一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前全球工業(yè)機(jī)器人廠家的示教均通過(guò)示教器進(jìn)行示教，一個(gè)機(jī)器人進(jìn)行工作前，廠家的工作人員需使用示教器利用直角坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系和圓柱坐標(biāo)對(duì)機(jī)器人工作的軌跡進(jìn)行編程，“指導(dǎo)”機(jī)器人按照人們期望的動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，但是示教過(guò)程比較繁瑣，需要不停地調(diào)節(jié)機(jī)器人姿勢(shì)來(lái)完成所需工作的軌跡定位，簡(jiǎn)單的軌跡不會(huì)顯現(xiàn)出不足，當(dāng)需要示教的軌跡過(guò)于復(fù)雜時(shí)，往往一個(gè)軌跡定位前需要設(shè)計(jì)幾個(gè)過(guò)渡點(diǎn)輔助完成最后的示教點(diǎn)，如圖1所示，圓圈為機(jī)器人末端定位，柵格部分為工件，如果從A號(hào)點(diǎn)要運(yùn)動(dòng)到D號(hào)點(diǎn)則機(jī)器人必須定位B和C號(hào)點(diǎn)作為過(guò)渡，否則無(wú)法完成。當(dāng)此類步驟出現(xiàn)過(guò)多時(shí)，因?yàn)樵瓉?lái)的示教器是靠多步驟設(shè)定完成過(guò)渡點(diǎn)的示教，所以反復(fù)的動(dòng)作會(huì)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(shù)中，有一種三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)與工業(yè)機(jī)器人相似，但它是無(wú)動(dòng)力的，并可以通過(guò)簡(jiǎn)單拉動(dòng)來(lái)完成所需到達(dá)點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)量，應(yīng)用于各種物件的最終尺寸檢測(cè)，反饋及時(shí)。測(cè)量?jī)x由三根剛體臂、三個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)測(cè)頭組成。三根臂相互連接，其中一個(gè)為固定臂，它安于任意基座上支撐測(cè)量機(jī)所有部件，另外兩個(gè)活動(dòng)臂可運(yùn)動(dòng)于空間任意位置，以適應(yīng)測(cè)量需要，其中一個(gè)為中間臂，一個(gè)為末端臂并在此尾端安裝測(cè)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(cè)頭之間均為關(guān)節(jié)式連接，可作空間回轉(zhuǎn)，而每個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)裝有相互垂直的回轉(zhuǎn)角傳感器，可測(cè)量各個(gè)臂和測(cè)頭在空間的位置。每個(gè)關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)中心和相應(yīng)的活動(dòng)臂構(gòu)成一個(gè)極坐標(biāo)系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)角即極角由圓分度傳感器測(cè)量，而活動(dòng)臂兩端關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)中心距離為極坐標(biāo)的極徑長(zhǎng)度，可見(jiàn)該測(cè)量系統(tǒng)是由三個(gè)串連的極坐標(biāo)系統(tǒng)組成，當(dāng)測(cè)頭與被測(cè)件接觸時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)可給出測(cè)頭在空間的三維位置信號(hào)，測(cè)頭與被測(cè)件在不同部位接觸時(shí)，根據(jù)所建立的測(cè)量數(shù)學(xué)模型，由計(jì)算機(jī)給出被測(cè)參數(shù)實(shí)際值。
[0004]機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉的原理:依靠機(jī)械裝置來(lái)跟蹤和測(cè)量運(yùn)動(dòng)軌跡，典型的捕捉系統(tǒng)由多個(gè)關(guān)節(jié)和剛性連桿組成，在可轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)中裝有角度傳感器，可以測(cè)得關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的變化情況。裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)角度傳感器所測(cè)得的角度變化和連桿的長(zhǎng)度，可以得出桿件末端點(diǎn)在空間中的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。實(shí)際上，裝置上任何一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡都可以求出，剛性連桿也可以換成長(zhǎng)度可變的伸縮桿，用位移傳感器測(cè)量其長(zhǎng)度的變化。早期的一種機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置是用帶角度傳感器的關(guān)節(jié)和連桿構(gòu)成一個(gè)"可調(diào)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(dòng)物或物體。使用者可根據(jù)劇情的需要調(diào)整模型的姿態(tài)，然后鎖定。角度傳感器測(cè)量并記錄關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，依據(jù)這些角度和模型的機(jī)械尺寸，可計(jì)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(yùn)動(dòng)捕捉裝置，但直到現(xiàn)在仍有一定的市場(chǎng)。國(guó)外給這種裝置起了個(gè)很形象的名字猴子"。機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉的一種應(yīng)用形式是將欲捕捉的運(yùn)動(dòng)物體與機(jī)械結(jié)構(gòu)相連，物體運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)械裝置，從而被傳感器實(shí)時(shí)記錄下來(lái)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，精度也較高，可以做到實(shí)時(shí)測(cè)量，主要用于靜態(tài)造型捕捉和關(guān)鍵幀的確定。機(jī)械式是比較古老的跟蹤方式，使用連桿裝置組成。是價(jià)格比較便宜、精確度較高和響應(yīng)時(shí)間短的系統(tǒng)，它可以測(cè)量物體整個(gè)身體運(yùn)動(dòng)，沒(méi)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(cè)量?jī)x的數(shù)據(jù)采集能力結(jié)合機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)將整套工業(yè)機(jī)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(shù)人員需要解決的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]經(jīng)檢索，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?200810052775.8，公開(kāi)日:2008.09.10的專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種基于機(jī)器人的快速自動(dòng)化三維形貌在線測(cè)量方法和系統(tǒng)，該發(fā)明將三維測(cè)頭安裝在工業(yè)機(jī)器人的末端工具上，通過(guò)機(jī)器人承載三維測(cè)頭運(yùn)動(dòng)，采用高精度大視場(chǎng)數(shù)碼相機(jī)組成全局相機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)合測(cè)頭控制點(diǎn)技術(shù)，將測(cè)頭在每個(gè)測(cè)量位置下的單元數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系中，實(shí)現(xiàn)單元數(shù)據(jù)的拼接，整個(gè)測(cè)量過(guò)程是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和高精度數(shù)碼相機(jī)拍攝連續(xù)交替操作的過(guò)程，測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞給控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。該發(fā)明采用了高精度大視場(chǎng)數(shù)碼相機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并反饋到機(jī)器人，但數(shù)碼相機(jī)對(duì)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(huì)相應(yīng)增高，當(dāng)精度要求較高時(shí)，還需要多部相機(jī)進(jìn)行交叉驗(yàn)證糾正誤差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]1.要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)機(jī)器人示教時(shí)無(wú)法多關(guān)節(jié)協(xié)同運(yùn)動(dòng)造成機(jī)器人示教速度緩慢、示教速度快時(shí)誤差大、誤差小時(shí)成本高的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器。它可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人示教速度快、精度高以及成本低的目的。
[0009]2.技術(shù)方案
[0010]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型方案按以下方式進(jìn)行:
[0011]一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器，包括無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂結(jié)構(gòu)、Mocap設(shè)備和輔助電腦，無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂結(jié)構(gòu)包括關(guān)節(jié)臂A、關(guān)節(jié)A、關(guān)節(jié)臂B、關(guān)節(jié)B、關(guān)節(jié)臂C、測(cè)頭和記錄按鈕，其中:關(guān)節(jié)臂A和關(guān)節(jié)臂B、關(guān)節(jié)臂B和關(guān)節(jié)臂C之間依次通過(guò)關(guān)節(jié)A、關(guān)節(jié)B活動(dòng)式連接；測(cè)頭可拆卸連接在關(guān)節(jié)臂A的末端、記錄按鈕固定連接在關(guān)節(jié)臂A側(cè)面;Mocap設(shè)備設(shè)置在關(guān)節(jié)臂A、關(guān)節(jié)臂B和關(guān)節(jié)臂C上；輔助電腦與Mocap設(shè)備通過(guò)有線或無(wú)線通訊連接。
[0012]優(yōu)選地，關(guān)節(jié)A和關(guān)節(jié)B為萬(wàn)向連接結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選地，關(guān)節(jié)臂A和關(guān)節(jié)臂B為長(zhǎng)度可變的伸縮桿狀結(jié)構(gòu)，萬(wàn)向連接結(jié)構(gòu)是萬(wàn)向接軸。
[0014]優(yōu)選地，關(guān)節(jié)A和關(guān)節(jié)B上設(shè)置有互相垂直的回轉(zhuǎn)角傳感器。
[0015]優(yōu)選地，關(guān)節(jié)臂A和關(guān)節(jié)臂B設(shè)置有位移傳感器。
[0016]一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用，其步驟為:
[0017]A、定位確認(rèn):操作人員通過(guò)擺動(dòng)無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂結(jié)構(gòu)對(duì)所需要記錄的示教點(diǎn)移動(dòng)定位，按下記錄按鈕；
[0018]B、生成數(shù)據(jù):通過(guò)Mocap設(shè)備對(duì)機(jī)器人本體當(dāng)前關(guān)節(jié)臂位置進(jìn)行記錄生成運(yùn)動(dòng)代碼；
[0019]C、設(shè)定參數(shù):相關(guān)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(diǎn)的動(dòng)作為點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)、圓弧運(yùn)動(dòng)的設(shè)定；
[0020]D、機(jī)器人反饋:確定后反饋給所需工業(yè)機(jī)器人本體，工業(yè)機(jī)器人做出相應(yīng)的點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)、圓弧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)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(diǎn)，測(cè)頭能繞關(guān)節(jié)A的X和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)節(jié)臂B能繞關(guān)節(jié)B的Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)或讓關(guān)節(jié)臂B與關(guān)節(jié)臂C通過(guò)關(guān)節(jié)B繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)節(jié)臂C與工業(yè)機(jī)器人之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)能繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，也能繞X軸上下擺動(dòng)。
[0022]優(yōu)選地，步驟B和步驟C同時(shí)進(jìn)行。
[0023]優(yōu)選地，還包括步驟E，示教編程:以工業(yè)機(jī)器人做出相應(yīng)的動(dòng)作完成作業(yè)程序的編制，以實(shí)現(xiàn)并確定機(jī)器人特定的預(yù)期作業(yè)。
[0024]3.有益效果
[0025]采用本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0026](I)本實(shí)用新型的一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器，由于使用了仿真比例無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂結(jié)構(gòu)與Mocap設(shè)備的準(zhǔn)確性，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)的示教使用帶來(lái)更加方便的操作，不再需要像普通示教器重復(fù)的添加程序指令，無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂示教結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一臺(tái)小型工業(yè)串聯(lián)六軸機(jī)器人。通過(guò)擺動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)即可定位機(jī)器人本體工作時(shí)所需到達(dá)的位置。實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人示教速度快、精度高以及成本低的目的。
[0027](2)本實(shí)用新型的一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器，萬(wàn)向連接結(jié)構(gòu)的使用，方便測(cè)頭到達(dá)關(guān)節(jié)臂長(zhǎng)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)本實(shí)用新型的一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器，關(guān)節(jié)臂伸縮桿狀結(jié)構(gòu)，能夠提高關(guān)節(jié)臂的活動(dòng)范圍，提高本裝置的通用性；
[0029](4)本實(shí)用新型的一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器，回轉(zhuǎn)角傳感器和位移傳感器的使用，能夠提高關(guān)節(jié)臂采集點(diǎn)的交叉確認(rèn)，提高采集點(diǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；
[0030](5)本實(shí)用新型的一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用，操作人員通過(guò)四個(gè)步驟的操作，即可完成工業(yè)機(jī)器人的示教過(guò)程，操作簡(jiǎn)單，示教速度快；
[0031](6)本實(shí)用新型的一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用，結(jié)合了三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，提高了示教過(guò)程的準(zhǔn)確性；
[0032](7)本實(shí)用新型的一種無(wú)動(dòng)力關(guān)節(jié)臂式示教器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用，步驟B和步驟C同時(shí)進(jìn)行，提高了工