作业机械手的传感动作生成方法及传感动作生成装置

摘要

提供一种作业机械手的传感动作生成方法及传感动作生成装置，本发明的作业机械手的传感动作生成方法适于生成作业机械手(2)进行传感动作时使用的传感动作数据，所述作业机械手(2)具备可与具有圆弧部分(C)的作业工件(W)接触的接触式传感器(3)。传感动作生成方法基于以离散点(D)近似了作业工件(W)的圆弧部分(C)的离散工件模型(DM)，推定对离散点(D)间进行插补的真实工件模型(RM)，基于推定的真实工件模型(RM)，生成作业机械手(2)的传感动作数据。这样，即使是具有圆弧部分的作业工件，也可自动生成适当的传感动作数据，减轻传感动作数据的修正、再设定作业的负担。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在脱机环境下自动生成作业机械手的适当的传感动作数据的方法及其装置。

背景技术

目前，通常在作业机械手对作业工件进行作业之前，进行如下的传感作业，即，通过基于“传感动作数据”使在作业机械手上设置的接触式传感器与作业工件接触，从而验证电脑上的作业工件和作业机械手的位置关系，基于该验证结果修正作业机械手的示教数据。

例如，即使想要基于电脑上的示教数据，用作业机械手在适当的位置、姿势进行焊接作业，由于存在着实际的作业工件的形状或安装误差、因作业机械手本身的初始位置、重力引起的关节部的弯曲或齿隙等，所以在实际的作业工件信息和示教数据之间产生误差，若实际想要进行焊接作业，则有时焊接部位会偏差，作业机械手的焊条以外的部位碰到作业工件。

因此，在作业机械手进行焊接等作业之前，需要进行一种传感作业，以用来实际使焊条与作业工件接触，修正实际的作业工件信息和电脑上的作业工件的示教数据之间的误差。

在进行所述的传感作业时，需要相对于作业机械手的传感动作数据，生成该传感动作数据的方法、即作业机械手的传感动作生成方法经常是操作员手动进行，但也开发出几种自动生成传感动作的技术。在专利文献1中公开了如下这样的技术，通过相对于具有圆弧形状的作业工件以圆弧上的任意三点接触，进行该作业工件的现在位置的传感，计算实际的作业工件和电脑上的作业工件上的圆弧中心的偏差，用于实际的焊接作业等的作业动作。

专利文献1的技术是一种将作业工件的圆弧部分上的任意的三点作为对作业工件的现在位置进行传感的位置，在该各传感位置生成在通过圆弧的中心位置的方向进行接触动作的示教数据的产业用机器人的作业线修正控制方法。

详细地说，在专利文献1中，在对圆筒部件和平板部件之间的圆弧状作业线(焊接线)进行传感动作的情况下，基于电脑上的位置信息，使作业机械手(机器人)实际接触于圆筒部件的外周面上的第一点的传感位置。

在该第一点的传感位置得到的实际的作业工件和电脑上的作业工件的误差(修正值)被存储于规定存储器，使机器人与圆筒部件上的第二点的传感位置接触。

在该第二点的传感位置的接触时，利用在第一点的传感位置得到的修正值，在电脑上的位置信息加上修正，使机器人接触于第二点的传感位置。另外，在使机器人接触于第三点的传感位置时，利用在第一点和第二点传感位置得到的补正值，修正电脑上的位置信息。

然后，通过作为传感位置在三点使机器人接触于圆筒部件，从而可以检测出实际的作业工件的圆弧中心的坐标，将检测出的圆弧中心坐标和电脑上的作业工件的圆弧中心的坐标之差作为圆弧传感补正值，用在第四点以后的传感动作或实际的焊接作业中。

现有技术文献

专利文献1：JP特许第2985336号公报

但是，虽然以上述专利文献1的方法可以生成传感动作数据，但实际上机器人不接触于作业工件就无法检测出补正量，无法在脱机环境下生成作业工件的圆弧中心的位置补正后的传感动作数据。

但是，并不仅限于该专利文献1公开的方法，在传感动作数据的生成中，现有技术都有无法回避的问题。

即，在脱机环境下的作业机械手的周边环境的曲面，为了作业机械手以及周边环境的描画或干涉检查的计算的高速化、CAD数据的轻量化，大多情况下近似以多边形表现作业数据(参考图2、图3)，在脱机环境内再现的作业机械手或周边环境的曲面与实际的作业工件的曲面在位置、形状方面不同，因此有时无法在实际的作业工件的面上制作传感位置。

例如图3(a)所示，即使在近似为多边形的作业工件上设定传感位置，如图3(b)所示，有时传感位置相对于实际的作业工件偏离，会产生要接触的作业机械手的接触式传感器(焊条等)够不到作业工件的传感示教数据。另外，虽未图示，但还有生成作业机械手的接触式传感器与作业工件干涉的传感示教数据的情况。

即使将这种传感示教数据用于机器人实机，也不是能得到想算出的圆弧的中心位置的检测位置，所以结果操作员需要使用示教悬吊装置(pendant)等手动修正传感位置。

因此，在操作员进行修正时，存在示教作业的负担要相应增加该修正作业的部分的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种作业机械手的传感动作生成方法以及传感动作生成装置，其在具有圆弧部分的作业工件中，可在脱机环境下，生成包括可得到想算出的圆弧中心位置的检测位置在内的传感动作数据，换言之，生成可正确对圆弧部分进行传感的传感动作数据，从而能够减轻作业机械手的传感动作的修正作业、示教作业的负荷。

为了达成上述目的，本发明采用以下技术手段。

本发明的作业机械手的传感动作生成方法，生成作业机械手进行传感动作时使用的传感动作数据，所述作业机械手具备可与具有圆弧部分的作业工件接触的接触式传感器，

其特征在于，

基于以离散点近似了所述作业工件的圆弧部分的离散工件模型，推定对所述离散点间进行插补的真实工件模型，

基于所述推定的真实工件模型，生成作业机械手的传感动作数据。

由此，即使是具有圆弧部分的作业工件，通过推定比离散工件模型更接近实际的作业工件的真实工件模型，可以减少实际的作业工件和电脑上的作业工件的误差，可以在脱机环境下自动生成可使作业机械手与实际的作业工件适当接触的传感动作数据，减轻作业机械手的传感动作数据的修正作业的负担，因此，可以缩短传感动作数据的生成时间，可以提高示教数据生成的作业效率。此外，真实工件模型是大致忠实再现了作业工件的圆弧部分的工件模型，是在电脑上设定的模型。可以基于该真实工件模型再设定传感动作数据。

优选的是，在推定所述真实工件模型时，按照圆弧形状对所述离散点间进行插补。

另外，优选的是，在推定所述真实工件模型时，在所述离散工件模型上提取接触式传感器与所述离散工件模型接触的接触面，将提取的接触面与立起设置该接触面的基准面的交线提取出来，然后将通过提取的交线的端点的圆弧作为所述真实工件模型提取出来。

由此，按照圆弧形状对离散点间进行插补，或者用一个圆推定作业模型，因此可以推定更加接近实际的作业工件的真实工件模型，即使在电脑上的作业模型和实际的作业模型较大不同的地点(例如离散点间)设定传感位置，也不存在达不到实际的作业工件或与作业工件干涉的情况，可以将接触位置设定于能够正确计算圆弧中心的位置上。

优选的是，所述离散工件模型由以所述离散点为顶点的多边形构成。

此外也可以在生成所述传感动作数据时，求出在所述离散工件模型上接触式传感器与所述离散工件模型接触的传感位置，在真实工件模型上对求出的传感位置进行再设定，以包含所述再设定的传感位置的方式生成传感动作数据。

尤其，还可以在生成所述传感动作数据时，再设定如下这样的直线与所述真实工件模型相交的点作为传感位置，所述直线通过再设定前的传感位置，并且从按照圆弧形状对所述离散点间进行了插补的真实工件模型的圆弧中心向径外方向延伸。

另外，还可以在生成所述传感动作数据时，再设定如下这样的直线与所述真实工件模型相交的点作为传感位置，所述直线通过再设定前的传感位置，并且与所述接触式传感器的移动方向重合。

由此，除了再设定前的传感位置，通过利用推定的真实工件模型的圆弧中心或传感动作时的接触式传感器的移动方向，可以将传感位置可靠地再设定于真实工件模型的圆弧上，可进一步减少实际的作业工件的传感位置和电脑的作业工件的传感位置的误差，可完全在脱机环境下自动生成精度高的传感动作数据，可以实现传感动作数据修正的负担的减轻、传感动作数据生成的时间的缩短。

进而，还优选判断在所述离散工件模型上接触式传感器接触的传感位置是否与离散点一致，在判断为所述传感位置与离散点不一致的情况下，推定所述真实工件模型。

本发明的作业机械手的传感动作生成装置，其生成作业机械手进行传感动作时使用的传感动作数据，所述作业机械手具备可与具有圆弧部分的作业工件接触的接触式传感器，

其特征在于，

所述传感动作生成装置具有：

模型推定机构，其基于以离散点近似了所述作业工件的圆弧部分的离散工件模型，推定对所述离散点间进行插补的真实工件模型；以及

数据生成机构，其基于所述推定的真实工件模型，生成作业机械手的传感动作数据。

优选所述模型推定机构构成为按照圆弧形状对所述离散点间进行插补。

另外，优选所述模型推定机构构成为提取接触式传感器与所述离散工件模型接触的接触面，将提取的接触面与立起设置该接触面的基准面的交线提取出来，然后将通过提取的交线的端点的圆弧作为所述真实工件模型提取出来。

优选所述离散工件模型由以所述离散点为顶点的多边形构成。

此外也可以是所述数据生成机构构成为求出接触式传感器与所述离散工件模型接触的传感位置，在真实工件模型上对求出的传感位置进行再设定，以包含所述再设定的传感位置的方式生成传感动作数据。

尤其可以是所述数据生成机构构成为再设定如下这样的直线与所述真实工件模型相交的点作为传感位置，所述直线通过再设定前的传感位置，并且从按照圆弧形状对所述离散点间进行了插补的真实工件模型的圆弧中心向径外方向延伸。

另外可以是所述数据生成机构构成为再设定如下这样的直线与所述真实工件模型相交的点作为传感位置，所述直线通过再设定前的传感位置，并且与所述接触式传感器的移动方向重合。

进而优选所述传感动作生成装置具有判断在所述离散工件模型上接触式传感器接触的传感位置是否与离散点一致的离散点判断机构，所述模型推定机构构成为在所述离散点判断机构判断为传感位置与离散点不一致的情况下，推定所述真实工件模型。

发明效果

根据本发明，电脑上的工件模型的圆弧部分即使由离散数据构成，也可以自动生成包含可使作业机械手适当接触实际的作业工件的传感位置在内的传感动作数据，可以减轻传感动作的修正及示教的作业负担。

附图说明

图1是本发明的作业机械手的传感动作生成装置的构成图；

图2是表示实际的作业工件和对其近似的离散工件模型的图，图2(a)是立体图，图2(b)是俯视图；

图3(a)是表示电脑上的作业工件的传感位置的设定，图3(b)是表示在实际的作业工件中传感位置偏离(够不到或者干涉)的图；

图4(a)、图4(b)是表示离散工件模型上的接触式传感器接触的面与基准面的边缘的俯视图、立体图；图4(c)、图4(d)是表示从边缘的端点提取的圆的立体图、俯视图；

图5(a)是表示最初的传感位置和提取的圆的俯视图，图5(b)是表示利用最初的传感位置和圆弧中心再设定的传感位置的俯视图，图5(c)是表示利用最初的传感位置和接触式传感器的移动方向再设定的传感位置的俯视图；

图6是表示作业机械手的传感动作生成方法的流程图。

图7是作业机械手的传感动作生成装置的构成图；

图中：

1-传感动作生成装置

2-作业机械手

3-接触式传感器(焊条)

4-电脑

W-作业工件

C-作业工件的圆弧部分

D-离散点

DM-离散工件模型

RM-真实工件模型

T-接触面

K-基准面

E-接触面和基准面的交线(边缘)

EP-边缘的端点

RC-通过边缘的端点的圆弧

P-传感位置

O-圆弧中心

P1-再设定前的传感位置

P2-再设定后的传感位置

M1-传感动作设定机构(数据生成机构)

M2-离散点判断机构

M3-模型推定机构

M4-再设定机构

具体实施方式

以下基于图1～图7说明本发明的实施方式。

此外，以下的实施方式是将本发明具体化的一例，并不限定本发明的技术范围。

【作业机械手的构成】

图1表示本发明的作业机械手2(作业用机器人)的传感动作生成装置1。

该传感动作生成装置1具有作业机械手2、按照内置的示教数据使该作业机械手2动作的控制盘11以及可输入示教数据的示教悬吊装置12。进而，控制盘11连接于脱机示教用的电脑4。

【关于传感动作】

本实施方式的电脑4在脱机环境下通过使在作业机械手2上设置的焊条3(接触式传感器)接触于作业工件W，生成包含传感位置P、传感时的作业机械手2的传感姿势在内的传感动作的示教数据(传感动作数据)。

此外，电脑4在脱机上的示教数据中的作业工件W的位置和由焊条3探测取得的实际的作业工件W位置不同时，利用与探测的位置的差值，可以逐次修正进行传感动作的部位以后的作业机械手2的动作，同时进行传感作业。

此外，操作员以电脑4或示教悬吊装置12的输入，按照预先示教了动作的程序(示教程序)，控制作业机械手2，或者也可以手动生成传感动作数据。

作业机械手2作为焊接用机器人是一般的六轴的多关节型机器人，在其手前端2a(前端)配备有焊条3。此外，作业机械手2也可以是具备滑块的机械手或者是七轴以上的机械手。

焊条3是具有规定长度的条构件，在传感作业时，还可以起到探测与作业工件W的接触的接触式传感器的作用。例如，可以在作业机械手2的手前端2a的电极流通电流，使手前端2a靠近作业工件W，观察与焊条3接触时的短路状态，判断是否接触。

但是，上述的所谓“传感动作”是指如下这样的作业：作业机械手2即使以适当的位置、姿势进行焊接作业，有时也在实际的作业工件W信息和示教数据之间产生误差，因此，在实际进行焊接作业之前使焊条3接触于作业工件W，对相关于电脑4上的作业机械手2或电脑4上的作业工件W(即工件模型M)的形状或配置、进而对于工件模型M上的传感位置P(作业机械手2的焊条3在脱机环境下与工件模型M接触的位置)进行修正乃至再设定。

【生成传感动作数据时的问题点】

用于使作业机械手2进行该传感动作的传感动作数据是基于电脑4上的作业工件W的模型(工件模型M)制作的。

如图1、2所示，本实施方式的工件W是从作为基准的平板材(其上表面相当于后述的基准面K)立起设置圆筒状部件的工件，此时，圆筒状部件的内周面以及外周面是作业工件W的圆弧部分C。

尤其如图2所示，作业工件W的工件模型M用多面体近似具有曲面的实际的作业工件W，尤其在俯视中用多边形(参考图2(b))近似圆弧部分C。这是为了通过简化工件模型M来实现电脑4上的CAD数据的轻量化、干涉检查的计算的高速化等。

另外，如图2(b)右图所示，工件模型M用直线连结实际的作业工件W上隔开间隔存在的点(离散点D)之间，用以离散点D为顶点的多边形来表示作业工件W的圆弧部分C。

如此，利用实际的作业工件W上存在的离散点D近似的(即，以离散点D近似的)工件模型M为“离散工件模型DM”。此外，离散工件模型DM即使不用直线连结离散点D，也可以用样条曲线等连结离散点D。

考虑利用该离散工件模型DM，在脱机环境下，生成使接触式传感器3接触于作业工件W的示教数据的情况。

如图3(a)所示，在电脑4上在所述离散工件模型DM上设定传感位置P。

在此，所谓传感位置P具体地说是焊条3接触于作业工件W(此时是离散工件模型DM)的位置，同时也包括表示该接触动作时焊条3移动的方向的矢量(传感矢量SV)、此时的作业机械手2的姿势信息。

在圆弧部分C(即，离散点D间)设定这种传感位置P时，在从以假想线表示的实际的作业工件W的内周面离开的内侧配置传感位置P，或在实际的作业工件W的内周面的外侧、即实际的作业工件W的内部配置传感位置P。

此时，若使用离散工件模型DM，生成在从实际的作业工件W偏离的位置配置传感位置P的传感动作数据，移动作业机械手2实机，使焊条3接触于实际的作业工件W时，如图3(b)所示，焊条3没有到达作业工件W的内壁，或者，接触式传感器3或作业机械手2的一部分与作业工件W干涉(作业工件W也从内壁陷入)。

因此，在发生这种干涉等的情况时，需要用实际的作业工件W信息和示教数据的误差量对示教数据中的传感位置P进行修正再设定。

【本发明中的传感动作数据的生成方法：真实工件模型的推定】

考虑该状况，利用图6、图7，说明本发明的作业机械手2的传感动作生成方法。该传感动作生成的处理是通过与控制盘11连接的脱机示教用的电脑4进行的。

此外，传感动作生成装置1具有用于执行本发明的传感动作生成方法的电脑程序(传感动作生成程序)。

如图6的流程图所示，传感动作生成程序为了使电脑4进行生成传感动作数据的处理，作为电脑4可读取的形式的数据被记录在记录介质(图示省略)中。

在步骤S1(数据生成步骤)中，如图6所示，对于焊条3与作业工件W接触的传感位置P，首先在离散工件模型DM上指定三点。

在步骤S2中，判断所有的指定的三个传感位置P是否与离散工件模型DM上的离散点D一致(离散点判断步骤)。

在判断为所有的传感位置P与离散点D不一致的情况下，处理进入步骤S3。另外，如果在一致的情况下，结束处理。

在步骤S3(模型推定步骤)中，提取焊条3与离散工件模型DM接触的接触面T和基准面K(平板材的上表面)的交线(边缘E)，提取通过该边缘E的所有(六个)端点EP的圆弧RC作为真实工件模型RM。

所谓该真实工件模型RM是将作业工件W的圆弧部分C大致充实再现的工件模型M，是在电脑4上设定的模型。以该真实工件模型RM为准可以进行传感动作数据的再设定等。

接着，在步骤S4(再设定步骤)中，在提取的真实工件模型RM上预先再设定传感位置P，以包含该再设定的传感位置P的方式再次生成传感动作数据。

下面，详细说明步骤S1～步骤S4。

在步骤S1中，首先，从作业机械手2及作业工件W的几何学形状和配置的几何学数据，在电脑4上生成离散工件模型DM。

接着，通过传感动作指定机构M1(数据生成机构)，在生成的离散工件模型DM上指定三个焊条3的传感位置P。

这些传感位置P是通过由鼠标或键盘指定电脑4上的规定项目，或者通过检索数据库等基于存储的数据生成传感动作数据而被指定的。

在此，存在示教数据和实际的作业工件W的形状、位置及姿势的误差(参考图2)，如上所述，需要在使焊条3接触于实际的作业工件W之前，对传感动作数据进行修正。

所以在步骤S2中，在脱机环境下，由离散点判断机构M2判断指定的三个传感位置P是否与离散工件模型DM上的离散点D一致。

在离散点判断机构M2判断为三个传感位置P与离散点D不一致的情况下，处理进入下一步骤S3。

此外，在三个传感位置P与离散点D一致的情况下，即，在焊条3接触于位于实际的作业工件W上的离散点D的情况下，只要计算通过最初设定的三个传感位置P的圆，则不产生示教数据和实际的作业工件W之间的误差，即使不进行以下所示的真实工件模型RM的推定或传感位置P的再设定，由于也不会产生上述的干涉等，所以可以生成适当的传感动作数据。

在步骤S3中，通过模型推定手段M3提取通过接触面T和基准面K的边缘E上的端点EP的圆RC作为真实工件模型RM。

如图4(a)、(b)所示，通过在离散工件模型DM上设定三个传感位置P(最初设定的传感位置P1)，在电脑4上分别决定与各传感位置P对应的焊条3接触的接触面T(可以相对于各传感位置P唯一提取)。并且也可以分别提取这些接触面T与立起设置这些接触面T的基准面K(平板材的上表面)的交线(边缘E)。

下面，如图4(c)、(d)所示，将通过提取的边缘E的所有(六个)端点EP的一个圆RC作为真实工件模型RM提取出来。

【本发明的传感动作数据的生成方法：基于真实工件模型的传感动作数据的再设定】

在步骤4中，通过再设定机构M4在真实工件模型RM上再设定传感位置P，生成包含再设定之后的传感位置P2的传感动作数据。

利用最初设定的传感位置P1进行向该传感位置P2的再设定。

例如图5(a)、(b)所示，设定通过最初的传感位置P1，且从作为真实工件模型RM的圆的圆弧中心O沿圆的径外方向延伸的直线L。将该直线L与真实工件模型RM的圆相交的点作为新的传感位置P2进行再设定。

最初的传感位置P1由于在离散工件模型DM上设有三个，所以再设定的传感位置P2也再真实工件模型RM上设有三个。

在此，真实工件模型RM以沿着实际的作业工件W的形状的方式对离散点D间进行插补，因此在真实工件模型RM上的传感位置P2位于实际的作业工件W上。

因此，即使作业机械手2实机不移动，在脱机环境下，也可以设定焊条3可接触于实际的作业工件W的传感位置P，能够自动生成适当的传感动作数据。

此外，上述的传感位置P2的再设定也可以按照以下所示的顺序进行。

如图5(a)、(c)所示，设定通过最初的传感位置P1，且沿再设定前的焊条3的移动方向(传感矢量SV)向圆的径外方向延伸的直线L’。将该直线L’和真实工件模型RM相交的点作为再设定的传感位置P2。

此时也同样，真实工件模型RM上的传感位置P2位于实际的作业工件W上。

因此，可以在脱机环境下自动生成适当的传感动作数据。

如上所述，通过对于传感动作进行步骤S1～步骤S4，可以在脱机环境下生成自动指示适当的传感位置P的传感动作数据，若将该传感动作数据适用于作业机械手2实机，则不需要操作员的修正、再设定，可以可靠进行作业工件W的圆弧部分C的中心位置的补正值检测，同时也实现示教作业负担的减轻。

本发明不限定于前述的实施方式。传感动作生成装置1等的各结构或整体的构造、形状、尺寸等可以在不脱离本发明主旨的范围内进行适当变更。

作业机械手2的传感动作生成装置1通过离散点判断机构M2判断传感位置P是否与离散点D一致，但即便不具有离散点判断机构M2，即不管传感位置P与离散点D是否一致，必然都可以进行真实工件模型RM的推定。

作业机械手2不限于焊接用的机械手，涂装用、组装用等各种机械手都可以。

接触式传感器3不限定于在引线中流通电流来观察接触时的短路状态的接触式的焊条，也可以是具备负载传感器的荷重检测传感器。

再设定机构M4将再设定前的传感位置P1和圆弧中心O连结起来，在真实工件模型RM上再设定传感位置P2，但也可以将最接近再设定前的传感位置P1的真实工件模型RM上的点作为再设定的传感位置P2。