一种具有力反馈的易用机械臂示教系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种具有力反馈的易用机械臂示教系统，包括示教架、机械臂和挤压传感器。所述示教架包括带触摸屏的主控器、示教枪、与人手关节相对应的机械关节，机械关节上的倒U钩一与倒U钩二挂载于示教员的前臂上，关节整体和手臂随动，可感知手臂运动轨迹，并用以对机械臂示教。挤压传感器能传感机械臂末端电动工具和工件挤压的力度和方向，并由主控器控制示教枪枪柄上三自由度尾板进行前后左右上下偏移，实时向示教员反馈挤压力度大小和方向，使得示教过程的手感和实际手动加工过程相似，对于熟练工人只需要手握示教枪，模仿工作手法，即可快速完成示教。本示教系统不需编程，不需操作电脑，实现示教耗时接近于单一工件加工时长的高效示教。时长的高效示教。时长的高效示教。

【技术实现步骤摘要】
一种具有力反馈的易用机械臂示教系统


[0001]本技术属于自动化机械示教相关
，具体涉及一种具有力反馈的易用机械臂示教系统。

技术介绍

[0002]机械臂逐渐进入了各行各业，替代人工完成繁复的劳动，提高了生产力。但是在进入中小微企业的时候，有很大的示教瓶颈。机械臂的作业需要控制机械臂的运动轨迹与机械臂携带电动工具的作用力度。目前的示教工具，大多不能启动电动工具进行实操示教。因为不能反馈电动工具和工件的接触力度，启动工具，容易出现危险情况。所以示教过程是首先生成完整示教轨迹，然后机械臂携带电动工具依据轨迹进行一遍试运行，观察加工效果，然后再修改，再运行，如此往复，耗费大量的时间。对于复杂工件甚至出现，加工只要几分钟，但是示教编程需要几天的实际情况。
[0003]中小微企业需要能够简易的就能够将员工的熟练手法转换为机械臂动作的示教工具。尤其是只有几十上百个的非标器件，也能够达成加工工件只要几分钟，示教过程也只需要几分钟的示教效率，使得机械臂真正实用化。
[0004]然而虽然已有许多示教方法，但仍存在诸多使用难题，例如：
[0005]通过键盘逐行输入指令示教的方法成本低、兼容性强，得到了广泛的使用。但是对于编程人员要求高，需要系统学习各种指令的用法，在实际的示教编程中，也仅适合于机械臂动作单一，轨迹变化不多的场合。对于无指定动作规律的轨迹编程，例如对假树等暗角多的工件喷涂示教时，示教效率很低。示教员的编程能力以及对于动作的理解也会带来示教效果的参差不齐。
[0006]专利【CN100581753】提出了建立机械臂模型，并通过移动机械臂模型末端进行示教的方法。此方法不用编程，既能快速获得精确的示教轨迹。但是模型必须和机械臂具有相同的自由度、相同铰链类型和数量、相同机构尺寸和相同的工作空间。因模型本身不带重力补偿装置，模型的自重对于手动示教是严重问题。示教手柄处于末关节外侧，当需要人手对末关节实施类似大于180度旋转操作时，因为模型对手的遮拦，操作非常困难甚至不能实现。
[0007]专利【CN104552300B】提出了基于基座、以及设置在基座上的若干依次串联的关节臂的示教模型，通过人工驱动模型进行示教。示教有直观性，但是示教模型本身有自重，为了防止下垂，增加了重力补偿装置和阻尼器。但这些装置也制约了灵活性，操作费力。示教模型的各关节和人的手臂不是一一对应的关系，模型第一关节起始于基座，而人手臂的第一关节起始于肩部，模型的各关节和人手关节不是随动关系，移动示教中，因为并不完全等同于日常工作手法，示教人员会感觉别扭，示教动作节奏感不佳，难以简单模仿日常熟练操作过程。以及这种结构上的差异性可能会出现人的身体或者手臂被模型遮拦，而无法实施灵活动作的问题。为了稳定示教，整机必须有较重的底盘或固定于地上，限制了示教模型本身的可移动性。
[0008]专利【CN110605721】等提出基于末端多维力传感器的机械臂拖动示教方法。对于此方式，示教员是直接拖动真实工作的机械臂，示教员就站在机械臂边上，手握着机械臂。出于安全原因，不能让机械臂的电动工具上电进行实操示教，因为电动工具就在手边，很可能会伤人。示教员必须示教一次，后启动电动工具试运行，看看加工效果，再调整示教轨迹，如此多次重复。示教中，人站在机械臂的作业空间中，控制不当，也容易出现机械臂伤人的事故。目前，对于工业机械臂，此示教方法已经逐渐停止使用。
[0009]专利【CN107309882B】提出了利用Optitrack等高速摄像机捕捉标记点，通过移动轨迹来示教。此模式需要示教环境中定点布设专业的摄像机和光源，以及能够进行三维运算的主机。整套系统成本高，附件多，环境布置和调试都需要对示教系统非常熟悉的专业示教人员，这种模式对于普通低学历员工是极其困难的。光学捕捉最大问题是，对于管道、家具、卫浴洁具、工艺品等有较深度凹陷的工件部位，因为视线遮拦而无法捕捉，直接影响了示教系统的通用性。
[0010]专利【CN107363813B】提出了用惯性传感的可挂载设备进行示教的方法。此方式没有运动空间可能被遮拦的问题。但是目前空间定位精度很难达到毫米级别，而且精度会随着时间的累积而加大，对于机械臂普遍要求小于0.1mm 的示教精度，惯性传感跟踪法很难实现。另外挂载型的惯性动作捕捉设备，每次都需挂载和进行复杂的校准，耗时长，对示教员要求高。
[0011]以上示教方法，和现实工作中其它的示教方法，大都不带示教力反馈，以及过力保护机制，从而不能对于可能接触工件的工作实施实操示教；然而现实工作中，相比无接触的加工，有接触的加工更多，不能实操示教，限制了机械臂的进一步推广。

技术实现思路

[0012]本技术的目的在于提供一种具有力反馈的易用机械臂示教系统，以解决上述
技术介绍
中提出的不带示教力反馈与过力保护机制以及不能实操示教的问题。
[0013]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种具有力反馈的易用机械臂示教系统，包括示教架、机械臂和挤压传感器，所述示教架包括带触摸屏的主控器、示教枪、与人手关节相对应的机械关节以及倒U钩一、倒U 钩二，所述机械关节上的倒U钩一与倒U钩二对应挂载于示教员的前臂上，关节整体和手臂随动，用于感知手臂运动轨迹，所述挤压传感器对应装设在机械臂关节的末端。
[0014]优选的，所述主控器上装设的触摸屏实时显示示教轨迹和触摸按键，所述主控器中装载有语音识别系统并内置喇叭。
[0015]优选的，所述倒U钩一与倒U钩二由带有橡胶外层的柔性金属构成。
[0016]优选的，所述机械关节包括与示教人员的手臂关节一一对应的臂转关节一、臂摆关节一、臂转关节二、臂摆关节二、臂转关节三与臂摆关节三以及臂摆关节四。
[0017]优选的，所述三角支架和臂转关节一的交点为示教架的坐标原点。
[0018]优选的，所述示教架还包括可调节高度的三角支架，所述三角支架用于支撑机械关节。
[0019]优选的，所述传感器包括固定在机械臂工作端端部的挤压传感器，所述挤压传感器能够传感机械臂末端电动工具和工件挤压的力度和方向，并通过主控器控制示教枪枪柄
上三自由度尾板进行前后左右上下偏移，实时向示教员反馈挤压力度大小和方向，挤压传感器检测到异常情况时，能够控制机械臂紧急停止。
[0020]优选的，所述触摸屏上设置有“等比缩减挤压深度示教”按钮，用户通过触摸该按钮启动“等比缩减挤压深度示教”模式，此模式启动后，当挤压传感器检测到挤压值大于0时，此模式开始启动，使得电动工具对工件挤压深度等比缩小。
[0021]优选的，所述示教系统还包括“过挤压保护机制”，示教中，当挤压力接近安全极限值时，系统能调整控制坐标，保持挤压力接近但不超过极限值。
[0022]与现有机械臂示教技术相比，本技术提供了一种具有力反馈的易用机械臂示教系统，具备以下有益效果：
[0023]1、本技术通过挤压传感器能够传感机械臂末端电动工具和工件挤压的力度和方向，并可以通过主控器控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有力反馈的易用机械臂示教系统，包括示教架(M1)、机械臂(M2)和挤压传感器，其特征在于：所述示教架(M1)包括带触摸屏的主控器(M5)、示教枪(M6)、与人手关节相对应的机械关节以及倒U钩一(M19)、倒U钩二(M20)，所述机械关节上的倒U钩一(M19)与倒U钩二(M20)对应挂载于示教员的前臂上，关节整体和手臂随动，用于感知手臂运动轨迹，所述挤压传感器对应装设在机械臂关节的末端。2.根据权利要求1所述的一种具有力反馈的易用机械臂示教系统，其特征在于：所述主控器(M5)上装设的触摸屏实时显示示教轨迹和触摸按键，所述主控器(M5)中装载有语音识别系统并内置喇叭。3.根据权利要求1所述的一种具有力反馈的易用机械臂示教系统，其特征在于：所述倒U钩一(M19)与倒U钩二(M20)由带有橡胶外层的柔性金属构成。4.根据权利要求1所述的一种具有力反馈的易用机械臂示教系统，其特征在于：所述机械关节包括与示教人员的手臂关节一一对应的臂转关节一(M11)、臂摆关节一(M12)、臂转关节二(M13)、臂摆关节二(M14)、臂转关节三(M15)与臂摆关节三(M16)以及臂摆关节四(M17)。5.根据权利要求4所述的一种具有力反馈的易用机械臂示教系统，其特征在于：所述示教架(M1)还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨渊，杨兆，
申请(专利权)人：通道鹏达炭业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：