CN110103201B

CN110103201B - 作业机器人系统

Info

Publication number: CN110103201B
Application number: CN201910087353.2A
Authority: CN
Inventors: 大场雅文
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2039-01-29
Also published as: JP2019130646A; DE102019101756B4; DE102019101756A1; US20190232491A1; JP6703018B2; CN110103201A; US10780579B2

Abstract

本发明提供一种作业机器人系统，其能够有效地实现防止机器人、搬运装置、物品等的破损。该作业机器人系统(1)具备：搬运装置(2)，其沿一个方向搬运物品(100)；机器人(10)，其对由搬运装置(2)搬运的物品(100)的对象部(101)进行预定作业；移动量检测部，其依次检测由搬运装置(2)搬运的物品(100)的移动量；以及力检测部(32)，其检测通过支撑于机器人(10)上的工具(30)与物品(100)之间的接触而产生的力，控制部在进行预定作业时，使用对象部(101)的位置的信息与移动量检测部的检测值，控制机器人(10)，同时基于力检测部(32)的检测值进行力觉控制。

Description

作业机器人系统

技术领域

本发明涉及作业机器人系统。

背景技术

以往，当在由搬运装置搬运的物品上组装部件时，使搬运装置停止的情况较多。尤其，在车身等较大的物品上精密地组装部件时，需要停止由搬运装置进行的物品的搬运。这还会导致作业效率下降的情况。

另一方面，已知一种生产线，其具备：搬运装置，其搬运物品；轨道，其沿着搬运装置而被设置；以及移动装置，其沿着轨道移动机器人(例如，参照专利文献1。)。在该生产线中，当在由搬运装置搬运物品时，机器人进行物品的缺陷检查及研磨。另外，在进行缺陷检查及研磨时，以与由搬运装置搬运物品的搬运速度相同的速度，移动装置使机器人沿着轨道移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平08-72764号公报

发明内容

发明要解决的问题

在所述生产线中，仅进行缺陷检查及研磨。另一方面，在进行机器人与物品有可能干扰的作业的情况下，以防止机器人、搬运装置、物品等破损为目的，需要进行机器人的力觉控制。但是，由搬运装置移动的物品，存在进行无法预测的举动的可能性，因此若不使力觉控制的控制周期极其变短，或者不提高灵敏度，则难以实现防止上述破损。

但是，由于机器人只能在机器人的控制周期内进行动作，结果力觉控制的控制周期不能短于机器人的控制周期。即，不改变机器人自身的性能的情况下，难以实现防止上述破损。另外，若提高力觉控制的灵敏度，则机器人发生振荡的可能性变高。另外，在物品进行无法预测的举动的情况下，即使在连续的几个控制周期的期间进行力觉控制，也有可能发生无法改善机器人与物品之间的接触的状态。这时，机器人发生振荡的可能性也变高。

本发明是鉴于上述情况而做出的。本发明的一个目的在于，提供一种能够有效地实现防止机器人、搬运装置、物品等破损的作业机器人系统。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明采用以下方案。

本发明的一个方案的作业机器人系统具备：搬运装置，其搬运物品；机器人，其对由所述搬运装置搬运的所述物品的对象部进行预定作业；控制部，其控制所述机器人；移动量检测部，其检测由所述搬运装置搬运的所述物品的移动量；以及力检测部，其检测通过支撑于所述机器人上的部件或工具与所述物品之间的接触而产生的力，所述控制部在由所述机器人进行所述预定作业时，使用所述对象部的位置的信息与所述移动量检测部的检测值，控制所述机器人，同时基于所述力检测部的检测值进行力觉控制。

在上述方案中，使用搬运装置上的物品中的对象部的位置的信息、与由搬运装置搬运的物品的移动量的检测值，控制机器人。因此，即使在无力觉控制的状态下，控制部也可以识别支撑于机器人上的部件或工具与物品之间的位置关系，并且能够识别两者是否有接触。例如，在无力觉控制的状态下，控制部还可以识别由搬运装置搬运的物品的移动量进行较大变动的搬运装置的异常。因此，不过度地缩短力觉控制的控制周期，就能够实现防止机器人、搬运装置、物品等破损，还抑制机器人发生振荡。

在上述方案中，优选地，所述控制部使具有所述对象部的位置的信息的坐标系，按照所述移动量检测部的检测值，向所述搬运装置的搬运方向移动，所述控制部使用正在移动的所述坐标系，使所述机器人的所述部件或所述工具跟踪所述对象部，同时使用所述力检测部的检测值进行所述力觉控制。

如此，具有对象部的位置的信息的坐标系，按照由搬运装置搬运的物品的移动量进行移动，使用正在移动的坐标系控制机器人。因此，控制部能够使机器人所支撑的部件或工具容易且切实地跟踪对象部。因此，当机器人进行预定作业时，相对于由搬运装置搬运的物品的对象部，控制部能够准确地控制支撑于机器人上的部件或工具的位置以及姿态。这在不缩短力觉控制的控制周期或不提高灵敏度的情况下，有利于防止机器人、搬运装置、物品等破损，还有利于抑制机器人发生振荡。

在上述方案中，优选地，所述作业机器人系统具备检测所述搬运装置上的所述物品中的所述对象部的至少位置的检测部，所述控制部使用所述检测部的检测结果，设定具有所述对象部的位置的信息的所述坐标系。

例如，当检测部是二维摄像机的情况下，检测部的检测结果是图像数据。在该情况下，控制部使用图像数据，设定具有对象部的位置的信息的坐标系。即，控制部对图像数据内的对象部进行坐标系的原点设定以及方向设定。即，相对于坐标系固定对象部的位置。若如此设定坐标系，则相对于正在移动的对象部，准确地控制支撑于机器人上的部件或工具的位置以及姿态。

在上述方案中，优选地，所述检测部用于检测所述搬运装置上的所述物品中的所述对象部的位置以及姿态，所述控制部使用所述检测部的检测结果，设定具有所述对象部的位置以及姿态的信息的所述坐标系。

例如，当检测部是二维摄像机的情况下，检测部的检测结果是图像数据。在该情况下，控制部使用图像数据，设定具有对象部的位置以及姿态的信息的坐标系。即，控制部对图像数据内的对象部进行坐标系的原点设定以及方向设定。即，相对于坐标系固定对象部的位置以及姿态。若如此设定坐标系，则相对于正在移动的对象部，准确地控制支撑于机器人上的部件或工具的位置以及姿态。

在上述方案中，优选地，在所述移动量检测部的检测值超过预定基准而变动时，所述控制部以及所述搬运装置中的至少一个进行异常对应工作。

在该方案中，如上所述，在识别出支撑于机器人上的部件或工具与物品之间的位置关系的状态下，控制部还基于移动量检测部的检测值进行异常对应工作。该结构有利于切实地实现防止机器人、搬运装置、物品等破损，还有利于抑制机器人发生振荡。

发明效果

根据本发明，能够有效地实现防止机器人、搬运装置、物品等破损。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的作业机器人系统的结构示意图。

图2是本实施方式的作业机器人系统的控制装置的框图。

图3是由本实施方式的作业机器人系统的传感器拍摄的图像数据的例子。

图4是表示本实施方式的作业机器人系统的控制部的工作的流程图。

图5是说明本实施方式的作业机器人系统中的跟踪控制的坐标系的图。

附图标记说明：

1：作业机器人系统

2：搬运装置

2a：马达

2b：工作位置检测装置

3：辊

10：机器人

11：伺服马达

20：控制装置

21：控制部

22：显示装置

23：存储部

23a：系统程序

23b：工作程序

23c：跟踪程序

23d：力觉控制程序

24：伺服控制器

25：伺服控制器

26：输入部

30：手

31：伺服马达

32：力传感器

40：检测装置

50：传感器

100：物品

101：对象部

101a：孔

110：部件

111：安装部

111a：轴

具体实施方式

在以下使用附图对本发明的一个实施方式的作业机器人系统1进行说明。

如图1所示，本实施方式的作业机器人系统1具备：搬运装置2，其搬运作为作业对象的物品100；机器人10，其对由搬运装置2搬运的物品100的对象部101进行预定作业；控制装置20，其控制机器人10；以及作为检测部的检测装置40。

检测装置40获取数据，所述数据能够特定由搬运装置2搬运的物品100的对象部101的位置以及姿态。具有这种功能的装置都可以利用为检测装置40。检测装置40是例如二维摄像机、三维摄像机、三维距离传感器、向对象物照射线路光而测定形状的传感器等。本实施方式的检测装置40是安装于搬运装置2的上方的二维摄像机，检测装置40在对象部101进入视场角40a的预定的范围的状态下，获取如图3所示的对象部101的图像数据。检测装置40将图像数据发送到控制装置20。图像数据是能够特定两个对象部101中的至少任一个的位置的数据。另外，例如，还能够基于图像数据中的两个对象部101的位置关系，特定对象部101的姿态。

物品100不限定于特定种类的物，在本实施方式中，车身作为物品100的一例。搬运装置2通过驱动马达2a，沿一个方向搬运物品100，在本实施方式中，搬运装置2朝向图1中的右侧搬运物品100。马达2a具备工作位置检测装置2b，工作位置检测装置2b依次检测马达2a的输出轴的旋转位置以及旋转量。工作位置检测装置2b例如是编码器。工作位置检测装置2b的检测值发送到控制装置20。

在本实施方式中，使工作位置检测装置2b与马达直接连接，但还可以在编码器的旋转轴安装辊，并向搬运装置2上的带部分按压辊而依次检测旋转量。

在物品100中，对象部101是机器人10进行预定作业的部分。在本实施方式中，作为预定作业有：机器人10的手30抬起部件110、机器人10将部件110的安装部111安装于对象部101。由此，例如，从部件110的安装部111向下方延伸的轴111a，与设置于物品100的对象部101上的孔101a嵌合。

此外，在物品100通过搬运装置2沿一个方向移动的状态下，机器人10将部件110的安装部111安装于对象部101。

机器人10不限定于特定的种类，而本实施方式的机器人10具备分别驱动多个可动部的多个伺服马达11(参照图2)。各伺服马达11具有用于检测其工作位置的工作位置检测装置，编码器为工作位置检测装置的一例。工作位置检测装置的检测值发送到控制装置20。

在机器人10的前端部安装有手30。本实施方式的手30通过由多个爪进行把持而支撑部件110，但是还可以使用利用磁力、空气的吸引等来支撑部件110的手。

手30具备驱动爪的伺服马达31(参照图2)。伺服马达31具有用于检测其工作位置的工作位置检测装置，编码器为工作位置检测装置的一例。工作位置检测装置的检测值发送到控制装置20。

此外，作为各伺服马达11、31，能够使用旋转马达、直动马达等各种伺服马达。

在机器人10的前端部安装有力传感器32。力传感器32例如检测如图1所示的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、围绕X轴、围绕Y轴、以及围绕Z轴的力。力传感器32能够检测施加到手30或者由手30把持的部件110的力的方向以及力的程度即可。因此，在本实施方式中，力传感器32设置于机器人10与手30之间，但是力传感器32还可以设置于手30内。

如图2所示，控制装置20具备：控制部21，其具有CPU、RAM等；显示装置22；存储部23，其具有非易失性存储器、ROM等；多个伺服控制器24，其分别与机器人10的伺服马达11对应；伺服控制器25，其与手30的伺服马达31对应；以及输入部26，其与控制装置20连接。在一个例子中，输入部26是操作员能够携带的操作盘等输入装置。还存在输入部26与控制装置20进行无线通信的情况。

在存储部23中保存有系统程序23a，系统程序23a承担控制装置20的基本功能。另外，在存储部23中保存有动作程序23b。另外，在存储部23中保存有跟踪程序23c与力觉控制程序23d。

控制部21基于这些程序，将用于对物品100进行预定作业的控制指令发送到各伺服控制器24、25。由此，机器人10以及手30对物品100进行预定作业。参照图4的流程图，对此时的控制部21的动作进行说明。

首先，控制部21基于跟踪程序23c，从检测装置40获取如图3所示的对象部101的图像数据(步骤S1-1)。另外，控制部21使用在检测装置40拍摄到该图像数据时的工作位置检测装置2b的检测值e1、与工作位置检测装置2b的当前的检测值e2，设定与搬运装置2上的物品100一起移动的跟踪坐标系(步骤S1-2)。

在图5中表示跟踪坐标系的一个例子。TF表示由检测装置40拍摄到对象部101的图像数据的瞬间的跟踪坐标系。如图5所示，跟踪坐标系TF具有对象部101的孔101a的位置以及姿态的信息。TF'表示当前的跟踪坐标系。如图5所示，当前的跟踪坐标系TF'也具有对象部101的孔101a的位置以及姿态的信息。即，对象部101相对于跟踪坐标系TF、TF'分别具有相同的位置以及姿态信息。

如下公式(1)所示，使用坐标变换矩阵T得到跟踪坐标系TF'。

TF'＝T·TF…(1)

移动成分例如使用下述公式(2)得到。

(e2－e1)/S…(2)

S是作为编码器的工作位置检测装置2b的计数、与由搬运装置2搬运的物品100的移动量的比。

即，在S为1时，工作位置检测装置2b的检测值是由搬运装置2搬运的物品100的移动量，工作位置检测装置2b发挥移动量检测部的功能。另一方面，在S不是1时，工作位置检测装置2b以及控制部21发挥移动量检测部的功能。

接着，控制部21开始向基于动作程序23b工作的机器人10以及手30发送控制指令(步骤S1-3)。由此，由手30把持部件110，并且由手30把持的部件110向搬运装置2上的物品100的方向移动。之后，部件110的轴111a与物品100的孔101a嵌合。

另外，在步骤S1-3中，控制部21将在步骤S1-2中设定的跟踪坐标系TF'，作为基于动作程序23b工作的机器人10的基准坐标系而利用。例如，基准坐标系可表现为以手30的工具中心点(TCP)作为原点的坐标系、以部件110的基准位置作为原点的坐标系等。

因此，机器人10的基准坐标系向搬运装置2的搬运方向移动，基准坐标系的移动与由搬运装置2搬运的物品100的移动一致。在该状况下，物品100的对象部101由搬运装置2进行移动，但是当从控制部21观察时，在基准坐标系内对象部101处于停止状态。由此，控制部21能够使机器人10的前端部稳定地追踪对象部101。

接着，例如如图1所示，部件110到达用于嵌合的位置以及姿态时，控制部21开始进行基于力觉控制程序23d的力觉控制(步骤S1-4)。作为力觉控制可以利用众所周知的力觉控制。在本实施方式中，机器人10使部件110向从由力传感器32检测的力中逃离的方向移动。其移动量由控制部21按照力传感器32的检测值来确定。

例如，若在由手30把持的部件110的轴111a与物品100的孔101a开始嵌合的状况下，由力传感器32检测出与由搬运装置2搬运的搬运方向相反的方向的力，则机器人10在基准坐标系内跟踪，同时使部件110向与搬运方向相反的方向略微移动，从而从所检测出的力逃离。

接着，当在搬运装置2的马达2a的工作位置检测装置2b的检测值超过预定基准而变动时(步骤S1-5)，控制部21进行第一异常对应工作(步骤S1-6)。超过预定基准的变动是，超过预定基准的加减速、超过预定基准的旋转振动等。在电力供给不稳定的情况下，既存在马达2a的旋转速度急剧下降的情况，还存在马达2a的旋转速度产生较大变动的情况。在这些情况下，工作位置检测装置2b的检测值超过所述预定基准而变动。

作为第一异常对应工作，控制部21进行缩短力觉控制的控制周期的工作或提高灵敏度的工作、停止嵌合进展的工作、以及中止嵌合作业的工作等。若缩短力觉控制的控制周期、或提高灵敏度，则能够使机器人10相对于对部件110施加的力更灵敏地进行移动。在本实施方式中，控制部21进行中止嵌合作业的工作、使搬运装置停止的工作、或组合了这些工作的工作等。

另外，在力传感器32的检测值超过预定基准值时(步骤S1-7)，控制部21进行第二异常对应工作(步骤S1-8)。在力传感器32的检测值超过预定基准值时，异常的力施加到部件110、物品100等的可能性较高。因此，作为第二异常对应工作，控制部21进行使机器人10停止的工作、使机器人10以低速向从由力传感器32检测出的力的方向逃离的方向移动的工作、使搬运装置停止的工作、或组合了这些工作的工作等。在本实施方式中，控制部21进行使机器人10停止的工作。

另一方面，控制部21判断嵌合作业是否已结束(步骤S1-9)，在嵌合作业已结束的情况下，向机器人10以及手30发送控制指令(步骤S1-10)。由此，手30从部件110分离，并且手30通过机器人10移动到等待位置或存放下一个部件110的场所。

如此，在本实施方式中，使用搬运装置2上的物品100中的对象部101的位置的信息、与由搬运装置2搬运的物品100的移动量的检测值，控制机器人10。因此，即使在无力觉控制的状态下，控制部21也能够识别支撑于机器人10的部件110与物品100之间的位置关系，有时还能够识别两者是否有接触。例如，在无力觉控制的状态下，控制部21也能够识别由搬运装置2搬运的物品100的移动量产生较大变动的搬运装置2的异常。因此，不过度地缩短力觉控制的控制周期、或不过度地提高灵敏度，既能够实现防止机器人10、搬运装置2、物品100等的破损，还抑制机器人10发生振荡。

另外，在本实施方式中，控制部21使具有对象部101的位置的信息的坐标系，根据工作位置检测装置2b的检测值向搬运装置2的搬运方向移动，控制部21使用正在移动的坐标系使机器人10的部件110跟踪对象部101，同时使用力传感器32的检测值进行力觉控制。

如此，具有对象部101的位置的信息的坐标系，按照由搬运装置2搬运的物品100的移动量而移动，利用正在移动的坐标系控制机器人10。因此，控制部21能够使机器人10所支撑的部件110容易且切实地跟踪对象部101。因此，控制部21在机器人10进行预定作业时，能够相对于由搬运装置2搬运的物品100的对象部101，准确地控制支撑于机器人10上的部件110的位置以及姿态。这在不缩短力觉控制的控制周期、或不提高灵敏度的情况下，有利于实现防止机器人10、搬运装置2、物品100等的破损，还有利于抑制机器人10发生振荡。

另外，在本实施方式中，具备检测搬运装置2上的物品100中的对象部101的位置以及姿态的检测装置40，控制部21使用检测装置40的检测结果，设定具有对象部101的位置的信息的坐标系。

在本实施方式中，检测装置40是二维摄像机。因此，检测装置40的检测结果是图像数据。控制部21使用图像数据，设定具有对象部101的位置以及姿态的信息的坐标系。即，控制部21对图像数据内的对象部101进行坐标系的原点设定以及方向设定。即，相对于坐标系固定对象部101的位置以及姿态。若如此设定坐标系，则相对于正在移动的对象部101，准确地控制支撑于机器人10上的部件110的位置以及姿态。

在本实施方式中，当工作位置检测装置2b的检测值超过预定基准而变动时，控制部21进行异常对应工作。

即，如上所述，在识别出支撑于机器人10上的部件110与物品100之间的位置关系的状态下，控制部21还基于工作位置检测装置2b的检测值进行异常对应工作。该结构有利于切实地实现防止机器人10、搬运装置2、物品100等的破损，还有利于抑制机器人10发生振荡。

此外，在机器人10的前端部支撑有加工工具，作为预定作业，机器人10还可以对由搬运装置2搬运的物品100进行加工。在该情况下，加工工具是钻头、铣刀、钻孔攻螺纹复合刀具、去飞边工具、其他工具等。即使在该情况下，在步骤S1-3中加工工具也接近对象部101，在步骤S1-4中按照加工工具与对象部101之间的接触而进行力觉控制等，由此达到与上述相同的效果。

另外，在步骤S1-6中，作为第一异常对应工作，控制部21还可以使搬运装置2的马达2a停止、使搬运装置2的马达2a减速等。

另外，作为使用工作位置检测装置2b的代替，还可以是由检测装置40监控搬运装置2上的预定标记等的位置。在该情况下，基于搬运装置2上的预定标记的移动，依次检测出搬运装置2上的物品100的移动量。还可以通过使用其他众所周知的方法，依次检测搬运装置2上的物品100的移动量。

在本实施方式中，在机器人10的前端部安装有力传感器32。另一方面，还可以在搬运装置2与物品100之间、物品100的内部等配置力传感器32。即使在该情况下，也可以基于力传感器32的检测值进行力觉控制，达到与上述相同的效果。

另外，在步骤S1-3中，控制部21可以使用对象部101的位置的信息、与工作位置检测装置2b的检测值，设定机器人10的基准坐标系。作为对象部101的位置的信息，能够使用由检测装置40拍摄到的图像数据。若在图像数据中存在对象部101，则控制部21能够基于图像数据特定对象部101的位置以及姿态。在该情况下，还能够不使用跟踪坐标系TF'而进行控制。

Claims

1.一种作业机器人系统，其特征在于，具备：

搬运装置，其搬运物品；

机器人，其对由所述搬运装置搬运的所述物品的对象部进行预定作业；

控制部，其控制所述机器人；

移动量检测部，其检测由所述搬运装置搬运的所述物品的移动量；以及

力检测部，其检测通过支撑于所述机器人上的部件或工具与所述物品之间的接触而产生的力，

所述控制部在由所述机器人进行所述预定作业时，使用所述对象部的位置的信息与所述移动量检测部的检测值，控制所述机器人，同时基于所述力检测部的检测值进行力觉控制，

当所述移动量检测部的所述检测值超过预定基准而变动时，所述控制部缩短所述力觉控制的控制周期或提高所述力觉控制的灵敏度。

2.根据权利要求1所述的作业机器人系统，其特征在于，

所述控制部使具有所述对象部的位置的信息的坐标系，按照所述移动量检测部的检测值，向所述搬运装置的搬运方向移动，

所述控制部使用正在移动的所述坐标系，使所述机器人的所述部件或所述工具跟踪所述对象部，同时使用所述力检测部的检测值进行所述力觉控制。

3.根据权利要求2所述的作业机器人系统，其特征在于，

所述作业机器人系统具备检测所述搬运装置上的所述物品中的所述对象部的至少位置的检测部，

所述控制部使用所述检测部的检测结果，设定具有所述对象部的位置的信息的所述坐标系。

4.根据权利要求3所述的作业机器人系统，其特征在于，

所述检测部用于检测所述搬运装置上的所述物品中的所述对象部的位置以及姿态，

所述控制部使用所述检测部的检测结果，设定具有所述对象部的位置以及姿态的信息的所述坐标系。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机器人系统，其特征在于，

当所述移动量检测部的所述检测值超过所述预定基准而变动时，所述搬运装置进行异常对应工作。