CN118076466A - 机器人控制装置及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供在供给工件时能够自动地校正位置及姿势的误差的机器人控制装置及机器人系统。控制机器人的机器人控制装置具有：误差修正部，其在所述机器人对机床供给或取出工件时，基于检测作用于所述工件的外力及力矩的力检测器的检测值来进行力控制，修正所述工件与固定所述工件的固定机构的位置及姿势的误差。

Description

机器人控制装置及机器人系统

技术领域

本发明关于机器人控制装置及机器人系统。

发明背景

以往为了将工件供给至机床等工业机械而使用机器人。该情况下，机器人把持工件，将所把持的工件供给至机床的主轴的固定机构。固定工件的固定机构使用例如具有2～4根左右的爪的夹具、或通过空气吸附工件的机构等(参照例如专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-59069号公报

发明内容

发明要解决的课题

为了在机床得到充分的加工精度，工件的中心位置与各爪所形成的中心位置必须一致，且工件的方向必须相对于爪的方向呈平行地供给。为了通过机器人来实现此类动作，需要将工件的中心位置及姿势与固定机构对准的示教作业。为了正确地示教，即使是熟练者也需要许多时间及劳力，对不熟悉机器人的作业者是非常困难的作业。

因此，寻求可以在供给工件时自动地校正位置及姿势的误差的机器人控制装置及机器人系统。

用于解决课题的手段

本公开的一方式的机器人控制装置是控制机器人的机器人控制装置，具有：误差修正部，其在所述机器人对机床供给或取出工件时，基于检测作用于所述工件的外力及力矩的力检测器的检测值来进行力控制，修正所述工件与固定所述工件的固定机构的位置及姿势的误差。

本公开的一方式的机器人系统具备：机器人，其用于对机床供给或取出工件；把持机构，其被设置在所述机器人来把持所述工件；固定机构，其被设置在所述机床来固定所述工件；力检测器，其检测作用于所述工件的外力及力矩；机器人控制装置，其控制所述机器人，所述机器人控制装置具有：误差修正部，其在所述机器人对所述机床供给或取出所述工件时，基于所述力检测器的检测值来进行力控制，修正所述工件与所述固定机构的位置及姿势的误差。

发明效果

根据本发明，可以在供给工件时自动地校正位置及姿势的误差。

附图说明

图1是表示本实施方式的机器人系统的结构的框图。

图2A是表示将本实施方式的工件固定于固定机构时的动作的图。

图2B是表示将本实施方式的工件固定于固定机构时的动作的图。

图3A是表示修正工件的姿势误差的动作的图。

图3B是表示修正工件的姿势误差的动作的图。

图3C是表示修正工件的姿势误差的动作的图。

图4A是表示修正工件的位置误差的动作的图。

图4B是表示修正工件的位置误差的动作的图。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式的一例。图1是表示本实施方式的机器人系统1的结构的框图。在本实施方式的机器人系统1中，机器人2将工件6供给至机床4，机床4对所供给的工件6进行加工。之后，机器人2将加工完毕的工件6从机床4取出。如图1所示，机器人系统1具备机器人2、机器人控制装置3、机床4及数值控制装置5。

机器人2例如是多关节机器人，在机器人控制装置3的控制下进行动作。机器人2将工件6供给至机床4，并将加工完毕的工件6从机床4取出。机器人2具备臂21、把持机构22及力检测器23。

臂21例如是多关节臂，将工件6通过把持机构22把持的状态下，供给至机床4或从机床4取出。在臂21的前端部，安装有把持机构22及力检测器23。

把持机构22被安装在臂21的前端部来把持工件6。

力检测器23例如被设置在把持机构22附近，检测作用于工件6的外力及力矩。力检测器23例如也可以是6轴力觉传感器，该6轴力觉传感器检测作用于工件6的外力及力矩中的至少一方。另外，力检测器23既可以是机器人2的各轴所具备的扭矩传感器，也可以根据机器人2的各轴所具备的马达的电流值推定扭矩。

机器人控制装置3及数值控制装置5是分别由CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等运算处理装置、储存了各种程序的HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)或SSD(Solid State Drive，固态硬盘)等辅助存储装置、用于储存运算处理装置执行程序时暂时所需的数据的RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等主存储装置、供操作员进行各种操作的键盘等操作装置、以及向操作员显示各种信息的显示器等的显示装置等硬件构成的计算机。

另外，机器人控制装置3具有误差修正部31作为运算处理装置的功能部。在机器人2对机床4供给或取出工件6时，误差修正部31基于力检测器23的检测值来进行力控制，修正工件6与固定机构41的位置及姿势的误差。

机床4对从机器人2供给的工件6进行加工。另外，机床4根据从数值控制装置5发送的各种指令信号，来执行工件6的加工动作、把持工件6的固定机构41的开闭动作、主轴的旋转轴42的旋转动作等。机床4例如是车床、钻床、铣床、磨床、激光加工机及注射成型机等，但不限定于此。另外，机器人系统1也可以使用能够将工件固定的其他工业机器，来取代机床4。

图2A及图2B是表示将本实施方式的工件6固定于固定机构41时的动作的图。如图2A及图2B所示，在本实施方式中，机床4使用夹具作为固定机构41来把持圆柱形状的工件6。夹具的爪41A、41B及41C朝向主轴的旋转轴42的半径方向进行开闭动作，来把持及放开工件6。

此外，在本实施方式中，机床4使用具有3个爪41A、41B及41C的夹具作为固定机构41，但是例如也可以是具有小于3个或4个以上的爪的夹具，或者也可以是相对于主轴的旋转轴42吸附工件6的吸附机构。

另外，机器人2在将工件6供给至固定机构41时，沿着将工件6供给至固定机构41的方向L进行动作。并且，通过机器人2将圆柱形状的工件6供给至爪41A、41B及41C的中心位置附近，在通过机床4闭合爪41A、41B及41C时，工件6被固定于主轴的旋转轴42的中心位置。

若能够对主轴的旋转轴42以正确的位置及姿势来供给工件6，则在闭合了爪41A、41B及41C时，如图2A所示，主轴的旋转轴42与工件6的中心轴一致。该情况下，机床4能够得到良好的加工精度。

然而，在供给工件6时，工件6相对于主轴的旋转轴42的位置及姿势的误差较大时，在闭合了爪41A、41B及41C时，如图2B所示，有时会在主轴的旋转轴42与工件6的中心轴偏离的状态下被固定。该情况下，机床4无法得到良好的加工精度。

因此，本实施方式的机器人系统1如以下说明的那样修正工件6与固定机构41的位置及姿势的误差。

图3A、图3B及图3C是表示修正工件6的姿势误差的动作的图。如图3A所示，机器人控制装置3控制机器人2，将工件6定位于主轴的旋转轴42。在此，在图3A所示的例子中，工件6相对于主轴的旋转轴42产生姿势的误差。之后，机器人控制装置3的误差修正部31执行力控制。

具体而言，在执行力控制时，误差修正部31控制机器人2将工件6推压到爪41A、41B及41C中的任一个。即，在执行力控制时，误差修正部31相对于与将工件6供给至固定机构41的方向大致正交的方向，通过机器人2来将工件6推压到固定机构41。

图3B是表示修正将工件6推压到爪41B时的工件6的姿势的动作的图。如图3B所示，当机器人2将工件6推压到爪41B时，围绕工件6与爪41B的接触面的中央(旋转中心C)产生力矩M1。在此，在将针对将工件6推压到爪41B的力的反作用力设为力F，并将从工件6的旋转中心C到力F所作用的位置的距离设为距离r2时，力矩M1表现为：

M1＝r2×F。

当力检测器23检测出力矩M1时，误差修正部31执行力控制，使得将工件6推压到固定机构41的力矩成为0。即，当力检测器23检测出力矩M1时，误差修正部31通过机器人2使工件6以旋转中心C为中心旋转，修正工件6的姿势。由此，如图3C所示，工件6向力矩M1变小的方向旋转，工件6的姿势的误差被修正。

图4A及图4B是表示修正工件6的位置误差的动作的图。如图4A所示，机器人控制装置3控制机器人2，将工件6定位于主轴的旋转轴42。在此，在图4A所示的例子中，工件6相对于主轴的旋转轴42产生位置的误差。之后，误差修正部31执行力控制。

具体而言，在执行力控制时，误差修正部31向数值控制装置5发送控制信号，使机床4执行闭合固定机构41的爪41A、41B及41C的动作。即，数值控制装置5与机器人2及机器人控制装置3的力控制联动而使固定机构41进行动作。

当爪41A、41B及41C闭合时，如图4B所示，工件6因爪41A、41B及41C而在与将工件6供给至固定机构41的方向大致正交的方向上承受力F1。然后，当力检测器23检测出力F1时，误差修正部31通过力控制的作用，使工件6向力F1变小的方向移动，修正工件6的位置。

这样，在力控制中，当爪41A、41B及41C闭合时，在工件6产生有位置的误差的情况下，工件6因力控制的作用而向消除位置的误差的方向移动。此外，上述力控制虽然采用例如阻抗控制、阻尼控制等，但不限定于此。

另外，机床4也可以将固定机构41的动作重复预先设定的次数。例如，固定机构41为夹具时，机床4在执行力控制时，将夹具的开闭重复预定次数。由此，每当夹具开闭时，修正工件6的位置及姿势的误差。另外，固定机构41为吸附机构时，机床4在执行力控制时，将吸附机构的空气的吸气/放气重复预定次数。由此，每当空气的吸气/放气时，修正工件6的位置及姿势的误差。

另外，机器人2或机床4具备检测工件的移动量的移动量检测器，误差修正部31在固定机构41动作时重复力控制，直到工件6的移动量成为预定的距离或预定的角度以下为止。

并且，在固定机构41动作的期间产生过大的力和/或力矩时，机床4也可以通过固定机构41放开工件6后，再次使固定机构41进行动作，通过固定机构41来固定工件6。即，在固定机构41进行动作时，当力检测器23的检测值为表示过大的力和/或力矩的预定值以上时，机床4将固定机构41的动作中断，通过固定机构41放开工件6后，再次使固定机构41进行动作，通过固定机构41来固定工件6即可。

另外，力检测器23也可以是检测作用于工件6的外力及力矩当中的至少一方的6轴力觉传感器或3轴力觉传感器。6轴力觉传感器可以检测X、Y及Z方向的力，以及绕着X轴、Y轴及Z轴的力矩。3轴力觉传感器例如可以检测X、Y及Z方向的力，或者也可以检测Z方向的力以及绕着X轴及Y轴的力矩。

另外，力检测器23包含机器人2的各轴所具备的扭矩传感器，机器人控制装置3基于由扭矩传感器检测出的值，来计算作用于工件6的外力及力矩当中的至少一方即可。

另外，力检测器23包含机器人2的各轴所具备的马达，机器人控制装置3基于从马达输出的电流值，来推定作用于工件6的外力及力矩当中的至少一方。

另外，在上述实施方式中，机器人系统1在将工件6推压到固定机构41之后进行闭合固定机构41的动作，但也可以在闭合固定机构41之后进行推压工件6的动作。

如上所述，根据本实施方式，机器人系统1具备：机器人2，其用于对机床4供给或取出工件6；把持机构22，其被设置在机器人2来把持工件6；固定机构41，其被设置在机床4来固定工件6；力检测器23，其检测作用于工件6的外力及力矩；机器人控制装置3，其控制机器人2，机器人控制装置3具有：误差修正部31，其在机器人2对机床4供给或取出工件时，基于力检测器23的检测值来进行力控制，修正工件6与固定机构41的位置及姿势的误差。

由此，机器人系统1在对机床4供给或取出工件6时，即使产生工件6的位置及姿势的误差，仍可以通过力控制的作用，自动地校正工件6的位置及姿势的误差。因此，机器人系统1的用户即使在不熟悉机器人系统1的设定的情况下，也能够简单地进行工件6的位置及姿势(定心)的示教。

另外，力控制包含相对于与将工件6供给至固定机构41的方向正交的方向，通过机器人2将工件6推压到固定机构41。由此，机器人系统1可以通过力控制的作用，使工件6向力矩M1变小的方向旋转，修正工件6的姿势。

另外，固定机构41是设置于机床4的主轴的夹具或吸附机构。由此，机器人系统1可以适当地固定工件6来进行工件6的加工。

另外，机床4也可以将固定机构41的动作重复预先设定的次数。另外，误差修正部31也可以在固定机构41进行动作时重复力控制，直到工件6的移动量成为预定的距离或预定的角度以下为止。由此，机器人系统1可以适当地校正工件6的位置及姿势的误差。

另外，在固定机构41动作时，当力检测器23的检测值为表示过大的力和/或力矩的预定值以上时，机床4也可以将固定机构41的动作中断，通过固定机构41放开工件6后，再次使固定机构41进行动作，通过固定机构41来固定工件6。由此，机器人系统1可以将工件6修正为适当的位置及姿势。

另外，力检测器23也可以是6轴力觉传感器，该6轴力觉传感器检测作用于工件6的外力及力矩当中的至少一方。另外，力检测器23也可以包含机器人2的各轴所具备的扭矩传感器，机器人控制装置3基于由扭矩传感器检测出的值，来计算作用于工件6的外力及力矩当中的至少一方。另外，力检测器23也可以包含机器人2的各轴所具备的马达，机器人控制装置3基于从马达输出的电流值，来推定作用于工件6的外力及力矩当中的至少一方。由此，机器人系统1可以适当地检测作用于工件6的外力及力矩。

另外，机床4与力控制联动而使固定机构41进行动作。由此，机器人系统1可以使用固定机构41的动作来执行力控制，自动地校正工件6的位置及姿势的误差。

另外，固定机构41具有夹具，该夹具被设置于机床4的主轴且具有多个爪41A、41B及41C，在力控制中，误差修正部31相对于与将工件6供给至夹具的方向正交的方向，通过机器人2来将工件推压到多个爪41A、41B及41C中的一个，使工件6向在工件6中产生的力矩M1变小的方向旋转，修正工件6的姿势的误差，通过机床4进行将多个爪41A、41B及41C闭合的动作，使工件6向在工件6中产生的力F1变小的方向移动，修正工件6的位置。由此，机器人系统1可以在校正工件6的姿势的误差后，校正工件6的位置的误差。

以上，虽说明了本发明的实施方式，但是上述机器人系统1可以通过硬件、软件或它们的组合来实现。另外，由上述机器人系统1进行的控制方法也可以通过硬件、软件或它们的组合来实现。在此，通过软件来实现是指，通过计算机读入并执行程序来实现。

程序可以使用各种类型的非暂时性计算机可读介质(non-transitory computerreadable medium)来储存并供给至计算机。非暂时性的计算机可读介质包含各种类型的有实体的记录介质(tangible storage medium)。非暂时性的计算机可读介质的例子包含磁记录介质(例如，硬盘驱动器)、光磁记录介质(例如，磁光盘)、CD-ROM(Read Only Memory，只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如，掩膜ROM、PROM(Programmable ROM，可编程ROM)、EPROM(Erasable PROM，可擦除PROM))、闪存、RAM(random access memory，随机存取存储器))。

另外，上述各实施方式虽为本发明的优选的实施方式，但本发明的范围并不限定于上述各实施方式，可以在不脱离本发明的要旨的范围内，以实施各种变更的方式来实施。

附图标记说明

1机器人系统

2机器人

3机器人控制装置

4机床

5数值控制装置

21臂

22把持机构

23力检测器

31误差修正部

41固定机构

42主轴的旋转轴。

Claims (13)

1.一种控制机器人的机器人控制装置，其特征在于，

所述机器人控制装置具有：误差修正部，其在所述机器人对机床供给或取出工件时，基于检测作用于所述工件的外力及力矩的力检测器的检测值来进行力控制，修正所述工件与固定所述工件的固定机构的位置及姿势的误差。

2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述力控制包含相对于与将所述工件供给至所述固定机构的方向正交的方向，通过所述机器人将所述工件推压到所述固定机构。

3.一种机器人系统，其特征在于，具备：

机器人，其用于对机床供给或取出工件；

把持机构，其被设置在所述机器人来把持所述工件；

固定机构，其被设置在所述机床来固定所述工件；

力检测器，其检测作用于所述工件的外力及力矩；

机器人控制装置，其控制所述机器人，

所述机器人控制装置具有：误差修正部，其在所述机器人对所述机床供给或取出所述工件时，基于所述力检测器的检测值来进行力控制，修正所述工件与所述固定机构的位置及姿势的误差。

4.根据权利要求3所述的机器人系统，其特征在于，

所述力控制包含相对于与将所述工件供给至所述固定机构的方向正交的方向，通过所述机器人将所述工件推压到所述固定机构。

5.根据权利要求3或4所述的机器人系统，其特征在于，

所述固定机构包含被设置在所述机床的主轴的夹具或吸附机构。

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述机床将所述固定机构的动作重复进行预先设定的次数。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

在所述固定机构动作时，所述误差修正部重复所述力控制，直到所述工件的移动量成为预定的距离或预定的角度以下为止。

8.根据权利要求3至7中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

在所述固定机构进行动作时，在所述力检测器的检测值为预定值以上的情况下，所述机床中断所述固定机构的动作。

9.根据权利要求3至8中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述力检测器包含：力觉传感器，其检测作用于所述工件的外力及力矩中的至少一方。

10.根据权利要求3至8中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述力检测器包含所述机器人的各轴所具备的扭矩传感器，所述机器人控制装置基于由所述扭矩传感器检测出的值来计算作用于所述工件的外力及力矩中的至少一方。

11.根据权利要求3至8中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述力检测器包含所述机器人的各轴所具备的马达，所述机器人控制装置基于从所述马达输出的电流值来推定作用于所述工件的外力及力矩中的至少一方。

12.根据权利要求3至11中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述机床与所述力控制联动而使所述固定机构进行动作。

13.根据权利要求3至12中的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述固定机构具有：夹具，其被设置在所述机床的主轴且具有多个爪，

在所述力控制中，所述误差修正部进行如下动作：

相对于与将所述工件供给至所述夹具的方向正交的方向，通过所述机器人将所述工件推压到所述多个爪中的一个；

使所述工件向所述工件中产生的力矩变小的方向旋转，修正所述工件的姿势的误差；

通过所述机床进行将所述夹具的多个爪闭合的动作；

使所述工件向所述工件中产生的力变小的方向移动，修正所述工件的位置。