CN112621742A - 机器人、测量用夹具以及确定工具前端位置的方法 - Google Patents

机器人、测量用夹具以及确定工具前端位置的方法 Download PDF

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CN112621742A CN202011048057.0A CN202011048057A CN112621742A CN 112621742 A CN112621742 A CN 112621742A CN 202011048057 A CN202011048057 A CN 202011048057A CN 112621742 A CN112621742 A CN 112621742A
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Abstract

本发明提供一种机器人、测量用夹具、以及确定工具前端位置的方法，机器人(1)具备：臂(10)；工具(30)，其安装于臂(10)；测量用夹具(50)，其以能够拆卸的方式安装于工具(30)的前端部；以及控制装置(20)，其识别用于控制臂(10)的基准坐标系(201)，并控制臂(10)，在控制装置(20)存储有表示工具(30)的前端与测量用夹具(50)的位置关系的数据或者用于计算所述位置关系的数据，控制装置(20)基于利用与基准坐标系(201)进行了位置关联的视觉传感器(40)的摄像数据检测出的测量用夹具(50)的位置数据、以及所述位置关系，求出工具(30)的前端在基准坐标系(201)中的位置坐标。

Description

机器人、测量用夹具以及确定工具前端位置的方法
技术领域
本发明涉及机器人、测量用夹具以及确定工具前端位置的方法。
背景技术
以往，已知一种以下技术，利用具有竖直方向的视线的视觉传感器，进行以下步骤：利用机器人将工具的前端配置于视觉传感器的视场的中心的步骤；利用机器人将工具的中心沿竖直方向平移移动的步骤；以及在该状态下将支撑工具的机器人的姿态变更为各种各样的步骤，由此特定工具的前端位置。例如，参照专利文献1。
另外，已知一种如下技术：在机器人的工具安装反射部件，利用激光跟踪装置检测反射部件的位置。例如，参照专利文献2。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4191080号公报
专利文献2：日本特开2006-181591号公报
发明内容
发明要解决的问题
在前者的技术中，为了利用视觉传感器检测工具的前端位置，限制较多，例如工具的前端的形状是适于位置检测的形状、必须从视觉传感器观察到工具的前端、视觉传感器的配置方向等。另外，为了特定工具的前端位置，需要使机器人进行各种动作。
在后者的技术中，为了检测工具的前端位置，需要使用激光跟踪装置以及反射部件之类的昂贵的设备。
鉴于上述的情况，期望一种技术能够利用廉价的设备准确地特定机器人的工具的前端的位置检测。
用于解决问题的方案
本发明的第一方案是一种机器人，该机器人具备：臂；工具，其安装于所述臂；测量用夹具，其以能够拆卸的方式安装于所述工具的前端部；以及控制装置，其识别用于控制所述臂的基准坐标系，并且控制所述臂，在所述控制装置存储有表示所述工具的前端与所述测量用夹具的位置关系的数据或者用于计算所述位置关系的数据，所述控制装置基于利用与所述基准坐标系进行了位置关联的视觉传感器的摄像数据检测出的所述测量用夹具的位置数据、以及所述位置关系，求出所述工具的所述前端在所述基准坐标系中的位置坐标。
本发明的第二方案是安装于机器人用的工具的前端部的测量用夹具，该测量用夹具具备：把持部，其把持沿预定方向延伸的所述前端部的外周面；以及延伸设置部，其从所述把持部沿所述预定方向延伸，在所述把持部形成有槽，所述槽沿所述预定方向延伸且供所述前端部的所述外周面嵌入，在所述延伸设置部形成有利用视觉传感器摄像的多个孔或者标记。
本发明的第三方案的确定工具前端位置的方法，包括以下步骤：在安装于机器人的臂的工具的前端部安装测量用夹具的步骤；利用视觉传感器摄像所述测量用夹具的步骤，该视觉传感器与用于控制所述臂的基准坐标系进行了位置关联；将表示所述工具的前端与所述测量用夹具的位置关系的数据或者用于计算所述位置关系的数据，存储于控制所述臂的控制装置的步骤；以及所述控制装置基于利用所述视觉传感器的摄像数据检测出的所述测量用夹具的位置数据、以及所述位置关系，求出所述工具的所述前端在所述基准坐标系中的位置坐标的步骤。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的机器人的概略结构图。
图2是本实施方式的测量用夹具的立体图。
图3是本实施方式的测量用夹具的侧视图。
图4是本实施方式的测量用夹具的俯视图。
图5是本实施方式的机器人的控制装置的框图。
图6是表示本实施方式的机器人的控制装置的处理的例子的流程图。
图7是本实施方式的测量用夹具的第一变形例的立体图。
图8是本实施方式的测量用夹具的第二变形例的侧视图。
附图标记说明：
1：机器人
10：臂
11：伺服马达
20：控制装置
23：存储装置
23c：位置检测程序
30：工具
34：固定电极单元
40：视觉传感器
50：测量用夹具
60：把持部
61：第一把持部件
61a：槽
62：第二把持部件
62a：槽
63：螺栓
70：延伸设置部
71：板部件
71a：孔
71b：测量面
201：基准坐标系
202：夹具坐标系
CH：中心孔
具体实施方式
以下利用附图对本发明的一个实施方式的机器人1进行说明。
如图1所示，本实施方式的机器人1具备：臂10；以及控制装置20，其控制臂10。另外，该机器人1具有安装于作为臂10的前端部的手腕凸缘12的点焊用的工具30，并且利用工具30进行点焊。
机器人1的臂10具备多个臂部件以及多个关节。另外，臂10具备分别驱动多个关节的多个伺服马达11(参照图5)。作为各伺服马达11，能够利用旋转马达、直动马达等各种伺服马达。各伺服马达11具有用于检测其工作位置以及工作速度的工作位置检测装置，工作位置检测装置作为一个例子是编码器。工作位置检测装置的检测值被发送到控制装置20。
如图5所示，控制装置20具备：CPU等处理器21；显示装置22；存储装置23，其具有非易失性存储器、ROM、RAM等；输入装置24，其为键盘、触摸面板、操作盘等；以及收发部25，其用于进行信号的收发。输入装置24以及收发部25作为输入部而发挥功能。控制装置20与后述的视觉传感器40以及各伺服马达11连接。
在本实施方式中，控制装置20是设置于机器人1的机器人控制装置，但控制装置20也可以是设置于机器人控制装置外、且具有上述的结构的计算机。
在存储装置23中存储有系统程序23a，系统程序23a承担控制装置20的基本功能。在存储装置23中还存储有动作程序23b。动作程序23b以机器人1的基准坐标系作为基准而作成，并且用于在该基准坐标系中将安装于臂10的前端部的工具30依次配置于预定的多个焊接位置。在存储装置23中还存储有位置检测程序23c。
本实施方式的工具30具有：主体部31，其固定于手腕凸缘12；工具臂32，其固定于主体部31；可动电极单元33，其支撑于主体部31或者工具臂32的基端部；以及固定电极单元34，其支撑于工具臂32的前端部。可动电极单元33能够将其电极向固定电极单元34侧移动。固定电极单元34具有与可动电极单元33的电极对置的电极。
在本实施方式的机器人1设置有视觉传感器40。视觉传感器40也可以与机器人1单独准备。视觉传感器40是二维摄像机、三维摄像机等。在本实施方式中视觉传感器40是二维摄像机。
机器人1具有测量用夹具50，测量用夹具50如图1所示以能够拆卸的方式安装于工具30的前端部。在本实施方式中工具30的前端部是固定电极单元34，测量用夹具50安装于固定电极单元34。
在本实施方式中，将固定电极单元34延伸的方向称作Z方向(预定方向)。另外，在本实施方式中，夹具坐标系202的Z方向与手腕凸缘12的中心轴线CL延伸的方向一致或者大致一致，但不限于此。
如图1～图4所示，测量用夹具50具有：把持部60，其把持固定电极单元34；以及延伸设置部70，其从把持部60沿夹具坐标系202的Z方向延伸。
如图2以及图3所示，把持部60具有：第一把持部61；以及第二把持部件62，其与第一把持部件61在夹具坐标系202的Y方向上对置。Y方向与Z方向正交。在第一把持部件61的第二把持部件62侧的面形成有槽61a，槽61a沿Z方向延伸。另外，在第二把持部件62的第一把持部件61侧的面形成有槽62a，槽62a沿Z方向延伸。
第二把持部件62利用多个螺栓63与第一把持部件61连接，若将多个螺栓63拧紧到第一把持部件61，则第二把持部件62向第一把持部件61侧移动。即，若在第一把持部件61与第二把持部件62之间配置固定电极单元34，将多个螺栓63拧紧到第一把持部件61，则利用第一把持部件61以及第二把持部件62把持固定电极单元34。此时，固定电极单元34的外周面嵌入到各槽61a、62a。因此，固定电极单元34延伸的方向与槽61a、62a延伸的方向一致。此外，也可以对螺栓63的头部的外周面进行滚花加工等防滑加工。在该情况下，操作人员能够握住螺栓63的头部进行所述拧紧。
在本实施方式中，延伸设置部70由沿夹具坐标系202的X方向以及Z方向延伸的板部件71构成，利用螺栓B固定于第一把持部件61。在板部件71形成有多个孔71a，一部分的孔71a大于其他孔。各孔71a贯穿板部件71。较大的孔71a的一部分沿Z方向排列，较大的孔71a的另一部分沿X方向排列。较大的孔71a之中一个作为配置于一组孔71a的中心的中心孔CH而发挥功能。较小的孔71a也沿Z方向以及X方向排列。在本实施方式中多个孔71a以等间距配置，控制装置20识别孔71a的设计上或者实际的位置关系。
在本实施方式中，固定电极单元34的前端面与第一把持部件61的Z方向的端面的Z方向的位置一致的状态下，利用第一把持部件61以及第二把持部件62把持固定电极单元34。
在板部件71的第一把持部件61侧的面安装有作为黑布、实施了黑色非电解镀镍的板等的反射防止部件72，利用反射防止部件72堵塞各孔71a的第一把持部件61侧的开口。在板部件71中未安装反射防止部件72的面是测量面71b。
控制装置20基于位置检测程序23c，例如进行以下处理(图6)。此外，视觉传感器40设置于机器人1的周边的任意的位置，并且是臂10的前端的测量用夹具50进入视觉传感器40的视场中的状态。
操作人员首先利用输入装置24等输入数据，该数据表示测量用夹具50的测量面71b中的中心孔CH的开口的中心位置与固定电极单元34的前端的位置关系。例如，如图3以及图4所示，在测量用夹具50中，从第一把持部件61的Z方向的面到中心孔CH的中心为止的Z方向的距离L2是已知的。另外，第一把持部件61的槽61a的形状也是已知的，圆柱形状的固定电极单元34的直径也是已知的。因此，从固定电极单元34的中心轴线到测量面71b为止的距离L1也是已知的。操作人员例如利用输入装置24等输入距离L1以及L2。
操作人员也可以利用输入装置24等，输入用于计算所述位置关系的数据。例如，操作人员输入测量用夹具50以及固定电极单元34的CAD数据。
控制装置20将输入到输入装置24的位置关系数据存储于存储装置23(步骤S1-1)。
在该状态下，控制装置20利用从视觉传感器40依次发送来的摄像数据识别臂10的前端部或者测量用夹具50的位置，同时将臂10的前端部或者测量用夹具50配置于多个预定的位置，由此特定基准坐标系201中的视觉传感器40的位置以及方向(步骤S1-2)。此外，也可以代替基准坐标系201而利用设定于臂10的前端部的基准坐标系。
对摄像数据适当实施图像处理。利用步骤S1-2，视觉传感器40的位置以及方向与基准坐标系201相关联。
步骤S1-2利用公知的校准程序等进行。例如，控制装置20将臂10的前端部的一部分配置于与视觉传感器正对的第一位置。控制装置20在出厂时的设定中，识别该一部分的基准坐标系201中的位置以及姿态。为了使其正对，控制装置20使所述一部分分别围绕X轴、围绕Y轴、以及围绕Z轴旋转，检测此时的该一部分的形状等。
另外，控制装置20使所述一部分从第一位置移动到第二位置，检测此时的测量用夹具50的形状、大小等。例如，若所述一部分与视觉传感器40正对的状态下使该一部分与视觉传感器40的距离发生变化，则摄像数据中的该一部分的大小发生变化。另外，若以不使视场角中的所述一部分的中心位置发生变化的方式使所述距离发生变化，则可知视觉传感器40的视线的方向。在此，基于各伺服马达的工作位置检测装置的检测值，控制装置20识别由臂10引起的所述一部分的移动量、移动方向等。通过该动作，使得控制装置20能够特定视觉传感器40的位置以及方向。此外，控制装置20也能够代替臂10的前端部的一部分而利用测量用夹具50，同样能够特定视觉传感器40的位置以及方向。在进行步骤S1-2时，控制装置20还能够利用多个较小的孔71a，识别视觉传感器40的透镜的歪斜。
接着，控制装置20将测量用夹具50的延伸设置部70配置于视觉传感器40的视场角内(步骤S1-3)。例如，延伸设置部70的中心孔CH配置于视觉传感器40的视场角的中心，并且延伸设置部70全部都配置于视觉传感器40的视场角内。
在该状态下，控制装置20利用摄像数据依次检测延伸设置部70的形状、中心孔CH的形状、孔71a的间距等，并且使延伸设置部70的姿态发生各种变化，由此使延伸设置部70与视觉传感器40正对(步骤S1-4)。
在该状态下，控制装置20利用摄像数据，检测延伸设置部70的中心孔CH在基准坐标系201中的中心位置(步骤S1-5)。另外，控制装置20利用摄像数据，检测沿Z方向排列的孔71a在基准坐标系201中的排列设置方向，并且检测沿X方向排列的孔71a在基准坐标系201中的排列设置方向(步骤S1-6)。由此，控制装置20能够识别基准坐标系201中的夹具坐标系202的各方向。另外，测量用夹具50的第一把持部件61的槽61a延伸的方向是夹具坐标系202的Z方向，固定电极单元34的外周面嵌入到槽61a。因此，在步骤S1-6中，控制装置20还识别基准坐标系201中的固定电极单元34的延伸设置方向。
接着，控制装置20基于在步骤S1-1中保存的位置关系数据和在步骤S1-5中检测出的中心孔CH在基准坐标系201中的中心位置的检测结果，计算固定电极单元34的前端在基准坐标系201中的位置坐标(步骤S1-7)。控制装置20识别夹具坐标系202中的距离L1以及距离L2在基准坐标系201中的各自的方向。因此，控制装置20能够向中心孔CH的中心位置的坐标进行对应于距离L1以及距离L2的移动，并且计算固定电极单元34的前端在基准坐标系201中的位置坐标。该坐标位置也可以利用测量用夹具50以及固定电极单元34的CAD数据进行计算。
如上所述，由视觉传感器40、控制装置20、以及测量用夹具50构成工具前端部的位置计测系统。
在本实施方式中，在工具30的前端部以能够拆卸的方式安装有测量用夹具50，在控制装置20中存储有表示工具30的前端与测量用夹具50的位置关系的数据或者用于计算该位置关系的数据。另外，利用与机器人1的臂10的基准坐标系201进行了关联的视觉传感器40的摄像数据检测出测量用夹具50的位置，基于所检测出的该位置和所述位置关系，求出工具30的前端在基准坐标系201中的位置坐标。
因此，操作人员只要将测量用夹具50安装于工具30的前端部，就能够准确地求出工具30的前端在基准坐标系201中的位置坐标。该结构有利于同时实现作业的容易化以及利用机器人1的作业的高精度化。
另外，在本实施方式中，工具30的前端部即固定电极单元34沿预定方向延伸，在测量用夹具50形成有供固定电极单元34的外周面嵌入的槽61a。因此，控制装置20通过检测测量用夹具50的姿态，还能够准确地识别固定电极单元34延伸的预定方向。
另外，在本实施方式中，孔71a贯穿作为延伸设置部70的板部件71，孔71a中的未被视觉传感器40测量出的开口利用反射防止部件72堵塞。因此，利用视觉传感器40观察延伸设置部70的孔71a时，减少来自孔71a的内侧的不需要的光。这有利于准确地进行各孔71a的检测。
另外，在本实施方式中，延伸设置部70沿工具30的前端部延伸的方向延伸。因此，不论工具30的前端的形状如何，都能够准确地进行工具30的前端的位置特定。另外，如本实施方式所述，在点焊用的工具30中，作为工具30的前端部的固定电极单元34与可动电极单元33对置。在本实施方式中，延伸设置部70与固定电极单元34排列而沿固定电极单元34延伸的方向延伸。在该结构中，能够确保延伸设置部70的面积，因此在点焊用的工具30中能够准确地特定前端的位置。
此外，在本实施方式中，也能够代替各孔71a而设置圆形或者其他形状的标记。另外，也能够代替圆形的多个孔71a而设置其他形状的孔。另外，也可以不设置各孔71a，而在步骤S1-5中，检测延伸设置部70或者把持部60的特征点的位置。在该情况下，相对于该特征点的所述距离L1、L2在步骤S1-1中输入到输入装置24等。另外，如图7所示，也可以不设置延伸设置部70，而在把持部60中的第一把持部件61设置对应于孔71a的标记61b。
另外，在本实施方式中，在点焊用的工具30的前端部安装有测量用夹具50，而作为代替，也可以在电弧焊用的工具的前端部安装有测量用夹具50。
另外，如图8所示，例如在电弧焊用的工具、将销等打入部件中的工具、加工用的工具等的工具T的前端部安装测量用夹具50时，板部件71也可以是沿与夹具坐标系202的Z方向正交的方向延伸的板。在该情况下，板部件71也固定于第一把持部件61。
若将工具T的前端部配置于第一把持部件61以及第二把持部件62之间，并且工具T的前端与板部件71接触的状态下拧紧螺栓63，则在工具T的前端部安装测量用夹具50。此时，工具T的前端的位置与第一把持部件61的Z方向的端面的位置在Z方向上被定位。

Claims (6)

1.一种机器人，其特征在于，具备：
臂；
工具，其安装于所述臂；
测量用夹具，其以能够拆卸的方式安装于所述工具的前端部；以及
控制装置，其识别用于控制所述臂的基准坐标系，并且控制所述臂，
在所述控制装置存储有表示所述工具的前端与所述测量用夹具的位置关系的数据或者用于计算所述位置关系的数据，
所述控制装置基于利用与所述基准坐标系进行了位置关联的视觉传感器的摄像数据检测出的所述测量用夹具的位置数据、以及所述位置关系，求出所述工具的所述前端在所述基准坐标系中的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述工具的所述前端部沿预定方向延伸，
所述测量用夹具具备：把持部，其把持所述工具的所述前端部的外周面；以及延伸设置部，其从所述把持部沿所述预定方向延伸，
在所述把持部形成有槽，所述槽沿所述预定方向延伸且供所述前端部的所述外周面嵌入，
所述控制装置基于根据所述摄像数据计算的、形成于所述测量用夹具的所述延伸设置部的孔或者标记的位置数据、以及所述位置关系，求出所述工具的所述前端的所述位置坐标。
3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，
所述孔贯穿所述延伸设置部，
所述孔具有：利用所述视觉传感器摄像的一侧的开口；以及相反侧的开口，
所述孔中的所述相反侧的开口被反射防止部件堵塞。
4.一种测量用夹具，安装于机器人用的工具的前端部，其特征在于，
所述测量用夹具具备：
把持部，其把持沿预定方向延伸的所述前端部的外周面；以及
延伸设置部，其从所述把持部沿所述预定方向延伸，
在所述把持部形成有槽，所述槽沿所述预定方向延伸且供所述前端部的所述外周面嵌入，
在所述延伸设置部形成有利用视觉传感器摄像的多个孔或者标记。
5.根据权利要求4所述的测量用夹具，其特征在于，
所述多个孔的至少一部分沿与所述预定方向正交的X方向排列，
所述多个孔的其他至少一部分沿所述预定方向排列设置。
6.一种确定工具前端位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在安装于机器人的臂的工具的前端部安装测量用夹具的步骤；
利用视觉传感器摄像所述测量用夹具的步骤，所述视觉传感器与用于控制所述臂的基准坐标系进行了位置关联；
将表示所述工具的前端与所述测量用夹具的位置关系的数据或者用于计算所述位置关系的数据，存储于控制所述臂的控制装置的步骤；以及
所述控制装置基于利用所述视觉传感器的摄像数据检测出的所述测量用夹具的位置数据、以及所述位置关系，求出所述工具的所述前端在所述基准坐标系中的位置坐标的步骤。
CN202011048057.0A 2019-10-09 2020-09-29 机器人、测量用夹具以及确定工具前端位置的方法 Pending CN112621742A (zh)

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