CN111844017A

CN111844017A - 显示方法

Info

Publication number: CN111844017A
Application number: CN202010323026.5A
Authority: CN
Inventors: 奥山正幸
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2040-04-22
Also published as: JP7318295B2; JP2020179440A; US11787044B2; CN111844017B; US20200338726A1

Abstract

一种显示方法，计算并显示末端执行器的作用点的刚性。本显示方法是将机器人(20)的仿真在显示部(10)显示的显示方法，机器人(20)通过设置于臂部(24d)的末端执行器(30)对对象物执行作业，所述显示方法包括：第一工序，受理机器人(20)的种类的信息；第二工序，受理末端执行器(30)的信息；第三工序，受理控制臂部(24a～24d)的控制点的位置或姿态的信息；第四工序，基于受理的机器人(20)的种类的信息、末端执行器(30)的信息、以及控制点的位置或姿态的信息，来计算末端执行器(30)的作用点(34)的刚性；以及第五工序，将刚性的计算结果作为图形(40)在显示部(10)显示。

Description

显示方法

技术领域

本发明涉及一种显示方法。

背景技术

以往，已知有为了示教想让机器人执行的作业，而输入机器人的位置或姿态信息来对机器人的轨迹进行仿真，即仿真所谓机器人的臂部前端部上的作用点的轨迹，并在显示部显示的方法(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平6-99376号公报

然而，在专利文献1所记载的方法中，虽然可以仿真机器人的臂部前端部上的作用点的轨迹，但无法仿真用于构建机器人系统所需要的作用点的刚性。因此，设计者为了提取具有适于作业的刚性的条件，需要反复调整作用点的角度和位置来提取条件，存在机器人系统的构建需要很多时间的问题。

发明内容

一种显示方法，将机器人的仿真在显示部显示，所述机器人通过设置于臂部的末端执行器对对象物执行作业，所述显示方法具备：第一工序，受理所述机器人的种类的信息；第二工序，受理所述末端执行器的信息；第三工序，受理控制所述臂部的控制点的位置或姿态的信息；第四工序，基于所受理的所述机器人的种类的信息、所述末端执行器的所述信息、以及所述控制点的位置或姿态的信息，来计算所述末端执行器的作用点的刚性；以及第五工序，将所述刚性的计算结果作为图形在所述显示部显示。

在上述的显示方法中，也可以是，所述末端执行器的所述信息包括所述末端执行器的长度、所述末端执行器的角度、以及所述作用点的位置。

在上述的显示方法中，所述末端执行器的所述信息包括所述末端执行器的长度、所述末端执行器的角度、以及所述作用点的位置。

在上述的显示方法中，也可以是，所述图形为箭头。

附图说明

图1是示出机器人系统的构成的立体图。

图2是对第一实施方式涉及的显示方法进行说明的流程图。

图3是示出通过第一实施方式涉及的显示方法来显示的显示图像的图。

图4是示出通过第二实施方式涉及的显示方法来显示的显示图像的图。

图5是示出通过第三实施方式涉及的显示方法来显示的显示图像的图。

附图标记说明

1…机器人系统；10…显示部；15…设置面；20…机器人；22…控制装置；24a、24b、24c、24d…臂部；26a、26b、26c、26d、26e…关节部；27…力觉传感器；29…保持夹具；30、30b、30c…末端执行器；32、32b、32c…研磨部；34、34b、34c…作用点；40、40a、40b、40c…图形；50…工件。

具体实施方式

下面，对于本实施方式涉及的显示方法，参照附图进行说明。另外，对各图中相对应的构成要素附加相同的符号，并省略重复的说明。

第一实施方式

作为第一实施方式涉及的显示方法，举出显示机器人系统中的作用点的刚性的例子，并参照图1至图3进行说明。

图1是示出机器人系统的构成的立体图。图2是对第一实施方式涉及的显示方法进行说明的流程图。图3是示出通过第一实施方式涉及的显示方法来显示的显示图像的图。

机器人系统的整体构成

机器人系统1如图1所示，具备机器人20、控制装置22和末端执行器30。控制装置22以能够与机器人20进行通信的方式连接。该连接例如以以太网(登录商标)或USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)等有线通信规格、Wi-Fi(登录商标)等无线通信规格为准。

机器人20从控制装置22获取控制信号，并基于获取的控制信号来对对象物进行预定的作业。预定的作业是指例如通过末端执行器30对对象物进行研磨或加工的作业，或者把持对象物，并将被把持的对象物从当前设置的位置移动到其他的位置或移动后与其他装置进行组合等的作业。

机器人20是被称为六轴的垂直多关节型机器人，且被固定在床等设置面15上。机器人20通过多个关节部26a、26b、26c、26d、26e和多个臂部24a、24b、24c、24d连接而构成。在臂部24d的前端安装有力觉传感器27，在力觉传感器27的臂部24d侧的相对侧的面上，通过保持夹具29安装有末端执行器30。

力觉传感器27可以检测出机器人20的臂部24d前端的六轴方向的微弱的力或力矩。由此，可以实现制造现场中以往被视为困难的高精度作业的自动化，并谋求生产性的提高。

末端执行器30是用于研磨对象物的表面或侧面的研磨装置，且设置有绕末端执行器30的长轴方向旋转的研磨部32。因此，末端执行器30的作用点34成为与研磨部32的中心轴或对象物接触的研磨部32的侧面。

在此，机器人20中安装的末端执行器30的作用点34的刚性根据机器人20的姿态而发生较大变化。因此，由于在进行研磨作业的情况下，机器人20最合适的姿态根据是想要强硬地磨对象物进还是想要轻柔地磨对象物而改变，所以在构建机器人系统1的方面非常重要。故而，仿真机器人系统1的作用点34的刚性，并理解成为适于作业的刚性的机器人20的姿态或作用点34的方向，在大幅地削减机器人系统1的构建所需要的时间方面非常有效。

显示方法

接下来，对将机器人20的末端执行器30的作用点34的刚性的计算方法和计算结果在显示部10显示的显示方法进行说明，所述机器人20通过臂部24d上设置的末端执行器30对对象物执行作业。

本实施方式中的末端执行器30的作用点34的刚性的计算方法如图2所示，首先，在步骤S101中，作为第一工序，受理机器人20的种类的信息。机器人20的种类的信息是指被称为标量的水平多关节型或被称为六轴的垂直多关节型等的机器人20的种类、机器人20的臂部24a至24d的长度、关节部26a至26e的数量亦即关节数、以及关节部26a至26e的减速器的刚性等。

接下来，在步骤S102中，作为第二工序，受理末端执行器30的信息。末端执行器30的信息是指末端执行器30的长度、末端执行器30的安装角度亦即相对于设置面15的角度、保持末端执行器30的保持夹具29与作用点34的距离、以及作用点34的位置等。

接下来，在步骤S103中，作为第三工序，受理控制臂部24d的控制点的位置或姿态的信息。控制点的位置或姿态的信息是指控制点的位置、机器人20的姿态亦即臂部24a至24d的姿态。

接下来，在步骤S104中，作为第四工序，基于所受理的机器人20的种类的信息、末端执行器30的信息、以及控制点的位置或姿态的信息，来计算末端执行器30的作用点34的刚性。

在此，在一边改变作用点34的方向一边向作用点34施加力的情况下，将作用点34的刚性作为作用点34的位移方向来计算，并用被称为“柔性椭圆”的椭圆体来表示。椭圆的长轴方向表示作用点34柔软的方向且位移大。椭圆的短轴方向表示作用点34坚硬的方向且位移小。

成为作用点34的刚性的椭圆可以通过以下方法计算。另外，在下文中，作为图1所示的六轴的机器人20的一例，将作用点34称为“指尖”进行说明。

首先，机器人关节角度位移Δθ＝(Δθ1，Δθ2，Δθ3，Δθ4，Δθ5，Δθ6)与指尖位置位移ΔX＝(ΔX1，ΔX2，ΔX3，ΔX4，ΔX5，ΔX6)的关系如下式(1)那样，通过6×6的雅可比矩阵J相关联。

ΔX＝JΔθ……(1)

雅可比矩阵J是根据关节角度来求得指尖位置的算式，通过对X＝f(θ)进行偏微分而求得，但也可以使用机器人20的标准的功能来求得该矩阵的近似式。

对于想求刚性的位置X0＝(X01，X02，X03，X04，X05，X06)，求得关节角度θ0＝(θ01，θ02，θ03，θ04，θ05，θ06)，接下来，仅使第一关节活动微小角度Δθ来求得θ＝(θ01+Δθ，θ02，θ03，θ04，θ05，θ06)时的指尖位置X＝(X1，X2，X3，X4，X5，X6)。

由于通过式(1)使得(X1-X01，X2-X02，X3-X03，X4-X04，X5-X05，X6-X06)＝J(Δθ，0，0，0，0，0)的关系成立，因此可以求得雅可比矩阵的第1列的成分。

分别使得J11＝X1-X01、J21＝X2-X02、J31＝X3-X03、J41＝X4-X04、J51＝X5-X05、J61＝X6-X06。

同样地，通过仅使第二至第六关节移动微小角度Δθ来求得指尖位置，进而可以求得雅可比矩阵的2至6列的成分。

接下来，如果使用该雅可比矩阵的近似式，则可以通过式(2)求得向指尖施加力F＝(f1，f2，f3，f4，f5，f6)时的关节扭矩τ＝(τ1，τ2，τ3，τ4，τ5，τ6)。

τ＝JTF……(2)

在此，JT为J的转置矩阵。

在向关节施加扭矩τ的情况下，由于机器人关节的扭转刚性而在关节角度产生位移Δθ＝(Δθ1，Δθ2，Δθ3，Δθ4，Δθ5，Δθ6)。该关节角度位移Δθ的原因由于被减速器的刚性k＝(k1，k2，k3，k4，k5，k6)所支配，因此可以通过式(3)来计算。

Δθ＝τk……(3)

进一步地，如此向指尖施加力F时的指尖位移ΔX可以通过式(1)求得。

因此，通过从各个方向向指尖施加力F来计算其位移目的地，可以算出以指尖的作用点34为中心的椭圆体亦即“柔性椭圆”。

接下来，在步骤S105中，作为第5工序，如图3所示，将作用点34的刚性的计算结果亦即“柔性椭圆”作为图形40在显示部10显示。

在图形40的“柔性椭圆”中，椭圆的长轴方向表示位移较大而作用点34的刚性较小的方向，即所谓轻柔的方向，椭圆的短轴方向表示位移较小而作用点34的刚性较大的方向，即所谓强硬的方向。

另外，显示部10是进行刚性的计算的个人电脑或工作站的显示器等。另外，虽然图形40作为点的集合来显示，但也可以作为3D的椭圆物体来显示。

根据上述那样的显示方法，基于机器人20的种类的信息、末端执行器30的信息、以及控制点的位置或姿态的信息，来计算末端执行器30的作用点34的刚性，并将刚性的计算结果作为图形40来显示，由此可以容易地提取具有适于作业的刚性的条件，进而可以大幅地削减机器人系统1的构建所需要的时间。

另外，由于机器人20的种类的信息中包括机器人20的臂部24a至24d的长度以及机器人20的关节数，因此可以更准确地计算末端执行器30的作用点34的刚性。

另外，由于末端执行器30的信息中包括末端执行器30的长度、末端执行器30的角度、以及作用点34的位置，因此可以更准确地计算末端执行器30的作用点34的刚性。

在本实施方式中，对研磨作业的刚性进行了说明，但在插入作业中计算伴随机器人20的姿态的刚性也很重要。即，在如进行具有相互嵌入的尺寸公差的插栓插入作业情况下，优选在插入方向上，即在所谓图3中的机器人20的上下方向上控制力，而在正交的面的方向上，即在所谓图3中的机器人20的水平方向上使刚性变小，来按照孔而插入。因此，通过计算刚性明确了如下信息：由于在离机器人20较近的场所的作业中，刚性由于水平方向而有很大差异，所以按照孔的特性不同；以及在离机器人20远的场所的作业中，在水平方向上大致为相同刚性，没有方向导致的按照特性的差别，进而可以判定在这样的作业中，在离机器人20远的场所进行作业更佳。

第二实施方式

接下来，参照图4对第二实施方式涉及的显示方法进行说明。

图4是对通过第二实施方式涉及的显示方法来显示的显示图像进行说明的图。

另外，以与所述第一实施方式的不同点为中心进行说明，对相同的事项省略其说明。另外，本实施方式除了表示刚性计算结果的图形40a的显示方法不同以外，其他与第一实施方式相同。

本实施方式涉及的显示方法如图4所示，将末端执行器30的作用点34的刚性的计算结果作为仅惯性轴方向上的向量而用箭头显示图形40a。

箭头的长度表示位移的大小，箭头较长的方向的位移较大，箭头较短的方向的位移较小。

如此，通过将刚性的计算结果作为箭头来显示，可以更易于理解刚性的方向和大小。

第三实施方式

接下来，参照图5对第三实施方式涉及的显示方法进行说明。

图5是对通过第三实施方式涉及的显示方法来显示的显示图像进行说明的图。

另外，以与所述第一实施方式的不同点为中心进行说明，相同的事项省略其说明。另外，本实施方式除了表示刚性计算结果的多个图形40、40b、40c同时显示以外，其他与第一实施方式相同。

本实施方式涉及的显示方法如图5所示，将表示在不同位置上计算的作用点34、34b、34c的刚性的多个图形40、40b、40c同时在显示部10显示。改变对于对象物亦即工件50的机器人20的姿态，使作用点34、34b、34c的位置不同并计算各位置的刚性，将其计算结果作为图形40、40b、40c来与末端执行器30、30b、30c或研磨部32、32b、32c一起配置在作用点34、34b、34c的各位置，并同时进行显示。

如此，通过使表示在不同位置上计算的作用点34、34b、34c的刚性的多个图形40、40b、40c同时显示，可以更准确地确认作用点34、34b、34c的位置的不同所导致的刚性的不同。

下面，记载根据上述实施方式推导出的内容。

显示方法是将机器人的仿真在显示部显示的显示方法，所述机器人通过设置于臂部的末端执行器对对象物执行作业，所述显示方法具备：第一工序，受理所述机器人的种类的信息；第二工序，受理所述末端执行器的信息；第三工序，受理控制所述臂部的控制点的位置或姿态的信息；第四工序，基于所受理的所述机器人的种类的信息、所述末端执行器的所述信息、以及所述控制点的位置或姿态的信息，来计算所述末端执行器的作用点的刚性；以及第五工序，将所述刚性的计算结果作为图形在所述显示部显示。

根据该显示方法，基于机器人的种类的信息、末端执行器的信息、以及控制点的位置或姿态的信息，来计算端执行器的作用点的刚性，并将刚性的计算结果作为图形来显示，由此可以容易地提取具有适于作业的刚性的条件，进而可以大幅地削减机器人系统的构建所需要的时间。

在上述显示方法中，也可以是，所述机器人的种类的信息包括所述臂部的长度以及所述机器人的关节数。

根据该显示方法，由于机器人的种类的信息中包括机器人的臂部的长度以及关节数，因此可以更准确地计算末端执行器的作用点的刚性。

在上述显示方法中，也可以是，所述末端执行器的所述信息可以包括所述末端执行器的长度、所述末端执行器的角度、以及所述作用点的位置。

根据该显示方法，由于末端执行器的信息中包括末端执行器的长度、末端执行器的角度、以及作用点的位置，因此可以更准确地计算末端执行器的作用点的刚性。

在上述显示方法中，也可以是，所述图形是箭头。

根据该显示方法，通过将刚性的计算结果作为箭头来显示，可以更易于理解刚性的方向和大小。

Claims

1.一种显示方法，其特征在于，将机器人的仿真在显示部显示，所述机器人通过设置于臂部的末端执行器对对象物执行作业，所述显示方法具备：

第一工序，受理所述机器人的种类的信息；

第二工序，受理所述末端执行器的信息；

第三工序，受理控制所述臂部的控制点的位置或姿态的信息；

第四工序，基于所受理的所述机器人的种类的信息、所述末端执行器的所述信息、以及所述控制点的位置或姿态的信息，来计算所述末端执行器的作用点的刚性；以及

第五工序，将所述刚性的计算结果作为图形在所述显示部显示。

2.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于，

所述机器人的种类的信息包括所述臂部的长度以及所述机器人的关节数。

3.根据权利要求1或2所述的显示方法，其特征在于，

所述末端执行器的所述信息包括所述末端执行器的长度、所述末端执行器的角度、以及所述作用点的位置。

4.根据权利要求1或2所述的显示方法，其特征在于，

所述图形为箭头。