CN108922364A - 工业机器人的教学装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业机器人技术领域，为了解决现有教学装置的机械手在电源故障停电时下摆而对机械手下方的操作者造成伤害的问题，提供了一种工业机器人的教学装置，包括用于教学的机械手，机械手包括多个依次活动连接的活动臂，其中，机械手上设置有制动机构，制动机构与机械手的电源连通，制动机构在电源故障停电时可对活动臂反向施力并发出警报音。

Description

工业机器人的教学装置

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体为一种工业机器人的教学装置。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。其中，运行的程序的输入方式多采用教学方式完成输入。所谓教学，即将特定路径的起点、终点、关键点坐标值及运动方式预先存储在机器人控制器中，由运动控制器根据起点、终点、关键点的坐标值，按照指定的运动方式完成路径规划和轨迹插补，进而驱动工业机器人沿着该特定路径运动。

现目前，工业机器人的教学分为直接教学和教学盒教学，其中，直接教学就是操作者直接拿着工业机器人的末端移动实现教学。在直接教学的过程中，由于需要操作者直接拿着工业机器人的末端进行操作，如需要工业机器人完成货物的装载时，操作者站在工业机器人的下方，首先操控工业机器人的机械手达到堆放货物的地方，然后，控制机械手抓取住货物，最后再操控机械手摆动并将抓取的货物放置到指定的地方，从而完成货物的装载。

机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成，执行机构分为手部、手臂、躯干，其中手臂作为引导手部能够准确地抓取住工件并运送到所需的位置上，手臂通常会由多个通过活动关节依次连接的活动臂构成，运作时，通过各个活动臂之间的相对运动实现手臂在不同方向上的摆动。然而，由于机械手使用的时候需要电源对它进行供电后使用，而在工业机器人工作的时候，偶尔会因为个别原因出现意外停电的情况，如电力系统负载过大导致跳闸，又或者电路老化等原因。然而，如果在发生停电时机械手抓取有货物，在停电瞬间机械手在货物重力的带动下就有可能会出现向下摆动的情况，而若此时操作者或其他工人站在了机械手的下方，而下摆的机械手就会对下方的操作者或工人造成伤害，存在有极大的安全隐患。

发明内容

本发明意在提供一种工业机器人的教学装置，以解决现有教学装置的机械手在电源故障停电时下摆而对机械手下方的操作者造成伤害的问题。

本发明提供基础方案是：工业机器人的教学装置，包括用于教学的机械手，机械手包括多个依次活动连接的活动臂，其中，机械手上设置有制动机构，制动机构与机械手的电源连通，制动机构在电源故障停电时可对活动臂反向施力并发出警报音。

基础方案的工作原理：多个活动连接的活动臂可以实现机械手在多个维度上的自由摆动，在接通电源后，操作者可以操作机械手进行教学；考虑到在电源出现故障停电的时候，处于工作状态的机械手在自身重力或抓取货物的重力作用下出现向下摆动的情况，此时活动臂就会向下运动，因此本方案中还在机械手上设置有制动机构，在电源出现故障停电的时候，此时制动机构对活动臂反向施力，即在活动臂向下运动的时候，制动机构会给活动臂一个向上的作用力，这个作用力的施加就会使得活动臂出现向上运动的趋势，而这个向上的作用力抵消了部分向下的重力，因此活动臂在收到向上的作用力后，活动臂向下摆动的速度得以减慢，即活动臂向下摆动的运动得到了缓冲；同时制动机构还发出警报音，操作者在听到警报音后可以在第一时间离开机械手附近，而且机械手的下摆运动得到了缓冲，下摆的速度减小，使得操作者有充足的时间远离机械手附近，也就避免了由于机械手的电源出现故障停电从而出现安全事故的现象。

基础方案的有益效果是：与现有的教学装置相比较，1.本发明中对机械手设置有制动机构，当出现了故障停电的时候，制动机构的反向施力可以对机械手活动臂的下摆运动进行缓冲，同时制动机构发出的警报音告知操作者在第一时间远离机械手附近，如此一来，操作者就有充足的时间及时远离机械手附近，也就避免了安全事故的发生；

2.制动机构是与机械手的电源连接的，一来省去了另设电源的成本，第二，将制动机构与机械手的电源连接，在电源出现故障停电，制动机构的启动与机械手的下摆就是同时进行，保证制动机构对机械手的缓冲在第一时间内进行，从而使得进一步降低了安全事故的发生可能。

优选方案一：作为基础方案的优选，多个活动臂通过万向节活动依次连接。有益效果：万向节的设置保证了各个活动臂之间的自由转动。

优选方案二：作为优选方案一的优选，制动机构包括气囊，气囊在电源故障停电时压缩。有益效果：在电源故障停电时，气囊压缩，气囊内气体的体积也就被压缩，此时气囊内的气压就会增大，当活动臂下摆与压缩的气囊接触后挤压气囊，由于此时气囊内的气压有所增大，因此此时的气囊在收到活动臂的挤压时，气囊就会对活动臂反向施力，减缓活动臂的下摆运动，

优选方案三：作为优选方案二的优选，气囊设置在相邻两个活动臂的夹角处。有益效果：在机械手运动的过程中，相邻两个活动臂的夹角也就发生变化，而当活动臂下摆时，夹角是会减小的，因此将气囊设置在两个活动臂的夹角处，这样一来，在电源停电时，一旦活动臂出现了下摆，夹角处的气囊就会被下摆的活动臂挤压，从而反向推动活动臂，降低活动臂下摆的速度，即本方案中利用活动臂的下摆压缩气囊，而不需另设压缩机构压缩气囊，节约了装置的成本。

优选方案四：作为优选方案三的优选，气囊的上端设置有出气口，出气口连通有出气管，出气管沿活动臂设置，出气管的出气端设置在机械手的顶部。有益效果：在活动臂因为电源故障停电而出现下摆时，此时气囊被压缩，反向推动活动臂，减缓活动臂的下摆运动，而在这个过程中，气囊内的部分气体会通过出气口进入到气囊连通的出气管内，然后经由出气管的出气端喷出，而又由于出气管的出气端是设置在机械手顶部的，因此出气管内的气体就会从机械手顶部喷出，而喷出的气体会形成气流，从而对身处机械手顶部位置处的操作者起到示警作用，提醒操作者第一时间远离机械手顶部，同时喷出的气流施加给机械手顶部一个反向的推力，从而对机械手顶部的下降造成阻碍，进而使得机械手顶部缓慢降落，使得操作者有足够的时间远离机械手顶部。

优选方案五：作为优选方案四的优选，出气管设置哨子，出气管出气时可使得哨子发声。有益效果：出气管在出气的时候会使得哨子内的空气振动，哨子发声，发出警示音，提醒机械手下方的人员在第一时间远离机械手，避免安全事故的发生。

优选方案六：作为优选方案三的优选，气囊包括第一气腔和第二气腔，第一气腔与第二气腔之间设置有由电源供电的常开电磁阀，在常开电磁阀开启时第一气腔与第二气腔连通。有益效果：由于在机械手正常时候的时候，活动臂也会有下摆运动的时候，所以就需要气囊仅在电源出现故障停电时才会被下摆的活动臂压缩，因此本方案中，在气囊内设置有常开电磁阀，在电源正常供电时，即机械手正常工作，此时常开电磁阀处于开启状态，第一气腔和第二气腔连通，此时即使气囊被压缩，由于第一气腔跟第二气腔是连通的，所以气囊的气体在两个气囊之间流动，也就不会出现气囊内部气压增大的现象；而在电源故障停电时，此时常开电磁阀关闭，第一气腔与第二气腔不再连通，此时气囊压缩后，第一气腔内的气体也就不能在流入到第二气腔中，第一气腔内的气压增大，对活动臂施加反向的作用力，起到缓冲的作用。

附图说明

图1为本发明工业机器人的教学装置实施例的主视图；

图2为图1中伸缩件的剖视图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为图1中制动机构中第一气囊的结构示意图；

图5为图1中机械手的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：第二活动臂21、第一活动臂23、支撑件30、制动机构40、出气管41、滑动杆31、固定杆33、定位孔311、滑槽330、定位杆331、安装槽337、电磁铁335、第一气腔410、常开电磁阀430、第二气腔450、夹持块91、弧形腔92、通道93、吸盘94、第二气囊95、波纹管96。

如图1所示的工业机器人的教学装置，包括用于教学的机械手，机械手包括三个依次活动连接的活动臂，三个活动臂包括与机械手底座连接的第一活动臂23、与第一活动臂23连接的第二活动臂21以及与连接在第二活动臂21上的第三活动臂，相邻的两个活动臂通过万向节连接，以实现机械手在多个维度上的转动；

机械手上设置有制动机构40，制动机构40与机械手的电源连通，制动机构40在电源故障停电时可对活动臂反向施力并发出警报音，具体的，本实施例中的制动机构40包括第一气囊跟连接在第一气囊上的出气管41，第一气囊安装在第一活动臂23与第二活动臂21的夹角处，在第一气囊的上端设置有出气口，出气口连通出气管41，出气管41沿着机械手设置，且出气管41的出气端设置在机械手顶部，即机械手设置夹爪的一端；

为了实现制动机构40的报警，在出气管41的出气端设置有哨子，如此一来，出气管41在出气的时候会使得哨子内的空气振动，哨子发声，发出警示音；为了实现制动机构40在电源故障停电时可对活动臂反向施力，本实施例中第一气囊包括第一气腔410和第二气腔450，第一气腔410靠近第二活动臂21，第二气腔450靠近第一活动臂23，如图4所示，第一气腔410与第二气腔450之间设置有由电源供电的常开电磁阀430，在常开电磁阀430开启时第一气腔410与第二气腔450连通。

进一步，本实施例中，机械手还包括有可伸缩的支撑件30，支撑件30的上端活动连接在第二活动臂21上，支撑件30的下端活动连接在第一活动臂23上；支撑件30在电源正常供电时可自由伸缩，支撑件30在电源故障停电时处于定长状态；具体的，本实施例中，如图2所示，伸缩件包括下端的固定杆33和上端的滑动杆31，固定杆33的下端活动连接在第一活动臂23上，固定杆33的上端设置有滑槽330，滑动杆31的下端滑动连接在滑槽330内，滑动杆31的上端活动连接在第二活动臂21上，而为了实现在电源正常供电时滑动杆31可在滑槽330内自由滑动，在电源故障停电时，滑动杆31会固定在滑槽330内，本实施例中滑动杆31上沿径向设置有定位孔311，四个定位孔311沿轴向设置在滑动杆31上，固定杆33左侧的内壁上开设有安装槽337，安装槽337内设置有定位杆331，定位杆331在电源故障停电时伸出安装槽337内插入一个定位孔311内，如图3所示，为了方便定位杆331插入定位孔311中，又将定位杆331的右端设置成了楔形端，定位杆331的左端则通过弹性件与固定杆33的内壁连接，本实施例中的弹性件选择有压簧，安装槽337内设置有与电源连通的电磁铁335，定位杆331的左端设置有铁制贴片，这样一来，在电源故障停电时，电磁铁335不再吸附定位杆331，定位杆331在压簧的作用下弹出安装槽337，从而插入定位孔311内。

使用时，通过万向节连接的三个活动连接的活动臂可以实现机械手在多个维度上的自由摆动，在接通电源后，操作者可以操作机械手进行教学；在电源出现故障停电的时候，机械手会向下摆动，即此时第一活动臂23和第二活动臂21会向下摆动，而在这个过程中，第一活动臂23与第二活动臂21的夹角会减小，因此，第一气囊就会受力被压缩，而由于停电后常开电磁阀430处于关闭状态，此时原本连通的第一气腔410和第二气腔450不再连通，即使第一气囊受力被压缩，第一气腔410内的气体也就不能在流入到第二气腔450中，第一气腔410内的气压增大，对活动臂施加反向的作用力，起到缓冲的作用，第二活动臂21向下摆动的速度得以减慢，即第二活动臂21向下摆动的运动得到了缓冲；同时，由于第一气囊连通有出气管41，第一气囊在被压缩后，第一气囊内的部分气体会经过第一气囊上开设的出气口流入到出气管41中，然后从出气管41的出气端喷出，从而与下降的机械手形成逆向喷射，施加给机械手顶部一个反向的推力，进一步阻碍机械手的下降，机械手的下摆运动得到了缓冲，下摆的速度减小，使得操作者有充足的时间远离机械手附近，也就避免了由于机械手的电源出现故障停电从而出现安全事故的现象，而且哨子在此过程中发生警报音，操作者在听到警报音后可以在第一时间离开机械手附近。

同时，在电源出现故障停电时，处于工作状态的机械手在自身重力或抓取货物的重力作用下出现向下摆动的情况，此时活动臂就会向下运动，而由于支撑件30的上端连接在第二活动臂21上，下端连接在第一活动臂23上，此时第一活动臂23、第二活动臂21以及中间的支撑件30形成一个三角结构，在电源正常时，支撑件30可自由伸缩，即在第一活动臂23、第二活动臂21相离运动时，支撑件30伸长，在第一活动臂23、第二活动臂21相向运动时，支撑件30缩短，因此并不会对第一活动臂23、第二活动臂21的运动造成阻碍，而在电源出现故障停电的时候，此时支撑件30处于定长状态，即支撑件30不再伸缩，这种状态下，当第一活动臂23、第二活动臂21有出现相离运动的趋势时，支撑件30对两个活动臂施加拉力，当第一活动臂23、第二活动臂21出现相向运动时，支撑件30对第一活动臂23、第二活动臂21施加推力，也就是说，在电源出现故障时，支撑件30对第一活动臂23、第二活动臂21施加的作用力使得两个活动臂保持稳定不动的状态，因此也就避免了由于机械手的电源出现故障停电从而出现安全事故的现象。

上述过程中，本实施例中采用了固定杆33和滑动杆31的配合以实现支撑件30的可伸缩，具体的，当滑动杆31滑入滑槽330时，支撑件30缩短，在滑动杆31滑出滑槽330时，支撑杆伸长，在电源故障时，安装槽337内的定位杆331伸出安装槽337并插入一个定位孔311中，此时滑动杆31也就被固定在了固定杆33内，从而实现对活动臂的支撑；再有，利用电磁铁335与铁制铁片的配合，在电源正常供电时，此时电磁铁335具有磁性，吸附定位杆331连接端上的铁制贴片，定位杆331此时位于安装槽337内，滑动杆31可以在滑槽330中自由滑动，而在电源故障停地时，此时电磁铁335不再带有磁性，定位杆331在弹性件的作用下对推出安装槽337，从而插入滑动杆31上的定位孔311中。

优选的，如图5所示，本实施例中的机械手上的包括两块夹持块91，两块夹持块91相对的一侧开设有半圆形的弧形腔92，两块夹持块91对合时弧形腔92形成夹持重物的圆形腔，夹持块91弧形腔92处开设有通道93，通道93内设有朝向弧形腔92内的吸盘94，通道93内远离弧形腔92的一侧设有与吸盘94固接的第二气囊95，第二气囊95与通道93内壁粘接，第二气囊95远离吸盘94的一侧与第二气腔450之间设有波纹管96，第二气腔450与波纹管96的连接处设置有薄膜。

在机械手夹持有物品时，物品被夹持在两块夹持块91对合形成的圆形腔内时，若此时发生故障停电，由于第二气囊95远离吸盘94的一侧与第二气腔450之间设有波纹管96，第二气腔450在受到两个活动壁的挤压后，第二气腔450内的空气就会冲破薄膜从而通过波纹管96进入第二气囊95内使第二气囊95发生膨胀，又因为吸盘94与第二气囊95固接，膨胀的第二气囊95会推动吸盘94向外，吸盘94朝向弧形腔92内，所以吸盘94会瞬间被推动到圆形腔内与重物贴合，从而达到对重物的吸引作用，避免因故障断电而使得机械手不能再继续夹持物品使得物品下落砸伤工人。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.工业机器人的教学装置，包括用于教学的机械手，所述机械手包括多个依次活动连接的活动臂，其特征在于：所述机械手上设置有制动机构，所述制动机构与所述机械手的电源连通，所述制动机构在所述电源故障停电时可对所述活动臂反向施力并发出警报音。

2.根据权利要求1所述的工业机器人的教学装置，其特征在于：多个所述活动臂通过万向节活动依次连接。

3.根据权利要求1所述的工业机器人的教学装置，其特征在于：所述制动机构包括气囊，所述气囊在所述电源故障停电时压缩。

4.根据权利要求3所述的工业机器人的教学装置，其特征在于：所述气囊设置在相邻两个所述活动臂的夹角处。

5.根据权利要求4所述的工业机器人的教学装置，其特征在于：所述气囊的上端设置有出气口，所述出气口连通有出气管，所述出气管沿所述活动臂设置，所述出气管的出气端设置在所述机械手的顶部。

6.根据权利要求5所述的工业机器人的教学装置，其特征在于：所述出气管设置哨子，所述出气管出气时可使得所述哨子发声。

7.根据权利要求4所述的工业机器人的教学装置，其特征在于：所述气囊包括第一气腔和第二气腔，所述第一气腔与所述第二气腔之间设置有由所述电源供电的常开电磁阀，在所述常开电磁阀开启时所述第一气腔与所述第二气腔连通。