[发明专利]一种机器人示教方法、装置、存储介质及机器人

说明书

本发明公开了一种面向人机交互的协作机器人示教方法、装置、存储介质及机器人。该方法包括通过力传感器来获取拖曳机器人的过程中施加在机器人上的操作力；以所述力传感器为质心来构建一虚拟负载，并根据所获取到的所述操作力来计算当前操作力下机器人的运动指令；机器人的控制器接收所述运动指令，以控制机器人按照所述运动指令运动，并记录机器人运动中的过程数据，实现对机器人拖动示教。本发明提出一种基于“虚拟负载”的机器人拖动示教方法：使机器人模拟空间中某一不受其他约束的刚性物体被人类拖动时的动态特性，以提供符合人类的操作习惯系统响应，从而实现提高示教效率与精度的目的。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种面向人机交互的协作机器人示教方法、装置、存储介质及机器人。

背景技术

随着机器人技术与工业自动化水平的提高，人机共融成为了新一代机器人的重要发展方向。为了应对更加复杂、多变的制造任务，需要机器人能够实现对任务的快速部署，因此，研究高效的机器人示教方法，实现对机器人任务的快速定义，具有重要意义。工程上对机器人的示教方法主要为示教盒式、离线编程、拖动示教式。其中：示教盒示教方法因其逐点示教的特点，导致对复杂轨迹的示教任务效率低；离线编程借助计算机辅助软件生成机器人的运动轨迹，但是需要解决实际-数字系统的标定问题。近年来，以拖动示教为代表的新型示教方法被逐渐重视：通过人类手动牵引机器人运动，使机器人根据人类意图运动，从而实现示教的功能。对工业机器人而言，基于零力控制的拖动示教方案并不适用。目前主要采用的方法是通过力传感器感知人类操作力，并设计与该操作力成正比的机器人运动速度，以实现机器人的运动。这些方法在实际工程中存在以下几方面不足：1.示教力与机器人末端速度的线性对应关系容易因传感器噪声及人类示教力不均匀导致卡顿情况；2.力与运动的线性对应关系并不符合人类的操作习惯，需要一定训练才能够较高精度的示教，其示教的友好性有待提高。

在拖动示教过程中，人类拖拽机器人末端通常是为了使机器人末端执行器能够沿拖动产生的运动轨迹完成指定任务，因此需要机器人末端在拖动下的响应轨迹尽可能契合人类预期的轨迹。换言之，在人类直接拖动末端进行示教的情况下，末端执行器的响应越符合人类的操作习惯，人类就能够越精确地完成拖动操作。

现实生活中，人类在空间中移动某刚性物体是非常容易的，如端起杯子、挥舞木棒等，即使人类的操作力没有施加在物体质心，且物体的质量、尺寸等参数并非精确已知，人类依然能够容易地在空间中移动该物体，并且保证良好的操作精度。拖动示教与上述情况类似，都是人类根据自身预期对某一对象进行的拖动操作。其最大的区别在于：人类端起杯子、挥舞木棒等的操作对象比较简单，而拖动示教的对象则是机器人，其高度非线性的运动学及非线性特性导致了拖动力的响应对人类而言变得难以预期。

发明内容

针对现有拖动示教方法存在的不足，本发明提出一种基于“虚拟负载”的机器人拖动示教方法、装置、存储介质及机器人，以提供符合人类的操作习惯系统响应，从而实现提高示教效率与精度的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种面向人机交互的协作机器人示教方法，包括：

通过力传感器来获取拖曳机器人的过程中施加在机器人上的操作力；

以所述力传感器为质心来构建一虚拟负载，并根据所获取到的所述操作力来计算当前操作力下机器人的运动指令；

机器人的控制器接收所述运动指令，以控制机器人按照所述运动指令运动，并记录机器人运动中的过程数据，实现对机器人拖动示教。

进一步地，以所述力传感器为质心来构建一虚拟负载，并根据所获取到的所述操作力来计算当前操作力下机器人的运动指令包括：

设置虚拟负载的初始化参数包括：

设置虚拟负载的惯量矩阵M，重力矩G和阻尼矩阵B；