[发明专利]一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统及方法

权利要求书

1.一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统，其特征在于：包括3D操纵杆、主控制器、工业机器人和力传感器；

所述3D操纵杆可接受沿X、Y、Z轴三个相互垂直方向的移动操作，以及绕X、Y、Z轴三个相互垂直轴的转动操作；所述工业机器人包含至少具有3个自由度的机械臂和机器人控制器；所述机械臂的底座设有基座坐标系，所述机械臂的末端设有工具坐标系；所述力传感器安装于所述机械臂末端；所述3D操纵杆和力传感器与所述主控制器输入电气连接；所述主控制器与所述工业机器人控制器输出电气连接；

所述3D操纵杆沿X轴的移动操作控制所述工具坐标系在基座坐标系X轴的移动；所述3D操纵杆沿Y轴的移动操作控制所述工具坐标系在基座坐标系Y轴的移动；所述3D操纵杆沿Z轴的移动操作控制所述工具坐标系在基座坐标系Z轴的移动；所述3D操纵杆绕X轴的转动操作控制所述工具坐标系绕基座坐标系X轴的转动；所述3D操纵杆绕Y轴的转动操作控制所述工具坐标系绕基座坐标系X轴的转动；所述3D操纵杆绕Z轴的转动操作控制所述工具坐标系绕基座坐标系Z轴的转动；

所述力传感器用于检测所述机械臂末端受力；所述工业机器人控制器根据机械臂末端受力来限制机械臂的运动。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统，其特征在于：所述机械臂末端安装有力传感器；所述力传感器与所述主控制器电气连接；所述工业机器人控制器根据3D操纵杆的操作以及所述力传感器的检测数据，控制机械臂所述工具坐标系在所述基座坐标系的运动。

3.一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统的示教和示教再现方法，其特征在于：所述工业机器人机械臂末端的工具坐标系为笛卡尔坐标系；所述系统的示教编程过程包括以下步骤；

步骤S1，在空间绝对坐标系中，建立3D操纵杆三个方向的移动和转动与对应工业机器人机械臂末端笛卡尔坐标系下的移动和转动的映射关系，并通过计算转换将3D操纵杆各方向的移动、转动范围与机器人的工作范围一一对应；

步骤S2，在机器人笛卡尔坐标系下，根据控制算法，设计基于接触力的位置控制环，实现机器人机械臂与环境交互时的接触力稳定；

步骤S3，建立概率学模型，对示教过程的机器人动作轨迹数据进行处理，修正在示教过程中的偶然误差和人为误差；

步骤S4，操作3D操纵杆改变工业机器人的位姿，具体为：操作人员通过预先设定3D操纵杆与工业机器人末端位置的映射关系与功能，操作3D操纵杆，改变机器人机械臂末端坐标得到需要的位姿；

步骤S5，采集示教轨迹，具体为：利用3D操纵杆控制机器人在工作范围内移动，当移动到需要的轨迹起始点后，通过引导程序中的存储功能，将后续的轨迹点实时发送至上位机，由上位机进行存储；

步骤S6，判断示教是否结束；如果没有则继续操作3D操纵杆对机器人进行示教，如果结束则通过程序结束示教，进行下一步操作；

步骤S7，对示教轨迹进行复现，具体为：操作人员在示教完所需轨迹后，点击人机交互界面上的示教再现按钮，使机器人按照存储的轨迹执行复现示教动作，完成指定任务。

4.根据权利要求3所述的一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统的示教和示教再现方法，其特征在于：所述方法通过在3D操纵杆上预设定的功能按键来控制工业机器人的运行与急停，以及控制工业机器人的运动模式。

5.根据权利要求4所述的一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统的示教和示教再现方法，其特征在于：所述示教和示教再现方法根据不同的示教需求，针对每个所述3D操纵杆按键与摇杆来设置控制工业机器人的具体参数。

6.根据权利要求3所述的一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统的示教和示教再现方法，其特征在于：所述步骤S2的控制算法引入模糊控制，以保证工业机器人与外界环境交互过程中的安全性。