CN1190365A - 工业机器人的干扰防止方法 - Google Patents

Abstract

工业机器人的一种干扰防止方法包括一个读入手的当前位置的步骤(Ⅱ)、计算教授目标位置和手的当前位置之间差异的步骤(Ⅲ)、判断这一差异是否在预定范围之内还是之外的步骤(Ⅳ)、当差异在预定范围之内时设置手的运动速度为一预定通常速度的步骤(Ⅴ)、当差异在预定范围之外时设置手的运动速度为一预定低速的步骤(Ⅵ)以及以该设定速度自动移动手到目标位置的步骤(Ⅶ)。当在干扰易于出现的情况下手移动一个长距离时,其运动速度是低速;当手移动一个短距离时,其运动速度是通常速度。因此,手能够在干扰出现之前恰好容易地停止,并且能够改善整个操作效率。

Description

工业机器人的干扰防止方法

本发明涉及一种工业机器人的干扰防止方法以及用于同样目的的装卸机器人，尤其涉及这样的方法和用于该方法的机器人。该方法可以将一个由于出现故障而被迫停止其操作的机器人送回到一个预定的位置，并且在装卸操作期间通过该机器人周围布置的一个物体来防止机器人的干扰。在该装卸操作中堆叠在工件堆叠台上的工件被逐一抓起，并且工件被逐一送到一个加工机械如压制机或弯板机或打包机如捆扎机，而且逐一被堆叠在一个堆叠台之上。

通常，如图7所示，这种类型的机器人布置在一个加工机械50如弯板机之前。该机器人这样构造，使得在水平轴(第一轴J1)上旋转的第一臂53通过一个第一旋转接头52与固定在地板上的支撑结构51的上部径向连接。在水平轴(第二轴J2)上旋转的第二臂55通过一个第二旋转接头54与第一臂53的一个末端径向连接。在水平轴(第三轴J3)上旋转的第三臂57通过一个第三旋转接头56与第二臂55的一个末端在同轴方向上连接。在水平轴(第四轴J4)上旋转的手59通过一个第四旋转接头58与第三臂57的一个末端径向连接。为这些旋转接头分别提供了伺服电动机M1、M2、M3和M4，以及位置检测装置如用于检测这些旋转接头的旋转位置的编码器。通过使用位置检测装置持续检测手59的位置，这些旋转接头的旋转角度受到控制，以便手59查出多个记忆中初始教授和存储的点。手59中心位置的坐标是由X坐标(箭头X的方向)和Y坐标(箭头Y的方向)构成的笛卡尔坐标，其中，当手59由于第一到第三旋转接头旋转的共同作用以水平方向平行移动时，X坐标是手59的横向距离；当手59由于第一到第三旋转接头旋转的共同作用以垂直方向平行移动时，Y坐标是手59的横向距离。手59的姿态通过由A坐标和B坐标构成的两个极坐标来控制，其中，A坐标是手59环绕第四轴J4的旋转角度；B坐标是手59的环绕第三轴J3的旋转角度。四个轴的坐标的原点是任意的，并且机器人的一个基本姿态可以预定为这样的一个原点。为手59提供了一个诸如真空罩60的抓取部件。伺服发动机M1到M4由一个安装在控制板61内的微计算机控制。

使用这样的机器人62，在一个周期内实现一系列操作并且这些周期性操作被反复执行。这些操作包括：下降手59吸拾起一个供给台(worksupply base)63处的没有进行任何加工的工件；将该工件的一个边沿推进并插入加工机械50以弯曲工件；从加工机械50中收回该工件到一个预定的位置，然后手关于水平轴旋转；对该工件的另一边沿执行加工机械50的加工；并且在该工件的加工完成之后将工件堆叠在制品堆叠台(productstacking base)64上以及将手59返回供给台63处以拾起下一个还没有进行任何加工的工件。然而，必须提到的是，手提升量的改变相当于供给台63处剩余工件的高度，同样也相当于制品堆叠台64处剩余工件的高度。

为以最有效的方式实现上面提到的重复操作，机器人62被预先教授以便以重叠方式或同步地在上面提及的四个轴上执行操作。由于机器人62根据预先教授的顺序和时间控制实现操作，在常规过程中完成操作期间都不会出现故障。然而，当出现一个故障，如在工作过程中间工件的坠落和机器人的操作相应地停止时，机器人62返回到一个能够确定工件的固定位置，例如供给台上的一个位置或者加工机械模板上的一个位置，并且重新抓取工件。接着，被机器人抓取着的工件返回到机器人停止的位置，并且机器人根据原过程的程序再次操作。通常，在这样的情况下，手移动到的下一个目标位置被教授，并且使用一个自动操作将手移到该目标位置或者使用手工操作将手移到该目标位置以便通过逐个地手工操作轴来一点一点地移动手。

使用自动操作将手移动到所教授的目标位置，然而，如果不采用任何次序同时完成四个轴上的操作，那么工件或手可能会与机器人周围布置的物体发生猛烈碰撞，并导致该手折断或破裂。另一方面，通过逐个低速操作轴完成的手工操作会占用大量的操作时间，从而导致操作效率的降低。

因此，本发明的一个目的是提供一种干扰防止方法和能够实现该方法的机器人，该方法能在出现故障之后增强将机器人恢复到正常操作的效率。

根据本发明的工业机器人的干扰防止方法的特征在于一个自动将机器人手移动到一个教授目标位置的操作，包括如下步骤：一个读取当前手位置的步骤；计算手当前位置和教授目标位置之间差异步骤；判断这一差异是否在预定范围之内还是之外的步骤；当差异处于预定范围之内时，则将手的运动速度设置为一个预定通常速度；当差异超出预定范围时，则将手的运动速度设置为一个预定低速的步骤以及以设定速度将手自动移动到目标位置的步骤。上面提及的预定范围的确定是根据操作的类型、工件的大小或者布置在机器人周围的物体的形状来确定的。上面提及的手的移动包括除场地中手的中心点的横向移动之外的环绕水平轴或垂直轴的手的旋转。这种情况下，手的中心点没有移动，手只是角度的移动。

根据本发明的方法，当前位置是由多个坐标确定的并且计算教授目标位置与至少一个轴上的坐标之间的差异以及基于这种差异所作的判断。另外，当至少一个坐标超出预定范围时，将手的移动速度设置为一低速是可能的。

根据本发明的装卸机器人是机器人的一种类型，该类型机器人重复一个从预定位置拾起一个工件的操作以及按照教授的路径和操作次序传送工件到另一个恰当的位置。装卸机器人包括一只用来抓取工件的手、一种移动手的装置、用于检测手的当前位置的检测器、用于教授手目标位置的方法、用于移动手的装置、存储手的运动速度和一个这些速度之间差异的预定范围的方法，该速度至少在两级上变化、判断这种差异是否在预定范围之内还是之外的方法以及当获得的差异在预定的范围之内时将手的运动速度设置为一个通常速度同时当获得的差异在预定范围之外时将手的运动速度设置为低速的方法。

根据本发明的方法，不用计算干扰是否实际发生还是没有发生，而是基于教授的目标位置和当前位置之间的距离是否在预定范围之内还是之外来判断干扰概率是高还是低。换句话说，在从当前位置到教授位置间的距离短的情况下，发生这样的事情，例如当一个没有进行任何加工的工件恰好在工件从供给台上拾起之后坠落，那么干扰的概率相对低些。另一方面，在手从当前位置到目标位置必须运动或移动一段长距离的情况下，发生这样的事情，例如当一个已经加工过的工件恰好在工件堆叠到制品堆叠台上之前坠落，那么干扰的概率相对高些。当目前位置和目标位置间的距离，即被移动的距离长时，干扰的概率就高些，同时，被移动的距离较短时，干扰的概率就低些，基于从实践中得来的这一原理，本发明使用目标位置和当前位置间的差异作为一个判断干扰概率的标准。因此，本发明的一个优点是使得用于判断干扰是否出现的计算变的简单，使得能够进行高速判断，同时足够可靠地防止干扰。

进一步，当手要移动通过一短距离时，手以一通常速度移动以便确保较高的操作效率；同时当手要移动通过一长距离时，速度转换到一低速以便操作员在手导致干扰之前恰好能够强迫停止手的移动，因此可靠地防止这样一种干扰。在强迫停止手的移动之后，操作员手工操作该机器人使得手移动到一个能够防止干扰的位置。当不存在干扰的可能时，手自动移动到目标位置。在恰好出现干扰之前手被停止之后再次确定目标位置是可能的。根据本发明，在这种方式中，使用一种简单的计算能够可靠地防止干扰，概括地说，就是基于当前位置和目标位置之间距离的差异来改变操作的速度，同时巧妙地结合自动操作和手工操作。

上面提及的干扰防止方法是为这样的机器人提供的，该机器人能够跟踪防止干扰的路径，即该机器人具有多于两个的横向坐标。然而，这种方法对于这样的机器人更为有效，该机器人具有一个包括多于三个或四个横向坐标的复杂的横向坐标系统。在这种情况下，上面提及的方法应用于任何一个易于导致干扰的横向坐标或者应用于多个横向坐标，并且当当前位置和目标位置之间的差异超出一个预定范围时，所有的操作均以一低速完成。根据本发明提供这样一种机器人，该机器人用于实现上面提及的干扰防止方法。

图1是一个示意流程图。该流程图显示了根据本发明的干扰防止方法的一种实施方式。

图2是一个示意流程图。该流程图显示了图1所应用的装卸方法的主要过程的步骤。

图3是显示图2的主要过程的示意流程图。

图4是一个简图。该简图显示了本发明的干扰防止方法的另一实施方式的细节。

图5是一个简图。该简图显示了本发明的干扰防止方法的又一实施方式的细节。

图6是一个简图。该简图显示了本发明的干扰防止方法的再一实施方式的细节。

图7是一个概要示图。该示图显示了用于本发明方法的装卸机器人和其外围设备。

干扰防止方法和用于该方法的机器人将参考其实施方式以及下面相应的附图进行解释。

在这些图中，图1是一个示意流程图，该流程图显示了根据本发明的干扰防止方法的一个实施方式；图2是一个示意流程图，该流程图显示了干扰防止方法所应用的装卸方法的主要过程的步骤；图3是一个显示干扰防止方法的主要过程的示意流程图；图4、图5和图6是简图，该简图显示了本发明的干扰防止方法的其它实施方式的细节；以及图7是一个概要示图，该示图显示了用于本发明方法的装卸机器人。

本发明所应用的装卸方法的整个步骤参考图2和图3解释。在图2和图3中，数字1表示一个提供没有进行任何加工的工件的供给台，数字3表示诸如弯板机这样的加工机械，以及数字4表示一个用于堆叠加工过的制品10的制品堆叠台。在点P1处设置手6的参考位置，手6下降到点P1(箭头S1)并且吸力罩7与供给台上的工件2有力地接触使得由于吸力吸附住工件2，然后提升手6(箭头方向S2)。这一步骤构成了图3中的工件拾起步骤。

顺后，手6环绕水平轴(图7中的第三轴J3)作180度旋转并且前进到加工机械3(箭头S3)以便将工件2的一个边沿放到弯板模板8上，而冲头9下降以便在V形槽中弯曲工件的边沿。在这一弯曲加工中，机器人的手6环绕弯曲的中心进行旋转(图7中的第一轴J1)，同时依靠吸力保持对工件2的吸附。接着，手6收回(箭头方向S4)并且环绕一垂直轴旋转180度，进一步对工件2的另一边沿以进行同样方式的弯曲加工。这一操作构成了图3中的加工步骤。

接着，手6再次收回并移动以便将作为加工结果的制品10传送到制品堆叠台4之上的点P3，同时保持其姿态。这里，手6环绕垂直轴旋转90度，并且下降以便将制品10放到制品堆叠台4上并且上升返回到参考位置(P2)。这些操作分别构成工件取出步骤和返回原点步骤。

主要过程由这些步骤构成以及在实际操作中，进行程序设计以便上面提及的循环步骤能够重复特定的次数。然而，由于在从供给台1上拾起没有进行任何加工的工件的时刻以及将制品放到制品堆叠台4上的时刻手6的下降和上升高度必须改变以对应于供给台上工件的高度和制品堆叠台上制品的高度，高度的改变将对应于重复操作的次数。

只要上面提及的主要过程能够正常执行就不会引发任何问题。然而，当诸如没有加工过的工件2或制品10的坠落这样的故障在操作的中间出现(在图3右侧的T)，上面提及的循环就会暂时停止。接着通过手工操作将该操作再次启动并且如果手工操作通过使用一个本发明的干扰防止方法的子过程Rs实现，那么机器人在防止干扰出现的同时通过自动操作和手工操作的结合能有效地返回到一个常规过程操作。(例子1)

为了简便起见，考虑这样的情况，该情况中还没有进行任何加工的工件2逐一从供给台1运动或移动到制品堆叠台4。在这种情况下，当在从点P2到点P3的横向运动中间出现一个吸力故障并且手6停止在点3的邻近位置时，手6返回到能够判断工件2的绝对位置的点P1以便判断手6和工件2的相对位置。新的工件2或者坠落的工件2在点P1再次被手6吸附。随后，抓着工件2的手6移动到点P3，在监测手6和工件2没有干扰的同时操作在这里停止，并且从此位置继续主过程。将点P3作为一个目标位置并且从点P1到点P3自动移动手6和工件2是可能的。然而，在这样的情况下，手6在完成上升运动(在Y轴方向)和横向运动(在X轴方向)的同时直接移动到点P3使得手6由于标尺11或磁性浮标而易于导致干扰。

根据本发明，如果首先在图1中所示予过程的步骤I处检查干扰概率，那么代表当前位置的点P3的坐标在步骤II中读入。当前位置和手6移动到的目标位置之间的差异在步骤III中计算。在步骤IV中判断差异是否在预定范围之内还是之外。如果差异在预定范围之内，在步骤V中就将手6的运动速度设置为一个通常速度；但如果差异在预定范围之外，步骤VI中就将手6的运动速度设置为一低速。例如，点P1的坐标(X，Y)是(500，400)，并且预定范围是X＝±100和Y＝±100，并且目标位置P3的坐标(X，Y)是(1500，1400)，当前位置(500，400)在步骤II中读入，而当前位置的坐标和目标位置坐标(1500，1400)之间的差异Xd、Yd在步骤III处计算。在这种情况下，Xd＝1000并且Yd＝1000，判断出两个坐标均超出了允许的范围±100。因此，手6的速度在步骤VI中被设置为低速并且手6以该速度从点P1移动到点P3。

在这种方式中，甚至当工件2易于与标尺11碰撞时，操作员能够在工件与标尺11发生碰撞之前容易地停止操作，从而防止了干扰。在停止手6的操作之后，该操作员通过手工操作在Y轴方向上提起手6直到工件2上升到超出标尺11的点PC，并且顺后在Y轴方向上提起手6的同时通过手工操作在横向方向上移动手6。接着，手6依照图1中所示的过程再次从点P3的邻近一点自动移动。由于该位置与目标位置之间的差异在允许的范围内(±100)，手6以通常速度移动到目标位置。因此，手6到目标位置的位置调整所采用的麻烦的手工操作就可以避免。当为了防止干扰设置点P3为目标位置时，从点PC处执行子过程是可能的。在到达点P3(目标位置)之后，依靠的主过程的程序，操作再次启动。如图1所示，当干扰检查没有完成时，操作直接前进到步骤V以使得手6以通常速度移动。

当在紧靠点P1之上的一个点Pn处出现一个吸力故障时，手6返回到点P1并且手6在点P1以先前提到的方式再次吸起工件2。如果点Pn的坐标被教授作为目标位置并且基于图1所示的子过程执行该操作时，当前位置和目标位置之间的差异在步骤IV的判断中处于允许的范围之内，并且手6的移动速度被设置为通常速度(步骤V)以及手6以通常速度移动到点Pn。因此，操作可以有效地返回到原先的过程。在点P3或点Pn处停止操作之后，可以通过执行图1所示的子过程将手6返回到点P1，同时设置点P1为目标位置。在这种情况下，与目标位置和当前位置之间距离相对应，手6即可以以通常速度也可以以低速移动以便操作员能够在手6与标尺11发生干扰之前恰好停止手6的运动。(例子2)

图4显示了这样一种情况，其中通过吸力吸附工件2的手6从供给台1处上升并且在从点Q3到点Q4的移动中间手6在第三轴J3上旋转180度，而且在点Q3和点Q4之间手6的旋转期间工件2由于吸力故障坠落。在这种情况下，手6通过手工操作返回到点Q1。接着，在设置点Q4作为目标位置之后，作为第一步基于图1所示的子过程再次启动操作，同时依靠吸力吸附工件2。第三轴J3的旋转角度B的一个允许角度被设置为±5度，由于当前位置是0度而目标位置是180度，目标位置和当前位置的差异是180-0＝180度＞10度，所以在步骤IV中判断出该差异超出预定范围。因此，手6的运动速度在步骤V被设置为低速并且手6以该速度移动到点Q4。在这种情况下，甚至当手6在Y轴方向上的横移或移动量在允许的范围之内时，在旋转角度B的允许值的范围内手6仍以低速移动。(例子3)

图5a和图5b显示了这样一种情况，其中工件2从供给台1拾起并且在那里稍微上升之后就进行180度旋转，而且在旋转期间因为故障使得操作在旋转中间停止，并且操作再次返回到一个常规操作。在图5a中，由于旋转角度B被设置为45度，如果手6的旋转继续，工件2就会与安装在供给台1上的工件2发生干扰。因此，手6必须以一低速旋转。另一方面，在图5b中，由于旋转角度B超出了90度并靠近135度，手6能够以通常速度旋转。亦即，将目标角度设置为180度，允许的角度设置为90度。在这种情况下，在图5a中，由于目标角度和当前角度之间的差异是180度-45度＝135度＞90度，手6的旋转速度被设置为一低速；同时，在图5b中，由于目标角度和当前角度之间的差异是180度-135度＝45度＜90度，手6的旋转速度被设置为通常速度。虽然，在情况2和情况3中，手6旋转角度B，允许的旋转值的变化依赖于环绕该机器人的状况和目标位置的改变。(例子4)

图6显示了这样一种情况，其中工件2的一个边沿插入到弯板机3的弯曲模板8中，手6收回并在垂直轴J4上旋转，手6前进以便将工件2的另一边沿插入弯曲模板8中。在这些步骤中，当从点R3到点R4的旋转中间工件2坠落时，工件2再次放置并定位到弯曲模板8，并且返回到点R1的手6抓住工件2而且基于图1所示的子过程手6移动到位置R3。在这种情况下，旋转角度A的允许角度Ad被设置为±45度。由于当前位置(A＝0度)由编码器读入并且目标位置(A＝180度)与当前位置的差异是180度＞45度，手6以一低速旋转。因此，甚至当手6收回和旋转同时完成并且工件2与模板的干扰概率上升时，操作员均能够恰好在干扰出现之前停止手6的运动。当手6没有设置为低速操作，手6的操作继续保持通常速度。

上面提及的干扰防止方法能够使用图7中所示的机器人62同时将图1中所示的子过程合并到常规操作程序中来实现。作为读取手6当前位置的设备，可以利用已经合并到原机器人中用于读取旋转角度的编码器，同时利用常规教授方法作为用于教授目标位置的方法。虽然上面提及的本发明的实施方式通过具有4个旋转接头(J1到J4)上的自由度和4个移动坐标(X，Y，A，B)的机器人来说明，但是具有2个到3个自由度或者等于或者多于5个自由度的机器人也能够用于本发明的干扰防止方法。

虽然主要从这样的情况来解释实施方式，该情况中由于出现故障而导致停止之后操作返回到主过程，但是本发明的方法并不限于这些情况并且该方法能够应用于其它的情况，例如，这样的情况其中该方法应用于基于基本过程的一个操作路径的教授，以便手有效地移动到指定的目标位置。工业适用范围

在工件于操作中间坠落的情况下，本发明的干扰防止方法能够在防止干扰的同时容易地将操作返回原过程，使得操作的效率得到增强。本发明的机器人实现该方法。

Claims (4)

1.工业机器人的干扰防止方法，其中机器人的手自动移动到一个教授的目标位置，包括读取手的实际位置的步骤、计算教授目标位置和手的当前位置之间的差异的步骤、判断差异是否在预定范围之内或之外的步骤、当差异在预定范围之内时设置手的运动速度为预定通常速度的步骤、当差异在预定范围之外时设置手的运动速度为一预定低速的步骤以及以设定速度将手自动移动到目标位置的步骤。

2.根据权利要求1的工业机器人干扰防止方法，其中通过多个坐标确定当前位置并且计算教授目标位置和至少一个轴上坐标之间的差异以及基于这一差异作出判断。

3.根据权利要求1的工业机器人的干扰防止方法，其中当至少一个构成教授位置和当前位置的坐标在预定范围之外时，手的运动速度被设置为一低速。

4.一种用于根据一个教授路径和一个操作序列重复从预定位置拾起一个工件并且传送该工件恰好到另一位置的操作的装卸机器人，包括一只抓取工件的手、用于移动手的装置、用于检测手当前位置的检测器、教授手目标位置的方置、移动手的装置，存储至少在两级上变化的手的运动速度和这些速度之间差异的预定范围的方置、计算教授目标位置和手当前位置之间差异的方置、判断差异是否在预定范围之内或之外的方置以及这样的方置该方置用于当获得的差异在预定范围之内时将手的运动速度设置为通常速度同时当获得的差异在预定范围之外时将手的运动速度设置为一低速速度。

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