CN108687767B - 离线编程装置以及离线编程方法 - Google Patents

离线编程装置以及离线编程方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种离线编程装置及离线编程方法。离线编程装置具备：接触点指定部，其用于在工件的三维模型上由操作者指定配置在机器人前端的接触传感器与工件接触的多个接触点；检测开始点追加部，其在假想空间上将多个检测开始点自动地追加到机器人与工件不发生干涉的位置，该多个检测开始点是在沿着成为检测工件位置的机器人动作的基准的基准坐标系的坐标轴的动作方向上分别向多个接触点接近的多个机器人动作中的多个检测开始点；以及干涉回避点追加部，其在移动于多个检测开始点之间的的机器人的移动路径上有机器人与工件的干涉的情况下，在假想空间上自动地追加回避干涉的干涉回避点。

Description

离线编程装置以及离线编程方法
技术领域
本发明涉及机器人的控制技术，尤其涉及具备基于接触传感器的工件位置检测程序生成功能的离线编程装置以及离线编程方法。
背景技术
现有一种方法，使在机器人前端配置的接触传感器与作为焊接对象的工件接触，并根据此时的机器人位置来检测工件的位置，按照检出的工件位置来修正进行焊接的焊接程序的示教位置。作为生成检测工件位置的感测动作数据的方法，例如公开有日本特开2011－170522号公报。在该专利文献中提出了一种方法：在作业机械手的接触式传感器与作业工件接触的感测姿态下，接触式传感器抽出所接触的作业工件的接触面，并且选择构成接触面的一个边，以所选择的一个边的位置、与将在接触式传感器的基端侧设定的设定位置投射至接触面上所得到的位置一致的方式，对作业机械手的感测姿态进行再设定，并以包含经过再设定的感测姿态的方式来生成作业机械手的感测动作数据。
发明内容
在基于在机器人前端配置的接触传感器来检测工件位置的检测动作中，需要对接触传感器与工件接触的多个接触点进行指定，但是在对多个接触点的各点进行检测的多个机器人动作中的多个检测开始点之间移动的机器人的移动路径上进行检测动作而避免工件与机器人发生干涉是困难的。另外，在以实机的机器人进行检测动作，而机器人实际地与工件发生干涉的情况下，则有可能给用户造成较大的损失。
因而需要如下这样的技术：能够生成即使是在沿多个检测开始点之间移动的机器人的移动路径上工件与机器人也不会发生干涉的工件位置检测程序。
就本公开的一个方式而言，提供一种离线编程装置，其基于在由机器人加工的工件的三维模型上指定的加工线或加工点而自动地生成加工程序，并且为了按照基于配置在机器人前端的接触传感器所检出的工件的位置来修正加工程序而自动地生成检测工件的位置的工件位置检测程序，该离线编程装置具备：存储部，其存储工件的三维模型；接触点指定部，其在工件的三维模型上指定接触传感器与工件接触的多个接触点；检测开始点追加部，其在假想空间上将多个检测开始点自动地追加到机器人与工件不发生干涉的位置，该多个检测开始点是在沿着成为对工件的位置进行检测的机器人动作的基准的基准坐标系的坐标轴的动作方向上分别向多个接触点接近的多个机器人动作中的多个检测开始点；干涉回避点追加部，其在沿多个检测开始点之间移动的机器人的移动路径上检测机器人与工件有无干涉，并在有干涉的情况下在假想空间上自动地追加回避干涉的干涉回避点；以及工件位置检测程序生成部，其自动地生成重复以下机器人动作的工件位置检测程序，即机器人在沿着基准坐标系的坐标轴的动作方向上沿检测开始点与接触点之间移动，并且在有干涉回避点的情况下从一个检测开始点经过干涉回避点而向其它的检测开始点移动。
就本公开的另一个方式而言，提供一种离线编程方法，基于在由机器人加工的工件的三维模型上指定的加工线或加工点自动地生成加工程序，并且为了按照基于配置在机器人前端的接触传感器所检出的工件的位置来修正加工程序而自动地生成检测工件的位置的工件位置检测程序，该离线编程方法包含：将工件的三维模型存储于存储部的步骤；在工件的三维模型上指定接触传感器与工件接触的多个接触点的步骤；在假想空间上将多个检测开始点自动地追加到机器人与工件不发生干涉的位置的步骤，该多个检测开始点是在沿着成为对工件的位置进行检测的机器人动作的基准的基准坐标系的坐标轴的动作方向上分别向多个接触点接近的多个机器人动作中的多个检测开始点；在沿多个检测开始点之间移动的机器人的移动路径上检测机器人与工件有无干涉，并在有干涉的情况下在假想空间上自动地追加回避干涉的干涉回避点的步骤；以及自动地生成重复以下机器人动作的工件位置检测程序的步骤，即机器人在沿着基准坐标系的坐标轴的动作方向上沿检测开始点与接触点之间移动，并且在有干涉回避点的情况下从一个检测开始点经过干涉回避点而向其它的检测开始点移动。
附图说明
图1是一个实施方式的离线编程装置、控制机器人的控制装置、及机器人的示意图。
图2是一个实施方式的离线编程装置的框图。
图3是表示一个实施方式的离线编程装置的动作的流程图。
图4A是表示一个实施方式的用于生成加工程序及工件位置检测程序的用户界面的图。
图4B是表示一个实施方式的用于生成加工程序及工件位置检测程序的用户界面的图。
图4C是表示一个实施方式的用于生成加工程序及工件位置检测程序的用户界面的图。
图4D是表示一个实施方式的用于生成加工程序及工件位置检测程序的用户界面的图。
图4E是表示一个实施方式的用于生成加工程序及工件位置检测程序的用户界面的图。
图5A是表示一个实施方式的模拟工件位置检测程序及加工程序的用户界面的图。
图5B是表示一个实施方式的模拟工件位置检测程序及加工程序的用户界面的图。
具体实施方式
以下参照附图详细地对本公开的实施方式进行说明。在各图中，对于同一或类似的构成要素赋予同一或类似的符号。另外，以下记述的实施方式并非对权利要求书所记载的发明技术范围及用语含义进行限定。
图1是本实施方式的离线编程装置10、控制机器人的控制装置11以及机器人12的示意图。离线编程装置10能够经由线缆13与控制装置11进行通信，控制装置11能够经由线缆14与机器人12进行通信。在其它的实施方式中，离线编程装置10也可以通过无线方式与控制装置11进行通信。离线编程装置10离线生成：机器人12对工件W进行焊接、开孔、切断、涂色等加工动作的加工程序；以及为了按照基于在机器人前端15配置的接触传感器16所检出的工件W的位置来修正加工程序而检测工件W的位置的工件位置检测程序。由离线编程装置10生成的工件位置检测程序及加工程序被发送至控制装置11，而控制装置11则按照工件位置检测程序向机器人12发出进行检测工件W的位置的检测动作的指令。在检测动作中，若在机器人前端15配置的接触传感器16与工件W接触，则能够根据此时的机器人位置检出工件W的位置。加工程序的位置信息按照检出的工件W的位置进行修正，而控制装置11则向机器人12发出按照经过修正的加工程序对工件W进行加工的加工动作的指令。
机器人12由公知的机器人机械手构成，且具备具有伺服电机(未图示)等的六个关节轴J1～J6。在机器人12上定义有：在空间上设定的世界坐标系C1、以及在凸缘17的位置设定的机械接口坐标系C2。控制装置11构成为使用公知的方法将基于接触传感器16检出的工件W的位置在世界坐标系C1与机械接口坐标系C2之间变换。
图2是本实施方式的离线编程装置10的框图。离线编程装置10构成为离线生成加工程序20及工件位置检测程序21，并且离线模拟加工程序20及工件位置检测程序21。离线编程装置10由公知的计算机构成，且具备进行各种运算控制的CPU22、存储各种数据的存储部23、显示各种数据的显示部24、以及能够与外部装置进行通信的通信控制部25。离线编程装置10还具备用以执行图2所示的CPU22的结构的软件(未图示)，但是也可以将这些结构作为硬件安装于CPU22。
为了生成加工程序，CPU22具备加工线或加工点指定部27、加工程序生成部28。加工线或加工点指定部27将存储部23所存储的工件的基准模型26显示于显示部24，并且由操作者利用鼠标等在所显示的工件的基准模型26上指定一个或多个加工线或加工点。作为工件的基准模型26，能够利用由CAD数据等作成的工件的三维模型。加工程序生成部28基于所指定的加工线或加工点来生成加工程序20。由加工程序生成部28生成的加工程序20被存储于存储部23。CPU22也可以任意地具备将所指定的加工线分割为多个加工线的加工线分割部29。
为了生成工件位置检测程序21，CPU22具备接触点指定部30、检测开始点追加部31、干涉回避点追加部32、以及工件位置检测程序生成部33。接触点指定部30由操作者利用鼠标等在工件的基准模型26上指定接触传感器与工件接触的多个接触点。由接触点指定部30指定的多个接触点50被存储于存储部23。检测开始点追加部3 1自动地在假想空间上将在沿着成为检测工件位置的机器人动作的基准的基准坐标系的坐标轴的动作方向上向多个接触点的各点接近的多个机器人动作中的多个检测开始点追加到机器人与工件不发生干涉的位置。由检测开始点追加部31追加的多个检测开始点51被存储于存储部23。作为基准坐标系，也可以利用前述的世界坐标系C1。干涉回避点追加部32在移动于多个检测开始点之间的机器人的移动路径上检测机器人与工件有无干涉，并在有干涉的情况下在假想空间上自动地追加回避干涉的干涉回避点。由干涉回避点追加部32追加的干涉回避点52被存储于存储部23。工件位置检测程序生成部33自动地生成重复进行机器人动作的工件位置检测程序21，该机器人动作是机器人在沿着基准坐标系的坐标轴的动作方向上移动于检测开始点51与接触点50之间，并且在有干涉回避点的情况下从一个检测开始点51经过干涉回避点52而向其它的检测开始点51移动。由工件位置检测程序生成部33生成的工件位置检测程序21被存储于存储部23。
为了任意地生成工件位置检测程序21，CPU22也可以具备基准坐标系设定部34和接触姿态算出部35。基准坐标系设定部34由操作者利用鼠标等来设定成为检测工件位置的机器人动作的基准的基准坐标系。根据基准坐标系设定部34，不限于现有的坐标系(世界坐标系、机械接口坐标系等)，能够相对于在假想空间上配置的工件自由地设定基准坐标系而便利性提高。接触姿态算出部35以机器人与工件不会发生干涉的方式自动地算出接触传感器与工件接触时的接触姿态。在机器人的接触姿态明显不会与工件发生干涉的情况下，也可以不使用接触姿态算出部35。
CPU22还具备相对于在假想空间上配置的假想机器人模拟加工程序20及工件位置检测程序21的模拟部36。模拟部36用于将存储部23中存储的工件的新模型37显示于显示部24，并且为了检测在假想空间上配置的工件的新模型37的位置，而相对于在假想空间上配置的假想机器人执行工件位置检测程序21。工件的新模型37优选为具有不同于基准模型26的位置或姿态的工件的三维模型。由此，能够离线确认按照工件位置检测程序21进行检测动作的机器人不与工件发生干涉。模拟部36还在配置于机器人前端的假想接触传感器与工件的新模型37接触时，根据此时的机器人位置检测工件的新模型37的位置，按照检出的工件的新模型37的位置来修正加工程序20，并且执行对配置于假想空间上的假想机器人进行修正的加工程序20。
图3是表示本实施方式的离线编程装置的动作的流程图，图4A～图4E是用于生成本实施方式的加工程序及工件位置检测程序的用户界面的图。在图3中，步骤S10及S11是生成加工程序的步骤，步骤S12～S18是生成工件位置检测程序的步骤。若开始加工程序及工件位置检测程序的生成，则会如图4A所示那样，从存储部读取工件的基准模型26，并显示于显示部24。在步骤S10中，如图4B所示那样，由操作者利用鼠标等在工件的基准模型26上指定加工线L。此时，可以指定加工点，也可以指定多个加工线或加工点，也可以对多个加工线进行分割。在步骤S11中，基于所指定的加工线L自动地生成加工程序。
在步骤S12中如图4C所示那样任意地设定成为检测工件的机器人动作的基准的基准坐标系C3。在步骤S13中则如图4D所示那样由操作者利用鼠标等在工件的基准模型26上指定接触传感器与工件接触的多个接触点P1～P6。此时，优选以沿着基准坐标系C3的各坐标轴进行至少两个检测动作的方式来指定六个接触点。由此能够容易地确定工件相对于基准坐标系C3的位置及姿态的偏移。在步骤S14中任意地以机器人与工件不发生干涉的方式自动地算出接触传感器与工件接触时的接触姿态。在步骤S15中，如图4E所示那样在假想空间上自动地追加在沿着基准坐标系C3的坐标轴的动作方向(－X方向、－Y方向、－Z方向)上向多个接触点P1～P6接近的多个机器人动作中的多个检测开始点D1～D6。此时，检测开始点D1、D2是通过在接触点P1、P2的Z坐标加上+Z而求出，检测开始点D3、D4是通过在接触点P3、P4的X坐标加上+X而求出，检测开始点D5、D6是通过在接触点P5、P6的Y坐标加上+Y而求出。
在步骤S16中检测在移动于多个检测开始点D1～D6之间的机器人的移动路径上机器人与工件有无干涉。如图4E所示，在移动于检测开始点D2及D3之间、和检测开始点D4及D5之间的机器人的移动路径上机器人与工件发生干涉(步骤S16的“是”)，因此在步骤S17中自动地在假想空间上分别向检测开始点D2及D3之间、和检测开始点D4及D5之间追加干涉回避点E1、E2。另一方面，在移动于检测开始点D1及D2之间、检测开始点D3及D4之间、和检测开始点D5及D6之间的机器人的移动路径上机器人与工件不发生干涉(步骤S16的“否”)，因此进入步骤S18。
在步骤S18中，自动地生成重复机器人动作的工件位置检测程序：机器人在沿着基准坐标系C3的坐标轴的动作方向(－X方向、－Y方向、－Z方向)上移动于检测开始点D1～D6与接触点P1～P6之间，并且如果有干涉回避点，则从一个检测开始点经过干涉回避点E1、E2而向其它的检测开始点移动。这样，结束加工程序及工件位置检测程序的生成。
图5A及图5B是表示模拟本实施方式的工件位置检测程序及加工程序的用户界面的图。如图5A所示，从存储部读取工件的新模型37(位置或姿态不同于基准模型26的工件的三维模型)并显示于显示部24。并且，相对于在假想空间上配置的假想机器人40执行工件位置检测程序。假想机器人40在沿着基准坐标系C3的坐标轴(Y轴)的动作方向(－Y方向)上从检测开始点(D5、D6)向工件的新模型37接近，并根据与工件的新模型37接触时的机器人位置来检测工件的新模型37的位置。此时，工件的新模型37相对于基准坐标系C3的位置或姿态的偏移。如图5B所示，以工件的新模型37的位置或姿态与工件的基准模型26的位置或姿态一致的方式，将基准坐标系C3变换为基准坐标系C3’。也可以取而代之，以工件的新模型37的位置或姿态与工件的基准模型26的位置或姿态一致的方式，对工件的新模型37的位置或姿态进行变换。由此，工件的新模型37的位置及姿态与工件的基准模型26的位置及姿态一致，因此对于工件的新模型37也能够以机器人与工件不发生干涉的方式来执行位置检测程序。另外，虽然在图5A及图5B中未示出，但是对于X轴及Z轴也同样地进行工件与基准坐标系之间的位置关系的调节。离线编程装置在执行位置检测程序的模拟之后也执行加工程序的模拟。这样，在实机的机器人中无需进行位置检测程序及加工程序，操作者即能够预先确认机器人与工件不会发生干涉。
根据本实施方式的离线编程装置10，在检测工件位置的检测动作中，重复以下机器人动作，即机器人在沿着基准坐标系C3的坐标轴的动作方向(－X方向、－Y方向、－Z方向)上移动于检测开始点D1～D6与接触点P1～P6之间，并且在有干涉回避点的情况下从一个检测开始点经过干涉回避点E1、E2而向其它的检测开始点移动，因此能够生成即使在移动于多个检测开始点之间的机器人的移动路径上工件与机器人也不会发生干涉的工件位置检测程序。
前述实施方式中的软件能够记录于计算机可读取的非暂时性记录介质、CD－ROM等并提供。虽然在本说明书中对多种实施方式进行了说明，但是本发明并不限于前述的各种实施方式，而能够在权利要求书的记载范围内进行各种变更。

Claims (6)

1.一种离线编程装置，其基于在由机器人加工的工件的三维模型上指定的加工线或加工点而自动地生成加工程序，并且为了按照基于配置在机器人前端的接触传感器所检出的上述工件的位置来修正上述加工程序而自动地生成检测上述工件的位置的工件位置检测程序，
上述离线编程装置的特征在于，具备：
存储部，其存储上述工件的三维模型；
接触点指定部，其在上述工件的三维模型上指定上述接触传感器与上述工件接触的多个接触点；
检测开始点追加部，其在假想空间上将多个检测开始点自动地追加到上述机器人与上述工件不发生干涉的位置，该多个检测开始点是在沿着成为对上述工件的位置进行检测的机器人动作的基准的基准坐标系的坐标轴的动作方向上分别向上述多个接触点接近的多个机器人动作中的多个检测开始点；
干涉回避点追加部，其在沿上述多个检测开始点之间移动的机器人的移动路径上检测上述机器人与上述工件有无干涉，并在有上述干涉的情况下在假想空间上自动地追加回避上述干涉的干涉回避点；以及
工件位置检测程序生成部，其自动地生成重复以下机器人动作的上述工件位置检测程序，即机器人在沿着上述基准坐标系的坐标轴的动作方向上沿上述检测开始点与上述接触点之间移动，并且在有上述干涉回避点的情况下从一个上述检测开始点经过上述干涉回避点而向其它的上述检测开始点移动。
2.根据权利要求1所述的离线编程装置，其特征在于，
还具备设定上述基准坐标系的基准坐标系设定部。
3.根据权利要求1或2所述的离线编程装置，其特征在于，
还具备模拟部，该模拟部相对于配置在假想空间上的假想机器人模拟上述工件位置检测程序及上述加工程序。
4.根据权利要求1或2所述的离线编程装置，其特征在于，
还具备加工线分割部、或者加工线或加工点指定部，该加工线分割部将上述加工线分割为多个加工线，该加工线或加工点指定部在上述工件的三维模型上指定多个加工线或多个加工点，
为了对基于上述多个加工线或多个加工点而生成的上述加工程序进行修正而自动地生成上述工件位置检测程序。
5.根据权利要求3所述的离线编程装置，其特征在于，
还具备加工线分割部、或者加工线或加工点指定部，该加工线分割部将上述加工线分割为多个加工线，该加工线或加工点指定部在上述工件的三维模型上指定多个加工线或多个加工点，
为了对基于上述多个加工线或多个加工点而生成的上述加工程序进行修正而自动地生成上述工件位置检测程序。
6.一种离线编程方法，基于在由机器人加工的工件的三维模型上指定的加工线或加工点而自动地生成加工程序，并且为了按照基于配置在机器人前端的接触传感器所检出的上述工件的位置来修正上述加工程序而自动地生成检测上述工件的位置的工件位置检测程序，
上述离线编程方法的特征在于，包含：
将上述工件的三维模型存储于存储部的步骤；
在上述工件的三维模型上指定上述接触传感器与上述工件接触的多个接触点的步骤；
在假想空间上将多个检测开始点自动地追加到上述机器人与上述工件不发生干涉的位置的步骤，该多个检测开始点是在沿着成为对上述工件的位置进行检测的机器人动作的基准的基准坐标系的坐标轴的动作方向上分别向上述多个接触点接近的多个机器人动作中的多个检测开始点；
在沿上述多个检测开始点之间移动的机器人的移动路径上检测上述机器人与上述工件有无干涉，并在有上述干涉的情况下在假想空间上自动地追加回避上述干涉的干涉回避点的步骤；以及
自动地生成重复以下机器人动作的上述工件位置检测程序的步骤，即机器人在沿着基准坐标系的坐标轴的动作方向上沿上述检测开始点与上述接触点之间移动，并且在有上述干涉回避点的情况下从一个上述检测开始点经过上述干涉回避点而向其它的上述检测开始点移动。
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