一種無動力關節(jié)臂式示教器及其在工業(yè)機器人中的應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)機器人技術領域，具體說是一種無動力關節(jié)臂式示教器及其在工業(yè)機器人中的應用。
【背景技術】
[0002]目前全球工業(yè)機器人廠家的示教均通過示教器進行示教，一個機器人進行工作前，廠家的工作人員需使用示教器利用直角坐標系、關節(jié)坐標系和圓柱坐標對機器人工作的軌跡進行編程，“指導”機器人按照人們期望的動作進行運動，但是示教過程比較繁瑣，需要不停地調節(jié)機器人姿勢來完成所需工作的軌跡定位，簡單的軌跡不會顯現(xiàn)出不足，當需要示教的軌跡過于復雜時，往往一個軌跡定位前需要設計幾個過渡點輔助完成最后的示教點，如圖1所示，圓圈為機器人末端定位，柵格部分為工件，如果從A號點要運動到D號點則機器人必須定位B和C號點作為過渡，否則無法完成。當此類步驟出現(xiàn)過多時，因為原來的示教器是靠多步驟設定完成過渡點的示教，所以反復的動作會造成示教人員出現(xiàn)忘記記錄的現(xiàn)象最終造成程序示教失敗。
[0003]現(xiàn)有技術中，有一種三坐標測量儀的結構與工業(yè)機器人相似，但它是無動力的，并可以通過簡單拉動來完成所需到達點的坐標測量，應用于各種物件的最終尺寸檢測，反饋及時。測量儀由三根剛體臂、三個活動關節(jié)和一個測頭組成。三根臂相互連接，其中一個為固定臂，它安于任意基座上支撐測量機所有部件，另外兩個活動臂可運動于空間任意位置，以適應測量需要，其中一個為中間臂，一個為末端臂并在此尾端安裝測頭。第一根固定臂與第二根中間臂之間、第二根與第三根末端臂之間、第三根與接觸測頭之間均為關節(jié)式連接，可作空間回轉，而每個活動關節(jié)裝有相互垂直的回轉角傳感器，可測量各個臂和測頭在空間的位置。每個關節(jié)的回轉中心和相應的活動臂構成一個極坐標系統(tǒng)，回轉角即極角由圓分度傳感器測量，而活動臂兩端關節(jié)回轉中心距離為極坐標的極徑長度，可見該測量系統(tǒng)是由三個串連的極坐標系統(tǒng)組成，當測頭與被測件接觸時，測量系統(tǒng)可給出測頭在空間的三維位置信號，測頭與被測件在不同部位接觸時，根據(jù)所建立的測量數(shù)學模型，由計算機給出被測參數(shù)實際值。
[0004]機械式運動捕捉的原理:依靠機械裝置來跟蹤和測量運動軌跡，典型的捕捉系統(tǒng)由多個關節(jié)和剛性連桿組成，在可轉動的關節(jié)中裝有角度傳感器，可以測得關節(jié)轉動角度的變化情況。裝置運動時，根據(jù)角度傳感器所測得的角度變化和連桿的長度，可以得出桿件末端點在空間中的位置和運動軌跡。實際上，裝置上任何一點的運動軌跡都可以求出，剛性連桿也可以換成長度可變的伸縮桿，用位移傳感器測量其長度的變化。早期的一種機械式運動捕捉裝置是用帶角度傳感器的關節(jié)和連桿構成一個"可調姿態(tài)的數(shù)字模型"，其形狀可以模擬人體，也可以模擬其他動物或物體。使用者可根據(jù)劇情的需要調整模型的姿態(tài)，然后鎖定。角度傳感器測量并記錄關節(jié)的轉動角度，依據(jù)這些角度和模型的機械尺寸，可計算出模型的姿態(tài)，并將這些姿態(tài)數(shù)據(jù)傳給軟件，使其中的模型也做出一樣的姿態(tài)。這是一種較早出現(xiàn)的運動捕捉裝置，但直到現(xiàn)在仍有一定的市場。國外給這種裝置起了個很形象的名字:"猴子"。機械式運動捕捉的一種應用形式是將欲捕捉的運動物體與機械結構相連，物體運動帶動機械裝置，從而被傳感器實時記錄下來。這種方法的優(yōu)點是成本低，精度也較高，可以做到實時測量，主要用于靜態(tài)造型捕捉和關鍵幀的確定。機械式是比較古老的跟蹤方式，使用連桿裝置組成。是價格比較便宜、精確度較高和響應時間短的系統(tǒng)，它可以測量物體整個身體運動，沒有延遲，而且不受聲、光、電磁波等外界干擾。另外，它能夠與力反饋裝置組合在一起。
[0005]如何利用測量儀的數(shù)據(jù)采集能力結合機械式運動捕捉技術將整套工業(yè)機器人示教器的器材具體化形象化，提供更快的示教速度，是技術人員需要解決的技術問題。
[0006]經(jīng)檢索，中國專利申請?zhí)?200810052775.8，公開日:2008.09.10的專利文獻公開了一種基于機器人的快速自動化三維形貌在線測量方法和系統(tǒng)，該發(fā)明將三維測頭安裝在工業(yè)機器人的末端工具上，通過機器人承載三維測頭運動，采用高精度大視場數(shù)碼相機組成全局相機控制系統(tǒng)，結合測頭控制點技術，將測頭在每個測量位置下的單元數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標系中，實現(xiàn)單元數(shù)據(jù)的拼接，整個測量過程是機器人運動和高精度數(shù)碼相機拍攝連續(xù)交替操作的過程，測量數(shù)據(jù)傳遞給控制計算機進行處理。該發(fā)明采用了高精度大視場數(shù)碼相機來進行數(shù)據(jù)的采集，并反饋到機器人，但數(shù)碼相機對空間位置的定位在一定程度上存在誤差，雖然精度越高，誤差越小，隨之成本也會相應增高，當精度要求較高時，還需要多部相機進行交叉驗證糾正誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]1.要解決的技術問題
[0008]針對現(xiàn)有技術中工業(yè)機器人示教時無法多關節(jié)協(xié)同運動造成機器人示教速度緩慢、示教速度快時誤差大、誤差小時成本高的問題，本發(fā)明提供了一種無動力關節(jié)臂式示教器及其在工業(yè)機器人中的應用。它可以實現(xiàn)工業(yè)機器人示教速度快、精度高以及成本低的目的。
[0009]2.技術方案
[0010]為達到上述目的，本發(fā)明方案按以下方式進行:
[0011]一種無動力關節(jié)臂式示教器，包括無動力關節(jié)臂結構、Mocap設備和輔助電腦，無動力關節(jié)臂結構包括關節(jié)臂A、關節(jié)A、關節(jié)臂B、關節(jié)B、關節(jié)臂C、測頭和記錄按鈕，其中:關節(jié)臂A和關節(jié)臂B、關節(jié)臂B和關節(jié)臂C之間依次通過關節(jié)A、關節(jié)B活動式連接；測頭可拆卸連接在關節(jié)臂A的末端、記錄按鈕固定連接在關節(jié)臂A側面;Mocap設備設置在關節(jié)臂A、關節(jié)臂B和關節(jié)臂C上；輔助電腦與Mocap設備通過有線或無線通訊連接。
[0012]優(yōu)選地，關節(jié)A和關節(jié)B為萬向連接結構。
[0013]優(yōu)選地，關節(jié)臂A和關節(jié)臂B為長度可變的伸縮桿狀結構，萬向連接結構是萬向接軸。
[0014]優(yōu)選地，關節(jié)A和關節(jié)B上設置有互相垂直的回轉角傳感器。
[0015]優(yōu)選地，關節(jié)臂A和關節(jié)臂B設置有位移傳感器。
[0016]一種無動力關節(jié)臂式示教器在工業(yè)機器人中的應用，其步驟為:
[0017]A、定位確認:操作人員通過擺動無動力關節(jié)臂結構對所需要記錄的示教點移動定位，按下記錄按鈕；
[0018]B、生成數(shù)據(jù):通過Mocap設備對機器人本體當前關節(jié)臂位置進行記錄生成運動代碼；
[0019]C、設定參數(shù):相關數(shù)據(jù)顯示于輔助電腦上，由另一位操作人員根據(jù)需求確定完成本示教點的動作為點到點運動或者直線運動、圓弧運動的設定；
[0020]D、機器人反饋:確定后反饋給所需工業(yè)機器人本體，工業(yè)機器人做出相應的點到點運動或者直線運動、圓弧運動的動作。
[0021]優(yōu)選地，步驟A中，操作人員記錄所需要記錄的示教點，測頭能繞關節(jié)A的X和Z軸轉動，關節(jié)臂B能繞關節(jié)B的Y軸轉動或讓關節(jié)臂B與關節(jié)臂C通過關節(jié)B繞X軸轉動，關節(jié)臂C與工業(yè)機器人之間通過轉動能繞Z軸轉動，也能繞X軸上下擺動。
[0022]優(yōu)選地，步驟B和步驟C同時進行。
[0023]優(yōu)選地，還包括步驟E，示教編程:以工業(yè)機器人做出相應的動作完成作業(yè)程序的編制，以實現(xiàn)并確定機器人特定的預期作業(yè)。
[0024]3.有益效果
[0025]采用本發(fā)明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果:
[0026](I)本發(fā)明的一種無動力關節(jié)臂式示教器，由于使用了仿真比例無動力關節(jié)臂結構與Mocap設備的準確性，對于工業(yè)機器人現(xiàn)場的示教使用帶來更加方便的操作，不再需要像普通示教器重復的添加程序指令，無動力關節(jié)臂示教結構相當于一臺小型工業(yè)串聯(lián)六軸機器人。通過擺動各個關節(jié)即可定位機器人本體工作時所需到達的位置。實現(xiàn)了工業(yè)機器人示教速度快、精度高以及成本低的目的。
[0027](2)本發(fā)明的一種無動力關節(jié)臂式示教器，萬向連接結構的使用，方便測頭到達關節(jié)臂長度范圍內(nèi)的任意方向的位置，便于位置數(shù)據(jù)的采集；
[0028](3)本發(fā)明的一種無動力關節(jié)臂式示教器，關節(jié)臂伸縮桿狀結構，能夠提高關節(jié)臂的活動范圍，提高本裝置的通用性；
[0029](4)本發(fā)明的一種無動力關節(jié)臂式示教器，回轉角傳感器和位移傳感器的使用，能夠提高關節(jié)臂采集點的交叉確認，提高采集點數(shù)據(jù)的準確性；
[0030](5)本發(fā)明的一種無動力關節(jié)臂式示教器在工業(yè)機器人中的應用，操作人員通過四個步驟的操作，即可完成工業(yè)機器人的示教過程，操作簡單，示教速度快；
[0031](6)本發(fā)明的一種無動力關節(jié)臂式示教器在工業(yè)機器人中的應用，結合了三坐標測量系統(tǒng)，提高了示教過程的準確性；
[0032](7)本發(fā)明的一種無動力關節(jié)臂式示教器在工業(yè)機器人中的應用，步驟B和步驟C同時進行，提高了工業(yè)機器人的示教速度；
[0033](8)本發(fā)明的一種無動力關節(jié)臂式示教器在工業(yè)機器人中的應用，示教編程后，能進行一系列的推廣，有效的避免重復的數(shù)據(jù)采集作業(yè)。
【附圖說明】
[0034]下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
[0035]圖1是現(xiàn)有技術示教器的示教過程；
[0036]圖2是本發(fā)明的無動力關節(jié)臂結構示意圖。
[0037]圖中:1、關節(jié)臂A ;2、關節(jié)A ;3、關節(jié)臂B ;4、關節(jié)B ;5、關節(jié)臂C ;6、測頭；7、記錄按鈕。
【具體實施方式】
[0038]下面結合具體的實施例，對本發(fā)明作詳細描述。
[0039]名詞解釋:
[0040]Mocap設備:目前國際上軟件