CN110271010B - 机器人系统以及机器人的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人系统以及机器人的控制方法，即使在周围的温度等条件存在变化的情况下也能够以均匀的层厚来涂布液体。机器人系统包括：机器人；液体涂布部，设于机器人；涂布厚度测量部，对由液体涂布部所涂布的液体的涂布厚度进行测量；距离测量部，对从距离测量部直至涂布对象为止的第1距离进行测量；控制部，基于第1距离来控制机器人，以使从液体涂布部直至涂布对象为止的第2距离为固定；以及供给量调整部，根据由涂布厚度测量部所测量的涂布厚度，来调整液体朝向涂布对象的供给量，距离测量部、液体涂布部及涂布厚度测量部是朝向液体的涂布方向，依照距离测量部、液体涂布部及涂布厚度测量部的顺序进行配置。

Description

机器人系统以及机器人的控制方法
技术领域
本发明涉及一种机器人系统(robot system)以及机器人的控制方法。
背景技术
在专利文献1中揭示了下述技术：在上下移动的致动器(actuator)上安装模头(die head)，通过配设在模头中的距离测定传感器(sensor)来测定模头与基板表面的距离，将模头与基板表面的距离维持为设定距离。根据专利文献1，追随于基板的起伏而在基板上形成均匀的涂布膜。
在专利文献2中揭示了下述技术：根据溶液的粘度来设定药液喷嘴(nozzle)相对于基盘的位置。根据专利文献2，在基盘表面以均匀的膜厚来涂布高粘度的溶液。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2004-298697号公报
专利文献2：日本专利特开2010-042325号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，在使用机器人在基板等上涂布液体的情况下，液体的涂布厚度不仅受到基板的起伏影响，而且受到周围温度、液体涂布部中的液体剩余量、或者液体涂布部内的压力等影响。关于此点，在专利文献1及专利文献2所记载的技术中，无法实时(real time)地追随于周围的温度变化等来控制液体的涂布量，从而无法以均匀的层厚来涂布液体。
因此，本发明的课题在于提供一种即使在周围的温度等条件存在变化的情况下也能够以均匀的层厚来涂布液体的机器人系统以及机器人的控制方法。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述课题，本揭示的机器人系统包括：
机器人；
液体涂布部，设于所述机器人；
涂布厚度测量部，对由所述液体涂布部所涂布的液体的涂布厚度进行测量；
距离测量部，对从所述距离测量部直至涂布对象为止的第1距离进行测量；
控制部，基于所述第1距离来控制所述机器人，以使从所述液体涂布部直至所述涂布对象为止的第2距离为固定；以及
供给量调整部，根据由所述涂布厚度测量部所测量的涂布厚度，来调整所述液体朝向所述涂布对象的供给量，
所述距离测量部、所述液体涂布部及所述涂布厚度测量部是朝向所述液体的涂布方向，依照所述距离测量部、所述液体涂布部及所述涂布厚度测量部的顺序进行配置。
所述机器人系统中，通过设于机器人的液体涂布部来涂布液体，通过涂布厚度测量部来测量液体的涂布厚度。距离测量部对从距离测量部直至涂布对象为止的第1距离进行测量。控制部基于第1距离来控制机器人，以使从液体涂布部直至涂布对象为止的第2距离为固定。供给量调整部根据由涂布厚度测量部所测量的涂布厚度，来调整液体朝向涂布对象的供给量。
在如上所述的机器人系统中，距离测量部、液体涂布部及涂布厚度测量部是朝向液体的涂布方向，依照距离测量部、液体涂布部及涂布厚度测量部的顺序进行配置。
因此，根据所述机器人系统，使用距离测量部与涂布厚度测量部来测量液体的涂布厚度，并根据涂布厚度来线性(linear)地实时(real time)控制液体的供给量，因此即使在周围的温度等条件存在变化的情况下，也能够以均匀的层厚来涂布液体。
而且，根据所述机器人系统，距离测量部、液体涂布部及涂布厚度测量部是朝向液体的涂布方向而依此顺序配置，因此能够借助时间差运算来测量涂布厚度。
一实施方式的机器人系统中，
在所述液体涂布部到达由所述距离测量部测量出所述第1距离的所述涂布对象上的点(point)时，所述控制部基于所述第1距离来控制所述机器人，以使从所述液体涂布部直至所述涂布对象为止的第2距离为固定，
在所述涂布厚度测量部到达由所述距离测量部测量出所述第1距离的所述涂布对象上的点时，所述涂布厚度测量部基于从所述涂布厚度测量部直至涂布面为止的距离与所述第1距离，来测量所述液体的所述涂布厚度。
所述一实施方式的机器人系统中，通过依照如上所述的顺序进行配置的距离测量部、液体涂布部及涂布厚度测量部，能够借助时间差运算来测量涂布厚度和调整液体的供给量。
一实施方式的机器人系统中，
所述液体涂布部包括注射器(syringe)及喷嘴，所述喷嘴包括所述液体的喷出口的节流部件，
所述供给量调整部通过驱动所述节流部件，来调整所述液体朝向所述涂布对象的供给量。
所述一实施方式的机器人系统中，液体的供给量是通过驱动喷嘴的节流部件而调整。并且，如上述那样测量所供给的液体的涂布厚度，根据涂布厚度来线性地实时控制液体涂布部与涂布对象的距离。因此，即使在周围的温度等条件存在变化的情况下，也能够以均匀的层厚来涂布液体。
一实施方式的机器人系统中，
所述液体涂布部包括注射器及喷嘴，通过将所述注射器内设为负压，从而抑制液体的喷出，通过将注射器内设为大气压或正压，从而进行液体的喷出，
所述供给量调整部通过调整所述喷嘴与所述涂布对象的距离，来调整所述液体朝向所述涂布对象的供给量。
所述一实施方式的机器人系统中，注射器内的压力被设为正压时的液体喷出量将根据喷嘴与涂布对象的距离而变化。对所喷出的液体的涂布厚度进行测量，并根据涂布厚度来线性地实时控制液体涂布部与涂布对象的距离。因此，即使在周围的温度等条件存在变化的情况下，也能够以均匀的层厚来涂布液体。
为了解决所述课题，本揭示的机器人的控制方法包括下述步骤：
对由设于机器人的液体涂布部所涂布的液体的涂布厚度进行测量；
测量从距离测量部直至涂布对象为止的第1距离；
基于所述第1距离来控制所述机器人，以使从所述液体涂布部直至所述涂布对象为止的第2距离为固定；以及
根据所测量出的涂布厚度来调整所述液体朝向所述涂布对象的供给量，
依照对直至所述涂布对象为止的距离进行测量的步骤、通过所述液体涂布部来涂布所述液体的步骤及测量所述涂布厚度的步骤的顺序来进行处理。
根据本揭示的控制方法，使用距离测量部与涂布厚度测量部来测量液体的涂布厚度，并根据涂布厚度来线性地实时控制液体的供给量，因此即使在周围的温度等条件存在变化的情况下，也能够以均匀的层厚来涂布液体。
而且，根据所述控制方法，依照对直至涂布对象为止的距离进行测量的步骤、通过液体涂布部来涂布液体的步骤及测量涂布厚度的步骤的顺序来进行处理，因此能够借助时间差运算来测量涂布厚度。
[发明的效果]
根据以上可明确的是，根据本揭示的机器人系统以及机器人的控制方法，即使在周围的温度等条件存在变化的情况下，也能够以均匀的层厚来涂布液体。
附图说明
图1是表示一实施方式中的机器人系统的俯视图。
图2是表示分注器头(dispenser head)的结构的侧面图。
图3是表示分注器控制器的硬件(hardware)结构的框图。
图4是分注器控制器的功能框图。
图5的(A)是对工件与喷嘴分离时的涂布液的喷出进行说明的图，图5的(B)是对工件与喷嘴未较图5的(A)分离时的涂布液的喷出进行说明的图。
图6的(A)及图6的(B)是用于说明喷嘴-工件间距离的控制方法的图。
图7的(A)及图7的(B)是用于说明涂布厚度测量方法的图。
图8是表示喷嘴-工件间距离的控制的控制回路(loop)的框线图。
图9是表示分注器头的Z轴(上下方向)控制的控制回路的框线图。
[符号的说明]
22a：距离测量传感器(距离测量部)
22b：涂布厚度测量传感器(涂布厚度测量部)
24：喷嘴(液体涂布部)
30：分注器控制器
73a：控制部
73b：供给量调整部
100：机器人系统
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。
(机器人系统)
图1是表示本揭示的一实施方式中的机器人系统100的俯视图。如图1所示，本实施方式中的机器人系统100包括机器人10、分注器头20、作为机器人10的控制装置的分注器控制器30及作为涂布对象的工件40。
机器人10例如为臂(arm)型的6轴垂直多关节机器人。臂型的6轴垂直多关节机器人具备伺服马达(servo motor)等动力源，通过基于机器人控制程序而从分注器控制器30输出的控制信号来驱动伺服马达，以使各关节轴动作。
分注器头20将液体涂布于工件40。作为液体，例如使用密封胶(sealer)材、水性印刷用的油墨(ink)、机油(engine oil)、橄榄油(olive oil)等低粘度至中粘度的液体。
图2是表示分注器头20的结构的侧面图。如图2所示，分注器头20包括支架(holder)21、距离测量传感器22a、涂布厚度测量传感器22b、注射器23及作为液体涂布部的喷嘴24。支架21保持距离测量传感器22a、涂布厚度测量传感器22b及注射器23。
距离测量传感器22a是用于对从距离测量传感器22a直至工件40为止的第1距离进行测定的传感器，作为一例，使用反射型传感器。涂布厚度测量传感器22b是用于对涂布于工件40的液体的涂布厚度d进行探测的传感器，作为一例，使用反射型传感器。
注射器23是收容要涂布的液体的容器。喷嘴24被安装于注射器23的前端，是喷出液体的管。
距离测量传感器22a、喷嘴24及涂布厚度测量传感器22b如图2所示，是朝向箭头F所示的液体的涂布方向，依照距离测量传感器22a、喷嘴24及涂布厚度测量传感器22b的顺序进行配置。
分注器控制器30是控制机器人10，将喷嘴24与工件40的距离保持为固定，而且对液体的涂布量进行调整的控制装置。图3表示分注器控制器30的硬件结构。分注器控制器30如图3所示，包括输入装置31、显示装置32、中央运算装置33、存储装置34及通信I/F35。作为一例，输入装置31包含键盘(keyboard)等。作为一例，显示装置32包含显示器(display)。作为一例，中央运算装置33包含中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。存储装置34包括非易失性存储装置与易失性存储装置，非易失性存储装置存储机器人控制程序及序列控制程序等。而且，作为中央运算装置33执行时的工作存储器(work memory)，适当使用易失性存储装置。通信I/F35例如为RS232C等串行线路(serial line)的接口(interface)，进行传感器22的输出值的输入以及与机器人10的通信。通信I/F35也可为其他通信线路的接口。
图4是本实施方式中的分注器控制器30的功能框图。分注器控制器30作为输入处理部71、显示处理部72、运算部73、存储部74及通信处理部75发挥功能。输入处理部71对来自输入装置31的输入进行处理。显示处理部72制作输出至显示装置32的显示数据。运算部73包含控制部73a与供给量调整部73b。控制部73a基于所述第1距离来控制机器人10，以使从喷嘴24直至工件40为止的第2距离为固定。供给量调整部73b根据由涂布厚度测量传感器22b所测量的涂布厚度，来调整液体朝向工件40的供给量。控制部73a与供给量调整部73b的功能详细将后述。存储部74存储机器人控制程序及序列控制程序等。
(涂布量的控制方法)
图5的(A)及图5的(B)是用于说明本实施方式中的涂布液Lq在工件40上的涂布量的调整方法的图。分注器头20通过将注射器23内设为负压，以抑制涂布液Lq因重力而流下。并且，通过将注射器23内负压设为大气压或正压，从而喷出涂布液Lq。
此时，如图5的(A)所示，当涂布对象工件40与喷嘴24离开距离C时，因从喷嘴24流出的涂布液Lq的重力，从而与如图5的(B)所示那样未离开距离C的情况相比，将喷出更多的涂布液Lq。本实施方式中，利用此作用，通过供给量调整部73b来控制机器人10，通过改变涂布对象工件40与喷嘴24的距离来进行涂布量的调整。
(喷嘴-工件间距离的控制方法)
接下来，对将本实施方式的机器人系统100中的喷嘴24与工件40之间的距离保持为固定的控制方法进行说明。图6的(A)及图6的(B)是用于说明本实施方式中的喷嘴-工件间距离的控制方法的图。
如图6的(A)所示，控制部73a通过距离测量传感器22a，在某时刻的工件40上的点P处，测量喷嘴24与工件40的第1距离D1。然后，分注器头20朝箭头F所示的液体涂布方向移动，如图6的(B)所示，当喷嘴24到达点P时，控制部73a基于所述第1距离D1来驱动分注器头20，以使喷嘴24与工件40的第2距离D2为固定。由于距离测量传感器22a与喷嘴24的距离已预先知晓，因此通过预先测量第1距离D1，从而当喷嘴24到达点P时，能够将喷嘴24与工件40的第2距离D2保持为固定。因此，即使在工件40的表面存在起伏的情况下，也能够将喷嘴24与工件40的距离保持为固定，从而使涂布厚度固定。
(涂布厚度测量方法)
接下来，对本实施方式的机器人系统100中的涂布厚度测量方法进行说明。图7的(A)及图7的(B)是用于对本实施方式中的涂布厚度测量方法进行说明的图。
如图7的(A)所示，控制部73a通过距离测量传感器22a，在某时刻的工件40上的点P处，测量喷嘴24与工件40的第1距离D1。然后，控制部73a如上所述，将喷嘴24与工件40的第2距离D2保持为固定。接下来，涂布厚度测量传感器22b测定从涂布厚度测量传感器22b直至涂布液Lq的涂布面为止的距离D3，通过从所述第1距离D1减去距离D3，从而测定涂布厚度d。这样，在本实施方式中，使用距离测量传感器22a与涂布厚度测量传感器22b这两个传感器，通过时间差运算来测量出液体的涂布厚度。
接下来，参照图8及图9来更具体地说明本实施方式中的喷嘴-工件间距离的控制方法与涂布量的调整方法。图8是表示本实施方式中的喷嘴-工件间距离的控制的控制回路的框线图。分注器控制器30的控制部73a如图8所示，通过距离测量传感器22a，测量距离测量传感器22a与工件40的第1距离D1。接下来，控制部73a根据第1距离D1和预先知晓的距离测量传感器22a与喷嘴24的距离，算出喷嘴24与工件40的第2距离D2。然后，控制部73a通过时间延迟处理功能81，使第2距离D2的反馈延迟。延迟的时间例如被设定为从在点P处测量出第1距离D1的时刻直至喷嘴24到达点P为止的时间。
对于喷嘴24与工件40的距离，预先规定有目标值。控制部73a根据所述目标值与经延迟的所反馈的第2距离D2，来算出喷嘴24的高度相对于目标值的变动值。接下来，控制部73a将喷嘴24的高度的变动值输入至变动值-指令转换功能82。变动值-指令转换功能82在喷嘴24的高度的变动值大于目标值的情况下，输出使分注器头20朝Z轴的负(minus)方向(下方向)移动的指令。而且，变动值-指令转换功能82在喷嘴24的高度的变动值小于目标值的情况下，输出使分注器头20朝Z轴的正(plus)方向(上方向)移动的指令。
从变动值-指令转换功能82输出的Z轴方向的动作指令被输入至Z轴控制功能83。Z轴控制功能83按照所输入的动作指令，使分注器头20移动。本实施方式中，通过如上所述的控制回路，将喷嘴24与工件40的距离保持为固定。
接下来，参照图9来更具体地说明本实施方式中的涂布厚度控制方法。图9是表示本实施方式中的分注器头的Z轴(上下方向)控制的控制回路的框线图。分注器控制器30的控制部73a如图9所示，通过距离测量传感器22a来测量所述第1距离D1。
并且，控制部73a通过时间延迟处理功能90来使第1距离D1的反馈延迟。延迟的时间例如被设定为从在点P处测量出第1距离D1的时刻直至涂布厚度测量传感器22b到达点P为止的时间。
另一方面，当涂布厚度测量传感器22b到达点P时，涂布厚度测量传感器22b测量从涂布厚度测量传感器22b直至涂布面为止的距离D3。并且，通过从如上述那样经延迟反馈的第1距离D1减去距离D3，从而算出涂布厚度d。
接下来，供给量调整部73b通过高度-容量转换功能91，将涂布厚度d转换为涂布液容量。其结果，由于涂布液容量的当前值已知，因此供给量调整部73b反馈此值。
在对涂布液Lq进行涂布时，预先规定有涂布液容量的目标值。供给量调整部73b根据所述涂布液容量的目标值与涂布液容量的当前值的反馈，来算出相对于涂布液容量目标值的变动值。接下来，供给量调整部73b将涂布液容量的变动值输入至变动值-指令转换功能92。变动值-指令转换功能92在涂布液容量的变动值大于目标值的情况下，即，在涂布量多的情况下，输出使分注器头20朝Z轴的负方向(下方向)移动的指令。而且，变动值-指令转换功能92在涂布液容量的变动值小于目标值的情况下，即，在涂布量少的情况下，输出使分注器头20朝Z轴的正方向(上方向)移动的指令。
从变动值-指令转换功能92输出的Z轴方向的动作指令被输入至Z轴控制功能93。Z轴控制功能93按照所输入的动作指令，来使分注器头20移动。本实施方式中，通过如上所述的控制回路，来进行涂布量的控制。
本实施方式中，通过并行地进行图8所示的喷嘴-工件间距离的控制与图9所示的涂布厚度控制，既可将喷嘴-工件间距离保持为固定，又可线性地控制分注器头20朝Z轴方向移动，以将喷嘴24与工件40上的涂布液Lq的涂布面的距离保持为固定。其结果，即使在因温度、涂布液Lq的剩余量、分注器头20的注射器23内的压力变化，而来自喷嘴24的涂布液Lq的喷出量存在变动的情况下，也能够将工件40上的涂布液Lq的涂布厚度保持为固定。
而且，根据本实施方式，即使在工件40的表面存在起伏的情况下，由于能够通过距离测量传感器22a来测定从距离测量传感器22a直至工件40为止的第1距离D1，因此即使在涂布对象工件40的表面并非平坦而具有起伏的情况下，也能够追随于此来准确地测定涂布厚度d。其结果，即使在工件40的表面存在起伏的情况下，也能够将工件40上的涂布液Lq的涂布厚度保持为固定。
而且，本实施方式中，使用了距离测量传感器22a与涂布厚度测量传感器22b这两个传感器，因此即使在不使用激光传感器之类的昂贵传感器的情况下，也能够实现将涂布厚度保持固定的控制。因此，根据本实施方式，能够实现成本的削减。
所述实施方式中，作为液体供给量的调整方法，对调整分注器头20与工件40的距离的示例进行了说明。但是，本揭示并不限定于此种形态。例如，也可在喷嘴24中设置节流部件，通过驱动节流部件来调整液体的供给量。
以上的实施方式为例示，能够不脱离本发明的范围而进行各种变形。所述多个实施方式可分别独立地成立，但也可进行实施方式彼此的组合。而且，不同实施方式中的各种特征也可分别独立地成立，但也可进行不同实施方式中的特征彼此的组合。

Claims (4)

1.一种机器人系统，其特征在于包括：
机器人；
液体涂布部，设于所述机器人；
涂布厚度测量部，对由所述液体涂布部所涂布的液体的涂布厚度进行测量；
距离测量部，对从所述距离测量部直至涂布对象为止的第1距离进行测量；
控制部，基于所述第1距离来控制所述机器人，以使从所述液体涂布部直至所述涂布对象为止的第2距离为固定；以及
供给量调整部，根据由所述涂布厚度测量部所测量的涂布厚度，来调整所述液体朝向所述涂布对象的供给量，
所述距离测量部、所述液体涂布部及所述涂布厚度测量部是朝向所述液体的涂布方向，依照所述距离测量部、所述液体涂布部及所述涂布厚度测量部的顺序进行配置，
所述液体涂布部包括注射器及喷嘴，通过将所述注射器内设为负压，从而抑制液体的喷出，通过将注射器内设为大气压或正压，从而进行液体的喷出，所述液体为低粘度至中粘度的液体，
所述供给量调整部通过调整所述喷嘴与所述涂布对象的距离来改变从所述喷嘴喷出的所述液体的重力，从而调整所述液体朝向所述涂布对象的供给量。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
在所述液体涂布部到达由所述距离测量部测量出所述第1距离的所述涂布对象上的点时，所述控制部基于所述第1距离来控制所述机器人，以使从所述液体涂布部直至所述涂布对象为止的所述第2距离为固定，
在所述涂布厚度测量部到达由所述距离测量部测量出所述第1距离的所述涂布对象上的点时，所述涂布厚度测量部基于从所述涂布厚度测量部直至涂布面为止的距离与所述第1距离，来测量所述液体的所述涂布厚度。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，
所述喷嘴包括所述液体的喷出口的节流部件。
4.一种机器人的控制方法，其特征在于包括下述步骤：
对由设于机器人的液体涂布部所涂布的液体的涂布厚度进行测量；
测量从距离测量部直至涂布对象为止的第1距离；
基于所述第1距离来控制所述机器人，以使从所述液体涂布部直至所述涂布对象为止的第2距离为固定；以及
根据所测量出的涂布厚度来调整所述液体朝向所述涂布对象的供给量，
依照对直至所述涂布对象为止的距离进行测量的步骤、通过所述液体涂布部来涂布所述液体的步骤及测量所述涂布厚度的步骤的顺序来进行处理，
其中所述液体涂布部包括注射器及喷嘴，通过将所述注射器内设为负压，从而抑制液体的喷出，通过将注射器内设为大气压或正压，从而进行液体的喷出，且所述液体为低粘度至中粘度的液体，所述控制方法还包括：
通过调整所述喷嘴与所述涂布对象的距离来改变从所述喷嘴喷出的所述液体的重力，从而调整所述液体朝向所述涂布对象的供给量。
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