CN105269570B - 能够输送超过额定工件参数的工件的机器人控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够输送超过额定工件参数的工件的机器人控制装置。该机器人控制装置具备：设定部，其设定工件参数，该工件参数是对通过工业用机器人输送的工件的输送性产生影响的工件自身的参数；存储部，其存储额定工件参数，该额定工件参数是能够通过机器人以额定速度输送的工件自身的最大参数；速度限制部，其在通过设定部设定的工件参数超过存储在存储部中的额定工件参数时，使机器人的最大速度比额定速度降低。

Description

能够输送超过额定工件参数的工件的机器人控制装置
技术领域
本发明涉及一种能够输送超过额定工件参数的工件的机器人控制装置。
背景技术
如果为了用工业用机器人输送沉重的工件而使机器人大型化，则机器人制作成本大幅上升。关于这点，目前公知一种减轻作用于工业用机器人的负荷，来输送重物的装置(例如参照日本特开昭61-214983号公报、日本特开平11-58287号公报或者日本特公昭63-7917号公报)。在这些专利文献记载的装置中，在工业用机器人的上方的顶部配置平衡器，连接平衡器和机器人的工件握持部，通过平衡器吸收作用于机器人的重力方向的负荷。
但是，在上述专利文献所记载的装置中，需要在顶部配置平衡器，因此，成本提高。
发明内容
作为本发明的一个方式的机器人控制装置，具备：设定部，其设定工件参数，该工件参数是对通过工业用机器人输送的工件的输送性产生影响的工件自身的参数；存储部，其存储额定工件参数，该额定工件参数是能够通过工业用机器人以额定速度输送的工件自身的最大参数；速度限制部，其在通过设定部设定的工件参数超过存储在存储部中的额定工件参数时，使工业用机器人的最大速度比额定速度降低。
附图说明
通过说明与附图关联的以下实施方式，本发明的目的、特征以及优点变得更加明确。
图1是表示本发明的实施方式的机器人控制装置的主要结构的框图。
图2是表示通过本发明的实施方式的机器人控制装置所执行的处理的一例的流程图。
图3是表示本发明的实施方式的机器人控制装置的动作特性的一例的图。
具体实施方式
以下参照图1到图3对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的实施方式的机器人控制装置100的主要结构的框图。机器人控制装置100控制工业用机器人即机器人1的动作。机器人1例如是多关节式机器人。机器人1在臂前端部具有握持部，握持部握持工件并将工件输送到预定位置。
在这种的机器人1中，将能够以最高速度(以下称为额定速度Vmax)输送的工件的重量(以下为工件最大重量Wmax)预先决定为机器人自身的规格。即，如果工件的重量超过工件最大重量Wmax，则机器人很难以额定速度来输送工件。此时，如果使用可输送能力大的大型机器人，则能够输送更大重量的工件。但是，如果使用大型的机器人，则机器人的制作成本大幅上升。另一方面，有以下结构，即在机器人的上方顶部配置平衡器等，通过平衡器来减少作用于机器人的负荷。但是，即使在该结构中，也需要追加平衡器，因此成本上升。并且，此时机器人的设置场所会受到限制。因此，在本实施方式中，为了控制成本的上升，以及能够输送比工件最大重量Wmax更重的工件，而采用以下的结构。
首先，说明本发明的实施方式的机器人控制装置100的基本思想。当由机器人1握持的质量M的工件以速度V进行移动时，通过以下公式(I)来表示工件所具有的动能E。
E＝1/2MV2……(I)
如果根据上述公式(I)工件的质量M增大，则动能E增加。为了在工件的质量M增大的情况下抑制动能E的增加，降低工件的速度V即可。即，通过限制工件的最大速度，机器人1能够输送比工件最大重量Wmax更重的工件。
图1的机器人控制装置100包括具有CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)以及其他外围电路等的运算处理装置。机器人控制装置100，作为功能结构而具有设定部11、存储部12、速度限制部13、加减速限制部14、机器人控制部15。
设定部11设定根据机器人1所输送的工件自身决定的参数，即工件参数WP。工件参数WP是与工件关联的参数。工件参数WP包括工件的质量m、惯量I、重心位置、力矩等对工件的输送性产生影响的物理量。用户例如经由与机器人控制装置100连接的未图示的输入部输入工件参数WP。设定部11自身也可以使用工件的材质和形状数据来计算工件参数WP，对其进行设定。
存储部12预先存储额定工件参数WP1、上限工件参数WP2、额定速度Vmax、上限加速度Amax、上限减速度Dmax。这些所存储的额定工件参数WP1、上限工件参数WP2以及额定速度Vmax是由机器人1的结构决定的机器人1所固有的值。上限加速度Amax和上限减速度Dmax是在输送上限工件参数WP2的工件时传动器的转矩不饱和，进而把手前端不振动的值。可以与通过机器人1进行具有上限工件参数WP2的工件的输送的同时，事先通过调整参数来决定上限加速度Amax和上限减速度Dmax。另外，预先将上限加速度Amax和上限减速度Dmax存储在存储部12中。额定工件参数WP1是能够以额定速度Vmax进行输送的工件参数WP的最大值，作为机器人1的规格而赋予。即，如果工件参数WP为额定工件参数WP1以下，则能够以额定速度Vmax输送工件。
上限工件参数WP2是能够通过机器人1输送的工件参数WP的上限值，上限工件参数WP2比额定工件参数WP1要大。考虑机器人1的各个机构部的强度和传动器(伺服电动机等)的转矩性能界限等构造的界限来决定上限工件参数WP2。即使在工件参数WP2超过了额定工件参数WP1的情况下，只要是上限工件参数WP2以下，机器人1也能够通过使速度V比额定速度Vmax下降而进行动作。
存储部12中分别存储有构成额定工件参数WP1和上限工件参数WP2的各个物理量。即，分别存储作为额定工件参数WP1的工件的质量m1、惯量I1等和作为上限工件参数WP2的工件的质量m2、惯量I2等。此时，在工件的质量m1和质量m2之间有m2>m1的关系，惯量I1和惯量I2之间有I2>I1的关系。
速度限制部13根据设定部11所设定的工件参数WP、存储在存储部12中的额定工件参数WP1以及上限工件参数WP2的大小，设定工件输送时的机器人1的最大速度Vx。例如，在工件参数WP是额定工件参数WP1以下(以下称为第一范围)的情况下，速度限制部13将最大速度Vx设为额定速度Vmax。当工件参数WP比额定工件参数WP1大，并且在上限工件参数WP2以下(以下称为第二范围)的情况下，速度限制部13将最大速度Vx设定为比额定速度Vmax要小的值。在工件参数WP比上限工件参数WP2大(以下称为第三范围)的情况下，速度限制部13将最大速度Vx设定为0。
加减速限制部14根据设定部11所设定的工件参数WP、存储在存储部12中的额定工件参数WP1以及上限工件参数WP2的大小，设定工件输送时的机器人1的加速度A和减速度D。例如，在工件参数WP在第一范围的情况下，在加减速限制部14不进行限制。在工件参数WP在第二范围的情况下，加减速限制部14将加速度A和减速度D设定为比在第一范围产生的加速度和减速度要小的值。在工件参数WP在第三范围的情况下，加减速限制部14将加速度A和减速度D设定为存储在存储部12中的上限加速度Amax和上限减速度Dmax。
通过工件的质量m定义工件参数WP时，满足m≤m1的范围成为第一范围，满足m1＜m≤m2的范围成为第二范围，满足m＞m2的范围成为第三范围。此时，m1与工件最大重量Wmax对应。通过工件的惯量I定义工件参数WP时，满足I≤I1的范围成为第一范围，满足I1＜I≤I2的范围成为第二范围，满足I＞I2的范围成为第三范围。
在通过工件的质量m定义工件参数WP，并且工件参数WP位于第二范围时，速度限制部13使用由设定部11设定的质量m通过以下公式(II)来求出最大速度Vx。
Vx＝(m1/m)1/2×Vmax……(II)
在通过工件的惯量I来定义工件参数WP，并且工件参数WP位于第二范围时，速度限制部13使用由设定部11设定的工件的惯量I通过以下公式(III)来求出最大速度Vx。
Vx＝(I1/I)1/2×Vmax……(III)
在通过质量m和工件的惯量I来定义工件参数WP，并且工件参数WP位于第二范围时，速度限制部13通过以上公式(II)求出最大速度(以下称为第一最大速度Vx1)，并且通过以上公式(III)求出最大速度(以下称为第二最大速度Vx2)。进而，速度限制部13将第一最大速度Vx1和第二最大速度Vx2中的小的一方的值设定为最大速度Vx。这样设定的最大速度Vx比额定速度Vmax要小。
机器人控制部15根据预先决定的动作程序将控制信号输出到机器人驱动用的传动器(伺服电动机)，控制机器人1的动作。此时，控制伺服电动机，使得握持部的移动速度不超过由速度限制部13设定的最大速度Vx。例如，当工件参数WP位于第二范围，并且预先通过动作程序决定的指令速度是额定速度Vmax时，机器人控制部15变更动作速度，使得指令速度成为比额定速度Vmax还要小的最大速度Vx(参照图3)。
图2是表示通过机器人控制装置100所执行的处理的一例的流程图。例如，当指示机器人1开始输送作业时，开始该流程图所示的处理。在步骤S1，通过设定部11的处理来设定包括由机器人的握持部握持的工件的参数、即工件的质量m和惯量I等的工件参数WP。
在步骤S2，通过速度限制部13的处理，判定在步骤S1设定的工件参数WP是否比预先存储在存储部12中的额定工件参数WP1大。如果步骤S2是肯定，则进入步骤S3，如果是否定，则进入步骤S6。在步骤S6，工件参数WP位于第一范围，因此通过速度限制部13的处理将最大速度Vx设定为额定速度Vmax。另外，加减速限制部14不进行加速度A和减速度D的限制。
在步骤S3，通过速度限制部13的处理，判定在步骤S1设定的工件参数WP是否比预先存储在存储部12中的上限工件参数WP2要大。如果步骤S3是肯定，则进入步骤S4，如果是否定，则进入步骤S7。在步骤S7，工件参数WP位于第二范围，因此通过速度限制部13的处理并使用以上公式(II)、(III)设定最大速度Vx。加减速限制部14将加速度A和减速度D设定为比在第一范围产生的加速度和减速度要小的值。另一方面，在步骤S4，工件参数WP位于第三范围，因此通过速度限制部13的处理将最大速度Vx设定为0。加减速限制部14将加速度A和减速度D设定为存储在存储部12中的上限加速度Amax和上限减速度Dmax。
在步骤S5，机器人控制部15为了不超过所设定的最大速度Vx，将控制信号输出到伺服电动机，控制机器人1的动作。即，当工件参数WP比上限工件参数WP2大时，由于Vx＝0，因此将停止信号输出到伺服电动机，停止机器人1的动作。当工件参数WP在额定工件参数WP1以下时，将控制信号输出给伺服电动机，使得机器人1(握持部)的最大速度Vx成为额定速度Vmax。在工件参数WP比额定工件参数WP1大，并且在上限工件参数WP2以下时，将控制信号输出给伺服电动机，使得最大速度Vx比额定速度Vmax低。
说明本实施方式的机器人控制装置100的主要的动作。以下，为了方便，说明通过工件的质量m定义工件参数WP，并且作为机器人握持部的移动速度而预先通过动作程序指示了额定速度Vmax的情况。图3是表示本实施方式的机器人控制装置100的动作特性的一例的图。
当工件的质量m为m1以下，即工件参数WP为额定工件参数WP1以下(第一范围)时，如图3所示，最大速度Vx成为额定速度Vmax(步骤S6)。
当工件的质量m比m1大，且在m2以下，即工件参数WP比额定工件参数WP1大，且在上限工件参数WP2以下(第二范围)时，最大速度Vx比额定速度Vmax降低(步骤S7)。这样最大速度Vx降低，由此能够抑制工件质量增大时的工件的动能E(上述公式(I))的上升，且不使用大型的机器人而能够输送超过工件最大重量Wmax的重量的工件。此时，如图3所示，工件参数WP越大最大速度Vx越降低，所以根据工件的质量m最佳地设定最大速度Vx，能够高效地输送工件。
当工件的质量m比m2大时，即工件参数WP比上限工件参数WP2大时(第三范围)，最大速度Vx成为0(步骤S4)。这样能够阻止机器人1输送超过机器人1的输送能力的工件，防止机器人1的损伤和输送中工件的掉落等。
根据本实施方式能够达到以下的作用效果。
(1)机器人控制装置100具有：设定部11，其设定对工件的输送性产生影响的工件自身的参数即工件参数WP；存储部12，其存储能够通过机器人以额定速度Vmax输送的工件自身的最大参数即额定工件参数WP1；速度限制部13，其在通过设定部设定的工件参数WP比存储在存储部12中的额定工件参数WP1大的情况下，使机器人1(握持部)的最大速度V比额定速度Vmax降低。这样，能够以简单的结构通过机器人1输送比能够以额定速度Vmax输送的工件最大重量Vmax重的工件，能够廉价地构成机器人控制装置100。
(2)通过设定部11设定的工件参数WP越比存储在存储部12中的额定工件参数WP1大，越增大最大速度的降低量。这样，能够根据工件的质量m最佳地设定机器人1的最大速度Vx，高效地输送工件。
(3)存储部12还存储能够通过机器人1输送的工件自身的上限参数，即比额定工件参数WP1大的上限工件参数WP2，速度限制部13在通过设定部11设定的工件参数WP比上限工件参数WP2大的情况下，停止机器人1的动作。这样能够阻止通过机器人1输送超过机器人1的输送能力的工件，防止机器人1的损伤和输送中工件的掉落等。
(4)如果通过工件的质量m和惯量I定义工件参数WP，则速度限制部13分别运算关于质量m的第一最大速度Vx1和关于惯量I的第二最大速度Vx2(上述公式(II)、(III))，将其较小的值设定为最大速度Vx。这样作为工件参数WP而考虑多个物理量即质量m和惯量I，由此能够综合地判断额定速度Vmax下的工件的可输送性，能够适当地设定机器人1的工件握持部的最大速度Vx。
另外，在上述实施方式中，通过设定部11将工件的质量m和惯量I等设定为工件参数PR，但如果是对由机器人1输送的工件的输送性有影响的工件自身的参数，则可以将其他的物理量设定为工件参数PR。在上述实施方式中，设定部11所设定的工件参数WP越比存储在存储部12中的额定工件参数WP1大，越增加最大速度Vx的降低量(参照图3)，但如果当所设定的工件参数WP比所存储的额定工件参数WP1大时，最大速度Vx比额定速度Vmax降低，则速度限制部13的结构可以是任意的。另外，本发明能够适用于输送各种工件的机器人，工件不仅包括组装用、加工用的各种零件，也包括工具等。
根据本发明，在工件参数比额定工件参数大时，使工业用机器人的最大速度比额定速度降低，因此能够不需要追加平衡器等而通过简单的结构由工业用机器人输送重物。
以上的说明只是一个例子，只要不损坏本发明的特征，不会通过上述的实施方式和变形例来限定本发明。上述实施方式和变形例的结构要素包括能够维持发明的相同性的同时，能够置换且当然能够置换的要素。即，关于在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也包括在本发明的范围内。另外，能够任意组合上述实施方式和变形例的一个或多个。

Claims (5)

1.一种机器人控制装置，其特征在于，具备：
设定部，其设定工件参数，该工件参数是对通过工业用机器人输送的工件的输送性产生影响的工件自身的参数；
存储部，其存储额定工件参数、上限工件参数、上限加速度和上限减速度，该额定工件参数是能够通过上述工业用机器人以额定速度输送的工件自身的最大参数，该上限工件参数是能够通过上述工业用机器人输送的工件自身的上限参数且大于上述额定工件参数，该上限加速度和上限减速度是在输送上限工件参数的工件时不使机器人的把手前端振动的值；
速度限制部，其在通过上述设定部设定的上述工件参数比存储在上述存储部中的上述额定工件参数大时，使上述工业用机器人的最大速度比上述额定速度降低，在通过上述设定部设定的上述工件参数比存储在上述存储部中的上述上限工件参数大时，将加速度和减速度设定为上述上限加速度和上限减速度。
2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
通过上述设定部设定的工件参数越大于存储在上述存储部中的上述额定工件参数，上述速度限制部越增大上述最大速度的降低量。
3.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，
还具备：加减速限制部，其在通过上述设定部设定的上述工件参数比存储在上述存储部中的上述额定工件参数大时，限制上述工业用机器人的加速度和减速度。
4.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，
上述工件参数包括工件的质量。
5.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，
上述速度限制部在通过上述设定部设定的上述工件参数比存储在上述存储部中的上述上限工件参数大的情况下，停止上述工业用机器人的动作。
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