一种工业机器人操作训练装置的制作方法

本发明涉及一种工业机器人操作训练装置。

背景技术：

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素，可以控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。但机器人只能处理控制系统中所编写的较不复杂的程序，这也就意味着随时会有发生紧急情况的可能性，这种时候专业的操作人员素质和能力就能决定这次意外的损失大小。并且有些刚接触学习工业化机器人的实习人员，由于未经过专门的培训和操作就会导致出现一点状况引起情绪紧张无法正常发挥，导致操作机器人失误，而造成设备损坏。造成这种失误的原因在于心理上和设备上。因为设备是机械式设备，冲撞没有感觉，铸造时用的又是硬质合金，所以当设备进行冲撞或者摩擦时，都会对设备造成难以挽回的损坏。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种工业机器人操作训练装置的技术方案。

所述的一种工业机器人操作训练装置，其特征在于包括支撑安全机构、速度控制训练机构、精准度控制训练机构、角度调整控制训练机构、tcp中心点控制训练机构和方向控制训练机构，支撑安全机构为底部支撑结构，速度控制训练机构、精准度控制训练机构、角度调整控制训练机构和tcp中心点控制训练机构围成多边形结构并设置在支撑安全机构上方，方向控制训练机构设置在多边形结构内。

所述的一种工业机器人操作训练装置，其特征在于所述支撑安全机构包括支撑杆上体、支撑杆下体、支撑杆芯和弹簧，支撑杆上体内设置有圆柱状盲孔，支撑杆下体上方设置有圆槽，支撑杆芯上端插入圆柱状盲孔内，支撑杆芯外套接设置弹簧并插入圆槽中，弹簧位于支撑杆上体和支撑杆下体之间；

所述速度控制训练机构包括第一载体、平步带、插销、滚轮、编码器、推动块和方形块，第一载体上设置有容纳平步带的空腔，空腔一端安装插销和滚轮，空腔另一端安装插销、滚轮和编码器，编码器通过键与滚轮相配合；平步带与两端的滚轮相配合，平步带上设置有安装推动块的方孔，方形块插接设置在推动块上；

所述精准度控制训练机构包括第二载体、扁块载体、六边形扁块、第二辅助载体、第一红外传感器和固定板，两个扁块载体嵌接设置在第二载体上，六边形扁块嵌接设置在扁块载体上，且六边形扁块的安装角度不同，第二辅助载体设置在第二载体的下方，两个第一红外传感器对应设置在扁块载体正下方的第二辅助载体上，固定板卡接设置在第二载体的中心，固定板与第二辅助载体不会干涉；

所述角度调整控制训练机构包括第三载体、核心块和核心块限位机构，核心块限位机构包括弹式销上外壳、弹式销下外壳、顶紧弹簧、弹式销头、塞块、第一方形插销和第二方形插销，第三载体上设置安装槽和核心块安装槽，安装槽内设置弹式销上外壳、弹式销下外壳、顶紧弹簧、弹式销头和塞块，顶紧弹簧、弹式销头设置在弹式销上外壳与弹式销下外壳之间，塞块设置在弹式销上外壳与弹式销下外壳的左侧，弹式销上外壳和弹式销下外壳的外壁分别外壁开设有与第一方形插销、第二方形插销配合的第一半槽；核心块安装槽内设置核心块，核心块的侧边设置有至少一条限位槽；安装槽侧壁开设有与第一方形插销和第二方形插销配合的第二半槽，安装槽侧壁还开设有连通核心块安装槽的狭槽，弹式销头的头部穿过狭槽与核心块侧边的限位槽相配合；核心块和核心块限位机构至少设置两组，且核心块倾斜角度不同；

所述tcp中心点控制训练机构包括第四载体和可调节杆，可调节杆顶端设置有球体，可调节杆上还设置有至少一组凸点，第四载体上设置有安装可调节杆的通孔，通孔内设置有横向圆周槽和竖向槽，可调节杆上的凸点沿竖向槽插入通孔，旋转时卡入横向圆周槽定位；

所述方向控制训练机构由十字交叉的两个第五载体构成，位于十字中心处设置有按钮开关，十字中心向外辐射的第五载体上分别设置有等间距的按钮开关和第二红外传感器，按钮开关由按钮外壳、按钮头和复位弹簧组成，按钮外壳内设置有隔板和金属片，金属片位于按钮外壳底部，按钮头下方设置有导通弹片和挡板，导通弹片和挡板之间设置所述复位弹簧，安装时导通弹片和挡板分别位于隔板的上下两侧，下压按钮头会克服弹簧的力使导通弹片与金属片接触导通按钮开关，第二红外传感器设置在按钮开关的外侧。

所述的一种工业机器人操作训练装置，其特征在于所述第一载体、第二载体、第三载体和第四载体围成一正方形，相邻的两边之间通过支撑杆上体、第一连接件和第二连接件配合相连；所述支撑杆上体上方还设置有凸块，凸块中心设置有小孔；第一连接件上设置第一插头第二插头和第三插头，第二连接件上设置第四插头和第五插头；第一载体、第二载体、第三载体和第四载体与支撑杆上体连接端结构相同，第一载体、第二载体、第三载体和第四载体均设置有第一插孔、第二插孔和竖向缺口，第一插头和第三插头与相邻的第一插孔配合，第二插头插入支撑杆上体的凸块的小孔中，竖向缺口与凸块相配合，第四插头和第五插头与相邻的第二插孔配合。

所述的一种工业机器人操作训练装置，其特征在于所述第一载体、第三载体和第四载体上均设置有安装孔，第二辅助载体上的固定板上方设置有凸起，两个第五载体的四个自由端设置三个凸筋和一个凹孔，分别对应配合第一载体、第三载体和第四载体上的安装孔和固定板上的凸起。

所述的一种工业机器人操作训练装置，其特征在于所述第二辅助载体两端分别卡接在支撑杆上体上并通过销子固定连接。

所述的一种工业机器人操作训练装置，其特征在于所述第二载体分为中间的弹性连接体和两端的刚性连接体，扁块载体设置在弹性连接体上，弹性连接体与刚性连接体通过销钉相连。

所述的一种工业机器人操作训练装置，其特征在于所述支撑杆上体侧壁设置有槽体，支撑杆芯上部设置有槽孔，槽孔内设置一大于90度的弧形槽；所述支撑杆芯与支撑杆上体通过端部带有直角凸块的销轴相连，带有直角凸块的销轴依次插入槽体和槽孔，并在槽孔内的弧形槽中旋转90度能够将支撑杆芯与支撑杆上体相连，且销轴能够上下滑动在槽体内。

所述的一种工业机器人操作训练装置，其特征在于所述支撑杆下体的下方设置凹槽，凹槽内配合设置支撑底座。

所述的一种工业机器人操作训练装置，其特征在于所述支撑杆上体的下端面和支撑杆下体的上端面均设置有与弹簧配合的弧形结构。

所述的一种工业机器人操作训练装置，其特征在于所述核心块和核心块限位机构设置为三组，三组核心块倾斜角度依次设置为15度、30度和45度。

本装置以工业化机器人为对象，自主研发辅助工业化机器人操作的训练装置，主要是针对工业化机器人操作员的能力训练。在操作工业化机器人时，许多操作员由于操作不熟练或发生紧急情况时无法及时反应而造成各种无法挽回的损失。工业化机器人训练装置是训练操作人员对紧急情况时的反应能力和对新手掌握操作工业化机器人。

本发明的优点如下：

1.目前市场还未出现专门针对工业化机器人训练的装置，本装置市场空间大；

2.对于高校学生和工场新入职员等学习工业机器人有着显著的提升作用；

3.本装置共有五大功能，每种功能所起到的训练方向不同针对性也不同；

4.通用性高，许多款式工业机器人都能使用这款训练装置；

5.全部采用可拆卸式结构，可自主组装成不同形式的训练装置，携带方便，外形美观。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为支撑安全机构的爆炸图一；

图3为支撑杆上体的局部剖视图；

图4为支撑杆芯的局部剖视图；

图5为支撑安全机构的爆炸图二；

图6为支撑安全机构的结构示意图；

图7为速度控制训练机构的爆照图；

图8为速度控制训练机构的结构示意图；

图9为精准度控制训练机构的示意图一；

图10为精准度控制训练机构的示意图二；

图11为精准度控制训练机构的示意图三；；

图12为角度调整控制训练机构的示意图；

图13为角度调整控制训练机构的爆炸图；

图14为角度调整控制训练机构的局部剖视图；

图15为角度调整控制训练机构的局部图；

图16为tcp中心点控制训练机构的示意图；

图17为tcp中心点控制训练机构的局部剖视图；

图18为方向控制训练机构的爆炸图；

图19为按钮头的结构示意图；

图20为方向控制训练机构的局部图；

图21为方向控制训练机构的示意图；

图22为支撑杆上体与第一载体和第二载体安装的拆解图；

图23为图22的局部剖视图；

图24为支撑杆上体与第一载体和第二载体安装后的示意图；

图中：一：速度控制训练机构，二：精准度控制训练机构，三：角度调整控制训练机构，四：tcp中心点控制训练机构，五：方向控制训练机构，六：支撑安全机构，1-支撑杆上体，2-弹簧，3-支撑杆芯，4-带有直角凸块的销轴，5-支撑杆下体，6-支撑底座，a1-圆槽，a2-槽体，a3-圆柱状盲孔，a4-槽孔，a5-凹槽，a6-凸块，11-第一载体，21-平步带，22-推动块，23-方形块，24-插销，25-滚轮，26-键，27-编码器，e1-方孔，e2-空腔，9-刚性连接体，10-弹性连接体，14-固定板，15-第二辅助载体，45-六边形扁块，46-扁块载体，47-第二载体，12-核心块限位机构，28-核心块，29-第二方形插销，30-弹式销下外壳，31-弹式销头，32-顶紧弹簧，33-塞块，34-弹式销上外壳，35-第一方形插销，36-第三载体，f1-第三载体上设置安装槽，f2-第二半槽，f3-第一半槽，f4-限位槽，f5-狭槽，f6-核心块安装槽，43-第四载体，44-可调节杆，h1-凸点，h2-竖向槽，h3-横向圆周槽，h4-通孔，37-按钮外壳，38-按钮头，39-第五载体，40-复位弹簧，41-按钮开关，42-第二红外传感器，g1-金属片，g2-隔板，g3-导通弹片，g4-挡板，7-第一连接件，8-第二连接件，b1-第一插头,b2-第二插头，b3-第三插头，b4-第四插头，b5-第五插头，b6-竖向缺口，b7-第二插孔，b8-第一插孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明：

一种工业机器人操作训练装置，主要用于对操作工业机器人的人员进行不同类型的训练，以便于更好的操作机器人工作。主要包括支撑安全机构六、速度控制训练机构一、精准度控制训练机构二、角度调整控制训练机构三、tcp中心点控制训练机构四和方向控制训练机构五，支撑安全机构为底部支撑结构，速度控制训练机构、精准度控制训练机构、角度调整控制训练机构和tcp中心点控制训练机构围成多边形结构并设置在支撑安全机构上方，方向控制训练机构设置在多边形结构内。每个部分都是独立的，可以独立使用，也可以进行拆分组合。

下面具体介绍本发明各个部分的具体实施方式。

支撑安全机构六包括支撑杆上体1、支撑杆下体5、支撑杆芯3和弹簧2，支撑杆上体1内设置有圆柱状盲孔a3，支撑杆下体5上方设置有圆槽a1，支撑杆芯3上端插入圆柱状盲孔a3内，支撑杆芯3外套接设置弹簧2并插入圆槽a1中，弹簧2位于支撑杆上体1和支撑杆下体5之间。

可以在支撑杆下体5的下方设置凹槽a5，凹槽内配合设置支撑底座6，起到支撑作用；支撑杆上体的下端面和支撑杆下体的上端面均设置有与弹簧配合的弧形结构，保证其稳定性。

支撑杆上体1侧壁设置有槽体a2，支撑杆芯3上部设置有槽孔a4，槽孔内设置一大于90度的弧形槽；支撑杆芯3与支撑杆上体1通过端部带有直角凸块的销轴4相连，带有直角凸块的销轴依次插入槽体和槽孔，并在槽孔内的弧形槽中旋转90度能够将支撑杆芯与支撑杆上体相连，且销轴能够上下滑动在槽体内，该设计巧妙，结构简单实用。

可以在支撑杆上体上方设置凸块a6，凸块中心设置有小孔，用于与其他几个部分之间连接之用。

为了防止操作工业化机器人时不小心造成机械手不断下压，并在下压过程中无法及时反应过来，特在支撑结构中增加了弹簧机构，虽然伸缩空间较小，但是可以有足够的反应时间去停止工具手继续下压，导致安全事故和不必要的损失。

速度控制训练机构包括第一载体11、平步带21、插销24、滚轮25、编码器27、推动块22和方形块23，第一载体上设置有容纳平步带的空腔e2，空腔一端安装插销和滚轮，空腔另一端安装插销、滚轮和编码器，编码器通过键26与滚轮相配合；平步带与两端的滚轮相配合，平步带上设置有安装推动块的方孔e1，方形块插接设置在推动块上。

精准度控制训练机构包括第二载体47、扁块载体46、六边形扁块45、第二辅助载体15、第一红外传感器和固定板14，两个扁块载体嵌接设置在第二载体上，六边形扁块嵌接设置在扁块载体上，且六边形扁块的安装角度不同，第二辅助载体设置在第二载体的下方，两个第一红外传感器对应设置在扁块载体正下方的第二辅助载体上，固定板14卡接设置在第二载体的中心，固定板与第二辅助载体不会干涉，固定板上方设置有凸起。

角度调整控制训练机构包括第三载体36、核心块28和核心块限位机构12，核心块限位机构包括弹式销上外壳34、弹式销下外壳30、顶紧弹簧32、弹式销头31、塞块33、第一方形插销35和第二方形插销29，第三载体上设置安装槽f1和核心块安装槽f7，安装槽内设置弹式销上外壳、弹式销下外壳、顶紧弹簧、弹式销头和塞块，顶紧弹簧、弹式销头设置在弹式销上外壳与弹式销下外壳之间，塞块设置在弹式销上外壳与弹式销下外壳的左侧，弹式销上外壳和弹式销下外壳的外壁分别外壁开设有与第一方形插销、第二方形插销配合的第一半槽f3；核心块安装槽内设置核心块，核心块的侧边设置有至少一条限位槽f4；安装槽侧壁开设有与第一方形插销和第二方形插销配合的第二半槽f2，安装槽侧壁还开设有连通核心块安装槽的狭槽f5，弹式销头的头部穿过狭槽与核心块侧边的限位槽相配合；核心块和核心块限位机构至少设置两组，且两组中的核心块倾斜角度不同。

tcp中心点控制训练机构包括第四载体43和可调节杆44，可调节杆顶端设置有球体，可调节杆上还设置有至少一组凸点h1，第四载体上设置有安装可调节杆的通孔h4，通孔内设置有横向圆周槽h3和竖向槽h2，可调节杆上的凸点沿竖向槽插入通孔，旋转时卡入横向圆周槽定位。

方向控制训练机构由十字交叉的两个第五载体39构成，位于十字中心处设置有按钮开关41，十字中心向外辐射的第五载体上分别设置有等间距的按钮开关41和第二红外传感器42，按钮开关由按钮外壳37、按钮头38和复位弹簧40组成，按钮外壳内设置有隔板g2和金属片g1，金属片位于按钮外壳底部，按钮头下方设置有导通弹片g3和挡板g4，导通弹片和挡板之间设置所述复位弹簧40，安装时导通弹片和挡板分别位于隔板的上下两侧，下压按钮头会克服弹簧的力使导通弹片与金属片接触导通按钮开关，第二红外传感器42设置在按钮开关的外侧。

可以将第一载体、第二载体、第三载体和第四载体围成一正方形，相邻的两边之间通过支撑杆上体1、第一连接件7和第二连接件8配合相连；第一连接件7上设置第一插头b1第二插头b2和第三插头b3，第二连接件8上设置第四插头b4和第五插头b5；第一载体、第二载体、第三载体和第四载体与支撑杆上体连接端结构相同，第一载体、第二载体、第三载体和第四载体均设置有第一插孔b8、第二插孔b7和竖向缺口b6，第一插头和第三插头与相邻的第一插孔配合，第二插头插入支撑杆上体的凸块的小孔中，竖向缺口与凸块相配合，第四插头和第五插头与相邻的第二插孔配合；用来固定整个框架的连接，实现便携式方便拆卸和自主组装。

第二辅助载体15两端分别卡接在支撑杆上体1上并通过销子固定连接；第二载体分为中间的弹性连接体10和两端的刚性连接体9，扁块载体设置在弹性连接体上，弹性连接体与刚性连接体通过销钉相连。中间的弹性连接体主要作用是当机械手碰触六边形扁块时，如果操作不精准，则会发生一定形变，如果是刚性件，则可能会直接损坏，弹性件有较好的弹性，当机械手移走，又会恢复初始状态。

可以将核心块和核心块限位机构设置为三组，三组核心块倾斜角度依次设置为15度、30度和45度，用于训练对角度的控制。

本发明各个部分的具体功能如下：

一.速度控制

在平布带上装有一个可固定的推动块，推动块上设有凹槽，训练时插一个方形块在推动块上，机械手贴住方形块并向前慢慢滑动，平布带移动时带动滚轮旋转，编码器随滚轮转动，当机械手向前移动时，编码器就会输出脉冲，然后根据脉冲可计算速度。

训练的目的：

abb工业化机器人1410型号配的示教器（操纵器）为摇杆式。摇杆推动的幅度越大则工业化机器人的运行速度会越快，当距离抓取的物体操纵距离比较近时，过快的速度会导致直接碰撞在物体上，所以操纵摇杆可以自由控制工业化机器人运行速度是重中之重。

工业化机器人工具手（机械手）推动方形块并带动向前运行，当工业化机器人示教器摇杆推动幅度过大时，则会由编码器实时反应在显示屏上输出，大于一定速度值时，则不合格。

二.精准度控制

在机械手上安装一个可吸收放气式吸盘。调整摇杆，使吸盘位于六边形扁块上方，然后操作摇杆使吸盘缓缓往下并贴紧六边形扁块，贴紧时，使用气缸吸气，吸取六边形扁块向上，在上升的过程中旋转一定的角度，以便于放入旁边的另一个凹槽。如无贴合六边形扁块则上升，吸盘则无法抓取六边形扁块，若贴紧之后继续下压则会触发红外传感器。

训练的目的：

操作工业化机器人时，合适的推动或旋转摇杆幅度，则能使工业化机器人运行速度到达我们的要求。但是有些时候我们以为已经触碰到物体实行抓取时才发现，并未抓取成功，然后必须在朝着物体前进，这种时候因为距离物体太近，可能因为经验不足或者紧张，导致操作摇杆发生碰撞，造成损失。

在精准度控制上加入了橡胶等材料，为了防止碰撞时对装置或机械手造成损坏，在精准度控制里可以随意锻炼微距离时的操纵力度，若过分下压则会提示错误。

三.角度调整控制

用来学习第六轴（末尾的轴，一般为第六轴）也就是工具手，因为机械手可360°全方位旋转，但往往因为缺少训练，在实际操作时不能停留在一个精确的角度上。在一个平面上设有三个平面分别为15°、30°、45°，把机械手调整到规定角度去接近平面，若调整的机械手接近15°、30°、45°则发出提示。

训练的目的：

使用工业化机器人时，最广泛的运用到工具手旋转某个角度然后抓取某样物体。但是角度调整十分讲究功力，并不是简简单单的旋转就可以到达。

在机械手上装有两个红外传感器，两个传感器装在机械手的同一个平面上，调整传感器检测范围相同，也就意味着当机械手碰到某样物体时若两个传感器同时检测到信号，表示机械手和这个平面处于平行状态。

设3个最常运用到的角度，让机械手调整到规定的角度去触碰面，从第一个面开始触碰，接着旋转再去触碰第二个面，因为两个面之间的角度为15°，所以操作者能更好地判断15°所要转动的幅度为多少。

四.tcp中心点控制

机器人移动是通过工具坐标系同工件坐标系通过矩阵计算来确定。所以tcp是机器人非常重要的一个环节。机械手通过移动到圆球点上，设圆球点为a点，设机械手中心位置为b点，以b点绕a点进行行x、y、z、-x、-y、-z六个坐标系进行位置不断改变，已确定正确的工具坐标原点。

训练的目的：

当工业化机器人工具手重新安装或更换工具手时等，因为其形状或者大小位置不等同与上一次安装的工具手，则需要重新定义tcp（工具中心点）。

因为重新定义工具手是个很麻烦的过程，耗时比较长，但也是由于操作人员很少重新定义工具手造成的疏忽，只有熟练的控制机器手的对tcp坐标定义，才会使在某些场合提高效率。

五.方向控制

初始状态时，机械手停悬在中心位置，以中心位置为起始位置，给操作人员下达指令，向任意一方向移动，移动到指定位置时机械手下方的物体必须刚好触碰按钮开关并且使其下压，判断是否在我们指定的一个方向。移动到按钮开关之后必须继续向前移动直到触碰红外传感器，并在一段时间内触碰到下一个指定的点。按钮开关为自动复位型开关，实验时可多次使用。

训练的目的：

因为操作工业化机器人是一个空间性的操作，在工业化机器人的每个位置（如：东、南、西、北）所对因的坐标都不同，那么操作工业化机器人摇杆的方向也不同，很多操作者就是因为空间上坐标的改变而导致操作工业化机器人方向错误至使机器人损坏。

在一个平面的四个正方向设四个按钮开关和红外传感器，显示屏随机指定一个方向，操作者则必须按照指示方向运动工业化机器人，此时操作者不能总是站在工业化机器人的正前方，需要站在各个角度去按钮开关和红外传感器。

本发明仅提供一种训练装置，至于训练何种工业机器人的操作，以及如何操作由使用者自行设置。