CN108908363B - 用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统及其主动示教方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统及其主动示教方法，系统由无线拖动示教器，无线数据采集卡，上位机，运动，控制器，喷涂机器人构成。本发明示教方法为主动示教，操作者只需很小的力就可完成示教程；示教的过程更直观，因为操作人员可以直接拖动喷涂机器人；示教精度更高，操作人员可以直接拖动喷涂机器人对待喷涂件进行喷涂；示教方式更简单，操作人员只需要有相关喷涂工艺知识，不用具备示教编程等专业知识；无线拖动示教器内部完全封闭，可以起到有效的防爆效果；示教轨迹学习融合多次示教轨迹，轨迹更精确合理。

Description

用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统及其主动示教方法

技术领域

本发明涉及喷涂机器人领域，具体是一种用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统及其主动示教方法。

背景技术

在喷涂机器人示教领域中，示教的质量直接影响批量生产的产品的质量，实现快速直观高精度的示教与再现对工业生产有着重大意义。传统的示教盒示教方法需要操作人员具备一定的专业背景及丰富的示教经验，该方式过程繁琐且示教效率不高。离线编程示教存在示教编程过程不够直观，编程专业性强，示教精度不高等问题。

目前，中国发明专利104759379A公布了一种基于喷涂目标三维成像技术的全流程闭环智能喷涂机器人，其基于三维成像技术进行喷涂轨迹设计，但是在实际现实中由于喷涂环境的复杂性，喷涂料在空气中散布会影响摄像头采集图像，使三维成像不准确，导致喷涂的轨迹与实际待喷涂件不一致。中国发明专利107328357A公布了一种采用机器视觉与光纤陀螺仪配合定位的喷涂示教装置，但是此方案中运用了多台摄像机不仅造价昂贵，而且在喷涂环境下那以实现预期功能。喷涂房中的喷涂料会影响机器视觉的精确度，从而导致示教装置的准确度不好。中国发明专利106938470A公布了一种机器人力控示教模仿学习的装置及方法，其通过操作六自由度并联机器人来自操作六自由度串联操作机器人，但是主从式示教结构使得操作过程不够直观，不易把握操作精度，且由于并联装置本身结构比较复杂，在操作过程中降低了操作机器人灵活性，示教速度也大打折扣。

发明内容 本发明的主要目的是针对现有的喷涂机器人的示教技术存在的不足，提出了一种用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统及其主动示教方法，以达到示教方式简单快速，示教过程直观，示教精度高的目的。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统，其特征在于：包括无线拖动示教器、无线数据采集卡、上位机、运动控制器、喷涂机器人，其中：所述无线拖动示教器包括中空的密封壳体，密封壳体内有六维力/力矩传感器通过法兰盘与喷涂机器人末端相连，喷头通过法兰与无线拖动示教器相连，密封壳体两对称侧分别连接有拖动示教手柄，密封壳体内设有电路板、无线信号发射器、信号放大器，六维力/力矩传感器与信号放大器输入端连接，信号放大器输出端与电路板连接，无线信号发射器输入端与电路板连接；

所述无线数据采集卡接入上位机，上位机与运动控制器通讯连接，运动控制器与喷涂机器人各个关节电机控制连接；

操作者直接操作拖动示教手柄对喷涂机器人进行示教，六维力/力矩传感器感知示教过程中机器人末端喷头的力/力矩，并将力/力矩信号转化为电压信号，经过信号放大器将信号放大，并通过无线信号发射器发送给上位机上的无线数据采集卡；

无线数据采集卡采集六维力/力矩传感器的信号，并将收集到的信号传给上位机处理；上位机接收并处理来自无线数据采集卡的信号，得到并发送补偿运动信号给运动控制器；同时上位机接收来自运动控制器的多条喷涂机器人轨迹的数据，经过其内部机器学习模块将多条轨迹融合为一条最优轨迹，并将此最优运动轨迹保存；

运动控制器接收来自上位机的控制信号，并转化为驱动喷涂机器人各关节电机的驱动信号，驱动喷涂机器人的进行补偿运动，实现主动示教。并将机器人的轨迹传输给上位机；

喷涂机器人接收并执行来自于运动控制器的信号，完成示教任务。

所述的用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统，其特征在于：无线拖动示教器通过连接法兰将其与喷涂机器人末端连接，可以避免反复拆装对六维力/力矩传感器性能的影响，同时由于无线拖动示教器采取的全密封设计，因此具有防爆功能。

所述的用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统，其特征在于：无线拖动示教器中密封壳体内部安装有为其余部分供电的独立电池。

所述的用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统，其特征在于：无线拖动示教器中密封壳体表面设有充电口，充电口配置有充电座，充电口电插接在充电座上，由充电口和充电座连接密封壳体内部电池和外部电源。

所述的用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统，其特征在于： 其中一个拖动示教手柄上分别设有轨迹记录开关，另一个拖动示教手柄上设有喷料开关，密封壳体表面设有急停按钮，上述轨迹记录开关、喷料开关、急停按钮按下后，信号经放大器放大后，由无线信号发射器发送给上位机，无线数据采集卡接收信号后传送给上位机做信号处理，控制轨迹记录的启闭，喷头的启闭和急停。

用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统的主动示教方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、开启快速示教系统，进行系统的初始化；

（2）、检测传感器单元是否有反馈，检测各个模块之间网络通讯状态是否良好，检测系统是否一切正常；

（3）、操作拖动示教手柄，将喷涂机器人拖动到起始示教位置，准备开始主动示教；

（4）、按下示教轨迹采集开关，开始主动示教任务；

（5）、在主动示教过程中，布置在喷涂机器人末端的六维力/力矩传感器测得作用在喷涂机器人末端的力/力矩，并将信号通过放大器放大后，通过无线发射模块发给上位机上的无线数据采集卡，经无线数据采集卡传输到上位机，上位机处理分析数据信息后，向运动控制器发动补偿运动信号，运动控制器将补偿运动信号转化为驱动信号驱动喷涂机器人完成相应的主动示教，上位机并记录喷涂机器人的轨迹；

（6）、经多次示教过后，上位机内机器学习模块将多条轨迹融合为一条最优轨迹，并将此最优运动轨迹保存；

（7）、完成快速示教，关闭快速示教系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.示教为主动示教，操作者只需很小的力就可完成示教过程；

2.示教的过程更直观，因为操作人员可以直接拖动喷涂机器人；

3.示教精度更高，操作人员可以直接操作拖动喷涂机器人对待喷涂件进行喷涂；

4.示教方式更简单，操作人员只需要有相关喷涂工艺知识，不用具备示教编程等专业知识；

5.无线拖动示教器内部完全封闭，可以起到有效的防爆效果；

6.示教轨迹更精确，因为本示教轨迹由多个示教轨迹融合而成。

附图说明

图1是本发明一种用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统图；

图2是本发明无线拖动示教器与喷涂机器人连接爆炸图；

图3是本发明无线拖动示教器的装配图；

图4是本发明无线拖动示教器内部结构图；

图5是本发明无线拖动示教器充电座及充电示意图；

图6是本发明无线拖动示教器原理图；

图7是本发明快速示教的原理框图；

图8是本发明的控制方法的流程图；

图中标号：

1待喷涂件；2无线拖动示教器；3喷涂机器人；4运动控制器；5上位机；6无线数据采集卡。

2_1拖动示教手柄；2_2轨迹记录开关；2_3急停按钮；2_4六维力/力矩传感器；2_5喷料开关；2_6连接法兰；2_7电池；2_8无线信号发射器；2_9电路板；2_10信号放大器；2_11充电口；2_12充电座。

3_1喷头；3_2喷涂机器人连接法兰；3 _3喷涂机器人腕部关节。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-图7所示，用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统，包括无线拖动示教器2、无线数据采集卡6、上位机5、运动控制器4、喷涂机器人3及待喷涂件1，其中：无线拖动示教器2包括中空的密封壳体，密封壳体内的六维力/力矩传感器2_4通过连接法兰2_6与喷涂机器人末端相连，喷头3_1与无线拖动示教器壳体2_1上的法兰相连。密封壳体两对称侧分别连接有拖动示教手柄2_1，密封壳体内设有电路板2_9、无线信号发射器2_8、信号放大器2_10，六维力/力矩传感器2_4与信号放大器2_10输入端连接，信号放大器2_10输出端与电路板2_9连接，无线信号发射器2_8输入端与电路板2_9连接；

无线拖动示教器2包括拖动示教手柄2_1，六维力/力矩传感器2_2。无线拖动示教器2上的连接法兰2_6将其与喷涂机器人3连接，可以避免反复拆装对六维力/力矩传感器2_4性能的影响。操作者直接操作拖动示教手柄2_1对喷涂机器人3进行示教，六维力/力矩传感器2_2用于感知示教过程中机器人3末端的力/力矩，并将力/力矩信号转化为电压信号，经过信号放大器2_10将信号放大，并通过无线信号发射器2_8发送给无线数据采集卡6。无线数据采集卡6采集六维力/力矩传感器2_2的信号，并将收集到的信号传给上位机5处理。上位机5接收并处理来自无线数据采集卡6的信号，得到并发送补偿运动信号给运动控制器4。接收来自运动控制器4的多条喷涂机器人轨迹的数据，经过其内部机器学习模块将多条轨迹融合为一条最优轨迹，并将此最优运动轨迹保存。运动控制器4接收来自上位机5的控制信号，并转化为驱动喷涂机器人3各关节电机的驱动信号，驱动喷涂机器人3的进行补偿运动。并将机器人3的轨迹传输给上位机5。喷涂机器人3为系统的执行部分，接收来自于运动控制器4的信号，完成示教任务。

充电时将无线拖动示教器的连接法兰2_6与喷涂机器人连接法兰3_2拆开后，直接将无线拖动示教器的充电口2_11放置在充电座2_12上，等待充电完成即可。

如图8所示，本发明提到的一种用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统的主动示教方法，包括以下步骤：

1.开启主动示教系统，进行系统的初始化；

2.检测传感器单元是否有反馈，检测各个模块之间网络通讯状态是否良好，检测系统是否一切正常；

3.操作拖动示教手柄2_1，将喷涂机器人3拖动到起始示教位置，准备开始快速示教；

4.按下示教轨迹采集开关2_5，开始快速示教任务；

5.在主动示教过程中，布置在喷涂机器人3末端的六维力/力矩传感器2_4测得作用在喷涂机器人3末端的力/力矩，并将信号通过放大器放大后，通过无线发射模块发给上位机5上的无线数据采集卡6，经无线数据采集卡6传输到上位机5，上位机处理分析数据信息后，向运动控制器4发动补偿运动信号，运动控制器将补偿运动信号转化为驱动信号驱动喷涂机器人3完成相应的主动示教，上位机5并记录喷涂机器人3的轨迹；

6.多次示教过后，上位机5机器学习模块将多条轨迹融合为一条最优轨迹，并将此最优运动轨迹保存；

7.完成快速示教，关闭快速示教系统。

Claims (5)

1.用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统，其特征在于：包括无线拖动示教器、无线数据采集卡、上位机、运动控制器、喷涂机器人，其中：所述无线拖动示教器包括中空的密封壳体，密封壳体内有六维力/力矩传感器通过连接法兰与喷涂机器人末端相连，喷头通过法兰与无线拖动示教器相连，密封壳体两对称侧分别连接有拖动示教手柄，密封壳体内设有电路板、无线信号发射器、信号放大器，六维力/力矩传感器与信号放大器输入端连接，信号放大器输出端与电路板连接，无线信号发射器输入端与电路板连接；所述无线数据采集卡接入上位机，上位机与运动控制器通讯连接，运动控制器与喷涂机器人各个关节电机控制连接；操作者直接操作拖动示教手柄对喷涂机器人进行示教，六维力/力矩传感器感知示教过程中喷涂机器人末端喷头的力/力矩，并将力/力矩信号转化为电压信号，经过信号放大器将信号放大，并通过无线信号发射器发送给上位机上的无线数据采集卡；无线数据采集卡采集六维力/力矩传感器的信号，并将收集到的信号传给上位机处理；上位机接收并处理来自无线数据采集卡的信号，得到并发送补偿运动信号给运动控制器；同时上位机接收来自运动控制器的多条喷涂机器人轨迹的数据，经过其内部机器学习模块将多条轨迹融合为一条最优轨迹，并将此最优轨迹保存；运动控制器接收来自上位机的控制信号，并转化为驱动喷涂机器人各关节电机的驱动信号，驱动喷涂机器人进行补偿运动，实现主动示教，并将喷涂机器人的轨迹传输给上位机；喷涂机器人接收并执行来自于运动控制器的信号，完成示教任务；

其中一个拖动示教手柄上设有轨迹记录开关，另一个拖动示教手柄上设有喷料开关，密封壳体表面设有急停按钮，上述轨迹记录开关、喷料开关、急停按钮按下后，信号经信号放大器放大后，由无线信号发射器发送给上位机，无线数据采集卡接收信号后传送给上位机做信号处理，控制轨迹记录的启闭，喷头的启闭和急停。

2.根据权利要求1所述的用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统，其特征在于：无线拖动示教器通过连接法兰将其与喷涂机器人末端连接，避免反复拆装对六维力/力矩传感器性能的影响，同时由于无线拖动示教器采取的全密封设计，因此具有防爆功能。

3.根据权利要求1所述的用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统，其特征在于：无线拖动示教器中密封壳体内部安装有为其余部分供电的独立电池。

4.根据权利要求3所述的用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统，其特征在于：无线拖动示教器中密封壳体表面设有充电口，充电口配置有充电座，充电口电插接在充电座上，由充电口和充电座连接密封壳体内部电池和外部电源。

5.根据权利要求1所述的用于喷涂机器人的无线拖动示教器系统的主动示教方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、开启无线拖动示教器系统，进行系统的初始化；

（2）、检测传感器单元是否有反馈，检测各个模块之间网络通讯状态是否良好，检测系统是否一切正常；

（3）、操作拖动示教手柄，将喷涂机器人拖动到起始示教位置，准备开始主动示教；

（4）、按下轨迹记录开关，开始主动示教任务；

（5）、在主动示教过程中，布置在喷涂机器人末端的六维力/力矩传感器测得作用在喷涂机器人末端的力/力矩，并将信号通过信号放大器放大后，通过无线信号发射器发给上位机上的无线数据采集卡，经无线数据采集卡传输到上位机，上位机处理分析数据信息后，向运动控制器发动补偿运动信号，运动控制器将补偿运动信号转化为驱动信号驱动喷涂机器人完成相应的主动示教，上位机并记录喷涂机器人的轨迹；

（6）、经多次示教过后，上位机内机器学习模块将多条轨迹融合为一条最优轨迹，并将此最优轨迹保存；

（7）、完成快速示教，关闭无线拖动示教器系统。

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