CN109483096A - 焊接机器人编程装置和焊接机器人的编程方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用户能够轻松调整工具的姿势的技术。焊接机器人(5)的编程装置(2)包括：模型获取单元(23)，用于获取三维模型；焊接线指定单元(24)，用于指定焊接线；目标角度设定单元(26)，用于设定目标角度；前进角度设定单元(26)，用于设定前进角度；坐标系设定单元(25)，用于设定虚拟坐标系和工具坐标系，其中，虚拟坐标系具有基于焊接线而设定的第一轴、垂直于第一轴并且平行于被焊接的一个工件的表面的第二轴、分别垂直于第一轴和第二轴的第三轴，工具坐标系被设定为根据目标角度使其围绕第一轴旋转并根据前进角度使其围绕第三轴旋转的坐标系；姿势设定单元(27)，用于基于所述工具坐标系设定工具的焊接姿势；以及程序制作单元(31)。

Description

焊接机器人编程装置和焊接机器人的编程方法
技术领域
本发明涉及一种焊接机器人编程装置和焊接机器人的编程方法。
背景技术
在焊接机器人中，用于焊接两个构件的工具的焊接姿势被设定为不干扰各个构件和其它的外围设备等。以往，已知如下一种技术：当设定表示用户期望的工具的焊接姿势的目标角度和前进角度时，通过使用各个构件和焊接机器人的形状等的数据，在各构件与焊接机器人等不干扰的范围内提供自动设定了等于或接近用户所期望的目标角度和前进角度的工具的焊接姿势(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-94131号公报
发明内容
发明所需解决的问题
在专利文献1所记载的技术中，虽然在设定用户所期望的目标角度和前进角度时自动设定工具的焊接姿势，但存在想要对设定后的焊接姿势进行调整的情况。在这种情况下，用户无法以设定后的焊接姿势为基准来修正工具的姿势，因而需要以目标角度和前进角度被输入前的状态为基准而再次从头开始设定包含调整的目标角度和前进角度。
本发明正是鉴于上述情况而完成的，提供了一种焊接机器人的编程装置和焊接机器人的编程方法，即使在工具的焊接姿势被设定之后，用户也能够以被设定的焊接姿势为基准而轻松地调整工具的姿势。
解决问题的手段
为了实现上述目的，本发明提供以下手段。
本发明的一个方面提供一种焊接机器人的编程装置，其包括：模型获取单元，用于获取焊接机器人的三维模型和由所述焊接机器人的工具焊接的两个工件的三维模型；焊接线指定单元，用于基于两个所述工件的三维模型指定焊接两个所述工件的焊接线和该焊接线上的原点；接收单元，用于接收操作；目标角度设定单元，其计算被焊接于所述原点的两个所述工件所形成的角度并将其作为投影在垂直于所述焊接线的表面上的角度，并且使用计算出的角度计算所述工具的目标角度，或者基于所述接收单元接收到的操作设定所述目标角度；前进角度设定单元，用于基于所述接收单元接收到的操作设定所述工具的前进角度；坐标系设定单元，用于设定虚拟坐标系和工具坐标系，其中，所述虚拟坐标系以所述原点为基准并且具有构成所述虚拟坐标系的三个轴，所述三个轴为基于所述焊接线而设定的第一轴、垂直于所述第一轴并且平行于被焊接的一个所述工件的表面的第二轴、以及分别垂直于所述第一轴和所述第二轴的第三轴，所述工具坐标系被设定于所述工具，并且所述坐标系设定单元将所述工具坐标系设定为根据所述目标角度使其围绕所述虚拟坐标系的所述第一轴旋转并根据所述前进角度使其围绕所述虚拟坐标系的所述第三轴旋转的坐标系；姿势设定单元，用于基于被设定的所述工具坐标系设定所述工具的焊接姿势；以及程序制作单元，其以被设定的所述工具坐标系为基准制作所述焊接机器人焊接两个所述工件的动作程序。
根据本方面，基于获取的焊接机器人和工件的三维模型来指定焊接线。虚拟坐标系被设定为以焊接线上的原点为中心，并且具有平行于焊接线的第一轴、垂直于第一轴并且平行于两个工件中的一个工件的表面的第二轴、分别垂直于第一轴和第二轴的第三轴。工具坐标系被设定为根据目标角度而围绕第一轴旋转、并且根据前进角度而围绕第三轴旋转的坐标系。基于被设定的工具坐标系设定工具的焊接姿势。使用被设定的工具坐标系制作焊接机器人的动作程序。
即，根据本方面，通过旋转以焊接线和焊接的一个工件为基准的虚拟坐标系来设定工具坐标系。在该工具坐标系中，第二轴与工具的长边方向一致，当被设定的工具的焊接姿势发生改变时，用户能够以工具的长边方向为基准而改变工具的焊接姿势，因而易于调整被设定了一次的工具的焊接姿势。
在所述方面中，优选地，还包括干扰检测单元，所述干扰检测单元在虚拟空间中使用所述焊接机器人的三维模型和两个所述工件的三维模型，检测在以设定的所述焊接姿势对所述焊接线进行了焊接时的所述焊接机器人与两个所述工件之间的干扰，在检测到所述干扰的情况下，所述姿势设定单元使所述工具坐标系围绕所述第一轴、所述第二轴以及所述第三轴中的至少一个轴的轴线旋转，从而设定消除所述干扰的新的所述焊接姿势。
通过这样地设置，在焊接两个工件时，焊接机器人与工件不发生干扰的工具的焊接姿势被自动设定，从而对两个工件进行焊接。
在所述方面中，优选地，所述模型获取单元获取所述焊接机器人或被设置于所述工件周围的外围设备的三维模型，所述干扰检测单元在虚拟空间中使用所述外围设备的三维模型，检测在以被设定的所述焊接姿势对所述焊接线进行了焊接时的所述焊接机器人、两个所述工件以及所述外围设备之间的所述干扰。
通过获取外围设备的三维模型，从而在既考虑焊接机器人与工件之间的干扰又考虑它们与外围设备之间的干扰的情况下，自动设定工具的焊接姿势。
在所述方面中，优选地，在检测到所述干扰的情况下，所述姿势设定单元使所述工具围绕所述第二轴的轴旋转并判定能否消除所述干扰，在能够消除所述干扰的情况下设定围绕所述第二轴的轴线旋转的新的所述焊接姿势，在不能消除所述干扰的情况下设定不仅围绕所述第二轴并且还围绕所述第一轴和/或所述第三轴的轴线旋转的新的所述焊接姿势。
通过这样地设置，当工具与焊接机器人、工件之间发生干扰时，优先使工具的焊接姿势中的第二轴进行旋转以避免干扰。由此，与最初被设定的角度相比，能够使用于避免干扰的工具的焊接姿势的目标角度和前进角度的角度变化较小。
在所述方面中，优选地，还包括能否到达判定单元，所述能否到达判定单元在虚拟空间中使用所述焊接机器人的三维模型和两个所述工件的三维模型，判定所述工具能否以被设定的所述焊接姿势从所述焊接线的起点到达终点，当判定为不可能到达时，所述姿势设定单元将所述焊接线上不可能到达的部分的所述焊接姿势设定为能够实现所述到达的新的所述焊接姿势。
通过这样地设置，能够自动设定用于焊接被指定的整个焊接线的工具的焊接姿势，从而焊接两个工件。
所述方面中，优选地，当判定为不可能到达时，针对所述焊接线上不可能到达的部分的所述焊接姿势，所述姿势设定单元使所述工具围绕所述第二轴的轴线旋转并判定能否以旋转后的所述焊接姿势到达所述终点，在判定所述到达为可能时设定围绕所述第二轴的轴线旋转的新的所述焊接姿势，在判定所述到达为不可能时设定不仅围绕所述第二轴并且还围绕所述第一轴和/或所述第三轴的轴线旋转的新的所述焊接姿势。
通过这样地设置，在最初被设定的工具的焊接姿势中焊接线上存在无法焊接的部分的情况下，优先使工具的焊接姿势中的第二轴旋转，并对整个焊接线进行焊接。由此，与最初被设定的角度相比，能够使焊接整个焊接线的工具的焊接姿势的目标角度和前进角度的角度变化较小。
在所述方面中，优选地，在预先设定了所述工具可围绕所述第二轴的轴线旋转的角度范围的情况下，所述姿势设定单元设定使所述工具在该可旋转的角度范围内围绕所述第二轴的轴线旋转的新的所述焊接姿势。
通过这样地设置，例如在存在与工具的前端附近连接的帘线等的其他构件的情况下，由于第二轴在预先设定的可旋转的角度范围内旋转，因而能够避免工具与其它构件之间的干扰等。
在所述方面中，优选地，所述坐标系设定单元将平行于所述焊接线的轴设定为所述第一轴。
通过这样地设置，虚拟坐标系的第一轴与所述焊接线为同一条线，因而用户容易识别第一轴，并且用户能够容易地以工具的长边方向为基准而调整工具的焊接姿势。
所述方面中，优选地，所述坐标系设定单元将所述焊接线上的起点与终点之间的中点设定为所述原点。
通过这样地设置，与将焊接线上的起点、终点作为原点来设定工具坐标系的情况相比，能够高效地设定没有偏向一方的工具的焊接姿势。
另外，本发明的另一方面提供一种焊接机器人的编程方法，其包括以下步骤：获取焊接机器人的三维模型和由所述焊接机器人的工具焊接的两个工件的三维模型的步骤；基于两个所述工件的三维模型指定焊接两个所述工件的焊接线和该焊接线上的原点的步骤；接收操作的步骤；计算被焊接于所述原点的两个所述工件所形成的角度并将其作为投影在垂直于所述焊接线的表面上的角度，并且使用计算出的所述角度计算所述工具的目标角度，或者基于接收到的所述操作设定所述目标角度的步骤；基于接收到的所述操作设定所述工具的前进角度的步骤；设定虚拟坐标系和工具坐标系的步骤，其中，所述虚拟坐标系以所述原点为基准并且具有构成所述虚拟坐标系的三个轴，所述三个轴为基于所述焊接线而设定的第一轴、垂直于所述第一轴并且平行于被焊接的一个所述工件的表面的第二轴、以及分别垂直于所述第一轴和所述第二轴的第三轴，所述工具坐标系被设定于所述工具，并且被设定为根据所述目标角度使其围绕所述虚拟坐标系的所述第一轴旋转并根据所述前进角度使其围绕所述虚拟坐标系的所述第三轴旋转的坐标系；基于被设定的所述工具坐标系设定所述工具的焊接姿势的步骤；以及以被设定的所述工具坐标系为基准制作所述焊接机器人焊接两个所述工件的动作程序的步骤。
发明的效果
根据本发明，即使在工具的焊接姿势被设之后，用户也能够使用工具坐标系从而以设定后的焊接姿势为基准，容易地调整工具的姿势。
附图说明
图1是表示包含根据本实施方式的焊接机器人的控制装置的焊接系统的简图。
图2是本实施方式的焊接系统的框图。
图3是表示被设置于虚拟空间上的工件的位置关系的简图。
图4是表示基于焊接线而设定的第一焊接线、第二焊接线与第一法线、第二法线的说明图。
图5是表示基于焊接线而设定的虚拟坐标系的说明图。
图6是表示被设定于工具的工具坐标系的说明图。
图7是被设定的焊接时的工具的目标角度的说明图。
图8是被设定的焊接时的工具的前进角度的说明图。
图9是焊接机器人的编程方法的流程图。
图10是围绕X轴和/或Y轴的轴线旋转之前的虚拟坐标系的说明图。
图11是通过使虚拟坐标系围绕X轴和/或Y轴的轴线旋转而设定的工具坐标系的说明图。
图12是重新设定焊接姿势的处理的流程图。
图13是干扰检测处理的流程图。
图14是工具与外围设备彼此干扰的情况下的影像图。
图15是消除了工具与外围设备之间的干扰的情况下的影像图。
图16是能否到达判定处理的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对根据本发明的实施方式的焊接机器人5的控制装置(编程装置)2进行说明。
图1是表示包含根据本实施方式的焊接机器人5的控制装置2的焊接系统1的简图。焊接系统1包括焊接机器人5和控制装置2，焊接机器人5是具有多个关节轴的垂直多关节型的机器人，控制装置2用于控制焊接机器人5的动作。另外，图1示出了由焊接机器人5焊接的两个工件WK1、WK2。
焊接机器人5被固定于地面，并且在焊接机器人5的前端安装有用于焊接工件的工具51。工具51具有圆柱形的焊枪。焊接机器人5所具备的多个关节轴的每个关节轴都具有用于旋转驱动的未图示的电动机和用于检测电动机的旋转角度的未图示的编码器。
控制装置2通过使用焊接机器人5的各个轴的编码器所检测的电动机的旋转角度，执行使电动机旋转驱动的反馈控制。控制装置2由未图示的CPU、ROM、RAM及存储器构成。
图2中示出了焊接系统1的框图。控制装置2包括：显示器21，用于显示各种图像；接收单元22，用于接收用户的操作；模型获取单元23，用于获取工具51的三维模型和工件WK1、WK2的三维模型；焊接线指定单元24，用于指定焊接两个工件WK1、WK2的焊接线；坐标系设定单元25，用于基于指定的焊接线和两个工件WK1、WK2所形成的角度设定虚拟坐标系；角度设定单元(目标角度设定单元、前进角度设定单元)26，用于基于接收到的输入和/或预先设定的计算方法，设定工具51的目标角度和前进角度；姿势设定单元27，用于基于角度设定单元26的设定来设定焊接时的工具51的焊接姿势；干扰检测单元28，用于使用三维模型检测工具51与工件WK1、WK2等在焊接期间有无干扰；能否到达判定单元29，用于使用三维模型检测焊接能否到达指定的焊接线的所有部分；程序制作单元31，用于基于设定的内容制作控制焊接机器人5的程序；以及存储单元32，用于存储被设定的虚拟坐标系和工具51的焊接姿势等。
模型获取单元23获取焊接机器人5、工件WK1、WK2、以及被配置于焊接机器人5和工件WK1、WK2周围的外围设备的CAD数据并将其作为三维模型。模型获取单元23使用获取到的CAD数据在虚拟空间上配置焊接工件WK1、WK2时的焊接机器人5等的三维模型。需要说明的是，在本实施方式中，配置有三维模型的虚拟空间被显示在显示器21。
如图3所示，在本实施方式中，垂直于工件WK2的平板状的工件WK1被焊接到配置于水平方向的平板状的工件WK2上。焊接线指定单元24将配置于虚拟空间上的工件WK1与工件WK2相接触的部分指定为进行焊接的焊接线WL。另外，如图4所示，焊接线指定单元24将焊接线WL的起点SP与终点EP的中间点，即中点MP指定为原点O1。
坐标系设定单元25设定以指定的原点O1为基准的虚拟坐标系。坐标系设定单元25基于在虚拟空间上指定的焊接线WL，提取在工件WK1的表面上定义的第一焊接线WL1和在工件WK2的表面上定义的第二焊接线WL2。需要说明的是，虽然焊接线WL、第一焊接线WL1以及第二焊接线WL2实质上是相同的直线，但为了方便起见，在图4中使用实线表示焊接线WL、使用虚线表示第一焊接线WL1和第二焊接线WL2，以使这些线彼此不重叠。坐标系设定单元25设定穿过原点O1的第一法线NL1和第二法线NL2，其中，第一法线NL1垂直于工件WK1的表面上的第一焊接线WL1并且并行于工件WK1的表面，第二法线NL2垂直于工件WK2的表面上的第二焊接线WL2并且平行于工件WK2的表面。
坐标系设定单元25选择工件中的一个工件WK1后，设定以所选择的工件WK1的第一焊接线WL1和第一法线NL1为轴的虚拟坐标系。需要说明的是，在其它实施方式中，也可以选择工件WK2而不是工件WK1。
如图5所示，坐标系设定单元25将构成虚拟坐标系CS1的三个轴定义为：Y轴(第一轴)，平行于第一焊接线WL1并且以焊接时工具51的行进方向(箭头TD的方向)为正；Z轴(第二轴)，平行于第一法线NL1并且以垂直上方为正；X轴(第三轴)，分别垂直于Y轴和Z轴。在X轴上，从原点O1沿厚度方向贯穿工件WK1的方向被定义为正方向。
图6示出了被预先设定于焊接机器人5的工具51的工具坐标系CS2。在工具坐标系CS2中，将工具51的前端定义为原点O2，将工具51的长边方向定义为Z轴。
姿势设定单元27对工具51的焊接姿势进行设定，使得工具坐标系CS2的原点O2与虚拟坐标系CS1的原点O1一致，并且使工具坐标系的X、Y、Z轴分别与虚拟坐标系的X、Y、Z轴一致。
如图7所示，角度设定单元26计算第一法线NL1与第二法线NL2所形成的角度α0，并将其作为WL的工件WK1与工件WK2在原点O1处夹持焊接线所形成的角度。在本实施方式中，角度设定单元26将计算出的第一法线NL1与第二法线NL2所形成的角度α0的一半角度设定为焊接时的工具51的目标角度α1。如图8所示，角度设定单元26基于从接收单元22接收到的用户输入的信息，设定焊接时的工具51的前进角度β1。
姿势设定单元27使工具坐标系CS2围绕虚拟坐标系CS1的Y轴旋转，从而实现所设定的目标角度α1。另外，姿势设定单元27使工具坐标系CS2围绕虚拟坐标系CS1的X轴旋转，从而实现所设定的前进角度β1。由此，焊接机器人5的焊接姿势中的工具坐标系CS2的姿势被确定，因而用于实现所确定的工具坐标系CS2的焊接机器人5的各个轴的角度被计算出来。
程序制作单元31使用计算出的焊接机器人5的各个轴的角度生成焊接机器人5的示教点，从而生成焊接程序。
下面，结合图9所示的焊接机器人5的编程方法的流程图对从获取工具51等的三维模型到能够生成焊接机器人5的焊接程序的具体处理的一个实施例进行说明。在焊接机器人5的编程方法中，首先，模型获取单元23获取焊接机器人5的三维模型和工件WK1、WK2的三维模型的CAD数据(步骤S11)。模型获取单元23使用获取到的三维模型，将焊接机器人5和工件WK1、WK2配置于虚拟空间上(步骤S12)。
焊接线指定单元24将被配置于虚拟空间上的工件WK1与工件WK2相接触的部分指定为焊接线WL(步骤S13)。焊接线指定单元24将指定的焊接线WL上的中点MP设定为虚拟坐标系CS1的原点O1(步骤S14)。坐标系设定单元25基于被指定的焊接线WL，提取工件WK1上的第一焊接线WL1和工件WK2上的第二焊接线WL2(步骤S15)。坐标系设定单元25使用第一焊接线WL1和第二焊接线WL2设定第一法线NL1和第二法线NL2(步骤S16)。
坐标系设定单元25设定以原点O1为基点的虚拟坐标系CS1(步骤S17)。然后，坐标系设定单元25选择工件WK1并设定Y轴，该Y轴穿过原点O1并且平行于所选择的工件WK1上的第一焊接线WL1，同时该Y轴以焊接时的工具51的行进方向为正。坐标系设定单元25设定Z轴，该Z轴穿过原点O1并且平行于与第一焊接线WL1垂直的第一法线NL1，同时该Z轴以向上的方向为正。坐标系设定单元25设定X轴，该X轴穿过原点O1并且分别垂直于Y轴和Z轴。坐标系设定单元25设定将上述的X轴、Y轴和Z轴作为三个轴的虚拟坐标系CS1。
姿势设定单元27将工具51的三维模型配置于虚拟空间上，使得被设置于工具51的工具坐标系CS2与被设定的虚拟坐标系CS1一致(步骤S18)。
角度设定单元26计算第一法线NL1与第二法线NL2所形成的角度α0，并设定通过将计算出的角度二等分而获得的工具51的目标角度α1(步骤S19)。角度设定单元26基于接收单元22接收到的操作，设定工具51的前进角度β1(步骤S20)。
如图10所示，坐标系设定单元25使用被设定的目标角度α1和前进角度β1使工具坐标系CS2围绕虚拟坐标系CS1的X轴和Y轴的轴线旋转，从而设定如图11所示那样的工具坐标系CS2(步骤S21)，其中，工具坐标系CS2被设定为与虚拟坐标系CS1相同的坐标系。坐标系设定单元25使工具坐标系CS2围绕虚拟坐标系CS1的Y轴旋转设定的目标角度α1。坐标系设定单元25使旋转后的工具坐标系CS2再次围绕虚拟坐标系CS1的X轴旋转前进角度β1。坐标系设定单元25设定与旋转后的坐标系一致的工具坐标系CS2。
姿势设定单元27将设定后的工具坐标系CS2的Z轴与工具51的长边方向一致时的工具51的姿势设定为焊接时的工具51的焊接姿势(步骤S22)。
在Z轴与设定后的工具51的长边方向一致的工具坐标系CS2中，程序制作单元31使用所计算的焊接机器人5的各个轴的角度生成焊接机器人5的示教点，从而生成焊接程序(步骤S23)。然后，焊接机器人5的编程方法结束。
根据如上所述结构的本实施方式所涉及的焊接机器人5的控制装置2，设定虚拟坐标系CS1和与虚拟坐标系CS1相同的工具坐标系CS2，该虚拟坐标系CS1具有三个轴，分别为平行于被指定的工件WK1与工件WK2之间的焊接线WL的Y轴、垂直于Y轴并且平行于工件WK1的Z轴、以及分别垂直于Y轴和Z轴的X轴。设定后的工具坐标系CS2基于被设定的目标角度和前进角度而围绕X轴和Y轴的轴线旋转，使得工具坐标系CS2与虚拟坐标系CS1一致，并将旋转后的坐标系设定为工具坐标系CS2。即使工具51的焊接姿势发生变化，设定后的工具坐标系CS2也能够以工具51的长边方向与Z轴一致的方式进行改变。然后，将该工具坐标系CS2作为基准，生成用于焊接工件WK1与工件WK2的动作程序。
因此，根据本实施方式的控制装置2，以焊接线WL为基准，基于目标角度α1和前进角度β1设定工具坐标系CS2。鉴于此，当工具51的焊接姿势被改变时，使用焊接机器人5的用户能够以与工具坐标系CS2的Z轴一致的工具51的长边方向为基准来改变工具51的焊接姿势。由此，即使在对目标角度α1和前进角度β1进行了一次设定并设定了工具51的焊接姿势之后，当用户想要改变工具51的姿势时，也能够以此时工具51的焊接姿势为基准来改变工具51的姿势，因而容易对工具51的焊接姿势进行调整。
图12示出了当重新设定焊接机器人5的编程方法(图9)中所设定的工具51的焊接姿势时的焊接姿势的重新设定处理的流程图。在焊接姿势的重新设定处理中，在以设定后的工具51的焊接姿势对焊接线WL进行了焊接的情况下，在研究了工具51与外围设备等的干扰、工具51能否到达焊接线WL所有部分的基础上，重新设定工具51的焊接姿势。
在焊接姿势的重新设定处理中，首先，模型获取单元23除了已经获取的工具51和工件WK1、WK2的三维模型的CAD数据之外，还获取被配置于工具51的外围的外围设备的三维模型的CAD数据(步骤S31)。模型获取单元23在虚拟空间上配置工具51、工件WK1、WK2、以及外围设备的三维模型(步骤S32)。
在以姿势设定单元27所设定的工具51的焊接姿势对焊接线WL进行了焊接的情况下，干扰检测单元28在虚拟空间上进行干扰检测处理，该干扰检测处理用于检测外围设备、工件WK1、WK2与工具51之间的干扰(步骤S33)。在干扰检测处理中，当以设定后的工具51的焊接姿势从焊接线WL的起点SP焊接到终点EP时，检测工具51与工件WK1、WK2、外围设备之间的干扰。
在图13所示的干扰检测处理中，首先，在沿着焊接线WL对工件WK1与工件WK2进行了焊接的情况下，干扰检测单元28在虚拟空间上检测工具51与工件WK1、WK2、外围设备之间的干扰(步骤S331)。干扰检测单元28通过在虚拟空间上以设定后的工具51的焊接姿势而沿着焊接线WL移动工具51，从而检测干扰。
在未检测到工具51与外围设备等之间的干扰的情况下(步骤S332：否)，姿势设定单元27不改变已设定的工具51的焊接姿势，并且将其作为在干扰检测处理中未改变工具51的焊接姿势的情况而存储于存储单元32中(步骤S339)。然后，结束干扰检测处理。
在步骤S332的处理中，如图14所示，当在虚拟空间上检测到工具51与外围设备PE之间的干扰时(步骤S332：是)，姿势设定单元27使工具51围绕Z轴的轴线旋转(步骤S333)，并判定能否消除干扰(步骤S334)。为了设定工具51不与外围设备PE干扰的工具51的焊接姿势，姿势设定单元27使工具51在预先设定的可旋转的角度范围内围绕Z轴旋转。在本实施方式中，在步骤S333中，姿势设定单元27使工具51以预先设定的微小角度围绕Z轴旋转，并且计算工具51不与外围设备PE干扰的角度。
在通过围绕Z轴旋转工具51而判定可以消除工具51与外围设备PE之间的干扰的情况下(步骤S334：是)，姿势设定单元27将干扰消除后的工具51的姿势作为新的工具51的焊接姿势而存储到存储单元32中(步骤S338)。然后，结束干扰检测处理。
在步骤S334的处理中，在判定即使工具51围绕Z轴旋转也无法消除工具51与外围设备PE之间的干扰的情况下(步骤S334：否)，姿势设定单元27除了使工具51围绕Z轴的轴线旋转以外，还使工具51围绕X轴和/或Y轴的轴线旋转(步骤S335)，并判定能否消除工具51与外围设备PE之间的干扰(步骤S336)。围绕X轴和/或Y轴的轴线旋转的方法与步骤S333中的围绕Z轴的轴线旋转的方法相同。
如图15所示，在工具51除了围绕Z轴以外还围绕X轴和/或Y轴的轴线旋转后判定能够消除工具51与外围设备PE之间的干扰的情况下(步骤S336：是)，姿势设定单元27将该情况下的工具51的姿势作为新的工具51的焊接姿势存储于存储单元32中(步骤S338)。然后，结束干扰检测处理。
在即使工具51除了围绕Z轴以外还围绕X轴和/或Y轴的轴旋转后也判定无法消除工具51与外围设备PE之间的干扰的情况下(步骤S336：否)，姿势设定单元27将不能消除干扰的工具51的焊接姿势的情况存储于存储单元32中(步骤S337)。然后，结束干扰检测处理。
当干扰检测处理(图13)结束时，姿势设定单元27在干扰检测处理之后对被存储于存储单元32的工具51的焊接姿势进行判定(图12的步骤S34)。当存储单元32中没有工具51的焊接姿势时(步骤S34：没有姿势)，不能焊接被设定的焊接线WL，则显示器21上显示需要对工件WK1、WK2的配置进行重新设定的内容(步骤S41)。然后，焊接机器人的编程方法结束。
在步骤S34的处理中，当判定存储于存储单元32的工具51的焊接姿势是与干扰检测处理前的姿势不同的新的姿势时(步骤S34：有改变)，执行后述的能否到达判定处理(步骤S36)。
在步骤S34的处理中，当判定存储于存储单元32的工具51的焊接姿势是在干扰检测处理之前和之后未发生改变的姿势时(步骤S34：无改变)，姿势设定单元27在此时判定是否已经执行了后述的能否到达判定处理(步骤S35)。当判定已经执行了能否到达判定处理时(步骤S35：是)，执行后述的焊接姿势的重新设定(步骤S38)。
在步骤S35的处理中，当判定还未执行能否到达判定处理时(步骤S35：否)，能否到达判定单元29在虚拟空间上进行能否到达判定处理，该能否到达判定处理用于判定工具51能否以存储于存储单元32中的工具51的焊接姿势而到达整个焊接线WL(步骤S36)。
在图16所示的能否到达判定处理中，首先，能否到达判定单元29判定工具51能否以干扰检测处理之后存储于存储单元32中的工具51的焊接姿势而从焊接线WL的起点SP到达终点EP(步骤S361)。当判定能够以存储于存储单元32中的工具51的焊接姿势到达整个焊接线WL时(步骤S362：是)，姿势设定单元27不改变工具51的焊接姿势，并将能够到达整个焊接线WL的工具51的焊接姿势存储于存储单元32中(步骤S369)。然后，结束能否到达判定处理。
在步骤S362的处理中，当判定被设定的工具51的焊接姿势无法到达整个焊接线WL时(步骤S362：否)，姿势设定单元27使工具51围绕Z轴的轴线旋转(步骤S363)，并判定工具51能否到达整个焊接线WL(步骤S364)。为了设定使工具51能够到达整个焊接线WL的焊接姿势，姿势设定单元27使工具51在预先设定的可旋转的角度范围内围绕Z轴的轴线旋转。需要说明的是，姿势设定单元27通过与干扰检测处理相同的方法，使工具51以预先设定的微小角度围绕Z轴的轴线旋转，计算工具51能够到达整个焊接线WL的焊接姿势。
在使工具51围绕Z轴旋转之后判定工具51能够到达整个焊接线WL的情况下(步骤S364：是)，姿势设定单元27将能够到达之后的工具51的姿势作为新的工具51的焊接姿势而存储于存储单元32中(步骤S368)。然后，结束能否到达判定处理。
在步骤S364的处理中，在判定即使工具51围绕Z轴旋转之后工具51也无法到达整个焊接线WL的情况下(步骤S364：否)，姿势设定单元27除了使工具51围绕Z轴旋转以外，还使工具51围绕X轴和/或Y轴的轴线旋转(步骤S365)，并判定工具51能否到达整个焊接线WL(步骤S366)。围绕X轴和/或Y轴的轴线旋转的方法与步骤S363的围绕Z轴旋转的方法相同。
在除了使工具51围绕Z轴旋转以外还使工具51围绕X轴和/或Y轴的轴旋转后工具51能够到达整个焊接线WL的情况下(步骤S366：是)，姿势设定单元27将该情况下的工具51的姿势作为工具51的新的焊接姿势而存储于存储单元32中(步骤S368)。然后，结束干扰检测处理。
在判定为即使工具51除了Z轴以外还围绕X轴和/或Y轴的轴线旋转之后工具51也无法到达整个焊接线WL的情况下(步骤S366：否)，姿势设定单元27将没有能够使工具51到达整个焊接线WL的焊接姿势的情况存储到存储单元32中(步骤S367)。然后，结束能否到达判定处理。
如果能否到达判定处理(图16)结束，则姿势设定单元27在能否到达判定处理之后对被存储于存储单元32的工具51的焊接姿势进行判定(图12的步骤S37)。当存储单元32中没有工具51的焊接姿势时(步骤S37：没有姿势)，在执行步骤S41中的处理之后，结束重新设定姿势的处理。
在步骤S37的处理中，当判定存储于存储单元32的工具51的焊接姿势是与能否到达判定处理前的姿势不同的新的姿势的情况下(步骤S37：有改变)，再次进行干扰检测处理(步骤S33)。为了确认在能否到达判定处理之后设定的工具51的焊接姿势是否也与外围设备PE等之间存在干扰，干扰检测单元28进行干扰检测处理。
在步骤S37的处理中，当判定存储于存储单元32的工具51的焊接姿势是在能否到达判定处理之前和之后未发生改变的姿势时(步骤S37：无改变)，姿势设定单元27将能否到达判定处理之后设定的工具51的焊接姿势重新设定为焊接时的姿势(步骤S38)。
程序制作单元31在Z轴与重新设定后的工具51的长边方向一致的工具坐标系CS2中，使用计算出的焊接机器人5的各个轴的角度生成焊接机器人5的示教点，从而生成焊接程序(步骤S39)。然后，结束重新设定姿势的处理。
像这样，也可以执行干扰检测处理和能否到达判定处理，并重新设定工具坐标系CS2与工具51的焊接姿势。
在上述实施方式的控制装置2中，在干扰检测处理和能否到达判定处理中，当检测到干扰、或者无法对焊接线WL的一部分进行焊接时，工具51在预先设定的可旋转的角度范围内围绕Z轴旋转。与X轴和Y轴相比，优先使工具51围绕Z轴旋转来改变工具51的焊接姿势，从而重新设定使目标角度α1和前进角度β1的变化尽可能小的工具51的焊接姿势。另外，工具51在预先设定的可旋转的角度范围内围绕Z轴旋转，因而在从工具51的基端到前端存在帘线等的其它构件的情况下，能够避免工具51与其它构件的卷绕等。需要说明的是，在其它实施方式中，也可以不预先设定可旋转的角度范围，也可以不优先Z轴而使工具51围绕X轴和Y轴的轴线旋转。
在上述实施方式的控制装置2中，虽然将焊接线WL上的中点MP设定为虚拟坐标系CS1的原点O1和工具坐标系CS2的原点O2，但也可以对原点O1、O2的设定进行各种变形。例如，原点O1、O2也可以设定于起点SP，也可以设定于起点SP、终点EP等的多个点处。当设定有多个原点时，在各个原点设定工具51的焊接姿势，并且当工具51在焊接时沿焊接线WL移动时，每当工具51的焊接姿势接近被设定的多个原点时，工具51的焊接姿势可以逐渐向在该原点处设定的焊接姿势改变。
虽然在上述实施方式的控制装置2中焊接线WL是直线，但也可以是曲线等直线以外的线。例如，在设定了曲线的焊接线WL上的原点O1的情况下，虚拟坐标系CS1的Y轴也可以被定义为与原点O1的切线平行的线。另外，在焊接线WL是直线、曲线等多条线的情况下，也可以将直线所含的点优先设定为原点O1。
虽然在上述实施方式的控制装置2中目标角度α1被设定为第一法线NL1与第二法线NL2所形成的角度α0的一半，但也可以对目标角度α1的设定进行各种变形。例如，也可以基于接收单元22接收的数值而设定目标角度α1，也可以从预先设定的角度范围(例如45度～60度)中选择目标角度α1。另外，虽然在上述实施方式中根据接收单元22接收到的操作而设定前进角度β1，但例如也可以从预先设定的-20度～+20度的角度范围中选择前进角度β1。另外，也可自动设定存储于存储单元32中的过去设定的目标角度α1和前进角度β1。
在上述实施方式中，在干扰检测处理和能否到达判定处理中，在使工具51的焊接姿势围绕Z轴等的轴旋转并进行改变的情况下，设定了使工具51以预先设定的微小角度旋转来解决问题的工具51的焊接姿势。另一方面，在其它实施方式中，对于使工具51围绕轴旋转的方法也能够应用公知的技术，例如也可以不是自动而是通过手动进行操作。
虽然在上述实施方式中控制装置2具有能够显示图像的显示器21，但在其它实施方式中，控制装置2也可以不具有显示器21。
附图标记
1 焊接系统
2 控制装置(编程装置)
5 焊接机器人
21 显示器
22 接收单元
23 模型获取单元
24 焊接线指定单元
25 坐标系设定单元
26 角度设定单元(目标角度设定单元，前进角度设定单元)
27 姿势设定单元
28 干扰检测单元
29 能否到达判定单元
31 程序制作单元
32 存储单元
51 工具
CS1 虚拟坐标系
CS2 工具坐标系
EP 终点
MP 中点
O1 虚拟坐标系的原点
O2 工具坐标系的原点
PE 外围设备
SP 起点
WK1、WK2 工件
WL 焊接线
α1 目标角
β1 前进角度

Claims (10)

1.一种焊接机器人的编程装置，其特征在于，包括：
模型获取单元，用于获取焊接机器人的三维模型和由所述焊接机器人的工具焊接的两个工件的三维模型；
焊接线指定单元，用于基于两个所述工件的三维模型指定焊接两个所述工件的焊接线和该焊接线上的原点；
接收单元，用于接收操作；
目标角度设定单元，其计算被焊接于所述原点的两个所述工件所形成的角度并将其作为投影在垂直于所述焊接线的表面上的角度，并且使用计算出的角度计算所述工具的目标角度，或者基于所述接收单元接收到的操作设定所述目标角度；
前进角度设定单元，用于基于所述接收单元接收到的操作设定所述工具的前进角度；
坐标系设定单元，用于设定虚拟坐标系和工具坐标系，其中，所述虚拟坐标系以所述原点为基准并且具有构成所述虚拟坐标系的三个轴，所述三个轴为基于所述焊接线而设定的第一轴、垂直于所述第一轴并且平行于被焊接的一个所述工件的表面的第二轴、分别垂直于所述第一轴和所述第二轴的第三轴，所述工具坐标系被设定于所述工具，并且所述坐标系设定单元将所述工具坐标系设定为根据所述目标角度使其围绕所述虚拟坐标系的所述第一轴旋转并根据所述前进角度使其围绕所述虚拟坐标系的所述第三轴旋转的坐标系；
姿势设定单元，用于基于被设定的所述工具坐标系设定所述工具的焊接姿势；以及
程序制作单元，其以被设定的所述工具坐标系为基准制作所述焊接机器人焊接两个所述工件的动作程序。
2.根据权利要求1所述的焊接机器人的编程装置，其特征在于，
还包括干扰检测单元，所述干扰检测单元在虚拟空间中使用所述焊接机器人的三维模型和两个所述工件的三维模型，检测在以设定的所述焊接姿势对所述焊接线进行了焊接时的所述焊接机器人与两个所述工件之间的干扰，
在检测到所述干扰的情况下，所述姿势设定单元使所述工具坐标系围绕所述第一轴、所述第二轴以及所述第三轴中的至少一个轴的轴线旋转，从而设定消除所述干扰的新的所述焊接姿势。
3.根据权利要求2所述的焊接机器人的编程装置，其特征在于，
所述模型获取单元获取所述焊接机器人或被设置于所述工件周围的外围设备的三维模型，
所述干扰检测单元在虚拟空间中使用所述外围设备的三维模型，检测在以设定的所述焊接姿势对所述焊接线进行了焊接时的所述焊接机器人、两个所述工件以及所述外围设备之间的所述干扰。
4.根据权利要求2或3所述的焊接机器人的编程装置，其特征在于，
在检测到所述干扰的情况下，所述姿势设定单元使所述工具围绕所述第二轴的轴旋转并判定能否消除所述干扰，在能够消除所述干扰的情况下设定围绕所述第二轴的轴线旋转的新的所述焊接姿势，在不能消除所述干扰的情况下设定不仅围绕所述第二轴并且还围绕所述第一轴和/或所述第三轴的轴线旋转的新的所述焊接姿势。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的焊接机器人的编程装置，其特征在于，
还包括能否到达判定单元，所述能否到达判定单元在虚拟空间中使用所述焊接机器人的三维模型和两个所述工件的三维模型，判定所述工具能否以设定的所述焊接姿势从所述焊接线的起点到达终点，
当判定为不可能到达时，所述姿势设定单元将所述焊接线上不可能到达的部分的所述焊接姿势设定为能够实现所述到达的新的所述焊接姿势。
6.根据权利要求5所述的焊接机器人的编程装置，其特征在于，
当判定为不可能到达时，针对所述焊接线上不可能到达的部分的所述焊接姿势，所述姿势设定单元使所述工具围绕所述第二轴的轴线旋转并判定能否以旋转后的所述焊接姿势到达所述终点，在判定所述到达为可能时设定围绕所述第二轴的轴线旋转的新的所述焊接姿势，在判定所述到达为不可能时设定不仅围绕所述第二轴并且还围绕所述第一轴和/或所述第三轴的轴线旋转的新的所述焊接姿势。
7.根据权利要求4或6所述的焊接机器人的编程装置，其特征在于，
在预先设定了所述工具可围绕所述第二轴的轴线旋转的角度范围的情况下，所述姿势设定单元设定使所述工具在该可旋转的角度范围内围绕所述第二轴的轴线旋转的新的所述焊接姿势。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的焊接机器人的编程装置，其特征在于，
所述坐标系设定单元将平行于所述焊接线的轴设定为所述第一轴。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的焊接机器人的编程装置，其特征在于，
所述坐标系设定单元将所述焊接线上的起点与终点之间的中点设定为所述原点。
10.一种焊接机器人的编程方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取焊接机器人的三维模型和由所述焊接机器人的工具焊接的两个工件的三维模型的步骤；
基于两个所述工件的三维模型指定焊接两个所述工件的焊接线和该焊接线上的原点的步骤；
接收操作的步骤；
计算被焊接于所述原点的两个所述工件所形成的角度并将其作为投影在垂直于所述焊接线的表面上的角度，并且使用计算出的所述角度计算所述工具的目标角度，或者基于接收到的所述操作设定所述目标角度的步骤；
基于接收到的所述操作设定所述工具的前进角度的步骤；
设定虚拟坐标系和工具坐标系的步骤，其中，所述虚拟坐标系以所述原点为基准并且具有构成所述虚拟坐标系的三个轴，所述三个轴为基于所述焊接线而设定的第一轴、垂直于所述第一轴并且平行于被焊接的一个所述工件的表面的第二轴、以及分别垂直于所述第一轴和所述第二轴的第三轴，所述工具坐标系被设定于所述工具，并且被设定为根据所述目标角度使其围绕所述虚拟坐标系的所述第一轴旋转并根据所述前进角度使其围绕所述虚拟坐标系的所述第三轴旋转的坐标系；
基于被设定的所述工具坐标系设定所述工具的焊接姿势的步骤；以及
以被设定的所述工具坐标系为基准制作所述焊接机器人焊接两个所述工件的动作程序的步骤。
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