CN109719703A - 警告或修正示教点或示教线的位置偏移的机器人示教装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对示教点或示教线的位置偏移进行警告或修正的机器人示教装置，机器人示教装置具有处理部，该处理部执行警告或修正示教点或示教线的位置偏移的处理，处理部具有：示教位置取得部，其从成为对象的示教点的集合或示教线的集合取得四个以上的示教位置；法线向量计算部，其计算满足示教位置的集合的法线向量；距离计算部，其计算示教位置的集合中的法线向量的方向上最远离的两个示教位置的距离；以及第一警告指令部，其根据两个示教位置的距离，进行对与示教位置对应的示教点或示教线从实际工件的平面脱离的情况进行警告的指令。

Description

警告或修正示教点或示教线的位置偏移的机器人示教装置

技术领域

本发明涉及对示教点或示教线的位置偏移进行警告或修正的机器人示教装置。

背景技术

为了生成机器人的动作程序，而进行如下示教作业：在显示了工件的形状数据的虚拟空间上指定示教点或示教线的示教作业、或通过直接教学而在虚拟空间上指定示教点或示教线的示教作业。在针对工件进行去毛刺、研磨、涂装等的机器人作业中，存在这样的示教点或示教线必须存在于工件的一个平面上的情况。例如，是去毛刺对象处于工件的一个平面上，沿着这样的平面进行去毛刺的情况。但是，在示教作业中，由于工件的形状数据由多条线构成，因此虽然操作员错误地指定了不同的线，或因操作错误而在从实际工件的平面偏离的位置指定了示教点，而不能称为操作错误，但是存在直接教学涉及的示教点或示教线的位置误差变大这样的问题。因此，需要对示教点或示教线是否处于实际工件的平面上进行验证。

作为本申请相关联的背景技术，从示教点的集合来计算平面的技术是公知的。例如，在日本特开平11-191005号公报中，公开了具有涂装枪的机器人的控制装置，记载了如下内容：求出由临近的三个示教点决定出的平面，对求出的平面的法线向量进行计算，并且将法线向量的方向存储为涂装枪的姿势。

在日本特开2004-017198号公报中公开了对被测定物的表面性状进行测定的装置，记载了如下内容：使球探针与表面的三点以上接触，运算平面的位置，和通过平面的法线向量来决定退避方向。

在日本特开平08-300171号公报中公开了三维激光加工机中的法线检测方法，记载了如下内容：求出针对由示教点附近的工件表面上的三点形成的平面的法线向量，并且使加工头的喷嘴姿势与这样的法线向量一致。

为了对示教点或示教线是否处于一个平面上进行验证，需要使机器人实际动作来进行确认，或通过数值来确认示教点的位置。但是，即使使机器人实际上进行动作也无法知晓示教点的位置偏差是怎样的程度，此外，手动从数值判断示教点或示教线是否处于平面上是困难的。因此，需要在示教点或示教线的位置偏移的验证作业中进行试错，这成为作业效率低下的要因。

发明内容

因此，谋求自动警告或修正从实际工件的平面脱离的示教点或示教线的技术。

本公开的一方式提供一种机器人示教装置，构成为为了生成机器人的动作程序而进行在虚拟空间上指定示教点或示教线的示教作业，其特征在于，所述机器人示教装置具有处理部，该处理部执行警告或修正示教点或示教线的位置偏移的处理，处理部具有：示教位置取得部，其从成为对象的示教点的集合或示教线的集合取得四个以上的示教位置；法线向量计算部，其计算满足示教位置的集合的法线向量；距离计算部，其计算示教位置的集合中的法线向量的方向上最远离的两个示教位置的距离；以及第一警告指令部，其根据最远离的两个示教位置的距离，进行对与示教位置对应的示教点或示教线从实际工件的平面脱离的情况进行警告的指令。

这里，所谓“脱离”由于计算出的法线向量的方向有可能与实际工件的平面上的法线向量的方向不完全一致，因此包含“概略性地脱离”。

本公开的其他方式提供一种机器人示教装置，构成为为了生成机器人的动作程序而进行在虚拟空间上指定示教点或示教线的示教作业，其特征在于，所述机器人示教装置具有处理部，该处理部执行警告或修正示教点或示教线的位置偏移的处理，处理部具有：示教位置取得部，其从成为对象的示教点的集合或示教线的集合取得四个以上的示教位置；法线向量计算部，其计算满足示教位置的集合的法线向量；平均位置计算部，其计算示教位置的集合的平均位置；虚拟平面计算部，其计算通过所计算出的平均位置且与法线向量正交的虚拟平面；警告指令部，其根据各示教位置到虚拟平面的距离，进行对与示教位置对应的示教点或示教线从实际工件的平面脱离的情况进行警告的指令。

这里，所谓“脱离”由于计算出的虚拟平面的位置和姿势有可能与实际工件的平面的位置和姿势不完全一致，因此包含“概略性地脱离”。

本公开的其他方式提供一种机器人示教装置，构成为为了生成机器人的动作程序而进行在虚拟空间上指定示教点或示教线的示教作业，其特征在于，所述机器人示教装置具有处理部，该处理部执行修正示教点或示教线的位置偏移的处理，处理部具有：示教位置取得部，其从成为对象的示教点的集合或示教线的集合取得四个以上的示教位置；法线向量计算部，其计算满足示教位置的集合的法线向量；平均位置计算部，其计算示教位置的集合的平均位置；虚拟平面计算部，其计算通过所计算出的平均位置且与法线向量正交的虚拟平面；以及示教位置修正部，其通过使所有示教位置向虚拟平面上移位，来修正与示教位置对应的示教点或所述示教线的位置偏移。

附图说明

图1是表示一实施方式中的机器人加工系统的结构的概略图。

图2是表示一实施方式中的机器人示教装置的结构的框图。

图3A是表示一实施方式中的四个以上的示教位置的取得方法的侧视图。

图3B是表示一实施方式中的法线向量的计算方法的侧视图。

图3C是表示对一实施方式中的法线向量方向上最远离的两个示教位置的距离进行计算的方法的侧视图。

图3D是表示对代替实施方式中的法线向量方向上最远离的两个示教位置的距离进行计算的方法的侧视图。

图3E是表示对一实施方式中的示教位置的集合的平均位置和虚拟平面进行计算的方法的侧视图。

图3F是表示计算一实施方式中的各示教位置到虚拟平面的距离的方法的侧视图。

图3G是表示一实施方式中的示教位置的修正方法的侧视图。

图4是表示一实施方式有关的机器人示教装置的动作的流程图。

图5是表示一实施方式有关的机器人示教装置的动作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。在各附图中，对相同或类似的结构要素标注相同或者类似的符号。此外，以下所记载的实施方式并非限定权利要求书所记载的发明的技术范围和用语的意义。

图1是表示本实施方式中的机器人加工系统1的结构的概略图。机器人加工系统1包括：机器人2，其针对具有至少一个平面F的工件W进行去毛刺、研磨、涂装等；控制装置3，其控制机器人2的动作；和机器人示教装置4，其构成为为了生成机器人2的动作程序而进行在显示了工件的形状数据S的虚拟空间上指定示教点或示教线L的示教作业、或进行通过直接教学而在虚拟空间上指定示教点或示教线L的示教作业。机器人2由包含伺服电动机等的多轴关节机械手构成，控制装置3由包含CPU、RAM、ROM、输入输出接口等在内的控制装置构成，并且机器人示教装置4由包含便携型的教示操纵台(teachpendant)或笔记本电脑等的计算机构成。

图2是表示本实施方式有关的机器人示教装置4的结构的框图。机器人示教装置4具有：存储部10，其由RAM、ROM、或非易失性存储器等构成；输入部11，其由触摸面板、鼠标、或键盘、和输入接口等构成；输出部12，其由显示面板、扬声器、和输出接口等构成；以及处理部13，其由执行各种程序的CPU、ASIC、或FPGA等构成。这些存储部10、输入部11、输出部12、和处理部13通过总线等而相互连接。

处理部13的结构要素通过由CPU执行的程序模块、或由ASIC或FPGA构成的集成电路等而实装。处理部13具有：显示指令部14，其进行从存储部10读出工件W的形状数据S而进行显示的指令；示教数据取得部15，其取得从输入部11输入的示教点或示教线的集合的数据。针对输出部12进行显示指令部14涉及的显示指令，输出部12在显示面板上显示工件W的形状数据S(参照图1)。处理部13还具有：示教位置取得部16，其从示教点的集合或示教线的集合的数据中取得4个以上的示教位置；和法线向量计算部17，其对满足4个以上的示教位置的法线向量进行计算。

处理部13还具有：距离计算部18，其对示教位置的集合中的法线向量的方向上最远离的两个示教位置的距离进行计算；和第一警告指令部19，其在最远离的两个示教位置的距离超过预先指定的值时，进行对示教位置对应的示教点或示教线从实际工件W的平面F脱离进行警告的指令。针对输出部12进行第一警告指令部19涉及的警告指令，被指令的输出部12在显示面板上显示警告内容或从扬声器发出警告音。

处理部13还可以具有：平均位置计算部20，其计算示教位置的集合的平均位置；虚拟平面计算部21，其计算通过所计算出的平均位置且与法线向量正交的虚拟平面；和第二警告指令部22，其根据各示教位置到虚拟平面的距离，进行对示教位置对应的示教点或示教线从实际工件W的平面F脱离进行警告的指令。这些结构要素(平均位置计算部20、虚拟平面计算部21、和第二警告指令部22)并非必须的结构要素，但是在处理部13具有这些结构要素时，距离计算部18和第一警告指令部19并非必须的结构要素。此外，通过在第一警告指令部19和第二警告指令部22中进行双重的警告处理，而获得示教点或示教线的位置偏移的检测精度提高这样的效果。

处理部13还可以具有：示教位置修正部23，其通过使所有示教位置或只有被警告的示教位置向虚拟平面P上移位，来修正示教位置对应的示教点或示教线的位置偏移。示教位置修正部23并非必须的结构要素，但是在处理部13具有示教位置修正部23时，距离计算部18、第一警告指令部19、和第二警告指令部22并非必须的结构要素。由示教位置修正部23修正的示教点或示教线存储于存储部10。机器人示教装置4按照存储于存储部10的示教点或示教线来生成机器人2的动作程序。

图3A是表示取得本实施方式中的四个以上的示教位置的方法的侧视图。在所取得的示教数据是“示教点”的集合时，通过取得任意的四点以上的示教点，而取得四个以上的示教位置的集合。另一方面，在所取得的示教数据是“示教线”的集合时，通过取得示教线上任意的四点以上的点，而取得四个以上的示教位置的集合。取得四个以上的示教位置的理由是因为：在取得“三个示教位置”时，三个示教位置全部附着于与法线向量正交的一个虚拟平面上，而无法验证示教点或示教线的位置偏移，此外，在取得“两个以下的示教位置”时，无法计算满足示教位置的法线向量和与法线向量正交的虚拟平面。

图3B是表示计算本实施方式中的法线向量N的方法的侧视图。在法线向量N的计算中，可以利用在三维多边形的技术领域中使用的公知的Newell’s Method(纽厄尔方法)等。在Newell’s Method中，首先通过取得由任意的三个示教位置构成的三边形的两个边的向量积(外积)，来计算法线向量N。在三边形(p1、p2、p3)的顶点p1处，在两个边向量是向量U＝p2-p1和向量V＝p3-p1时，通过以下的数学式来计算法线向量N＝U×V。

Nx＝UyVz-UzVy

Ny＝UzVx-UxVz

Nz＝UxVy-UyVx

接下来，从当前的三边形顶点p1移动至下一个任意的三边形顶点p4，通过以下的数学式来计算新的法线向量N。

Nx＝Nx+(p1.y-p4.y)(p1.z+p4.z)

Ny＝Ny+(p1.z-p4.z)(p1.x+p4.x)

Nz＝Nz+(p1.x-p4.x)(p1.y+p4.y)

关于所有示教位置的集合T，通过重复数学式2的计算，来计算最终的法线向量N。

图3C是表示对本实施方式中的法线向量方向上最远离的两个示教位置T1、T2的距离进行计算的方法的侧视图。首先，计算各示教位置到法线向量N的垂线V。接下来，计算各垂线V与法线向量N的交点的集合中的最远离的两个交点的距离。由此，计算法线向量N的方向上最远离的两个示教位置T1、T2的距离D1。在计算出的两个示教位置T1、T2的距离D1超过预先指定的值时，对这样的示教位置对应的示教点或示教线从工件W的平面F脱离进行警告。

图3D是表示对代替实施方式中的法线向量方向上最远离的两个示教位置T1、T2的距离进行计算的方法的侧视图。在代替实施方式中，首先，对示教位置的集合T进行坐标变换使法线向量N为一个坐标轴。坐标变换而得的示教位置的集合T由于具有法线向量方向上的坐标值，因此，通过将示教位置的集合T的法线向量方向上的坐标值进行比较，来计算法线向量N方向上最远离的两个示教位置T1、T2的距离D2。在计算出的两个示教位置T1、T2的距离D2超过预先指定的值时，对这样的示教位置对应的示教点或示教线从工件W的平面F脱离进行警告。

图3E是表示对本实施方式中的示教位置的集合T的平均位置A和虚拟平面P进行计算的方法的侧视图。通过计算图3所示的各垂线V与法线向量N的交点的集合的平均位置进行计算来计算示教位置的集合T的平均位置A。作为代替实施方式，可以对示教位置的集合T进行坐标变换使法线向量N为一个坐标轴，计算坐标变换而得的示教位置的集合的法线向量方向上的坐标值的平均值，来计算示教位置的集合T的平均位置A。在通过计算出的平均位置A且与法线向量N正交这样的条件下计算虚拟平面P。

图3F是表示本实施方式中的从示教位置的每一个到虚拟平面P的距离的计算方法的侧视图。通过计算各垂线V与法线向量N的交点的每一个、与交点的集合的平均位置的距离，来计算各示教位置到虚拟平面P的距离D3。作为代替实施方式，可以对示教位置的集合T进行坐标变换使法线向量N为一个坐标轴，通过计算坐标变换而得的示教位置的集合T的法线向量方向上的坐标值与示教位置的集合T的平均位置A之间的距离，来计算各示教位置到虚拟平面P的距离D3。

在各计算出的示教位置到虚拟平面P的距离D3超过预先指定的值的二分之一时，对这样的示教位置对应的示教点或示教线从实际工件W的平面F脱离进行警告。这里，预先指定的值的“二分之一”相当于虚拟平面P的上方的允许误差、或虚拟平面P的下方的允许误差。通过设定为预先指定的值的“二分之一”，可以将双重的警告处理中的阈值归纳为一个值(预先指定的值)。

图3G是表示本实施方式中的示教位置的修正方法的侧视图。通过使所有示教位置向虚拟平面P上移位来修正示教点或示教线的位置偏移。作为代替实施方式，可以通过只使被警告的示教位置向虚拟平面P上移位，来修正示教点或示教线的位置偏移。

图4和图5是表示本实施方式有关的机器人示教装置4的动作的流程图。机器人示教装置4在开始警告或修正示教点或示教线的位置偏移的处理时，首先在步骤S10中，进行从存储部10读出工件W的形状数据S且显示于显示面板的指令。在步骤S11中，取得示教点的集合或示教线的集合的数据。在步骤S12中，从示教点的集合或示教线的集合中取得四个以上的示教位置的集合T(参照图3A)。在步骤S13中，计算满足示教位置的集合T的法线向量N(参照图3B)。在步骤S14中，计算法线向量N的方向上最远离的两个示教位置T1、T2的距离D1或D2(参照图3C或图3D)。在步骤S15中，判定两个示教位置T1、T2的距离D1或D2是否是预先指定的值以下。在两个示教位置T1、T2的距离D1或D2超过预先指定的值时(步骤S15：否)，在步骤S16中，进行对这样的示教位置T1、T2对应的示教点或示教线从实际工件W的平面F脱离进行警告的指令。在两个示教位置T1、T2的距离D1或D2是预先指定的值以下时(步骤S15：是)，由于示教点或示教线没有从实际工件W的平面F脱离，因此在图5的步骤S22中，按照这样的示教点或示教线来生成机器人2的动作程序。并且，警告或修正示教点或示教线的位置偏移的处理结束。

参照图5，在步骤S17中，计算示教位置的集合的平均位置A(参照图3E)。在步骤S18中，计算通过计算出的平均位置A且与法线向量N正交的虚拟平面P(参照图3F)。在步骤S19中，判定各示教位置到虚拟平面P的距离D3是否是预先指定的值的二分之一以下(参照图3F)。在各示教位置到虚拟平面P的距离D3超过预先指定的值的二分之一时(步骤S19：否)，在步骤S20中，进行对这样的示教位置对应的示教点或示教线从实际工件W的平面F脱离进行警告的指令。另一方面，在各示教位置到虚拟平面P的距离D3是预先指定的值的二分之一以下时(步骤S19：是)，由于示教点或示教线没有从实际工件W的平面F脱离，因此在步骤S22中，按照这样的示教点或示教线来生成机器人2的动作程序。并且，警告或修正示教点或示教线的位置偏移的处理结束。步骤S17～步骤S20的警告处理并非必须的处理，但是在进行步骤S17～步骤S20的警告处理时，步骤S14～步骤S16的警告处理并非必须的处理。此外，在步骤S14～步骤S20中进行双重的警告处理，由此，获得示教点或示教线的位置偏移的检测精度升高的效果。

在步骤S21中，通过使所有示教位置或警告的示教位置向虚拟平面P上移位，来修正这样的示教位置对应的示教点或示教线的位置偏移。在步骤S22中，按照修正后的示教点或示教线来生成机器人2的动作程序。并且，警告或修正示教点或示教线的位置偏移的处理结束。

根据所述实施方式中的机器人示教装置4，可以自动警告或修正从实际工件W的平面F脱离的示教点或示教线。进而，不需要示教点或示教线的位置偏移的验证作业的试错，可以提升作业效率。

所述实施方式中的程序可以存储于计算机可读的非临时性的存储介质，例如CD-ROM等而提供。在本说明书中对各种实施方式进行了说明，但是本发明并非限定于所述各种实施方式，想要识别在以下的权利要求书所记载的范围内进行各种变更。

Claims (10)

1.一种机器人示教装置，其构成为为了生成机器人的动作程序而进行在虚拟空间上指定示教点或示教线的示教作业，其特征在于，

所述机器人示教装置具有处理部，该处理部执行警告或修正所述示教点或示教线的位置偏移的处理，

所述处理部具有：

示教位置取得部，其从成为对象的示教点的集合或示教线的集合取得四个以上的示教位置；

法线向量计算部，其计算满足所述示教位置的集合的法线向量；

距离计算部，其计算所述示教位置的集合中的所述法线向量的方向上最远离的两个示教位置的距离；以及

第一警告指令部，其根据所述最远离的两个示教位置的距离，进行对与所述示教位置对应的所述示教点或所述示教线从实际工件的平面脱离的情况进行警告的指令。

2.根据权利要求1所述的机器人示教装置，其特征在于，

所述距离计算部通过计算各所述示教位置到所述法线向量的垂线并且计算各所述垂线与所述法线向量的交点的集合中的最远离的两个交点的距离，来计算所述法线向量的方向上最远离的两个示教位置的距离。

3.根据权利要求1所述的机器人示教装置，其特征在于，

所述处理部还具有：

平均位置计算部，其计算所述示教位置的集合的平均位置；

虚拟平面计算部，其计算通过所计算出的所述平均位置且与所述法线向量正交的虚拟平面进行计算；以及

第二警告指令部，其根据各所述示教位置到所述虚拟平面的距离，进行对与所述示教位置对应的所述示教点或所述示教线从所述工件的平面脱离的情况进行警告的指令。

4.根据权利要求3所述的机器人示教装置，其特征在于，

所述平均位置计算部通过计算各所述示教位置到所述法线向量的垂线而计算各所述垂线与所述法线向量的交点的集合的平均位置，来计算所述示教位置的集合的平均位置。

5.根据权利要求3或4所述的机器人示教装置，其特征在于，

所述处理部还具有示教位置修正部，该示教位置修正部通过使所有所述示教位置或被警告的所述示教位置向所述虚拟平面上移位，来修正与所述示教位置对应的所述示教点或所述示教线的位置偏移。

6.一种机器人示教装置，其构成为为了生成机器人的动作程序而进行在虚拟空间上指定示教点或示教线的示教作业，其特征在于，

所述机器人示教装置具有处理部，该处理部执行警告或修正所述示教点或示教线的位置偏移的处理，

所述处理部具有：

示教位置取得部，其从成为对象的示教点的集合或示教线的集合取得四个以上的示教位置；

法线向量计算部，其计算满足所述示教位置的集合的法线向量；

平均位置计算部，其计算所述示教位置的集合的平均位置；

虚拟平面计算部，其计算通过所计算出的所述平均位置且与所述法线向量正交的虚拟平面进行计算；以及

警告指令部，其根据各所述示教位置到所述虚拟平面的距离，进行对与所述示教位置对应的所述示教点或所述示教线从实际工件的平面脱离的情况进行警告的指令。

7.根据权利要求6所述的机器人示教装置，其特征在于，

所述平均位置计算部通过计算各所述示教位置到所述法线向量的垂线而计算各所述垂线与所述法线向量的交点的集合的平均位置，来计算所述示教位置的集合的平均位置。

8.根据权利要求6或7所述的机器人示教装置，其特征在于，

所述处理部还具有示教位置修正部，该示教位置修正部通过使所有所述示教位置或被警告的所述示教位置向所述虚拟平面上移位，来修正与所述示教位置对应的所述示教点或所述示教线的位置偏移。

9.一种机器人示教装置，其构成为为了生成机器人的动作程序而进行在虚拟空间上指定示教点或示教线的示教作业，其特征在于，

所述机器人示教装置具有处理部，该处理部执行修正所述示教点或示教线的位置偏移的处理，

所述处理部具有：

示教位置取得部，其从成为对象的示教点的集合或示教线的集合取得四个以上的示教位置；

法线向量计算部，其计算满足所述示教位置的集合的法线向量；

平均位置计算部，其计算所述示教位置的集合的平均位置；

虚拟平面计算部，其计算通过所计算出的所述平均位置且与所述法线向量正交的虚拟平面进行计算；以及

示教位置修正部，其通过使所有所述示教位置向所述虚拟平面上移位，来修正与所述示教位置对应的所述示教点或所述示教线的位置偏移。

10.根据权利要求9所述的机器人示教装置，其特征在于，

所述平均位置计算部通过计算各所述示教位置到所述法线向量的垂线而计算各所述垂线与所述法线向量的交点的集合的平均位置，来计算所述示教位置的集合的平均位置。