程序评价装置以及示教装置的制作方法

1.本发明涉及程序评价装置以及示教装置。


背景技术：

2.在对工件进行焊接或者加工等预定作业的机器人中，搭载如下功能：校正机器人的位置，由此校正工具的位置(例如，参照专利文献1、2。)。例如，点焊枪的电极头在反复焊接的过程中磨损，在电极头的前端的位置产生与磨损量相当的量的偏移。在专利文献1中记载有：计测磨损量，并且根据磨损量校正机器人以及点焊枪的位置。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2005-125427号公报
6.专利文献2：日本特开平8-328632号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.在机器人的位置由于校正而发生变化时，机器人可能无法正常动作。例如，在校正后的位置为机器人的动作范围外时，发生错误而机器人停止。在校正后的位置为机器人的奇异点时，不能控制机器人的动作。
9.用于解决问题的方案
10.本发明的一个方案是一种程序评价装置，其评价机器人用的动作程序，所述动作程序是用于使所述机器人执行利用工具的工件的加工的程序，所述机器人具有根据所述工具的磨损量校正所述工具的位置的功能，所述程序评价装置具备动作确认部，所述动作确认部确认：在预定的范围内的多个磨损量的每一个磨损量下所述机器人是否按照所述动作程序正常动作。
附图说明
11.图1是机器人的一个例子的结构图。
12.图2是表示一个实施方式的示教装置的功能的框图。
13.图3是说明参数的修正方法的图。
14.图4是说明参数的其他修正方法的图。
15.图5是说明参数的其他修正方法的图。
16.图6是示教装置所执行的处理的流程图。
17.图7是表示根据磨损量校正工具的位置的状态的机器人的局部结构图。
18.图8是表示修正了工具的姿态的状态的机器人的局部结构图。
19.图9是表示修正了工具的角度的状态的机器人的局部结构图。
20.图10是示教装置所执行的处理的变形例的流程图。
21.图11a是说明切削工具的径向的位置的校正的俯视图。
22.图11b是说明切削工具的长度方向的位置的校正的侧视图。
具体实施方式
23.以下，参照附图对一个实施方式的程序评价装置以及示教装置进行说明。
24.本实施方式的示教装置1是离线进行机器人10用的动作程序的创建、评价以及修正的装置。
25.如图1所示，机器人10具备：机器人主体13，其具有多关节的机器人臂11以及工具12；以及控制装置14，其控制机器人主体13。示教装置1创建动作程序，该动作程序使机器人10执行利用工具12的工件w的加工。图1所示的机器人主体13是六轴的垂直多关节机器人。机器人主体13也可以是一般用于工件w的加工的其他任意的工业机器人。
26.工具12是使电流流动于相互对置的两个电极头15、16之间的点焊枪，安装于机器人臂11的前端。一方的电极头15是相对于机器人臂11的前端固定的固定侧电极头。另一方的电极头16是能够相对于固定侧电极头15，沿着电极头15、16的中心轴线a移动的可动侧电极头。通过可动侧电极头16的移动，能够在电极头15、16之间把持工件w。
27.固定侧电极头15在反复焊接的过程中磨损，并且逐渐变短。动作程序以如下方式设计：在固定侧电极头15具有预定的长度且磨损量为零时，固定侧电极头15的前端配置于焊接点(加工点)p。焊接点p是利用电极头15、16进行焊接的工件w上的位置。机器人10具有根据固定侧电极头15的磨损量校正工具12在焊接点p的位置的自动校正功能，使得不论固定侧电极头15的磨损如何，都将固定侧电极头15的前端配置于工件w上的焊接点p。随着工具12的位置的校正，也校正机器人臂11的位置以及姿态。从而，在焊接点p的机器人臂11的位置以及姿态根据每个磨损量而不同。
28.例如，通过作业人员将磨损量输入于控制装置14，从而磨损量设定于控制装置14。控制装置14以与所设定的磨损量相等的量，将工具12在焊接点p的位置向与磨损方向相反的方向校正。由于在图1的例子的情况下，固定侧电极头15的磨损方向为向下方向，因此控制装置14沿向上方向校正工具12的位置。由此，能够使由于磨损而变短的固定侧电极头15的前端在焊接点p与工件w接触，并且能够切实地焊接工件w。
29.如图2所示，示教装置1具备：存储部2，其存储在动作程序的创建中所需的数据；输入部3，其用于将数据输入于示教装置1；程序创建部4，其创建动作程序；动作确认部5，其确认基于动作程序的机器人10的动作；程序修正部6，其确认出机器人10的动作有问题的情况下，修正动作程序；以及显示部7。程序评价装置被实现为示教装置1的一部分，至少由动作确认部5以及程序修正部6构成。
30.存储部2是rom(read-only memory)或者硬盘驱动器等非易失性的记录介质。示教装置1具备如中央运算处理装置那样的至少一个处理器、以及存储器。在存储部2存储有用于使处理器执行后述的处理的程序。程序创建部4、动作确认部5以及程序修正部6的后述的功能通过如下方式实现：程序被读入于存储器，并且由处理器执行。
31.输入部3具有键盘、鼠标以及触摸面板等至少一个输入设备。作业人员能够将在动作程序的创建中所需的数据，利用输入部3输入于示教装置1。
32.在存储部2中存储有：三维的虚拟空间的数据；以及机器人10、工件w及配置于机器
人10的周围的周围物体的各自的三维模型的数据。这些数据是例如cad数据。
33.另外，存储部2存储由作业人员利用输入部3输入于示教装置1的示教数据。示教数据包含：包含焊接点p的一个以上的示教点的示教位置；以及在焊接点p的工具12的示教姿态以及示教角度。
34.示教姿态是工具12围绕通过焊接点p且与磨损方向平行的预定的轴线的姿态，在本实施方式中是围绕中心轴线a的姿态。工具12的示教角度是工具12相对于预定的方向的倾斜角度，在本实施方式中，是相对于竖直方向的中心轴线a的倾斜角度。
35.程序创建部4基于存储于存储部2的示教数据，离线创建动作程序，该动作程序用于使机器人10执行工件w的点焊。
36.即，程序创建部4从存储部2读出虚拟空间的数据；以及机器人10、工件w及周围物体的各自的三维模型的数据，并且将机器人10、工件w以及周围物体的模型配置于虚拟空间。配置有模型的虚拟空间也可以显示于液晶显示器等显示部7。然后，程序创建部4设定依次通过虚拟空间内的一个以上的示教点的动作路径，并且创建使工具12沿着动作路径移动的动作程序。
37.所创建的动作程序至少暂时存储于存储部2。在动作程序中，作为与工具12在焊接点p的配置有关的参数，包含有焊接点p(即，固定侧电极头15的前端)的示教位置及工具12在焊接点p的示教姿态以及示教角度。
38.动作确认部5通过模拟基于由程序创建部4创建的动作程序的机器人10的动作，从而离线确认机器人10是否按照动作程序正常动作。此时，动作确认部5逐级改变磨损量，并且在预定的范围内的多个磨损量的每一个磨损量下确认机器人10的动作。预定的范围以及多个磨损量，由作业人员基于固定侧电极头15的磨损量的长度而决定，并且由作业人员利用输入部3输入于示教装置1进行设定。
39.具体而言，与程序创建部4相同地，动作确认部5在三维的虚拟空间内配置机器人10、工件w以及周围物体的各自的三维模型。然后，动作确认部5与实际存在的机器人10的自动校正功能相同地，根据磨损量校正工具12在焊接点p的位置，随之校正机器人臂11的位置以及姿态。然后，动作确认部5使机器人10的模型在虚拟空间内按照动作程序进行动作，并确认机器人主体13是否以校正后的位置以及姿态正常动作。
40.在机器人10的动作中发生预定的问题的情况下，动作确认部5判断为机器人10不能正常动作。另一方面，在机器人10的动作中未发生预定的问题的情况下，动作确认部5判断为机器人10正常动作。预定的问题包含：工具12以及机器人臂11的至少一方的校正后的位置位于机器人主体13的预定的动作范围外；机器人臂11配置为奇异姿态；以及机器人主体13与周围物体干扰。
41.判断为在所有的磨损量下机器人10正常动作的情况下，动作确认部5结束动作确认。
42.另一方面，判断为在至少一个磨损量下发生问题且机器人10不能正常动作的情况下，动作确认部5确认：由程序修正部6修正动作程序之后，机器人10是否按照修正后的动作程序正常动作。反复进行动作程序的修正以及动作确认，直至判断为在所有的磨损量下机器人10正常动作为止。
43.程序修正部6在由动作确认部5判断为机器人10不能正常动作的情况下，如图3至
图5所示，在发生问题的磨损量下，为了解除问题，修正与工具12在焊接点p的配置有关的至少一个参数。如上所述，参数是焊接点p的示教位置、以及在焊接点p的工具12的示教姿态及示教角度。也可以能够由作业人员指定示教位置、示教姿态以及示教角度的各自的能够调整的范围。另外，也可以能够由作业人员指定示教位置、示教姿态以及示教角度的各自的修正量以及修正方向。
44.图3说明焊接点p的示教位置的修正。焊接点p的示教位置修正为工件w的表面上的附近的位置，即，修正为与磨损方向交叉且沿着工件w的表面的方向。在图3的例子中，示教位置沿水平方向修正。由此，工具12的位置沿水平方向修正，机器人臂11的位置以及姿态也得到修正。
45.图4说明工具12的示教姿态的修正。通过示教姿态的修正，从而工具12将固定侧电极头15的前端的位置维持于焊接点p，同时围绕固定侧电极头15的中心轴线a旋转。由此，机器人臂11的位置以及姿态也得到修正。
46.图5说明工具12的示教角度的修正。通过示教角度的修正，从而工具12将固定侧电极头15的前端的位置维持于焊接点p，同时相对于预定的方向倾斜。在图5的例子中，示教角度修正为相对于竖直方向倾斜的方向。由此，机器人臂11的位置以及姿态也得到修正。
47.下面，参照图6对程序评价装置以及示教装置1的作用进行说明。
48.作业人员将在动作程序的创建中所需的数据利用输入部3输入于示教装置1之后(步骤s1)，利用示教装置1开始进行动作程序的创建。在所输入的数据中包含有示教数据、磨损量的范围以及磨损量。
49.首先，利用程序创建部4创建用于使机器人10执行点焊的动作程序(步骤s2)。
50.然后，利用动作确认部5，通过模拟而在预定的范围内的多个磨损量的每一个磨损量下执行机器人10的动作确认，评价动作程序(步骤s3～s7)。具体而言，设定磨损量(步骤s3)，根据磨损量校正工具12在焊接点p的位置、机器人臂11的位置以及姿态(步骤s4)，机器人主体13的模型按照动作程序在虚拟空间内进行动作(步骤s5)。在一个磨损量下的动作确认结束之后，改变磨损量(步骤s7)，并再次执行步骤s4、s5。
51.例如，在第一次的动作确认中，磨损量是零，并且工具12以及机器人臂11的校正量也是零。在第二次之后的动作确认中，磨损量是零以外的值，以工具12沿上方变位与磨损量相等的量的方式，校正工具12的位置与机器人臂11的位置以及姿态。
52.在所有的磨损量下的动作确认结束之后(步骤s6的是)，在所有的磨损量下的动作确认中未发生预定问题的情况下(步骤s8的是)，动作程序的创建结束，所创建的动作程序保存于存储部2(步骤s10)。
53.另一方面，在至少一个磨损量下的动作确认中发生预定问题的情况下(步骤s8的否)，然后，利用程序修正部6，修正动作程序内的、与工具12在焊接点p的配置有关的参数(步骤s9)。接着，利用修正后的动作程序再次执行所有的磨损量下的动作确认(步骤s3～s8)。
54.图7表示随着磨损量的改变而发生的问题的例子。在图7中，将工具12的位置沿上方校正的结果是，工具12与周围物体b干扰，机器人臂11配置成第四轴线j4与第六轴线j6大致排列为一个直线的奇异姿态。在该情况下，例如，如图8所示，通过修正工具12的示教姿态，从而将固定侧电极头15的前端的位置保持于焊接点p，同时解除机器人臂11的奇异姿
态。在容许焊接点p的示教位置改变到附近的位置的情况下，代替示教姿态的修正，或者在此基础上，也可以修正示教位置。另外，如图9所示，通过修正工具12的示教角度，从而将固定侧电极头15的前端的位置保持于焊接点p，同时解除工具12与周围物体b的干扰。
55.反复进行步骤s9的动作程序的修正与步骤s3～s7的机器人10的动作确认，直至在所有的磨损量下的动作确认中不发生预定问题为止(步骤s8的是)。
56.为了使作业人员能够在之后确认在步骤s9中进行了怎样的修正，程序修正部6也可以使修正后的参数及其修正量存储于存储部2。
57.如此，根据本实施方式，在预定的范围内的多个磨损量的每一个磨损量下确认：位置以及姿态校正后的机器人主体13是否按照动作程序正常动作。由此，在利用实际存在的机器人10实际加工工件w之前，能够事先评价动作程序是否能够在任意的磨损量下都不发生问题的情况下使机器人10动作。
58.另外，在确认了在至少一个磨损量下存在问题的情况下，修正动作程序内的与工具12在焊接点p的配置有关的参数，并再次确认机器人10是否按照修正后的动作程序正常动作。反复进行动作程序的修正与机器人10的动作确认，直至在所有的磨损量下机器人10正常动作为止。由此，能够创建在所有的磨损量下机器人10正常动作的动作程序。
59.由示教装置1最终创建的动作程序组装于实际存在的机器人10的控制装置14。在控制装置14按照动作程序使实际存在的机器人主体13反复执行点焊的过程中，固定侧电极头15磨损。作业人员将固定侧电极头15的磨损量输入于控制装置14进行设定。控制装置14根据所设定的磨损量，校正工具12在焊接点p的位置，随之校正机器人臂11的位置以及姿态。此时，在校正工具12的位置之后，机器人主体13也能够正常动作，在实际进行工件w的点焊的工厂等现场中，能够防止由于磨损量的设定值的改变而在机器人主体13的动作中发生问题。
60.在点焊中，为了得到高的焊接质量，通常，工具12在焊接点p的示教角度设定为电极头15、16相对于工件w的表面垂直配置的角度。即，在图3、图4以及图5的三个参数的修正之中，示教角度的修正可能影响焊接质量。从而，对三个参数设定优先顺序，程序修正部6也可以从优先顺序高的参数开始依次修正参数。
61.例如，在某个磨损量下发生问题的情况下，程序修正部6最初修正工具12的示教姿态。在之后的动作确认中再次发生问题的情况下，程序修正部6下一个修正焊接点p的位置。在之后的动作确认中再次发生问题的情况下，程序修正部6下一个修正工具12的示教角度。
62.在上述实施方式中，在动作确认中发生机器人10与周围物体干扰的情况下，动作确认部5也可以将干扰时的机器人10的位置以及姿态存储于存储部2。
63.在动作程序的创建结束之后，作业人员确认发生干扰的位置、以及此时的机器人主体13的姿态，并且研究是否能够通过周围物体以及机器人主体13的设计改变来避免干扰。设计改变是例如周围物体b以及机器人主体13的各自的形状以及配置的改变。在能够通过设计改变来避免干扰的情况下，作业人员改变周围物体以及机器人主体13的至少一方的设计。由此，能够将示教位置、示教姿态以及示教角度中任意一个都未修正的动作程序用于实际存在的机器人10的动作。
64.在上述实施方式中，示教装置1离线创建动作程序，但取而代之，也可以在线创建动作程序。
65.例如，作业人员通过利用移动式的示教操作盘的机外示教、或者持有机器人的一部分并对机器人直接操作的直接示教，将在动作程序的创建中所需的示教数据输入于示教装置1。动作确认部5使实际存在的机器人10按照由程序创建部4创建的动作程序进行动作，并且在线确认在各磨损量下机器人10是否正常动作。在动作确认中发生问题的情况下，作业人员也可以以手动修正动作程序。或者，与离线的情况相同地，程序修正部6也可以自动修正动作程序。
66.在上述实施方式中，程序评价装置组装于示教装置1，但取而代之，程序评价装置也可以组装于机器人10的控制装置14，并作为控制装置14的一部分而实现。
67.在该情况下，至少动作确认部5搭载于控制装置14。作业人员根据需要从工具12拆卸电极头15、16，并且指示控制装置14执行动作确认。
68.动作确认部5使实际存在的机器人10按照组装于控制装置14的动作程序进行动作，并在线确认在各磨损量下机器人10是否正常动作。在动作确认中发生问题的情况下，作业人员也可以以手动修正动作程序。或者，搭载于控制装置14的程序修正部6也可以自动修正动作程序。
69.根据该结构，即使在工厂等现场中，也能够事先确认在所有的磨损量下机器人10正常动作，之后使机器人10执行工件w的加工。
70.在上述实施方式中，为了不论磨损量如何都利用同一动作程序使机器人主体13进行动作，示教装置1创建在所有的磨损量下机器人主体13正常动作的动作程序，但取而代之，如图10所示，示教装置1也可以按每个磨损量创建动作程序。
71.即，在一个磨损量下的动作确认结束之后(步骤s4、s5)，在该磨损量下的动作确认中未发生预定问题的情况下(步骤s11的是)，一个磨损量用的动作程序的创建结束，并且所创建的动作程序与磨损量相对应地保存于存储部2(步骤s12)。
72.另一方面，在发生了预定问题的情况下(步骤s11的否)，修正动作程序内的参数(步骤s9)，利用修正后的动作程序再次执行在同一磨损量下的动作确认(步骤s5)。反复进行在同一磨损量下的动作确认以及动作程序的修正，直至不发生问题为止。
73.在一个磨损量用的动作程序的创建结束之后(步骤s12)，改变磨损量(步骤s7)，再次执行步骤s4、s5、s9、s11、s12。反复进行步骤s4～s12，直至在所有的磨损量下的动作确认结束且所有的磨损量用的动作程序的创建结束为止(步骤s6的是)。由此，创建分别对应于预定的范围内的多个磨损量的多个动作程序，并保存于存储部2。
74.在上述实施方式中，程序评价装置作为示教装置1或者控制装置14的一部分而实现，但取而代之，也可以作为与示教装置1以及控制装置14分体的装置而实现。
75.例如，程序评价装置也可以与示教装置1连接，从示教装置1接收由程序创建部4创建的动作程序，并且离线或者在线按照动作程序进行机器人10的动作确认，而且根据需要修正动作程序。
76.在上述实施方式中，也可以将负的值的磨损量输入于控制装置14。在比标准的固定侧电极头15还长的固定侧电极头15安装于工具12的情况下，通过输入负的值的磨损量，从而能够沿与磨损方向相同的方向校正工具12的位置，并且将较长的固定侧电极头15的前端配置于工件w上的焊接点p。
77.在上述实施方式中，有时机器人主体13的动作随着示教姿态以及示教角度的修正
而发生变化，并且周期发生变化。从而，也可以构成为作业人员能够设定周期的容许范围。
78.在上述实施方式中，工具12是点焊枪，但工具12不限于此，也可以是随着使用而磨损的任意的工具。例如，工具12也可以是前端由于与工件w的接触而磨损的钻头。
79.根据工具12的种类，选择修正的参数。例如，在工具12是钻头的情况下，程序修正部6也可以只修正在加工点的示教姿态。
80.在上述实施方式中，对工具12沿长度方向磨损的情况进行了说明，但程序评价装置也能够适用于工具12沿径向磨损的情况。
81.例如，在工具12是切削工具的情况下，切削工具12由于前端的长度方向的磨损而逐渐变短，并且由于外周面的径向的磨损而逐渐变细。图11a以及图11b说明：在使切削工具12沿着路径c移动并加工切削面d的情况下，机器人10所进行的切削工具12的位置的自动校正。双点划线的切削工具12是未磨损的工具，实线的切削工具12是沿长度方向以及径向磨损了的工具。如图11a所示，为了不论径向的磨损如何都维持切削面d的轮廓，切削工具12的位置根据径向的磨损量，向扩大路径c的方向，即向切削面d侧沿径向进行校正。另外，如图11b所示，切削工具12的位置根据长度方向的磨损量，向长度方向前方进行校正。
82.随着切削工具12的位置在径向上的校正，机器人臂11的位置以及姿态也被校正。从而，对径向以及长度方向，分别设定预定的范围以及磨损量，动作确认部5在径向的磨损量与长度方向的磨损量的各组合中，确认机器人主体13是否正常动作。由此，能够事先评价动作程序是否能够在长度方向以及径向的任意的磨损量下都不发生问题的情况下使机器人10动作。
83.附图标记说明：
84.1：示教装置
85.4：程序创建部
86.5：动作确认部
87.6：程序修正部
88.10：机器人
89.11：机器人臂
90.12：工具
91.14：控制装置
92.15：固定侧电极头
93.a：中心轴线
94.b：周围物体
95.p：焊接点(加工点)
96.w：工件

技术特征：
1.一种程序评价装置，评价机器人用的动作程序，其特征在于，所述动作程序是用于使所述机器人执行利用工具的工件的加工的程序，所述机器人具有根据所述工具的磨损量校正所述工具的位置的功能，所述程序评价装置具备动作确认部，所述动作确认部确认：在预定的范围内的多个磨损量的每一个磨损量下所述机器人是否按照所述动作程序正常动作。2.根据权利要求1所述的程序评价装置，其特征在于，所述动作程序包含与所述工具在加工所述工件的加工点的配置有关的至少一个参数，所述程序评价装置具备程序修正部，所述程序修正部在由所述动作确认部确认到在至少一个所述磨损量下所述机器人不能正常动作的情况下，修正所述参数。3.根据权利要求1或2所述的程序评价装置，其特征在于，在至少一个所述磨损量下所述机器人的动作中发生了预定的问题的情况下，所述动作确认部判断为所述机器人不能正常动作，所述预定的问题包含所述机器人的位置位于该机器人的动作范围外、所述机器人配置成奇异姿态、以及所述机器人与周围物体干扰中的至少一个。4.根据权利要求2所述的程序评价装置，其特征在于，所述参数是所述加工点的位置、以及在所述加工点的所述工具的姿态及角度，所述程序修正部修正所述加工点的位置、以及在所述加工点的所述工具的姿态及角度中的至少一个。5.根据权利要求2或4所述的程序评价装置，其特征在于，所述动作程序包含多个所述参数，对该多个参数设定有优先顺序，所述程序修正部从所述优先顺序高的参数开始依次修正所述参数。6.根据权利要求1至5中任一项所述的程序评价装置，其特征在于，所述工具是点焊枪，所述磨损量是所述点焊枪的固定侧电极头的磨损量。7.根据权利要求1至6中任一项所述的程序评价装置，其特征在于，所述动作确认部通过模拟在各所述磨损量下的所述机器人的动作，离线确认所述机器人是否正常动作。8.一种示教装置，示教机器人的动作，其特征在于，所述示教装置具备权利要求1至7中任一项所述的程序评价装置。

技术总结
程序评价装置评价机器人用的动作程序。动作程序是用于使机器人执行利用工具的工件的加工的程序，机器人具有根据工具的磨损量校正工具的位置的功能。程序评价装置具备动作确认部(5)，该动作确认部(5)确认：在预定的范围内的多个磨损量的每一个磨损量下机器人是否按照动作程序正常动作。照动作程序正常动作。照动作程序正常动作。


技术研发人员：武田俊也
受保护的技术使用者：发那科株式会社
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2023/10/11