【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能制造，特别是涉及一种高自由度的操控设备。
技术介绍
1、高自由度机械手臂机器人是具有多个自由度的机器人。例如7自由度，由于7自由度的机器人不仅能够满足空间6自由度的要求，而且还高出一个维度，因此，他不仅可以到达操作范围内的任何位置、任何姿态，即使空间中出现障碍物等其他情况时，7自由度的机器人也可以尝试绕开障碍物达到期望的位置和姿态。因此，7自由度机器人被称为“冗余机器人”，他更加灵活，能够适应更复杂的环境。但相应的，他也更难操控。
2、现有的高自由度机械手臂机器人操作非常困难；由于各个转动轴是相互独立的，因此，任何一个旋转轴转动时，工作点的位置或姿态都会发生改变，以7自由度机器人为例，如果每个旋转轴可以旋转360度，且以1度作为步进长度，则每一轴就有360个点位，7自由度机器人就会有360^7个工作点，即超过70亿亿个工作点，这已经是一个天文数字，更何况机器人的运动是连续的，每一轴的点位理论上是无限的。因此，在不知道对应工作点的各个轴转角的情况下，让操作员根据直观感受将机器人控制运动到达期望的工作点是一个非常困难的工作。而在真实的应用中，通常都无法知道期望工作点对应的各个转轴的转角。
3、在机器人还处在初始状态时，要操作员根据直观感觉确定各个转轴的转动角度，从而使得机器人到达期望的位置和姿态，那是非常困难的，只能通过不断尝试来确定。但是，当工作点的数量很大时，这样的工作将费时费力。在需要实时控制的场景中，这样的一步一步的尝试调整是无法满足需求的，这也是限制机器人应用的一个重要因素。>
4、机器人的传统操作方式是通过手持操作面板进行操作控制。手动操作模式主要是通过点击按钮，输入参数，旋转转轮等方式，控制机器人的某一轴旋转或若干轴同时旋转，达到期望的工作点。
5、自动操作模式是通过编程语言书写程序，将手动操作模式当中记录下的工作点连接起来，使得机器人能够自动的完成期望的工作，不再需要人工的介入。该模式的优点为：传统控制方式的优点在于简单。只需要按压按钮、输入参数、旋转转轮等简单的操作就可以控制机器人运动，和传统的机床控制方式很相像，事实上，机器人的传统控制本身就是沿用了传统机床的控制方式。目前绝大多数机器人的应用中都是使用传统方式进行控制。缺点为：通过简单的按压按钮来控制非常不直观。按压一个按钮，可以控制一轴的转动。当控制一轴转动时，由于其他轴当时所在的角度不同，机器人工作点的运动会完全不同，因此对各个轴的单独控制在实际应用中效率非常低。虽然可以通过点击按钮实现多轴联动，但是只能实现非常简单的功能，例如：沿直线运动、绕某一条空间直线旋转等。要通过这样简单的运动将机器人运动到期望的工作点依然非常困难、低效。
6、目前有机器人的人机协作操作方式，由于传统操作方式不直观，导致操作困难、低效，因此诞生了人机协作操作方式。人机协作允许操作者直接拖动机器人的工作点到指定的位置。在拖动的过程中，机器人的各个转轴都会同时转动，以实现操作员拖动的要求。因此，操作者可以快速找到对应各个工作点的机器人的状态。该模式的优点为：由于是操作员直接手动拖动，人机协作方式非常直观、高效。但是其缺点为：人机协作方式必须要求操作者本人通过拖动机器人本身进行运动，首先，这并不安全，特别是对于大型机器人，有相当的危险性。其次，这并不适合很多场合。对于操作者无法到达的环境并不适合，例如高温、高湿、缺氧、辐射、有毒环境等，在这些环境中是无法使用人机协作操作方式的。再次，机器人本身通常比较庞大笨重，要拖动庞大的机器人进行运动并不容易，更不能进行精细操作。例如要对极小的零件进行操作，靠手动拖动很难达到精度要求。最后，手动拖动多台机器人同时工作几乎不可能，因此，人机协作控制方式很难同时控制多台机器人进行协作，对于多台机器人配合的场景并不适用。因此，人机协作操作方式仍然有许多缺点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种高自由度的操控设备，本专利技术通过手动拖动的方式可以对机器人的机械臂进行远程实时控制，相较于点击按钮、设定参数、旋转转轮等传统操作，更加直观。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供一种高自由度的操控设备，包括：操控机构和传感器单元；
4、所述操控机构的一端为固定端，另一端为拖动端；操控机构包括多个旋转单元；多个所述旋转单元依次转动连接，形成高自由度的操控机构；
5、所述传感器单元设置在每个所述旋转单元上，用于采集各个旋转单元的旋转角度，发送至机器人，用于机器人根据所述旋转角度进行实时动作。
6、作为本专利技术进一步改进，所述旋转单元具有相对旋转的第一转轴和第二转轴，转动方向为沿轴向旋转。
7、作为本专利技术进一步改进，所述旋转单元中还具有扭力设备，所述扭力设备设置在第一转轴内，用于提供扭力并将第二转轴扭转回设定的平衡点。
8、作为本专利技术进一步改进，每个所述旋转单元均设定一个平衡点；所述扭力为线性或非线性力。
9、作为本专利技术进一步改进，所述传感器单元包括角度传感器和通讯控制模块；角度传感器和通讯控制模块均安装在旋转单元内，所述传感器与通讯控制模块连接。
10、作为本专利技术进一步改进，所述通讯控制模块通过有线或无线与机器人通讯。
11、作为本专利技术进一步改进，所述旋转单元中间设置有用于线缆通过的中孔。
12、作为本专利技术进一步改进，相邻的两个所述旋转单元通过连接件连接，两个旋转单元转动轴线相互斜交、垂直或平行。
13、作为本专利技术进一步改进，所述旋转单元的数量与机器人机械臂关节的数量相同或不同；每个旋转单元的转角度数同步传送给机器人用于控制机械臂的对应的关节。
14、作为本专利技术进一步改进，所述机器人根据角度信息及设定参数实施转动，机器人的转动角度相同或不同于旋转单元的角度；当不同时，机器人采用线性变换关系或非线性变换关系进行适应性调整。
15、与现有技术相比，具有以下有益效果：
16、本专利技术的操控设备由多个所述旋转单元依次转动连接，形成高自由度的操控机构；可以通过简单的组合多个旋转单元，形成不同结构的高自由度的操控设备，满足对不同设备操控的需求，使得操控设备更有针对性，更加贴近实际。本专利技术使用时通过手动拖动的方式，相较于点击按钮、设定参数、旋转转轮等传统操作，更加直观。当操作员希望机器人运动到空间一点时，只需要用手拖动操控设备向相应的位置移动，当机器人到达期望的位置时，停下拖动动作即可。不需要操作者直接操作机器人本身，可以实现远距离无线操作，非常安全。对于普通机器人、协作机器人都可以轻松操控，对于有毒、有害的场景完全适用。
17、进一步，通过内置的角度传感器可以对旋转角度进行实时、精确的测量，保证了对操控设备的精细操作；当外部有扭力时，扭力设备可以抵抗一部分外部扭力，可以维持整个操控设备的受力平衡，不至于失控。扭力设备为整个操控设备提供了一个自趋的平衡点，使得操控是可重复的、可控的，这本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高自由度的操控设备，其特征在于，包括：操控机构和传感器单元；
2.根据权利要求1所述的一种高自由度的操控设备，其特征在于，所述旋转单元(10)具有相对旋转的第一转轴(11)和第二转轴(12)，转动方向为沿轴向旋转。
3.根据权利要求1所述的一种高自由度的操控设备，其特征在于，所述旋转单元(10)中还具有扭力设备(112)，所述扭力设备(112)设置在第一转轴(11)内，用于提供扭力并将第二转轴(12)扭转回设定的平衡点。
4.根据权利要求3所述的一种高自由度的操控设备，其特征在于，每个所述旋转单元(10)均设定一个平衡点；所述扭力为线性或非线性力。
5.根据权利要求1所述的一种高自由度的操控设备，其特征在于，所述传感器单元包括角度传感器(123)和通讯控制模块(124)；角度传感器(123)和通讯控制模块(124)均安装在旋转单元(10)内，所述传感器与通讯控制模块(124)连接。
6.根据权利要求5所述的一种高自由度的操控设备，其特征在于，所述通讯控制模块(124)通过有线或无线与机器人(200)通讯。
...【技术特征摘要】
1.一种高自由度的操控设备，其特征在于，包括：操控机构和传感器单元；
2.根据权利要求1所述的一种高自由度的操控设备，其特征在于，所述旋转单元(10)具有相对旋转的第一转轴(11)和第二转轴(12)，转动方向为沿轴向旋转。
3.根据权利要求1所述的一种高自由度的操控设备，其特征在于，所述旋转单元(10)中还具有扭力设备(112)，所述扭力设备(112)设置在第一转轴(11)内，用于提供扭力并将第二转轴(12)扭转回设定的平衡点。
4.根据权利要求3所述的一种高自由度的操控设备，其特征在于，每个所述旋转单元(10)均设定一个平衡点；所述扭力为线性或非线性力。
5.根据权利要求1所述的一种高自由度的操控设备，其特征在于，所述传感器单元包括角度传感器(123)和通讯控制模块(124)；角度传感器(123)和通讯控制模块(124)均安装在旋转单元(10)内，所述传感器与通讯控制模块(124)连接。
6.根据权利要求5所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，
申请(专利权)人：西安矩动智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。