，所述安全触点发出暂停信号。

在一种可能实现的方式中，所述操控把手上沿高度方向依次设有确认按钮、取消按钮及灵敏度调节按钮。

在一种可能实现的方式中，所述底座包括固定装置、下连接件及上连接件，其中下连接件连接在上连接件的底部，下连接件通过固定装置与固定物连接；所述六维力传感器设置于上连接件上。

本发明另一实施例提供一种利用如上所述的含有安全开关的机器人控制手柄的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

1)将机器人控制手柄设置于操控环境内；将机器人和机器人控制器设置于隔离装置内，机器人控制手柄与机器人控制器通讯；

2)操作者在操控环境内操作操控把手，六维力传感器检测操控把手的受力信息且将采集到的受力信息发送给机器人控制器；

3)机器人控制器接收六维力传感器发送的受力信息，且根据该受力信息获得机器人的运动路径信息，再根据获得的运动路径信息控制机器人运动。

在一种可能实现的方式中，当操作者松开操控把手时，操控把手上的安全触点发出暂停信号；机器人控制器接收到安全触点发出的暂停信号后控制机器人暂停。

在一种可能实现的方式中，当操作者握紧操控把手时，操控把手内的压电陶瓷传感器发出暂停信号；机器人控制器接收到压电陶瓷传感器发出的暂停信号后控制机器人暂停。

在一种可能实现的方式中，操控把手进行运动时的示教意图，通过确认按钮进行在线存储，通过取消按钮进行后悔从来。

本发明的优点及有益效果是：本发明提供的含有安全开关的机器人控制手柄，只需通过控制操控把手的移动方向以及手握信息,就可以实现机器人的示教操作,简化了机器人的控制，以使得操控把手可以在任意方向、任意位置完成示教动作,这样使得机器人的操作自由度大大加强。

本发明将机器人控制手柄与机器人相对独立设置，且通过隔离装置在有害环境中实现人机分离，根据示教盒生成的工作路径来为机器人进行示教,无需工作人员手动拖拽示教机器人进行移动,示教操作简单方便,可适用于对结构复杂或者体积庞大工件进行处理的示教场景,提高了示教效率。

本发明可以应用于有毒、有害、有细菌、有病毒等微生物环境；可以通过弧光在线焊接微调，优化焊接专家库数据；可以通过等离子火焰，在热切割接微调，优化热切割专家库数据；可以通过喷涂飞溅效果，在线喷涂微调，优化喷涂专家库数据；可以通过打磨效果，例如打磨火花，在线打磨微调，优化打磨专家库数据。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明含有安全开关的机器人控制手柄的等轴测图；

图2为本发明含有安全开关的机器人控制手柄的主视图；

图3为图2的B-B剖视图；

图4为本发明含有安全开关的机器人控制手柄的应用示意图；

图中：1为机器人，2为机器人控制器，3为末端执行器，4为临时固定装置，5为下连接件，6为上连接件，7为六维力传感器，8为操控把手，9为安全按钮，901为安全触点，902为压电陶瓷传感器，10为确认按钮，11为取消按钮，12为灵敏度调节按钮，13为固定物，14为隔离装置，15为现场监测，16为可视化展示，17为5G通讯，18为操控环境。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明一实施例提供一种含有安全开关的机器人控制手柄，只需通过控制操控把手的移动方向以及手握信息,就可以实现机器人的控制操作,简化了机器人的控制，以使得操控把手可以在任意方向、任意位置完成操控动作。参见图1、图2所示，该含有安全开关的机器人控制手柄，包括底座、操控把手8、六维力传感器7及安全按钮9，其中六维力传感器7设置于底座上，操控把手8活动安装在六维力传感器7上，六维力传感器7用于检测操控把手8的受力信息；安全按钮9设置于操控把手8上，安全按钮9用于判断操作者是否正常操作操控把手8。

参见图3所示，本发明的实施例中，安全按钮9包括设置于操控把手8外侧的多个安全触点901和设置于操控把手8内部的多个压电陶瓷传感器902。操控把手8采用弹性绝缘壳体；多个压电陶瓷传感器902沿高度方式依次布设于操控把手8内；多个安全触点901与多个压电陶瓷传感器902一一对应。

具体地，安全触点901为导体，用微量电压测量操作者人体电阻；当出现安全问题时，操作者松开操控把手8，安全触点901发出暂停信号；也就是说，当操作者松开操控把手8时，安全触点901由接触人体电阻变为接触空气，因为空气与人体电阻的不同，控制系统得以判断出人松手，控制机器人安全暂停。

当出现安全问题时，操作者突然紧张握紧操控把手8，操控把手8的弹性绝缘壳体将人体因紧张非正常的握紧力，传递给安全按钮9的压电陶瓷传感器902，压电陶瓷传感器902产生非正常压力电信号并输出，控制系统控制机器人安全暂停。

进一步地，操控把手8上沿高度方向依次设有确认按钮10、取消按钮11及灵敏度调节按钮12，其中灵敏度调节按钮12用于操控把手8进行运动时的示教意图手灵敏度；确认按钮10和取消按钮11分别用于操控把手8进行运动时的示教意图快捷在线存储和后悔从来。确认按钮10、取消按钮11及灵敏度调节按钮12优选压敏开关。

参见图2所示，本发明的实施例中，底座包括固定装置4、下连接件5及上连接件6，其中下连接件5连接在上连接件6的底部，下连接件5通过固定装置4与固定物13连接；六维力传感器7设置于上连接件6上。具体地，固定装置4采用螺栓螺母锁紧固定，也可以用机械自锁肘夹，也可以用电磁铁，也可以用吸盘，只要是能采购到的能临时固定的装置均可。

本实施例提供的一种含有安全开关的机器人控制手柄，通过六维力传感器检测操控把手的三维空间的全力信息且输出，控制系统接收六维力传感器发送的检测操控把手的三维空间受力信息，从而获得检测操控把手的位置偏移信息，进而使控制系统获得机器人的运动路径信息，就能实现机器人的控制操作；操作者操控操控把手时，通过安全触点和压电陶瓷传感器实时监测操作者握持操控把手的状态。当出现松开或握紧操控把手时，安全触点和压电陶瓷传感器发出暂停信号，使机器人暂停，避免出现生产安全隐患，提高操作的安全性。

本发明的另一实施例提供一种控制方法，利用上述任一实施例中的含有安全开关的机器人控制手柄实现，参见图4所示，该控制方法包括以下步骤：

1)将机器人控制手柄设置于操控环境18内；将机器人1和机器人控制器2设置于隔离装置14内，机器人控制手柄与机器人控制器2通讯；

2)操作者在操控环境18内操作操控把手8，六维力传感器7检测操控把手8的受力信息且将采集到的受力信息发送给机器人控制器2；

3)机器人控制器2接收六维力传感器7发送的受力信息，且根据该受力信息获得机器人1的运动路径信息，再根据获得的运动路径信息控制机器人1运动。

在操作过程中，操控把手8进行运动时的示教意图，通过确认按钮10进行在线存储，通过取消按钮11进行后悔从来。当操作者松开操控把手8时，操控把手8上的安全触点901发出暂停信号；机器人控制器2接收到安全触点901发出的暂停信号后控制机器人1暂停。当操作者握紧操控把手8时，操控把手8内的压电陶瓷传感器902发出暂停信号；机器人控制器2接收到压电陶瓷传感器902发出的暂停信号后控制机器人1暂停。

隔离装置14将内部与外部环境分割在不同的物理共空间,隔离装置14优选滤光玻璃。隔离装置14内含有机器人1、机器人控制器2及现场监测15，机器人1的执行端设有末端执行器3，本实施例中，末端执行器3为焊枪。操控环境18内含有可视化展示16，隔离装置14内所有设备通过5G通讯17与操控环境18内所有设备进行时时数据互动。现场监测15为监控、传感器等，可视化展示16为显示器。现场监测15可以将焊接图像5G远程时时传递给可视化展示16，以便观察削弱后的弧光，进而微调末端执行器3空间轨迹。

或者，隔离装置14可以是一个房间，机器人1和机器人控制器2布置于该房间内。操控环境18是另外一个房间，固定物13布置于该房间内，六维力传感器7及操控把手8通过底座临时固定在固定物13上，进而规避细菌和微生物环境或规避喷涂粉尘危害等。或者，可以融合5G的实时通讯，六维力传感器7及操控把手8可以在一个地域，机器人1和机器人控制器2在另外一个地域。

本发明将机器人控制手柄和机器人设置在相对独立的空间，对于有害环境人机分离，同时两个环境可以通过5G技术远程异地，实时操作。通过机器人控制手柄引导机器人末端执行器(焊枪)运动，并通过多维力传感器采集操控把手的受力信息，机器人控制器通过该受力信息获得机器人的运动路径信息，可较为准确地感知操作者手部作用力，实现焊接示教过程中灵活准确的操控示教。同时，通过安全按钮实时监测操控的安全性，避免出现操作失误及出现安全隐患，整个操控过程无需工作人员手动拖拽示教机器人进行移动,示教操作简单方便,可适用于对结构复杂或者体积庞大工件进行处理的示教场景,提高了示教效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。