一种机器人离线示教装置及补偿示教方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人离线示教装置及补偿示教方法。
【背景技术】
[0002] 目前，现有工业机器人编程主要有3种形式：1)在线示教编程：即在机器人现场， 由操作者手动操作示教盒引导机器人终端按工作轨迹移动，并记录机器人关节角度信息， 形成程序；机器人自动工作时，由控制器读出存储的位置信息并驱动机器人重复示教时的 轨迹和操作。2)机器人离线编程：利用计算机技术建立机器人及其工作的虚拟环境，对机 器人所要完成的工作任务进行离线规划和编程，并对编程的结果进行动态计算仿真，最后 形成满足要求的工作程序再传输给机器人控制系统。3)虚拟示教编程系统：利用计算机技 术直接在计算机中构建虚拟环境和虚拟机器人，在虚拟的模型中引入机器人机构、场景和 约束条件，操作者在虚拟环境下，通过人机接口引导机器人的末端执行器在虚拟环境中进 行虚拟示教，产生机器人作业轨迹，生成机器人控制程序，并进行相应的仿真与优化，传送 给机器人执行。其中，方法1)最为直观，但示教过程需要克服机器人的重力、关节阻力等， 劳动强度大，且有时受工作环境限制，难以适用所有工作场合。方法3)由于需要花费很大 精力构建虚拟工作环境，且在计算机上操作虚拟机器人不如现场示教方便。因此2)成为最 为常见的机器人程序控制方法。
[0003] 但现有的离线编程示教系统在示教过程由于自身重力、振动等非确定的因素造成 无动力示教关节臂运动参数存在系统误差，如何消除这些系统误差对无动力示教关节臂运 动参数影响，从而生成目标机器人正确的控制程序成为无动力示教关节臂系统质量关键指 标之一 〇
【发明内容】
[0004] 本发明的一个目的在于，提供一种消除示教关节臂系统在示教过程受其本身误差 的机器人离线示教装置及补偿示教方法。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 一种机器人离线示教装置，包括：示教关节臂，用于演示机器人操作；
[0007] 光学角度编码器，用于连续采集具有六自由度的示教关节臂在运动中各关节的角 度信息；
[0008] 下位机，用于将运动轨迹生成计算机可读编码存储起来并能和上位机实时通讯；
[0009] 上位机，用于将计算机可读编码向任意机器人发送执行命令。
[0010] 一种机器人离线补偿示教方法，包括上述机器人离线示教装置，采用六自由度的 示教关节臂作为示教采集单元，在示教关节臂各个关节上安装光学角度编码器，每个光学 角度编码器都能够独立的且同时完成角度信息的数据采集，在示教关节臂的六个轴上安装 具有广播功能的绝对式编码器，将示教的产生运动轨迹变成编码传到下位机，再由下位机 传到上位机（计算机）进行程序优化，最终测试合格形成机器人程序。
[0011] 设置一上位机向绝对式编码器发送广播指令，六个绝对式编码器会在同时接收到 这个广播指令，然后将各自此刻的数据记录下来反馈给上位机；并设置一STM主板在上位 机接收反馈之前或之后逐一向六个绝对式编码器读取采集单元的信息。
[0012] 进一步的，所述PC为上位机，所述STM主板为STM32F103xx增强型系列。
[0013] 本发明与现有技术相比具有的益效果为：能够对各种示教关节臂通过测试和分析 其系统本身误差对运动参数的影响，然后通过修正其参数从而达到实现目标机器人精确的 程序控制，体现很大柔性；同时，降低示教操作难度，能把熟练技工的操作经验通过机械臂 沉淀下来，使整个生产线达到熟练技工的技能水平，以减少繁琐的机器人轨迹修正的过程， 大大提高编程效率。
【附图说明】
[0014] 图1是机器人离线示教装置示意图；
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0016] 如图1所示，本发明提供了一种机器人离线示教装置，包括：示教关节臂，用于演 示机器人操作；光学角度编码器，用于连续采集具有六自由度的示教关节臂在运动中各关 节的角度信息；下位机，用于将运动轨迹生成计算机可读编码存储起来并能和上位机实时 通讯；上位机，用于将计算机可读编码向任意机器人发送执行命令。
[0017] -种机器人离线补偿示教方法，包括上述机器人离线示教装置，采用六自由度的 示教关节臂作为示教采集单元，在示教关节臂各个关节上安装光学角度编码器和数据处理 单元，每个单元都能够独立的且同时完成角度信息的数据采集，在示教关节臂的六个轴上 安装具有广播功能的绝对式编码器；
[0018] 设置一上位机向绝对式编码器发送广播指令，六个绝对式编码器会在同时接收到 这个广播指令，然后将各自此刻的数据记录下来反馈给上位机；并设置一STM主板在上位 机接收反馈之前或之后逐一向六个绝对式编码器读取采集单元的信息。
[0019] 上述方法基本原理主要体现为：
[0020] 1、采用运动灵活、测量范围大、可折叠、占地空间小的六自由度关节臂系统做为人 工示教运动轨迹的采集器。机器人作为工作时执行器。两者都是串联式的机械结构，其误 差的来源很多，主要可以概括成如下两大部分：示教关节臂采集轨迹误差和机械手再现轨 迹误差。
[0021]
【主权项】
1. 一种机器人离线示教装置，包括：示教关节臂，用于演示机器人操作； 光学角度编码器，用于连续采集具有六自由度的示教关节臂在运动中各关节的角度信 息； 下位机，用于将运动轨迹生成计算机可读编码存储起来并能和上位机实时通讯； 上位机，用于将计算机可读编码向任意机器人发送执行命令。
2. -种机器人离线补偿示教方法，包括上述权利要求1所述的机器人离线示教装置， 其特征在于，采用六自由度的示教关节臂作为示教采集单元，在示教关节臂各个关节上安 装光学角度编码器，每个光学角度编码器都能够独立的且同时完成角度信息的数据采集， 在示教关节臂的六个轴上安装具有广播功能的绝对式编码器，将示教的产生运动轨迹变成 编码传到下位机，再由下位机传到上位机（计算机）进行程序优化，最终测试合格形成机器 人程序。 设置一上位机向绝对式编码器发送广播指令，六个绝对式编码器会在同时接收到所述 广播指令，然后将各自此刻的数据记录下来反馈给上位机；并设置一 STM主板在上位机接 收反馈之前或之后逐一向六个绝对式编码器读取采集单元的信息。
3. 根据权利要求2所述的一种机器人离线补偿示教方法，其特征在于，所述PC为上位 机，所述STM主板为STM32F103xx增强型系列。
【专利摘要】本发明涉及机器人领域，本发明公开一种机器人离线示教装置的误差补偿方法，能够对各种示教关节臂通过测试和分析其系统本身误差对运动参数的影响，然后通过修正其参数从而达到实现目标机器人精确的程序控制，体现很大柔性；同时，降低示教操作难度，能把熟练技工的操作经验通过机械臂沉淀下来，使整个生产线达到熟练技工的技能水平，以减少繁琐的机器人轨迹修正的过程，大大提高编程效率。
【IPC分类】B25J9-22
【公开号】CN104552299
【申请号】CN201410831373
【发明人】秦磊, 禹鑫燚, 郑振兴, 周莉, 杨永
【申请人】佛山市新鹏机器人技术有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月26日