TW202232266A - 程式評價裝置與教示裝置 - Google Patents

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武田俊也
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日商發那科股份有限公司
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Abstract

一種程式評價裝置，適於評價機器人用的動作程式。動作程式為用於使機器人使用工具對加工對象進行加工的程式，該機器人具有根據該工具的磨損量校正該工具位置的功能。該程式評價裝置包括動作確認部，用於確認該機器人在所設定範圍內的數個磨損量下分別是否按照該動作程式正常運作。

Description

程式評價裝置與教示裝置
本發明係關於程式評價裝置與教示裝置。
對加工對象執行焊接或加工等指定業務的機器人配備有補正機器人位置以補正工具位置的機能(舉例請見專利文獻1和2)。例如點焊槍的電極頭在反覆焊接下磨損，電極頭的位置會因磨損的量而錯位。專利文獻1記載有測量磨損量並根據磨損量補正機器人與點焊槍的位置。
專利文獻1：特開2005-125427號公報 專利文獻2：特開平8-328632號公報
當機器人的位置因補正而改變時，機器人可能無法正常運作。例如，補正後的位置超出機器人的動作範圍時，會發生錯誤，機器人將停止。若補正後的位置為機器人的奇異點時，機器人的動作將無法被控制。
本揭露的一實施態樣為一種程式評價裝置，適於評價機器人用的動作程式。動作程式為用於使機器人使用工具對加工對象進行加工的程式，該機器人具有根據該工具的磨損量校正該工具位置的功能。該程式評價裝置包括動作確認部，用於確認該機器人在所設定範圍內的數個磨損量下分別是否按照該動作程式正常運作。
關於一實施態樣的程式評價裝置與教示裝置，以下參照圖式做說明。
關於本實施態樣的教示裝置1是離線執行機器人10用之動作程式的創建、評價與修正的裝置。
如圖1所示，機器人10包括具有多關節的機器人手臂11與工具12的機器人本體13以及控制機器人本體13的控制裝置14。教示裝置1創建使機器人10實行使用工具12對加工對象W進行加工的動作程式。圖1所示的機器人本體13為六軸的垂直多關節機器人。機器人本體13亦可是一般使用於加工對象W的加工的其他任意產業用機器人。
工具12為點焊槍，在相對的兩個電極頭15、16之間流通電流，並被安裝在機器人手臂11的前端。一邊的電極頭15為相對於機器人手臂11的前端被固定的固定側電極頭。另一邊的電極頭16為相對於固定側電極頭15，可沿電極頭15、16的中心軸線移動的可動側電極頭。藉由可動側電極頭16的移動，電極頭15、16之間可夾持住加工對象W。
固定側電極頭15在反覆焊接下磨損，逐漸地變短。動作程式設計為在固定側電極頭15有所設定的長度且磨損量為零的狀態下，固定側電極頭15的前端將配置於焊接點P(加工點)。焊接點P為加工對象W上由電極頭15、16所執行焊接的位置。機器人10為使固定側電極頭15的前端無論磨損皆可配置於加工對象W上的焊接點P，具有根據固定側電極頭15的磨損量補正在焊接點P的工具12之位置的自動補正機能。隨著工具12之位置的補正，機器人手臂11的位置與姿勢也被補正。因此，在焊接點P的機器人手臂11的位置與姿勢依照磨損量皆不同。
舉例而言，作業者藉由將磨損量輸入控制裝置14，磨損量在控制裝置14被設定。控制裝置14以被設定的磨損量同等的數值，將在焊接點P的工具12的位置朝磨損方向的相反方向補正。在圖1的例子的場合，由於固定側電極頭15的磨損方向為下方向，控制裝置14使工具12的位置朝上方向補正。藉此，使因磨損而變短的固定側電極頭15的前端可在焊接點P與加工對象W接觸，確實地執行焊接。
如圖2所示，教示裝置1包括儲存創建動作程式所需資料的儲存部2，用以輸入資料進教示裝置1的輸入部3，創建動作程式的程式創建部4，基於動作程式確認機器人10動作的動作確認部5，機器人10動作確認有問題時修正動作程式的程式修正部6以及顯示部7。程式評價裝置作為教示裝置1的一部份具體實現，至少由動作確認部5以及程式修正部6所構成。
儲存部2為ROM(read-only memory)或硬碟(hard disk drive)等非揮發性儲存媒體。教示裝置1如中央處理器(central processing unit)具有至少一個處理器(processor)與記憶體(memory)。儲存部2儲存有用於執行後述處理的程式。程式創建部4，動作確認部5以及程式修正部6後述的機能由程式被記憶體讀取，處理器執行所得以實現。
輸入部3具有鍵盤滑鼠或觸控螢幕等至少一個輸入裝置。作業者可使用輸入部3將創建動作程式所需的資料輸入教示裝置1。
儲存部2儲存三維的假想空間資料以及機器人10、加工對象W與配置在機器人10周遭的周遭物體個別的三維模型資料。這項資料舉例而言為CAD(computer aided design)資料。
此外，儲存部2儲存由作業者使用輸入部3輸入進教示裝置1的教示資料。教示資料包含一個以上包含焊接點P的教示點的教示位置以及工具12在焊接點P的教示姿勢與教示角度。
教示姿勢為圍繞著與通過焊接點P之磨損方向平行的指定軸線的工具12的姿勢，在本實施態樣為圍繞中心軸線A的姿勢。工具12的教示角度為工具12對於指定方向的傾斜角度，在本實施態樣為中心軸線A相對於垂直方向的傾斜角度。
程式創建部4以儲存於儲存部2的教示資料離線創建使機器人10對加工對象W進行點焊接的動作程式。
也就是說，程式創建部4從儲存部2讀取出假想空間資料以及機器人10、加工對象W與周遭物體個別的三維模型資料，將機器人10、加工對象W與周遭物體的三維模型配置於假想空間。配置模型的假想空間也可用液晶螢幕等的顯示部7顯示。接著，程式創建部4設定按順序通過假想空間內一個以上教示點的動作路徑，創建使工具12沿著動作路徑移動的動作程式。
創建出的動作程式至少暫時性的被儲存部2所儲存。動作程式中包含焊接點P(也就是固定側電極頭15的前端)的教示位置以及工具12在焊接點P的教示姿勢與教示角度作為關於工具12在焊接點P之配置的參數。
動作確認部5透過基於程式創建部4所創建的動作程式模擬機器人10的動作以離線確認機器人10是否按照動作程式正常運作。此時，動作確認部5使磨損量階段性地變化，確認在所設定範圍內的數個磨損量下機器人10的動作。所設定範圍與數個磨損量是由作業者基於固定側電極頭15的磨損量長度所決定，由作業者使用輸入部3輸入進教示裝置1所設定。
具體而言，動作確認部5和程式創建部4同樣將機器人10、加工對象W與周遭物體的三維模型配置於三維假想空間。接著，動作確認部5和現實的機器人10的自動補正機能同樣依照磨損量補正工具12在焊接點P的位置，隨此補正機器人手臂11的位置與姿勢。再接著，動作確認部5使機器人10的模型在假想空間按照動作程式運作，確認在補正過的位置與姿勢下機器人本體13是否正常運作。
機器人10的動作中發生所設定的問題時，動作確認部5判斷該機器人為不正常運作。另一邊，機器人10的動作中沒有發生所設定的問題時，動作確認部5判斷該機器人為正常運作。所設定的問題包括工具12和機器人手臂11至少一方補正後的位置超出機器人本體13的動作範圍，機器人手臂11被配置成奇異點，以及機器人本體13干擾到周遭物體。
當判斷在所有的磨損量下機器人10都正常運作時，動作確認部5結束動作確認。
另一邊，在至少一個磨損量下發生問題，機器人10被判斷為不正常運作時，動作確認部5在程式修正部6修正動作程式後，按照修正過的動作程式確認機器人10是否正常運作。動作程式的修正和動作確認反覆進行，直到在全部的磨損量下機器人10都被判斷為正常運作。
程式修正部6在機器人10被動作確認部5判斷為不正常運作時，如圖3至圖5所示，為解決發生問題的磨損量下的問題，修正至少一個與工具12在焊接點P的配置相關的參數。參數如前所述，為焊接點P的教示位置以及工具12在焊接點P的教示姿勢與教示角度。教示位置、教示姿勢以及教示角度個別可調整的範圍可以是可由作業者指定。並且，教示位置、教示姿勢以及教示角度個別的修正量與修正方向也可以是可由作業者指定。
圖3說明在焊接點P的教示位置的修正。焊接點P的教示位置在加工對象W的表面附近被修正，也就是以與磨損方向相交且沿著加工對象W的表面的方向被修正。在圖3的例子，教示位置在水平方向被修正。藉此，工具12的位置在水平方向被修正，機器人手臂11的位置與姿勢也被修正。
圖4說明工具12的教示姿勢的修正。由教示姿勢的修正，工具12在固定側電極頭15的前端位置維持在焊接點P的同時圍繞固定側電極頭15的中心軸線A旋轉。藉此，機器人手臂11的位置與姿勢也被修正。
圖5說明工具12的教示角度的修正。由教示角度的修正，工具12在固定側電極頭15的前端位置維持在焊接點P的同時相對指定方向傾斜。在圖5的例子，教示角度被修正為相對垂直方向傾斜的方向。藉此，機器人手臂11的位置與姿勢也被修正。
接下來參照圖6說明程式評價裝置與教示裝置的作用。
作業者使用輸入部3將創建動作程式所需的資料輸入教示裝置1後(步驟S1)，教示裝置1開始創建動作程式。輸入的資料包含教示資料、磨損量的範圍以及磨損量。
首先，由程式創建部4創建使機器人10執行點焊接的動作程式(步驟S2)。
接著，由動作確認部5以模擬測試執行對機器人10在所設定範圍內的數個磨損量下的動作確認(步驟S3至S7)。具體而言，先設定磨損量(步驟S3)，依照磨損量補正在焊接點P的工具12的位置以及機器人手臂11的位置與姿勢(步驟S4)，使機器人本體13的模型按照動作程式在假想空間運作(步驟S5)。一個磨損量下的動作確認結束後，改變磨損量(步驟S7)，再次執行步驟S4和S5。
舉例而言，在第一次的動作確認，磨損量為零，工具12以及機器人手臂11的補正量也為零。在第二次之後的動作確認，磨損量為零以外的數值，為使工具12的位置向上變動與磨損量相同的量，工具12的位置以及機器人手臂的位置與姿勢被補正。
所有的磨損量下的動作確認結束後(步驟S6的YES)，在所有的磨損量下的動作確認中沒有發生所設定的問題的場合(步驟S8的YES)，動作程式的創建結束，被創建的動作程式儲存在儲存部2(步驟S10)。
另一方面，在至少一個磨損量下的動作確認中發生所設定的問題的場合(步驟S8的NO)，接著由程式修正部6修正動作程式中關於工具12在焊接點P的配置的參數(步驟S9)。接下來使用修正後的動作程式再次執行全部磨損量下的動作確認(步驟S3至S8)。
圖7表示隨著磨損量的變化所發生的問題之一例。在圖7，工具12的位置向上方補正的結果，工具12干涉到周遭物體B，機器人手臂11配置成第4軸線J4和第6軸線J6略呈一直線並排的奇異點。在這個場合，舉例而言如圖8所示，藉由修正工具12的教示姿勢，在固定側電極頭15的前端位置維持在焊接點P的同時解除機器人手臂11的奇異點。若焊接點P的教示位置允許更改至附近的位置，亦可代替教示姿勢的修正或在教示姿勢的修正之上追加，修正教示位置。此外，如圖9所示，藉由修正工具12的教示角度，在固定側電極頭15的前端位置維持在焊接點P的同時解除工具12對周遭物體B的干涉。
在所有的磨損量下的動作確認中都不再發生所設定的問題為止(步驟S8的YES)，反覆進行步驟S9的動作程式修正和步驟S3至S7的機器人10動作確認。
為了能讓作業者後續確認在步驟S9做了什麼修正，程式修正部6可以讓儲存部2儲存修正後的參數與其修正量。
如此，依照本實施態樣，確認位置與姿勢被補正過的機器人本體13在所設定範圍內的數個磨損量下分別是否按照動作程式正常運作。藉此可以在現實的機器人10對加工對象W做實際的加工前評價動作程式是否能在任何磨損量下都不發生問題地使機器人10運作。
此外，當在至少一個磨損量下確認到問題，動作程式中關於工具12在焊接點P的配置的參數被修正，按照修正過的動作程式再次確認機器人10是否正常運作。在所有的磨損量下機器人10都正常運作為止，反覆進行動作程式修正和機器人10的動作確認。由此能夠創建在所有磨損量下都使機器人10正常運作的動作程式。
由教示裝置1最終創建的動作程式置入現實的機器人10的控制裝置14。控制裝置14按照動作程式使現實的機器人本體13反覆執行點焊接的過程中，固定側電極頭15會磨損。作業者將固定側電極頭15的磨損量輸入控制裝置14做設定。控制裝置14根據設定的磨損量補正工具12在焊接點P的位置，連帶地補正機器人手臂11的位置與姿勢。這時機器人本體13在工具12的位置補正後仍能正常運作，能夠防止在進行加工對象W的點焊接的工廠等實際現場中，因為更改磨損量的設定值導致機器人本體的動作發生問題。
在點焊接中，為了得到較高的焊接品質，一般工具12在焊接點P的教示角度設定為對於加工對象W的表面電極頭15、16以垂直配置的角度。也就是說，圖3、圖4以及圖5的三項參數的修正中，教示角度的修正可能影響焊接品質。因此三項參數設有優先順位，程式修正部6可以依優先順位由高至低的順序修正參數。
舉例而言，當在某個磨損量下發生問題，程式修正部6最先修正工具12的教示姿勢。若之後的動作確認再度發生問題，程式修正部6下一個修正焊接點P的位置。若之後的動作確認再度發生問題，程式修正部6下一個修正工具12的教示角度。
在上述實施態樣，在動作確認中發生機器人10干涉到周遭物體時，動作確認部5也可以將干涉時的機器人的位置與姿勢儲存入儲存部2。
動作程式的創建結束後，作業者確認發生干涉的位置和當時機器人本體13的姿勢，檢討是否能透過周遭物體與機器人本體13的設計變更以避免干涉。設計變更舉例而言是周遭物體B與機器人本體13各個形狀與配置的變更。若能透過設計變更避免干涉，作業者變更周遭物體與機器人本體13至少一邊的設計。由此能夠使教示位置、教示姿勢以及教示角度任一皆不修改的動作程式使用在現實的機器人10的動作。
在上述實施態樣，教示裝置1離線創建動作程式，但取而代之，也可以連線創建動作程式。
舉例而言，作業者使用可搬式的教示操作盤做遠距教示或是拿著機器人的一部分直接操作機器人做直接教示，藉此將創建動作程式必須的教示資料輸入教示裝置1。動作確認部5依照由程式創建部4創建的動作程式使現實的機器人10動作，線上確認在各個磨損量下機器人10是否正常運作。在動作確認發生問題時，作業者可以手動修正動作程式。或是亦可和離線時一樣由程式修正部6自動修正動作程式。
在上述實施態樣，程式評價裝置嵌於教示裝置1之中，但取而代之，程式評價裝置亦可嵌於機器人10的控制裝置14之中，做為控制裝置14的一部分實現。
在這個狀況，至少動作確認部5搭載在控制裝置14上。作業者應需要將電極頭15、16從工具12上取下，並指示控制裝置14執行動作確認。
動作確認部5依照置入控制裝置14的動作程式使現實的機器人10動作，線上確認在各個磨損量下機器人10是否正常運作。在動作確認發生問題時，作業者可以手動修正動作程式。或是亦可由搭載在控制裝置14上的程式修正部6自動修正動作程式。
依照這個構成，即使在工廠等現場也能事先確認在所有磨損量下機器人10都正常運作，之後使機器人10執行對加工對象W的加工。
在上述實施態樣，為了使用無論磨損量的單一動作程式讓機器人本體13運作，教示裝置1創建在所有磨損量下機器人本體13都正常運作的動作程式，但取而代之，如圖10所示，教示裝置1亦可對各個磨損量創建分別的動作程式。
也就是說，在一個磨損量下的動作確認結束後(步驟S4、S5)，在這個磨損量下的動作確認沒有發生所指定的問題的場合(步驟S11的YES)，一個磨損量用的動作程式的創建結束，被創建的動作程式附上對應的磨損量儲存在儲存部2(步驟S12)。
另一方面，發生所設定的問題的場合(步驟S11的NO)，動作程式內的參數被修正，使用修正後的動作程式在相同磨損量再次實行動作確認(步驟S5)。反覆進行在相同磨損量的動作確認與動作程式的修正，直到沒有發生問題為止。
一個磨損量用的動作程式的創建結束後(步驟S12)，更改磨損量(步驟S7)，再次實行步驟S4、S5、S9、S11、S12。反覆進行步驟S4至S12，直到所有磨損量用的動作程式的創建都結束為止(步驟S6的YES)。藉此，分別對應所設定範圍內的數個磨損量中其一的數個動作程式被創建並被儲存在儲存部2。
在上述實施態樣，程式評價裝置是做為教示裝置1或控制裝置14的一部分實現的，但取而代之，也可以是和教示裝置1與控制裝置14做為分別的裝置實現。
舉例而言，程式評價裝置亦可與教示裝置1相連接，從教示裝置1接收由程式創建部所創建的動作程式，按照動作程式離線或線上進行機器人10的動作確認，並應需要修正動作程式。
在上述實施態樣，亦可以能夠輸入負數值的磨損量進控制裝置14。比標準的固定側電極頭15較長的固定側電極頭15安裝在工具12的場合，藉由輸入負數值的磨損量，工具12的位置朝與磨損方向相同的方向補正，使較長的固定側電極頭15的前端能夠配置在加工對象W上的焊接點P。
在上述實施態樣，機器人本體13的動作隨著教示姿勢與教示角度的修正而變化，週期時間可能會變動。因此亦可設計成能讓作業者設定週期時間的容許範圍。
在上述實施態樣，工具12為點焊槍，但工具12並非被此所限定，亦可是會隨著磨損的任意工具。舉例而言，工具12可以是由於前端與加工對象的接觸而磨損的鑽頭。
依照工具12的種類選擇被修正的參數。舉例而言，工具12為鑽頭的場合，程式修正部6可以只修正在加工點的教示姿勢。
在上述實施態樣，對於工具12在長軸方向磨損的場合做了說明，但程式評價裝置對工具12在徑向磨損的狀況也能夠適用。
舉例而言，工具12為切削工具的場合，切削工具12由於前端長軸方向的磨損逐漸變短的同時，也由外周面徑向的磨損逐漸變細。圖11A與圖11B說明在使切削工具12沿路徑C移動對切削面D加工的場合，機器人執行切削工具12位置的自動補正。二點鏈線的切削工具12為沒有磨損的工具，實線的切削工具12為長軸方向與徑向磨損的工具。如圖11A所示，為了無視徑向的磨損維持切削面D的輪廓，切削工具12的位置對應徑向的磨損量，朝使路徑C擴大的方向，也就是切削面D側的徑向補正。並且如圖11B所示，切削工具12的位置對應長軸方向的磨損量，朝長軸方向前方補正。
隨著切削工具12位置的徑向補正，機器人手臂11的位置與姿勢也被補正。因此徑向與長軸方向分別設定一定的範圍與磨損量，動作確認部5確認在徑向磨損量和長軸方向磨損量的各個組合下，機器人本體13是否正常運作。藉此，動作程式不止是長軸方向，在徑向的任何磨損量下都能事前評價機器人10是否能不發生問題的運作。
1:教示裝置 2:儲存部 3:輸入部 4:程式創建部 5:動作確認部 6:程式修正部 7:顯示部 10:機器人 11:機器人手臂 12:工具 13:機器人本體 14:控制裝置 15:固定側電極頭 16:可動側電極頭 A:中心軸線 B:周遭物體 C:路徑 D:切削面 J4:第4軸線 J5:第5軸線 J6:第6軸線 P:焊接點 S1~S12:步驟 W:加工對象
[圖1] 係機器人的一例之構成圖。 [圖2] 係表示一實施態樣的教示裝置的機能之方塊圖。 [圖3] 係說明係數的修正方法之示意圖。 [圖4] 係說明係數的其他修正方法之示意圖。 [圖5] 係說明係數的另一其他修正方法之示意圖。 [圖6] 係教示裝置所實行的處理之流程圖。 [圖7] 係表示根據磨損量補正工具位置狀態的機器人之部分構成圖。 [圖8] 係表示修正工具姿勢狀態的機器人之部分構成圖。 [圖9] 係表示修正工具角度狀態的機器人之部分構成圖。 [圖10] 係教示裝置所實行的處理的變化例之流程圖。 [圖11A] 係說明切削工具的徑向位置的補正之平面圖。 [圖11B] 係說明切削工具的長軸方向位置的補正之平面圖。
1:教示裝置
2:儲存部
3:輸入部
4:程式創建部
5:動作確認部
6:程式修正部
7:顯示部

Claims (8)

  1. 一種程式評價裝置，適於評價機器人用的動作程式，該動作程式為用於使機器人使用工具對加工對象進行加工的程式，該機器人具有根據該工具的磨損量校正該工具位置的功能，該程式評價裝置包括動作確認部，用於確認該機器人在所設定範圍內的數個磨損量下分別是否按照該動作程式正常運作。
  2. 如請求項1所述的程式評價裝置，其中，該動作程式包括至少一個與該工具在加工該加工對象之加工點的配置相關的參數，該程式評價裝置包括程式修正部，當由該動作確認部確認該機器人在至少一個該磨損量下不正常運作時，修正該參數。
  3. 如請求項1或2所述的程式評價裝置，其中，該動作確認部當該機器人運作過程中在至少一個該磨損量下發生所設定的問題時，判斷該機器人為不正常運作，該所設定的問題包括以下至少一項：該機器人的位置超出該機器人的動作範圍、該機器人被配置為奇異點、以及該機器人干擾到周遭物體。
  4. 如請求項2所述的程式評價裝置，其中，該參數是該加工點的位置以及該工具在該加工點的姿勢與角度，該程式修正部修正該加工點的位置以及該工具在該加工點的姿勢與角度其中至少一項。
  5. 如請求項2或4所述的程式評價裝置，其中，該動作程式包含數個該參數，數個該參數被設有優先順位，該程式修正部依照該優先順位從高至低的順序修正該參數。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的程式評價裝置，其中，該工具為點焊槍，該磨損量為該點焊槍的固定側電極頭的磨損量。
  7. 如請求項1至6中任一項所述的程式評價裝置，其中，該動作確認部透過模擬該機器人在各個該磨損量下的運作，離線確認該機器人是否正常運作。
  8. 一種教示裝置，適於教示機器人的動作，該教示裝置具備如請求項1至7中任一項所述的程式評價裝置。
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