本发明涉及机器人示教系统，特别涉及一种协作机器人引导示教系统。
背景技术：
目前，机器人领域进入协作机器人的黄金发展期。为了规范人机协作的安全标准，国际标准化组织更新了iso10218国际标准，制定了isots15066技术规范。此标准对协作机器人作业提出了四项要求，其中一项就是——handguiding，即拖动示教或者引导示教。可见引导示教技术已成为协作机器人必备的功能。
引导示教技术使人和机器人在同一空间内进行人机互动，操作者可以更加直接地将自己的意图传递给机器人，并使机器人快速达到指定位置，来完成工作任务，大幅度提高生产效率，尤其在实现复杂轨迹方面有突出的优势。
专利cn206254183u公开的“一种机器人智能拖动示教系统”提出将六维力传感器一端连接机器人末端法兰，另一端连接拖动工具，来实现拖动示教。这样虽然能实现简单的拖动，但这种安装方式大大限制了末端执行器的形状尺寸，且拖动后不能取下六维传感器，实用性差，成本高；受六维传感器线的束缚，不能远距离拖动。
专利cn106826769a公开的“一种工业机器人快速示教装置及其实现方法”通过连接件将六维力传感器安装在法兰上，可以快速拆卸六维传感器，但同样因使用六维力传感器和额外的设备，使成本大大增加，不能有距离引导；而且需要重力补偿、力的转换等环节，实现过程较为繁琐。
专利cn107097233a公开的“一种无力矩传感器的工业机器人拖动示教”通过动力模型和外力估计算法，克服重力和摩擦力，使机器人处于零力控制状态，来便于手动牵引机器人移动。这种方式不增加额外的成本，可实现机器人的自由拖动，但需要很高的权限开发机器人控制器，通用性差。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种易操作、成本低、实用性好、通用性强、可遥控的协作机器人引导示教系统。
本发明的技术方案是：
一种协作机器人引导示教系统，包括机架，所述的机架与机器人底座固定连接，末端执行器与机器人的末端法兰固定相连，三维鼠标的无线接收器与计算机连接，所述计算机与机器人控制系统通过网线连接，所述机器人控制系统与机器人的各个关节电机通过电缆相连接，末端执行器与第一连接件固定相连，所述的第一连接件通过固定件与机器人的末端法兰固连，所述的三维鼠标将操作者施加在三维鼠标帽上的不同大小和方向的力和力矩信号发送给计算机，所述的计算机处理三维鼠标发来的数据并发送给机器人控制系统，从而控制机器人按照操作者的意图进行动作，实现对机器人的引导。
本发明的有益效果在于：本发明的引导示教系统操纵三维鼠标就可以引导机器人动作，不需要专门的知识，门槛低，易操作；利用三维鼠标来代替昂贵的力矩传感器，省去了力矩传感器配套的数据转换等设备，成本大大降低；引导示教结束后三维鼠标可以快速拆卸，不影响复现效果，可以对其他机器人进行示教，且三维鼠标的安装方式可以方便地随末端执行器安装方式而改变，实用性强；实现过程不需要很高的机器人控制权限，适用于大多数关节机器人，通用性强；三维鼠标通过无线方式连接到计算机上，摆脱了线缆的束缚，可以实现对机器人的远距离引导。
附图说明
图1是本发明的一种协作机器人引导示教系统的硬件连接示意图；
图2是图1所示的系统中的第二连接件的结构示意图；
图3是本发明采用的三维鼠标部件及坐标系示意图；
图4、图5和图6分别是本发明采用的机器人的末端硬件的三种连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体安装工作方式对本发明进行详细阐述。
如图1所示，一种协作机器人引导示教系统，包括机架1，所述的机架1与机器人2底座固定连接，末端执行器7与机器人2的末端法兰3固定相连。三维鼠标4的无线接收器11与计算机10连接，所述计算机10与机器人控制系统8通过网线连接，所述机器人控制系统8与机器人2的各个关节电机通过电缆相连接。末端执行器7与第一连接件6固定相连，第一连接件6通过固定件(如：螺钉)与机器人2的末端法兰3固连。所述的三维鼠标4将操作者施加在三维鼠标帽43上的不同大小和方向的力和力矩信号发送给计算机10，计算机10处理三维鼠标4发来的数据并发送给机器人控制系统8，从而控制机器人2按照操作者的意图进行动作，实现对机器人的引导。根据工作需要确定末端执行器7的轴线是否和机器人2的末端轴线重合，如图5至图6所示。
机器人控制系统8可以采用现有的keba控制系统即可。末端执行器7可以采用现有的吸盘、夹爪、喷涂枪、焊枪等。
机器人2可以为现有的协作机器人(多指六关节机器人)，还可以为传统工业机器人。
三维鼠标4市场购买即可，三维鼠标4与计算机10无线式通信，摆脱了数据线的束缚。
如图2所示，作为本发明的一种实施方式，所述的三维鼠标4的底座41固定在第二连接件5的中间凹槽51内。所述的第二连接件5通过螺钉与第一连接件6固定连接，所述的三维鼠标4还可以与第二连接件5通过磁性吸附、粘接等方式连接，优选在所述的第二连接件5的中间凹槽51内开有多个安装凹槽52，在每一个安装凹槽内分别安装有磁铁片，所述的三维鼠标4的底座41为铁磁性的材料，三维鼠标4与第二连接件5采用磁性吸附连接，安装和拆卸方便。
作为本发明的另一种实施方式，三维鼠标4脱离机器人2，可以手持，也可以放在桌面上，根据三维鼠标4的无线接收器11的接收范围，可以在10米的范围内进行引导。这样使该系统可以实现遥控机器人2。
采用本装置的示教实施方法为：
(1)点击三维鼠标4的按键42给机器人2关节电机上电，点击按键42和按键44选择机器人2的动作参考坐标系。机器人2的动作参考坐标系包括关节坐标系、笛卡尔坐标系(包含世界坐标系、工具坐标系和工件坐标系，世界坐标系、工具坐标系和工件坐标系的建立方法，根据现有方法建立即可)。这将三维鼠标4的六个自由度(x、y、z、rx、ry、rz)与机器人所选择的动作参考系进行映射，在关节坐标系下，三维鼠标的六个自由度依次映射六关节机器人轴一到轴六的转动；在笛卡尔坐标系下，三维鼠标的六个自由度依次映射到六关节机器人的六个自由度(x、y、z、rx、ry、rz)。手动在三维鼠标4的鼠标帽43上施加不同大小和方向的力(力矩)，实时将数值传给计算机10，计算机10处理后转换成相应的速度值，传输给机器人控制系统8，控制机器人2在所选动作参考坐标系下、在相应的方向、以相应的速度进行动作，从而实现对机器人2的引导。在引导过程中，机器人控制系统8实时将机器人2各个关节的位置速度、tcp的位姿、速度、加速度等信息传给计算机10存储。
(2)待引导结束后，计算机10中的上位机软件自动生成机器人动作程序，传给机器人控制系统8，运行程序，实现复现。
(3)引导示教结束后，可以快速拆卸第二连接件5和三维鼠标4，减少三维鼠标4的损耗，且不影响机器人2复现效果，也可以对其他机器人进行引导示教。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。