CN115151366B

CN115151366B - 机器人控制装置

Info

Publication number: CN115151366B
Application number: CN202180016465.4A
Authority: CN
Inventors: 吉田茂夫; 岩山贵敏; 内藤康广
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2041-03-03
Also published as: JPWO2021182243A1; DE112021001503T5; JP7328439B2; CN115151366A; WO2021182243A1; US20230065851A1

Abstract

提供一种能够抑制因接触误检测而导致的作业停止的机器人控制装置。一种机器人控制装置，用于控制对被焊接物进行伴有接触的焊接的机器人，所述机器人控制装置具备：动作停止部，其在探测到所述机器人受到阈值以上的外力的情况下，使所述机器人的动作停止；指示部，其向焊接用电源装置指示开始焊接；以及探测灵敏度调整部，在从所述指示部向焊接用电源装置指示开始焊接的时间点起到经过规定的待机时间为止的期间，所述探测灵敏度调整部使在所述动作停止部中探测外力的灵敏度降低。

Description

机器人控制装置

技术领域

本发明涉及一种对机器人的动作进行控制的机器人控制装置。

背景技术

近年来，在制造业的领域中，能够在没有安全栅栏的情况下与人协作来进行各种作业的、所谓的协作机器人(下面也称为“机器人”)正在普及。这种机器人中的许多机器人为了安全而具备在检测到一定以上的外力的情况下使动作停止的接触停止功能(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-117141号公报

发明内容

发明要解决的问题

电弧焊用的机器人有时在执行电弧焊的作业所需的动作时受到外力。在开始电弧焊时产生的外力之中还包含不容易在机器人中成为安全上的问题的外力。例如，能够想到在电弧放电无法顺利地进行而持续供给丝的期间、后述的重试动作的期间因焊丝的接触而从工件受到的反作用力。但是，即使不存在安全上的问题，机器人也有时受到一定以上的外力，因此接触停止功能工作而作业停止。

下面，将由于被认为没有安全上的问题的接触而检测到一定以上的外力的情况称为“接触误检测”。

本发明的目的在于提供一种能够抑制因接触误检测而导致的作业停止的机器人控制装置。

用于解决问题的方案

本公开的一个方式是一种机器人控制装置，用于控制对被焊接物进行伴有接触的焊接的机器人，所述机器人控制装置具备：动作停止部，其在探测到所述机器人受到阈值以上的外力的情况下，使所述机器人的动作停止；指示部，其向焊接用电源装置指示开始焊接；以及探测灵敏度调整部，在从所述指示部向焊接用电源装置指示开始焊接的时间点起到经过规定的待机时间为止的期间，所述探测灵敏度调整部使在所述动作停止部中探测外力的灵敏度降低。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够抑制因接触误检测而导致的作业停止的机器人控制装置。

附图说明

图1是具备第一实施方式的机器人控制装置50的机器人系统1的整体结构图。

图2是示出在机器人控制装置50中执行的接触误检测抑制程序的处理过程的流程图。

图3是示出基于起弧功能的重试动作的概念图。

具体实施方式

下面，对本发明所涉及的机器人控制装置的实施方式进行说明。

本说明书的附图均为示意图，考虑到理解容易度等而将各部的形状、比例尺、纵横的尺寸比等根据实物进行了变更或放大。

(第一实施方式)

图1是具备第一实施方式的机器人控制装置50的机器人系统1的整体结构图。图1示意性地示出了机器人系统1的整体结构，各部的配置、形状、连接方式等与实际系统不同。

如图1所示，机器人系统1具备机器人10、焊接用电源装置20、焊丝供给装置30、气体供给装置40以及机器人控制装置50。

机器人10是对工件W进行电弧焊的电弧焊用机器人(协作机器人)。机器人10的动作由机器人控制装置50(后述)控制。

在本实施方式中，在机器人10中，将由多个臂和关节部构成的构造体统称为“臂部11”。在臂部11的前端设置有焊炬12，该焊炬12使得在其与工件(被焊接物)W之间发生电弧放电。从焊丝供给装置30(后述)向焊炬12供给焊丝31，并且，从气体供给装置40(后述)向焊炬12供给气体。

另外，从焊接用电源装置20(后述)向焊炬12供给用于电弧焊的电流和电压。焊接用电源装置20(后述)基于向焊炬12供给的电流和电压的输出值来判断是否发生了电弧放电，在发生了电弧放电的情况下向机器人控制装置50发送用于告知发生了电弧放电的通知。

机器人10具备力检测部13。力检测部13是对作用于机器人10的外力(力或转矩)进行检测的装置。如图1所示，力检测部13设置于支承臂部11的底座14。作用于底座14的外力与作用于机器人10的外力相当。力检测部13将作用于机器人10的外力的大小作为检测值发送到机器人控制装置50。

焊接用电源装置20是基于从机器人控制装置50通知的焊接启动信号来向焊炬12(机器人10)供给用于电弧焊的电流和电压的装置。从焊接用电源装置20向焊炬12供给的电流和电压的输出值是基于从机器人控制装置50通知的指令值设定的。另外，焊接用电源装置20具备如下功能：利用内部电路对在焊炬12与工件W之间发生了电弧放电这一情况进行检测，并向机器人控制装置50进行处于电弧焊的开始处理中的通知。

焊丝供给装置30是基于来自机器人控制装置50的指示来向焊炬12供给焊丝31的装置。用于向焊炬12供给焊丝31的指示被从机器人控制装置50(指示部52)经由焊接用电源装置20发送到焊丝供给装置30。从丝筒(wire drum)等丝供给源(未图示)向焊丝供给装置30供给焊丝31。从焊丝供给装置30向焊炬12供给的焊丝31的供给量是基于从机器人控制装置50通知的指令值设定的。

气体供给装置40是基于来自机器人控制装置50的指示来向焊炬12供给气体(保护气体)的装置。用于向焊炬12供给气体的指示被从机器人控制装置50(指示部52)经由焊接用电源装置20发送到气体供给装置40。

机器人控制装置50由包括处理器、ROM、RAM等的处理器单元构成。处理器(CPU)通过读出ROM中保存的系统程序、应用程序(例如，后述的接触误检测抑制程序)等并执行这些程序，来与各硬件协作地实现后述的各部的功能。在RAM中例如存储有位置信息、指令值、检测值、阈值等作为处理器的运算中使用的数据。

如图1所示，机器人控制装置50具备控制部51、指示部52、动作停止部53以及探测灵敏度调整部54。

控制部51综合地控制机器人10的臂部11的动作和电弧焊的动作。在机器人10中，基于来自控制部51的指令来控制安装于臂部11的各部的伺服马达(未图示)。通过该控制，设置于臂部11的前端的焊炬12能够移动到工件W的焊接开始位置，或者能够沿着工件W的表面向规定的方向以规定的速度进行移动。

指示部52对各装置实施下面的(A)～(D)所示的指示或通知来作为电弧焊的开始处理。(A)～(D)的指示或通知在进行电弧焊的开始处理时按该顺序被实施。此外，(A)～(D)是在进行电弧焊的开始处理时实施的主要的指示或通知的一例，并不限定于这些。

(A)在开始电弧焊时，经由焊接用电源装置20向气体供给装置40指示供给气体。

(B)向焊丝供给装置30通知与焊丝31的供给量有关的指令值。

(C)在开始电弧焊时，向焊接用电源装置20通知电流、电压或丝供给速度的指令值。

(D)在开始电弧焊时，向焊接用电源装置20通知焊接启动信号。

此外，由指示部52进行的上述指示、通知的一部分或全部也可以由控制部51实施。

动作停止部53在探测到机器人10受到了阈值以上的外力的情况下，通过接触停止功能使机器人10的动作停止。具体地说，动作停止部53将从力检测部13发送的检测值(机器人10受到的外力的大小)与预先设定的阈值进行比较，在检测值超过阈值的情况下判定为机器人10受到了阈值以上的外力，使机器人10的动作停止。此外，所谓“判定”为机器人10受到了阈值以上的外力，是指在动作停止部53中“探测”到机器人10受到了阈值以上的外力。在动作停止部53中，根据从探测灵敏度调整部54(后述)发送的灵敏度降低指示来变更上述阈值。当从探测灵敏度调整部54发送了灵敏度降低指示时，动作停止部53执行将阈值从通常值变更为预先设定的值的控制。另外，当从探测灵敏度调整部54发送了灵敏度降低解除指示时，动作停止部53执行使阈值恢复为通常值的控制。

在从指示部52向焊接用电源装置20指示开始电弧焊的时间点起到经过规定的待机时间为止的期间，探测灵敏度调整部54执行使在动作停止部53中探测外力的灵敏度降低的控制。具体地说，探测灵敏度调整部54在指示部52向焊接用电源装置20指示开始电弧焊的时间点向动作停止部53发送灵敏度降低指示。另外，探测灵敏度调整部54在经过了规定的待机时间的时间点向动作停止部53发送灵敏度降低解除指示。

由此，能够在从指示部52向焊接用电源装置20指示开始电弧焊的时间点起到经过规定的待机时间为止的期间，使在动作停止部53中探测外力的灵敏度降低。此外，所谓“使探测外力的灵敏度降低”，是指使在动作停止部53中与检测值进行比较的阈值比通常的阈值大。通过使阈值比通常的阈值大，例如在机器人10在电弧焊的开始处理中执行各种动作时，在动作停止部53中不容易判定为受到了外力。

在探测灵敏度调整部54中，所谓“规定的待机时间”，是指从指示部52向焊接用电源装置20指示开始电弧焊的时间点起到基于来自焊接用电源装置20的通知识别到电弧放电的发生的时间点为止的期间。

在探测灵敏度调整部54中，所谓“指示部52向焊接用电源装置20指示开始电弧焊的时间点”，是指示部52进行作为电弧焊的开始处理的前面所说明的(A)～(D)的指示或通知中的任一者。在本实施方式中，将上述(D)所示的“在开始电弧焊时，向焊接用电源装置20通知焊接启动信号”的时间点作为指示部52向焊接用电源装置20指示开始电弧焊的时间点来进行说明。

另外，在探测灵敏度调整部54中，所谓“基于来自焊接用电源装置20的通知识别到电弧放电的发生的时间点”，是探测灵敏度调整部54从焊接用电源装置20接收到用于告知电弧放电的发生的通知的时间点以及探测灵敏度调整部54基于从焊接用电源装置20向焊炬12供给的电流、电压或丝供给速度的输出值而判断为发生了电弧放电的时间点中的任一者。

接着，说明在本实施方式的机器人控制装置50中抑制因接触误检测而导致的机器人10停止的处理的具体例。图2是示出在机器人控制装置50中执行的接触误检测抑制程序的处理过程的流程图。

在图2所示的步骤S101中，探测灵敏度调整部54(机器人控制装置50)判定指示部52是否向焊接用电源装置20指示了开始焊接。在本实施方式中，在指示部52在开始电弧焊时向焊接用电源装置20通知了焊接启动信号的情况下，探测灵敏度调整部54判定为指示部52向焊接用电源装置20指示了开始焊接。

在步骤S101中由探测灵敏度调整部54判定为指示部52向焊接用电源装置20指示了开始焊接的情况下，处理转移到步骤S102。另一方面，在步骤S101中由探测灵敏度调整部54判定为指示部52未向焊接用电源装置20指示开始焊接的情况下，处理返回到步骤S101。

在步骤S102(步骤S101：“是”)中，探测灵敏度调整部54向动作停止部53发送灵敏度降低指示。接收到灵敏度降低指示的动作停止部53将阈值的等级变更为预先设定的值。由此，例如在机器人10在电弧焊的开始处理中执行各种动作时，在动作停止部53中不容易判定为受到了外力。由此，在开始电弧焊时，接触停止功能不容易工作。

在步骤S103中，探测灵敏度调整部54判定是否识别到电弧放电的发生。在本实施方式中，探测灵敏度调整部54在从焊接用电源装置20接收到用于告知电弧放电的发生的通知的情况下，判定为识别到电弧放电的发生。

在步骤S103中由探测灵敏度调整部54判定为识别到电弧放电的发生的情况下，处理转移到步骤S104。另一方面，在步骤S103中由探测灵敏度调整部54判定为未识别到电弧放电的发生的情况下，处理返回到步骤S103。

在步骤S104(步骤S103：“是”)中，探测灵敏度调整部54向动作停止部53发送灵敏度降低解除指示。接收到灵敏度降低解除指示的动作停止部53使阈值恢复为通常值。由此，在机器人10受到一定以上的外力的情况下，动作停止部53的接触停止功能正常地工作而机器人10的动作停止。当执行了步骤S104时，本流程图的处理结束。

根据上述的第一实施方式的机器人控制装置50，即使在开始焊接时实施了用于促使电弧放电发生的重试动作的情况下，在从指示部52向焊接用电源装置20指示开始焊接起到自焊接用电源装置20接收到用于告知电弧放电的发生的通知为止的期间，动作停止部53的接触停止功能也不容易工作。因此，根据第一实施方式的机器人控制装置50，在开始焊接时未发生电弧放电的情况下，即使实施重试动作，也能够抑制因接触误检测而导致的作业停止。

第一实施方式的机器人控制装置50在指示部52在开始电弧焊时向焊接用电源装置20通知焊接启动信号的时间点，判定为机器人10向焊接用电源装置20指示了开始电弧焊，因此能够更准确地判定机器人10进行的焊接开始。另外，第一实施方式的机器人控制装置50在指示部52从焊接用电源装置20接收到用于告知电弧放电的发生的通知的时间点，判定为指示部52识别到电弧放电的发生，因此能够更准确地判定焊炬12与工件W之间的电弧放电的发生。因而，根据第一实施方式的机器人控制装置50，能够更准确地设定机器人10的接触停止功能不容易工作的区间。另外，通过在电弧焊的开始处理中限定机器人10的接触停止功能不容易工作的区间，能够使机器人10的接触停止功能不容易工作的区间为所需最小限度。

(第二实施方式)

第二实施方式的机器人控制装置50A中的探测灵敏度调整部54A的功能与第一实施方式不同。在第二实施方式的机器人控制装置50A中，其它的结构与第一实施方式相同。因此，在对第二实施方式的说明中，引用第一实施方式的图1。另外，在对第二实施方式的说明中，对于与第一实施方式等同的构件等使用与第一实施方式相同的附图标记并省略重复的说明。

第二实施方式的探测灵敏度调整部54A(机器人控制装置50A)在机器人10从由机器人10进行的电弧焊的开始位置(后述的焊接开始位置P1)起朝向焊接的行进方向移动预先设定的距离为止的期间，使在动作停止部53中探测外力的灵敏度降低。探测灵敏度调整部54A同控制部51共享与机器人10(焊炬12)开始电弧焊的位置、焊接的行进方向以及焊接的距离等有关的数据，因此能够识别由机器人10进行的电弧焊的开始位置、电弧焊的行进方向以及焊接的距离。

在第二实施方式中，在机器人10到达开始电弧焊的位置的时间点，探测灵敏度调整部54A向动作停止部53发送灵敏度降低指示。另外，在机器人10移动预先设定的距离而到达规定的位置的时间点、或者机器人10识别到电弧放电的发生的时间点，探测灵敏度调整部54A向动作停止部53发送灵敏度降低解除指示。

在此，说明在不发生电弧放电的情况下实施的重试动作的一例。图3是示出基于起弧(scratch start)功能的重试动作的概念图。起弧功能是在开始电弧焊时未发生电弧放电的情况下通过以用焊丝31的前端划擦工件W的表面的方式进行移动来促使电弧放电发生的功能。

如图3所示，在起弧功能中，反复进行使焊炬12在焊接开始位置P1处以将焊丝31的前端按压到工件W的表面的状态向箭头方向移动至离开规定的距离L的位置P1a的动作，直到发生电弧放电为止。位置P1a被设定在离焊接开始位置P1的距离为距离L的位置，该距离L比焊接结束位置P2离焊接开始位置P1的距离短。在焊炬12以划擦工件W的表面的方式移动的期间发生了电弧放电的情况下，机器人10使焊炬12暂且返回到焊接开始位置P1，并从该位置执行原本的焊接区间即从P1至P2的电弧焊。

即使在通过起弧功能使焊炬12以划擦工件W的表面的方式进行了移动的情况下，也有时会在从焊炬12送出焊丝31时在机器人10中检测到一定以上的外力。因此，即使在实施了起弧功能的情况下，也有时由于机器人受到一定以上的外力导致接触停止功能工作而作业停止。

第二实施方式的探测灵敏度调整部54A在机器人10从由机器人10进行的焊接开始位置P1起朝向焊接的行进方向移动预先设定的距离为止的期间，使在动作停止部53中探测外力的灵敏度降低。在此，“预先设定的距离”被设定为比图3所示的P1-P1a之间的距离长(或者相同)且比P1-P2之间的距离短的距离。在实施了起弧功能的情况下，焊炬12(机器人10)以焊接速度进行移动，但电弧焊的移动速度并不那么快(例如，2m/分钟左右)。通常，起弧功能中设定的移动距离即使长也仅为20mm左右，因此认为即使接触停止功能不容易工作也不容易成为安全上的问题。

根据第二实施方式的机器人控制装置50A，即使在实施了起弧功能作为重试动作的情况下，在机器人10从焊接开始位置P1起朝向焊接的行进方向移动预先设定的距离为止的期间，动作停止部53的接触停止功能也不容易工作。因此，根据第二实施方式的机器人控制装置50A，在开始焊接时未发生电弧放电的情况下，即使实施重试动作，也能够抑制因接触误检测而导致的作业停止。

另外，在第一实施方式的机器人控制装置50中，存在以下可能性：例如在探测灵敏度调整部54误识别发生了电弧放电的时间点的情况下，接触停止功能不容易工作的状态比设想持续得更长。与此相对地，在第二实施方式的机器人控制装置50A中，在机器人10移动了预先设定的距离之后接触停止功能正常地动作，因此能够进一步提高安全性。

以上说明了本公开的第一实施方式和第二实施方式(下面也简称为“实施方式”)，但本公开不限定于上述的实施方式，能够如后述的变形方式那样进行各种变形、变更，这些也包含在本公开的技术范围内。另外，实施方式所记载的效果只不过是例举了根据本公开所产生的最优选的效果，并不限定于实施方式所记载的内容。此外，上述的实施方式和后述的变形方式还能够适当地组合来使用，但省略详细的说明。

(变形方式)

在实施方式中，说明了为了使动作停止部53的接触停止功能不容易工作而使探测外力的灵敏度降低(使阈值变大)的例子，但也可以使接触停止功能不工作。例如，也可以在动作停止部53中使设置于机器人10的力检测部13对外力(力或转矩)的探测无效。

在实施方式中，作为指示部52向焊接用电源装置20指示开始电弧焊的时间点，说明了设为前面所说明的(A)～(D)的指示和通知中的任一者的例子。除此此外，也可以将对(A)～(D)的指示和通知中的任一者加上或减去校正时间所得到的时间点设为指示部52向焊接用电源装置20指示开始电弧焊的时间点。即，指示部52向焊接用电源装置20指示开始电弧焊的时间点也可以在时间上提前或推后。校正时间例如是±0.5秒。

在实施方式中，作为指示部52基于来自焊接用电源装置20的通知识别到电弧放电的发生的时间点，说明了设为指示部52从焊接用电源装置20接收到用于告知电弧放电的发生的通知的时间点以及探测灵敏度调整部54基于从焊接用电源装置20向焊炬12供给的电流及电压的输出值而判断为发生了电弧放电的时间点中的任一者的例子。除此此外，也可以将对上述任一个时间点加上校正时间所得到的时间点设为机器人10基于来自焊接用电源装置20的通知识别到电弧放电的发生的时间点。校正时间例如是+1秒。

也可以将第二实施方式的探测灵敏度调整部54A的功能与第一实施方式的探测灵敏度调整部54的功能组合。由此，即使在探测灵敏度调整部54误识别发生了电弧放电的时间点的情况下，在机器人10从焊接开始位置P1起朝向焊接的行进方向移动了预先设定的距离的时间点，动作停止部53的接触停止功能也工作，因此能够进一步提高安全性。

附图标记说明

1：机器人系统；10：机器人；11：臂部；12：焊炬；13：力检测部；20：焊接用电源装置；30：焊丝供给装置；31：焊丝；40：气体供给装置；

50(50A)：机器人控制装置；51：控制部；52：指示部；53：动作停止部；

54(54A)：探测灵敏度调整部。

Claims

1.一种机器人控制装置，用于控制对被焊接物进行伴有接触的焊接的机器人，所述机器人控制装置具备：

动作停止部，其在探测到所述机器人受到阈值以上的外力的情况下，使所述机器人的动作停止；

指示部，其向焊接用电源装置指示开始焊接；以及

探测灵敏度调整部，在从所述指示部向焊接用电源装置指示开始焊接的时间点起到经过规定的待机时间为止的期间，所述探测灵敏度调整部使在所述动作停止部中探测外力的灵敏度降低。

2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其中，

所述探测灵敏度调整部将从所述指示部向所述焊接用电源装置指示开始焊接的时间点起到基于来自所述焊接用电源装置的通知识别到电弧放电的发生的时间点为止的期间设为所述规定的待机时间。

3.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其中，

所述探测灵敏度调整部将以下时间点中的任一者设为所述指示部向所述焊接用电源装置指示开始焊接的时间点：

所述指示部向气体供给装置指示供给气体的时间点；

所述指示部向焊丝供给装置指示供给焊丝的时间点；

所述指示部向所述焊接用电源装置通知电流、电压或者丝供给速度的指令值的时间点；以及

所述指示部向所述焊接用电源装置通知焊接启动信号的时间点。

4.根据权利要求3所述的机器人控制装置，其中，

所述探测灵敏度调整部将对以下时间点中的任一者加上或减去校正时间所得到的时间点设为所述指示部向所述焊接用电源装置指示开始焊接的时间点：

所述指示部向气体供给装置指示供给气体的时间点；

所述指示部向焊丝供给装置指示供给焊丝的时间点；

5.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其中，

所述探测灵敏度调整部将以下时间点中的任一者设为识别到电弧放电的发生的时间点：

从所述焊接用电源装置接收到用于告知电弧放电的发生的通知的时间点；以及

基于从所述焊接用电源装置向所述机器人供给的电流及电压的输出值而判断为发生了电弧放电的时间点。

6.根据权利要求5所述的机器人控制装置，其中，

所述探测灵敏度调整部将对以下时间点中的任一者加上校正时间所得到的时间点设为识别到电弧放电的发生的时间点：

7.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其中，

所述探测灵敏度调整部将从所述焊接用电源装置通知处于焊接的开始处理中的期间设为所述规定的待机时间。

8.一种机器人控制装置，用于控制对被焊接物进行伴有接触的焊接的机器人的动作，所述机器人控制装置具备：

动作停止部，其在探测到所述机器人受到阈值以上的外力的情况下，使所述机器人的动作停止；以及

探测灵敏度调整部，在所述机器人从由所述机器人进行的焊接的开始位置起朝向焊接的行进方向移动预先设定的距离为止的期间，所述探测灵敏度调整部使在所述动作停止部中探测外力的灵敏度降低。