[发明专利]一种基于电机助力的手把手示教机器人及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业机器人的控制方法，特别是一种基于电机助力的手把手示教机器人，以及上述手把手示教机器人的控制方法。 

背景技术

对于手把手示教机器人，示教轻便与否是衡量其是否实用的一项重要指标。中国专利文件CN103425100A公开了一种基于力矩平衡的机器人直接示教控制方法其通过时刻检测关节轴的位置，提供相应的力矩以确保机器人的多关节臂自身处于力平衡状态，并采用编码器检测关节轴的电机信号，从而获得多关节臂运动时各关节轴的实际运动方向。但时刻检测关节轴位置的方案对检测系统和运算系统的要求很高；采用编码器检测运动方向则需要关节轴转动起来后才能感知运动方向，这样明显会产生滞后，不能及时消除多关节臂的运动阻力。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种低成本、反应灵敏的基于电机助力的手把手示教机器人。 

还提供了上述手把手示教机器人的控制方法。 

本发明解决技术问题的技术方案如下： 

一种基于电机助力的手把手示教机器人，包括底座、与底座连接的多关节臂，多关节臂与底座的连接关节以及多关节臂自身的各关节处均通过关节轴传动连接，还包括检测并记录关节轴的动作情况的编码器，所述关节轴与电机连接，编码器与控制系统电连接，还设有助力运算系统，所述多关节臂末端设有操控感知机构，所述助力运算系统分别与电机以及操控感知机构电连接。

本发明所述各个关节轴的减速比的取值范围是5:1～70:1。 

本发明还包括气缸平衡机构，所述气缸平衡机构包括固定端铰接在底座上、活塞杆端与多关节臂铰接的气缸。 

本发明所述操控感知机构可以是包括手柄和多个微动触点，所述手柄可摆动地铰接在多关节臂上，并设有复位弹簧，所述微动触点与助力运算系统电连接；也可以是能检测操作力的大小动态以及方向的力传感器。 

一种应用于上述基于电机助力的手把手示教机器人的控制方法，包括以下步骤： 

包括预先测定多关节臂处于任意位姿下各关节轴在正方向或反方向恰好处于静止的临界平衡力矩值，建立一个与多关节臂位姿相关联的助力运算系统；

手把手示教时，按多关节臂所处的位姿，助力运算系统通过插值法得到各关节轴在正方向或反方向恰好处于静止的临界平衡力矩值，并根据操作者在操控感知机构上触发的信号确定关节轴转动方向，由电机向关节轴提供助力力矩，使多关节臂易于被操作者拖动进行示教。

上述控制方法中，当所述操控感知机构是力传感器时，电机提供的助力力矩包括是关节轴恰好处于静止的静态力矩，以及辅助多关节臂加速运动的、考虑了惯性影响的动态力矩。 

本发明的有益效果： 

摒弃通过编码器获取关节轴运动方向的方法，改由操作者在操控感知机构上触发信号确定关节轴转动方向，使电机提供助力力矩的过程变得流畅、灵敏。并且其信号处理的运算量较少、无需求解复杂的动力学方程，因而对CPU的运算能力的要求也大大降低。本发明可用于如喷涂生产线等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。 

图1是本发明所述的基于电机助力的手把手示教机器人结构示意图； 

图2是助力运算系统测量大臂的助力力矩的示意图；

图3是助力运算系统测量小臂的助力力矩的示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。