CN115515760A - 机器人控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种机器人控制装置，其能够在由于发生错误而应用程序处理作业被中断时，不需要通过人工来进行调整而自动地避免应用程序处理间断的部分(间隙)的产生、应用程序处理作业重新开始时的过大处理的产生。在应用程序处理作业被中断时作业部位从被中断的位置起进一步地前进之后停止的情况下，通过使所述作业部位沿着停止之前的前进动作时的曲线轨迹逆行规定的距离，并从该逆行后的位置起重新开始沿着曲线轨迹前进的前进动作，能够使所述作业部位在所述连续处理作业被中断的位置处一边以与所述应用程序作业被中断的时间点相同的速度行进一边重新开始所述连续处理。

Description

机器人控制装置

技术领域

本公开涉及一种一边使安装于机械臂前端的工具行进一边进行连续处理作业的机器人控制装置，尤其涉及一种与在一边使机械臂前端的工具行进一边进行的连续处理作业中断之后的重新开始的控制有关的机器人控制装置。

背景技术

由机器人进行的涂布作业等应用程序处理作业是一边使安装于机械臂前端的工具行进一边进行作为连续处理作业的应用程序处理作业的作业，但在发生一些错误的情况下，首先应用程序处理作业被中断，之后，安装于机械臂前端的工具在应用程序处理作业被中断的状态下进行减速并行进某一距离之后停止。当在解除了错误的原因之后从停止位置重新开始应用程序处理作业时，在应用程序处理作业被中断的状态下减速行进的距离成为应用程序处理间断的部分(间隙)，在品质上产生问题。并且，在安装于机械臂前端的工具的速度达到程序中指定的速度之前重新开始应用程序作业，因此每单位距离的处理量(例如，在涂布作业中是涂布量)变得过大，这一点也使处理的品质产生问题。

为了解决该问题，专利文献1记载有以下内容：在应用程序处理作业重新开始前，使安装于机械臂前端的工具直线后退在应用程序处理作业被中断的状态下减速行进的距离与在重新开始应用程序处理作业时使安装于机械臂前端的工具的速度达到程序中指定的速度所需的加速所需要的距离相加得到的距离，并从该地点起重新开始工具的行进动作，当加速并在应用程序处理作业的中断地点达到程序中指定的速度时，从该时间点起使应用程序处理作业重新开始。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第6,360,143号说明书

发明内容

发明要解决的问题

根据专利文献1，能够避免应用程序处理间断的部分(间隙)的产生、应用程序处理作业重新开始时的过大处理这些问题。然而，在专利文献1中，以安装于机械臂前端的工具的行进是直线行进为前提，不支持在曲线的轨迹上行进的工具。

在安装于机械臂前端的工具在曲线的轨迹上行进的情况下，如果像专利文献1那样使安装于机械臂前端的工具直线地后退，存在与障碍物发生碰撞的风险，不能使用直线地后退的方法。因此，在安装于机械臂前端的工具在曲线的轨迹上行进的情况下，在由于错误的发生而应用程序处理作业被中断时，只能不进行后退动作就使应用程序处理作业重新开始，对于应用程序处理间断的部分(间隙)的产生、应用程序处理作业重新开始时的过大处理，需要通过人工来进行调整。

因而，期望进行控制使得即使在安装于机械臂前端的工具在曲线的轨迹上行进的情况下，也能够在由于错误的发生而应用程序处理作业被中断时，不需要通过人工来进行调整而自动地避免应用程序处理间断的部分(间隙)的产生、应用程序处理作业重新开始时的过大处理的产生。

用于解决问题的方案

为了解决上述的课题，本公开的机器人控制装置基于程序使安装于机械臂前端的工具一边以期望的速度沿着期望的曲线轨迹行进一边进行连续处理作业，在所述机器人控制装置中具备：存储单元，在所述连续处理作业被中断时所述工具从所述连续处理作业中断的位置起进一步地减速并前进之后停止的情况下，所述存储单元存储所述连续处理作业中断的位置和所述工具在所述连续处理作业中断的位置处的行进速度；以及，处理单元，其生成向机器人施加的指令信号，所述指令信号用于使所述工具沿着所述工具停止之前的前进动作时的曲线轨迹逆行规定的距离、并从该逆行后的位置起重新开始沿着所述曲线轨迹前进的前进动作，以使得所述工具能够一边在所述存储单元中所存储的所述连续处理作业中断的位置处以所述存储单元中所存储的速度来行进一边重新开始所述连续处理作业。

发明的效果

根据本公开的机器人控制装置，能够在安装于机械臂前端的工具在曲线的轨迹上行进的情况下，在由于错误的发生而应用程序处理作业被中断时，避免与障碍物发生碰撞的风险，并且对于应用程序处理间断的部分(间隙)的产生、应用程序处理作业重新开始时的过大处理，不需要通过人工来进行调整，能够高效地继续应用程序处理作业。

附图说明

图1是本公开的机器人系统的结构图。

图2是示出本公开的机器人控制时的信号的授受关系的框线图。

图3是示出工件上的涂布中断时的曲线轨迹的图。

图4是示出以往的涂布作业重新开始后的涂布状况的图。

图5是示出实施了本公开的情况下的涂布作业重新开始后的涂布状况的图。

图6是示出本公开中的涂布作业的过程的流程图。

图7是示出根据喷嘴(工具)的过去的位置获得的直线与当前位置之间的距离的图。

图8示出将一系列位置数据平滑地连接的样条曲线。

具体实施方式

下面，参照附图来对本公开的实施方式详细地进行说明。

在下面的例子中，将涂料的涂布处理作业作为由工业用机器人进行的应用程序处理进行例示，但这仅为一例，对其它应用程序处理(例如，密封材的涂布、等离子体照射、激光焊、其它)也能够应用该技术。另外，在下面的例子中，将安装于机械臂的前端的工具称为“喷嘴”。图1是在本公开的各实施方式中共通的机器人系统的结构图。图1所示的机器人10是六轴垂直多关节或四轴垂直多关节等具有多关节的臂部11的多关节型机器人。在臂部11的前端安装有用于向工件30涂布涂料的喷嘴12(工具)。涂布作业通过如下方式进行：机器人控制装置20控制内置在机械臂10的臂部11的各关节部的伺服马达14(图2)，使臂部11动作来使得喷嘴12以规定的速度沿着将用户程序内所示教的一系列动作命令(示教位置)平滑地连接的曲线轨迹上移动，由此使喷嘴12以规定的速度沿着工件30上的规定的曲线轨迹移动，一边使喷嘴12以规定的速度沿着工件30上的规定的曲线轨迹移动，一边在喷嘴12到达规定的位置的瞬间喷出规定的流量的涂料。在用户程序中不仅描述有喷嘴12的示教位置信息，还描述有喷嘴12的移动速度、动作形式(直线、圆弧或样条曲线等移动形式)、涂料喷出位置、喷出流量等应用程序处理所需的信息。

图2是示出机器人控制装置20与机器人10之间、机器人控制装置20的各单元间以及机器人10的各构件间的机器人控制时的信号的授受关系的框线图。机器人控制装置20将由微型计算机等构成的处理单元(CPU)21、包括ROM、RAM等存储器构件的存储单元22、以及与机器人10之间进行信号的发送和接收的发送接收单元23作为结构要素。另一方面，机器人10具备与机器人控制装置之间进行信号的发送和接收的发送接收装置13、为了移动臂部而内置在臂部的各关节部等的多个伺服马达14-1、14-2……14-n，以及接收来自伺服马达的信号来检测喷嘴位置/移动速度的喷嘴位置速度检测部。

机器人控制装置20的存储单元22存储有用于使机器人10的喷嘴12一边描绘期望的轨迹移动一边进行涂布的用户程序、工具的位置/行进速度等示教数据，处理单元(CPU)基于从存储单元22读取到的存储数据和从机器人10接收到的反馈数据等来生成针对机器人10的多个伺服马达14-1、14-2……14-n的指令信号，并通过发送接收单元23和发送接收装置13向各伺服马达14-1、14-2……14-n施加指令信号。

在机器人10中，按照从机器人控制装置20接收到的指令信号来使多个伺服马达14-1、14-2……14-n转动，并根据在各子马达14-1、14-2……14-n中以特定周期检测到的实际的各伺服马达的旋转数、旋转速度的数据来检测喷嘴12的每个特定周期的位置/移动速度数据。检测到的数据经由发送接收装置13和发送接收单元23向机器人控制装置20发送，并作为每个特定周期的喷嘴位置/移动速度的数据存储在存储单元22中，另外，根据情况，能直接使用于处理单元(CPU)21中的指令信号生成处理。此外，喷嘴位置/移动速度的检测方法不是与本公开的本质相关的项目，在本实施方式中，设为根据实际的各伺服马达的旋转数、旋转速度的数据来检测喷嘴位置/移动速度，但也可以是，例如根据载置在特定的位置的喷嘴检测装置(摄像机等)所检测到的数据来求得。

接着，对本公开的实施方式所涉及的与涂布作业有关的机械臂前端的喷嘴12的移动动作以及用于该移动动作的控制的方法进行说明。图3描绘了以下状况：由喷嘴12在工件30上沿着曲线轨迹S进行了涂布作业时，在机器人10中产生错误而涂布作业在点P被中断，并且喷嘴12在点Q停止。点R表示为了实施本公开而停止在点Q的喷嘴12应该返回到的地点。另外，在工件30上设置有在喷嘴12从点Q向点R直接返回的情况下会发生碰撞而成为障碍物的凸部。

工件30上的涂布的轨迹是曲线，因此为了追寻喷嘴的涂布作业被中断的状态的轨迹返回，能够考虑在喷嘴前进时存储所有的插值数据(每固定周期的喷嘴位置数据)的方法。然而，当存储所有的插值数据时，存在其存储量变得庞大的缺点。另外，例如，当试图直接直线地向点R返回时，会与成为障碍物的凸部发生碰撞，直线地返回也产生困难。因此，在以往，设为从点Q起重新开始涂布(该情况下的涂布状况在图4中呈现)，对于点P与点Q之间，在之后通过人工来进行修正。

在本公开中，通过后述的三个实施方式，能够求得涂布作业被中断的状态的轨迹来追寻该轨迹返回，并且，追寻曲线轨迹S返回到能够确保从喷嘴12的移动开始起进行加速并在涂布作业中断点P变为所示教的移动速度所需要的充分的距离的点R，从点R重新开始喷嘴12的移动，并从到达了点P的时间点起开始以所示教的喷嘴的移动速度进行的涂布。其结果是，如图5所示，不会产生图4中产生的间隙、过大涂布的问题，能够高效地继续涂布作业。

接着，通过流程图来表示本公开中的涂布作业的过程。如图6所示，首先，从由于机器人中的错误等而探测到涂布作业的中断开始(步骤ST1)。如果没有探测到涂布作业的中断(在步骤ST1中为“否”的情况下)，则等待，直到探测到涂布作业的中断。如果探测到涂布作业的中断(在步骤ST1中为“是”的情况下)，机器人控制装置20对涂布作业被中断的地点即点P进行存储(步骤ST2)。

接着，判定是否探测到喷嘴的移动停止(步骤ST3)。如果没有探测到喷嘴的移动停止(在步骤ST3中为“否”的情况下)，则等待，直到探测到喷嘴移动的停止。如果探测到喷嘴移动的停止(在步骤ST3中为“是”的情况下)，接着求得喷嘴在追寻曲线轨迹S返回并停止后重新开始移动的点R(步骤ST4)。

要在步骤ST4中求得喷嘴在追寻曲线轨迹S返回并停止后重新开始移动的点R，需要把握追寻曲线轨迹S返回到点R所需的充分的距离的喷嘴的移动轨迹。作为把握该喷嘴的移动轨迹的方法，在本说明书的说明中介绍三个实施方式，对此在后面记述。

之后，追寻喷嘴的移动轨迹向点R返回(步骤ST5)。在此，并非直接直线地向在步骤ST4中求得的点返回，而是追寻喷嘴的移动轨迹地向点R返回，由此能够避免喷嘴与障碍物发生碰撞。然后，接着判定喷嘴是否到达了点R(步骤ST6)。如果喷嘴没有到达点R(在步骤ST6中为“否”的情况下)，则等待，直到喷嘴到达点R。如果喷嘴到达点R(在步骤ST6中为“是”的情况下)，接着在使喷嘴暂时停止之后，重新开始向前进方向的移动(步骤ST7)。

之后，判定喷嘴是否到达了涂布作业的中断地点即点P(步骤ST8)。如果喷嘴没有到达点P(在步骤ST8中为“否”的情况下)，则等待，直到喷嘴到达点P。如果喷嘴到达点P(在步骤ST8中为“是”的情况下)，则从该时间点起重新开始用户程序中所示教的涂布作业，之后继续执行包括喷嘴的动作的涂布作业的用户程序(步骤ST9)，并且本流程结束。

在实施本公开时，在喷嘴移动是在曲线轨迹S上移动的情况下，若在喷嘴移动时对插值数据(每个特定周期的喷嘴位置数据)全部进行保存，则需要大量的存储容量，另外，如果因此而采取长的存储喷嘴位置数据的周期，则不能准确地把握喷嘴移动的曲线轨迹S，不能准确地求得曲线轨迹S上的移动距离。

因此，在本公开的实施方式1中，设为将喷嘴12在曲线轨迹S上前进移动时的喷嘴12的位置数据(至少包括三维空间内的XYZ位置数据和αβγ姿势数据(欧拉角数据)这六个值，在存在附加轴的情况下还包括附加轴数据)存储在环形缓冲器区域中。当将喷嘴12的位置数据存储在环形缓冲器区域中时，只能够存储有限的容量所能收容的数量的位置数据，当位置数据的存储所需要的容量超过环形缓冲器区域的存储容量时，从旧的(最靠前的)位置数据的存储起按顺序删除，从而能够存储新的位置数据。

喷嘴12的位置数据的存储的间隔(周期)要确保将距原本的曲线轨迹S的偏离距离抑制在界限内所需的周期。作为确保将距原本的曲线轨迹S的偏离距离抑制在界限内所需的周期的方法，能够是按每个某一固定周期(例如每数cm)存储位置数据的方法，如图7所示那样将连接挨着当前的喷嘴12的位置之前存储的工具位置的数据中的、最新的数据与第二新的数据的两个记录点(记录点1、记录点2)的直线到当前的喷嘴12的位置的距离为特定距离D以上时作为存储喷嘴12的位置数据时的方法，或者也能够对这两者进行组合。

通过将喷嘴12的前进动作时的位置数据存储在环形缓冲器区域中，存储的位置数据变得有限，而且，该有限的位置数据是喷嘴12准确地逆行规定的距离所需要的充分数量的位置数据，因此不需要大量的存储容量就能够把握用于逆行的曲线轨迹。

在本公开的实施方式2中，在喷嘴12在曲线轨迹S上一边进行应用程序处理一边前进移动时，一边将计算(计划)出的计划(曲线)数据(该数据是直线、圆弧或样条曲线，是多种多样的，在此将这些记述的参数或数据的集合称为“计划数据(plan data)”)存储在机器人控制装置20的存储单元22中一边使喷嘴12移动，所述计划(曲线)数据是以生成将对喷嘴12的移动动作进行控制的用户程序内所示教的喷嘴12的一系列位置数据平滑地连接的曲线的方式计算(计划)出的。为了存储计划数据而设置某一固定的区域，在变得没有用于存储新的计划数据的空闲区域的情况下，从旧的计划数据起进行删除并存储新的计划数据。对于区域的尺寸，预先确保了对逆行需要的距离来说充分的尺寸。

在喷嘴12的后退动作时，通过沿着基于喷嘴12的前进移动时所存储的计划数据的动作轨迹(前进时所计算的喷嘴的动作轨迹)逆行来进行喷嘴12的后退动作，因此能够将距原本的曲线轨迹S的偏差抑制为最小。

在本公开的实施方式3中，设为使用喷嘴12基于用户程序在曲线轨迹S上移动时的喷嘴12的用户程序内的示教位置数据来进行喷嘴12的后退动作。用户程序执行中断时的执行中的行号和示教位置是已知的，通过在用户程序内回溯并搜索比当前执行中的行靠前的若干示教命令(示教位置)，来从当前的喷嘴12的停止位置开始，沿着新计算(计划)将这些示教位置沿倒行方向平滑地连接的曲线所得到的曲线逆行并返回。实施方式3与实施方式1、实施方式2不同，不需要在前进执行中将喷嘴12的位置轨迹存储在存储区域中，在前进执行中不需要用于位置存储的多余的控制处理，能够减少计算时间对系统整体的影响。

并且，在实施方式1至3中的任一个中，在本公开的实施时，使涂布作业的重新开始的位置准确地与涂布作业被中断的位置(点P)一致非常重要。因此，在本公开中，在机器人等中的错误发生时准确地检测涂布作业中断了的位置(点P)，并且通过对喷嘴12的重新开始前进动作后的重新开始涂布作业的时刻进行微调使得能够对重新开始涂布作业的位置沿前后进行微调，从而能够精密地使重新开始涂布作业的位置与涂布作业的中断位置(点P)一致。为此进行如下处理。即，点P位于为了进行逆行动作而计算出的曲线轨迹上，或位于与曲线轨迹非常近的位置，因此在逆行动作开始前预先找到曲线轨迹上与点P最近的位置，并将其设为点P’。逆行动作中时时刻刻计算曲线轨迹上的喷嘴12的位置，因此使得在该位置通过点P’的瞬间重新开始涂布作业。对涂布作业重新开始的位置沿前后进行微调是指只能使点P’的位置沿着曲线轨迹前后错开需要的距离。就内部而言，微调像这样通过使点P’以沿着曲线轨迹的距离移动来进行，但在向操作者呈现微调时能够以“距离”或“时间”来进行显示(由于

)。

另外，在实施方式1至3中的任一个中，在喷嘴12的逆行动作时，需要使得曲线轨迹S的已涂布的涂料不会由于与喷嘴12的前端的接触而损坏。因此，在本公开中，在喷嘴12开始逆行动作时，能够沿上下微调喷嘴12的高度的位置，并在逆行了所需要的规定距离之后重新开始前进动作时使喷嘴12的高度的位置返回到原本的高度的示教位置。由此，能够避免喷嘴12的前端与曲线轨迹S的已涂布的涂料的接触。因此进行如下处理。即，通过用从臂部11的工具安装面起的三维(或六维)位置来表示喷嘴12的前端点(TCP:Tool CenterPoint；工具中心点)、并仅在逆行动作时对TCP位置的Z值加上需要的微调值来实现。即，通过犹如使喷嘴前端点位于实际的喷嘴前端点的之前的位置那样地进行微调，逆行动作时的喷嘴12的位置上下偏离需要的距离。

上面关于本公开的实施，对实施方式进行了说明，但本发明不被这样的实施方式进行任何限定，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内以各种方式进行实施。例如，连续处理作业的内容不限于涂料的涂布，也能够包括粘接剂、密封材的涂布，进一步地，还能够应用到各种表面处理、按压/喷出作业、等离子体照射、激光焊中。

附图标记说明

10：机器人；11：臂部；12：喷嘴(工具)；13：机器人的发送接收装置；14-1～14-n：伺服马达；20：机器人控制装置；21：处理单元(CPU)；22：存储单元；23：机器人控制装置的发送接收单元；30：工件；P：涂装作业中断地点；Q：喷嘴的停止地点；R：喷嘴应返回到的地点；S：曲线轨迹。

Claims (7)

1.一种机器人控制装置，基于程序使安装于机械臂的前端的工具一边以期望的速度沿着期望的曲线轨迹行进一边进行连续处理作业，在所述机器人控制装置中，具备：

存储单元，在所述连续处理作业被中断时所述工具从所述连续处理作业中断的位置起进一步地减速并前进之后停止的情况下，所述存储单元存储所述连续处理作业中断的位置和所述工具在所述连续处理作业中断的位置处的行进速度；以及，

处理单元，其生成向机器人施加的指令，所述指令用于使所述工具沿着所述工具停止之前的前进动作时的曲线轨迹逆行规定的距离、并从逆行后的位置起重新开始沿着所述工具停止之前的前进动作时的曲线轨迹前进的前进动作，以使得所述工具能够一边在所述存储单元中所存储的所述连续处理作业中断的位置处以所述存储单元中所存储的速度来行进一边重新开始所述连续处理作业。

2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其中，

所述存储单元具有环形缓冲器区域，所述环形缓冲器区域在前进动作时总是存储每个规定周期的所述工具的位置数据即插值数据，并在存储量超过特定的范围时删除最早存储的插值数据，所述工具停止之前的前进动作时的曲线轨迹是基于在所述环形缓冲器区域中所存储的所述工具的位置来把握的曲线轨迹。

3.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其中，

存储所述工具的位置数据即插值数据的规定周期被设为在连接所述插值数据中的当前工具位置的前一工具位置的点与再前一工具位置的点这两个点的直线到所述当前工具位置的距离为特定距离以上时产生。

4.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其中，

重新开始所述连续处理作业之前的逆行动作时的曲线轨迹是通过基于在前进动作时控制所述工具的前进动作的程序并根据所述每个规定周期的所述工具的位置数据即插值数据计算出的曲线的数据来把握的曲线轨迹。

5.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其中，

重新开始所述连续处理作业之前的逆行动作时的曲线轨迹是基于在前进动作时与沿着曲线轨迹逆行规定距离所需的距离相应地存储的针对所述工具的示教位置来把握的曲线轨迹。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的机器人控制装置，其中，

重新开始所述连续处理作业的位置能够沿前后进行微调。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的机器人控制装置，其中，

在从所述工具停止的位置起逆行规定距离时，能够沿上下微调所述工具的高度的位置，并在逆行所述规定距离之后重新开始前进动作时使所述工具的高度的位置返回到原本的高度的示教位置。

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