机器人的刀具参数的修正方法

机器人的刀具参数的修正方法
【专利摘要】本发明提供通过简单的机器人的动作、不依赖于作业者的熟练度、技能等而在短时间内高精度地修正刀具参数的方法。在导出用于确定安装于在焊接机器人(2)的臂前端设置的凸缘部(7)的焊接刀具(6)的前端位置的刀具参数的方法中，使焊接刀具(6)采取不同的三个以上的姿势角，在各姿势角下使焊接刀具(6)的前端点(P)沿基础坐标系的-Zb方向移动至作为基准面的平板(8)。而且，在各姿势角下，计测焊接刀具(6)的前端点(P)到达平板(8)时的前端点(P)的位置偏移量，求出平移成分变化量，基于该求出的平移成分变化量修正刀具参数。
【专利说明】机器人的刀具参数的修正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及安装于焊接机器人等的前端的刀具，涉及简单且在短时间内高精度地修正刀具参数的技术。
【背景技术】
[0002]例如，在相对于工件自动地进行焊接的焊接机器人中，在该焊接机器人的前端部分(凸缘部)安装有具备焊炬等的刀具(工具)。
[0003]在该焊接刀具的前端部设定有刀具坐标系，该刀具坐标系通过使用利用了刀具参数的变换炬阵能从凸缘坐标系进行坐标变换。凸缘坐标系是在形成于焊接机器人的前端部的凸缘部设定的坐标系，该凸缘坐标系通过控制装置基于焊接机器人的各轴的数据计算出。
[0004]由以上明确可知，为了在控制装置中正确地把握刀具前端的位置，需要预先正确地导出坐标变换不可缺少的刀具参数。刀具参数的导出作业有时在更换焊接机器人的刀具之后进行，但在刀具与作业工件等碰撞时等而刀具参数发生改变时也进行。
[0005]作为涉及刀具参数的导出、校正的技术，例如有专利文献I?3公开的技术。
[0006]在专利文献I中公开有这样的机器人的工具位置设定方式:设置至少指定了三个位置的夹具，使该夹具的任意一个位置与工具的应设定的位置一致，能自动地设定所述工具的应设定的位置。
[0007]在专利文献2中公开有这样的机器人的刀具参数校正方法:基于对安装于机器人的臂前端的刀具在空间上的一点至少以不同的三个姿势定位时的各定位数据运算出上述刀具的安装部的坐标系，基于相对于从使用刀具参数表现的上述安装部的坐标系看出的刀具位置候补的平均值的偏差推定上述刀具参数的校正值。
[0008]在专利文献3中公开有一种机器人的偏芯修正方法,该机器人的偏芯修正方法具有下述工序:在机器人的动作范围内对具有导电性的三个平板和设于所述作业工具的一部分的具有导电性的触头之间施加电压，使机器人向预先设定的方向动作的工序；检测该平板与该触头的电接触的工序；算出该机器人的前次的位置数据和本次的位置数据的差分而运算出该作业工具的作业点和基准点的误差的工序；使该作业工具的作业点向吸收该误差的方向移动的工序。
[0009]在先技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特开昭61-25206号公报
[0012]专利文献2:日本特许第2774939号公报
[0013]专利文献3:日本特开平1-257593号公报

【发明内容】

[0014]发明要解决的课题[0015]通过使用专利文献1、专利文献2公开的技术能导出及校正机器人的刀具(工具)位置、刀具参数。但是，在专利文献1、专利文献2的技术中，在校正作业中不仅需要专用的夹具、销，还必需通过操作员的操作使刀具的前端正确地向夹具的规定位置、销的前端移动。这样的定位作业受操作员的熟练度、目视的方向等的影响，难以正确地进行。另外，由于校正后的验证也通过操作员的目视进行，因此，也难以定量的把握。换言之，在这些技术中，操作员的熟练度、技能等给刀具的定位、精度、刀具参数的导出精度带来影响。
[0016]专利文献3公开的技术使用使三个平板正交地组装成的专用夹具和接触传感器，使刀具前端分别与该夹具的三个平板各接触一次共接触三次。利用这样的传感动作求出规定的基准点和刀具前端的差分矢量，基于求出的差分矢量修正机器人的偏芯。
[0017]在这样的专利文献3的技术中，需要将专用夹具设置为相对于机器人高精度地定位。但是，在根据差分矢量计算刀具参数时，从机器人坐标看出的夹具的方向角U，P，Y)必需是已知的。但是，由于无法通过目视确认机器人坐标，因此，相对于无法目视的机器人坐标高精度地设置夹具或计测从机器人坐标看出的夹具的方向角(a，(6, Y)是非常困难的。
[0018]另外，为了高精度地获得刀具前端和夹具的三个平板的差分矢量，需要使刀具前端相对于各平板“大致垂直地点接触”。因此，每次改变夹具的设置场所、角度，都必须通过示教改变传感动作方法。在这样的传感动作中，在保持刀具的姿势角的状态下使刀具前端沿机器人坐标的X轴、Y轴、Z轴这三个方向移动。此时，操纵装置的所有轴进行动作，因此，不能排除机器人的所有关节的定位误差与要获得的差分矢量重叠的可能性。
[0019]如上述那样，专利文献I~专利文献3公开的刀具参数的导出及修正技术不仅对操作员要求较高的熟练度，而且需要花费较多的劳力和时间的负担较大的作业。而且，需要将专用的夹具相对于机器人高精度地定位，很难说是在实际的现场中能简单地采用的技术。
[0020]因此，本发明是鉴于上述问题点而做成的，其目的在于提供通过简单的机器人的动作、不依赖作业者的熟练度、技能等而在短时间内高精度地修正刀具参数的方法。
[0021]用于解决课题的手段
[0022]为了达到上述的目的，在本发明中采取了以下的技术手段。
[0023]本发明涉及的机器人的刀具参数的修正方法是导出用于确定安装于凸缘部的刀具的前端位置的刀具参数的方法，该凸缘部设置在机器人的臂前端上，所述机器人的刀具参数的修正方法的特征在于，使所述刀具采取不同的三个以上的姿势角，在各姿势角下，使所述刀具的前端在保持姿势角的状态下沿一方向移动至基准面，在各姿势角下，计测所述刀具的前端到达所述基准面时的该刀具前端的位置偏移量而求出平移成分变化量，基于该求出的平移成分变化量修正刀具参数。
[0024]在此，优选为，在所述刀具的各姿势角下，使所述刀具的前端沿机器人的基础坐标中的垂直轴方向移动至所述基准面，而求出所述平移成分变化量。
[0025]另外，优选为，在所述机器人采取的三个以上的姿势角中的最初的姿势角下，所述凸缘部相对于所述基准面垂直或水平。
[0026]此外，优选为，所述各姿势角通过使所述刀具绕所述机器人的基础坐标中的各垂直轴旋转来指定。[0027]另外，优选为，在所述机器人采取的多个姿势角中的最初的姿势角下，绕基础坐标中的Y轴的旋转角为0度或90度。
[0028]发明效果
[0029]使用本发明涉及的技术，能通过简单的机器人的动作、不依赖于作业者的熟练度、技能等而在短时间内高精度地修正刀具参数。
【专利附图】

【附图说明】
[0030]图1是本发明的实施方式的机器人系统的整体结构图。
[0031]图2A是表示机器人与各坐标系的关系的、整体的概略图。
[0032]图2B是表示机器人与各坐标系的关系的图，是放大表示机器人的臂前端附近(刀具部分)的图。
[0033]图3A是表示在本实施方式的刀具参数的修正方法中用于求出接触距离的动作的、整体的概略图。
[0034]图3B是表示在本实施方式的刀具参数的修正方法中用于求出接触距离的动作的图，是放大表示机器人的臂前端附近的图。
[0035]图4是表示本实施方式的刀具参数的修正方法的动作步骤的流程图。
[0036]图5是表示本实施方式的刀具参数的修正方法的变形例的图。
【具体实施方式】
[0037]基于【专利附图】

【附图说明】本发明的实施方式。需要说明的是，在以下的说明中，对于同一部件标注同一符号。它们的名称及功能也相同。因此，不重复关于它们的详细的说明。
[0038]首先，说明本实施方式的机器人系统I的整体结构。
[0039]如图1所示，机器人系统I包括焊接机器人2、具备示教手持控制器3的控制装置4、个人计算机(personal computer) 5。焊接机器人2是垂直多关节型的六轴的工业用机器人(多关节操纵装置)，在设于其前端的凸缘部7安装有由焊炬等构成的焊接刀具6。该焊接机器人2也可以搭载于使其自身移动的滑动件(未图示)。
[0040]控制装置4按照预先指示的程序控制焊接机器人2。指示程序有使用连接于控制装置4的示教手持控制器3作成的情况、使用利用了个人计算机5的离线示教系统作成的情况。在任一場合下，指示程序在焊接机器人2实际动作之前预先作成。利用个人计算机5离线地作成的示教程序通过磁性地或电气地存储数据的介质等转送给控制装置4或通过数据通信传送给控制装置4。
[0041]个人计算机5、即离线示教系统作为显示装置具备能进行图表显示的显示器，作为输入装置具备键盘、鼠标。另外，为了引进工件W的CAD信息，设有读取装置或通信装置。
[0042]顺便说一下，本申请发明涉及用于准确地修正为了正确地把握焊接刀具6的前端点的位置(前端位置)所必需的刀具参数的方法。该方法大体具有以下所示的三个工序。
[0043]<工序i>使已经设定有刀具参数的焊接机器人2及焊接刀具6采取规定的姿势(姿势角)，使焊接刀具6的前端点P沿Zb轴方向移动至作为基准面的平板8。此时，根据焊接刀具6的前端点P到达平板8时的前端点P的位置求出焊接刀具6的前端点P的移动距离作为接触距离。[0044]〈工序ii>使焊接机器人2及焊接刀具6采取不同的三个以上的姿势(姿势角)，在各姿势(姿势角)下实施工序i。
[0045]〈工序iii>根据在各姿势(姿势角)下求出的接触距离算出基础坐标系中的焊接刀具6的更换前后的前端点P的位置变化量(位置偏移量)。在此基础上，基于算出的前端点P的位置变化量求出刀具参数的平移成分变化量，基于求出的平移成分变化量修正刀具参数。
[0046]具有工序i~工序iii的刀具参数的修正处理通过存储于控制装置4或个人计算机5内的程序实现。
[0047]顺便说一下，如图2A、图2B所示，刀具参数是进行从凸缘坐标系向刀具坐标系的坐标变换时必需的变换参数(变换炬阵)。刀具坐标系是用于表现焊接刀具6的前端点P(焊接点)的位置(TCP =Tool Center Point)的坐标系。
[0048]凸缘坐标系是在形成于焊接机器人2的前端的凸缘部7设定的坐标系，在以焊接机器人2的第六轴(J6)的旋转中心为原点的坐标系。另外，如图2A所示，在焊接机器人2的基端部(第一轴Jl)设定有焊接机器人2的基础坐标系。
[0049]焊接机器人2的刀具参数有(Tx，Ty, Tz, a , ^ , y)的平移的三个成分和旋转的三个成分，在本实施方式中，主要仅着眼于三个平移成分(Tx、Ty、Tz)而将它们称作刀具参数，公开了修正该刀具参数的方法。
[0050]需要说明的是，姿势角相当于用于确定焊接机器人2、焊接刀具6的姿势的各关节的旋转角(例如凸缘部7的旋转角)。
[0051]以下，参照图3A~图5详细地说明本实施方式的刀具参数的修正方法。
`[0052][刀具矢量的修正方法〈工序i>]
[0053]参照图3A及图3B说明使采取规定的姿势角的焊接刀具6的前端点P沿Zb轴方向(沿Zb轴的负方向)移动至平板8而求出前端点P的移动量(接触距离)的方法。
[0054]首先，在求出接触距离之前，将平板8设置于相对于焊接机器人2的位置固定的位置、换言之设置于在基础坐标系中固定的位置。以使设定于平板8上的面上的垂线与基础坐标系的Zb轴平行的方式设置平板8。需要说明的是，平板8不需要是为了修正刀具参数而新设置的专用夹具。使用存在于焊接机器人2周围的作业台、工件搭载用工作台及转动换位器等、具有与基础坐标系的XY平面平行的面的构件即可。
[0055]另外，焊接刀具6内置用于检测工件W的错位而通常使用的接触传感器，能检测焊条是否与作为基准面的平板8接触。
[0056]如图3A所示，焊接机器人2使内置了接触传感器的焊接刀具6在平板8的上方从动作开始TCP位置P0(X0，Y0，Z0，a0, ^ 0, y 0)朝向动作完成TCP位置Pl (X0，Y0，Zl，a0，(60, y0)沿-Zb方向移动。
[0057]但是，由于在其移动途中存在有平板8，因此，焊接刀具6与平板8接触。焊接刀具6与平板8接触时，接触传感器检测到该接触，焊接机器人2在接触位置Ps (X0，Y0, Xs,a0, (60, Y0)处停止。由此，从动作开始TCP位置PO到接触位置Ps的移动距离A S通过式(I)获得。将利用该式得到的移动距离A S作为接触距离。
[0058]A S=ZO-Zs (I)
[0059][刀具矢量的修正方法〈工序ii>][0060]接着，参照图4说明使焊接机器人2及焊接刀具6采取不同的三个以上的姿势角、在各姿势角下实施工序i并求出各姿势角下的接触距离的方法。
[0061]需要说明的是，在本实施方式中，考虑在焊接刀具6由于破损、故障等而更换为形状不同的新的焊接刀具6的情况、焊接刀具6由于与工件干涉等而发生变形、产生一些位置偏移的情况。也就是说，关于更换前、干涉前的焊接刀具6的刀具参数的平移成分(Xt，Yt，Zt)、不同的三个姿势角下的接触距离(Z1，Z2，Z3)是已知的，能确保精度。
[0062]在该条件下，通过图4的步骤SI~S3测定关于更换后、干涉后的焊接刀具6的、不同的三个姿势角下的接触距离(Z1’，Z2’，Z3’)。
[0063]首先，在图4的步骤SI中，以使焊接机器人2的凸缘面相对于平板8成为水平的方式、也就是使凸缘坐标系的Z轴(Zf轴)方向朝向与基础坐标系的Z轴(Zb轴)平行的Zb轴的负方向的方式确定焊接机器人2及焊接刀具6的姿势角。
[0064]而且，以使从基础坐标系看出的凸缘部7的旋转角(凸缘坐标系的Zf轴的旋转角)为以下所示的值的方式确定焊接机器人2及焊接刀具6的姿势角，将该姿势角作为第一姿势角。关于凸缘坐标系的Zf?轴的旋转角，绕基础坐标系的Zb轴的角度为倾滚角a，绕基础坐标系的Y轴(Yb轴)的角度为俯仰角@，绕基础坐标系的X轴(Xb轴)的角度为偏摆角Y时，在第一姿势角下，(a，(6, Y)=(任意，0°，180° )。
[0065]通过在保持这样的第一姿势角的状态下进行工序i的处理，能计测出接触距离。设在第一姿势角下获得的接触距离为zr。
[0066]接着，在步骤S2中，使焊接机器人2的第五轴(J5)移动，成为凸缘面相对于平板8倾斜规定角度的第二姿势角。也就是说，俯仰角P从步骤SI中的第一姿势角改变规定角度。在第一姿势角下，俯仰角0为0度，但在步骤S2的第二姿势角下，俯仰角P为A 05度。该△ 0 5度不需要是某个特定的数值，只要是关节角的定位精度以上的值，可以为任意的值。
[0067]在第二姿势角下，(a，，Y)=(任意，A 0 5° ,180° )。
[0068]保持这样的第二姿势角的状态进行工序i的处理，计测出接触距离Z2’。
[0069]最后，在步骤S3中，使焊接机器人2的第六轴(J6)移动，成为凸缘面相对于平板8旋转了的第三姿势角。
[0070]也就是说，偏摆角Y从步骤S2中的第二姿势角改变规定角度。在第二姿势角下，偏摆角Y为180度，但在步骤S3的第三姿势角下，偏摆角Y为旋转了 A 0 6度的Y 3度。该A 0 6度不需要是某个特定的数值，可以为任意的值。此时，伴随偏摆角Y的改变，俯仰角3从A 0 5度变化为3 3度。
[0071]在第三姿势角下，(a，@，Y)=(任意，(63°，Y3° )。
[0072]保持这样的第三姿势角的状态进行工序i的处理，测定接触距离Z3’。
[0073]将在上述步骤SI~S3中得到的三个接触距离(Zl’，Z2’，Z3’ )存储于控制装置4或个人计算机5。
[0074][刀具矢量的修正方法(工序iii)]
[0075]经过以上所述的工序1、工序ii，更换后的焊接刀具6的接触距离(Z1’，Z2’，Z3’)成为已知。而且，更换前的刀具参数的平移成分(Xt，Yt，Zt)和接触距离(Z1，Z2，Z3)如前所述是已知的。[0076]说明在该状况下、在工序iii中求出更换后的焊接刀具6的刀具参数的平移成分(Xt’，Yt’，Zt’ )的方法、换言之将已知的刀具参数的平移成分(Xt，Yt, Zt)修正为适于更换后的焊接刀具6的刀具参数的方法。
[0077]焊接刀具6的更换后的刀具参数平移成分的变化量(A Tx，A Ty, A Tz)使用更换前的刀具参数平移成分(Tx，Ty，Tz)和更换后的刀具参数平移成分(Tx’，Ty’，Tz’ )作为凸缘坐标系上的矢量flgV用式(2)表示。
【权利要求】
1.一种机器人的刀具参数的修正方法，其是导出用于确定安装于凸缘部的刀具的前端位置的刀具参数的方法，该凸缘部设置在机器人的臂前端上， 所述机器人的刀具参数的修正方法的特征在于， 使所述刀具采取不同的三个以上的姿势角， 在各姿势角下，使所述刀具的前端在保持姿势角的状态下沿一方向移动至基准面，在各姿势角下，计测所述刀具的前端到达所述基准面时的该刀具前端的位置偏移量而求出平移成分变化量， 基于该求出的平移成分变化量修正刀具参数。
2.根据权利要求1所述的机器人的刀具参数的修正方法，其特征在于， 在所述刀具的各姿势角下，使所述刀具的前端沿机器人的基础坐标中的垂直轴方向移动至所述基准面，而求出所述平移成分变化量。
3.根据权利要求1或2所述的机器人的刀具参数的修正方法，其特征在于， 在所述机器人采取的三个以上的姿势角中的最初的姿势角下，所述凸缘部相对于所述基准面垂直或水平。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的机器人的刀具参数的修正方法，其特征在于， 所述各姿势角通过使所述刀具绕所述机器人的基础坐标中的各垂直轴旋转来指定。
5.根据权利要求4所述的机器人的刀具参数的修正方法，其特征在于， 在所述机器人采取的多个姿势角中的最初的姿势角下，绕基础坐标中的Y轴的旋转角为O度或90度。
【文档编号】B23K9/127GK103608151SQ201280029259
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年6月12日 优先权日:2011年6月21日
【发明者】西村利彦 申请人:株式会社神户制钢所