机器人手执示教方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人示教方法。
【背景技术】
[0002] 针对现代工业快速多变以及日益增长的复杂性要求，继柔性制造、计算机集成制 造、精良生产及并行工程，在面向未来工业应用的生产单元中，机器人不仅被要求"不知疲 倦"地进行重复工作，而且能作为一个高度柔性、开放并具有友好的人机交互功能的可编 程、可重构制造单元融合到制造业系统中。这一能力的实现要求现阶段机器人技术整体的 进步，示教技术就是其中重要的一项。机器人因为能被编程完成不同的任务而被视为柔性 的自动化设备。通过某一设备或方式实现对机器人作业任务的编程，这个过程就是机器人 的示教过程。
[0003] 常规的示教方法主要有两种，一种是通过示教器示教；另一种是通过离线软件，生 成机器人运行的轨迹文件，机器人按照轨迹文件的数据运行。前者用于一般的规则集合轨 迹运行，如直线、圆弧等，后者除了可以实现直线、圆弧等的示教外，还可示教复杂的曲线示 教，但是，离线软件使用起来比较复杂，对操作者有较高的要求，并且现场数模采集工作量 大，另外软件价格很高，影响了机器人的推广应用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种机器人手执示教方法，使用该方法，机器人能够记录操 作者用手驱动机器人而使得机器人按照操作者意愿进行运动的示教轨迹，并且机器人能够 按照所记录的示教轨迹运行；该方法对于操作者无需编程，而且示教轨迹可以是任意轨迹， 对操作者无任何要求，极大的降低了机器人的使用成本；该方法使用的零部件等属于常规 零部件，制造成本低。
[0005] 本发明的机器人手执示教方法，所述机器人包括主控器、至少一个关节；所述关节 包括两个手臂、驱动两个手臂相对运动的驱动机构，驱动机构包括伺服电机、与伺服电机电 连接以控制伺服电机的驱动器、编码器；主控器与各驱动器电连接，各编码器的输出接主控 器；
[0006] 所述机器人手执示教方法包括下述步骤：
[0007] a、学习步骤：
[0008] al、通过各驱动器使得各伺服电机处于转矩模式，各伺服电机输出大小不同或相 同、方向不同或相同的输出扭矩；机器人处于静止状态；
[0009] a2、以外力驱动机器人，使得机器人的至少一个关节中的两个手臂在外力驱动下 作相对运动；外力驱动机器人时作为学习起始时刻开始计时，或外力驱动机器人之前某个 时刻作为学习起始时刻开始计时，主控器记录各编码器在每隔时间t的各学习时刻时的学 习输出值，直到外力停止；
[0010] b、复位步骤：通过各驱动器使得各伺服电机处于位置或速度模式；
[0011] C、运行步骤：
[0012] 主控器通过各驱动器控制各伺服电机动作；各驱动器驱动各伺服电机时作为运行 起始时刻开始计时，各编码器在运行起始时刻及每隔时间z的各运行时刻时的运行输出值 与编码器在学习起始时刻及每隔时间t的各学习时刻时的学习输出值相等。
[0013] 本发明同时提供了与上述的机器人手执示教方法属于同一发明构思的另一个机 器人手执示教方法。
[0014] 该机器人手执示教方法，所述机器人包括主控器、至少一个关节；所述关节包括两 个手臂、驱动两个手臂相对运动的驱动机构，驱动机构包括伺服电机、与伺服电机电连接以 控制伺服电机的驱动器、编码器；主控器与各驱动器电连接，各编码器的输出接主控器；
[0015] 所述机器人手执示教方法包括下述步骤：
[0016] a、学习步骤：
[0017] al、通过各驱动器使得各伺服电机处于转矩模式，各伺服电机输出大小不同或相 同、方向不同或相同的输出扭矩；机器人处于静止状态；
[0018] a2、以外力驱动机器人，使得机器人的至少一个关节中的两个手臂在外力驱动下 作相对运动；主控器按照下述方法记录各编码器在学习起始时刻及经过各学习时长时的学 习输出值，直到外力停止：外力驱动机器人时作为学习起始时刻开始计时，或外力驱动机器 人之前某个时刻作为学习起始时刻开始计时，主控器记录学习开始时刻的学习输出值，并 读取各编码器在每隔时间t的各学习时刻时的学习输出值；如果后一时刻学习输出值与前 一时刻学习输出值的差值的绝对值大于或等于一个设定值，则主控器记录后一时刻学习输 出值、前后两次记录学习输出值之间的学习时长；所述后一时刻学习输出值即是经过该学 习时长时的学习输出值；如果后一时刻学习输出值与前一时刻学习输出值的差值的绝对值 小于所述设定值，则主控器不记录后一时刻学习输出值；
[0019] b、复位步骤：通过各驱动器使得各伺服电机处于位置或速度模式；
[0020] c、运行步骤：
[0021] 主控器通过各驱动器控制各伺服电机动作；各驱动器驱动各伺服电机时作为运行 起始时刻开始计时，各编码器在运行起始时刻及经过各运行时长时的运行输出值与编码器 在学习起始时刻及经过各学习时长时的学习输出值相等。
[0022] 本发明的有益效果：在学习步骤，机器人进入低阻力的转矩模式，可以用手驱动机 器人按照操作者需要的轨迹运动，在机器人运动的过程中，各编码器的学习输出值会随时 间变化，主控器存贮各学习时刻时的学习输出值或者经过各学习时长时的学习输出值。在 复位步骤，机器人回到起始时刻的初速状态，并且各伺服电机处于位置或速度模式；在运行 步骤，即通过各驱动器控制各伺服电机动作，使得各编码器的每隔时间z的运行输出值按 照存贮的每隔时间t的学习输出值的规律进行变化，或者使得各编码器的经过各运行时长 时的运行输出值按照存贮的经过各学习时长时的学习输出值的规律进行变化，这样各关节 的动作即与在学习步骤中的各关节动作完全一致。简而言之，本方法在示教时，用手驱动机 器人按照操作者需要的轨迹运动，机器人系统记录运动轨迹，在运行时机器人按照记录的 示教轨迹运行，简化了机器人的应用示教。该方法对于操作者无需编程，而且示教轨迹可以 是任意轨迹，对操作者无任何要求，极大的降低了机器人的使用成本；该方法使用的零部件 等属于常规零部件，制造成本低。
[0023] 主控器记录机器人在学习步骤中各个关节中的编码器位置（学习输出值），以此 形成轨迹数据，当机器人自动运行时，按照单位时间逐点运行，此方法可以避免产生大量无 效数据。尤其是"根据后一时刻学习输出值与前一时刻学习输出值的差值的绝对值的大小 判断是否记录后一时刻学习输出值的方法"，比起常规的采用定时记录位置方法，优势更加 明显，如果采用常规方法，当示教时发生停顿或缓慢移动时，会产生大量的记录数据，占用 资源，并且难以剔除，给运行控制带来不利影响。
[0024] 上述的机器人手执示教方法，其特征是：在步骤a2进行的同时，还有下述步骤：
[0025] dl、主控器把后一次记录的各编码器学习输出值与前一次记录的各编码器学习输 出值进行比较，判断各关节中的一个手臂相对于另一个手臂的运动方向，并以该运动方向 为该关节的正方向；
[0026] d2、若伺服电机的输出扭矩使得该关节中的一个手臂相对于另一个手臂具有沿所 述正方向运动的趋势，则以主控器通过驱动器控制该伺服电机，使得该伺服电机的输出扭 矩增大；若输出扭矩使得一个手臂相对于另一个手臂具有沿与所述正方向相反的反方向运 动的趋势，则以主控器通过驱动器控制该伺服电机，使得该伺服电机的输