CN1903523B - 机器人程序评价、修正方法及机器人程序评价、修正装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人程序评价、修正装置，其用于修正机器人的动作程序以使机器人执行希望的动作，具有用于确认机器人的动作的模拟功能的计算机，该计算机包含：对于每次模拟计算驱动机器人的动作部分的电动机的负荷的负荷计算单元；按时间序列将对于电动机的指令速度以及指令加速度和电动机负荷关联起来进行存储的存储单元；通过评价函数评价电动机负荷是否超过允许值的判定单元；重复执行模拟、为在电动机负荷的允许范围内使电动机的周期时间成为最小而对于每次模拟在指令速度以及指令加速度上加减规定的修正幅度来修正指令速度以及指令加速度的修正单元。

Description

机器人程序评价、修正方法及机器人程序评价、修正装置

技术领域

本发明涉及用于修正机器人的动作程序使机器人执行希望的动作的机器人程序评价、修正方法以及机器人程序评价、修正装置。

背景技术

一般，离线制作的机器人的动作程序几乎不能原样不变地在现场使用，要修正后方能使用。这点是因为离线环境和在线(现场)环境中，工件和机器人的相对位置关系或者机器人的姿势等有微小的不同而产生偏离的缘故。在动作程序的修正作业中，除修正动作路径的偏离的作业外，有时也包含修正对于伺服电动机的速度指令或者加速度指令的作业。

在修正动作程序的速度指令或者加速度指令的场合，在确认伺服电动机的负荷的同时，在现场使用示教操作盘，一边确认负荷率(duty)(对于电流值的极限值的比例的一个作业周期的平均值)，一边进行速度指令或者加速度指令的修正。

动作路径的偏离，是在机器人的目标动作路径和实际的动作路径之间产生的偏离，在修正这一偏离的场合，对于用机器人修正工件的目标位置而实际得到的示教点，一点一点地向靠近在画面上定义的示教点的方向移动，而形成目标的动作路径。或者，作为其他方法的一例，从右把用目标位置的示教点和实际接触的示教点的差得到的单位差分矩阵乘在目标位置上，由此移动示教点，来进行示教点的修正。

作为公知的机器人程序评价、修正装置的一例，已知的有在特开2005-66797号公报(JP-A-2005-66797)或者特开2005-22062号公报(JP-A-2005-22062)中公开的装置。另外，作为驱动该种装置的软件，市场上销售本申请人提供的软件“ロボガイド”(注册商标)。

但是，一边在现场确认负荷率一边修正对于伺服电动机的程序速度指令或者加速度指令的作业，大多为凑试，故此存在需要花费非常多工时的问题。

另外，在现场修正动作路径的偏离的作业，为使不产生干扰而成为慎重的作业，必须对每一示教点修正而且移动在动作路径上确定的偏离大的示教点来一点一点地进行修正，所以存在在机器人生产系统的构建上花费非常多时间的问题。

发明内容

本发明的目的是提供能够在短时间内容易地进行离线制作的机器人的动作程序的评价以及修正的机器人程序评价、修正方法以及机器人程序评价、修正装置。

为实现上述目的，本发明提供机器人程序评价、修正方法，其用于修正机器人的动作程序以使该机器人执行希望的动作，具有：通过计算机模拟，对于每次模拟计算驱动所述机器人的动作部分的电动机的负荷的步骤；按时间序列对于所述电动机的指令速度及指令加速度和所述电动机负荷关联起来进行存储的步骤；和通过评价函数评价所述电动机负荷是否超过允许值的步骤。

根据本发明，能够离线(设备上)评价伺服电动机的负荷，能够根据该评价判定动作程序的好坏。因此，和在现场中评价电动机负荷的场合相比，能够以短的时间进行动作程序的修正作业，能够缩短现场中的机器人的调整时间。

进而，本发明具有重复执行所述计算机模拟、对于所述每次计算机模拟修正所述指令速度以及所述指令加速度、以使在所述电动机负荷的允许范围内所述机器人的周期时间成为最小的步骤。

根据本发明，具有对于每次模拟计算电动机的负荷的第一步骤、以时间序列排列将程序指令速度、指令加速度、电动机负荷对应起来进行存储的第二步骤、继评价电动机负荷的第三步骤之后、在电动机负荷的允许范围内修正程序指令速度以及指令加速度的第四步骤，这样能够关联进行动作程序的评价和修正作业，由此，能够更加缩短现场中的机器人的调整时间。

本发明提供机器人程序评价、修正方法，其用于修正机器人的动作程序以使该机器人执行希望的动作，具有：存储所述机器人的目标动作路径上的任意的目标示教点、和与该目标示教点对应的基于计算机模拟的模拟动作路径上的模拟示教点的偏离量的步骤；和通过评价函数评价所述偏离量是否超过允许值，在所述偏离量大于允许值的场合，以规定的变更幅度挪动所述示教点以使该偏离量变小，在所述偏离量变得小于允许值以前重复执行所述计算机模拟来修正所述示教点的步骤。

根据该发明，因为能够通过第一步骤存储目标示教点和模拟示教点的偏离量、通过第二步骤在偏离量变到小于允许值以前重复执行计算机模拟修正示教点，所以与在现场使目标动作路径和模拟动作路径一致那样修正多个示教点的场合相比，能够在短时间内进行动作程序的示教点的修正作业。由此，能够大幅度缩短现场中的机器人的调整时间。

另外，本发明提供机器人程序评价、修正装置，它使用具有用于确认机器人的动作的模拟功能的计算机、修正该机器人的动作程序以使所述机器人执行希望的动作，具有：通过所述模拟对于每次模拟计算驱动所述机器人的动作部分的电动机的负荷的负荷计算单元；按时间序列将对于所述电动机的指令速度以及指令加速度和所述电动机负荷关联起来并进行存储的存储单元；通过评价函数评价所述电动机负荷是否超过允许值的判定单元。

根据本发明，能够离线(设备上)评价伺服电动机的负荷，能够根据该评价判定动作程序的好坏。因此，和在现场评价电动机负荷的场合相比，能够以短的时间进行动作程序的修正作业，能够缩短现场中的机器人的调整时间。

还提供具有修正单元的机器人程序评价、修正装置，该修正单元，重复执行所述模拟，为使在所述电动机负荷的允许范围内该电动机的周期时间成为最小，对于所述每次模拟在所述指令速度以及所述指令加速度上加减规定的修正幅度，由此来修正所述指令速度以及所述指令加速度。

根据本发明，因为通过负荷计算单元对于每次模拟计算电动机的负荷，通过存储单元以时间序列关联存储指令速度、指令加速度、电动机负荷，通过判定单元评价电动机的负荷，通过修正单元在电动机负荷的允许范围内修正程序指令速度以及指令加速度，所以和在现场使周期时间成为最小那样修正动作程序的场合相比，能够以短的时间进行动作程序的修正作业，由此能够大幅度缩短现场中的机器人的调整时间。

另外，本发明提供机器人程序评价、修正装置，它使用具有用于确认机器人的动作的模拟功能的计算机来修正该机器人的动作程序，以使所述机器人执行希望的动作，具有：存储所述机器人的目标动作路径上的任意的目标示教点、和与该目标示教点对应的基于计算机模拟的模拟动作路径上的模拟示教点的偏离量的存储单元；通过评价函数评价所述偏离量是否超过允许值，在所述偏离量大于允许值的场合，以规定的变更幅度挪动所述示教点以使该偏离量变小，在所述偏离量变得小于允许值以前重复执行所述计算机模拟来修正所述示教点的修正单元。

根据该发明，因为通过存储单元存储目标示教点和模拟示教点的偏离量、通过修正单元在偏离量变到小于允许值以前重复执行计算机模拟修正示教点，所以与在现场为使目标动作路径和模拟动作路径一致修正多个示教点的场合相比，能够在短时间内进行动作程序的示教点的修正作业。由此，能够大幅度缩短现场中的机器人的调整时间。

附图说明

本发明的上述以及其他的目的、特征以及优点，通过对于下面与附图关联的优选的实施形态的说明会更加明了。附图中，

图1是包含本发明的机器人程序评价、修正装置的机器人程序评价、修正装置系统的系统结构图；

图2是表示机器人程序评价、修正装置的第一实施形态的结构图；

图3是表示由图2所示的机器人程序评价、修正装置执行的修正方法的流程的流程图；

图4是表示机器人程序评价、修正装置的第二实施形态的结构图；

图5是表示由图4所示的机器人程序评价、修正装置执行的修正方法的流程的流程图；

图6是表示机器人程序评价、修正装置的第三实施形态的结构图；以及

图7是表示由图6所示的机器人程序评价、修正装置执行的修正方法的流程的流程图。

具体实施方式

下面使用附图详细说明本发明的实施形态。图1是包含本发明的机器人程序评价、修正装置的机器人系统的系统结构图。

在图1中，7是在机器人程序评价、修正装置2中包含的计算机、8是连接计算机的键盘或者鼠标等的输入装置、9是连接计算机的输出装置。另外，3是通过机器人动作程序控制机器人的动作的控制器、4是作为控制对象的产业用机器人、5是为示教等机器人的示教点用的示教装置。此外，在机器人4中可以使用具有多个动作轴的各种机器人。

本发明的机器人程序评价、修正装置2，至少具有计算机7、输入装置8、输出装置9，是能够离线修正离线制作的动作程序的装置。此外，由机器人程序评价、修正装置2、控制器3、机器人4和示教装置5，构成机器人程序评价、修正装置系统1。

机器人程序评价、修正装置2的输出装置9是作为显示装置的显示器，显示机器人4、作为加工对象的工件(未图示)或者在机器人4的周围存在的外围设备(未图示)等的图像数据。计算机7与输出装置9一起能够根据动作程序实施机器人4的模拟。模拟为进行机器人动作程序的评价或修正而被实施，遵照指定的移动指令使机器人模拟动作。

图2是表示机器人程序评价、修正装置2(计算机7)的第一实施形态的结构图。本实施形态的机器人程序评价、修正装置2是为在电动机负荷的允许范围内使机器人4的周期时间成为最小来修正指令速度以及指令加速度的装置，具有：例如指定6轴多关节型机器人的上腕或前腕等的动作部分和驱动该动作部分的伺服电动机的负荷的允许值的指定单元11；执行动作程序的模拟的模拟单元12；计算伺服电动机的负荷的负荷计算单元13；按时间序列将对于伺服电动机的指令速度以及指令加速度的和电动机负荷关联起来进行存储的存储单元14；和通过评价伺服电动机的负荷的周知的评价函数判定各动作轴的伺服电动机的负荷是否在允许范围内的判定单元15。

图3是表示由图2的机器人程序评价、修正装置执行的修正方法的流程的流程图。在图3中，在步骤S1，在输出装置的画面上，进行三维配置机器人4、工件、外围设备的图像数据的布局的制作。机器人4、工件、外围设备的位置或姿势等的图像数据，从CAD装置等读入图形信息、配置信息等来生成。

在步骤S2，在输出装置的画面上，生成与机器人4、工件、外围设备对应的动作程序。在步骤S3设定程序的修正条件(对应机器人程序评价、修正装置2的指定单元11)。具体说，或指定机器人4的动作部分，或指定伺服电动机的负荷的允许值，或指定在画面上显示的程序执行行，或指定成为修正对象的程序指令速度或者指令加速度，或指指定对于每次模拟变更的修正幅度δ，或指定周期时间的初始值。

在步骤S4，通过模拟单元12执行动作程序，进行机器人动作的模拟，和经过时间一起记录各动作轴的每单位时间的现在位置(对应机器人程序评价、修正装置2的模拟单元12)。在步骤S5，从模拟结果的机器人4的各动作轴的经过时间和位置的关系，从下面的公式计算伺服电动机的负荷转矩(对应机器人程序评价、修正装置2的负荷计算单元13)。

负荷转矩＝牛顿欧拉转矩+摩擦力+转子惯性驱动力

在步骤S6，按时间序列将每行的程序指令速度、指令加速度和各动作轴的电动机负荷关联起来进行存储(对应机器人程序评价、修正装置2的存储单元14)。在步骤S7，对于动作程序的每行通过公知的评价函数判定各动作轴的电动机负荷是否在允许值以下，同时在最初执行了模拟时，对于每一行记录是否在允许范围内。这里，所谓评价函数，指的是这样的函数，即为判定电动机的负荷，或者谋求机器人4、工件、外围设备等的相对位置关系的最优化而使用的作为评价基准的被加权过的函数(参照JP-A-2005-22062)。

图4是表示机器人程序评价、修正装置2(计算机7A)的第二实施形态的结构图。本实施形态的机器人程序评价、修正装置2是在第一实施形态的机器人程序评价、修正装置2上追加修正单元16。

图5是表示由图4的机器人程序评价、修正装置2执行的修正方法的流程的流程图。

该流程图是在图3的流程图上追加了步骤S8。在步骤S8，在步骤S7判定各动作轴的电动机负荷在允许范围内的场合，计算此时每行的指令速度、指令加速度和执行时间、全体的周期时间，在它比已经记录的周期时间短的场合进行记录。然后，在对象程序行的指令速度、指令加速度上加上修正幅度δ，再次重复模拟。在判定各动作轴的电动机负荷不在允许范围内的场合，从对象程序行的指令速度、指令加速度中减去修正幅度δ。在最初执行时，在不在允许范围内的场合，在工况成为允许范围之前，从速度、加速度中减去δ。在最初执行时，在允许范围内的场合，到负荷率超过允许范围或者指令速度、指令加速度成为上限之前，在速度、加速度上加上变更幅度δ。

对于每行进行评价，在最初执行时，在不在允许范围的场合，在进入负荷率的允许范围的时刻终止行变更，如果不是这样，则执行步骤S4的模拟，重复评价处理。在最初执行时，在允许范围的场合，到负荷率超过允许范围或者指令速度、指令加速度成为上限的时刻，终止行变更，如果不是这样，则执行步骤S4的模拟，重复评价处理。在程序的所有行的处理结束前重复该作业。

通过上述，根据第一实施形态，因为能够离线(设备上)评价伺服电动机的负荷，能够根据该评价判定动作程序的好坏，所以和在现场中评价电动机负荷的场合相比，能够以短的时间进行动作程序的修正作业，能够缩短现场中的机器人的调整时间。另外，根据第二实施形态，和在现场中使周期时间成为最小那样修正动作程序的指令速度以及指令加速度的场合比较，能够在短时间内进行动作程序的修正，由此，能够大幅度缩短现场中的机器人4的调整时间。另外，在使用相同的机器人4进行多品种生产的场合，能够大幅度削减进行动作程序的修正的麻烦。

下面根据图6说明机器人程序评价、修正装置(计算机7B)的第三实施形态。本实施形态的机器人程序评价、修正装置，除计算机7B的结构外，和第一实施形态相同，给相同的结构部分附以相同的符号进行说明。

机器人程序评价、修正装置，能够在短时间内执行动作程序的动作路径上的示教点的修正作业，具有：在画面上显示读出的动作程序、指定各动作轴的动作部分的动作部指定单元18；保存而且指定实际的系统的目标动作路径的路径指定单元19；指定机器人4的目标动作路径上的任意的目标示教点、和与目标示教点对应的、基于计算机模拟的模拟动作路径上的模拟示教点的偏离量的偏离量指定单元20；执行动作程序的模拟的模拟单元21；从模拟结果记录经过时间和其时的机器人4的位置、姿势的记录单元22；从模拟结果计算目标示教点和模拟示教点的偏离量然后进行存储的存储单元23；通过公知的评价函数评价偏离量是否比允许值大、在偏离量比允许值大的场合，在规定的变更幅度内挪动模拟示教点以使偏离量变小，在偏离量变得比允许值小之前反复执行模拟来修正模拟示教点的修正单元24。

图7是表示由机器人程序评价、修正装置执行的修正方法的流程的流程图。在图7中，在步骤T1，在输出装置8的画面上，生成三维配置机器人4、工件、外围设备的图像数据的布局。机器人4、工件、外围设备的位置或姿势等的图像数据，从CAD装置等读入图形信息、配置信息等后生成。

在步骤T2，在输出装置8的画面上，生成与机器人4、工件、外围设备对应的动作程序。在步骤T3～T5设定程序的修正条件。具体说，或者指定机器人4的各动作轴的动作部分(对应机器人程序评价、修正装置的动作部指定单元18)，或者指定画面上显示的程序执行行，或者作为三次曲线指定目标动作路径(对应机器人程序评价、修正装置的路径指定单元19)，或者指定与目标路径的允许偏离量(对应机器人程序评价、修正装置的偏离量指定单元)。

在步骤T6，通过模拟单元21执行动作程序，进行机器人动作的模拟，在步骤T7和经过时间一起记录各动作轴的每单位时间的现在位置(将该示教点做成能够从执行行参照的点)。该步骤对应机器人程序评价、修正装置的记录单元22。

在步骤TS，比较目标动作路径和模拟结果的每单位时间的机器人4的现在值，计算示教点的偏离量(对应机器人程序评价、修正装置的存储单元23)。具体说，设目标动作路径为

P_d(t_d)＝A_dt_d ³+B_dt_d ²+C_dt_d+D_d(A_d、B_d、C_d、D_d是常数)，从模拟结果制作三次曲线，表示为

P_s(t_s)＝A_st_s ³+B_st_s ²+C_st_s+D_s(A_s、B_s、C_s、D_s是常数)。

目标动作路径的全长Ld为：

$\mathrm{Ld}={\∫}_{\mathrm{Td}0}^{\mathrm{td}1}\left|\mathrm{Pd}\left(\mathrm{td}\right)\right|\mathrm{dt}$

模拟结果的全长Ls为：

$\mathrm{Ls}={\∫}_{\mathrm{Ts}0}^{\mathrm{ts}1}\left|\mathrm{Ps}\left(\mathrm{ts}\right)\right|\mathrm{dt}$

计算成为对象的偏离量的目标路径上的位置计算

$\mathrm{ld}={\∫}_{\mathrm{Td}}^{\mathrm{td}}\left|\mathrm{Pd}\left(\mathrm{td}\right)\right|\mathrm{dt}$

模拟结果的路径上的位置计算

ls＝Ls×ld÷Ld

计算这样形成的ts，求P_d(t_d)和P_s(t_s)的差。

从0到最终点变化ts，求P_d(t_d)和P_s(t_s)的偏离量

D(tds)＝|Pd(td)-Ps(ts)|。

在步骤T9判定偏离量是否在允许偏离量内，如果不在，则修正动作程序中的示教点(对应机器人程序评价、修正装置的修正单元24)。亦即，

D(tds)＝|Pd(td)-Ps(ts)|＞δ的场合，

将与Ps(ts)对应的示教点移动|Pd(td)-Ps(ts)|的量。

对于在动作程序的动作路径上存在的多个示教点，逐次执行步骤T6～T9的处理，结束动作程序的修正。

通过上述，根据第三实施形态，与在现场为使目标动作路径和模拟动作路径一致而要修正多个示教点的场合比较，能够在短时间内进行动作程序的示教点的修正作业，由此，能够大幅度缩短现场中的机器人4的调整时间。因此，能够在生产现场中容易地构建机器人生产系统，同时，能够灵活应对生产系统的变更。

此外，本发明不限于上述实施形态，能够进行各种变更实施。在本说明书中，分开记载了第一以及第二实施形态、和第三实施形态，但是也可以组合这些实施形态。例如，实施第三实施形态，在修正动作路径的偏离后，通过实施第一或者第二实施形态，就能够提高计算机模型和实际的系统的一致性。

以上虽然联系优选实施方式说明了本发明，但是，本领域的技术人员一定会理解到：在不脱离后述的请求范围的公开范围的情况下可以进行各种修正及变更。

Claims (2)

1.一种机器人程序评价、修正方法，其用于评价、修正机器人(4)的动作程序以使该机器人(4)执行希望的动作，

具有以下步骤：

通过计算机模拟，对于每次模拟计算驱动所述机器人(4)的动作部分的电动机的负荷的步骤；

按时间序列将对于所述电动机的指令速度以及指令加速度和所述电动机负荷关联起来进行存储的步骤；

通过评价函数评价所述电动机负荷是否超过允许值的步骤；和

重复执行所述计算机模拟、对于所述每次计算机模拟修正所述指令速度以及所述指令加速度以使在所述电动机负荷的允许范围内所述机器人(4)执行希望的动作时的周期时间成为最小的步骤。

2.一种机器人程序评价、修正装置(2)，其使用具有用于确认机器人(4)的动作的模拟功能的计算机(7)、来修正该机器人(4)的动作程序，以使所述机器人(4)执行希望的动作，其特征在于，

所述计算机(7)具有：

对于每次模拟计算驱动所述机器人(4)的动作部分的电动机的负荷的负荷计算单元(13)；

按时间序列将对于所述电动机的指令速度以及指令加速度和所述电动机负荷关联起来进行存储的存储单元(14)；

通过评价函数评价所述电动机负荷是否超过允许值的判定单元(15)；和

修正单元(16)，该修正单元，重复执行所述模拟，为使在所述电动机负荷的允许范围内所述机器人(4)执行希望的动作时的周期时间成为最小而对于所述每次模拟在所述指令速度以及所述指令加速度上加减规定的修正幅度(δ)，由此来修正所述指令速度以及所述指令加速度。

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