CN103492134B - 机械臂控制装置 - Google Patents

Abstract

具有：存储部（42），其分别将手部（51）与周围环境不发生干涉的非干涉区域、和在抓持工件（6）时能够使手部（51）通过的工件区域，作为参数（421）进行存储；以及控制部（43），其执行包含按照取出动作的顺序的命令串在内的动作记述程序（422），使机械臂（5）驱动臂部（52）而使手部（51）移动，从存储部（42）读取工件区域的参数（421），基于从三维视觉传感器（1）获取的工件（6）的位置及姿态，对工件区域的位置及方向进行运算，从存储部（42）读取非干涉区域的参数，对周围环境区域和运算出了位置及方向的工件区域之间的重叠部分进行运算，在周围环境区域和工件区域存在重叠部分的情况下，在手部（51）进入工件区域内时，作为干涉时动作而执行规定的动作。

Description

机械臂控制装置

技术领域

本发明涉及一种机械臂控制装置。

背景技术

当前，与机械臂和三维视觉传感器连接的机械臂控制装置，针对由三维视觉传感器识别出的对象工件，取出机械臂，使其从上空位置向检测到对象工件的位置移动，通过安装在机械臂的臂部的前端处的手部取出对象工件。此时，机械臂控制装置进行如下作业，即，以使手部从上空位置向三维视觉传感器识别检测到对象工件的位置移动的方式驱动臂部，从而取出对象工件。

在使手部从上空位置向通过三维视觉传感器识别检测到对象工件的位置进行直线移动的情况下，有时会与周围环境（周边工具、收容有对象工件的箱体）发生干涉。在此情况下，必须避开发生干涉的区域而求出不会发生干涉的区域，并从上空位置向检测到对象工件的位置移动。

为了避开干涉区域而求出不会发生干涉的区域并进行移动，要设想出各种配置有机械臂的周边环境，因此，需要每次对应于周边环境而编写单独的程序（使用为了管理机械臂的移动条件而编写的语言实现的控制顺序）。并且，针对周围环境为复杂的形状或者中途变更或追加周围环境的情况，会产生改变程序的麻烦。

专利文献1中公开了下述技术，即，将抓持对象物的附近空间分割为以抓持位置为顶点的规定大小的空间锥，并且，从该空间锥中选择不与周围物体发生干涉的开放空间锥，针对得到的开放空间锥求出与周围物体相距的距离，基于该距离确定抓持姿态。

专利文献1：日本特开平4－167104号公报

发明内容

但是，在从上空位置向抓持位置移动时，臂部的姿态及移动方向是确定的。因此，在对从上空位置向抓持位置移动时与周围环境的干涉进行研究时，如果如上述专利文献所示，通过基于多个空间锥的以抓持位置为中心的多面体，全方位地对与周围环境的干涉进行研究，则机械臂处理装置的处理负荷增大，存在导致处理变慢的问题。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种无需对应于周围环境而变更动作记述程序的机械臂控制装置。

为了解决上述课题并实现目的，本发明的机械臂控制装置使在臂部的前端设置有手部的机械臂，进行利用手部抓持由工件检测单元检测出的工件并移动的取出动作，该机械臂控制装置的特征在于，具有：参数存储单元，其分别将手部与周围环境不发生干涉的非干涉区域、和在抓持工件时能够使手部通过的工件区域，作为参数进行存储；程序执行单元，其执行包含按照取出动作的顺序记述的命令串在内的动作记述程序，使机械臂驱动臂部而使手部移动；工件区域运算单元，其从参数存储单元读取工件区域的参数，基于从工件检测单元获取的工件的位置及姿态，对工件区域的位置及方向进行运算；重叠部分运算单元，其从参数存储单元读取非干涉区域的参数，对除了非干涉区域之外的周围环境区域和由工件区域运算单元运算出位置及方向的工件区域之间的重叠部分进行运算；以及干涉时动作执行单元，其在周围环境区域和由工件区域运算单元运算出位置及方向的工件区域存在重叠部分的情况下，在手部进入工件区域内时，作为干涉时动作而执行预先规定的动作。

发明的效果

本发明所涉及的机械臂控制装置，由于能够将手部进入后会与周围环境发生干涉的干涉区域、和在抓持工件时可使手部通过的工件区域的形状作为参数而独立于动作记述程序进行设定，因此，具有无需对应于周围环境而变更动作记述程序的效果。

附图说明

图1是表示机械臂控制系统的结构的图，在该机械臂控制系统中使用了本发明所涉及的机械臂控制装置的实施方式。

图2是表示非干涉区域的设定的一个例子的图。

图3A是表示将工件区域设定为立方体形状的一个例子的图。

图3B是表示将工件区域设定为圆柱形状的一个例子的图。

图3C是表示将工件区域设定为圆锥形状的一个例子的图。

图3D是表示将工件区域设定为顶点侧被去除后的部分圆锥形状（锥柱形状）的一个例子的图。

图4是表示手部取出没有倾斜的工件时的状态的一个例子的图。

图5是表示手部取出倾斜的工件时的状态的另一个例子的图。

图6是表示在取出工件时，手部与周围环境发生干涉时的状态的一个例子的图。

图7是表示周围环境区域和工件区域存在重叠部分的情况的一个例子的图。

图8是表示周围环境区域和工件区域不存在重叠部分的情况的一个例子的图。

图9是表示初始设定的流程的图。

图10是表示动作记述程序的一个例子的图。

图11是表示区域干涉确认动作时的机械臂控制装置的动作流程的图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明所涉及的机械臂控制系统的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式

图1是表示机械臂控制系统的结构的图，在该机械臂控制系统中使用了本发明所涉及的机械臂控制装置的实施方式。机械臂控制系统具有三维视觉传感器1、示教盒（T/B）2、计算机3、机械臂控制装置4及机械臂5，利用机械臂5进行抓持工件6并移动的动作。

作为工件检测单元的三维视觉传感器1具有：拍摄部11，其通过拍摄生成图像数据；以及机械臂坐标生成部12，其对拍摄部11所生成的图像数据进行处理而生成机械臂的坐标数据。

机械臂控制装置4具有：接口（I/F）41，其用于与三维视觉传感器1、T/B2、计算机3进行数据的发送/接收；存储部42，其存储各种参数421、动作记述程序422及控制程序423；控制部43，其执行动作记述程序422和控制程序423；以及伺服放大器44，其向机械臂5所具有的伺服电动机输出控制信号。

参数421通过在后面说明的初始设定而存储在作为参数存储单元的存储部42中。动作记述程序422是记述有用于进行自动运转的动作的程序列表，该自动运转是指使机械臂5执行利用手部51抓持由三维视觉传感器1检测到的工件6并进行移动的取出动作，该动作记述程序422包含有按照取出动作的顺序进行记述的命令串（指令串）。控制程序423示出为了与动作记述程序422中执行的指令或T/B2的操作相对应地使机械臂5进行动作，而发送给伺服放大器44的命令。伺服放大器44驱动搭载在机械臂5上的未图示的伺服电动机，使机械臂5执行规定的动作。

计算机3用作用户接口，其进行参数421等数据的输入、动作记述程序422的编写、后面要说明的警告显示等。

T/B2是用于通过手动操作来控制机械臂5的输入接口。

机械臂5具有：手部51，其用于抓持工件6；臂部52，其用于使手部51移动至非干涉区域内的任意位置；以及伺服电动机53，其使手部51和臂部52动作。手部51及臂部52通过由伺服电动机53按照来自伺服放大器44的控制信号实施驱动而进行动作。

在上述结构中，在执行动作记述程序422中的使手部51向规定位置移动的指令的情况下，控制部43根据作为控制程序423而存储的命令，向伺服放大器44发送指令并输出控制信号，通过驱动机械臂5的伺服电动机53而使臂部52移动，从而使手部51移动。

在初始设定中，对非干涉区域、工件区域、干涉时动作及有无执行区域干涉确认进行设定。

能够使手部不与周围环境发生干涉地移动的区域即非干涉区域通过初始设定而作为参数421设定在存储部42中。非干涉区域通过以数值来指定坐标位置或尺寸而进行设定。图2是表示非干涉区域的设定的一个例子的图。如果机械臂5的坐标系是XYZABC的6轴坐标系，则通过在坐标空间内指定2点（在图2中，为PA及PB），而能够将包含所指定的2点作为顶点的长方体设定为非干涉区域。在此，X、Y、Z是相对于坐标基准位置（例如，臂部52的安装根部）的在X方向、Y方向、Z方向上的距离，A、B、C是X坐标轴、Y坐标轴、Z坐标轴的旋转角度。由此，除了非干涉区域之外的空间被间接地设定为周围环境区域（干涉区域）。此外，通过设定多个非干涉区域，还能够设定出复杂形状的周围环境区域。

工件区域是在对由三维视觉传感器1检测到的工件6进行抓持时，视作手部51具有可通过性的区域，将由三维视觉传感器1检测到的工件的位置作为基准而设定出呈何种形状（立方体、圆柱、圆锥等）及大小。在空间内的几何学图形形状区域的定义中能够使用公知的方法。例如，在定义圆锥状的区域的情况下，可以指定高度及底面半径和轴向。图3A是表示将工件区域设定为立方体形状的一个例子的图。图3B是表示将工件区域设定为圆柱形状的一个例子的图。图3C是表示将工件区域设定为圆锥形状的一个例子的图。图3D是表示将工件区域设定为顶点侧被去除后的部分圆锥形状（锥柱形状）的一个例子的图。

图4是表示手部51取出没有倾斜的工件6时的状态的一个例子的图。在工件6没有倾斜的情况下，手部51在配置在工件6的铅直上方并与工件6相距规定距离的取出上空位置后，移动至抓持位置而对工件6进行抓持。因此，在此情况下，工件区域设在工件6的铅直上方。

图5是表示手部51取出倾斜的工件6时的状态的一个例子的图。在工件6倾斜的情况下，手部51在以与工件6的倾斜相对应而倾斜的状态，配置于沿工件6的垂线方向与工件6相距规定距离的取出上空位置后，移动至抓持位置而对工件6进行抓持。因此，在此情况下，工件区域设在工件6的斜上方。

图6是表示在取出工件6时，手部与周围环境发生干涉时的状态的一个例子的图。在工件6倾斜的情况下，即使在抓持位置和取出上空位置处不与周围环境发生干涉，也有可能在取出上空位置或从其向抓持位置移动时手部51与周围环境发生干涉。在周围环境区域和工件区域存在重叠部分的情况即工件区域从非干涉区域伸出的情况下，能够判断出手部51有可能会与周围环境发生干涉。图7是表示周围环境区域和工件区域存在重叠部分的情况的一个例子的图，设在工件6的斜上方的工件区域30从非干涉区域20伸出，手部51与周围环境发生干涉。图8是表示周围环境区域和工件区域不存在重叠部分的情况的一个例子的图，设在工件6的斜上方的工件区域30没有从非干涉区域20伸出，能够判断出手部51不可能与周围环境发生干涉。

干涉时动作是在使手部51移动后有可能与周围环境发生干涉的情况下，作为干涉时动作而进行何种处理的设定，例如，设定根据错误停止而使手部51的移动停止的处理、或在进行警告显示并继续使手部51移动的处理等。

对于已设定为有区域干涉确认（设为区域干涉确认动作模式）的情况，自动运转时无论动作记述程序422的记述如何，在使手部51移动时都始终进行区域干涉确认动作。对于已设定为无区域干涉确认的情况，不进行区域干涉确认动作。但是，在动作记述程序422中包含有区域干涉确认开始命令的情况下，在该命令执行后，直至执行动作记述程序422中的区域干涉确认结束命令为止，执行区域干涉确认动作。如上所述，在按照动作记述程序422中的区域干涉确认命令进行区域干涉确认动作的情况下，非干涉区域及周边环境的区域设定也能够在动作记述程序422中进行。此外，也能够在参数421和动作记述程序422两方中设定非干涉区域及周边环境的区域。另外，关于工件区域的设定，也能够通过动作记述程序422进行设定。

图9是表示初始设定的流程的图。首先，经由计算机3输入区域参数、干涉时动作等，并将参数421存储在存储部42中（步骤S101）。另外，针对有无执行区域干涉确认的设定，也作为参数421而存储在存储部42中（步骤S102）。在上述设定结束后，控制部43对是否已设定为执行区域干涉确认动作进行确认（步骤S103）。在设定为不进行区域干涉确认动作的情况下（步骤S103/否），结束初始设定。在已设定为执行区域干涉确认动作的情况下（步骤S103/是），确认非干涉区域和工件区域这两者是否已作为参数421进行了设定（步骤S104），在上述两者中的至少一个没有进行设定的情况下（步骤S104/否），进行表示无法执行区域干涉确认动作的错误显示并将区域干涉确认动作的执行的设定变更为无效（步骤S105），结束初始设定。在双方均已设定的情况下（步骤S104/是），由于能够进行区域干涉确认动作，因此不进行错误显示而是结束初始设定。

下面，对机械臂5的自动运转时的动作进行说明。控制部43作为程序执行单元起作用，执行动作记述程序422，从而机械臂5按照动作记述程序422的顺序进行动作，针对由三维视觉传感器1检测到位置及姿态（倾斜）的工件6进行取出作业。通过将基于由参数421或动作记述程序422设定出的区域的区域干涉确认动作设为有效，控制部43作为工件区域运算单元起作用，运算工件区域。另外，控制部43还作为重叠部分运算单元起作用，运算周围环境区域和工件区域的重叠部分。控制部43在使手部51向上空位置移动时，基于区域运算结果判断手部51是否能够在不与周围环境发生干涉的情况下动作，对于能够移动的情况，不输出错误而是继续进行作业。在手部51可能与周围环境发生干涉的情况下，控制部43作为干涉时动作执行单元起作用，在手部51进入工件区域的时刻作为干涉时动作而进行指定的动作（机械臂5的错误停止、警告显示等）。

图10是表示动作记述程序422的一个例子的图。在图10中，动作记述程序422中记述有下述动作，即，在使手部51移动至非干涉区域内的规定位置P0后，使手部移动至上空位置P1，并在使手部51移动至抓持位置P2后利用手部51抓持工件6，然后使手部51移动至上空位置P1。在该例中，由于在动作记述程序422中包含有区域干涉确认动作的开始及结束的命令（区域干涉确认动作执行命令），因此，无论参数421的设定如何，均在使手部51从P0向上空位置P1移动时、和使手部51从上空位置P1向抓持位置P2移动时，执行区域干涉确认动作。

图11是表示区域干涉确认动作时的机械臂控制装置4的动作流程的图。在不是区域干涉确认动作中的情况下，不进行处理而是结束（步骤S201/否）。在开始区域干涉确认动作后（步骤S201/是），控制部43作为工件区域运算单元起作用，基于从三维视觉传感器1输入的工件的坐标位置、和参数421或动作记述程序422中设定的形状而计算工件区域。另外，控制部43也作为重叠部分运算单元起作用，从存储部42中读取间接设定周围环境区域的非干涉区域的参数421，对周围环境区域和工件区域的重叠部分进行运算（步骤S202）。

然后，控制部43确认状态变量的值（步骤S203）。状态变量在工件区域和周围环境区域有重叠的部分，且在手部51的当前位置位于工件区域内的情况下为“1”，在此之外的情况下为“0”。将状态变量的初始值设为“0”。在状态变量为“0”的情况下（步骤S203/0），由于即使手部51移动也不可能与周围环境发生干涉，因此，控制部43使用伺服放大器44驱动机械臂5的伺服电动机，驱动臂部52而使手部51移动（步骤S204）。在使手部51移动后，控制部43对手部51是否已到达由动作记述程序422指定的位置进行判断（步骤S205）。如果手部51已到达由动作记述程序422指定的位置（步骤S205/是），则结束处理。

在手部51没有到达由动作记述程序422中的命令所指定的位置的情况下（步骤S205/否），对是否是工件区域和周围环境区域存在重叠的部分且手部51的当前位置位于工件区域内进行确认（步骤S206）。在工件区域和周围环境区域存在重叠的部分且手部51的当前位置位于工件区域内的情况下（步骤S206/是），状态变量设定为“1”（步骤S207），如果不是（步骤S206/否），则状态变量设定为“0”（步骤S208）。然后，返回步骤S203。

在确认状态变量时，在值为“1”的情况下（步骤S203/1），对作为参数421所设定的干涉时动作进行确认（步骤S209）。在干涉时动作为“错误”的情况下（步骤S209/错误），不移动手部51而是结束处理。在按照上述方式设定了干涉时动作的情况下，能够使手部51不在可能与周围环境发生干涉的区域内移动。由此，防止手部51与周围环境发生干涉而损坏，能够长期使用机械臂5。另外，由于更换手部51的需要减少，因此，能够减少生产设备的环境负荷。另外，在干涉时动作为“信号输出”的情况下（步骤S209/信号输出），对手部51在可能与周围环境发生干涉的区域内移动这一情况做出警告显示（步骤S210），在此基础上，驱动臂部而移动手部51（步骤S204）。即使对于周围环境区域和工件区域存在重叠部分的情况，由于手部51实际上不一定与周围环境发生干涉，因此，通过在按照上述方式设定干涉时动作而进行警告显示的基础上，继续手部51的移动，从而能够提高作业效率。即使手部51与周围环境发生干涉，由于事先做出了警告显示，因此，实际上在发生干涉前能够通过来自T/B2的操作停止手部51的移动，或在发生干涉后迅速地停止手部51的移动。此外，也能够将干涉时动作设定为“无效”，在此情况下，不管状态变量的值如何，都驱动臂部52而移动手部51。

在此，对执行动作记述程序422而自动运转的情况进行了举例说明，但在通过T/B2的操作使控制程序423动作而向伺服放大器44发送控制信号的手动运转时，如果在初始设定中设定了能够执行区域干涉确认动作，则可对应于状态变量而停止手部51的移动，或进行警告显示。因此，易于在通过T/B2的操作使机械臂5向不发生干涉的区域移动的基础上，进行程序的变更或修改。

如上所述，在本实施方式中，程序编写者无需与配置机械臂的周围环境对应地每次单独地运算干涉条件而求出机械臂的干涉状态，通过确认机械臂的状态变量就能够容易地进行编写。并且，状态变量在程序编写用的计算机中能够容易地进行确认，能够作为三位立体图进行可视化而确认。

标号的说明

1三维视觉传感器

2T/B

3计算机

4机械臂控制装置

5机械臂

11拍摄部

12机械臂坐标生成部

41I/F

42存储部

43控制部

44伺服放大器

51手部

52臂部

421参数

422动作记述程序

423控制程序

Claims (6)

1.一种机械臂控制装置，其使在臂部的前端设置有手部的机械臂，进行利用所述手部抓持由工件检测单元检测出的工件并移动的取出动作，

该机械臂控制装置的特征在于，具有：

参数存储单元，其分别将所述手部与周围环境不发生干涉的非干涉区域的坐标位置、和在抓持所述工件时能够使所述手部通过的工件区域的形状及大小，作为参数进行存储；

程序执行单元，其执行包含按照所述取出动作的顺序记述的命令串在内的动作记述程序，使所述机械臂驱动所述臂部而使所述手部移动；

工件区域运算单元，其从所述参数存储单元读取所述工件区域的所述形状及所述大小，基于从所述工件检测单元获取的所述工件的位置及姿态，将所述工件检测单元检测出的所述工件的位置作为基准，对所述工件区域的位置及方向进行运算；

重叠部分运算单元，其从所述参数存储单元读取所述非干涉区域的所述坐标位置，对除了所述非干涉区域之外的周围环境区域和由所述工件区域运算单元运算出位置及方向的所述工件区域之间的重叠部分进行运算；以及

干涉时动作执行单元，其在所述周围环境区域和由所述工件区域运算单元运算出位置及方向的所述工件区域存在重叠部分的情况下，在所述手部进入所述工件区域内时，执行预先规定的动作，该预先规定的动作是干涉时动作。

2.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述动作记述程序包含区域干涉确认动作执行命令，

所述工件区域运算单元、所述重叠部分运算单元及所述干涉时动作执行单元，在由所述程序执行单元执行了所述区域干涉确认动作执行命令时进行动作。

3.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述机械臂控制装置具有以下单元，即，指定动作模式，以在所述程序执行单元执行所述动作记述程序的期间，使所述工件区域运算单元、所述重叠部分运算单元及所述干涉时动作执行单元进行动作。

4.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述干涉时动作是中止所述手部的移动。

5.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述机械臂控制装置具有基于从示教盒输入的指令，使所述机械臂驱动所述臂部而使所述手部移动的单元。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述参数存储单元能够存储多个所述非干涉区域各自的所述坐标位置，

所述干涉时动作执行单元将不包含在所述多个非干涉区域的所有区域中的区域，作为所述周围环境区域而进行动作。