CN106826362B - 具备机床以及机器人的复合系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备机床以及机器人的复合系统，该复合系统具有快速进行机床和机器人的位置偏移的检测和位置修正的功能。复合系统具有：具有能够与工作台整体移动的工件固定夹具的机床；具有独立于机床而被设置的、对工件固定夹具进行工件的供给以及取出的机器人的机器人系统；在机床与机器人系统之间进行信息传递的网络；在对工件固定夹具供给或取出工件时根据机器人的各轴的干扰值判定干扰的干扰判定部；在判定为有干扰时停止机器人的动作，同时根据机器人的各轴的干扰值，把工作台向至少一个轴方向移动来避免干扰的干扰避免部。

Description

具备机床以及机器人的复合系统

技术领域

本发明涉及包含机床以及机器人的复合系统。

背景技术

在包含加工中心和车床等机床的生产线中，导入进行工件和工具的更换作业等的机器人的事例正在增加。机床和机器人的设置环境多种多样，存在分别在地面进行独立设置的情况和在设置于地面的机床上搭载机器人的情况。

在把机床或机器人的基座固定在地面时，希望使用地脚螺栓等进行充分固定，但是在不能向地面固定或向地面固定不充分的情况下，由于伴随机床和机器人的动作的振动等，相对于地面产生设置位置的偏移，其结果可能在机床与机器人的相对位置中产生偏移。

通常，机器人沿着根据机床与机器人的相对位置关系事先示教的坐标位置进行移动并进行工件的更换作业等。因此，如果在机床与机器人的相对位置中产生偏移，则在工件更换时对机床上的夹具和工件产生干扰，有时会产生机器人的各轴的负荷增大或工件的安装姿势的变化等各种各样的缺陷，其结果是可能无法正确进行工件更换。

像这样的情况下，需要再次进行机器人的示教操作。特别是在一台机器人对多台机床进行工件的装卸作业那样的系统中，在机器人相对于地面发生了位置偏移时，需要针对各个机床进行机器人的示教操作。

作为自动地并且短时间地进行机器人的示教操作的技术，例如在日本特开平05-111886号公报中公开了如下方法：在机器人的机械手上设置6轴的力传感器，进行该机械手的阻抗控制的机器人系统中，通过把安装在该机械手的手腕轴上的工具(棒)插入夹具的孔中来进行定点观测，并进行校准作业。

在日本特开2013-006244号公报中，记载了如下位置校准方法：根据预先所设定的指令值执行更换作业工具的工具更换动作，并根据在工具更换动作中机器人与作业工具干扰而产生的负荷的大小以及方向，来向负荷减少的方向修正指令值。

另外，在日本特开2009-208209号公报中，记载了如下技术：通过相机来检测第一作业工作台的位置相对于预定位置的位置偏移量，根据该检测结果对作为搬运机器人的动作的基准的示教数据进行修正。

进一步，在日本特开平05-116094号公报中，记载了如下异常负载检测方法：存储通过干扰推定观测器检测出的、机械可动部刚开始运动之前的推定干扰扭矩，在机械可动部移动中，从通过该干扰推定观测器检测的推定干扰扭矩减去所存储的推定干扰扭矩而得的值大于设定值时，将其作为负载异常来检测出。

在日本特开平05-111886号公报、日本特开2013-006244号公报、日本特开2009-208209号公报中记载的技术，使用专用的检测装置获取与位置偏移相关的信息，另外在把该检测装置安装在机械手上时，存在与该检测装置的重量相应地限制机器人进行处理的工件重量等问题。

另一方面，在日本特开平05-116094号公报中记载的干扰推定扭矩那样的干扰值，根据机器人与工件之间的干扰的有无而变化，因此理解为能够根据各轴的干扰值来判别干扰的有无。但是，一般认为当机器人的各轴进行运动时，不基于与工件之间的干扰而各轴自身的干扰值中产生动态的变化，特别是认为移动速度越快则其变化量越大。因此，在从干扰值判别干扰的方法中，为了防止由于干扰值的动态变化导致的错误检测，需要充分降低用于避免干扰的机器人的动作速度(探测速度)，其结果难以快速地进行用于避免干扰(位置偏移修正)的动作。

发明内容

因此，本发明的目的是提供具有快速地进行机床与机器人的位置偏移的检测和位置修正的功能的复合系统。

为了达到上述目的，本申请的发明提供一种复合系统，其具备：具有数值控制装置、和能够通过该数值控制装置的控制而移动的工作台、以及在该工作台上设置的能够与工作台整体地移动的工件固定夹具的机床；具有独立于所述机床而被设置的、具备能够把持工件的机器手并对工件固定夹具进行工件的供给以及取出的机器人以及进行该机器人控制的机器人控制器的机器人系统；至少在所述数值控制装置与所述机器人控制器之间进行信息传递的网络；在对所述工件固定夹具供给或取出工件时根据所述机器人的各轴的干扰值来判定所述工件固定夹具与所述工件的干扰的干扰判定部；在通过所述干扰判定部判定为有干扰时停止所述机器人的动作，同时根据所述机器人的各轴的干扰值，把所述工作台向至少一个轴方向移动来避免干扰的干扰避免部。

在优选的实施方式中，提供所述干扰避免部根据伴随至少使用了2轴的所述工作台的移动的所述机器人的各轴的干扰值的变化，进行用于避免干扰的所述工作台的移动方向的探测的复合系统。

附图说明

通过参照附图说明以下优选实施方式，本发明的上述或其他目的、特征以及优点会变得更清楚。

图1是表示本发明的优选实施方式所涉及的复合系统的概要结构的图。

图2是表示图1的复合系统中所包含的机床的结构例的图。

图3是表示图1的复合系统中所包含的机器人的结构例的图。

图4a是第一复合系统中所包含的工件固定夹具附近的扩大图，表示机器手对工件进行把持的状态。

图4b是第一复合系统中所包含的工件固定夹具附近的扩大图，表示工件被工件固定夹具保持的状态。

图5a是表示机器人进行的工件供给动作的一例的图，表示把持了工件的机器人移动到工件供给开始位置后的状态。

图5b是表示机器人进行的工件供给动作的一例的图，表示机器人移动到工件固定位置后的状态。

图5c是表示机器人进行的工件供给动作的一例的图，表示通过夹紧机构对工件进行把持的状态。

图5d是表示机器人进行的工件供给动作的一例的图，表示机器人退让后的状态。

图6是表示图1的复合系统中的工件供给动作的流程的流程图。

图7是表示图6的流程图中的干扰检测的中断处理的细节的流程图。

图8是表示图7的流程图中的干扰避免动作的细节的流程图。

图9a是表示没有发生干扰的状态的机器人以及工件的图。

图9b是表示干扰发生时的机器人以及工件的图。

图10a是说明干扰避免时的位置修正的例子的图，说明干扰发生时的工作台位置的图。

图10b是说明干扰避免时的位置修正的例子的图，表示工作台移动到圆周上的相位0°后的情况。

图10c是说明干扰避免时的位置修正的例子的图，表示工作台移动到圆周上的相位90°后的情况。

图10d是说明干扰避免时的位置修正的例子的图，表示工作台移动到圆周上的相位180°后的情况。

图10e是说明干扰避免时的位置修正的例子的图，表示工作台移动到圆周上的相位270°后的情况。

具体实施方式

图1表示本发明的优选实施方式所涉及的复合系统的结构例。复合系统具有设置在水平地面(设置面)1上的机床2以及机器人系统3，图2以及图3分别表示机床2以及机器人系统3的结构例。

如图2所示，机床2具有相对于立柱25在Z方向(垂直方向)可动地构成的主轴头24、上表面具备工件固定夹具5的工作台22、以及控制机床2的动作的数值控制装置21，工作台22被构成为能够通过与床鞍23组合而在XY方向(平面内)移动。工作台22被构成为能够根据数值控制装置21的指令移动，配置在工作台22的上表面的工件固定夹具5也能够与工作台22整体地在XY方向移动。此外，数值控制装置21具有第一存储器211以及第一CPU212，对于其功能在后面进行描述。

如图3所示，机器人系统3具有独立于机床2地设置于地面1的机器人基座31、配置在机器人基座31上的机器人机架32、以及控制机器人机架32的动作的机器人控制器34。机器人机架32是例如6轴(J1～J6)的多关节机器人，具备在机器人机架32的前端部(J6轴)所设置的机器手33成为任意的姿势所需的充分的轴数的旋转轴。此外，机器人控制器34具有第二存储器341以及第二CPU342，对于其功能在后面进行描述。

图4a是表示设置在机床2的工作台22上的工件固定夹具5、在复合系统中作为处理对象的工件6、以及把持工件6的机器手33的局部扩大图。工件固定夹具5具有与Z轴方向平行的销孔51、在销孔上端形成的键槽52、被构成为能够向销孔51的径向内侧突出的夹紧机构53，另一方面，工件6具有拥有比销孔51的内径小的外径的销61、能够与键槽52卡合的键62、夹紧机构53能够把持的夹紧接触面63、以及机器手33能够把持的被把持部64(参照图4b)。在图示例中，工件6相对于工件固定夹具5，销61和销孔51是同轴的，键62和键槽52嵌合，夹紧机构53是通过按压夹紧接触面63而被固定的。另外，在该固定状态下，销61与销孔51不存在干扰。

另外，如图1所示，本实施方式所涉及的复合系统具有网络4，其包含存储从机床2以及机器人系统3传递的信息的存储部和根据存储部的信息进行各种运算的运算处理部，并被构成为至少在数值控制装置21与机器人控制器34之间进行信息传递，数值控制装置21以及机器人控制器34作为网络4的构成要素而被包含。在本实施方式中，上述存储部的功能由数值控制装置2所具有(内置)的第一存储器211以及机器人控制器34所具有(内置)的第二存储器341承担，运算处理部的功能由数值控制装置2所具有(内置)的第一CPU212以及机器人控制器34所具有(内置)的第二CPU342承担。

图5a～图5d是表示针对工件固定夹具5的工件6的供给动作的一例的图，图6是表示该供给动作的流程的流程图。此外，对于从工件固定夹具5取出工件6的动作，基本上能够以与供给动作相反的步骤进行即可，因此以下仅对供给动作进行说明，省略对于取出动作的详细说明。

首先在步骤S101中，判断在工件固定夹具5上是否存在工件，当工件已经存在时进行该工件的取出动作。另一方面，当夹具5上不存在工件时，数值控制装置21把固定夹具5设为松开状态(把夹紧机构53置于打开状态)，如图5a所示，使固定夹具5移动到预先设定的工件更换位置P1(步骤S102～S103)。另外，与此并行地，在机器人系统3中，机器手33移动到工件储存器，把持应该在机床2进行加工的工件并将其取出(步骤S104～S106)。

接着，机器人控制器34把处于被机器手33把持的状态的工件6移动到相对于工件更换位置P1预先设定的工件供给开始位置P2(步骤S107)。在这里，工件供给开始位置P2作为在工件更换位置P1的相对于工件固定夹具5的相对位置信息而被定义。在本实施方式中，工件供给开始位置P2是相对于图5b中的工件固定位置P3，工件6沿着销孔51的中心轴向上方平行移动预定距离后的位置。

在接下来的步骤S108中，对用于机器手33与固定夹具5的干扰检测以及避免的处理进行激活，对其在后面进行描述。

在接下来的步骤S109中，如图5b所示，机器人控制器34从工件供给开始位置P2到工件固定位置P3，使工件6沿着工件供给路径R1平行移动。接下来，如图5c所示，工件6移动到工件固定位置P3后，数值控制装置21驱动夹紧机构53，通过把持夹紧接触面63(参照图4a)完成工件6的固定(步骤S110)。

最后，如图5d所示，工件6的固定完成后，机器人控制器34使机器手33解除工件6的把持(步骤S111)，禁用在步骤S108激活了的干扰的检测以及避免的处理(步骤S112)，使机器手33沿着预先所设定的退让路径R2从工件6退让(步骤S113)，完成供给动作。

此外，在步骤S103中被调用的工件更换位置P1的信息，能够以位置信息或动作程序等形式被存储在第一存储器211中。另外，工件供给开始位置P2、工件固定位置P3、工件供给路径R1以及退让路径R2的信息，能够以位置信息或动作程序等形式被存储在第二存储器341中。

接下来，分别参照图7以及图8的流程图，对在工件6的供给动作中，与工件固定夹具5进行干扰时的干扰的判定以及避免的处理的一个例子进行说明。

干扰的判定以及避免分别通过设置在网络4内的干扰判定部41以及干扰避免部42来进行。在本实施方式中，如图7所示，干扰判定部41由机器人机架32、第二存储器341以及第二CPU342构成，干扰避免部42由第一存储部211、第一CPU212、机器人机架32、第二存储器341以及第二CPU342构成。

干扰判定部41在工件供给动作中，在工件6移动到供给开始位置P2时，开始监视机器人机架32的各轴的干扰值(Di：i是轴编号)。干扰判定部41以适当的时间间隔对干扰值Di与基于工件6与工件固定夹具5没有干扰地进行动作的情况而预先设定的干扰值的标准值Bi进行比较，当干扰值Di与标准值Bi之间的差值超过预先设定的容许范围E时判定为发生了干扰(步骤S201)。此外，各轴的干扰值(干扰扭矩)能够通过公知的干扰推定观测器或设置于各轴的扭矩传感器等进行推定或测定。

对于各轴的干扰值Di与标准值Bi的比较方法，虽然严格来说应该根据各轴的干扰值Di的变化综合地进行判定，但是例如根据经验已知在干扰发生时只有特定的轴的干扰值明显变动等情况下，也可以通过仅注意该轴的干扰值来进行干扰判断。

在本实施方式中，考虑因某种理由机床2相对于地面1移动了微小的距离的情况。在这里，图9a表示在工件供给动作中，工件固定夹具5移动到工件更换位置P1，工件6移动到工件供给开始位置P2后(参照图5a)的工件固定夹具5与工件6(机器手33)的位置关系，另外，图9b表示在工件6移动到工件固定位置P3的过程中销孔51与销61之间发生了干扰的状态。在图9b的例子中，假定工件6的位置从工件固定夹具5接受反作用力F1而发生了弹性位移，换言之，如果消除来自工件固定夹具5的反作用力F1则位移消失。

在图9b的状态中，在机器人机架32的各轴中，发生伴随从工件固定夹具5接受的反作用力F1的干扰。作为理想的模型，如图9b，考虑在干扰发生时机器人机架32的第2轴的干扰值D2相对于反作用力F1的大小呈线性变化那样的机器人系统。在工件6的供给动作中，当第2轴的干扰值D2相对于基准值B2超过预先所设定的容许值E而进行变动时，即以下的式(1)成立时，干扰判定部41判断为干扰发生，并中断机器人的动作(在这里是工件6的供给动作)(图7的步骤S202、S203)。

|D2-B2|＞E···(1)

当干扰判定部41检测出干扰发生时，干扰避免部42对机器人控制器34指示机器人的动作的中断，在动作停止后，执行伴随针对至少一个轴方向的工作台22的动作的位置修正(干扰避免动作)(步骤S204)。基于干扰避免部42的位置修正后，干扰判定部41再次通过式(1)进行干扰判定并重复，直到收敛在容许范围以内为止。

一边参照图8以及图10a～10e，一边对干扰避免部42的位置修正的例子进行说明。首先，如图10a所示，把干扰发生时的工作台22(工件固定夹具5)的位置(例如图10a所示的十字线的交点)作为基准位置来存储(步骤S301)，接下来，使工作台22(工件固定夹具5)向任意方向移动微小的距离d(步骤S302)。在这里例如，如图10b所示，假定使工作台22向探测方向θ为0°的方向移动微小的距离d。

接下来，把当前位置(图10b的状态)作为起点，移动工作台22以使其在以上述基准位置为中心的圆周上转一圈(即360°)。在该移动期间，各轴的干扰值Di作为能够与工作台位置的相位θ对比的数据，以适当的角度的间隔存储到第二存储器341中(步骤S303～S305)。图10b～图10e分别是相位θ为0°、90°、180°以及270°时的示例，在各图中箭头F1的方向以及长度分别表示在各相位的反作用力F1的方向以及大小。在移动了一圈之后，工作台22再次移动到基准位置。

第一CPU212根据存储在第二存储器341中的各轴的干扰值数据，决定把在式(1)中左边的值为最小的相位ψ(在这里是图10b，即ψ＝θ＝0°)作为修正方向(步骤S306)，并使工作台22向ψ方向移动微小的距离d(步骤S307)。

再次参照图7，如上所述多次执行包含移动方向的探测的位置修正处理而得的结果，在干扰值Di与标准值Bi的比较结果(差值)收敛到容许值E以下的时间点，干扰判定部41判断为完成了干扰避免，把完成了干扰避免的时间点的工作台22的位置(当前位置)再设定为新的工件更换位置P1(步骤S205)，并更新第一存储器211的信息(步骤S206)。在完成了干扰避免的时间点，机器人控制器34再次开始工件6的供给动作，并完成动作。

此外，也可以对位置修正处理的重复次数设置限制，当在该次数内干扰值与标准值之间的差值不收敛到容许值以下时，也能够判定为无法避免干扰。

如上所述，在本实施方式中，在用于避免干扰的位置修正处理中机器人基本上不移动，具备工件固定夹具的工作台进行移动，因此机器人的各轴的干扰值不会动态变化，大幅地降低错误检测的可能性。另外，在本实施方式中，基于伴随至少使用了2轴(X轴以及Y轴)的工作台的移动(旋转移动)的各轴的干扰值的变化来进行用于避免干扰的工作台的移动方向的探测，通过使工作台向通过探测所决定的至少一个轴方向移动能够实现干扰避免，但是也能够根据作用于各轴的干扰的值以及方向等来计算移动方向，该情况下则不需要如上所述的探测。

通过本发明，能够根据机器人的各轴的干扰值的变化来检测伴随机床与机器人的微小的相对位置的偏移的干扰，因此不需要以往所需的专用的检测器等。另外，检测出干扰之后，由机床的工作台进行避免干扰状态的动作，由此，机器人自身的动作带给干扰值的影响变小，由干扰引起的错误检测变少。

Claims (2)

1.一种复合系统，其特征在于，

该复合系统具备：

机床，其具有：

数值控制装置；

工作台，其能够通过该数值控制装置的控制而移动；以及

工件固定夹具，其设置在该工作台上，能够与工作台成为一体地移动；

机器人系统，其具有：

机器人，其独立于所述机床而被设置，具备能够把持工件的机器手，

并对所述工件固定夹具进行工件的供给以及取出；以及

机器人控制器，其进行该机器人的控制；

网络，其至少在所述数值控制装置与所述机器人控制器之间进行信息传递；

干扰判定部，其在对所述工件固定夹具供给或取出工件时，根据所述机器人的各轴的干扰值来判定所述工件固定夹具与所述工件的干扰，该干扰是因机床和机器人的相对位置的偏移而产生的；

干扰避免部，其在通过所述干扰判定部判定为有干扰时停止所述机器人的动作，同时根据所述机器人的各轴的干扰值，把所述工作台向至少一个工作台轴方向移动来避免干扰。

2.根据权利要求1所述复合系统，其特征在于，

所述干扰避免部根据伴随至少使用了2个工作台轴的所述工作台的移动的所述机器人的各轴的干扰值的变化，进行用于避免干扰的所述工作台的移动方向的探测。