CN117501198A - 程序生成装置以及机器人控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供程序生成装置或机器人控制装置，其具备确定与不良的电压下降相伴的机器人动作，并提示对该机器人动作进行了缓和的动作或自动地缓和该机器人动作的功能。程序生成装置具备：电流计算部，其计算为了按照动作程序使机器人进行动作而应该向电动机供给的驱动电流的值；下降电压计算部，其基于计算出的驱动电流的值和从向电动机供给电流的设备电源到电动机的电路的结构，计算电路中的瞬时下降电压量；比较部，其将计算出的瞬时下降电压量与预先确定的第一阈值进行比较；输出部和修正部中的至少一个，所述输出部在瞬时下降电压量超过第一阈值时，输出对象动作或缓和动作，所述修正部在动作程序中将对象动作修正为缓和动作。
Description
技术领域
本发明涉及机器人的程序生成装置以及机器人控制装置。
背景技术
在机器人、NC机械中，公知利用流过电动机的电流及其累计值来保护电动机免受过载的技术(例如参照专利文献1)。另外，公知以下技术：根据电动机电压的降低来识别电动机因过载而被锁定和电动机的运转动作沉重的情况，输出过载信号(例如参照专利文献2)。
另一方面，在使用了机床以及机器人的加工系统中，公知在机床产生了警报时显示执行程序行和预读出的程序行的技术(例如，参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平05-056557号公报
专利文献2：日本特表平10-505216号公报
专利文献3：日本特开2010-277425号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了使机器人进行急加速、重物搬运等高速或高转矩的动作，需要使驱动机器人各轴的伺服电动机等电动机中流过大的驱动电流。此时，由于作为机器人控制装置的构成部件的变压器、使用与机器人通用的设备电源的外部装置、以及用于从该设备电源向该机器人和该外部装置供电的输电电缆等的阻抗，虽然是瞬间但向电动机的供给电压下降。若该电压下降为一定程度以上，则无法在电动机流过所需的电流，因此机器人的动作无法追随指令，其结果是产生指令位置与实际位置的背离，相当于指令位置与实际位置之差的位置误差增大。若该位置误差超过预先设定的阈值，则存在机器人的控制系统(控制装置等)将其判断为异常，输出警报并使机器人停止的问题。
用于解决课题的手段
本公开的一个方式是一种程序生成装置，其生成用于控制通过至少一个电动机的驱动而进行动作的机器人的动作程序，所述程序生成装置具备：电流计算部，其计算为了按照所述动作程序使所述机器人进行动作而应该向所述电动机供给的驱动电流的值；下降电压计算部，其基于所述电流计算部计算出的所述驱动电流的值和从向所述电动机供给电流的设备电源到所述电动机的电路的结构，计算所述电路中的瞬时下降电压量；比较部，其将所述下降电压计算部计算出的所述瞬时下降电压量与预先确定的第一阈值进行比较；输出部和修正部中的至少一个，所述输出部在所述瞬时下降电压量超过所述第一阈值的情况下，输出对象动作或缓和动作，所述修正部在所述动作程序中将所述对象动作修正为缓和动作。
本公开的其他方式是一种基于动作程序来控制通过至少一个电动机的驱动进行动作的机器人的机器人控制装置，所述机器人控制装置具备：电压测定部，其测定向所述电动机供给了用于按照所述动作程序使所述机器人进行动作的驱动电流时的所述机器人控制装置的入口、出口或内部的电压的值；比较部，其将所述电压测定部测定出的电压的值与预先确定的第二阈值进行比较；输出部和修正部中的至少一个，所述输出部在所述电压的值比所述第二阈值低的情况下，输出对象动作或者缓和动作，所述修正部在所述动作程序中将所述对象动作修正为缓和动作。
发明效果
根据本公开，能够检测或预测基于预定的程序使机器人进行动作时的过度的电压降低，进而能够确定成为电压降低原因的动作。因此，能够高效地修正上述程序内的对应的动作语句。
附图说明
图1是一实施方式的机器人系统的框图。
图2A是表示机器人控制装置周围的设备的电连接关系的一例的框图。
图2B是表示机器人控制装置周围的设备的电连接关系的另一例子的框图。
图3是表示作为第一实施例的程序生成装置的处理例的流程图。
图4是表示作为第二实施例的程序生成装置的处理例的流程图。
图5是表示作为第三实施例的程序生成装置的处理例的流程图。
图6是表示作为第四实施例的程序生成装置的处理例的流程图。
图7是表示作为第五实施例的机器人控制装置的处理例的流程图。
具体实施方式
图1是优选实施方式的包含机器人控制装置的机器人系统的框图。机器人系统10包含：工业用的垂直多关节机器人等至少一台机器人12；以及至少一个(通常与机器人12为相同数量)机器人控制装置14，其以有线或无线的方式与机器人12可通信地连接从而控制机器人12。另外，机器人控制装置14与程序生成装置16通过有线或无线的方式可通信地连接，程序生成装置16生成用于机器人12的动作控制的机器人程序。
机器人控制装置14构成为基于给定的机器人程序来控制机器人12，具备用于实现后述的控制装置14的各部的功能的处理器以及存储器等。另外，程序生成装置16例如是与机器人控制装置14独立的具备处理器以及存储器等的个人计算机(PC)，具备用于实现后述的程序生成装置16的各部的功能的处理器以及存储器等。
图2A表示机器人控制装置14周围的设备电连接关系的一例，具体而言，表示从设备电源到机器人的电动机为止的电路。机器人12具备驱动机器人12的各轴的伺服电动机20和驱动附加轴的电动机22等至少一个电动机，从概略图示的设备电源24，通过输电电缆23经由机器人控制装置14向电动机20、电动机22供给驱动电流。另外，除了机器人控制装置14以外，设备电源24还与I/F(接口)盘、变压器、机床、信号系统设备、维护设备等外部装置26电连接，也向外部装置26供给电力。
机器人控制装置14具有：变压器28，其对控制装置14的输入电压进行变压；放大器/转换器部30，其将交流电转换为直流电；放大器/逆变器部32，其将直流电转换为交流电；以及DC链路34，其用于向放大器/逆变器部32输入由放大器/转换器部30转换后的直流电。
机器人控制装置14还具备测定与控制装置14关联的电压的电压测定器，具体而言，具有测定控制装置入口的电压的第一传感器38、测定控制装置出口的电压的第二传感器40、以及测定控制装置内部的电压(在此为DC链路34的电压)的第三传感器42中的至少一个。
图2B表示机器人控制装置14周围的设备电连接关系的另一例。与将控制装置14和外部装置26并联连接的图2A不同，在图2B中，设备电源24、外部装置26以及控制装置14串联连接，其他部分可以与图2A相同。
变压器28具有一定的阻抗，因此通过在变压器28中流过电流，在向电动机20、电动机22的供给电压中产生瞬时电压下降。另外，通过在各种粗细的输电电缆23、与共用的设备电源24连接的外部装置26中流过电流，在向电动机20、电动机22的供给电压中也可能产生瞬时电压下降。该瞬时电压下降在图2B的情况下特别容易受到外部装置26的阻抗的影响。由于这些瞬时电压下降，无法在伺服电动机20等中流过所需的电流，机器人12的动作无法追随指令，在指令位置与实际位置之间产生背离。构成为当基于该偏离的位置误差超过预定的允许值时，机器人控制装置14将其判断为异常，输出警报而使机器人12停止。在此，输出警报的单元除了显示器的显示之外，还包括声音、作业者佩戴在身上的物体的振动等作业者能够识别警报的任意的单元。这样的机器人12的警报停止特别是在生产线中使用机器人12等情况下导致生产效率大幅降低等不良情况。因此，在以下的实施例中，对用于防止由瞬时电压下降引起的机器人12的警报停止的处理进行说明。
(实施例1)
图3是作为实施例1表示程序生成装置16中的处理例的流程图。此外，程序生成装置16中的处理和计算可以认为是能够离线执行的模拟，实际上不需要使机器人系统运转。这也适用于后述的实施例2～4。
首先，在步骤S11中，计算为了执行机器人程序中的某个动作语句而需要的伺服电动机20等中应该流过的驱动电流I。接着，在步骤S12中，使用变压器28的阻抗值(通常已知)等，计算由于变压器28中流过驱动电流I而产生的瞬时电压下降量ΔVt0。
在接下来的步骤S13中，判定在S12中求出的瞬时电压下降量ΔVt0是否超过预先确定的第一阈值L1。在未超过的情况下，返回步骤S11，进行对于下一个动作语句的处理。此外，虽然在流程图中未示出，但在没有成为处理对象的动作语句时，处理不返回步骤S11而结束。这也适用于后述的实施例2～5。
在步骤S13中，在瞬时电压下降量ΔVt0超过第一阈值L1的情况下，由于电压下降机器人无法追随指令，存在位置误差超过允许值从而机器人警报停止的可能性。反过来说，预先将第一阈值L1设定为在ΔVt0超过L1时推定为由电压下降引起的机器人12的位置误差超过允许值的可能性高的值。在该情况下，处理进入步骤S14，将对应的动作语句(程序行)与警告一起输出(例如向显示器等的显示或声音的通知)。
在接下来的步骤S15中，生成瞬时电压下降量ΔVt0成为L1以下的缓和动作，并进行输出(例如向显示器等的显示或声音的通知)。该缓和动作例如通过将机器人的移动速度或加速度降低到一定比例(例如80％)等而得到。另外，在即使下降到一定比例ΔVt0也未成为L1以下的情况下，也可以进一步重复相同的处理(例如80％×80％)。
通过步骤S14的输出(显示)，作业者等能够获知具有应该缓和的动作(语句)，因此通过进行动作语句的修正、机器人示教等能够修正、变更机器人程序的动作语句，使得不会发生产生警报的电压下降。另外，通过步骤S15的输出(显示)，作业者等能够获知应该如何缓和该动作，因此能够更高效地进行机器人程序的修正、变更。
此外，可以代替步骤S14以及S15或者除了步骤S14以及S15以外，程序生成装置16进行如下处理：自动地缓和、修正应该缓和的动作(语句)，并据此自动变更机器人程序(步骤S16)。在该情况下，作业者不需要自己进行机器人程序的修正和变更。
(实施例2)
图4是作为实施例2表示程序生成装置16中的处理例的流程图。实施例2与实施例1大致相同，但程序生成装置16首先在步骤S21中，能够设定变压器28的阻抗的值。此外，阻抗值的设定可以由作业者等经由适当的输入装置(键盘、触摸面板等)进行，也可以由程序生成装置16的处理器等基于过去的实际成绩等自动进行设定。
通常，小型的变压器成本低，存在阻抗变高的倾向，因此，当使用小型的变压器时，瞬时电压下降量变大。因此，例如，在实施例1中在计算中使用的变压器T0时瞬时电压下降量ΔVt0超过L1等情况下，通过选择阻抗比变压器T0低(因此大型的)的变压器T1，能够降低瞬时电压下降量ΔVt1超过L1的频率。
步骤S22～S27的处理分别可以与实施例1的步骤S11～S16相同，因此省略详细的说明。如实施例2那样，通过能够选择阻抗不同的变压器，能够有助于实际的变压器的选定。
(实施例3)
图5是作为实施例3表示程序生成装置16中的处理例的流程图。在实施例3中，在步骤S31中，能够设定输电电缆23以及外部装置26中的至少一方的阻抗，因此能够进行考虑了输电电缆23以及外部装置26中的一方或者双方的影响的模拟。此外，输电电缆以及外部装置的阻抗值的设定可以由作业者等经由适当的输入装置(键盘、触摸面板等)进行，也可以由程序生成装置16的处理器等基于过去的实际成绩等自动进行设定。
变压器28是能够较大地影响在伺服电动机20等中流过电流时产生的瞬时电压下降量的构成要素，但输电电缆23及外部装置26有时也因它们的阻抗而产生无法忽视的瞬时电压下降。因此，在实施例3中，首先在步骤S31中，设定输电电缆23以及外部装置26中的至少一方的阻抗的值。该阻抗的值例如能够从过去的实际成绩、数据来取得。
接着，在步骤S32中，计算为了执行机器人程序中的某个动作语句而需要的伺服电动机20等中应该流过的驱动电流I。接着，在步骤S33中，计算伺服电动机20等中流过驱动电流I时的由输电电缆23以及外部装置26中的一方或双方以及变压器28产生的瞬时电压下降量ΔVg。
步骤S34～S37的处理分别可以与实施例1的步骤S13～S16相同，因此省略详细的说明。如实施例3那样，通过能够设定输电电缆以及外部装置中的至少一方的阻抗，能够进行更符合现实的包含输电电缆以及外部装置中的一方或者双方在内的系统的模拟。
(实施例4)
图6是作为实施例4表示程序生成装置16中的处理例的流程图。例如在低温环境下使用机器人的情况下，伴随在机器人的各轴使用的润滑脂的粘性增加，各轴的摩擦转矩增加，因此需要更大的驱动电流。这样，即使机器人自身没有异常，也存在由于环境温度的影响而产生大的电压下降，机器人进行警报停止的情况。因此，在实施例4中，能够进行考虑了机器人的各轴的由润滑脂粘性导致的能量损失的模拟。
首先，在步骤S41中，设定机器人12的使用温度(环境温度)等温度。该设定温度优选与在机器人的各轴的关节使用的润滑脂的温度大致相等。此外，温度的设定可以由作业者等经由适当的输入装置(键盘、触摸面板等)进行，也可以由程序生成装置16的处理器等基于实测值等自动进行设定。
接着，在步骤S42中，使用在S41中设定的温度下的润滑脂粘性的值、根据该粘性值求出的摩擦系数等，计算机器人按照预定的动作语句进行动作时的各轴的能量损失。接着，在步骤S43中，考虑在S42中求出的能量损失，计算伺服电动机20等的驱动电流。接着，在步骤S44中，计算在S43中求出的驱动电流流过控制装置14等而产生的瞬时电压下降量ΔVe。
步骤S45～S48的处理分别可以与实施例1的步骤S13～S16相同，因此省略详细的说明。通常，当环境温度下降时，润滑脂的粘性增加，与此相伴，机器人的各轴的能量损失增大，因此电动机的驱动电流也增加，结果是瞬时电压下降量ΔVe有变大的倾向。根据实施例4，能够求出还考虑了润滑脂粘性的瞬时电压下降量的变化，因此能够进行还包含了机器人的使用环境温度的影响的模拟。
(实施例5)
上述的实施例1～4涉及程序生成装置16中的运算处理(模拟)，参照图7说明的实施例5涉及机器人控制装置14中的处理。实施例5相对于实施例1～4的主要不同点在于，在实施例5中实际地使驱动电流流过电动机来测定电压下降。
首先，在步骤S51中，实际向电动机供给用于使机器人12按照预定的动作语句进行动作的驱动电流。接着，在步骤S52中，使用图2A或图2B所示的电压传感器38、40、42中的至少一个，测定驱动电流流过电动机时的与控制装置14相关的(具体而言，控制装置14的入口、出口或内部的)电压V。
在接下来的步骤S53中，判定在S52中得到的测定电压V是否低于预先确定的第二阈值L2。在V为L2以上的情况下，返回步骤S51，进行针对下一个动作语句的处理(驱动电流的供给及电压测定)。此外，虽然在流程图中未示出，但在没有成为处理对象的动作语句时，处理不返回步骤S51而结束。
在步骤S53中，在测定电压V低于第二阈值L2的情况下，即在电压下降超过一定值的情况下，认为产生了机器人无法追随指令，位置误差超过允许值从而机器人进行警报停止那样的电压下降。反过来说，预先将第二阈值L2设定为在V小于L2时推定为因电压下降造成的机器人12的位置误差超过允许值的可能性高那样的值。在该情况下，处理进入步骤S54，将对应的动作语句(程序行)与警告一起输出(例如向显示器等的显示或声音的通知)。
在接下来的步骤S55中，生成测定电压V成为L2以上那样的缓和动作，并进行输出(例如向显示器等的显示或者声音的通知)。该缓和动作例如通过将机器人的移动速度或加速度降低到一定比例(例如80％)等而得到。另外，在即使下降到一定比例V也不会成为L2以上的情况下，可以进一步重复进行相同的处理(例如80％×80％)。
通过步骤S54的输出(显示)，作业者等能够获知具有应该缓和的动作(语句)，因此通过进行动作语句的修正、机器人示教等，能够修正、变更机器人程序，使得不会发生产生警报的电压下降。另外，通过步骤S55的输出(显示)，作业者等能够获知应该如何缓和该动作，因此能够更高效地进行机器人程序的修正、变更。
在实施例5中，实际地使驱动电流流过电动机来测定电压，因此能够准确地找出能够产生机器人的警报停止的条件，并且能够高效地求出避免该条件的缓和动作。即，通过利用了测定出的电压(电压下降量)和驱动电流的计算，求出包含变压器、外部装置的系统的实际的阻抗，因此通过利用了通过计算求出的阻抗和第二阈值(不产生警报的电压)的计算，能够容易地求出不产生不良的电压下降的驱动电流值(目标电流值)。
此外，也可以代替步骤S54和S55，或者除了步骤S54和S55之外，控制装置14自动地对应该缓和的动作(语句)进行缓和、修正，并据此控制机器人12(步骤S56)。在该情况下，作业者不需要自己进行机器人程序的修正和变更。
上述各实施例在将机器人系统10应用于工厂等的生产线时特别有用。通常，生产线由多台机器人构成，各生产线彼此协作来进行一系列的处理的情况较多，因此当一台机器人因警报等而紧急停止时，整个生产线停止，生产效率有可能显著降低。
本领域人员能够容易地理解上述实施例可以适当组合。例如，如果将实施例2～4全部组合，对于包含变压器、输电电缆以及外部装置的机器人系统，能够进行还考虑了环境温度(润滑脂粘性)的变化的高精度的模拟。
根据本公开，通过使用了程序生成装置的模拟，能够确定、修正可能发生过剩的电压降低的机器人动作，因此能够在启动包含机器人的生产线等之前，排除有可能发生警报的动作。另外，通过测定机器人控制装置的内部电压、输入电压值或输出电压值，能够在生产线的启动时确定、修正可能产生以下警报的动作，该警报表示由于过度的电压降低使得位置误差变得过大，因此通过在生产线的正式运转前降低速度或加速度、或变更示教位置等应对，能够降低机器人进行警报停止的可能性。在任何情况下，都关系到包含机器人的整个系统的稳定化，能够期待生产率的提高。
附图标记说明
10机器人系统
12机器人
14控制装置
16程序生成装置
20伺服电动机
22电动机
23输电电缆
24设备电源
26外部装置
28变压器
30放大器/转换器部
32放大器/逆变器部
34DC链路
38、40、42电压传感器。
Claims (6)
1.一种程序生成装置，其生成用于控制通过至少一个电动机的驱动而进行动作的机器人的动作程序，
其特征在于，
所述程序生成装置具备：
电流计算部，其计算为了按照所述动作程序使所述机器人进行动作而应该向所述电动机供给的驱动电流的值；
下降电压计算部，其基于所述电流计算部计算出的所述驱动电流的值和从向所述电动机供给电流的设备电源到所述电动机的电路的结构，计算所述电路中的瞬时下降电压量；
比较部，其将所述下降电压计算部计算出的所述瞬时下降电压量与预先确定的第一阈值进行比较；以及
输出部和修正部中的至少一个，所述输出部在所述瞬时下降电压量超过所述第一阈值的情况下，输出对象动作或缓和动作，所述修正部在所述动作程序中将所述对象动作修正为缓和动作。
2.根据权利要求1所述的程序生成装置，其特征在于，
所述程序生成装置构成为在计算所述瞬时下降电压量时，能够设定所述电路包含的变压器的阻抗的值。
3.根据权利要求1或2所述的程序生成装置，其特征在于，
所述程序生成装置构成为在计算所述瞬时下降电压量时，能够设定所述电路包含的输电电缆和外部装置中的至少一方的阻抗的值。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的程序生成装置，其特征在于，
所述程序生成装置构成为在计算所述驱动电流的值时，考虑所述机器人的使用温度下的因所述机器人的各轴使用的润滑脂的粘性造成的能量损失量。
5.一种机器人控制装置，其基于动作程序来控制通过至少一个电动机的驱动进行动作的机器人，
其特征在于，
所述机器人控制装置具备：
电压测定部，其测定向所述电动机供给了用于按照所述动作程序使所述机器人进行动作的驱动电流时的所述机器人控制装置的入口、出口或内部的电压的值；
比较部，其将所述电压测定部测定出的电压的值与预先确定的第二阈值进行比较；
输出部和修正部中的至少一个，所述输出部在所述电压的值比所述第二阈值低的情况下，输出对象动作或者缓和动作，所述修正部在所述动作程序中将所述对象动作修正为缓和动作。
6.根据权利要求5所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述修正部基于向所述电动机供给的驱动电流的值和所述电压测定部测定出的所述电压的值，求出所述电压测定部测定出的电压的值成为所述第二阈值以上的目标驱动电流的值，基于该目标驱动电流的值自动地生成所述缓和动作。
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