手执示教机器人的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及机器人。
【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。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是提供一种结构简单、示教方便、操作简便的手执示教机器人。 [0005] 本实用新型的手执示教机器人，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] 上述的手执示教机器人，驱动机构还包括减速器，减速器的输入轴与伺服电机的 输出轴相连；减速器壳体和伺服电机的机座固定在一个关节中一个手臂上，减速器输出轴 与该关节中的另一个手臂相连。
[0007] 上述的手执示教机器人，所述机器人至少包括第一关节、第二关节两个关节；第一 关节中的两个手臂中的一个是固定座，另一个是相对于固定座运动的第一手臂；第二关节 中的两个手臂中的一个是第一手臂，另一个是相对于第一手臂运动的第二手臂。
[0008] 上述的手执示教机器人，驱动机构还包括螺母丝杆机构，螺母固定在关节中一个 手臂上，与螺母配合的丝杆与伺服电机输出轴相连；伺服电机的机座固定在该关节中的另 一个手臂上；另一个手臂在平行于丝杆的方向上滑动设置在螺母或该关节中的一个手臂 上。
[0009] 上述的手执示教机器人，驱动机构还包括齿轮齿条机构，齿条固定在关节中一个 手臂上，与齿条配合的齿轮与伺服电机输出轴相连；伺服电机的机座固定在该关节中的另 一个手臂上；另一个手臂在平行于齿条的方向上滑动设置在该关节中的一个手臂上。
[0010] 本实用新型的有益效果：使用本机器人进行示教的过程：在学习步骤，机器人进 入低阻力的转矩模式，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，使得各编码器的运行输出值按照存贮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，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。该机器人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，操作方便，该机器人中的零部件等属于常规零部件，制 造成本低。
【附图说明】
[0011] 图1是机器人关节的结构示意图；
[0012] 图2是机器人主控器、伺服电机等原理框图；
[0013] 图3是学习起始时刻的机器人关节的原理图；
[0014] 图4是学习起始时刻的关节1、2的俯视原理图；
[0015] 图5是学习结束时刻的机器人关节的原理图；
[0016] 图6是学习结束时刻的关节1、2的俯视原理图。
【具体实施方式】
[0017] 参见图1所示的机器人包括关节1 - 5共5个关节。
[0018] 关节1包括作为手臂11的固定座、手臂12、驱动手臂12相对于固定座转动的驱动 机构13、法兰盘14等。驱动机构13包括伺服电机131、与伺服电机电连接以控制伺服电机 的驱动器132、与伺服电机131相连的编码器133、减速器134。法兰盘14固定在手臂（固 定座）11上，伺服电机131和减速器134壳体均固定在法兰盘14上。减速器134的输入轴 与伺服电机131的输出轴相连；减速器134输出轴与手臂12通过螺栓15相连。伺服电机 131动作，通过减速器134带动手臂12相对于固定座11绕轴线16在水平面内转动。
[0019] 关节2包括手臂12、手臂22、驱动手臂12和手臂22相对转动的驱动机构23、法 兰盘24等。驱动机构23包括伺服电机231、与伺服电机电连接以控制伺服电机的驱动器 232、与伺服电机231相连的编码器233、减速器234。法兰盘24固定在手臂22上，伺服电 机231和减速器234壳体均固定在法兰盘24上。减速器234的输入轴与伺服电机231的 输出轴相连；减速器234输出轴与手臂12通过螺栓25相连。伺服电机231动作，通过减速 器234带动手臂22相对于手臂12绕轴线26在水平面内转动。
[0020] 关节3包括手臂22、手臂32、驱动手臂32相对于手臂22上下移动的驱动机构33、 电机支架34、线轨等。驱动机构33包括伺服电机331、与伺服电机电连接以控制伺服电机的 驱动器332、与伺服电机331相连的编码器333、联轴器335、螺母丝杆机构等。螺母丝杆机 构包括转动设置在丝杠座337上的丝杠336、固定在手臂22上的滑块座338、与丝杠配合并 固定在滑块座338上的螺母339等。线轨包括设置在滑块座上的线轨滑块37、与线轨滑块 上下滑动配合的导轨38。电机支架34和丝杠座均固定在手臂32上，手臂32与导轨固定。 伺服电机331动作，通过联轴器驱动丝杠转动，由于螺母通过滑块座固定在手臂22上，所以 丝杠在转动的同时相对于螺母上下移动。丝杠上下移动时，丝杠座、伺服电机333、手臂32、 导轨等一起相对于滑块座（和手臂22)上下移动。线轨设置在滑块座与手臂32之间，对手 臂的上下移动起到导向作用。
[0021] 关节4主要包括手臂32、手臂42、驱动手臂42相对于手臂32转动的驱动机构43 等。驱动机构43包括伺服电机431、与伺服电机电连接以控制伺服电机的驱动器432、与伺 服电机431相连的编码器433、减速器434。伺服电机431和减速器434壳体均固定在手臂 32上。减速器434的输入轴与伺服电机431的输出轴相连；减速器434输出轴与手臂42通 过螺栓45相连。伺服电机431动作，通过减速器434带动手臂42相对于手臂32绕轴线在 水平面内转动。
[0022] 关节5主要包括手臂42、手臂52、驱动手臂52相对于手臂42转动的驱动机构53 等。驱动机构53包括伺服电机531、与伺服电机电连接以控制伺服电机的驱动器532、与伺 服电机531相连的编码器533、减速器534。伺服电机531和减速器534壳体均固定在手臂 42上。减速器534的输入轴与伺服电机531的输出轴相连；减速器534输出轴与手臂52通 过螺栓55相连。伺服电机531动作，通过减速器534带动手臂52相对于手臂42绕轴线在 竖直面内转动。
[0023] 参见图2,主控器6与各驱动器132、232、332、432、532电连接，各编码器133、233、 333、433、533的输出接主控器。
[0024] 实施例1 :
[0025] 第一种机器人手执示教方法如下：
[0026] a、学习步骤：
[0027] al、通过各驱动器使得各伺服电机处于转矩模式，假定伺服电机131输出使得手 臂12相对于手臂11在水平面具有逆时针转动趋势的输出扭矩nl，伺服电机231输出使得 手臂22相对于手臂12在水平面具有顺时针转动趋势的输出扭矩n2 ;伺服电机331输出使 得手臂32相对于手臂22在竖直面具有向上移动趋势的输出扭矩n3 ;伺服电机431输出使 得手臂42相对于手臂31在水平面具有逆时针转动趋势的输出扭矩n4,伺服电机531输出 使得手臂52相对于手臂42在竖直具有顺时针转动趋势的输出扭矩n5 ;机器人处于静止状 ??τ O
[0028] a2、以手驱动机器人，假定驱动时，关节1、2、3动作（指某个关节中的两个手臂产 生了相对运动），关节4、5未动作（指某个关节中的两个手臂未产生相对运动）。手驱动机 器人时作为学习起始时刻开始计时，主控器记录各编码器在每隔Is的各学习时刻时的学 习输出值，直到外力停止，共计时长5s。参见图3、4,在开始计时的Os时（学习起始时刻）， 手臂12与竖直面7之间的夹角为0,手臂22与手臂12在水平面内的夹角为Y0,手臂32顶 端高出手臂22所在水平面的高度为H0。参见图5、6,在经过5s后（学习结束时刻），手臂 12与竖直面7之间的夹角为XI，手臂22与手臂12在水平面内的夹角为Y1，手臂32顶端高 出手臂22所在水平面的高度为Hl。
[0029] 表1 (各学习时刻，各编码器的学习输出值）：
[0030]
[0031] 表1中，因关节4、5未动作，所以编码器433、533学习输出值保持不变。
[0032] 对于关节1，主控器记录的编码器133的学习输出值逐渐增大（参见表1)，手臂12 相对于竖直面7 -直顺时针转动。由于伺服电机131的输出扭矩nl使得手臂12相对于手 臂11在水平面具有逆时针转动趋势，所以在学习步骤过程中，则以主控器通过驱动器132 控制伺服电机131，使得伺服电机131的输出扭矩nl减小，或改变输出扭矩nl的方向，做到 对手操作机器人的助力。
[0033] 对于关节2,主控器记录的编码器233的学习输出值逐渐增大（参见表1)，手臂22 相对于手臂12 -直顺时针转动。由于伺服电机231的输出扭矩n2使得手臂22相对于手 臂12在水平面具有顺时针转动趋势，所以在学习步骤过程中，则以主控器通过驱动器232 控制伺服电机231，使得伺服电机231的输出扭矩n2增大，对手操作机器人的助力。
[0034] 对于关节3,主控器记录的编码器333的学习输出值逐渐增大（参见表1)，手臂32 相对于手臂22-直降低。由于伺服电机331的输出扭矩n3使得手臂32相对于手臂22在 竖直面具有向上移动趋势，所以在学习步骤过程中，则以主控器通过驱动器332控制伺服 电机331，使得伺服电机331的输出扭矩n3减小，或改变输出扭矩n3的方向，做到对移动手 臂32的助力。
[0035] 对于关节4、5,主控器记录的编码器433、533的学习输出值不变（参见表1)，伺服 电机431、531的输出扭矩n4、n5大小、方向均保持不变。
[0036] b、复位步骤：通过各驱动器使得