[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

说明书

本发明提出一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统及方法，包括3D操纵杆、主控制器、工业机器人和力传感器；示教编程过程包括以下步骤；步骤S1，建立3D操纵杆与对应工业机器人机械臂末端的映射关系，将3D操纵杆的移动、转动范围与机器人的工作范围一一对应；步骤S2，设计基于接触力的位置控制环，实现接触力稳定；步骤S3，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；步骤S5，采集示教轨迹；步骤S6，判断示教是否结束；如果没有则继续操作进行示教，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；本发明可以设置特定的任意轴联动的机器人工作状态，通用性更高、更简便。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其是一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统及方法。

背景技术

现如今对于工业机器人，在完成相应的机械化自动化生产之前，示教是一个必不可少的过程。传统的工业机器人的示教方式主要有两种：离线编程示教与示教器直接示教。离线编程示教，是技术人员利用特定的离线编程软件根据任务需求对机器人进行编程示教，并生成机器人程序，此方法的效率较高，但是离线编程需要借助特有的编程软件，通用性比较差；示教器示教，是操作人员利用示教器对机器人进行逐点示教，操作繁琐、效率低、人机交互较差，并且对操作人员也有一定的操作技能的要求，很难满足目前工业机器人的要求。

而目前现有的示教方法发明专利中，有部分利用视觉进行示教的方法，虽然能够降低操作人员的门槛以及增强人机协作的友好性，但是对于机器人与环境交互的信息只存在位置和速度，对于其他环境刚度、接触力等信息并没有在示教过程中进行体现，而部分基于特定机器人的直接示教方式虽然提高了人机协作能力，但是对于应用场景和领域限制较大。

综上所述，传统示教方法存在操作复杂、效率低、通用性差、人机交互麻烦的缺点，而现有的示教方法任然存在环境交互性不够，应用场景限制较大的不足。

发明内容

本发明提出一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统及方法，使得机器人示教更直观、简易，效率更高。并且根据使用场景要求，可以设置特定的任意轴联动的机器人工作状态，拥有通用性更高、更简便的机器人示教方法。

本发明采用以下技术方案。

一种基于3D操纵杆的工业机器人示教编程系统，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。

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。

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，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；