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一種示教機器人及其操作方法

文檔序號:10523855閱讀:485來源:國知局
一種示教機器人及其操作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于工業(yè)自動化技術領域,涉及一種示教機器人及其操作方法,所述機器人包括電機、連接所述電機并被所述電機帶動的所述離合器、被所述離合器帶動的所述第一機器臂、控制所述電機開關的控制系統(tǒng)、連接所述控制系統(tǒng)并采集所述第一機器臂旋轉角度的傳感器,所述離合器控制所述電機是否驅動所述第一機器臂的轉動,所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述傳感器的信號再現(xiàn)所述第一機器臂在無電機驅動狀態(tài)下的運行軌跡。本專利的優(yōu)點是機器人示教操作簡單快捷,示教方式更直觀,對操作人員學歷水平要求低,因為無需示教操縱手柄或力傳感器相對于其它示教方法成本低,無需感應力和相應處理程序,所以系統(tǒng)控制、運行更可靠。
【專利說明】
一種示教機器人及其操作方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于工業(yè)自動化技術領域,涉及一種示教機器人及其操作方法。
【背景技術】
[0002]機器人技術是工業(yè)智能制造、柔性生產(chǎn)線的關鍵技術之一。二十世紀五時年代起,工業(yè)發(fā)達國家就開始研制生產(chǎn)可以替代手工勞動的機械手,經(jīng)過幾十年的發(fā)展,國外機器人技術已經(jīng)相當成熟。然而,國外的機器人并不能很好的符合我國市場對機器人的要求,主要有以下幾點原因:1、機器人整機成本過高,我國以小型企業(yè)為主,無力承擔高成本技術改造投入;2、國外機器人示教復雜對員工教育水平要求較高,我國中小企業(yè)員工受教育水平偏低無法快速掌握機器人示教技能;3、國外機器人為了更大地獲取利益,配件大部分專用,使得中小型企業(yè)在使用過程中生產(chǎn)很高的隱性成本。
[0003]機器人示教是使用機器人必不可少的環(huán)節(jié),讓機器人按事先設定的軌跡和動作運行,必須賦予機器人運行的數(shù)據(jù)信息,這一個過程就叫做示教,如何實現(xiàn)這一過程就叫做示教法。示教主要分為以下幾類:直接示教,遙控示教,間接示教,離線示教。目前在我國專利尚無功率級脫離直接示教文獻,公開文獻有力矩平衡直接示教申請?zhí)?201310312810.6,是通過控制機器臂各電機電流值達到機器臂處于平衡狀態(tài),可以用手搬動機器臂直接示教。此法缺點:電網(wǎng)波動肯定存在,采樣準確性不確定,整個補償過程復雜可靠性低,重力矩摩擦力矩需要雙向擺動實驗測量,在生產(chǎn)當中就不符合實際要求,像焊接機器人,噴涂機器人等隨著作業(yè)進行物料變少或加料,整個運動的質量是不斷變化的,因而不能有較廣的適應性。申請?zhí)?01480008692.2和2014100053868.8公開的資料都是采用遙控桿操縱改變機器臂位置和姿態(tài),控制按鍵繁多復雜,操作者所站的位置不一定與機器人規(guī)定的運動方向一致很容易誤操作造成撞機事故。申請?zhí)?201510169454.6公開了一種間接示教機械結構,這個方法需要另外的機器人模型因而成本較高,而且機器臂與示教模型存在一一對應的關系,給維修和制造帶來巨大的困難。
[0004]公開號CN204315163 U專利所述示教方法是通過示教裝置與機器人本體分離實現(xiàn),增加了機械制造成本。而本發(fā)明示教是通過機器人體上自己有的編碼器實現(xiàn)關節(jié)角度值采集,省去了一套編碼器的成本,由于編碼器直接安裝于機器人本體上,無需另外的連桿和支架等也降低了成本。
[0005]公開號CN204315163 U專利所述,六連桿示教裝置所采集的信號通過提取、轉換、植入到機器人本體,那么可得一個結論,示教裝置所采集的信息并不是機器人關節(jié)真實的信息,而是通過某種公式轉換的對應數(shù)據(jù),示教裝置必需與機器人本體一一對應才可以使用對應該的轉換公式,還有一種情況是所有的機械尺寸都必需一樣才能使得示教裝裝置與機器人本體互相通用。導致部件之間互換性差,加工困難,維修困難。而本專利示教參數(shù)無需轉換和植入,所采集到的各關節(jié)的角度信息就是機器人本體當前實時的信息,減少轉換和植入的誤差,因而示教精度更高,更可靠。
[0006]公開號CN 204315163 U專利所述,示教裝置與機器人本體分離,示教裝置為連桿相互鉸接,示教時直接搬動連桿來示教,如何實現(xiàn)機器人關節(jié)的編碼器與示教裝置編碼器的參考零點一致,可能會通過一個專用固定的支架來固定二者的姿態(tài)設定一個共同的參考零點,當客戶在使用時出現(xiàn)編碼器零點丟失的情況,就得返廠才能解決,而本發(fā)明是編碼器與機器人本體共用,開機時通過程序將編碼器對應該解碼器置零。因為是共用的編碼器所以不存在參考零點不一致導致的誤差,因而示教的參數(shù)更準確。
[0007]公開號CN204315163 U專利所述,示教裝置與機器人關節(jié)的數(shù)據(jù)是通過提取轉換而得到,又因為是分離的裝置,那么機器人和示教裝置的空間位置就需要確定,這對機器的安裝造成了很大問題,相對位置的安裝精度誤差就直接導致機器人軌跡再現(xiàn)的誤差,本發(fā)明所述的示教裝置是安裝于機器人內部,不存在相互位置誤差而導致運行軌跡誤差,因為軌跡更精確。
[0008]申請?zhí)?01110172311.2專利所述一種力控制的機器人打磨軟件控制系統(tǒng),該系統(tǒng)的設想是基于ABB機器人控制底層建立的應用程序模塊,借助于其現(xiàn)有的人機交互界面向導實現(xiàn)機器人應用編程。并未清楚地描述其示教實現(xiàn)的方法。且基于別人的系統(tǒng),機器人控制系統(tǒng)一般做為商業(yè)機密并不會輕易開源共享。
[0009]申請?zhí)?01110172311.2提到多種模式的路徑編輯器:包括三維式,概念式及微調式編輯器,都可以對路經(jīng)進行示教和修改。這增加了示教的復雜性,要熟練地使用各種公式就得掌握一定的理論知識,因而對于普通低學歷操作者來說是極其困難的。本發(fā)明涉及的示教方法和對應機械結構則可實現(xiàn)低學歷操作工快速示教,無需操作都輸入任何公式即可完成不教編程。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種簡單可靠、易操作、快捷的示教方法和簡單、高效、價格便宜的示教機器人。旨在解決現(xiàn)有示教機器人操作復雜,難以上手,設備成本高,費時費力的問題。
[0011]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種示教機器人,所述機器人包括電機、連接所述電機并被所述電機帶動的所述離合器、被所述離合器帶動的所述第一機器臂、控制所述電機開關的控制系統(tǒng)、連接所述控制系統(tǒng)并采集所述第一機器臂旋轉角度的傳感器,所述離合器控制所述電機是否驅動所述第一機器臂的轉動,所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述傳感器的信號再現(xiàn)所述第一機器臂在無電機驅動狀態(tài)下的運行軌跡。
[0012]本發(fā)明的進一步技術方案是:所述離合器可以是電磁離合器、電磁力矩限制器或是磁粉離合器,所述離合器可以通過控制電流的有無或大小實現(xiàn)電機扭矩的傳遞或斷開。
[0013]本發(fā)明的進一步技術方案是:所述離合器為電磁離合器,機器人示教時,通過開關或按鍵或控制系統(tǒng)控制所述電磁離合器處于斷開狀態(tài)和吸合狀態(tài)方便示教,機器軌跡再現(xiàn)運行時,控制系統(tǒng)輸出信號使電磁離合器處于吸合狀態(tài),電機動力通過離合器連接到負載端,實現(xiàn)第一機器臂轉動,所述機器人還包括連接在所述電機和所述離合器之間的減速器、第二機器臂、固定架、連接所述固定架的固定軸、固定連接所述第二機器臂的第一轉軸、固定連接所述第一機器臂的第二轉軸,所述減速器通過法蘭連接到第二機器臂上,所述電機、所述減速器和所述離合器依次相連組成功率級,所述離合器中的離合器摩擦片與第一轉軸相連,所述第一轉軸和所述第二轉軸上固定有齒輪,在離合器線圈與離合器摩擦片吸合狀態(tài)時可以將電機輸出動力通過配對齒輪嚙合到第一機器臂或固定軸上形成一個旋轉副。
[0014]本發(fā)明的進一步技術方案是:所述電機可以是步進、伺服或直驅電機也可以是氣動馬達或是液壓馬達。
[0015]本發(fā)明的進一步技術方案是:所述電機動力通過離合器連接到負載端,離合器線圈與銜鐵咬合可以通過結合面摩擦力或是牙嵌式將動力耦合傳遞。
[0016]本發(fā)明的進一步技術方案是:所述功率級可以有多個減速器和動力裝置組成,也可沒有減速器,但至少有一個動力裝置。
[0017]本發(fā)明的進一步技術方案是:所述傳感器為增量式旋轉編碼器或絕對值旋轉編碼器。
[0018]一種示教機器人的操作方法,該方法包括如下步驟:
A.開機回零,機器人接通電源,機器各臂執(zhí)行歸零程序,各臂歸零傳感器檢測歸零板,通過電機驅動至各歸零板邊緣位置停止以確定機械臂初始位置并置零各臂解碼器;
B.示教,在示教狀態(tài)下,松開各臂離合器,脫離功率級以后,機械臂處于可用手推動示教狀態(tài);
C.直線示教,按下“直線”鍵,用手推動機械臂到直線起點,并按下“■”鍵,表示起點,系統(tǒng)采集各關節(jié)的解碼器值,并保存供軌跡再現(xiàn)提供數(shù)據(jù),同樣方法輸入一個終點,計算機根據(jù)兩點成線的原理,計算兩點間距離,并保存計算好的數(shù)值;
D.曲線示教,按下“曲線”鍵,用手推動機械臂到直線起點,并按下“■”鍵,表示起點,系統(tǒng)采集各關節(jié)的解碼器值,并保存供軌跡再現(xiàn)提供數(shù)據(jù),同樣方法輸入2個數(shù)據(jù)點,計算機根據(jù)三點成弧的原理,確定圓心、半徑,計算弧長,并保存計算好的數(shù)值;
E.空間曲線示教,根據(jù)多點無限細分接近實際曲線的方法,將各點數(shù)據(jù)首尾相連并存儲數(shù)據(jù);
F.軌跡再現(xiàn),按下“運行”鍵,則計算機首先根據(jù)軌跡類型,選擇不同的計算策略,算出起點量與終點量的差值,并通過端口將運行數(shù)據(jù)通過各端口發(fā)送到各臂電機驅動器,在電機運行的同時,原先示教的軌跡就會展現(xiàn)出來。
[0019]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術突出優(yōu)點:
1、示教速度快,通過示教盒上的按鍵控制電磁離合器通斷,可快速切斷功率極使機器臂處于無動力狀態(tài),用手可推動機器臂到工作范圍內任意位置相比普通操縱桿速度更快。
[0020]2、示教簡單不容易誤操作,當機器臂處于自由狀態(tài)可用手向所需要的方向推比一般機器人示教更直觀無須根據(jù)機器人控制系統(tǒng)規(guī)定的XYZ坐標軸方向來決定移動機器人末端,因而不會出現(xiàn)判斷的移動方向與機器人規(guī)定的方向不一致,造成撞機事故。
[0021]3、“傻瓜式”示教,具有本結構的機器人示教無需高學歷也可以很快掌握示教操作,一般機器人示教都有一套專用的機器人指令,最簡單的如日系M0VJ、M0VL,歐系Lin、Arc等普通農(nóng)民工根本看不懂,更不用說條件判斷和一些類計算機編程語言的編程應用了,本發(fā)明示教:走直線就按“直線”,直線起點按自動記錄起點,結束點也同樣方法輸入一個數(shù)據(jù)點,計算機可自動計算該首尾相連的空間直線軌跡,操作者無需知道任何語法及英文短語的意思,整個示教過程也不會有英文的語句。
[0022]4、有此功率脫離功能的機器人比其它類型的機器人要更安全,因為負載與驅動之間的連接是通過電磁離合器實現(xiàn),電磁離合器起到力矩限制器的作用,當撞上人或障礙物離合器就會打滑,因而不會造成嚴重的傷亡事故,也不會因為撞機導致機器損毀。
[0023]5、機械結構簡單系統(tǒng)運行更可靠,相比采樣和補償電機電流值達到力矩平衡直接示教,本發(fā)明因采用機械方式脫離功率級,運行不受電網(wǎng)波動和電磁干擾極小,無需復雜計算,機器人計算機系統(tǒng)運行更穩(wěn)定可靠。
【附圖說明】
[0024]圖1是本申請中實施例的剖視圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明屬于機器人自動化領域,涉及一種機器人快速示教方法和對應機器人本體傳動結構。機械結構包括驅動電機、減速器、電磁離合器、嗤合齒輪、轉軸、傳感器、臂體,驅動電機連接減速器獲得較大的扭矩,減速器輸出軸與電磁離合器連接組成功率級,離合器的另一端通過齒輪嚙合到臂體上從而帶動臂體轉動組成負載端。機器人軌跡再現(xiàn)運行時,離合器處于吸合狀態(tài),將電機的旋轉動力傳給各臂體達到驅動臂體目的。機器人示教時可斷開離合器,讓機器人關節(jié)處于無動力自由狀態(tài)。直接用手搬動機器人的手臂沿設定的空間軌跡運動,傳感器并記錄下運動軌跡的特征點,為機器人軌跡再現(xiàn)運算提供空間位置數(shù)據(jù)。本專利的優(yōu)點是機器人示教操作簡單快捷,示教方式更直觀,對操作人員學歷水平要求低,因為無需示教操縱手柄或力傳感器相對于其它示教方法成本低,無需感應力和相應處理程序,所以系統(tǒng)控制、運行更可靠。
[0026]所述示教機器人有兩種不同實施方式,下面結合附圖1具體介紹:
I.第一機器臂4與第二機器臂10組成旋轉副。
[0027]第一電機I和第一減速器2相連并通過第一法蘭21連接到第二機器臂10上,第一減速器2的輸出軸與第一離合器線圈3相連,所述第一電機1、所述第一減速器2和所述第一離合器依次相連組成第一功率級,第一減速器2起到降低轉速提高扭矩作用,離合器摩擦片5(銜鐵)與第一轉軸6相連,第一轉軸6上固定有第一齒輪8,在第一離合器線圈3與離合器摩擦片5(銜鐵)吸合狀態(tài)時可以將第一電機I輸出動力通過配對第二齒輪7嚙合到第一機器臂4上形成一個旋轉副。在第一轉軸6的頂端設置有采集機器臂體之間相對旋轉運動角度信息的傳感器9。半圓形歸零板22固定在第二齒輪7上,所述半圓形歸零板22與第二齒輪7保持相對靜止,第一傳感器23可檢測歸零板22信號的有/無狀態(tài),第二齒輪7、第二轉軸26、第一機器臂4固定連接,所述第一機器臂4以第一轉軸6為軸心繞所述第二機器臂10旋轉。歸零板22隨第一機器臂4旋轉到某個固定角度時,所述第一傳感器23可以檢測到信號,給系統(tǒng)提供解碼器歸零信號,以保證關節(jié)的兩臂之間相對位。
[0028]2.第二機器臂10與固定軸11或底座組成旋轉副。
[0029]第二電機20和第二減速器19相連并通過第二法蘭18連接到第二機器臂10上,第二減速器19的輸出軸與第二離合器線圈12相連,所述第二電機20、所述第二減速器19和所述第二離合器依次相連組成第二功率級。第二減速器19起到降低轉速提高扭矩作用,離合器摩擦片13(銜鐵)與第三轉軸15相連,第三轉軸15上固定有齒輪16,在第二離合器線圈12與銜鐵13吸合狀態(tài)時可以將第二電機20輸出動力通過配對第三齒輪14嚙合到固定軸11上形成一個旋轉副。在第三轉軸15的頂端設置有采集機器臂體之間相對旋轉運動角度信息的第二傳感器17,第二機器臂10以固定軸11為軸心繞固定軸11旋轉。半圓歸零板24不動,當固定于第二機器臂10上的傳感器25旋轉到半圓歸零板24邊緣就可以檢測到信號,給系統(tǒng)提供解碼器歸零信號,以保證關節(jié)的臂與固定軸(底座)之間相對位。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種示教機器人,其特征在于:所述機器人包括電機、連接所述電機并被所述電機帶動的所述離合器、被所述離合器帶動的所述第一機器臂、控制所述電機開關的控制系統(tǒng)、連接所述控制系統(tǒng)并采集所述第一機器臂旋轉角度的傳感器,所述離合器控制所述電機是否驅動所述第一機器臂的轉動,所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述傳感器的信號再現(xiàn)所述第一機器臂在無電機驅動狀態(tài)下的運行軌跡。2.根據(jù)權利要求1所述的示教機器人,其特征在于:所述離合器可以是電磁離合器、電磁力矩限制器或是磁粉離合器,所述離合器可以通過控制電流的有無或大小實現(xiàn)電機扭矩的傳遞或斷開。3.根據(jù)權利要求1所述的示教機器人,其特征在于:所述離合器為電磁離合器,機器人示教時,通過開關或按鍵或控制系統(tǒng)控制所述電磁離合器處于斷開狀態(tài)和吸合狀態(tài)方便示教,機器軌跡再現(xiàn)運行時,控制系統(tǒng)輸出信號使電磁離合器處于吸合狀態(tài),電機動力通過離合器連接到負載端,實現(xiàn)第一機器臂轉動,所述機器人還包括連接在所述電機和所述離合器之間的減速器、第二機器臂、固定架、連接所述固定架的固定軸、固定連接所述第二機器臂的第一轉軸、固定連接所述第一機器臂的第二轉軸,所述減速器通過法蘭連接到第二機器臂上,所述電機、所述減速器和所述離合器依次相連組成功率級,所述離合器中的離合器摩擦片與第一轉軸相連,所述第一轉軸和所述第二轉軸上固定有齒輪,在離合器線圈與離合器摩擦片吸合狀態(tài)時可以將電機輸出動力通過配對齒輪嚙合到第一機器臂或固定軸上形成一個旋轉副。4.根據(jù)權利要求1所述的示教機器人,其特征在于:所述電機可以是步進、伺服或直驅電機也可以是氣動馬達或是液壓馬達。5.根據(jù)權利要求1所述的示教機器人,其特征在于:所述電機動力通過離合器連接到負載端,離合器線圈與銜鐵咬合可以通過結合面摩擦力或是牙嵌式將動力耦合傳遞。6.根據(jù)權利要求3所述的示教機器人,其特征在于:所述功率級可以有多個減速器和動力裝置組成,也可沒有減速器,但至少有一個動力裝置。7.根據(jù)權利要求1所述的示教機器人,其特征在于:所述傳感器為增量式旋轉編碼器或絕對值旋轉編碼器。8.一種示教機器人的操作方法,其特征在于:該方法包括如下步驟: A.開機回零,機器人接通電源,機器各臂執(zhí)行歸零程序,各臂歸零傳感器檢測歸零板,通過電機驅動至各歸零板邊緣位置停止以確定機械臂初始位置并置零各臂解碼器; B.示教,在示教狀態(tài)下,松開各臂離合器,脫離功率級以后,機械臂處于可用手推動示教狀態(tài); C.直線示教,按下“直線”鍵,用手推動機械臂到直線起點,并按下‘°’鍵,表示起點,系統(tǒng)采集各關節(jié)的解碼器值,并保存供軌跡再現(xiàn)提供數(shù)據(jù),同樣方法輸入一個終點,計算機根據(jù)兩點成線的原理,計算兩點間距離,并保存計算好的數(shù)值; D.曲線示教,按下“曲線”鍵,用手推動機械臂到直線起點,并按下‘°’鍵,表示起點,系統(tǒng)采集各關節(jié)的解碼器值,并保存供軌跡再現(xiàn)提供數(shù)據(jù),同樣方法輸入2個數(shù)據(jù)點,計算機根據(jù)三點成弧的原理,確定圓心、半徑,計算弧長,并保存計算好的數(shù)值; E.空間曲線示教,根據(jù)多點無限細分接近實際曲線的方法,將各點數(shù)據(jù)首尾相連并存儲數(shù)據(jù); F.軌跡再現(xiàn),按下“運行”鍵,則計算機首先根據(jù)軌跡類型,選擇不同的計算策略,算出起點量與終點量的差值,并通過端口將運行數(shù)據(jù)通過各端口發(fā)送到各臂電機驅動器,在電機運行的同時,原先示教的軌跡就會展現(xiàn)出來。
【文檔編號】B25J9/10GK105881518SQ201610401772
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】曾文杰, 曾文寧
【申請人】柳州歐卡機器人有限公司
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