多轴同步操作器及其控制系统技术方案

多轴同步操作器及其操作系统，所述的多轴同步操作器包括操作器本体，所述操作器本体包括底座、设于底座上并与多轴机器人各关节相对应的轴体以及用于操控各轴体转动的手柄；各轴体处均设有角度传感器；操作器本体上设有过渡点按键和目标点按键；所述角度传感器、过渡点按键和目标点按键通过操作器本体内的微处理器与多轴机器人的控制系统进行信息传输。本发明专利技术还包括多轴同步操作器的操作系统。本发明专利技术一方面可使得人手动操作动作与机器人运行动作同步协调，有效实现操作的流畅与精准；另一方面，计算量小，无滞后。

Multi-axis synchronous manipulator and its control system

【技术实现步骤摘要】
多轴同步操作器及其控制系统
本专利技术涉及多轴机器人控制
，特别是多轴同步操作器及其操作系统。
技术介绍
多轴机器人是工业自动化领域的典型制造设备，多轴机器人通常为四至六轴机器人，能够执行搬运、码垛、焊接、喷涂、装配等工作任务。多轴机器人通常包括“手臂”和“腕”关节，在手臂和腕关节处设置多个可转动的轴，且各轴处通过电机控制其转动，从而形成多轴机器人。现有的多轴机器人的输入运行轨迹操作方式，主要存在以下缺陷：（1）通常通过编写运行程序来设定需要的运行轨迹，这种方式对操作人员的专业技能要求较高，效率不高，普及较困难。（2）可通过人手直接掰动机器手臂（通常是在协作型机器人上），来使多轴机器人到达目标位置执行任务，确定运行轨迹；但由于多轴机器人自身重量大，需要比较大的力量才能掰动，导致要掰到准确的位置较困难，工作效率低。（3）利用绑在手臂上的姿态传感器来控制机器人，该技术难度大，精度低，可靠性差，还有较大的滞后性。（4）通过摄像头扫描人体姿态变化来控制机器人的技术，该技术技术难度大，成本高，精度低，有较大的滞后性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种操作简单，省时省力，操作精准度高，无滞后性的多轴同步操作器及其操作系统。本专利技术的技术方案是：本专利技术之多轴同步操作器，包括操作器本体，所述操作器本体包括底座、设于底座上并与多轴机器人各关节相对应的轴体以及用于操控各轴体转动的手柄；各轴体处均设有角度传感器；操作器本体上设有过渡点按键和目标点按键；所述角度传感器、过渡点按键和目标点按键通过操作器本体内的微处理器与多轴机器人的控制系统进行信息传输。进一步，所述操作器本体包括至少四个轴体，各轴体之间转动连接，使得各轴体的力学结构等同于多轴机器人。进一步，当所述操作器本体包括N个轴体时，第一轴与底座之间转动连接，第一轴~第N轴依次通过连接体转动连接，将第N-1轴与第N轴之间的连接体或者将第N轴上的连接体作为手柄使用；其中N=4~6。进一步，所述多轴同步操作器各轴体的转动角度与多轴机器人各关节的转动角度呈线性比例。进一步，所述角度传感器直接与轴连接或通过齿轮组件与轴连接，用于检测轴转动的角度，并通过微处理器向多轴机器人的控制系统发送运行脉冲和方向信息。进一步，所述操作器本体上还设有电源开关、暂停键以及速度控制档；所述过渡点按键和目标点按键设于手柄上。本专利技术之多轴同步操作器的操作系统，包括：角度传感器，数量与操作器本体的轴数量相同，并设于操作器本体的各轴处，用于获人手在操作手柄时各关节的变化量；过渡点按键和目标点按键，用于在多轴机器人的运行轨迹中设置过渡点和目标点；微处理器，用于将接收到的角度传感器信号、过渡点位置和目标点位置信息经微处理器处理，转换成一定模式的运行脉冲、方向、过渡点位置和目标点位置信息，发送给多轴机器人控制系统的主控制器，并通过主控制器桥接同步发送给伺服驱动器，或者单独发送给伺服驱动器。进一步，还包括：速度控制器，用于调节速度的倍率，将速度倍率信息发送给微处理器，将在操作器本体各轴上操作的速度所换算成的频率，乘以倍率向多轴机器人控制系统的主控制器发送并通过主控制器桥接，同步发送给伺服驱动器；乘以倍率后的频率对应的速度即为多轴机器人运动的速度；暂停键，用于控制操作器本体开始或暂停发送脉冲。进一步，所述伺服驱动器的数量与多轴机器人上的伺服电机的数量相对应，伺服电机的数量与多轴机器人的关节数量相对应；伺服驱动器用于将接收到的操作器本体发送的控制信息，来控制多轴机器人的各轴伺服电机进行动作或停止动作，以及用于将接收到的主控制器发送的优化后的运行轨迹数据，来控制多轴机器人按照设定的轨迹运行用于控制多轴机器人的各关节动作。进一步，所述多轴机器人控制系统还包括视频监控装置，用于实时监控机器人的姿态，并将采集到的视频信号，通过网络同步传送到操作远端，同时在操作远端将操作器本体的信息，通过网络传输到主控制器。本专利技术的有益效果：（1）通常设置多轴同步操作器来确定机器人的准确目标点位置和模糊运行轨迹，操作人员只需用手操作手柄即可，省时省力；（2）符合人的操作习惯：通过设置多轴同步操作器，使得人的操作姿态与实际的机器人运行姿态同步，再通过人的视觉反馈，可形成同步协调的闭环反馈，这样不仅可使操作速度提升，还可使操作设置的目标点精准达到很高的水平；（3）手动操作控制手柄将控制信息同时发送给控制器和伺服驱动器，控制器对控制信息进行存储，不进行预处理，大大减小系统的滞后性，且无需考虑整个过程中的平稳性；（4）在多轴同步操作器上设置过渡点按键和目标点按键，能够实现在多轴机器人的运行轨迹中设置过渡点和目标点，并采集多轴同步操作器的运行脉冲、方向、目标点位置和过渡点位置信息；根据该控制信息获取过渡点和目标点的坐标信息；根据过渡点和目标点的坐标信息，确定多轴机器人的运行轨迹，这种控制方式使得本专利技术只对目标点和过渡点的坐标负责，过程中是否平稳无需考虑，不仅大大简化计算量，还能确保操作的实时性；（5）通过在多轴同步操作器的各轴处设置角度传感器，一方面，本专利技术的每轴都是独立的，分别设置独立的角度传感器，不需通过分解计算出机器人的运行轨迹；另一方面，角度传感器提供的模拟信号经微控制器转换成脉冲信息和方向信息，便于快速获取过渡点和目标点的坐标信息，只对过渡点和目标点的平稳性负责，其他点无需考虑平稳性，计算大大简化；（6）通过设置多轴同步操作器，在多轴同步操作器设置多个独立的角度传感器，并在多轴同步操作器上设置过渡点按键和目标点按键，能够实现无编程操作，一方面，无需专业的培训就会使用：在所有机器人的操作难度上讲，本机器人操作是最简单的，通常短期培训机器人操作一般需要3个月，而本机器人操作培训只需1小时；另一方面，无论改变还是新增机器人运行程序，都用时最短：例如以一个熟练的机器人操作员，编2小时运行程序的工作，用本系统，由于不用编程，普通员工5分钟就做完；再者，由于简单，不用编程，而且直观，本系统可在一定程度上改变当前的用工方式（包括制造业和服务业），在一些岗位上，引进本系统机器人的当天就能上岗位工作；（7）通过视频监控装置实时监控多轴机器人的姿态，并将采集到的视频信号，通过网络同步传送到操作远端，同时在操作远端将手动操作控制手柄的信号，通过网络传输到控制器，实现远程可视化同步操作，这样可减少现场工作人员，改善工作环境。在现场要求为超净环境和无菌环境时，无现场人员的介入可大幅度降低交叉污染的概率；在现场有安全风险的场合，不在现场操作可保障人身安全；在需要超精密操作的情况下，机器人携带摄像头不仅可抵近操作对象，还可变焦，这样产生的图像的分辨率可远高于人肉眼的分辨率，从而实现超精密的操作。附图说明图1是本专利技术一具体实施方式中的六轴机器人的结构示意图；图2是与图1所示六轴机器人相对应的六轴同步操作器的结构示意图；图3是本专利技术六轴同步操作器与六轴机器人的操作系统示意图；图4是本专利技术另一具体实施方式中的六轴机器人的结构示意图；图5是与图4所示六轴机器人相对应的六轴同步操作器的结构示意图；图6是图5所示实施例的拆分结构示意图；图7是本专利技术实施例四轴同步操作器的结构示意图。附图标识说明：1（1’）.六轴同步操作器；2（2’）.六轴机器人；3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多轴同步操作器，其特征在于，包括操作器本体，所述操作器本体包括底座、设于底座上并与多轴机器人各关节相对应的轴体以及用于操控各轴体转动的手柄；各轴体处均设有角度传感器；操作器本体上设有过渡点按键和目标点按键；所述角度传感器、过渡点按键和目标点按键通过操作器本体内的微处理器与多轴机器人的控制系统进行信息传输。

【技术特征摘要】
1.多轴同步操作器，其特征在于，包括操作器本体，所述操作器本体包括底座、设于底座上并与多轴机器人各关节相对应的轴体以及用于操控各轴体转动的手柄；各轴体处均设有角度传感器；操作器本体上设有过渡点按键和目标点按键；所述角度传感器、过渡点按键和目标点按键通过操作器本体内的微处理器与多轴机器人的控制系统进行信息传输。2.根据权利要求1所述的多轴同步操作器，其特征在于，所述操作器本体包括至少四个轴体，各轴体之间转动连接，使得各轴体的力学结构等同于多轴机器人。3.根据权利要求2所述的多轴同步操作器，其特征在于，当所述操作器本体包括N个轴体时，第一轴与底座之间转动连接，第一轴~第N轴依次通过连接体转动连接，将第N-1轴与第N轴之间的连接体或者将第N轴上的连接体作为手柄使用；其中N=4~6。4.根据权利要求3所述的多轴同步操作器，其特征在于，所述多轴同步操作器各轴体的转动角度与多轴机器人各关节的转动角度呈线性比例。5.根据权利要求1~4任一项所述的多轴同步操作器，其特征在于，所述角度传感器直接与轴连接或通过齿轮组件与轴连接，用于检测轴转动的角度，并通过微处理器向多轴机器人的控制系统发送运行脉冲和方向信息。6.根据权利要求1~4任一项所述的多轴同步操作器，其特征在于，所述操作器本体上还设有电源开关、暂停键以及速度控制档；所述过渡点按键和目标点按键设于手柄上。7.多轴同步操作器的操作系统，其特征在于，包括：角度传感器，数量与操作器...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴晓洪，
申请(专利权)人：长沙开山斧智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43