CN107598946B - 机器人的重心显示装置、机器人控制装置及机器人模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供机器人的重心显示装置(1)，用户能轻易知道机器人的重心位置。具备：各参数设定部(12)，设定机器人的各轴的构成要素的至少包括重量、重心位置及尺寸的各参数；姿态设定部(13)，设定机器人的各轴的位置信息；机器人图像生成部(15)，根据设定的机器人的各轴的位置信息和构成要素的各参数，生成各轴处于位置信息所示的位置的状态的机器人的三维模型图像；重心位置计算部(14)，根据设定的机器人的各轴的位置信息和构成要素的各参数，计算机器人整体的重心位置；图像合成部(17)，在由机器人图像生成部生成的三维模型图像的计算出的重心位置上，叠加示出机器人整体的重心的显示；及显示部(18)，显示所生成的图像。

Description

机器人的重心显示装置、机器人控制装置及机器人模拟装置

技术领域

本发明涉及一种机器人的重心显示装置、机器人控制装置以及机器人模拟装置。

背景技术

以往，已知如下方法，其不使用力传感器而自动计算出多关节机器人的臂前端的负载重量以及重心位置(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-138187号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，专利文献1的方法是根据施加在各驱动轴的扭矩的平均值来计算出负载重量以及重心位置的，无法知道机器人的重心位置。在搬运机器人时或探讨机器人系统的构建时，如果能够知道机器人的重心位置，就不用翻倒机器人，因此方便。

本发明是鉴于以上情况而做出的，目的在于提供一种用户能够轻易知道机器人的重心位置的机器人的重心显示装置、机器人控制装置以及机器人模拟装置。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明提供以下方案。

本发明的一个方案提供一种机器人的重心显示装置，所述机器人的重心显示装置具备：各参数设定部，设定机器人的各轴的构成要素的至少包括重量、重心位置以及尺寸的各参数；姿态设定部，设定所述机器人的各轴的位置信息；机器人图像生成部，根据由该姿态设定部设定的所述机器人的各轴的所述位置信息和在所述各参数设定部设定的所述构成要素的各参数，生成各轴处于所述位置信息所示的位置的状态的所述机器人的三维模型图像；重心位置计算部，根据由所述姿态设定部设定的所述机器人的各轴的所述位置信息和在所述各参数设定部设定的所述构成要素的各参数，计算所述机器人整体的重心位置；图像合成部，在由所述机器人图像生成部生成的所述三维模型图像的由所述重心位置计算部计算出的所述重心位置上，叠加示出所述机器人整体的重心的显示；以及显示部，显示由该图像合成部生成的图像。

根据本方案，若由各参数设定部设定机器人的构成要素的包括重量、重心位置以及尺寸的各参数，且由姿态设定部设定机器人的各轴的位置信息，则由机器人图像生成部生成各轴配置在位置信息所示的位置的状态的机器人的三维图像。然后，根据机器人的各轴的位置信息和构成要素的各参数，由重心位置计算部计算出机器人整体的重心位置，由图像合成部生成在所生成的三维机器人的图像内的重心位置上叠加了示出机器人整体的重心的显示的图像，并显示在显示部上。由此，无论机器人处于哪种姿态，用户都能通过显示部上显示的图像，轻易且直观地知道机器人的重心位置。

在上述方案中，示出所述重心的显示可以包括表示所述机器人整体的重心位置的坐标值。

通过这样，通过显示表示机器人整体的重心位置的坐标值，用户能够更加明确地知道机器人的重心位置。

此外，在上述方案中，也可以由所述重心位置计算部计算出各所述构成要素的重心位置，由所述图像合成部在所述三维模型图像的各所述构成要素的重心位置上，叠加表示各所述构成要素的重心的显示。

通过这样，除了机器人整体的重心位置之外，用户还能够轻易且直观地知道各构成要素的重心位置。

此外，在上述方案中，所述构成要素可以包括安装在所述机器人的前端的负载。

通过这样，安装在机器人的前端的负载当作机器人构成要素的一部分对待，用户能够轻易地知道包括负载的机器人整体的重心位置。

此外，在上述方案中，所也可以由述姿态设定部读入所述机器人的动作程序中所记载的所述机器人的各轴的多组所述位置信息并按时间序列进行设定。

通过这样，当机器人的各轴按照机器人的动作程序，以按时间序列采取多个姿态的方式动作时，通过由姿态设定部设定不同时刻的各轴的位置信息，由机器人图像生成部生成各个时刻的机器人的三维模型图像，并且由重心位置计算部计算出各个时刻的机器人整体的重心位置，进而生成在三维模型图像上叠加了重心的显示的图像。

其结果是，通过将生成的多个图像按时间序列切换并显示，机器人的三维模型图像以画面播放或视频的方式运动，各个姿态下的重心位置也与三维模型图像的动作一起移动。由此，用户能够轻易且直观地知道机器人动作中的重心位置的变化。

此外，在上述方案中，所述机器人的各轴的所述位置信息也可以包括所述机器人的设置角度。

通过这样，即便机器人倾斜设置，也能够计算出设置角度和重心位置。

此外，本发明的其他方案提供一种机器人控制装置，所述机器人控制装置具有上述任一项的机器人的重心显示装置。

此外，本发明的其他方案提供一种机器人模拟装置，所述机器人模拟装置具有上述任一项的机器人的重心显示装置。

发明效果

根据本发明，取得如下效果：机器人的用户能够轻易地知道机器人的重心位置。

附图说明

图1是表示具有本发明的一个实施方式的机器人的重心显示装置的机器人控制装置的框图。

图2是表示图1的重心显示装置的功能框图。

图3是表示图2的重心显示装置的姿态设定部中的输入画面示例的图。

图4是表示与图3的负载设定号码对应地存储的负载的重量以及重心位置信息的一个示例的图。

图5是用于说明由图1的重心显示装置的重心位置计算部进行的重心计算方法的一个示例的机器人模式图。

图6是表示由图1的重心显示装置的图像合成部生成且显示在显示部上的图像的一个示例的图。

图7是表示机器人模拟装置中的重心位置的显示示例的图。

附图标记说明

1 重心显示装置

2 CPU(重心位置计算部、机器人图像生成部、重心显示生成部、图像合成部)

4 ROM(重心位置计算部、机器人图像生成部、重心显示生成部、图像合成部)

6 非易失性存储器(各参数设定部)

10 示教操作盘(姿态设定部)

11 机器人

12 各参数设定部

13 姿态设定部

14 重心位置计算部

15 机器人图像生成部

17 图像合成部

18 显示部

21、22、23、24、25 单元(构成要素)

26 手(构成要素)

27 工件(构成要素、负载)

100 机器人控制装置

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的一个实施方式的机器人的重心显示装置1进行说明。

本实施方式的机器人11的重心显示装置1配备在机器人控制装置100上。

如图1所示，机器人控制装置100具备与总线3并联连接的ROM4、RAM5、非易失性存储器6、示教操作盘接口(I/F)7、轴控制电路8以及重心显示控制部9，总线3与CPU2连接。

在示教操作盘接口7上连接有示教操作盘10。示教操作盘10具有显示功能，操作人员手动操作该示教操作盘10，除了进行机器人的动作程序的编写、修改、注册或各种参数的设定以外，还执行所示教的动作程序的再生运行、微动进给等。

支持机器人11以及机器人控制装置100的基本功能的系统程序存储在ROM4中。此外，根据应用程序而示教的机器人11的动作程序以及相关的设定数据存储在非易失性存储器6中。而且，用于各种处理的程序等数据也存储在非易失性存储器6中。

如图2所示，本实施方式的重心显示装置1具备：各参数设定部12，其用于设定包括机器人11的各轴的构成要素的重量、重心位置以及尺寸的各参数；姿态设定部13，其用于设定机器人11的各轴的位置信息；重心位置计算部14，其用于计算机器人11整体的重心位置；机器人图像生成部15，其用于生成机器人11的三维模型图像；重心显示生成部16，其用于生成重心点的显示；图像合成部17，其用于在三维模型图像上叠加重心点的显示；以及显示部18，其用于显示所合成的图像。

各参数设定部12由图1的非易失性存储器6构成，即，构成机器人11的各轴的构成要素即各连杆部件的长度、重量以及重心位置的数据通过存储在非易失性存储器6中进行设定。

姿态设定部13由图1的示教操作盘10构成，即，通过使用户利用示教操作盘10输入各轴的角度信息，设定各轴的位置信息。由姿态设定部13进行的各轴的角度信息的输入如下进行，例如将图3所示的显示显示在示教操作盘10的显示器10a上，并且输入机器人11的设置角度、各轴的角度以及负载设定号码。

负载设定号码是按照安装在机器人11前端等的工件(负载)或手(构成要素)等的种类来设定的号码。如图4所示，负载设定号码与负载的重量、重心位置等对应地存储在非易失性存储器6中，通过由用户输入，能够读取对应的负载的重量和重心位置。

重心位置计算部14、机器人图像生成部15、重心显示生成部16以及图像合成部17由CPU2以及ROM4构成。

当用户通过示教操作盘10输入重心显示的指令时，重心显示控制部9工作，在示教操作盘10的显示器10a上显示图3所示的输入画面而使用户输入，从构成各参数设定部12的非易失性存储器6中读取构成要素的重量以及重心位置的数据。

机器人图像生成部15根据由重心显示控制部9输入的各轴的角度信息以及读取的构成要素的各连杆部件的长度，利用存储在ROM4中的机器人图像生成程序，使CPU2生成机器人11的三维模型图像。

此外，重心位置计算部14根据由重心显示控制部9读取的构成要素的重量、重心位置的数据以及输入的各轴的角度信息等，利用存储在ROM4中的重心计算程序，使CPU2计算出机器人11整体的重心位置。

参照数1和图5，以具有五个单元(构成要素)21、22、23、24、25，且将手26和工件27安装在前端的三轴机器人11为例，对重心位置计算部14所进行的重心位置计算方法的一个示例进行说明。此时的机器人11整体的重心位置能够根据数1计算出。

数1：

(m≤n，m、n是自然数)

(m≤n，m、n是自然数)

(m≤n，m、n是自然数)

其中，

wn是第n单元的重量；

wh是手26的重量；

ww是工件27的重量；

xg是以机器人11的原点的x坐标x0为基准的机器人11整体的重心位置的x坐标；

yg是以机器人11的原点的y坐标y0为基准的机器人11整体的重心位置的y坐标；

zg是以机器人11的原点的z坐标z0为基准的机器人11整体的重心位置的z坐标；

xn是以机器人11的原点的x坐标x0为基准的第n单元的重心位置的x坐标；

yn是以机器人11的原点的y坐标y0为基准的第n单元的重心位置的y坐标；

zn是以机器人11的原点的z坐标z0为基准的第n单元的重心位置的z坐标；

xh是以机器人11的原点的x坐标x0为基准的手26的重心位置的x坐标；

yh是以机器人11的原点的y坐标y0为基准的手26的重心位置的y坐标；

zh是以机器人11的原点的z坐标z0为基准的手26的重心位置的z坐标；

xw是以机器人11的原点的x坐标x0为基准的工件27的重心位置的x坐标；

yw是以机器人11的原点的y坐标y0为基准的工件27的重心位置的y坐标；

zw是以机器人11的原点的z坐标z0为基准的工件27的重心位置的z坐标。

此外，由于第一单元21固定在地面上，重心位置没有变化，因此以机器人11的原点(x0，y0，z0)为基准的第一单元21的重心位置坐标(x1，y1，z1)利用以机器人11的原点为基准的距离的x、y、z分量(L1gx，L1gy，L1gz)时，为如下所示。

x1＝L1gx、

y1＝L1gy、

z1＝L1gz。

第二单元22是利用第一单元21围绕铅垂轴以旋转角度进行旋转，因此以机器人11的原点(x0，y0，z0)为基准的第二单元22的重心位置坐标(x2，y2，z2)利用以机器人11的原点为基准的距离的x、y、z分量(L2gx，L2gy，L2gz)时，为如下所示。

z2＝L2gz。

第三、第四、第五单元23、24、25为如下所示。

其中：

LJ1是从基于第一单元21的旋转中心至第二单元22的旋转中心的偏移量；

LJ2是通过第二单元22沿铅垂方向摆动的连杆的长度；

LJ2g是从基于第二单元22的旋转中心至第二单元22的重心位置的距离；

LJ3g是从基于第三单元23的旋转中心至第三单元23的重心位置的距离；

LJ4g是从基于第三单元23的旋转中心至第四单元24(手腕)的重心位置的距离；

是基于第二单元22的围绕水平轴的旋转角度；

是基于第三单元23的围绕水平轴的旋转角度。

机器人11整体的重心位置坐标，设定n＝1、m＝5，能够根据数1计算出。第二单元22单体的重心位置坐标，设定n＝m＝2，能够根据数1计算出。此外，由第二单元22和第三单元23组成的复合单元的重心位置坐标，设定n＝2、m＝3，能够根据数1计算出。

重心位置计算部14，例如在图3的输入画面中，在输入各轴的角度信息以及负载设定号码后，通过指定转换箭头进行计算，并显示在显示器10a上。如图3所示，也可以设置逆向转换箭头。由此，在输入负载设定号码以及重心位置后，可以通过指定逆向转换箭头，通过逆向转换来求出各轴的位置信息。

重心显示生成部16构成为：重心显示控制部9使CPU2生成重心显示图像，该重心显示图像是将例如预先存储的球体等图像配置在由重心位置计算部14计算出的机器人11整体的重心位置上。

图像合成部17构成为：重心显示控制部9使CPU2对由机器人图像生成部15生成的机器人11的三维模型图像、和由重心显示生成部16生成的配置在机器人11整体的重心位置上的重心显示图像进行合成，从而生成合成图像。

然后，CPU2所生成的合成图像由重心显示控制部9经由示教操作盘接口7发送到示教操作盘10，如图6所示，显示在示教操作盘10的显示器10a上。

根据如此构成的本实施方式的机器人11的重心显示装置1，用户仅通过输入用于达成希望确认重心位置的机器人11的姿态的各轴的角度信息，并选择负载，就能够在显示器10a上轻易且直观地确认在采取该姿态的机器人11的三维模型图像上叠加了示出重心的显示的图像。因此，具有以下优点：在搬运机器人11时或探讨机器人系统的构建时，能够知道机器人11的重心位置，并且能够对机器人11的翻倒等防患于未然。

此外，如上所述，通过输入机器人11的设置角度，即便在机器人倾斜设置的情况下，也能够考虑设置角度而计算出重心位置。

此外，在本实施方式中，作为各参数设定部12，举例说明了由非易失性存储器6构成的情况，但是也可以设定为由用户从示教操作盘10输入。

此外，作为姿态设定部13，设定为由用户从示教操作盘10输入，但取而代之，也可以设为读取由用户指定的机器人动作程序的各个步骤中的各轴的角度信息并按时间序列进行设定。

即，每次从机器人动作程序读取各步骤中的各轴的角度信息时，都会进行以下处理：由机器人图像生成部15生成机器人11的三维模型图像；由重心位置计算部14计算出机器人11整体的重心位置；由重心显示生成部16生成重心的显示；以及由图像合成部17合成图像，并显示在显示部18上。由此，机器人11的三维模型图像以画面播放或视频的方式运动，在每个姿态下的重心位置也与三维模型图像的动作一起移动，因此具有如下优点：用户能够轻易且直观地知道机器人11的动作中的重心位置的变化。

此外，在本实施方式中，重心显示生成部16设定为在重心位置上生成表示重心的球体状的显示，但是显示的形状不限于球体状，可以是任意形状。而且，如图6所示，也可以在球体状等的重心的显示的基础上，进一步用文字来显示重心的坐标值。通过这样，用户能够更加准确地确认重心的位置。

此外，在本实施方式中，设定为显示机器人11整体的重心，除此之外，也可以例如图6所示显示各轴的单元21、22、23、24、25的重心位置P1、P2、P3。

此外，在本实施方式中，对机器人控制装置100上配备重心显示装置1的情况进行了说明，但取而代之，重心显示装置1也可以配备在未与机器人11连接的模拟装置上。通过这样，如图7所示，能够应用在模拟性探讨设想难以准备的大型的负载(例如汽车或用于操纵该汽车的手)等的机器人11的每个姿态的重心位置P1、P2、P3的情况等。

Claims (8)

1.一种机器人的重心显示装置，其特征在于，具备：

各参数设定部，设定机器人的各轴的构成要素的各参数，其中，所述构成要素包括各连杆部件，所述各参数至少包括重量、重心位置以及尺寸；

姿态设定部，设定所述机器人的各轴的位置信息；

机器人图像生成部，根据由该姿态设定部设定的所述机器人的各轴的所述位置信息和在所述各参数设定部设定的所述构成要素的各参数，生成各轴处于所述位置信息所示的位置的状态的所述机器人的三维模型图像；

重心位置计算部，根据由所述姿态设定部设定的所述机器人的各轴的所述位置信息和在所述各参数设定部设定的所述构成要素的各参数，计算所述机器人整体的重心位置；

图像合成部，在由所述机器人图像生成部生成的所述三维模型图像的由所述重心位置计算部计算出的所述重心位置上，叠加示出所述机器人整体的重心的显示；以及

显示部，显示由该图像合成部生成的图像。

2.根据权利要求1所述的机器人的重心显示装置，其特征在于，

示出所述重心的显示包括表示所述机器人整体的重心位置的坐标值。

3.根据权利要求1或2所述的机器人的重心显示装置，其特征在于，

所述重心位置计算部计算出各所述构成要素的重心位置，

所述图像合成部在所述三维模型图像的各所述构成要素的重心位置上，叠加表示各所述构成要素的重心的显示。

4.根据权利要求1或2所述的机器人的重心显示装置，其特征在于，

所述构成要素还包括安装在所述机器人的前端的负载。

5.根据权利要求1或2所述的机器人的重心显示装置，其特征在于，

所述姿态设定部读入所述机器人的动作程序所记载的所述机器人的各轴的多组所述位置信息并按时间序列进行设定。

6.根据权利要求1或2所述的机器人的重心显示装置，其特征在于，

所述机器人的各轴的所述位置信息包括所述机器人的设置角度。

7.一种机器人控制装置，其特征在于，

具有权利要求1～6中任一项所述的机器人的重心显示装置。

8.一种机器人模拟装置，其特征在于，

具有权利要求1～6中任一项所述的机器人的重心显示装置。