CN109693013B - 控制工件移动装置和机器人协调动作的控制装置及其方法 - Google Patents

控制工件移动装置和机器人协调动作的控制装置及其方法 Download PDF

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Abstract

一种控制装置，其能够对在机器人不对工件进行作业的非工件处理动作时使工件移动装置的加速度变得过度，而由此产生被该工件移动装置支承的工件的错位进行防止。控制装置以使工件移动装置与机器人相互协调地进行动作的方式来进行控制，该工件移动装置使工件移动，该机器人对该工件进行作业，该控制装置具备：工件移动装置控制部，其对工件移动装置进行控制，使得相当于从使工件移动装置加减速的开始期到结束期为止的期间的时间常数在使机器人和工件移动装置执行工件处理动作以外的动作时，比执行使机器人和工件移动装置协调地对工件进行作业的工件处理动作时更长。

Description

控制工件移动装置和机器人协调动作的控制装置及其方法
技术领域
本发明涉及以使工件移动装置与机器人协调地进行动作的方式来进行控制的控制装置和控制方法。
背景技术
已知有如下技术：使工件移动装置与机器人相互协调地进行动作，该工件移动装置使工件移动，该机器人对工件进行焊接等作业(例如，日本特开2006-136918号公报)。
发明内容
以往，在机器人不对工件进行作业的非工件处理动作时，工件移动装置的加速度变得过度，由此，有时就会产生该工件移动装置所支承的工件的错位。
在本公开的一形态中，有一种控制装置，其以使工件移动装置与机器人相互协调地进行动作的方式来进行控制，该工件移动装置使工件移动，该机器人对该工件进行作业，其中，该控制装置具备：工件移动装置控制部，其对工件移动装置进行控制，使得相当于从使工件移动装置加速或减速的开始期到结束期为止的期间的时间常数在使机器人和工件移动装置执行工件处理动作以外的动作时，比执行使机器人和工件移动装置协调地对工件进行作业的工件处理动作时更长。
在本公开的另一形态中，有一种方法，其以使工件移动装置和机器人相互协调地进行动作的方式来进行控制，该工件移动装置使工件移动，该机器人对该工件进行作业，其中，该方法包括：对工件移动装置进行控制，使得表示从使工件移动装置加速或减速的开始期到结束期为止的期间的时间常数在使机器人和工件移动装置执行工件处理动作以外的动作时，比执行使机器人和工件移动装置协调地对工件进行作业的工件处理动作时更长。
根据本公开，在非工件处理动作时，能够防止在使工件移动装置加速或减速时动作速度的加速度过度地变大。由此，能够防止引起设置于工件移动装置上的工件的错位。
附图说明
图1是一实施方式所涉及的系统的图。
图2是图1所示的系统的框图。
图3是表示机器人和工件移动装置的动作速度与时间的关系的图表。
图4是表示图1所示的系统执行着非工件处理动作的状态的图。
图5是表示非工件处理动作时的工件移动装置的动作速度与时间的关系的图表。
图6是另一实施方式所涉及的系统的框图。
图7是又一实施方式所涉及的系统的框图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本公开的实施方式。此外，在以下说明的各种实施方式中，对同样的要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。首先，参照图1和图2，对一实施方式所涉及的系统10进行说明。
本实施方式所涉及的系统10是用于对工件W进行电弧焊的系统，具备机器人12、工件移动装置14、从动装置16、以及控制装置100。机器人12是垂直多关节机器人，具有基座18、回转体20、机械臂22、以及腕部24。
回转体20以能够绕铅垂轴线回转的方式设置于基座18。机械臂22具有：下手臂部26，其以能够转动的方式连结于回转体20；以及上手臂部28，其以能够转动的方式连结于该下手臂部26的前端部。
腕部24具有：第1腕部要素30，其以能够转动的方式连结于上手臂部28；第2腕部要素32，其以能够转动的方式连结于该第1腕部要素30的前端部；以及第3腕部要素34，其以能够转动的方式连结于该第2腕部要素32的前端部。
在第3腕部要素34的前端部安装有末端执行器36。在本实施方式中，末端执行器36是焊枪，对工件W进行电弧焊。
在基座18、回转体20、机械臂22、以及腕部24内置有伺服电动机38(图2)，这些伺服电动机38根据来自控制装置100的指令对回转体20、机械臂22、以及腕部24进行驱动。这样一来，机器人12使末端执行器36配置于任意的位置和姿势。
工件移动装置14具有基座40、电动机收容部42、以及输出法兰盘44。电动机收容部42在与输出法兰盘44相反的一侧固定设置于基座40。
输出法兰盘44以能够绕轴线O旋转的方式设置于基座40。在本实施方式中，输出法兰盘44是圆形。在电动机收容部42内置有伺服电动机48(图2)。伺服电动机48根据来自控制装置100的指令对输出法兰盘44进行驱动以使该输出法兰盘44绕轴线O旋转。这样一来，设置于输出法兰盘44的工件W绕轴线O旋转。
从动装置16具有基座50和以能够绕轴线O旋转的方式设置于基座50的从动法兰盘52。在本实施方式中，从动法兰盘52是圆形，以轴线O为基准而与输出法兰盘44同心地配置。
在输出法兰盘44和从动法兰盘53上设置有用于固定工件W的夹具46。在夹具46上设置有对工件W进行夹紧的多个夹紧构件54，工件W被该夹紧构件54夹紧于夹具46。
这样一来，工件W借助夹具46固定于输出法兰盘44和从动法兰盘52。若夹具46被输出法兰盘44旋转，则支承该夹具46的另一端的从动法兰盘52也随着该夹具46的旋转而绕轴线O旋转。
如图2所示，控制装置100具有工件移动装置控制部102和机器人控制部104。工件移动装置控制部102生成针对内置于工件移动装置14的伺服电动机48的指令(例如、加速度指令、扭矩指令、或电流指令)，对工件移动装置14的动作(具体而言，输出法兰盘44的旋转动作)进行控制。
机器人控制部104生成针对内置于机器人12的伺服电动机38的指令(加速度指令、扭矩指令、或电流指令)，对机器人12的动作进行控制。另外，机器人控制部104向末端执行器36发送指令，利用该末端执行器36对工件W进行作业(具体而言，电弧焊)。
控制装置100具有至少1个处理器和存储部(都未图示)。可以由1个处理器来担负工件移动装置控制部102和机器人控制部104的功能，也可以由各个单独的处理器分别担负工件移动装置控制部102和机器人控制部104的功能。针对工件移动装置控制部102和机器人控制部104的功能予以后述。
控制装置100执行使机器人12和工件移动装置14相互协调地进行动作，并且利用末端执行器36对工件W进行作业的工件处理动作。以下，参照图3对在工件处理动作时使机器人12和工件移动装置14协调地进行动作时的、机器人12和工件移动装置14的动作速度进行说明。
图3的(a)的图表表示工件处理动作时的机器人12的动作速度(更具体而言，机器人12使末端执行器36移动的速度)VR与时间t之间的关系。另一方面，图3的(b)的图表表示工件处理动作时的工件移动装置14的动作速度(更具体而言，工件移动装置14使输出法兰盘44旋转的速度)VW与时间t之间的关系。
如图3的(a)的特性60所示，在执行工件处理动作时，机器人控制部104在时刻t1使末端执行器36启动，开始对工件W的作业(即、电弧焊)。
与此同时，机器人控制部104在从时刻t1到时刻t2的期间τa1内使机器人12加速，使该机器人12的动作速度VR从第1速度VR1增加到第2速度VR2。
该期间τa1是使机器人12加速时的时间常数τa1，时刻t1成为机器人12的加速的开始期，时刻t2成为机器人12的加速的结束期。例如，第1速度VR1是零。接下来，机器人控制部104在从时刻t2到时刻t3的期间τo1内使机器人12以恒定的动作速度VR2进行动作。
接下来，机器人控制部104在从时刻t3到时刻t4的期间τd1内使机器人12减速，使动作速度VR从第2速度VR2减少到第1速度VR1。该期间τd1是使机器人12减速时的时间常数τd1，时刻t3成为减速的开始期，时刻t4成为减速的结束期。
机器人控制部104在时刻t4使末端执行器36的动作停止，使对工件W的作业结束。控制装置100的工件移动装置控制部102使工件移动装置14进行动作，以便与这样的机器人12的动作同步。
具体而言，如图3的(b)的特性62所示，工件移动装置控制部102在从时刻t1到时刻t2的期间τa1内使工件移动装置14加速，使该工件移动装置14的动作速度VW从第1速度VW1(例如、VW1＝0)增加到第2速度VW2。
该期间τa1是使工件移动装置14加速时的时间常数τa1，时刻t1成为工件移动装置14的加速的开始期，时刻t2成为工件移动装置14的加速的结束期。接下来，控制装置100在从时刻t2到时刻t3的期间τo1内使工件移动装置14以恒定的动作速度VW2进行动作。
接下来，工件移动装置控制部102在从时刻t3到时刻t4的期间τd1内使工件移动装置14减速，使动作速度VW从第2速度VW2减少到第1速度VW1。该期间τd1是使工件移动装置14减速时的时间常数τd1，时刻t3成为工件移动装置14的减速的开始期，时刻t4成为工件移动装置14的减速的结束期。
如此，在工件处理动作时，工件移动装置控制部102和机器人控制部104使工件移动装置14和机器人12分别加减速，以便工件移动装置14和机器人12加速的开始期t1和结束期t2相互同步、且使工件移动装置14和机器人12减速的开始期t3和结束期t4相互同步。
这样，控制装置100在工件处理动作时，与利用工件移动装置14使工件W移动同步地利用机器人12使末端执行器36相对于工件W移动，并且利用该末端执行器36对工件W进行作业。通过如此使加减速的开始期与结束期同步，能够防止针对工件W进行的作业的轨迹(即、电弧焊的轨迹)紊乱。
在工件处理动作结束了之后(或者，在执行工件处理动作之前)，控制装置100执行除了工件处理动作以外的动作(以下，说成“非工件处理动作”)。
例如，作为该非工件处理动作，控制装置100执行退避动作和接近动作。具体而言，机器人控制部104在使末端执行器36停止后的状态下使机器人12进行动作，而使末端执行器36从工件W退避(退避动作)。其结果是，如图4所示，末端执行器36被退避至与工件W分开的位置。
与此同时，工件移动装置控制部102使工件移动装置14进行动作，而使输出法兰盘44仅旋转预定的角度，由此，使工件W移动到所期望的位置。接下来，机器人控制部104使机器人12进行动作而使末端执行器36向用于执行下一工件处理动作的待机位置移动(接近动作)。
此外，在执行着非工件处理动作时，控制装置100也可以使机器人12和工件移动装置14协调地动作。具体而言，控制装置100也可以与利用工件移动装置14使工件W移动同步地利用机器人12使末端执行器36从工件W退避。
以往，存在如下情况：工件移动装置14的加速或减速的时间常数被设定成1个值，无法任意地设定时间常数。在该情况下，非工件处理动作时的工件移动装置14的加减速的时间常数τa1和τd1被设定成与工件处理动作时相同的值τSET(即，τa1＝τd1＝τSET)。
在图3的(b)的特性64表示现有的非工件处理动作时的工件移动装置14的动作速度VW的控制例。在该特性64中，工件移动装置14的动作速度VW从时刻t1到时刻t2以时间常数τa1(＝τSET)从第1速度VW1增加到第3速度VW3(>VW2)。
并且，工件移动装置14从时刻t2到时刻t3以恒定的速度VW3进行动作。在如此执行非工件处理动作时，工件移动装置14以比工件处理动作时的速度高的速度(VW3>VW2)进行动作。
接下来，动作速度VW从时刻t3到时刻t4以时间常数τd1(＝τSET)从第3速度VW3减少到第1速度VW1。在该特性64的情况下，工件移动装置14的加减速时的加速度a的绝对值相比于特性62更大。
以往，出于周期缩减的观点，针对工件移动装置14设定的1个时间常数(τSET)被设定成在工件移动装置14的规格(例如、伺服电动机48的最大负荷扭矩、容许最大惯性)的容许范围内最小。
在以这样的最小的时间常数(τSET)使工件移动装置14以特性64(即、非工件处理动作)进行了加减速的情况下，有可能引起被设置于夹具46的工件W的错位、或者伺服电动机48的过大负荷。
为了避免这样的事态，本实施方式的控制装置100对工件移动装置14进行控制，以便在非工件处理动作时使工件移动装置14加减速时的时间常数比在工件处理动作时使工件移动装置14加减速时的时间常数(τa1和τd1)更长。
在图5的特性66中表示本实施方式所涉及的、非工件处理动作时的工件移动装置14的动作速度VW的控制例。此外，在图5中，作为比较，以单点划线表示图3所示的特性64。
在本实施方式所涉及的特性66中，工件移动装置控制部102从时刻t1(加速的开始期)到时刻t5(加速的结束期)以时间常数τa2(>τa1)使工件移动装置14加速，使其动作速度VW从第1速度VW1增加到第3速度VW3。接下来，控制装置100在从时刻t5到时刻t6的期间τo2(＜τ01)内使工件移动装置14以恒定的动作速度VW3进行动作。
接下来，工件移动装置控制部102从时刻t6(减速的开始期)到时刻t4(减速的结束期)以时间常数τd2使工件移动装置14减速，使动作速度VW从第3速度VW3减少到第1速度VW1。根据该特性66，能够使在非工件处理动作时当工件移动装置14加速或减速时的加速度a的绝对值相比于特性64更小。
作为如特性66的那样对动作速度VW进行控制的方法，可以想到各种方法。作为一个例子，控制装置100的存储部预先存储工件处理动作时的时间常数τa1和τd1、以及非工件处理动作时的时间常数τa2和τd2。
这些时间常数τa1、τd1、τa2、以及τd2考虑设置于工件移动装置14的夹具46的规格(例如，夹具对工件的夹紧力、夹具的强度)、工件移动装置14的规格(例如、伺服电动机48的最大负荷扭矩、容许最大惯性)、作业周期等，并由使用者预先确定。
在工件处理动作时，如图5中的特性62所示，工件移动装置控制部102，生成针对伺服电动机48的指令，使工件移动装置14进行动作，以便工件移动装置14的加速和减速时的时间常数分别成为时间常数τa1和τd1。
另一方面，在非工件处理动作时，如图5中的特性66所示，工件移动装置控制部102生成针对伺服电动机48的指令，使工件移动装置14进行动作，以便工件移动装置14的加速和减速时的时间常数分别成为时间常数τa2和τd2。
如此一来，工件移动装置控制部102按照预先确定好的时间常数τa1、τd1、τa2、和τd2对工件移动装置14的动作进行控制(所谓的、时间常数控制)。
作为另一个例子，工件移动装置控制部102生成向工件移动装置14的伺服电动机48的指令(加速度指令、扭矩指令、或电流指令)，对工件移动装置14进行控制(所谓的、加速度控制、扭矩控制、或电流控制)，以便工件移动装置14的加速度a不超过容许最大值aMAX。
该容许最大值aMAX依赖于夹具46的规格(例如、夹紧力、强度)、和工件移动装置14的规格(例如、最大负荷扭矩、容许最大惯性)。
在该例子的情况下，工件移动装置控制部102在工件处理动作时，当对工件移动装置14进行加速时，将指令Ca1发送至伺服电动机48，使工件移动装置14的动作速度VW从第1速度VW1增加到第2速度VW2。
另外，工件移动装置控制部102在工件处理动作时，当使工件移动装置14减速时，将指令Cd1发送至伺服电动机48，使工件移动装置14的动作速度VW从第2速度VW2减少到第1速度VW1。
另一方面，工件移动装置控制部102在非工件处理动作时，当使工件移动装置14加速时，将指令Ca2发送至伺服电动机48，使工件移动装置14的动作速度VW从第1速度VW1增加到第3速度VW3。
另外，工件移动装置控制部102在非工件处理动作时，当使工件移动装置14减速时，将指令Cd2发送至伺服电动机48，使工件移动装置14的动作速度VW从第3速度VW3减少到第1速度VW1。
上述的指令Ca1、Ca2、Cd1、以及Cd2作为工件移动装置14的加速度a不超过容许最大值aMAX的值，由使用者预先确定，存储于控制装置100的存储部。例如，指令Ca1、Ca2、Cd1、以及Cd2被设定为工件移动装置14的加速度a在不超过容许最大值aMAX的范围内尽可能大的值。
由此，工件移动装置14在非工件处理动作时进行加速或减速，以便该加速度a不超过容许最大值aMAX。作为其结果，如图5中的特性66所示，工件移动装置14的加速和减速时的时间常数成为时间常数τa2(>τa1)和τd2(>τd1)。
如以上那样，根据本实施方式，在非工件处理动作时，当使工件移动装置14加速或减速时，能够防止工件移动装置14的加速度a过度地变大。由此，能够防止引起设置于夹具46的工件W的错位、以及伺服电动机48的过大负荷。
此外，也可以被设定成工件处理动作时的加速时的时间常数τa1比减速时的时间常数τd1短。另外，也可以被设定成非工件处理动作时的加速时的时间常数τa2比减速时的时间常数τd2短。
通过如此设定时间常数τa1、τd1、τa2、τd2，能够有利地减少使工件移动装置14(和机器人12)的动作速度VW(和VR)从第2速度VW2(和VR2)减速成第1速度VW1(和VR1)时的输出法兰盘44(和末端执行器36)的残留振动。然而，也可以设定成τa1＝τd1、或τa2＝τd2。
接着，参照图6，对另一实施方式的控制装置100’进行说明。控制装置100’能够替代上述的控制装置100而适用于系统10。控制装置100’还具有上述的控制装置100和时间常数决定部106，这一点有所不同。
在此，在系统10中，存在对多种工件进行作业的情况。成为作业对象的各种工件能够基于其重量、形状、或尺寸等被分类(例如，类型A＝工件重量10kg、类型B＝工件重量15kg、类型C＝工件重量30kg、···)。
在本实施方式中，时间常数决定部106根据作业对象的工件的种类自动决定上述的时间常数τa2和τd2。作为一个例子，控制装置100’的存储部存储表示工件的种类与时间常数τa2和τd2之间的关系的数据表。
该数据表所含有的、各工件的种类的时间常数τa2和τd2基于与该工件的种类有关的信息(工件重量等)、夹具46的规格(夹紧力、强度等)、以及工件移动装置14的规格(最大负荷扭矩、容许最大惯性等)而由使用者预先确定。
控制装置100’从使用者、上位控制器、或动作程序受理对工件的种类进行确定的输入。若受理该输入，则时间常数决定部106确定工件的种类，从数据表读出与所确定的种类相对应的时间常数τa2和τd2，并决定为在非工件处理动作时使工件移动装置14加减速时的时间常数。
作为另一个例子，也可以是，控制装置100’在作业对象的工件被设置于工件移动装置14时使工件移动装置14临时动作，基于此时从伺服电动机48发送的反馈值来决定时间常数τa2和τd2。
具体而言，操作者将作业对象的工件设置于夹具46。接下来，工件移动装置控制部102向伺服电动机48发送指令，使工件移动装置14临时动作(即、使输出法兰盘44仅旋转预定的角度)。
此时，伺服电动机48向控制装置100发送反馈值(例如、负荷扭矩值、或反馈电流值)。该反馈值成为与施加于伺服电动机48的负荷(即、设置到工件移动装置14的工件的重量)相应的值。时间常数决定部106基于从伺服电动机48接收到的反馈值来决定时间常数τa2和τd2。
例如，控制装置100的存储部存储表示来自伺服电动机48的反馈值与时间常数τa2和τd2的关系的数据表。该数据表所含有的、各反馈值的时间常数τa2和τd2基于夹具46的规格和工件移动装置14的规格等由使用者预先确定。
时间常数决定部106从数据表读出与从伺服电动机48接收到的反馈值相对应的时间常数τa2和τd2，并决定为在非工件处理动作时使工件移动装置14加减速时的时间常数。
作为替代，也可以是，时间常数决定部106根据从伺服电动机48接收到的反馈值，通过计算求出时间常数τa2和τd2。
使用以上那样的方法，时间常数决定部106能够根据成为作业对象的工件的种类来决定在非工件处理动作时使工件移动装置14加减速的时的时间常数τa2和τd2。
并且，如图5的特性66所示，工件移动装置控制部102对工件移动装置14进行时间常数控制、加速度控制、扭矩控制、或电流控制，以便以所决定的时间常数τa2使工件移动装置14加速，以所决定的时间常数τd2使工件移动装置14减速。
根据本实施方式，在对多种工件进行作业的情况下，能够根据作业对象的工件的种类自动地决定非工件处理动作时的时间常数τa2和τd2。由此，能够根据工件的种类使时间常数τa2和τd2最佳化，因此，能够防止工件移动装置14的加速度a超过容许最大值aMAX，并且缩减作业的周期。
此外，在上述的实施方式中，叙述了系统10用于对工件W进行电弧焊的情况。然而，并不限于此，系统10也可以用于对工件W进行激光加工或材料涂敷等作业。
例如，在系统10是进行激光加工的系统的情况下，末端执行器36是激光出射喷嘴。另外，在系统10是进行材料涂敷的系统的情况下，末端执行器36是材料喷嘴。
另外，工件移动装置14并不限于使圆形的输出法兰盘44绕轴线O旋转的工件移动装置，也可以构成为，使例如四边形的输出法兰盘沿着预定的x-y平面(例如水平面)移动。
另外，在图2所示的实施方式中，对控制装置100具备工件移动装置控制部102和机器人控制部104的情况进行了叙述。然而，机器人控制部104也可以设置为与控制装置100不同的要素。
在图7中示出这样的实施方式。在图7所示的系统10’中，控制装置100”具备工件移动装置控制部102，另一方面机器人控制部104设置为与控制装置100”不同的要素，与控制装置100”可通信地连接。例如，机器人控制部104由具有至少1个处理器和存储部的计算机构成，如上述那样控制机器人12。
以上，通过实施方式对本公开进行了说明，但上述的实施方式并不用于限定权利要求书所涉及的发明。

Claims (6)

1.一种控制装置，其以使工件移动装置与机器人协调地进行动作的方式进行控制，该工件移动装置使工件移动，该机器人对该工件进行作业，其特征在于，
该控制装置具备：工件移动装置控制部，其对所述工件移动装置进行控制，使得相当于从使所述工件移动装置加速或减速的开始期到结束期为止的期间的时间常数，在使所述机器人和所述工件移动装置执行工件处理动作以外的动作时，比在执行使所述机器人和所述工件移动装置协调地对所述工件进行作业的所述工件处理动作时更长。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
该控制装置还具备：机器人控制部，其在执行所述工件处理动作时，与所述工件移动装置的加速或减速的所述开始期和所述结束期同步地使所述机器人加速或减速。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，
所述工件移动装置控制部在执行所述工件处理动作以外的动作时，使所述工件移动装置以比所述工件处理动作时更高的速度进行动作。
4.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，
所述工件移动装置控制部对该工件移动装置进行控制，以便在执行所述工件处理动作或所述工件处理动作以外的动作时，使所述工件移动装置的加速时的所述时间常数比减速时的所述时间常数短。
5.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，
该控制装置还具备根据所述工件的种类决定所述时间常数的时间常数决定部。
6.一种控制方法，其以使工件移动装置和机器人协调地进行动作的方式进行控制，该工件移动装置使工件移动，该机器人对该工件进行作业，其特征在于，
该控制方法包括：对所述工件移动装置进行控制，使得相当于从使所述工件移动装置加速或减速的开始期到结束期为止的期间的时间常数，在使所述机器人和所述工件移动装置执行工件处理动作以外的动作时，比在执行使所述机器人和所述工件移动装置协调地对所述工件进行作业的所述工件处理动作时更长。
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