專利名稱：用于示教工業機器人的方法及根據該方法設置的工業機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于示教工業機器人運動行程的方法，所述工業機器人包括機座
以及至少一個活動的鉸接臂。
背景技術：
為了使工業機器人產生運動，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節值的運動命令。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和精確地得以實現，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。
發明內容
由現有技術可知，本發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。本發明的又一目的是提供一種實現所述方法的裝置，該裝置允許盡可能簡單的手動操縱。 本發明的目的通過權利要求1和權利要求9的特征得以實現。 因此，本發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據而保存一運動軌跡。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； 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)將記錄的位置轉換成坐標數據； f)將記錄的坐標數據傳輸給調節和控制系統； g)將傳輸的坐標數據存儲在所述調節和控制系統中； h)通過所述調節和控制系統來計算所存儲的坐標數據；以及
i)將計算出的數據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，該測量系統用來記錄坐標數據并對這些坐標 數據進行計算。可替換地，還能夠將機器人的運動學裝置用作測量系統。 步驟b):為實現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，通過該把手來實現精確的人工操縱，其中，還能夠產生到達 機器人控制裝置的命令傳輸。
步驟c):通過示教人員來實現手控裝置的運動是本發明的基本原理。
步驟d):根據本發明，還要注意到實現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坐標來精確記錄每個位置。可替換地，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機器人的
控制裝置來實現。 步驟e):進一步地，還需要將記錄的每個位置的坐標轉換成可操作的電子坐標數 據，接下來能夠通過這些坐標數據導引出運動軌跡，其中，這方面也能夠通過機器人控制裝 置來確保實現。 步驟f):將正確的坐標數據從機器人傳輸給調節和控制系統，以對這些坐標數據 進行計算。
步驟g):在所述調節和控制系統中，將每個坐標數據進行存儲，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據共同導引成一運 動軌跡，作為運動程序。 簡而言之，本發明的用于示教工業機器人運功行程的方法是結合了人工和電子的
方法，這是因為，相關數據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實時地進行電子處理，并且將這些數據存儲為運動程序。 根據本發明方法的實施例變換能夠了解到，在將由所述測量系統記錄和轉換的坐
標數據傳輸給調節和控制系統的步驟之前，首先將這些坐標數據存儲在所述測量系統中，
然后將坐標數據讀出并傳輸給所述調節和控制系統，在所述調節和控制系統中對坐標數據
進行計算并存儲為用于控制機器人的運動程序。 根據本發明方法的其它具有優勢的變換還能夠了解到，由測量系統記錄的全部坐 標數據直接傳輸到諸如調節和控制系統的外部存裝置中，在所述調節和控制系統中進行諸 如轉換、計算以及編程的操作。 根據本發明方法的具有優勢的擴展實施例，使由測量系統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。 根據所述方法特別優選的變換，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據進行記錄。 根據本發明方法的又一形式，所述示教通過所謂的"雙手動操作"來實現。在這種 情況下，所述坐標數據以六維空間坐標進行記錄。用于機器人的坐標數據總是采用六維空間坐標進行記錄。通過"雙手動操作"實現了在六維空間坐標上的協調運動，也就是說，使 在測量系統上的瞬時施用更加簡單并因此而更加協調。 根據優選的方法變換，所述記錄和計算出的坐標數據用于程序員，從而在軌跡生 成過程中將運動軌跡轉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，比如直線運動或經由軸的運動。 通過本發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，同時還具有節省時間以及執行更為精確的特點。 根據本發明的另一個目的，提供一種工業機器人，所述工業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。 根據本發明，所述目的通過權力要求9的特征得以實現。由本發明可知，所述工業 機器人的自由端設有包括測量頭的測量系統，所述測量系統自動檢測到所述末端操縱裝置 的每個位置和情況，并傳遞給調節和控制單元，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。 根據本發明的工業機器人的優選實施例，受到殼體保護的所述測量系統設置在所
述鉸接臂的自由端上，在該位置上所述測量系統能夠隨時安裝或再次取下。 此外，具有優勢地，所述測量系統設置在剛性殼體中，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節和控制系統進行通訊。 在手控裝置中的附加系統稱為"示教裝置"，這些附加系統補充性地用在電子操作 設備中。這些示教裝置與系統手控裝置相連接，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。 通常情況下，必須使末端操縱裝置與工業機器人機械地分離才能拆卸掉測量系統 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。 本發明的明確改進方案，其特征在于，所述測量系統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/或卡槽連接實現了對測量系統的簡單而具 有優勢的無工具安裝和拆卸。 根據本發明的工業機器人的優選實施例，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是可拆卸的。 這樣的測量系統例如可以是測力系統，用于測量諸如夾具的承受質量以及夾持 力，所述測量系統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。 本發明所述的以及其它具有優勢的形式和改進方案以及特別優勢是從屬權利的 主要內容。
接下來將根據本發明附圖所示的實施例對本發明具有優勢的形式和改進方案以 及特別優勢進行詳細解釋和說明。圖中示出了
圖1為現有技術的工業機器人的示意圖； 圖2為本發明的設置在工業機器人鉸接臂自由端的測量頭的側面示意圖； 圖3為內部設有測量系統用于安裝在工業機器人鉸接臂自由端的殼體的示意以及 圖4為本發明的設置在工業機器人鉸接臂自由端的測量頭在傾斜狀態下的頂部 示意圖，其中，該測量頭上固定有手控裝置。附圖標記說明10工業機器人12機座14鉸接臂16驅動裝置18凸緣20末端操縱裝置22測量系統24殼體(用于測量系統)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中示出了現有技術公知的工業機器人10的側視圖，該工業機器人設有機座
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22的拆卸而要進行的末端操縱裝置 20從工業機器人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。 根據本發明，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拆卸掉。因此，通過這種僅根據需要可定位在機器人臂14中的測量系統22，使該測量系統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22設置在剛性殼體24中，其中，通過內部結構來確保每個測量值的傳輸。通過這種方式實現了，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22從連接狀態中釋放。 圖3中示出了殼體24的在傾斜狀態下的示意圖，其中，測量系統22例如在示教過程中短時地設置在該殼體中。該測量系統在示教之后還能夠保持在機器人上，以實現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。 根據本發明，殼體24中的測量系統22的定點定位由此變得簡單，S卩，通過殼體24內部的卡槽裝置使測量系統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，通過調整該搖桿或操縱桿使測量系統22在其安裝位置上鎖止或釋放。可替換地，上述過程例如還能夠通過彈簧裝置來實現，使彈簧裝置在定位之后鎖止，從而確保實現固定連接。 當然，還能夠采用插拔式連接，通過插拔式連接使測量系統22定位在殼體24中，并且通過搖桿或操縱桿26使測量系統固定或解除固定。 最后，圖4示出了機器人10的鉸接臂14自由端的示意圖，該自由端根據本發明的方式進行裝配。在末端操縱裝置20上固設有在兩側彼此相對設置的扶柄(Haltegriffe)28，從而由此可以實現對末端操縱裝置20的雙側人工操作，并由此實現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。 為了實現本發明的方法，還設有一個在圖中未示出的調節和控制系統，該調節和控制系統可選擇地設置在相關聯的機器人10上，或者，為機器人10的所有部件或至少一組部件設置調節和控制系統，并負責對所述部件進行控制。
權利要求
一種用于示教工業機器人(10)運動行程的方法，所述工業機器人包括機座(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(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(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(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.將記錄的位置轉換成坐標數據；f.將記錄的坐標數據傳輸給調節和控制系統；g.將傳輸的坐標數據存儲在所述調節和控制系統中；h.通過所述調節和控制系統來計算所存儲的坐標數據；以及i.將計算出的數據存儲為機器人(10)的運動程序。
2. 根據權利要求l所述的用于示教工業機器人(10)運動行程的方法，其特征在于， 在將由所述測量系統(22)記錄和轉換的坐標數據傳輸給所述調節和控制系統的步驟之 前，首先將這些坐標數據存儲在所述測量系統(22)中，然后將坐標數據讀出并傳輸給所述 調節和控制系統，在所述調節和控制系統中對坐標數據進行計算并存儲為用于控制機器人 (10)的運動程序。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，使由所述測量系統(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據進 行記錄。
6. 根據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。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述坐標數據以六維空間坐標進行記錄。
8. 根據權利要求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據用于程 序員，從而在軌跡生成過程中將運動軌跡轉換為精確的運動程序。
9. 一種工業機器人(IO)，所述工業機器人包括機座(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，所述工業機器人(10)的自由端設有包括測量頭的測量系統(22)，所述測量系統自動 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節和控制單元，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. 根據權利要求9所述的工業機器人，其特征在于，受到保護的所述測量系統(22)設 置在所述鉸接臂(14)的自由端上。
11. 根據權利要求9或10所述的工業機器人，其特征在于，所述測量系統(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 所述調節和控制系統進行通訊。
12. 根據權利要求9至11中任意一項所述的工業機器人，其特征在于，所述測量系統 (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. 根據權利要求9至11中任意一項所述的工業機器人，其特征在于，所述測量系統 (22)在所述殼體(24)中的固定采用力配合式連接。
14. 根據權利要求13所述的工業機器人，其特征在于，設有彈簧系統，通過對所述彈簧 系統的操作使所述測量系統(22)固定在所述殼體(24)中。
15. 根據權利要求13所述的工業機器人，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(22)固定在所述殼體(24)中。
16. 根據權利要求9至12中任意一項所述的工業機器人，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(22)是可拆卸的。
全文摘要
本發明涉及一種用于示教工業機器人運動行程的方法，所述工業機器人包括機座(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(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(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(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；將記錄的位置轉換成坐標數據；將記錄的坐標數據傳輸給調節和控制系統；將傳輸的坐標數據存儲在所述調節和控制系統中；通過所述調節和控制系統來計算所存儲的坐標數據以及將計算出的數據存儲為機器人(10)的運動程序。本發明還涉及一種根據上述方法設置的工業機器人。
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 優先權日2008年10月10日
發明者米夏埃爾·羅特, 賴納·克拉平格, 馬丁·科爾梅爾 申請人:Abb股份有限公司