CN101653939A - 离线示教数据的作成方法及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离线示教数据的作成方法及机器人系统。本发明自动且有效地作成机器人特别是搭载该机器人的滑块的适当的示教数据。其是在使移动机器人的安装基座的滑块动作的同时对工件进行连续的作业的机器人系统中确定滑块位置的方法，所述方法包括：设定初始位置等的步骤(S100～S103)；以使在通过机器人原点的探测平面内离散地设定的栅格点与工件上的作业位置相一致的方式设定滑块位置，算出该滑块位置的各栅格点的评价值的步骤(S106)；以评价值为最高值的栅格点作为焊接点的方式确定滑块位置的步骤(S109)。通过以作业位置为中心使探测平面旋转，能够设定最佳的滑块位置。

Description

离线示教数据的作成方法及机器人系统

技术领域

本发明涉及示教工业用机器人的动作的示教数据，特别涉及具有搭载机器人行走的滑块(行走底盘)的离线示教数据的作成方法以及该作成方法适用的机器人系统。

背景技术

以往，例如在6轴的焊接机器人系统中，为了进行姿势示教，操作员一边操作实机、或一边用CRT画面模拟、一边输入针对工件的机器人前端部的角度(作业角度)或各轴的角度并进行修正、调整。该方法是通过操作者的试行错误得到目的的作业角度的方法，操作性差，并且花费时间。因此，具有以示教作业的简易化及生产线的无停止化等为目的，通过离线进行机器人的示教的离线示教系统。

另一方面，进行基于机器人系统的焊接、涂装、去飞边、切割等各种作业时，从提高作业品质或作业效率的观点出发，以使针对工件的作业用具的动作不间断而连续进行的方式设定作业的情况增加。这种情况下，为了即使在超过机器人的动作范围的作业区域，也使其连续作业，通常利用连续变更机器人的位置的滑块。此时，对应于作业位置以收容于机器人的动作范围内的方式适当地设定滑块位置，由此能够实现连续的作业。再者，在机器人作业中，有时使用支承工件并将工件定位于适合焊接的姿势的换位器。

在日本特开2001-328087号公报(专利文献1)公开有使用上述的滑块、换位器的机器人系统的离线示教系统，在日本特开2006-72673号公报(专利文献2)公开有换位器的设定方法。

在专利文献1中，公开有以能够广泛地取得作业工具的动作范围而取得能够最自由地控制机器人姿势(基本姿势)的方式算出并确定滑块位置的方法。在该技术的机器人的基本姿势是与工件直径对应通过实验等预先得到的姿势。

在专利文献2中，公开有根据针对工件的焊接线的位置等事先确定换位器的姿势，其后，确定滑块及机器人的位置、姿势的技术。此外，在专利文献1也公开有换位器的确定方法。

专利文献1：日本特开2001-328087号公报；

专利文献2：日本特开2006-72673号公报。

但是，专利文献1及专利文献2公开的技术，在考虑周围的干涉物的影响而进行定位时、或确定避免错综复杂的工件对焊接线的干涉的姿势时等，并不能够适用确定复杂情况下的机器人姿势特别是滑块位置。

即，对专利文献1的技术，认为某种程度形状确定的工件(钢管)，不易受到周围的干涉物等影响的布局的情况下可能有效，但是存在与周围的干涉等，不能够采用机器人的基本姿势或在其附近定位时，或者机器人必须采用非常严格的姿势时，并不能够确定滑块位置。

专利文献2的技术是着眼于换位器的姿势设定的技术，并不是无论试行怎样的滑块的配置，都避免在以下情况下不能够获取机器人可作业的姿势的情况的技术，即，在与机器人或滑块的动作范围的界限不干涉的情况下。

如此的现有技术不能适用时，在离线示教中，使用画面或干涉检查功能，操作员综合地作出判断并进行操作，确定滑块位置与机器人姿势。这种修正作业花费大量的时间和劳动力。

发明内容

因此，本发明鉴于上述问题点，其目的在于，提供一种在使移动机器人的安装基座的滑块动作的同时对工件进行连续的作业的机器人系统中，根据工件的形状或周围环境，自动且有效地作成与机器人同步的滑块的适当的示教点的离线示教数据的作成方法。

为实现上述目的，在本发明中讲述有以下的技术方法。

本发明涉及的离线示教数据的作成方法是用于使移动机器人的安装基座的滑块动作的同时对工件进行连续的作业的机器人系统的方法，其特征在于，具有：设定所述工件的作业位置的初始设定步骤；对通过作为所述机器人的动作基点的机器人原点的探测平面进行设定，以使设定在该探测平面内的多个栅格点分别与所述工件上的作业位置相一致的方式设定所述滑块位置，算出该滑块位置的各栅格点的评价值的评价值算出步骤；基于所述评价值确定所述滑块位置，将确定的滑块位置作为所述机器人的离线示教数据来采用的确定步骤。

通过该发明的结构，使在通过机器人原点的探测平面内设定的离散的栅格点与工件上的作业位置一致来算出评价值。例如，该评价值通过设定反映了对工件的干涉或异常接近的程度的评价函数而得到，并以与评价值成为最大或最小的栅格点对应的方式确定滑块位置。如此，能够自动且有效地确定滑块的适当位置。

此外，对探测平面中的栅格点，考虑计算负荷，优选不是连续的栅格点而是离散的栅格点。例如，优选对于进行探测十分详细且不成为过度的计算负荷的离散的栅格点。

此外，可以在无法通过所述确定步骤确定滑块位置时，所述评价值算出步骤设定以所述作业位置作为中心而旋转的探测平面，算出各栅格点的评价值。

由此，当不能确定滑块的适当位置时，使探测平面以作业位置为中心旋转。能够使用旋转的探测平面算出各栅格点的评价值，确定滑块的适当位置。

再者，可以在无法通过所述确定步骤确定滑块位置时，所述评价值算出步骤设定相对于不能确定滑块位置的探测平面平行移动的探测平面，算出各栅格点的评价值。

由此，在要确定滑块的适当位置而不能时，使探测平面平行移动。从而能够使用平行移动的探测平面算出各栅格点的评价值，确定滑块的适当位置。

再者，所述机器人系统可以具备能够使所述工件变换姿势地保持所述工件的换位器，在无法通过所述确定步骤确定滑块位置时，所述评价值算出步骤变更所述换位器所保持的工件的姿势，算出各栅格点的评价值。

由此，使探测平面旋转而要确定滑块的适当位置但不能时，变更换位器的姿势。从而能够使用姿势变更的换位器算出各栅格点的评价值，确定滑块的适当位置。

采用上述的移动路径算出方法的本发明的机器人系统的特征在于，具备：机器人；搭载该机器人的滑块；控制所述机器人及滑块的控制装置；作成所述机器人及滑块的离线示教数据的作成装置，所述作成装置具有：设定所述工件的作业位置的初始设定部；对通过作为所述机器人的动作基点的机器人原点的探测平面进行设定，以使设定在该探测平面内的多个栅格点分别与所述工件上的作业位置相一致的方式设定所述滑块位置，算出该滑块位置的各栅格点的评价值的评价值算出部；基于所述评价值确定所述滑块位置，将确定的滑块位置作为所述机器人的离线示教数据来采用的确定部。

发明效果

根据本发明，能够在使移动机器人的安装基座的滑块动作的同时对工件进行连续的作业的机器人系统中，自动且有效地作成与机器人同步的滑块的适当的示教点。

附图说明

图1是本发明的实施方式涉及的机器人系统的整体结构图。

图2是工件的详细图。

图3是表示进行确定滑块位置的处理的控制块的图。

图4是表示确定滑块位置的处理的流程图。

图5是表示探测平面与探测平面上的栅格点的图。

图6是表示探测平面的旋转的图。(第一实施方式)

图7是表示焊接点Q1的初始换位器姿势的图。

图8是表示焊接点Q1的修正换位器姿势的图。

图9是表示探测平面的平行移动的图。(第二实施方式)

[符号说明]

1机器人系统

2焊接机器人

3滑块

4换位器

5控制装置

6离线示教系统(计算机)

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

此外，在以下说明中，将相同的符号附加于相同的部件。它们的名称及功能也相同。因此，不重复进行关于它们的详细说明。再者，以下，举例说明焊接机器人，但是，本发明并不是限定于此种样式、轴数量及用途的机器人而适用的发明。

[第一实施方式]

参照图1所示的立体图说明本实施方式涉及的机器人系统1的整体结构。

如图1所示，该机器人系统1具备：焊接机器人2；搭载焊接机器人2并使机器人自身移动的滑块3；以能够使工件W变换姿势的状态保持所述工件W的换位器4；具备示教操纵台(pendant)51的控制装置5。

焊接机器人2是垂直多关节形的6轴的机器人，作为作业用具在前端部设置有焊矩21。安装基座(基端侧)配备在滑块3上。

滑块3能够相对于工件W沿向前后方向的X轴、向上下方向的Z轴、与X-Z轴正交的Y轴的三轴方向移动。

换位器4以换位器4的工件W的安装面的中心坐标为基准，设定滑块X轴、滑块Y轴以及滑块Z轴。这些轴的交点为工件原点。再者，换位器4能够绕2轴旋转地保持工件W，设定换位器旋转轴θ1及θ2。

在控制装置5中，按照事先将动作示教了的离线示教数据(示教程序)控制焊接机器人2。示教数据使用控制装置附带的示教操纵台51作成、或使用利用了计算机的离线示教系统6事先作成。由离线示教系统6作成的示教数据通过磁盘或存储装置等向控制装置进行传送，或也可以利用数据通信将示教数据传送给控制装置。

离线示教系统6具备作为显示装置能够图形显示的显示器，作为输入装置的键盘、鼠标。而且，作为用于取入工件W的CAD信息的数据输入机构，设置有磁记忆装置和通信装置。如上所述，使用这些向焊接机器人2的控制装置进行示教数据的传送。在本实施方式中，表示使用利用了计算机的离线示教系统6的例子。

图2表示工件W的概略图。在本实施方式中，对于工件W，设定6个焊接点Q1～Q6(作业位置Q1～Q6)，并且设定连接各焊接点Q1～Q6的连续的5根焊接线。以换位器4的工件W的安装面的中心坐标(工件原点)作为基准，各顶点(焊接点)的(x，y，z)的值为例如Q1(800，-1300，40)、Q2(900，-1100，40)、Q3(500，-600，40)、Q4(-500，-600，40)、Q5(-900，-1100，40)、Q6(-800，-1300，40)(单位mm)。

以下，详细地说明在离线作成离线示教系统6的动作即滑块3的位置及机器人2的姿势的方法。

图3示出了用于离线示教数据的作成的控制块。该控制块具有滑块位置确定部60(确定部)。

滑块位置确定部60具有：基于工件W的形状信息等设定焊接位置等的初始位置设定部61；输入焊矩21的前端坐标且通过逆变换求出焊接机器人2的关节角的机器人逆变换部62。再者，具有使用包括滑块3是否位于动作范围等的评价函数算出各栅格点的评价值的评价值算出部63。

再者，滑块位置确定部60具有：基于评价值判定栅格点的评价值判定部64；对于不能适当地确定滑块3的位置的焊接点变更探测平面的探测平面变更部65。另外，包括对于即使变更探测平面也不能适当地确定滑块3的位置的焊接点，变更由换位器4确定的工件W的姿势的换位器姿势变更部66。

通过这些的初始位置设定部61、机器人逆变换部62、评价值算出部63、评价值判定部64、探测平面变更部65以及换位器姿势变更部66互相关联动作，滑块位置确定部60确定在该机器人系统1的滑块3的位置。

图4示出了表示在滑块位置确定部60的处理的顺序的流程图。

首先，在步骤(以下，将步骤记载为S)100基于读入的工件W的形状信息等设定焊接线。此时，设定如图2所示的6个焊接点Q1～Q6(作业位置Q1～Q6)及5根焊接线。

在S101基于施工信息设定针对指定的焊接位置的焊矩21的姿势及焊接条件。

在S102，将进行各焊接线的作业时的换位器4的各轴的旋转坐标值作为初始位置设定。在本实施方式中，换位器4以上述的5根焊接线的焊接坡口向下的方式，例如在焊接区间Q1-Q2中将换位器姿势P1(45，21.8)作为初始位置设定、在焊接区间Q2-Q3中将换位器姿势P2(45，-38.3)作为初始位置设定、在焊接区间Q3-Q4中将换位器姿势P3(45，-90)作为初始位置设定、在焊接区间Q4-Q5中将换位器姿势P4(45，-141.2)作为初始位置设定、在焊接区间Q5-Q6中将换位器姿势P5(45，-200.9)作为初始位置设定。

此外，为了尽可能地保持在各焊接区间指定的换位器4的姿势的方式实行焊接，通常作成在换位器姿势变化的作业位置(顶点)的前后插入换位器4的运动开始点和运动终止点的示教数据。对于插入的连动点，本发明也能够适用。因此，不进行关于该连动点的详细说明。

这些从S100到S102的处理通过图3的初始位置设定部61进行。此外，也可以利用上述处理以外的处理来设定这些初始位置。

在S103，以使探测平面上的各栅格点与焊接点Qi相一致的方式确定滑块3的位置。具体来说，如图5所示，考虑通过机器人原点(成为机器人动作的基点的点)且在包含焊接机器人2的前端部(作业用具)的探测平面内的焊接机器人2的动作范围。为了进行位于其动作范围内的探测而算出或预先设定充分详细的离散的栅格点。作为探测的初始位置，以在焊接机器人2的正面配置各焊接点Qi的方式设定探测平面，以使各栅格点与焊接点Qi相一致的方式算出滑块3的位置。作为初始位置在焊接机器人2的正面配置有焊接点Qi，但是能够某种程度指定每个焊接点Qi与焊接机器人2的位置关系时，能够以成为指定的位置关系的方式配置探测平面。

在S104，能够进行滑块3的位置不超过滑块3的动作范围的设定时，执行焊接机器人2的逆变换，确定焊接机器人2的姿势。该S104的处理通过图3的机器人逆变换部62进行。

在S105，演算装置判定能否进行焊接机器人2的逆变换。此时，判定焊接机器人2对于焊接点Qi由指定的焊矩姿势能否进行逆变换。如果判定焊接机器人2的逆变换为可能(S105为是)，则处理向S106转移。如果不是这样(S105为否)，则处理向S120转移。

在S106算出各栅格点的评价函数的值(评价值)。该评价函数使用包括距离焊接机器人2的特殊姿势的富余度、距离各轴的动作范围的富余度、焊接机器人2的姿势的干涉或异常接近的程度、滑块3在动作范围与否、从滑块3及各轴的上次位置的偏移量的评价函数，依次计算各栅格点的评价值。该S106的处理通过图3的评价值算出部63进行。

如果详细说明S106的评价函数，则例如，焊接机器人2的连杆相对于与其连接的连杆具有180°的角度(位于同一直线上)时，其连杆视作位于特殊姿势，且视作应该避免其姿势。因此，作为距离特殊姿势的富余度，可以采用连杆彼此的角度从180°任意远离。另外，机器人轴例如位于+90°～-90°的可动范围时，将轴的角度设为85°可以说是位于可动范围内，但很难说是优选的状况。因此，作为距离各轴的动作范围的富余度，可以在评价函数采用从最大可动值的偏移量。再者，观察在焊接点Qi-1的滑快3的位置或各轴的角度与在该栅格点的滑快3的位置或各轴的角度的差，不优选其差过大(滑块3较大地运动或各轴较大地转动)。因此，能够将滑块3等的从上次位置的偏移量作为评价函数。

在S107从各栅格点的评价值中抽出最高的评价值(最高评价值)。在S108判定最高评价值是否比预先确定的阈值还高。如果判定最高评价值比预先确定的阈值还高(S108为是)，则处理向S109转移。如果不是这样(S108为否)，则处理向S120转移。

S108的处理是为了避免使用在全部的栅格点的评价值整体低时抽出的最高评价值的不良情况。此外，也可以省略S107的处理，在S108判定每个栅格点的评价值是否超过阈值。在超过某一阈值的时刻，也可以将能够实现该栅格点的滑块3的位置作为示教数据。由此，能够大幅度地减少计算机6的计算量。

上述的S107及S108的处理通过图3的评价值判定部64进行。

在S109将评价值最高值的滑块位置作为示教数据。

在S110判定演算装置对全部的焊接点的处理(滑块位置确定的处理)是否结束。如果判定对全部的焊接点处理结束(S110为是)，则该滑块位置确定处理结束。如果不是这样(S110为否)，则处理向S111转移。在S111，将下一个焊接点作为处理对象，处理向S103返回。上述的S109到S111的处理通过图3的滑块位置确定部60进行。

在S120判定针对全部的探测平面的处理(滑块位置确定处理)是否结束。如果判定针对全部的探测平面的处理结束(S120为是)，则处理向S130转移。如果不是这样(S120为否)，则处理向S121转移。在S121中进行旋转探测平面的操作。此后，处理返回S103。在该S121的处理中，即使将某一探测平面的全部的栅格点作为焊接点，对于由于不能逆变换或者评价值低等而不能确定滑块3的适当位置的焊接点Qi，以焊接点Qi为基准，如图6所示在规定的角度范围内顺次旋转探测滑块3的适当位置的探测平面。例如，在本实施方式中，在±30°的范围内以2°的间距设定探测平面。该S121的处理通过图3的探测平面变更部65进行。

在S130变更换位器4的姿势。在S131将该焊接点与相邻的焊接点作为处理对象。在该S130及S131的处理是使探测平面旋转也不能确定滑块3的适当位置的情况，进行使用换位器4变更工件W的姿势的同时焊接多个焊接点的情况。探测对于不能确定滑块3的适当位置的焊接点(Qng)用其前后的焊接点能够确定滑块3的适当位置的点(Qok)。以接近该点(Qok)的换位器4的姿势的方式变更在包括Qng的焊接区间的换位器4的姿势。

作为变更方法，对于换位器4的2个旋转轴中变化更大的旋转轴，可以采用与Qok一致的方法。具体来说，如果变化量为某一阈值以下，则使其与换位器旋转轴的值一致，为某一阈值以上时，设定该阈值以下的适当的值。换位器4的姿势相对于焊接区间而变更，因此即使对于Qng与换位器4的姿势变化了的其相邻的焊接点，也需要探测适当的滑块位置。

该S131的处理通过图3的换位器姿势变更部66进行。

在S132判定针对全部的换位器姿势的滑块位置确定处理是否结束。如果判定针对全部的换位器姿势的处理结束(S132为是)，则处理结束。如果不是这样(S132为否)，则处理向S103返回。

概括而言，以上所述的滑块位置确定部60的处理按照以下的3个顺序处理的结果，确定滑块3的位置即示教数据。

(i)设定不使探测平面旋转的情况下能够确定滑块3的位置时的动作、焊接线、焊矩21的姿势、焊接条件、换位器4的初始位置(S100～S102)。

设定图5所示的探测平面，以使该探测平面上的栅格点与焊接点Qi(i＝1～6)相一致的方式确定滑块3的位置(S103)。针对离散地存在于该探测平面上的全部的栅格点，如果机器人的逆变换为可能(S105为是)，则使用评价函数算出评价值(S106)。在相对于全部的栅格点的评价值中抽出最高值的评价值(S107)，如果该最高值非常高(S108为是)，则将成为该最高值的栅格点成为焊接点的滑块3的位置确定为适当的滑块3的位置(S109)。

这些处理针对各焊接点来进行。即，在S110判定为是之前，重复进行S103～S111的处理。

在此，S100～S102为初始设定步骤，S103～S106为评价值算出步骤，S107～S109为确定步骤。

(ii)不能确定滑块3的适当位置时

即使如上述地进行处理，在某焊接点，不能确定滑块3的适当位置时(S105为否，或者S108为否)，对于该焊接点，以该焊接点为基准使探测平面在规定的角度(±30°)的范围内顺次(每2°)旋转(S121)。

如图6所示，使探测平面在±30°内以每2°进行旋转，因此相对于在焊接机器人2的正面配置焊接点的初始探测平面位置作成30个探测平面。

依次选择该30个探测平面，在对全部的探测平面的处理结束之前(在S120判定为是之前)，针对各探测平面上的各栅格点算出评价值，确定滑块3的适当位置(S103～S109)。

(iii)使探测平面旋转也不能确定滑块3的适当位置时

如上所述使探测平面旋转且针对全部的探测平面的处理结束时，在某一焊接点中，不能确定滑块3的适当位置时(S120为是)，对该焊接点，变更换位器4的姿势(S130)。如此改变换位器4的姿势，在针对全部的姿势的处理结束之前(在S132判定为是之前)，针对各探测平面上的各栅格点算出评价值，确定滑块3的适当位置(S103～S109)。

利用以上所述的离线示教数据的作成方法，表1、图7及图8表示作成示教数据的例子。

使用第一实施方式涉及的离线示教数据的作成方法，能够可靠地求出与焊接点Q2、Q3、Q4对应的滑块3的位置。但是，不能确定与焊接点Q1、Q5、Q6对应的滑块3的位置。其状态如图7所示，焊接机器人2可接近的空间被换位器4或工件W遮挡。

因此，在变更换位器4的姿势再次进行示教数据的作成的情况下，确定与焊接点Q1、Q5对应的滑块3的位置。其状态如图8所示，可知能够确保焊接机器人2可接近的空间。伴随所述焊接点Q1、Q5的滑块位置的确定，焊接点Q6在没有进行换位器姿势变更的情况下，再次确定滑块3的位置。

[第二实施方式]

以下，说明本发明的第二实施方式。

在本实施方式中，执行与第一实施方式的S121的处理不同的处理。其其他结构及程序构造相同，因此在此不重复针对这些的详细说明。

如图9所示，在本实施方式中，即使将某一探测平面的全部的栅格点作为焊接点，对于由于不能逆变换或者评价值低等而不能确定滑块3的适当位置的焊接点Qi，使探测滑块3的适当位置的探测平面左右平行移动。即，不是使探测平面旋转，而是使其左右平行移动。

此时，从与探测平面垂直的方向观察，以使探测平面内的栅格点与焊接点Qi相一致的方式确定滑块3的位置。机器人姿势的逆变换是在加入了探测平面与焊接点Qi的左右方向的移动量(偏移量)的基础上进行。

在本实施方式涉及的机器人系统中，与第一实施方式相同地，能够自动且有效地确定滑块3的适当位置。

应该认为此次公开的实施方式全部的点仅用作例示而并无限定作用。

本发明的范围并不是通过上述的说明而表示，而是通过权利要求书而表示，包括与权利要求书等同的意义及在范围内的各种变更。

Claims (5)

1.一种离线示教数据的作成方法，其是使移动机器人的安装基座的滑块动作的同时对工件进行连续的作业的机器人系统的离线示教数据的作成方法，其特征在于，具有：

设定所述工件上的作业位置的初始设定步骤；

对通过作为所述机器人的动作基点的机器人原点的探测平面进行设定，以使设定在该探测平面内的多个栅格点分别与所述工件上的作业位置相一致的方式设定所述滑块位置，算出该滑块位置的各栅格点的评价值的评价值算出步骤；

基于所述评价值确定所述滑块位置，将确定的滑块位置作为所述机器人的离线示教数据来采用的确定步骤。

2.根据权利要求1所述的离线示教数据的作成方法，其特征在于，

在无法通过所述确定步骤确定滑块位置时，所述评价值算出步骤设定以所述作业位置作为中心而旋转的探测平面，算出各栅格点的评价值。

3.根据权利要求1所述的离线示教数据的作成方法，其特征在于，

在无法通过所述确定步骤确定滑块位置时，所述评价值算出步骤设定相对于不能确定滑块位置的探测平面平行移动的探测平面，算出各栅格点的评价值。

4.根据权利要求2或3所述的离线示教数据的作成方法，其特征在于，

所述机器人系统具备能够使所述工件变换姿势地保持所述工件的换位器，

在无法通过所述确定步骤确定滑块位置时，所述评价值算出步骤变更所述换位器所保持的工件的姿势，算出各栅格点的评价值。

5.一种机器人系统，其特征在于，

具备：机器人；搭载该机器人的滑块；控制所述机器人及滑块的控制装置；作成所述机器人及滑块的离线示教数据的作成装置，

所述作成装置具有：

设定所述工件上的作业位置的初始设定部；

对通过作为所述机器人的动作基点的机器人原点的探测平面进行设定，以使设定在该探测平面内的多个栅格点分别与所述工件上的作业位置相一致的方式设定所述滑块位置，算出该滑块位置的各栅格点的评价值的评价值算出部；

基于所述评价值确定所述滑块位置，将确定的滑块位置作为所述机器人的离线示教数据来采用的确定部。

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