CN106003147B - 机器人系统以及异常判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人系统以及异常判断方法，本发明的机器人系统具有干扰力矩监视部，该干扰力矩监视部监视根据机器人动作控制部的动作指令来对机器人的轴进行旋转驱动的伺服电动机的干扰力矩。并且，在用手把持的工件被工件固定装置固定时，异常判断部将干扰力矩与规定的第一阈值进行比较，在干扰力矩超过第一阈值的情况下，判断为由工件固定装置所固定的工件的位置发生异常。

Description

机器人系统以及异常判断方法

技术领域

本发明涉及一种具备把持工件而使其移动至生产机械的工件固定装置的手的机器人系统、以及对固定于工件固定装置的工件的异常进行判断的异常判断方法。

背景技术

在对工件进行加工的加工机、对工件装配部件的装配机等生产机械中，工件被搬入到生产机械，由生产机械实施工件的加工、部件的装配等。另外，在生产机械的作业台上设置有将工件定位和固定至规定位置的工件固定装置、例如夹持装置。而且，在工件相对于夹持装置的搬入和搬出中广泛使用机器人。

通常，机器人用手把持工件，而移动至生产机械的夹持装置。然后，在使用夹持装置固定工件之后，机器人的手释放工件。

另外，生产机械中工件的加工精度、部件的装配精度大大受到由夹持装置所固定的工件的位置精度的影响。例如在夹持装置中工件的落座面上附着加工屑的情况下，工件不会紧贴落座面地固定。在该状态下对工件进行加工时，导致生成与目标形状不同的加工产品。因此，在通过生产机械的夹持装置固定工件时，需要确认工件是否正确地定位于规定位置。

在日本特开2004-130445号公报中公开了确认工件是否紧贴于落座面的紧贴确认装置。该紧贴确认装置具备：气体通路，其一端在落座面开口；气体供给单元，其将气体提供给该气体通路；以及气流检测单元，其检测提供给气体通路的气体有无气流。在将气体提供给气体通路的状态下在气体通路中存在气流的情况下，可知工件未紧贴于气体通路的一端开口的落座面，气体从落座面流出。因此，紧贴确认装置使用气流检测单元来判断工件的落座状态。

在上述以往技术中，夹持装置中的工件的落座面形成为与工件的外表面紧贴。但是，在工件具有复杂的形状且该工件是根据较大的尺寸允许差而制作出的情况下，难以使这种工件的外表面与落座面可靠地紧贴。因此，由于工件的尺寸允许差导致有时在落座面与工件的外表面之间产生间隙。

作为确认上述工件是否通过夹具正确地定位于落座面的方法，当想到日本特开2004-130445号公报所公开的使用了紧贴确认装置的情况时，会产生以下问题。即，紧贴确认装置在气体从落座面流出的情况下判断为工件未贴紧于落座面。也就是说，在工件的外表面与落座面之间稍微产生间隙时，气体就从落座面流出，因此判断为工件的落座状态发生异常。因此，即使由夹持装置固定的工件位置在允许范围内，只要检测出气体的流出状态，也会判断为该工件并未正确地定位。

针对上述问题，研究通过传感器检测夹持装置所固定的工件位置的方法。但是，传感器需要电气布线，夹持装置变得复杂且昂贵。另外，在进行工件的加工、部件的装配时要使夹持装置朝向一个方向持续旋转的情况下，无法使用需要电气布线的传感器。这是由于会产生电气布线断裂这样的问题。

发明内容

本发明提供一种能够廉价地构成且能够正确地判断生产机械中由工件固定装置所固定的工件异常的机器人系统以及异常判断方法。

本发明的第一方式提供一种机器人系统，具备：工件固定装置，其对工件进行定位和固定；机器人，其安装了把持工件的手；以及控制装置，其控制工件固定装置和机器人，

控制装置具备：

机器人动作控制部，其使机器人以如下方式进行动作：用手把持工件、并将该把持的工件配置于工件固定装置的预定位置；

干扰力矩监视部，其监视根据机器人动作控制部的动作指令来对机器人的轴进行旋转驱动的电动机的干扰力矩；以及

异常判断部，其在用手把持的工件被工件固定装置固定时，异常判断部将干扰力矩与预定的第一阈值进行比较，在干扰力矩超过第一阈值的情况下，判断为在由工件固定装置所固定的工件的位置发生异常。

根据本发明的第二方式，提供以下机器人系统，在第一方式的机器人系统中，

控制装置还具有频率分析部，该频率分析部将干扰力矩监视部所监视的电动机的干扰力矩的历史记录分解为多个频率成分，从该多个频率成分中提取特定的频率成分，

异常判断部执行的动作包括如下：在用手把持的工件被工件固定装置固定时，将特定的频率成分与预定的第二阈值进行比较，在特定的频率成分超过第二阈值的情况下，判断为由工件固定装置所固定的工件发生损伤。

根据本发明的第三方式，提供以下机器人系统，在第一方式或第二方式的机器人系统中，

工件固定装置具备：工件固定部，其具有与工件的外表面接触的落座面；以及工件压靠部，其具有将工件向落座面压靠的压靠面。

另外，本发明的第四方式提供一种异常判断方法，用于判断工件的异常，该工件由机器人搬入到工件固定装置，并固定于该工件固定装置，在该异常判断方法中，

监视根据对机器人的动作指令来对机器人的轴进行旋转驱动的电动机的干扰力矩，

用机器人的手把持工件来配置于工件固定装置的预定位置，通过工件固定装置固定该把持的工件时，将干扰力矩与预定的第一阈值进行比较，在干扰力矩超过第一阈值的情况下，判断为工件固定装置所固定的工件的位置发生异常。

根据本发明的第五方式，提供以下异常判断方法，该异常判断方法还包括：

用机器人的手把持工件来配置于工件固定装置的预定位置，通过工件固定装置固定该把持的工件时，

将监视的电动机的干扰力矩的历史记录分解为多个频率成分，从该多个频率成分中提取特定的频率成分，将该特定的频率成分与预定的第二阈值进行比较，在特定的频率成分超过第二阈值的情况下，判断为工件固定装置所固定的工件发生损伤。

本发明的这些目的、特征和优点以及其它目的、特征和优点根据附图示出的本发明的典型实施方式的详细说明会变得更清楚。

附图说明

图1是第一实施方式的机器人系统的立体图。

图2A是示意性地示出由图1示出的夹持装置正常地固定工件的样子的主视图。

图2B是从上方观察图2A示出的工件和夹持装置的图。

图3A是示意性地示出由图1示出的夹持装置固定的工件的位置为异常的样子的主视图。

图3B是从上方观察图3A示出的工件和夹持装置的图。

图4是表示第一实施方式的机器人系统所具备的机器人控制装置的结构的框图。

图5是表示第一实施方式的机器人系统的动作过程的流程图。

图6是表示第二实施方式的机器人系统所具备的机器人控制装置的结构的框图。

图7是表示第二实施方式的机器人系统的动作过程的流程图。

具体实施方式

接着，参照附图说明本发明的实施方式。在以下附图中，对相同的部件附加相同的参考附图标记。为了更容易理解，这些附图适当地变更比例尺。另外，附图示出的机器人系统的方式仅是一例，本发明的机器人系统并不局限于图示的方式。

(第一实施方式)

图1是第一实施方式的机器人系统的立体图。

如图1所示，第一实施方式的机器人系统20具备：生产机械2，其具备对工件W进行定位和固定的夹持装置1；以及机器人4，其在机器人前端部安装有手3。机器人4是垂直多关节型机械手(manipulator)。作为生产机械2使用对工件进行加工的加工机、对工件装配部件的装配机等。而且，在这种生产机械2的作业台上设置有夹持装置1。此外，在图1中示出生产机械2的一部分。

并且，机器人4被控制成：用手3把持工件W，来使其移动至设置于生产机械2的夹持装置1。在图1示出的示例中，工件W由T字形管状部件构成。因此，机器人4的手3具备两个指部，通过在T字形管状部件的管内扩大两个指部的间隔，来把持T字形管状部件。

并且，夹持装置1具备对工件W进行定位的工件固定部5以及使工件W向工件固定部5压靠的工件压靠部6。由于工件W为T字形管状部件，因此工件固定部5和工件压靠部6各自中的与工件W的外表面接触的面，与T字形管状部件的外表面一致地弯曲。

机器人4将用手3把持的工件W定位在夹持装置中的工件固定部5与工件压靠部6之间。接着，在用手3把持工件W的状态下，使夹持装置1进行动作，工件压靠部6将工件W向工件固定部5压靠。而且，在使用夹持装置1对工件W进行定位和固定之后，机器人4的手3释放工件W。

此外，预先通过示范或者离线编程来示教用于将工件W配置在工件固定部5与工件压靠部6之间的规定位置的机器人4的动作。

在此，图2A是示意性地示出使用图1示出的夹持装置1正常地固定工件W的样子的主视图。图2B是从上方观察图2A示出的工件W和夹持装置1的图。

如图2B所示，夹持装置1的工件固定部5具有作为工件W的管状部件的弯曲的外表面接触的落座面5a。另一方面，夹持装置1的工件压靠部6具有将作为工件W的管状部件的弯曲的外表面朝向工件固定部5的落座面5a压靠的压靠面6a。

然后，如图2A的空心箭头所示，用机器人的手3把持的工件W由工件压靠部6的压靠面6a向工件固定部5的落座面5a压靠。此时，如图2B所示，工件W的外表面与工件固定部5的落座面5a抵接，由此将工件W沿着工件固定部5的落座面5a进行配置。由此，将工件W定位于规定位置。

此外，在本申请中“工件W的外表面与工件固定部5的落座面5a抵接”的状态并不局限于工件W的外表面与落座面5a紧贴的状态。也就是说，即使在落座面5a与工件W之间产生间隙的状态下，只要工件W的外表面与工件固定部5的落座面5a抵接成工件W的位置误差处在规定的允许范围内即可。

但是，如上所述，在使用夹持装置1将工件W的位置定位于规定位置时，在工件固定部5的落座面5a附着异物、例如加工屑的情况下，难以将工件W定位于规定位置。参照图3A和图3B说明这一点。

图3A是示意性地示出使用图1示出的夹持装置1固定的工件W的位置为异常的样子的主视图。图3B是从上方观察图3A示出的工件W和夹持装置1的图。

在图3A和图3B中，在使用工件压靠部6将用手3把持的工件W向落座面5a压靠时，在工件固定部5的落座面5a存在加工屑7。在这种情况下，无法将工件W沿着落座面5a进行配置。如图3A所示，工件W的位置相对于图2A示出的正常的工件位置偏离得较大。当在该状态下对工件W进行加工时，会导致生成与目标形状不同的加工产品。

如上所述当由于工件压靠部6的动作而使得工件W的位置产生偏离时，在图3A中用空心箭头所示的干扰力矩作用于对支承手3的轴进行旋转驱动的伺服电动机16。因而，如果监视伺服电动机16的干扰力矩，则能够检测使用夹持装置1固定的工件W的位置发生异常。因此，第一实施方式的机器人系统20具备控制装置8，该控制装置8具有监视对支承手3的轴进行旋转驱动的伺服电动机16的干扰力矩的功能。

也就是说，能够根据伺服电动机的电流值管理伺服电动机的干扰力矩。而且，所监视的干扰力矩意味着根据动作指令输入到伺服电动机的力矩(即指令电流值)与实际使用于伺服电动机的动作的力矩(即消耗电流值)之差。例如，如果伺服电动机的负载处在规定范围内，则消耗电流值与指令电流值相等，因此不产生干扰力矩。相反，在对伺服电动机施加的负载超过规定范围的情况下，实施反馈控制的结果是，消耗电流值变大、即干扰力矩变大。

接着，说明第一实施方式的机器人系统20的控制装置8。

图4是表示第一实施方式的机器人系统20的控制装置8的框图。

参照图4，机器人4与控制装置8相连接。控制装置8为数字计算机。

控制装置8具备机器人动作控制部9、伺服电动机控制部10、干扰力矩监视部11、夹持装置控制部12以及异常判断部13。

机器人动作控制部9使机器人4动作成：使手3把持工件W、将工件W定位于夹持装置1的规定位置。

伺服电动机控制部10根据来自机器人动作控制部9的动作指令，控制对机器人4的各关节部的轴进行驱动的伺服电动机(未图示)。而且，机器人4相对于目标位置的动作使用与该伺服电动机的轴连结的反馈装置、例如增量编码器来进行控制。

干扰力矩监视部11监视伺服电动机控制部10控制的手3内的伺服电动机的干扰力矩。在为了使手3向纵摇方向、平摆方向以及侧倾方向进行旋转而在手3具备三个旋转轴的情况下，监视至少一个旋转轴的伺服电动机的干扰力矩即可。另外，干扰力矩监视部11不仅监视对支承手3的轴进行驱动的伺服电动机的干扰力矩，还可以监视对其它各机器人关节部的轴进行驱动的伺服电动机的干扰力矩。

在机器人4使工件W配置在夹持装置1中的工件固定部5与工件压靠部6之间的规定位置时，夹持装置控制部12使夹持装置1进行动作。也就是说，在用手3把持的工件W定位于夹持装置1的工件固定部5与工件压靠部6之间的规定位置的状态下，夹持装置1进行动作，使该工件W向工件固定部5的落座面5a压靠。而且，当这种夹持装置1的动作完成时，将干扰力矩监视部11所监视的伺服电动机的干扰力矩发送到异常判断部13。

异常判断部13将从干扰力矩监视部11发送的干扰力矩与规定的第一阈值(电流值)进行比较。然后，在该干扰力矩超过规定的第一阈值的情况下，异常判断部13判断为夹持装置1的工件固定位置发生异常。

并且，在异常判断部13判断为发生异常的情况下输出警报的输出部14与控制装置8相连接。作为警报，可以将光、声响以及声音等单独或者任意地进行组合来使用。

接着，说明具备上述控制装置8的机器人系统20的动作。

图5是表示第一实施方式的机器人系统20的动作过程的流程图。

当启动机器人系统20时，控制装置8按照预先编程的动作指令使机器人4进行动作。由此，机器人4如图1所示那样用手3把持工件W，而移动至设置于生产机械2的夹持装置1。在移动工件W的过程中，控制装置8的干扰力矩监视部11监视对支承机器人4的手3的轴进行旋转驱动的伺服电动机的干扰力矩(图5的步骤S1)。

接着，机器人4将用手3把持的工件W定位于夹持装置1中的工件固定部5与工件压靠部6之间(图5的步骤S2)。接着，在用手3把持工件W的状态下，控制装置8使夹持装置1的工件压靠部6进行动作(图5的步骤S3)。由此，工件压靠部6将工件W向工件固定部5的落座面5a压靠。

当这种夹持装置1的动作完成时，控制装置8的异常判断部13将干扰力矩监视部11所监视的伺服电动机的干扰力矩与规定的第一阈值进行比较(图5的步骤S4)。而且，在该干扰力矩与规定的第一阈值相同或者超过规定的第一阈值的情况下，异常判断部13判断为夹持装置1的工件固定状态发生异常。这种异常是指例如加工屑7存在于工件固定部5的落座面5a的情况。此外，能够从控制装置8的外部对规定的第一阈值进行设定变更。

在异常判断部13判断为发生异常的情况下，控制装置8使用输出部14输出警报，通知工件位置异常(图5的步骤S5)。此时，控制装置8也可以使具备夹持装置1的生产机械2停止。

另一方面，在干扰力矩监视部11所监视的伺服电动机的干扰力矩小于规定的第一阈值的情况下，机器人4的手3释放工件W(图5的步骤S6)。由此，工件W成为仅使用夹持装置1固定的状态。之后，通过生产机械2实施工件W的加工、部件的装配等。

如上所述，在第一实施方式中，在使用夹持装置1对用机器人4的手3把持并定位于夹持装置1的规定位置上的工件W进行固定时，检测驱动手3的轴的伺服电动机的干扰力矩。然后，在检测出的干扰力矩超过规定的第一阈值的情况下，判断为固定于夹持装置2的工件W的位置发生异常。

因此，与夹持装置1中的工件固定部5的落座面5a和工件W的外表面的紧贴状态无关地，能够判断固定于该夹持装置2的工件W的位置是否发生异常。换言之，在本发明中，能够不被工件形状左右地判断所固定的工件位置是否存在异常。另外，通过调整第一阈值，不会将夹持装置所固定的工件的位置处在允许范围内的状态判断为工件位置的异常。结果，能够提高从工件W制作出的产品的成品率。

并且，在本发明中，不需要为了检测异常而将传感器附加到夹持装置2。结果，能够提供一种以廉价的结构判断工件的异常的机器人系统20。

(第二实施方式)

接着，说明第二实施方式。在此，对与上述第一实施方式的机器人系统20相同的结构部分附加相同的附图标记，仅说明与第一实施方式不同的点。

图6是表示第二实施方式的机器人系统20的控制装置8的框图。

在第二实施方式中，如图6所示，对图4示出的控制装置8进一步追加频率分析部15。

频率分析部15对干扰力矩监视部11所监视的伺服电动机的干扰力矩的历史记录进行频率分析、例如FFT(Fast Fourier Transform：快速傅里叶变换)分析。而且，频率分析部15通过FFT分析将伺服电动机的干扰力矩的历史记录分解为多个频率成分，接着，从多个频率成分中提取特定的频率成分而发送到异常判断部13。此外，所提取的特定的频率成分是在夹持装置1固定工件W时该工件W受损伤的情况下产生的频率。

异常判断部13包括将从频率分析部15发送的特定的频率成分与规定的第二阈值进行比较的情况。然后，在该特定的频率成分超过规定的第二阈值(频率)的情况下，异常判断部13判断为夹持装置1所固定的工件W发生损伤。

接着，说明第二实施方式的具备控制装置8的机器人系统20的动作。

图7是表示第二实施方式的机器人系统20的动作过程的流程图。

当启动机器人系统20时，控制装置8按照预先编程的动作指令使机器人4进行动作。由此，机器人4如图1所示那样用手3把持工件W而移动至设置于生产机械2的夹持装置1。在移动工件W的过程中，控制装置8的干扰力矩监视部11监视对支承机器人4的手3的轴进行旋转驱动的伺服电动机的干扰力矩(图7的步骤S11)。

接着，机器人4将用手3把持的工件W定位于夹持装置1中的工件固定部5与工件压靠部6之间(图7的步骤S12)。接着，在用手3把持工件W的状态下，控制装置8使夹持装置1的工件压靠部6进行动作(图7的步骤S13)。由此，工件压靠部6将工件W向工件固定部5的落座面5a压靠。

当这种夹持装置1的动作完成时，频率分析部15通过FFT分析将伺服电动机的干扰力矩的历史记录分解为多个频率成分，接着，从多个频率成分中提取特定的频率成分(图7的步骤S14)。

接着，控制装置8的异常判断部13将频率分析部15所提取的特定的频率成分与规定的第二阈值进行比较(图7的步骤S15)。然后，在该特定的频率与规定的第二阈值相同或者超过规定的第二阈值的情况下，异常判断部13判断为夹持装置1所固定的工件W发生损伤。此外，能够从控制装置8的外部对规定的第二阈值进行设定变更。

在异常判断部13判断为发生损伤的情况下，控制装置8通过输出部14输出警报，通知损伤的发生(图7的步骤S16)。此时，控制装置8也可以使具备夹持装置1的生产机械2停止。

另一方面，在从频率分析部15发送的特定的频率成分小于规定的第二阈值的情况下，机器人4的手3释放工件W(图7的步骤S17)。由此，工件W成为仅由夹持装置1固定的状态。之后，通过生产机械2实施工件W的加工、部件的装配等。

根据上述说明的第二实施方式，在使用夹持装置1对用机器人4的手3把持的工件W进行固定时，能够判断工件W是否由于其固定时的撞击而受损伤。由此，能够提高从工件W制作出的产品的成品率。

此外，在第二实施方式中，也可以追加实施上述第一实施方式的异常判断方法。也就是说，如第一实施方式那样，也可以通过异常判断部13追加实施：将干扰力矩监视部11所监视的伺服电动机的干扰力矩与规定的第一阈值进行比较、来判断夹持装置1的工件固定状态是否发生异常。

发明的效果

根据本发明的第一方式，在使用工件固定装置对用机器人的手把持并定位于工件固定装置的规定位置的工件进行固定时，检测对机器人的轴进行驱动的电动机的干扰力矩。然后，在检测出的干扰力矩超过规定的第一阈值的情况下，判断为固定于工件固定装置的工件的位置发生异常。

因此，能够与工件固定装置中的工件的落座面与工件的外表面的紧贴状态无关地、判断固定于其工件固定装置的工件的位置是否发生异常。换言之，能够不被工件形状左右地判断所固定的工件位置是否存在异常。另外，通过调整第一阈值，不会将工件固定装置所固定的工件的位置处在允许范围内的状态判断为工件位置的异常。结果，能够提高从工件制作出的产品的成品率。

并且，不需要为了检测异常而将传感器附加到工件固定装置。结果，能够提供一种通过廉价的结构判断工件的异常的机器人系统。

根据本发明的第二方式，在使用工件固定装置对用机器人的手把持的工件进行固定时，能够判断工件是否由于其固定时的撞击而损伤。由此，能够提高从工件制作出的产品的成品率。

根据本发明的第三方式，具备：工件固定部，其具有工件的外表面接触的落座面；以及工件压靠部，其具有将工件向落座面压靠的压靠面，因此在固定工件时将工件沿着工件固定部的落座面进行配置。由此，在工件固定装置中能够高精度地固定工件。

本发明的第四方式和第五方式分别起到与本发明的第一方式和第二方式相同的效果。

以上，示出了典型的实施方式，但是本发明并不局限于上述各实施方式，在不脱离本发明的思想的范围内能够将上述各实施方式变更为各种形式、构造、材料等。

Claims (3)

1.一种机器人系统，具备：

工件固定装置(1)，其对工件(W)进行定位和固定；

机器人(4)，其安装了把持上述工件(W)的手(3)；以及

控制装置(8)，其控制上述工件固定装置(1)和上述机器人(4)，

其特征在于，

上述控制装置(8)具备：

机器人动作控制部(9)，其使上述机器人(4)以如下方式进行动作：用上述手(3)把持上述工件(W)、并将该把持的上述工件(W)配置于上述工件固定装置(1)的预定位置；

干扰力矩监视部(11)，其监视根据上述机器人动作控制部(9)的动作指令来对上述机器人(4)的轴进行旋转驱动的电动机的干扰力矩；

异常判断部(13)，在用上述手(3)把持的上述工件(W)被上述工件固定装置(1)固定时，上述异常判断部将上述干扰力矩与预定的第一阈值进行比较，在上述干扰力矩超过上述第一阈值的情况下，判断为在由上述工件固定装置(1)所固定的上述工件(W)的位置发生异常；以及

频率分析部(15)，该频率分析部将上述干扰力矩监视部(11)所监视的上述电动机的干扰力矩的历史记录分解为多个频率成分，从该多个频率成分中提取特定的频率成分，

上述异常判断部(13)执行的动作包括如下：在用上述手(3)把持的上述工件(W)被上述工件固定装置(1)固定时，将上述特定的频率成分与预定的第二阈值进行比较，在上述特定的频率成分超过上述第二阈值的情况下，判断为由上述工件固定装置(1)所固定的上述工件(W)发生损伤。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

上述工件固定装置(1)具备：工件固定部(5)，其具有与上述工件(W)的外表面接触的落座面(5a)；以及工件压靠部(6)，其具有将上述工件(W)向上述落座面压靠的压靠面(6a)。

3.一种异常判断方法，用于判断工件(W)的异常，该工件由机器人(4)搬入到工件固定装置(1)，并固定于该工件固定装置(1)，其特征在于，在该异常判断方法中，

监视根据对上述机器人(4)的动作指令来对上述机器人(4)的轴进行旋转驱动的电动机的干扰力矩，

用上述机器人(4)的手(3)把持工件(W)来配置于上述工件固定装置(1)的预定位置，通过上述工件固定装置(1)固定该把持的上述工件(W)时，将上述干扰力矩与预定的第一阈值进行比较，在上述干扰力矩超过上述第一阈值的情况下，判断为上述工件固定装置(1)所固定的上述工件(W)的位置发生异常，以及

将上述监视的上述电动机的干扰力矩的历史记录分解为多个频率成分，从该多个频率成分中提取特定的频率成分，将该特定的频率成分与预定的第二阈值进行比较，在上述特定的频率成分超过上述第二阈值的情况下，判断为上述工件固定装置(1)所固定的上述工件(W)发生损伤。