CN109648585B

CN109648585B - 监视作业工具的移动方向的控制装置

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Publication number: CN109648585B
Application number: CN201811172811.4A
Authority: CN
Inventors: 尾山拓未; 山本知之
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2038-10-09
Also published as: DE102018007842A1; DE102018007842B4; JP6592053B2; CN109648585A; US10850396B2; JP2019069500A; US20190105774A1

Abstract

本发明提供一种监视作业工具的移动方向的控制装置。控制装置具备：存储部，其存储设定文件，该设定文件决定了包括在机械手移动的限制方向延伸的坐标轴的工具坐标系。控制装置具备判定工具坐标系的原点是否向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动的判定部。控制装置具备限制机器人的动作速度的速度限制部。在工具坐标系的原点向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动时，速度限制部实施减低作业工具的移动速度的速度降低控制或停止机器人的停止控制。

Description

监视作业工具的移动方向的控制装置

技术领域

本发明涉及一种监视作业工具的移动方向的控制装置。

背景技术

机器人装置具备机器人、安装在机器人上的作业工具以及控制机器人的控制装置。控制装置根据预先生成的动作程序来驱动机器人以及作业工具。另外，控制装置能够具备监视机器人的动作的监视功能。即，控制装置能够具备监视机器人是否通过希望的动作进行驱动的功能。例如，当机器人实施了希望动作以外的动作时，控制装置能够限制机器人的动作(例如日本特开2017-94430号公报)。

在通过机器人装置进行的作业中，会有使作业工具向希望的方向移动的情况。换言之，会有不想使作业工具向希望的方向以外的方向移动的情况。控制装置能够通过监视功能监视根据动作程序进行驱动的机器人的动作。

于是，当进行机器人动作的监视时，作业人员能够设定各种坐标系并进行控制。作业人员在机器人装置中，可以设定即使机器人动作也不移动的点，并设定将该点设为原点的基准坐标系。基准坐标系例如被设定在机器人的底座上。另外，作业人员能够在进行作业的工件上设定任意的坐标系。这种坐标系被称为用户坐标系。用户坐标系能够通过转换基准坐标系来设定。

作业人员在设定不想使作业工具移动的限制方向时，能够在固定在工作台上的工件的表面上设定用户坐标系。作业人员能够通过用户坐标系的坐标轴来决定限制方向。当机器人进行动作时，许可作业工具向限制方向以外的方向移动。控制装置当检测出作业工具的与限制方向平行的移动时，能够实施使机器人停止的控制。

控制装置会有关于针对工件的多个作业进行动作监视的情况。在工件的表面上设定用户坐标系的方法中，控制装置按照每个作业切换用户坐标系来进行监视。作业人员需要设定与多个作业对应的多个用户坐标系。作业人员在对工件上的多个点限制移动方向时，需要按照多个点来设定用户坐标系。因此，会有设定文件的生成要花费时间的问题。

发明内容

本公开的一个方式为控制机器人的控制装置。预先决定了机器人的基准坐标系、在安装作业工具的机器人前端的法兰盘的表面设定原点且转换基准坐标系而得的法兰盘坐标系以及转换法兰盘坐标系而得的工具坐标系。控制装置具备：存储部，其存储设定文件，该设定文件决定了包括在限制作业工具的移动的限制方向延伸的坐标轴的工具坐标系。控制装置具备：方向计算部，其根据在设定文件中决定的工具坐标系、机器人的位置以及姿势来计算工具坐标系的原点的移动方向。控制装置具备：判定部，其判定工具坐标系的原点是否向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动。控制装置具备：速度限制部，其限制基于动作程序的机器人的动作的速度。在工具坐标系的原点向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动时，速度限制部实施使作业工具的移动速度降低的速度降低控制或使机器人停止的停止控制。

本公开的其他方式为控制机器人的控制装置。预先决定了机器人的基准坐标系、在安装作业工具的机器人前端的法兰盘的表面设定原点且转换基准坐标系而得的法兰盘坐标系以及转换法兰盘坐标系而得的工具坐标系。控制装置具备：存储部，其存储设定文件，该设定文件决定了包括在许可作业工具的移动的许可方向延伸的坐标轴的工具坐标系。控制装置具备：方向计算部，其根据在设定文件中决定的工具坐标系、机器人的位置以及姿势来计算工具坐标系的原点的移动方向。控制装置具备：判定部，其判定工具坐标系的原点是否向在许可方向延伸的坐标轴以外的坐标轴的方向移动。控制装置具备：速度限制部，其限制基于动作程序的机器人的动作的速度。在工具坐标系的原点向在限制方向延伸的坐标轴以外的坐标轴的方向移动时，速度限制部实施使作业工具的移动速度降低的速度降低控制或使机器人停止的停止控制。

附图说明

图1是实施方式的机器人装置的概略立体图。

图2是实施方式的机器人装置的框图。

图3是固定在工作台上的工件的立体图。

图4是实施方式的机器人手腕的立体图。

图5是实施方式的机器人手腕以及机械手的立体图。

图6是实施方式的第一监视控制的流程图。

图7是比较例的设置在工件上的用户坐标系的说明图。

图8是实施方式的第二监视控制的第一流程图。

图9是实施方式的第二监视控制的第二流程图。

图10是说明实施方式的第三监视控制的机械手以及工件的概略图。

图11是实施方式的第三监视控制的流程图。

图12是实施方式的机器人手腕的侧视图。

图13是实施方式的机器人手腕以及机械手的侧视图。

图14是实施方式的机器人手腕以及机械手的立体图。

图15是实施方式的其他机械手以及接触棒的第一立体图。

图16是实施方式的其他机械手以及接触棒的第二立体图。

图17是实施方式的其他机械手的立体图。

具体实施方式

参照图1～图17来说明实施方式的机器人的控制装置。本实施方式的控制装置在机器人根据动作程序进行驱动期间中监视作业工具的移动。

图1是本实施方式的机器人装置的概略立体图。机器人装置5具备机器人1以及机械手2。机器人装置5具备控制机器人1以及机械手2的控制装置4。本实施方式的机器人1是包括多个关节部的多关节机器人。在多关节机器人中，关节部中的机械臂以及手腕的方向发生变化。

机械手2是把持或释放工件70的作业工具。作业工具也被称为末端执行器。机械手2形成为打开或关闭爪部2a。作为作业工具不限于机械手2而能够采用与机器人装置5进行的作业对应的任意装置。例如，能够采用实施电弧焊接的作业工具或将密封材料配置在工件的表面的作业工具等。

本实施方式的机器人1具备多个机械臂。机器人1包括上部臂11和下部臂12。下部臂12被旋转底座13支持。旋转底座13被底座14支持。机器人1包括与上部臂11的端部连接的手腕15。手腕15包括固定机械手2的法兰盘16。法兰盘16被配置在机器人1的前端。这些结构部件形成为围绕预先决定的旋转轴旋转。

图2表示本实施方式的机器人装置的框图。参照图1以及图2，机器人1包括使机器人1的位置以及姿势发生变化的机器人驱动装置。机器人驱动装置驱动机器人的结构部件。机器人驱动装置包括驱动臂以及手腕等结构部件的机器人驱动电动机22。在本实施方式中，与一个驱动轴对应地配置一个机器人驱动电动机22。机器人驱动电动机22进行驱动，从而各个结构部件的方向发生变化。

机器人装置5具备驱动机械手2的机械手驱动装置。机械手驱动装置包括驱动机械手2的爪部2a的机械手驱动电动机21。机械手驱动电动机21进行驱动，从而打开或关闭机械手2的爪部2a。另外，机械手也可以形成为通过空气压进行驱动。此时，机械手驱动装置能够包括用于将压缩空气提供给机械手的空气泵等。

本实施方式的机器人装置5根据动作程序41来运送工件70。机器人1根据动作程序41能够自动地将工件70从初始位置运送到目标位置。

控制装置4包括具有CPU(Central Processing Unit中央处理单元)、经由总线与CPU连接的RAM(Random Access Memory随机存取存储器)以及ROM(Read Only Memory只读存储器)等的运算处理装置(计算机)。控制装置4中被输入为了进行机器人1的动作而预先生成的动作程序41。动作程序41被存储在存储部42中。动作控制部43将用于根据动作程序41驱动机器人1的动作指令发出给机器人驱动部45。机器人驱动部45包括驱动机器人驱动电动机22的电路。机器人驱动部45根据动作指令向机器人驱动电动机22供电。机器人驱动电动机22进行驱动，从而机器人1的位置以及姿势发生变化，机械手2进行移动。

另外，动作控制部43将根据动作程序41驱动机械手2的动作指令发出给机械手驱动部44。机械手驱动部44包括驱动机械手驱动电动机21的电路。机械手驱动部44根据动作指令向机械手驱动电动机21供电。机械手驱动电动机21进行驱动，从而机械手2的爪部2a进行驱动。机械手2能够把持或释放工件70。

机器人1包括用于检测机器人1的位置以及姿势的状态检测器。本实施方式的状态检测器包括安装在与机械臂等结构部件的驱动轴对应的机器人驱动电动机22上的位置检测器18。通过位置检测器18的输出，能够取得各个驱动轴的结构部件的方向。例如，位置检测器18检测机器人驱动电动机22进行驱动时的旋转角。另外，位置检测器18能够根据机器人驱动电动机22的旋转角来计算机器人驱动电动机22的转速。

在机器人装置5进行的作业中，有时想要将作业工具移动的方向即移动方向控制为预先决定的方向。特别是会有使作业工具严格向希望的方向移动的情况。控制装置4包括监视机器人1的动作的监视部52。本实施方式的监视部52监视机械手2的移动方向。即，当机械手2进行移动时，监视机器人1的位置以及姿势是否按照希望的那样发生变化。

图3是本实施方式的固定在工作台上的工件的扩大立体图。参照图1以及图3，固定在工作台8上的工件71形成为圆环状。在工件71的圆周方向的表面形成多个孔部71a～71f。在通过机械手2把持的工件70上形成棒状部70a。机器人装置5如箭头91、92所示，将工件70的棒状部70a插入工件71的孔部71a～71f。这样，本实施方式的机器人装置5实施对各个孔部71a～71f安装工件70的作业。

孔部71a～71f向俯视工件71时的外缘的圆的中心延伸。因此，工件70的插入方向相对于各个孔部71a～71f而不同。机器人装置5需要相对于多个孔部71a～71f向多个方向移动工件70。控制装置4的监视部52监视机械手2是否沿着各个孔部71a～71f的延伸方向进行移动。

参照图1，在机器人装置5上设定当机器人的位置以及姿势发生变化时不动的基准坐标系37。在图1的例子中，在机器人1的底座14上配置基准坐标系37的原点。基准坐标系37也被称为世界坐标系。基准坐标系37是即使机器人的位置以及姿势发生变化也不动的坐标系。基准坐标系37设定相互正交的X轴、Y轴以及Z轴作为坐标轴。另外，设定W轴作为围绕X轴的坐标轴。设定P轴作为围绕Y轴的坐标轴。设定R轴作为围绕Z轴的坐标轴。能够设定基准坐标系37的坐标值(x_b、y_b、z_b、w_b、p_b、r_b)。

图4是本实施方式的机器人手腕的扩大立体图。在手腕15的前端配置有法兰盘16。法兰盘16形成为围绕旋转轴18旋转。被固定在法兰盘16上的机械手2围绕旋转轴81旋转。在法兰盘16表面中固定机械手2的面上设定法兰盘坐标系33。法兰盘坐标系33的原点31被设定在旋转轴81上以及固定机械手2的面上。法兰盘坐标系33的坐标轴具有相互正交的X轴、Y轴以及Z轴。在图4所示的例子中，法兰盘坐标系33配置为旋转轴81的延伸方向与Z轴的延伸方向一致。另外，法兰盘坐标系33具有围绕X轴的W轴、围绕Y轴的P轴以及围绕Z轴的R轴。能够设定法兰盘坐标系33的坐标值(x_f、y_f、z_f、w_f、p_f、r_f)。这样，法兰盘坐标系33具有多个坐标轴。

法兰盘坐标系33能够通过转换基准坐标系37来计算。例如，原点31的位置通过基准坐标系37的X轴坐标值、Y轴坐标值以及Z轴坐标值来设定。另外，法兰盘坐标系33的方向能够通过基准坐标系37的W轴坐标值、P轴坐标值以及R轴坐标值来设定。法兰盘坐标系33是如果机器人1的位置以及姿势发生变化，则原点31的位置以及法兰盘坐标系33的方向发生变化的坐标系。法兰盘坐标系33按照机器人1的动作进行移动。特别是在法兰盘16进行旋转时，法兰盘坐标系33与法兰盘16的表面一起旋转。

图5是本实施方式的机器人装置的手腕以及机械手的放大立体图。在本实施方式中，设定在机械手2上的任意位置配置了原点32的工具坐标系34。在图5所示的例子中，原点32被设定在工具前端点上。在2条爪部2a关闭时爪部2a接触的部分设定本实施方式的原点32。

工具坐标系34的坐标轴具有相互正交的X轴、Y轴以及Z轴。在图5所示的例子中，工具坐标系34被设定为Z轴延伸的方向与爪部2a的延伸方向平行。另外，工具坐标系34具有围绕X轴的W轴、围绕Y轴的P轴以及围绕Z轴的R轴的坐标轴。能够设定工具坐标系34的坐标值(x_t、y_t、z_t、w_t、p_t、r_t)。这样，法兰盘坐标系33具有多个坐标轴。

工具坐标系34通过转换法兰盘坐标系33来计算。这种坐标系的转换也被称为坐标转换。在本实施方式中，预先决定工具坐标系34相对于法兰盘坐标系33的相对位置。例如工具坐标系34的原点32的位置能够通过法兰盘坐标系33中的X轴的坐标值、Y轴的坐标值以及Z轴的坐标值来决定。另外，工具坐标系34的方向能够通过法兰盘坐标系33的W轴的坐标值、P轴的坐标值以及R轴的坐标值来设定。工具坐标系34是与机械手2一起移动的坐标系。另外，本实施方式的工具坐标系34与法兰盘坐标系33一起移动。如果机器人1的位置以及姿势发生变化，则工具坐标系34与法兰盘坐标系33一起移动。本实施方式的监视部52使用工具坐标系34来监视机械手2的移动。换言之，监视部52使用工具坐标系34来监视机器人1的动作。

参照图2、图3以及图5，将用于监视机器人1的动作的设定文件51输入给控制装置4。在设定文件51中预先设定了工具坐标系34。在设定文件51中设定工具坐标系34的坐标轴作为在进行特定的作业时限制机械手2的移动的限制方向。在本实施方式中，将X轴以及Y轴设定为限制机械手2的移动的限制方向。X轴以及Y轴是向限制方向延伸的坐标轴。设定文件51被存储在存储部42中。

监视部52在将工件70的棒状部70a插入工件71的孔部71a～71f时，监视机械手2进行移动的方向。在本实施方式的工具坐标系34中，在将棒状部70a插入孔部71a～71f时，机械手2向工具坐标系34的Z轴方向移动。

例如，动作控制部43根据动作程序41控制机器人1的位置以及姿势，以使棒状部70a面对孔部71a。监视部52开始监视机械手2的移动的监视控制。动作控制部43根据动作程序41将机械手2向箭头91所示的方向移动。棒状部70a被插入孔部71a。监视部52在工具坐标系34中限制机械手2向X轴方向以及Y轴方向的移动。监视部52在机械手2向X轴方向以及Y轴方向移动时，能够判别为向与希望的方向不同的方向移动。换言之，监视部52容许机械手2向工具坐标系34中的Z轴方向移动。

当机械手2向X轴的方向或Y轴的方向移动时，监视部52使机械手2的移动速度降低，或者使机器人1停止。这种监视控制持续进行，直到特定的作业结束为止。在本实施方式中，监视控制持续进行，直到棒状部70a被插入孔部71a到预先决定的深度为止。

在本实施方式中，从控制装置4的外部输入设定文件51，但不限于该方式。也可以通过配置在控制装置4中的键盘等来生成设定文件51，并由存储部42存储所生成的设定文件。

本实施方式的监视部52包括根据机器人1的位置以及姿势来计算工具坐标系34的原点32的移动方向的方向计算部53。监视部52包括判定工具坐标系34的原点32是否向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动的判定部54。监视部52包括限制基于动作程序41的机器人1的动作的速度的速度限制部55。当工具坐标系34的原点32向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动时，速度限制部55实施使机械手2的移动速度降低的速度降低控制或使机器人1停止的停止控制。

图6表示本实施方式的第一监视控制的流程图。图6所示的监视控制能够按照预先决定的时间间隔重复实施。能够在机器人1的位置以及姿势到达开始监视的状态时开始监视控制。另外，能够实施监视控制直到实施监视的机械手2的移动结束为止。在这里的例子中，如图3所示，为了将棒状部70a插入孔部71a，能够在开始使机械手2向工具坐标系34的Z轴方向移动的控制时开始监视控制。另外，能够持续监视控制直到机械手2向Z轴方向的移动结束为止。

参照图2以及图6，在步骤111中，方向计算部53取得当前的机器人1的位置以及姿势。方向计算部53能够计算法兰盘坐标系33的原点31的位置以及方向作为机器人1的位置以及姿势。能够根据安装在各个机器人驱动电动机22上的位置检测器18的输出来计算机器人1的位置以及姿势。

在步骤112中，方向计算部53取得上次控制中的法兰盘坐标系33的原点31的位置。在步骤113中，方向计算部53计算机器人1的移动方向。这里能够计算法兰盘坐标系33的原点31的移动方向作为机器人1的移动方向。能够通过向量来表示移动方向。方向计算部53能够计算从过去的位置向当前位置的方向。

接着，在步骤114中，方向计算部53计算作为作业工具的机械手2的移动方向。方向计算部53从设定文件51取得工具坐标系34的设定值。方向计算部53根据法兰盘坐标系33的原点31的移动方向来计算工具坐标系34的原点32的移动方向。工具坐标系34的原点32的移动方向相当于机械手2的移动方向。这样，方向计算部53计算与重复控制的时间间隔对应的微小区间的作业工具的移动方向。

接着，在步骤115中，判定部54判定工具坐标系34的原点32是否向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动。即，判定部54判别作业工具的移动方向是否包括被限制的方向成分。判定部54从存储部42取得设定文件51。在本实施方式的判别中，所判定的方向是工具坐标系34的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向。在设定文件51中设定X轴的方向以及Y轴的方向作为限制方向。

判定部54判定通过步骤114计算出的移动方向是否包括X轴的成分以及Y轴的成分中至少一方的成分。在通过步骤114计算出的移动方向包括X轴的成分以及Y轴的成分中至少一方的成分时，判定部54可以判定机械手2向Z轴方向以外的方向移动。判定部54能够判定为机械手2向限制方向前进。此时，控制转到步骤116。

在步骤116中，判定部54计算机械手2的移动速度。机械手2的移动速度能够根据上次控制的工具坐标系34的原点32的位置、当前控制的工具坐标系34的原点32的位置以及进行控制的时间间隔来计算。通过将工具坐标系34的原点32的移动距离除以控制周期，能够计算出机械手2的移动速度。

接着，在步骤117中，判定部54判别机械手2的移动速度是否比速度判定值大。速度判定值能够根据机器人装置5进行的作业来预先设定。例如，当孔部71a的大小接近棒状部70a的大小时，最好以低速进行作业。此时，能够将速度判定值设定得较低。作业工具的速度判定值能够在设定文件51中预先进行设定。

在步骤117中，当机械手2的移动速度为速度判定值以下时，能够判定为基于动作程序41的机械手2的移动速度足够小。此时，维持机械手2的移动速度。然后，控制转到步骤119。在步骤119中，将当前机器人1的位置以及姿势保存在存储部42中。

在步骤117中，当机械手2的移动速度比速度判定值大时，控制转到步骤118。在步骤118中，速度控制部55将使机器人1的动作速度下降的指令发出给动作控制部43，使得机械手2的移动速度变为速度判定值以下。动作控制部43控制机器人驱动电动机22，使得机械手2的移动速度变为速度判定值以下。例如，动作控制部43能够实施使速度下降到速度判定值为止的控制。通过实施这种使速度下降的速度下降控制，机器人1的动作误差变小。其结果为即使机械手2的移动方向从希望的方向偏离一点点，也能够完成希望的作业。之后，控制转到步骤119，保持当前机器人1的位置以及姿势。

这样，在本实施方式的监视控制中，能够根据工具坐标系来监视机器人的动作。作业人员将工具坐标系中的限制移动的限制方向(坐标轴)输入设定文件即可，能够容易地进行用于进行监视的设定。

图7表示说明比较例中的用户坐标系的工件的立体图。在比较例中，为了对各个孔部71a～71f监视机械手2的移动方向而设定用户坐标系38。例如，个别地设定用户坐标系，使得孔部71a～71f的延伸方向成为Z轴的方向。能够根据基准坐标系来设定用户坐标系38。控制装置根据用户坐标系38来监视作业工具的移动方向。

在图7所示的例子中，由于形成了6个孔部71a～71f，因此作业人员需要在设定文件中设定6个用户坐标系38。并且，需要对各个用户坐标系38设定进行限制的方向(X轴方向以及Y轴方向)。因此，设定文件的生成会花费很长的时间。

对此，在本实施方式的监视控制中，由于使用工具坐标系34进行监视，因此在设定文件51中设定的坐标系为一个工具坐标系即可。另外，进行移动限制的方向也是设定一个工具坐标系的坐标轴即可。因此，作业人员能够容易地生成设定文件。另外，能够抑制生成设定文件时的设定的错误。

参照图6，在本实施方式的第一监视控制中，在步骤116以及步骤117中，当作业工具的移动速度比速度判定值大时，实施使作业工具的移动速度下降的控制。通过实施该控制，当基于动作程序41的作业工具的移动速度慢时，能够避免作业工具的移动速度进一步变慢的情况。能够抑制作业工具的动作速度过于慢而作业花费时间的情况。

另外，也可以不进行作业工具的移动速度的判定而实施使作业工具的移动速度下降的速度下降控制。即，在步骤115中，当作业工具的移动方向包括在限制方向延伸的坐标轴的成分时，可以实施使作业工具的移动速度下降的控制。此时，例如能够预先决定作业工具的移动速度的降低幅度。速度限制部55能够以预先决定的降低幅度从当前速度使速度下降。

或者，速度限制部55可以代替速度下降控制而实施将作业工具的移动速度设为零的控制。即，速度限制部55可以实施使机器人1停止的停止控制。

在本实施方式中，将限制方向设定为X轴方向以及Y轴方向，但是不限于该方式，限制方向能够设定任意的方向。例如，能够将一个坐标轴的方向设定为限制方向。

在本实施方式中，例示在固定在工作台8上的工件71中嵌入其他工件70的控制，但是不限于该方式。能够将本发明适用于在使作业工具向希望的方向移动时的监视。例如，能够将本发明适用于在一个工件的细小空间的内部配置其他工件的作业、线状配置密封材料的作业或者监视电弧焊接等的控制。

图8表示本实施方式的第二监视控制的第一流程图。当通过监视控制实施速度降低控制时，有使速度下降的方法中不理想的方法。例如，当通过电弧焊接将2个工件接合时，一边实施电弧焊接一边作业工具进行移动。此时，如果使作业工具的速度急剧下降，则会有焊接的质量恶化的情况。

例如，会有焊接痕迹扩大的情况。或者在实施线状地涂布密封材料的作业时，如果使作业工具的移动速度急剧下降，则有可能生成密封材料的块。或者在实施使机器人停止的停止控制时，也瞬时地切断提供给机器人驱动电动机的电流来使机器人停止。即，移动速度急剧下降。因此，在监视控制造成的速度下降或停止中，有时会对机器人装置进行的作业产生不好的影响。

参照图2以及图8，在本实施方式的第二监视控制中，当判定部54判定为工具坐标系34的原点32向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动时，速度限制部55在预先决定的设定时间期间继续当前的动作。即，当判定为应该限制作业工具的移动速度时，速度限制部55在预先决定的设定时间期间继续当前的动作。然后，速度限制部55在经过设定时间后，实施速度下降控制或停止控制。

能够按照预先决定的时间间隔来重复实施图8所示的控制。图8中，从步骤111到步骤117为止的步骤和步骤119与图6所示的第一监视控制相同。在步骤117中，当作业工具的移动速度比速度判定值大时，控制转到步骤121。速度限制部55具有测量从预先决定的时刻开始的经过时间的功能。即，速度限制部55作为用于速度限制的计时器发挥功能。

在步骤121中，速度限制部55判别计时器是否进行驱动。在步骤121中，当计时器没有进行驱动时，控制转到步骤122。在步骤122中，速度限制部55将警报发送给其他装置。例如，速度限制部55将警报发送给配置在控制装置4中的显示部。显示部能够显示作业工具的方向从希望的方向偏离的警告。或者，如后述那样，速度限制部55能够将警报发送给动作控制部43。

在步骤123中，速度限制部55启动计时器。然后，控制转到步骤119。另外，在步骤121中当计时器已经启动时，控制转到步骤119。在步骤119中，存储部42存储当前的机器人1的位置以及姿势。

在步骤115中，当作业工具没有向限制方向移动时，控制转到步骤125。或者，在步骤117中，当作业工具的移动速度在速度判定值以下时，控制转到步骤124。在步骤124、125中，速度限制部55停止计时器。当计时器没有启动时，速度限制部55维持计时器停止的状态。

图9是表示本实施方式的第二监视控制中的第二流程图。图9所示的控制能够与图8所示的控制同时实施。或者，图9所示的控制能够在图8所示的控制之后接着实施。参照图2以及图9，在步骤127中，判定部54判定计时器是否是驱动中。在步骤127中，当计时器没有驱动时，结束该控制。在步骤127中，当计时器为驱动中时，控制转到步骤128。

在步骤128中，判定部54计算计时器开始启动之后的经过时间。即，判定部54计算从判定为应该限制机械手2的移动速度时开始的经过时间。判定部54判别从计时器开始启动后的经过时间是否比预先决定的时间判定值大。在步骤128中，当计时器开始启动后的经过时间为时间判定值以下时，结束该控制。在步骤128中，当计时器开始启动后的经过时间比时间判定值大时，从应该限制速度时起经过了希望的时间。此时，控制转到步骤129。

在步骤129中，速度限制部55将指令发出给动作控制部43，使得作业工具的移动速度变为速度判定值以下。这样，监视部52测量从发送应该实施速度限制的信号之后的经过时间。然后，速度限制部55在经过预先决定的设定时间后，实施速度的限制。

在第二监视控制中，当使作业工具的移动速度降低为速度判定值以下时，设置预先决定的延缓时间。在该延缓时间期间，控制装置4能够实施任意的控制。

例如，动作程序41中，在接收使机械手2的移动速度下降或者使机器人1停止的信号时，能够预先设定机器人1的动作速度的下降方法或机器人1的停止方法。动作程序41中能够设定为使机器人1慢慢停止，或者使机器人1的动作速度慢慢下降。

在图8的步骤117中，当判定部54判定作业工具的移动速度比速度判定值大时，在步骤122中，监视部52能够将限制速度的状态的信号发送给动作控制部43。动作控制部43能够根据动作程序41使机械手2的移动速度慢慢下降。或者，动作控制部43能够使机器人1的速度慢慢下降并停止。该结果为能够抑制机器人1瞬时停止或者速度急剧下降，机器人装置5进行的作业质量下降的情况。其他控制与第一监视控制相同。

接着，说明本实施方式的第三监视控制。图10表示说明本实施方式的第三监视控制的机械手以及工件的立体图。如上所述，在本实施方式的监视控制中，监视机械手2是否向工具坐标系34的Z轴方向移动。即，当作为限制方向的X轴方向或Y轴方向有速度的成分时，限制机械手2的移动速度。

本实施方式的机器人1是多关节机器人。为了使机械手2向工具坐标系34的Z轴方向移动，会有多个驱动轴同时驱动的情况。即在多个关节部中，机械臂以及手腕的方向发生变化，从而会有机械手2直线移动的情况。为了同时驱动多个驱动轴，机械手2如箭头93所示，有时在工具坐标系34的Z轴方向以外的方向也有轻微摇晃。即使是这样轻微的摇晃，如果检测出向X轴方向或Y轴方向的移动，则速度限制部55限制机械手2的移动速度。因此，在第三监视控制中，即使检测出机械手2向限制方向的移动，在是微小的移动距离的情况下，实施不实施机械手2的移动速度的限制的控制。

图11表示本实施方式的第三控制的流程图。能够按照预先决定的时间间隔重复实施图11所示的控制。参照图2、图10以及图11，在步骤131中，判定部54判定机器人1的位置以及姿势是否是实施作业工具的移动监视的状态。参照图3，例如判定部54判定是否机器人的位置以及姿势发生变化，机械手2变为向工具坐标系34的Z轴方向移动的初始状态(棒状部70a的前端面对孔部71a～71f的状态)。当不是进行机械手2的移动监视的状态时，控制转到步骤132。在步骤132中，方向计算部53根据当前机器人1的位置以及姿势来取得工具坐标系34的原点32的位置以及工具坐标系34的方向。在步骤133中，存储部42存储工具坐标系34的原点32的位置以及工具坐标系34的方向，作为初始位置以及初始的方向。

持续步骤131到步骤133，直到成为实施作业工具的移动监视的状态为止。在没有实施作业工具的移动监视的期间，通过重复从步骤131到步骤133，改写工具坐标系34的初始位置。该工具坐标系34的初始位置在之后的步骤中计算向限制方向的移动距离时被使用。另外，工具坐标系34的初始位置成为实施作业工具的移动监视之前的工具坐标系34的原点32的基准位置。

在步骤131中，当是实施作业工具的移动监视的状态时，控制转到步骤111。从步骤111到步骤117与本实施方式的第一监视控制相同(参照图6)。在步骤117中，当作业工具的移动速度比速度判定值大时，控制转到步骤134。

本实施方式的监视部52包括计算向限制方向延伸的坐标轴上的移动距离的距离计算部56。在步骤134中，距离计算部56取得开始作业工具的监视之前的工具坐标系34的原点32的初始位置。距离计算部56取得通过步骤133存储的初始位置。然后，距离计算部56计算向限制方向延伸的坐标轴上的移动距离。

例如，距离计算部56计算X轴方向的移动距离DX以及Y轴方向的移动距离DY。通过初始位置的X轴的坐标值与当前位置的X轴的坐标值之间的差能够计算移动距离DX。同样，也能够通过相同的方法计算Y轴方向的移动距离DY。

接着，在步骤135中，判定部54判定进行监视的坐标轴上的移动距离是否比预先决定的距离判定值大。距离判定值能够由作业人员预先决定，并在设定文件51中进行设定。距离判定值能够按照进行监视的每个坐标轴进行设定。在图10所示的例子中，判定部54判别向X轴方向的移动距离DX是否比距离判定值LX大。另外，判定部54判别向Y轴方向的移动距离DY是否比距离判定值LY大。当设定了多个限制方向时，判定部54在针对至少一个坐标轴，移动距离超过了距离判定值时，在步骤135中能够判定为移动距离超过距离判定值。

在步骤135中，当移动距离为距离判定值以下时，控制转到步骤119。此时，向限制方向的移动距离很小，不实施限制速度的控制。动作控制部43继续当前机器人1的动作。在步骤135中，当移动距离超过距离判定值时，控制转到步骤136。在步骤136中，速度限制部55实施将作业工具的移动速度下降到速度判定值以下的控制。

在通过实施第三监视控制，向限制方向的移动较小时，能够避免限制作业工具的移动速度的情况。当产生由于多个驱动轴进行驱动而产生的微小的摇摆时，能够避免作业工具的移动速度下降或者作业工具停止的情况。其他控制与本实施方式的第一监视控制相同。

接着，说明本实施方式的设定工具坐标系的方法。如上所述，在本实施方式中，作业人员能够在设定文件51中设定工具坐标系34。然后，作业人员能够在工具坐标系34中设定与限制方向对应的坐标轴。本实施方式的控制装置4具有容易设定工具坐标系以及限制方向的功能。

参照图2，本实施方式的监视部52包括在设定文件中设定工具坐标系34的坐标设定部57。坐标设定部57根据作业工具的2个测定点的坐标值来设定限制作业工具的移动的限制方向。坐标设定部57根据限制方向设定坐标轴的方向，并根据坐标轴的方向设定工具坐标系。

图12表示本实施方式的机器人手腕的侧视图。在手腕15的法兰盘16的表面上设定具有原点31的法兰盘坐标系33。图13表示本实施方式的机器人手腕以及机械手的侧视图。在图13所示的例子中，配置有机械手6作为作业工具。机械手6的爪部6a的延伸方向偏离法兰盘16的旋转轴的方向而形成。即使在这样的机械手6中，也能够设定在机械手6中具有原点32的工具坐标系34。

图14表示本实施方式的手腕以及机械手的其他立体图。在图14所示的例子中，是使机械手6在围绕法兰盘坐标系33的X轴(W轴的方向)旋转30°的状态下固定在法兰盘16上时的立体图。如果比较图13和图14，则Y轴方向以及Z轴方向发生变化，但是X轴的方向没有发生变化。这样，在决定限制方向时，能够确定工具坐标系的坐标轴的方向即可。本实施方式的工具坐标系具有6个自由度，但是其中设定2个坐标轴的方向即可。进一步，能够任意设定工具坐标系34的原点32的位置(法兰盘坐标系的X轴坐标值、Y轴坐标值以及Z轴坐标值)。

图15表示说明在设定限制机械手的移动的限制方向时的控制的机械手的第一立体图。在图15所示的机械手9中，通过吸附把持工件。接触棒73例如被固定在地面等上。即使机器人1的位置以及姿势发生变化，接触棒73也不动。

作业人员为了设定限制机械手的移动的方向，使用示教操作盘来变更机器人的位置以及姿势。即，通过手动来调整机器人1的位置以及姿势。作业人员使接触棒73接触机械手9上的预先决定的测量点。坐标设定部57取得此时机器人1的位置以及姿势。例如，坐标设定部57取得法兰盘坐标系33的原点31的位置以及法兰盘坐标系33的方向。存储部42存储机器人1的位置以及姿势。

图16表示说明在设定限制机械手的移动的方向时的控制的机械手的第二立体图。接着，作业人员控制机器人1的位置以及姿势，使得接触棒73与在机械手9中其它预先决定的测量点接触。坐标设定部57取得此时的机器人1的位置以及姿势。存储部42存储机器人1的位置以及姿势。

图17表示说明在设定限制机械手的移动的方向时的控制的机械手的第三立体图。将第一次测量到的测量点35与第二次测量到的测量点36连接的方向为机械手9的移动的限制方向。坐标设定部57根据使接触棒73与2个测量点接触时的机器人1的位置以及姿势，能够计算出箭头95所示的限制方向。限制方向能够通过法兰盘坐标系的W轴、P轴以及R轴中2个旋转方向的坐标值来表示。即，能够通过法兰盘坐标系的旋转方向的3个坐标值中任意2个坐标值来决定。坐标设定部57能够设定坐标轴，使得箭头95所示的限制方向与工具坐标系的一个坐标轴平行。例如，坐标设定部57能够设定工具坐标系，使得限制方向成为工具坐标系的X轴的方向。

另外，作业人员按照作业工具的每个限制方向来实施测量点的测量。例如，当在与X轴方向垂直的方向设定限制方向时，作业人员使接触棒73与工件表面的不同2点接触，从而测量2个测量点。坐标设定部57能够根据这些测量点来设定限制方向。坐标设定部57能够设定工具坐标系，使得计算出的方向为Y轴的方向。

进一步，如上所述，在本实施方式的监视控制中，能够任意地设定工具坐标系的原点的位置。表示工具坐标系的原点的位置的法兰盘坐标系的X轴坐标值、Y轴坐标值以及Z轴坐标值能够设定任意的坐标值。例如，工具坐标系的原点的位置能够设定在作业工具上的任意位置。坐标设定部57能够将所生成的工具坐标系的信息写入设定文件中。

这样，本实施方式的控制装置能够通过由作业人员确定作业工具上的多个测量点来设定限制方向，并能够根据限制方向来设定工具坐标系。在关于作业工具的移动存在限制方向时，能够在设定文件中容易地设定用于监视的工具坐标系。

在上述的控制中，在设定文件中设定了向限制作业工具的移动的限制方向延伸的坐标轴。即，在设定文件中设定了限制作业工具的移动的方向，但是不限于该方式。在设定文件中也可以设定向许可作业工具的动作的许可方向延伸的坐标轴。此时，在许可方向上延伸的坐标轴以外的坐标轴的方向与限制方向对应。针对在许可方向上延伸的坐标轴以外的坐标轴，实施与上述控制同样的限制速度的控制。判定部判定工具坐标系的原点是否向在许可方向延伸的坐标轴以外的坐标轴的方向移动。当工具坐标系的原点向在许可方向上延伸的坐标轴以外的坐标轴的方向移动时，速度限制部能够实施使作业工具的移动速度下降的速度下降控制或使机器人停止的停止控制。

在上述各个控制中，能够在没有变更功能以及作用的范围内适当变更步骤的顺序。

根据本公开的方式，能够提供一种容易生成用于监视作业工具的移动方向的设定文件的机器人控制装置。

上述实施方式能够适当组合。在上述各个图中，对于相同或相等的部分标注相同的标记。另外，上述实施方式是例示，不限定本发明。另外，在实施方式中包括请求专利保护的范围表示的实施方式的变更。

Claims

1.一种控制机器人的控制装置，其特征在于，

预先决定了机器人的基准坐标系、在安装作业工具的机器人前端的法兰盘表面设定原点且转换基准坐标系而得的法兰盘坐标系以及转换法兰盘坐标系而得的工具坐标系，

该控制装置具备：

存储部，其存储设定文件，该设定文件决定了包括在限制作业工具的移动的限制方向延伸的坐标轴的工具坐标系；

方向计算部，其根据在设定文件中决定的工具坐标系、机器人的位置以及姿势来计算工具坐标系的原点的移动方向；

判定部，其判定工具坐标系的原点是否向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动；以及

速度限制部，其限制基于动作程序的机器人的动作的速度，

在工具坐标系的原点向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动时，上述速度限制部实施使作业工具的移动速度降低的速度降低控制或使机器人停止的停止控制。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

上述判定部计算作业工具的移动速度，并判定作业工具的移动速度是否比预先决定的速度判定值大，

在作业工具的移动速度比上述速度判定值大时，上述速度限制部将作业工具的移动速度控制在速度判定值以下。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

在工具坐标系的原点向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动时，上述速度限制部在预先决定的设定时间期间继续当前的动作，在经过上述设定时间后实施速度降低控制或停止控制。

4.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

该控制装置具备：距离计算部，其将实施作业工具的移动监视之前的工具坐标系的原点的位置作为基准，计算在限制方向延伸的坐标轴上的移动距离，

在工具坐标系的原点向在限制方向延伸的坐标轴的方向移动时，上述判定部判定上述移动距离是否在预先决定的距离判定值以内，

在上述移动距离在上述距离判定值以内时，上述速度限制部继续当前的机器人的动作，在上述移动距离超过上述距离判定值时，上述速度限制部实施上述速度降低控制或上述停止控制。

5.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

该控制装置包括在设定文件中设定上述工具坐标系的坐标设定部，

上述坐标设定部根据作业工具上的2个测量点的坐标值来计算限制作业工具的移动的限制方向，根据限制方向来设定坐标轴的方向，根据上述坐标轴的方向来设定工具坐标系。

6.一种控制机器人的控制装置，其特征在于，

预先决定了机器人的基准坐标系、在安装作业工具的机器人前端的法兰盘的表面设定原点且转换基准坐标系而得的法兰盘坐标系以及转换法兰盘坐标系而得的工具坐标系，

该控制装置具备：

存储部，其存储设定文件，该设定文件决定了包括在许可作业工具的移动的许可方向延伸的坐标轴的工具坐标系；

判定部，其判定工具坐标系的原点是否向在许可方向延伸的坐标轴以外的坐标轴的方向移动；以及

速度限制部，其限制基于动作程序的机器人的动作的速度，

在工具坐标系的原点向在许可方向延伸的坐标轴以外的坐标轴的方向移动时，上述速度限制部实施使作业工具的移动速度降低的速度降低控制或使机器人停止的停止控制。