以力传感器为感应元件的力觉示教研究中,区别于传统示教方式的特点在于力/力矩信息的反馈控制,可以根据环境变化改变机器人执行端运动轨迹,实现更加智能的机器人引导式示教运动,节省大量示教时间的同时提高机器人工作效率[148～149]。

力觉示教的工作原理是以人工引导机器人执行机构末端,按照人的意愿完成整个轨迹运动的过程。示教者的牵引力即六维力传感器的感知力,通过感知操作空间内的施力信息,由专用的数据采集仪将模拟电压信号发送到计算机服务端,计算机按照控制算法方程求解具体的接触端位置和姿态数据,再经过一系列的坐标变换得到关节角旋转变量,打包传输到机器人编程控制系统,编写机器人可识别的运动指令,实现机器人主动柔顺控制。力觉示教方式区别于传统的逐个记录运动轨迹点的示教方式,依靠力传感器可以精确感知力/力矩信息,快速确定运动坐标点,完成轨迹规划,实现人机协作引导式示教设想。

机器人整个工作系统的控制简图如图7-6所示,依托于六维力传感器实现人机协作式示教方式。整个示教过程大致由四部分组成,包括机器人本体的执行机构、中央控制柜、力信息采集系统的配件选型和人机交互系统,各部分相互协作共同完成示教工作,解决机器人接触性轨迹示教的问题。

图7-6　机器人整个工作系统的控制简图

机器人是整个操作空间的执行机构,与工件直接进行接触,为了满足各种复杂的工艺要求,本次选用ABB公司的六自由度机器人IRB2600,以力觉示教的控制方式实现机器人的主动柔顺运动。

控制柜是机器人的控制中枢,外接机器人操作空间末端工具,内连人机交互系统。一方面,接收处理力信息采集系统反馈的外力信息,另一方面,经过控制程序,发出示教指令驱动机器人机械臂运动。整个工作流程是由六维力传感器感知机器人执行机构的末端受力,通过数据采集仪发送到PC端进行数据处理,打包反馈信息到机器人控制系统实现实时循环控制,完成人机交互工作。控制柜是机器人的核心控制部分,能否实现智能化主动柔顺运动和控制柜内部系统有密不可分的联系。(www.daowen.com)

力信息采集系统作为机器人与外界环境之间的沟通媒介,具有不可或缺的地位。力信息采集的关键性元件是六维力传感器,通过感知外界环境所给予的力/力矩信息,由数据采集仪确定模拟电压信号发送到PC端,最终转换成机器人系统可以识别的运动语言,通过相应运动指令,驱动机器人各关节转动,实现力反馈人机协作主动柔顺运动,高效、精确地完成复杂工艺要求。

人机交互系统作为示教者与机器人之间的沟通桥梁,使示教者能够更加准确的引导机器人完成任务。随着机器人的运动,人机界面上的程序实时变化,可以直观地了解到每一步轨迹运动的数据变化,方便发现问题,并根据实际生产情况做出适当调整,只需要在人界面上就可以完成修改操作,保存到当前程序就可以继续运行,为示教者带来极大便利,同时提高了机器人工作效率。

无论是文件传输、备份还是故障诊断、预警,都离不开人机交互系统。人机交互系统相当于一个备忘录,记录存储着所有人为输入的数据信息,示教者可以随时存取、调用保存文件,并做出修改或删除命令。同时,还可以设置安全预警模式,提醒示教者哪种情况是存在危险隐患。

整个力觉示教实验平台选用IRB2600机器人为执行机构,搭载六维力传感器和M8128数据采集仪。采集系统用于感知外力/力矩信息以及数据转化,实时反馈到机器人控制系统,最终完成整个示教系统的通信连接。机器人力觉示教系统的实物图如图7-7所示。

图7-7　机器人力觉示教系统的实物图