CN104044147A - 机器人系统及被加工物的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高通过机器人的作业得到的最终成果产品的质量的机器人系统及被加工物的制造方法。机器人系统（1）具有机器人（10）以及控制机器人（10）的动作的机器人控制器（30），机器人（10）具有始终检测该机器人（10）的动作的传感器（20～23），机器人控制器（30）具有：控制机器人（10）的动作的控制部（31）；以及存储机器人（10）的多个动作方式和与多个动作方式中的一部分动作方式相对应的规范波形的存储部（32），控制部（31）在机器人（10）执行了与规范波形对应的动作方式涉及的动作时，将规范波形与由传感器（20～23）检测出的检测结果进行比较，并将该比较结果显示于显示部（40）。

Description

机器人系统及被加工物的制造方法

技术领域

本发明涉及机器人系统及被加工物的制造方法。

背景技术

作为以往的机器人系统，例如已知专利文献1中记载的系统。专利文献1中记载的机器人系统包括：多个机器人单元；以及具有从各机器人单元能够访问的共享内存映射的连锁服务器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-12535号公报

发明内容

近年来，机器人代替人实施精密的作业。在这样的作业中，要求机器人通过作业得到的最终成果产品的质量的提高。为了最终成果产品的质量的提高，要求实现机器人的高精度动作，并且需要确认通过机器人实施的作业的精度。

本发明的目的在于，提供一种能够实现提高通过机器人的作业得到的最终成果产品的质量的机器人系统及被加工物的制造方法。

本发明的一个方面涉及的机器人系统是具有机器人以及控制该机器人的控制装置的机器人系统，机器人具有始终检测该机器人的动作的传感器，控制装置具有：控制机器人的动作的控制部；以及存储机器人的多个动作方式和与多个动作方式中的一部分动作方式相对应的规范数据的存储部，控制部在机器人执行了与规范数据对应的动作方式涉及的动作时，将该规范数据与由传感器检测出的检测结果进行比较，并将该比较结果显示于显示部。

本发明的另一方面涉及的被加工物的制造方法是利用具有机器人以及控制该机器人的动作的控制装置的机器人系统进行的被加工物的制造方法，所述被加工物的制造方法包括以下步骤：设置于机器人中的传感器始终检测机器人的动作；控制装置的控制部在机器人执行机器人的多个动作方式中的一部分动作方式时，从控制装置的存储部中获取与该一部分动作方式相对应的规范数据；以及控制装置的控制部在机器人执行了与从存储部中获取的规范数据相对应的动作方式涉及的动作时，将该规范数据与由传感器检测出的检测结果进行比较，并将该比较结果显示于显示部。

根据本发明，能够提高通过机器人的作业得到的最终成果产品的质量。

附图说明

图1是表示一个实施方式涉及的机器人系统的图。

图2是从上面观察机器人的图。

图3是表示机器人系统的功能构成的图。

图4是表示机器人控制器的功能构成的图。

图5是用于说明检测物体与臂的接触的方法的说明图。

图6是表示机器人系统的动作的流程图。

附图标记说明

1：机器人系统

10：机器人

20～23：第一～第四传感器

30：机器人控制器（控制装置）

31：控制部

32：存储部

40：显示部

50：服务器（外部装置）

51：存储部

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的优选的实施方式。另外，在附图的说明中，对相同或相应要素标记相同符号，并省略重复的说明。

图1是表示一个实施方式涉及的机器人系统的图。图2是从上面观察机器人的图。图3是表示机器人系统的功能构成的图。各图中所示的机器人系统1例如被应用于处理液体性质的生物学材料的系统。如各图所示，机器人系统1具有机器人10、机器人控制器（控制装置）30、显示部40以及服务器（外部装置）50。在机器人系统1中，设置有多个相同的机器人10。机器人控制器30被设置于各机器人10中。

机器人的结构

首先，针对机器人10进行说明。机器人10是双臂机器人，具有基台部11、躯体部12以及两个臂13、14。各机器人10具有相同的结构。

基台部11通过未图示的地脚螺栓等被固定在设置面（底板部等）。躯体部12具有设置有围绕旋转轴Ax1旋转驱动的致动器Ac1的第一关节部。躯体部12经由第一关节部被可旋转地设置在基台部11上。躯体部12通过设置在第一关节部中的致动器Ac1的驱动，沿着与设置面大致水平的方向旋转。躯体部12分别在一侧（图1以及图2中的右侧）以及另一侧（图1以及图2中的左侧）支承以分体形式构成的臂13、14。

臂13是被设置在躯体部12的一侧的操纵器，具有肩部130、上臂A部131、上臂B部132、下臂部133、手腕A部134、手腕B部135、机器人手136、以及分别设置有致动器Ac2～Ac8的第二～第八关节部，致动器Ac2～Ac8分别对上述各部分进行旋转驱动。

肩部130经由第二关节部被可旋转地连结到躯体部12，并通过设置在第二关节部中的致动器Ac2的驱动，围绕与上述设置面大致水平的旋转轴Ax2旋转。上臂A部131经由第三关节部被可旋转地连结到肩部130，并通过设置在第三关节部中的致动器Ac3的驱动，围绕与旋转轴Ax2正交的旋转轴Ax3旋转。上臂B部132经由第四关节部被可旋转地连结到上臂A部131的前端，并通过设置在第四关节部中的致动器Ac4的驱动，围绕与旋转轴Ax3正交的旋转轴Ax4旋转。

下臂部133经由第五关节部被可旋转地连结到上臂B部132，并通过设置在第五关节部中的致动器Ac5的驱动，围绕与旋转轴Ax4正交的旋转轴Ax5旋转。手腕A部134经由第六关节部被可旋转地连结到下臂部133的前端，并通过设置在第六关节部中的致动器Ac6的驱动，围绕与旋转轴Ax5正交的旋转轴Ax6旋转。手腕B部135经由第七关节部被可旋转地连结到手腕A部134，并通过设置在第七关节部中的致动器Ac7的驱动，围绕与旋转轴Ax6正交的旋转轴Ax7旋转。

机器人手136具有抓取器137以及一对钳口138a、138b。抓取器137经由第八关节部可旋转地连结到手腕B部135的前端，并通过设置在第八关节部中的致动器Ac8的驱动，围绕与旋转轴Ax7正交的旋转轴Ax8旋转。抓取器137使一对钳口138a、138b执行进退动作。一对钳口138a、138b被安装于抓取器137的前端，并相互面对。一对钳口138a、138b通过未图示的致动器的驱动向相互靠近和分离的方向移动。

臂14是被设置在躯体部12的另一侧的操纵器，并具有与上述臂13相同的构造。即，臂14具有肩部140、上臂A部141、上臂B部142、下臂部143、手腕A部144、手腕B部145、机器人手146以及分别设置有致动器Ac9～Ac15的第九～第十五关节部，致动器Ac9～Ac15分别对上述各部分进行旋转驱动。

肩部140经由第九关节部被可旋转地连结到躯体部12，并通过设置在第九关节部中的致动器Ac9的驱动，围绕与上述设置面大致水平的旋转轴Ax9旋转。上臂A部141经由第十关节部被可旋转地连结到肩部140，并通过设置在第十关节部中的致动器Ac10的驱动，围绕与旋转轴Ax9正交的旋转轴Ax10旋转。上臂B部142经由第十一关节部被可旋转地连结到上臂A部141的前端，并通过设置在第十一关节部中的致动器Ac11的驱动，围绕与旋转轴Ax10正交的旋转轴Ax11旋转。

下臂部143经由第十二关节部被可旋转地连结到上臂B部142，并通过设置在第十二关节部中的致动器Ac12的驱动，围绕与旋转轴Ax11正交的旋转轴Ax12旋转。手腕A部144经由第十三关节部被可旋转地连结到下臂部143的前端，并通过设置在第十三关节部中的致动器Ac13的驱动，围绕与旋转轴Ax12正交的旋转轴Ax13旋转。手腕B部145经由第十四关节部被可旋转地连结到手腕A部144，并通过设置在第十四关节部中的致动器Ac14的驱动，围绕与旋转轴Ax13正交的旋转轴Ax14旋转。

机器人手146具有抓取器147以及一对钳口148a、148b。抓取器147经由第十五关节部被可旋转地连结到手腕B部145的前端，并通过设置在第十五关节部中的致动器Ac15的驱动，围绕与旋转轴Ax14正交的旋转轴Ax15旋转。抓取器147使一对钳口148a、148b执行进退动作。一对钳口148a、148b被安装于抓取器147的前端，并相互面对。一对钳口148a、148b通过未图示的致动器的驱动向相互靠近和分离的方向移动。

致动器Ac1～Ac15被构成为包含伺服马达（未图示）。各致动器Ac1～Ac15的旋转位置从内置于各致动器Ac1～Ac15中的编码器（未图示）作为信号被输出到机器人控制器30。

在本实施方式中，臂13、14具有7个关节部、即具有7自由度（冗余自由度），但臂13、14的自由度不限于“7”。

构成上述臂13、14的肩部130、140、上臂A部131、141、上臂B部132、142、下臂部133、143、手腕A部134、144、手腕B部135、145以及机器人手136、146的构造材料例如是铁或铝等金属材料。

如图2所示，躯体部12形成为从第一关节部到第二及第九关节部相对于基台部11向水平前方突出，以使第一关节部的旋转轴Ax1与第二、第九关节部的各旋转轴Ax2、Ax9在与上述设置面大致水平的方向上偏移长度D1。由此，在机器人10中，能够将肩部130、140的下侧的空间作为作业空间，并且通过使旋转轴Ax1旋转，臂13、14的可到达范围扩大。

上臂B部142的形状被设定为：第十一关节部的旋转轴Ax11与第十二关节部的旋转轴Ax12在俯视中的位置偏移长度D2。下臂部143的形状被设定为：第十二关节部的旋转轴Ax12与第十三关节部的旋转轴Ax13在俯视中的位置偏移长度D3，在旋转轴Ax11与旋转轴Ax13呈处于大致水平的姿态时，旋转轴Ax11与旋转轴Ax13的偏移长度为（D2+D3）。由此，在使相当于人的“肘部”的第十二关节部弯曲时，能够大幅地确保相当于人的“上臂”的上臂A部141以及上臂B部142与相当于人的“下臂”的下臂部143之间的间隙，即使将机器人手146更靠近躯体部12的情况下，也能够扩大臂14的动作自由度。

虽然在图2中未进行明确，但对于臂13也是同样的，上臂B部132的形状被设定为：第四关节部的旋转轴Ax4与第五关节部的旋转轴Ax5在俯视中的位置偏移长度D2。下臂部133的形状被设定为：第五关节部的旋转轴Ax5与第六关节部的旋转轴Ax6在俯视中的位置偏移长度D3，在旋转轴Ax4与旋转轴Ax6呈处于大致水平的姿态时，旋转轴Ax4与旋转轴Ax6的偏移长度为（D2+D3）。

机器人10具有第一传感器20、第二传感器21、第三传感器22以及第四传感器23。第一传感器20被设置在躯体部12中。第二传感器21被设置在臂13、14的基部中。第三传感器22被设置在手腕B部135、145的前端部。第四传感器23被设置在机器人手136、146中。第一至第四传感器20至23实时检测机器人10的各部分的动作。另外，传感器也可以被设置在上述的各部分以外的部分中。

第一～第四传感器20～23是具有压电体的力传感器，该压电体的材质与构成机器人10的各部分的构造材料、即金属材料相比，固有频率（或刚性）更大。在本实施方式中，作为压电体，采用使用水晶的传感器。水晶与构成机器人10的各部分的构造材料、即金属材料相比，固有频率更大。对于传感器，固有频率越大，就越能够检测出包含更高的频率分量的脉动力。由此，在各传感器20～23中，能够检测出传递到机器人10的各部分的构造材料的微小的高频振动。

各传感器20～23将由于对所配置的各部分施加的力（冲击力、振动）引起在传感器固定工具（未图示）上产生的径向的应变量作为电压（检测结果）进行检测。由各传感器20～23检测出的电压被未图示的放大器放大，被输入到高通滤波器后，作为输出值V被输出到机器人控制器30。

[机器人控制器的构成]

图4是表示机器人控制器的功能构成的图。如图4所示，机器人控制器30具有控制部31以及存储部32。机器人控制器30由未图示的CPU（CentralProcessing Unit）、ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）以及硬盘等构成。机器人控制器30经由通信电缆与机器人10的各致动器Ac1～Ac15以及各传感器20～23以能够相互通信的方式连接。另外，机器人控制器30经由通信电缆与服务器50以能够相互通信的方式连接。

控制部31控制机器人10的动作。控制部31基于经由输入装置（未图示）输入的与机器人10的任务相关的动作信息（动作开始位置以及动作结束位置）等，计算针对各致动器Ac1～Ac15的位置指令（动作指令）。控制部31基于所计算出的位置指令来生成针对各致动器Ac1～Ac15的伺服马达的转矩指令，并控制各致动器Ac1～Ac15。

控制部31在机器人10动作时检测机器人10的臂13、14与物体的接触（碰撞）。图5是用于说明检测物体与臂的接触的方法的说明图。在图5（a）中，横轴表示时间，纵轴表示传感器的输出值V。在图5（b）中，横轴表示时间，纵轴表示差|D|。

控制部31在机器人10执行特定的任务时，从存储部32中获取与特定的任务相对应的规范波形。所谓特定的任务例如是通过移液管将液体注入试验管内的移液管操作、配置在机器人周边的物理化学器械的操作等。控制部31分别计算出从第一～第四传感器20～23输出的输出值V的时间推移的波形与规范波形（规范数据）的差|D|。控制部31将所计算出的差|D|与预先设定的阈值Dth进行比较，来判定机器人10的臂13、14与物体有无接触。当与第一～第四传感器20～23有关的差|D|中的、与所有的第一～第四传感器20～23有关的差|D|在阈值Dth的范围内时，控制部31判定为物体与臂13、14没有接触。另一方面，当与第一～第四传感器20～23有关的差|D|中的、与任一个传感器20～23有关的差|D|超过了阈值Dth时，控制部31判定为物体与臂13、14有接触。

另外，在图5所示的传感器的输出值V的时间推移的波形中，例如，以如物体与臂13、14抵接时那样、在瞬间与物体接触时（接触后，外力立刻不再作用时）的波形为一例进行图示。根据本实施方式的上述方法，即使是这种瞬间的接触也能够检测出。

阈值Dth根据经由输入装置所输入的输入信息被任意地设定。如图5所示，阈值Dth的范围越窄、即越接近规范波形，机器人10的动作误差的允许范围越窄，因此能够使机器人10高精度地进行动作。阈值Dth根据所希望的机器人10的动作适当地设定即可。另外，阈值Dth也可以根据下述的控制部31的学习结果来设定。

如果检测出机器人10的臂13、14与物体发生了接触，则控制部31停止向各致动器Ac1～Ac15的伺服马达输出的转矩指令值的输出。由此，机器人10停止动作。另外，也可以在检测到机器人10的臂13、14与物体发生了接触的情况下，控制部31改变向各致动器Ac1～Ac15输出的转矩指令值的输出，执行机器人10的用于避免现在的状况的动作。

控制部31将所计算出的差|D|与预先设定的阈值Dth比较后的比较结果输出到显示部40。显示部40如果接收与从控制部30输出的比较结果有关的信息，则显示该比较信息。作为比较信息的显示形式，例如，可以显示控制部30计算第一～第四传感器20～23的输入值V的波形相对于阈值Dth的误差之比（%）所得到的结果，也可以在第一～第四传感器20～23的输入值V的波形相对于阈值Dth的误差为规定比例以上时，显示其结果（例如，OK、NG等）。另外，也可以控制部31基于比较信息来判定机器人10的动作的可否，在动作为NG时（作业的精度低下时），使显示部40显示指示信息（警告等）。

控制部31也可以存储与输出到显示部40的比较结果有关的信息。控制部31也可以根据从输入装置输入的要求，将所存储的比较信息显示于显示部40。另外，控制部31也可以根据所存储的比较结果进行学习。控制部31也可以使学习结果反映于特定的任务或阈值Dth。

存储部32存储作为机器人10的动作方式的任务、以及与多个任务中的特定的任务（任务的一部分）相对应（关联）设定的上述的规范波形。任务针对机器人10的所有的动作被进行存储。规范波形是将在机器人10通常情况时、即机器人10与物体没有接触的状态下、在规定的记录区间（特定的任务的动作期间）中臂13、14实施特定的任务的期间从第一～第四传感器20～23中输出的输出值V的时间推移，针对第一～第四传感器20～23的每一个进行记录所得到的波形。

如图3所示，服务器50具有存储部51。在存储部51中存储有规范波形（与规范波形相关联的任务）。与机器人系统1中包含的机器人10的特定的任务相对应的规范波形全部被存储在存储部51中。机器人控制器30的控制部31在与作为控制对象的机器人10的特定的任务相对应的规范波形没有存储于本机的存储部32中时，从服务器50的存储部32中获取必要的规范波形。另外，在存储部51中，也可以存储与规范波形没有关联的任务。

[机器人系统的动作]

接着，针对机器人系统1的动作进行说明。图6是用于说明机器人系统的动作的流程图。

如图6所示，首先，机器人10开始动作（步骤S01）。接着，如果机器人10执行特定的任务，则控制部31从存储部32中获取与该特定的任务相对应的规范数据。然后，控制部31分别计算出从安装于机器人10的第一～第四传感器20～23输出的输出值与规范波形的差|D|，并将所计算出的差|D|与预先设定的阈值Dth进行比较（步骤S02）。

接着，控制部31将所计算出的差|D|与预先设定的阈值Dth进行比较后，将该比较结果显示于显示部40（步骤S03）。

另外，控制部31基于所计算出的差|D|与预先设定的阈值Dth的比较结果，来判断机器人10的臂13、14与物体有无接触（步骤S04）。控制部31在判断为臂13、14与物体发生了接触的情况下，使机器人10停止动作（步骤S05）。另一方面，控制部31在判断为臂13、14与物体没有接触的情况下，使处理结束。

如以上所说明的那样，在本实施方式的机器人系统1中，机器人控制器30具有控制机器人10的动作的控制部31、以及存储机器人10的任务的存储部32，在存储部32中存储有与特定的任务相对应的规范波形。控制部31在机器人10执行了规范波形所对应的特定的任务时，将规范波形与由第一～第四传感器20～23检测出的检测结果进行比较，并将该比较结果显示于显示部40。

由此，在机器人系统1中通过显示部40能够确认机器人10的动作状态。因此，在机器人系统1中，能够把握机器人10的动作的正确性，并能够确认由机器人10实施的作业的精度。在机器人系统1中，通过确认作业的精度，能够实现机器人10的动作的改善，并且能够提高由机器人10实施的作业的精度。其结果是，在机器人系统1中能够实现提高最终成果产品（例如，前处理完成的检测体）的质量。

在本实施方式的机器人系统1中，当判断为机器人10的臂13、14与物体接触的情况下，使机器人10停止动作。因此，在机器人系统1中，能够抑制机器人10的误动作，因此能够确保安全性的同时实现高精度的动作。

在本实施方式的机器人系统1中，服务器50将与机器人10的特定的任务对应的规范波形全部存储于存储部51中。由此，在机器人系统1中，即使没有将所有的规则波形存储于机器人控制器30的存储部32中，也能够根据需要从服务器50中获取规范波形。因此，不需要增大存储部32的存储容量，从而能够抑制机器人控制器30的设备的增大。

在本实施方式的机器人系统1中，第一～第四传感器20～23具有水晶压电体，水晶压电体与构成机器人10的构造材料相比，固有频率更大。由此，在第一～第四传感器20～23中能够高精度地检测机器人10的动作。

本发明不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，作为第一～第四传感器20～23，以传感器使用水晶作为压电体为一例进行了说明，但第一～第四传感器20～23的构成不限于此。作为第一～第四传感器20～23，也可以是具有压电体的力传感器，压电体与构成机器人10的各部分的构造材料相比，固有频率更大。

在上述实施方式中，以将机器人系统1应用于处理液体性质的生物学材料的系统中的情况为一例进行了说明，但机器人系统1也能够应用于被加工物的制造方法。

Claims (5)

1.一种机器人系统，具有机器人和控制该机器人的动作的控制装置，其特征在于，

所述机器人具有始终检测该机器人的动作的传感器，

所述控制装置具有：

控制所述机器人的动作的控制部；以及

存储所述机器人的多个动作方式和与多个所述动作方式中的一部分动作方式相对应的规范数据的存储部；

所述控制部在所述机器人执行了与所述规范数据对应的动作方式涉及的动作时，将该规范数据与由所述传感器检测出的检测结果进行比较，并将该比较结果显示于显示部。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

所述控制部基于所述比较结果来判断所述机器人与物体有无接触，当判断为所述机器人与所述物体有接触时，使所述机器人停止动作。

3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述机器人和所述控制装置分别设置有多个，

所述机器人系统包括：具有存储所有的所述机器人的规范数据的存储部的外部装置，

所述控制部从所述外部装置的所述存储部中获取没有被存储在本机的存储部中的规范数据。

4.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述传感器具有水晶压电体，所述水晶压电体与构成所述机器人的构造材料相比，固有频率更大。

5.一种利用机器人系统进行的被加工物的制造方法，所述机器人系统具有机器人以及控制该机器人的动作的控制装置，

所述被加工物的制造方法的特征在于，包括以下步骤：

设置于所述机器人中的传感器始终检测所述机器人的动作；

所述控制装置的控制部在所述机器人执行所述机器人的多个动作方式中的一部分动作方式时，从所述控制装置的存储部中获取与该一部分动作方式相对应的规范数据；以及

所述控制装置的控制部在所述机器人执行了与从所述存储部中获取的所述规范数据相对应的动作方式涉及的动作时，将该规范数据与由所述传感器检测出的检测结果进行比较，并将该比较结果显示于显示部。