[发明专利]施釉机器人离线示教装置及示教方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业机器人领域，具体地说是一种施釉机器人离线示教装置的示教方法，用于施釉机器人离线示教编程及施釉过程仿真模拟。

背景技术

现有的工业机器人编程主要有以下几种形式：

1.在线示教编程：在机器人现场，由操作者手把手或利用示教盒引导机器人终端按工作轨迹路线移动，并记录机器人关节角度信息；工作时，控制器读出存储的位置信息并驱动机器人重复示教时的轨迹和操作。

2.机器人离线编程：利用计算机图形学建立机器人及其工作环境的几何模型，对机器人所完成的任务进行离线规划和编程，并对编程的结果进行动态图形仿真，最后将满足要求的编程结果传给机器人控制系统。

3.虚拟示教编程系统：利用计算三维几何图形学构造虚拟环境和虚拟机器人，在虚拟模型中引入机器人机构、场景及约束条件，操作者面向虚拟环境，通过人机接口在虚拟场景中引导机器人的末端执行器进行虚拟示教，产生机器人作业轨迹，生成机器人语言程序，并进行相应的仿真与优化，传送给机器人执行。

上述三种编程方式中，在线示教编程直观、简单易行，其中手把手示教是早期的机器人示教方式，效率高，能够发挥工人的实际操作经验，尤其适于喷涂类对轨迹精度要求不高的作业，但由于示教中需克服机器人的重力、关节阻力等，工人劳动强度很大，运动不协调，且编程员处于机器人工作空间的危险环境中，现已较少采用。目前工业机器人普遍采用示教盒在线示教，尤其适于机器人点-点运动示教，对于连续运动轨迹操作，示教盒示教占用机器人时间较长，影响着机器人生产效率。离线编程不占用机器人工作时间，但系统要求操作人员具备专门的机器人知识和程序设计的能力，不能简单直接描述机器人作业任务，使用不方便。虚拟示教编程需要花费很大的精力构造虚拟环境，而且在计算机上操作虚拟机器人不如在线示教方便直观。

如果能构建一种集在线示教的操作方便、离线编程的不占用机器人工作时间和虚拟示教的过程仿真等优点于一身的机器人编程系统，无疑会推动机器人技术在实际生产中的应用与推广。

施釉是陶瓷生产中的重要工序，对于卫生洁具类大型、薄壁、形状复杂的坯体，通常采用喷釉法施釉，它是利用压缩空气将釉浆通过喷枪雾化并粘附于坯体上。喷釉过程中，喷枪与坯体的相对距离和相对运动速度、釉浆浓度、喷釉次数决定了釉层的厚度。机器人施釉是由机器人携带喷枪对工件表面喷釉。由于机器人施釉喷涂轨迹重复性高、釉层厚度一致性好，能够改善工作环境、提高生产率，实现生产过程自动化，自20世纪80年代，国内外一些陶瓷生产企业开始采用机器人对卫生陶瓷施釉，机器人施釉是卫生陶瓷生产的发展方向。

现有的施釉机器人普遍采用示教/再现工作方式，即采用示教盒点动操作机器人做喷釉运动，并记录喷枪喷涂过程中的各轨迹点位置；通过调整喷枪运动速度、设置喷枪的开/关后，机器人连续通过各轨迹点并对工件进行整体喷涂。主要存在以下问题：

1.工件表面釉层为多次喷涂累计得到，示教盒示教点动控制机器人逐点取得喷枪运动轨迹，工作效率低，示教效果差，占用机器人时间长。

2.因缺乏先进的釉层厚度测量手段，喷涂效果不直观。现有的釉层检验方法是将喷涂后的坯料打破测量其断面釉层厚度或烧成后观察釉面质量。一个新型工件的程序生成需经多次示教、施釉、试烧、检验等过程，示教周期太长。

3.对不合理示教轨迹在线不易调整。

上述问题严重制约着机器人施釉的普及应用。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术的缺陷，一是提供一种实施方便、不占用机器人工作时间、结构简单、轻质灵活的施釉机器人离线示教装置；二是提供一种具有手工施釉经验的操作工引导示教机构进行手把手示教，同时数据采集系统采集、记录各关节位置和速度得到机构运动轨迹的施釉机器人离线示教装置的示教方法。

实现上述发明目的采用以下技术方案：一种施釉机器人离线示教装置，包括：示教测量单元、数据采集单元、施釉过程仿真软件和数据下载单元，所述的示教测量单元由示教机构、工件转台、示教喷枪和接触开关构成，该示教机构与实际施釉机器人具有相同的自由度、相同铰链类型和数量、相同机构尺寸和相同的工作空间，该示教机构的各关节之间用连杆连接，各关节转轴上安装有测量关节角度用的编码器，示教机构的末端安装有用于离线示教的示教喷枪或用于测量工件表面形状尺寸的接触开关，工件转台安装在转轴上，其转轴上安装有编码器；所述的数据采集单元由计算机、数据采集卡和数据采集软件构成，该数据采集卡内部与计算机通讯，其输入端口外与示教机构编码器、接触开关连接。