CN1015241B - 直接示教型机器人 - Google Patents

Abstract

一种直接示教型机器人有一由电动机驱动的移动臂。直接移动移动臂以预先在机器人控制器中贮存相应于上述移动的数据，当机器人工作时，移动臂根据所贮存的数据进行工作。在示教机器人移动臂的移动位置的示教模式中，断开电动机的电源线。

Description

本发明涉及直接示教型机器人。

在直接示教型机器人中，由操作员直接操纵机器人的移动臂的关节和端部来示教其运行位置。这种示教方法能在非常短的时间内教会机器人一个复杂的路径，这种方法可以应用于多种机器人，特别是大多数喷漆机器人。

然而，由于需要很大的操纵力来操纵机器人移动臂的端部和关节，所以很难操纵这些机器人，以至上述优点不能实现，而且可能损伤操作者的身体，如使操作者得腰部风湿痛。因此，人们已提出各种减小示教机器人时的操纵力的方法。

第一种方法是利用一个平衡装置的力所产生的平衡力矩来抵消机器人的移动臂的负载所产生的负载力矩，这样就减少了操纵所需的力矩。

第二种方法是在机器人的移动臂和一台伺服电动机之间置放一个离合器，当用伺服电动机操纵移动臂时，离合器耦合于机器人的移动臂和伺服电动机之间，当对机器人进行示教时，离合器断开。

图2是第二种方法的一个实施例的框图。

移动臂34与位置栓测器42耦联，位置栓测器42产生的信号被提供给机器人控制电路35。机器人控制电路35通过伺服放大器36与一个交流伺服电动机37相连，伺服电动机37中的脉冲发生器 （PLG）38产生的信号通过伺服放大器提供给机器人控制电路35。机器人控制电路35根据位置信号和速度信号通过位置和速度反馈控制来控制机器人的移动臂。

伺服电动机37通过一个离合器30与减速装置40相连，减速传动装置40与移动臂耦接。离合器39与模式开关41相连，模式开关由操作者操纵，因而能够将机器人的模式从其它模式转换成直接示教模式。当机器人的模式转换成直接示教模式时，离合器39的驱动机构被离合器39断开，而在其它模式，驱动机构与离合器39相连。

在一个非直接示教模式中，当把一个命令机器人的移动臂34移动的指令信号从机器人控制电路35提供给伺服放大器36时，伺服放大器36响应指令信号而提供一个驱动信号给伺服电动机37来驱动电动机37。在这种情况下，由于离合器39的连接，伺服电机37的旋转力通过减速装置40操纵移动臂。

当进行直接示教操作时，操作者将模式开关置于直接示教模式。这时，离合器39与伺服电动机和减速装置断开，因此可以断开伺服电动机37和减速装置40间的耦接，以消除伺服电机37的旋转阻力。这样，安置一个电磁离合器或空气离合器作为动力传输机构的一部分以消除驱动装置（9例如伺服电动机）的旋转阻力，因此，在示教过程中，伺服电机通过离合器断开以减少操纵力。

如日本专利公开No.62-94284中公开的那样，第三种方法是在机器人的运行过程中，检测电机电流，来计算操纵力的减速转矩，并将计算出的减速转矩提供给电机驱动装置作为转矩指令，以消除反电动势引起的摩擦力。

第四种方法（日本专利公开No.63-162172）是在开始操纵机器人时利用一个应力检测器栓测操纵力，并将一摩擦补偿转矩通过应力放大器及一个功率放大器提供给电机来减小操作力。

如在第二种方法中所述的那样，在直接示教过程中，利用离合器机构，将驱动电机与动力传输机构断开可以消除驱动电机的旋转阻力，但这存在一个问题，就是需要提供与机器人的运行轴相等数量的离合器。

此外，由于要求对机器人的伺服电机不进行维护，近来已采用了多种交流伺服电机。交流伺服电机包括一个诸如脉冲发生器的位置检测器作为位置和速度的控制反馈装置，它检测位置和速度。然而，由于离合机构把作为被移动物的机器人移动臂与交流伺服电动机断开，交流伺服电机所包括的位置检测器（如脉冲发生器）就不能用作移动机器人移动臂的位置检测器，这就需要在移动臂的侧面放置一个新的位置检测器。在位置检测器与一联接器或类似装置连接的另一种电机中也有同样的问题。

另外，在第三和第四种常规方法中，需要伺服电动机的驱动装置加一个转矩指令以便在机器人的运行方向产生校正转矩，来消除驱动电机的摩擦力，由于这类常规方法需要特殊电路如运行方向的检测电路，计算电路，校正电路，以及类似的电路，因此，价格昂贵。此外，还有一个问题就是由于伺服电动机带电，必须提供各种连锁电路以保证操作者的安全。

为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种直接示教型机器人，它具有一个由电动机驱动的移动臂并包括设置在驱动臂的 电动机与伺服放大器之间的电源通断开关，在直接示教时，此开关可将电动机的电源切断，以消除电动机的旋转阻力。

在机器人的直接示教操作中，当操作者操纵机器人的移动臂来示教时，驱动移动臂的电动机随移动臂的运动而转动。这时，转子的旋转在电动机中产生一个感生电动势，电动机以同样的方式作为一个发电机运行。在这种情况下，电动机的电源线可被认为是输出电路。

电源线通常与电动机的一个驱动电路相连，通过电源线向驱动电路提供一个电流。因此，电动机的转子中有制动转矩，这就是电动机的旋转阻力。

在本发明中，在直接示教过程中，电源线电路断开。当电动机作为发电机时，其输出电路断开，这样就不产生制动转矩。因此，就可获得与先有技术中放置离合器相同的效果。

另外，由于只断开电动机的电源线而没有像前面所述的那样断开电动机与移动臂之间的耦接，可以照常使用电动机所包括的或与之相连的位置检测器，如脉冲发生器，检测器可根据电动机的旋转检测位置。

图1是本发明一个实施例的方框图;

图2是先有技术一个实施例的方框图。

现在参照附图说明本发明的一个实施例，图1是本发明一个实施例的方框图。图1中，标号1为一个在直接示教中的由操作者操纵的电动驱动喷漆机器人的移动臂。移动臂1由交流伺服电动机3通过减速传动装置2驱动。交伺服电动机3包括一个脉冲发生器4， 构成位置和速度反馈控制器。交流伺服电动机3的三相（U.V.W）电源线5、6、7中的5和6分别通过连接器8与伺服放大器9相连，而7直接与放大器9相连，并进一步与放大器9中的电源变换器10相连。在伺服放大器9中，为说明起见，只示出了一个电源变换系统。

电源变换器10是一个包括6个晶体管11、12、13、14、15和16的反相器电路，其中11与12串联，13与14串联，15与16串联，电源线5连接在15与16的接点上，6连接在13与14的接点上，7连接在11和12的接点上。晶体管11、13和15的集电极以及12、14和16的发射极与变换器17相连。商用电源（未示出）的电源线18、19手20与变换器17相连。滤波电容21和缓冲电路22与变换器17并联。

保护三极管23、24、25、26、27和28连接在昌体管11、12、13、14、15和16的集电极与发射极之间。基极驱动电路29与晶体管11和12相连基极驱动电路30与晶体管13和14相连，基极驱动电路31与晶体管15和16相连。

机器人控制器32与伺服放大器9相连，与连接器8相连的模式开关3连接到机器人控制面板（未示出）。

如果没有连接器8而且电源线5、6和7与伺服放大器9相连，当根据示教操作使伺服电动机3旋转时，在电动机3中产生一个感生电动势，因此电力通过电源线5、6、7被提供给功率变换器10，并产生制动转矩。这是因为保护三极管23、24、25、26、27和28以与变换器17同样的方式构成全滤整流电路，伺服放大器3向滤波电容器21提供一个电流以给电容器21充电。

相反，在直接示教操作中，当模式开关33置于直接示教模式时，连接器8由模式开关3的一个信号操纵，切断电源线5和6，滤波电容器21不通过两相或多相电源线充电，而且不产生制动转矩。因此，可以容易而平滑地移动臂1。

此外，伺服电动机3中包括的脉冲发生器4通过信号线43与伺服放大器相连。由于伺服电动机通过减速传动装置2与移动臂1相连，交流伺服电动机3中包括的脉冲发生器4响应移动臂1的运动而旋转，其输出信号被提供给伺服放大器9，因此，能够检测到交流伺服电动机转数和转动位置，并将其提供给机器人控制电路32。

如上所述，当由三相电驱动的伺服电动机中两相被切断时，效果与三相都被切断时一样，从而不必切断所有三相。即使在一个非三相伺服电动机的情况也可以切断必要数量的电源线。

模式开关3不仅限于机械式开关，它也可以是一个可编程的开关或继电器。另外，连接器8可以是一个与模式开关33机械连锁运动的开关。连接器8也可是个仅在直接示教操作中切断电源线的开关。

在实施例中，利用交流伺服电动机作为机器人移动臂的伺服电动机，然而，也可使用直流伺服电动机或其它电动机。此外，位置检测器如脉冲发生器不必包含在电动机中。如果通过耦合装置或类似装置将位置检测器与伺服电动机相连，位置检测器可与伺服电动机一起转动，因而可以与本实施例相同的方式使用位置检测器。

本发明有下列特点：

1.由于在机器人的直接示教操作中电动机与移动臂不断开，不 必提供一个新的位置检测器来检测移动臂的位置和速度。

2.当反向起动电动机时，将电源线断开以去除旋转阻力，因此，可以获得与带有离合器机构的机器人基本相同的效果。

3.由于可以在电动机的电源线中提供一个电路，如连接器，可以得到一个非常简单而价的减小操作力的装置。

Claims (3)

1、一种直接示教型机器人，包括一个移动臂，一台通过减速传动装置与移动臂相连的电动机，根据电动机的旋转产生相应于移动臂位置和/或速度信号的检测装置，驱动电动机的伺服放大器，以及一个通过伺服放大器控制电动机的机器人控制器，其中直接移动移动臂以预先在机器人控制器中存贮相应于移动臂移动的数据，当机器人工作时，移动臂根据预先存贮的数据移动，其特征在于：在驱动移动臂的电动机和伺服放大器之间设置一电源通断开关，在直接示教时，用此开关切断电动机的电源。

2、根据权利要求1的直接示教型机器人，其中所述的电机包括一个三相交流伺服电动机，在教授时，所述开关切断三条电源线中的两条。

3、根据权利要求2的直接示教型机器人，其中机器人是一个喷漆机器人。

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