CN115769161A - 机器人控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，在机器人被置换为尺寸不同的新的机器人的情况下，不需要操作者重新直接输入动作程序就能够使机器人动作。机器人控制装置具备：存储部，其存储动作程序；以及控制部，其基于动作程序，使机器人在正交三轴的机器人坐标系上动作。控制部具有：可动范围判定部，其判定在动作程序中的正交三轴中是否存在超出机器人的可动范围的轴；以及校正部，其在由可动范围判定部判定为存在超出机器人的可动范围的轴的情况下，以使轴进入机器人的可动范围内的方式改写动作程序。

Description

机器人控制装置

技术领域

本发明涉及一种机器人控制装置。

背景技术

对工件进行切削、焊接等加工的机器人按照从机器人控制装置发送的基于动作程序的移动指令进行动作。动作程序记录有为了使机器人的工具前端移动到所示教的位置而使机器人的多个驱动轴分别动作的命令(例如参照专利文献1等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-213668号公报

发明内容

发明要解决的问题

在机器人由于老化等理由而被置换为新的机器人(新机器人)时，为了使新机器人也能够执行与置换前的机器人(旧机器人)相同的动作，有时使新机器人的机器人控制装置读入旧机器人的动作程序。由操作者对读入动作程序之后的新机器人执行使用了示教操作板的示教作业。由此修正与新机器人对应的示教点。

然而，例如在新机器人的尺寸比旧机器人的尺寸小的情况下，在新机器人的机器人控制装置所读入的动作程序中有时包含超出新机器人的可动范围的位置。当在动作程序中包含机器人的工具前端所不能到达的位置时，机器人变为不能动作。因此，操作者无法对机器人执行示教作业。在该情况下，操作者必须向机器人控制装置重新直接输入新的动作程序，要求极为繁杂的作业。

因而，期望即使在机器人被置换为尺寸不同的新的机器人的情况下，也不需要操作者重新直接输入动作程序就能够使机器人动作。

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，具备：存储部，其存储动作程序；以及控制部，其基于所述动作程序，使所述机器人在正交三轴的机器人坐标系上动作，其中，所述控制部具有：可动范围判定部，其判定在所述动作程序中的所述正交三轴中是否存在超出所述机器人的可动范围的轴；以及校正部，其在由所述可动范围判定部判定为存在超出所述机器人的可动范围的轴的情况下，以使所述轴进入所述机器人的可动范围内的方式改写所述动作程序。

发明的效果

根据一个方式，能够提供一种即使在机器人被置换为尺寸不同的新的机器人的情况下也不需要操作者重新直接输入动作程序就能够使机器人动作的机器人控制装置。

附图说明

图1是示出机器人系统的结构图。

图2是示出机器人控制装置的结构的框图。

图3是示出机器人控制装置中的控制部的结构的框图。

图4A是示出机器人的奇异点的一例的示意图。

图4B是示出机器人的奇异点的其它例的示意图。

图5是示出机器人控制装置中的控制动作的流程图。

图6是示出机器人控制装置中的控制动作的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图来对本公开的一个方式所涉及的机器人控制装置进行说明。图1示出具备机器人控制装置1的机器人系统。机器人系统具备与机器人控制装置1连接并被驱动控制的机器人10(新机器人)。该机器人10是从图1中虚拟线所表示的机器人20(旧机器人)置换的新的机器人。

本实施方式所示的机器人10是具备在基座部10a上通过六个驱动轴11a～11f以能够旋转的方式连结的多个臂部12a～12d的多关节机器人。在各驱动轴11a～11f分别设置有马达M(在图1中未图示)。在臂部12d的前端安装有工具T1。工具T1是切削钻头、机器人手、焊枪等。此外，机器人10是具有多个驱动轴(关节部)的多关节机器人即可，并不限定于图1所示的构造的机器人。

对机器人10设定了由X轴、Y轴以及Z轴这正交的三个轴构成的机器人坐标系。机器人坐标系的原点设定于机器人10的基座部10a。在该机器人10中，以机器人坐标系的原点为中心，图1的左方向为+X轴方向，右方向为-X轴方向。相对于图2的纸面而言朝里侧的方向为+Y轴方向，相对于纸面而言朝外侧的方向为-Y轴方向。图1的上方向为+Z轴方向，下方向为-Z轴方向。

新置换的机器人10的尺寸比置换前的机器人20的尺寸小。因此，机器人10的X轴、Y轴以及Z轴方向的各个方向的可动范围比机器人20的X轴、Y轴以及Z轴方向的各个方向的可动范围窄。

如图2所示，机器人控制装置1具备由CPU构成的控制部3、以及经由总线4而与控制部3分别并联连接的存储部5、示教操作板用I/F 6及驱动部7。

在存储部5中保存有用于使机器人10动作的动作程序。该动作程序是机器人20所使用的动作程序，在从机器人20置换为机器人10时，被原样保存于存储部5。

在存储部5中保存有机器人10所固有的可动范围的信息。机器人10所固有的可动范围的信息是使用机器人10的设计时的尺寸数据(例如，各驱动轴11a～11f的间隔以及各臂部12a～12d的长度等)求出在机器人坐标系上机器人10的前端(具体地说是工具前端Tp1)所能够到达的范围的信息。该机器人10的可动范围的信息通过机器人坐标系上的X轴、Y轴以及Z轴的各轴的行程极限值来表现。

在示教操作板用I/F 6通过有线或无线连接有具备显示部81的示教操作板8。操作者通过手动操作示教操作板8，能够执行机器人10的示教等各种动作。

驱动部7是对使机器人10的多个驱动轴11a～11f动作的马达M分别进行伺服控制的伺服驱动部。驱动部7针对每个马达M具有伺服控制器71和伺服放大器72。在图2中示出了与三个马达M1、M2、M3对应的三个伺服控制器71以及三个伺服放大器72。但是，马达M、伺服控制器71以及伺服放大器72也可以与驱动轴11a～11f分别对应地设置。

控制部3读出存储于存储部5的动作程序，并基于该动作程序，通过用于机器人控制的运算处理来生成移动指令。控制部3将所生成的移动指令输出到驱动部7。接收到移动指令的驱动部7经由伺服控制器71向伺服放大器72输出转矩指令。伺服放大器72基于各转矩指令，向与驱动轴11a～11f对应的马达M供给电流，来单独地驱动各驱动轴11a～11f。由此，机器人10在机器人坐标系上以各种方式改变姿势。

如图3所示，控制部3还具备可动范围判定部31、奇异点判定部32以及校正部33。

可动范围判定部31读出保存于存储部5的动作程序，判定在基于该动作程序的机器人动作中是否存在超出机器人10的可动范围的轴。具体地说，可动范围判定部31对保存于存储部5的动作程序进行解析，来模拟基于动作程序的机器人10的动作。可动范围判定部31在该模拟中参照基于动作程序的移动指令以及存储于存储部5的机器人10的X轴、Y轴及Z轴的各轴的行程极限值。由此，可动范围判定部31判定在基于动作程序的机器人动作中是否存在超过机器人10的行程极限值的在机器人坐标系上的轴。

例如，如图1所示，置换前的机器人20能够使工具前端Tp2移动到+X轴方向的2365mm的位置。与此相对，新置换的机器人10只能够使工具前端Tp1移动到+X轴方向的1859mm的位置。即，机器人10的+X轴方向的行程极限值为1859mm。在该情况下，可动范围判定部31判定为基于动作程序的机器人动作的+X轴是超过机器人10的行程极限值的轴。

奇异点判定部32判定在基于动作程序的机器人动作中是否包含机器人10的奇异点。奇异点是指根据包含机器人10的位置指令和速度指令的移动指令难以通过逆向运动学计算唯一地决定机器人10的各驱动轴11a～11f的旋转角度、旋转速度那样的机器人10的工具前端Tp1的三维位置。

对于该奇异点，使用图4A和图4B进一步进行说明。图4A和图4B示意性地描绘了图1所示的机器人10的各驱动轴11a～11f和工具T1。如图4A所示，在驱动轴11d的旋转中心与驱动轴11f的旋转中心排列在同一直线L上那样的机器人姿势的情况下，机器人10的工具T1的绕轴的旋转移动能够通过驱动轴11d的旋转来进行，也能够通过驱动轴11f的旋转来进行。如图4B所示，在驱动轴11a的旋转中心与驱动轴11f的旋转中心排列在同一直线L上的机器人姿势的情况下，机器人10的工具T1的绕轴的旋转移动能够通过驱动轴11a的旋转来进行，也能够通过驱动轴11f的旋转来进行。因而，对于成为图4A和图4B所例示的机器人姿势那样的机器人10的工具前端Tp1的三维位置，通过逆向运动学计算不能唯一地决定各驱动轴11a～11f的旋转角度和旋转速度。因此，当使工具前端Tp1移动到机器人10的两个以上的驱动轴的旋转中心排列在同一直线上那样的三维位置以及该位置的附近时，机器人10会变得不能够进行动作。

奇异点判定部32通过实际基于动作程序使机器人10进行动作直到能够动作的范围为止，来判定在动作程序中是否包含机器人10的奇异点。包含奇异点不仅包括机器人姿势与奇异点的姿势完全一致的情况，还包括成为与奇异点的姿势相近的姿势的情况、即机器人10通过奇异点附近的情况。

奇异点判定部32为了判定在动作程序中是否包含奇异点，分别计算在由示教操作板8指定的移动方向(例如X轴方向、或X轴方向与Y轴方向的合成方向等)上机器人10的工具前端Tp1能够通过的多个位置(采样点)。由此计算出的多个采样点是机器人10的在正交三轴的机器人坐标系上的位置(坐标)。

具体地说，奇异点判定部32基于根据机器人10的各驱动轴11a～11f的编码器的输出值能够得到的各驱动轴11a～11f的旋转角度，来计算机器人10的工具前端Tp1的当前位置。该当前位置能够通过正向运动学计算来求出。奇异点判定部32基于计算出的当前位置和由示教操作板8指定的移动方向，以规定的周期计算采样点。规定的周期相较于机器人10的移动指令的生成周期而言为极短的周期。

奇异点判定部32通过判断在机器人10的驱动轴11a～11f中是否存在针对计算出的采样点的位置难以得到逆向运动学计算的解的驱动轴，来进行该采样点是否是机器人10的奇异点的判定。并且，奇异点判定部32即使得到逆向运动学计算的解，也能够根据在驱动轴11a～11f中是否存在不能够将马达追随控制为作为该解的旋转角度的驱动轴来进行该采样点是否处于机器人10的奇异点附近的判定。即，机器人10的奇异点相当于如上述那样不能得到逆向运动学计算的解的机器人10的工具前端Tp1的位置。机器人10的奇异点附近相当于产生即使能得到该逆向运动学计算的解也不能进行期望的马达控制的驱动轴那样的机器人10的工具前端Tp1的位置范围。该奇异点附近的判定能够通过判定在从被判定为是机器人10的奇异点的工具前端Tp1的位置起加上规定的设定范围所得到的区域内是否存在采样点来进行。

校正部33基于可动范围判定部31和奇异点判定部32的判定结果，来将保存于存储部5的动作程序改写为适用于机器人10的新的动作程序。由校正部33改写后的新的动作程序作为用于机器人10的新的动作程序而保存于存储部5。

具体地说，在可动范围判定部31中判定为存在超过机器人10的行程极限值的轴的情况下，校正部33以使该机器人坐标系上的轴进入行程极限值内的方式改写动作程序。被改写的值既可以是行程极限值，也可以是行程极限值的附近值。行程极限值的附近值是对行程极限值减去预先设定的值所得到的值。

另外，在奇异点判定部32中判定为包含机器人10所固有的奇异点或奇异点附近的情况下，校正部33将机器人10的动作形式置换为机器人坐标系上的各轴，使得在动作程序中不包含机器人10的奇异点或奇异点附近。例如，校正部33将机器人10的X轴方向的动作置换为Y轴方向或Z轴方向的动作、或者X轴、Y轴以及Z轴中的任意两个轴的合成方向的动作。由此，机器人10能够避免在动作时如图4A和图4B所示那样驱动轴11a～11f中的至少两个驱动轴排列在同一直线L上。通过这样，校正部33以使基于动作程序的机器人动作不符合机器人10所固有的奇异点的方式、即以使机器人10不通过奇异点或奇异点附近的方式改写动作程序。

接着，使用流程图对机器人控制装置1的具体的控制进行说明。在从机器人20置换为机器人10之后，机器人控制装置1的控制部3首先通过可动范围判定部31执行可动范围判定处理，之后通过奇异点判定部32执行奇异点判定处理。

在图5中示出可动范围判定处理。在可动范围判定处理中，控制部3读出保存于存储部5的机器人20的动作程序(步骤S1)。接着，控制部3通过可动范围判定部31对所读出的动作程序进行解析，将基于动作程序的机器人10的各轴的移动指令与预先保存于存储部5的机器人10的各轴的行程极限值进行比较(步骤S2)。通过该比较，可动范围判定部31判定在基于动作程序的机器人10的各轴的移动指令中是否存在超过机器人10的行程极限值的轴(步骤S3)。

在步骤S3中判定为存在超过机器人10的行程极限值的轴的情况下(步骤S3；“是”)，控制部3通过校正部33将动作程序中的轴的值改写为机器人10的行程极限值或行程极限值的附近值(步骤S4)。控制部3将由校正部33改写后的新的动作程序暂时保存于存储部5的规定的区域，转移到奇异点判定处理。

在步骤S3中判定为不存在超过机器人10的行程极限值的轴的情况下(步骤S3；“否”)，控制部3不使校正部33进行动作程序的改写，而转移到奇异点判定处理。

在图6中示出奇异点判定处理。在奇异点判定处理中，控制部3基于来自示教操作板8的移动指令，使机器人10进行动作直到能够动作的范围为止(步骤S11)。奇异点判定部32通过正向运动学计算根据机器人10的各驱动轴11a～11f的旋转角度来获取机器人10的工具前端Tp1的当前位置(步骤S12)。

接着，奇异点判定部32分别计算机器人10的工具前端Tp1能够通过的机器人坐标系上的多个采样点(步骤S13)。之后，奇异点判定部32如上述那样通过判断机器人10的驱动轴11a～11f中是否存在针对所计算出的采样点的位置难以得到逆向运动学计算的解的驱动轴、或者机器人10的驱动轴11a～11f中是否存在不能够将马达追随控制为作为逆向运动学计算的解的旋转角度的驱动轴，来判定该采样点是否为机器人10的奇异点或处于奇异点附近(步骤S14)。

在步骤S14中判定为采样点为机器人10的奇异点或处于奇异点附近的情况下(步骤S14；“是”)，控制部3通过校正部33将机器人10的动作形式以不符合奇异点的方式置换为机器人坐标系上的各轴。由此，校正部33以不包含机器人10的奇异点或奇异点附近的方式改写动作程序(步骤S15)。之后，控制部3结束处理。

在步骤S14中判定为采样点不为机器人10的奇异点或不处于奇异点附近的情况下(步骤S14；“否”)，控制部3不进行动作程序的置换，并结束处理。

如上所述，本公开的一个方式所涉及的机器人控制装置1具备：存储部5，其存储动作程序；以及控制部3，其基于动作程序，使机器人10在正交三轴的机器人坐标系上动作，其中，控制部3具有：可动范围判定部31，其判定在动作程序中的正交三轴中是否存在超出机器人10的可动范围的轴；以及校正部33，其在由可动范围判定部31判定为存在超出机器人10的可动范围的轴的情况下，以使轴进入机器人10的可动范围内的方式改写动作程序。由此，能够在从机器人20置换为尺寸不同的新的机器人10的情况下，将动作程序自动地改写为适用于机器人10的新的动作程序。因此，不需要操作者重新直接输入动作程序就能够使机器人动作。

在本实施方式的机器人控制装置1中，校正部33在由可动范围判定部31判定为存在超出机器人10的可动范围的轴的情况下，将动作程序中的轴的值改写为机器人10的行程极限值或其附近值。由此，能够将动作程序中的超出机器人10的可动范围的轴的值容易地改写为机器人10的可动范围内的值。

在本实施方式的机器人控制装置1中，控制部3还具有奇异点判定部32，该奇异点判定部32判定在动作程序中是否包含机器人10的奇异点，校正部33在由奇异点判定部32判定为包含机器人10的奇异点的情况下，以使该动作程序不包含奇异点的方式改写动作程序。由此，能够避免机器人10在基于动作程序的机器人动作中通过奇异点的情况。

在本实施方式的机器人控制装置1中，校正部33在由奇异点判定部32判定为包含机器人10的奇异点的情况下，以通过将动作程序中的机器人10的动作形式置换为机器人坐标系的各轴从而不包含奇异点的方式改写动作程序。由此，能够容易地避免机器人10通过奇异点的情况。

附图标记说明

1：机器人控制装置；3：控制部；31：可动范围判定部；32：奇异点判定部；33：校正部；5：存储部；10：机器人。

Claims (4)

1.一种机器人控制装置，具备：

存储部，其存储动作程序；以及

控制部，其基于所述动作程序，使机器人在正交三轴的机器人坐标系上动作，

其中，所述控制部具有：

可动范围判定部，其判定在所述动作程序中的所述正交三轴中是否存在超出所述机器人的可动范围的轴；以及

校正部，其在由所述可动范围判定部判定为存在超出所述机器人的可动范围的轴的情况下，以使所述轴进入所述机器人的可动范围内的方式改写所述动作程序。

2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其中，

所述校正部在由所述可动范围判定部判定为存在超出所述机器人的可动范围的轴的情况下，将所述动作程序中的所述轴的值改写为所述机器人的行程极限值或其附近值。

3.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其中，

所述控制部还具有奇异点判定部，所述奇异点判定部判定在所述动作程序中是否包含所述机器人的奇异点，

所述校正部在由所述奇异点判定部判定为包含所述机器人的奇异点的情况下，以不包含所述奇异点的方式改写所述动作程序。

4.根据权利要求3所述的机器人控制装置，其中，

所述校正部在由所述奇异点判定部判定为包含所述机器人的奇异点的情况下，以通过将所述动作程序中的所述机器人的动作形式置换为所述机器人坐标系的各轴从而不包含所述奇异点的方式改写所述动作程序。

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