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工業(yè)機器人示教的分類及特點

隨著機器人技術的日益成熟以及應用的不斷普及，機器人正逐漸融入社會生產、生活的各個方面，并發(fā)揮越來越不可替代的作用。在“工業(yè)4.0”和 “中國制造 2025”的背景下，為了適應現代工業(yè)快速多變的特點以及滿足日益增長的復雜性要求，機器人不僅要能長期穩(wěn)定地完成重復工作，還要具備智能化、網絡化、開放性、人機友好性的特點。作為工業(yè)機器人繼續(xù)發(fā)展與創(chuàng)新的一個重要方面，示教技術正在向利于快速示教編程和增強人機協(xié)作能力的方向發(fā)展。工業(yè)機器人示教就是編程者采用各種示教方法事先“告知”機器人所要進行的動作信息和作業(yè)信息等。這些信息大致分為三類：機器人位置和姿態(tài)信息，軌跡和路徑點等的信息；機器人任務動作順序信等的息；機器人動作、作業(yè)時的附加條件等的信息，機器人動作的速度和加速度等信息和作業(yè)內容信息等。圖1所示為機器人示教方法的分類。圖1. 機器人示教方法分類實際應用最多的傳統(tǒng)的示教盒示教要求操作者具有一定的機器人技術知識和經驗，示教效率較低。與示教盒示教相比，直接示教法可以無需操作者掌握任何機器人知識及經驗，操作簡單且快速，極大地提高了示教的友好性、高效性。圖2為啟帆設計的機器人示教盒以及對應的三維實時控制軟件。圖2. 機器人示教方法分類直接示教控制方法當前主流的機器人直接示教控制方法可以分為兩類：第一類是基于位置控制或者阻抗控制的直接示教方法。第二類是基于力矩控制的零力平衡的機器人直接示教（有動力學模型）。以下內容為學術干貨，請劃重點基于位置控制的直接示教傳統(tǒng)的拖動示教依賴于外置于機器人的多維操作傳感器，利用該傳感器獲取的信息，牽引機器人末端在笛卡爾空間下做線性或者旋轉的運動。圖3為基于多維傳感器的位置控制的直接示教圖3. 基于多維傳感器的位置控制的直接示教圖4. 基于多維傳感器的位置控制的直接示教的控制方法此類基于位置控制的拖動示教方法都無法回避兩個問題。一個是由于額外的多維傳感器的配置，增加了機器人的生產成本。另一個是由于多維傳感器只能控制機器人末端的笛卡爾空間，所以無法很好地控制單軸的運動，使得機器人的運動顯得十分僵硬，不利于真正的拖動示教變成，尤其是要微調到特定的點的時候，可能還需要傳統(tǒng)的遙控示教盒的輔助。基于力矩控制的零力平衡的機器人直接示教這是一種更為直接的機器人拖動示教方法，借助機器人的動力學模型，控制器可以實時的算出機器人被拖動時所需要的力矩，然后把提供該力矩給電機使得機器人能夠很好地輔助操作人員進行拖動。力矩的計算如下列公式所示：其中公式中的是通過逆動力學算得的電機所需要的力矩，其計算公式包括慣性力項、科里奧利力和離心力項、重力項以及摩擦力項。而當中的根據選擇的摩擦力模型可以分解為粘性摩擦力項、庫侖摩擦力項以及補償。不同于傳統(tǒng)的基于位置或者阻抗的拖動示教方法，零力控制方法對操作者更加的友好。在精確的動力學模型的幫助下，拖動機器人時要克服的機器人自身重力，摩擦力以及慣性力都的到了相應的電機力矩的抵消，使得機器人能夠輕松的拖動。同時，算法也保證了當外力被撤銷時，機器人能夠迅速的靜止在當前位置，保證設備和操作人員的安全。另一個基于零力控制拖動示教帶來的優(yōu)勢是，在動力學模型中，各關節(jié)的力矩是可以單獨控制的，所以機器人的拖動點不再被固定在機器人末端或者多維傳感器上，操作者可以在機器人任意位置去拖動機器人，使操作更加靈活多變。啟帆工業(yè)機器人的拖動示教技術針對當前的主流應用需要，啟帆已開發(fā)出能夠應用于不同型號機器人上的拖動示教技術。該技術以基于力矩控制的零力平衡的機器人直接示教為基礎，實現了無傳感器（sensorless）的基于力矩控制的零力平衡拖動示教。這種拖動示教方法，除了具備上述的基于力矩控制的零力平衡的機器人直接示教外，還有著一個最主要的優(yōu)勢，就是無需外加關節(jié)力矩傳感器，降低了實現的成本，同時也保證了算法的通用性。

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