CN109927054B - 机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人系统，其容易更换机器人控制器或附件并与机器人本体连接，且能够将保存于机器人本体或附件侧的数据最小化。在具有机器人控制器和作为机器人控制器控制的对象的对象机器人的机器人系统中，对象机器人具备存储包含个体识别数据和个体差异参数的装置固有数据的第一存储部，机器人控制器具备存储其连接的对象机器人的个体识别数据及个体差异参数的第二存储部、基于与同一机型的对象机器人共用的机型结构信息和存储于第二存储部的个体差异参数控制对象机器人的控制部。控制部进行个体识别数据的对照，根据对照结果更新存储于第二存储部的个体差异参数。

Description

机器人系统

技术领域

本发明涉及具备作为机器人的本体的机械手和控制该机械手的机器人控制器的机器人系统。

背景技术

机器人系统通常包含由相互连结的臂或手和驱动这些臂和手的连结部的电动机构成的机械手即机器人本体、控制机械手的机器人控制器。为了通过机器人控制器控制机械手内的各电动机的旋转，在电动机上安装有检测该旋转位置的编码器，由编码器取得的旋转位置信息可随时发送给机器人控制器。根据情况，有时在机器人系统中设置变更由机械手处理的对象即工件的姿势的对准器等附件。附件也是机器人控制器控制的对象。

作为机器人本体的机械手的每一种机型，其臂或手的数量或尺寸、它们的连接关系、所搭载的电动机的规格等有所不同。因此，要对机器人的每一种机型都准备机器人控制器。而且，即使是同一机型的机器人，每只机械手彼此也存在个体差异，在通过机器人控制器进行控制时，需要根据个体差异进行控制。作为个体差异的例子，有相对于原点位置的偏置值。在机械手上确定了成为其动作基准的姿势即原点位置，但是，在到达原点位置时，每台电动机的编码器表示的旋转位置数据会因电动机或编码器安装上的偏差等，对于不同的机械手个体为不同的值。对于具有电动机的附件也同样。因此，在机器人的装配完成时等实测个体差异，然后将其存储于机器人控制器的存储部。此时，即使是以同一机型的机械手为对象的机器人控制器，更换同一机型的机械手再连接也不容易。

作为能够更换与机器人控制器连接的机器人本体的尝试，专利文献1中公开了即使在改变了机器人本体内的内置板时，也能够通过机器人控制器进行控制的机器人系统。专利文献2中公开了一种技术，为了在更换机器人机构部或机构单元后自动进行变更诸数据的作业，利用在检测到更换之后从机器人机构部或机构单元读入的数据来更新机器人控制器内的数据。专利文献3中公开了一种技术，关于机器人中设置的传感器类的信息，在更换机器人本体后从机器人本体读入机器人控制器中。专利文献4中公开了一种技术，为了使机器人动作用数据适当且简便地从目前使用的机器人控制器转移到新的机器人控制器，使用更换用存储器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001－242922号公报

专利文献2：日本特开2004－148433号公报

专利文献3：日本特开2016－137526号公报

专利文献4：日本特开2013－56378号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

将与某一种机型的机器人本体连接的机器人控制器更换为该机型用的其它机器人控制器、或者在同一机型的范围内更换与机器人控制器连接的机器人本体，无非是在同一机型内变更机器人本体和机器人控制器的组合。专利文献1～4中公开的可以变更与机器人控制器连接的机器人本体的技术中，从在同一机型内变更机器人本体和机器人控制器的组合的观点出发，不一定是最优化的技术。在专利文献4所示的技术中，在变更机器人控制器时，结果需要备份有关个体差异的参数，从而步骤变得繁杂。

本发明的目的在于，提供一种机器人系统，能够容易地更换机器人控制器或附件并与机器人本体连接，且能够将机器人本体或附件侧所保存的数据最小化。

解决问题所采用的技术方案

本发明提供一种机器人系统，其具有机器人控制器和作为机器人控制器控制的对象的对象机器人，其中，对象机器人具备第一存储部，第一存储部存储包含识别该对象机器人的个体识别数据和该对象机器人所固有的个体差异参数的装置固有数据，机器人控制器具备：第二存储部，其存储与该机器人控制器连接的对象机器人的个体识别数据及个体差异参数；控制部，其基于与同一机型的对象机器人共用的机型结构信息和存储于第二存储部的个体差异参数来控制对象机器人，控制部将从第一存储部读入的个体识别数据和存储于第二存储部的个体识别数据进行对照，并根据对照结果，利用从第一存储部读入的个体差异参数来更新存储于第二存储部的个体差异参数。

根据上述本发明，在将与对象机器人连接的机器人控制器更换为相同机型用的机器人控制器的情况下，机器人控制器能够基于存储于对象机器人的个体差异参数进行对象机器人的控制，可以实现适合对象机器人的控制。

在本发明的机器人系统中，对象机器人也可以包含作为机械手的机器人本体和附件，在这种情况下，机器人本体和附件各自具备第一存储部，在只有附件是从第一存储部读入的个体识别数据和存储于第二存储部的个体识别数据不同时，控制部判断为附件被更换，并且在第二存储部仅更新附件的个体差异参数即可。通过这种结构，在还具备对准器等附件的机器人系统中，即使仅更换了附件时，也能够进行适当的控制。

在本发明的机器人系统中，装置固有数据包含表示对象机器人的机型的信息，在装置固有数据中的表示机型的信息与机器人控制器的对象机型不适合的情况下，控制部可以将机器人系统设定为不可启动。由此，能够防止连接其它机型的机器人控制器的情况发生。

在本发明的机器人系统中，装置固有数据包含关于对象机器人的结构的信息，在装置固有数据中的关于结构的信息与机器人控制器的对象机型的对象机器人的结构不适合的情况下，控制部可以将机器人系统设定为不可启动。由此，能够防止结构不一致、例如对象机器人内的电动机的配线错误连接等时机器人系统进行动作的情况发生。

在本发明的机器人系统中，作为个体差异参数，可以使用相对于原点位置的偏置值。由此，在进行了机器人控制器的更换时，无需进行新的偏置调整或偏置测定，就能用新的机器人控制器进行对象机器人的驱动。

在本发明的机器人系统中，也可以是对象机器人具备对每个轴设置的电动机和检测电动机的旋转位置的编码器，第一存储部设置在编码器中。在对象机器人中，偏置值等个体差异参数往往会因电动机更换而变化，但通过将装置固有数据存储在作为电动机附属器件的编码器的存储部，装置固有数据与所更换的器件相关联地被存储，所以容易进行机器人系统的管理。在这种情况下，也可以是控制部基于装置固有数据检测对象机器人中的电动机的更换，在检测到电动机的更换时，将机器人系统设定为不可启动。因为电动机更换需要在对象机器人中重新进行调整，所以通过在检测出电动机更换时设定为不可进行系统的启动，可以防止对象机器人在调整不充分的状态下动作。

发明效果

根据本发明，可获得容易更换机器人控制器或附件并连接至机器人本体，且能够将保存于机器人本体或附件侧的数据最小化的机器人系统。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的机器人系统的结构的框图。

图2是表示每个编码器中存储的装置固有数据的格式的图。

图3是表示图1所示的机器人系统的动作的流程图。

图4是表示图1所示的机器人系统的动作的流程图。

图5是表示图1所示的机器人系统的动作的状态迁移图。

附图标记说明

1…机器人本体、2…机器人控制器、4…对准器、11…电动机、12…驱动器、13…编码器、14，22…存储部、21…控制部。

具体实施方式

接着，参照附图对本发明优选的实施方式进行说明。图1表示本发明一实施方式的机器人系统。该机器人系统具备作为机械手构成的机器人本体1和控制机器人本体1的机器人控制器2。机器人本体1和机器人控制器2通过连接电缆3可卸式连接。在连接电缆3的一端安装有用于与机器人本体1连接的连接器31，在另一端安装有用于与机器人控制器2连接的连接器32。在图1中用虚线示出在机器人系统中，作为附件，也可以设置变更工件的姿势的对准器4，在这种情况下，对准器4也与机器人控制器2连接并受机器人控制器2的控制。也可以设置对准器4以外的附件。将作为机器人控制器2控制的对象的部件统称为对象机器人。在此所示的例子中来说，对象机器人包含机器人本体1和对准器4。

机器人本体1具有多个驱动轴，每个驱动轴都具备：电动机11，其驱动该驱动轴且为伺服电动机；驱动器12，其基于来自机器人控制器2的指令驱动控制电动机11；编码器13，其安装于电动机11的旋转轴上，检测该旋转轴的旋转位置。图中未图示，在电动机11上还附属有减速器或带轮等。在编码器13上设有存储该编码器的动作参数的非易失性存储部14。存储部14通常由EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)构成。在机器人系统中设置对准器4时，对准器4被视为单轴机器人，即具有一个电动机11、一个驱动器12及一个编码器13。在对准器的编码器13上也设置非易失性存储部14。

机器人控制器2具备控制部21和非易失性存储部22，该控制部21基于从各轴的编码器13读出的旋转位置生成针对各轴的电动机11的指令，以使机器人本体1在预定的轨道上移动，该非易失性存储部22存储控制部21的运算所需的参数类。构成作为机械手的机器人本体1的臂或手的长度、连接关系、各电动机11的规格等记述机器人的结构的数据在同一机型的机器人的情况下可以共用的信息被存储于存储部22。将这样只要是同一机型的机器人就可以忽略个体差异而看作是共用的信息称为机型结构信息。而且，即使是同一机型的机器人也不能忽略个体差异的参数、例如每个编码器13相对于原点位置的偏置值也被存储于存储部22。在设置对准器4的情况下，关于对准器4的偏置值也被存储于存储部22。在控制部21控制机器人本体1或对准器4时，利用存储于存储部22的机型结构信息和偏置值等有关个体差异的参数双方。

在本实施方式的机器人系统中，可以将与某种机型的机器人本体1连接的机器人控制器更换为该机型用的其它机器人控制器、或者在同一机型的范围内更换与机器人控制器2连接的机器人本体。上述两种更换最终都是在同一机型范围内的机器人本体1和机器人控制器2的组合的范围内，在以下的说明中，将这些更换称为“机器人控制器的更换”。例如，与作为备用品准备的机器人控制器进行更换也是机器人控制器的更换。在本实施方式中，为了能够进行机器人控制器的更换，将装置固有数据写入编码器13的非易失性存储部14，在启动机器人系统时，将装置固有数据从各编码器13读入机器人控制器2。读入的结果是，在判断为进行了机器人控制器的更换时，机器人控制器2的控制部21使用从编码器13读入的装置固有数据进行必要的处理。

图2表示每个编码器13的存储部14中存储的装置固有数据的格式的一个例子。装置固有数据是包含表示机器人类型(机型)的数据、用于将机器人本体1或对准器4识别为个体的数据、作为个体差异在同一机型的机器人本体1或对准器4中可变化的参数(例如相对于原点位置的偏置值)的固定长度的数据。将机器人本体1或对准器4识别为个体的数据称为个体识别数据。在本实施方式中，将序列号设为个体识别数据，但也可以使用其它数据作为个体识别数据。另一方面，将作为个体差异在同一机型的机器人本体1或对准器4中可变化的参数称为个体差异参数。如图所示，装置固有数据按地址顺序由标题信息和数据部构成。同样的装置固有数据也存储在对准器4的存储部14。标题信息中包含用于确定装置固有数据的格式的格式版本的字段、写入状态的字段、预约区域及标题信息的校验和的字段。在写入状态的字段中，写入表示该装置固有数据是否是初始状态、写入是否完成、或者是否在写入中途而写入未完成的数据。标题信息的校验和的字段是对格式版本的字段、写入状态的字段及标题信息的预约区域进行存储的字段。

数据部由存储相对于数据部整体的校验和的数据部校验和区域、表示机器人的机型的数据即机器人类型字段、序列号字段、相对于原点位置的偏置值的字段、物理轴编号字段、机器人任务编号字段以及预约区域构成。在本实施方式中，作为装置固有数据储存在每个编码器13中的个体差异参数与机器人本体1整体无关，被限定为与该编码器13相关。因此，作为与原点位置相关的偏置值，存储的是在机器人本体1处于原点位置时存储其装置固有数据的编码器13的旋转位置的偏置值。存储于对准器4的存储部14的个体差异参数限定为与对准器4的编码器13相关。在物理轴编号的字段中，机器人本体1具有多个驱动轴并且对这些驱动轴唯一地赋予物理轴编号，以表示存储该装置固有数据的编码器13是哪一个物理轴的编码器。机器人任务编号是表示存储该装置固有数据的编码器13是机器人本体1的编码器还是对准器4的编码器的编号。在本实施方式中，机器人本体1和对准器4使用相同的机器人类型，它们的区别使用机器人任务编号来区分。在使用多个附件的情况下，根据附件的种类赋予不同的机器人任务编号。序列号构成个体识别数据，物理轴编号及机器人任务编号分别是对象机器人的结构相关信息之一。

由于通常不会将编码器13从电动机11拆下，所以在机器人本体1或对准器4中更换电动机11时，与编码器13一起更换。因此，可以说存储于编码器13的存储部14的装置固有数据是与电动机11关联的数据。在更换电动机11时，由于此时的电动机11的组装偏差等，相对于原点位置的偏置值也发生变化，因此，需要再次进行确定偏置值的调整作业。因此，在本实施方式中，虽然允许控制器的更换，但不允许机器人本体1或对准器4中的电动机11单体的更换，会出现错误。根据同样的理由，存储于编码器13的物理轴编号实际上必须与该编码器13相关的驱动轴的物理轴编号一致。另外，在包含在同一机器人本体1中的编码器13中，装置固有数据的序列号完全相同。当然，装置固有数据的序列号与包含在其它机器人本体1中的编码器13不同。关于与机器人本体1同时使用的对准器4，机器人本体1侧的装置固有数据的序列号和对准器4侧的装置固有数据的序列号可以相同也可以不同。

使用图2对装置固有数据的数据构成进行了说明，但对于存储在装置固有数据中的同一机型的机器人也存在个体差异的参数，也可以使用相对于原点位置的偏置值以外的参数，也可以使用多种参数。而且，为了检测不适当的更换等，作为将机器人作为个体进行识别的信息，也可以使用机器人类型或序列号以外的信息，或者也可以在机器人类型和序列号的基础上再使用其它信息。

接着，对更换机器人控制器2时的机器人系统的处理进行说明。在本实施方式中，为控制对象的机器人的每种机型准备机器人控制器2，所以在机器人控制器2的存储部22存储表示机器人类型的数据、表示该机型通用的尺寸及规格的机型结构信息、当前连接或最近连接的机器人本体1(还有对准器4)的个体识别数据及个体差异参数。也可以代替当前连接或最近连接的机器人本体1(还有对准器4)的个体识别数据及个体差异参数而存储初始值，而且也可以通过机器人控制器2中的指令操作将个体识别数据及个体差异参数的部分清除为初始值。

图3及图4是表示在机器人系统中执行的处理的流程图。在此所示的处理是在接通电源等时机器人控制器2启动机器人系统的处理。在以下的说明中，在仅机器人本体1与机器人控制器2连接时，将机器人本体1的各驱动轴被称为有效轴，在与机器人本体1和对准器4双方连接时，将机器人本体1和对准器4的各驱动轴称为有效轴。在连接机器人本体1并且根据需要连接了对准器4的状态下接通该机器人系统的电源时，机器人控制器2的控制部21在步骤101中从各有效轴的编码器13读入存储于该编码器13的存储部(EEPROM)14的装置固有数据，在步骤102中，对于所有的有效轴判定数据的读入是否正常结束。在未正常结束的情况下，设定为发生了实时错误，控制部21结束机器人系统的动作。在全部有效轴的数据的读入正常结束的情况下，控制部21在步骤103中，判定从编码器13读入的数据中的机器人任务编号相同的轴的装置固有数据中序列号是否相同。存在序列号不同的装置固有数据意味着更换了电动机11，因此，设定为发生了电动机更换错误，控制部21结束机器人系统的动作。

在步骤103中，在未发生电动机更换错误的情况下，控制部21在步骤104中判定在所有的有效轴中从编码器13读出的机器人类型(机型)与预先存储于存储部22的机器人类型是否一致。在不一致的情况下，机器人控制器2的对象机型以外的机器人本体1或对准器4与机器人控制器2连接，因此，设定为发生了机型不一致错误，控制部21结束机器人系统的动作。在步骤104中，机器人类型一致时，控制部21在步骤111中对于全部有效轴判定从编码器13读入的物理轴编号及机器人任务编号与预先存储于存储部22的物理轴编号及机器人任务编号是否一致。当机器人控制器2从多个编码器13读入装置固有数据时，根据预定顺序从编码器13逐一读入数据，但此时，有时会因电动机配线的错误连接等而以与本来的顺序不同的顺序读入数据，在这种情况下，会产生物理轴编号或机器人任务编号的不一致。即使在从多个编码器13并行读入数据的情况下，如果存在配线的错误连接，就会产生物理轴编号或机器人任务编号的不一致。因此，当产生了物理轴编号或机器人任务编号的不一致时，设定为发生了结构不一致错误，控制部21结束机器人系统的动作。

在步骤111中，对于所有的有效轴，物理轴编号及机器人任务编号一致时，控制部21在步骤112中对于全部有效轴判定从编码器13读入的序列号和存储于存储部22的序列号是否一致。在此，在一致的情况下，因为是机器人控制器2和对准器4均未更换的情况，所以接着，控制部21在步骤113中对于所有的有效轴判定存储于存储部22的偏置值和从编码器13读入的偏置值是否一致。在此，当所有的有效轴都是偏置值一致时，可以判定为存储于机器人控制器2的存储部22的偏置值即个体差异参数是适当的参数，所以控制部21在步骤114中正常启动机器人系统，结束系统启动的处理。

在步骤113中，预先存储于机器人控制器2的存储部22的偏置值和从编码器13读入的偏置值不一致是指虽然进行了电动机11的重新调整等但其结果未反映在机器人控制器2侧的情况。因此，控制部21在步骤115中，利用从编码器13读入的偏置值来改写存储于存储部22的偏置值并结束处理。在此之后，如果再次接通电源，此时将执行从步骤101到步骤112的处理，接着，进行步骤113、步骤114的处理，所以机器人系统基于改写后的偏置值正常启动。

在步骤112中，序列号不一致是指机器人控制器2被更换、或对准器4被更换的情况。因此，在步骤112中存在序列号的不一致时，控制部21在步骤116中判定是否仅在根据机器人任务编号判别的对准器4的轴上序列号不一致。当仅在对准器4的轴上序列号不一致时可以判断为对准器4被更换，所以控制部21在步骤117中，对于对准器4的轴利用从编码器13读入的偏置值改写存储在存储部22的偏置值并结束处理。在此之后，如果再次接通电源，机器人系统将基于改写后的偏置值正常启动。

在步骤116中，在对准器4的轴以外也存在序列号不一致的情况下，可以判断为机器人控制器已被更换，所以在步骤118中，控制部21对于全部有效轴，利用从编码器13读入的序列号及偏置值改写存储于存储部22的序列号及偏置值并结束处理。如果再次接通电源，则机器人系统基于改写后的序列号及偏置值而正常启动。通过利用从机器人本体1(及对准器4)的编码器13读入的序列号(即个体识别数据)和偏置值(即个体差异参数)，来改写存储于机器人控制器2的存储部22的序列号和偏置值，使得机器人控制器2在与其连接的机器人本体1或对准器4被更换的情况下适合于更换后的机器人本体1或对准器4。另外，对于作为备用品且其存储部22中个体识别数据(序列号)和个体差异参数(偏置值)存储为初始值的备用机器人控制器2，也执行在此所示的处理，由此，适合于与该机器人控制器2连接的机器人本体1或对准器4的控制。

图5是说明在此说明的处理的状态迁移图。将机器人控制器2适合于控制与其连接的机器人本体1和对准器4等附件的状态称为正常状态。在正常状态下进行机器人控制器2的更换时，如上述步骤118所示，在启动时将发生表示机器人控制器2被更换的事件，个体差异参数从编码器13侧自动复制到机器人控制器2的存储部22，返回正常状态。然后，如果进行接通电源的动作，则自动恢复到正常状态。同样，在更换了对准器4等附件时，如上述步骤117所示，在启动时将发生表示进行了附件更换的事件，个体差异参数从编码器13侧自动复制到机器人控制器2的存储部22，返回正常状态。与此相对，在进行了电动机更换的情况下，如步骤103所示，发生电动机更换错误，机器人系统的启动处理异常结束，机器人系统变为不可启动。为了从电动机更换错误恢复为正常状态，需要实施与所更换的电动机对应的轴的重新调整作业等维护作业。在步骤104中判定的机型不一致错误或在步骤105中判定的结构不一致错误均被分到存储于机器人本体1、对准器4以及机器人控制器2的装置固有数据中的参数异常，在判定为参数异常的情况下，机器人系统的启动处理异常结束，机器人系统变为不可启动。为了从参数异常恢复到正常状态，需要使用正确机型的机器人控制器2或修正错误配线等，使其成为正确的参数设定。

[本实施方式的效果]

根据本实施方式，在接通电源等时，读出存储于对象机器人(机器人本体1及对准器4)的编码器13中的装置固有数据并对照存储于机器人控制器2中的装置固有数据，在检测到机器人控制器2的更换时，将最新的个体差异参数从对象机器人侧读入机器人控制器2，所以可以更换和使用同一机型用的机器人控制器2，使用更换之后的机器人控制器2可以执行适合于其连接的对象机器人的控制。另外，当发生了机型不一致或结构不一致时，在检测到电动机更换时，设为不可启动，由此，能够防止机器人本体或对准器在不适当的状态下动作。

Claims (7)

1.一种机器人系统，其具有机器人控制器和作为所述机器人控制器控制的对象的对象机器人，其中，

所述对象机器人具备多个轴，且对每个轴设置有电动机和检测所述电动机的旋转位置的编码器，在所述编码器中设有第一存储部，其存储包含识别该对象机器人的个体识别数据和该对象机器人所固有的个体差异参数的装置固有数据，

所述机器人控制器具备：第二存储部，其存储与该机器人控制器连接的对象机器人的所述个体识别数据及所述个体差异参数；控制部，其基于与同一机型的对象机器人共用的机型结构信息和存储于所述第二存储部的所述个体差异参数控制所述对象机器人，

所述对象机器人包含作为机械手的机器人本体和附件，所述机器人本体和所述附件各自具备所述轴、所述电动机、所述编码器和所述第一存储部，

所述第一存储部至少具备存储用于区分所述机器人本体和所述附件的机器人任务编号的字段，

所述控制部在从所述第一存储部读入的所述装置固有数据中，判定所述机器人任务编号相同的轴的所述装置固有数据中所述个体识别数据是否相同，若不同，则结束动作，若相同，则将从所述第一存储部读入的所述个体识别数据和存储于所述第二存储部的所述个体识别数据进行对照，并根据对照结果，利用从所述第一存储部读入的所述个体差异参数更新存储于所述第二存储部的所述个体差异参数，在只有所述附件是从所述第一存储部读入的所述个体识别数据和存储于所述第二存储部的所述个体识别数据不同时，所述控制部判断为所述附件被更换，并且在所述第二存储部仅更新关于所述附件的所述个体差异参数。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，

所述装置固有数据包含表示所述对象机器人的机型的信息，在所述装置固有数据中的表示所述机型的信息与所述机器人控制器的对象机型不适合的情况下，所述控制部将所述机器人系统设定为不可启动。

3.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，

所述装置固有数据包含关于所述对象机器人的结构的信息，在所述装置固有数据中的关于所述结构的信息与所述机器人控制器的对象机型的对象机器人的结构不适合的情况下，所述控制部将所述机器人系统设定为不可启动。

4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，

所述个体差异参数是相对于原点位置的偏置值。

5.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，

所述控制部基于所述装置固有数据检测所述对象机器人中的所述电动机的更换，在检测到所述电动机的更换时，将所述机器人系统设定为不可启动。

6.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，

所述装置固有数据包含关于所述对象机器人的结构的信息，在所述装置固有数据中的关于所述结构的信息与所述机器人控制器的对象机型的对象机器人的结构不适合的情况下，所述控制部将所述机器人系统设定为不可启动。

7.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中，

所述个体差异参数是相对于原点位置的偏置值。

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