CN111975250A - 工件旋转装置和机器人系统 - Google Patents

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CN111975250A CN202010417831.4A CN202010417831A CN111975250A CN 111975250 A CN111975250 A CN 111975250A CN 202010417831 A CN202010417831 A CN 202010417831A CN 111975250 A CN111975250 A CN 111975250A
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Abstract

本发明提供一种工件旋转装置(1)，包括：第一旋转定位器(5)和第二旋转定位器(6)，其被配置为在沿着大致水平的旋转轴A的方向上相互对置，并分别保持与旋转轴A平行地延伸的长尺寸的工件W的一端部和另一端部，第一旋转定位器(5)和第二旋转定位器(6)能够使工件W绕旋转轴A旋转；直线移动用电机(7)，其使第二旋转定位器(6)在沿着旋转轴(A)的方向上直线移动；以及电机控制部，其控制直线移动用电机(7)，从而调整在沿着旋转轴A的方向上的第二旋转定位器(6)的位置，电机控制部控制直线移动用电机(7)，以使从工件W的另一端部经由第二旋转定位器(6)而作用于直线移动用电机(7)的外力的大小成为预定的阈值以下。

Description

工件旋转装置和机器人系统
技术领域
本发明涉及一种工件旋转装置和机器人系统。
背景技术
以往，在利用机器人对工件进行焊接的机器人系统中，使用水平支承长尺寸的工件并使工件绕其长边方向的旋转轴旋转的工件旋转装置(例如，参照专利文献1、2)。工件旋转装置具有在水平方向上相互对置并保持工件的两端的一对旋转定位器，至少一个旋转定位器能够沿着旋转轴进行直线移动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平07-164188号公报
专利文献2：日本特开平06-292991号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在沿水平方向支承的长尺寸的工件中，工件可能会因其自重而产生弯曲。在工件的弯曲量发生变化时，工件的两端在相互接近或分离的方向上位移。因而，在工件的弯曲量根据工件绕旋转轴的姿势而不同的情况下，伴随着工件的姿势的变化，从工件向旋转定位器作用有沿着旋转轴的方向的拉伸力或按压力。此时，由于旋转定位器的直线移动用的电机抵抗来自工件的拉伸力或按压力而保持旋转定位器的位置，因而对电机施加有负荷。
用于解决问题的手段
本公开的一个方面为一种工件旋转装置，包括：第一旋转定位器和第二旋转定位器，其被配置为在沿着大致水平的旋转轴的方向上相互对置，并分别保持与所述旋转轴平行地延伸的长尺寸的工件的一端部和另一端部，所述第一旋转定位器和所述第二旋转定位器能够使所述工件绕所述旋转轴旋转；直线移动用电机，其使所述第二旋转定位器在沿着所述旋转轴的方向上进行直线移动；以及电机控制部，其对所述直线移动用电机进行控制，从而对沿着所述旋转轴的方向上的所述第二旋转定位器的位置进行调整，所述电机控制部对所述直线移动用电机进行控制，以使从所述工件的所述另一端部经由所述第二旋转定位器而作用于所述直线移动用电机的外力的大小成为预定的阈值以下。
附图说明
图1为表示根据一个实施方式的机器人系统的整体结构的立体图。
图2为从另一个方向观察图1的机器人系统时的立体图。
图3为表示图1的机器人系统的控制装置的结构的框图。
图4为工件旋转装置的侧视图。
图5为对工件的姿势为0°时的工件的弯曲进行说明的图。
图6为对工件的姿势为90°时的工件的弯曲进行说明的图。
图7为对工件的姿势为180°时的工件的弯曲进行说明的图。
图8为表示工件旋转装置和机器人系统的动作的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对根据一个实施方式的工件旋转装置1和机器人系统100进行说明。
如图1和图2所示，机器人系统100包括：工件旋转装置1，其大致水平地支承长尺寸的工件W；焊接机器人2，其对工件W进行焊接；以及控制装置3。
工件旋转装置1具有大致水平的旋转轴A，并能够通过使被支承为与旋转轴A平行的工件W绕旋转轴A旋转，从而变更工件W绕旋转轴A的姿势。具体而言，工件旋转装置1包括：长尺寸的导轨4，其为直线状并沿水平方向延伸；第一旋转定位器5和第二旋转定位器6，其配置于导轨4并对工件W的两端部进行保持；以及直线移动用电机7，其使第二旋转定位器6沿导轨4进行直线移动。旋转轴A与导轨4平行，旋转定位器5、6在沿着旋转轴A的方向上相互对置。
第一旋转定位器5设置在固定于导轨4的一端部的固定台8上，并安装有供工件W的一端部固定的夹具9。另外，第一旋转定位器5设置有旋转用电机10。旋转用电机10为伺服电机。第一旋转定位器5能够利用旋转用电机10使夹具9和工件W的一端部绕旋转轴A旋转。另外，第一旋转定位器5能够利用旋转用电机10使夹具9和工件W的一端部绕旋转轴A定位，从而将工件W保持为绕旋转轴A的任意姿势。
第二旋转定位器6设置在能够沿导轨4移动的可动台11上，并安装有供工件W的另一端部固定的夹具12。第二旋转定位器6将夹具12保持为绕旋转轴A旋转自如。因而，第二旋转定位器6所保持的工件W的另一端部从动于由第一旋转定位器5实施的工件W的一端部的旋转而旋转，工件W整体绕旋转轴A旋转。
直线移动用电机7为伺服电机。直线移动用电机7由后述的直线移动用电机控制部14控制，使得可动台11沿着导轨4移动至目标位置并将可动台11保持在目标位置。因而，能够根据工件W的长度来变更可动台11及第二旋转定位器6的位置，从而利用同一工件旋转装置1支承长度不同的多种工件W。
另外，如图3所示，工件旋转装置1包括：外力检测部13，其对作用于直线移动用电机7的外力进行检测；直线移动用电机控制部14，其对直线移动用电机7进行控制；以及旋转用电机控制部15，其对旋转用电机10进行控制。外力检测部13、直线移动用电机控制部14以及旋转用电机控制部15设置于与电机7、10以及焊接机器人2连接的控制装置3内。
在控制装置3内设置有存储部16，存储部16具有RAM、ROM等。电机控制部14、15按照存储部16中存储的工件旋转装置1用的动作程序而分别对电机7、10进行控制。
外力检测部13对从工件W的另一端部经由第二旋转定位器6而作用于直线移动用电机7的外力的大小和方向进行检测。例如，外力检测部13基于直线移动用电机7的驱动电流，对施加于直线移动用电机7的负荷扭矩的大小和方向进行检测。
通过图4至图7对被旋转定位器5、6支承的工件W绕旋转轴A的姿势与工件W的弯曲之间的关系进行说明。如图4和图5所示，在向旋转定位器5、6安装工件W时，第二旋转定位器6通过直线移动用电机7而保持于与工件W的长度对应的位置。
如图5和图7的单点划线所示，被旋转定位器5、6水平地保持的长尺寸的工件W，有时会在工件W的自重的作用下弯曲。当工件W的弯曲量因工件W绕旋转轴A的姿势的变化而发生变化时，工件W的另一端在与工件W的一端接近或分离的方向上位移，因而拉伸力或按压力从工件W的另一端部作用于第二旋转定位器6，基于拉伸力或按压力的外力作用于直线移动用电机7。
在图4至图7的示例中，图4和图5中工件W的姿势为0°，图6中工件W的姿势为90°，图7中工件W的姿势为180°。在0°和180°时，工件W会产生由自重引起的较大的弯曲。
在工件W的姿势从0°变化为90°时，工件W的弯曲量减少，工件W的另一端在与工件W的一端分离的方向上位移。因此，朝向与第一旋转定位器5相反侧的按压力从工件W的另一端部作用于第二旋转定位器6。另一方面，在工件W的姿势从90°变化为180°时，工件W的弯曲量增大，工件W的另一端在与工件W的一端接近的方向上位移。因此，朝向第一旋转定位器5的方向上的拉伸力从工件W的另一端部作用于第二旋转定位器6。
由此，在拉伸力或按压力从工件W作用于第二旋转定位器6时，直线移动用电机7抵抗拉伸力或按压力而将第二旋转定位器6保持在目标位置，因此直线移动用电机7上施加有基于拉伸力或按压力的负荷扭矩。此时，可能出现直线移动用电机7未将第二旋转定位器6完全保持在目标位置，第二旋转定位器6因工件W的弯曲量的变化而从目标位置移动的情况。在工件W较长且较重的情况下，存在该时刻的第二旋转定位器6的移动量例如为几毫米的情况。
直线移动用电机控制部14基于由外力检测部13检测的负荷扭矩的大小及方向，对直线移动用电机7进行控制以调整第二旋转定位器6的位置。
具体而言，直线移动用电机控制部14在负荷扭矩的大小为预定的阈值以下的情况下，对直线移动用电机7进行控制以在当前的目标位置保持第二旋转定位器6。预定的阈值为与直线移动用电机7的最大扭矩的大小相比较小的值。
另一方面，直线移动用电机控制部14在负荷扭矩的大小比预定的阈值大的情况下，对直线移动用电机7进行控制，以便基于负荷扭矩的方向而在负荷扭矩减少的方向上变更目标位置，并使第二旋转定位器6位移至目标位置。其结果，第二旋转定位器6以容许由工件W的弯曲量的变化引起的工件W的另一端部的位移的方式进行位移，从工件W的另一端部作用于第二旋转定位器6的拉伸力或按压力减少。直线移动用电机控制部14使第二旋转定位器6移动至由外力检测部13检测的负荷扭矩成为预定的阈值以下的目标位置。
直线移动用电机控制部14也可以基于由外力检测部13检测的负荷扭矩而发出警报。例如，直线移动用电机控制部14在负荷扭矩达到最大扭矩时开始计时，在经过预定时间仍持续检测到最大扭矩的情况下，发出警报并使直线移动用电机7停止。
焊接机器人2具有机器人手臂2a，在机器人手臂2a的前端连接有焊炬2b。焊接机器人2例如为六轴垂直多关节机器人。焊接机器人2配置于导轨4的附近，并对被工件旋转装置1支承的工件W进行焊接。例如，在具有四个侧面的长方体的工件W的情况下，利用工件旋转装置1使工件W每次旋转90°，从而能够利用焊接机器人2按顺序对工件W的四个侧面上的焊接位置进行焊接。
焊接机器人2由设置于控制装置3的机器人控制部17控制。机器人控制部17按照存储部16中存储的焊接机器人2用的动作程序，同步于电机控制部14、15对电机7、10的控制而对焊接机器人2进行控制。焊接机器人2的焊接位置例如通过使焊炬2b的前端与工件W上的焊接位置接触的触控感测来设定。
接着，参照图8对机器人系统100的作用进行说明。
首先，由操作者将工件W的信息输入至控制装置3(步骤S1)。工件W的信息例如包含工件W的种类及尺寸等。
接着，通过直线移动用电机7的驱动使第二旋转定位器6移动至适于保持工件W的另一端部的位置(步骤S2)。第二旋转定位器6的移动以如下方式执行：直线移动用电机控制部14基于工件W的信息、或者基于操作者的操作，对直线移动用电机7进行控制。
接着，如图4和图5所示，操作者将工件W的一端部固定于第一旋转定位器5的夹具9，并将工件W的另一端部固定于第二旋转定位器6的夹具12，从而将工件W支承于工件旋转装置1。此时，夹具9、12以及工件W例如配置于绕旋转轴A的预定的原始姿势(例如，0°)。
在工件W向工件旋转装置1的固定完成后(步骤S3中的是)，旋转用电机控制部15根据需要对旋转用电机10进行控制，从而使工件W绕旋转轴A旋转，并将工件W配置于第一姿势(例如，0°)(步骤S4)。旋转用电机控制部15例如基于操作者向控制装置3的预定的输入，判断工件W向工件旋转装置1的固定已完成的情况。
接着，外力检测部13对从工件W经由第二旋转定位器6而作用于直线移动用电机7的外力、例如负荷扭矩进行检测(步骤S5)。
在外力的大小为预定的阈值以下的情况(步骤S6中的是)下，机器人控制部17对焊接机器人2进行控制并开始工件W的焊接(步骤S8)。
另一方面，在外力的大小比预定的阈值大的情况(步骤S6中的否)下，直线移动用电机控制部14对直线移动用电机7进行控制，以使第二旋转定位器6向外力变小的方向位移(步骤S7)。在外力的大小成为预定的阈值以下之前(步骤S6中的是)，重复步骤S5至S7。在焊接机器人2对工件W进行的焊接过程中，也可以重复外力检测部13对外力的检测(步骤S5)、以及直线移动用电机控制部14对第二旋转定位器6的位置调整(步骤S6、S7)。
在第一姿势的工件W的焊接结束后，旋转用电机控制部15对旋转用电机10进行控制而使工件W旋转，并将工件W的姿势变更为第二姿势(例如，90°)(步骤S4)。并且，执行步骤S5至S8。
在完成预先设定的所有姿势(例如，0°、90°、180°以及270°)的工件W的焊接之前，重复步骤S4至S8。
在完成所有姿势的工件W的焊接后(步骤S9中的是)，机器人控制部17使焊接机器人2向与工件W分离的位置退避(步骤S10)。接着，旋转用电机控制部15对旋转用电机10进行控制而使工件W旋转，并使工件W恢复为预定的原始姿势(例如，0°)(步骤S11)。
从工件W的另一端部经由第二旋转定位器6而作用于直线移动用电机7的外力的大小，根据工件W的长度、重量以及刚性等而不同。即使在利用直线移动用电机7来固定保持第二旋转定位器6的目标位置、旋转定位器5、6之间的距离被固定的情况下，也可能出现根据工件W的弯曲量的变化，而在直线移动用电机7作用有超过最大扭矩的外力的情况。例如，在长度为几米、重量为几吨的工件W的情况下，作用于直线移动用电机7的外力可能超过几百公斤。
根据本实施方式，在因由工件W的姿势变化引起的长尺寸的工件W的弯曲量的变化导致从工件W的另一端部经由第二旋转定位器6而向直线移动用电机7作用比预定的阈值大的外力时，直线移动用电机控制部14对直线移动用电机7进行控制，从而使第二旋转定位器6在容许由弯曲量的变化引起的工件W的另一端部的位移的方向上位移，由此，将作用于直线移动用电机7的外力的大小控制在阈值以下。由此，能够防止由工件W的弯曲量的变化引起的过大的外力作用于直线移动用电机7，从而避免因外力超过最大扭矩而引起的警报的产生和直线移动用电机7的停止。
另外，通过根据工件W的弯曲量的变化而使第二旋转定位器6进行位移，从而不仅能够防止向直线移动用电机7作用较大的力，还能够防止向旋转定位器5、6以及台8、11等的对工件W进行支承的工件旋转装置1的构造物作用过大的力。因而，不需要提高工件旋转装置1的刚性，能够实现工件旋转装置1的小型化。
另外，在利用同一个工件旋转装置1对各种工件W进行支承的情况下，根据工件W的种类，从工件W作用于直线移动用电机7的外力的大小不同。根据本实施方式，在利用旋转定位器5、6保持工件W的状态下，对作用于直线移动用电机7的外力进行检测以调整第二旋转定位器6的目标位置，从而无论工件W的种类如何，都能够将作用于直线移动用电机7的外力控制在阈值以下。
在上述实施方式中，设定有第二旋转定位器6的位置的容许范围，也可以为，直线移动用电机控制部14在第二旋转定位器6移动至容许范围以外时发出警报。直线移动用电机控制部14例如根据直线移动用电机7的旋转角度计算出第二旋转定位器6的位置。
在因工件W的弯曲量的较大的变化而引起第二旋转定位器6大幅位移时，工件W上的焊接位置也会沿水平方向大幅位移。根据该结构，在第二旋转定位器6位移至容许范围以外时，能够利用发出的警报向操作者通知工件W上的焊接位置可能大幅位移的情况。
在上述实施方式中，也可以为，直线移动用电机控制部14使第二旋转定位器6位移至由外力检测部13检测的外力成为零或近似于零的位置。在该情况下，作用于直线移动用电机7的外力最小。
或者，直线移动用电机控制部14也可以使第二旋转定位器6位移至由外力检测部13检测的外力的大小成为比零大且比预定的阈值小的预定大小的位置。在该情况下，能够将工件W的弯曲量的变化抑制在作用于直线移动用电机7的外力未超过预定的阈值的范围内。
在上述实施方式中，外力检测部13检测负荷扭矩以作为作用于直线移动用电机7的外力，但取而代之地，也可以基于其他测量值来检测作用于直线移动用电机7的外力。
例如，外力检测部13也可以基于工件W的弯曲量而间接地检测作用于直线移动用电机7的外力。工件W的弯曲量越大，作用于直线移动用电机7的外力越大。例如，外力检测部13也可以对工件W的弯曲量进行检测，并基于弯曲量的测量值、预先测量到的弯曲量与外力之间的关系，对作用于直线移动用电机7的外力进行估计。例如，外力检测部13具有安装于焊接机器人2的照相机，根据由照相机获取到的工件W的图像对弯曲量进行检测。或者，外力检测部13也可以根据通过焊接机器人2的触控感测而获得的工件W的形状计算出弯曲量。
或者，外力检测部13也可以基于第二旋转定位器6的位移量而间接地检测外力。在该情况下，外力检测部13具有用于检测第二旋转定位器6的位移量的传感器，例如照相机或光学式的位移传感器等。
在因工件的弯曲量的变化而使超过最大扭矩的负荷扭矩作用于直线移动用电机7时，直线移动用电机7无法将第二旋转定位器6保持在目标位置，第二旋转定位器6不仅能够根据与负荷扭矩的大小对应的距离进行位移，还能够根据来自工件W的另一端部的拉伸力或按压力进行位移。因而，能够根据第二旋转定位器6的位移量，对作用于直线移动用电机7的外力的大小进行估计。
在上述实施方式中，在已知工件W绕旋转轴A的姿势、与作用于直线移动用电机7的外力为阈值以下的第二旋转定位器6的目标位置之间的关系的情况下，也可以为，直线移动用电机控制部14基于该关系在工件W的旋转时变更第二旋转定位器6的目标位置，并使第二旋转定位器6位移至变更后的目标位置。
例如，针对由工件旋转装置1支承过一次的工件W，工件W绕旋转轴A的姿势与第二旋转定位器6的目标位置之间的关系被存储于存储部16。然后，在支承过两次之后工件W再次被工件旋转装置1支承时，直线移动用电机控制部14在变更工件W的姿势时，基于存储部16中存储的关系，使第二旋转定位器6位移至与变更后的工件W的姿势对应的目标位置。在该情况下，不需要外力检测部13对外力的检测，能够通过更简单的处理和控制来调整第二旋转定位器6的目标位置。
在上述实施方式中，也可以为，机器人控制部17根据从工件W的另一端部经由第二旋转定位器6而作用于直线移动用电机7的外力，对焊接机器人2的焊接位置进行修正。
由于工件W的弯曲量的变化，工件W上的焊接位置沿水平方向和垂直方向位移。例如，机器人控制部17基于由外力检测部13检测到的负荷扭矩、工件W的弯曲量或第二旋转定位器6的位移量，计算出工件W上的各焊接位置的水平方向及垂直方向的位移量，并基于计算出的位移量对焊接机器人2的焊接位置进行修正。由此，无论工件W上的焊接位置的位移如何，都能够精度良好地使焊炬2b与工件W上的焊接位置对位。
在上述实施方式中，第一旋转定位器5使工件W的一端部旋转，第二旋转定位器6使工件W的另一端部从动于一端部的旋转，但取而代之地，也可以为，第二旋转定位器6与第一旋转定位器5同样具有旋转用电机，旋转用电机控制部15对第一旋转定位器5的旋转用电机10以及第二旋转定位器6的旋转用电机进行控制，以使工件W的一端部和另一端部同时以相同的角度旋转。
附图标记说明
1：工件旋转装置
2：焊接机器人
3：控制装置
5：第一旋转定位器
6：第二旋转定位器
7：直线移动用电机
10：旋转用电机
13：外力检测部
14：直线移动用电机控制部(电机控制部)
15：旋转用电机控制部
17：机器人控制部
100：机器人系统
A：旋转轴
W：工件

Claims (7)

1.一种工件旋转装置，其特征在于，包括：
第一旋转定位器和第二旋转定位器，其被配置为在沿着大致水平的旋转轴的方向上相互对置，并分别保持与所述旋转轴平行地延伸的长尺寸的工件的一端部和另一端部，所述第一旋转定位器和所述第二旋转定位器能够使所述工件绕所述旋转轴旋转；
直线移动用电机，其使所述第二旋转定位器在沿着所述旋转轴的方向上进行直线移动；以及
电机控制部，其对所述直线移动用电机进行控制，从而对沿着所述旋转轴的方向上的所述第二旋转定位器的位置进行调整，
所述电机控制部对所述直线移动用电机进行控制，以使从所述工件的所述另一端部经由所述第二旋转定位器而作用于所述直线移动用电机的外力的大小成为预定的阈值以下。
2.根据权利要求1所述的工件旋转装置，其特征在于，
所述工件旋转装置包括外力检测部，所述外力检测部对从所述工件的所述另一端部经由所述第二旋转定位器而作用于所述直线移动用电机的所述外力进行检测，
所述电机控制部在由所述外力检测部检测到的所述外力的大小比所述预定的阈值大的情况下，通过所述直线移动用电机使所述第二旋转定位器被保持的位置在由所述外力检测部检测的所述外力变小的方向上进行变更和位移。
3.根据权利要求2所述的工件旋转装置，其特征在于，
所述外力检测部对所述直线移动用电机的负荷扭矩进行检测。
4.根据权利要求2所述的工件旋转装置，其特征在于，
所述外力检测部对所述工件的弯曲量进行检测。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的工件旋转装置，其特征在于，
所述第一旋转定位器具有旋转用电机，所述旋转用电机使所述工件的所述一端部绕所述旋转轴旋转，
所述第二旋转定位器将所述工件的所述另一端部保持为绕所述旋转轴旋转自如。
6.一种机器人系统，其特征在于，包括：
权利要求1至5中任一项所述的工件旋转装置；以及
焊接机器人，其对被所述工件旋转装置支承的工件进行焊接。
7.根据权利要求6所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统包括机器人控制部，所述机器人控制部对所述焊接机器人进行控制，
所述机器人控制部根据从所述工件的所述另一端部经由所述第二旋转定位器而作用于所述直线移动用电机的外力，对由所述焊接机器人进行的所述工件的焊接位置进行修正。
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