CN104942805A - 机器人系统的控制方法、程序、记录介质和机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人系统的控制方法、程序、记录介质和机器人系统。机器人系统的控制方法提供有即使采用少量的摄像机也可以高度精确地确定单个关节处的原点偏移。控制单元08控制机器人01和摄像机04以针对枢轴关节021、031和051中的每一个执行拍摄步骤以获取拍摄数据，并随后执行计算控制。拍摄步骤分别向机器人01的多个关节分配预定的坐标角度，以使关节采取预定的位置和朝向，并随后在使机器人01从预定的位置和朝向在多个关节之一处旋转的处理期间使摄像机04拍摄标记03。计算控制基于通过轨迹获取控制获取的拍摄数据来识别机器人01的多个关节当中的引起旋转轴偏移的关节。

Description

机器人系统的控制方法、程序、记录介质和机器人系统

技术领域

本发明涉及包含多关节机器人和摄像机的机器人系统。更具体地，本发明涉及确定多关节机器人的多个关节的旋转轴偏移的方法。

背景技术

其中环节(link)单元的两端都由枢轴关节耦接以允许环节单元弯曲的多关节机器人被广泛使用。多关节机器人典型地包括允许一些环节单元在与环节单元的纵向垂直的截面中沿扭转方向旋转的扭转关节。因此，多关节机器人可执行与人手臂的移动类似的复杂移动，诸如六轴移动或七轴移动。

多关节机器人可能会在安装、教导或实际移动期间干扰另一物体，从而引起某个关节的过载；该关节转而导致关节处的原点偏移(旋转轴偏移)。其中某个关节具有原点偏移的状态下的实际移动可能会降低移动精确度、引起夹具或工件下落以及引起导致过载的对另一物体的干扰。

日本专利申请公开No.S63-288696描述了包括多关节机器人和摄像机的机器人系统；关于机器人，基座单元和两个环节由两个关节耦接。这里，多关节机器人的端部效应器设有标记。由电视摄像机来拍摄在实际移动期间发现的标记，以获取标记的移动轨迹。如果移动轨迹偏离，则停止机器人系统的移动。

日本专利申请公开No.2011-125976描述了包括多关节机器人和摄像机的机器人系统；关于机器人，基座单元和三个环节由三个关节耦接。这里，具有特定形状的标记被设在与多关节机器人的各关节相邻的位置处。对由摄像机拍摄的标记进行图像分析以测量各环节单元的枢轴位置。

在常规的多关节机器人中，在夹着关节的两个环节单元的重叠部处形成销孔以便允许在没有原点偏移的情况下把销钉插入穿过销孔。通过使各关节返回到原点并且把销钉插入到销孔中的手动操作，来分别针对各关节确定是否出现原点偏移。多关节机器人的许多关节的原点偏移的评价由此需要熟练的技术人员花费较长时间。

日本专利申请公开No.S63-288696中的机器人系统可以借助于所拍摄的图像中的标记的移动轨迹的偏移来立即检测到关节出现原点偏移。但是，需要另一手动操作来确定哪个关节引起原点偏移。

日本专利申请公开No.2011-125976中的机器人系统可以在一定程度上通过所拍摄的图像来确定各关节处是否存在原点偏移。但是，通过一个摄像机测量多个关节的原点偏移不能高度精确地检测各关节的原点偏移。针对各标记安装摄像机可以在检测每个关节的原点偏移时增加精确度。但是，在具有高自由度的多关节机器人周围安装许多摄像机在经济上是不利的。并且，难以准备要安装摄像机的位置。

发明内容

本发明的一个目的是提供即使在摄像机的数量少的情况下也可以高度精确地确定各单个关节处是否存在原点偏移的机器人系统控制方法。

根据本发明的一个方面，提供一种机器人系统的控制方法，在所述机器人系统中通过控制单元来控制设有带标记的端部效应器或前端侧环节单元部分的多关节机器人以及能够拍摄标记的摄像机，所述控制方法包括：在多关节机器人从预定的位置和朝向围绕多个关节之一进行枢转移动(pivotal movement)期间，针对至少两个关节拍摄标记以获取拍摄数据；以及基于拍摄数据来识别多关节机器人的多个关节中的引起位置或朝向偏移的关节。

根据本发明的另一方面，机器人系统包括具有带标记的端部效应器或前端侧环节单元的多关节机器人、能够拍摄标记的摄像机以及被配置为控制多关节机器人和摄像机的控制单元，其中，控制单元被配置为在多关节机器人从预定的位置和朝向围绕多个关节之一进行枢转移动期间针对至少两个关节使用摄像机来拍摄标记以获取拍摄数据，并且，控制单元被配置为基于拍摄数据来识别多关节机器人的多个关节中的引起位置或朝向偏移的关节。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得明白。

附图说明

图1是示出了实施例1的机器人检查系统的总体配置的示图。

图2是轨迹获取控制的流程图。

图3是计算控制的流程图。

图4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G和4H是示出了在枢轴关节处出现旋转轴偏移的情况下的轨迹变化的示图。

图5A是示出了更换机器人的一部分之前的状态的示图。

图5B是示出了更换机器人的一部分之后的状态的示图。

具体实施方式

现在将根据附图来详细描述本发明的优选实施例。

<实施例1>

(多关节机器人)

图1是示出了实施例1的机器人检查系统的总体配置的示图。如图1所示，机器人系统包括：作为多关节机器人示例的机器人01；以及作为摄像机示例的摄像机04。作为控制单元示例的控制单元08的计算机执行程序以控制该系统。程序记录于诸如光盘之类的记录介质中并然后被提供。

机器人01是在前端的环节060上包含端部效应器070的六轴多关节机器人。机器人01的基座100和环节010通过扭转关节011相互耦接，其中扭转关节011围绕Z轴方向上的旋转轴旋转。扭转关节011从初始位置和朝向具有±180度的可移动范围。

机器人01的环节010和环节020通过枢轴关节021相互耦接，其中枢轴关节021围绕Y轴方向上的旋转轴旋转。枢轴关节021从初始位置和朝向具有±80度的可移动范围。机器人01的环节020和环节030通过枢轴关节031相互耦接，其中枢轴关节031围绕Y轴方向上的旋转轴旋转。枢轴关节031从初始位置和朝向具有±70度的可移动范围。

机器人01的环节030和环节040通过扭转关节041相互耦接，其中扭转关节041围绕X轴方向上的旋转轴旋转。扭转关节041从初始位置和朝向具有±180度的可移动范围。机器人01的环节040和环节050通过枢轴关节051相互耦接，其中枢轴关节051围绕Y轴方向的旋转轴旋转。枢轴关节051从初始位置和朝向具有±120度的可移动范围。

机器人01的环节050和环节060通过扭转关节061相互耦接，其中扭转关节061围绕X轴方向上的旋转轴旋转。扭转关节061从初始位置和朝向具有±240度的可移动范围。用于生产线中的组装操作或移动操作的诸如电动手或气动手之类的端部效应器070被耦接到机器人01的环节060的前端。

机器人01通过控制器02的控制来执行预定的移动。

如上所述，枢轴关节021、031和051连接旋转相邻的环节单元。扭转关节011、041和061中的每一个使一个环节单元的一个枢轴关节侧相对于另一枢轴关节侧扭转地旋转。基座单元(100、010)和第一环节单元(020)通过第一关节(021)相互耦接。第一环节单元(020)和第二环节单元(030、040)通过第二关节(031)相互耦接。第二环节单元(030、040)和第三环节单元(050、060)通过第三关节(051)相互耦接。

(多关节机器人的原点偏移)

典型地，多关节机器人被用于生产线上对产品进行的组装操作和传送操作。以下情景可以假设为生产线上所使用的多关节机器人的精确度出现降低的情况。

(1)当执行生产线安装期间的向多关节机器人教授操作的教导操作(教导)时，操作员使用控制器来移动多关节机器人。此时，多关节机器人由于人为错误而接触周边装置。

(2)在完成向多关节机器人教授移动的教导操作之后，与其周围的周边装置协作的多关节机器人的移动使多关节机器人接触周边装置。

(3)由于多关节机器人的移动或停止移动导致的瞬间冲击载荷以及由于连续移动导致的静态载荷降低精确度，这是由多关节机器人的连续移动导致的耐久性问题。

关于图1所示的机器人01，精确度降低(1)、(2)和(3)的出现在枢轴关节即枢轴关节021、枢轴关节031和枢轴关节051处引起大力矩；所述力矩易于引起旋转轴偏移。关于机器人01，精确度降低(1)、(2)和(3)有时引起减速器或带轮驱动系统跳动，其中带轮驱动系统用于传送设在枢轴关节021、031和051中的电动机的旋转。并且，所述降低有时引起在枢轴关节021、031和051处以螺栓固定的结构部件的接合面的偏移。

这种跳动和接合面的偏移会使被布置为夹着机器人01的枢轴关节021、031和051的两个环节单元之间的位置关系不同于原始的位置关系，由此引起枢轴关节021、031和051的原点偏移。如果枢轴关节021、031和051中的至少一个引起原点偏移，则附接到机器人01的前端的端部效应器070的移动位置移动离开原始状态。因此，不能高度精确地再现由机器人01执行的组装移动或传输操作。

因此，包含机器人01的机器人系统需要周期性地评价枢轴关节021、031和051的原点的变化。需要基于评价来检测各单个枢轴关节021、031和051的旋转轴偏移的异常。

因此，在包含机器人01的机器人系统中，作为端部效应器或前端侧环节单元的示例的端部效应器070设有标记03。摄像机04可以拍摄标记03的移动轨迹。控制单元08使摄像机04自动拍摄可移动的标记03，并且基于拍摄数据来自动确定枢轴关节021、031和051中的每一个是否存在原点偏移。

(标记)

如图1所示，标记03用于允许摄像机04容易地识别出端部效应器070在机器人01移动期间的移动轨迹。需要根据摄像机04所需的识别精确度来适当地选择标记03的形状和精确度。

这里，标记03由宽度为0.3mm、长度为20mm并且在其中心以直角相交的沟槽构成。沟槽被涂白，而周边区域被涂黑，由此保证成像对比度。

为了保证分辨率，希望的标记小且相对于背景具有高对比度。标记可以是LED或激光二极管的亮斑。可以采用这样的配置：在摄像机04的视角中布置多个标记并且标记的总体位置可以识别为标记的平均值。

(摄像机)

如图1所示，摄像机04被添加到机器人01，并且拍摄在典型的组装操作期间由端部效应器070抓住的部件的状态以及位置和朝向。摄像机04可以拍摄标记03。

摄像机04被配置在允许检测基于机器人01的配置而假设的关节的精确度降低的位置处。摄像机04关于机器人01在Y轴方向上识别机器人01，并且可以拍摄标记03沿XZ面移动的轨迹。

目前，典型地用于工业用途的机器人的定位再现度(positioningreproducibility)为大约50μm。因此，摄像机04需要识别精确度为50μm或更小。

在与枢轴关节轴分开100mm的位置处的50μm的枢轴距离(pivotal distance)与作为添加到用于驱动所述环节的电动机的输入编码器的输出脉冲而被计数的521个脉冲对应。因此，如果摄像机04具有50μm的分辨率，则可以检测与作为输入编码器的输出脉冲而被计数的521个脉冲相当的位置或朝向偏移。通过使用后面提到的销钉的常规对准精确度超过了作为输入编码器的输出脉冲而被计数的1000个脉冲。因此，仅使用摄像机04可获得的精确度为通过使用销钉的对准精确度的两倍。在进行该计算时，假定电动机与环节之间的枢转移动的减速比为50，并且在环节长度为100mm的情况下50μm的枢轴角度为0.5mrad。

50×50[μm]/100[nm]×1/2π[rad]×2¹⁷[脉冲]＝521[脉冲]

(位置或朝向偏移检测控制)

在任意的定时，例如，在日常检查或出现故障的时候，操作员操作操作面板SP以执行位置或朝向偏移检测模式，将机器人01的当前状态与机器人01的初始基准值进行比较并且掌握机器人01是否存在精确度降低。

控制单元08控制机器人01和摄像机04。控制单元08基于添加到各电动机的旋转编码器的输出对为机器人01的各关节所设的电动机执行前馈控制。

当发出用于位置或朝向偏移检测控制的指令时，控制单元08首先执行轨迹获取控制，并且轨迹获取单元05获取标记03的移动轨迹。轨迹获取控制使机器人01采取初始位置和朝向，随后使环节061围绕枢轴关节021、031和051旋转，同时摄像机04拍摄标记03。在拍摄之后，对通过摄像机04拍摄的数据进行处理以获取标记03的移动轨迹。

然后，控制单元08执行计算控制，并且计算单元06识别精确度降低的关节。计算控制对通过轨迹获取控制获取的标记03的移动轨迹进行处理，计算轨迹的旋转直径和旋转中心位置，并且将这些直径和位置与之前的没有原点偏移的轨迹的旋转直径和旋转中心位置进行比较。

然后，控制单元08执行显示控制，并且显示单元07在监视器屏幕09上显示精确度降低的位置和细节以及必要的措施。

(轨迹获取控制)

图2是轨迹获取控制的流程图。

如图2所示，当发出用于轨迹获取控制的指令时，控制单元08使机器人01采取初始位置和朝向(S201)。在初始位置和朝向处，机器人01的枢轴关节021、031和051与摄像机04的拍摄方向平行地对准，并且操作电动机直到嵌入在枢轴关节021、031和051中的编码器的输出指示各自的预定坐标角度。

控制单元08使环节020至060从初始位置和朝向整体地围绕枢轴关节021旋转，并且使摄像机04拍摄标记03(S202)。在枢轴关节031和051保持在初始位置和朝向时，通过枢轴关节021执行旋转移动。

由于需要改变轴(在S203中为是)，因此控制单元08将目标变为枢轴关节031(S204)并且使位置和朝向返回到初始位置和朝向(S201)。使环节030至060从初始位置和朝向整体地围绕枢轴关节031旋转，并且使摄像机04拍摄标记03(S202)。在枢轴关节021和051保持在初始位置和朝向的同时，通过枢轴关节031执行旋转移动。

由于需要改变轴(在S203中为是)，因此控制单元08将目标变为枢轴关节051(S204)并且使位置和朝向返回到初始位置和朝向(S201)。使环节060从初始位置和朝向围绕枢轴关节051旋转并且使摄像机04拍摄标记03(S202)。在枢轴关节021和031保持在初始位置和朝向时，通过枢轴关节051执行旋转移动。

这种拍摄步骤被称为围绕各轴的移动(movement around eachaxis)。围绕各轴的移动是识别精确度降低的枢轴关节所需的移动。在围绕各轴的移动中，摄像机04拍摄标记03的当前轨迹以获取在机器人01的枢轴关节021、031和051处可能出现旋转轴偏移的状态下的标记03的当前轨迹。当前轨迹是识别精确度降低的枢轴关节所需的基准值，并且针对枢轴关节021、031和051中的每一个获取该当前轨迹。

控制单元08基于所获取的拍摄数据来获取当前轨迹，基于当前轨迹来计算和存储标记03在三维空间中的当前轨迹、旋转中心位置和旋转直径，并且使用所计算的数据作为机器人01在当前状态下的数据(S205)。更具体地，根据所获取的标记03的轨迹上的三个点在几何上计算旋转中心位置和旋转直径。

在设置机器人01时以及在随后的更换部件之后的时候，以类似方式执行轨迹获取控制。获取在机器人01的枢轴关节021、031和051没有出现旋转轴偏移的初始状态下的标记03的基准轨迹。基准轨迹是识别精确度降低的枢轴关节所需的基准值，并且针对枢轴关节021、031和051中的每一个获取该基准轨迹。控制单元08基于初始状态下的基准轨迹来计算和存储标记03在初始状态下的轨迹、旋转中心位置和旋转直径，并且使用所计算的数据作为机器人01在初始状态下的数据。

(计算控制)

图3是计算控制的流程图。

参照图1，如图3中所示，控制单元08在上述围绕各轴的移动之后对轨迹进行比较(S211)。

如果初始基准值与新获取的当前轨迹、旋转中心和旋转直径一致(在S212中为否)，则控制单元08确定没有枢轴关节出故障，结束故障确定流程，并且允许使用机器人01(S217)。

如果初始基准值与新获取的当前轨迹、旋转中心和旋转直径中的任一个不一致(在S212中为是)，则控制单元08用降低的精确度执行轴确定(S213)。根据用降低的精确度进行的轴确定，通过使用后面提到的事先准备的用于确定故障位置的表格(表1)来识别引起旋转轴偏移的枢轴关节。

如果不能识别引起旋转轴偏移的枢轴关节(在S214中为否)，则控制单元08在监视器屏幕09上显示指示要更换整个机器人的机器人更换指示(S220)。在更换机器人之后，控制单元08允许使用机器人01(S217)。

如果可以识别引起旋转轴偏移的枢轴关节(在S214中为是)，则控制单元08确定是否更换包含引起旋转轴偏移的枢轴关节的环节单元(S215)。

如果控制单元08确定需要更换环节单元(在S215中为是)，则控制单元08在监视器屏幕09上显示环节单元的单元更换指示(S216)。在更换单元之后，控制单元08允许使用机器人01(S217)。

如果控制单元08确定不需要更换环节单元(在S215中为否)，则控制单元08在监视器屏幕09上显示对机器人01的前端位置进行校正的指示(S219)。在对位置进行校正之后，控制单元08允许使用机器人01(S217)。

如上所述，控制单元08控制机器人01和摄像机04执行作为拍摄步骤示例的轨迹获取控制，并且随后执行作为关节识别步骤示例的计算控制。在轨迹获取控制中，对作为至少两个关节的示例的枢轴关节021、031和051中的每一个执行拍摄步骤，以获取拍摄数据。在拍摄步骤中，分别向机器人01的多个关节分配预定的坐标角度，使关节采取预定的位置和朝向，并且随后在使机器人01在多个关节之一处从预定位置和朝向旋转的处理中通过摄像机04拍摄标记03。在计算控制中，基于通过轨迹获取控制获取的拍摄数据，来识别机器人01的多个关节中的引起旋转轴偏移的关节。

(枢轴关节的识别)

图4A至4H是示出了在枢轴关节引起旋转轴偏移的情况下的轨迹变化的图。

如图1所示，在机器人01中，环节020、030、040和050从初始位置和朝向在ZX面上执行Y轴旋转。因此，在图4A至4H中，机器人01以简化的方式示为围绕枢轴关节021枢转的环节020、围绕枢轴关节031枢转的环节030(环节040)以及围绕枢轴关节051枢转的环节050(环节060、端部效应器070)。

如图4A所示，在初始状态中，每个枢轴关节都不引起由于角度偏移导致的精确度降低。在图中，点线指示在围绕枢轴关节021的旋转期间由标记03绘出的轨迹。交替长短虚线指示在围绕枢轴关节031的旋转期间由标记03绘出的轨迹。

如图4B至4H所示，在机器人01的枢轴关节021、031和051中的任一个出故障的情况下，关节轴前面和邻近的环节之间的位置关系偏离，并且标记03绘出具有精确度降低的图案的轨迹。图案根据出故障的关节轴而彼此不同。

如图4B所示，当枢轴关节021引起旋转轴偏移时，当前轨迹偏离初始状态下的轨迹。此时，关于初始状态，标记03在枢轴关节021的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：一致)(旋转中心位置：一致)。关于初始状态，标记03在枢轴关节031的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：一致)(旋转中心位置：不一致)。

如图4C所示，当枢轴关节031引起旋转轴偏移时，当前轨迹偏离初始状态下的轨迹。此时，关于初始状态，标记03在枢轴关节021的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：不一致)(旋转中心位置：一致)。关于初始状态，标记03在枢轴关节031的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：一致)(旋转中心位置：一致)。

如图4D所示，当枢轴关节051引起旋转轴偏移时，当前轨迹偏离初始状态下的轨迹。此时，关于初始状态，标记03在枢轴关节021的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：不一致)(旋转中心位置：一致)。关于初始状态，标记03在枢轴关节031的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：不一致)(旋转中心位置：一致)。

如图4E所示，当枢轴关节021和031引起旋转轴偏移时，当前轨迹偏离初始状态下的轨迹。此时，关于初始状态，标记03在枢轴关节021的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：不一致)(旋转中心位置：一致)。关于初始状态，标记03在枢轴关节031的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：一致)(旋转中心位置：不一致)。

如图4F所示，当枢轴关节021和051引起旋转轴偏移时，当前轨迹偏离初始状态下的轨迹。此时，关于初始状态，标记03在枢轴关节021的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：不一致)(旋转中心位置：一致)。关于初始状态，标记03在枢轴关节031的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：不一致)(旋转中心位置：不一致)。

如图4G所示，当枢轴关节031和051引起旋转轴偏移时，当前轨迹偏离初始状态下的轨迹。此时，关于初始状态，标记03在枢轴关节021的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：不一致)(旋转中心位置：一致)。关于初始状态，标记03在枢轴关节031的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：不一致)(旋转中心位置：一致)。

如图4H所示，当枢轴关节021、031和051引起旋转轴偏移时，当前轨迹偏离初始状态下的轨迹。此时，关于初始状态，标记03在枢轴关节021的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：不一致)(旋转中心位置：一致)。关于初始状态，标记03在枢轴关节031的旋转期间经过的轨迹的直径和旋转中心位置为(直径：不一致)(旋转中心位置：不一致)。

因此，基于将围绕枢轴关节021、031和051的旋转的各轨迹与初始状态下的各轨迹进行比较的结果，参考表1，控制单元08可以识别引起精确度降低的枢轴关节。

[表1]

表1用于基于图4B至4H中所示的获取的轨迹来确定哪个轴引起精确度降低。在表1中，枢轴关节021被称为J1轴，并且环节020被称为环节J1。枢轴关节031被称为J2轴，并且环节030(和环节040)被称为环节J2。枢轴关节051被为称J3轴，并且环节060(和端部效应器070)被称为环节J3。表1把与初始状态(a)一致的情况描述为“A”，而把不一致的情况描述为“B”。

例如，图4D和图4G示出了旋转枢轴关节021的情况(直径：不一致)(旋转中心位置：一致)和旋转枢轴关节031的情况(直径：不一致)(旋转中心位置：一致)。这些情况彼此相同，不能相互区分。但是，如表1中所列，J3轴的旋转导致图4D的情况(直径：一致)(旋转中心位置：一致)或图4G的情况(直径：一致)(旋转中心位置：不一致)。由此可以相互区分这两种情况。

例如，图4F和图4H示出了枢轴关节021的旋转或枢轴关节031的旋转有时导致相同的轨迹的情况，这些情况不能相互区分。也就是说，有时不能区分枢轴关节021和051的精确度降低的情况和所有轴的精确度降低的情况。但是，如表1中所列，在枢轴关节051的旋转期间的轨迹之间的差异可以使这两种情况相互区分开。

(修理)

图5A和图5B是示出了更换机器人的一部分的图。

如图3所示，在实施例1中，对精确度降低的轴进行确定(S214)之后的恢复处理被分成三个处理，即机器人更换(S220)、校正(S219)和单元更换(S216)。

在机器人更换(S220)的情况下，从生产线取出机器人01并且进行初步修理，并装上备用的机器人01。典型地，由于部件形状的变化和制造精确度的变化，机器人01相互不同。因此，附接到机器人01的端部效应器070的前端的位置而有所变化。

因此，如果更换机器人01，则在开始生产线上的操作之前再次执行向机器人01教授移动点的教导操作，关于是否可以执行预定操作进行确认，并重新开始生产。如上所述，获取标记03在机器人01的枢轴关节021、031和051不引起旋转轴偏移的初始状态下的基准轨迹。基准轨迹是识别精确度降低的枢轴关节所需的基准值，并且被用作上述的机器人01在初始状态下的数据。

在校正(S219)的情况下，在机器人01的端部效应器070的前端的位置处出现的偏移被校正，并且，再次执行用于允许预定操作的教导操作，并然后重新开始生产。

在单元更换(S216)的情况下，如图5B所示，只更换机器人01的一部分。在实施例1中，机器人01在设计阶段被设计为容易在各关节轴处拆卸和重新组装。因此，可以在机器人01安装在生产线上的状态下在逐部分的基础上容易地只更换机器人01的一部分，并且可以无延迟地重新开始生产。

不考虑易于拆卸和修理的多关节机器人的关节轴的设计导致从如上所述的识别精确度降低的关节轴到完成多关节机器人的修理耗费大量时间的问题。因此，如图5A所示，机器人01被设计为在各关节轴上易于拆卸和重新组装。

如图5A所示，机器人01被设计为使得前端单元501的强度具有比邻近单元502低的裕度(allowance rate)。在机器人01的前端单元510与周边装置碰撞从而降低精确度的情况下，具有较低裕度的前端单元501首先被破坏。因此，采用允许容易修理前端单元501的结构可减少在出现机器人01的精确度降低的情况下进行修理和恢复的时间。并且，事先准备备用的前端单元503，由此允许更换前端单元501，这可以无延迟地完成机器人的修理。

(比较例1)

在比较例1中，将销钉手动插入到在枢轴关节和扭转关节的轴的前面和邻近的各环节处形成的孔中。基于销钉的插入程度来掌握旋转方向上的前面和邻近的环节之间的偏移，由此识别精确度降低的位置。该操作由熟练的操作员手动执行。因此，存在需要从几十分钟到几小时的时间以确定在六轴多关节机器人中是否存在六轴偏移的问题。

相反，在实施例1中，如上所述，可以容易地在短时间内识别多关节机器人上的精确度降低的位置。

(比较例2)

在比较例2中，如在日本专利申请公开No.S63-288696中所述，向多关节机器人添加用于摄像机识别的标记，并且基于来自外部摄像机的标记视图来识别多关节机器人的当前位置和朝向。通过比较来自外部摄像机的标记视图与根据发给多关节机器人的指令值估计的标记视图，来检测多关节机器人的精确度降低。但是，在在多关节机器人的邻近位置处出现异常的情况下，该异常也影响前端的轴。因此，虽然可以识别整体上的异常出现，但不能识别引起异常的部分。在这种情况下，对出现精确度降低的位置进行修理需要通过另一种方法来识别精确度降低的位置。如果执行比较例1的操作以识别精确度降低的位置，则存在需要从几十分钟到几小时的时间的问题。

相反，如上所述，实施例1不仅可以检测多关节机器人的整体上的异常，而且可以在不从生产线取出多关节机器人的情况下自动、迅速地检测出现异常的部分。

(比较例3)

在比较例3中，如在日本专利申请公开No.2011-125976中所述，当发出任何指令值时，通过外部摄像机识别添加到多关节机器人的标记。通过比较根据指令值估计的标记视图和实际的标记视图来检测是否存在异常。

比较例3基于多个标记的质心位置和视图来确定多关节机器人的位置和朝向。因此，如果多关节机器人变脏，则来自摄像机的标记的视图改变，这导致不便于确定多关节机器人的位置和朝向。

相反，即使多关节机器人变脏，但是只要端部效应器70上的标记03清楚，实施例1就可以高度精确地检测异常。

(比较例4)

可以如下考虑针对在多关节机器人中出现精确度部分降低的情况的措施。

首先，从生产线取出多关节机器人，把保留作为备用的新多关节机器人附接在生产线上，并且重新开始生产过程。但是，准备备用的多关节机器人需要额外的成本，这是所不希望的。并且，如果从生产系统取出整个多关节机器人并且新附接上备用的多关节机器人，则该过程造成大量的时间损失。

第二，识别并修理故障位置。但是，常规的识别故障位置的方法具有这样的问题，即，该方法通过手动操作关节单元来检查旋转的不规则性，并且，为了检测关节的旋转轴偏移，通过插入原点销钉来检测是否存在原点偏移。该方法即使对于熟练的操作员来说也花费大量的时间。并且，多关节机器人的关节单元的配置复杂，这导致在识别故障位置之后需要大量时间进行修理操作的另一问题。

相反，实施例1的机器人01被设计为允许部分地更换和修理多关节机器人。因此，可以在逐个环节的基础上容易地拆卸和重新组装机器人01。因此，可以在不从生产系统取出多关节机器人的情况下仅修理相关的部分。重新启动生产系统的时间损失小。

并且，实施例1的机器人01具有能够在各关节轴处容易地进行拆卸和重新组装的结构。因此，可以通过在各关节轴上的处进行拆卸和重新组装来迅速地执行修理操作，由此允许无延迟地重新启动生产线。

(实施例1的有利效果)

在实施例1中，当多关节机器人的任一个轴移动时，把由添加到多关节机器人的标记所绘出的轨迹的直径和旋转中心位置与之前状态下的直径和位置进行比较，并确定“一致”或“不一致”。基于确定结果和事先准备的精确度降低的轴的确定表(表1)，来确定出现精确度降低的轴。因此，在多关节机器人中，可以在多关节机器人安装在生产线上的同时自动执行识别出现精确度降低的关节轴的操作。即使采用少量的摄像机，也获取多个移动轨迹，并且可以高度精确地确定各单个关节是否存在原点偏移。

在实施例1中，通过生产线上的多关节机器人的典型移动，可以诊断是否存在异常。因此，可以在不停止生产线的情况下执行诊断。因此，用于诊断多关节机器人的精确度降低的时间减少，这发挥了提高生产线效率的有利效果。

在实施例1中，当机器人01采取预定的位置和朝向时，控制单元08调整扭转关节011、041和061的扭转角度，并使枢轴关节021、031和051的旋转轴线相互平行地对准，这是不仅包含平行而且包含倾斜的布置。因此，通过摄像机04针对枢轴关节021、031和051中的每一个拍摄相互类似的多个移动轨迹，由此允许容易对移动轨迹进行相互比较。

在实施例1中，通过摄像机04在与枢轴关节021、031和051的旋转轴线平行的方向上拍摄标记03；所述平行是不仅包含平行而且包含倾斜的配置。因此，移动轨迹可被近似为弧，由此允许容易对移动轨迹进行相互比较。

在实施例1中，基于通过轨迹获取控制而获取的标记03的拍摄数据，来获取标记03的移动轨迹。在枢轴关节021、031和051处没有旋转轴偏移的状态下，把通过执行轨迹获取控制而获取的初始状态下的标记03的移动轨迹与通过执行轨迹获取控制获取的标记03的移动轨迹进行比较。因此，枢轴关节021、031和051中的每一个的旋转轴偏移可以容易地计算为初始状态下的移动轨迹与当前移动轨迹之间的差别。

(变型例)

为了简化，在实施例1中，已经描述了在图1中的ZX平面的视图中执行Y轴旋转的枢轴关节021、031和051的轴当中的精确度降低的轴的确定方法。

根据类似的方法，也可针对在图1中执行Z轴旋转的扭转关节011和执行X轴旋转的扭转关节041和061中的每一个确定出现精确度降低的轴。也就是说，可以基于标记03在枢轴关节021、031和051以及扭转关节011、041和061中的每一个的移动期间的轨迹的异常的组合来识别出现精确度降低的轴。

在实施例1中，已经描述了针对六轴多关节机器人中的执行Y轴旋转的三个关节轴识别出现精确度降低的关节轴的方法。但是，本发明不限于具有这种配置的机器人。作为替代，即使在具有另一种配置的机器人的情况下，也可以采用类似的方法来识别出现精确度降低的关节轴。

并且，在实施例1中，获取标记03的移动轨迹，然后识别出现精确度降低的轴，并且使用事先准备的表格来确定精确度降低的轴。作为替代方案，可以根据标记03在各轴的移动期间的轨迹来计算机器人的环节参数(环节长度、轴之间的距离和环节之间的角度)，并将其与初始状态下的环节参数相比较，由此允许识别出现精确度降低的轴。

在实施例1中，位置或朝向偏移是被定义为针对关节设定的坐标角度与基于拍摄数据的关节的实际角度之间的差别的旋转轴偏移。枢轴关节021、031和051中的每一个的旋转轴偏移被获取为初始状态下的移动轨迹与当前移动轨迹之间的差别。但是，要获取的位置或朝向偏移不限于旋转轴偏移。作为替代，位置或朝向偏移可以上述环节参数(环节长度、轴之间的距离和环节之间的角度)的任何偏移。例如，当获取上述环节参数时，检测环节之间的角度。因此，也可以掌握除了旋转轴偏移的方向以外的方向上的另一种偏移。

让图4F和图4H相互区分开的方法向环节050和030添加标记03，使摄像机04拍摄这些标记以获取轨迹，这可以相互区分这两者。

如图1所示，计算控制可以根据通过轨迹获取控制获取的标记03的拍摄数据来获取标记03的移动轨迹的起点坐标和终点坐标。在枢轴关节021、031和051处没有旋转轴偏移的情况下获取的标记03的移动轨迹的起点坐标和终点坐标可以与正好在关节识别步骤之前获取的标记03的移动轨迹的起点坐标和终点坐标进行比较。

[本发明的效果]

本发明的机器人系统的控制方法可以在针对一个摄像机的视角内的至少两个关节执行的拍摄步骤中捕捉标记的移动范围。因此，仅采用该摄像机，就可以获取关于各单个关节处的原点偏移的高分辨率信息。因此，即使采用少量的摄像机，也可以高度精确地确定各单个关节处是否存在原点偏移。

其它实施例

本发明的实施例还可以通过如下方式实现，即，通过读出并执行记录在存储介质(也可全称为“非暂时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或更多个程序)以执行上述实施例中的一个或更多个的功能并且/或者包含用于执行上述实施例中的一个或更多个的功能的一个或更多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机，或者通过由系统或装置的计算机通过例如读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或更多个的功能并且/或者控制一个或更多个电路以执行上述实施例中的一个或更多个的功能而执行的方法。计算机可包括一个或更多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可包含单独的计算机或单独的处理器的网络，以读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令例如可以从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可包含例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光学盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存设备和存储卡等中的一个或更多个。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释以包含所有这种修改和等效的结构及功能。

Claims (14)

1.一种机器人系统的控制方法，在所述机器人系统中通过控制单元来控制多关节机器人和摄像机，其中多关节机器人设有带标记的端部效应器或前端侧环节单元部分，摄像机能够拍摄标记，其特征在于，所述控制方法包括：

在多关节机器人从预定的位置和朝向围绕多个关节中的一个进行枢转移动期间，针对至少两个关节拍摄标记以获取拍摄数据；以及

基于拍摄数据来识别多关节机器人的多个关节中的引起位置或朝向偏移的关节。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，

多关节机器人包括

多个枢轴关节，被配置为连接旋转相邻的环节单元，以及

多个扭转关节，被配置为扭转地旋转单个环节单元中的一个枢轴关节侧和另一枢轴关节侧，其中，

在拍摄步骤中，在多关节机器人的预定位置和朝向的时候，控制单元调整多个扭转关节的扭转角度，以使所述多个枢轴关节的旋转轴线相互平行地对准。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其中，

在与所述多个枢轴关节的旋转轴线平行的方向上执行通过摄像机对标记的拍摄。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其中，

在识别步骤期间，基于在拍摄步骤中所获取的标记的拍摄数据，来获取标记的移动轨迹。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其中，

在识别步骤期间，把在所述多个枢轴关节的位置和朝向无偏移的状态下在拍摄步骤中获取的标记的移动轨迹与在拍摄数据获取步骤中获取的标记的移动轨迹进行比较。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其中，

识别步骤，基于在拍摄步骤中获取的标记的拍摄数据，来获取标记的移动轨迹的起点坐标和终点坐标。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其中，

在识别步骤期间，把在多个关节没有位置或朝向偏移的状态下通过执行拍摄步骤而获取的标记的移动轨迹的起点坐标和终点坐标与通过执行拍摄步骤而获取的标记的移动轨迹的起点坐标和终点坐标进行比较。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其中，

多关节机器人具有：

基座单元，

第一环节单元，通过第一关节连接到基座单元，

第二环节单元，通过第二关节连接到第一环节单元，以及

第三环节单元，通过第三关节连接到第二环节单元。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其中，

位置或朝向偏移是由通过控制单元在关节上设定的坐标角度与基于拍摄数据的关节的角度之间的差别来定义的旋转轴偏移。

10.根据权利要求1所述的控制方法，还包括：

关节显示步骤，通过控制单元来显示在关节识别步骤中被识别为引起位置或朝向偏移的关节。

11.一种非暂时性计算机可读记录介质，存储用于操作计算机以执行根据权利要求1所述的机器人系统的控制方法的可读程序。

12.一种机器人系统，其特征在于，包括

多关节机器人，具有带标记的端部效应器或前端侧环节单元，

摄像机，能够拍摄标记，以及

控制单元，被配置为控制多关节机器人和摄像机，其中，

控制单元被配置为在多关节机器人从预定的位置和朝向围绕多个关节中的一个进行枢转移动期间针对至少两个关节使用摄像机拍摄标记以获取拍摄数据，并且，

控制单元被配置为基于所述拍摄数据来识别多关节机器人的多个关节当中的引起位置或朝向偏移的关节。

13.根据权利要求12所述的机器人系统，其中，

多关节机器人可在各关节处拆卸，并且能够按多个环节单元中的每一个进行更换。

14.根据权利要求12所述的机器人系统，还包括：

显示单元，被配置为显示被识别为引起位置或朝向偏移的关节。