CN108214454B - 机器人系统、机器人控制装置及机器人控制方法 - Google Patents

机器人系统、机器人控制装置及机器人控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可以考虑各机器人的位置偏差并适当地示教多个机器人的协调控制的机器人系统、机器人控制装置及控制方法。检测先导机器人的第一工件的把持偏差，并计算用于修正该偏差的第一修正量。另外检测追踪机器人的第二工件的把持偏差，并计算用于修正该偏差的第二修正量。在协调控制时，使用第一修正量来修正先导机器人的被示教的位置姿势，并使用第一修正量以及第二修正量这双方来修正跟踪机器人的被示教的位置姿势。

Description

机器人系统、机器人控制装置及机器人控制方法
技术领域
本发明涉及包括多个机器人的机器人系统、该机器人系统中的机器人控制装置以及机器人控制方法。
背景技术
当在生产现场等中使用多个机器人时，有时配合把持工件的先导机器人的动作，进行控制具备了作业工具的追踪机器人的位置或速度的协调控制。在这样的协调控制中，有时会使用以下方法，即根据被固定/设定在先导机器人的最终轴上的坐标系，用户示教追踪机器人的相对位置以及速度。
在使用多个机器人的协调作业中，为了进行正确的作业，可能需要检测机器人间的位置偏差并进行修正。作为与此关联的现有技术，例如在日本特开2010-274396号公报中记载了以下技术，即考虑使用惯性传感器来检测在定位机器人与作业机器人的协调作业时可能产生的位置偏差并进行修正。
在日本特开平09-207088号公报中记载有能够简单地求得多个机器人进行协调动作时所需要的机器人坐标系间的转换矩阵的机器人间坐标转换矩阵的设定方式、以及修正转换时的误差的修正方式。
另外在日本特开2004-114161号公报中记载了一种双臂机器人装置的控制装置，其考虑抑制在双臂机器人的协调动作时产生的相对误差，并更加高速、准确地执行协调动作的情况。
进而，在日本特开2004-249391号公报中公开了一种工件运送装置，其能够以不使机器人停止的方式来观测机械手的工件把持状态，并且不需要专用的传送带，并进一步记载了预先存储机器人的机械手的工件的预定把持状态的单元、对该预定的把持状态与通过视觉传感器识别出的把持状态进行比较并求出误差的单元、以及根据该误差来修正机器人的工件运送目的地的位置的单元。
在包括多个机器人的系统中，存在以下情况，例如2个机器人独立地进行动作并分别把持工件，之后进行所谓的协调控制，即一边保持2个工件的相对位置以及姿势，一边协调2个机器人并使其进行动作。但是，在各个机器人独立地修正了自身的位置偏差时，有时在协调控制时修正后的两个机器人的相对位置关系会发生变化。例如在针对各个机器人分别把持工件时可能产生的把持偏差而独立地应用了修正时，会存在以下情况，即在已开始协调控制时，不能够保持其前一个示教时的工件间的相对位置姿势关系。
发明内容
本公开的一个方式为提供一种机器人系统，该机器人系统构成为：包括先导机器人以及追踪机器人，并且能够进行使上述追踪机器人追踪上述先导机器人的动作而进行动作的协调控制的示教，其中，该机器人系统具备：第一检测部，其对上述先导机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第一位置姿势的第一偏差进行检测；第一修正部，其根据上述第一偏差来修正上述先导机器人的位置姿势；第二检测部，其对上述追踪机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第二位置姿势的第二偏差进行检测；以及第二修正部，其至少根据上述第二偏差来修正上述追踪机器人的位置姿势，正在进行上述协调控制的期间，上述第二修正部根据上述第一偏差以及上述第二偏差的双方来修正上述追踪机器人的位置姿势。
本公开的另一方式为提供一种机器人控制装置，其包括在机器人系统中，该机器人系统构成为：包括先导机器人以及追踪机器人，并且能够进行使上述追踪机器人追踪上述先导机器人的动作而进行动作的协调控制的示教，其中，该机器人控制装置具备：第一修正部，其根据上述先导机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第一位置姿势的第一偏差来修正上述先导机器人的位置姿势；以及第二修正部，其至少根据上述追踪机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第二位置姿势的第二偏差来修正上述追踪机器人的位置姿势，正在进行上述协调控制的期间，上述第二修正部根据上述第一偏差以及上述第二偏差的双方来修正上述追踪机器人的位置姿势。
本公开的又一方式为提供一种机器人系统中的机器人控制方法，该机器人系统构成为：包括先导机器人以及追踪机器人，并且能够进行使上述追踪机器人追踪上述先导机器人的动作而进行动作的协调控制的示教，其中，包括以下步骤：对上述先导机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第一位置姿势的第一偏差进行检测；根据上述第一偏差来修正上述先导机器人的位置姿势；对上述追踪机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第二位置姿势的第二偏差进行检测；以及正在进行上述协调控制的期间，根据上述第一偏差以及上述第二偏差的双方来修正上述追踪机器人的位置姿势。
附图说明
通过说明添加附图相关联的以下的实施方式，能够进一步明确本发明的目的、特征以及优点。附图说明如下所示。
图1是表示本发明的优选实施方式所涉及的机器人系统的概略结构例的图。
图2是表示图1的机器人系统中的处理一例的流程图。
图3是对在图1的机器人系统中的、伴随着工件把持偏差的机器人的位置姿势的修正进行说明的图。
具体实施方式
图1是表示本发明的优选实施方式所涉及的使用多个(图示例中为2个)机器人进行协调作业的机器人系统的概略结构例的图。系统10构成为包括先导(第一)机器人12以及追踪(第二)机器人14，并能够进行协调控制的示教，该协调控制是使追踪机器人14追踪先导机器人12的动作而进行动作。另外先导机器人12以及追踪机器人14的动作分别由第一机器人控制装置16以及第二机器人控制装置18来控制。此外图1中第一机器人控制装置16以及第二机器人控制装置18被记载为单独的装置，但是实质上也可以通过一个机器人控制装置来控制先导机器人12以及追踪机器人14这双方。
先导机器人12是6轴多关节机器人，其至少具有一个驱动轴，例如具有能够围绕大致垂直方向的轴线进行旋转的转动体20、可旋转地设置在转动体20上的上臂22、可旋转地设置在上臂22上的前臂24、以及可旋转地设置在前臂24的前端上的腕轴26的6轴多关节机器人。先导机器人12的各轴进行旋转，从而能够移动/控制先导机器人12的前端位置。在本实施方式中，腕轴26相当于最终轴(末端轴)，并相对于该最终轴设定第一工具坐标系28。
追踪机器人14至少具有一个驱动轴，例如是具有能够围绕大致垂直方向的轴线进行旋转的转动体30、可旋转地设置在转动体30上的上臂32、可旋转地设置在上臂32上的前臂34、以及可旋转地设置在前臂34的前端上的腕轴36的6轴多关节机器人。追踪机器人14的各轴进行旋转，从而能够移动/控制追踪机器人14的前端位置。在本实施方式中，腕轴36相当于最终轴(末端轴)，并相对于该最终轴设定第二工具坐标系38。此外工具坐标系也称为机械手坐标系。
机器人系统10具有：第一检测部42，其根据在先导机器人12上固定或定义的第一基准坐标系(基础坐标系)40，来对相对于预先决定的第一位置姿势的先导机器人12的被示教的位置姿势的第一偏差进行检测。例如第一检测部42具有安装在先导机器人12的前臂24上的二维照相机或三维照相机，可以通过对该照相机的摄像结果(图像等)进行图像处理来定量地求出第一偏差。但是第一检测部42如果能够检测出第一偏差，则也可以是设置在固定位置上的照相机或传感器等其他任何单元。另外机器人系统10具有根据检测出的第一偏差来修正先导机器人12的位置姿势的第一修正部，但是第一修正部例如能够以CPU的形式组装到第一机器人控制装置16内。或者，第一修正部也可以作为与机器人控制装置不同的个人电脑等装置。
另外，机器人系统10具有：第二检测部46，其根据在追踪机器人14上固定或定义的第二基准坐标系(基础坐标系)44，来对相对于预先决定的第二位置姿势的追踪机器人14的被示教的位置姿势的第二偏差进行检测。例如第二检测部46具有安装在追踪机器人14的前臂34上的二维照相机或三维照相机，可以通过对该照相机的摄像结果(图像等)进行图像处理来定量地求出第二偏差。但是第二检测部46如果能够检测出第二偏差，则也可以是设置在固定位置上的照相机或传感器等其他任何单元。另外机器人系统10至少具有根据第二偏差来修正追踪机器人14的位置姿势的第二修正部，但是第二修正部例如能够以CPU的形式组装到第二机器人控制装置18内。或者，第二修正部也可以作为与机器人控制装置不同的个人电脑等装置。
此外本申请说明书的“位置姿势”的用语表示机器人的(工具前端点等代表点的)位置以及姿势，但是在上述第一或第二偏差的修正时不需要考虑机器人的姿势的情况等中只表示位置的意思，相反在第一或第二偏差的修正时不需要考虑机器人的位置的情况等中只表示姿势的意思。
第二修正部在没有进行先导机器人12和追踪机器人14的协调控制期间，可以只根据第二偏差来修正追踪机器人14的位置姿势，但是在进行协调控制期间，将根据第一偏差以及第二偏差这双方来修正追踪机器人14的位置姿势。下面，参照图2以及图3来说明该情况。
这里，如图1所示，相互独立地执行以下动作：使先导机器人12保持第一工件50并移动到第一位置PL，使追踪机器人14保持第二工件52并移动到第二位置PF的动作，然后执行以下示教，即一边维持两工件间的相对位置姿势关系，一边进行协调控制直到下一个位置为止。另外这里的“保持”除了基于把手型的机械手的把持之外，还包括基于磁力的吸附或基于真空的吸引等。另外“两工件间的相对位置姿势关系的维持”中除了在两工件相互抵接的状态下(对接状态)使一个工件相对于另一个工件不移动的情况外，还包括即使在两工件相互分离的状态下使相对于一个工件的另一个工件的相对位置姿势不发生变化的情况。
图2是说明包括机器人系统10的协调控制的处理(机器人控制方法)的一例的流程图。首先先导机器人12以及追踪机器人14移动到第i个的示教点P[i](步骤S1)，接着先导机器人12以及追踪机器人14分别把持第一工件50以及第二工件52(步骤S2)。此外示教点P[i]可以通过由用户输入到各个控制装置等来生成/示教，也可以通过由各个控制装置等读入预先决定的机器人程序等中所记载的内容来自动地生成/示教。
这里，考虑以被固定(定义)在先导机器人12的最终轴(终端轴)上的第一工具坐标系28为基准示教进行协调控制的追踪机器人14的位置姿势的情况。此时，可以根据以下的数学式(1)来计算追踪机器人14的示教点X。此外例如可以通过4行4列的齐次转换矩阵来表示位置X、PL以及PF，[Inv]表示逆矩阵。
X＝Inv(PL)·PF……(1)，
接着，使用第一检测部42来检测先导机器人12的第一偏差(这里为第一工件50的把持偏差)，并使用第二检测部46来检测追踪机器人14的第二偏差(这里为第二工件52的把持偏差)(步骤S3)。此时，如图3所示，考虑在先导机器人12以及追踪机器人14中的至少一方(图3中双方)中产生了工件的把持偏差的情况。此时，通过第一检测部42检测出先导机器人12上的第一工件50的把持偏差，并计算用于修正该把持偏差的第一修正量TL，同样地通过第二检测部46检测出追踪机器人14的第二工件52的把持偏差，并计算用于修正该把持偏差的第二修正量TF(步骤S4)。
接着，使用在步骤S4求出的修正量TL来修正示教点P[i]的先导机器人12的位置姿势(步骤S7)。另外，对于追踪机器人14首先判定示教点P[i]的示教是否是协调控制的对象(步骤S8)，在不是协调控制的对象的情况下，使用在步骤S4求出的修正量TF来修正示教点P[i]的追踪机器人14的位置姿势(步骤S9)。另一方面，在是协调控制的对象的情况下，使用在步骤S4求出的修正量TL以及TF来修正示教点P[i]的追踪机器人14的位置姿势(步骤S10)。也就是说，在进行协调控制时，使用修正量TL以及TF这双方来修正相对于先导机器人12(的工具坐标系28)的追踪机器人14的相对位置姿势。
更具体地说，由于可以通过PL/TL来表示以修正量TL进行修正后的先导机器人12的位置姿势，从而可以通过PF/TF来表示以修正量TF进行修正后的追踪机器人14的位置姿势，所以可以根据以下的数学式(2)来计算步骤S10的跟踪机器人14的示教点X’。此外例如也可以通过4行4列的齐次转换矩阵来表示修正量TL以及TF。
X’＝Inv(TL)·X·TF
＝Inv(PL·TL)·(PF·TF)……(2)，
最后，在步骤S11，各机器人移动到分别考虑了把持偏差的位置(修正后的示教位置P[i])。重复步骤S7～S11的处理直到i到达预先决定好的示教点的数N为止(步骤S5～S6)。
如图1所示，在根据固定在先导机器人12的最终轴(这里为腕轴26)上的工具坐标系28来示教追踪机器人14的目标位置时，由于在示教阶段与把持偏差相关的修正量是未知的，因此过去由用户生成事先考虑了这个情况的示教点是困难的。但是在本实施方式中，由于可以考虑双方的机器人的修正量并修正/变更追踪机器人14的示教点，所以即使在修正了把持偏差后的协调控制中也可以保持与示教时相同的工件间的相对关系。
如过去那样，在由先导机器人和追踪机器人分别独立地检测自己的把持偏差并进行修正的情况下都可以无故障地进行，直到将两个机器人所把持的各自的工件移动到预定的状态(例如合并状态)为止。但是之后，如果维持两个工件的合并状态(相对的位置关系)保持不变而进行两个机器人的协调动作的话，则没有考虑先导机器人12的把持偏差的追踪机器人14的动作不能够正确地追踪先导机器人12的动作，两个工件的相对位置关系发生变化，对工件作用过度的力，从而会产生破损等故障。
但是在本实施方式中，在进行协调控制期间，不仅考虑追踪机器人14的把持偏差，如果有先导机器人12的把持偏差也考虑它，从而可以修正追踪机器人14相对于先导机器人12的相对位置姿势(示教点)。因此，即使在执行协调控制时，也可以准确地维持合并状态等保持不变而使追踪机器人14追踪先导机器人12。
此外在上述实施方式中，说明了先导机器人12以及追踪机器人14分别把持独立的工件的例子，但是在协调控制中，在由先导机器人12以及追踪机器人14一边把持一个工件的不同部位一边运送该工件的情况下、和在由先导机器人12以及追踪机器人14中的一方把持工件(作业对象物)并由另一方的工件保持研磨工具等作业工具，通过该作业工具对该工件进行加工等的作业的情况下，也可以应用本发明。在任意情况下都可以由追踪机器人进行考虑过先导机器人的位置姿势的偏差的修正，由此可以防止对工件作用过度的力、或者使工件的加工部位偏离预定位置的情况。
根据上述本公开的方式，根据先导机器人的第一偏差以及追踪机器人的第二偏差这双方来修正追踪机器人的位置姿势，所以即使在示教时刻希望考虑未知的修正量的情况的协调控制中，也可以进行容易且准确的示教。

Claims (3)

1.一种机器人系统，其构成为：包括先导机器人以及追踪机器人，并且能够进行协调控制的示教，该协调控制的示教是指：上述先导机器人和上述追踪机器人分别把持第一工件和第二工件而相互独立地移动至规定位置，然后，一边维持第一工件和第二工件之间的相对的位置姿势关系，一边使上述追踪机器人追踪上述先导机器人的动作而进行动作，其特征在于，
该机器人系统具备：
第一检测部，其对上述先导机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第一位置姿势的第一把持偏差进行检测；
第一修正部，其根据上述第一把持偏差来修正上述先导机器人的位置姿势；
第二检测部，其对上述追踪机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第二位置姿势的第二把持偏差进行检测；以及
第二修正部，其至少根据上述第二把持偏差来修正上述追踪机器人的位置姿势，
正在进行上述协调控制的期间，上述第二修正部根据上述第一把持偏差以及上述第二把持偏差的双方来修正上述追踪机器人的位置姿势。
2.一种机器人控制装置，其包括在机器人系统中，该机器人系统构成为：包括先导机器人以及追踪机器人，并且能够进行协调控制的示教，该协调控制的示教是指：上述先导机器人和上述追踪机器人分别把持第一工件和第二工件而相互独立地移动至规定位置，然后，一边维持第一工件和第二工件之间的相对的位置姿势关系，一边使上述追踪机器人追踪上述先导机器人的动作而进行动作，其特征在于，
该机器人控制装置具备：
第一修正部，其根据上述先导机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第一位置姿势的第一把持偏差来修正上述先导机器人的位置姿势；以及
第二修正部，其至少根据上述追踪机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第二位置姿势的第二把持偏差来修正上述追踪机器人的位置姿势，
正在进行上述协调控制的期间，上述第二修正部根据上述第一把持偏差以及上述第二把持偏差的双方来修正上述追踪机器人的位置姿势。
3.一种机器人系统的机器人控制方法，该机器人系统构成为：包括先导机器人以及追踪机器人，并且能够进行协调控制的示教，该协调控制的示教是指：上述先导机器人和上述追踪机器人分别把持第一工件和第二工件而相互独立地移动至规定位置，然后，一边维持第一工件和第二工件之间的相对的位置姿势关系，一边使上述追踪机器人追踪上述先导机器人的动作而进行动作，其特征在于，
该机器人控制方法包括以下步骤：
对上述先导机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第一位置姿势的第一把持偏差进行检测；
根据上述第一把持偏差来修正上述先导机器人的位置姿势；
对上述追踪机器人的被示教的位置姿势相对于预先决定的第二位置姿势的第二把持偏差进行检测；
根据上述第二把持偏差来修正上述追踪机器人的位置姿势；以及
正在进行上述协调控制的期间，根据修正后的上述先导机器人的位置姿势和修正后的上述追踪机器人的位置姿势这两者，计算上述追踪机器人的示教点。
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