CN105643622A - 对机器人示教加工动作的机器人编程装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对机器人示教加工动作的机器人编程装置，在该机器人编程装置中，根据将动作图案投影到工件模型上而生成的加工路径，决定工具的位置和姿势。机器人编程装置具备：判定部，其判定工件以及工具是否在工具的加工点以外相互干扰；以及位置姿势修正部，其修正工具的位置和姿势的至少一方，以便在工具的加工点以外工件和工具相互不干扰。

Description

对机器人示教加工动作的机器人编程装置

技术领域

本发明涉及一种用于对机器人示教所请求的动作的机器人编程装置。

背景技术

已知一种机器人系统，其通过使抓持了工具的机器人进行动作而来对工件实施预定的加工。在这样的机器人系统中，需要对机器人示教预定的动作，不过针对机器人的示教工序比较繁杂。在日本特开平6-059720号公报和日本特开2013-248677号公报中公开了一种通过离线生成加工程序的技术。

在日本特开平6-059720号公报中公开了一种机器人程序生成方法，其针对安装了去毛刺工具的机器人生成用于执行产品的去毛刺的去毛刺程序。根据其关联技术，从通过CAD生成的对象物的图形数据中抽出图形中包括的直线要素和圆弧要素，按照在直线要素的端点或圆弧要素的中间点和图形平面之间形成的角度来计算工具的姿势。

在日本特开2013-248677号公报中公开一种机器人编程装置，其生成用于使用安装了工具的机器人对工件实施加工的机器人程序。根据其关联技术，在虚拟空间中，通过将工具的预定动作图案投影到工件模型的面上，生成加工路径，并且根据加工路径以及针对工件模型的面的法线的方向来决定工具的位置和姿势。

根据上述的关联技术，具有能够自动生成机器人程序的优点。不过，当实际执行通过离线而生成的程序时，有时工具和工件产生干扰。这种情况下，需要修正程序，结果示教工序的工作效率降低。

发明内容

因此，谋求一种机器人编程装置，其生成机器人程序以便不产生工具和工件之间的干扰。

根据本申请的第一个发明，提供一种机器人编程装置，其针对具备工具的机器人，生成用于执行配置在作业空间中的工件的加工的机器人程序，具备：虚拟空间生成部，其生成三维地表现上述作业空间的虚拟空间；模型配置部，其在上述虚拟空间中配置分别三维地表现上述工件、上述机器人以及上述工具的工件模型、机器人模型以及工具模型；投影对象物配置部，其将形成了加工上述工件时的上述工具的动作图案的投影对象物配置在上述虚拟空间中；加工路径生成部，其通过将上述动作图案投影到上述工件模型的至少一个面上，生成在加工上述工件时上述工具的加工点经过的加工路径；位置姿势决定部，其根据针对上述工件模型的上述至少一个面的法线的方向以及上述加工路径，决定加工上述工件时的上述工具的位置和姿势；判定部，其根据由上述位置姿势决定部决定的上述工具的位置和姿势，判定上述工件以及上述工具是否在上述工具的上述加工点以外相互干扰；以及位置姿势修正部，其在上述判定部判定为发生干扰时，修正上述工具的位置和姿势中的至少一方，从而在上述工具的上述加工点以外上述工件和上述工具不相互干扰。

根据第二个发明，在第一个发明的机器人编程装置中，上述位置姿势修正部通过修正针对上述机器人的示教内容，变更上述工具的位置和姿势中的至少一方。

根据第三个发明，在第一个发明的机器人编程装置中，上述位置姿势修正部通过变更与上述工具相关联的坐标系，变更上述工具的位置和姿势中的至少一方。

根据第四个发明，在第一个到第三个发明中的任意一个发明的机器人编程装置中，预先设定了上述工具的上述加工点。

根据第五个发明，在第一个到第四个发明中的任意一个发明的机器人编程装置中，上述加工路径生成部还具备：顶点确定部，其在将上述动作图案投影到上述工件模型的上述至少一个面上时，确定没有投影到上述至少一个面上的上述动作图案的顶点；和顶点置换部，其将通过上述顶点确定部确定的上述动作图案的上述顶点置换为针对该顶点最接近的上述工件模型的上述至少一个面中的点。

根据第六个发明，第一个到第五个发明中的任意一个发明的机器人编程装置还具备动作图案存储部，其存储加工上述工件时的上述工具的多个不同的动作图案；和动作图案选择部，其从上述多个不同的动作图案中选择在上述投影对象物上形成的上述动作图案。

附图说明

通过参照附图所示的本发明例示的实施方式的详细说明，这些以及其他的发明的目的、特征以及优点会更加明确。

图1是表示机器人系统的结构例的图。

图2是表示显示装置的显示例的图。

图3是机器人编程装置的功能框图。

图4是表示按照一实施方式生成机器人程序的工序的流程图。

图5是表示配置在虚拟空间中的机器人模型、工具模型以及工件模型的图。

图6是表示动作图案的例子的图。

图7A是说明将动作图案投影到工件模型时的处理的图。

图7B是说明将动作图案投影到工件模型时的处理的图。

图8是说明决定工具的位置或姿势的工序的图。

图9是表示变更工具的位置或姿势的工序的流程图。

图10A是说明变更工具的位置和姿势的工序的图。

图10B是说明变更工具的位置和姿势的工序的图。

图10C是说明变更工具的位置和姿势的工序的图。

图11是说明变更工具的位置和姿势的工序的图。

图12是说明变更工具的位置和姿势的工序的图。

图13是一变形例的机器人编程装置的加工路径生成部的功能框图。

图14是说明在一变形例中生成加工路径的工序的图。

图15是表示针对工具设定的加工点的例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。为了有助于本发明的理解，适当变更图示的结构要素的尺寸。另外，对相同或相应的结构要素使用相同的参照符号。

图1是能够应用本发明的机器人系统的结构例。机器人系统10具备机器人130、控制机器人130的机器人控制装置120、以离线的方式针对机器人130生成用于使其执行预定的动作的机器人程序的机器人编程装置10。

机器人130例如是垂直多关节机器人，以能够在位于机械臂前端的手腕132中保持工具140的方式形成。工具140没有被特别限定，例如是切割机、研磨机、钻头等。构成机器人130能够针对配置在机器人130的作业空间中的工件150变更位置和姿势，由此工具140和工件150能够相互地相对移动。在图示的结构例中，工件150虽然被放置在工作台160上，但是本发明不限定于这样特定的例子。

机器人控制装置120按照预定的机器人程序针对驱动机器人130的关节轴的伺服电动机(未图示)输出控制指令。机器人控制装置120经由公知的通信单元例如通信电缆102与机器人编程装置10连接，机器人控制装置120和机器人编程装置10能够相互收发信号和数据。

机器人编程装置10是具有CPU、ROM、RAM等公知的硬件结构的数字计算机。机器人编程装置10经由公知的接口与显示装置110连接，能够可视地显示通过离线执行的计算结果。

机器人编程装置10用于使机器人130在虚拟空间内虚拟地进行动作，并且根据该结果进行机器人程序的生成和编辑。例如，使用机器人编程装置10的目的在于，生成用于使用具备工具140的机器人130，对配置在作业空间内的工件150执行加工的机器人程序。

图2表示与机器人编程装置10一起使用的显示装置110的显示例。在图2中，在虚拟空间中表示了分别三维地表现了图1所示的机器人130、工具140以及工件150的机器人模型30、工具模型40以及工件模型50。在图2中为了方便只表示了二维的图像，但操作者能够操作鼠标、键盘等公知的输入设备来自由地变更视点。这样，操作者能够视觉地确认三维空间中的各结构要素的位置关系。

图3是一实施方式的机器人编程装置10的功能框图。机器人编程装置10具备虚拟空间生成部11、模型配置部12、动作图案存储部13、动作图案选择部14、投影对象物配置部15、加工路径生成部16、位置姿势决定部17、判定部18以及位置姿势修正部19。

虚拟空间生成部11具有生成三维地表现了机器人130的作业空间的虚拟空间的功能。在显示装置110的画面中显示通过虚拟空间生成部11生成的虚拟空间。

模型配置部12具有以下功能：将三维地表现了在生成机器人程序时应该考虑的结构要素的模型配置在虚拟空间中。例如根据CAD数据预先生成了各个结构要素的模型，并存储在机器人编程装置10的ROM中。根据一实施方式，与实际作业空间的相互位置关系对应地配置机器人模型30、工具模型40以及工件模型50(参照图2)。在需要考虑在工件150或机器人130的周围存在的障碍物的情况下，模型配置部12将与障碍物对应的追加模型配置在虚拟空间中。

动作图案存储部13具有以下功能：存储加工工件150时的工具140的多个不同的动作图案。图6表示能够应用的动作图案的若干个例子。如图所示，动作图案中包括V字形、U字形、N字形或螺旋状的图案，但不限定于这些。

动作图案选择部14具有以下功能：从动作图案存储部13中存储的多个不同的动作图案中选择在后述的投影对象物中形成的动作图案。

投影对象物配置部15具有以下的功能：在虚拟空间中配置投影对象物，该投影对象物具有形成了通过动作图案选择部14选择出的动作图案的面。在机器人编程装置10的ROM中预先存储了投影对象物的形状和尺寸。

加工路径生成部16具有以下功能：通过将在投影对象物上形成的动作图案投影到工件模型50上，生成工具140的加工点经过的加工路径。

位置姿势决定部17具有以下的功能：根据针对工件模型50的面的法线的方向、通过加工路径生成部16生成的加工路径，决定加工工件150时的工具140的位置以及姿势。

判定部18具有以下的功能：根据位置姿势决定部17决定的工具140的位置和姿势，判定工件150和工具140在工具140的加工点以外是否相互干扰。

位置姿势修正部19具有以下功能：在通过判定部18判定为发生干扰的情况下，修正工具140的位置和姿势的至少一方，以便在工具140的加工点以外工件150和工具140不相互干扰。

图4是表示通过一实施方式的机器人编程装置10执行的处理的流程图。首先，在步骤S401中，虚拟空间生成部11生成三维地表现了机器人130的作业空间的虚拟空间。接着在步骤S402中，模型配置部12如图5所示，将机器人模型30、工具模型40以及工件模型50配置在虚拟空间。各个模型的配置与实际的作业空间中的各个结构要素的位置关系对应。

在步骤S403中，动作图案选择部140选择在动作图案存储部13中存储的多个不同的动作图案中的一个动作图案。在步骤S404中，投影对象物配置部15将投影对象物配置在虚拟空间中。图7A分别表示配置在虚拟空间中的工具模型50以及投影对象物60。在图示的实施方式中，投影对象物60是形成了V字形的动作图案62的平面。投影对象物60可以具有其他方式，也可以具有例如组合了2个以上的平面的立体形状、或者包括至少一个曲面的立体形状。如图7A所示，将投影对象物60针对工件模型50配置为预定的位置关系。具体地说，将投影对象物60配置为在工件模型50的面52上投影动作图案62的位置关系。

在步骤S405中，通过加工路径生成部16，在工件模型50的面52上投影在投影对象物60上形成的动作图案62，如图7B所示，在工件模型50的面52上形成加工路径54。

在步骤S406中，根据在步骤S405中求出的加工路径54、预先确定的工件150和工具140之间的位置关系，决定经过加工路径54进行移动的工具140的位置和姿势。决定工具140的姿势，以使工具140相对于工件150朝向预定的角度，例如朝向相对于工件150的切面垂直的方向。图8表示了针对经过加工路径54的工件模型50的切面56的法线58。根据一实施方式，决定工具140的位置和姿势，使得工具模型40的姿势与法线58一致。如此，通过机器人编程装置10针对机器人130生成用于使其执行预定的加工的机器人程序。

在参照图4执行按照上述的方式生成的机器人程序时，存在工具140和工件150干扰的情况。这种情况下，需要进行程序的修正。根据本实施方式，在通过机器人编程装置10的判定部18判定为工具140和工件150相互干扰的情况下，执行后述的处理来修正机器人程序。

图10A表示按照机器人程序沿着工件模型50的面52进行移动的工具模型40。黑圆圈P1～P3表示工具模型40和工件模型50的接触点(即加工点)。根据图10A可以知道，在接触点P1、P3当工具模型40接触工件模型50时，工具模型40和工件模型50之间不产生干扰。另一方面，在接触点P2中，工具模型40在接触点P2以外的地点与工件模型50接触，产生干扰。

图9是表示为了在工具140和工件150之间不产生干扰而变更工具140的位置或姿势的处理的流程图。

在步骤S901中，通过位置姿势修正部19来变更工具140的位置和姿势中的至少任意一方。例如，使工具140的位置在与工具140相关联的工具坐标系的X轴方向上挪动预定的位移量α。具体地说，将针对机器人130进行示教的示教点在工具坐标系的X轴方向上挪动位移量α，从而变更工具140的位置。在另外的例子中，通过将针对机器人130的手腕132的示教姿势围绕工具坐标系的X轴旋转位移量β[度]，能够变更工具140的姿势。

再次参照图9，在步骤S902中，离线执行在步骤S901进行了变更后的机器人程序。在步骤S903，判定部18判定工具140是否与工件150发生干扰。在步骤S903中，在判定为产生了干扰的情况下，返回步骤S901，位置姿势修正部19再次变更工具140的位置和姿势的至少任意一方。在步骤S903中，在判定为没有产生干扰的情况下，结束机器人程序的修正处理。

图10B表示通过参照图9所说明的修正处理来变更了工具140的位置时的例子。将图10A和图10B进行对比，可知作为修正了工具140的位置的结果，工具模型40的加工点(工具模型40与工件模型50接触的位置)发生了变化。并且，在各个接触点P1～P3中，工具模型40和工件模型50在加工点以外相互不接触。即，根据修正后的机器人程序能够使工具140和工件150不相互干扰地执行加工工序。

如图10B所示，即使在判定为不产生干扰的接触点P1和P3(参照图10A)中，也变更了工具模型40的位置。即，对于加工路径54的整体变更了工具140的位置。但是，在其他的实施方式中，位置姿势修正部19也可以构成为，只在判定为产生干扰的地点、即只在接触点P2变更工具140的位置(或姿势)。图10C表示了在接触点P1和P3没有修正工具140的位置，另一方面在接触点P2修正了工具140的位置的例子(即，只变更了工具模型40的位置)。

根据本实施方式，按照在投影对象物60上形成的预定的动作图案62生成加工路径54，并且沿着加工路径54自动地决定工具140的位置和姿势。并且，在工件150和工具140相互干扰的情况下，自动地修正工具140的位置和姿势中的至少任意一方。因此，为了不产生工件150和工具140之间的干扰而自动生成机器人程序，因此能够在短时间内执行针对机器人130的示教工序，效率提高。

在其他的实施方式中，通过修正与工具140相关联的工具坐标系，可以变更工具140的位置和姿势中的至少任意一方。例如，如果使坐标系在X轴方向挪动位移量δ，则结果工具140的位置移动位移量δ。图11和图12是从加工点142侧观察工具140的图。在图11所示的修正前的状态中，工具坐标系的原点被设定在工具140的中心轴线上。与此相对，在图12所示的修正后的状态下，工具坐标系的原点向图的左侧位移了位移量δ。或者，例如如果围绕X轴使坐标系旋转位移量δ’[度]，则能够使工具140的姿势旋转位移量δ’[度]。

图13是说明上述实施方式的变形例的图。根据本变形例，加工路径生成部16还具备顶点确定部20、顶点置换部21。

顶点确定部20具有以下功能：在将动作图案62投影到工件模型50上时，确定未投影到工件模型50上的动作图案62的顶点。

顶点置换部21具有以下功能：将通过顶点确定部20确定的动作图案62的顶点置换为最接近该顶点的工件模型50的面52上的点。例如如图14所示，当动作图案62的顶点64、66(通过黑圆圈表示)位于工件模型50的范围外时，利用位于最接近该顶点64、66的地点的工件模型50的面52上的点68、70(用白圆圈表示)形成加工路径54。

根据本变形例，加工路径生成部16基于根据需要通过顶点置换部21进行置换后的点来生成加工路径54。因此，使生成加工路径54的工序自动化，所以能够高效地执行示教工序。

在一实施方式中，可以预先确定工具140的加工点。根据该实施方式，位置姿势决定部17例如如图15所示，决定工具140的位置和姿势，以便在相对于工具140的中心轴线垂直交叉的直线上设定的范围144内设定加工点。另外，将位置姿势修正部19构成为修正工具140的位置和姿势，以使修正后的工具140的加工点包含在上述范围144内。

根据参照图15说明的实施方式，在工具140的适当的加工点执行工件150的加工。由此，能够防止在意外的加工点执行工件150的加工。

根据本发明的机器人编程装置，自动地判定经过在虚拟空间中通过将动作图案投影到工件模型的面上而生成的加工路径来进行移动的工具和工件是否产生干扰。并且，当判定为产生干扰的情况下，变更工具的位置和姿势中的至少任意一方，修正机器人程序以便不产生干扰。由此，能够在短时间内执行针对机器人的示教工序，工作效率提高。

以上，说明了本发明的各种实施方式，如果是本领域的技术人员，会认识到通过其他实施方式也能够实现本发明所意图实现的作用效果。特别是能够在不超出本发明的范围的情况下，删除或置换上述实施方式的结构要素，或者能够进一步附加公知的手段。此外，本领域技术人员明白在本说明书中通过任意地组合明示或暗示地公开的多个实施方式的特征也能够实施本发明。

Claims (6)

1.一种机器人编程装置，其针对具备工具的机器人，生成用于执行配置在作业空间中的工件的加工的机器人程序，其特征在于，具备：

虚拟空间生成部，其生成三维地表现上述作业空间的虚拟空间；

模型配置部，其在上述虚拟空间中配置分别三维地表现上述工件、上述机器人以及上述工具的工件模型、机器人模型以及工具模型；

投影对象物配置部，其将形成了加工上述工件时的上述工具的动作图案的投影对象物配置在上述虚拟空间中；

加工路径生成部，其通过将上述动作图案投影到上述工件模型的至少一个面上，生成在加工上述工件时上述工具的加工点经过的加工路径；

位置姿势决定部，其根据针对上述工件模型的上述至少一个面的法线的方向以及上述加工路径，决定加工上述工件时的上述工具的位置和姿势；

判定部，其根据由上述位置姿势决定部决定的上述工具的位置和姿势，判定上述工件以及上述工具是否在上述工具的上述加工点以外相互干扰；以及

位置姿势修正部，其在上述判定部判定为发生干扰时，修正上述工具的位置和姿势中的至少一方，从而在上述工具的上述加工点以外上述工件和上述工具不相互干扰。

2.根据权利要求1所述的机器人编程装置，其特征在于，

上述位置姿势修正部通过修正针对上述机器人的示教内容，变更上述工具的位置和姿势中的至少一方。

3.根据权利要求1所述的机器人编程装置，其特征在于，

上述位置姿势修正部通过变更与上述工具相关联的坐标系，变更上述工具的位置和姿势中的至少一方。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的机器人编程装置，其特征在于，

预先设定了上述工具的上述加工点。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的机器人编程装置，其特征在于，

上述加工路径生成部还具备：

顶点确定部，其在将上述动作图案投影到上述工件模型的上述至少一个面上时，确定没有投影到上述至少一个面上的上述动作图案的顶点；和

顶点置换部，其将通过上述顶点确定部确定的上述动作图案的上述顶点置换为针对该顶点最接近的上述工件模型的上述至少一个面中的点。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的机器人编程装置，其特征在于，还具备：

动作图案存储部，其存储加工上述工件时的上述工具的多个不同的动作图案；和

动作图案选择部，其从上述多个不同的动作图案中选择在上述投影对象物上形成的上述动作图案。