CN102728953B - 机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人系统。该机器人系统包括：机器人；由所述机器人移动的激光照射部，该激光照射部能够至少在激光照射部未正在移动的状态下利用激光束扫描焊接轨迹；以及控制部，该控制部控制所述激光照射部，以至少在所述激光照射部未正在移动的状态下，利用所述激光束扫描所述焊接轨迹，以执行相对于所述焊接轨迹伴随摆动的焊接。

Description

机器人系统
技术领域
本发明涉及机器人系统，更具体地说，本发明涉及包括能够向焊接轨迹照射激光束的激光照射部的机器人系统。
背景技术
通常，例如，已知能够向焊接轨迹照射激光束的激光照射部，如在日本专利特开No.2002-137083中所公开的。
上述日本专利特开No.2002-137083公开了一种能够向焊接轨迹照射激光束的激光加工头(激光照射部)。该激光加工头形成为在沿焊接轨迹移动的同时通过驱动内部设置的光束摆动装置，相对于焊接轨迹执行摆动。
尽管根据上述日本专利特开No.2002-137083的激光加工头(激光照射部)可以在沿焊接轨迹移动的同时相对于焊接轨迹执行摆动，但是可能存在这样的问题：在激光加工头(激光照射部)未正在移动的状态下，该激光加工头(激光照射部)无法在相对于焊接轨迹摆动的同时执行焊接。例如，在物体存在于激光加工头周围的环境下，当激光加工头沿焊接轨迹移动时由于物体的干涉，激光加工头可能无法执行摆动。
发明内容
为了解决上述问题提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种即使在激光照射部未正在移动的状态下也能够在相对于焊接轨迹摆动的同时执行焊接的机器人系统。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面的机器人系统包括：机器人；激光照射部，由所述机器人使该激光照射部移动，该激光照射部能够至少在该激光照射部未正在移动的状态下，利用激光束扫描焊接轨迹；以及控制部，该控制部控制所述激光照射部，以至少在所述激光照射部未正在移动的状态下，利用所述激光束扫描所述焊接轨迹，以执行相对于所述焊接轨迹伴随摆动的焊接。
如上所述，根据本发明的该方面的机器人系统设置有控制部，该控制部控制激光照射部，以至少在激光照射部未正在移动的状态下，利用激光束扫描焊接轨迹，以执行相对于焊接轨迹伴随摆动的焊接，由此未正在移动的激光照射部利用激光束扫描焊接轨迹，以执行相对于焊接轨迹伴随摆动的焊接，因此即使在激光照射部未正在移动的状态下，机器人系统也可以执行相对于焊接轨迹伴随摆动的焊接。
根据以下结合附图对本发明的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点将变得更加显而易见。
附图说明
图1是示出了根据本发明的实施方式的机器人系统的整体结构的示意图；
图2是示出了根据本发明的实施方式的机器人系统的机器人控制装置的框图；
图3是示出了根据本发明的实施方式的机器人系统的激光扫描器的结构的示意图；
图4是示出了根据本发明的实施方式的机器人系统的激光焊接条件文档画面的图；
图5是用于例示出根据本发明的实施方式的机器人系统中用于示教终点和用作焊接轨迹的基准位置的起点的操作过程的图；
图6是用于例示出由根据本发明的实施方式的机器人系统的焦点计算部进行的伴随摆动的焊接的处理的流程图；
图7是示出了根据本发明的实施方式的机器人系统的焊接开始范围的图；
图8是示出了焊接轨迹的起点在根据本发明的实施方式的机器人系统的焊接开始范围内的状态的图；
图9是用于例示出由根据本发明的实施方式的机器人系统的焦点计算部进行的获取焊接点的位置的处理的流程图；
图10是用于例示出根据本发明的实施方式的机器人系统的焊接点的旋转角的图；
图11是示出了根据本发明的实施方式的机器人系统的焊接范围的图；
图12是示出了焊接点在根据本发明的实施方式的机器人系统的焊接范围内的状态的图；以及
图13是示出了摆动轨迹上的所有焊接点都位于根据本发明的实施方式的机器人系统的焊接范围内的状态的图。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的实施方式。
首先，参照图1至图3描述根据本发明的实施方式的机器人系统100的结构。
根据本发明的实施方式的机器人系统100是用于远程激光焊接的机器人系统，其从与对象物分隔开的位置(例如，分开大约500mm的位置)照射激光束，以执行激光焊接。在根据该实施方式的机器人系统100中，用户可以选择在执行相对于焊接轨迹连续的大致圆形或大致椭圆形摆动的同时通过利用激光束扫描焊接轨迹而执行的焊接(伴随摆动的焊接)，或者在没有摆动的情况下通过利用激光束扫描焊接轨迹而执行的焊接(无摆动的焊接)。如图1所示，机器人系统100包括机器人1、控制机器人1的机器人控制装置2和示教机器人1的动作的悬架式操纵台(可编程悬架式操纵台)3。根据该实施方式的机器人系统100还包括安装在机器人1上的激光扫描器4，该激光扫描器4利用激光束扫描焊接轨迹；以及激光振荡器5，该激光振荡器5向激光扫描器4提供激光束。悬架式操纵台3是本发明中“接受部”和“示教装置”的示例，而激光扫描器4是本发明中“激光照射部”的示例。
机器人1是具有多个关节的多关节型机器人。机器人1包括驱动各关节的多个伺服电动机(未示出)，并且可以由各伺服电动机使安装在机器人的端部上的激光扫描器4移动。
如图1所示，机器人控制装置2通过机器人指令线缆10连接至机器人1，以能够进行通信。机器人控制装置2还通过线缆11连接至悬架式操纵台3，以能够进行通信。机器人控制装置2还通过扫描器指令线缆12连接至激光扫描器4，以能够进行通信。如图2所示，机器人控制装置2包括通信部21，该通信部21向悬架式操纵台3发送信号并且从悬架式操纵台3接收信号；数据存储部22，该数据存储部22存储操作程序、关于激光焊接的焊接信息(关于焊接速度、焊接轨迹和摆动轨迹形状的信息)等；以及命令解释部23，该命令解释部23检索数据存储部22中存储的操作程序、焊接信息等，以解释该信息。
机器人控制装置2还包括机器人轨迹计算部24，该机器人轨迹计算部24基于命令解释部23的解释在每个规定的控制周期计算机器人1的移动轨迹；以及伺服控制部25，该伺服控制部25基于机器人轨迹计算部24的计算结果来控制机器人1中设置的各伺服电动机。机器人控制装置2设置有伺服模拟部26，该伺服模拟部26基于从伺服控制部25向各伺服电动机发送的操作指令，来推测机器人1的端部的当前状态(激光扫描器4的当前位置和姿势)；以及焦点计算部27，该焦点计算部27基于由伺服模拟部26推测的机器人1的端部的当前位置，来计算焦点位置(焊接位置)。在从伺服控制部25发送操作指令的时刻和基于该操作指令使机器人1动作的时刻之间存在微小的时间延迟。因此，伺服模拟部26考虑到该时间延迟来推测激光扫描器4的当前位置和姿势。后面将描述由焦点计算部27执行的用于伴随摆动的焊接的处理。焦点计算部27是本发明中“控制部”的示例。
悬架式操纵台3设置为预备机器人1的动作程序和关于激光焊接的焊接信息(关于焊接速度、焊接轨迹和摆动轨迹形状的信息)。如图1所示，悬架式操纵台3具有显示部31和包括多个操作按钮的操作部32。用户可以通过观看显示部31上的显示对操作部32进行操作，来输入规定的信息。用户可以通过操作悬架式操纵台3，向机器人控制装置2示教机器人1的动作。
激光扫描器4具有向对象物照射从激光振荡器5输出的激光束的功能。通过光纤13向激光扫描器4提供从激光振荡器5输出的激光束。如图3所示，在激光扫描器4内部设置由透镜等构成的光学系统41、包括反射镜42a和42b的检流计反射镜42、以及分别驱动反射镜42a和42b的电动机43a和43b。从激光振荡器5向激光扫描器4提供的激光束由光学系统41会聚，此后激光束的方向被检流计反射镜42改变，使得向对象物照射激光束。激光扫描器4形成为通过基于焦点计算部27的计算结果驱动反射镜42a和42b，利用激光束扫描规定位置。由此，在激光扫描器4未正在移动的状态和激光扫描器4正在移动的状态下，激光扫描器4都可以由检流计反射镜42利用激光束扫描焊接轨迹。具体地，根据该实施方式的激光扫描器4可以在与对象物分开500mm的状态下在200mm的正方形范围内照射激光束。由此，预先知道激光扫描器4的规格，如，激光焦距，因此在准备后面描述的焊接轨迹时，假设从激光扫描器4到对象物的距离是激光焦距。而且，当示教机器人1的动作或执行激光焊接时，从激光扫描器4到对象物的距离维持在激光焦距。激光扫描器4还包括图3中省略的光学系统41的调节机构，由此激光扫描器4可以动态地改变激光焦距。由此，机器人系统100可以执行激光焊接，改变从激光扫描器4到对象物的距离。检流计反射镜42和反射镜42a和42b是本发明中“反射镜部”的示例。
下面参照图1、图4和图5来描述焊接之前的准备过程。
首先，用户利用悬架式操纵台3在移动机器人1的同时，向机器人控制装置2示教机器人1的动作。而且，用户利用悬架式操纵台3设置执行焊接的区间(焊接区间)。而且，用户选择伴随摆动的焊接或者无摆动的焊接。而且，用户设置关于激光焊接的焊接信息(关于焊接速度、焊接轨迹和摆动轨迹形状的信息)。具体地，如果选择了伴随摆动的焊接，则如图4所示，用户在悬架式操纵台3的显示部31(参见图1)上显示的激光焊接条件文档画面311上选择插补类型。“插补类型”表示当机器人1的端部在示教给机器人1的起点和终点之间移动时，用于指定机器人1的端部(激光扫描器4)的动作轨迹(焊接轨迹)应该是什么样的一个控制参数。插补类型包括直线插补、圆形插补、椭圆形插补和任意形状，并且响应于期望焊接轨迹的形状来选择插补类型。而且，用户在激光焊接条件文档画面311上设置激光输出值和焊接速度。当执行伴随摆动的焊接时，焊接速度表示大致圆形或大致椭圆形摆动轨迹的中心点在焊接轨迹上移动的速度，而当执行无摆动焊接时，焊接速度表示被照射激光束的焊接点(焦点)在焊接轨迹上移动的速度。而且，用户设置大致圆形或大致椭圆形摆动轨迹的X轴半径和与X轴半径正交的Y轴半径。而且，用户设置大致圆形或大致椭圆形摆动运动的频率。在这样的情况下，X轴是从后面描述的焊接轨迹的起点Ws朝向终点We的方向，而Y轴是在后面描述的对象物的工作区域200上与X轴正交的方向。
用户利用悬架式操纵台3在移动机器人1的同时，向机器人控制装置2示教对象物的工作区域200中焊接轨迹的用作基准位置的起点Ws和焊接轨迹的终点We，如图5所示。具体地，用户使机器人1移动，以从激光扫描器4照射示教用激光束，并且在确认工作区域200上的激光束的位置的同时，以期望位置向机器人控制装置2示教用作基准位置的起点Ws。由此，示教了从固定于机器人1的设置部的机器人坐标系{R}看到的起点Ws的位置RWs。与起点Ws的情况类似，用户移动机器人1，以从激光扫描器4照射示教用激光束，并且在确认工作区域200上的激光束的位置的同时，向机器人控制装置2示教终点We。由此，示教了从机器人坐标系{R}看到的终点We的位置RWe。由此，从起点Ws到终点We的焊接轨迹被设置为在图4中激光焊接条件文档画面311上选择的插补类型的形状。如果选择直线插补作为插补类型，则如图5所示，设置直线连接起点Ws和终点We的焊接轨迹。从起点Ws到终点We的区间是焊接区间。机器人坐标系{R}是本发明中“第一坐标系”的示例。
下面参照图4和图6至图12描述由根据该实施方式的机器人系统100的焦点计算部27执行的伴随摆动的焊接的处理。
在图6中的步骤S1，焦点计算部27获取从固定于激光扫描器4的激光扫描器坐标系{L}看到的起点Ws(参见图5)的位置LWs。具体地，焦点计算部27基于由伺服模拟部26推测的、从机器人坐标系{R}看到的激光扫描器4的当前位置和姿势R LT以及从机器人坐标系{R}看到的起点Ws的示教位置RWs，获取从激光扫描器坐标系{L}看到的起点Ws的位置LWs。激光扫描器坐标系{L}是本发明中“第二坐标系”的示例。
用于获得从激光扫描器坐标系{L}看到的起点Ws的位置LWs的表达式被示为以下表达式(1)。
LWs(XWs，YWs)＝(R LT)-1·RWs    ...(1)
在上述表达式(1)中，LWs表示从激光扫描器坐标系{L}看到的起点Ws的位置，XWs表示从激光扫描器坐标系{L}看到的起点Ws的位置LWs的X坐标，YWs表示从激光扫描器坐标系{L}看到的起点Ws的位置LWs的Y坐标，R LT表示由伺服模拟部26推测的、从机器人坐标系{R}看到的激光扫描器4的当前位置和姿势，而RWs表示从机器人坐标系{R}看到的起点Ws的位置。(R LT)-1表示R LT的逆变换，并且表示从激光扫描器坐标系{L}看到的机器人坐标系{R}的原点的当前位置和姿势。
焦点计算部27在步骤S2确定起点Ws的位置LWs是否在焊接开始范围A1内(参见图7和图8)。用户设置以激光扫描器坐标系{L}的原点为中心的圆形或椭圆形的X轴直径d1和Y轴直径d2的值，以确定焊接开始范围A1，如图7所示。用户可以自由地设置X轴直径d1和Y轴直径d2。但是，如果过大的直径设置为X轴直径d1和Y轴直径d2，则从激光扫描器4向远距离照射激光束，由此各直径的最大可设置值被设置为200mm。在该实施方式中，X轴直径d1和Y轴直径d2都被设置为例如180mm。X轴直径d1和Y轴直径d2可以彼此相等或不等。换句话说，焊接开始范围A1被设置为大致圆形或大致椭圆形。焊接开始范围A1与机器人1进行的激光扫描器4的移动相关联地移动。
下面，用于确定起点Ws的位置LWs是否在焊接开始范围A1内的表达式被示为以下表达式(2-5)。表达式(2-1)至(2-4)用于描述计算表达式(2-5)的过程。
首先，由以下表达式(2-1)和(2-2)限定位于图7中所示的焊接开始范围A1内的X坐标和Y坐标。
|X|≤|d1/2×cos(α)|…(2-1)
|Y|≤|d2/2×sin(α)|…(2-2)
对这些表达式进行变换，以获得以下表达式(2-3)和(2-4)。
4X2/d12≤cos2(α)...(2-3)
4Y2/d22≤sin2(α)...(2-4)
接着，根据上述表达式(2-3)和(2-4)获得满足起点Ws的位置LWs位于焊接开始范围A1内的情况的表达式(2-5)。
4(XWs 2/d12+YWs 2/d22)≤1...(2-5)
在上述表达式(2-5)中，XWs表示从激光扫描器坐标系{L}看到的起点Ws的位置LWs的X坐标，YWs表示从激光扫描器坐标系{L}看到的起点Ws的位置LWs的Y坐标，d1表示焊接开始范围A1的X轴直径，而d2表示焊接开始范围A1的Y轴直径。
焦点计算部27重复该确定，直到起点Ws的位置LWs进入焊接开始范围A1为止。如图8所示，当起点Ws的位置LWs进入焊接开始范围A1时，焦点计算部27在步骤S3中基于焊接信息(关于焊接速度和焊接轨迹的信息)，获得焊接区间中的控制周期次数N。具体地，焦点计算部27基于焊接的轨迹信息D、焊接速度V和机器人1的控制周期Δt，计算控制周期次数N。焊接的轨迹信息D是基于利用悬架式操纵台3设置的焊接信息(关于焊接速度和焊接轨迹的信息)的信息，并且是关于包括轨迹尺寸(长度)、轨迹方向等的焊接轨迹形状的信息。焊接速度V是在图4中所示的激光焊接条件文档画面311上设置的焊接速度。在该阶段，将“0(零)”被赋值给后面描述的变量k，用于初始化。
下面，用于获取焊接区间中的控制周期次数N的表达式被示为以下表达式(3)。
N＝D/(V×Δt)...(3)
在上述表达式(3)中，N表示焊接区间中的控制周期次数(至少是0的整数)，D表示焊接轨迹信息(该情况下是焊接轨迹的长度)，V表示焊接速度，而Δt表示控制周期。如果表达式(3)的右侧无法除尽，则N被设置为通过舍去D/(V×Δt)的小数点右边的所有数字而获得的值。
接着，在步骤S4，焦点计算部27获取在焊接区间中的第k次控制周期中的、从机器人坐标系{R}看到的摆动轨迹的中心点的位置RCk。这里，k是整数(其中，0≤k≤N)。根据该实施方式，焦点计算部27使摆动轨迹的中心点以所设置的焊接速度在焊接轨迹上移动。
下面用于获取在第k次控制周期中的、从机器人坐标系{R}看到的摆动轨迹的中心点的位置RCk的表达式被示为以下表达式(4)。
RCk＝RWs+D(k/N)...(4)
在上述表达式(4)中，RCk表示在第k次控制周期中的、从机器人坐标系{R}看到的摆动轨迹的中心点的位置，RWs表示从机器人坐标系{R}看到的起点Ws的位置，D表示焊接的轨迹信息(该情况下是焊接轨迹的长度)，而N表示焊接区间中的控制周期次数。
在步骤S5，焦点计算部27执行用于获取在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的在摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk的处理。
下面，参照图9和图10，描述由根据该实施方式的机器人系统100的焦点计算部27执行的用于获取焊接点Mk的位置LMk的处理。
在图9中的步骤S51，焦点计算部27获取在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置LCk。具体地，焦点计算部27基于由伺服模拟部26推测的、从机器人坐标系{R}看到的激光扫描器4的当前位置和姿势R LT以及在步骤S4获取的在第k次控制周期中的、从机器人坐标系{R}看到的摆动轨迹的中心点的位置RCk，来获取在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置LCk。
下面，用于获得在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置LCk的表达式被示为以下表达式(5)。
LCk(XCk，YCk)＝(R LT)-1·RCk  ...(5)
在上述表达式(5)中，LCk表示在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置，XCk表示在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置LCk的X坐标，YCk表示在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置LCk的Y坐标，R LT表示由伺服模拟部26推测的、从机器人坐标系{R}看到的激光扫描器4的当前位置和姿势，而RCk表示在第k次控制周期中的、从机器人坐标系{R}看到的摆动轨迹的中心点的位置。(R LT)-1表示R LT的逆变换，并且表示从激光扫描器坐标系{L}看到的机器人坐标系{R}的原点的当前位置和姿势。
此后，在步骤S52，焦点计算部27获取在第k次控制周期中的、大致圆形或大致椭圆形摆动轨迹的旋转角θk。假设摆动轨迹的中心点未正在移动，则如图10所示，摆动轨迹是具有在激光焊接条件文档画面311(参见图4)上设置的X轴半径和Y轴半径的、以与摆动轨迹的中心点相对应的点C为中心的圆或椭圆。基于在激光焊接条件文档画面311(参见图4)上设置的摆动运动的频率和控制周期，确定位于该圆形或椭圆形摆动轨迹上的、在第k次控制周期中的焊接点Mk的旋转角θk。具体地，焦点计算部27基于摆动运动的频率和控制周期，来获取摆动运动每个周期中在摆动轨迹上的焊接点个数n。接着，焦点计算部27基于摆动运动每个周期中在摆动轨迹上的焊接点个数n，获取在第k次控制周期中的焊接点Mk的旋转角θk。
下面，用于获取摆动运动每个周期中在摆动轨迹上的焊接点个数n的表达式被示为以下表达式(6)。
n＝1/(f×Δt)…(6)
在上述表达式(6)中，n表示摆动运动每个周期中在摆动轨迹上的焊接点个数(至少是0的整数)，f表示摆动运动的频率，而Δt表示控制周期。如果表达式(6)的右侧无法除尽，则n被设置为通过舍去1/(f×Δt)的小数点右边的所有数字而获得的值。
下面，用于获取在第k次控制周期中焊接点Mk的旋转角θk的表达式被示为以下表达式(7)。
θk＝2π×(s/n)…(7)
在上述表达式(7)中，θk表示在第k次控制周期中焊接点Mk的旋转角，s表示整数(其中，0≤s≤n)，而n表示摆动运动每个周期中在摆动轨迹上的焊接点个数。
在步骤S53，焦点计算部27获取在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk。实际上，摆动轨迹的中心点在焊接轨迹上移动，由此焦点计算部27考虑到摆动轨迹的中心点的移动，获取在第k次控制周期中摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)。
下面，用于获取在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk的X坐标XMk的表达式示为以下表达式(8)，而用于获取在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk的Y坐标YMk的表达式示为以下表达式(9)。
XMk＝XCk+r1×cos(θk)...(8)
YMk＝YCk+r2×sin(θk)...(9)
在上述表达式(8)和(9)中，XMk表示在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk的X坐标，XCk表示在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置LCk的X坐标，YMk表示在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk的Y坐标，YCk表示在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置LCk的Y坐标，r1表示摆动轨迹的X轴半径，r2表示摆动轨迹的Y轴半径，并且θk表示在第k次控制周期中的焊接点Mk的旋转角。
根据该实施方式，如上所述，焦点计算部27基于摆动轨迹的X轴半径r1、摆动轨迹的Y轴半径r2、基于焊接速度V所获取的在第k次控制周期中的从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置LCk(XCk，YCk)、以及基于摆动运动的频率f所获取的在第k次控制周期中的焊接点Mk的旋转角θk，来获取在第k次控制周期中的、摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)。
在图6中的步骤S5处结束了用于获取在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk的处理之后，在步骤S6中，焦点计算部27确定第k次控制周期中的从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)是否在焊接范围A2(参见图11和图12)内。用户设置以激光扫描器坐标系{L}的原点为中心的圆或椭圆的X轴直径d3和Y轴直径d4，以确定焊接范围A2，如图11所示。用户可以自由地设置X轴直径d3和Y轴直径d4。但是，与焊接开始范围A1的X轴直径d1和Y轴直径d2类似，如果设置过大的直径作为X轴直径d3和Y轴直径d4，则从激光扫描器4向远距离照射激光束，由此各直径的最大可设置值被设置为200mm。在该实施方式中，X轴直径d3和Y轴直径d4都被设置为例如200mm。换句话说，焊接范围A2被设置为大于激光扫描器4的焊接开始范围A1(X轴直径和Y轴直径都是180mm)。X轴直径d3和Y轴直径d4可以彼此相等或不等。换句话说，焊接范围A2被设置为大致圆形或大致椭圆形。焊接范围A2与机器人进行的激光扫描器4的移动相关联地移动。
下面，用于确定在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)是否在焊接范围A2内的表达式被示为以下表达式(10)。通过与上述表达式(2-5)的情况类似的过程来计算表达式(10)。
4(XMk 2/d32+YMk 2/d42)≤1...(10)
在上述表达式(10)中，XMk表示在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的X坐标，YMk表示在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的Y坐标，d3表示焊接范围A2的X轴直径，而d4表示焊接范围A2的Y轴直径。
在步骤S7，如果在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)在焊接范围A2内(如图11和图12所示)，则焦点计算部27控制激光扫描器4向第k次控制周期中的焊接点Mk照射激光束。另一方面，如果在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)不在焊接范围A2内，则焦点计算部27在不照射激光束的情况下，前进到步骤S8。因此，可以抑制激光扫描器4向不正确的位置照射激光束。如果在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)未进入焊接范围A2内，并且无法对期望的焊接轨迹适当地执行伴随摆动的焊接，则机器人1进行激光扫描器4的移动的移动轨迹(移动路径)和焊接信息(关于焊接速度、焊接轨迹和摆动轨迹形状的信息)之间的关系是不合适的，由此通过重设该移动轨迹和焊接信息之间的关系可以执行适当的焊接。
在步骤S8，焦点计算部27确定k是否等于N，并且如果k等于N，则结束伴随摆动的焊接的处理。如果k不等于N(k＜N)，则焦点计算部27在步骤S9中使k加1，以重复步骤S4至S9，直到k变得等于N为止。在根据该实施方式的机器人系统100中，获取与激光扫描器4的当前位置和姿势R LT相对应的、摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk，以在机器人1的每个控制周期确定是否照射激光束，由此与预先设置激光扫描器4在激光束照射开始时的位置和姿势以及激光扫描器4在激光照射结束时的位置和姿势的情况不同，激光扫描器4的移动速度不由焊接速度V决定。
换句话说，在根据该实施方式的机器人系统100中，即使激光扫描器4未正在移动，只要如图13所示，摆动轨迹上的焊接点在焊接范围A2内，就可以基于由焦点计算部27获取的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk，在检流计反射镜42利用激光束扫描焊接轨迹的同时，可以执行相对于焊接轨迹伴随连续的、大致圆形或大致椭圆形摆动的焊接。如果激光扫描器4正在移动，则可以通过机器人1的动作简单地调节激光扫描器4的位置，使得在第k次控制周期中的、从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)位于焊接范围A2内，并且激光扫描器4可以不沿焊接轨迹移动。因此，在根据该实施方式的机器人系统100中，不管激光扫描器4的移动轨迹如何，检流计反射镜42都可以利用激光束扫描焊接轨迹，以执行相对于焊接轨迹伴随连续的、大致圆形或大致椭圆形摆动的焊接。
根据该实施方式，如上所述，机器人系统100设置有焦点计算部27，该焦点计算部27控制激光扫描器4，以在激光扫描器4未正在移动的状态下，利用激光束扫描焊接轨迹，以执行伴随相对于焊接轨迹执行的摆动的焊接，由此未正在移动的激光扫描器4利用激光束扫描焊接轨迹，以执行伴随相对于焊接轨迹执行的摆动的焊接，由此即使在激光扫描器4未正在移动的状态下，也可以执行相对于焊接轨迹伴随摆动的焊接。
根据该实施方式，如上所述，焦点计算部27形成为执行控制，以在激光扫描器4未正在移动的状态下，执行相对于焊接轨迹伴随连续、大致圆形或大致椭圆形摆动的焊接。根据该结构，由于连续形成的大致圆形或大致椭圆形的摆动轨迹，可以在焊接轨迹上确保期望的焊接宽度的同时，执行焊接。
根据该实施方式，如上所述，悬架式操纵台3形成为从用户接受摆动轨迹的X轴半径r1和Y轴半径r2、焊接速度V(摆动轨迹的中心点的移动速度)和摆动运动的频率f，作为与形成为大致圆形或大致椭圆形的摆动轨迹形状有关的信息，而焦点计算部27形成为基于由悬架式操纵台3接受的关于摆动轨迹形状的信息，获取大致圆形或大致椭圆形摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)。根据该结构，通过设置X轴半径r1、Y轴半径r2、焊接速度V和频率f，用户可以随意确定摆动轨迹形状，由此可以提供对于焊接设计具有高自由度的机器人系统100。
根据该实施方式，如上所述，焦点计算部27基于摆动轨迹的X轴半径r1、摆动轨迹的Y轴半径r2、基于焊接速度V获取的在第k次控制周期中从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置LCk(XCk，YCk)、和基于摆动运动的频率f获取的在第k次控制周期中焊接点Mk的旋转角θk，获取在第k次控制周期中摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)。根据该结构，可以可靠获取摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk(XMk，YMk)，由此可以可靠地执行相对于焊接轨迹伴随摆动的焊接。
根据该实施方式，如上所述，焦点计算部27形成为执行控制，以在激光扫描器4未正在移动的状态下，在大致圆形或大致椭圆形摆动轨迹的中心点位于焊接轨迹上的同时，执行相对于焊接轨迹伴随连续、大致圆形或大致椭圆形摆动的焊接。根据该结构，可以以焊接轨迹作为中心轴，以期望焊接宽度执行焊接。
根据该实施方式，如上所述，焦点计算部27形成为在激光扫描器4未正在移动的状态下，确定摆动轨迹上焊接点Mk是否位于激光扫描器4可以照射激光束的焊接范围A2内，并且如果焊接点Mk位于焊接范围A2内，则控制激光扫描器4利用激光束扫描焊接点Mk。根据该结构，如果焊接点Mk不位于焊接范围A2内，则不照射激光束，由此可以抑制激光扫描器4通过尽管从激光扫描器4的当前位置和姿势R LT向焊接点Mk无法照射激光束还是照射激光束向不正确的位置照射激光束。
根据该实施方式，如上所述，焦点计算部27将从机器人坐标系{R}看到的摆动轨迹的中心点的位置RCk和从机器人坐标系{R}看到的激光扫描器4的当前位置R LT变换成从激光扫描器坐标系{L}看到的摆动轨迹的中心点的位置LCk和从激光扫描器坐标系{L}看到的激光扫描器4的当前位置(R LT)-1，此后确定利用摆动轨迹的中心点的位置LCk(由摆动轨迹的中心点的位置RCk变换成的该位置LCk)所获取的、摆动轨迹上的焊接点LMk是否位于焊接范围A2内。接着，如果摆动轨迹上的焊接点LMk位于焊接范围A2内，则焦点计算部27控制激光扫描器4利用激光束扫描焊接点LMk。由此，机器人系统100可以基于运动中的激光扫描器4的位置，确定摆动轨迹上焊接点LMk是否位于焊接范围A2内，由此焦点计算部27可以基于激光扫描器4的操作容易地执行控制处理。
根据该实施方式，如上所述，焦点计算部27形成为当激光扫描器4正在移动时，确定焊接轨迹的用作基准位置的起点Ws是否位于激光扫描器4的焊接开始范围A1内，并且如果起点Ws在焊接开始范围A1内，则开始确定摆动轨迹上的焊接点Mk是否位于焊接范围A2内。根据该结构，当焊接轨迹的起点Ws进入激光扫描器4的焊接开始范围A1内时，焦点计算部27开始确定焊接点Mk是否位于激光扫描器4的焊接范围A2内，由此可以抑制尽管激光扫描器4位于与焊接轨迹的较大距离的事实都确定焊接点Mk是否在焊接范围A2内的不必要的控制操作，以减小焦点计算部27上的负荷。
根据该实施方式，如上所述，激光扫描器4的焊接开始范围A1(X轴直径和Y轴直径都是180mm)被设置为小于激光束可以照射的焊接范围A2(X轴直径和Y轴直径都是200mm)。由此，可以采用面积比焊接范围A2的面积小的焊接开始范围A1，来移动激光扫描器4，直到起点Ws预先进入焊接开始范围A1为止。因此，当实际执行焊接时，可以采用具有相对大的面积的焊接范围A2，来可靠地连续捕捉多个焊接点Mk，由此可以可靠地执行与摆动轨迹或任意形状的焊接轨迹相对应的焊接。
根据该实施方式，如上所述，焊接开始范围A1和焊接范围A2与机器人1进行的激光扫描器4的移动相关联地移动。由此，即使焊接轨迹的起点Ws不在焊接开始范围A1中，可以通过移动激光扫描器4，使焊接开始范围A1移动到焊接轨迹的起点Ws进入焊接开始范围A1的位置，并且即使摆动轨迹上的焊接点Mk不在焊接范围A2内，可以通过移动激光扫描器4，使焊接范围A2移动到摆动轨迹上的焊接点Mk进入焊接范围A2的位置。因此，可以利用激光扫描器4可靠地执行连续焊接。
根据该实施方式，如上所述，焊接开始范围A1和焊接范围A2被设置为大致圆形或大致椭圆形。因此，与焊接开始范围A1和焊接范围A2被设置为多边形的情况相比，可以容易地确定焊接轨迹的起点Ws是否位于焊接开始范围A1内以及摆动轨迹上的焊接点Mk是否位于焊接范围A2内。
根据该实施方式，如上所述，利用激光束扫描焊接轨迹的检流计反射镜42设置在激光扫描器4上，并且在激光扫描器4未正在移动的状态下，驱动检流计反射镜42的反射镜42a和42b，以利用激光束扫描规定位置，由此在检流计反射镜42利用激光束扫描焊接轨迹的同时执行相对于焊接轨迹伴随摆动的焊接。根据该结构，在不移动激光扫描器4的情况下，激光扫描器4可以通过驱动检流计反射镜42，利用激光束容易地扫描焊接轨迹，因此在不移动激光扫描器4的情况下，可以容易地执行相对于焊接轨迹伴随摆动的焊接。
根据该实施方式，如上所述，获取与激光扫描器4的当前位置和姿势R LT相对应的摆动轨迹上焊接点Mk的位置LMk，以在机器人1的每个控制周期确定是否照射激光束。根据该结构，激光扫描器4可以不被控制为使激光扫描器4的移动速度与焊接速度V匹配相匹配地移动，由此可以容易地控制安装有激光扫描器4的机器人1。
根据该实施方式，如上所述，用户利用悬架式操纵台3选择插补类型，并且利用悬架式操纵台3向机器人控制装置2示教焊接轨迹的起点Ws和终点We。而且，焦点计算部27形成为基于焊接轨迹的起点Ws和终点We以及插补类型，来设置焊接的轨迹信息D，并且基于所设置的焊接的轨迹信息D获取摆动轨迹上的焊接点Mk。根据该结构，基于焊接轨迹的起点Ws和终点We以及插补类型，可以明确地设置焊接的轨迹信息D，由此可以可靠地获取摆动轨迹上的焊接点Mk。
根据该实施方式，如上所述，机器人1包括多个伺服电动机，以驱动各关节，并且可以由各伺服电动机使安装在端部上的激光扫描器4移动。根据该结构，可以通过使机器人1的多个关节分别移动，使安装在机器人1的端部上的激光扫描器4容易地移动到规定位置。
尽管已经详细地描述并且例示了本发明，但是应当清楚地理解这仅是以例示和示例的方式，而不是以限制的方式。本发明的精神和范围仅由所附权利要求书限定。
例如，虽然上述实施方式中，机器人系统形成为在用作本发明的激光照射部的激光扫描器未正在移动的状态下以及在激光扫描器正在移动的状态下，执行相对于焊接轨迹伴随摆动的焊接，但是本发明不限于此。在本发明中，只要机器人系统形成为至少在激光扫描器未正在移动的状态下执行相对于焊接轨迹伴随摆动的焊接就可以，该机器人系统可以形成为不能够在激光扫描器正在移动的状态下执行相对于焊接轨迹伴随摆动的焊接(激光扫描器可以固定设置)。
虽然在上述实施方式中，用作本发明中的控制部的焦点计算部形成为执行控制，以执行伴随大致圆形或大致椭圆形摆动的焊接，但是本发明不限于此。在本发明中，例如，控制部可以形成为执行控制，以执行相对于焊接轨迹伴随着除了大致圆形或大致椭圆形摆动之外如线性摆动的摆动的焊接。
虽然在上述实施方式中，选择了直线插补，以对直线焊接轨迹执行伴随摆动的焊接，但是本发明不限于此。在本发明中，与上述实施方式类似地，可以对除了直线焊接轨迹之外的焊接轨迹执行伴随摆动的焊接，如圆形焊接轨迹、椭圆形焊接轨迹或通过组合圆弧、椭圆和直线而获得的任意形状焊接轨迹。
虽然在上述实施方式中，为了描述方便，利用沿处理流程的作业线按顺序执行处理的流程驱动型流程图，描述了用作控制部的焦点计算部所执行的处理，但是本发明不限于此。在本发明中，由控制部执行的处理可以是基于一个事件所执行的事件驱动型处理。在该情况下，由控制部执行的处理可以是完全事件驱动型处理，或者事件驱动型处理和流程驱动型处理的组合。

Claims (20)

1.一种机器人系统，该机器人系统包括：
机器人；
激光照射部，由所述机器人使该激光照射部移动，该激光照射部能够至少在所述激光照射部未正在移动的状态下，利用激光束扫描焊接轨迹；以及
控制部，该控制部控制所述激光照射部，以至少在所述激光照射部未正在移动的状态下，利用所述激光束扫描所述焊接轨迹，以执行相对于所述焊接轨迹伴随摆动的焊接，
所述控制部在所述激光照射部正在移动的状态下，判断所述焊接轨迹的基准位置是否位于所述激光照射部的规定范围内，如果所述基准位置在所述规定范围内，且所述摆动轨迹上的焊接点位于焊接范围内，则控制所述激光束扫描所述焊接点。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述控制部形成为执行控制，以至少在所述激光照射部未正在移动的状态下，执行相对于所述焊接轨迹伴随连续的、大致圆形或大致椭圆形摆动的焊接。
3.根据权利要求1所述的机器人系统，该机器人系统还包括接受部，该接受部从用户接受关于摆动轨迹的形状的信息，其中，
所述控制部形成为基于所述接受部接受的关于所述摆动轨迹的所述形状的所述信息，获取与所述焊接轨迹相对应的所述摆动轨迹上的焊接点的位置信息。
4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，
所述接受部从用户接受所述摆动轨迹的第一轴半径和与所述第一轴半径正交的第二轴半径的信息、所述摆动轨迹的中心点的移动速度的信息以及摆动运动的频率的信息，作为关于大致圆形地或大致椭圆形地形成的所述摆动轨迹的所述形状的所述信息，并且
所述控制部形成为基于所述接受部接受的关于所述摆动轨迹的所述形状的所述信息，获取与所述焊接轨迹相对应的大致圆形或大致椭圆形的所述摆动轨迹上的所述焊接点的所述位置信息。
5.根据权利要求4所述的机器人系统，其中，
所述控制部形成为基于以下各项获取与所述焊接轨迹相对应的、大致圆形或大致椭圆形的所述摆动轨迹上的所述焊接点的所述位置信息：基于所述摆动轨迹的所述中心点的所述移动速度的所述信息而获取的所述摆动轨迹的所述中心点的位置信息、基于所述摆动运动的所述频率的所述信息而获取的所述摆动轨迹的旋转角、以及所述摆动轨迹的所述第一轴半径和所述第二轴半径的所述信息。
6.根据权利要求4所述的机器人系统，其中，
所述控制部形成为执行控制，以至少在所述激光照射部未正在移动的状态下，在大致圆形或大致椭圆形的所述摆动轨迹的所述中心点位于所述焊接轨迹上的同时，执行相对于所述焊接轨迹伴随连续的、大致圆形或大致椭圆形的摆动的焊接。
7.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，
所述控制部形成为至少在所述激光照射部未正在移动的状态下，确定与所述焊接轨迹相对应的所述摆动轨迹上的所述焊接点是否位于能够从所述激光照射部照射所述激光束的焊接范围内，并且如果所述焊接点位于所述焊接范围内，则控制所述激光照射部利用所述激光束扫描所述焊接点。
8.根据权利要求7所述的机器人系统，其中，
所述激光照射部形成为基于以所述机器人为基准的第一坐标系，由所述机器人使该激光照射部移动，并且
所述控制部形成为至少在所述激光照射部未正在移动的状态下，基于与所述第一坐标系不同的、以所述激光照射部为基准的第二坐标系，确定与所述焊接轨迹相对应的所述摆动轨迹上的所述焊接点是否位于所述焊接范围内，并且如果所述焊接点位于所述焊接范围内，则控制所述激光照射部利用所述激光束扫描所述焊接点。
9.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，
所述控制部形成为将基于所述第一坐标系限定的所述摆动轨迹的中心点的位置信息和所述激光照射部的当前位置的信息二者，变换成基于以所述激光照射部的所述当前位置为基准的所述第二坐标系限定的所述摆动轨迹的所述中心点的位置信息和所述激光照射部的所述当前位置的信息，此后利用基于所述第二坐标系限定的所述摆动轨迹的所述中心点的所述位置信息和所述激光照射部的所述当前位置的所述信息，确定与所述焊接轨迹相对应的所述摆动轨迹上的所述焊接点是否位于所述焊接范围内，并且如果所述焊接点位于所述焊接范围内，则控制所述激光照射部利用所述激光束扫描所述焊接点。
10.根据权利要求7所述的机器人系统，其中，
所述控制部形成为当所述激光照射部正在移动时，确定所述焊接轨迹的基准位置是否位于所述激光照射部的规定范围内，并且如果所述基准位置在所述规定范围内，则开始确定所述摆动轨迹上的所述焊接点是否位于所述焊接范围内。
11.根据权利要求10所述的机器人系统，其中，
所述焊接轨迹的所述基准位置是所述焊接轨迹的起点。
12.根据权利要求10所述的机器人系统，其中，
所述激光照射部的所述规定范围被设置为小于所述焊接范围。
13.根据权利要求10所述的机器人系统，其中，
所述激光照射部的所述规定范围和所述焊接范围与所述机器人进行的所述激光照射部的移动相关联地移动。
14.根据权利要求10所述的机器人系统，其中，
所述激光照射部的所述规定范围和所述焊接范围被设置为大致圆形或大致椭圆形。
15.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述激光照射部包括利用所述激光束扫描所述焊接轨迹的反射镜部，并且至少在所述激光照射部未正在移动的状态下，所述反射镜部利用所述激光束扫描所述焊接轨迹，以执行相对于所述焊接轨迹伴随摆动的焊接。
16.根据权利要求15所述的机器人系统，其中，
所述反射镜部形成为能够利用所述激光束扫描规定位置。
17.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，
所述接受部包括示教所述机器人的动作的示教装置，并且
关于所述摆动轨迹的所述形状的所述信息是基于所述示教装置的用户操作而获取的。
18.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，
所述控制部形成为在所述机器人的每个控制周期，获取与所述焊接轨迹相对应的所述摆动轨迹上的所述焊接点的所述位置信息。
19.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，
所述接受部形成为从用户接受关于所述焊接轨迹的起点和终点以及所述焊接轨迹的插补类型的信息，并且
所述控制部形成为基于由所述接受部接受的所述焊接轨迹的所述起点和所述终点以及所述焊接轨迹的所述插补类型，设置所述焊接轨迹，并且获取与设置的所述焊接轨迹相对应的所述摆动轨迹上的所述焊接点的所述位置信息。
20.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述机器人包括多个关节和分别驱动所述多个关节的多个驱动部，
所述激光照射部安装在所述机器人的端部上，并且
所述激光照射部形成为能够通过驱动所述机器人的所述多个关节来移动。
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