CN109202864B - 评价信息输出装置、评价信息输出方法以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明的评价信息输出装置准确地掌握焊接机器人的焊炬缆线与臂的干涉状态。在干涉评价装置(60)中，轴值获取部(61)基于用于向焊接机器人示教动作的示教信息，获取表示焊接机器人所采取的姿势的姿势信息，参照点计算部(62)、延伸方向计算部(63)以及评价值设定部(65)使用由轴值获取部(61)获取到的姿势信息来生成评价信息，该评价信息表示在焊接机器人的臂的前端安装的焊接工具的、向与焊接焊炬相反的一侧延伸的焊炬缆线因与臂接触而产生的焊炬缆线的弯曲程度，评价值输出部(66)输出由参照点计算部(62)、延伸方向计算部(63)以及评价值设定部(65)生成的评价信息。

Description

评价信息输出装置、评价信息输出方法以及存储介质

技术领域

本发明涉及输出与焊接机器人的焊炬缆线相关的评价信息的焊接机器人的焊炬缆线干涉评价信息输出装置、评价信息输出方法以及存储介质。

背景技术

已知有在焊接机器人的臂的前端安装焊接工具、使该焊接工具沿着预先决定的作业线移动而进行焊接作业的机器人系统。在焊接工具上连接有供焊丝通过的焊炬缆线，因此，在生成并确认用于向焊接机器人示教动作的示教程序等时，需要进行与该焊炬缆线相关的评价。

在专利文献1中记载了如下的机器人模拟装置：利用多个质点和将多个质点彼此连结的多个弹簧要素来生成三维的线条体模型，在线条体模型上设定用于掌握线条体的扭转状态的多个注目点，使用线条体模型来模拟与机器人的动作相伴的线条体的动作，使用通过模拟而得到的多个质点的时序列的位置数据以及多个注目点的时序列的位置数据，与线条体图像一起显示注目点图像。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-87750号公报

发明内容

发明要解决的课题

通常，作为与焊炬缆线相关的评价，若不进行与焊炬缆线和臂的干涉状态相关的评价，则在实际上使焊接机器人动作时，焊炬缆线与臂接触，由此存在焊丝的进给阻力显著增大、或焊炬缆线破损的可能性。

在这样的情况下，考虑采用将表示焊炬缆线与臂是否干涉的评价信息输出的结构，但是，在该结构中，无法准确地掌握焊炬缆线与臂的干涉状态。由于焊炬缆线具有柔软性而在某种程度上被允许与臂发生干涉，因此，无法仅简单地通过是否干涉来判断可否进行动作。

本发明的目的在于，能够准确地掌握焊接机器人的焊炬缆线与臂的干涉状态。

解决方案

根据上述目的，本发明提供一种评价信息输出装置，该评价信息输出装置具备：获取单元，其基于用于向焊接机器人示教动作的示教信息，获取表示焊接机器人所采取的姿势的姿势信息；生成单元，其使用由获取单元获取到的姿势信息来生成评价信息，该评价信息表示在焊接机器人的臂的前端安装的焊接工具的向与焊接焊炬相反的一侧延伸的焊炬缆线因与臂接触而产生的焊炬缆线的弯曲程度；以及输出单元，其输出由生成单元生成的评价信息。

在此，也可以是，生成单元还具备：第一计算单元，其使用表示焊接机器人采取基准姿势时的焊炬缆线的位置以及延伸方向的基准信息以及由获取单元获取到的姿势信息，来计算表示焊接机器人变更了姿势时的焊炬缆线的位置以及延伸方向的变更信息；以及第二计算单元，其使用由第一计算单元计算出的变更信息和表示臂所占据的区域的区域信息，来计算评价信息。

另外，也可以是，生成单元将使焊炬缆线的弯曲近似于圆弧时的圆弧的半径作为评价信息而生成。该情况下，在焊炬缆线与臂的接触为点接触的情况下，圆弧可以是通过焊接工具的焊炬缆线把持部与焊炬缆线的边界点以及焊炬缆线与臂的接触点的圆弧，在焊炬缆线与臂的接触为线接触的情况下，圆弧可以是通过焊接工具的焊炬缆线把持部与焊炬缆线的边界点以及焊炬缆线与臂的接触点中的最接近边界点的接触点的圆弧。

此外，也可以是，生成单元在焊炬缆线与臂的接触为点接触的情况下以及为线接触的情况下，通过不同的方法来生成所述评价信息。

此外，还可以是，若评价信息处于能够允许的范围，则述输出单元还输出这一意思的信息。

另外，本发明还提供一种评价信息输出方法，该评价信息输出方法包括如下步骤：基于用于向焊接机器人示教动作的示教信息，获取表示焊接机器人所采取的姿势的姿势信息；使用获取到的姿势信息来生成评价信息，该评价信息表示在焊接机器人的臂的前端安装的焊接工具的向与焊接焊炬相反的一侧延伸的焊炬缆线因与臂接触而产生的焊炬缆线的弯曲程度；以及输出所生成的评价信息。

此外，本发明还提供一种存储介质，在该存储介质中存储有如下程序，该程序用于使计算机实现如下功能：基于用于向焊接机器人示教动作的示教信息，获取表示焊接机器人所采取的姿势的姿势信息；使用获取到的姿势信息来生成评价信息，该评价信息表示在焊接机器人的臂的前端安装的焊接工具的向与焊接焊炬相反的一侧延伸的焊炬缆线因与臂接触而产生的焊炬缆线的弯曲程度；以及输出所生成的评价信息。

发明效果

根据本发明，能够准确地掌握焊接机器人的焊炬缆线与臂的干涉状态。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中的机器人系统的概要结构例的图。

图2是表示本发明的实施方式中的离线示教系统的硬件结构例的图。

图3是表示本发明的实施方式中的焊接工具的概要形状和参照点及缆线延伸方向的图。

图4是表示本发明的实施方式中的干涉评价装置的功能结构例的图。

图5是表示本发明的实施方式中的干涉评价装置的动作例的流程图。

图6的(a)～(c)是用于说明假想曲率半径的计算方法的图。

附图标记说明：

1…机器人系统，10…焊接机器人，11…臂，12…手腕部，13…焊接工具，14…焊接焊炬，15…焊炬缆线，16…焊炬缆线把持部，20…控制盘，30…示教器，40…离线示教系统，50…记录介质，60…干涉评价装置，61…轴值获取部，62…参照点计算部，63…延伸方向计算部，64…干涉判定部，65…评价值设定部，66…评价值输出部。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细进行说明。

[机器人系统的结构]

图1是表示本实施方式中的机器人系统1的概要结构例的图。

如图所示，机器人系统1具备焊接机器人(机械手)10、控制盘20、示教器30以及离线示教系统40。另外，离线示教系统40将记述了使焊接机器人10执行的动作的示教程序写入软盘、存储卡等可移动的记录介质50，控制盘20能够读出写入到记录介质50的示教程序。或者，离线示教系统40也可以通过数据通信将示教程序转送到控制盘20。

焊接机器人10具备具有多个关节的臂(手臂)11，通过控制盘20的控制而进行各种作业。另外，焊接机器人10具有用于在臂11的前端经由手腕部12而进行工件的焊接作业的焊接工具13。而且，焊接工具13包括向工件供给焊丝的焊接焊炬14、使焊丝通过的焊炬缆线15、以及把持焊炬缆线15的焊炬缆线把持部16。

控制盘20与焊接机器人10分开设置，对焊接机器人10以及未图示的周边轴(滑块、定位器)的动作进行控制。此时，控制盘20通过使示教程序动作而控制焊接焊炬14的位置以及姿势等。

示教器30指示控制盘20执行示教程序。另外，有时也进行由控制盘20执行的示教程序的数值的编辑。

离线示教系统40事先生成由控制盘20执行的示教程序，如上述那样经由记录介质50或数据通信将该示教程序交接至控制盘20。

[离线示教系统的硬件结构]

图2是表示离线示教系统40的硬件结构例的图。

如图所示，离线示教系统40具备例如由通用的PC(Personal Computer)等实现的运算单元即CPU41和存储单元即主存储器42及磁盘装置(HDD：Hard Disk Drive)43。在此，CPU41执行OS(Operating System)、应用软件等各种程序，实现离线示教系统40的各功能。另外，主存储器42是对各种程序或其执行所使用的数据等进行存储的存储区域，HDD43是对针对各种程序的输入数据以及来自各种程序的输出数据等进行存储的存储区域。

另外，离线示教系统40具备：用于进行与外部的通信的通信I/F44；由视频存储器、显示器等构成的显示机构45；键盘、鼠标等输入设备46；以及用于对存储介质进行数据的读写的驱动器47。需要说明的是，图2只不过是例示了由计算机系统实现了离线示教系统40的情况下的硬件结构，离线示教系统40不局限于图示的结构。

[本实施方式中使用的坐标等]

图3是表示焊接工具13的概要形状和参照点及缆线延伸方向的图。参照点以及缆线延伸方向用于定义与臂11之间的关系，因此，使用图示的臂11上的坐标系中的位置以及方向即可。在本实施方式中，焊接机器人10的第一轴至第四轴的动作不影响臂11与焊接工具13的位置关系，因此，考虑以第五轴与第六轴的交点即手腕部12的旋转中心为原点的坐标系。在该坐标系中，将图中的左方向设为X轴的正方向，将图中的近前方向设为Y轴的正方向，将图中的上方向设为Z轴的正方向。在该坐标系中，将参照点设为P，将缆线延伸方向设为V。需要说明的是，在本实施方式中，参照点P设定为焊炬缆线15与焊炬缆线把持部16的边界部，但不局限于此。参照点P也可以设定为焊接工具13上的任一部位。另外，也可以不仅仅设定一个参照点P1而设定两个以上的参照点P。

另外，虽然在图3中未示出，但将焊接机器人10的各轴值全部为零的情况下的该坐标系中的参照点的坐标设为(Xref，Yref，Zref)，将焊炬缆线15的延伸方向(以下称为“缆线延伸方向”)的向量成分设为(Uref，Vref，Wref)。此外，将臂11的宽度设为W，将臂11的高度设为H。

[干涉评价装置的功能结构]

图4是表示本实施方式中的干涉评价装置60的功能结构例的图。在此，干涉评价装置60被设定为，通过离线示教系统40的CPU41(参照图2)从例如磁盘装置43(参照图2)向主存储器42(图2参照)读入实现后述的各功能部分的程序并执行从而被实现的装置。

如图所示，干涉评价装置60具备轴值获取部61、参照点计算部62、延伸方向计算部63、干涉判定部64、评价值设定部65以及评价值输出部66。

轴值获取部61获取由示教程序决定的各轴值。在本实施方式中，作为表示焊接机器人所采取的姿势的姿势信息的一例而使用各轴值，作为获取姿势信息的获取单元的一例而设置有轴值获取部61。

参照点计算部62使用各轴值全部为零时的参照点的坐标和由轴值获取部61获取到的各轴值来计算参照点P的坐标。需要说明的是，之后叙述该坐标的计算方法的详细过程。在本实施方式中，作为表示焊接机器人采取基准姿势时的焊炬缆线的位置的信息(基准信息的一部分)的一例而使用各轴值全部为零时的参照点的坐标，作为表示焊接机器人变更了姿势时的焊炬缆线的位置的信息(变更信息的一部分)的一例而使用参照点P的坐标。另外，作为对变更信息的一部分进行计算的第一计算单元的一例而设置有参照点计算部62。此外，作为对生成评价信息的生成单元中的变更信息的一部分进行计算的功能的一例而设置有参照点计算部62。

延伸方向计算部63使用各轴值全部为零时的缆线延伸方向的向量成分和由轴值获取部61获取到的各轴值来计算缆线延伸方向V的向量成分。需要说明的是，之后叙述该向量成分的计算方法的详细过程。在本实施方式中，作为表示焊接机器人采取基准姿势时的焊炬缆线的延伸方向的信息(基准信息的一部分)的一例而使用各轴值全部为零时的缆线延伸方向的向量成分，作为表示焊接机器人变更了姿势时的焊炬缆线的延伸方向的信息(变更信息的一部分)的一例而使用缆线延伸方向V的向量成分。另外，作为对变更信息的一部分进行计算的第一计算单元的一例而设置有延伸方向计算部63。此外，作为对生成评价信息的生成单元中的变更信息的一部分进行计算的功能的一例而设置有延伸方向计算部63。

干涉判定部64使用参照点P的坐标和臂11的宽度以及高度，判定参照点P是否处于臂11内部，在参照点P不处于臂11内部的情况下，判定从参照点P观察时在缆线延伸方向V上是否存在与臂11的交点Q。需要说明的是，之后叙述这些判定方法的详细过程。然后，干涉判定部64将这些判定结果传送至评价值设定部65。在本实施方式中，作为表示臂所占据的区域的区域信息的一例而使用臂11的宽度以及高度。

评价值设定部65在从干涉判定部64传来了参照点P处于臂11内部这一意思的判定结果的情况下，将成为存在干涉的评价值的零值设定为指标r。在从干涉判定部64传来了参照点P不处于臂11内部这一意思的判定结果的情况下，若从干涉判定部64传来了从参照点P观察时在缆线延伸方向V上不存在与臂11的交点Q这一意思的判定结果，则将能够设定为成为不存在干涉的评价值的曲率半径的最大值设为指标r，若从干涉判定部64传来了从参照点P观察时在缆线延伸方向V上存在与臂11的交点Q这一意思的判定结果，则将焊炬缆线15的假想曲率半径设定为指标r。需要说明的是，之后叙述该假想曲率半径的计算方法的详细过程。在本实施方式中，作为表示焊炬缆线的弯曲程度的评价信息的一例而使用传来了存在交点Q这一意思的判定结果时的指标r。另外，作为计算评价信息的第二计算单元的一例，设置有传来了存在交点Q这一意思的判定结果时的评价值设定部65的功能。此外，作为对生成评价信息的生成单元中的评价信息进行计算的功能的一例，设置有传来了存在交点Q这一意思的判定结果时的评价值设定部65的功能。

评价值输出部66输出由评价值设定部65设定了评价值的指标r。在本实施方式中，作为输出评价信息的输出单元的一例而设置有评价值输出部66。

[干涉评价装置的动作]

图5是表示本实施方式中的干涉评价装置60的动作例的流程图。

当干涉评价装置60的动作开始时，首先，轴值获取部61获取由示教程序决定的各轴值(θ5，θ6)(步骤601)。

接着，参照点计算部62计算参照点P的坐标(px，py，pz)，延伸方向计算部63计算缆线延伸方向V的向量成分(vx，vy，vz)(步骤602)。在该情况下，使用以下的计算式。

[式1]

由此，干涉判定部64判定参照点P是否处于臂11内部(步骤603)。在本实施方式中，由于手腕部12的旋转中心处于臂11的中心，因此，通过调查参照点P的坐标(px，py，pz)是否满足条件“px＜0且|py|≤0.5W且|pz|≤0.5H”，从而简单地进行该判定。

需要说明的是，用于判定参照点P是否处于臂11内部的第一个条件严格意义上说不是“px＜0”。然而，在此，在参照点P的Y坐标py以及Z坐标pz分别处于臂11的宽度W以及高度H内的情况(满足第二个条件以及第三个条件的情况)下，通过追加参照点P是处于臂11的前方还是处于后方的判定，从而能够简单地判定参照点P是否处于臂11内部。

其结果是，干涉判定部64在判定为参照点P处于臂11内部的情况下进入步骤606，在判定为参照点P不处于臂11内部的情况下进入步骤604。

在后者的情况下，干涉判定部64判定从参照点P观察时在缆线延伸方向V上是否存在与臂11的交点Q(步骤604)。在此，交点Q是以参照点P为起点的向缆线延伸方向V延伸的半直线与臂11的上表面或下表面交叉的点。

因此，在参照点P的Z坐标pz为正的情况下，通过确认满足以下式的α以正值存在且满足了条件“x＜0且|y|≤0.5W”，从而能够简单地判定为在臂11上存在交点Q。

[式2]

另一方面，在参照点P的Z坐标pz为负的情况下，通过确认满足以下式的α以正值存在且满足了条件“x＜0且|y|≤0.5W”，从而能够简单地判定为在臂11上存在交点Q。

[式3]

其结果是，干涉判定部64在判定为存在与臂11的交点Q的情况下进入步骤607，在判定为不存在与臂11的交点Q的情况下进入步骤605。

在后者的情况下，由于焊炬缆线15与臂11不干涉，因此，评价值设定部65将能够设定为成为不存在干涉的评价值的曲率半径的最大值设定为指标r(步骤605)。

另外，在步骤603中由干涉判定部64判定为参照点P处于臂11内部的情况下，参照点P与臂11发生干涉，因此，评价值设定部65将成为存在干涉的评价值的零值设定为指标r(步骤606)。

此外，在步骤604中由干涉判定部64判定为存在与臂11的交点Q的情况下，评价值设定部65根据臂11、参照点P、缆线延伸方向V以及交点Q之间的关系而计算焊炬缆线15的假想曲率半径，将该假想曲率半径设定为指标r(步骤607)。需要说明的是，在此“假想曲率半径”并非是焊炬缆线15实际上成为该曲率半径的曲线形状，而表示理论上假定为焊炬缆线15成为该曲率半径的曲线形状而计算的曲率半径。

在此，表示假想曲率半径的计算方法。图6的(a)～(c)是用于说明假想曲率半径的计算方法的图。其中，图6的(a)是表示图3所示的XZ平面上的臂11与焊接工具13的位置关系的图。另外，图6的(b)、(c)是图6的(a)中的A视图。

在本实施方式中，如图6的(b)、(c)所示，将参照点P与交点Q之间的距离设为a，将交点Q与最接近臂11的角部的部位之间的距离设为b。另外，焊炬缆线15的从与焊炬缆线把持部16的边界部(在本实施方式中与参照点P一致)到与臂11的接触部为止的曲率描绘固定的圆弧，将与焊炬缆线把持部16的边界部处的圆弧的切线的方向设为缆线延伸方向V。

在此，在a＞b的情况下，如图6的(b)所示，能够假定为焊炬缆线15在与臂11的接触部处仅位置被约束而方向未被约束。因此，能够对评价值r设定如以下那样通过简易的计算而求出的假想曲率半径。

[式4]

另一方面，在a≤b的情况下，如图6的(c)所示，焊炬缆线15在与臂11的接触部处位置被约束且方向被沿臂11的表面方向约束。另外，焊炬缆线15所描绘的圆弧的假想曲率半径是固定的。因此，对评价值r设定距离a。

需要说明的是，在此处的计算结果超过成为不存在干涉的评价值的假想曲率半径的情况下，将能够设定的最大值设定为指标r即可。

之后，评价值输出部66输出由评价值设定部65设定了评价值的指标r(步骤608)。此时，若指标r处于能够允许的范围，则评价值输出部66也可以输出这一意思的信息(不存在问题这一意思的信息)。

以上，说明了求出焊炬缆线15的简易的曲率半径(假想曲率半径)并将该曲率半径设为焊炬缆线15的干涉程度的指标的计算方法。

需要说明的是，在本实施方式中，表示由离线示教系统40实现干涉评价装置60的例子，但也可以由示教器30或模拟器(未图示)等来实现干涉评价装置60。

另外，在本实施方式中虽然为明确记载，但干涉评价装置60也可以在生成示教程序时动作，也可以在确认事先生成或编辑的示教程序时动作。

此外，在本实施方式中，从示教程序获取了各轴值，但不局限于此。例如，有时在使用示教器30向焊接机器人10示教动作的情况下，通过数值地修正工件的偏移量、或者复制伴随平行移动等移动的反复动作，也生成或编辑示教数据。在这样的情况下，也可以代替示教程序而从示教数据中获取各轴值。

在此，示教程序以及示教数据是用于向焊接机器人示教动作的示教信息的一例。

[本实施方式的效果]

如以上所述，根据本实施方式，不进行使用三维模型等的模拟，而仅通过定义与焊接工具13以及焊炬缆线15相应的参照点以及延伸方向向量，就能够对焊炬缆线15与臂11的干涉程度进行评价。

更具体而言，通过简单的计算求出焊炬缆线15与臂11的干涉程度的指标，从而能够事先利用该指标向操作者或系统通知是否适合作为示教程序等。因此，在使实机动作的情况下，尽管该指标不清晰，但在接近并非是明确地干涉的允许值的点处，能够慎重地动作并判断可否动作。另外，在通过自动编程等来搜索冗余轴而计算出多个示教程序(轨迹)候补时，通过选择干涉程度的指标清晰的候补，从而能够安心地使自动生成的示教程序动作。

Claims (8)

1.一种评价信息输出装置，其特征在于，

所述评价信息输出装置具备：

获取单元，其基于用于向焊接机器人示教动作的示教信息，获取表示该焊接机器人所采取的姿势的姿势信息；

生成单元，其具备第一计算单元和第二计算单元，所述第一计算单元使用表示所述焊接机器人采取基准姿势时的在所述焊接机器人的臂的前端安装的焊接工具的向与焊接焊炬相反的一侧延伸的焊炬缆线的位置以及延伸方向的基准信息、以及由所述获取单元获取到的所述姿势信息，来计算表示所述焊接机器人变更了姿势时的该焊炬缆线的位置以及延伸方向的变更信息，所述第二计算单元使用由所述第一计算单元计算出的所述变更信息和表示所述焊接机器人的臂所占据的区域的区域信息，来计算评价信息，该评价信息表示所述焊炬缆线因与所述焊接机器人的臂接触而产生的该焊炬缆线的弯曲程度；以及

输出单元，其输出由所述生成单元生成的所述评价信息。

2.根据权利要求1所述的评价信息输出装置，其特征在于，

所述生成单元将使所述焊炬缆线的弯曲近似于圆弧时的该圆弧的半径作为所述评价信息而生成。

3.根据权利要求2所述的评价信息输出装置，其特征在于，

在所述焊炬缆线与所述焊接机器人的臂的接触为点接触的情况下，所述圆弧是通过所述焊接工具的焊炬缆线把持部与该焊炬缆线的边界点以及该焊炬缆线与所述焊接机器人的臂的接触点的圆弧。

4.根据权利要求2所述的评价信息输出装置，其特征在于，

在所述焊炬缆线与所述焊接机器人的臂的接触为线接触的情况下，所述圆弧是通过所述焊接工具的焊炬缆线把持部与该焊炬缆线的边界点以及该焊炬缆线与所述焊接机器人的臂的接触点中的最接近该边界点的接触点的圆弧。

5.根据权利要求1所述的评价信息输出装置，其特征在于，

所述生成单元在所述焊炬缆线与所述焊接机器人的臂的接触为点接触的情况下以及所述焊炬缆线与所述焊接机器人的臂的接触为线接触的情况下，通过不同的方法来生成所述评价信息。

6.根据权利要求1所述的评价信息输出装置，其特征在于，

当所述评价信息处于能够允许的范围时，所述输出单元还输出这一意思的信息。

7.一种评价信息输出方法，其特征在于，

所述评价信息输出方法包括如下步骤：

基于用于向焊接机器人示教动作的示教信息，获取表示该焊接机器人所采取的姿势的姿势信息；

使用表示所述焊接机器人采取基准姿势时的在所述焊接机器人的臂的前端安装的焊接工具的向与焊接焊炬相反的一侧延伸的焊炬缆线的位置以及延伸方向的基准信息、以及获取到的所述姿势信息，来计算表示所述焊接机器人变更了姿势时的该焊炬缆线的位置以及延伸方向的变更信息；

使用计算出的所述变更信息和表示所述焊接机器人的臂所占据的区域的区域信息，来计算评价信息，该评价信息表示所述焊炬缆线因与所述焊接机器人的臂接触而产生的该焊炬缆线的弯曲程度；以及

输出计算出的所述评价信息。

8.一种存储介质，其特征在于，

在所述存储介质中存储有如下程序，该程序用于使计算机实现如下功能：

基于用于向焊接机器人示教动作的示教信息，获取表示该焊接机器人所采取的姿势的姿势信息；

使用表示所述焊接机器人采取基准姿势时的在所述焊接机器人的臂的前端安装的焊接工具的向与焊接焊炬相反的一侧延伸的焊炬缆线的位置以及延伸方向的基准信息、以及获取到的所述姿势信息，来计算表示所述焊接机器人变更了姿势时的该焊炬缆线的位置以及延伸方向的变更信息；

使用计算出的所述变更信息和表示所述焊接机器人的臂所占据的区域的区域信息，来计算评价信息，该评价信息表示所述焊炬缆线因与所述焊接机器人的臂接触而产生的该焊炬缆线的弯曲程度；以及

输出计算出的所述评价信息。

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