[发明专利]机械手臂教导控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械手臂教导控制系统，尤其涉及一种可自我学习机械手臂的动态模型且能将动态模型的数据做回授补偿的机械手臂教导控制系统。

背景技术

目前，机械手臂已广泛的运用在工业界，如：取放、切割、加工、焊接、组装等等各项工作，可提高生产线的自动化程度与工作效率。机械手臂教导系统，生成机械手臂的命令以执行被赋予的工作。现在工业机械手臂最常见的教导方法，使用教导盒(instruction box)产生欲到达位置点的指令来生成路径，对于复杂动作的工作内容或是要加工立体状不规则工件，使用教导盒的方法较不人性化且耗费时间成本，为了解决上述的问题，不使用教导盒的机械手臂教导方法被提出，以下简述三个教导装置，及其三者各自使用的方法：

第一种教导系统，教导方式为以人工带动机器手臂完成教导路径，此方法在教学时，机器手臂的马达必须在伺服关闭状态，因此当使用者直接带动机械手臂时，必须承受机器手臂的各种机械力，故造成教导上的困难，且高传动比的传动机构也容易在教导的过程中损坏。所以使用此教导方式的所制成的机械手臂，其重量与体型要轻巧，重型机械手臂通常不使用此方法。

第二种教导系统，包含一个教导机械手臂与一个执行机械手臂，内部教导机械手臂仅装配编码器，并无装配马达。使用者带动此教导机械手臂时，教导机械手臂上的编码器的位置讯号会被记录下来并且转换成执行机械手臂可读取的轨迹档案，使执行机械手臂执行此轨迹档案来完成相同的教导动作。此方法需额外使用教导机械手臂，因此生产成本会提高，且教导机械手臂必须与执行机械手臂机构一致，教导机械手臂无法用于不同构型或机构参数的执行机械手臂，所以此类型的教导方式应用范围较局限。

第三种教导系统以人工带动机器手臂完成教导路径，此机械手臂教导系统需要由力传感器、加速计等传感器来检测外力，利用量测后的外力信息来下达机械手臂末端执行器移动量。该教导方式的教导点位置是固定，以六轴力规为例，教导者就必须抓着六轴力规所在的特定位置进行教导，其余位置则无法进行教学。另外，此教导方法需要多装配传感器，因此生产成本增加。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种机械手臂教导控制系统，使用者可直接进行教导，且不需外加传感器，不需使用教导盒，减少生产成本。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

机械手臂教导控制系统，特点是：包含操作接口装置、控制装置以及机械手臂，所述操作接口装置与所述控制装置连接，所述操作接口装置用以控制所述控制装置，所述控制装置与机械手臂连接，所述机械手臂包含至少一马达驱动部和一末端执行器，所述马达驱动部用以驱动机械手臂；

所述控制装置包含动态学习模块、教导记忆模块以及路径执行模块，

所述动态学习模块，包括：数据读取部，用以读取控制装置的数据设定文件；

第一命令生成部，根据数据设定文件建立学习轨迹模型；

第一命令输出部，根据学习轨迹模型，计算出每一个马达的位置命令并输出至马达驱动部，其中马达驱动部根据每一马达的位置命令产生一马达扭矩回授；

动态模型计算部，根据学习轨迹模型及马达扭矩回授得到机械手臂的学习动态模型；

动态模型记忆部，用以储存机械手臂的学习动态模型；

所述教导记忆模块，包含动态补偿单元和机构转换单元，

动态补偿单元，包括：动态模型读取部，用以读取储存在动态模型记忆部中的机械手臂的学习动态模型；

扭矩命令计算部，根据动态模型记忆部所储存的机械手臂的学习动态模型及马达驱动部所量测的马达位置讯号形成一扭矩命令讯号；

扭矩命令输出部，接收扭矩命令计算部所形成的扭矩命令讯号并产生扭矩命令输出至马达驱动部；其中马达驱动部处理由扭矩命令输出部所获得的扭矩命令讯号驱动机械手臂，并生成马达位置讯号，回传至扭矩命令计算部处理，以形成一闭回路的动态补偿；

机构转换单元，包括：机构转换计算部，根据马达位置回授讯号与机械手臂的机构参数计算出机械手臂的末端执行器的第一位置点；

路径记忆部，将机械手臂的末端执行器的第一位置点储存于为机械手臂的操作路径；

所述路径执行模块，包括：路径读取部，用以读取储存在路径记忆部的机械手臂的操作路径；

第二命令生成部，根据执行机械手臂的一执行轨迹曲线及末端执行器的位置以计算出每一马达的位置命令；