CN107336244B - 用于机器人的直觉式力量导引方法及其装置 - Google Patents

用于机器人的直觉式力量导引方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于机器人的直觉式力量导引方法及其装置,该装置包括机器人、抽换元件以及力量导引元件。机器人具有操作元件,操作元件耦接于抽换元件。力量导引元件可拆卸地装设于抽换元件。力量导引元件包含力量传感器,力量传感器具有六轴荷重元信息。对机器人的操作元件执行路径教导,以存取坐标信息。

Description

用于机器人的直觉式力量导引方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种力量导引方法及其装置,且特别涉及一种用于机器人的直觉式力量导引方法及其装置。
背景技术
藉由人力操作使得机器人采取所想要的位置与方向,因而教导机器人在此时的位置与方向(教导重复法)。此种传统上最通常使用方法是操作控制面板中所设的操作键(转向移动键),并藉由操作键的控制来教导机器人控制单元。
然而,以此方法须要藉由选择性地使用多个操作键而指定机器人的移动方向,此等多个操作键对应于坐标轴(例如:机器人基本坐标系统的X轴、Y轴、以及Z轴)。须要长时间以记忆此等操作键与机器人操作方向间的对应关系。特别是当此操作者对操作不熟悉时会有风险,其结果为:由于错误操作,此机器人会与其附近物件或操作者本身碰撞。
此外,按机器人在自动化生产业占有很重要的一席之地,而机器人教导即是控制生产自动化很重要的一个关键,机器人教导是指设定一具有记忆装置的机器人动作程序、位置及速度,机器人可依设定记忆装置的讯息,重复作出伸缩、屈伸、上下移动、左右移动、旋转动作等复合动作来达到使用者需要动作的顺序控制,因此,机器人对于工业生产的重要性是不容置疑的,但是按照目前现有机器人的操作系统所设计出的系统皆良莠不齐,其操作语言格式不一又缺乏动态模拟系统来检验操控作业的正确性,又因在操作机器人方面必需在计算机键盘上操作,如此将造成操作者操控上的不便。
发明内容
本发明提供一种用于机器人的直觉式导引方法,教导过程中,无须手持原厂教导器,手持机器人便自动记录每个移动点,使得机器人知道所要执行的路径,且可重播并调整而可达成力量追踪。
本发明提供一种用于机器人的直觉式导引装置,以具卸载式的力量导引元件装置机器人中,便可以知道机器人本身的速度信息、坐标信息,而不需要马达模型(如扭距、电流回路)、运动学、动态学建制的输入与调整,故不受机器人内部控制模块的限制,而可适用所有厂牌的工业型机器人。
本发明的一实施例提出一种用于机器人的直觉式力量导引方法,用于机器人的直觉式力量导引方法包括以下步骤。提供一力量传感器,其中力量传感器可拆卸地装设于一机器人,力量传感器具有一六轴荷重元信息。对机器人执行一路径教导,路径教导包含以下步骤。对机器人执行一力量导引模式。更新机器人的一速度信息,其中速度信息由六轴荷重元信息积分而来。更新机器人的一坐标信息,其中坐标信息由机器人的速度信息积分而来。判断是否完成路径教导,若否,重新进入对机器人执行力量导引模式的步骤,若是,则存取坐标信息。
本发明的一实施例提出一种用于机器人的直觉式力量导引装置,用于机器人的直觉式力量导引装置包括一机器人、一抽换元件以及一力量导引元件。机器人具有一操作元件。操作元件耦接于抽换元件。力量导引元件可拆卸地装设于抽换元件,其中力量导引元件包含一力量传感器,力量传感器具有一六轴荷重元信息,其中对机器人的该操作元件执行一路径教导,路径教导为对机器人执行一力量导引模式,以存取一坐标信息。
基于上述,在本发明的用于机器人的直觉式导引方法及装置中,由于是力量导引元件(包含力量传感器)可拆卸地装设于抽换元件,而抽换元件位于机器人手臂的末端,使得力量导引元件为一具卸载式力量导引元件。换句话说,本实施例以附加抽换式的方式将力量导引元件加入至机器人中,便可利用此力量传感器可以知道机器人本身的速度信息与坐标信息,而不需要输入与调整马达模型(如扭距、电流回路)、运动学、动态学建制等有关于机器人内部控制模块,故不受机器人内部控制模块的限制,而可适用所有厂牌的工业型机器人,搭配本实施例亦达成以教导机器人的效果。
附图说明
图1为本发明用于机器人的直觉式导引装置的示意图。
图2为本发明一实施例力量导引元件的示意图。
图3为本发明一实施例用于机器人的直觉式导引方法的步骤流程图。
图4为图3的前置初始化的流程图。
图5为本发明对机器人执行一路径教导的步骤流程图。
图6为本发明一实施例用于机器人的直觉式导引方法的步骤流程图。
图7为一实施例力量导引元件的示意图。
图8为本发明的用于机器人的直觉式导引装置一具体应用例的示意图。图9为本发明的用于机器人的直觉式导引装置一具体应用例的示意图。
【符号说明】
30 电路板
32 锁附孔洞
50 用于机器人的直觉式力量导引装置
50A 机器人
51 操作元件
52 底座
53 第一转动元件
54 第二转动元件
55 第三转动元件
56 抽换元件
57 第一枢轴
58 第二枢轴
59 第三枢轴
100 力量导引元件
102 控制器
104 力量传感器
106 校正元件
107 近接传感器
108 激光传感器
Fx X轴力量信息
Fy Y轴力量信息
Fz Z轴力量信息
Rx X轴力矩信息
Ry Y轴力矩信息
Rz Z轴力矩信息
S20、S30 用于机器人的直觉式导引方法
S200~S210 步骤
S230~S240 步骤
S192~S194 步骤
S212~S216 步骤
S300~S317 步骤
具体实施方式
以下谨结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此限制本发明的保护范围。
图1为本发明用于机器人的直觉式导引装置的示意图。图2为本发明一实施例力量导引元件的示意图。请先参阅图1。在本实施例中,用于机器人的直觉式力量导引装置50包括一机器人50A及一力量导引元件100。
在图1中,机器人50A例如为一机械手臂的形态,然本发明不以此为限,机器人50A本身包含一操作元件51、一底座52、一第一转动元件53、一第二转动元件54、一第三转动元件55、一抽换元件56、一第一枢轴57、一第二枢轴58及一第三枢轴59,其中第一转动元件53藉由第一枢轴57而枢接于底座52,第二转动元件54藉由第二枢轴58而枢接于第一转动元件53,第三转动元件55藉由第三枢轴59而枢接于第二转动元件54的一端。
机器人50A的第三转动元件55例如为一机器人手臂,用以抓取物件或执行所需动作。机器人50A的第三转动元件55末端连接抽换元件56,而操作元件51耦接于抽换元件56。
力量导引元件100可拆卸地装设于抽换元件56上。
详细而言,如图2所示,力量导引元件100包含一控制器102、一力量传感器104以及一校正元件106,其中控制器102耦接力量传感器104,而力量传感器104耦接校正元件106。
力量传感器104具有一六轴荷重元信息,六轴荷重元信息提供一力量信息与一力矩信息,其中力量信息为X轴力量信息Fx、Y轴力量信息Fy及Z轴力量信息Fz,而力矩信息则为X轴力矩信息Rx、Y轴力矩信息Ry及Z轴力矩信息Rz。
在此配置之下,一使用者的手握持操作元件51,以对机器人50A的操作元件51执行一路径教导,路径教导为对机器人50A执行一力量导引模式,以存取一坐标信息,以下藉由附图说明用于机器人的直觉式力量导引方法。
图3为本发明一实施例用于机器人的直觉式导引方法的步骤流程图。图4为图3的前置初始化的流程图。请参阅图3及图4。
如图3所示,本实施例的用于机器人的直觉式导引方法S20,包含以下步骤S200至步骤S240,而图4则为进行用于机器人的直觉式导引方法S20的前置初始化的步骤S170至S194。
如图4所示,首先进行步骤S170,初始化环境。
接着,进行步骤S180,建立机器人50A与计算机(或服务器)连线。
再来,进行步骤S190,初始化力量传感器。
以本实施例而言,是将图2中的力量导引元件100的力量传感器104初始化。
接着,进行本实施例用于机器人的直觉式导引方法S20,如图3所示,进行步骤S200,提供力量传感器104,其中力量传感器可拆卸地装设于一机器人,力量传感器具有一六轴荷重元信息。
以图1及图2而言,力量导引元件100的力量传感器104可拆卸地装设于机器人50A的抽换元件56。当力量传感器104可拆卸地装设于机器人的抽换元件56后,进入一荷重元取样循环,藉以清除荷重元偏差值,使力量传感器104获得所需的六轴荷重元信息(如图4所示步骤S192),六轴荷重元信息提供一力量信息与一力矩信息,其中力量信息为X轴力量信息Fx、Y轴力量信息Fy及Z轴力量信息Fz,而力矩信息则为X轴力矩信息Rx、Y轴力矩信息Ry及Z轴力矩信息Rz。
接着,切换机器人操作模式(如图4所示步骤S194),使得机器人具有平移、旋转及其组合(即平移加上旋转)等操作模式。亦即此力量传感器104本身为六轴力量传感器,如此便完成机器人50A六轴自由度模式操作切换,故此机器人50A能够达成六轴自由度控制。
接着,进行步骤S210,对机器人执行一路径教导,路径教导为一力量取样循环,其包含以下步骤212至步骤S216,以下藉由图5来说明路径教导的步骤流程。
图5为本发明对机器人执行一路径教导的步骤流程图。请参阅图5。
首先,进行步骤S212,对机器人执行一力量导引模式。
具体而言,对机器人执行力量导引模式为以一外力输入的方式来移动机器人50A,记录机器人50A在路径教导中每一个六轴荷重元信息。
以图1而言,使用者得以藉由手持操作元件51来移动机器人50A,在移动机器人50A的路径记录机器人在路径教导中每一个六轴荷重元信息,其中六轴荷重元信息包含X轴力量信息Fx、Y轴力量信息Fy、Z轴力量信息Fz、X轴力矩信息Rx、Y轴力矩信息Ry及Z轴力矩信息Rz。
接着,进行步骤S213,执行重力补偿。
在本实施例中,对机器人执行力量导引模式中,可利用如图2所示的校正元件106来执行重力补偿。
接着,进行步骤S214,更新机器人的一速度信息,其中速度信息由六轴荷重元信息积分而来。
在本实施例中,执行一速度取样循环,可利用如图2所示的控制器102中的积分元件分别将X轴力量信息Fx、Y轴力量信息Fy、Z轴力量信息Fz、X轴力矩信息Rx、Y轴力矩信息Ry及Z轴力矩信息Rz积分后而可获得新的速度信息,此速度信息包含机器人50A的速度、角速度或速度与角速度,如此能更新此时机器人的速度、角速度或速度与角速度。
具体而言,当使用者得以藉由手持操作元件51来移动机器人50A时,机器人50A受外力作用,机器人50A会沿外力的方向获得一加速度,此加速度的大小与所受外力大小成正比,而加速度的大小与该机器人50A的质量成反比,称为牛顿第二运动定律(Newton’ssecond law of motion)。在本实施例中,在移动机器人50A的路径中,可以获得六轴的X轴力量信息Fx、Y轴力量信息Fy、Z轴力量信息Fz、X轴力矩信息Rx、Y轴力矩信息Ry及Z轴力矩信息Rz。如X轴方向的X轴力量信息Fx,且机器人50A的质量为已知且为固定常数。依据牛顿第二运动定律,如X轴力量信息Fx经积分元件积分后而可得到X轴方向的速度,同理,Y轴力量信息Fy与Z轴力量信息Fz经积分元件积分后而分别可得到Y轴与Z轴方向的速度。
而就转动力矩而言,角加速度会与转动力矩成正比,而角加速度与转动惯量成反比,转动惯量会与机器人50A的质量以及旋转半径有关,而机器人50A的质量以及旋转半径为已知且为固定常数。因此,如X轴力矩信息Rx经积分元件积分后而可得到X轴方向的角速度,同理,Y轴力矩信息Ry及Z轴力矩信息Rz经积分元件积分后而分别可得到Y轴与Z轴方向的角速度。
接着,进行步骤S215,更新机器人的一坐标信息,其中坐标信息由机器人的速度信息积分而来。
以本实施例而言,在步骤S214获取机器人的速度、角速度或速度与角速度后,在此步骤S215,可利用如图2所示的控制器102中的积分元件分别再将机器人50A的速度、角速度或速度与角速度作积分,而获得新的坐标信息,并能更新此时机器人的坐标信息。
上述步骤S214至步骤S215中,关于加速度、速度与位移关系,由机器人50A导引过程中,可由机器人50A内部的编码器回传该位置信息,而对该机器人50A在路径教导中所施加的外力,经力量传感器104可获得一相对加速度,并由控制器获得状态空间函数的多项式
Figure GDA0002385478750000071
对该多项式积分来求得系统的速度关系,其中u为力量或加速度的变量。再由y=cx+du,来得到机器人50A更新后的该坐标信息。
由上述数据,可将原机器人50A内部编码器所得的位置命令进行调制,并间接将力量信息更新速度命令与机器人50A坐标信息。同理可解释角加速度、角速度与角位移(机器人50A旋转量)的关系,并藉由力量传感器104的输入切换机器人50A平移加上旋转的导引功能,达成六轴自由度模式(六个自由度)的功效。
在步骤S215更新机器人的坐标信息后,接着,进行步骤S216,插补机器人的路径教导。
需说明的是,一般原厂机器人的控制命令中,都有一位置对速度的线性关系矩阵。该位置对速度的线性关系矩阵为在原厂机器人控制命令中,因力量导引改变的加速度、速度关系,需动态更新位置对速度的线性关系矩阵的命令,以提升导引过程中的顺应性,反观本实施例,藉由本实施例的步骤S216所提出的插补的方式,藉以解决不连续的路径教导。
请复参阅图3,进行步骤S230,判断是否完成路径教导,若否,重新回到力量取样循环中对机器人执行力量导引模式的步骤S212,来取得所需的坐标信息。反之,若是判断完成路径教导,则存取坐标信息。
以本实施例而言,若未完成机器人路径教导,则重新进行机器人力量导引模式直到完成机器人路径教导的动作为止。
若完成机器人路径教导的动作,便存取机器人50A的坐标信息及速度信息,而后进行步骤S240,是否切换为自动记录模式。
步骤S240中,若判断为自动记录模式,则切换为自动执行且询问执行速度,并更新坐标信息及速度信息传递并存取于如图2所示的控制器102(如计算机(或服务器)内的存储器中)内。如此,机器人的直觉式导引方法S20便执行完毕。在藉由此机器人50A路径教导的步骤后,机器人50A能自动执行此路径,以重复作出伸缩、屈伸、上下移动、左右移动、旋转动作等复合动作来达到使用者需要动作的顺序控制。反之,若步骤S240中,判断为不需切换自动记录模式,亦将不须切换为自动记录模式的指令存取于如图2所示的控制器102(如计算机(或服务器)内的存储器中)内。
在上述的步骤流程及装置之下,由于是力量导引元件100(包含力量传感器104)可拆卸地装设于抽换元件56,而抽换元件56位于机器人手臂的末端,使得力量导引元件100为一具卸载式力量导引元件。换句话说,本实施例以附加抽换式的方式将力量导引元件100加入至机器人50A中,便可利用此力量传感器104可以知道机器人50A本身的速度信息、坐标信息,而不需要输入与调整马达模型(如扭距、电流回路)、运动学、动态学建制等有关于机器人内部控制模块,故不受机器人内部控制模块的限制,而可适用所有厂牌的工业型机器人,搭配本实施例亦达成以教导机器人的效果。
另外,力量导引元件100只需附加在机器人50A手臂的末端的抽换元件56,换句话说,力量导引元件100不需要在机器人50A其他活动关节轴加入其他任何感测元件,便可以达到上述教导机器人功能,以达到节省成本的目的。
进一步地,上述步骤及装置不限制用于一机器人,在自动化生产业中,可将此具卸载式的力量导引元件100于教导一机器人,便可拆卸下来,再教导另一机器人,藉以达到多机共用的目的。此外,由于都是用同一个力量导引元件100,故能控制并确保多个机器人执行相同的所需动作的顺序控制。
以下藉由附图说明本实施例的一具体应用例。
图6为本发明一实施例用于机器人的直觉式导引方法的步骤流程图。图7为一实施例力量导引元件的示意图。图8为本发明的用于机器人的直觉式导引装置一具体应用例的示意图。图9为本发明的用于机器人的直觉式导引装置一具体应用例的示意图。
以图8而言,操作元件51下具有一电路板30,而电路板30上具有一待加工件,本实施例为欲锁附孔洞32。本实施例为一以教导机器人进行电路板锁附作业的应用例,然而,本发明不以此为限制。
请先参阅图7。图7的力量导引元件100与图2的力量导引元件100相似,其中相同的元件以相同的标号表示且具有相同的功效而不再重复说明,以下仅说明差异处。
图7的力量导引元件100包含一近接传感器107与一激光传感器108,其中近接传感器107及激光传感器108分别耦接于控制器102。
请参阅图6,本实施例的用于机器人的直觉式导引方法S30包含以下步骤S300至步骤S317。
进行步骤S300,提供一近接传感器107。
需说明的是,此时可配合图4所示的步骤S170至步骤S190。初始化力量传感器104及初始化近接传感器107。
接着,进行步骤S312,获取一第一相对深度信息。
以本实施例而言,如图8所示,第一相对深度信息为操作元件51至一电路板30的锁附孔洞32的距离。换句话说,在进行对机器人执行力量导引模式的步骤S212(如图5所示)时,除了藉由手持操作元件51移动机器人并记录机器人在路径教导中每一个六轴荷重元信息,更能藉由近接传感器107而可获知第一相对深度信息,亦即可以近接传感器能检测机器人50A的操作元件51与一待加工件的相对距离。在其他实施例中,也可藉由视觉传感器,也可具有相同并能达成同样功效。
接着,进行步骤S313,藉由第一相对深度信息,判断是否调整机器人50A的刚性值。
需说明的是,在机器人50A路径教导过程中,需以一相对深度信息来提高导引的位置精度。由虎克定律(Hooke's law)F=k×Δx,可知对该机器人50A所施加的外力F,刚性值k与位移量Δx存在一线性关系。当机器人50A的操作元件51(即机器人50A末端)接近待加工件时,需提高机器人50的刚性值k,让操作者施予一定力量,进而等比例降低位移量Δx。此一作法等同于降低机器人50A的速度信息,以提升操作精度。同理,当机器人的操作元件51(即机器人50A末端)远离待加工件时,降低机器人50的刚性值k,进而提升机器人50A的速度信息。此举虽降低操作精度,但由于在前段机器人50A路径教导过程中,位移的解析度并不影响最终的定位精度,故机器人50A能够以高速度、低刚性的状态下进行教导。
接着,进行步骤S314,若判断不需要调整机器人的刚性值,将机器人的刚性值与第一相对深度信息,以更新至机器人的坐标信息。
接着,进行步骤S315,若判断需要调整机器人的刚性值,输入机器人的刚性值,以更新至机器人的速度信息。
上述步骤S313至步骤S315,以图8而言,机器人50A的操作元件51至电路板30距离相对远,若机器人50A的预设刚性值较低而容易让操作者拉动,则判断不需要调整机器人50的刚性值(步骤S314),将机器人50A的刚性值与第一相对深度信息,以更新至机器人50A的坐标信息,故需在如图5所示的步骤S215中输入此时对应的刚性值,藉以更新机器人50A对应的坐标信息。反之,若机器人50A的刚性值较高而不容易让操作者施力来拉动,则判断需要调整机器人的刚性值(步骤S315),此时需调整机器人50A的刚性值,藉以降低机器人50A的结构刚性而让操作者拉动机器人50A时较为好拉动。在此同时,此时机器人50A移动路径所需执行的速度信息亦有变动,故需在如图5所示的步骤214中输入此时对应的刚性值,藉以更新机器人50A对应的速度信息。
相较之下,以图9而言,此时机器人50A的操作元件51离电路板30甚近,若机器人50A的预设刚性值较低而容易让操作者拉动,故此时需调整机器人50A的刚性值设定(步骤S315),提高机器人结构刚性而避免使机器人碰到电路板30时因荷重而具作用力反弹而偏位,如此能达到精密定位的功能。反之,若机器人50A的刚性值较高而不容易让操作者施力来拉动,则判断不需要调整机器人50的刚性值(步骤S314),将机器人50A的刚性值与第一相对深度信息,以更新至机器人50A的坐标信息。
进一步地,如图9所示,当机器人的操作元件51离电路板甚近且判断不需要调整机器人的刚性值后,还包括以下步骤S316至步骤S317。
进行步骤S316,提供一激光传感器108。
接着,进行步骤S317,获取一第二相对深度信息,其中该第二相对深度信息的数值小于等于第一相对深度信息的数值。
以本实施例而言,机器人50A的操作元件51离电路板30上的待加工件甚近,可选择性地切换以精密度更高的激光传感器108去检测机器人50A的操作元件51与待加工件的相对距离,而可以确保实际精确定位位置,如此能提升锁附的成功率。
综上所述,在本发明的用于机器人的直觉式导引方法及装置中,由于力量导引元件(包含力量传感器)可拆卸地装设于抽换元件,而抽换元件位于机器人手臂的末端,使得力量导引元件为一具卸载式力量导引元件。换句话说,本发明以附加抽换式的方式将力量导引元件加入至机器人中,便可利用此力量传感器可以知道机器人本身的速度信息、坐标信息,而不需要输入与调整马达模型(如扭距、电流回路)、运动学、动态学建制等有关于机器人内部控制模块,故不受机器人内部控制模块的限制,而可适用所有厂牌的工业型机器人,搭配本发明亦达成以教导机器人的效果。
另外,力量导引元件只需附加在机器人手臂的末端的抽换元件,换句话说,力量导引元件不需要在机器人其他活动关节轴加入其他任何感测元件,便可以达到上述教导机器人功能,以达到节省成本的目的。
再者,由于本发明是将力量导引元件附加在机器人手臂的末端的抽换元件,无须手持原厂教导器,便能执行以人力拉机器人的方式去教导机器人,自动记录每个移动点,使得机器人知道所要执行的路径,且可重播并调整而可达成力量追踪。
上述步骤及装置不限制用于一机器人,在自动化生产业中,可将此具卸载式的力量导引元件于教导一机器人,便可拆卸下来,再教导另一机器人,藉以达到多机共用的目的。此外,由于都是用同一个力量导引元件,故能控制并确保多个机器人执行相同的所需动作的顺序控制。
以上所述,乃仅记载本发明为呈现解决问题所采用的技术手段的优选实施方式或实施例而已,并非用来限定本发明权利要求书实施的范围。即凡与本发明权利要求书文义相符,或依本发明权利要求书的范围所做的均等变化与修饰,皆为本发明权利要求书的范围所涵盖。

Claims (23)

1.一种用于机器人的直觉式力量导引方法,包括以下步骤:
提供力量传感器,其中该力量传感器可拆卸地装设于机器人,该力量传感器具有六轴荷重元信息;
对该机器人执行路径教导,该路径教导包含以下步骤:
对该机器人执行力量导引模式;
更新该机器人的速度信息,其中该速度信息由该六轴荷重元信息积分而来;
更新该机器人的坐标信息,其中该坐标信息由该机器人的该速度信息积分而来;以及
判断是否完成该路径教导,若否,重新进入对该机器人执行该力量导引模式的步骤,若是,则存取该坐标信息,
其中更新该机器人的该速度信息与更新该机器人的该坐标信息的步骤中,对该机器人在该路径教导中施加外力,经该力量传感器能获得相对加速度,并由控制器获得状态空间函数的多项式
Figure RE-FDA0002385478740000011
对该多项式积分来求得速度信息关系,再由y=cx+du,来得到该机器人更新后的该坐标信息,
其中在公式y=cx+du中:
y为机器人的更新后的坐标信息,
x为机器人的状态空间函数,
u为力量或加速度的变量,
c、d为所述状态空间函数中的比例常数,
在公式
Figure RE-FDA0002385478740000012
中:
Figure RE-FDA0002385478740000013
为速度信息关系,
a、b为所述状态空间函数中的比例常数,其中,
对该机器人执行路径教导还包括以下步骤:
提供近接传感器;
通过所述近接传感器获取第一相对深度信息;以及
藉由该第一相对深度信息,判断是否调整该机器人的刚性值。
2.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中在提供该力量传感器的步骤之前,还包括以下步骤:
初始化该力量传感器。
3.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中在提供该力量传感器的步骤之前,还包括以下步骤:
初始化该力量传感器;
获得该六轴荷重元信息;以及
切换该机器人操作模式。
4.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中在更新该机器人的该速度信息的步骤之前,包括以下步骤:
执行重力补偿。
5.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中在更新该机器人的该坐标信息的步骤后,还包括以下步骤:
插补该机器人的该路径教导,藉以解决不连续的路径教导。
6.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中该速度信息包含该机器人的速度、角速度或速度与角速度。
7.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中对该机器人执行该力量导引模式为以移动该机器人的方式,记录该机器人在该路径教导中每一个六轴荷重元信息。
8.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中该六轴荷重元信息提供力量信息与力矩信息。
9.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中在判断是否调整该机器人的刚性值的步骤后,还包括以下步骤:
若判断不需要调整该机器人的刚性值,将该机器人的刚性值与该第一相对深度信息,以更新至该机器人的该坐标信息。
10.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中在判断是否调整该机器人的刚性值的步骤后,还包括以下步骤:
若判断需要调整该机器人的刚性值,输入该机器人的刚性值,以更新至该机器人的该速度信息。
11.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中在若判断不需要调整该机器人的刚性值步骤后,还包括以下步骤:
提供激光传感器;以及
获取第二相对深度信息,其中该第二相对深度信息的数值小于等于该第一相对深度信息的数值。
12.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中在判断是否调整该机器人的刚性值的步骤中,由虎克定律F=k×Δx可知,对该机器人所施加的外力F、刚性值k与位移量Δx存在线性关系,当该机器人末端接近待加工件时,需提高该机器人的刚性值k,而等比例降低位移量Δx,进而降低该机器人的该速度信息,以提升操作精度,当该机器人末端远离该待加工件时,降低该机器人的刚性值k,进而提升该机器人的速度信息。
13.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中在提供该力量传感器的步骤之前,还包括以下步骤:
初始化该近接传感器。
14.如权利要求1所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中判断是否完成该路径教导的步骤后,还包括以下步骤:
是否切换为自动记录模式。
15.如权利要求14所述的用于机器人的直觉式力量导引方法,其中若判断为自动记录模式,则切换为自动执行并询问该机器人所执行的速度信息。
16.一种用于机器人的直觉式力量导引装置,包括:
机器人,具有操作元件;
抽换元件,耦接于该操作元件;以及
力量导引元件,可拆卸地装设于该抽换元件,其中该力量导引元件包含力量传感器,该力量传感器具有六轴荷重元信息,其中对该机器人的该操作元件执行路径教导,该路径教导为:
对该机器人执行力量导引模式;
更新该机器人的速度信息,其中该速度信息由该六轴荷重元信息积分而来;
更新该机器人的坐标信息,其中该坐标信息由该机器人的该速度信息积分而来;以及
判断是否完成该路径教导,若否,重新进入对该机器人执行该力量导引模式的步骤,若是,则存取坐标信息,
其中更新该机器人的该速度信息与更新该机器人的该坐标信息的步骤中,对该机器人在该路径教导中施加外力,经该力量传感器能获得相对加速度,并由控制器获得状态空间函数的多项式
Figure RE-FDA0002385478740000041
对该多项式积分来求得速度信息关系,再由y=cx+du,来得到该机器人更新后的该坐标信息,
其中在公式y=cx+du中:
y为机器人的更新后的坐标信息,
x为机器人的状态空间函数,
u为力量或加速度的变量,
c、d为所述状态空间函数中的比例常数,
在公式
Figure RE-FDA0002385478740000042
中:
Figure RE-FDA0002385478740000043
为速度信息关系,
a、b为所述状态空间函数中的比例常数,其中,该路径教导还包括:
提供近接传感器;
通过所述近接传感器获取第一相对深度信息;以及
藉由该第一相对深度信息,判断是否调整该机器人的刚性值。
17.如权利要求16所述的用于机器人的直觉式力量导引装置,其中该六轴荷重元信息提供力量信息与力矩信息。
18.如权利要求16所述的用于机器人的直觉式力量导引装置,其中该力量导引元件还包含该控制器,该控制器耦接于该力量传感器。
19.如权利要求16所述的用于机器人的直觉式力量导引装置,其中该力量导引元件还包含:
校正元件,该校正元件耦接于该力量传感器。
20.如权利要求18所述的用于机器人的直觉式力量导引装置,其中该力量导引元件包含该近接传感器,其中,该近接传感器耦接于该控制器。
21.如权利要求18所述的用于机器人的直觉式力量导引装置,其中该力量导引元件还包含:
激光传感器,该激光传感器耦接于该控制器。
22.如权利要求20所述的用于机器人的直觉式力量导引装置,其中该近接传感器能检测机器人的操作元件与待加工件的相对距离。
23.如权利要求21所述的用于机器人的直觉式力量导引装置,其中该激光传感器能精确检测机器人的操作元件与待加工件的相对距离。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9666465B2 (en) * 2013-12-12 2017-05-30 Seagate Technology Llc Positioning apparatus
JP6619395B2 (ja) * 2017-07-12 2019-12-11 ファナック株式会社 ロボットシステムおよびロボットの教示方法
USD883351S1 (en) 2018-05-10 2020-05-05 Robotiq Inc. Robotic end effector
US20210213607A1 (en) * 2018-05-13 2021-07-15 Robotiq Inc. Robotic gripper
JP7310194B2 (ja) * 2019-03-20 2023-07-19 株式会社デンソーウェーブ ロボットシステム
CN110524545A (zh) * 2019-09-12 2019-12-03 德屹智能科技(扬州)有限公司 一种可拆卸终端拖拽示教仪
TWI725630B (zh) 2019-11-21 2021-04-21 財團法人工業技術研究院 加工路徑生成裝置及其方法
TWI805978B (zh) * 2020-12-22 2023-06-21 達明機器人股份有限公司 雙迴路力矩感知系統及其感知方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1200691A (zh) * 1995-09-14 1998-12-02 株式会社安川电机 机器人的教学装置
WO2014110682A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 Robotiq Inc. Force/torque sensor, apparatus and method for robot teaching and operation

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5685106A (en) * 1979-12-14 1981-07-11 Hitachi Ltd Robot teaching method
DE3211992A1 (de) 1982-03-31 1983-10-06 Wagner Gmbh J Verfahren und vorrichtung zum programmieren eines roboters, insbesondere farbspritzroboters
US4608651A (en) 1982-10-28 1986-08-26 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Control system for direct teaching/playback type robots
DE8434357U1 (de) 1984-11-23 1985-04-04 Richter, Hans, 8900 Augsburg Greiferhand bei einem manipulator
JPH02262987A (ja) 1989-04-03 1990-10-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ダイレクト教示方式ロボットの教示装置
US5495410A (en) * 1994-08-12 1996-02-27 Minnesota Mining And Manufacturing Company Lead-through robot programming system
JPH0962334A (ja) 1995-08-25 1997-03-07 Fanuc Ltd リードスルーティーチを安全に遂行するためのロボット制御装置
IL120889A (en) 1997-05-22 1998-10-30 Eshed Robotec 1982 Ltd Method and facility for direct learning of vending machines
JP3212546B2 (ja) 1997-08-25 2001-09-25 ファナック株式会社 ロボット非常停止用デッドマンスイッチ機構並びに教示操作盤
US6285920B1 (en) 2000-02-18 2001-09-04 Fanuc Robotics North America Method of robot teaching with motion constraints
US6385508B1 (en) 2000-10-31 2002-05-07 Fanuc Robotics North America, Inc. Lead-through teach handle assembly and method of teaching a robot assembly
JP2004105791A (ja) 2002-09-13 2004-04-08 Toto Ltd シャワーヘッド
JP2004281750A (ja) 2003-03-17 2004-10-07 Nippon Chemicon Corp 固体電解コンデンサアレイ
US20060178775A1 (en) 2005-02-04 2006-08-10 George Zhang Accelerometer to monitor movement of a tool assembly attached to a robot end effector
JP4281696B2 (ja) 2005-03-14 2009-06-17 セイコーエプソン株式会社 加減速制御方法及び装置並びに加減速制御方法のプログラム
DE102007062108A1 (de) 2007-12-21 2009-07-02 Kuka Roboter Gmbh Industrieroboter und Verfahren zum Programmieren eines Industrieroboters
DE102008063680A1 (de) 2008-10-10 2010-04-15 Abb Ag Verfahren zum Einlernen (Teachen) eines Industrieroboters sowie ein entsprechend ausgestatteter Industrieroboter
WO2010088959A1 (en) 2009-02-06 2010-08-12 Abb Technology Ab Method for programming an industrial robot by lead-through
US20100312391A1 (en) 2009-06-05 2010-12-09 Abb Research Ltd. Calibration Of A Lead-Through Teaching Device For An Industrial Robot
TWM374628U (en) 2009-10-05 2010-02-21 Wen-Chun Chen Control device capable of executing different actions by determining human body approaching distance
FR2962063B1 (fr) * 2010-07-02 2012-07-20 Commissariat Energie Atomique Dispositif robotise d'assistance a la manipulation a rapport d'augmentation d'effort variable
EP2572837B1 (en) * 2010-08-31 2014-06-11 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Robot, robot system, robot control device, and state determining method
US20120130541A1 (en) * 2010-09-07 2012-05-24 Szalek Leszek A Method and apparatus for robot teaching
CN103038028B (zh) 2011-01-27 2015-05-27 松下电器产业株式会社 机器人手臂的控制装置及控制方法、机器人、以及集成电路
JP5636119B2 (ja) 2011-11-30 2014-12-03 パナソニック株式会社 ロボットの教示装置、ロボット装置、ロボットの教示装置の制御方法、ロボットの教示装置の制御プログラム
US20130343640A1 (en) 2012-06-21 2013-12-26 Rethink Robotics, Inc. Vision-guided robots and methods of training them
TW201416815A (zh) 2012-10-23 2014-05-01 Zhong-Peng Su 用於六軸運動姿態感測之方法及其感測系統
CN103425100B (zh) 2013-07-23 2015-10-21 南京航空航天大学 基于力矩平衡的机器人直接示教控制方法
DE102014202145A1 (de) * 2014-02-06 2015-08-06 Kuka Roboter Gmbh Verfahren zum Programmieren eines Industrieroboters und zugehörigerIndustrieroboter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1200691A (zh) * 1995-09-14 1998-12-02 株式会社安川电机 机器人的教学装置
WO2014110682A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 Robotiq Inc. Force/torque sensor, apparatus and method for robot teaching and operation

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Publication number Publication date
US10328581B2 (en) 2019-06-25
CN107336244A (zh) 2017-11-10
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US20170312917A1 (en) 2017-11-02
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