CN101402202B

CN101402202B - 机器人动作范围设定装置

Info

Publication number: CN101402202B
Application number: CN200810215925.2A
Authority: CN
Inventors: 二瓶亮; 加藤哲朗; 荒牧武亮; 山本知之
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: EP2047955B1; CN101402202A; US20090091286A1; US8054027B2; JP2009090403A; EP2047955A2; EP2047955A3

Abstract

本发明提供一种机器人动作范围设定装置。机器人控制装置(30)具有：设定单元(40)，其设定机器人(20)的各轴以及作业刀具的动作范围；存储单元(33)，其存储根据机器人(20)的动作速度以及作业刀具的重量中的至少一方决定的机器人的惯性移动距离；以及到达范围计算单元(36)，其根据由该设定单元设定的动作范围和存储单元中存储的惯性移动距离，计算机器人到达的到达范围。由此，考虑机器人的惯性移动距离生成机器人的到达范围。而且，还可以具有显示到达范围的显示单元(41)。此外，还可以具有在机器人的各轴以及作业刀具从动作范围脱离时，使机器人停止的停止单元(34)。

Description

机器人动作范围设定装置

技术领域

本发明涉及用于设定工业机器人(以下称为“机器人”)的动作范围的机器人动作范围设定装置。

背景技术

在工厂等场所，机器人在其手部上安装了作业刀具的状态下执行各种作业。或者，有时在机器人的手部把持工件的状态下，机器人进行各种作业。在这样执行作业时，需要防止作业刀具等对机器人周边的设备造成干扰。在特开平7-121215号公报中公开了为了使作业刀具不与周边设备发生干扰，设定作业刀具的动作范围的方法。

然而，机器人的控制装置通常具有动作范围监视功能。在机器人的各轴或刀具前端点脱离各自设定的动作范围进行动作时，通过该动作范围监视功能来切断对机器人电动机的动力，由此停止机器人。结果，防止机器人的各轴或作业刀具等与周边设备发生碰撞。

但是，实际上即使在切断了对机器人电动机的动力后，机器人的各轴等会进行较小的惯性移动。因此，机器人停止的位置从各轴等设定的动作范围脱离惯性移动的距离，由此，机器人的各轴等会与周边设备发生碰撞。

因此，对于机器人的动作范围，希望考虑惯性移动距离，小于实际到达范围地进行设定。但是，由于机器人的动作速度以及/或者作业刀具等的负载重量，该惯性移动距离发生变化，因此操作者很难在推测实际到达范围的同时设定动作范围。因此，存在操作者设定动作范围的设定作业需要较长时间的问题。而且，在特开平7-121215号公报中没有考虑这样的惯性移动距离。

发明内容

本发明是鉴于这样的状况而提出的，本发明的目的在于提供一种机器人动作范围设定装置，其可以生成考虑了机器人的惯性移动距离的机器人的到达范围。

为了达到上述目的，根据第一方式，提供一种机器人动作范围设定装置，其具有：设定单元，其设定机器人的各轴以及作业刀具的动作范围；存储单元，其对根据所述机器人的动作速度以及所述作业刀具的重量中的至少一方而决定的所述机器人的惯性移动距离进行存储；以及到达范围计算单元，其根据由该设定单元设定的动作范围以及所述存储单元中存储的惯性移动距离，计算机器人到达的到达范围。

即，在第一方式中，通过到达范围计算单元能够生成考虑了惯性移动距离的机器人的到达范围。结果，操作者能够根据生成的到达范围来调整暂定的机器人的动作范围。

根据第二方式，在第一方式中还有显示单元，其显示由所述到达范围计算单元计算出的到达范围。

即，在第二实施方式中，操作者可以参照在显示单元中显示的到达范围，所以能够容易地调整动作范围。

根据第三方式，在第一或者第二方式中，还具有干扰确认单元，其确认由所述到达范围计算单元计算出的到达范围和所述机器人的周边设备之间是否存在干扰。

即，在第三方式中，可以在使机器人实际动作之前确认是否有干扰，因此动作范围的调整变得容易。结果，可以避免机器人的作业刀具等与周边设备实际发生碰撞。

根据第四方式，在第三方式中，还具有调整单元，其在由所述干扰确认单元确认为所述到达范围与所述周边设备之间存在干扰时，调整所述机器人的各轴以及所述作业刀具的动作范围来排除所述干扰。

即，在第四方式中，能够生成不与周边设备产生干扰的动作范围。结果，排除了操作者调整暂定的动作范围的必要性。

附图说明

根据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细的说明，本发明的这些目的、特征以及优点以及其他的目的、特征以及优点变得更加明确。

图1是具有本发明的机器人控制装置的机器人系统的概要图；

图2是图1所示的机器人系统的概要图；

图3是表示本发明的机器人控制装置的动作的流程图；

图4a是用于说明根据动作范围计算到达范围的方法的第一图；

图4b是用于说明根据动作范围计算到达范围的方法的第二图；

图4c是用于说明根据动作范围计算到达范围的方法的第三图；

图5表示惯性移动距离的映射(map)；

图6表示机器人的设定的动作范围以及到达范围；

图7是具有本发明的机器人控制装置的机器人系统的另一实施方式的概要图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中，对于相同的部件标注相同的参照符号。为了便于理解，对这些附图适当地变更了缩尺。

图1是具有本发明的机器人控制装置的机器人系统的概要图。图1所示的机器人20是六自由度的垂直多关节机器人。在该机器人20的手臂的前端安装有作业刀具21。或者也可以代替作业刀具21，在手臂的前端安装用于把持工件的机械手(未图示)。

在控制机器人20的机器人控制装置30上连接具有LCD41和键盘42的示教控制盘40。操作者通过LCD41可以阅览机器人控制装置30内部的信息。而且，操作者通过示教控制盘40的键盘42，能够进行机器人控制装置30的各种程序以及各种数据的输入以及变更。

具体而言，操作者能够通过键盘42输入以及变更机器人20的各轴的动作范围以及作业刀具21的刀具前端点的动作范围。以下，将机器人20的各轴的动作范围以及作业刀具21的刀具前端点的动作范围总称为“动作范围”。而且，操作者能够通过键盘42输入以及变更惯性移动距离h、机器人20的手臂的尺寸数据、机器人20的装备物的尺寸数据以及周边设备50的尺寸数据。另外，所输入的各种数据等被存储在机器人控制装置30的存储部33中。

图2是图1所示的机器人系统的概要图。如图2所示，机器人控制装置30具备数字计算机等具有CPU32以及存储部33的控制部31。在图2所示的实施方式中，CPU32具有机器人动作范围设定装置的功能。CPU32起到以下各单元的作用：计算机器人20的各轴以及作业刀具21的刀具前端点的到达范围X1的到达范围计算单元36、确认计算出的到达范围X1与周边设备50之间是否存在干扰的干扰确认单元37以及调整动作范围X0解除干扰的自动调整单元38。另外，以下将机器人20的各轴以及作业刀具21的刀具前端点的到达范围X1总称为到达范围X1。

通过示教控制盘40输入的各种数据被存储在机器人控制装置30的存储部33中。存储部33包括存储各种系统程序的ROM、用于CPU32临时存储数据的RAM、以及存储与机器人的动作内容有关的各种程序、关联设定值以及后述的映射的非易失性存储器。

机器人20的机械臂所具有的伺服电动机25具有位置检测器26，例如具有编码器。位置检测器26检测伺服电动机25的旋转轴的位置，并通过伺服放大器35将该位置信息传送给控制部31。伺服放大器35向机器人20的伺服电动机25提供动力。而且，如图2所示，机器人控制装置30具有根据来自控制部31的指令，切断向伺服放大器35的通电的紧急停止单元34，将其作为动作监视功能。

图3是表示本发明的机器人控制装置的动作的流程图。此外，图4a至4c用于说明根据动作范围计算到达范围的方法。以下，参照图3以及图4说明本发明的机器人控制装置30的动作。另外，设为在实施图3所示的流程图之前，操作者通过示教控制盘40已设定了机器人20的动作范围X0。

在图3的步骤101中，首先在示教控制盘40的LCD41中显示动作范围X0。然后，如图4a所示，在LCD41中，在动作范围X0内配置规定尺寸的三维格子61。该三维格子61配置成与动作范围X0内切。

然后，在步骤102中，在三维格子61的各顶点附加惯性移动距离h。具体地说，如图4b所示，在三维格子61的各顶点配置具有与惯性移动距离h相当的半径的球体62。另外，为了变得简洁，在图4b中只在三维格子61的全部顶点配置球体62。

此处，图5表示惯性移动距离的映射。如图5所示，作为机器人20的移动速度V以及作业刀具21的重量W的函数，通过映射的形式预先求出了惯性移动距离h。作业刀具21的重量W根据机器人20的作业内容来决定。此外，根据由位置检测器26周期性地检测出的机器人20的位置来计算机器人20的移动速度V。根据如图5所示的映射来求出惯性移动距离h。

或者，在代替作业刀具21安装了机械手(未图示)时，作为机器人20的移动速度V与机械手以及机械手把持的工件(未图示)的合计重量的函数来求出惯性移动距离h。另外，也可以使用由操作者从示教控制盘40输入的惯性移动距离h。

然后，在步骤103中，计算附加了惯性移动距离h的到达范围X1。具体地说，与图4c所示的全部球体62外切地计算出到达范围X1，并在LCD41上显示。如图所示，计算出的到达范围X1比动作范围X0大一圈。设为由机器人控制装置30的到达范围计算单元36来进行这样的三维格子61和球体62的配置以及到达范围X1的计算。然后，在步骤104中，删除三维格子61以及球体62，在LCD41中显示到达范围X1以及动作范围X0。

图6表示机器人的设定的动作范围和到达范围。在图6中，除了到达范围X1以及动作范围X0之外，还在LCD41上显示机器人20以及在该机器人20的左右配置的周边设备50。

然后，在步骤105中，由干扰确认单元37确认到达范围X1是否干扰周边设备50。在图6中，到达范围X1中的一部分X11描绘在右方的周边设备50上，因此在这一部分X11中机器人20可能对右方的周边设备50产生干扰。以下，将到达范围X1中的一部分X11称为干扰部分X11。

此时，操作者根据到达范围X1调整暂定的动作范围X0。因为在LCD41上显示了到达范围X1以及动作范围X0，所以操作者能够一边参照到达范围X1一边容易地调整动作范围X0。因此，操作者能够容易地排除机器人20与周边设备50之间的干扰。

此外，可以通过机器人控制装置30的自动调整单元38来自动进行动作范围X0的调整。此时，进入步骤106。在步骤106中，通过自动调整单元38对应干扰部分X11自动变更动作范围X0。

具体地说，提取与干扰部分X11对应的动作范围X0的一部分X00。然后，使这一部分X00向机器人20移动规定的微小距离△h。由此，生成新的动作范围X0′。之后，回到步骤101，重复前面所述的步骤。

然后，当在步骤105中判定为在新的到达范围X1′中存在干扰时，前进到步骤106，使与到达范围X1′的干扰部分X11′对应的一部分X00′向机器人20移动微小距离△h。如此，直到不生成新的干扰部分为止，反复进行处理。由此，可以排除操作者将动作范围X0调整为动作范围X0′的必要性。

如此，在本发明中，通过到达范围计算单元36计算考虑了惯性移动距离h的到达范围X1，在存在与周边设备50的干扰时，根据到达范围X1调整动作范围X0。因而，在本发明中，可以事先避免机器人20的作业刀具21等与周边设备50发生碰撞。

在参照附图说明的实施方式中，到达范围计算单元36通过在三维格子61的顶点配置球体62来计算出到达范围X1。但是，也可以通过其他方法来计算出考虑了惯性移动距离h的到达范围X1。

此外，图2所示的紧急停止单元34在实际使机器人20动作时，当机器人20的各轴以及作业刀具21从动作范围X0脱离时，进行启动。由此，切断向伺服放大器35的通电。结果，伺服电动机25不能接收电力，所以机器人20停止。因此，通过紧急停止单元34，能够避免机器人20的作业刀具21等与周边设备50实际发生碰撞。

图7是具有本发明的机器人控制装置的机器人系统的另一实施方式的概要图。在该实施方式中，机器人控制装置30以及机器人动作范围设定装置302是不同的装置，机器人动作范围设定装置302与机器人控制装置30连接。

如图所示，机器人动作范围设定装置302包括CPU320、存储部303、显示部304以及键盘305。此外，CPU320具有到达范围计算单元306、干扰确认单元307以及自动调整单元308。

操作者能够通过键盘305设定动作范围。而且，操作者能够通过键盘305输入以及变更惯性移动距离h、机器人20的手臂的尺寸数据、机器人20的装备物的尺寸数据以及周边设备50的尺寸数据。另外，输入的各种数据等被存储在机器人动作范围设定装置302的存储部303中。

图7所示的到达范围计算单元306、干扰确认单元307以及自动调整单元308分别与图2所示的到达范围计算单元36、干扰确认单元37以及自动调整单元38相同。即，到达范围计算单元306根据存储在存储部303中的数据计算到达范围。然后，在显示部304显示到达范围X1以及动作范围X0。此外，由干扰确认单元307确认到达范围1是否干扰周边设备50。而且，由自动调整单元308对应干扰部分11自动变更动作范围X0。

机器人动作范围设定装置302能够将存储在存储部303中的数据保存在存储卡301中。机器人控制装置30能够读取存储卡301中保存的数据，并存储在存储部33中。

在实际使机器人20动作时，当机器人20的各轴以及作业刀具21的位置从存储部33中存储的动作范围脱离时，机器人控制装置30的CPU32启动紧急停止单元34。由此，切断向伺服放大器35的通电。结果，伺服电动机25不能接收电力，所以机器人20停止。因此，通过紧急停止单元34，可以避免机器人20的作业刀具21等与周边设备50实际发生碰撞。

以上使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解在不脱离本发明的范围的情况下，能够进行上述的变更以及各种其他变更、省略以及追加。

Claims

1.一种机器人动作范围设定装置，其特征在于，

具有：

设定单元(40)，其设定机器人(20)的各轴以及作业刀具的动作范围；

显示单元(41)，其显示所述机器人、所述动作范围和在所述机器人的左右配置的周边设备；

存储单元(33)，其对根据所述机器人(20)的动作速度以及所述作业刀具的重量，通过映射的形式而决定的所述机器人(20)的惯性移动距离进行存储：以及

到达范围计算单元(36)，其根据由该设定单元(40)设定的动作范围以及所述存储单元(33)中存储的惯性移动距离，计算机器人(20)到达的到达范围，

该到达范围计算单元，在所述显示单元中配置与在所述显示单元中显示的所述动作范围内切的规定尺寸的三维格子，在所述显示单元中在该三维格子的各顶点配置具有与所述惯性移动距离相当的半径的球体，与配置的全部所述球体外切地计算出所述到达范围，并在所述显示单元上显示，所述到达范围大于所述动作范围，

该机器人动作范围设定装置还具有：

干扰确认单元(37)，其确认由所述到达范围计算单元(36)计算出的到达范围和所述机器人(20)的所述周边设备之间是否存在干扰部分；以及

调整单元(38)，其在由所述干扰确认单元(37)确认了所述到达范围和所述周边设备之间存在干扰部分时，调整所述机器人(20)的各轴以及所述作业刀具的动作范围来排除所述干扰部分，

所述调整单元提取与所述到达范围的所述干扰部分对应的所述动作范围的一部分，使所述动作范围的一部分向所述机器人只移动规定的微小距离直到通过所述干扰确认单元不能确认干扰部分为止。