CN105479431A - 惯性导航式机器人示教设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种惯性导航式机器人示教设备，该惯性导航式机器人示教设备，包括安装在机器人末端的示教装置和控制机器人运动的主控计算机，所述示教装置包括惯性导航模块，所述惯性导航模块的输出端设有滤波电路，所述滤波电路的输出端设有A/D转换器，所述A/D转换器的输出端设有通讯模块，所述主控计算机将惯性导航模块检测到的信号进行解算并向机器人输出指令。示教时只需将示教装置放置在机器人末端，操作者携带示教装置直接运动，主控计算机将位姿信息记录下来，然后将控制指令直接输送给计算机即可，无需反复调整示教点处机器人的作业位姿、运动参数和工艺参数，示教过程简单，省事省力，对操作人员的要求也比较低，安全性好。

Description

惯性导航式机器人示教设备

技术领域

本发明涉及一种机器人示教设备，具体说是一种惯性导航式机器人示教设备，属于机器人示教设备技术领域。

背景技术

机器人示教***是工业机器人控制***的重要组成部分，操作者通过示教***进行手动示教，控制机器人实现一系列不同的位置姿态，并记录各个位姿点的信息，利用机器人语言编程使机器人执行程序要求的轨迹运动，实现机器人在一定工作环境中完成重复性任务的目的。

目前机器人示教***可以分为三类：示教再现方式、离线编程方式和基于虚拟现实方式。其中，示教再现方式为机器人示教***普遍采用的方式。

示教再现，也称为直接示教，由操作者通过示教盒或操作杆等直接操作机器人手臂对机器人进行示教。典型的示教过程是依靠操作者观察机器人及其夹具相对于作业对象的位置姿态，通过对示教盒的操作，反复调整示教点处机器人的作业位姿、运动参数和工艺参数，然后将满足作业要求的数据记录下来，再转入下一点的示教。示教过程结束后，机器人实际运行时使用这些记录下来的数据，经过插补运算，就可以再现示教点上记录的机器人位姿。机器人示教流程控制简图如图1所示。

采用示教再现方式进行机器人示教存在以下问题：（1）对操作者的专业知识和操作技能要求较高，并需要现场近距离示教操作，因此具有一定的危险性，安全性较差，须加入检测和刹车作为人身保护措施。（2）操作者通过控制手柄上的力/力矩传感器产生相应的输出数据用于机器人控制器驱动机器人向期望的方向运动，无法获取机器人精确的位姿信息以确定机器人的最优作业姿态与路径。（3）示教过程繁琐、费时，需要根据作业任务反复调整机器人的动作轨迹姿态与位置，时效性较差。

发明内容

本发明在于解决已有技术中示教再现方式无法获取机器人精确的位姿信息以确定机器人的最优作业姿态与路径，示教过程繁琐、费时、时效性较差，对操作者要求高且安全性较差的不足，提供一种能够获取机器人精确的位姿信息以确定机器人的最优作业姿态与路径，示教过程简单、省时省力、时效性好，适于一般操作者进行操作且安全性好的惯性导航式机器人示教设备。

本发明的惯性导航式机器人示教设备是通过以下技术方案实现的：

惯性导航式机器人示教设备，包括安装在机器人末端的示教装置和控制机器人运动的主控计算机，其特殊之处在于：所述示教装置包括测量示教装置示教过程中的线性加速度和角速度信号的惯性导航模块，所述惯性导航模块的输出端设有滤波电路，所述滤波电路的输出端设有将模拟信号转化为数字信号的A/D转换器，所述A/D转换器的输出端设有与主控计算机进行数据传输的通讯模块，所述主控计算机将惯性导航模块检测到的信号进行解算并向机器人输出指令；

所述惯性导航模块包括三轴加速度计和三自由度陀螺仪，所述三轴加速度计和三自由度陀螺仪沿示教装置三轴方向安装，输出端连接有滤波电路；

所述主控计算机是在传统工控计算机的基础上增加信号处理模块和指令解算模块；

所述信号处理模块用于将通讯模块接收的信号解算为示教装置的姿态信息；

所述指令解算模块用于将示教点的位姿信息解算为机器人的控制信号。

利用上述惯性导航式机器人示教设备进行机器人示教的方法如下：示教开始时操作者携带示教装置，确定示教起始点，示教过程中，操作者携带示教装置按照示教路径进行运动，在运动过程中，三轴加速度计和三自由度陀螺仪获取示教装置的加速度和角速度信号，经过滤波电路、A/D转换器传输至主控计算机的信号处理模块，利用捷联惯导算法得到示教设备运动过程中各示教点的位姿信息，主控计算机记录下该位姿信息，通过指令解算模块解算为机器人的控制指令，主控计算机在与机器人连接后将控制指令传输给机器人，机器人即按照示教路径进行工作，完成示教过程。

本发明的惯性导航式机器人示教设备，示教时只需将示教装置放置在机器人末端，操作者携带示教装置直接运动，主控计算机将位姿信息记录下来，然后将控制指令直接输送给计算机即可，无需反复调整示教点处机器人的作业位姿、运动参数和工艺参数，示教过程简单，省事省力，对操作人员的要求也比较低，安全性好。

附图说明

图1：已有技术中机器人示教流程简图；

图2：本发明惯用导航式机器人示教设备的结构示意图；

图3：图2的数据流示意图；

图4：本发明机器人示教流程图；

图5：捷联惯导算法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：参考图2-3，该惯性导航式机器人示教设备，包括安装在机器人末端的示教装置和控制机器人运动的主控计算机，所述示教装置包括测量示教装置示教过程中的线性加速度和角速度信号的惯性导航模块，所述惯性导航模块的输出端设有滤波电路，所述滤波电路的输出端设有将模拟信号转化为数字信号的A/D转换器，所述A/D转换器的输出端设有与主控计算机进行数据传输的通讯模块，所述主控计算机将惯性导航模块检测到的信号进行解算并向机器人输出指令；所述惯性导航模块包括三轴加速度计和三自由度陀螺仪，所述三轴加速度计和三自由度陀螺仪沿示教装置三轴方向安装，输出端连接有滤波电路；所述主控计算机是在传统工控计算机的基础上增加信号处理模块和指令解算模块；所述信号处理模块用于将通讯模块接收的信号解算为示教装置的姿态信息；所述指令解算模块用于将示教点的位姿信息解算为机器人的控制信号。

参考图4-5，该示教设备的示教方法如下：示教开始时操作者携带示教装置，确定示教起始点，示教过程中，操作者携带示教装置按照示教路径进行运动，在运动过程中，三轴加速度计和三自由度陀螺仪获取示教装置的加速度和角速度信号，经过滤波电路、A/D转换器传输至主控计算机的信号处理模块，利用捷联惯导算法得到示教设备运动过程中各示教点的位姿信息，主控计算机记录下该位姿信息，通过指令解算模块解算为机器人的控制指令，主控计算机在与机器人连接后将控制指令传输给机器人，机器人即按照示教路径进行工作，完成示教过程。

所述捷联惯导算法是指三轴加速度计测量示教装置示教过程中的加速度，通过方向余弦矩阵转换为惯性坐标系下的加速度，在转换过程中需要实时地利用三自由度陀螺仪输出的角速度进行姿态基准计算，即实时更新方向余弦矩阵，然后进行导航计算得到示教装置的位置和速度信息，同时从姿态基准计算过程中提取姿态和航向信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.惯性导航式机器人示教设备，包括安装在机器人末端的示教装置和控制机器人运动的主控计算机，其特征在于：所述示教装置包括测量示教装置示教过程中的线性加速度和角速度信号的惯性导航模块，所述惯性导航模块的输出端设有滤波电路，所述滤波电路的输出端设有将模拟信号转化为数字信号的A/D转换器，所述A/D转换器的输出端设有与主控计算机进行数据传输的通讯模块，所述主控计算机将惯性导航模块检测到的信号进行解算并向机器人输出指令。

2.根据权利要求1所述惯性导航式机器人示教设备，其特征在于：所述惯性导航模块包括三轴加速度计和三自由度陀螺仪，所述三轴加速度计和三自由度陀螺仪沿示教装置三轴方向安装，输出端连接有滤波电路。

3.根据权利要求1或2所述惯性导航式机器人示教设备，其特征在于：所述主控计算机是在传统工控计算机的基础上增加信号处理模块和指令解算模块。

4.根据权利要求3所述惯性导航式机器人示教设备，其特征在于：所述信号处理模块用于将通讯模块接收的信号解算为示教装置的姿态信息。

5.根据权利要求3或4所述惯性导航式机器人示教设备，其特征在于：所述指令解算模块用于将示教点的位姿信息解算为机器人的控制信号。

6.利用权利要求1-5任一权利要求所述惯性导航式机器人示教设备进行机器人示教的方法如下：示教开始时操作者携带示教装置，确定示教起始点，示教过程中，操作者携带示教装置按照示教路径进行运动，在运动过程中，三轴加速度计和三自由度陀螺仪获取示教装置的加速度和角速度信号，经过滤波电路、A/D转换器传输至主控计算机的信号处理模块，利用捷联惯导算法得到示教设备运动过程中各示教点的位姿信息，主控计算机记录下该位姿信息，通过指令解算模块解算为机器人的控制指令，主控计算机在与机器人连接后将控制指令传输给机器人，机器人即按照示教路径进行工作，完成示教过程。