本實用新型涉及機器人示教工具，尤其涉及一種非正交六軸示教桿。

背景技術：

隨著社會不斷的進步，人們越來越重視工作環(huán)境對自身健康的影響，從而造成各種對人身傷害較大的崗位越來越難以招到人，用工成本也越來越高，甚至一些崗位出現了招不到人的現象。自2015年國家啟動工業(yè)4.0規(guī)劃，機器人應用的領域越來越廣，但是機器人的操作編程需要操作者具有一定的專業(yè)知識和一定的編程經驗，對操作者有極高的要求，而工廠內的員工大多都不滿足要求，工廠又不可能去花時間培養(yǎng)這樣的人才，為了適應工廠這種情況，需要研發(fā)一種即使普通工人也能操作的機器人，這個時候出現了幾種解決方案。

1、示教盒編程(在線示教編程)。操作者通過操作機器人示教盒來控制機器人軌跡移動，并記錄機器人當前位置坐標、各關節(jié)角度、末端直角坐標和機器人姿態(tài)信息，在線編程完成后控制器將整個軌跡運動數據轉換成機器人執(zhí)行代碼并存儲在機器人控制器中，操作者通過示教盒操作終端打開存儲的程序并執(zhí)行。由于在線示教編程在操作過程中需要編程者精細設計每一步運行軌跡，同時控制器需要記錄機器人運行軌跡過程中多種信息(包含坐標、關節(jié)角度、姿態(tài)信息)每一次運行軌跡都需保存，最后由控制器轉換為機器人可執(zhí)行代碼并控制機器人動作。示教編程操作相對復雜，對操作者有較高要求，需具有一定的相關專業(yè)知識，在使用者示教編程過程中易因人為操作失誤造成危險碰撞，同時編程操作繁瑣，易因為某個運動軌跡有誤或某階段運行軌跡未被保存而使整個軌跡規(guī)劃失敗，造成危險動作和時間上的浪費。編程繁瑣復雜也同樣帶來對不同的工況應用上的不便，在工況相近的情況下，無法利用相似的程序，仍需重新編程且每一種工況都需要長時間的編程和優(yōu)化，占用用戶大量寶貴的時間。

2、離線編程。通過離線編程軟件導入機器人及工件三維模型。利用三維模型仿真技術，通過對工件的三維輪廓曲線規(guī)劃目標軌跡，并在離線狀態(tài)下不斷模擬優(yōu)化達到最佳運行狀態(tài)后生成機器人控制器可識別并編譯執(zhí)行控制機器人運動的代碼。將代碼導入到機器人控制器執(zhí)行與離線狀態(tài)下模擬的一比一的運行軌跡、動作姿態(tài)等。離線編程對使用者有較高的要求，需要使用者有較高的軟件基礎知識和結構知識；離線編程模擬仿真前需要對現場工況進行具體了解并對目標工件進行精確三維數據測量，同時工況環(huán)境的改變對機器人運行影響較大。

3、機器人拖動示教編程。通過在機器人本體上加裝6自由度力矩傳感器和液壓助力裝置，當拖動機器人本體模擬作業(yè)時，系統(tǒng)開始同步記錄各關節(jié)編碼器位置信息和傳感器輸出信號，模擬作業(yè)完成后系統(tǒng)將記錄的數據生成機器人可執(zhí)行的程序代碼，機器人依照程序開始自動作業(yè)。機器人拖動示教編程中力矩傳感器易受外界因素影響，造成動作的卡頓和不順暢，增加操作者使用難度。對操作者有較高的依賴性，操作者需時間適應拖動示教中力矩傳感器反饋帶來動作上的變化；直接拖動機器人本體，在安全上有一定的隱患。

4、拖動示教桿示教。當前市面上的拖動示教桿與機器人DH值相同，長度尺寸相同，安裝有6個編碼器，每個關節(jié)軸安裝阻尼器；人工拖動示教桿的同時6個編碼器實時反饋數據給控制器，控制器通過軟件計算生成人工拖動軌跡的程序，機器人開始依照生成的軌跡程序運行。此拖動示教桿由于為正交構型，空間自由度不夠，關節(jié)角度小，末端空間運用不夠靈活，且目前市面上示教桿采用6個高精度編碼器，價格高昂，占示教桿總成本的70％，對客戶來說不夠經濟實惠。

由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關行業(yè)的經驗與實踐，提出一種非正交六軸示教桿，以克服現有技術的缺陷。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種非正交六軸示教桿，由于采用了非正交的結構形式，能滿足更加復雜的空間作業(yè)軌跡示教，軌跡優(yōu)化性強。

本實用新型的另一目的在于提供一種非正交六軸示教桿，其腕關節(jié)靈活性強，能在空間小、工況復雜的情況下靈活操作。

本實用新型的又一目的在于提供一種非正交六軸示教桿，在各個關節(jié)處采用電位器，保證高精度的同時極大降低制造成本，性價比突出。

本實用新型的目的是這樣實現的，一種非正交六軸示教桿，所述非正交六軸示教桿包括：

第一轉動軸，所述第一轉動軸豎直設置，所述第一轉動軸的上端固定第一拐臂，所述第一拐臂向所述第一轉動軸的一側水平伸出；

大臂，所述大臂的第一端通過第二轉動軸轉動連接所述第一拐臂，所述第二轉動軸的軸線與所述第一拐臂的伸出方向一致；所述大臂的第二端通過第三轉動軸轉動連接第二拐臂，所述第二拐臂向所述大臂的一側水平伸出，所述第三轉動軸的軸線與所述第二轉動軸的軸線平行；

小臂，所述小臂垂直于所述第二拐臂；所述小臂的第一端與所述第二拐臂固定連接，所述小臂的第二端連接腕關節(jié)；

其中，所述第一轉動軸的軸線、所述大臂所在的豎直平面、所述小臂所在的豎直平面均不重合。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述腕關節(jié)包括：

第三拐臂，所述第三拐臂固定在所述小臂的第二端；所述第三拐臂向所述小臂的一側水平伸出；

第一腕臂，所述第一腕臂的一端通過第四轉動軸與所述第三拐臂轉動連接；所述第四轉動軸的軸線與所述第三轉動軸的軸線平行；

第二腕臂，所述第二腕臂的一端通過第五轉動軸與所述第一腕臂轉動連接；所述第五轉動軸的軸線與所述第四轉動軸的軸線垂直相交；

末端固定件，所述末端固定件通過第六轉動軸與所述第二腕臂轉動連接；所述第六轉動軸的軸線與所述第五轉動軸的軸線垂直相交。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述第一轉動軸的軸線、所述大臂所在的豎直平面、所述小臂所在的豎直平面、所述第一腕臂所在的豎直平面均不重合。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述第一轉動軸至所述第六轉動軸均同軸連接有電位器；所述電位器用于記錄與其連接的轉動軸的轉動位置。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述小臂上套設有吊塊，所述吊塊能在所述小臂上滑動，并通過緊固螺釘與所述小臂相對固定。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述第一轉動軸通過軸承轉動安裝在所述安裝底座中；所述第二轉動軸通過軸承同軸安裝在所述第一拐臂中，所述第二轉動軸的一端與所述大臂的第一端固定連接；所述第三轉動軸通過軸承同軸安裝在所述第二拐臂中，所述第三轉動軸的一端與所述大臂的第二端固定連接；所述第一轉動軸至所述第三轉動軸均同軸連接有電位器。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述第四轉動軸通過軸承同軸安裝在所述第三拐臂中，所述第四轉動軸的一端與所述第一腕臂的一端固定連接；所述第五轉動軸通過軸承同軸安裝在所述第一腕臂中，所述第五轉動軸的一端與所述第二腕臂的一端固定連接；所述第六轉動軸通過軸承同軸安裝在所述第二腕臂中，所述第六轉動軸的一端與所述末端固定件固定連接；所述第四轉動軸至所述第六轉動軸均同軸連接有電位器。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述末端固定件上設有工具安裝孔；所述第六轉動軸的一端固定有把手連接件，所述把手連接件上設有把手安裝孔，把手穿設在所述把手安裝孔中并通過鎖緊螺釘固定。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述把手相對所述把手連接件對稱設置，所述把手的兩端安裝有按鈕盒。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述大臂為中空結構，所述大臂中穿設線纜；所述大臂、所述小臂、各個拐臂及腕臂均采用鋁合金材料制成并具有氧化處理表面。

由上所述，本實用新型的非正交六軸示教桿與現有采用正交方式的拖動示教桿不同，非正交六軸示教桿的第一轉動軸的軸線、大臂所在的豎直平面、小臂所在的豎直平面、第一腕臂所在的豎直平面均不重合，此為非正交形式，該種形式更利于操作人員示教，當操作人員拖動示教時，示教桿很輕松的避開人的肩膀，更隨意、更靈活，空間的擴展性更強，機器人姿態(tài)更加靈活，能滿足更加復雜的空間作業(yè)軌跡示教，軌跡優(yōu)化性強。腕關節(jié)采用三軸設計，三個轉動軸依次連接，結構緊湊、靈活性強，能在空間小、工況復雜的情況下靈活操作。第一轉動軸至所述第六轉動軸均同軸連接有電位器，通過電位器記錄與其連接的轉動軸的轉動位置，保證高精度的同時極大降低制造成本，性價比突出。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中：

圖1：為本實用新型非正交六軸示教桿的結構示意圖。

圖2：為本實用新型非正交六軸示教桿的平面投影位置示意圖。

圖3：為本實用新型中腕關節(jié)的結構示意圖。

具體實施方式

為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本實用新型的具體實施方式。

如圖1所示，本實用新型提供了一種非正交六軸示教桿，所述非正交六軸示教桿主要包括大臂12、小臂20、腕關節(jié)以及六個轉動軸，六個轉動軸分別為第一轉動軸5至第六轉動軸36。安裝底座1垂直設置在水平面上，所述第一轉動軸5通過軸承3和軸承4轉動安裝在所述安裝底座1中，第一轉動軸5的軸線豎直設置。所述第一轉動軸5的上端固定連接第一拐臂6，第一轉動軸5的下端同軸連接有高精度電位器2，利用高精度電位器2來記錄第一轉動軸5的轉動位置。所述第一拐臂6朝向所述第一轉動軸5的一側水平伸出，第一拐臂6可以繞第一轉動軸5在水平面內作正負180度的擺動旋轉。第一拐臂6為一個圓形套筒零件，所述第一拐臂6中同軸安裝有第二轉動軸9，第二轉動軸9上安裝有軸承10和軸承11，所述第二轉動軸9的一端與所述大臂12的第一端固定連接，實施時大臂12的第一端可以通過大臂連接件8與第二轉動軸9連接；從而所述大臂12的第一端通過第二轉動軸9與所述第一拐臂6轉動連接，且所述第二轉動軸9的軸線與所述第一拐臂6的伸出方向一致，使大臂12能圍繞第二轉動軸9在垂直于第一拐臂6的豎直平面內作正負180度的擺動；第二轉動軸9的另一端同軸連接有高精度電位器7。

所述大臂12的第二端通過第三轉動軸13與第二拐臂18轉動連接，第二拐臂18垂直于大臂12并向所述大臂12的一側水平伸出，第二拐臂18為圓形套筒零件，其朝向第一轉動軸5的一側伸出。所述第三轉動軸13的軸線與所述第二轉動軸9的軸線平行，所述第三轉動軸13通過軸承15和軸承16同軸安裝在所述第二拐臂18中，所述第三轉動軸13的一端與所述大臂12的第二端固定連接，實施時大臂12的第二端可以通過大臂連接件14與第三轉動軸13連接，所述第三轉動軸13的另一端同軸連接有高精度電位器17。所述小臂20垂直于所述第二拐臂18；所述小臂20的第一端與所述第二拐臂18固定連接，實施時小臂20的第一端可以通過小臂連接件19與第二拐臂18固定連接，所述小臂20隨所述第二拐臂18一起圍繞第三轉動軸13在與第二拐臂18垂直的豎直平面內作正負160度擺動旋轉，所述小臂20的第二端連接腕關節(jié)。

進一步，如圖3所示，所述腕關節(jié)采用三軸的形式，包括第三拐臂25、第一腕臂28、第二腕臂34和末端固定件39。所述第三拐臂25垂直于小臂20并固定在所述小臂20的第二端；所述第三拐臂25向所述小臂20的一側水平伸出，第三拐臂25為圓形套筒零件，其朝向第一轉動軸5的一側伸出。所述第一腕臂28的一端通過第四轉動軸29與所述第三拐臂25轉動連接；所述第四轉動軸29的軸線與所述第三轉動軸13的軸線平行。所述第四轉動軸29通過軸承26和軸承27同軸安裝在所述第三拐臂25中，所述第四轉動軸29的一端與所述第一腕臂28的一端固定連接；第四轉動軸29的另一端同軸連接有高精度電位器24。第一腕臂28能圍繞第四轉動軸29在垂直于第三拐臂25的豎直平面內作正負180度的擺動旋轉。所述第二腕臂34的一端通過第五轉動軸31與所述第一腕臂28轉動連接，所述第五轉動軸31的軸線與所述第四轉動軸29的軸線垂直相交。第一腕臂28為中空結構的圓柱形套筒，所述第五轉動軸31通過軸承32和軸承33同軸安裝在所述第一腕臂28中，所述第五轉動軸31的一端與所述第二腕臂34的一端固定連接，第五轉動軸31的另一端同軸連接有高精度電位器30。所述第二腕臂34能圍繞第五轉動軸31在垂直于第一腕臂28的平面內作正負180度擺動旋轉。所述末端固定件39通過第六轉動軸36與所述第二腕臂34轉動連接；所述第六轉動軸36的軸線與所述第五轉動軸31的軸線垂直相交。第二腕臂34為中空結構的圓柱形套筒，所述第六轉動軸36通過軸承37和軸承38同軸安裝在所述第二腕臂34中，所述第六轉動軸36的一端與所述末端固定件39固定連接，第六轉動軸36的另一端同軸連接高精度電位器35。末端固定件39能圍繞第六轉動軸36在垂直于第二腕臂34的平面內作正負180度旋轉，末端固定件39用于連接作業(yè)工具，例如噴槍。如圖3中的箭頭所示，該腕關節(jié)可以繞第四轉動軸的軸線51、第五轉動軸的軸線52和第六轉動軸的軸線53旋轉，該腕關節(jié)的結構簡單緊湊，并且針對復雜的動作更靈活，尤其是在空間小、工況復雜的情況下，極大的體現出該腕關節(jié)的靈活性。

目前拖動示教桿在噴涂行業(yè)應用較為廣泛，但現有的拖動示教桿采用的是正交結構的形式，所謂正交結構形式，其含義是拖動示教桿的各個操作臂位于同一個豎直平面內，即在同一個平面內進行動作，空間自由度不夠，關節(jié)角度小。本實用新型的非正交六軸示教桿采用非正交形式，如圖2所示，所謂非正交形式是指所述第一轉動軸5的軸線a1、所述大臂12所在的豎直平面a2、所述小臂20所在的豎直平面a3、所述第一腕臂28所在的豎直平面a4均不重合。顯然以上所說的豎直平面均是指零件的對稱中心平面。采用非正交形式更利于操作人員示教，當操作人員拖動示教時，示教桿很輕松的避開人的肩膀，更隨意、更靈活，空間的擴展性更強，機器人姿態(tài)更加靈活，能滿足更加復雜的空間作業(yè)軌跡示教，軌跡優(yōu)化性強。另外，第一轉動軸5至第六轉動軸36均同軸連接有高精度電位器，通過電位器記錄與其連接的轉動軸的轉動位置，保證高精度的同時極大降低制造成本，性價比突出。電位器可以采用IP67防護等級，防塵防水，適用于惡劣工廠環(huán)境中。

進一步，所述小臂20上套設有吊塊21，所述吊塊21能在所述小臂20上沿著箭頭的方向22或箭頭的方向23滑動，并通過緊固螺釘與所述小臂20相對固定。吊塊21用來與輔助吊裝設備配合，將小臂20進行輔助吊起，以減輕操作人員的負擔。

進一步，所述末端固定件39上設有工具安裝孔40，用于連接噴槍等作業(yè)工具。所述第六轉動軸36的一端還固定有把手連接件，把手連接件包括把手連接桿41和連接在把手連接桿41一端的把手旋轉固定件42，把手旋轉固定件42上設有把手安裝孔，把手45穿設在所述把手安裝孔中并通過鎖緊螺釘固定，可以通過鎖緊螺釘的松緊來旋轉把手45的角度。所述把手45相對所述把手旋轉固定件42對稱設置，所述把手45的兩端安裝有按鈕盒43，按鈕盒43上開孔安裝按鈕44。操作人員握住兩端的把手45進行操作和控制。所述大臂12為中空結構，所述大臂12中穿設有與電位器連接的線纜。所述大臂12、所述小臂20、各個拐臂及腕臂均采用鋁合金材料制成并具有氧化處理表面。

本實用新型的非正交六軸示教桿與非正交六軸機器人配合進行工作，只需要工人以平時工作時的動作去操作該示教桿即可，與示教桿連接的控制器會通過串口通訊時時采集每個轉動軸處電位器的數值，通過軟件計算得出示教桿的實時坐標，并生成機器人可執(zhí)行代碼，工人只需要操作示教桿完成后，生成軌跡即可。例如針對不同的噴涂對象，操作示教桿進行實際噴涂作業(yè)，待完成后存儲此次操作形成的軌跡，后續(xù)根據不同的噴涂對象選擇對應的噴涂程序，機器人根據相應的軌跡進行噴涂作業(yè)?？梢越鉀Q現有的機器人示教編程操作繁瑣、耗時較長的問題，提高工作效率；降低了企業(yè)使用門檻，實現機器人傻瓜式示教，降低企業(yè)對機器人操作者的專業(yè)要求。

以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式，并非用以限定本實用新型的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。