CN110977946A - 一种机器人示教用末端坐标球 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人示教用末端坐标球。它包括中心球体、x轴标、y轴标、z轴标、连接法兰；中心球体上设有多个两两相互垂直的螺纹安装孔、x轴标、y轴标、z轴标和连接法兰，x轴标、y轴标、z轴标分别通过螺纹安装孔与中心球体相连接，连接法兰一端通过中心球体上两两相互垂直的螺纹安装孔与中心球体相连接，连接法兰另一端与机器人末端关节相连接，且使中心球体、x轴标、y轴标、z轴标和连接法兰组装后构成一笛卡尔直角坐标系。该机器人示教用末端坐标球安装调节方便，能够适应不同机器人关节坐标系，末端坐标球能够方便、直观地显示机器人末端关节空间位置与姿态，从而能够有效提高机器人调试效率与准确性。

Description

一种机器人示教用末端坐标球

技术领域

本发明属于机器人示教技术领域，尤其涉及一种机器人示教用末端坐标球。

背景技术

自20世纪50年代末至90年代,世界上应用的工业机器人绝大多数为示教再现型工业机器人(即第一代机器人)。在80年代之前,以人工导引末端执行器(俗称手把手示教)及机械模拟装置两种示教方式居多,在点到点(点位控制)和不需要很精确路径控制的场合,用上述示教方式可降低成本；20世纪80年代后半期至90年代生产的工业机器人一般都具有人工导引和示教盒示教两种功能。采用示教盒示教可大大提高控制精度,并能控制机器人速度,且免除了人工导引的繁重操作。我国"七五"攻关和"八五"期间研制、生产的工业机器人多属示教再现型机器人。示教再现机器人是一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人，示教再现机器人的基本结构，是由机器人本体、执行机构、控制系统、示教盒等部分组成。机器人本体一般采用直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型或多关节型。示教再现是一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人。"示教编程"指通过下述方式完成程序的编制:由人工导引机器人末端执行器(安装于机器人关节结构末端的夹持器、工具、焊枪、喷枪等),或由人工操作导引机械模拟装置,或用示教盒(与控制系统相连接的一种手持装置,用以对机器人进行编程或使之运动)来使机器人完成预期的动作；"作业程序"(任务程序)为一组运动及辅助功能指令,用以确定机器人特定的预期作业,这类程序通常由用户编制。由于此类机器人的编程通过实时在线示教程序来实现,而机器人本身凭记忆操作,故能不断重复再现。多关节型机器人本体占地面积小，动作范围大，空间速度快，灵活性和通用性好，已逐步成为机器人机械结构的主流。执行机构逐步由液动向全电动发展。采用示教再现(teaching/playback)方式(简称T/P方式),可使机器人具有方式通用性和灵活性。T/P方式是用自动化机械代替人工作业的最直接的方法。T/P机器人的控制系统的主要功能有:①对外部环境的检测、感觉功能；②对作业知识的记忆功能；③位置控制及加减速控制功能；④反复动作指定功能；⑤有条件无条件跳转功能；⑥对外部设备的控制功能等。目前上述功能是通过微处理机系统的软硬件巧妙结合来实现的。控制方式主要有点位控制和连续轨迹控制两种。在中国发明专利说明书CN106166738B中公开了一种手把手拖动可悬停示教机器人，包括基座、固定在基座上的旋转座、与旋转座连接的多关节臂，多关节臂与旋转座的连接关节、以及多关节臂自身的各关节处均通过旋转关节轴转动连接，每个旋转关节轴上均设有用于抵消扭矩、实现悬停的配重平衡机构，配重平衡机构包括配重杆和重量能够调节的配重块，配重杆的一端支于配重块上，其另一端与所述旋转关节轴转动连接。一种手把手拖动可悬停示教机器人，采用配重平衡的方式抵消扭矩的不平衡，让示教操作更轻便，同时可以调节的配重平衡使得其能够实现悬停，相较于传统的示教机器人能够最大程度的降低成本；阻尼机构通过调节旋转摩擦力的方式来补偿扭矩差值，使得悬停更可靠，并保持。但是，机械臂末端运动示教是机器人集成应用的一项必要前期工作。然而，由于机器人末端法兰通常为圆柱状结构，其空间定位或姿态调节运动不够直观。对于机器人应用工程师而言，不直观的末端关节运动将给机器人调试工作带来一定困难，如：导致末端工具安装错误使得机器人关节运动范围未有效利用、机器人在正常运动范围内出现奇点等。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种机器人示教用末端坐标球。它具有利用公开的末端坐标球包含了三对两两互相垂直的坐标轴，通过将末端坐标球安装在机器人末端法兰之上，能够清晰且直观地显示机器人末端关节空间位置与姿态，从而能够有效提高机器人调试效率与准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种机器人示教用末端坐标球。它包括中心球体、x轴标、y轴标、z轴标、连接法兰；中心球体上设有多个两两相互垂直的螺纹安装孔、x轴标、y轴标、z轴标和连接法兰，x轴标、y轴标、z轴标分别通过螺纹安装孔与中心球体相连接，且使x轴标、y轴标、z轴标之间处于两两相互垂直；连接法兰一端通过中心球体上两两相互垂直的螺纹安装孔与中心球体相连接，连接法兰另一端与机器人末端关节相连接，且使中心球体、x轴标、y轴标、z轴标和连接法兰组装后构成一笛卡尔直角坐标系。

x轴标、y轴标、z轴标的一端分别设有连接螺纹轴，x轴标、y轴标、z轴标分别通过各自连接螺纹轴与中心球体上的螺纹安装孔相连接。

连接法兰一端设有螺纹轴，通过螺纹轴与中心球体上的螺纹安装孔与中心球体相连接；连接法兰另一端设若干个连接法兰孔，若干个连接法兰孔组成连接法兰孔组，通过法兰孔组与机器人末端关节相连接。

中心球体、x轴标、y轴标、z轴标、连接法兰组装后共同构成一笛卡尔直角坐标系，通过连接法兰与机器人末端关节相连接，将在机器人末端关节形成一直观笛卡尔直角坐标系，从而达到显示机器人末端关节空间位置与姿态的目的。

当x轴标、y轴标、z轴标相对安装位置确定后，中心球体上仍有多个空余螺纹安装孔，连接法兰还可以与中心球体上不同的空余螺纹安装孔相连接，如图示与第一方向、第二方向、第三方向等中任意一个螺纹安装孔相连接，从而实现x轴标、y轴标、z轴标在机器人末端关节上相对位置的灵活变换，进而达到适应不同机器人关节坐标系的目的。

与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：由于采用了上述结构，通过中心球体、x轴标、y轴标、z轴标和连接法兰组装后，能够在机器人末端关节形成一直观笛卡尔直角坐标系，从而达到显示机器人末端关节空间位置与姿态的目的，该机器人示教用末端坐标球安装调节方便，能够适应不同机器人关节坐标系，末端坐标球能够方便、直观地显示机器人末端关节空间位置与姿态，从而能够有效提高机器人调试效率与准确性。

附图说明

图1为本发明组成结构示意图；

图2为本发明结构分解示意图；

图3为本发明连接法兰与中心球体不同位置相连接结构示意图；

图中：1－中心球体、2－x轴标、3－z轴标、4－y轴标、5－连接法兰、6－连接螺纹轴、7－螺纹安装孔、8－螺纹轴、9－法兰孔组、A－第一方向、B-第二方向和C-第三方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1至图3示出了本发明各种结构示意图。如图1至图3所示，本发明提供了一种机器人示教用末端坐标球。它包括中心球体1、x轴标2、y轴标4、z轴标3、连接法兰5；中心球体1上设有多个两两相互垂直的螺纹安装孔7、x轴标2、y轴标4、z轴标3和连接法兰5，x轴标2、y轴标4、z轴标3分别通过螺纹安装孔7与中心球体1相连接，且使x轴标2、y轴标4、z轴标3之间处于两两相互垂直；连接法兰5一端通过中心球体1上两两相互垂直的螺纹安装孔7与中心球体1相连接，连接法兰5另一端与机器人末端关节相连接，且使中心球体1、x轴标2、y轴标4、z轴标3和连接法兰5组装后构成一笛卡尔直角坐标系。所述笛卡尔直角坐标系就是直角坐标系和斜角坐标系的统称。相交于原点的两条数轴，构成了平面放射坐标系。如两条数轴上的度量单位相等，则称此放射坐标系为笛卡尔坐标系。两条数轴互相垂直的笛卡尔坐标系，称为笛卡尔直角坐标系，否则称为笛卡尔斜角坐标系。二维的直角坐标系是由两条相互垂直、0点重合的数轴构成的。在平面内，任何一点的坐标是根据数轴上对应的点的坐标设定的。在平面内，任何一点与坐标的对应关系，类似于数轴上点与坐标的对应关系。采用直角坐标，几何形状可以用代数公式明确的表达出来。几何形状的每一个点的直角坐标必须遵守这代数公式。笛卡尔坐标系就是直角坐标系和斜角坐标系的统称。相交于原点的两条数轴，构成了平面放射坐标系。x轴标2、y轴标4、z轴标3的一端分别设有连接螺纹轴6，x轴标2、y轴标4、z轴标3分别通过各自连接螺纹轴6与中心球体1上的螺纹安装孔7相连接。x轴标2、y轴标4、z轴标3与中心球体1实现连接后，可保持两两相互垂直。连接法兰5一端设有螺纹轴8，通过螺纹轴8与中心球体1上的螺纹安装孔7与中心球体1相连接；连接法兰5另一端设若干个连接法兰孔，若干个连接法兰孔组成连接法兰孔组9，通过法兰孔组9与机器人末端关节相连接。中心球体1、x轴标2、y轴标4、z轴标3、连接法兰5组装后共同构成一笛卡尔直角坐标系，通过连接法兰5与机器人末端关节相连接，将在机器人末端关节形成一直观笛卡尔直角坐标系，从而达到显示机器人末端关节空间位置与姿态的目的。当x轴标2、y轴标4、z轴标3相对安装位置确定后，中心球体1上仍有多个空余螺纹安装孔7，连接法兰5还可以与中心球体1上不同的空余螺纹安装孔7相连接，如图示与第一方向A、第二方向B、第三方向C等中任意一个螺纹安装孔7相连接，从而实现x轴标2、y轴标4、z轴标3在机器人末端关节上相对位置的灵活变换，进而达到适应不同机器人关节坐标系的目的。由于采用了上述结构，通过中心球体1、x轴标2、y轴标4、z轴标3和连接法兰5组装后，能够在机器人末端关节形成一直观笛卡尔直角坐标系，从而达到显示机器人末端关节空间位置与姿态的目的，该机器人示教用末端坐标球安装调节方便，能够适应不同机器人关节坐标系，末端坐标球能够方便、直观地显示机器人末端关节空间位置与姿态，从而能够有效提高机器人调试效率与准确性。

其工作原理为：在中心球体1上设计有两两相互垂直的螺纹安装孔7，x轴标2、y轴标4、z轴标3能够通过中心球体1上两两相互垂直的螺纹安装孔7实现与中心球体1的连接，并保持x轴标2、y轴标4、z轴标3之间的两两相互垂直。同时，连接法兰5一端能够通过中心球体1上两两相互垂直的螺纹安装孔7实现与中心球体1的连接，另一端能够通过法兰孔组9实现与机器人末端关节的连接，从而达到显示机器人末端关节空间位置与姿态的目的，从而能够有效提高机器人调试效率与准确性。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其做出种种变化。

Claims (6)

1.一种机器人示教用末端坐标球，其特征在于：它包括中心球体(1)、x轴标(2)、y轴标(4)、z轴标(3)、连接法兰(5)；中心球体(1)上设有多个两两相互垂直的螺纹安装孔(7)、x轴标(2)、y轴标(4)、z轴标(3)和连接法兰(5)，x轴标(2)、y轴标(4)、z轴标(3)分别通过螺纹安装孔(7)与中心球体(1)相连接，且使x轴标(2)、y轴标(4)、z轴标(3)之间处于两两相互垂直；连接法兰(5)一端通过中心球体(1)上两两相互垂直的螺纹安装孔(7)与中心球体(1)相连接，连接法兰(5)另一端与机器人末端关节相连接，且使中心球体(1)、x轴标(2)、y轴标(4)、z轴标(3)和连接法兰(5)组装后构成一笛卡尔直角坐标系。

2.如权利要求1所述的机器人示教用末端坐标球，其特征在于：所述x轴标(2)、y轴标(4)、z轴标(3)的一端分别设有连接螺纹轴(6)，且分别通过各自连接螺纹轴(6)与中心球体(1)上的螺纹安装孔(7)相连接。

3.如权利要求1所述的机器人示教用末端坐标球，其特征在于：所述连接法兰(5)一端设有螺纹轴(8)，通过螺纹轴(8)与中心球体(1)上的螺纹安装孔(7)与中心球体(1)相连接。

4.如权利要求1所述的机器人示教用末端坐标球，其特征在于：所述连接法兰(5)另一端设若干个连接法兰孔，若干个连接法兰孔组成连接法兰孔组(9)，通过法兰孔组(9)与机器人末端关节相连接。

5.如权利要求1所述的机器人示教用末端坐标球，其特征在于：所述连接法兰(5)与中心球体(1)上不同的空余螺纹安装孔(7)相连接。

6.如权利要求1所述的机器人示教用末端坐标球，其特征在于：所述连接法兰(5)与第一方向(A)、第二方向(B)、第三方向(C)中任意一个螺纹安装孔(7)相连接。

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