The utility model relates to an intelligent teaching system for tracking and tracking precise tracking of six axis industrial robots, which belongs to the field of robot technology. When the operation of the six axis robot teaching box teaching can direct traction at the end of the robot, the robot follow the traction force to a predetermined position; can be automatically calculated and applied to predict the robot traction in the direction of traction in the process of six axis robot automatic position and posture adjustment, not only make the track more traction smooth and high control precision, the teaching process takes shorter time; the six - dimension sensor operator to the input command, the six axis industrial robot controller automatically records the current position, and with the changes of the orders, can automatically switch to capture function, simple operation. Industrial Ethernet based on Ethernet data exchange, data into the embedded system, the intelligent teaching system also has a low response time, strong practicability, high portability and application value.
【技术实现步骤摘要】
一种面向六轴工业机器人轨迹精确跟踪控制的智能示教系统
本专利技术主要涉及一种工业机器人示教系统,属于机器人
,特别是一种用于六轴工业机器人示教过程中的轨迹精确跟踪示教系统。
技术介绍
六轴工业机器人是工业自动化领域的典型制造装备,为了使工业机器人执行搬运等工作任务,需要对其进行示教或者离线编程。目前,传统的六轴工业机器人示教系统大部分采用间接示教方式,通过操作示教盒移动机器人到达指定位置,然后手动操作示教盒将经过的位置记录下来,这种示教方式对操作人员的相关知识储备要求比较高,效率低,过程复杂。而在实际应用中又产生了降低操作人员的使用门槛,简化示教步骤,提高示教效率的市场需求。因此基于现有的六轴工业机器人开发智能示教系统具有很重要的现实意义。论文“基于力/力矩传感器的直接示教系统研究”,刘昆等,《自动化与仪表》,2016,31(5),第10-14页,公开了一种基于力/力矩传感器的直接示教系统,该论文介绍了通过一个力/力矩传感器感知操作者的示教力,并通过数据采集卡收集力/力矩的电压模拟信号,根据6个方向模拟电压的变化转化成其各个方向的位移,并于示教过程中通过示教盒手动记录特征轨迹点。然而,该系统并未涉对牵引力方向的计算与预测算法,仅仅把6个方向模拟电压的变化转化成其各个方向的位移,当牵引力方向与三个坐标轴成一定角度时,会出现较大的位置偏差。同时该系统仍然使用传统的数据采集卡与上位机(PC)的模式,系统占用空间大,可移植性弱。因此,适时适当设计一种基于嵌入式系统、具备牵引力方向预测与人机互动功能的智能示教系统非常有必要。论文“基于顺应性跟踪控制的工业机器人 ...
【技术保护点】
一种面向六轴工业机器人轨迹精确跟踪控制的智能示教系统,其特征在于:该示教系统包括六维力信号感知系统、力方向解算模块、六轴工业机器人系统、动作执行模块;六维力信号感知系统包括圆形载荷单元(1)、法兰连接结构(2)、力信号数据输入接口(3)数据存储盒(4)、力信号数据输出接口(5)、Ethernet通信网线(6);力方向解算模块包括树莓派Ethernet输入接口(7)、基于linux的嵌入式控制系统树莓派(8)、六维力信号解耦单元(9)、力坐标变换处理单元(10)、树莓派IO数据输出接口(11)、继电器(12)、路由器(13);六轴工业机器人系统包括六轴工业机器人控制器(14)、六轴工业机器人控制器IO数据输入单元(15)、机器人控制器Ethernet输入接口(16)、运动学逆解计算单元(17)、运动驱动单元(18);动作执行模块包括六轴工业机器人机械本体(19),气动抓手(20),底座(21);六维力传感器的圆形载荷单元(1)作为整个系统的直接受力单元感获取外界受力情况信息,圆形载荷单元(1)与法兰连接结构(2)连接,从而与六轴机器人本体(19)末端进行连接;圆形载荷单元(1)通过电缆线 ...
【技术特征摘要】
1.一种面向六轴工业机器人轨迹精确跟踪控制的智能示教系统,其特征在于:该示教系统包括六维力信号感知系统、力方向解算模块、六轴工业机器人系统、动作执行模块;六维力信号感知系统包括圆形载荷单元(1)、法兰连接结构(2)、力信号数据输入接口(3)数据存储盒(4)、力信号数据输出接口(5)、Ethernet通信网线(6);力方向解算模块包括树莓派Ethernet输入接口(7)、基于linux的嵌入式控制系统树莓派(8)、六维力信号解耦单元(9)、力坐标变换处理单元(10)、树莓派IO数据输出接口(11)、继电器(12)、路由器(13);六轴工业机器人系统包括六轴工业机器人控制器(14)、六轴工业机器人控制器IO数据输入单元(15)、机器人控制器Ethernet输入接口(16)、运动学逆解计算单元(17)、运动驱动单元(18);动作执行模块包括六轴工业机器人机械本体(19),气动抓手(20),底座(21);六维力传感器的圆形载荷单元(1)作为整个系统的直接受力单元感获取外界受力情况信息,圆形载荷单元(1)与法兰连接结构(2)连接,从而与六轴机器人本体(19)末端进行连接;圆形载荷单元(1)通过电缆线与力信号数据输入接口(3)连接,通过力信号数据输入接口(3)将数据存储到数据存储盒(4),数据存储盒(4)将数据发送到力信号数据输出接口(5);通过Ethernet通信网线(6)与路由器(13)连接;在力方向解算模块中,基于linux嵌入式控制系统的树莓派(8)设置有六维力信号解耦单元(9)、力坐标变换处理单元(10)两个功能单元,树莓派(8)通过以太网线将其Ethernet输入接口(7)接入路由器(13);树莓派IO数据输出接口(11)与继电器(12)连接;六轴工业机器人控制器(14)设置有运动学逆解计算单元(17)、运动驱动单元(18),继电器(12)另一端与六轴工业机器人控制器(14)的IO数据输入单元(15)连接;机器人控制器Ethernet输入接口(16)通过以太网线接入路由器(13);六轴工业机器人机械本体(19)通过电缆线与六轴工业机器人控制器(14)连接,在六轴工业机器人机械本体(19)的末端通过法兰连接圆形载荷单元(1)再连接气动抓手(20);六轴工业机器人机械本体(19)的底部固定在底座(21)上。2.根据权利要求1所述的一种面向六轴工业机器人轨迹精确跟踪控制的智能示教系统,其特征在于:首先,六轴工业机器人控制器(14)与基于linux的嵌入式控制系统树莓派(8)完成参数初始化,圆形载荷单元(1)检测机器人末端受力情况,受力情况再通过力信号数据输入接口(3)发送到数据存储盒(4)进行动态存储,然后通过力信号数据输出接口(5)与Ethernet通信网线(6)接入路由器(13),与此同时,数据存储盒(4)将获得一个IP地址;其次,力信号通过路由器(13)端口的传递后从树莓派Ethernet输入接口(7)进入基于linux的嵌入式控制系统树莓派(8),在系统树莓派中,力信号要经过六维力信号解耦单元(9)、力坐标变换处理单元(10)的信号处理过程,进而获得六轴工业机器人末端的六个维度的受力信息;获得六个维度的力信息后,一方面系统树莓派将处理信息通过树莓派IO数据输出接口(11)发送至继电器(12),再通过六轴工业机器人控制器IO数据输入单元输入六轴工业机器人控制器(14),从而计算出受力的方向在以工具中心位置(TCP)为原点的空间坐标系八个象限中的位置;另一方面,通过方向预测算法,将六个维度的力大小通过数学运算,获得受力方向单位向量与X、Y、Z轴正方向的夹角α、β、γ,再通过刚度系数矩阵,将受力的大小转换为对应机器人末端调整位移d,从而通过这四个参数及方向预测算法,运算出机器人末端下一个目标点的空间位置坐标;最后将下一个目标点的空间位置坐标通过树莓派Ethernet输入接口(7)传输到路由器(13),此时路由器(13)已经分别为树莓派(8)与六轴工业机器人控制器(14)分配了IP地址,因此下一个目标点的空间位置坐标顺利传递到六轴工业机器人控制器(14);最后,六轴工业机器人控制器(14)通过运动学逆解计算单元(17)将一个目标点的空间位置坐标转换为六个轴的相应的转角,再经过运动驱动单元(18)使得六个关节的电机获得扭矩,从而使六轴工业机器人末端做出了相应的位置与姿态的调整,从而实现六轴工业机器人末端在牵引力作用下的顺应性跟踪功能;当牵引机器人末端到达操作空间的某一位置时,如果想调整当前的姿态,通过在气动抓手(20)的末端轻轻敲击一下,此时六维力传感器将获得一次短暂的敲击信号,此时敲击信号将转换为绕Y轴的转矩输入,通过树莓派(8)的处理后,通过树莓派IO数据输出接口(11)发送至继电器(12),再通过六轴工业机器人控制器IO数据输入单元输入六轴工业机器人控制器(14),机器人控制器(14)将获得一次位置与姿态转换的命令;当六轴工业机器人的位置和姿态在牵引力的作用下调整好后,如果想记录当前位置,只需轻轻敲击气动抓手(20)的末端两次,此时敲击信号将转换为绕Y轴的两次转矩输入,通过树莓派(8)的处理后,通过树莓派IO数据输出接口(11)发送至继电器(12),再通过六轴工业机器人控制器IO数据输入单元输入六轴工业机器人控制器(14),机器人控制器(14)将获得一次记录当前位置的命令;机器人控制器通过将当前位置数据输出到一个文本文件中,并实时保存,到达下一个记录位置时执行相同的过程来记录机器人的位置与姿态;当到达某个位置要执行...
【专利技术属性】
技术研发人员:蔡力钢,柳英杰,刘志峰,杨聪彬,胡宗兆,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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