CN112454371A - 机器人示教系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人示教系统，其包括拖拽示教仪和操控装置，操控装置通过安装在PC上的操控软件，能针对不同品牌的机器人的编程语言环境分别创建与之匹配的库文件，使操控装置能对不同品牌的机器人建立通讯和控制，拖拽示教仪安装在需要示教的机器人的末端工具上，拖动拖拽示教仪带动机器人动作时，拖拽示教仪的检测装置检测拖拽示教仪的操作手柄处的空间运行参数，并将数据实时传输至机器人，操控装置与机器人和拖拽示教仪通讯连接，操控装置对机器人拖拽示教的轨迹数据进行采集、存储和编译，生成适用于当前机器人的轨迹程序文件。本发明的机器人示教系统，通用性更好，示教操作的效率更高，且对操作人员的技术要求降低。

Description

机器人示教系统

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，特别是涉及一种机器人示教系统。

背景技术

目前，在工业自动化领域工业机器人的应用范围在不断拓展，从汽车制造、电子装配、食品加工等传统应用场景，逐步渗透到消费、服务等新兴领域。机器人在应用时，必须先做好轨迹示教。目前，主要的轨迹示教方式有离线编程、示教器编程以及牵引示教等。现有的牵引示教大多还处于传统的人工手持示教的状态，对于复杂曲线或面的加工，传统的人工示教方式效率较低，而且不够直观，这需要操作人员具备较高的专业技能，使用门槛高，如果操作人员对机器人不够熟悉，编程会耗费较长时间,操作不当也容易出现不同程度的碰撞，导致设备的损坏。

另一个问题是，现有的工业机器人的品牌较多，每个品牌的机器人都基于不同的底层系统和语言环境，在同一个企业中通常会使用多种品牌的机器人，在使用过程中，因为示教系统的通用性差，导致轨迹示教的效率很低，操作繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可通用的机器人示教系统，以解决目前传统的手动示教和机器人多品牌编程环境不兼容的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种机器人示教系统，其特点是：其包括拖拽示教仪和操控装置，操控装置中内置有操控软件，操控软件针对不同品牌的机器人的编程语言环境分别创建与之匹配的库文件，使操控装置能对不同品牌的机器人通讯控制，拖拽示教仪安装在需要示教的机器人的末端工具上，拖动拖拽示教仪带动机器人动作时，拖拽示教仪的检测装置能检测拖拽示教仪的操作手柄处的空间运动的参数，并实时传输至机器人，使机器人根据操作手柄处的空间运动参数作相应的线性运动或姿态调整，操控装置与机器人和拖拽示教仪通讯连接，操控装置对机器人拖拽示教的轨迹数据进行采集、存储和编译，生成适用于当前机器人的轨迹程序文件，示教完成后，运行生成的轨迹程序文件，就能控制机器人按照示教的轨迹进行动作。

进一步的方案是，所述的操控软件中设有系统管理模块，对不同品牌的机器人的编程语言环境创建与之匹配的库文件，以便与拖拽示教仪示教过程中采集到的轨迹数据文件进行关联，生成适用于当前机器人的轨迹程序文件。通过设置系统管理模块，使操控装置的通用性能更强，使其能够适用于各种品牌的机器人进行示教操控。

进一步的方案是，所述的操控软件中设有程序编辑模块，能够对生成的轨迹程序文件进行编辑优化。拖拽示教仪在示教过程中，操控软件会对机器人拖拽示教的轨迹数据进行采集、存储和编译，生成适用于当前机器人的轨迹程序文件，通过程序编辑模块能够对轨迹程序文件进行编辑修改，使机器人的空间运动轨迹更加完善，使机器人加工的产品的加工精度更高。

进一步的方案是，所述的操控软件中设有数据管理模块，操控装置与单台或多台拖拽示教仪通讯后，能进行数据的采集、存储和加工。通过数据管理模块，使操控装置能够同时与若干台拖拽示教仪通讯，并对拖拽示教仪示教过程中采集到的轨迹参数进行采集存储和加工，使数据能够分别管理，使数据能与对应的机器人建立联系，以便于示教完成后运行生成的轨迹程序文件，对目标机器人进行控制。

进一步的方案是，所述的操控软件中设有数据监控模块，能实时监测到当前机器人的空间位置、拖拽示教仪上的检测装置当前的检测的参数值、拖拽示教仪和机器人当前的运行状态。通过设置数据监控模块，能实时检测机器人和拖拽示教仪的运行状态，对于发生的故障能够进行及时有效的处理，并对示教过程中的风险进行有效的规避。

进一步的方案是，所述的操控软件中设有参数设定模块，通过参数设定模块对当前的设备属性和环境进行参数设定，包括机器人品牌、编程语言、位置数据采集模式、运动路径方式、速度、加速度ACC、转弯半径以及选用的关联坐标系。通过参数设定功能画面，能对示教过程中所需要的各种参数进行设定，使示教仪能适用于各种模式的示教操作，提高示教工作效率，并提升机器人的加工效率和加工质量。

进一步的方案是，所述的操控软件中设有状态总览模块，能显示当前设备所处的状态信息，查看画面的信息完整度，并根据需求在标准画面以外预留的区域进行自定义添加。可通过状态总览模块，对机器人和示教操作人员的工作状态进行查看。

进一步的方案是，所述的操控软件中设有权限管理模块，权限管理模块根据不同的需要针对不同的使用者开放对应的读写权限，并在线切换拖拽示教仪对机器人的示教操作权限，并能远程诊断监控和修改权限。通过设置权限管理模块，防止非专职人员对设备进行误操作而造成设备的损坏或是数据的丢失。

进一步的方案是，所述的拖拽示教仪包括安装底座、操作手柄、检测装置、通讯模块、可编程集成电路板和可触摸显示屏，安装底座与机器人的末端工具固定连接，操作手柄与安装底座固定连接，可触摸显示屏设置在操作手柄的外壳上，可编程集成电路板置于操作手柄内，可触摸显示屏、检测装置和通讯模块分别与可编程集成电路板通信连接，检测装置检测的操作手柄处的空间运动参数通过可编程集成电路板及通讯模块实时传输至机器人，使机器人根据操作手柄处的空间运动参数作相应的线性运动或姿态调整；机器人空间运动的轨迹参数通过通讯模块实时传输至操控装置，在操作手柄上设有若干个功能按键和状态指示灯，功能按键用于控制所述示教仪的启动，停止，前进，后退，记录，撤销，加减速和抱闸操作；指示灯与检测模块之间通过可编程集成电路板通讯连接，指示灯用于显示检测模块检测的操作手柄的工作状态；可触摸显示屏设置在拖动示教仪器上，用于实时在线选择和显示当前拖拽示教仪的主要功能，包括拖动速度、方向、力矩显示和设定、记录模式中坐标系的选择、拖拽和访问权限的设定和显示、拖拽模式的选择(连续/单点)、方向锁定的平移拖拽功能的选择和显示。拖拽示教仪上设置的安装底座使其能更便捷的固定到需要示教的机器人的末端工具；操作手柄便于操作人员拉动拖拽示教仪，带动机械手臂进行相应的示教动作；检测装置、通讯模块、可编程集成电路板共同用于示教过程中数据的采集和传输，实现拖拽示教仪与机器人和操控装置的通讯；可触摸显示屏用于显示当前拖拽示教仪的状态参数，以及对示教模式进行选择和设定；功能按键用于示教过程中，对示教仪进行快捷的操作控制，状态指示灯用于显示示教仪的工作状态。

进一步的方案是，所述的安装底座上设有通用的过渡法兰，检测装置为六维度力传感器、重力补偿或摩擦力补偿传感器或关节扭矩传感器中的一种。通过设置过度法兰，使拖拽示教仪能够安装于各个品牌的机器人的末端工具。检测装置选用六维度力传感器、重力补偿或摩擦力补偿传感器或关节扭矩传感器中的一种，使拖拽示教仪在示教过程中的参数检测更加准确，提升控制精度。

本发明具有积极的效果：1)本发明的机器人示教系统，改进了操控装置，使示教系统能够适用于各种品牌的工业机器人，通用性更好，彻底解决了现有的示教仪在无法通用各种品牌的工业机器人上使用的问题；2)本发明的机器人示教系统，在操控装置上进行参数设定后，操作人员在拖动拖拽示教仪进行示教操作的过程中，能在操控装置上自动生成对应于该机器人的轨迹程序文件，通过编译即可运行，使该机器人能够再现示教过程的动作，示教操作的效率更高；3)本发明的机器人示教系统，对操作人员的专业性门槛要求更低，对编程的要求更低，操作人员只要能掌握程序中有关机器人运动轨迹的结构组成部分即可，而这部分程序内容对于各种品牌的机器人是大致相同的，因而，操作人员只要熟悉这部分程序内容，就能对各种品牌的机器人进行示教操作，使示教仪能被多的操作人员使用，使其应用领域更加广泛。

附图说明

图1为本发明的机器人示教系统的结构示意图(方框图)。

图2为操控软件的功能模块示意图。

图3为本发明的机器人示教系统的控制流程图。

图4为拖拽示教仪的前侧结构示意图。

图5为拖拽示教仪的左侧结构示意图。

图6为拖拽示教仪的俯视结构示意图。

安装底座1,操作手柄2,通讯模块3,可触摸显示屏4,功能按键5。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图6所示，本发明的机器人示教系统，其包括拖拽示教仪和操控装置。

拖拽示教仪包括安装底座1、操作手柄2、检测装置、通讯模块3、可编程集成电路板和可触摸显示屏4。

安装底座1用来和机器人的末端工具固定连接，为了使拖拽示教仪能够快速安装固定在各种品牌的工业机器人上，安装底座1上设有通用的过渡法兰。

操作手柄2为操作人员在示教过程中用手抓握的部分，在操作手柄上设有若干个功能按键5和状态指示灯，功能按键5用于控制示教仪的启动，停止，前进，后退，记录，撤销，加减速和抱闸等操作；指示灯与检测模块之间通过可编程集成电路板通讯连接，指示灯用于显示检测模块检测的操作手柄的工作状态。

检测装置为六维度力传感器、重力补偿或摩擦力补偿传感器或关节扭矩传感器中的一种。本发明的实施例中以六维度力传感器为例进行说明，其他的传感器与六维度力传感器在机器人示教系统中的作用相类似。

可编程集成电路板设置在操作手柄内，用于实现可触摸显示屏、检测装置和通讯模块之间的通讯连接以及拖拽示教仪与机器人和操控装置的通讯连接。

通讯模块3为无线通讯模块或有限通讯模块。

可触摸显示屏4设置在拖动示教仪器上，用于实时在线选择和显示当前拖拽示教仪的主要功能，包括拖动速度、方向、力矩显示和设定、记录模式中坐标系的选择、拖拽和访问权限的设定和显示、拖拽模式的选择(连续/单点)、方向锁定的平移拖拽功能的选择和显示。

拖动拖拽示教仪带动机器人动作时，拖拽示教仪的检测装置能检测拖拽示教仪的操作手柄处的空间运动的力的大小和方向，并实时传输至机器人，使机器人根据操作手柄处的空间运动力的大小和方向作相应的线性运动或姿态调整，操控装置与机器人和拖拽示教仪通讯连接，操控装置对机器人拖拽示教的轨迹数据进行采集、存储和编译，生成适用于当前机器人的轨迹程序文件，示教完成后，运行生成的轨迹程序文件，就能控制机器人按照示教的轨迹进行动作。

操控软件能基于现有的多种不同的操作系统环境进行开发，例如基于windows操作系统或linux操作系统设计开发的操控那个软件，可安装在PC机或者是工控机上进行运行，实现本发明的功能。

操控软件中设有系统管理模块、程序编辑模块、数据管理模块、数据监控模块、参数设定模块、状态总览模块和权限管理模块。

系统管理模块可对不同品牌的机器人的编程语言环境创建与之匹配的库文件，以便与拖拽示教仪示教过程中采集到的轨迹数据文件进行关联，生成适用于当前机器人的轨迹程序文件。

程序编辑模块能够对生成的轨迹程序文件进行编辑优化。拖拽示教仪在示教过程中，操控软件会对机器人拖拽示教的轨迹数据进行采集、存储和编译，生成适用于当前机器人的轨迹程序文件，通过程序编辑模块能够对轨迹程序文件进行编辑修改，使机器人的空间运动轨迹更加完善，使机器人加工的产品的加工精度更高。

在操控装置与单台或多台拖拽示教仪通讯后，数据管理模块能进行数据的采集、存储和加工。通过数据管理模块，使操控装置能够同时与若干台拖拽示教仪通讯，并对拖拽示教仪示教过程中采集到的轨迹参数进行采集存储和加工，使数据能够分别管理，使数据能与对应的机器人建立联系，以便于示教完成后运行生成的轨迹程序文件，对目标机器人进行控制。

数据监控模块能实时监测到当前机器人的空间位置、拖拽示教仪上的检测装置当前的检测的参数值、拖拽示教仪和机器人当前的运行状态。通过设置数据监控模块，能实时检测机器人和拖拽示教仪的运行状态，对于发生的故障能够进行及时有效的处理，并对示教过程中的风险进行有效的规避。

参数设定模块用于当前的设备属性和环境进行参数设定，包括机器人品牌、编程语言、位置数据采集模式、运动路径方式、速度、加速度ACC、转弯半径以及选用的关联坐标系。通过设置参数设定模块，能对示教过程中所需要的各种参数进行设定，使示教仪能适用于各种模式的示教操作，提高示教工作效率，并提升机器人的加工效率和加工质量。

状态总览模块能显示当前设备所处的状态信息，查看画面的信息完整度，并根据需求在标准画面以外预留的区域进行自定义添加。通过状态总览模块，便于对机器人和示教操作人员的工作状态进行查看。

权限管理模块能根据不同的需要针对不同的使用者开放对应的读写权限，并在线切换拖拽示教仪对机器人的示教操作权限，并能远程诊断监控和修改权限。通过设置权限管理模块，防止非专职人员对设备进行误操作而造成设备的损坏或是数据的丢失。

本发明的机器人示教系统，示教方法如下：

1)打开PC上的操控软件，登陆账户并开启管理员权限，使操控装置与机器人和拖拽示教仪建立链接并建立通讯；

2)将需要控制的机器人设置为手动模式，通过操控软件中的参数设定模块，设定匹配的机器人品牌，编程语言环境，位置数据采集模式(单点模式/连续模式)，运动路径方式(MoveJ/MoveL/MoveC)，速度V，加速度ACC，转弯半径(Z值)以及选用的关联坐标系(tool/wobj)，同时新建当前所需编辑的轨迹程序名称用于数据存储；

3)通过权限管理模块启用拖拽示教权限，将拖拽示教仪的启动功能按键激活，机器人进入拖拽示教模式，操作人员拖动操作手柄，带动机器人进行相应的空间运动，使机器人上的加工工具对需要加工的工件进行轨迹加工，通过示教仪器上的触摸屏按钮可根据实际需要同步选择当前记录数据点的模式，按下手柄上的选择确定功能按钮后，按下手柄上的记录按钮存储记录数据点，若该点或该段轨迹需要重新调整或放弃记录可以按下撤销按钮，如果需要对上段轨迹进行删除可以通过触摸屏的删除功能键进行删除，在打磨应用的过程中通常过渡点为单点记录模式，在加工路径上通常选择连续记录模式；

4)通常单个复杂的产品需要有逻辑间的衔接过渡，所以可以预先建立多个程序名的轨迹程序，在完成一段轨迹的示教后，对示教过程中的位置数据进行存储，然后在触摸屏或操控软件界面上重新选择需要激活的程序文件，即可开始新的轨迹程序的示教；

5)在操控软件界面进入程序编辑模块，对有效存储的位置数据生成的用户文件导入，按照当前机器人的品牌选择对应的库文件解码后进行编译，生成与当前机器人匹配的程序文件，同时可进行数据和参数的优化处理，完成后通过文件传输将该程序文件在线上传到机器人系统中，也可将该目标文件导出到其他传输介质如U盘等进行存储，然后通过U盘将文件最终加载到机器人系统中，程序加载完成后，机器人即可按照示教的轨迹进行工件的加工。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种机器人示教系统，其特征在于：其包括拖拽示教仪和操控装置，操控装置通过安装在PC上的操控软件，能针对不同品牌的机器人的编程语言环境分别创建与之匹配的库文件，使操控装置能对不同品牌的机器人建立通讯和控制，拖拽示教仪安装在需要示教的机器人的末端工具上，拖动拖拽示教仪带动机器人动作时，拖拽示教仪的检测装置能检测拖拽示教仪的操作手柄处的空间运行参数，并将数据实时传输至机器人，使机器人根据操作手柄处的空间运动参数作相应的线性运动或姿态调整，操控装置与机器人和拖拽示教仪通讯连接，操控装置对机器人拖拽示教的轨迹数据进行采集、存储和编译，生成适用于当前机器人的轨迹程序文件，示教完成后，运行生成的轨迹程序文件，就能控制机器人按照示教的轨迹进行轨迹再现。

2.根据权利要求1所述的机器人示教系统，其特征在于：所述的操控软件中设有系统管理模块，对不同品牌的机器人的编程语言环境创建与之匹配的库文件，以便与拖拽示教仪示教过程中采集到的轨迹数据文件进行关联，生成适用于当前机器人的轨迹程序文件。

3.根据权利要求1所述的机器人示教系统，其特征在于：所述的操控软件中设有程序编辑模块，能够对生成的轨迹程序文件进行编辑优化。

4.根据权利要求1所述的机器人示教系统，其特征在于：所述的操控软件中设有数据管理模块，操控装置与单台或多台拖拽示教仪通讯后，能进行数据采集、存储和加工。

5.根据权利要求1所述的机器人示教系统，其特征在于：所述的操控软件中设有数据监控模块，能实时监测到当前机器人的空间位置参数、拖拽示教仪上的检测装置当前的检测的参数值、拖拽示教仪和机器人当前的运行状态。

6.根据权利要求1所述的机器人示教系统，其特征在于：所述的操控软件中设有参数设定模块，通过参数设定模块对当前的设备属性和环境进行参数设定，包括机器人品牌、编程语言、位置数据采集模式、运动路径方式、速度、加速度ACC、转弯半径以及选用的关联坐标系。

7.根据权利要求1所述的机器人示教系统，其特征在于：所述的操控软件中设有状态总览模块，能显示当前设备所处的状态信息，查看画面的信息完整度，并能根据需求在标准画面以外预留的区域进行自定义添加。

8.根据权利要求1所述的机器人示教系统，其特征在于：所述的操控软件中设有权限管理模块，权限管理模块根据不同的需要针对不同的使用者开放对应的读写权限，在线切换拖拽示教仪对机器人的示教操作权限，并能通过远程模块对其进行远程诊断监控和修改权限。

9.根据权利要求1所述的机器人示教系统，其特征在于：所述的拖拽示教仪包括安装底座、操作手柄、检测装置、通讯模块、可编程集成电路板和可触摸显示屏，安装底座与机器人的末端工具固定连接，操作手柄与安装底座固定连接，可触摸显示屏设置在操作手柄的外壳上，可编程集成电路板设置在操作手柄内，可触摸显示屏、检测装置和通讯模块分别与可编程集成电路板通信连接，检测装置检测的操作手柄处的空间运动参数通过可编程集成电路板及通讯模块实时传输至机器人，使机器人根据操作手柄处的空间运动参数作相应的线性运动或姿态调整；机器人空间运动的轨迹参数通过通讯模块实时反馈至操控装置，在操作手柄上设有若干个功能按键和状态指示灯，功能按键用于控制所述示教仪的启动，停止，前进，后退，记录，撤销，加减速和抱闸操作；指示灯与检测模块之间通过可编程集成电路板通讯连接，指示灯用于显示检测模块检测的操作手柄的工作状态；可触摸显示屏设置在拖动示教仪器上，用于实时在线选择和显示当前拖拽示教仪的主要功能，包括拖动速度、方向、力矩显示和设定、记录模式中坐标系的选择、拖拽和访问权限的设定和显示、拖拽模式的选择(连续/单点)、方向锁定的平移拖拽功能的选择和显示。

10.根据权利要求1所述的机器人示教系统，其特征在于：所述的安装底座上设有通用的过渡法兰，检测装置为六维度力传感器、重力补偿或摩擦力补偿传感器或关节扭矩传感器中的一种。

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