手執示教機器人的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及機器人。
【背景技術】
[0002] 針對現代工業快速多變以及日益增長的復雜性要求，繼柔性制造、計算機集成制 造、精良生產及并行工程，在面向未來工業應用的生產單元中，機器人不僅被要求"不知疲 倦"地進行重復工作，而且能作為一個高度柔性、開放并具有友好的人機交互功能的可編 程、可重構制造單元融合到制造業系統中。這一能力的實現要求現階段機器人技術整體的 進步，示教技術就是其中重要的一項。機器人因為能被編程完成不同的任務而被視為柔性 的自動化設備。通過某一設備或方式實現對機器人作業任務的編程，這個過程就是機器人 的示教過程。
[0003] 常規的示教方法主要有兩種，一種是通過示教器示教；另一種是通過離線軟件，生 成機器人運行的軌跡文件，機器人按照軌跡文件的數據運行。前者用于一般的規則集合軌 跡運行，如直線、圓弧等，后者除了可以實現直線、圓弧等的示教外，還可示教復雜的曲線示 教，但是，離線軟件使用起來比較復雜，對操作者有較高的要求，并且現場數模采集工作量 大，另外軟件價格很高，影響了機器人的推廣應用。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型的目的是提供一種結構簡單、示教方便、操作簡便的手執示教機器人。 [0005] 本實用新型的手執示教機器人，所述機器人包括主控器、至少一個關節；所述關節 包括兩個手臂、驅動兩個手臂相對運動的驅動機構，驅動機構包括伺服電機、與伺服電機電 連接以控制伺服電機的驅動器、編碼器；主控器與各驅動器電連接，各編碼器的輸出接主控 器。
[0006] 上述的手執示教機器人，驅動機構還包括減速器，減速器的輸入軸與伺服電機的 輸出軸相連；減速器殼體和伺服電機的機座固定在一個關節中一個手臂上，減速器輸出軸 與該關節中的另一個手臂相連。
[0007] 上述的手執示教機器人，所述機器人至少包括第一關節、第二關節兩個關節；第一 關節中的兩個手臂中的一個是固定座，另一個是相對于固定座運動的第一手臂；第二關節 中的兩個手臂中的一個是第一手臂，另一個是相對于第一手臂運動的第二手臂。
[0008] 上述的手執示教機器人，驅動機構還包括螺母絲桿機構，螺母固定在關節中一個 手臂上，與螺母配合的絲桿與伺服電機輸出軸相連；伺服電機的機座固定在該關節中的另 一個手臂上；另一個手臂在平行于絲桿的方向上滑動設置在螺母或該關節中的一個手臂 上。
[0009] 上述的手執示教機器人，驅動機構還包括齒輪齒條機構，齒條固定在關節中一個 手臂上，與齒條配合的齒輪與伺服電機輸出軸相連；伺服電機的機座固定在該關節中的另 一個手臂上；另一個手臂在平行于齒條的方向上滑動設置在該關節中的一個手臂上。
[0010] 本實用新型的有益效果：使用本機器人進行示教的過程：在學習步驟，機器人進 入低阻力的轉矩模式，用手驅動機器人按照操作者需要的軌跡運動，在機器人運動的過程 中，各編碼器的學習輸出值會隨時間變化，主控器存貯學習輸出值。在復位步驟，機器人回 到起始時刻的初速狀態，并且各伺服電機處于位置或速度模式；在運行步驟，即通過各驅動 器控制各伺服電機動作，使得各編碼器的運行輸出值按照存貯的學習輸出值的規律進行變 化，這樣各關節的動作即與在學習步驟中的各關節動作完全一致。簡而言之，用手驅動機器 人按照操作者需要的軌跡運動，機器人系統記錄運動軌跡，在運行時機器人按照記錄的示 教軌跡運行，簡化了機器人的應用示教。該機器人對于操作者無需編程，而且示教軌跡可以 是任意軌跡，對操作者無任何要求，操作方便，該機器人中的零部件等屬于常規零部件，制 造成本低。
【附圖說明】
[0011] 圖1是機器人關節的結構示意圖；
[0012] 圖2是機器人主控器、伺服電機等原理框圖；
[0013] 圖3是學習起始時刻的機器人關節的原理圖；
[0014] 圖4是學習起始時刻的關節1、2的俯視原理圖；
[0015] 圖5是學習結束時刻的機器人關節的原理圖；
[0016] 圖6是學習結束時刻的關節1、2的俯視原理圖。
【具體實施方式】
[0017] 參見圖1所示的機器人包括關節1 - 5共5個關節。
[0018] 關節1包括作為手臂11的固定座、手臂12、驅動手臂12相對于固定座轉動的驅動 機構13、法蘭盤14等。驅動機構13包括伺服電機131、與伺服電機電連接以控制伺服電機 的驅動器132、與伺服電機131相連的編碼器133、減速器134。法蘭盤14固定在手臂（固 定座）11上，伺服電機131和減速器134殼體均固定在法蘭盤14上。減速器134的輸入軸 與伺服電機131的輸出軸相連；減速器134輸出軸與手臂12通過螺栓15相連。伺服電機 131動作，通過減速器134帶動手臂12相對于固定座11繞軸線16在水平面內轉動。
[0019] 關節2包括手臂12、手臂22、驅動手臂12和手臂22相對轉動的驅動機構23、法 蘭盤24等。驅動機構23包括伺服電機231、與伺服電機電連接以控制伺服電機的驅動器 232、與伺服電機231相連的編碼器233、減速器234。法蘭盤24固定在手臂22上，伺服電 機231和減速器234殼體均固定在法蘭盤24上。減速器234的輸入軸與伺服電機231的 輸出軸相連；減速器234輸出軸與手臂12通過螺栓25相連。伺服電機231動作，通過減速 器234帶動手臂22相對于手臂12繞軸線26在水平面內轉動。
[0020] 關節3包括手臂22、手臂32、驅動手臂32相對于手臂22上下移動的驅動機構33、 電機支架34、線軌等。驅動機構33包括伺服電機331、與伺服電機電連接以控制伺服電機的 驅動器332、與伺服電機331相連的編碼器333、聯軸器335、螺母絲桿機構等。螺母絲桿機 構包括轉動設置在絲杠座337上的絲杠336、固定在手臂22上的滑塊座338、與絲杠配合并 固定在滑塊座338上的螺母339等。線軌包括設置在滑塊座上的線軌滑塊37、與線軌滑塊 上下滑動配合的導軌38。電機支架34和絲杠座均固定在手臂32上，手臂32與導軌固定。 伺服電機331動作，通過聯軸器驅動絲杠轉動，由于螺母通過滑塊座固定在手臂22上，所以 絲杠在轉動的同時相對于螺母上下移動。絲杠上下移動時，絲杠座、伺服電機333、手臂32、 導軌等一起相對于滑塊座（和手臂22)上下移動。線軌設置在滑塊座與手臂32之間，對手 臂的上下移動起到導向作用。
[0021] 關節4主要包括手臂32、手臂42、驅動手臂42相對于手臂32轉動的驅動機構43 等。驅動機構43包括伺服電機431、與伺服電機電連接以控制伺服電機的驅動器432、與伺 服電機431相連的編碼器433、減速器434。伺服電機431和減速器434殼體均固定在手臂 32上。減速器434的輸入軸與伺服電機431的輸出軸相連；減速器434輸出軸與手臂42通 過螺栓45相連。伺服電機431動作，通過減速器434帶動手臂42相對于手臂32繞軸線在 水平面內轉動。
[0022] 關節5主要包括手臂42、手臂52、驅動手臂52相對于手臂42轉動的驅動機構53 等。驅動機構53包括伺服電機531、與伺服電機電連接以控制伺服電機的驅動器532、與伺 服電機531相連的編碼器533、減速器534。伺服電機531和減速器534殼體均固定在手臂 42上。減速器534的輸入軸與伺服電機531的輸出軸相連；減速器534輸出軸與手臂52通 過螺栓55相連。伺服電機531動作，通過減速器534帶動手臂52相對于手臂42繞軸線在 豎直面內轉動。
[0023] 參見圖2,主控器6與各驅動器132、232、332、432、532電連接，各編碼器133、233、 333、433、533的輸出接主控器。
[0024] 實施例1 :
[0025] 第一種機器人手執示教方法如下：
[0026] a、學習步驟：
[0027] al、通過各驅動器使得各伺服電機處于轉矩模式，假定伺服電機131輸出使得手 臂12相對于手臂11在水平面具有逆時針轉動趨勢的輸出扭矩nl，伺服電機231輸出使得 手臂22相對于手臂12在水平面具有順時針轉動趨勢的輸出扭矩n2 ;伺服電機331輸出使 得手臂32相對于手臂22在豎直面具有向上移動趨勢的輸出扭矩n3 ;伺服電機431輸出使 得手臂42相對于手臂31在水平面具有逆時針轉動趨勢的輸出扭矩n4,伺服電機531輸出 使得手臂52相對于手臂42在豎直具有順時針轉動趨勢的輸出扭矩n5 ;機器人處于靜止狀 ??τ O
[0028] a2、以手驅動機器人，假定驅動時，關節1、2、3動作（指某個關節中的兩個手臂產 生了相對運動），關節4、5未動作（指某個關節中的兩個手臂未產生相對運動）。手驅動機 器人時作為學習起始時刻開始計時，主控器記錄各編碼器在每隔Is的各學習時刻時的學 習輸出值，直到外力停止，共計時長5s。參見圖3、4,在開始計時的Os時（學習起始時刻）， 手臂12與豎直面7之間的夾角為0,手臂22與手臂12在水平面內的夾角為Y0,手臂32頂 端高出手臂22所在水平面的高度為H0。參見圖5、6,在經過5s后（學習結束時刻），手臂 12與豎直面7之間的夾角為XI，手臂22與手臂12在水平面內的夾角為Y1，手臂32頂端高 出手臂22所在水平面的高度為Hl。
[0029] 表1 (各學習時刻，各編碼器的學習輸出值）：
[0030]
[0031] 表1中，因關節4、5未動作，所以編碼器433、533學習輸出值保持不變。
[0032] 對于關節1，主控器記錄的編碼器133的學習輸出值逐漸增大（參見表1)，手臂12 相對于豎直面7 -直順時針轉動。由于伺服電機131的輸出扭矩nl使得手臂12相對于手 臂11在水平面具有逆時針轉動趨勢，所以在學習步驟過程中，則以主控器通過驅動器132 控制伺服電機131，使得伺服電機131的輸出扭矩nl減小，或改變輸出扭矩nl的方向，做到 對手操作機器人的助力。
[0033] 對于關節2,主控器記錄的編碼器233的學習輸出值逐漸增大（參見表1)，手臂22 相對于手臂12 -直順時針轉動。由于伺服電機231的輸出扭矩n2使得手臂22相對于手 臂12在水平面具有順時針轉動趨勢，所以在學習步驟過程中，則以主控器通過驅動器232 控制伺服電機231，使得伺服電機231的輸出扭矩n2增大，對手操作機器人的助力。
[0034] 對于關節3,主控器記錄的編碼器333的學習輸出值逐漸增大（參見表1)，手臂32 相對于手臂22-直降低。由于伺服電機331的輸出扭矩n3使得手臂32相對于手臂22在 豎直面具有向上移動趨勢，所以在學習步驟過程中，則以主控器通過驅動器332控制伺服 電機331，使得伺服電機331的輸出扭矩n3減小，或改變輸出扭矩n3的方向，做到對移動手 臂32的助力。
[0035] 對于關節4、5,主控器記錄的編碼器433、533的學習輸出值不變（參見表1)，伺服 電機431、531的輸出扭矩n4、n5大小、方向均保持不變。
[0036] b、復位步驟：通過各驅動器使得