專利名稱：用于示教工業(yè)機器人的方法及根據(jù)該方法設置的工業(yè)機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于示教工業(yè)機器人運動行程的方法，所述工業(yè)機器人包括機座
以及至少一個活動的鉸接臂。
背景技術：
為了使工業(yè)機器人產(chǎn)生運動，通常采用一種操作設備或類似裝置，由操作人員對該操作設備或類似裝置進行手動操縱。與此同時，機器人諸如從一個位置到另一個位置或是沿著固定軌跡的運動通過為此設置在操作設備上的操縱桿或通過鍵盤產(chǎn)生的命令來進行操縱，也就是說，機器人跟隨著鍵盤或操縱桿的相應調(diào)節(jié)值的運動命令。通常情況下，操作設備和控制裝置之間的連接是恒定而不可分的。 對于軌跡的限定，機器人或機器人鉸接臂從一個位置到另一個位置的運動是絕對必要的。諸如工具著手的位置上的示教需要編程人員的經(jīng)驗和靈敏的感覺，由此才能夠使元件不會受到損壞。 當然，有時借助于鍵盤或操縱桿的機器人的復雜運動軌跡的編程是非常費時的，這是因為每個軌跡點都必須單獨限定，或者必須通過操縱桿使運動非常平穩(wěn)和精確地得以實現(xiàn)，從而避免運動軌跡的每個錯誤或者還能避免在偏移情況下的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
由現(xiàn)有技術可知，本發(fā)明的目的是提供一種如在開頭所述的方法，目前為止該方法是一種較為簡單的方式方法。本發(fā)明的又一目的是提供一種實現(xiàn)所述方法的裝置，該裝置允許盡可能簡單的手動操縱。 本發(fā)明的目的通過權利要求1和權利要求9的特征得以實現(xiàn)。 因此，本發(fā)明的方法是作為人工示教過程而設計的，其中，機器人通過手動來操縱，并且將每個到達的軌跡點進行電存儲，從而在示教過程完成之后通過軌跡坐標數(shù)據(jù)而保存一運動軌跡。具體包括以下步驟 a)在所述鉸接臂的自由端設置具有測量頭的測量系統(tǒng)； b)在末端操縱裝置上設置手控裝置，所述末端操縱裝置設置在所述鉸接臂的設有所述測量系統(tǒng)的自由端； c)操作人員對所述手控裝置進行人工操作，以示教機器人預定的運動行程；
d)通過設有測量頭的所述測量系統(tǒng)來記錄設在所述鉸接臂自由端的所述手控裝置的每個位置； e)將記錄的位置轉(zhuǎn)換成坐標數(shù)據(jù)； f)將記錄的坐標數(shù)據(jù)傳輸給調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)； g)將傳輸?shù)淖鴺藬?shù)據(jù)存儲在所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)中； h)通過所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)來計算所存儲的坐標數(shù)據(jù)；以及
i)將計算出的數(shù)據(jù)存儲為機器人的運動程序。 步驟a):為了清楚地限定機器人及其末端操縱裝置的每個定點位置并且記錄各 個位置所屬的坐標，有必要設置一測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)用來記錄坐標數(shù)據(jù)并對這些坐標 數(shù)據(jù)進行計算?？商鎿Q地，還能夠?qū)C器人的運動學裝置用作測量系統(tǒng)。 步驟b):為實現(xiàn)手動操縱末端操縱裝置，也就是手動操縱機器人鉸接臂的自由 端，作為手控裝置而設有把手，通過該把手來實現(xiàn)精確的人工操縱，其中，還能夠產(chǎn)生到達 機器人控制裝置的命令傳輸。
步驟c):通過示教人員來實現(xiàn)手控裝置的運動是本發(fā)明的基本原理。
步驟d):根據(jù)本發(fā)明，還要注意到實現(xiàn)機器人的運動行程所需的精確度，即，通過
設置在機器人鉸接臂自由端的測量頭根據(jù)坐標來精確記錄每個位置?？商鎿Q地，還能夠記
錄工具中心點，也就是指末端操縱裝置的工具工作點；這方面可以自動通過工業(yè)機器人的
控制裝置來實現(xiàn)。 步驟e):進一步地，還需要將記錄的每個位置的坐標轉(zhuǎn)換成可操作的電子坐標數(shù) 據(jù)，接下來能夠通過這些坐標數(shù)據(jù)導引出運動軌跡，其中，這方面也能夠通過機器人控制裝 置來確保實現(xiàn)。 步驟f):將正確的坐標數(shù)據(jù)從機器人傳輸給調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)，以對這些坐標數(shù)據(jù) 進行計算。
步驟g):在所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)中，將每個坐標數(shù)據(jù)進行存儲，用以進行最終處理。 步驟h):或者通過存儲裝置進行計算，也就是在一定程度上進行同步("實時") 計算，或者在軌跡坐標記錄完成之后進行計算。 步驟i):所述方法的最后一步，需要最終將單獨的軌跡坐標數(shù)據(jù)共同導引成一運 動軌跡，作為運動程序。 簡而言之，本發(fā)明的用于示教工業(yè)機器人運功行程的方法是結(jié)合了人工和電子的
方法，這是因為，相關數(shù)據(jù)首先是人工而生成的，也就是通過手控裝置的人工運動而生成，
緊接著進行電子處理或?qū)崟r地進行電子處理，并且將這些數(shù)據(jù)存儲為運動程序。 根據(jù)本發(fā)明方法的實施例變換能夠了解到，在將由所述測量系統(tǒng)記錄和轉(zhuǎn)換的坐
標數(shù)據(jù)傳輸給調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)的步驟之前，首先將這些坐標數(shù)據(jù)存儲在所述測量系統(tǒng)中，
然后將坐標數(shù)據(jù)讀出并傳輸給所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)，在所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)中對坐標數(shù)據(jù)
進行計算并存儲為用于控制機器人的運動程序。 根據(jù)本發(fā)明方法的其它具有優(yōu)勢的變換還能夠了解到，由測量系統(tǒng)記錄的全部坐 標數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)街T如調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)的外部存裝置中，在所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)中進行諸 如轉(zhuǎn)換、計算以及編程的操作。 根據(jù)本發(fā)明方法的具有優(yōu)勢的擴展實施例，使由測量系統(tǒng)記錄的測量值的傳輸受 到保護。由此能夠避免每個測量值的篡改。 根據(jù)所述方法特別優(yōu)選的變換，可選擇地，對所述手控裝置的單獨位置進行記錄， 或者對完整軌跡的坐標數(shù)據(jù)進行記錄。 根據(jù)本發(fā)明方法的又一形式，所述示教通過所謂的"雙手動操作"來實現(xiàn)。在這種 情況下，所述坐標數(shù)據(jù)以六維空間坐標進行記錄。用于機器人的坐標數(shù)據(jù)總是采用六維空間坐標進行記錄。通過"雙手動操作"實現(xiàn)了在六維空間坐標上的協(xié)調(diào)運動，也就是說，使 在測量系統(tǒng)上的瞬時施用更加簡單并因此而更加協(xié)調(diào)。 根據(jù)優(yōu)選的方法變換，所述記錄和計算出的坐標數(shù)據(jù)用于程序員，從而在軌跡生 成過程中將運動軌跡轉(zhuǎn)換為精確的運動程序。 機器人在兩點之間的運動的確定過程中，對于手控裝置來說通常能夠選擇至少兩 種不同的運動形式，比如直線運動或經(jīng)由軸的運動。 通過本發(fā)明的方法及其實施變換，為使用者提供一種簡單的對機器人的軌跡控制 進行編程的可能性，同時還具有節(jié)省時間以及執(zhí)行更為精確的特點。 根據(jù)本發(fā)明的另一個目的，提供一種工業(yè)機器人，所述工業(yè)機器人包括機座以及 至少一個活動的鉸接臂，所述鉸接臂的自由端設有連接裝置，用以可釋放地連接諸如工具 或其它裝置的末端操縱裝置；以此作為基礎，應該說明這樣一種可能性，即，允許了一個對 機器人運動行程的簡單化的確定。 根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過權力要求9的特征得以實現(xiàn)。由本發(fā)明可知，所述工業(yè) 機器人的自由端設有包括測量頭的測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)自動檢測到所述末端操縱裝置 的每個位置和情況，并傳遞給調(diào)節(jié)和控制單元，并且所述末端操縱裝置上還設有手控裝置， 所述手控裝置用于示教機器人或鉸接臂的運動行程，并且由為此指定的人員對所述手控裝 置進行人工操作。 根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人的優(yōu)選實施例，受到殼體保護的所述測量系統(tǒng)設置在所
述鉸接臂的自由端上，在該位置上所述測量系統(tǒng)能夠隨時安裝或再次取下。 此外，具有優(yōu)勢地，所述測量系統(tǒng)設置在剛性殼體中，并且通過受到保護地設置在
機器人的鉸接臂中的傳輸導線與所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)進行通訊。 在手控裝置中的附加系統(tǒng)稱為"示教裝置"，這些附加系統(tǒng)補充性地用在電子操作 設備中。這些示教裝置與系統(tǒng)手控裝置相連接，也就是指，機械裝置和控制裝置相互固定連 接，并且這些示教裝置只能夠通過較長的時間消耗來拆掉，這方面也適用于例如設置在手 控裝置的手柄和末端操縱裝置之間的測量系統(tǒng)。 通常情況下，必須使末端操縱裝置與工業(yè)機器人機械地分離才能拆卸掉測量系統(tǒng) 的元件，這意味著，擺脫末端操縱裝置是前提條件。因此，這就使人工示教難以進行或是不 可能實現(xiàn)。 本發(fā)明的明確改進方案，其特征在于，所述測量系統(tǒng)與所述鉸接臂的連接采用插 拔式連接和/或卡槽連接。所述插拔式連接和/或卡槽連接實現(xiàn)了對測量系統(tǒng)的簡單而具 有優(yōu)勢的無工具安裝和拆卸。 根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人的優(yōu)選實施例，在不需要像先前那樣拆卸末端操縱裝置 的情況下，設置在所述鉸接臂自由端的所述測量系統(tǒng)是可拆卸的。 這樣的測量系統(tǒng)例如可以是測力系統(tǒng)，用于測量諸如夾具的承受質(zhì)量以及夾持 力，所述測量系統(tǒng)還可以是用于測量鉸接臂的角度位置及其方向的裝置。此外，這樣的測量 系統(tǒng)還提供了進行校準處理的可能性，從而只能夠測量附加力。 本發(fā)明所述的以及其它具有優(yōu)勢的形式和改進方案以及特別優(yōu)勢是從屬權利的 主要內(nèi)容。


接下來將根據(jù)本發(fā)明附圖所示的實施例對本發(fā)明具有優(yōu)勢的形式和改進方案以 及特別優(yōu)勢進行詳細解釋和說明。圖中示出了
圖1為現(xiàn)有技術的工業(yè)機器人的示意圖； 圖2為本發(fā)明的設置在工業(yè)機器人鉸接臂自由端的測量頭的側(cè)面示意圖； 圖3為內(nèi)部設有測量系統(tǒng)用于安裝在工業(yè)機器人鉸接臂自由端的殼體的示意以及 圖4為本發(fā)明的設置在工業(yè)機器人鉸接臂自由端的測量頭在傾斜狀態(tài)下的頂部 示意圖，其中，該測量頭上固定有手控裝置。附圖標記說明10工業(yè)機器人12機座14鉸接臂16驅(qū)動裝置18凸緣20末端操縱裝置22測量系統(tǒng)24殼體(用于測量系統(tǒng))26操縱桿28扶柄30凸緣(連接機器人)32凸緣(連接末端操縱裝置)
具體實施例方式圖1中示出了現(xiàn)有技術公知的工業(yè)機器人10的側(cè)視圖，該工業(yè)機器人設有機座
12，該機座上設有與其鉸接的鉸接臂14以及驅(qū)動裝置16。 鉸接臂14的自由端設有凸緣18，該凸緣能夠連接不同設置的工具。 在所示實施例中，凸緣18和末端操縱裝置20之間，也就是指在凸緣和由機器人10
操縱的任意一種工具之間，設有一用于人工示教過程的測量頭22，在機器人接下來的示教
之后和在所確定的操作開始之前，首先必須將測量頭拆掉。這就導致在時間和安裝工作上
的重要浪費。 因此，本發(fā)明的目的是提供一種技術方案，該技術方案避免了 ，為了實現(xiàn)設置在機 器人10的凸緣18和末端操縱裝置20之間的測量系統(tǒng)22的拆卸而要進行的末端操縱裝置 20從工業(yè)機器人10上的費時拆卸。 圖2中示出了對于目前尚未能盡如人意解決的所述問題的技術方案。如圖所示， 在與鉸接臂14端部連接的凸緣18上裝設一圓柱形殼體24，再將末端操縱裝置20連接到該 殼體上。 根據(jù)本發(fā)明，這種技術方案在于具有一特別的殼體，在示教過程中，對于示教所需 的測量系統(tǒng)定位該殼體中，而接下來在預定的工作之前，則能夠在具有很小浪費的情況下將該測量系統(tǒng)拆卸掉。因此，通過這種僅根據(jù)需要可定位在機器人臂14中的測量系統(tǒng)22，使該測量系統(tǒng)的安裝和拆卸都變得簡單，同時，相對于先前技術還顯著地降低了時間上的浪費。 測量系統(tǒng)22設置在剛性殼體24中，其中，通過內(nèi)部結(jié)構來確保每個測量值的傳輸。通過這種方式實現(xiàn)了，在不用必須先將末端操縱裝置20拆卸掉的情況下，僅用很少的手動操作就能使測量系統(tǒng)22從連接狀態(tài)中釋放。 圖3中示出了殼體24的在傾斜狀態(tài)下的示意圖，其中，測量系統(tǒng)22例如在示教過程中短時地設置在該殼體中。該測量系統(tǒng)在示教之后還能夠保持在機器人上，以實現(xiàn)一個用于操作過程的力控制裝置。該殼體設置成圓柱形，并且具有兩個正端面，其中一個端面設有凸緣30，用以安裝到設置在工業(yè)機器人10的鉸接臂14的自由端上的凸緣18上。另一個端面也同樣設有凸緣32，用以連接末端操縱裝置20。 根據(jù)本發(fā)明，殼體24中的測量系統(tǒng)22的定點定位由此變得簡單，S卩，通過殼體24內(nèi)部的卡槽裝置使測量系統(tǒng)22在使用期間固定設置在殼體24中。為了能夠操作未詳細示出的卡槽裝置以及同樣未詳細示出的測量系統(tǒng)22，設有一可以從外部進行人工操作的搖桿或操縱桿26，通過調(diào)整該搖桿或操縱桿使測量系統(tǒng)22在其安裝位置上鎖止或釋放?？商鎿Q地，上述過程例如還能夠通過彈簧裝置來實現(xiàn)，使彈簧裝置在定位之后鎖止，從而確保實現(xiàn)固定連接。 當然，還能夠采用插拔式連接，通過插拔式連接使測量系統(tǒng)22定位在殼體24中，并且通過搖桿或操縱桿26使測量系統(tǒng)固定或解除固定。 最后，圖4示出了機器人10的鉸接臂14自由端的示意圖，該自由端根據(jù)本發(fā)明的方式進行裝配。在末端操縱裝置20上固設有在兩側(cè)彼此相對設置的扶柄(Haltegriffe)28，從而由此可以實現(xiàn)對末端操縱裝置20的雙側(cè)人工操作，并由此實現(xiàn)以簡單的方式進行人工示教。 在末端操縱裝置的后面是測量系統(tǒng)22的測量頭，該測量頭用于示教過程中，由于被殼體24罩住，因此在此看不到測量頭。 為了實現(xiàn)本發(fā)明的方法，還設有一個在圖中未示出的調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)，該調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)可選擇地設置在相關聯(lián)的機器人10上，或者，為機器人10的所有部件或至少一組部件設置調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)，并負責對所述部件進行控制。
權利要求
一種用于示教工業(yè)機器人(10)運動行程的方法，所述工業(yè)機器人包括機座(12)以及至少一個活動的鉸接臂(14)，所述方法包括以下步驟a.在所述鉸接臂(14)的自由端設置具有測量頭的測量系統(tǒng)(22)；b.在末端操縱裝置(20)上設置手控裝置(28)，所述末端操縱裝置設置在所述鉸接臂(14)的設有所述測量系統(tǒng)(22)的自由端上；c.操作人員對所述手控裝置(28)進行人工操作，以示教機器人(10)預定的運動行程；d.通過設有測量頭的所述測量系統(tǒng)(22)來記錄設在所述鉸接臂(14)自由端的所述手控裝置(28)的每個位置；e.將記錄的位置轉(zhuǎn)換成坐標數(shù)據(jù)；f.將記錄的坐標數(shù)據(jù)傳輸給調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)；g.將傳輸?shù)淖鴺藬?shù)據(jù)存儲在所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)中；h.通過所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)來計算所存儲的坐標數(shù)據(jù)；以及i.將計算出的數(shù)據(jù)存儲為機器人(10)的運動程序。
2. 根據(jù)權利要求l所述的用于示教工業(yè)機器人(10)運動行程的方法，其特征在于， 在將由所述測量系統(tǒng)(22)記錄和轉(zhuǎn)換的坐標數(shù)據(jù)傳輸給所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)的步驟之 前，首先將這些坐標數(shù)據(jù)存儲在所述測量系統(tǒng)(22)中，然后將坐標數(shù)據(jù)讀出并傳輸給所述 調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)，在所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)中對坐標數(shù)據(jù)進行計算并存儲為用于控制機器人 (10)的運動程序。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，使由所述測量系統(tǒng)(22)記錄的測量 值的傳輸受到保護，從而避免每個測量值的篡改。
4. 根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于，對所述手控裝置(28)的單獨 位置進行記錄。
5. 根據(jù)權利要求1至3中任意一項所述的方法，其特征在于，對完整軌跡的坐標數(shù)據(jù)進 行記錄。
6. 根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述示教通過所謂的"雙手動 操作"來實現(xiàn)。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述坐標數(shù)據(jù)以六維空間坐標進行記錄。
8. 根據(jù)權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述記錄和計算出的坐標數(shù)據(jù)用于程 序員，從而在軌跡生成過程中將運動軌跡轉(zhuǎn)換為精確的運動程序。
9. 一種工業(yè)機器人(IO)，所述工業(yè)機器人包括機座(12)以及至少一個活動的鉸接臂 (14)，所述鉸接臂的自由端設有連接裝置(18)，用以可釋放地連接諸如工具或其它裝置的 末端操縱裝置(20)，其特征在于，所述工業(yè)機器人(10)的自由端設有包括測量頭的測量系統(tǒng)(22)，所述測量系統(tǒng)自動 檢測到所述末端操縱裝置(20)的每個位置和情況并傳遞給調(diào)節(jié)和控制單元，并且所述末 端操縱裝置上還設有手控裝置(28)，所述手控裝置用于示教機器人(10)或鉸接臂(14)的 運動行程，并且由為此指定的人員對所述手控裝置進行人工操作。
10. 根據(jù)權利要求9所述的工業(yè)機器人，其特征在于，受到保護的所述測量系統(tǒng)(22)設 置在所述鉸接臂(14)的自由端上。
11. 根據(jù)權利要求9或10所述的工業(yè)機器人，其特征在于，所述測量系統(tǒng)(22)設置在 剛性殼體(24)中，并且通過受到保護地設置在機器人(10)的鉸接臂(14)中的傳輸導線與 所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)進行通訊。
12. 根據(jù)權利要求9至11中任意一項所述的工業(yè)機器人，其特征在于，所述測量系統(tǒng) (22)在所述殼體(24)中的固定采用插拔式連接和/或卡槽連接。
13. 根據(jù)權利要求9至11中任意一項所述的工業(yè)機器人，其特征在于，所述測量系統(tǒng) (22)在所述殼體(24)中的固定采用力配合式連接。
14. 根據(jù)權利要求13所述的工業(yè)機器人，其特征在于，設有彈簧系統(tǒng)，通過對所述彈簧 系統(tǒng)的操作使所述測量系統(tǒng)(22)固定在所述殼體(24)中。
15. 根據(jù)權利要求13所述的工業(yè)機器人，其特征在于，設有操縱桿或搖桿(26)，通過對 所述操縱桿或搖桿的操作使所述測量系統(tǒng)(22)固定在所述殼體(24)中。
16. 根據(jù)權利要求9至12中任意一項所述的工業(yè)機器人，其特征在于，在不需要像先前 那樣拆卸末端操縱裝置(20)的情況下，所述測量系統(tǒng)(22)是可拆卸的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于示教工業(yè)機器人運動行程的方法，所述工業(yè)機器人包括機座(12)以及至少一個活動的鉸接臂(14)，所述方法根據(jù)以下步驟進行工作在所述鉸接臂(14)的自由端設置具有測量頭的測量系統(tǒng)(22)；在末端操縱裝置(20)上設置手控裝置(28)，所述末端操縱裝置設置在所述鉸接臂(14)的設有所述測量系統(tǒng)(22)的自由端；操作人員對所述手控裝置(28)進行人工操作，以示教機器人(10)的預定的運動行程；通過設有測量頭的所述測量系統(tǒng)(22)來記錄設在所述鉸接臂(14)自由端的所述手控裝置(28)的每個位置；將記錄的位置轉(zhuǎn)換成坐標數(shù)據(jù)；將記錄的坐標數(shù)據(jù)傳輸給調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)；將傳輸?shù)淖鴺藬?shù)據(jù)存儲在所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)中；通過所述調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)來計算所存儲的坐標數(shù)據(jù)以及將計算出的數(shù)據(jù)存儲為機器人(10)的運動程序。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)上述方法設置的工業(yè)機器人。
文檔編號B25J9/08GK101722517SQ200910179948
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月10日 優(yōu)先權日2008年10月10日
發(fā)明者米夏埃爾·羅特, 賴納·克拉平格, 馬丁·科爾梅爾 申請人:Abb股份有限公司