CN111225772B - 垂直多关节机器人的示教数据创建系统 - Google Patents

垂直多关节机器人的示教数据创建系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种垂直多关节机器人的示教数据创建系统。将第五转动轴(C5)的关节部分(V)的中心设为控制点(A)时，控制点提取部(1d)提取示教点(T1)时控制点(A)的位置(P1)和示教点(T2)时控制点(A)的位置(P2)。直线路径演算部(1e)演算通过位置(P1)和位置(P2)的直线路径(L)。臂动作演算部(1f)演算使控制点(A)在直线路径(L)上从位置(P1)移动到位置(P2)的臂(3)的动作以创建示教数据(D1)。

Description

垂直多关节机器人的示教数据创建系统
技术领域
本发明涉及轴数为六个的垂直多关节机器人的示教数据创建系统。
背景技术
以往，在汽车等的生产工厂，有很多垂直多关节机器人代替人工进行工作。而且，这些垂直多关节机器人根据预先创建好的示教数据再现动作。例如，如专利文献1的记载所示，近年来，首先在离线工作中在利用工作站或计算机3D显示的数据基础上研究机器人姿势的同时创建该示教数据，然后将创建的示教数据写入生产工厂所设的机器人的控制部中进行使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-20120号公报
发明内容
-发明所要解决的问题-
然而，如上所述在离线工作中创建的示教数据时，通常优先将安装在机器人的臂前端部分上的工具的三维空间中的各工作位置存储为示教点，并且避免工具和臂在各示教点之间对工件或其他设备等的干扰，而对各示教点之间微细的臂姿势则未作考虑。如此一来，就导致在各示教点之间臂的多余动作很多的状态下创建示教数据，如果生产工厂所设的机器人的控制部中写入示教数据而操作机器人，则有时会由于示教点之间臂的多余动作而导致无法在所需的循环时间内完成机器人动作。在此情况下存在的问题是，操作者需要在生产现场实际目视确认机器人的动作，并且在反复试误(try and error)的同时手动操作修正臂的多余动作以将机器人的动作限制在所需的循环时间内，效率不佳。
本发明是鉴于上述各点而完成的，其目的在于提供一种垂直多关节机器人的示教数据创建系统，该系统可以减少操作者在生产现场对机器人动作的修正工作并提高工作效率。
-用于解决问题的方案-
为了达成上述目的，本发明的特征在于，着重于利用垂直多关节机器人的臂的前端侧各关节部分的动作比臂的基端侧各关节部分的动作快的情况来创建示教数据。
具体而言，以垂直多关节机器人的示教数据创建系统为对象，该垂直多关节机器人具有从设置底板侧起依次设置有第一至第六转动轴的多关节的臂，可以基于创建的示教数据进行动作，该示教数据使得安装在该臂的前端部分上的工具的规定位置依次通过多个示教点移动。
即，在第一方面的发明中，其特征在于，所述垂直多关节机器人的示教数据创建系统包括：控制点提取部，当将所述臂的第四、第五和第六转动轴中的一个的关节部分V的中心设为控制点A并将规定的两个示教点设为T1、T2时，所述控制点提取部分别提取示教点T1时所述控制点A的位置P1、以及示教点T2时所述控制点A的位置P2；直线路径演算部，演算通过所述位置P1和所述位置P2的直线路径L；以及臂动作演算部，在创建所述工具的规定位置从所述示教点T1移动至所述示教点T2的示教数据时，所述臂动作演算部演算使所述位置P1与所述位置P2一致的臂动作以创建示教数据，或者演算所述控制点A在所述直线路径L上、或沿着靠近所述直线路径L的位置从所述位置P1移动到所述位置P2的臂动作以创建示教数据。
第二方面的发明是，在第一方面的发明中，其特征在于，在所述臂的第一、第二和第三转动轴中的一个的关节部分W安装有使关节部分W该以角速度ω1进行转动动作的臂基端侧电动机，在所述臂的第四、第五和第六转动轴中的一个的关节部分V安装有使该关节部分V以所述角速度ω1的X倍的角速度ω2进行转动动作的臂前端侧电动机，所述臂动作演算部构成为：当演算所述控制点A从所述位置P1到达所述位置P2时的臂动作时，演算臂动作使得所述关节部分W的动作角度θ1为所述关节部分V的动作角度θ2的1/X倍。
-发明的效果-
在第一方面的发明中，当通过基于示教数据的机器人的动作使工具在各示教点之间移动时，在控制点A的位置不动的情况下，只有臂前端侧的各关节部分转动，在控制点A直线移动的情况下，为了维持该控制点A的直线移动，臂前端侧各关节部分的转动角度均大于臂基端侧各关节部分的转动角度。因此，通过使驱动臂的各关节部分转动的各电动机中角速度大的电动机的动作时间增长，臂整体的动作时间缩短，各示教点之间的臂的动作中多余动作减少，因此操作者可以在生产现场实际目视确认机器人的动作，并且在反复试误的同时以手动操作修正臂的多余动作的操作减少，从而能够提高工作效率。
在第二方面的发明中，当通过基于示教数据的机器人的动作使工具在各示教点之间移动时，臂中角速度大的关节部分V进行动作所费的时间与臂中角速度小的关节部分W进行动作所耗费的时间被平均化。因此，关节部分V的动作时间与关节部分W的动作时间大致相等，关节部分V、W不动作的空闲时间减少，因此臂可以进行更有效的动作，可以进一步缩短工具在各示教点之间移动时臂整体的动作时间。
附图说明
图1是基于本发明的实施方式1涉及的示教数据创建系统以及由该系统创建的示教数据再现动作的垂直多关节机器人的结构示意图。
图2是示出采用本发明的实施方式1涉及的示教数据创建系统创建的示教数据中，工件的焊接位置和机器人的主要姿势的图。
图3是示出采用本发明的实施方式1涉及的示教数据创建系统创建示教数据时的流程图。
图4是简单示出基于采用本发明的实施方式1涉及的示教数据创建系统创建的示教数据移动的机器人的图。
图5示出图4中焊枪如箭头R1所示移动时臂围绕第一至第六转动轴心的各转动角度及各转动所耗费的时间。
图6示出图4中焊枪如箭头R2所示移动时臂围绕第一至第六转动轴心的各转动角度及各转动所耗费的时间。
图7是简单示出基于由传统方法创建的示教数据的机器人动作的图。
图8是图7中焊枪按箭头S1移动时臂围绕第一至第六转动轴心的各转动角度及各转动所耗费的时间。
图9是图7中焊枪按箭头S2移动时臂围绕第一至第六转动轴心的各转动角度及各转动所耗费的时间。
图10是简单示出基于采用本发明的实施方式2涉及的示教数据创建系统创建的示教数据的机器人动作的图，示出了臂的第五转动轴的关节部分的中心不移动地进行动作的状态。
图11是示出采用本发明的实施方式2涉及的示教数据创建系统创建示教数据时的流程图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。应予说明，以下优选实施方式的说明本质上仅为示例。
《发明的实施方式1》
图1示出本发明的实施方式1涉及的示教数据创建系统1和垂直多关节机器人2。该机器人2包括设置在设置底板(installation floor)F上的臂3、以及与该臂3连接的控制板4，在臂3的前端部分安装有点焊用焊枪5(工具)。
臂3是轴数为6个的多关节臂，从设置底板F侧依次设置有第一至第六转动轴C1-C6。在第一至第六转动轴C1-C6的各关节部分安装有使该各关节部分绕第一至第六转动轴C1-C6转动的第一至第六驱动电动机3a-3f。
安装在第二转动轴C2的关节部分W的第二驱动电动机3b(臂基端侧电动机)构成为以角速度ω1驱动关节部分W转动。
另外，安装在第五转动轴C5的关节部分V的第五驱动电动机3e(臂前端侧电动机)构成为以角速度ω2驱动关节部分V转动，角速度ω1为角速度ω2的X倍。
而且，机器人2基于写入控制板4中的示教数据D1进行动作。
示教数据创建系统1用于通过离线工作来创建上述示教数据D1，包括显示部1a、操作部1b、存储部1c、控制点提取部1d、直线路径演算部1e、以及臂动作演算部1f。应予说明，在图1中仅记载了示教数据创建系统1的说明所必需的最低限度构成要素，省略了常规构成要素的记载。
如图2所示，显示部1a可以显示机器人2的模型数据、作为被焊接物的工件6的模型数据、以及夹具7的模型数据等。应予说明，显示部1a中显示的机器人2、工件6和夹具7的模型数据的符号与机器人2、工件6和夹具7的符号相同。
操作部1b可以操作显示部1a中显示的机器人2的模型数据，操作者例如可以在三维虚拟空间中操作操作部1b的同时指定成为焊枪5进行焊接的位置的多个示教点Tn(n为自然数)。
存储部1c存储机器人2、工件6和夹具7的模型数据，并且存储示教数据D1等，示教数据D1用于再现使焊枪5依次在各示教点Tn移动的臂3的动作。
将臂3的第五转动轴C5的关节部分V的中心设为控制点A，并且将固定在夹具7的模型数据上的工件6的模型数据中规定的两个焊接点设为示教点T1、T2时，控制点提取部1d提取示教点T1时上述控制点A的位置作为位置P1，并且提取示教点T2时上述控制点A的位置作为位置P2。
直线路径演算部1e演算在三维空间中通过位置P1和位置P2的直线路径L(参照图4)。即，如果将直线路径L设为(x，y，z)、位置P1设为(a1，b1，c1)、并且位置P2设为(a2，b2，c2)，则直线路径L由下式(1)导出。
L＝(a1，b1，c1)+t(a2-a1，b2-b1，c2-c1) (1)
如图4所示，当创建焊枪5从示教点T1移动至示教点T2的示教数据D1时，臂动作演算部1f演算使控制点A在直线路径L上、或者沿着靠近直线路径L的位置从位置P1移动到位置P2的臂3的动作，创建示教数据D1。
具体而言，在示教点T1与示教点T2之间，通过演算求出用于实现控制点A在直线路径L上、或者沿着靠近直线路径L的位置移动的动作所必须增加的示教点。
并且，由示教数据创建系统1所创建的示教数据D1被写入控制板4，用于机器人2的再现动作。
接着，对于使用示教数据创建系统1创建示教数据D1的方法进行详述。
应予说明，如图4所示，要创建的示教数据D1是机器人2的一系列动作：焊枪5从原位置B的状态移动至示教点T1进行焊接之后，边改变姿势的边移动至示教点T2进行焊接，然后返回到原位置B。
如图3所示，首先，在步骤S1中，由操作部1b对显示部1a中显示的机器人2的模型数据进行操作，将三维虚拟空间中的示教点T1、T2存储在存储部1c中。
接着，进入步骤S2，在控制点提取部1d提取示教点T1时控制点A的位置P1和示教点T2时控制点A的位置P2。
然后，进入步骤S3，在直线路径演算部1e中演算通过位置P1和位置P2的直线路径L。
然后，进入步骤S4，在臂动作演算部1f中演算使控制点A在直线路径L上、或者沿着靠近直线路径L的位置从位置P1移动到位置P2的臂3的动作，创建示教数据D1。
然后，在步骤S5中，操作者通过显示部1确认在臂3动作时臂3或焊枪5是否干扰工件6或夹具7，如果干扰，则对臂3的动作路径进行微调，完成示教数据D1。
接着，详细说明对采用了由示教数据创建系统1创建的示教数据D1的机器人2的模型数据的动作与使用由传统方法创建的示教数据的机器人2的模型数据的动作进行比较平价的结果。
图4简单示出采用了由示教数据创建系统1创建的示教数据D1的机器人2的模型数据的动作。绘制了机器人2进行一系列动作时控制点A在移动过程中的多个位置，可见控制点A沿着直线路径L移动。
图5示出图4中机器人2的模型数据如箭头R1所示移动时臂3的各关节部分围绕第一至第六转动轴C1-C6的转动动作分别耗费的时间，可知到箭头R1的动作完成为止耗费了0.18秒的时间。
另外，图6示出图4中机器人2的模型数据如箭头R2所示移动时臂3的各关节部分围绕第一至第六转动轴C1-C6的转动动作分别耗费的时间，可知到箭头R2的动作完成为止耗费了0.28秒的时间。
因此，可知在由示教数据创建系统1创建示教数据D1的情况下，焊枪5从示教点T1到达示教点T2的、机器人2的模型数据的动作时间为0.46秒。
另一方面，图7简单示出采用了由传统方法创建的示教数据的机器人2的模型数据的动作。在焊枪5从示教点T1移动至示教点T2的过程中，机器人2的动作使焊枪5暂时避开工件6或夹具7，从而使得焊枪5不干扰工件6或夹具7。而且，绘制了机器人2进行一系列动作时控制点A在移动过程中的多个位置，可见控制点A不是呈直线状移动的。
图8示出图7中机器人2的模型数据如箭头S1所示移动时臂3的各关节部分围绕第一至第六转动轴C1-C6的转动动作分别耗费的时间，可知到箭头S1的动作完成为止耗费了0.16秒的时间。
另外，图8示出图7中机器人2的模型数据如箭头S2所示移动时臂3的各关节部分围绕第一至第六转动轴C1-C6的转动动作分别耗费的时间，可知到箭头S2的动作完成为止耗费了0.55秒的时间。
因此，可知在由传统方法创建示教数据的情况下，焊枪5从示教点T1到达示教点T2的、机器人2的模型数据的动作时间为0.71秒，从而可知通过由本发明的示教数据创建系统1创建示教数据D1，减少了机器人2的多余动作。
如上所述，根据本发明的实施方式1，当通过基于示教数据D1的机器人2的动作使焊枪5在示教点T1与示教点T2之间移动时，为了维持控制点A的直线移动，位于臂3的前端侧的各关节部分的转动角度均大于位于臂3的基端侧的各关节部分的转动角度。因此，通过使驱动臂3的各关节部分转动的第一至第六驱动电动机3a-3冲角速度大的驱动电动机的动作时间增长，臂3整体的动作时间缩短，示教点T1与示教点T2之间的臂3的动作中多余动作减少，因此操作者可以在生产现场实际目视确认机器人2的动作，并且在反复试误的同时以手动操作修正臂3的多余动作的操作减少，从而能够提高工作效率。
应予说明，臂动作演算部1f可以构成为：当对在控制点A从位置P1到达位置P2的过程中臂3的动作进行演算时，演算臂3的动作使得关节部分W的动作角度θ1为关节部分V的动作角度θ2的1/X倍。
具体而言，在本发明的实施方式1的情况下，第五转动轴C5的关节部分V的角速度ω2是第二转动轴C2的关节部分W的角速度ω1的1.6倍，因此在焊枪5从示教点T1到达示教点T2的过程中，只要演算臂3的动作使得关节部分V的动作角度θ2为关节部分W的动作角度θ1的1.6倍即可。如此一来，臂3中角速度大的关节部分V进行动作所耗费的时间与臂3中角速度小的关节部分W进行动作所耗费的时间被平均化，因此关节部分V的动作时间与关节部分W的动作时间大致相等，关节部分V、W不动作的空闲时间减少。因此，臂3可以进行更有效的动作，可以进一步缩短焊枪5在示教点T1与示教点T2之间移动时臂3整体的动作时间。
《发明的实施方式2》
图10简单示出基于采用本发明的实施方式2涉及的示教数据创建系统1创建的示教数据D1移动的机器人2的模型数据。在该实施方式2中，示教点T1、T2相对于工件6的模型数据的位置、臂动作演算部1f的处理、以及流程图的一部分步骤与实施方式1不同，除此之外均与实施方式1相同，以下仅对与实施方式1不同的部分进行说明。
应予说明，在实施方式2中创建的示教数据D1是机器人2的一系列动作：从在图10的纸面上呈左右对称的工件6的一端侧朝着另一端侧改变焊枪5的姿势，同时在多个焊接位置进行焊接。
在创建焊枪5从示教点T1移动至示教点T2的示教数据D1时，实施方式2的臂动作演算部1f演算使位置P1与位置P2一致的臂3的动作。
具体而言，通过演算求出使位置P1与位置P2在三维空间中一致的位置、以及为了实现在示教点T1与示教点T2之间控制点A不移动的臂3的动作所必须增加的示教点(焊接位置)。
接着，对采用本发明的实施方式2涉及的示教数据创建系统1创建示教数据D1的方法进行详述。应予说明，由于到步骤S2为止与实施方式1相同，因此仅说明步骤S3之后的步骤。
如图11所示，实施方式2的步骤S3中，在臂动作演算部1f中演算使控制点A的位置P1与位置P2一致的臂3的动作，创建示教数据D1。
接着，进入步骤S4，在导出的臂3的动作中提取三个不同的姿势，将这三个姿势的位置作为焊枪5焊接的示教点T3-T5存储在存储部1c中，完成示教数据D1。
如上所述，根据本发明的实施方式2，当通过基于示教数据D1的机器人2的动作使焊枪5从示教点T1移动至示教点T2时，控制点A的位置不移动，因此只有臂3前端侧的各关节部分转动。因此，与实施方式1同样，通过使驱动臂3的各关节部分转动的第一至第六驱动电动机3a-3冲角速度大的驱动电动机的动作时间增长，臂3整体的动作时间缩短，示教点T1与示教点T2之间的臂3的动作中多余动作减少，因此操作者可以在生产现场实际目视确认机器人2的动作，并且反复试误的同时以手动操作修正臂3的多余动作的操作减少，从而能够提高工作效率。
应予说明，虽然本发明的实施方式1、2的示教数据创建系统1创建了在臂3的前端部分安装有焊枪5的机器人2的动作的示教数据，但并不限于此，还可以创建在臂的前端部分安装有物料搬运装置(material handling)等的机器人2的动作的示教数据。
另外，在本发明的实施方式1、2中，控制点A设定在第五转动轴C5的关节部分的中心，但是也可以设定在第四转动轴C4的关节部分的中心，还可以设定在第六转动轴C6的关节部分的中心。
另外，在本发明的实施方式1、2中，将角速度ω1是关节部分V的角速度ω2的1/X倍的关节部分W设为第二转动轴C2的关节部分，但是关节部分W也可以是第一转动轴C1的关节部分或第三转动轴C3的关节部分。
-产业上的可利用性-
本发明适合于轴数为6个的垂直多关节机器人的示教数据创建系统。
-符号说明-
1：示教数据创建系统
1d：控制点提取部
1e：直线路径演算部
1f：臂动作演算部
2：垂直多关节机器人
3：臂
3b：第二驱动电动机(臂基端侧电动机)
3e：第五驱动电动机(臂前端侧电动机)
5：焊枪(工具)
C2：第二转动轴
C5：第五转动轴
T1、T2：示教点
L：直线路径
V、W：关节部分。

Claims (2)

1.一种垂直多关节机器人的示教数据创建系统，其具有从设置底板侧依次设置有第一至第六转动轴的多关节的臂，可以基于创建的示教数据进行动作，该示教数据使得安装在该臂的前端部分上的工具的规定位置依次在多个示教点上移动，其特征在于，
所述垂直多关节机器人的示教数据创建系统包括：
控制点提取部，当将所述臂的第四、第五和第六转动轴中的一个的关节部分V的中心设为控制点A并将规定的两个示教点设为T1、T2时，所述控制点提取部分别提取示教点T1时所述控制点A的位置P1、以及示教点T2时所述控制点A的位置P2；
直线路径演算部，演算通过所述位置P1和所述位置P2的直线路径L；以及
臂动作演算部，在创建所述工具的规定位置从所述示教点T1移动至所述示教点T2的示教数据时，所述臂动作演算部演算使所述位置P1与所述位置P2一致的臂动作以创建示教数据，或者演算所述控制点A在所述直线路径L上、或沿着靠近所述直线路径L的位置从所述位置P1移动到所述位置P2的臂动作以创建示教数据。
2.根据权利要求1所述的垂直多关节机器人的示教数据创建系统，其特征在于，
在所述臂的第一、第二和第三转动轴中的一个的关节部分W安装有使该关节部分W以角速度ω1进行转动动作的臂基端侧电动机，
在所述臂的第四、第五和第六转动轴中的一个的关节部分V安装有使该关节部分V以所述角速度ω1的X倍的角速度ω2进行转动动作的臂前端侧电动机，
所述臂动作演算部构成为：当演算所述控制点A从所述位置P1到达所述位置P2时的臂动作时，演算臂动作使得所述关节部分W的动作角度θ1为所述关节部分V的动作角度θ2的1/X倍。
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