工业机器人手执示教的辅助装置和方法与流程

本发明属于工业机器人的生产加工技术领域，具体涉及一种工业机器人手执示教的辅助装置和方法。

背景技术：

目前,工业机器人的示教主要分为直接示教和离线示教。

直接示教(在线示教)是指技术人员通过示教盒搬动机器人的手臂，对机器人进行示教。直接示教操作简单直接，技术人员可以在现场根据实际情况进行编程，但是也存在如下问题：1.难以实现复杂的运动轨迹。如需实现复杂的运动轨迹必须示教大量的轨迹点，示教难度大。2.示教点不均匀。人工示教难以得到均匀的轨迹点，故不能满足缝纫等加工工艺的要求。3.示教点不准确。人工示教难以捕获准确的轨迹点，尤其是在某些不便于视觉观察的场合。

如专利号201510274550.7，通过手动趋势机器人的关节转动，但定位精度无法保证，全靠操作者的个人经验。

离线示教是技术人员不对实际作业的机器人直接进行示教，通过安装于pc机上的仿真软件，如fanuc和abb公司的robotstudio，以三维模型的形式对机器人进行示教。这种示教方式能减轻示教的难度，有效避免示教点不准确的问题，并为机器人运动仿真提供了手段。但是，这些软件提供的三维图形的编辑、操作能力非常有限，且需人工拾取轨迹点，故对于复杂的运动轨迹，示教点仍然较多，且难以得到均匀的示教点。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出了一种工业机器人手执示教的辅助装置，包括工业机器人的驱动系统、机械结构系统、交互系统和控制系统，所述工业机器人拥有至少一个关节，

在工业机器人的所在空间内设置水平和竖直方向传感器，用于捕获工业机器人运动的位置信息；

在工业机器人的所述关节处设置绝对式编码器，所述绝对式编码器记录数值传输到处理器，所述处理器生成参数；

用于处理所述位置信息和所述参数的计算机；

用于生成操作指令的控制器。

优选地，所述处理器依照时间顺序生成参数，每间隔相同的时间输出各个所述关节运转角度w和t的参数。

优选地，所述关节具有复位功能，设定多个所述关节在某一转角位置为初始状态。

优选地，所述工业机器人设置存储模块，用于记录每次运动的参数和操作指令。

此外，本发明提供一种工业机器人手执示教的辅助方法，包括以下步骤：

工业机器人的关节处于非使能状态；

空间设置水平和竖直方向传感器，捕捉工业机器人的位置信息，计算机中建立空间三维坐标系；

所述关节处设置绝对式编码器，记录所述关节初始状态的数值；

操作者转动所述关节，划过设定的路径，到达目标位置，绝对式编码器记录所述关节转动的数值；

处理器处理所述数值生成参数，上传到计算机，在计算机中将参数转化到三维坐标轴中模拟运动的路径，操作者对运动路径的参数进行修正；控制器生成运动模拟程序；

机器人运行模拟程序，判断是否符合需求，若模拟程序符合运动需求，控制器生成确认的执行程序；若模拟程序不符合运动需求，反馈错误信息，操作者纠正操作的失误重新上传数据。

优选地，所述工业机器人运行完成后，复位到运行之前的初始状态。

优选地，所述计算机对模拟运动的路径参数，提取关键点的位置信息，且关键点的设置尽量均匀。

优选地，所述模拟程序按照各个所述关节运转角度w和t的参数，生成单独各个运动的程序和总体运动的程序，用于方便操作者对单个关节的运动参数检查。

本发明有以下有益效果：将直接示教的直观操作，与离线示教的定位精准结合，操作者不需要对离线示教的编程和建模学习，仅需要掌握简单的参数调整即可，操作者直接示教过程中，仅靠肉眼观测无法保证定位的精准，但能提供运动的大致路径信息，在计算机中将位置不符的参数进行微调，且根据运动路径生成均匀的运动状态点，实现精准的定位和运动的均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明工业机器人手执示教的辅助装置的结构框图；

图2为本发明工业机器人手执示教的辅助方法的流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明提出了一种工业机器人手执示教的辅助装置，包括工业机器人的驱动系统、机械结构系统、交互系统和控制系统，所述工业机器人拥有至少一个关节，一个关节对应两个机械手臂，关节上设置驱动机构和控制机构，实现根据程序控制关节的转动；

在工业机器人的所在空间内设置水平和竖直方向传感器，用于捕获工业机器人运动的位置信息，当关节在空间中运动时，所述传感器将捕捉工业机器人的运动信息；

在工业机器人的所述关节处设置绝对式编码器，所述绝对式编码器记录工业机器人初始位置的状态信息，以及运动过程中的信息，记录的数值传输到处理器，所述处理器生成运动的参数，各个关节的参数分开标注，生成的参数也为各个关节的独立参数；

所述处理器依照时间顺序生成参数，每间隔相同的时间输出各个所述关节运转角度ω和t的参数，时间间隔设置在0.005秒，通过尽可能短的时间，提高记录ω的精确度，各个关节依次标注为ω1、ω2、ω3等等，用于方便对各关节的运动信息进行单独调整。

上述的传感器记录的空间信息和所述处理器记录的初始位置参数和运动参数传输到计算机，先在计算机中三维建模，确定初始的三维坐标系，其次按照初始位置的参数，确定下初始状态信息，再其次根据采集到的关节转动参数，记录下关节的信息，即可模拟出工业机器人的运动位移。

在计算机中对关节的转动参数进行微调，其方法类似画图软件中，对肉眼无法分辨的水平度和垂直度进行调整，例如将不够水平转动角度的调整为水平，位置、角度不到位的调整到位，通过计算机的微调和补充实现负反馈，将运动的位移的具体位置调整精确。

计算机处理后生成模拟程序，工业机器人按着模拟程序运行，操作者判断是否符合要求，若不合格则继续转动机械臂，或在计算机中修改参数，若运动符合要求，控制器生成操作指令。

生成的操作指令和参数保存在存储器中，方便下次的调用数据，或者在存储器中储存一些标准数据，在下次需要运动机器人时，调用数据先运转一遍，方便操作者不需要自己构思运动的轨迹，以及方便初学者更快的上手，掌握运动参数和运动轨迹之间的关系。

所述关节具有复位功能，设定多个所述关节在某一转角位置为初始状态，在运动结束后，对机器人进行复位，方便下次的运动。

下面参考附图，描述说明本发明的第二方面一种工业机器人手执示教的辅助方法。

实施例1：如图2的流程图所示，本发明提供一种工业机器人手执示教的辅助方法，包括以下步骤：

工业机器人的关节处于非使能状态，非使能状态即为关节的驱动电机关闭，或者降低扭矩，使关节处于易被人力转动的状态；

空间设置水平和竖直方向传感器，捕捉工业机器人的初始位置信息，在计算机中建立空间三维坐标系；

所述关节处设置绝对式编码器，记录所述关节初始状态的数值；

操作者转动所述关节，划过设定的路径，到达目标位置，在关节转动的过程中，绝对式编码器记录所述关节转动的数值，绝对式编码器的光码盘上有多道刻线，在关节转动的过程中，通过读取码盘上的刻线，记录下转动的位置信息，编码器中产生脉冲信号；

处理器处理绝对式编码器产生的脉冲信号，将信号处理生成运动的参数，上传到计算机，在计算机中将参数转化到三维坐标系中模拟运动的路径，操作者对运动路径的参数进行修正；

控制器生成运动模拟程序；

机器人运行模拟程序，操作者判断是否符合需求，若模拟程序符合运动需求，控制器生成确认的执行程序；若模拟程序不符合运动需求，反馈错误信息，操作者纠正操作的失误，当偏差较大时，可以通过重新转动关节，使机器人的运动趋势与实际需求吻合，当偏差不大时，可通过在计算机上修改参数，使模拟程序尽量吻合精度的需求。在程序修改后，重新生成模拟程序，与实际需求进行比较，直到程序吻合，控制器生成确认的执行程序。

在控制器生成执行程序时，由于上述数据采集时精度较高，数据密度较大，采用插值法提取关键点的位置信息，且关键点的设置尽量均匀，再将缩小后的数据信息组成运动轨迹进行保存。

生成的操作指令和参数一并保存在存储器中，方便下次的调用数据，也方便后期对数据进行新的调整。

在工业机器人运行完成后，复位到运行之前的初始状态，方便下次的操作使用。

所述模拟程序按照各个所述关节运转角度w和t的参数，生成单独各个运动的程序和总体运动的程序，由于运动的过程是所有关节的同步运动，而调整关节时，单独对每个关节进行调整方便检查，因此生成每个单独的ω1、ω2、ω3等的角度参数信息，方便操作者对单个关节的运动参数检查。

以上步骤采用了人工直观调整机器，再用软件对精度和均匀度进行补偿的方法，实际应用中，也可通过先机器运动，在人为补偿的方法：

实施例2：

存储器中预先储存一些标准数据，建立程序标准库，在下次需要工业机器人运动，或者需要对初学者进行指导时，从存储器中调用标准程序，使工业机器人按着既定程序运行一遍(运行过程中避免出现干涉)，同时可以将每个关节部分单独运动,方便操作者学习，运行的同时辅助参数的示意和修改范围，方便初学者更快的上手。

操作者人工调整工业机器人时，除了精度不足的问题，还存在无法优化机器人的运动路径的问题，尤其是一些复杂曲线，以及多工位的运转，每次运动都需要示教者自己先构思比较麻烦，因此通过标准库对操作者进行演示，有利于操作者对机器人的学习，掌握运动参数和运动轨迹之间的关系。

具体操作过程如实施例1所示。

以上两组实施例，实施例1是示教者操作，辅助计算机修整程序，解决了直接示教的精度和均匀度存在缺陷，而离线示教不直观且对编程能力要求高的问题，整合了直接示教和离线示教的优点；

实施例2是工业机器人先按照既定的程序离线示教，帮助操作者对复杂运动轨迹的学习，弥补了人对复杂曲线无法实现的不足，且标准库的使用降低了操作难度；或者将标准库中的现有程序与具体的操作需求进行匹配，先调用标准程序，再辅助人根据需求对标准库的程序进行直观调整，使标准库的程序更便捷的与具体需求结合。

对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。