CN107598966A - 机器人的不合格部件诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于机器人的不合格部件诊断装置，能够在定位误差较大时简单且容易地确定需要更换的部件的位置。机器人的不合格部件诊断装置(1)包括：位置测量部(8)，具有目标物以及拍摄该目标物的传感器(8)，将目标物或者传感器(8)的其中一个安装于机器人，另一个配置于所述机器人的外部，在所述机器人的多个姿势中，通过所述传感器测量所述目标物的位置；误差计算部(9)，基于测量到的目标物的位置，计算出机器人的定位误差；参数计算部(5)，当计算出的定位误差超过预定的阈值时，基于由位置测量部(8)针对每个姿势测量到的目标物的位置，计算出机器人的各运动轴的机构参数；以及不合格部件确定部(6)，将计算出的机构参数的算出值与用于实现各姿势的机构参数的设定值的差值最大的运动轴确定为原因部位。

Description

机器人的不合格部件诊断装置及方法

技术领域

本发明涉及一种机器人的不合格部件诊断装置及方法。

背景技术

目前，公开有计测机器人的定位误差并进行校正的装置以及方法(例如，参照专利文献1)。

该装置以及方法是在工作台或机器人前端的其中一个上配置目标物，根据由配置在另一个上的测量仪测量到的与目标物之间的距离和机器人的动作命令值，求出连杆参数误差，从而推测出机器人前端的定位误差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-174453号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，专利文献1公开的装置以及方法虽然可以推测出定位误差，但当推测出的定位误差较大时，却无法容易地确定是机器人的哪个部件导致定位误差较大。

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种用于机器人的不合格部件诊断装置以及方法，在定位误差较大时也能够简单且容易地确定需要更换的部件的位置。

解决技术问题的手段

为了实现上述目的，本发明提供如下手段。

本发明的一方面提供一种机器人的不合格部件诊断装置，其包括：位置测量部，具有目标物以及拍摄该目标物的传感器，将所述目标物或者所述传感器的其中一个安装于机器人，另一个配置于所述机器人的外部，在所述机器人的多个姿势中，利用所述传感器测量所述目标物的位置；误差计算部，基于通过所述位置测量部测量到的所述目标物的位置，计算出所述机器人的定位误差；参数计算部，当由所述误差计算部计算出的所述定位误差超过预定的阈值时，基于由所述位置测量部针对每个所述姿势测量到的所述目标物的位置，计算出所述机器人的各运动轴的机构参数；以及，不合格部件确定部，将由所述参数计算部计算出的所述机构参数的算出值与用于实现各所述姿势的所述机构参数的设定值之间的差值最大的所述运动轴确定为原因部位。

根据本方面，目标物或者传感器的其中一个安装于机器人，另一个配置于机器人的外部，在将机器人定位于事先设定的多个测量姿势的状态下，通过位置测量部的传感器测量目标物的位置，并在误差计算部中基于测量到的目标物的位置计算出机器人的定位误差。当机器人的定位误差超过预定的阈值时，机器人的构成部件中很有可能存在某种故障，因此需要确定是哪个构成部件存在故障。

为此，参数计算部基于位置测量部测量到的目标物的位置，从而针对机器人的每个姿势计算出机器人的各运动轴的机构参数，并通过不合格部件确定部将算出值与设定值之间的差值最大的运动轴确定为原因部位。通过这样，很容易地显示出被确定的运动轴附近存在故障部件这一点，因此能够容易地进行部件的更换等的相应处理。

在上述方面中，还可以为，所述不合格部件确定部利用以任意一个所述运动轴为判断轴的由所述参数算出部算出的所述机构参数的所述算出值，并利用其他运动轴的所述机构参数的所述设定值，从而计算出所述机器人的所述定位误差，然后将计算出的所述定位误差最小的所述判断轴确定为所述原因部位。

通过这样，将根据由传感器测量出的机器人的每个姿势的测量结果求出的各运动轴的机构参数一个一个地分别用作判断轴的机构参数，并将剩余的设为机构参数的设定值，从而计算出定位误差，此时，定位误差最小的判断轴被确定为原因部位。

即，在将所有的运动轴的机构参数设为用于实现各姿势的设定值时，当任一部件出现故障而使定位误差增大时，通过仅将对应于故障部件的运动轴的机构参数设为根据传感器的测量结果求出的机构参数，则计算出的定位误差就能够大幅降低。因此，通过将这样的运动轴确定为原因部位，从而能够更加准确地确定需要更换的部件。

并且，本发明的另一方面提供一种机器人的不合格部件诊断方法，其包括：位置测量步骤，将目标物或者拍摄该目标物的传感器的其中一个安装于机器人，另一个配置于所述机器人的外部，在所述机器人的多个姿势中，利用所述传感器测量所述目标物的位置；误差计算步骤，基于通过所述位置测量步骤测量到的所述目标物的位置，计算出所述机器人的定位误差；误差判断步骤，判断通过该误差计算步骤计算出的所述定位误差是否超过预定的阈值；参数计算步骤，当在所述误差判断步骤中判断所述定位误差超过所述阈值时，基于由所述位置测量步骤针对每个所述姿势测量到的所述目标物的位置，计算出所述机器人的各运动轴的机构参数；以及，不合格部件确定步骤，将通过所述参数计算步骤计算出的所述机构参数的算出值与用于实现各所述姿势的所述机构参数的设定值之间的差值最大的所述运动轴确定为原因部位。

在上述方面中，还可以为，所述不合格部件确定步骤利用以任意一个所述运动轴为判断轴的由所述参数计算步骤计算出的所述机构参数的所述算出值，并利用其他运动轴的所述机构参数的所述设定值，计算出所述机器人的所述定位误差，并将计算出的所述定位误差最小的所述判断轴确定为所述原因部位。

发明的效果

根据本发明，可以实现当定位误差较大时简单且容易地确定需要更换的部件的位置的技术效果。

附图说明

图1是示出具有根据本发明的一实施方式的机器人的不合格部件诊断装置的机器人系统的整体构成图。

图2是示出图1示出的机器人的不合格部件诊断装置的框图。

图3是说明采用图1示出的机器人的不合格部件诊断装置的不合格部件诊断方法的流程图。

图4是说明图3示出的不合格部件诊断方法的位置测量步骤的流程图。

图5是说明图3示出的不合格部件诊断方法的机构参数计算步骤的流程图。

图6是说明图3示出的不合格部件诊断方法的不合格部件确定步骤的流程图。

具体实施方式

下面参照附图说明根据本发明的一实施方式的机器人2的不合格部件诊断装置1以及方法。

如图1和图2所示，根据本实施方式的机器人2的不合格部件诊断装置1配备在机器人系统中，该机器人系统具有机器人2以及控制该机器人2的动作的机器人控制装置3，其中，不合格部件诊断装置1包括：误差测量部4，用于测量机器人2的定位误差；参数计算部5，当通过该误差测量部4测量到的定位误差大于预定的阈值时，计算出各运动轴的机构参数；以及不合格部件确定部6，根据该参数计算部5计算出的机构参数来确定成为加大定位误差的原因的部件。图中标记7是教学操作面板。

如图1以及图2所示，误差测量部4具有：固定在机器人2前端的目标物O、固定于机器人2外部(例如，地板)的能够拍摄目标物的位置上的摄像头(传感器、位置测量部)8、以及误差计算部9，其基于从机器人控制装置3得到的机器人2的各运动轴的位置信息和通过摄像头8获取的图像信息来计算出定位误差。

具体地，误差计算部9基于机器人2采取事先设定的N个测量姿势时的各运动轴的马达所具有的编码器的角度检测值，演算出目标物O的位置，并且基于通过摄像头8获取的图像演算出目标物O与摄像头8的位置关系，根据演算出的目标物O的位置和目标物O与摄像头8的位置关系，演算出采取N个测量姿势时每个姿势的摄像头8的设置位置。之后，误差计算部9将被演算出的N个摄像头8的设置位置的标准偏差σ0作为定位误差计算出来。

参数算出部5设置为判断N个摄像头8的设置位置的标准偏差σ0是否超过预定的阈值ε。当标准偏差σ0超过阈值ε时，判断为存在需要更换的部件。并且，当标准偏差σ0小于或等于阈值ε时，判断为不存在需要更换的部件。

当判断存在需要更换的部件时，参数计算部5利用由误差测量部4计算出的N个摄像头8的设置位置，按照公知的方法，计算出N个测量姿势中的每个姿势的机器人2的机构参数。作为上述的公知的方法，例如有R.Bernhardt“Robot Calibration”KLUWER ACADEMICPUBLISHERS ISBN 0-412-49140-0中记载的方法或者Hanqi Zhuang，Zvi S.Roth“Camera-Aided Robot Calibration”CRC Press中记载的方法等。这种情况下，例举出成为加大定位误差的原因的所有机构参数。

作为机构参数，例如有表示机器人2的各连杆的几何状态的DH参数或者校正机器人2挠曲的弹簧常数等通过校准处理的参数。

在这里，为了便于说明，设定机器人2的所有的运动轴是使连杆实现相对旋转的旋转轴，作为机构参数，采用各运动轴的DH参数(d、a、θ、α)。其中，d是连杆之间的距离，a是运动轴之间的距离，θ是连杆之间的夹角，α是连杆的扭转角。并且，假设成为加大定位误差的原因的机构参数的数量L与机器人2的运动轴的数量一致。

不合格部件确定部6检测由参数计算部5计算出的N个测量姿势中的每个姿势的各运动轴的机构参数中，与用于实现各测量姿势的设定值之间的差值的绝对值最大的机构参数，从而将被检测到的机构参数所属的运动轴附近的部件确定为需要更换的部件。

下面对具有上述构成的采用根据本实施方式的机器人2的不合格部件诊断装置1的不合格部件诊断方法进行说明。

如图3所示，根据本实施方式的不合格部件诊断方法包括：位置测量步骤S1，测量摄像头8的设置位置；误差计算步骤S2，计算摄像头8的设置位置的标准偏差σ0；判断步骤(误差判断步骤)S3，判断标准偏差σ0是否超过预定的阈值ε；参数计算步骤S4，当判断标准偏差σ0大于预定的阈值ε时，计算机构参数；以及不合格部件确定步骤S5，基于计算出的机构参数来确定不合格部件。

如图4所示，位置测量步骤S1进行数值n的初始化(步骤S11)，将机器人2设定为第n个测量姿势(步骤S12)，获取来自编码器的各运动轴的马达的角度检测值(步骤S13)，通过摄像头8获取目标物O的图像(步骤S14)，计算出第n个摄像头8的设置位置(步骤S15)，增大数值n(步骤S16)，判断数值n是否大于N(步骤S17)，当数值n小于或等于N时重复从步骤S12起的工序。

如图5所示，参数计算步骤S4进行数值n的初始化(步骤S21)，并且初始化数值c(步骤S22)。用于实现第n个测量姿势的各运动轴的机构参数的设定值Rns＝(rn1s，rn2s，…，rnLs)为已知数，将所有的运动轴的机构参数设为设定值(步骤S23～S26)。之后，在位置测量步骤S1中，根据由摄像头8测量到的第n个测量姿势的目标物O的位置，通过倒算仅求出第c个运动轴的机构参数rnc(步骤S27)。

之后，增大数值c(步骤S28)，判断数值c是否大于L(步骤S29)，当数值c小于或等于L时，重复从步骤S23起的工序。另一方面，当数值c大于L时，增大数值n(步骤S30)，判断数值n是否大于N(步骤S31)，当数值n小于或等于N时，重复从步骤S22起的工序。

通过这样，针对N个测量姿势，生成根据由摄像头8获取的图像仅计算出任意一个机构参数并作为剩余的机构参数设置设定值的L个机构参数群。

如图6示出，不合格部件确定步骤S5进行数值n的初始化(步骤S41)，设定Dn0＝0(步骤S42)，并且初始化数值i(步骤S43)。接着，计算出步骤S27中计算的机构参数rni与对应的设定值rnis之间的差值的绝对值Dni(步骤S44)。

判断计算出的差值的绝对值Dni是否大于前一个差值的绝对值Dni-1(步骤S45)，当Dni更大时，将差值的绝对值Dni作为下一个循环的初始值Dn+1、即0而存储起来(步骤S46)，将数值i作为Imax设置(步骤S47)。增大数值i(步骤S48)，判断数值i是否大于L(步骤S49)，当小于或等于L时，重复从步骤S44起的工序。当大于L时，增大数值n(步骤S50)，判断数值n是否大于N(步骤S51)，当数值n小于或等于N时，重复从步骤S43起的工序。

通过这样，确定出机构参数的差值的绝对值最大的轴编号Imax。即，当根据由摄像头8获取的实际目标物O的位置计算出的机构参数与使机器人2实现该测量姿势的设定值大幅背离时，可以将其确定为存在不合格部件的运动轴。

这样，根据本实施方式的机器人2的不合格部件诊断装置1以及方法，当机器人2的定位误差较大时，也能够简单且容易地将成为加大定位误差的主要原因的部件确定为需要更换的运动轴(原因部位)。因此，具有以下优点：能够防止由于校准将定位误差缩小到预定范围而导致原本需要更换的部件上市的不合理现象的发生。

需要说明的是，在本实施方式中，误差测量部4具有固定在机器人2的前端的目标物O以及固定在机器人2外部的摄像头8，但还可以在机器人2的前端配置摄像头8，机器人2的外部配置目标物O。

并且，在本实施方式中，通过不合格部件指定部6检测针对N个测量姿势计算出的各运动轴的机构参数中与标准值的差值的绝对值最大的机构参数，从而将检测到的机构参数所属的运动轴附近的部件确定为需要更换的部件，但是，还可以通过以下方法来确定，以此来代替上述方法。

即，按照图5的流程图，还可以利用根据由摄像头8测量到的N个测量姿势中的目标物O位置通过倒算仅求出指定的运动轴的机构参数分别计算出摄像头8的设置位置，并且计算出其标准偏差，将计算出的标准偏差最小的运动轴(判断轴)确定为成为加大定位误差的主要原因的、需要更换部件的运动轴(原因部位)。

并且，在本实施方式中，作为机构参数例举了DH参数，但是，还可以采用其他任意的机构参数来代替该参数。这种情况下，为了比较不同单位的机构参数与设定值的差值的大小关系，可以事先适当地设定单位比例尺，直接比较数值。

附图标记

1：不合格部件诊断装置

2：机器人

5：参数计算部

6：不合格部件确定部

8：摄像头(传感器，位置测量部)

9：误差计算部

O：目标物

ε：阈值

S1：位置测量步骤

S2：误差计算步骤

S3：判断步骤(误差判断步骤)

S4：参数计算步骤

S5：不合格部件确定步骤

Claims (4)

1.一种用于机器人的不合格部件诊断装置，其包括：

位置测量部，具有目标物以及拍摄所述目标物的传感器，将所述目标物或者所述传感器的其中一个安装于机器人，另一个配置于所述机器人的外部，在所述机器人的多个姿势中，利用所述传感器测量所述目标物的位置；

误差计算部，基于通过所述位置测量部测量到的所述目标物的位置，计算出所述机器人的定位误差；

参数计算部，当由所述误差计算部计算出的所述定位误差超过预定的阈值时，基于由所述位置测量部针对每个所述姿势测量到的所述目标物的位置，计算出所述机器人的各运动轴的机构参数；以及

不合格部件确定部，将由所述参数计算部计算出的所述机构参数的算出值与用于实现各所述姿势的所述机构参数的设定值之间的差值最大的所述运动轴确定为原因部位。

2.根据权利要求1所述的机器人的不合格部件诊断装置，其中，

所述不合格部件确定部，利用以任意一个所述运动轴为判断轴的由所述参数计算部计算出的所述机构参数的所述算出值并利用其他运动轴的机构参数的所述设定值，计算出所述机器人的所述定位误差，并将计算出的所述定位误差最小的所述判断轴确定为所述原因部位。

3.一种机器人的不合格部件诊断方法，其包括：

位置测量步骤，将目标物或者拍摄所述目标物的传感器的其中一个安装于机器人，另一个配置于所述机器人的外部，在所述机器人的多个姿势中，利用所述传感器测量所述目标物的位置；

误差计算步骤，基于通过所述位置测量步骤测量到的所述目标物的位置，计算出所述机器人的定位误差；

误差判断步骤，判断通过所述误差计算步骤计算出的所述定位误差是否超过预定的阈值；

参数计算步骤，当在所述误差判断步骤中判断所述定位误差超过所述阈值时，基于由所述位置测量步骤针对每个所述姿势测量到的所述目标物的位置，计算出所述机器人的各运动轴的机构参数；以及

不合格部件确定步骤，将通过所述参数计算步骤计算出的所述机构参数的算出值与用于实现各所述姿势的所述机构参数的设定值之间的差值最大的所述运动轴确定为原因部位。

4.根据权利要求3所述的机器人的不合格部件诊断方法，其中，

所述不合格部件确定步骤，利用以任意一个所述运动轴为判断轴的由所述参数计算步骤计算出的所述机构参数的所述算出值并利用其他运动轴的机构参数的所述设定值，计算出所述机器人的所述定位误差，并将计算出的所述定位误差最小的所述判断轴确定为所述原因部位。