[發明專利]慣性導航式機器人示教設備

在審

• 申請號: 201610039445.X
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105479431A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 李洪斌;楊忠;閻宏偉;王品;蘇兆鋒
• 申請（專利權）人: 煙臺拓偉機械有限公司
• 主分類號: B25J3/00
• 分類號: B25J3/00
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 呂靜

技術領域

本發明涉及一種機器人示教設備，具體說是一種慣性導航式機器人示教設備，屬于機器人示教設備技術領域。

背景技術

機器人示教系統是工業機器人控制系統的重要組成部分，操作者通過示教系統進行手動示教，控制機器人實現一系列不同的位置姿態，并記錄各個位姿點的信息，利用機器人語言編程使機器人執行程序要求的軌跡運動，實現機器人在一定工作環境中完成重復性任務的目的。

目前機器人示教系統可以分為三類：示教再現方式、離線編程方式和基于虛擬現實方式。其中，示教再現方式為機器人示教系統普遍采用的方式。

示教再現，也稱為直接示教，由操作者通過示教盒或操作桿等直接操作機器人手臂對機器人進行示教。典型的示教過程是依靠操作者觀察機器人及其夾具相對于作業對象的位置姿態，通過對示教盒的操作，反復調整示教點處機器人的作業位姿、運動參數和工藝參數，然后將滿足作業要求的數據記錄下來，再轉入下一點的示教。示教過程結束后，機器人實際運行時使用這些記錄下來的數據，經過插補運算，就可以再現示教點上記錄的機器人位姿。機器人示教流程控制簡圖如圖1所示。

采用示教再現方式進行機器人示教存在以下問題：（1）對操作者的專業知識和操作技能要求較高，并需要現場近距離示教操作，因此具有一定的危險性，安全性較差，須加入檢測和剎車作為人身保護措施。（2）操作者通過控制手柄上的力/力矩傳感器產生相應的輸出數據用于機器人控制器驅動機器人向期望的方向運動，無法獲取機器人精確的位姿信息以確定機器人的最優作業姿態與路徑。（3）示教過程繁瑣、費時，需要根據作業任務反復調整機器人的動作軌跡姿態與位置，時效性較差。

發明內容

本發明在于解決已有技術中示教再現方式無法獲取機器人精確的位姿信息以確定機器人的最優作業姿態與路徑，示教過程繁瑣、費時、時效性較差，對操作者要求高且安全性較差的不足，提供一種能夠獲取機器人精確的位姿信息以確定機器人的最優作業姿態與路徑，示教過程簡單、省時省力、時效性好，適于一般操作者進行操作且安全性好的慣性導航式機器人示教設備。

本發明的慣性導航式機器人示教設備是通過以下技術方案實現的：

慣性導航式機器人示教設備，包括安裝在機器人末端的示教裝置和控制機器人運動的主控計算機，其特殊之處在于：所述示教裝置包括測量示教裝置示教過程中的線性加速度和角速度信號的慣性導航模塊，所述慣性導航模塊的輸出端設有濾波電路，所述濾波電路的輸出端設有將模擬信號轉化為數字信號的A/D轉換器，所述A/D轉換器的輸出端設有與主控計算機進行數據傳輸的通訊模塊，所述主控計算機將慣性導航模塊檢測到的信號進行解算并向機器人輸出指令；

所述慣性導航模塊包括三軸加速度計和三自由度陀螺儀，所述三軸加速度計和三自由度陀螺儀沿示教裝置三軸方向安裝，輸出端連接有濾波電路；

所述主控計算機是在傳統工控計算機的基礎上增加信號處理模塊和指令解算模塊；

所述信號處理模塊用于將通訊模塊接收的信號解算為示教裝置的姿態信息；

所述指令解算模塊用于將示教點的位姿信息解算為機器人的控制信號。

利用上述慣性導航式機器人示教設備進行機器人示教的方法如下：示教開始時操作者攜帶示教裝置，確定示教起始點，示教過程中，操作者攜帶示教裝置按照示教路徑進行運動，在運動過程中，三軸加速度計和三自由度陀螺儀獲取示教裝置的加速度和角速度信號，經過濾波電路、A/D轉換器傳輸至主控計算機的信號處理模塊，利用捷聯慣導算法得到示教設備運動過程中各示教點的位姿信息，主控計算機記錄下該位姿信息，通過指令解算模塊解算為機器人的控制指令，主控計算機在與機器人連接后將控制指令傳輸給機器人，機器人即按照示教路徑進行工作，完成示教過程。

本發明的慣性導航式機器人示教設備，示教時只需將示教裝置放置在機器人末端，操作者攜帶示教裝置直接運動，主控計算機將位姿信息記錄下來，然后將控制指令直接輸送給計算機即可，無需反復調整示教點處機器人的作業位姿、運動參數和工藝參數，示教過程簡單，省事省力，對操作人員的要求也比較低，安全性好。

附圖說明

圖1：已有技術中機器人示教流程簡圖；

圖2：本發明慣用導航式機器人示教設備的結構示意圖；

圖3：圖2的數據流示意圖；

圖4：本發明機器人示教流程圖；

圖5：捷聯慣導算法示意圖。

具體實施方式