机器人系统、校正方法及被加工物制造方法
【专利摘要】本发明提供一种能稳定地校正机器人坐标系的机器人系统、校正方法及利用了该校正方法的被加工物制造方法。机器人系统具有：机器人，在其前端安装有具有相互正交的两个平面的工具；控制部，其控制机器人；工作台，其供机器人进行作业；校正用的夹具，其被固定在工作台上；检测部，其检测工具的两个平面与夹具或工作台抵接而定位的基准位置；以及校正部，其根据基准位置来校正控制部所使用的机器人的坐标。
【专利说明】机器人系统、校正方法及被加工物制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人系统、校正方法及被加工物制造方法。
【背景技术】
[0002]以往，已知对机器人坐标系进行校正(校准)的方法(例如，参照专利文献I)。专利文献I中记载的机器人系统具有自行行走到工作台的机器人。当机器人到达工作台时，由机器人所具有的摄像单元拍摄设置在工作台上的基准点，求出并修正示教时的机器人坐标系和停止后的机器人坐标系之间的偏移量。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1: 日本特开平11 - 156764号公报
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题
[0007]然而，专利文献I中所记载的方法有时不能很好地校正误差。例如受周围环境影响，图像传感器有时不能识别基准点。在本【技术领域】中，期望出现能够稳定地校正机器人坐标系的机器人系统、校正方法以及利用了该校正方法的被加工物制造方法。
[0008]本发明涉及的机器人系统具有:机器人，在其前端安装有具有相互正交的两个平面的工具；控制部，其控制所述机器人；工作台，其供所述机器人进行作业；校正用的夹具，其被固定在所述工作台上；检测部，其检测所述工具的两个平面与所述夹具或所述工作台抵接而定位的基准位置；以及校正部，其根据所述基准位置来校正所述控制部所使用的所述机器人的坐标。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是第I实施方式涉及的机器人系统的概略侧视图。
[0010]图2是图1所示的机器人系统中包含的机器人及移动机器人的侧视图。
[0011]图3是说明图2所示的控制器的功能的框图。
[0012]图4是图1所示的工作台的概略立体图。
[0013]图5是图4所示夹具的立体图。
[0014]图6是表示机器人坐标的校正方法的步骤的流程图。
[0015]图7是说明第I实施方式涉及的校准步骤的概要图。
[0016]图8是第2实施方式涉及的工作台的概略立体图。
[0017]图9是说明第2实施方式涉及的校准步骤的概要图。
[0018]图10是说明第3实施方式涉及的校准步骤的概要图。
[0019]附图标记说明
[0020]I…机器人系统、10…机器人、112…校准部(检测部、校正部)、113...机器人控制部(控制部)。
【具体实施方式】
[0021]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在各图中对相同或相当部分标记相同的附图标记而省略重复说明。
[0022](第I实施方式)
[0023]本实施方式涉及的机器人系统用于校正机器人进行动作时所使用的坐标系(机器人坐标系)，例如用于以下场合:系统起动前对机器人进行示教作业时(用于示教机器人与工作台的位置关系时)；机器人相对于工作台发生相对移动时等。此外，例如对单个部件以及多个部件组合而成的产品或半成品即工件(被加工物)进行加工时，可使用本实施方式涉及的机器人系统。此外，作为被加工物，经由机器人系统进行搬运或组装等加工而成的所有物品可视作被加工物。例如，作为被加工物，可包含螺栓等部件、电子设备用的基板的组装体、汽车、加工完成食品等。
[0024]图1是本实施方式涉及的机器人系统I的概略侧视图。在图1中，将图中的高度方向(垂直方向)作为Z方向，将水平方向作为X方向和y方向。如图1所示，本实施方式涉及的机器人系统I具有机器人10以及工作台30。机器人10与移动机器人5连接。移动机器人5具有移动台车6及驱动车轮8。移动台车6支承机器人10并且收容控制设备。移动台车6收容例如对驱动车轮8进行驱动的驱动源(未图示)以及对机器人10和移动机器人5进行动作控制的下述的控制器。此外，可以在移动台车6上安装多个传感器。在此，移动台车6上设置有检测行走方向上的障碍物的障碍传感器122。另外，移动台车6上设置有对控制所需的信息等进行无线通信的天线123等。移动机器人5采用对驱动车轮8进行驱动而沿xy方向行走的结构。另外，移动机器人5的结构为可使用障碍传感器122而停在工作台30的近前。
[0025]机器人10具有机器人臂101。在机器人臂101的前端安装有能够把持被加工物等的工具102。工具102是手部等末端执行器。此外，也可以在机器人臂101的前端安装多个传感器。在此，机器人臂101的前端和工具102之间设置有力觉传感器103。另外，工具102上设置有能够测量与对象物的距离的激光传感器120。这些传感器的动作等将在后面叙述。
[0026]图2是表示机器人10和移动机器人5的详细情况的侧视图。如图2所示，机器人10具有安装在移动台车6上的基础部105以及从基础部105向上延伸的机器人臂101。
[0027]机器人臂101的结构为从基端(基础部105)侧依次连接第I臂106、第2臂107、第3臂108、第4臂109、第5臂110以及第6臂111这六个臂。所述各臂的内部设置有致动器，如图2中的双向箭头所示，以各臂的连接部作为关节由各致动器对各臂进行旋转驱动。
[0028]另外，机器人臂101的前端设置有上述工具102。工具102被设置在作为机器人臂101的前端的第6臂111的内部的致动器旋转驱动。在此，作为手部，工具102采用能够把持被加工物的结构。工具102的内部设置有对安装在工具102的前端的一对把持爪102a进行驱动的致动器。把持爪102a例如呈长方体形状，具有用于把持被加工物的相互面对的两个把持平面。另外，如下所述，工具102具有与把持平面正交并且相互正交的两个平面。
[0029]在作为机器人臂101的前端的第6臂111与工具102之间配置有力觉传感器103。力觉传感器103是所谓的六轴力觉传感器，能够同时检测作用于检测部分的三轴线方向的移动力成分和围绕三轴转动的转矩成分总计六个成分。
[0030]移动台车6具有用于控制机器人10以及移动机器人5的动作的控制器(控制部)
12。控制器12例如是具有运算装置、存储装置以及输入输出装置的计算机。控制器12通过输出动作命令来控制机器人10的动作。具体而言，控制器12经由电缆束与机器人10的各致动器连接，由动作命令来驱动各致动器以控制机器人10的动作。在控制器12的控制下，机器人10使第I臂106、第2臂107、第3臂108、第4臂109、第5臂110、第6臂111、工具102以及把持爪102a进行动作。另外，控制器12的结构为经由电缆束还与力觉传感器103以及激光传感器120连接，从而能够检测工具102的状态。
[0031]控制器12输出的动作命令是启动使得机器人10进行动作的程序的指令、或是启动使得机器人10进行动作的程序的指令的集合即任务。例如，用把持爪102a把持被加工物的指令、将工具102抵接到规定位置的指令等也作为动作命令而被预先设定。
[0032]使用图3对控制器12的功能进行说明。图3是说明控制器的功能的框图。如图3所示，控制器12与力觉传感器103、激光传感器120、障碍传感器122以及天线123连接。并且，控制器12具有校准部(检测部、校正部)112、机器人控制部113、行走控制部114以及通信部115。
[0033]机器人控制部113使用机器人坐标来控制机器人10。另外，在被加工物的加工动作前，机器人控制部113将工具102抵接到校正用夹具或工作台30，使机器人10进行校准动作。校准动作是对机器人10的坐标系原点进行校正的动作。机器人控制部113通过抵接控制使平面相互之间抵接从而固定机器人10的姿态和位置以进行定位。抵接控制例如使用力觉传感器103来实现。
[0034]校准部112输入用力觉传感器103或激光传感器120检测到的工具102的位置。例如，校准部112这样检测接触位置:根据由力觉传感器103检测出的力和转矩求出力的作用线，导出该力的作用线和机器人10等表面的交点而作为接触位置。作为基准位置，校准部112例如输入进行了校准动作的工具102的接触位置。然后，校准部112求出示教时的位置和基准位置的偏移量。例如，校准部112分别求出W方向上的偏移量，还求出绕X轴、绕I轴、绕z轴的旋转方向上的偏移量。然后，校准部112使用上述偏移量来校正示教时的原点的位置，以校正机器人10所使用的机器人坐标。具体而言，根据基准位置，来改变机器人所使用的坐标系。
[0035]行走控制部114控制移动机器人5的动作。行走控制部114的结构为能够使移动机器人5沿着预先示教的行走路径移动。另外，行走控制部114这样控制行走驱动部11:根据障碍传感器122的输出信号来检测工作台30，以使移动机器人5停在工作台30近前的作业位置。行走驱动部11例如被配置在移动台车6内以控制驱动车轮8的驱动。
[0036]通信部115采用能够经由天线123输入用于对机器人10或移动机器人5进行驱动控制的信息的结构。通信部115将所输入的信息保存在控制器12所具有的存储介质中。必要时，机器人控制部113参照存储介质而利用经由通信获得的信息。
[0037]接下来，对图1所示的工作台30的详细情况进行说明。图4是工作台30的立体图。如图4所示，工作台30具有供机器人10载置被加工物并进行作业的作业面30a。作业面30a是沿xy方向的平面。作业面30a上安装有校正用夹具50。
[0038]图5是校正用夹具50的立体图。如图5所示，夹具50具有多个平面。从z方向观察时夹具50大致形成为T字状，采用能够被工具102把持的结构。夹具50例如这样形成:使长方体形状的第I部件51竖立设置在长方体形状的第2部件52的主表面上。第I部件51具有沿xy方向的上表面51a以及沿xz方向的相互面对的平行的侧表面51b、51c。上表面51a是供工具102的下表面102d所抵接的表面。侧表面51b、51c是被工具102的两个把持平面把持而被抵接的表面。第2部件52具有沿xy方向的上表面52a以及沿yz方向的侧表面52b、52c。此外，第I部件51的上表面51a和第2部件52的上表面52a构成同一平面。
[0039]接下来，使用图6、7对机器人系统I的校正方法进行说明。图6是说明校正方法的动作的流程图，图7是说明校正方法的概要图。在此，对将手部用作工具102的情况进行说明。
[0040]如图6所示，首先相对于工作台30配置机器人10 (SlO)0在SlO的处理中，例如经由移动机器人5的移动而使机器人10移向工作台30的近前。当机器人10到达工作台30前面时，进入校准处理(检测工序、校正工序)(S12)。
[0041]在S12的处理中，校准部112确定机器人10的姿态及位置，进行校准处理。如图7中(A)所示，工具102具有用于把持被加工物的相互面对的两个把持平面102e，还具有作为与两个把持平面102e正交平面的下表面102d。首先机器人控制部113使工具102移动到夹具50的配置位置。夹具50的配置位置例如作为示教数据被预先设置。机器人控制部113使工具102停在第I部件51的上方，沿z方向向下移动，如图7中(B)所示，使工具102的下表面102d和夹具50的上表面5la、52a抵接。此时，对机器人臂101所具有的致动器进行驱动，通过力度控制而使工具102的下表面102d和夹具50的上表面51a、52a抵接并碰撞。如此，使夹具50和工具102在沿着xy方向的面上接触而能确定z的基准位置。
[0042]接下来，如图7中(C)所示，机器人控制部113使机器人臂101向x方向移动。如图7中(C)所示，工具102具有作为分别与上述两个把持平面102e和下表面102d正交的平面的侧表面102f。侧表面102f是呈长方体形状的把持爪102a的侧表面。机器人控制部113使把持爪102a的侧表面102f和夹具50的侧表面52b抵接。此时，对机器人臂101所具有的致动器进行驱动，通过力度控制使把持爪102a和夹具50的上表面51a、52a抵接并碰撞。如此，使夹具50和工具102在沿着yz方向的面上接触而能确定X的基准位置。另夕卜，通过该动作，由于工具102抵接在沿着xy方向和yz方向的面上，因此，y轴的旋转姿态也被确定。
[0043]接下来，如图7中(D)所示，机器人控制部113控制把持爪102a以使其把持夹具50的第I部件51。机器人控制部113使用把持爪102a的把持平面102e夹持夹具50的侧表面51b、51c，使把持爪102a的把持平面102e与夹具50的侧表面52b抵接。此时，对机器人臂101所具有的致动器进行驱动，通过力度控制进行把持。如此，使夹具50和工具102在沿着ZX方向的两个面上接触而能确定I的基准位置。另外，通过该动作，还能确定X轴的旋转姿态以及z轴的旋转姿态。
[0044]校准部112根据x、y、z的基准位置及x轴、y轴、z轴的基准姿态来校正机器人坐标(原点位置)。当S12所示的处理结束时，图6所示的控制处理结束。
[0045]通过实施图6所示的控制处理，能够在不依赖于传感器的性能和周围环境的状态下正确而容易地进行机器人10的校准处理。此外，图6的控制处理可作为离线动作而在加工被加工物之前进行。因此，在进行过该校正处理之后，由机器人10加工并制造被加工物(加工工序)。
[0046]以上，根据第I实施方式涉及的机器人系统I和校正方法，工具102具有作为相互正交平面的把持平面102e、下表面102d以及侧表面102f，夹具50具有能被工具102把持的相互平行的侧表面51b、51c以及与该侧表面51b、51c正交并相互正交的两个平面51a(52a)、52b，所以在xy平面、yz平面以及zx平面上使工具102和夹具50接触就能确定基准位置。因此，能在不需要图像传感器等且不受周围环境的照明变化等影响的状态下稳定地进行校正。
[0047](第2实施方式)
[0048]第2实施方式涉及的机器人系统、校正方法及被加工物制造方法与第I实施方式涉及的机器人系统、校正方法及被加工物制造方法大致相同，不同点是工具102的形状、校正用夹具的形状、以及利用激光传感器120进行校正。以下省略说明在第I实施方式中记载过的内容而以不同点为中心进行说明。
[0049]图8是用于本实施方式涉及的机器人系统的工作台30。工作台30的上表面形成有作业面30a。另外，工作台30的上端部的外缘延伸到比支承台更靠外侧的位置。工作台30的上端部的侧表面30b沿ZX平面形成。侧表面30b上安装有夹具53。夹具53例如形成长方体形状。此外，只要夹具53具有沿yz方向的反射面即可，因而也可以不是长方体形状。
[0050]图9是说明第2实施方式涉及的校准处理的概要图。在第2实施方式中，工具102的形状可以不是手部的形状，只要具有相互正交的两个平面即可。此外，在此考虑到便于说明和理解，使用第I实施方式中记载的手部。如在第I实施方式中所说明的那样，该工具102具有下表面102d和把持爪102a的侧表面102f，下表面102d和侧表面102f是相互正交的两个平面。
[0051]如图9中(A)所示，首先机器人控制部113使工具102移动到配置有夹具50的工作台30的外缘。夹具50的配置位置例如作为示教数据被预先设置。机器人控制部113使工具102停在工作台30的外缘的上方，沿z方向向下移动，如图9中(B)所示，使工具102的侧表面102f和作业面30a抵接。此时，对机器人臂101所具有的致动器进行驱动，通过力度控制使工具102的侧表面102f和作业面30a抵接并碰撞。如此，使工作台30和工具102在沿着xy方向的面上接触而能确定z的基准位置。此时，y轴的旋转姿态也被确定。
[0052]接下来，如图9中(C)所示，机器人控制部113使机器人臂101向y方向移动。机器人控制部113使下表面102d和工作台30的侧表面30b抵接。此时，对机器人臂101所具有的致动器进行驱动，通过力度控制使下表面102d和工作台30的侧表面30b抵接并碰撞。如此，使工作台30和工具102在沿着Zx方向的面上接触而能确定y的基准位置。此时，X轴的旋转姿态及z轴的旋转姿态也被确定。
[0053]接下来，如图9中(D)所示，校准部112在z的基准位置、y的基准位置、x轴的旋转姿态、I轴的旋转姿态及z轴的旋转姿态都已确定的状态下，用激光传感器120来确定X的基准位置。激光传感器120以能够沿X方向发出激光的方式被安装在工具102上。激光传感器120向夹具53的yz平面照射激光并检测反射从而测量距离。校准部112将激光传感器120输出的距离确定为X的基准位置。
[0054]以上，根据第2实施方式涉及的机器人系统I和校正方法，工具102具有作为相互正交平面的下表面102d和侧表面102f，工作台30具有作业面30a和侧表面30b，夹具50具有沿着yz平面的平面，因此，使工具102和工作台30在yz平面和zx平面上接触就能够确定基准位置。另外，利用激光传感器120能够检测出X方向的位置。因此，能在不需要图像传感器等且不受周围环境的照明变化等影响的状态下稳定地进行校正。
[0055](第3实施方式)
[0056]第3实施方式涉及的机器人系统、校正方法及被加工物制造方法与第2实施方式涉及的机器人系统、校正方法及被加工物制造方法大致相同，不同点是工具102为手部。以下省略说明在第I实施方式和第2实施方式中记载过的内容而以不同点为中心进行说明。
[0057]图10是说明第3实施方式涉及的校准处理的概要图。在第3实施方式中，工具102的形状为手部形状。如在第I实施方式中所说明的那样，该工具102具有把持平面102e和下表面102d，把持平面102e和下表面102d是相互正交的两个平面。
[0058]如图10中(A)所示，首先机器人控制部113使工具102移动到配置有夹具50的工作台30的外缘。夹具50的配置位置例如作为示教数据被预先设置。机器人控制部113使工具102停在与工作台30的外缘相同的高度处，沿y方向移动工具102，使工具102的下表面102d和工作台30的侧表面30b抵接。此时，对机器人臂101所具有的致动器进行驱动，通过力度控制使工具102的下表面102d和工作台30的侧表面30b抵接并碰撞。如此，使工作台30和工具102在沿着Zx方向的面上接触而能确定y的基准位置。此时，z轴的旋转姿态也被确定。
[0059]接下来，如图10中(B)所示，机器人控制部113控制把持爪102a使其把持工作台30。机器人控制部113用把持爪102a的把持平面102e夹持工作台30的作业面30a和下表面30c，使把持爪102a的把持平面102e与工作台30的作业面30a以及下表面30c抵接。此时，对机器人臂101所具有的致动器进行驱动，通过力度控制进行把持。如此，使工作台30和工具102在沿着xy方向的两个面上接触而能确定z的基准位置。另外，通过该动作，X轴的旋转姿态及I轴的旋转姿态也被确定。
[0060]接下来，如图10的(C)所示，校准部112在z的基准位置、y的基准位置、X轴的旋转姿态、I轴的旋转姿态及Z轴的旋转姿态都已确定的状态下，用激光传感器121来确定X的基准位置。激光传感器121以能够沿X方向发出激光的方式被安装在工具102上。激光传感器121向夹具53的yz平面照射激光并检测反射从而测量距离。校准部112将激光传感器121输出的距离确定为X的基准位置。
[0061]以上，根据第3实施方式涉及的机器人系统I和校正方法，工具102具有作为相互正交平面的把持平面102e和下表面102d，工作台30具有作业面30a和侧表面30b，夹具50具有沿着yz平面的平面，因此，使工具102和工作台30在yz平面和xy平面上接触就能够确定基准位置。另外，利用激光传感器121能够检测出X方向的位置。因此，能在不需要图像传感器等且不受周围环境的照明变化等影响的状态下稳定地进行校正。
[0062]以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种各样的变更。
[0063]例如，只要能够构成虚拟的平面(凸部的顶点的位置相同等)，工具102的把持平面102e也可以具有凹凸部分。另外，对于工具102及夹具50、53中没有进行说明的平面部分，
并非一定是平面。
[0064]另外，机器人系统也可以具有有两个平面的工具102且不具有激光传感器121。由于工具102至少具有两个平面，由此至少能够获得z基准位置、y基准位置、X轴的旋转姿态、y轴的旋转姿态及z轴的旋转姿态。因此能够用于简易校正或有无产生偏移量的检查中。
【权利要求】
1.一种机器人系统,其特征在于,具有: 机器人，在其前端安装有具有相互正交的两个平面的工具； 控制部，其控制所述机器人； 工作台，其供所述机器人进行作业； 校正用的夹具，其被固定在所述工作台上； 检测部，其检测所述工具的两个平面与所述夹具或所述工作台抵接而定位的基准位置；以及 校正部，其根据所述基准位置来校正所述控制部所使用的所述机器人的坐标。
2.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于， 所述工具还具有分别与所述相互正交的两个平面正交，并用于把持被加工物的相互面对的两个把持平面， 所述夹具具有由所述工具把持的平行的两个平面、以及与该两个平面正交并且相互正交的两个平面。
3.如权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于， 还具有测量所述基准位置和所述夹具之间的距离的激光传感器， 所述校正部根据所述基准位置以及所述距离来校正所述控制部所使用的所述机器人的坐标。
4.如权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于， 所述校正部对相互正交的三轴方向的位置以及该三轴的旋转姿态进行校正。
5.如权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于， 还具有配置在所述机器人的前端和所述夹具之间的力觉传感器。
6.如权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于， 所述机器人被支承在移动台车上。
7.—种校正方法,其特征在于， 校正由控制部控制而进行动作的机器人的坐标， 在所述机器人的前端安装有具有相互正交的两个平面的工具， 所述校正方法具有: 检测工序，检测将所述工具的两个平面与工作台或固定在工作台上的校正用的夹具抵接而定位的基准位置；以及 校正工序，根据所述基准位置来校正所述控制部所使用的所述机器人的坐标。
8.一种被加工物制造方法，其特征在于， 所述被加工物在工作台上、被由控制部控制而进行动作的机器人加工， 在所述机器人的前端安装有具有相互正交的两个平面的工具， 校正用的夹具被固定在所述工作台上， 所述被加工物制造方法具有: 检测工序，检测将所述工具的两个平面与所述夹具或所述工作台抵接而定位的基准位置； 校正工序，根据所述基准位置来校正所述控制部所使用的所述机器人的坐标；以及 加工工序，利用校正后的所述机器人的坐标来加工所述被加工物。
【文档编号】B25J13/08GK104044131SQ201410056678
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】永井亮一, 中村民男, 河野大, 泉哲郎 申请人:株式会社安川电机