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CN113905859B - 机器人控制系统及机器人控制方法 - Google Patents

机器人控制系统及机器人控制方法 Download PDF

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CN113905859B CN201980097014.0A CN201980097014A CN113905859B CN 113905859 B CN113905859 B CN 113905859B CN 201980097014 A CN201980097014 A CN 201980097014A CN 113905859 B CN113905859 B CN 113905859B
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Abstract

在机器人控制系统中，在使机器人(11)的臂动作而使保持于臂前端的末端执行器(23)的工件(24)移动至相机(41)的上方的拍摄位置的状态下利用上述相机拍摄该工件，并对其图像进行处理从而测定该工件的位置偏差量，并且考虑其测定数据来将该工件定位并安装于安装位，在利用上述相机对保持于上述末端执行器的工件进行拍摄时，在预先使拍摄位置处的末端执行器的旋转角度旋转至安装位置处的目标旋转角度的状态下利用上述相机拍摄该工件，并对其图像进行处理从而测定该工件的位置偏差量。

Description

机器人控制系统及机器人控制方法
技术领域
本说明书公开涉及具备对臂前端的末端执行器所保持的工件从其下方进行拍摄的相机的机器人控制系统及机器人控制方法的技术。
背景技术
每当在机器人的臂前端的末端执行器保持工件时，该工件的位置稍微产生位置偏差，因此，如专利文献1(日本特开2018-103352号公报)记载的那样，通过利用相机对保持于末端执行器的工件从其下方进行拍摄并处理其图像来测定该工件的位置偏差量，并考虑其测定数据地将该工件定位并安装于预定的安装位置，从而确保该工件的安装精度。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2018-103352号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，保持工件的末端执行器以能够将机器人的臂前端(手臂部)的关节轴作为中心而旋转的方式安装，因此，末端执行器的位置通过机器人坐标系(世界坐标系)的X、Y、Z的各坐标值和旋转角度来控制。该机器人的臂动作的控制设定包括使末端执行器所保持的工件向拍摄位置移动时的末端执行器的绕Z轴的目标旋转角度Rz1在内的目标位置(X1、Y1、Z1、Rz1)和包括使该工件向安装位置移动时的末端执行器的绕Z轴的目标旋转角度Rz2在内的目标位置(X2、Y2、Z2、Rz2)，并在拍摄位置测定了该工件的X、Y、Rz方向上的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)之后，在使该工件向安装位置移动时将末端执行器的目标位置(X2、Y2、Z2、Rz2)修正相当于该工件的X、Y、Rz方向上的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)的量而使末端执行器移动，从而将该工件定位于安装位置。
但是，有时保持工件的末端执行器相对于臂前端的关节轴有意地倾斜安装，或者由于安装误差而倾斜地安装。在该情况下，即便在拍摄位置准确地测定了工件的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)，在使该工件向安装位置移动时使末端执行器的旋转角度Rz从拍摄位置的目标旋转角度Rz1旋转至安装位置的目标旋转角度Rz2的过程中，末端执行器的前端侧也振摆回转而工件的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)发生变动，无法将该工件高精度地定位于安装位置。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，在机器人控制系统中，具备：机器人，进行将保持于臂前端的末端执行器的工件向预定的安装位置安装的作业；相机，对保持于上述末端执行器的工件从其下方进行拍摄；及控制部，控制上述机器人的动作，上述控制部在使上述机器人的臂动作而使保持于上述末端执行器的工件移动至上述相机的上方的拍摄位置的状态下利用上述相机拍摄该工件，并对其图像进行处理从而测定该工件的位置偏差量，并且考虑其测定数据来将该工件定位并安装于上述安装位置，在利用上述相机对保持于上述末端执行器的工件进行拍摄时，上述控制部在预先使上述拍摄位置处的上述末端执行器的旋转角度旋转至上述安装位置处的目标旋转角度的状态下利用上述相机拍摄该工件，并对其图像进行处理从而测定该工件的位置偏差量。
在该结构中，在对保持于末端执行器的工件的位置偏差量进行测定时，在预先使拍摄位置处的末端执行器的旋转角度旋转至安装位置处的目标旋转角度的状态下测定该工件的位置偏差量，因此，能够在拍摄位置测定了工件的位置偏差量之后在不使末端执行器旋转的情况下使工件向安装位置移动。由此，能够防止由于向安装位置移动时的末端执行器的旋转引起的工件的位置偏差量的变动，能够使用在拍摄位置测定出的工件的位置偏差量的测定数据来将工件高精度地定位于安装位置。
附图说明
图1是表示一实施例的机器人控制系统的外观的主视图。
图2是表示机器人控制系统的电结构的框图。
图3是说明在利用相机对保持于末端执行器的工件进行拍摄时的状态的主视图(将末端执行器的倾斜夸张地图示)。
图4是对因向安装位置移动时的末端执行器的旋转引起的末端执行器的前端侧的振摆回转进行说明的主视图。
图5是对使保持于末端执行器的工件从拍摄位置向安装位置移动的动作进行说明的俯视图。
具体实施方式
以下，对本说明书所公开的一实施例进行说明。
首先，基于图1对机器人11的结构进行说明。
机器人11例如是5轴垂直多关节机器人，且由设置于工厂地板12的固定基座13、能够以第一关节轴14(J1)为中心旋转地设置于该固定基座13上的第一臂15、通过第二关节轴16(J2)能够回旋地设置于该第一臂15的前端的第二臂17、通过第三关节轴18(J3)能够回旋地设置于该第二臂17的前端的第三臂19、通过第四关节轴20(J4)能够回旋地设置于的该第三臂19的前端的手臂部21(臂前端)、能够以第五关节轴22(J5)为中心旋转且能够更换地安装于该手臂部21的末端执行器23构成。
在该情况下，末端执行器23例如也可以是吸附工件24的上表面的吸嘴、吸盘等吸附工具、把持工件24的侧面的卡盘中的任一个，总之，只要能够通过吸附、把持等来保持工件24即可。
机器人11的第一～第五的各关节轴14、16、18、20、22分别由伺服马达25～29(参照图2)驱动。如图2所示，在各伺服马达25～29分别设置有检测旋转角的编码器31～35，由各编码器31～35检测出的旋转角的信息经由伺服放大器36而向控制部37反馈。由此，控制部37通过以使由各编码器31～35检测出的各伺服马达25～29的旋转角与各目标旋转角一致的方式经由伺服放大器36而对各伺服马达25～29进行反馈控制，从而将机器人11的各臂15、17、19、手臂部21、末端执行器23的位置反馈控制为各自的目标位置。在图2的结构例中，伺服放大器36是对多个伺服马达25～29进行反馈控制的多轴放大器，但伺服马达25～29也可以各由一台伺服放大器分别进行反馈控制。
在设定于机器人11的臂可动区域(手臂部21前端侧的末端执行器23能够移动的区域)内的拍摄位置的下方，对保持于末端执行器23的工件24从其下方进行拍摄的相机41朝向上方地固定于相机台42上。
如图2所示，对如以上那样构成的机器人11的动作进行控制的机器人控制单元51构成为具备图像处理部45、控制部37及伺服放大器36等。控制部37通过在使机器人11的各臂15、17、19和手臂部21动作而使保持于末端执行器23的工件24移动至相机41的上方的拍摄位置的状态下利用相机41拍摄该工件24，并利用图像处理部45处理其图像，从而测定该工件24的位置偏差量，并考虑其测定数据地将该工件24定位并安装于例如电路基板52(参照图4、图5)等的预定的安装位置，从而确保该工件24的安装精度。
然而，保持工件24的末端执行器23能够以机器人11的臂前端的手臂部21的第五关节轴22为中心旋转地安装，因此，末端执行器23的位置通过机器人坐标系(世界坐标系)的X、Y、Z的各坐标值和旋转角度来控制。该机器人的臂动作的控制在设定包括使保持于末端执行器的工件24向拍摄位置移动时的末端执行器23的绕Z轴的目标旋转角度Rz1在内的目标位置(X1、Y1、Z1、Rz1)和包括使该工件24向电路基板52的安装位置移动时的末端执行器23的绕Z轴的目标旋转角度Rz2在内的目标位置(X2、Y2、Z2、Rz2)，并在拍摄位置测定了该工件24的X、Y、Rz方向上的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)之后，在使该工件24向安装位置移动时将末端执行器23的目标位置(X2、Y2、Z2、Rz2)修正相当于该工件24的X、Y、Rz方向上的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)的量而使末端执行器23移动，从而将该工件23定位于安装位置。
但是，如图3所示，有时保持工件24的末端执行器23相对于臂前端的手臂部21的第五关节轴22有意地倾斜安装或者由于安装误差而倾斜地安装(图3将末端执行器23的倾斜夸张地图示)。在该情况下，即便在拍摄位置准确地测定了工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)，在使该工件24向安装位置移动时使末端执行器23的旋转角度Rz从拍摄位置的目标旋转角度Rz1旋转至安装位置的目标旋转角度Rz2的过程中，如图4所示，末端执行器23的前端侧振摆回转而工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)也变动，无法将该工件24高精度地定位于安装位置。
因此，在本实施例中，控制部37在利用相机41对保持于末端执行器23的工件24进行拍摄时，在预先使拍摄位置处的末端执行器23的绕Z轴的旋转角度Rz旋转至安装位置处的目标旋转角度Rz2的状态下利用相机41拍摄该工件24，并处理其图像，从而测定该工件41的X、Y、Rz方向上的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)。这样一来，在拍摄位置测定了工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)之后，能够在不使末端执行器23旋转的情况下使工件24向安装位置移动。由此，能够防止由于向安装位置移动时的末端执行器24的旋转引起的工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)的变动，能够使用在拍摄位置测定出的工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)的测定数据来将工件24高精度地定位于安装位置。
在该情况下，在拍摄位置测定了工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)之后将该工件24安装于安装位置时，对工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)进行修正。此时，在对工件24的绕Z轴的位置偏差量即角度偏差量ΔRz进行修正时，使末端执行器23旋转与角度偏差量ΔRz对应的角度的量来修正该工件24的角度偏差量ΔRz。通常，与末端执行器23的角度偏差量ΔRz对应的旋转角度修正量较小，因此，由于相当于末端执行器23的角度偏差量ΔRz的量的旋转角度修正而产生的工件41的X、Y方向的位置偏差量(ΔX、ΔY)的变化量小，处于允许误差内，可认为能够确保所要求的定位精度。
但是，角度偏差量ΔRz越大则角度偏差量ΔRz修正时的末端执行器23的旋转角度修正量越大，因末端执行器23的旋转角度修正而引起的工件41的X、Y方向的位置偏差量(ΔX、ΔY)的变化量变大，有可能不在允许误差内。
作为其对策，也可以是，在拍摄位置测定出的工件24的角度偏差量ΔRz为预定值以上的情况下，在拍摄位置将末端执行器23的旋转角度Rz修正相当于该工件24的角度偏差量ΔRz的量并利用相机41再次拍摄该工件24，并对其图像进行处理从而再次测定该工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)。这样一来，在将该工件24安装于安装位置时，即便使末端执行器23旋转与角度偏差量ΔRz对应的角度量来修正工件24的角度偏差量ΔRz，也由于角度偏差量ΔRz变小，所以因角度偏差量ΔRz修正时产生的末端执行器23的旋转角度修正引起的工件41的X、Y方向的位置偏差量(ΔX、ΔY)的变化量变小而处于允许误差内，从而能够确保所要求的定位精度。
或者，也可以是，在拍摄位置测定了工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)之后，无论工件24的角度偏差量ΔRz的大小如何，均每次在拍摄位置将末端执行器23的旋转角度Rz修正相当于该工件24的角度偏差量ΔRz的量并利用相机41再次拍摄该工件24，并处理其图像，从而再次测定该工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)。这样，能够使用再次测定出的工件24的位置偏差量(ΔX、ΔY、ΔRz)的测定数据更可靠地将该工件24高精度地定位于安装位置。
另外，本发明不限定于上述的实施例，例如，也可以适当地变更机器人11的结构等能够在不脱离主旨的范围内进行各种变更地实施，这是不言而喻的。
附图标记说明
11…机器人；14…第一关节轴；15…第一臂；16…第二关节轴；17…第二臂；18…第三关节轴；19…第三臂；20…第四关节轴；21…手臂部(臂前端)；22…第五关节轴；23…末端执行器；24…工件；25～29…伺服马达；31～35…编码器；36…伺服放大器；37…控制部；41…相机；45…图像处理部；51…机器人控制单元；52…电路基板。

Claims (5)

1.一种机器人控制系统，具备：机器人，进行将保持于臂前端的末端执行器的工件向预定的安装位置安装的作业；相机，对保持于所述末端执行器的工件从其下方进行拍摄；及控制部，控制所述机器人的动作，所述控制部在使所述机器人的臂动作而使保持于所述末端执行器的工件移动至所述相机的上方的拍摄位置的状态下利用所述相机拍摄该工件，并对其图像进行处理从而测定该工件的位置偏差量，并且考虑其测定数据来将该工件定位并安装于所述安装位置，
在测定所述工件的位置偏差量时，在利用所述相机对保持于所述末端执行器的工件进行拍摄时，所述控制部在预先使所述拍摄位置处的所述末端执行器的旋转角度旋转至所述安装位置处的目标旋转角度的状态下利用所述相机拍摄该工件，并对其图像进行处理从而测定该工件的位置偏差量，
在所述拍摄位置处测定了所述工件的所述位置偏差量之后，不使所述末端执行器旋转地使所述工件移动到所述安装位置。
2.根据权利要求1所述的机器人控制系统，其中，
在将保持于所述末端执行器的工件向所述安装位置安装时，所述控制部将所述末端执行器的旋转角度修正相当于该工件的位置偏差量的测定数据中的所述末端执行器的旋转方向上的角度偏差量的量并将该工件定位于所述安装位置。
3.根据权利要求2所述的机器人控制系统，其中，
在所述工件的位置偏差量的测定数据中的所述末端执行器的旋转方向上的角度偏差量为预定值以上的情况下，所述控制部在所述拍摄位置将所述末端执行器的旋转角度修正相当于该工件的位置偏差量的测定数据中的所述末端执行器的旋转方向上的角度偏差量的量并利用所述相机再次拍摄该工件，并对其图像进行处理从而再次测定该工件的位置偏差量。
4.根据权利要求1所述的机器人控制系统，其中，
在测定了所述工件的位置偏差量之后，所述控制部在所述拍摄位置将所述末端执行器的旋转角度修正相当于该工件的位置偏差量的测定数据中的所述末端执行器的旋转方向上的角度偏差量的量并利用所述相机再次拍摄该工件，并对其图像进行处理从而再次测定该工件的位置偏差量。
5.一种机器人控制方法，具备：机器人，进行将保持于臂前端的末端执行器的工件向预定的安装位置安装的作业；及相机，对保持于所述末端执行器的工件从其下方进行拍摄，在使所述机器人的臂动作而使保持于所述末端执行器的工件移动至所述相机的上方的拍摄位置的状态下利用所述相机拍摄该工件，并对其图像进行处理从而测定该工件的位置偏差量，并且考虑其测定数据来将该工件定位并安装于所述安装位置，
在测定所述工件的位置偏差量时，在利用所述相机拍摄保持于所述末端执行器的工件时，在预先使所述拍摄位置处的所述末端执行器的旋转角度旋转至所述安装位置处的目标旋转角度的状态下利用所述相机拍摄该工件，并对其图像进行处理从而测定该工件的位置偏差量，在所述拍摄位置处测定了所述工件的所述位置偏差量之后，不使所述末端执行器旋转地使所述工件移动到所述安装位置。
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