CN104044143B - 机器人系统、校正方法及被加工物制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对布局不产生影响的其他校正方法、利用该校正方法的机器人系统及被加工物制造方法。机器人系统具有：多个机器人；用于控制各机器人的控制部；供多个机器人进行作业的共用的作业台；以及校正部，根据机器人的坐标已被校正的一个机器人和其他的机器人之间的位置关系，校正其他的机器人的坐标。

Description

机器人系统、校正方法及被加工物制造方法

技术领域

本发明涉及机器人系统、校正方法及被加工物制造方法。

背景技术

以往，已知为了提高生产效率而使相邻的两个机器人协作进行作业的机器人系统（例如参照专利文献1）。专利文献1中记载的机器人系统利用基准点来计算多个机器人之间的坐标转换矩阵。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3632278号公报

发明内容

本发明所要解决的问题

然而，在专利文献1中记载的方法中，由于需要将多个机器人全部配置在基准点附近，因此机器人的布局受限制。在本技术领域中，期望获得对布局不产生影响的其他校正方法、利用该校正方法的机器人系统及被加工物制造方法。用于解决问题的手段

本发明涉及的机器人系统具有：多个机器人；用于控制各机器人的控制部；供多个机器人进行作业的共用的作业台；以及校正部，根据机器人的坐标已被校正的一个机器人和其他的机器人之间的位置关系，校正其他的机器人的坐标。

附图说明

图1是第一实施方式涉及的机器人系统的概略侧视图。

图2是图1所示的机器人系统中包含的一个单元的侧视图。

图3是说明图2所示的控制器的功能的框图。

图4是校正用的夹具的立体图。

图5是从图4的A所示的方向观察到的校正用的夹具的立体图。

图6是表示机器人坐标的校正方法的步骤的流程图。

图7是说明校准步骤的概要图。

图8是说明第二实施方式涉及的校准步骤的概要图。

图9是第二实施方式涉及的机器人系统中包含的机器人及移动机器人。

附图标记说明

1…机器人系统、10…机器人、112…校正部（校准部）、113…机器人控制部（控制部）

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在各图中对相同或相当部分标记相同的附图标记而省略重复说明。

（第一实施方式）

本实施方式涉及的机器人系统用于校正机器人进行动作时所使用的坐标系（机器人坐标系），例如用于以下场合：系统起动前对机器人进行示教作业时（用于示教机器人与作业台的位置关系时）；机器人相对于作业台发生相对移动时等。此外，例如对单个部件以及多个部件组合而成的产品或半成品即工件（被加工物）进行加工时，可使用本实施方式涉及的机器人系统。以下考虑到便于说明和理解，举例说明利用被收容在各单元内的机器人进行加工、组装等各种作业的、所谓的单元生产系统。此外，作为被加工物，经由机器人系统进行搬运或组装等加工的所有物品可视作被加工物。例如，作为被加工物，可包含螺栓等部件、电子设备用的基板的组装体、汽车、加工完成食品等。

图1是本实施方式涉及的机器人系统1的概略侧视图。如图1所示，本实施方式涉及的机器人系统1是这样一种机器人系统：由相同结构的能够移动的各单元11（单元11A、单元11B、单元11C、…、单元11X）连接而构成生产线。

在各单元11的内部配置有对工件Ｗ进行各种作业的机器人10。机器人10具有机器人臂101。在机器人臂101的前端安装有能够把持被加工物等的工具102。工具102是手部等末端执行器。此外，也可以在机器人臂101的前端安装多个传感器。在此，机器人臂101的前端和工具102之间设置有力觉传感器103。另外，工具102上设置有能够测量与对象物的距离的激光传感器120。这些传感器的动作等将在后面叙述。

此外，各单元11收容有用于控制机器人10的控制器12以及个别作业台14。控制器12经由电缆束13与机器人10连接。此外，机器人10和控制器12也可以通过无线方式连接，也可以将控制器12内置在机器人10内。

放在共用作业台20上的工件（被加工物）Ｗ被提供给生产线的最上游的单元11A。共用作业台20是多个机器人10之间共用的作业台。收容在最上游的单元11A中的机器人10（上游机器人）接收共用作业台20，将其放在个别作业台14上对工件Ｗ进行加工，并向收容在单元11B中的机器人10提供共用作业台20。收容在单元11B中的机器人10接收共用作业台20，将其放在个别作业台14上对工件Ｗ进行加工，并向收容在单元11C中的机器人10提供共用作业台20。依次重复这样的动作，向最下游的单元11X中最后的机器人10（下游机器人）提供共用作业台20，在规定的加工处理后从单元11X搬出共用作业台20和完成加工的工件Ｗ。

接下来使用图2说明单元11内的详细结构。图2是图1所示的机器人系统中包含的一个单元的侧视图。在单元11中，在台架的下表面设置有脚轮11a和止动件11b，在该脚轮11a和止动件11b的作用下容易移动和固定单元11。另外，虽未图示，但在单元11的正面侧的外壁部上集中配置有用于供给和搬出工件Ｗ的开口部、用于确认机器人的作业状况的监视器、各种计量器、以及开关等。由此，作业者能够仅在单元11的正面侧进行机器人系统1的操作。此外，各外壁部的一部分设置有由透明且耐冲击性优异的聚碳酸酯形成的窗部（未图示），作业者能够从该窗部确认作业状况。

如图2所示，机器人10具有固定在台架104上的基础部105以及从基础部105向上方延伸的机器人臂101。

机器人臂101的结构为从基端（基础部105）侧依次连接第一臂106、第二臂107、第三臂108、第四臂109、第五臂110以及第六臂111这六个臂。所述各臂的内部设置有致动器，如图2中的双向箭头所示，以各臂的连接部作为关节由各致动器对各臂进行旋转驱动。

另外，机器人臂101的前端设置有上述工具102。工具102被设置在作为机器人臂101的前端的第六臂111的内部的致动器旋转驱动。在此，作为手部，工具102采用能够把持被加工物的结构。工具102的内部设置有对安装在工具102的前端的一对把持爪102a进行驱动的致动器。把持爪102a例如呈长方体形状，具有用于把持被加工物的相互面对的两个把持平面。另外，把持爪102a的侧面是与两个把持平面正交的平面。还有，工具102中竖立设置有把持爪102a的平面分别与把持平面以及把持爪102a的侧面正交。即，手部具有相互正交的三个平面。

在作为机器人臂101的前端的第六臂111与工具102之间配置有力觉传感器103。力觉传感器103是所谓的六轴力觉传感器，其能够同时检测作用于检测部分的三轴线方向的移动力成分和围绕三轴转动的转矩成分总计六个成分。

控制器12例如是具有运算装置、存储装置以及输入输出装置的计算机。控制器12通过发出动作命令来控制机器人10的动作。具体而言，控制器12经由电缆束13与机器人10的各致动器连接，通过动作命令来驱动各致动器，从而控制机器人10的动作。在控制器12的控制下，机器人10使第一臂106、第二臂107、第三臂108、第四臂109、第五臂110、第六臂111、工具102以及把持爪102a进行动作。另外，控制器12还采用经由电缆束与力觉传感器103和激光传感器120连接以能够检测工具102的状态的结构。

控制器12输出的动作命令是启动使得机器人10进行动作的程序的指令、或是启动使得机器人10进行动作的程序的指令的集合即任务。例如，用把持爪102a把持被加工物的指令、将工具102压接到规定位置的指令等也作为动作命令而被预先设定。

使用图3对控制器12的功能进行说明。图3是说明控制器的功能的框图。如图3所示，控制器12与力觉传感器103、激光传感器120以及其他机器人10的控制器连接。并且，控制器12具有校正部（校准部）112、机器人控制部113、以及通信部115。

机器人控制部113使用机器人坐标来控制机器人10。另外，在被加工物的加工动作前，机器人控制部113将工具102压接到校正用的夹具或作业台30，使机器人10进行校准动作。校准动作是对机器人10的坐标系原点和坐标轴进行校正的动作。机器人控制部113通过压接控制使平面相互之间碰撞从而固定机器人10的姿态和位置以进行定位。压接控制例如使用力觉传感器103来实现。

校正部112输入用力觉传感器103或激光传感器120检测到的工具102的位置。例如，校正部112根据由力觉传感器103检测出的力和转矩求出力的作用线，导出该力的作用线和机器人10等表面的交点而作为接触位置。作为基准位置，校正部112例如输入进行了校准动作的工具102的接触位置。然后，校正部112求出示教时的位置和基准位置的偏移量。例如，校正部112分别求出x、y、z方向上的偏移量，还求出绕x轴、绕y轴、绕z轴的旋转方向上的偏移量。然后，校正部112使用上述偏移量来校正示教时的原点的位置和坐标轴，以校正机器人10所使用的机器人坐标。具体而言，根据基准位置，来改变机器人所使用的坐标系。

通信部115采用能够经由通信输入用于对机器人10进行驱动控制的信息的结构。通信部115将所输入的信息保存在控制器12所具有的存储介质中。必要时，机器人控制部113参照存储介质而利用经由通信获得的信息。

接下来说明校准处理中所用的夹具进行说明。图4是校正用的夹具的立体图。该夹具在机器人10之间被转交，用于利用一个机器人10的坐标校正结果来校正另一个机器人10的坐标系。图5是沿图4的箭头A方向观察时的立体图。

如图4、图5所示，夹具50具有多个平面。从图4的箭头A方向和箭头B方向观察时，夹具50是形成有大致Ｔ字状的凸部的夹具，采用能够同时被两个机器人10把持的结构。一个大致Ｔ字状的凸部与另一个大致Ｔ字状的凸部相比，形成以沿箭头A方向和箭头B方向延伸的旋转轴为中心进行90度旋转而配置的状态。此外，大致Ｔ字状的凸部的旋转角也可以不是90度，而以任意的角度形成。另外，至少具有一个大致Ｔ字状的凸部即可。

如图4所示，夹具50例如这样形成：使长方体形状的第一部件51和长方体形状的第二部件52竖立设置在长方体形状的基础部件55的主表面上。第一部件51具有沿yz方向的侧表面51a以及沿zx方向的侧表面51b、51c。第二部件52具有沿yz方向的侧表面52a以及沿xy方向的上表面52b和下表面52c。同样，如图5所示，夹具50例如还这样形成：使长方体形状的第三部件53和长方体形状的第四部件54竖立设置在长方体形状的基础部件55的主表面上。第三部件53具有沿yz方向的侧表面53a以及沿xy方向的下表面53b、53c。第四部件54具有沿yz方向的侧表面54a以及沿zx方向的侧表面54b、54c。

两个机器人10分别把持第二部件52和第四部件54，从而能够同时把持夹具50。假设第一机器人10已完成校准，则该第一机器人10能准确地把持夹具50使其向规定位置移动而进行定位。对于被准确定位的夹具50，第二机器人10通过力度控制与相互正交的三个平面碰撞而作为基准位置，以校正与该基准位置的偏移。

例如第二机器人10通过力度控制把持第二部件52。在该状态下，通过力度控制使第二机器人10的工具102上的竖立设置有把持爪102a的平面与第一部件51的侧表面51a和第二部件52的侧表面52a碰撞并抵接。还通过力度控制使第二机器人的把持爪102a的侧表面推压第一部件51的侧表面51b、51c。如此，使工具102所具有的相互正交的三个平面把持并推压大致Ｔ字状的凸部，从而就能确定第二机器人10的姿态和位置。第二机器人10能够识别第一机器人的坐标系和自身的坐标系之间存在多大偏移量。然后使第二机器人10的坐标系的原点位置和坐标轴与第一机器人的坐标系一致而完成校正。

此外，校正部112也可以采用其他方法进行校准。例如也可以利用能够测量与工具102的距离的激光传感器120进行测量，将获得的x、y、z的位置的测量结果（例如到相邻机器人的距离等）作为基准位置。

接下来，使用图6、7对机器人系统1的校正方法进行说明。图6是说明校正方法的动作的流程图，图7是说明校正方法的概要图。在此，对将手部用作工具102的情况进行说明。

如图6所示，首先校准生产线的最上游的单元11A（S10）。该校准中利用单个该机器人10进行，能够采用任意方法进行。例如可以通过目视示教与共用作业台20的位置关系，也可通过校正部112使具有相互正交的三个平面的工具102碰撞具有相互正交的三个平面的夹具而进行校准。S10的处理结束后进入相邻的机器人判定处理（S12）。

在S12的处理中，机器人控制部113根据单元11具有的传感器类的输出信号或从通信部115接收到的信息，来判定有无相邻的机器人（相邻机器人）10。在S12的处理中若判定为不存在相邻机器人时，结束图6所示的控制处理。相反，在S12的处理中若判定为存在相邻机器人时，进入校正确认处理（S14）。

在S14的处理中，机器人控制部113根据从通信部115接收到的信息等来判断相邻机器人的校准处理是否已完成。在S14的处理中若判定为相邻机器人的校准处理已完成时，结束图6所示的控制处理。相反，在S14的处理中若判定为相邻机器人的校准处理没有完成时，进入夹具转交处理（S16）。

在S16的处理中，机器人控制部113向相邻机器人转交校正用的夹具。例如，假设与最上游的单元11A的机器人10相邻的单元11B的机器人10没有完成校准。该情况下，如图7所示，最上游的单元11A把持校正用的夹具50，还使夹具50向转交位置移动。转交位置是由单元11A的机器人10和单元11B的机器人10之间事先设定好的位置。单元11A的机器人10已经在S10的处理中完成校准，能够准确地定位夹具50。接下来，单元11B的机器人10使工具102向转交位置移动，利用工具102把持夹具50，通过力度控制使相互正交的三个平面与夹具50碰撞以确定基准位置。能由力觉传感器103获取基准位置信息。S16的处理结束后，进入校准处理（校正工序）（S18）。

在S18的处理中，由接收了夹具50的一侧的机器人10的校正部112对该机器人进行校准。例如，比较在S16的处理中获得的基准位置和根据机器人10的坐标系的基准位置，在产生偏差时改变该机器人10的坐标系，以使其与交出了夹具50的一侧的机器人10的坐标系一致。例如改变原点位置和坐标轴方向。S18的处理结束后，进入S12的处理。

通过进行S12～S18的控制处理，直至不再存在相邻的机器人或者所有的机器人的校准都已经完成为止，夹具50被依次转交，在转交时生成用于校正坐标系的数据，根据该数据进行机器人的校正。

这样结束图6所示的控制处理。通过进行图6所示的控制处理，能够容易地自动校正多个机器人10。此外，图6的控制处理可作为离线动作而在加工被加工物之前进行。因此，在进行该校正处理之后，由机器人10加工并制造被加工物（加工工序）。

但在所谓的单元生产系统中，每次改变产品批次时，使单元结合或分离而改变布局。因此每次改变布局时必须进行校准处理，这非常花费时间。

对此，根据第一实施方式涉及的机器人系统1和校正方法，能够通过转交夹具50获取一个得以校正的机器人与其他的机器人之间的位置关系，并根据该位置关系来校正其他的机器人的坐标。因此，即使改变布局时也能自动进行校准，并且由于通过转交夹具50来进行校准，因此不需要将机器人配置在基准点的附近，能够提高布局的自由度。

（第二实施方式）

第二实施方式涉及的机器人系统、校正方法及被加工物制造方法与第一实施方式涉及的机器人系统、校正方法及被加工物制造方法大致相同，不同点是机器人10被搭载在移动台车上和共用作业台20的形态。以下省略说明在第一实施方式中记载过的内容，而以不同点为中心进行说明。

图8是第二实施方式涉及的机器人系统2的俯视图。在此举例说明工件从图中左侧向右侧移动而进行生产的生产线。如图8所示，机器人系统2具有搭载在移动台车6A～6E上的多个机器人10。搭载在移动台车6A上的机器人10是配置在最上游侧的上游机器人，搭载在移动台车6E上的机器人10是配置在最下游侧的下游机器人。

在此，使用图9对机器人系统2的机器人10进行概要说明。图9是详细表示机器人10和移动机器人5的侧视图。机器人10与图2所示的机器人10进行同样的动作。移动机器人5具有移动台车6和驱动车轮8。移动台车6既支承机器人10还用于收容控制设备。移动台车6例如收容对驱动车轮8进行驱动的驱动源（未图示）以及进行机器人10和移动机器人5的动作控制的下述控制器等。此外，移动台车6上也可以安装多个传感器。在此，移动台车6上设置有用于检测行驶方向上的障碍物的障碍传感器122。另外，移动台车6上设置有对控制所需的信息等进行无线通信的天线123等。移动机器人5采用通过对驱动车轮8驱动而能沿xy方向移动的结构。另外，移动机器人5还采用能利用障碍传感器122停在作业台30的近前的结构。控制器12既控制机器人10又控制移动机器人5。例如控制器12控制移动机器人5而使其沿着预先示教的行驶路径移动。

返回图9，多个机器人10共用作业台20。即多个机器人10在同一作业台20上对被加工物进行加工。由于机器人10能够移动，因此有时新的其他的机器人将作业台20用作共用作业台20。此时，需要对机器人进行校准处理。

共用作业台20的一端（上游）配置有夹具50。在此，假设移动台车6A上的机器人已完成校正。如果校正用的夹具被固定在共用作业台20上时，也可以使用得以固定的夹具进行校正。校正后移动台车6A的机器人10拾起夹具50并将该夹具50向移动台车6B的机器人10转交。转交时的校准处理与第一实施方式相同。由此能够利用夹具50来校准多个机器人全部。另外，此时，能够在机器人10的臂可到达的范围内转交夹具50，因此如移动台车6B的机器人10那样，在没有到达共用作业台20的机器人之间也能够进行校正。

另外，不限于从共用作业台20的一端（上游）向另一端（下游）搬运夹具50的情况，如图9所示，也可以单独或同时从共用作业台20的另一端（下游）向一端（上游）搬运夹具50。此时，例如，上游侧的移动台车6A的机器人10向移动台车6B的机器人10转交夹具50，并且下游侧的移动台车6Ｅ的机器人10向移动台车6D的机器人10转交夹具50。对于存在于上游侧的移动台车6A的机器人10与下游侧的移动台车6E的机器人10之间的机器人（中间机器人），可以使用下游侧的移动台车6E的机器人10的校正结果（位置偏移）和上游侧的移动台车6A的机器人10的校正结果（位置偏移）的平均值，来校正自身的机器人坐标系。

另外，下游侧夹具50也可以被固定在共用作业台20上。下游侧的移动台车6E上的机器人10也可以这样做：使用从上游侧搬运来的夹具50计算位置偏移量并进行校准。然后用该校准结果进行了动作后，使用固定在共用作业台20上的夹具50对发生多大位置偏移量进行比较并进行评价（验算）。

以上，根据第二实施方式涉及的机器人系统1和校正方法，通过转交夹具50获取一个得以校正的机器人与其他的机器人之间的位置关系，能够根据该位置关系来校正其他的机器人的坐标。因此，即使改变布局时也能自动进行校准，并且由于通过转交夹具50来进行校准，因此不需要将机器人配置在基准点的附近，能够提高布局的自由度。

以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围进行各种变更。

例如，只要能够构成虚拟的平面（凸部的顶点的位置相同等），工具102的把持平面102e也可以具有凹凸部分。另外，对于工具102及夹具50中没有进行说明的平面部分，并非一定是平面。

另外，在上述的实施方式中，举例说明了每个机器人10都具有校正部112，但在存在能够与各控制器12通信的上位设备时，该上级设备也可以起到校正部112的作用，并进行各机器人10的校准处理。另外，也可以在相邻的控制器12之间进行通信，从而使其他的控制器12进行校准处理的动作。

Claims (6)

1.一种机器人系统，其特征在于，具有：

沿生产线并排配置的多个机器人；

用于控制各机器人的控制部；

供所述多个机器人进行作业的共用的作业台；以及

校正部，根据所述机器人的坐标已被校正的一个机器人和其他的机器人之间的位置关系，校正其他的机器人的坐标，具体为

所述校正部根据在最上游的生产线上进行作业的上游机器人与所述作业台之间的位置关系，校正所述上游机器人的坐标，并且根据所述上游机器人与位于该上游机器人的下游侧的中间机器人之间的位置关系，校正该中间机器人的坐标，

根据在最下游的生产线上进行作业的下游机器人与所述作业台之间的位置关系，校正所述下游机器人的坐标，并且根据所述下游机器人与位于该下游机器人的上游侧的中间机器人之间的位置关系，校正该中间机器人的坐标，

所述中间机器人利用所述上游机器人的校正结果和所述下游机器人的校正结果进行校正。

2.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

所述校正部根据所述作业台与所述多个机器人中的一个机器人之间的位置关系，校正一个机器人的坐标。

3.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

所述校正部根据所述其他的机器人之间的位置关系进一步校正其他的机器人的坐标，并且根据最后进行了校正的机器人与所述作业台之间的位置关系，评价最后进行了校正的机器人的校正结果。

4.如权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，

所述校正部根据所述其他的机器人之间的位置关系进一步校正其他的机器人的坐标，并且根据最后进行了校正的机器人与所述作业台之间的位置关系，评价最后进行了校正的机器人的校正结果。

5.一种校正方法，对多个机器人的坐标进行校正，该多个机器人通过控制部进行动作并使用共有的作业台进行作业，所述校正方法的特征在于，

具有校正工序，根据机器人的坐标已被校正的一个机器人与其他的机器人之间的位置关系，来校正其他的机器人的坐标，具体为

所述校正工序根据在最上游的生产线上进行作业的上游机器人与所述作业台之间的位置关系，校正所述上游机器人的坐标，并且根据所述上游机器人与位于该上游机器人的下游侧的中间机器人之间的位置关系，校正该中间机器人的坐标，

根据在最下游的生产线上进行作业的下游机器人与所述作业台之间的位置关系，校正所述下游机器人的坐标，并且根据所述下游机器人与位于该下游机器人的上游侧的中间机器人之间的位置关系，校正该中间机器人的坐标，

所述中间机器人利用所述上游机器人的校正结果和所述下游机器人的校正结果进行校正。

6.一种被加工物制造方法，利用通过控制部进行动作的多个机器人在共用的作业台上加工被加工物，其特征在于，具有：

校正工序，根据机器人坐标已被校正的一个机器人与其他的机器人之间的位置关系，校正其他的机器人的坐标，具体为

所述校正工序根据在最上游的生产线上进行作业的上游机器人与所述作业台之间的位置关系，校正所述上游机器人的坐标，并且根据所述上游机器人与位于该上游机器人的下游侧的中间机器人之间的位置关系，校正该中间机器人的坐标，

根据在最下游的生产线上进行作业的下游机器人与所述作业台之间的位置关系，校正所述下游机器人的坐标，并且根据所述下游机器人与位于该下游机器人的上游侧的中间机器人之间的位置关系，校正该中间机器人的坐标，

所述中间机器人利用所述上游机器人的校正结果和所述下游机器人的校正结果进行校正；以及

加工工序，利用已被校正的所述多个机器人的坐标来加工所述被加工物。