CN111145630B - 一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具及其使用方法 - Google Patents

一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具及其使用方法，其特征在于：包括固定法兰盘、连接杆、TCP示教头、万向头和坐标方向轴，所述固定法兰盘的中部可拆卸连接有所述连接杆，所述连接杆上可拆卸固定有用于测定工具坐标系的测定工具，所述测定工具包括所述万向头与所述TCP示教头，所述万向头上可拆卸固定有所述坐标方向轴；本发明将工具坐标系实体化、可视化，降低了工具坐标系的理解难度，便于示教人员灵活展示工具坐标系及进行工具坐标系标定的示教，提升学员对工具坐标系的应用水平，有效地促进了工业机器人的培训成效。

Description

一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具及其使用方法
技术领域
本发明涉及工业机器人教育培训领域，特别是一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具及其使用方法。
背景技术
随着科技进步与发展，工业机器人在各工业领域应用的越来越广泛及普遍，相关的技术人才十分紧缺，为此培养工业机器人应用型人才得到国家以及各地方政府的重视。近年来，不少培训机构以及部分高校开始开展工业机器人的人才培养。如何让学员在短时间内快速、高效地掌握工业机器人的操作应用对师资、设备、教学模式等提出了很高的要求。
在工业机器人的教学中，坐标系的测定对学员理解和熟练应用工业机器人十分重要。机器人的坐标系包括世界坐标系、基坐标系、法兰坐标系以及工具坐标系。其中世界坐标系和基坐标系属于固定坐标系，不会随机器人姿态变化而发生改变，比较直观易于理解掌握。法兰坐标系和工具坐标系属于移动坐标系，会随着工业机器人姿态变化而发生改变。在当前的教学中，主要以文字、画图或是仿真软件模拟的方式进行工具坐标系的讲解，学员并不能很直观地理解工具坐标系的概念及设定，甚至在培训结束后仍无法理解构建工具坐标系的意义以及方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具，将工具坐标系实体化、可视化，便于示教人员灵活展示工具坐标系及进行工具坐标系标定的示教，降低了工具坐标系的理解难度，提升学员对工具坐标系的应用水平，有效地促进了工业机器人的培训成效。
本发明采用以下方式来实现，一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具，其特征在于：包括固定法兰盘、连接杆、TCP示教头、万向头和坐标方向轴，所述固定法兰盘的中部可拆卸连接有所述连接杆，所述连接杆上可拆卸固定有用于测定工具坐标系的测定工具，所述测定工具包括所述万向头与所述TCP示教头，所述万向头上可拆卸固定有所述坐标方向轴。
进一步的，所述固定法兰盘的中部开设有第一螺纹孔，所述连接杆的一端设置有第一螺纹连接头，所述连接杆的另一端的中部开设有第二螺纹孔。
进一步的，所述TCP示教头的一端为圆锥形头部，所述TCP示教头的另一端设置有第二螺纹连接头。
进一步的，所述万向头的一端为球状头部，所述万向头的另一端设置有第三螺纹连接头；所述球状头部上设置有一方形的万向头座，所述万向头座上设置有与所述球状头部相咬合的凹腔，所述万向头座的各个面的中部均开设有第三螺纹孔，所述第三螺纹孔与所述凹腔相连通；所述坐标方向轴的一端为圆锥形头部，所述坐标方向轴的另一端设置有第四螺纹连接头。
本发明的第二个目的在于提供一种由所述的一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具组成的TCP点标定装置的使用方法，可方便使用该教具，提高使用效率。
该使用方法按照以下方式实现：
步骤S1.1：将所述固定法兰盘通过螺栓固定于所述工业机器人机械臂末端的法兰盘上，所述连接杆螺旋连接于所述固定法兰盘上，所述TCP示教头螺旋连接于所述连接杆上；
步骤S1.2：在所述工业机器人的附近找一个参照点，通过机器人控制系统调整所述工业机器人的姿态，使得所述TCP示教头的尖端点从4个间隔足够远且不位于同一平面的方位移向所述参照点，并使得所述TCP示教的尖端点对准所述参照点，并由所述机器人控制系统记录下四组不同位置的TCP点的法兰坐标值；
步骤S1.3：所述机器人控制系统从不同的法兰坐标值中计算出TCP点的法兰坐标值，
完成所述工业机器人的TCP点的标定。
本发明的第三个目的在于提供一种由所述的一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具组成的工具坐标系方向标定装置的使用方法，可方便使用该教具，提高使用效率。
该使用方法按照以下方式实现：
步骤S2.1：将所述固定法兰盘通过螺栓固定于所述工业机器人机械臂末端的法兰盘上，所述连接杆螺旋连接于所述固定法兰盘上，所述万向头螺旋连接于所述连接杆上，所述坐标方向轴螺旋连接于所述万向头上；
步骤S2.2：通过所述机器人控制系统调整所述工业机器人的作业姿态，使得工具坐标系的X轴的正方向平行于世界坐标系的Z轴的反方向，工具坐标系的Y轴的正方向平行于世界坐标系的Y轴的正方向，工具坐标系的Z轴的正方向平行于世界坐标系的X轴的正方向；
步骤S2.3：旋开所述坐标方向轴，并调整所述坐标方向轴及所述万向头座的方向，使得所述坐标方向轴与工具坐标系的轴平行，并通过旋紧所述坐标方向轴固定所述万向头座；
步骤S2.4：所述机器人控制系统记录工具坐标系到法兰坐标系之间转角，完成工具坐标系方向的标定。
本发明的有益效果在于：本发明的教具是通过各个部件可拆卸连接，便于示教人员灵活的进行展示；本发明利用工具将看不见的工具坐标系及TCP点实体化，可视化，降低实际讲课过程中工具坐标系的理解难度，提升学员对工具坐标系的应用水平，有效地促进了工业机器人的培训效果，本发明中设置的万向头通过旋紧所述坐标方向轴进行锁紧，使得万向头在示教的过程中不会一直旋转，便于示教人员对工具坐标系方向标定的示教。
附图说明
图1为本发明组成部件分立结构示意图。
图2为本发明第一实施例图。
图3为图2的爆炸图。
图4为本发明第二实施例图。
图5为图4的爆炸图。
图6为图1中万向头的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
请参照图1至图6，本发明一实施例中，一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具，包括固定法兰盘1、连接杆2、TCP示教头3、万向头4和坐标方向轴5，所述固定法兰盘1通过螺栓固定于所述工业机器人机械臂末端的法兰盘上，所述固定法兰盘1的中部可拆卸连接有所述连接杆2，所述连接杆2上可拆卸固定有用于测定工具坐标系的测定工具，所述测定工具包括所述万向头4与所述TCP示教头3，所述万向头4上可拆卸固定有所述坐标方向轴5；将所述固定法兰盘1、所述连接杆2与所述TCP示教头3组装成如图2所示的用于工具坐标系TCP点标定的装置；所述固定法兰盘1、所述连接杆2、所述万向头4与所述坐标方向轴5组装成如图4所示的用于工具坐标系方向的标定装置。所述连接杆2用于连接所述固定法兰盘1与所述测定工具。
请参照图1，本发明一实施例中，所述固定法兰盘1的中部开设有第一螺纹孔6，所述连接杆2的一端设置有第一螺纹连接头7，所述连接杆2的另一端的中部开设有第二螺纹孔8，所述第一螺纹连接头7螺旋固定于所述第一螺纹孔6内，使得所述连接杆2固定于所述固定法兰盘1上。
请参照图2至图3，本发明一实施例中，所述TCP示教头3的一端为圆锥形头部，所述TCP示教头3的另一端设置有第二螺纹连接头9，所述第二螺纹连接头9可螺旋固定于所述第二螺纹孔8内，使得所述TCP示教头3固定于所述连接杆2上。
请参照图4至图6，本发明一实施例中，所述万向头4的一端为球状头部，所述万向头4的另一端设置有第三螺纹连接头10，所述第三螺纹连接头10可螺旋固定于所述第二螺纹孔8内，将所述万向头4固定于所述连接杆2上，所述球状头部上设置有一方形的万向头座11，所述万向头座11上设置有与所述球状头部相咬合的凹腔(未图示)，所述万向头座11可在所述球状头部上任意旋转，所述万向头座11的各个面的中部均开设有第三螺纹孔12，所述第三螺纹孔12与所述凹腔相连通；所述坐标方向轴5的一端为圆锥形头部，所述坐标方向轴5的另一端设置有第四螺纹连接头13，所述第四螺纹连接头13可螺旋固定于所述第三螺纹孔12内，使得所述坐标方向轴5固定于所述万向头座11上，所述第四螺纹连接头13的长度长于所述第三螺纹孔12的深度，使得所述万向头座11可通过所述坐标方向轴5固定，使其在示教过程中不发生旋转。
请参照图2，本发明一实施例中，一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具组成的TCP点标定装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1.1：将所述固定法兰盘通过螺栓固定于所述工业机器人机械臂末端的法兰盘上，所述连接杆螺旋连接于所述固定法兰盘上，所述TCP示教头螺旋连接于所述连接杆上；
步骤S1.2：在所述工业机器人的附近找一个参照点，通过机器人控制系统调整所述工业机器人的姿态，使得所述TCP示教头的尖端点从4个间隔足够远且不位于同一平面的方位移向所述参照点，并使得所述TCP示教的尖端点对准所述参照点，并由所述机器人控制系统记录下四组不同位置的TCP点的法兰坐标值；
步骤S1.3：所述机器人控制系统从不同的法兰坐标值中计算出TCP点的法兰坐标值，
完成所述工业机器人的TCP点的标定。
请参照图4，本发明一实施例中，一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具组成的工具坐标系方向标定装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S2.1：将所述固定法兰盘通过螺栓固定于所述工业机器人机械臂末端的法兰盘上，所述连接杆螺旋连接于所述固定法兰盘上，所述万向头螺旋连接于所述连接杆上，所述坐标方向轴螺旋连接于所述万向头上；
步骤S2.2：通过所述机器人控制系统调整所述工业机器人的作业姿态，使得工具坐标系的X轴的正方向平行于世界坐标系的Z轴的反方向，工具坐标系的Y轴的正方向平行于世界坐标系的Y轴的正方向，工具坐标系的Z轴的正方向平行于世界坐标系的X轴的正方向；
步骤S2.3：旋开所述坐标方向轴，并调整所述坐标方向轴及所述万向头座的方向，使得所述坐标方向轴与工具坐标系的轴平行，并通过旋紧所述坐标方向轴固定所述万向头座；
步骤S2.4：所述机器人控制系统记录工具坐标系到法兰坐标系之间转角，完成工具坐标系方向的标定。
值得一提的是，每个工业机器人均有各自的机器人控制系统，所述机器人控制系统为现有技术，这里不进行详细说明。
本发明的工作原理为：本发明第一实施例中，请参照图2至图3，示教人员在进行TCP点标定的示教过程中，将固定法兰盘、连接杆和TCP示教头组装成一套用于工具坐标系TCP点标定的装置，具体是先将固定法兰盘用螺栓固定于工业机器人执行末端的法兰盘上，将第一螺纹连接头螺纹螺纹连接于第一螺纹孔内，使得连接杆固定于所述固定法兰盘上，将第二螺纹连接头螺纹连接与第二螺纹孔内，使得TCP示教头固定于所述连接杆上；组装完毕后，示教人员启动工业机器人，让工业机器人执行步骤S1.2至步骤1.3，在工业机器人移动的过程中，TCP标定装置会随着工业机器人的移动而移动，让学生更直观的看到TCP点的移动，同时示教人员可以通过TCP示教头将TCP点的标定方法让学生更加直观的学习标定方法，完成机器人的TCP点的示教。
本发明的第二实施例中，请参照图4至图6，示教人员进行工具坐标系空间方向的标定的示教的过程中，将固定法兰盘、连接杆、万向头和坐标方向轴组装成一套用于工具坐标系方向的标定装置，具体是先将固定法兰盘用螺栓固定于工业机器人执行末端的法兰盘上，将第一螺纹连接头螺纹螺纹连接于第一螺纹孔内，使得连接杆固定于所述固定法兰盘上，将第三螺纹连接头螺纹连接于第二螺纹孔内，将万向头固定于连接杆上；组装完毕后，执行步骤S2.2至步骤2.4，示教过程中工具坐标系的标定装置会随着所述工业机器人的使用而变化，因此示教人员可根据实际情况调整坐标方向轴的位置，同时可通过旋转万向头进行工具坐标系的调整，便于学生更加直观的学习工具坐标系的标定方法，完成工业机器人工具坐标系方向标定的示教。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具，其特征在于：包括固定法兰盘、连接杆、TCP示教头、万向头和坐标方向轴，所述固定法兰盘的中部可拆卸连接有所述连接杆，所述连接杆上可拆卸固定有用于测定工具坐标系的测定工具，所述测定工具包括所述万向头与所述TCP示教头，所述万向头上可拆卸固定有所述坐标方向轴；所述固定法兰盘的中部开设有第一螺纹孔，所述连接杆的一端设置有第一螺纹连接头，所述连接杆的另一端的中部开设有第二螺纹孔；所述TCP示教头的一端为圆锥形头部，所述TCP示教头的另一端设置有第二螺纹连接头；所述万向头的一端为球状头部，所述万向头的另一端设置有第三螺纹连接头；所述球状头部上设置有一方形的万向头座，所述万向头座上设置有与所述球状头部相咬合的凹腔，所述万向头座的各个面的中部均开设有第三螺纹孔，所述第三螺纹孔与所述凹腔相连通；所述坐标方向轴的一端为圆锥形头部，所述坐标方向轴的另一端设置有第四螺纹连接头。
2.一种由权利要求1所述的一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具组成的TCP点标定装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1.1：将所述固定法兰盘通过螺栓固定于所述工业机器人机械臂末端的法兰盘上，所述连接杆螺旋连接于所述固定法兰盘上，所述TCP示教头螺旋连接于所述连接杆上；
步骤S1.2：在所述工业机器人的附近找一个参照点，通过机器人控制系统调整所述工业机器人的姿态，使得所述TCP示教头的尖端点从4个间隔足够远且不位于同一平面的方位移向所述参照点，并使得所述TCP示教的尖端点对准所述参照点，并由所述机器人控制系统记录下四组不同位置的TCP点的法兰坐标值；
步骤S1.3：所述机器人控制系统从不同的法兰坐标值中计算出TCP点的法兰坐标值，完成所述工业机器人的TCP点的标定。
3.一种由权利要求1所述的一种用于工业机器人工具坐标系测定的教具组成的工具坐标系方向标定装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S2.1：将所述固定法兰盘通过螺栓固定于所述工业机器人机械臂末端的法兰盘上，所述连接杆螺旋连接于所述固定法兰盘上，所述万向头螺旋连接于所述连接杆上，所述坐标方向轴螺旋连接于所述万向头上；
步骤S2.2：通过机器人控制系统调整所述工业机器人的作业姿态，使得工具坐标系的X轴的正方向平行于世界坐标系的Z轴的反方向，工具坐标系的Y轴的正方向平行于世界坐标系的Y轴的正方向，工具坐标系的Z轴的正方向平行于世界坐标系的X轴的正方向；
步骤S2.3：旋开所述坐标方向轴，并调整所述坐标方向轴及所述万向头座的方向，使得所述坐标方向轴与工具坐标系的轴平行，并通过旋紧所述坐标方向轴固定所述万向头座；
步骤S2.4：所述机器人控制系统记录工具坐标系到法兰坐标系之间转角，完成工具坐标系方向的标定。
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