CN101424935B - 工件输送用机器人的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工件输送用机器人的控制装置，具有：坐标系存储部，其存储一个以上机器人手部的手动点动进给坐标系；空间区域设定部，其设定被分配了坐标系存储部存储的一个以上的手动点动进给坐标系中的一个的空间区域；手部位置取得部，其取得机器人手部的当前位置；判定部，其判定机器人手部的位置是否在由空间区域设定部设定的空间区域内；坐标系切换部，其在判定为机器人手部的位置在空间区域内时，将使用的手动点动进给坐标系切换成分配给空间区域的手动点动进给坐标系。

Description

工件输送用机器人的控制装置

技术领域

本发明涉及对于向机床供给未加工工件或者从机床取出已加工工件的机器人进行控制的工件输送用机器人的控制装置。

背景技术

一般，在使用机器人的加工系统中具有数控机床以及机器人，该机器人进行向该数控机床供给工件以及从机床取出工件中的至少一个动作的机器人手部，在该加工系统中，在机器人示教作业中使用通过手动点动进给来移动机器人手部的同时对机器人进行位置示教的方法。在机器人手部的手动点动进给中，当机器人手部在机床的规定的空间区域、例如在固定机床内的工件的工作台上方的空间区域时，若使用沿着工作台的坐标系进行手动点动进给，则容易进行示教操作，因而在该空间区域中，将沿着工作台的坐标系作为手动点动进给坐标系来使用。在机器人控制装置中存储一个以上的手动点动进给坐标系，通过坐标系的序号、附加到坐标系上的注释等来识别该手动点动进给坐标系，选择其中的一个手动点动进给坐标系来使用。当进行示教作业时，选择适用于机器人手部所在的空间区域的手动点动进给坐标系，并按每个空间区域切换手动点动进给坐标系来使用。操作员根据序号或者注释等识别信息，经由示教操作盘向机器人控制装置输入使用的坐标系的序号，由此进行坐标系的切换操作。

作为与本发明相关的机器人控制方法的现有技术的一例，已知在特开平3-37701号公报中公开的技术。在特开平3-37701号公报的第2页的右栏下段的倒数第1行～第3页的左栏上段的倒数第7行中记载了以下内容：“将操作员在根据基准坐标系指定的作业坐标系中输入的动作指定区存储在控制装置中的工序1；每隔采样周期检测臂关节角度，并根据臂关节角度决定手指位置的工序2；每隔采样周期判断机器人的手指位置是否包含在动作指定区中的工序3；当判断为包含时，向伺服控制装置传送对应于在动作指定区中设定的处理等级的指令并控制机器人的动作的工序4；以及当判断为不包含时，继续进行示教操作或者机器人的作业动作，并反复进行从工序2到3的过程”。

此外，在第5页的右栏下段的第2行～第10行中记载了以下内容：“在示教操作或者作业执行中的机器人手指位置，能够根据操作员的需要，在任意位置容易地自由地在多个垂直坐标系中设定监视区或者移动限制区，当检测到手指位置进入到动作指定区时，输出对应于预先设定的处置等级的指令信号来控制机器人动作。因此，存在提高机器人的操作性，而且针对错误动作能够保持安全性的优点”。

在现有的方法中，在机器人示教作业中的机器人手部的手动点动进给操作中，操作员需要根据进行示教作业的空间区域，切换使用的手动点动进给坐标系，而且需要操作员根据存储在控制装置中的手动点动进给坐标系的序号或者所附加的注释等，每次都判断认为适当的手动点动进给坐标系。当忘记手动点动进给坐标系的切换，在进行示教操作的空间区域中使用不恰当的手动点动进给坐标系来进行手动点动进给时，不仅通过手动点动进给来使机器人手部移动的作业变得繁琐，而且有时在根据情况回到多个点以前的示教点后，不得不切换坐标系来重新进行手动点动进给操作。此外，在切换手动点动进给坐标系时选择的手动点动进给坐标系错误时，则在手动点动进给时，机器人手部有可能向不希望的方向或者位置移动。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够防止忘记切换手动点动进给坐标系或者设定错误的手动点动进给坐标系，能够高效率且安全地进行机器人的示教作业的工件输送用机器人的控制装置。

为了达到上述目的，根据本发明的第一实施方式，提供一种工件输送用机器人的控制装置，其使用在机器人手部的操作中使用的示教操作盘来使该机器人手部进行手动点动进给动作，该机器人手部安装在进行向机床供给工件以及从机床取出工件中的至少某一个动作的机器人的臂的前端、并把持所述工件，该件输送用机器人的控制装置具有：坐标系存储部，其存储一个以上规定所述机器人手部的手动点动进给方向的手动点动进给坐标系；空间区域设定部，其针对所述机床设定空间区域，该空间区域被分配了由所述坐标系存储部存储的一个以上的手动点动进给坐标系中的一个坐标系；手部位置取得部，其每隔规定的采样周期取得所述机器人手部的当前位置；判定部，其判定由该手部位置取得部取得的所述机器人手部的位置是否在由所述空间区域设定部设定的所述空间区域内；坐标系切换部，其在由该判定部判定为所述机器人手部的位置在所述空间区域内时，将使用的手动点动进给坐标系自动切换为分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系。

此外，在所述工件输送用机器人的控制装置中，可以是所述判定部在所述机器人手部的手动点动进给中判定所述机器人手部是否在由所述空间区域设定部设定的所述空间区域内，当判定为所述机器人手部在所述空间区域内时，停止所述机器人手部的手动点动进给动作后，由所述坐标系切换部将使用的手动点动进给坐标系自动切换为分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系。

此外，在所述工件输送用机器人的控制装置中，还可以具有警告显示部，该警告显示部在停止所述机器人手部的手动点动进给动作时，在所述示教操作盘的显示器上显示警告消息。

此外，在所述工件输送用机器人的控制装置中，还可以具有图像显示部，该图像显示部，在由所述坐标系切换部将使用的手动点动进给坐标系切换为分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系时，将分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系、所述机器人手部与周围的相对位置关系显示在所述示教操作盘的显示器上。

此外，在所述工件输送用机器人的控制装置中，可以是所述空间区域设定部使用坐标数据来设定所述空间区域，所述手部位置取得部根据驱动所述机器人的各轴的伺服电动机的输出数据来取得所述机器人手部的位置。

此外，在所述工件输送用机器人的控制装置中，可以是所述空间区域设定部根据来自安装在所述机床或者周边机器上的一个以上的光电传感器的输出数据来设定所述空间区域，所述手部位置取得部根据所述一个以上的光电传感器的输出数据来取得所述机器人手部的位置。

此外，在所述工件输送用机器人的控制装置中，还可以具有警告音产生部，该警告音产生部在由所述坐标系切换部将使用的手动点动进给坐标系切换为分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系时，产生警告音。

此外，在所述工件输送用机器人的控制装置中，可以具有进给速度调整部，该进给速度调整部，在由所述坐标系切换部将使用的手动点动进给坐标系切换为分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系时，降低所述机器人手部的进给速度。

此外，在所述工件输送用机器人的控制装置中，可以通过与所述机床的控制装置之间进行的通信来取得分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系。

根据上述结构，由手部位置取得部来取得机器人手部的当前位置，并且由判定部判定为机器人手部在机床的规定的空间区域内时，将使用的手动点动进给坐标系自动切换为分配给规定空间区域的手动点动进给坐标系，由此能够防止忘记手动点动进给坐标系的切换或者设定错误的手动点动进给坐标系。此外，在手动点动进给中，当判定为机器人手部在预先设定的作业区域时，停止机器人的动作，自动将使用的手动点动进给坐标系切换为分配给规定空间区域的手动点动进给坐标系，由此能够使用适用于准确且安全地进行示教作业的空间区域的手动点动进给坐标系。因此，在示教作业中的机器人的手动点动进给中，省去了操作员以手动操作来切换手动点动进给坐标系的麻烦。由此，不会错误地选择不恰当的手动点动进给坐标系，能够高效率且安全地进行示教作业。

此外，在切换机器人的手动点动进给坐标系时，或者为了切换手动点动进给坐标系而停止机器人的手动点动进给动作时，通过显示警告消息或者发出警告音，能够使操作员识别出把分配给规定的空间区域的坐标系用作机器人手动点动进给坐标系的状况。

此外，在根据坐标数据针对机床设定规定的空间区域时，可以不需要用于设定空间区域的计测设备等。根据来自光电传感器的输出数据设定了空间区域时，能够容易地设定空间区域，并且能够灵活地应对空间区域的变更。

此外，通过在示教操作盘的显示器上显示表示使用的手动点动进给坐标系、机器人手部与周围的相对位置关系的图像，操作员能够在视觉上确认新选择的手动点动进给坐标系。此外，通过在切换了手动点动进给坐标系时降低手动点动进给动作的速度倍率，即使在操作员没有意识到坐标系的切换的情况下，也能够立即停止机器人，能够提高机器人操作的安全性。

此外，通过与所述机床或周边机器之间进行的通信，可以取得分配给空间区域的手动点动进给坐标系，因而不需要将坐标系预先存储在控制装置中，能够减轻控制装置的负担。其结果，即使替换机床或者周边机器，也能够灵活地应对这些变更。

附图说明

通过与附图相关联的以下优选实施方式的说明，本发明的上述以及其他目的、特征以及优点变得更加明确。在附图中，

图1是表示本发明的控制装置的一个实施方式的说明图；

图2是在图1中所示的控制装置的详细图；

图3是表示在固定机床的工件的工作台上方定义的作业区域的说明图；

图4是表示机器人手部位于图3所示的作业区域内的状态的说明图；

图5是在固定工件的工作台上表示作业坐标系的说明图；

图6是说明在机器人手部位于作业区域内时，切换手动点动进给坐标系的方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明。图1是表示本发明的控制装置的一个实施方式的说明图。本实施方式的控制装置1不特意限制应用，但用于控制在托盘21及22与机床30之间输送圆柱状工件20的工件输送用机器人11。使用机器人的加工系统由控制装置1、机器人11、机床30以及未图示的其他周边装置构成。

本实施方式的机床30图示为具有工作台31(参照图3)的立式自动换刀数控机床，但只要是能够定义三维作业空间(空间区域)的机床，也可以是车削加工机床或压床，并不限制种类。由机器人手部12把持工件20，从放入了未加工工件的托盘21输送到机床30的工作台31。加工工件20后，相反地将工件20从工作台31输送到容纳已加工工件的托盘22中。机器人控制装置1根据预先生成的示教数据来控制在机器人臂13的前端可自由旋转地安装的机器人手部12。

机床30的工作台31构成为可向两个方向移动的X-Y工作台。将与X、Y方向正交的方向定义为该机床30的Z轴方向。在对机器人11示教在该工作台31上设置未加工的工件20的动作时、或者在对机器人11示教从工作台31取出已加工的工件时，在图3所示的工件31上方的作业区域(空间区域)Q内，机器人手部12根据工作台31的移动方向或者沿着工作台31的各边而设定的作业坐标系R(参照图5)，进行手动点动进给操作。在后面说明定义作业区域Q以及作业坐标系R的方法。

如图1所示，机器人控制装置1具有：坐标系存储部2，其存储作业坐标系R作为规定机器人手部12的手动点动进给方向的手动点动进给坐标系中的一个坐标系；作业区域设定部3，其对于与设定了作业坐标系R的手动点动进给坐标系相关联(分配该手动点动进给坐标系)的作业区域Q进行设定；手部位置取得部4，其取得机器人手部12的当前位置；判定部5，其判定由该位置取得部取得的机器人手部12的位置是否在作业区域Q内；以及坐标系切换部6，由该判定部5判定为机器人手部12的位置在作业区域Q内时，自动将机器人11所使用的手动点动进给坐标系切换为设定了作业坐标系R的手动点动进给坐标系。

在这里，本实施方式中的作业坐标系R表示机床固有的机床坐标系。此外，在本实施方式中只表示了将一个作业坐标系R作为手动点动进给坐标系来存储的情况，但在坐标系存储部2中能够存储未图示的多个坐标系。此时，各个作业坐标系可以具有识别符号，能够根据该识别符号来识别规定的坐标系。

此外，本实施方式的控制装置1也可以如图2所示来构成。警告显示部7是在停止机器人手部12的手动点动进给时显示警告消息的单元，在后述的图6的流程图的步骤S5中实施该单元。可以在操作机器人手部12的示教操作盘(未图示)的显示器或者机器人控制装置1的显示器中显示警告消息。

图像显示部8是在示教操作盘的显示器或者机器人控制装置1的显示器中显示作业坐标系R、机器人手部12与周围的相对位置关系的单元，在图6的步骤S8以及S13中实施该单元。警告音产生部9是在将机器人手部12的手动点动进给坐标系切换为作业坐标系R时产生警告音的单元，在图6的步骤S7以及S12中实施该单元。进给速度调整部10是在将机器人手部12的手动点动进给坐标系切换为作业坐标系R时，降低机器人手部12的手动点动进给的速度倍率(over ride)的单元，该单元与警告音产生部9同时在图6的步骤S7以及S12中被实施。

接着，说明工作台31上方的作业区域Q。

如图3或者图4所示那样定义了工作台31上方的作业区域Q。

图3表示手部12位于作业区域Q的外侧，图4表示手部12位于作业区域Q的内侧。将该作业区域Q设定为在机器人11的手动点动进给坐标系中应用作业坐标系R的空间。通过在控制装置1中设定顶点A～H中的对角的两个点在机器人11的基准坐标系中的坐标值来定义作业区域Q。通常很难知道存在于空间内的任意点在机器人基准坐标系中的坐标值，因而在设定坐标值时，将机器人手部12的中心位置移动到规定位置，将该位置调入到机器人控制装置1中。

当难以识别机器人手部12的中心点时，可以通过准备设定用的夹具(jig)，在设定了夹具尖端点在机械接口坐标系中的坐标值的基础上，以夹具尖端点到达各顶点的方式移动机器人11后，将位置调入到机器人控制装置1中来进行设定。在预先通过图等知道了坐标值时，可以通过输入坐标值来设定作业区域Q。作为设定作业区域Q的其他方法，也可以通过输入图3中所示的顶点A～H中的任意一个顶点的坐标值与到其对角顶点的机器人的基准坐标系的各轴方向的距离来进行设定。

接着，说明将作业坐标系R定义为在作业区域Q内切换的手动点动进给坐标系的方法。可以通过定义与机器人的基准坐标系的相对关系、即从机器人的基准坐标系向想要定义的坐标系的转换矩阵的方法，以及定义与机械接口坐标系的相对关系的方法中的任意一种方法来进行坐标系的定义。在定义即使机器人11的手部姿势变化，轴方向也不变化的坐标系时选择前者；在需要根据手部姿势来变化坐标系的方向时选择后者。

在本实施方式中，在所定义的作业区域Q中最好使用机床固有的坐标系，因而通过定义前者、即与机器人的基准坐标系的相对关系，来在手动点动进给坐标系中定义作业坐标系R。在图5中示出了这样定义的作业坐标系R。作业坐标系R是各个轴正交的X-Y-Z坐标系，被定义成机器人11的手动点动进给坐标系中的一个。

实际上，以使手部12的中心点分别到达定义的坐标系的原点、X轴上的任意点以及Y轴上的任意点的方式移动机器人11，将各点调入到机器人控制装置1中，由此进行将作业坐标系R定义成手动点动进给坐标系中的一个坐标系的工序。与定义作业区域Q时同样地，通过使用设定用的夹具可以更准确地调入各点的坐标值。通过调入该3个点来计算将作业坐标系R定义为手动点动进给坐标系中的一个的矩阵。

这样设定作业区域Q，并将作业坐标系R设定为手动点动进给坐标系中的一个后，在实际的机器人示教作业中的手动点动进给中实施机器人手部12的位置的取得(监视)。通过机器人控制装置1以规定的采样周期来取得机器人手部12的位置。当通过计算来取得机器人手部12的位置时，根据驱动机器人11的各轴的电动机所具有的编码器的输出数据来计算出机器人11的各轴的角度，进而根据各轴角度计算出机械接口的中心位置。通常为了控制手部12的位置·姿势，在安装手部时预先设定机械接口坐标系中的手部中心位置，求出机器人基准坐标系中的手部中心位置。在没有预先设定在机械接口坐标系中的手部中心位置时，不能计算出在机器人基准位置的手部中心位置，因而有必要在开始机器人手部位置的监视之前设定在机械接口坐标系中的手部中心位置。

接着，根据图6说明开始机器人11的手部位置的监视后周期性地执行的处理。

首先，在步骤S1中，确认机器人11是否处于动作中。当机器人11处于动作中时前进到步骤S2，当不是处于动作中时前进到步骤S9。在步骤S2中，若机器人的动作是基于手动点动进给的动作，则前进到步骤S3，否则结束处理。在步骤S3中，由手部位置取得部4来取得手部12的当前位置，由判定部5来判断手部12是否在预先定义的作业区域Q的内部。此时，在作业区域Q以外还定义了多个切换手动点动进给坐标系的作业区域时，对所定义的全部作业区域进行判定。

在步骤S4中，当手部位置在所定义的作业区域Q中的任意地方时，确认当前的手动点动进给坐标系是否与分配给该作业区域Q的作业坐标系R相同。结果，若不需要切换后手动点动进给坐标系，则结束处理。当需要切换手动点动进给坐标系时，在步骤S5中，通过警告显示部7来显示警告消息，同时停止机器人11的手动点动进给动作。然后，在步骤S6中，将手动点动进给坐标系变更为设定了分配给作业区域Q的作业坐标系R的手动点动进给坐标系。在步骤S7中，伴随着手动点动进给坐标系的变更，通过警告音产生部9产生警告音，并向用户通知手动点动进给坐标系的变更，并通过手动点动进给速度调整部10来降低手动点动进给动作的速度倍率。最后，在步骤S8中，在示教操作盘中显示表示作业坐标系R的图像后结束处理。另外，关于手动点动进给速度调整部10的速度倍率的变更，在当前的速度倍率低于预先指定的速度倍率时，不进一步降低手动点动进给的速度倍率。

另一方面，当机器人11不是在动作中时，在步骤S9中，通过手部位置取得部4来取得手部12的当前位置，并通过判定部5来判断手部12是否在预先定义的作业区域Q的内部(参照图4)。此时，在作业区域Q以外定义了多个切换作业坐标系的作业区域时，对所定义的全部作业区域进行判定。

在步骤S10中，当手部位置在定义的作业区域Q中的任意地方时，确认当前的手动点动进给坐标系是否与分配给该作业区域Q的作业坐标系R相同。结果，若不需要切换手动点动进给坐标系则结束处理。当需要切换手动点动进给坐标系时，在步骤S11中，将手动点动进给坐标系变更为设定了分配给作业区域Q的作业坐标系R的手动点动进给坐标系。在步骤S12中，伴随着手动点动进给坐标系的变更，通过警告音产生部9产生警告音，并向用户通知手动点动进给坐标系的变更，而且通过手动点动进给速度调整部10来降低手动点动进给动作的速度倍率。最后，在步骤S13中，在示教操作盘中显示表示作业坐标系R的图像后结束处理。另外，也可以通过设定而不进行警告音的产生、速度倍率的变更、表示坐标系方向的图像的显示等。

以规定的采样间隔来反复执行步骤S2～S8的处理或者步骤S9～S13的处理，由此，机器人手部位置成为始终被监视的状态。当机器人手部位置在指定的作业区域Q内时，能够在确保操作员的安全的同时将手动点动进给坐标系自动切换为规定的坐标系。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更来实施。本实施方式的空间区域设定部3使用坐标数据来设定作业区域Q，但也可以根据来自安装在机床30或者周边机器上的一个以上的光电传感器的输出数据来设定作业区域Q。此外，手部位置取得部4根据驱动机器人11的各轴的伺服电动机的输出数据来取得机器人手部12的位置，但也可以根据安装在机床30或者周边机器上的一个以上的光电传感器的输出数据来取得机器人手部12的位置。

Claims (9)

1.一种工件输送用机器人的控制装置(1)，其利用在机器人手部(12)的操作中使用的示教操作盘来使该机器人手部(12)进行手动点动进给动作，该机器人手部(12)安装在进行向机床(30)供给工件(20)以及从机床(30)取出工件(20)中的至少某一个动作的机器人(11)的臂(13)的前端，并把持所述工件(20)，其特征在于，

具有：

坐标系存储部(2)，其存储一个以上规定所述机器人手部(12)的手动点动进给方向的手动点动进给坐标系；

空间区域设定部(3)，其针对所述机床(30)设定空间区域，该空间区域被分配了由所述坐标系存储部(2)存储的一个以上的手动点动进给坐标系中的一个坐标系；

手部位置取得部(4)，其每隔规定的采样周期取得所述机器人手部(12)的当前位置；

判定部(5)，其判定由该手部位置取得部(4)取得的所述机器人手部(12)的位置是否在由所述空间区域设定部(3)设定的所述空间区域内；以及

坐标系切换部(6)，其在由该判定部(5)判定为所述机器人手部(12)的位置在所述空间区域内时，将手动点动进给坐标系自动切换为分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系。

2.根据权利要求1所述的工件输送用机器人的控制装置(1)，其特征在于，

所述判定部(5)在所述机器人手部(12)的手动点动进给中判定所述机器人手部(12)是否在由所述空间区域设定部(3)设定的所述空间区域内，当判定为所述机器人手部(12)在所述空间区域内时，停止所述机器人手部(12)的手动点动进给动作后，由所述坐标系切换部(6)将使用的手动点动进给坐标系自动切换为分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系。

3.根据权利要求2所述的工件输送用机器人的控制装置(1)，其特征在于，

具有：

警告显示部(7)，其在停止了所述机器人手部(12)的手动点动进给动作时，在所述示教操作盘的显示器上显示警告消息。

4.根据权利要求1所述的工件输送用机器人的控制装置(1)，其特征在于，

具有：

图像显示部(8)，其在由所述坐标系切换部(6)将手动点动进给坐标系切换为分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系时，将分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系、所述机器人手部(12)与周围的相对位置关系显示在所述示教操作盘的显示器上。

5.根据权利要求1所述的工件输送用机器人的控制装置(1)，其特征在于，

所述空间区域设定部(3)使用坐标数据来设定所述空间区域，所述手部位置取得部(4)根据驱动所述机器人(11)的各轴的伺服电动机的输出数据来取得所述机器人手部(12)的位置。

6.根据权利要求1所述的工件输送用机器人的控制装置(1)，其特征在于，

所述空间区域设定部(3)根据来自安装在所述机床(30)或者周边机器上的一个以上的光电传感器的输出数据来设定所述空间区域，所述手部位置取得部(4)根据所述一个以上的光电传感器的输出数据来取得所述机器人手部(12)的位置。

7.根据权利要求1所述的工件输送用机器人的控制装置(1)，其特征在于，

具有：

警告音产生部(9)，其在由所述坐标系切换部(6)将使用的手动点动进给坐标系切换为分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系时，产生警告音。

8.根据权利要求1所述的工件输送用机器人的控制装置(1)，其特征在于，

具有：

进给速度调整部(10)，其在由所述坐标系切换部(6)将使用的手动点动进给坐标系切换为分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系时，降低所述机器人手部(12)的进给速度。

9.根据权利要求1所述的工件输送用机器人的控制装置(1)，其特征在于，

通过与所述机床(30)的控制装置之间进行的通信来取得分配给所述空间区域的手动点动进给坐标系。

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