CN115648187A - 一种直观型六自由度示教及操控装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种直观型六自由度示教及操控装置，涉及机器人领域，包括基座、连接于基座的三组旋转推拉模拟控制杆，每组模拟控制杆均包含一个旋钮和一个与旋钮同轴的推拉杆，旋钮与基座转动连接，推拉杆沿着自身轴线方向与基座滑动连接，三个推拉杆的轴线分别平行于笛卡尔坐标系的三个轴；旋钮和推拉杆上都连接有位置传感装置，用于测量旋钮的旋转量和推拉杆的伸缩量，机器人的控制器根据位置传感装置的测量结果控制机器人运动。符合人类操作直觉，可在3个笛卡尔坐标系自由度、以及绕3个坐标轴旋转的自由度、共六个自由度上都实现操作方向与运动方向一致，且提供模拟量表征运动速度的示教装置。

Description

一种直观型六自由度示教及操控装置

技术领域

本发明涉及一种符合直观的6自由度机器人示教及操控装置，属于工业机器人领域。

背景技术

传统的6自由度机器人示教通常采用示教器，一般有6组加减按键实现6个轴的位置量增减控制。但这种控制方法有两个缺点，1、不够直观，操作人员除非特别熟练，否则难以判断按键导致的机器人运动方向，只能不断作细微尝试，在精密操作中容易发生操作事故。2、运动速度固定，操作人员需先在界面上选择运动速度，然后按键控制运动，当需要以不同速度操纵机器人运动时，只能不断地停下来重新设定速度，这种方式增多了操作步骤，不利于快速实现示教动作。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种直观型六自由度示教及操控装置，符合人类操作直觉，可在3个笛卡尔坐标系自由度、以及绕3个坐标轴旋转的自由度、共六个自由度上都实现操作方向与运动方向一致，且提供模拟量表征运动速度的示教装置。

本发明的技术解决方案是：

一种直观型六自由度示教及操控装置，包括基座、连接于基座的三组旋转推拉模拟控制杆；每组模拟控制杆均包含一个旋钮和一个与旋钮同轴的推拉杆，旋钮与基座转动连接，推拉杆沿着自身轴线方向与基座滑动连接，三个推拉杆的轴线分别平行于笛卡尔坐标系的三个轴；旋钮和推拉杆上都连接有位置传感装置，用于测量旋钮的旋转量和推拉杆的伸缩量，机器人的控制器根据位置传感装置的测量结果控制机器人运动。

所述基座为立方体，三组模拟控制杆分别连接与立方体基座的三个相邻面上。

所述推拉杆与基座之间为第一自动复位装置，旋钮与基座之间为第二自动复位装置，以使推拉杆和旋钮自动回到初始位置。

所述第一自动复位装置和第二自动复位装置集成在一起，包括推拉复位弹簧、旋转复位弹簧、固定部，固定部为包括同心且直径依次增大的三个圆筒，三个圆筒的底部相互固连；推拉复位弹簧位于内层圆筒和中间圆筒之间，推拉复位弹簧一端连接推拉杆的内部顶部另一端连接在内层圆筒和中间圆筒之间；扭转复位弹簧套设于外周圆筒外侧、扭转复位弹簧的一端连接旋钮的内部顶部、另一端连接在外周圆筒外侧。

所述位置传感器分别采用直线电位器、环形电位器，直线电位器的固定端连接于内层圆筒中、运动端连接在推拉杆的内部顶部；环形电位器的动圈连接在旋钮的内壁，环形电位器的定圈连接在固定部。

所述旋钮包括内筒和外筒，内筒和外筒之间的一端封闭，固定部的外周圆筒插设于内筒和外筒之间，推拉杆插设于内筒中，推拉杆的外壁连接有凸起，凸起与内筒配合以对推拉杆的移动限位。

所述基座还设有供电电池、信号处理器、无线数据传输装置，供电电池用于对信号处理器和无线数据传输装置供电，信号处理器与位置传感器之间连接，信号处理器通过无线数据传输装置与机器人之间实现无线信号的连接。

所述基座连接于机械臂末端，基座连接有用于控制物体夹爪。

所述基座相对的两侧连接有法兰盘，基座与机械臂末端之间通过法兰盘连接，基座与夹爪之间通过法兰盘连接。

综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：

(1)通过立方体基座、以及三个方向的模拟控制杆的设置，可在3个笛卡尔坐标系自由度、以及绕3个坐标轴旋转的自由度、共六个自由度上都实现操作方向与运动方向一致，符合人类操作直觉；

(2)设置推拉杆的移动幅度来控制移动速度，旋钮的转动幅度来控制转动速度，操作步骤简单，利于快速实现示教动作；

(3)通过固定部将旋钮和推拉杆集成与一体，结构简便，且易于结构模块化。

附图说明

图1为直观型6自由度操纵装置示意图；

图2为直观型操纵装置操纵杆结构组成图；

图3为基座及模拟控制杆的整体结构示意图；

图4为基座安装于机械臂末端的结构示意图；

图5为操控装置过推拉杆轴线的剖视图。

附图标记说明：1、基座；

2、模拟控制杆；21、旋钮；22、推拉杆；

31、推拉弹簧；32、扭转弹簧；33、直线电位器；34、环形电位器；35、固定部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：

本申请实施例公开一种直观型六自由度示教及操控装置，如图1所示，包括具有正方形(立方体)的基座1、和分别安装在基座1的三个相邻的面的三组旋转推拉模拟控制杆2。

如图2所示，模拟控制杆2包含一个旋钮21和一个与旋钮21同轴的推拉杆22，旋钮21与基座1转动连接，推拉杆22沿着自身轴线方向与基座1滑动连接，旋钮21和推拉杆22上都连接有位置传感装置，用于测量旋钮21的转动量和推拉杆22的伸缩量。

以立方体基座1的三个相邻面的相交顶点作为笛卡尔坐标系原点，以从该原点延伸的三条边作为笛卡尔坐标系的三个轴，在立方体基座1的三个相邻面上安装的三个推拉杆22的轴线分别平行于笛卡尔坐标系的三个轴。

旋钮21上的位移传感装置可以是旋转变阻器、光电编码器、旋转变压器、磁感应霍尔编码器、旋转角度传感器等。推拉杆22上的位移传感装置可以是滑动变阻器，光栅尺等，磁感应式线位移传感器、直线位移传感器等。

如图5所示，旋钮21和推拉杆22都带弹性自动复位装置。旋钮21和推拉杆22的弹性自动复位装置集成在一个紧凑的结构中，结构包含固定部35、扭转复位弹簧、推拉复位弹簧、直线电位器33、环形电位器34。固定部35为一个三层同心圆筒结构，圆筒的底部相互固连，外周圆筒用于连接环形电位器34和扭转复位弹簧，中间圆筒用于与推拉杆22滑动配合，内层圆筒用于连接推拉复位弹簧和直线电位器33。推拉复位弹簧的上端连接推拉杆22的内部顶部，推拉复位弹簧的下端连接固定部35，直线电位器33的运动端连接在推拉杆22的内部顶部，直线电位器33的固定端与固定部35连接。扭转复位弹簧的上端连接旋钮21的内部顶部，扭转复位弹簧的下端连接固定部35，环形电位器34的动圈连接在旋钮21的内壁，环形电位器34的定圈连接在固定部35。

旋钮21包括内筒和外筒，内筒和外筒之间的一端封闭，固定部35的外周圆筒插设于内筒和外筒之间，推拉杆22插设于内筒中，推拉杆22的外壁连接有凸起(图中未示出)，推拉杆22向伸出中间圆筒的方向移动时，当凸起与内筒的底部抵接时，推拉杆22不能够继续伸出，凸起与内筒配合实现了对推拉杆22的移动限位。

基座1开设有安装孔，旋钮21位于安装孔内且与安装孔转动连接，固定部35与基座1固定连接。

推拉弹簧31为自然状态时，推拉杆22位置为初始零位，此时位置传感装置检测到的推拉杆22的伸缩量为0，机器人在对应该推拉杆22方向的移动速度为0。旋钮21与基座1之间为第二自动复位装置。扭转弹簧32位于自然状态时，对应的旋钮21方向的转动速度为0。

如图3所示，旋钮21还可以转动连接于推拉杆22远离基座1的顶部。

基座1还设有供电电池、信号处理器、无线数据传输装置，供电电池用于对信号处理器和无线数据传输装置供电，信号处理器与位置传感器之间连接，信号处理器通过无线数据传输装置与机器人之间实现无线信号的连接。位置传感装置获得模拟控制杆2的旋转量和/或伸缩量，然后将旋转量和/或伸缩量传递给信号处理器，信号处理器将旋转量和/或伸缩量转化为无线信号，无线数据传输装置将无线信号发送给机器人的控制器，控制器接收和读取无线信号、并根据接收到的无线信号控制机器人以一定的旋转速度和/或移动速度进行运动。使此操控装置与机器人系统之间实现无线连接，以便于操作者在操纵现场手持并跟寻对照机器人当前姿态，将本装置笛卡尔坐标系与机器人末端坐标系对照。

以垂直于X轴的面上的旋钮21与推拉杆22为例，处理器通过无线信号获取旋钮21的旋转量和推拉杆22的伸缩量，以旋钮21的旋转量，控制机器人末端绕X轴旋转，旋转量绝对值越大，机器人末端旋转速度指令越大，旋转方向和旋钮21的旋转方向保持一致。以推拉杆22的伸缩量，控制机器人末端沿X轴运动，运动速度由伸缩量决定，运动方向与推拉的方向保持一致。

机器人本身具有与本体基座1固定的坐标系，使用时，将立方体基座1随机器人的机械臂基座1摆放一致姿态，使得XYZ轴方向与机器人定义的XYZ三轴方向保持一致。

还可定义随机械臂末端运动的坐标系，操作人员可抱起立方体，使立方体跟随机械臂末端的空间姿态保持大致一致，从而保证操控的方向符合人类直觉，从而避免意外的运动碰撞伤害高价值工件或机器人末端执行器。

如图4所示，还可变化为安装在机械臂末端，作为末端控制器，控制器可跟随机械臂末端运动，免去人工对准末端的步骤，这种控制方式比常见的安装六维力传感器拖动示教的方式有两种优点：1、成本更加低廉，适于大规模产线应用；2、每个自由度的调整都有独立旋钮21或推拉杆22，易于控制机械臂末端直线运动。

立方体的其他面还可安装按钮，显示屏，急停开关等，方便进行其他机器人控制、配置、急停等操作。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种直观型六自由度示教及操控装置，其特征在于：包括基座(1)、连接于基座(1)的三组旋转推拉模拟控制杆(2)，

每组模拟控制杆(2)均包含一个旋钮(21)和一个与旋钮(21)同轴的推拉杆(22)，旋钮(21)与基座(1)转动连接，推拉杆(22)沿着自身轴线方向与基座(1)滑动连接，三个推拉杆(22)的轴线分别平行于笛卡尔坐标系的三个轴；

旋钮(21)和推拉杆(22)上都连接有位置传感装置，用于测量旋钮(21)的旋转量和推拉杆(22)的伸缩量，机器人的控制器根据位置传感装置的测量结果控制机器人运动。

2.根据权利要求1所述的一种直观型六自由度示教及操控装置，其特征在于：所述基座(1)为立方体，三组模拟控制杆(2)分别连接与立方体基座(1)的三个相邻面上。

3.根据权利要求2所述的一种直观型六自由度示教及操控装置，其特征在于：所述推拉杆(22)与基座(1)之间为第一自动复位装置，旋钮(21)与基座(1)之间为第二自动复位装置，以使推拉杆(22)和旋钮(21)自动回到初始位置。

4.根据权利要求3所述的一种直观型六自由度示教及操控装置，其特征在于：所述第一自动复位装置和第二自动复位装置集成在一起，包括推拉复位弹簧、旋转复位弹簧、固定部(35)，

固定部(35)为包括同心且直径依次增大的三个圆筒，三个圆筒的底部相互固连；推拉复位弹簧位于内层圆筒和中间圆筒之间，推拉复位弹簧一端连接推拉杆(22)的内部顶部另一端连接在内层圆筒和中间圆筒之间；扭转复位弹簧套设于外周圆筒外侧、扭转复位弹簧的一端连接旋钮(21)的内部顶部、另一端连接在外周圆筒外侧。

5.根据权利要求3所述的一种直观型六自由度示教及操控装置，其特征在于：所述位置传感器分别采用直线电位器(33)、环形电位器(34)，直线电位器(33)的固定端连接于内层圆筒中、运动端连接在推拉杆(22)的内部顶部；环形电位器(34)的动圈连接在旋钮(21)的内壁，环形电位器(34)的定圈连接在固定部(35)。

6.根据权利要求5所述的一种直观型六自由度示教及操控装置，其特征在于：所述旋钮(21)包括内筒和外筒，内筒和外筒之间的一端封闭，固定部(35)的外周圆筒插设于内筒和外筒之间，推拉杆(22)插设于内筒中，推拉杆(22)的外壁连接有凸起，凸起与内筒配合以对推拉杆(22)的移动限位。

7.根据权利要求1所述的一种直观型六自由度示教及操控装置，其特征在于：所述基座(1)还设有供电电池、信号处理器、无线数据传输装置，供电电池用于对信号处理器和无线数据传输装置供电，信号处理器与位置传感器之间连接，信号处理器通过无线数据传输装置与机器人之间实现无线信号的连接。

8.根据权利要求1所述的一种直观型六自由度示教及操控装置，其特征在于：所述基座(1)连接于机械臂末端，基座(1)连接有用于控制物体夹爪。

9.根据权利要求8所述的一种直观型六自由度示教及操控装置，其特征在于：所述基座(1)相对的两侧连接有法兰盘，基座(1)与机械臂末端之间通过法兰盘连接，基座(1)与夹爪之间通过法兰盘连接。

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