CN109249376A - 机器人系统以及机器人的示教方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人系统(1)和机器人的示教方法，其在对机器人直接施加外力并利用手动操作的引导式示教中，能够简便地对机器人的各种动作模式进行切换并示教。该机器人系统(1)具备：机器人(2)，其具有一个以上检测施加的外力的传感器(10)；以及控制装置(3)，其控制机器人(2)，控制装置(3)根据由传感器(10)检测出的外力的位置和方式，对进行引导式示教时的机器人(2)的动作模式进行切换。

Description

机器人系统以及机器人的示教方法
技术领域
本发明涉及机器人系统以及机器人的示教方法。
背景技术
已知如下的技术：在构成为机器人能够在直动外部轴上移动的系统中，检测从外部施加于机器人的手指尖的外力来判定该外力的类型，并且在机器人和直动外部轴之间切换直接示教控制的控制对象(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4962424号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在专利文献1的技术中，根据施加于手指尖的外力的类型，只不过是将机器人整体作为控制对象或者不作为控制对象。在实际的示教作业中，不仅需要使机器人作为整体来做动作，而且需要在各种动作模式下做动作，但在专利文献1的技术中，存在不能应对上述要求的不良情况。
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种机器人系统和机器人的示教方法，其在对机器人直接施加外力并利用手动操作的引导式示教(lead-throughteaching)中，能够简便地对机器人的各种动作模式进行切换并示教。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供以下的方案。
本发明的一个方案是提供一种机器人系统，所述机器人系统具备：机器人，其具有一个以上检测施加的外力的传感器；以及控制装置，其控制所述机器人，该控制装置根据由所述传感器检测出的外力的位置和方式，对进行引导式示教时的所述机器人的动作模式进行切换。
根据本方案，在进行引导式示教时，当操作人员以预先规定的方式对机器人的预先规定的位置施加外力时，该外力由传感器检测出，由控制装置根据检测出的外力的位置和方式，来切换机器人的动作模式。作为机器人的动作模式，能够列举出能够仅使手腕部做手动动作而固定其他轴的动作模式、将手腕部前端的姿态保持为固定不变而使所有的轴联动的动作模式等。
通过操作人员以预先规定的方式施加外力，从而能够将用于改变动作模式的外力、与连续施加从而手动使机器人做动作的引导式示教时的外力区分开。另外，通过根据施加外力的位置来切换动作模式，从而能够对在引导式示教时使机器人做动作的多个动作模式进行切换。
在上述方案中，所述传感器可以检测施加于所述机器人的所述外力的大小、和围绕预定的轴的力矩，所述控制装置根据由所述传感器检测出的所述外力的大小和力矩，计算出施加了所述外力的位置。
通过如此，能够利用传感器检测出施加外力时的围绕预定轴的力矩和外力的大小，并容易地计算出从轴到施加了外力的位置之间的距离。由此能够高精度地计算出施加了外力的位置，并且高精度地切换动作模式。
另外，在上述方案中，所述外力的方式可以利用在预定时间内的预定的接触次数来设定。
通过如此，由于在通常的引导式示教时不会在预定时间内多次施加外力，因此能够将用于改变动作模式的外力与通常的引导式示教时所输入的外力清楚地区分开。
另外，在上述方案中，所述机器人可以具备手腕部和基本轴部，所述基本轴部确定该手腕部的三维位置，在所述外力施加在所述基本轴部的周围的情况下、和所述外力施加在所述手腕部的周围的情况下，对所述机器人的所述动作模式进行切换。
通过如此，通过将外力施加在手腕部的周围、或者将外力施加在基本轴部的周围，从而能够使切换的动作模式不同。如上所述，动作模式大多将在手腕部和手腕部以外的轴的动作分开，当在手腕部的周围施加了外力时，利用手动使手腕部做动作并限制基本轴部的动作；当在基本轴部的周围施加了外力时，利用手动使基本轴部做动作并限制手腕部的动作等，这样使施加外力的位置与引导式示教时希望做动作的轴相对应，从而能够更直观地进行操作。
另外，在上述方案中，所述控制装置能够切换坐标系来控制所述机器人，并且根据设定的所述坐标系而使所述动作模式不同。
通过如此，利用相对于机器人固定的坐标系、或者与机器人一起移动的坐标系等，能够使动作模式不同。例如，在固定于手腕部前端的工具坐标系的情况下，能够切换为固定工具前端点而使各个轴做动作的动作模式、或者固定工具的姿态而使各个轴做动作的动作模式。
另外，在上述方案中，所述传感器是配置在所述机器人的表面的接触传感器。
通过如此，利用接触传感器能够直接检测出施加了外力的位置和方式，能够简便地切换动作模式。
另外，本发明的另一个方案提供一种机器人的示教方法，所述示教方法包括如下步骤：检测施加于机器人的外力的位置和方式；根据检测出的外力的位置和方式，对进行引导式示教时的机器人的动作模式进行切换。
发明效果
根据本发明，发挥如下效果：在对机器人直接施加外力并利用手动操作的引导式示教中，能够简便地对机器人的各种动作模式进行切换并示教。
附图说明
图1是表示本发明一个实施方式所涉及的机器人系统的整体结构图。
图2是表示施加于图1的机器人系统的机器人的外力的一个例子与其位置之间的关系的简要俯视图。
图3是表示使用了图1的机器人系统的、本发明一个实施方式所涉及的机器人示教方法的流程图。
附图标记的说明
1：机器人系统
2：机器人
3：控制装置
8：手腕(手腕部)
9：基本轴部
10：六轴力传感器(传感器)
L：第一轴线L
具体实施方式
下面参照附图，对本发明一个实施方式所涉及的机器人系统1和机器人的示教方法进行说明。
如图1所示，本实施方式所涉及的机器人系统1具备六轴多关节机器人2、和控制该机器人2的控制装置3。
机器人2具备：基座4，其被固定在地面上；旋转体5，其被支撑为能够相对于该基座4围绕竖直的第一轴线L旋转；第一臂6，其被支撑为能够相对于该旋转体5围绕水平的第二轴线M摆动；第二臂7，其被支撑于该第一臂6的前端，且能够围绕与第二轴线M平行的第三轴线N摆动；以及手腕(手腕部)8，其设置在该第二臂7的前端。基本轴部9由基座4、旋转体5、第一臂6、以及第二臂7构成，该基本轴部9确定手腕8的三维位置。
在基座4和旋转体5之间配置有检测力和力矩的六轴力传感器(传感器)10。
控制装置3能够选择操作人员直接对机器人2施加外力并利用手动操作的引导式示教模式，并且当选择了引导式示教模式时，通过在利用手动使其动作的各位置处的示教操作，依次存储机器人2的各个轴的位置信息，从而能够简便地示教动作程序。
在该情况下，在选择了引导式示教模式后的初期状态下，设定为能够根据由操作人员施加的外力的大小和方向，使基本轴部9和手腕8的各个轴在动作范围的限制内自由地做动作的动作模式。
而且，当由六轴力传感器10检测出操作人员将预定方式的外力施加于预定位置时，控制装置3根据检测出的外力的位置和方式来切换动作模式。
具体而言，作为外力的预定方式，能够列举以预定时间(例如0.5秒或1秒)以内的时间间隔敲击两次(双击)的操作等。
而且，如图1所示，作为外力的预定位置，可以列举机器人2的手腕8的周围的位置(图1中的附图标记A)或者机器人2的基本轴部9的周围的位置(图1中的附图标记B)。
而且，在本实施方式中，当由六轴力传感器10检测出由操作人员双击了位置A时，关于之后的引导式示教，控制装置3仅能够使手腕8做动作，而将其他轴(基本轴部9)保持为固定不变的状态。
另外，当由六轴力传感器10检测出操作人员双击了位置B时，关于之后的引导式示教，控制装置3在固定了手腕8前端(即安装在手腕8前端的工具等)的姿态的状态下，使各个轴做动作。
如上所述，当使用六轴力传感器10作为传感器时，虽然不能直接确定外力施加于机器人2的哪个位置，但能够通过以下的计算求出。首先，如从上方观察机器人2的图2所示，在施加了外力F时，由六轴力传感器10获得X轴方向的外力Fx。
其次，由于围绕第一轴线L的力矩Mz除以外力Fx后的数值(Mz/Fx)相当于从第一轴线L到外力F的作用点为止的距离R，因此能够确定外力F的作用位置。在图2中，外力Fx是与纸面平行的力，力矩Mz是围绕与纸面正交的第一轴线L的力矩。
通过上述处理，能够区分出由操作人员对机器人2施加的外力是施加于手腕8上，还是施加于基本轴部9上。
因此，当由六轴力传感器10检测出外力的方式是双击，并且由六轴力传感器10检测出外力的位置相当于手腕8(例如R>阈值)时，控制装置3切换为能够固定基本轴部9，仅利用手动使手腕8做动作的动作模式。
另一方面，当由六轴力传感器10检测出外力的方式是双击，并且由六轴力传感器10检测出外力的位置相当于基本轴部9(例如R≤阈值)时，切换为能够在将手腕8前端的姿态保持固定不变的状态下，利用手动使基本轴部9做动作的动作模式。
另外，当由六轴力传感器10检测出的外力的方式不是双击时，不用切换动作模式，而是使各个轴根据外力做动作。
下面参照图3，对使用了如此构成的本实施方式所涉及的机器人系统1的机器人2的示教方法进行说明。
在本实施方式所涉及的机器人系统1中，在示教动作程序时，在初期状态下，设定机器人2的所有的轴根据指令做动作的动作模式(基准动作模式)(步骤S1)。然后，判定是否选择了引导式示教模式(步骤S2)，在未选择时，设定为使用示教操作盘(省略图示)等通常的示教模式(步骤S3)。
在选择了引导式示教模式时，操作人员能够直接对机器人2施加外力而使机器人2做动作，并使机器人2移动到期望的示教点。
在该状态下，判定操作人员是否双击了机器人2的预定位置(步骤S4)，在进行了双击时，根据由六轴力传感器10检测出的外力的大小和力矩的大小，计算出施加了外力的位置距离第一轴线L的距离R(步骤S5)，并判定距离R是否大于预定的阈值(步骤S6)。
而且，当判定的结果为距离R大于阈值时，由于施加了外力的位置是手腕8，因此切换为固定基本轴部9而仅手腕8根据外力做动作的动作模式(第一动作模式)(步骤S7)。另一方面，当判定的结果为距离R为阈值以下时，由于施加了外力的位置是基本轴部9，因此切换为在手腕8前端的姿态被固定的状态下，各个轴根据外力做动作的动作模式(第二动作模式)(步骤S8)。
在该状态下，进行示教操作(步骤S9)，判定顺序示教是否结束(步骤S10)。当示教操作未结束时，重复从步骤S2开始的工序。另外，当在步骤S4中未进行双击时、以及设定为通常的示教模式(步骤S3)时，也进行示教操作(步骤S9)。
根据上述本实施方式所涉及的机器人系统1和机器人2的示教方法，当由六轴力传感器10检测出外力为预定的方式、即为由预定时间内的两次外力所进行的双击时，能够与在引导式示教中用于使机器人2移动而施加的外力区别开，从而清楚地识别出该方式的外力是用于切换机器人2的动作模式的指令。
而且，由于根据施加外力的位置而切换为不同的动作模式，因此能够切换为适于引导式示教的动作模式，提高示教的容易性。在该情况下，当操作人员在手腕8近旁对机器人2进行了双击时，能够切换为，基本轴部9被固定，仅手腕8根据外力自由地做动作的动作模式。另外，当操作人员在基本轴部9近旁对机器人2进行了双击时，能够切换为，在固定了手腕8姿态的状态下使各个轴做动作的动作模式。
即，由于由机器人2所具备的六轴力传感器10检测出施加于机器人2的外力而切换动作模式，因此具有不需要用于切换动作模式的特殊硬件(开关等)的优点。另外，当切换为希望仅使手腕8自由地做动作的动作模式时，双击手腕8近旁；当切换为希望固定手腕8前端的姿态而做动作的动作模式时，双击基本轴部近旁，由此切换为各自的动作模式，因此具有操作人员能够更直观地切换动作模式的优点。
此外，在本实施方式中，当切换为希望仅使手腕8自由地做动作的动作模式时，双击手腕8近旁；当切换为希望固定手腕8前端的姿态而做动作的动作模式时，双击基本轴部9近旁，但取而代之，也可以切换为其他的动作模式。
例如，当在引导式示教时所设定的坐标系是相对于机器人2的基座4所固定的世界坐标系、或者是相对于机器人2进行作业的工件所固定的工件坐标系时，可以进行上述动作模式的切换，当坐标系是固定在工具上的工具坐标系时，可以如下进行切换，其中所述工具安装在机器人2的手腕8的前端。
即，当设定工具坐标系时，可以通过双击手腕8近旁，切换为固定工具前端点(TCP)而使各个轴做动作的动作模式，通过双击基本轴部9近旁，切换为在固定了工具(手腕部：省略图示)姿态的状态下，使各个轴做动作的动作模式。
另外，在本实施方式中，作为外力的预定方式，例示了在预定时间内施加两次外力的情况、即双击的情况，但并不限于此，还可以采用仅施加两次以上的任意次数的情况。此外，也可以每隔在预定时间内施加的外力的次数，选择不同的动作模式。
另外，在本实施方式中，作为施加外力的位置，例示了手腕8近旁和基本轴部9近旁，但并不限于此，还可以采用其他的任意位置。此外，作为用于切换动作模式的外力的方式，对施加在X轴方向上具有分量的外力的情况进行了说明，但并不限于此，还可以是施加在其他的任意方向上具有分量的外力，也可以使根据外力的方向进行切换的动作模式不同。
另外，在本实施方式中，由配置在基座4和旋转体5之间的六轴力传感器10检测沿着三个轴向的外力和围绕三个轴线L、M、N的力矩，但取而代之，也可以在各个轴上配置扭矩传感器。
例如，当操作人员双击第一臂6时，由第二轴线M的扭矩传感器来检测扭矩，但不会由第三轴线N的扭矩传感器来检测扭矩。另一方面，当操作人员双击第二臂7时，在由第三轴线N的扭矩传感器来检测扭矩的同时，不会由第二轴线M的扭矩传感器来检测扭矩。由此，能够基于多个扭矩传感器的输出的组合，检测出施加了外力的位置。
另外，虽然由六轴力传感器10或者扭矩传感器来检测外力的位置，但取而代之，也可以在机器人2的表面上配置接触传感器，由接触传感器直接检测出施加了外力的位置和外力的方式。
另外，当进行了双击时，以切换为与双击位置相对应的机器人2的动作模式为例进行了说明，但当从一个动作模式切换为另一个动作模式之后，在相同的位置再次进行了双击时，可以以返回到前一个动作模式的方式来切换动作模式。此外，在同一位置上三个以上的动作模式按照顺序相对应，每当进行双击时，可以以按照顺序更换动作模式的方式进行切换。

Claims (7)

1.一种机器人系统，其特征在于，具备：
机器人，其具有一个以上检测施加的外力的传感器；以及
控制装置，其控制所述机器人，
该控制装置根据由所述传感器检测出的外力的位置和方式，对进行引导式示教时的所述机器人的动作模式进行切换。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述传感器检测施加于所述机器人的所述外力的大小、和围绕预定的轴的力矩，
所述控制装置根据由所述传感器检测出的所述外力的大小和力矩，计算出施加了所述外力的位置。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，
所述外力的方式利用预定时间内的预定的接触次数来设定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人具备手腕部和基本轴部，所述基本轴部确定该手腕部的三维位置，
在所述外力施加在所述基本轴部的周围的情况下、和所述外力施加在所述手腕部的周围的情况下，对所述机器人的所述动作模式进行切换。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置能够切换坐标系来控制所述机器人，并且根据设定的所述坐标系而使所述动作模式不同。
6.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述传感器是配置在所述机器人的表面的接触传感器。
7.一种机器人的示教方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测施加于机器人的外力的位置和方式，
根据检测出的外力的位置和方式，对进行引导式示教时的机器人的动作模式进行切换。
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