TW202400379A - 機器人控制裝置及機器人系統 - Google Patents

Abstract

可以適當地開始熔接之本揭示的一態樣之機器人控制裝置，控制使用熔接炬來進行被熔接物的熔接之機器人，前述熔接炬送出熔接金屬線，前述機器人控制裝置具備：熔接指示部，指示前述熔接；外力取得部，取得作用於前述機器人的外力之值；機器人停止部，在前述外力取得部的取得值為第一閾值以上的情況下，使前述機器人的動作停止；及金屬線停止部，在前述熔接的開始時，前述外力取得部的取得值為第二閾值以上的情況下，使前述熔接金屬線的送出停止。

Description

機器人控制裝置及機器人系統

本發明是有關於一種機器人控制裝置及機器人系統。

進行熔接作業之機器人熔接已藉由以下的方式廣泛地進行：使熔接炬保持在機器人的前端，而藉由機器人來移動熔接炬。在使用作為熔填材之熔接金屬線之電弧熔接中，必須以適當的速度來送出熔接金屬線。特別是在熔接開始時，會有無法建立適當的電弧放電，而使已送出之熔接金屬線接觸到被熔接物之情況。熔接金屬線對被熔接物的接觸之反作用力，恐有對依據作用於機器人的外力之其他的控制造成影響之疑慮。作為具體例，在進行為了安全而檢測作用於機器人之異常的外力並緊急停止之控制時，會有弄錯而將熔接金屬線對被熔接物的接觸之反作用力判斷為異常的外力而導致使機器人緊急停止之疑慮。為了防止基於這種形式的其他的外力之對控制的不良影響，已有在熔接開始時將外力偵測的閾值設得比通常更大之技術被提出(參照例如專利文獻1)。 先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：國際公開WO2021/182243號

發明概要 發明欲解決之課題

在讓為了安全之外力偵測的閾值變大的情況下，可容許以下外力：儘管為一般的閾值以上但為暫時變大之小於閾值之外力。雖然若是這種形式的外力的話在短時間內並不會產生問題，但若外力在熔接開始期間連續並持續作用，恐怕會有對機器人或熔接炬帶來不良影響之疑慮。因此，期望一種可以適當地開始熔接之技術。 用以解決課題之手段

本揭示的一態樣之機器人控制裝置，控制使用熔接炬來進行被熔接物的熔接之機器人，前述熔接炬送出熔接金屬線，前述機器人控制裝置具備：熔接指示部，指示前述熔接；外力取得部，取得作用於前述機器人的外力之值；機器人停止部，在前述外力取得部的取得值為第一閾值以上的情況下，使前述機器人的動作停止；及金屬線停止部，在前述熔接的開始時，前述外力取得部的取得值為第二閾值以上的情況下，使前述熔接金屬線的送出停止。 發明效果

根據本揭示，可以在不對因應於作用於機器人的外力而進行之其他的控制造成影響的情形下開始熔接。

用以實施發明之形態

以下，一邊參照圖式一邊說明本揭示之實施形態。圖1是顯示本揭示之第1實施形態之機器人系統1的構成的示意圖。

機器人系統1具備機器人10、熔接炬20、熔接電源30、金屬線供給裝置40、氣體供給裝置50與機器人控制裝置60。機器人系統1是藉由機器人10來移動熔接炬20而進行被熔接物M的熔接之裝置。一般而言，被熔接物M是由2個部分所構成，且為了將此2個部分一體化而進行熔接。

機器人10會進行：於前端保持熔接炬20、被機器人控制裝置60來控制、將熔接炬20定位，亦即使熔接炬20和被熔接物M的應熔接之部位相向。雖然作為機器人10，典型上可以如圖示地設為具有可相互旋動之複數個連桿之臂11的垂直多關節型機器人，但是並非限定於此，亦可為例如正交座標型機器人、水平多關節型機器人、並聯(parallel link)型機器人等。

又，機器人10具有外力檢測部12，前述外力檢測部12檢測直接或透過熔接炬20作用於臂11之外力。外力檢測部12可設成例如具有檢測作用於臂11之外力的力感測器之構成。又，外力檢測部12亦可構成為從機器人10的馬達的轉矩，來計算作用於臂11的外力。從而，外力檢測部12亦可作為機器人控制裝置60的構成要素，而構成為以來自機器人10之反饋值為依據來計算作用於臂11的外力之值。

熔接炬20可構成為進行電弧熔接，前述電弧熔接是將從金屬線供給裝置40所供給之熔接金屬線(線狀的熔填材)W以原本的速度直接送出，並藉由從熔接電源30所供給之熔接電流而在與被熔接物M之間產生電弧放電，且藉由以電弧放電所產生之熱來使熔接金屬線W的材料溶入被熔接物M。又，熔接炬20亦可構成為藉由噴射從氣體供給裝置50所供給之保護氣體(shield gas)，來防止熔接部的氧化。藉由熔接炬20所執行之電弧熔接，可列舉例如MIG熔接、MAG熔接、TIG熔接等。因此，熔接炬20可因應於採用之熔接方式來合宜設計，而可為以熔接金屬線W為消耗電極之構成，亦可為對非消耗電極所放電之區域供給熔接金屬線W之構成。

熔接電源30會對熔接炬20供給用於實施電弧熔接之熔接電流，亦即在被熔接物M與熔接炬20之間施加電壓。又，熔接電源30可以使用習知的熔接用的電源裝置。又，較佳的是，熔接電源30是構成為可因應於從機器人控制裝置60輸入之設定訊號，而即時地調整熔接電流或熔接電壓之值。又，熔接電源30亦可輸出控制金屬線供給裝置40以及氣體供給裝置50之訊號。金屬線供給裝置40以及氣體供給裝置50雖然通常可連動於熔接電流來控制，但較佳的是，至少將金屬線供給裝置40的控制構成為也可藉由和來自機器人控制裝置60之特定出熔接電流之指示為獨立之指示來進行。

金屬線供給裝置40依據來自熔接電源30或機器人控制裝置60之指示，來對熔接炬20供給熔接金屬線W。於金屬線供給裝置40上，是從金屬線捲筒等金屬線供給源(未圖示)拉出熔接金屬線W，並以指定的速度來供給到熔接炬20。作為金屬線供給裝置40，可以使用可因應於外部訊號來變更熔接金屬線W的供給量(線速度)之習知的裝置。

氣體供給裝置50是依據來自熔接電源30或機器人控制裝置60之指示，對熔接炬20供給保護氣體。作為保護氣體，可使用例如以二氧化碳氣體、氬氣等非活性氣體作為主成分之氣體。

機器人控制裝置60，其本身即為本揭示之機器人控制裝置的一實施形態。機器人控制裝置60會控制機器人10、熔接電源30、金屬線供給裝置40，並在需要的情況下進一步控制熔接炬20以及氣體供給裝置50。機器人控制裝置60亦可透過熔接電源30來控制金屬線供給裝置40。機器人控制裝置60具有例如記憶體、處理器、輸入輸出介面等，且可以藉由執行適當的控制程式之1個或複數個電腦裝置來實現。

機器人控制裝置60具備機器人控制部61、熔接指示部62、外力取得部63、機器人停止部64、金屬線停止部65、閾值調整部66、重新啟動控制部67與通報部68。再者，這些構成要素亦可是將機器人控制裝置60的功能分類而成之構成要素，而不必是物理構成以及程式構成上可以明確地區分之構成要素。

機器人控制部61會按照特定出熔接位置、熔接速度等對熔接炬20所要求之動作、及熔接電源30、金屬線供給裝置40以及氣體供給裝置50之動作條件的熔接程式，來使機器人10動作。

熔接指示部62是依照熔接程式來對熔接電源30以及金屬線供給裝置40指示熔接。亦即，熔接指示部62以和機器人10的動作同步的方式對熔接電源30指示熔接電流的供給等，並且直接或透過熔接電源30對金屬線供給裝置40指示熔接金屬線W的送出的開始及停止以及其速度。即使在熔接電源30因應於其他的參數而具有熔接金屬線W的速度的情況下，熔接電源30或金屬線供給裝置40仍構成為以來自熔接指示部62之指令值為優先。

外力取得部63是從外力檢測部12取得作用於機器人10的外力之值。外力取得部63亦可具有例如A/D轉換等，將作用在機器人10的外力之值轉換成可在機器人控制裝置60中處理之資訊的功能。

機器人停止部64在外力取得部63的取得值為第一閾值以上的情況下，會使機器人10的動作停止。亦即，機器人停止部64在作用於機器人10之外力已成為第一閾值以上的情況下，會當作有機器人10接觸到非預期的人或物體的疑慮之情況，且會為了安全而使機器人10緊急停止。

在熔接的開始時，外力取得部63的取得值為第二閾值以上的情況下，金屬線停止部65會停止熔接金屬線的送出。亦即，在熔接的開始時作用於機器人10之外力增大的情況下，因為在熔接的開始(適當的電弧放電的建立)失敗而檢測到由熔接金屬線W在未熔融的情形下抵接於被熔接物M所造成之反作用力的機率會較高，所以金屬線停止部65會藉由暫時停止熔接金屬線W的送出來防止進一步的反作用力的增大。再者，金屬線停止部65進行上述之控制的「熔接的開始時」，意指在熔接指示部62指示熔接的開始之後到判斷為已開始穩定的熔接為止之期間。作為例子，可以將例如自熔接開始或後述之重新試行的指示起到經過預定的待機時間為止之期間、自熔接開始的指示起到以某種方法檢測到穩定的電弧放電的建立為止之期間等，設為熔接的開始時，通常在其後會開始熔接炬20的移動。

因為金屬線停止部65是使用和機器人停止部64所使用之第一閾值獨立而設定之第二閾值，所以和機器人停止部64的動作狀態沒有關係，而可以適當地判斷熔接的開始。較佳的是，金屬線停止部65所使用之第二閾值比機器人停止部64所使用之第一閾值更小。藉此，即使起因於熔接的開始的失敗而對機器人10作用有外力，仍然可以在不使機器人10停止的情形下重新嘗試熔接開始。

閾值調整部66是因應於熔接的條件及機器人10的狀態之任一者以上，來調整金屬線停止部65所使用的第二閾值之值。因為依據熔接的條件以及機器人10的狀態，在熔接金屬線W抵接於被熔接物M的情況下所檢測的反作用力的大小會改變，所以閾值調整部66可因應這些條件來調整第二閾值之值，藉此金屬線停止部65可以更適當地偵測熔接開始的失敗。

更具體而言，閾值調整部66宜因應熔接金屬線W的送出速度、材質及直徑、以及機器人10的姿勢之任一者以上來調整第二閾值之值。熔接金屬線W會因為變形而導致力在被熔接物M與熔接炬20之間散失、或是使傳達產生延遲，因此藉由閾值調整部66因應於熔接金屬線W的條件來調整第二閾值之值，金屬線停止部65便可以適當地檢測熔接開始的失敗。又，因為機器人10的姿勢會讓從外力檢測部12檢測出力之位置到熔接炬20的前端為止之距離改變，藉此外力檢測部12的檢測靈敏度會改變，所以藉由閾值調整部66增減第二閾值以補償此檢測靈敏度的改變，金屬線停止部65便可以適當地檢測熔接開始的失敗。

重新啟動控制部67會執行用於重新開始熔接之熔接重新開始程序。重新啟動控制部67所執行之熔接重新開始程序可包含以下步驟：進行對熔接炬20之熔接電流的供給的停止之步驟、進行熔接金屬線W的拉回之步驟、以及進行熔接電流的供給以及熔接金屬線W的送出的重新開始之步驟。換言之，重新啟動控制部67可構成為在金屬線停止部65已使熔接金屬線W的送出停止時，對熔接電源30或金屬線供給裝置40指示重新開始熔接金屬線W的拉回以及送出。亦即，重新啟動控制部67亦可藉由將熔接金屬線W拉回，使其從被熔接物M拉開間隔，並讓位置關係返回到初始狀態，來執行電弧再試程序(arc retry sequence)，前述電弧再試程序是將嘗試電弧放電的建立之熔接開始程序，從頭開始重新試行。如此，藉由在熔接開始的失敗時重新嘗試熔接開始，使用者毋須重新操作，仍可適當地開始熔接。

重新啟動控制部67亦可在金屬線停止部65使熔接金屬線W的送出停止時，使機器人10動作成使熔接炬20沿著被熔接物M來移動。具體而言，熔接重新開始程序亦可包含以下步驟：進行對熔接炬20之熔接電流的供給的停止之步驟；進行熔接金屬線W的拉回之步驟；以及進行熔接電流的供給、熔接金屬線W的送出的重新開始以及使熔接炬20沿著被熔接物M往返移動之機器人10的動作之步驟。亦即，重新啟動控制部67亦可構成為：藉由熔接金屬線W擦過被熔接物M的表面，來去除熔接金屬線W或被熔接物M的表面的絕緣被膜等、或例如起因於熔接金屬線W以及被熔接物M的表面的微細的凹凸、熔接金屬線W的彈性等而使其藉由形成微小的空隙來執行引發電弧放電之刮擦起弧程序(scratch start sequence)。像這樣，藉由在熔接開始的失敗時一邊使熔接炬20沿著被熔接物M移動一邊嘗試熔接開始，使用者毋須重新操作，仍可適當地開始熔接。

重新啟動控制部67亦可在金屬線停止部65已使熔接金屬線W的送出停止時，使機器人10動作成在不用將熔接金屬線W捲回的情形下使熔接炬20沿著被熔接物M往返移動。亦即，熔接重新開始程序亦可更包含：在對熔接炬20之熔接電流的供給的停止之後且熔接金屬線W的拉回之前，使熔接炬20沿著被熔接物M往返移動之機器人10的動作。像這樣，藉由在熔接金屬線W抵接於被熔接物M的狀態下使機器人10往返移動，而將熔接金屬線W或被熔接物M的表面的絕緣被膜等去除之後，藉由讓熔接炬20在正確地重新配置到應開始熔接之位置的狀態下再次開始熔接，可以促進熔接的開始並抑制開始熔接之位置的偏離。讓此熔接金屬線W在已抵接於被熔接物M的狀態下往返移動之後的熔接重新開始程序，亦可為一邊移動上述的熔接炬20一邊進行之程序、亦可為在不使熔接炬20移動的情形下進行之程序。

重新啟動控制部67亦可在熔接重新開始程序之期間當外力取得部63的取得值成為第三閾值以上的情況下，於停止熔接金屬線W的送出之後，從頭開始執行熔接重新開始程序。可以藉由以第三閾值來檢測熔接開始時的熔接金屬線W對被熔接物M的抵接，而更適當地判定電弧放電的建立是否成功。雖然第三閾值之值亦可為第二閾值以上，但與繼續熔接之情況相比，由於熔接金屬線W在熔接的開始時因為例如被熔接物M的形狀等的電弧放電的成功與否以外的要因而抵接於被熔接物M的可能性很小，因此藉由將第三閾值設定為小於第二閾值之值，可以更迅速地檢測熔接開始的失敗。再者，重新啟動控制部67亦可不設定第三閾值，而是在熔接重新開始程序之期間，也將依據第二閾值之熔接金屬線W對被熔接物M的抵接之檢測設為有效。

重新啟動控制部67可構成為在無法重新開始熔接的情況下，亦即在熔接重新開始程序之期間檢測到熔接金屬線W對被熔接物M的抵接之情況下，將熔接重新開始程序重複進行事先設定之次數或藉由事先設定的條件所決定之次數。重新啟動控制部67亦可構成為以預定的順序來進行複數次熔接重新開始程序。

通報部68是在金屬線停止部65已停止熔接金屬線的送出時，進行該意旨的通報。亦可因應於由重新啟動控制部67所進行之熔接開始的重新試行之結果來變更通報內容。藉由具備通報部68，可以對使用者提示根據手動操作之熔接開始、熔接開始程序的參數的最佳化等之對應。

具備如上述之機器人控制裝置60的機器人系統1，因為金屬線停止部65藉由與第二閾值之比較，來偵測作為作用於機器人10的外力而被檢測到的熔接金屬線W對被熔接物M之接觸，並停止熔接金屬線的送出，藉此防止進一步的外力的增大，所以可以抑制熔接開始的失敗對機器人停止部64等之以作用於機器人10的外力為依據之其他控制的影響。

以上，雖然針對本揭示之實施形態進行了說明，但本發明並不受限於前述之實施形態。又，前述之實施形態所記載的效果，只不過是列舉了由本發明所產生之理想的效果，本發明的效果，並不限定於前述之實施形態所記載的效果。

在本發明之機器人控制裝置中，第一閾值並不受限為使用在由機器人停止部所進行之機器人的緊急停止的判斷上之閾值，亦可為使用在例如是否進行機器人的姿勢控制的參數補正的判斷等上之閾值。

在本發明之機器人控制裝置中，閾值調整部為隨意的。又，在本發明之機器人控制裝置中，重新啟動控制部以及通報部也是隨意的，且亦可具備取代這些而可採用為熔接開始的失敗時的對應之進行其他的處理之構成要素。

根據本揭示，可以提供一種不具備機器人停止部，而是具備金屬線停止部以及重新啟動控制部之機器人控制部。本揭示的其他的態樣之機器人控制裝置控制使用熔接炬來進行被熔接物的熔接之機器人，前述熔接炬送出熔接金屬線，前述機器人控制裝置具備：熔接指示部，指示熔接；外力取得部，取得作用於機器人的外力之值；金屬線停止部，在外力取得部的取得值為預定的閾值(上述的實施形態中的第二閾值)以上的情況下，使熔接金屬線的送出停止；及重新啟動控制部，執行用於在金屬線停止部已使熔接金屬線的送出停止時重新開始熔接之熔接重新開始程序， 熔接重新開始程序包含以下步驟： 停止對熔接炬的熔接電流之供給； 使熔接炬沿著被熔接物往返移動； 將熔接金屬線拉回；及 重新開始熔接電流的供給以及熔接金屬線的送出。

像這樣，藉由在被認為熔接金屬線接觸於被熔接物的狀態下，於不供給熔接電流的情形下使熔接炬沿著被熔接物往返移動，可去除熔接金屬線以及被熔接物的表面的絕緣被膜等，且藉由之後在將熔接金屬線拉回後重新開始熔接電流的供給以及熔接金屬線的供給，而讓可以建立電弧放電之可能性變高。熔接重新開始程序中的停止對熔接炬之熔接電流的供給之步驟、使熔接炬沿著被熔接物往返移動之步驟、將熔接金屬線拉回之步驟、以及重新開始熔接電流的供給以及熔接金屬線的送出之步驟，亦可在每當金屬線停止部停止熔接金屬線的送出之後隨即執行，亦可在以不包含這些步驟之程序來試行熔接的重新開始，並在判斷為熔接金屬線已再次接觸到被熔接物的情況下，且例如在上述的實施形態中外力取得部的取得值成為第三閾值以上的情況下執行。

1:機器人系統 10:機器人 11:臂 12:外力檢測部 20:熔接炬 30:熔接電源 40:金屬線供給裝置 50:氣體供給裝置 60:機器人控制裝置 61:機器人控制部 62:熔接指示部 63:外力取得部 64:機器人停止部 65:金屬線停止部 66:閾值調整部 67:重新啟動控制部 68:通報部 M:被熔接物 W:熔接金屬線

圖1是顯示本揭示之第1實施形態之機器人系統的構成的示意圖。

1:機器人系統

10:機器人

11:臂

12:外力檢測部

20:熔接炬

30:熔接電源

40:金屬線供給裝置

50:氣體供給裝置

60:機器人控制裝置

61:機器人控制部

62:熔接指示部

63:外力取得部

64:機器人停止部

65:金屬線停止部

66:閾值調整部

67:重新啟動控制部

68:通報部

M:被熔接物

W:熔接金屬線

Claims (12)

1. 一種機器人控制裝置，控制使用熔接炬來進行被熔接物的熔接之機器人，前述熔接炬送出熔接金屬線，前述機器人控制裝置具備： 熔接指示部，其指示前述熔接； 外力取得部，取得作用於前述機器人的外力之值； 機器人停止部，在前述外力取得部的取得值為第一閾值以上的情況下，使前述機器人的動作停止；及 金屬線停止部，在於前述熔接的開始時，前述外力取得部的取得值為第二閾值以上的情況下，使前述熔接金屬線的送出停止。
2. 如請求項1之機器人控制裝置，其中前述第二閾值比前述第一閾值更小。
3. 如請求項1或2之機器人控制裝置，其更具備閾值調整部，前述閾值調整部是因應前述熔接的條件以及前述機器人的狀態之任一者以上，來調整前述第二閾值之值。
4. 如請求項3之機器人控制裝置，其中前述閾值調整部是因應前述熔接金屬線的送出速度、材質及直徑、以及前述機器人的姿勢之任一者以上，來調整前述第二閾值之值。
5. 如請求項1或2之機器人控制裝置，其更具備重新啟動控制部，前述重新啟動控制部在前述金屬線停止部已使前述熔接金屬線的送出停止時，執行用於重新開始前述熔接之熔接重新開始程序。
6. 如請求項5之機器人控制裝置，其中前述熔接重新開始程序包含： 對前述熔接炬之熔接電流的供給的停止； 前述熔接金屬線的拉回；以及 前述熔接電流的供給及前述熔接金屬線的送出的重新開始。
7. 如請求項5之機器人控制裝置，其中前述熔接重新開始程序包含： 對前述熔接炬之熔接電流的供給的停止； 前述熔接金屬線的拉回；以及 前述熔接電流的供給、前述熔接金屬線的送出的重新開始，及使前述熔接炬沿著前述被熔接物往返移動之前述機器人的動作。
8. 如請求項7之機器人控制裝置，其中前述重新啟動控制部在前述熔接重新開始程序之期間當前述外力取得部的取得值成為第三閾值以上的情況下，於停止前述熔接金屬線的送出之後，從頭開始執行前述熔接重新開始程序。
9. 如請求項6之機器人控制裝置，其中前述熔接重新開始程序更包含：在對前述熔接炬之熔接電流的供給的停止之後且前述熔接金屬線的拉回之前，使前述熔接炬沿著前述被熔接物往返移動之前述機器人的動作。
10. 如請求項1或2之機器人控制裝置，其更具備通報部，前述通報部是在前述金屬線停止部已使前述熔接金屬線的送出停止時進行通報。
11. 一種機器人系統，具備： 如請求項1或2之機器人控制裝置；及 機器人，被前述機器人控制裝置控制，並將前述熔接炬定位。
12. 如請求項11之機器人系統，其更具備： 熔接炬，被前述機器人保持； 金屬線供給裝置，對前述熔接炬供給前述熔接金屬線；及 熔接電源，對前述熔接炬供給熔接電流。