CN109954955B - 机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制在实际的应用及动作中的机器人的性能降低的机器人系统。机器人系统是使用处理工具对处理对象物实施所希望的处理的机器人系统，其具备：机器人，其具有保持处理工具的臂前端部；位置检测器，其检测臂前端部的位置；机器人控制装置(20)，其基于位置指令和由位置检测器检测出的位置反馈来进行机器人的动作控制，机器人控制装置(20)具备：调整动作生成部(22)，其在调整用于机器人的动作控制的动作参数时，取得机器人的应用及动作区域，自动生成与所取得的应用及动作区域相对应的调整动作；参数调整部，其在执行由调整动作生成部(22)生成的调整动作的过程中，自动调整动作参数，以便满足应用中所要求的要求性能。

Description

机器人系统
技术领域
本发明涉及一种使用处理工具对处理对象物实施所希望的处理的机器人系统。
背景技术
工业用机器人在各种应用(用途)中使用，就工业用机器人而言，根据其应用不同，所要求的性能不同。例如，对于点焊用的机器人，在焊接打点中，为了使焊接质量稳定，要求高精度的定位性能及抑制振动的性能，在焊接打点间的空气切割(无负荷移动)中，要求高速的动作性能。另一方面，对于电弧焊接用的机器人，由于在动作中也进行焊接，因此要求描绘出能够实现高品质的焊接的高精度的轨迹的性能。
公知一种针对于这样根据应用不同而不同的要求性能而准备机器人的多个动作模式，并根据要求性能来选择动作模式的方法。例如，在专利文献1中记载了一种准备如高速化型及减振化型等这样预先调整过的多个动作模式，并根据要求性能来变更动作模式的方法。在专利文献1所述的方法中，在变更动作模式时，调整进行机器人动作控制的伺服电路的伺服增益。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6008121号公报
发明内容
要解决的技术问题
一般而言，这些动作模式的调整基于预先由制造商侧决定的动作而进行。但是，在用户侧的实际现场所使用的动作与由制造商侧决定的动作不同。例如，机器人的姿势(臂的角度)或者工具的重量等不同。因此，在用户侧的实际现场并不一定能够得到机器人的所希望的性能。而且，就这些动作模式的调整而言，并没有考虑到在用户侧的实际现场使用的应用，因此对于在用户侧的实际现场的应用固有动作，有可能无法充分地发挥机器人的性能。
本发明的目的在于，提供一种抑制在实际的应用及动作中的机器人性能降低的机器人系统。
解决技术问题的方法
技术方案(1)：本发明所涉及的机器人系统(例如，后述的点焊用机器人系统1A、或者电弧焊接用机器人系统1B)是使用处理工具(例如，后述的点焊枪T1、或者电弧焊接枪T2)对处理对象物(例如，后述的工件W)实施所希望的处理(例如，后述的点焊或电弧焊接)的机器人系统，其中，该机器人系统具备：机器人(例如，后述的点焊用机器人10A或电弧焊接用机器人10B)，其具有对所述处理工具或所述处理对象物进行保持的臂前端部(例如，后述的臂前端部12)；位置检测器(例如，后述的编码器16)，其检测臂前端部的位置；机器人控制装置(例如，后述的机器人控制装置20)，其基于位置指令和由所述位置检测器检测出的位置反馈来进行所述机器人的动作控制，由此来控制所述处理工具与所述处理对象物的相对位置，所述机器人控制装置具备：调整动作生成部(例如，后述的调整动作生成部22)，其在调整用于所述机器人的动作控制的动作参数时，取得所述机器人的应用及所述机器人的动作区域，自动生成调整动作，所述调整动作用于调整所述动作参数且与所取得的所述应用及所述动作区域相对应；参数调整部(例如，后述的参数调整部23)，其在执行由所述调整动作生成部生成的所述调整动作的过程中自动调整所述动作参数，以便满足所述应用中所要求的要求性能。
技术方案(2)：在技术方案(1)所述的机器人系统中，也可以为，所述机器人系统还具备：存储部(例如，后述的存储部24)，其预先存储将所述应用及所述动作区域与所述调整动作及所述要求性能相关联的信息，所述调整动作生成部基于存储于所述存储部的所述信息，来决定与所取得的所述应用及所述动作区域相对应的所述调整动作，所述参数调整部基于存储于所述存储部的所述信息，来决定与所取得的所述应用相对应的所述要求性能。
技术方案(3)：在技术方案(1)或技术方案(2)所述的机器人系统中，也可以为，所述动作参数包括伺服增益及加速减速时间常数中的至少一个。
技术方案(4)：在技术方案(1)至技术方案(3)中任一项所述的机器人系统中，也可以为，所述要求性能包括动作速度、定位精度、以及轨迹精度中的至少一个。
技术方案(5)：在技术方案(1)至技术方案(3)中任一项所述的机器人系统中，也可以为，所述机器人系统还具备：加速度传感器(例如，后述的加速度传感器18)，其设置于所述臂前端部，并检测所述臂前端部的振动，所述机器人控制装置基于所述位置指令、所述位置反馈、由所述加速度传感器检测出的振动来进行所述机器人的动作控制，所述要求性能包括动作速度、定位精度、以及振动抑制精度中的至少一个。
技术方案(6)：在技术方案(1)至技术方案(5)中任一项所述的机器人系统中，也可以为，所述调整动作生成部根据预先生成的CAD数据来取得所述动作区域。
有益效果
根据本发明，能够提供一种抑制在实际的应用及动作中的机器人性能降低的机器人系统。
附图说明
图1A是表示本实施方式所涉及的机器人系统(点焊用途)的结构的图。
图1B是表示本实施方式所涉及的另一机器人系统(电弧焊接用途)的结构的图。
图2表示图1A及图1B所示的机器人控制装置且本实施方式所涉及的机器人控制装置的主要结构的图。
图3是表示基于本实施方式所涉及的机器人系统的机器人控制装置进行的动作参数的调整动作的流程图。
附图标记说明
1A-点焊用机器人系统，1B-电弧焊接用机器人系统，10A-点焊用机器人，10B-电弧焊接用机器人，12-臂前端部，14-伺服电动机，16-编码器(位置检测器)，18-加速度传感器，20-机器人控制装置，21-伺服控制部，22-调整动作生成部，23-参数调整部，24-存储部，30-示教操作盘，T1-点焊枪(处理工具)，T2-电弧焊接枪(处理工具)，W-工件(处理对象物)。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的一例进行说明。此外，各附图中对于相同或等同的部分标注相同的附图标记。
(机器人系统)
本实施方式所涉及的机器人系统在各种应用(用途)中使用。图1A是表示本实施方式所涉及的机器人系统且用于点焊用途的机器人系统的结构的图。图1B是表示本实施方式所涉及的机器人系统且用于电弧焊接用途的机器人系统的结构的图。
图1A所示的机器人系统1A使用机器人10A使工具(点焊枪)T1与工件W相对移动，使用工具T1对工件W实施点焊。
图1B所示的机器人系统1B使用机器人10B使工具(电弧焊接枪)T2与工件W相对移动，使用工具T2对工件W实施电弧焊接。
图1A所示的机器人系统1A具备：机器人10A、工具(点焊枪)T1、机器人控制装置20、示教操作盘30。
图1B所示的机器人系统1B具备：机器人10B、工具(电弧焊接枪)T2、机器人控制装置20、示教操作盘30。
机器人10A、10B是六轴垂直多关节型或四轴垂直多关节型等多关节型机器人。在机器人10A、10B的臂前端部12安装有工具T1、T2。
机器人10A、10B内置分别驱动多个驱动轴的多个伺服电动机14(在图1A及图1B中，为了方便说明而仅图示一个伺服电动机)。伺服电动机14由机器人控制装置20所驱动控制，通过伺服电动机14的驱动控制，来控制机器人10A、10B及工具T1、T2的位置和姿势。
工具(点焊枪)T1具有用于点焊的电极。工具T1通过机器人控制装置20的控制来进行工件W的点焊。
工具(电弧焊接枪)T2具有用于电弧焊接的电极。工具T2通过机器人控制装置20的控制来进行工件W的电弧焊接。
在各伺服电动机14中设置有编码器16。编码器16通过检测伺服电动机14绕轴的旋转角度，来检测机器人10A、10B的臂前端部12的位置、即工具T1、T2位置。检测出的位置用作位置反馈。
此外，如图1A所示，也可以在工具T1即机器人10A的臂前端部12设置有加速度传感器18。加速度传感器18检测工具T1的振动，即臂前端部12的振动。
机器人控制装置20储存有用于机器人10A、10B的动作控制的动作参数及示教数据等。
动作参数包括加速减速动作的加速减速时间常数、伺服增益(例如，潜在增益)等。
在图1A所示的点焊用机器人10A的情况下，示教数据包括焊接打点数据，该焊接打点数据是在对工件W在多个焊接处进行点焊时的机器人10A及工具T1的位置及姿势。另一方面，在图1B所示的电弧焊接用机器人10B的情况下，示教数据包括在对工件W以圆弧或直线等轨迹进行电弧焊接时的机器人10B及工具T2的位置及姿势即轨迹数据。
机器人控制装置20基于这些动作参数及示教数据来生成用于机器人10A、10B的动作控制的动作程序。
机器人控制装置20根据基于该动作程序的位置指令及来自编码器16的位置反馈，来进行机器人10A、10B的动作控制，由此控制机器人10A、10B的位置及姿势和工具T1、T2的位置及姿势，控制工具T1、T2与工件W的相对位置。机器人控制装置20的详细内容在后说明。
示教操作盘30是用于供操作者输入动作参数、示教数据、以及后述的机器人10A、10B的应用及动作区域等的操作盘。
(机器人控制装置)
图2是表示本实施方式的机器人控制装置20的主要结构的图。图2所示的机器人控制装置20具备：伺服控制部21、调整动作生成部22、参数调整部23、存储部24。
伺服控制部21根据基于存储于存储部24中的动作程序的位置指令与来自编码器16的位置反馈(位置FB)的位置偏差，生成用于驱动控制机器人10A、10B的伺服电动机14的驱动电流，进行机器人10A、10B的动作控制。
在此，如上所述，动作程序是基于动作参数及示教数据而生成的，但导入机器人系统1A、1B时，需要调整这些动作参数。一般而言，动作参数的调整基于预先在制造商侧决定的动作来进行。但是，在用户侧的实际现场所使用的动作与在制造商决定的动作不同。例如，机器人10A、10B的姿势或工具T1、T2的重量等不同。因此，在用户侧的实际现场并不一定能够得到机器人10A、10B的所希望的性能。
因此，在本实施方式中，提供一种能够基于在用户侧的实际现场使用的动作来进行动作参数的调整的机器人系统。
调整动作生成部22在动作参数的调整时取得由操作者经由示教操作盘30输入的机器人10A、10B的应用和机器人10A、10B的动作区域，并自动生成与所取得的应用及动作区域相应的调整动作。
应用是与例如点焊或者电弧焊接等用途有关的信息。
动作区域是关于实际加工(所希望的处理)时的机器人10A、10B的动作区域的信息。换言之，动作区域是关于实际加工时的机器人10A、10B的姿势的信息。此外，动作区域也可以是从预先生成的CAD数据读取的信息。
调整动作是在调整动作参数时所执行的动作。例如在点焊中，只要调整动作是点焊用机器人10A的代表性动作即短间距的点动作即可。另一方面，例如在电弧焊接中，调整动作是电弧焊接用机器人10B的代表性动作即圆弧动作或直线动作。
例如，调整动作生成部22也可以基于存储于存储部24中的、将应用及动作区域与调整动作相关联的表，来决定与所取得的应用及动作区域相对应的调整动作。
参数调整部23在由伺服控制部21进行的调整动作的执行过程中，对机器人的动作参数自动进行调整，以满足应用中所要求的要求性能。此时，参数调整部23可以基于预先存储于存储部24的、将应用与要求性能相关联的表，来决定与所取得的应用相对应的要求性能。
例如，就点焊用机器人10A而言，在焊接打点期间，要求高速的动作速度性能，在焊接打点中，为了使焊接质量稳定而要求较高的定位精度性能及振动抑制精度性能。因此，参数调整部23综合性地调整加速减速动作的加速减速时间常数、伺服增益(例如潜在增益)等动作参数。
具体而言，在焊接打点期间，为了缩短循环时间，参数调整部23对加速减速动作的加速减速时间常数等的动作参数进行调整。
另外，焊接打点中，为了降低位置指令与位置反馈的位置偏差，参数调整部23对伺服增益(例如潜在增益)等动作参数进行调整。另外，为了提高定位精度，参数调整部23可以对焊接打点期间的减速动作的减速时间常数等动作参数进行调整。
另外，在焊接打点处，参数调整部23基于由加速度传感器18检测出的工具T1的振动、即机器人10A的臂前端部12的振动，对伺服增益(例如潜在增益)、减速动作的减速时间常数等动作参数进行调整，以使振动减小。
由此，可获得与实际加工时的机器人10A的动作区域、即实际加工时的机器人10A的姿势、以及工具T1的重量等相对应的动作参数。
另一方面，例如在电弧焊接用机器人10B中，也在动作中进行焊接，由此为了使焊接质量稳定而要求较高的轨迹精度性能。因此，参数调整部23综合调整加速减速动作的加速减速时间常数、伺服增益(例如潜在增益)等动作参数。
具体而言，为了降低位置指令与位置反馈的位置偏差，参数调整部23对伺服增益(例如潜在增益)等动作参数进行调整。另外，为了提高轨迹控制的精度，参数调整部23也可以对加速减速动作的加速减速时间常数等动作参数进行调整。
由此，可获得与实际加工时的机器人10B的动作区域、即实际加工时的机器人10B的姿势、及工具T2的重量等相对应的动作参数。
参数调整部23将调整好的动作参数保存于存储部24。例如，参数调整部23将存储于存储部24的动作参数更新为调整好的动作参数。
存储部24存储将应用及动作区域与调整动作及要求性能相关联的表。另外，存储部24存储由参数调整部23所调整的最新的动作参数。另外，存储部24存储动作程序及示教数据等。存储部24是例如EEPROM等可擦写的存储器。
机器人控制装置20(除了存储部24)例如由DSP(Digital Signal Processor；数字信号处理器)、FPGA(Field-Programmable Gate Array；现场可编程门阵列)等运算处理器构成。机器人控制装置20(除了存储部24)的各种功能通过执行例如存储于存储部24的预定的软件(程序、应用)来实现。机器人控制装置20(除了存储部24)的各种功能可以由硬件和软件联动来实现，也可以仅由硬件(电子电路)来实现。
接着，参照图3，对本实施方式所涉及的机器人系统1A、1B中的机器人控制装置20的动作参数的调整动作进行说明。图3是本实施方式所涉及的机器人系统1A、1B中的机器人控制装置20的动作参数的调整动作的流程图。
首先，在从制造商侧发货并设置于用户侧的实际现场时，操作者经由示教操作盘输入与点焊用途或者电弧焊接用途等的应用相对应的动作参数的初始值(调整前)及示教数据等。另外，操作者输入机器人10A、10B的应用、以及实际加工时的机器人10A、10B的动作区域。
(点焊用机器人系统1A的情况)
例如，在点焊用机器人系统1A的情况下，调整动作生成部22取得机器人10A的应用、以及实际加工时的机器人10A的动作区域(S1)。调整动作生成部22基于预先存储于存储部24的、将应用及动作区域与调整动作相关联的表，自动生成与所取得的应用和动作区域相对应的调整动作(S2)。例如，作为调整动作，调整动作生成部22生成点焊用机器人10A的代表性动作即短间距的点动作。
接着，伺服控制部21根据基于由调整动作生成部22生成的调整动作的位置指令与位置反馈的位置偏差，来执行机器人10A的调整动作。此时、参数调整部23综合调整加速减速动作的加速减速时间常数、伺服增益(例如潜在增益)等动作参数(S3)。
具体而言，在焊接打点期间，参数调整部23对加速减速动作的加速减速时间常数等动作参数进行调整，以缩短循环时间。
另外，在焊接打点中，参数调整部23调整伺服增益(例如潜在增益)等的动作参数，以便降低位置指令与位置反馈的位置偏差，。另外，为了提高定位精度，参数调整部23也可以调整焊接打点期间的减速动作的减速时间常数等动作参数。
另外，在焊接打点中，参数调整部23基于由加速度传感器18检测出的工具T1的振动即机器人10A的臂前端部12的振动，来调整伺服增益(例如潜在增益)、减速动作的减速时间常数等动作参数，以便减小振动。
由此，可获得与实际加工时的机器人10A的动作区域、即实际加工时的机器人10A的姿势、及工具T1的重量等相对应的动作参数。
参数调整部23将调整后的动作参数保存于存储部24(S4)。例如，参数调整部23将存储于存储部24的动作参数更新为调整后的动作参数。
(电弧焊接用机器人系统1B的情况)
例如，在电弧焊接用机器人系统1B的情况下，调整动作生成部22取得机器人10B的应用、及实际加工时的机器人10B的动作区域(S1)。调整动作生成部22基于预先存储于存储部24的、将应用及动作区域与调整动作相关联的表，自动生成与所取得的应用和动作区域相对应的调整动作(S2)。例如。作为调整动作，调整动作生成部22生成在电弧焊接用机器人10B中代表性的动作即圆弧动作或直线动作。
接着，伺服控制部21根据基于由调整动作生成部22生成的调整动作的位置指令与位置反馈的位置偏差，执行机器人10B的调整动作。此时，参数调整部23综合调整加速减速动作的加速减速时间常数、伺服增益(例如潜在增益)等动作参数(S3)。
具体而言，参数调整部23调整伺服增益(例如潜在增益)等动作参数，以便降低位置指令与位置反馈的位置偏差。另外，为了提高轨迹控制的精度，参数调整部23也可以调整加速减速动作的加速减速时间常数等动作参数。
由此，可获得与实际加工时的机器人10B的动作区域、即实际加工时的机器人10B的姿势、及工具T2的重量等相对应的动作参数。
参数调整部23将调整后的动作参数保存于存储部24(S4)。例如，参数调整部23将存储于存储部24的动作参数更新为调整后的动作参数。
如上述说明，根据本实施方式的机器人系统1A、1B，当输入机器人10A、10B的应用(用途)及动作区域时，调整动作生成部22自动生成与应用及动作区域相应的调整动作，在该调整动作的执行过程中，参数调整部23自动调整动作参数，以满足应用所要求的要求性能。由此，在用户侧的实际现场，能够进行与实际的应用(用途)、实际的动作区域即实际的机器人10A、10B的姿势、工具的重量等相对应的动作参数的调整。因此，能够抑制在用户侧的实际现场的应用及动作中机器人10A、10B的性能降低。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，可以进行各种变更及变形。例如，在上述实施方式中，示例出通过固定设置工件W并将工具T1、T2安装于机器人10A、10B的臂前端部12，从而使工具T1、T2相对于工件W相对移动的机器人系统1A、1B。但是，本发明的特征并不限定于此，也能够应用于通过固定设置工具将工件保持于机器人的臂前端部，从而使工具相对于工件进行相对移动的机器人系统。
另外，在上述实施方式中，举例表示了点焊用机器人系统1A及电弧焊接用机器人系统1B。但是，本发明的特征并不限定于此，能够应用于使用工具来对处理对象物实施所希望的处理的各种机器人系统中的机器人控制。例如，作为如点焊用机器人系统1A的高速的动作性能及高精度的定位性能重视型的机器人系统，可举出压力机间搬运用机器人等。另外，作为如电弧焊接用机器人系统1B这样的高精度的轨迹控制性能重视型的机器人系统，可举出密封用机器人系统等。
另外，在上述的实施方式中，作为检测工具T1、T2的位置即机器人10A、10B的臂前端部12的位置的位置检测器，示例出编码器16。但是，位置检测器并不限定于此，例如也可以为在工具T1、T2、即机器人10A、10B的臂前端部12设置的位置传感器。在该情况下，将通过该位置传感器检测出的位置用作位置反馈。

Claims (5)

1.一种机器人系统，其使用处理工具对处理对象物实施所希望的处理，其特征在于，所述机器人系统具备：
机器人，其具有对所述处理工具或所述处理对象物进行保持的臂前端部；
位置检测器，其检测所述臂前端部的位置；以及
机器人控制装置，其基于位置指令和由所述位置检测器检测出的位置反馈来进行所述机器人的动作控制，由此来控制所述处理工具与所述处理对象物的相对位置，
所述机器人控制装置具备：
调整动作生成部，其在调整用于所述机器人的动作控制的动作参数时，取得所述机器人的应用及所述机器人的动作区域，自动生成调整动作，所述调整动作用于调整所述动作参数且与所取得的所述应用及所述动作区域相对应；以及
参数调整部，其在执行由所述调整动作生成部生成的所述调整动作的过程中自动调整所述动作参数，以便满足所述应用中所要求的要求性能；以及
存储部，其预先存储将所述应用及所述动作区域与所述调整动作及所述要求性能相关联的信息，
所述应用是与点焊或者电弧焊接用途有关的信息，
所述动作区域是关于实际加工时的所述机器人的姿势的信息，
所述调整动作是与预先在制造商侧决定的动作不同的、在用户侧的实际现场所使用的动作，且所述点焊是点焊用机器人的代表性动作即短间距的点动作，所述电弧焊接是电弧焊接用机器人的代表性动作即圆弧动作或直线动作，
所述调整动作生成部基于存储于所述存储部的所述信息，来决定与所取得的所述应用及所述动作区域相对应的所述调整动作，
所述参数调整部基于存储于所述存储部的所述信息，来决定与所取得的所述应用相对应的所述要求性能。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述动作参数包括伺服增益及加速减速时间常数中的至少一个。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，
所述要求性能包括动作速度、定位精度、以及轨迹精度中的至少一个。
4.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统还具备：加速度传感器，其设置于所述臂前端部，并检测所述臂前端部的振动，
所述机器人控制装置基于所述位置指令、所述位置反馈、由所述加速度传感器检测出的振动来进行所述机器人的动作控制，
所述要求性能包括动作速度、定位精度、以及振动抑制精度中的至少一个。
5.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，
所述调整动作生成部根据预先生成的CAD数据来取得所述动作区域。
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