作业装置以及作业装置中的示教方法与流程

本发明涉及通过安装在通过多个连杆机构进行移动的可移动部的末端执行器进行作业的作业装置、以及这种作业装置中的示教方法。

背景技术：

作为用于工业用途的作业装置，已知有如下结构的并联连杆机器人，即，通过多个连杆机构对安装有部件把持工具等末端执行器的可移动部进行驱动。在这种并联连杆机器人中，多数情况下采用通过由用户把持可移动板使其移动的手动操作来直接对位置、姿势进行示教的、所谓的直接动作示教方法(例如，参照日本国特开2013-59852号公报)。在该专利文献所示的在先技术中，获取通过由用户使可移动板移动而示教的第一示教动作，并基于容许判定值来判定该第一示教动作能否实现，该容许判定值是基于作为驱动源的电机所容许的容许转矩、容许旋转速度而预先设定的。

技术实现要素：

本发明提供一种能够操作性良好且高效地执行用于动作示教的作业的作业装置以及作业装置中的示教方法。

本发明的作业装置具有底座部、安装末端执行器的可移动部、多个连杆机构、固定于底座部的多个致动器、位置检测部、多个制动部、控制部、以及操作开关。多个连杆机构对底座部和可移动部进行连结。多个致动器针对多个连杆机构的每一个单独设置，并作为多个连杆机构的动力源进行工作。位置检测部输出表示多个连杆机构的每一个的动作量的坐标数据。多个制动部分别限制对应的连杆机构的动作。控制部通过使多个致动器动作来使末端执行器移动。控制部具有存储部和轴坐标读取部。轴坐标读取部从位置检测部读取坐标数据并写入到存储部，该坐标数据成为为了使多个致动器动作所需的动作模式的基础。若从操作开关检测到示教开始的信号，则控制部放松多个制动部或解除多个制动部。另一方面，若从操作开关检测到示教结束的信号，则控制部通过多个制动部来限制多个连杆机构的运动。

成为本发明的示教方法的对象的作业装置具有底座部、可移动部、多个致动器、多个制动部、控制部、位置检测部、以及存储部。可移动部经由多个连杆机构而固定于底座部。多个致动器对多个连杆机构进行驱动。多个制动部限制多个连杆机构的每一个的动作。控制部基于动作模式对多个致动器进行控制。位置检测部与多个连杆机构连结，存储部与控制部连接。

在本发明的作业装置中的第一示教方法中，首先通过制动部来限制连杆机构的动作。然后，若接收到示教开始的信号，则解除制动部。此外，将来自位置检测部的坐标数据存储到存储部。另一方面，若接收到示教结束的信号，则通过制动部来限制连杆机构的动作。

在本发明的作业装置中的第二示教方法中，首先通过制动部来限制连杆机构的动作。然后，若接收到示教开始的信号，则解除制动部。此外，将来自位置检测部的坐标数据存储到存储部的轴坐标存储部。另一方面，若接收到示教结束的信号，则通过制动部来限制连杆机构的动作。然后，将存储在轴坐标存储部中的坐标数据转发到存储部的动作模式存储部。进而，将基于存储在动作模式存储部中的坐标数据而制作的动作模式存储到动作模式存储部。

根据本发明，能够操作性良好且高效地执行用于动作示教的作业。

附图说明

图1是示出基于本发明的实施方式的作业装置的整体结构的立体图。

图2是示出组装到基于本发明的实施方式的作业装置的作业机器人的结构的立体图。

图3是示出基于本发明的实施方式的作业装置的控制系统的结构的框图。

图4是在基于本发明的实施方式的作业装置中显示的示教用画面的说明图。

图5是示出基于本发明的实施方式的作业装置中的示教作业顺序的流程图。

具体实施方式

在对本发明的实施方式进行说明之前，简单说明现有技术中的问题点。上述的在先技术所示的现有技术在执行直接动作示教作业时存在如下的问题。即，在直接动作示教中，需要与直接把持可移动板使其以给定的动作轨迹移动的移动动作一起进行用于输入示教开始/结束、制动的解除/再制动等指示的开关操作。在现有技术中，择一地进行由一个作业人员用单手把持可移动板使其移动并用另一只手进行开关操作的单人作业、或者由两个作业人员分担进行移动动作和开关操作的双人作业。可是，单人作业存在与单手作业相伴的动作不稳定等操作性的问题。在双人作业的情况下，虽然可以进行稳定的动作示教，但是由于需要多个人，因此作业效率降低。因此，需要一种对策，用于在像并联连杆机器人那样的作业装置中执行直接动作示教作业时，操作性良好且高效地执行动作示教用的作业。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，参照图1对作业装置1的整体结构进行说明。在基台2的上表面的作业底座2a设置有载置台3，在载置台3载置有作为作业对象的工件4。通过以下说明的作业机器人7对工件4组装部件5。

在作业底座2a的角部竖立设置有角柱2b，在角柱2b的上端部架设有水平的架台6。在架台6的下表面配设了具有并联连杆机构的作业机器人7。作业机器人7通过末端执行器8把持部件5，进行将部件5组装到工件4的作业。

在架台6的侧面配置有由触摸面板构成的操作面板9，进而在基台2的下端部附近的作业地板配置有脚踏开关形式的操作开关10。通过经由操作面板9的触摸操作输入、经由操作开关10的脚踏操作输入，来执行以作业机器人7为对象的操作、用于动作指示的指示输入。在本实施方式中，作业人员用手拿着末端执行器8使其移动，由此对作业装置1示教动作。以下，将这样的操作称为“手动传递”。此时的示教开始、示教结束的信号能够不需要手指的操作而经由操作开关10来传给后面说明的控制部30。

接下来，参照图2对作业机器人7的结构和功能进行说明。作业机器人7是具有6自由度的并联连杆机器人。图2所示的底座部7a是在作业机器人7中内置驱动源而用于使以下说明的各部分进行动作的机构部，安装在架台6的下表面。即，底座部7a通过配置在中央部的圆环形状的安装部12固定结合在架台6的下表面。在安装部12的周方向上的3等分位置，从安装部12沿径向延伸地设置了3个电机支架11(支架11a、11b、11c)。电机支架11和安装部12构成作业机器人7中的作业机器人主体部13。

在各电机支架11中，以分别使驱动轴对置的姿势串联地配置有两个伺服控制方式的电机M。即，在支架11a中，以使驱动轴对置的姿势固定有电机M1和电机M2，电极M1具有进行同轴配置的编码器E1和制动部B1，电机M2具有同样进行同轴配置的编码器E2和制动部B2。

此外，在支架11b中，以使驱动轴对置的姿势固定有电机M3和电机M4，电机M3具有进行同轴配置的编码器E3和制动部B3，电机M4具有同样进行同轴配置的编码器E4和制动部B4。进而，在支架11c中，以使驱动轴对置的姿势固定有电机M5和电机M6，电机M5具有进行同轴配置的编码器E5和制动部B5，电机M6具有同样进行同轴配置的编码器E6和制动部B6。

另外，在以下的记述中，对于设置在作业机器人7的电机M1～电机M6、制动部B1～制动部B6、编码器E1～编码器E6这6个要素，除了需要分别独立地确定而进行区分的情况以外，仅统称为电机M、制动部B、编码器E来记载。

在此，对于通过上述配置而固定在作业机器人7的底座部7a的电机M的功能，以在图2中清楚地图示了驱动轴14的电机M5为代表例进行说明。在电机M5的驱动轴14结合有从底座部7a的中心向径向外侧延伸的臂构件15。通过对电机M5进行驱动使驱动轴14向正反方向旋转，从而臂构件15在垂直面内进行围绕驱动轴14的摆动。

在臂构件15的前端部，经由使用了万向接头的第一接头部16结合有连杆构件17，连杆构件17向下方延伸。进而，连杆构件17的下端部经由使用了万向接头的第二接头部18与可移动部20结合。在可移动部20的下表面安装有末端执行器8，在此处示出的例子中，作为末端执行器8示出了具有两个把持爪8a的部件把持工具的例子。

在上述结构中，臂构件15、第一接头部16、连杆构件17以及第二接头部18构成使可移动部20移动的连杆机构19。而且，对固定在底座部7a的全部6台电机M(电机M1～电机M6)均设置了连杆机构19，每个电机M作为对应的连杆机构19的动力源进行工作。

即，本实施方式所示的作业机器人7成为如下结构，即，具有：安装末端执行器8的可移动部20；连结底座部7a和可移动部20的多个连杆机构19；以及按照这些每个连杆机构19独立地设置而作为连杆机构19的动力源进行工作，并固定在底座部7a的多个(在此为6台)致动器即电机M(电机M1～电机M6)。

而且，在基于这些电机M的连杆机构19的动作中，编码器E输出表示电机M的旋转量的脉冲数据。换言之，编码器E作为输出表示连杆机构19的动作量的坐标数据的位置检测部而发挥功能。此外，在基于电机M的连杆机构19的动作中，通过使制动部B工作，从而对电机M进行制动而限制连杆机构19的动作。

在设定在作业装置1的作业底座2a上的空间内的固定坐标系中，为了自由地定义设置在作业机器人7的可移动部20的位置和姿势，可移动部20需要具有6自由度。在本实施方式所示的作业机器人7中，通过具有6组前述结构的连杆机构19和电机M，并且个别独立地控制各组的电机M，从而能够自由地设定可移动部20的位置和姿势。

在此，可移动部20的位置和姿势根据6台臂构件15的旋转角度进行变化，可移动部20的位置和姿势能够根据从各电机M具有的前述的作为位置检测部的编码器E输出的坐标数据来求出。而且，在通过手动传递对作业机器人7示教作业动作的示教作业等中，在需要保持可移动部20的位置、姿势的情况下，通过在所希望的定时使制动部B工作，从而对电机M进行制动，使可移动部20停止动作而保持位置。

接下来，参照图3对作业装置1的控制系统的结构进行说明。在图3中，控制部30具有接口部31、示教部32、动作模式存储部33、动作部34、动作模式制作部35。进而，在控制部30连接有显示部36、操作/输入部37、计算机38。显示部36、操作/输入部37是集成到操作面板9的显示功能、操作输入功能。显示部36使操作面板9的液晶面板等的显示画面显示各种画面。在这些画面中，包含用于示教由作业机器人7进行的动作的示教用画面40(参照图4)。此外，通过作业人员接入操作面板9进行触摸操作，从而操作/输入部37进行各种操作输入。在这些操作输入中，包含在示教用画面40上执行的示教操作的输入。

计算机38是经由LAN系统等连接到作业装置1的外部计算机。作为计算机38的处理功能，包括：动作模式的存储、制作、编辑等处理；包含动作模式的各种数据的上载/下载等数据管理；以及作业装置1的操作所需的动作指令数据的输出等。即，计算机38具有如下功能：能够根据需要代替控制部30来执行控制部30的功能的一部分或全部。

在接口部31连接有电机M(电机M1～电机M6)和附属于电机M(电机M1～电机M6)的编码器E(编码器E1～编码器E6)、制动部B(制动部B1～制动部B6)、以及操作开关10。通过将来自控制部30的控制指令经由接口部31传递给作为致动器的多个电机M1～电机M6来使其动作，从而能够使末端执行器8移动。由此，执行给定的作业动作。使该电机M1～电机M6动作的功能通过动作部34所具有的处理功能来执行。

此外，在执行作业动作、示教作业时，经由接口部31将来自控制部30的制动指令传递给制动部B(制动部B1～制动部B6)，由此使可移动部20的位置、姿势停止，进行位置固定。此外，在可移动部20的位置固定的状态下，经由接口部31将来自控制部30的制动解除指令传递给制动部B(制动部B1～制动部B6)，由此能够解除可移动部20的位置固定。

此外，经由接口部31导入从编码器E(编码器E1～编码器E6)输出的轴坐标数据，并传递给以下说明的示教部32。进而，接口部31导入通过作业人员对操作开关10进行脚踏操作而输入的信号。由此，能够不使用手地进行用于动作示教的开始或结束等信号、制动或制动解除等指令的输入。即，操作开关10具有向控制部30发送示教开始/结束的信号的功能。

另外，在图1所示的例子中，作为用于向控制部30发送示教开始/结束的信号的操作开关10，示出了使用基于脚踏操作的脚踏开关的例子，但是作为操作开关10并不限定于此，也可以在可移动部20、末端执行器8设置能够通过手指操作简便地进行输入的操作开关，从而一边保持可移动部20一边用手指进行操作输入。

示教部32具有轴坐标读取部32a、制动控制部32b、轴坐标存储部32c以及数据转发部32d。作业人员经由操作/输入部37对控制部30执行使示教功能有效的操作，例如启动预先存储的示教程序的操作，由此示教部32发挥功能，执行以下说明的处理。另外，轴坐标存储部32c和动作模式存储部33构成存储部。另外，该存储部也可以不包含于控制部30，而是与控制部30连接。

轴坐标读取部32a进行如下处理，即，从作为位置检测部的编码器E读取示出各电机M的轴坐标的坐标数据，并写入到轴坐标存储部32c。即，示教部32具有对通过基于手动传递的直接示教而得到的轴坐标数据(参照图4所示的轴坐标数据显示栏46)进行存储的功能。这些坐标数据成为为了使多个致动器动作所需的动作模式的基础，轴坐标读取部32a经由接口部31以固定周期读取从各电机M的编码器E输出的信息(脉冲数据)，并作为关于各电机M的轴坐标数据(θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6)而写入到轴坐标存储部32c。该功能在对控制部30进行示教功能的有效化操作时变为有效。

制动控制部32b基于对操作开关10的操作来控制各电机M的制动部B的工作。即，若在示教功能有效时操作开关10开启(ON)，则使制动部B(制动部B1～制动部B6)进行工作以解除制动。由此，各连杆机构19成为能够动作的状态。此外，若操作开关10关闭(OFF)，则使制动部B(制动部B1～制动部B6)制动，固定各电机M的驱动轴14。由此，对各电机M进行制动，限制连杆机构19的动作。

在本实施方式所示的作业装置1中的示教处理中，如果从操作开关10检测到示教开始的信号，则控制部30具有的制动控制部32b放松制动部B或者解除制动部B，如果从操作开关10检测到示教结束的信号，则控制部30具有的制动控制部32b通过制动部B来限制连杆机构19的运动。即，设想如下情况：根据安装有末端执行器8的可移动部20的尺寸、重量等，相比于完全解除制动部B，在设为仅使制动部B放松的状态的情况下，包括安全性在内的作业性更加良好。在这种情况下，在放松制动部B的状态下执行基于手动传递的动作示教。由此，能够在示教作业中使末端执行器8顺畅地移动，能够减轻示教作业的负荷。

轴坐标存储部32c存储由轴坐标读取部32a读取的轴坐标数据。作为存储装置，使用与动作模式存储部33相比写入速度更快的存储装置。数据转发部32d具有如下功能，即，在给定定时将存储在轴坐标存储部32c中的轴坐标数据，写入到动作模式存储部33或者输出到计算机38。在此，“给定定时”是以下的任一定时，即，经由操作开关10进行的输入操作从开启切换为关闭时，或者作业人员经由操作/输入部37进行了数据复制的指示时。

即，如果从操作开关10检测到示教开始的信号，则控制部30使轴坐标读取部32a开始向轴坐标存储部32c写入坐标数据，如果从操作开关10检测到示教结束的信号，则控制部30使轴坐标读取部32a停止向轴坐标存储部32c写入坐标数据。此时，能够通过操作开关10的操作来同时进行制动部B的解除和坐标数据的读取以及写入开始的信号。同样地，能够通过操作开关10的操作来同时进行制动部B的工作和坐标数据的读取以及写入结束的信号。由此能够顺畅地进行基于手动传递的示教作业。

动作模式存储部33存储作业机器人7的动作所需的动作模式。作为动作模式，存在通过轴坐标数据(θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6)规定的基于轴坐标的动作模式、通过末端执行器8的几何三维坐标数据(X、Y、Z、θx、θy、θz)规定的基于三维坐标的动作模式。另外，末端执行器8的三维坐标数据(X、Y、Z、θx、θy、θz)可根据轴坐标数据(θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6)通过运算求出。该运算由控制部30执行，运算结果存储到动作模式存储部33。

作为存储的动作模式，除了通过数据转发部32d而转发的轴坐标数据以外，还包括由以下说明的动作模式制作部35制作的动作模式、除该装置的动作模式制作部35以外针对例如其它作业装置1的作业机器人7制作的动作模式等。动作部34具有按照存储在动作模式存储部33中的动作模式使电机M(M1～M6)工作的功能。即，动作部34经由接口部31按照动作模式将控制指令传递给电机M1～电机M6来使其动作。

动作模式制作部35是用于进行动作模式的制作的软件。作业人员通过启动动作模式制作部35，从而能够进行新的动作模式的制作、已经存储在动作模式存储部33中的动作模式的编辑等。即，控制部30具有用于基于存储在轴坐标存储部32c中的坐标数据来制作动作模式的动作模式制作部35，并将由动作模式制作部35制作的动作模式存储到动作模式存储部33。

动作模式存储部33和前述的轴坐标存储部32c构成本实施方式所示的作业机器人7中的存储部。即，存储部是具有轴坐标存储部32c和动作模式存储部33的结构，轴坐标存储部32c存储由轴坐标读取部32a从位置检测部读取的坐标数据，动作模式存储部33存储由动作模式制作部35制作的动作模式。

而且，控制部30具有将存储在轴坐标存储部32c中的坐标数据转发给动作模式存储部33的数据转发部32d，轴坐标读取部32a将所读取的坐标数据写入到轴坐标存储部32c，动作模式制作部35将根据转发到动作模式存储部33的坐标数据而制作的动作模式存储到动作模式存储部33。

接下来，参照图4对在以作业机器人7为对象的动作示教作业中显示在操作面板9的示教用画面40进行说明。在示教用画面40中，设置有作为操作用按钮的“伺服控制”按钮41、“示教准备”按钮42、“数据保存”按钮43、“结束”按钮44，并且设置有文件名显示栏45和轴坐标数据显示栏46。

通过操作“伺服控制”按钮41，从而能够切换电机M的伺服控制的开启/关闭。“示教准备”按钮42是用于开始示教操作的准备按钮，通过操作“示教准备”按钮42，从而能够使动力用的电源关闭，由此成为能够开始示教操作的状态。通过操作“数据保存”按钮43，从而将通过示教操作而获取的坐标数据存储到轴坐标存储部32c。然后，通过操作“结束”按钮44，从而结束示教处理。

在文件名显示栏45显示确定成为示教操作的对象的作业的文件名。即，通过在文件名显示栏45输入新的作业对象的文件名，从而能够重新设定新的作业对象的文件名。此外，通过操作检索按钮45a，从而能够选择显示已登记的已设定的文件名。

在轴坐标数据显示栏46显示在示教操作中获取的轴坐标数据。即，轴坐标数据显示栏46由格子状的数据单元构成，数据单元由轴坐标确定栏46a和数据序列编号46b的组合规定。轴坐标确定栏46a是用于确定分别与电机M1～电机M6对应的轴坐标数据(θ1～θ6)的区分栏，数据序列编号46b是确定以固定周期获取的轴坐标数据的获取顺序的序列号。在各数据单元按照数据序列编号46b显示从电机M1～电机M6的编码器输出的轴坐标数据。而且构成为，通过操作滚动按钮46c，从而使数据序列编号46b滚动，能够显示任意定时的轴坐标数据。

本实施方式所示的作业装置1像上述那样构成，以下参照图4、图5对作业装置1中的作业动作的示教方法进行说明。在此，作业装置1为如下结构，即，具有经由多个连杆机构19固定在底座部7a的可移动部20、对多个连杆机构19进行驱动的多个电机M、以及基于动作模式对它们进行控制的控制部30。

按照图5的流程对作业装置1中的将作业机器人7作为对象的作业示教顺序进行说明。在图5中，在开始作业示教之前，首先启动控制部30具有的示教程序(ST1)。由此，使示教部32的示教功能有效化，并且在操作面板9或计算机38的显示画面显示图4所示的示教用画面40。

接下来，进行按下“伺服控制”按钮41的操作(ST2)。由此，对各电机M进行伺服控制的控制功能关闭，与此相伴，各电机M的制动部B进行工作。由此，通过制动部B来限制各连杆机构19的动作(第一动作限制步骤)。

接下来，在示教用画面40上，在文件名显示栏45设定存储动作模式的文件名(ST3)。关于该文件名的设定，可以输入新的文件名，或者也可以调出已存储的已登记的文件名。接下来，进行按下“示教准备”按钮42的操作(ST4)。由此，切断驱动用电源。然后，在该状态下用手撑住末端执行器8(ST5)，进行按下脚踏开关(操作开关10)的开启操作，即，进行成为示教开始的信号的操作(ST6)。由此，解除各电机M的制动部B(制动解除步骤)。

而且，与此同时开始轴坐标读取部32a对轴坐标数据的读取和向轴坐标存储部32c的轴坐标数据的写入。然后，在该状态下一边用手撑住末端执行器8一边按照示教对象的动作模式使末端执行器8移动(ST7)。由此，获取表示与基于手动传递的动作的示教即与动作模式对应的动作轨迹的一系列的轴坐标数据。

在上述的流程中(ST6)，如果接收到来自与控制部30连接的操作开关10的示教开始的信号，则控制部30解除制动部B，并且开始将来自与连杆机构19连结的作为驱动源的电机M的编码器E(位置检测部)的坐标数据写入到作为存储部的轴坐标存储部32c中进行存储(坐标数据存储步骤)。

如果动作的示教完成，则进行断开脚踏开关(操作开关10)的关闭操作(ST8)。由此，各电机M的制动部B进行工作，使末端执行器8的位置固定，并且轴坐标读取部32a对轴坐标数据的读取和向轴坐标存储部32c的轴坐标数据的写入结束。即，在ST8中，如果接收到来自操作开关10的示教结束的信号，则控制部30通过制动部B来限制连杆机构19的动作(第二动作限制步骤)。由此，末端执行器8和可移动部20的位置被固定。而且，与此同时结束向作为存储部的轴坐标存储部32c写入坐标数据。

接下来，进行在示教用画面40上按下“数据保存”按钮43的操作(ST9)。由此，控制部30通过数据转发部32d的功能，将写入并存储到作为存储部的轴坐标存储部32c中的轴坐标数据以所设定的文件名写入到动作模式存储部33。即，控制部30将存储在轴坐标存储部32c中的坐标数据转发到存储部所具有的动作模式存储部33(坐标数据转发步骤)。

接下来，由动作模式制作部35基于从轴坐标存储部32c转发而存储到动作模式存储部33的轴坐标数据，来制作动作模式。然后，将所制作的动作模式存储到动作模式存储部33(动作模式存储步骤)。另外，也可以与该处理一并进行计算末端执行器8的坐标数据的运算。

接下来，恢复驱动用电力(ST10)，之后进行按下“伺服控制”按钮41的操作(ST11)。由此，对各电机M进行伺服控制的控制功能开启，并且解除各电机M的制动部B。然后，通过进行在示教用画面40上按下“结束”按钮44的操作，从而示教顺序结束(ST12)。由此，示教程序结束，示教部32的示教功能被无效化。

像以上说明的那样，本实施方式所示的作业装置1具有经由多个连杆机构19而固定于底座部7a的可移动部20、对多个连杆机构19进行驱动的作为致动器的多个电机M、以及基于动作模式对它们进行控制的控制部30。此外，作业装置1具有向控制部30发送示教开始/结束的信号的操作开关10。如果从操作开关10检测到示教开始的信号，则控制部30放松制动部B或者解除制动部B，并且开始轴坐标读取部32a对坐标数据的读取和写入。另一方面，如果从操作开关10检测到示教结束的信号，则控制部30通过制动部B来限制连杆机构19的运动，并且结束轴坐标读取部32a对坐标数据的读取和写入。

由此，可消除现有技术中的问题，即，可消除由一个作业人员一边用单手把持可移动板使其移动一边用另一只手进行开关操作的单人作业下的动作不稳定等与操作性相关的问题。因此，能够不需要多个人便操作性良好且高效地执行基于手动传递的动作示教用的作业。

如上所述，本发明的作业装置和作业装置中的示教方法具有能够操作性良好且高效地执行用于动作示教的作业的效果，在使用并联连杆机器人等需要动作示教的作业装置来进行作业的领域中非常有用。