机器人系统的制作方法
【专利摘要】本发明可以改善在机器人系统中的作业效率。本发明的机器人系统（10）包括：传感器部（20）；安装有传感器部（20）的传感器机器人（Rs）；作业部（30）；以及安装有作业部（30）的作业机器人（Rw）。作业机器人（Rw）基于由传感器部（20）感知到的信息，而使作业部（30）的位置或方向发生变化。优选为作业部（30）的位置与传感器部（20）的位置能够分别移动。
【专利说明】机器人系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人系统。
【背景技术】
[0002]工业用机器人的控制技术随着计算机技术的进步而进步，近几年来，需要利用工业用机器人进行高精度的作业。例如，在电弧焊接机器人中，已知有一种在进行焊接之前、感知到焊接线并使焊枪的姿态变化的机器人系统(例如参照专利文献I)。在专利文献I的机器人系统中，将对焊接线进行感知的传感器与焊枪设置成一体，基于由传感器感知到的信息，来控制焊枪的姿态。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开5-123866号公报
【发明内容】
[0006]然而，在专利文献I记载的机器人系统中，有时不能连续地进行感知和作业。例如，在焊接线沿正交方向弯曲的位置上，不能连续地进行感知和焊接。在该情况下，当焊接到一方的直线的端部之后，一旦中止焊接，就需要与另一方的直线一致从而使焊枪和传感器进行移动，这会使作业的效率下降。
[0007]本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的是提供一种能使作业效率改善的机器人系统。
[0008]本发明的机器人系统包括传感器部、安装有所述传感器部的传感器机器人、作业部以及安装有所述作业部的作业机器人。
[0009]在某一实施方式中，所述作业机器人基于由所述传感器部感知到的信息，而使所述作业部的位置和方向的至少一方发生变化。
[0010]在某一实施方式中，所述作业部的位置与所述传感器部的位置能够分别移动。
[0011]在某一实施方式中，所述机器人系统还包括:对所述传感器机器人和所述作业机器人进行控制的控制部。
[0012]在某一实施方式中，所述控制部临时存储由所述传感器部感知到的信息。
[0013]在某一实施方式中，所述控制部通过对由所述传感器部感知到的信息进行坐标转换，对所述作业机器人进行控制。
[0014]在某一实施方式中，由所述作业部进行焊接或密封。
[0015]在某一实施方式中，所述传感器机器人和所述作业机器人使所述传感器部和所述作业部沿着规定的方向以恒定的速度移动。
[0016]发明的效果
[0017]根据本发明，能够改善机器人系统中的作业效率。【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表不本发明的机器人系统的实施方式的不意图。
[0019]图2 (a)和图2 (b)是用于说明在本实施方式的机器人系统中的传感器部和作业部的位置变化的示意俯视图。
[0020]图3是本实施方式的机器人系统的示意侧视图。
[0021]图4是本实施方式的机器人系统的示意俯视图。
[0022]图5是本实施方式的机器人系统的示意图。
[0023]图6是本实施方式的机器人系统的示意图。
[0024]图7 (a)和图7 (b)是用于说明在本实施方式的机器人系统中的传感器部和作业部的位置变化的示意侧视图。
[0025]图8 (a)?图8 (d)是用于说明在本实施方式的机器人系统中的传感器部和作业部的位置变化的示意侧视图。
[0026]图9是本实施方式的机器人系统所使用的缓冲器的示意概念图。
[0027]图10是本实施方式的机器人系统的示意立体图。
[0028]图11是本实施方式的机器人系统的示意立体图。
[0029]图12是本实施方式的机器人系统的示意立体图。
[0030]图13是本实施方式的机器人系统的示意立体图。
【具体实施方式】
[0031]以下，参照附图来说明本发明的机器人系统的实施方式。但是，本发明并不限于以下的实施方式。
[0032]图1是表示本实施方式的机器人系统10的示意图。机器人系统10包括传感器部
20、安装有传感器部20的传感器机器人Rs、作业部30和安装有作业部30的作业机器人Rw。机器人系统10对工件W进行作业。
[0033]传感器部20可感知工件W。例如，传感器部20可感知工件W的表面状态。作为传感器部20，例如可使用2D激光传感器。或者，传感器部20具有摄像部，该摄像部可以对工件W表面的摄像信息进行图像处理。另外，传感器部20可以以跟踪相邻的两个平面的边界所形成的直线的方式进行跟踪、搜索。
[0034]作业部30对工件W中的被传感器部20感知的区域进行作业。例如，作业部30可进行焊接。进行焊接的作业部30也被称为枪或焊枪。或者，作业部30可以对工件W赋予密封剂。或者，作业部30也可以进行组装(例如将螺钉紧固到螺纹孔中)或嵌合。
[0035]作业机器人Rw使作业部30的位置和方向的至少一方发生变化，由此，能够使得相对于工件W的作业部30的姿态发生变化，从而使作业的精度提高。例如，在传感器部20感知到工件W的特定区域之后，作业机器人Rw基于由传感器部20感知到的信息而使作业部30的位置和/或方向发生变化，作业部30对工件W的该区域进行作业。像这样，作业机器人Rw通过使作业部30的位置和方向的至少一方发生变化，由此，能够抑制作业的位置不正。另外，传感器机器人Rs使传感器部20的位置和方向的至少一方发生变化，由此，能够使传感器部20相对于工件W的姿态发生任意变化，从而使传感器部20的感知精度提高。
[0036]传感器机器人Rs和作业机器人Rw能够分别做动作而不会相互碰撞，作业部30的位置与传感器部20的位置能够分别发生变化。例如，可以以传感器部20和作业部30之间的距离发生变化的方式，在传感器机器人Rs使传感器部20移动的同时，作业机器人Rw使作业部30移动。或者，也可以以传感器部20和作业部30之间的距离不会发生变化的方式(即、距离大致恒定)，在传感器机器人Rs使传感器部20移动的同时，作业机器人Rw使作业部30移动。
[0037]像这样，由于将传感器部20和作业部30安装在不同的机器人Rs、Rw上，因此能够在相互独立存在的位置上进行感知和作业，并能够改善作业的效率。另外，传感器部20和作业部30能够分别移动，由此，作业部30不会中断作业就能够在很短的时间内有效地进行作业。
[0038]此外，在固定了工件W的状态下，可以进行感知和作业。例如，传感器机器人Rs和作业机器人Rw可以对固定后的工件W做动作。或者，也可以在使工件W移动的状态下，进行感知和作业。
[0039]另外，机器人系统10可以对形成作业线后的工件W进行作业。例如，传感器部20检测出作业线后，作业部30基于来自传感器部20的信息，而沿着作业线进行作业。
[0040]以下，参照图2来说明机器人系统10的动作。在这里，作业线Ws是由沿着X方向和I方向延伸的两条直线形成的，两条直线在交点W0处相交。在作业部30沿着作业线Ws进行作业之前，传感器部20检测出作业线Ws，并感知到作业线Ws的位置信息。另外，在这里，传感器机器人Rs和作业机器人Rw可以使传感器部20和作业部30的位置进行移动。
[0041]如图2 (a)所示，传感器机器人Rs使传感器部20沿着作业线Ws在x方向上进行移动之后，作业机器人Rw使作业部30沿着作业线Ws在X方向上进行移动，以使其跟随传感器部20。此外，优选为，传感器部20和作业部30以相对于工件W为相对的相同速度进行移动。但是，作业部30的移动速度可以与传感器部20的移动速度不同。然后，当传感器部20到达交点Wo时，则传感器机器人Rs使传感器部20沿着作业线Ws在y方向上进行移动。
[0042]然后，如图2(b)所示，在作业机器人Rw使作业部30沿着作业线Ws在x方向上进行移动的期间，传感器机器人Rs使传感器部20沿着y方向移动。当作业部30到达交点Wo时，作业机器人Rw使作业部30在y方向上进行移动，以使其跟随在传感器部20的后面。
[0043]像这样在机器人系统10中，能够不中断且在相互正交的方向上连续地分别执行感知和作业。另外，作业部30可连续地进行作业，由此，能够确保作业的均匀性。例如，在作业部30进行焊接的情况下，作业部30开始焊接和/或焊接中断时的焊接状态、与连续进行焊接时的焊接状态相比，有时是有变化的。或者，在作业部30进行密封的情况下，作业部30开始喷出密封剂和/或密封剂的喷出中断时，密封剂的喷出量有时是有变化的。另一方面，在本实施方式的机器人系统10中，作业部30不中断地连续地进行作业，由此，能够确保作业的均匀性。此外，当对工件W进行焊接时，虽然工件W有时会发生应变，但通过使用机器人系统10进行焊接，能够使工件W的应变减小。
[0044]此外，在图2中，在传感器部20完成作业线Ws的感知之前，先利用作业部30开始作业，对传感器机器人Rs和作业机器人Rw进行了协调控制，但本实施方式并不局限于此。也可以在传感器部20的感知完成、并且使传感器机器人Rs停止之后，再利用作业部30开始作业。[0045]另外，在图2中，虽然传感器机器人Rs和作业机器人Rw使传感器部20和作业部30的位置进行了移动，但传感器机器人Rs和作业机器人Rw也可以分别使传感器部20和作业部30的方向发生变化。但是，为了实现作业的均匀性而优选为，作业机器人Rw使作业部30移动，以便将作业部30与工件W的距离(最短距离)维持为恒定。
[0046]此外，典型地来说，预先对传感器机器人Rs和作业机器人Rw进行示教，以使其进行规定的动作，传感器机器人Rs和作业机器人Rw可以基于示教信息，使传感器部20和作业部30的位置和方向发生变化。这样的机器人系统10的作业也被称为仿形作业。
[0047]在该情况下，由传感器部20感知到的信息用于作业的微调。在感知的结果是需要进行修正的情况下，相对于示教的动作，作业机器人Rw使作业部30的位置或方向发生变化。此外，如果假设感知的结果是不需要修正，则相对于示教的动作，作业机器人Rw可以不使作业部30的位置和方向发生变化。
[0048]此外，作为传感器机器人Rs和作业机器人Rw，可以使用任意的机器人。但是，在传感器机器人Rs和作业机器人Rw中的至少一方(尤其是作业机器人Rw)优选为多关节机器人。
[0049]图3是表不本实施方式的机器人系统10的不意侧视图，图4是表不该机器人系统10的示意俯视图。在这里，传感器机器人Rs和作业机器人Rw都是多关节机器人。传感器机器人Rs被支承部件Ss支承，作业机器人Rw被支承部件Sw支承。
[0050]例如，作业机器人Rw优选为6轴或7轴的多关节机器人。另外，传感器机器人Rs也同样优选为6轴或7轴的多关节机器人。但是，传感器机器人Rs可以是3轴或4轴的关节机器人。此外，由于不用将传感器部30和工件W的距离维持为恒定，因此在传感器机器人Rs具有6轴以上的关节的情况下，传感器机器人Rs将会具有冗余自由度。因而，在通过传感器部20进行感知时，传感器机器人Rs可以以避开周围的障碍物的方式进行移动。
[0051]此外，相对于被固定的工件W，传感器机器人Rs和作业机器人Rw可以与支承部件Ss、Sw—起移动。或者，可以在支承部件Ss、Sw被固定的状态下，使工件W移动。或者，也可以使支承部件Ss、Sw和工件W这两者都进行移动。
[0052]另外，优选为，将传感器机器人Rs和作业机器人Rw的动作进行综合控制。
[0053]图5是表不本实施方式的机器人系统10的不意图。图5所不的机器人系统10除了包括传感器部20、作业部30、传感器机器人Rs和作业机器人Rw以外，还包括对传感器机器人Rs和作业机器人Rw进行控制的控制部40。此外，控制部40可以基于由传感器部20感知到的信息来控制作业机器人Rw。例如，通过对由传感器部20感知到的信息进行坐标转换，由此，控制部40对作业机器人Rw进行控制。控制部40可以经由电源(未图示)来控制作业部30的作业。另外，可以将控制部40与传感器机器人Rs或作业机器人Rw进行一体化设置。
[0054]另外，如图6所示，控制部40可以具有机器人基板42和外部基板44。机器人基板42与传感器机器人Rs和作业机器人Rw相连接。外部基板44与机器人基板42和传感器部20相连接。外部基板44将由传感器部20感知到的信息传递到机器人基板42，机器人基板42对作业机器人Rw进行控制以使作业部30的位置和/或方向的至少一方发生变化。此外，在这里，虽然未图示，但机器人基板42可以具有通信基板。
[0055]如上所述，在传感器机器人Rs和作业机器人Rw使传感器部20和作业部30独立地进行移动的情况下，在某一时刻，在工件W中的被传感器部20感知到的区域，有时与作业部30作业的区域不同。
[0056]在这里，参照图7来说明在机器人系统10中的传感器部20和作业部30的位置变化的一个示例。在这里，以防止附图变得过分复杂为目的，已省略表示了传感器机器人Rs和作业机器人Rw，但如上所述，将传感器部20和作业部30分别安装在传感器机器人Rs和作业机器人Rw上。另外，在这里，要注意相对于工件W的区域Rl的动作。
[0057]如图7(a)所示，传感器部20和作业部30分别在x方向上进行移动，在某一时刻，传感器部20对工件W的区域Rl进行感知。然后，传感器部20和作业部30进一步在X方向上进行移动。
[0058]如图7 (b)所示，当作业部30到达工件W的区域Rl时，作业部30对工件W的区域Rl进行作业。在该情况下，作业机器人Rw基于由传感器部20感知到的区域Rl的信息，而使作业部30的位置和/或方向发生变化。
[0059]此外，在这里，对工件W的区域Rl进行了说明，但其与关于工件W的其他区域相同，均由于由作业部30进行作业的时刻与由传感器部20进行感知的时刻不同，因此优选为，至少要临时存储由传感器部20感知到的工件W的各区域的信息。例如，控制部40 (参照图5和图6)可以用于存储由传感器部20感知到的工件W的各区域的信息。在该情况下，控制部40 (例如是图6所示的外部基板44)优选具有延迟缓冲器。
[0060]在沿着向一个方向延伸的直线进行作业的情况下，优选为，在传感器机器人Rs保持传感器部20的方向的同时，由作业机器人Rw保持作业部30的方向。例如，传感器机器人Rs和作业机器人Rw都是将传感器部20和作业部30朝向正下方。当在该状态下，传感器部20和作业部30以恒定的速度移动的情况下，从传感器部20感知到区域Rl直到作业部30对区域Rl开始作业为止的时间是，通过将传感器部20和作业部30之间的距离除以传感器部20和作业部30的移动速度而得到的。像这样，控制部40要优选考虑时间滞后并使其反映到作业中。
[0061]以下，参照图8，来说明从作业线的起点到终点进行感知和作业的一个示例。在图8中,将作业线的起点表示为Wi,并将作业线的终点表示为Wo。
[0062]如图8 (a)所示，首先，传感器机器人Rs使传感器部20移动，直到传感器部20能够感知到起点Wi的位置。
[0063]其次，如图8 (b)所示，在传感器部20感知作业线的同时，传感器部20和作业部30以恒定的速度移动，作业机器人Rw使作业部30移动到起点Wi并进行初期调整。然后，与作业一起开始进行感知。
[0064]如图8 (C)所示，传感器部20进行感知，作业部30的作业是反映了所感知的信息后进行的。然后，如图8 (d)所示，在传感器部20通过了终点Wo之后，作业部30也适当地进行作业直至到达终点Wo。
[0065]在这里，参照图9，来说明所感知到的位置信息的处理方法的一个示例。如上所述，由传感器部20感知到的位置信息被存储在缓冲器中。例如，在缓冲器中，存储了在时刻t0且在区域RO中由传感器部20感知到的y方向的位置信息(y0)和z方向的位置信息(zO)。同样，在缓冲器中，还存储了在时刻tl且在区域Rl中由传感器部20感知到的y方向的位置信息(yl)和z方向的位置信息(zl)。下面，也同样存储了时刻和区域发生适当变化后的位置信息。
[0066]例如，在开始作业之前的初期调整是，基于所感知到的y方向的位置信息(y0)和Z方向的位置信息(zO)进行的。另一方面，在开始作业之后的调整是以如下方式进行的。
[0067]控制部40从位置信息中获取差分信息。差分信息是从某一时刻的位置信息和该某一时刻之前的时刻的位置信息之差求出的。例如，控制部40从时刻不同的7方向的位置信息y0、yl中获取y方向的差分信息(Δyl=yl-y0),并从时刻不同的Z方向的位置信息z0、Zl中获取Z方向的差分信息(Λζ1=ζ1-ζ0)。然后，当作业部30对区域Rl进行作业的情况下，控制部40基于差分信息Ayl、Azl对作业机器人Rw进行控制以使作业部30的位置和/或方向发生变化。
[0068]例如，在传感器部20和作业部30之间的距离为150mm、焊接速度为IOmm/秒的情况下，从由传感器部20感知到某一区域直到由作业部30进行作业为止的时间为15秒。例如，在传感器部20的感知周期为30msec的情况下,作业机器人Rw基于在大约500个位置之前已被感知到的两个位置的位置信息，而使作业部30的位置和/或方向发生变化。
[0069]以上，参照图7至图9，已经说明了在关于工件W的某一区域由作业部30进行作业的时刻与由传感器部20进行感知的时刻不同的情况下的、传感器部20和作业部30的位置变化以及位置信息的处理方法，但关于工件W的某一区域，由作业部30进行作业的时刻也可以与由传感器部20进行感知的时刻大致相等。例如，传感器机器人Rs可以调整传感器部20的位置和方向，以使传感器部20朝向由作业部30进行作业的位置或者朝向由作业部30进行作业之前的位置。
[0070]另外，在上述说明中，传感器机器人Rs和作业机器人Rw由不同的部件进行支承，但本实施方式并不局限于此。传感器机器人Rs和作业机器人Rw也可以由相同的部件进行支承。另外，在上述说明中，虽然配置成工件W的主表面的法线方向与铅直方向平行，但本实施方式并不局限于此。也可以配置成工件W的主表面与铅直方向平行。
[0071]图10是表示本实施方式的机器人系统10的示意立体图。在图10所示的机器人系统10中，传感器机器人Rs和作业机器人Rw由同一支承部件S进行支承。例如，也可以将支承部件S安装在上方(例如顶棚)，将传感器机器人Rs和作业机器人Rw配置成悬挂式。
[0072]此外，传感器机器人Rs和作业机器人Rw都能够沿规定的方向移动。
[0073]图11是表示本实施方式的机器人系统10的示意立体图。在图11所示的机器人系统10中，用于支承传感器机器人Rs的支承部Ss以及用于支承作业机器人Rw的支承部Sw,利用任意的方法(例如使用电机等)能够使支承部件S沿着方向D移动。随着支承部Ss、Sw的移动，而使传感器机器人Rs和作业机器人Rw沿着方向D移动。
[0074]此外，在上述说明中，相对于一个工件W，分别配置了一个安装有传感器部20的传感器机器人Rs、以及一个安装有作业部30的作业机器人Rw，但本实施方式并不局限于此。
[0075]图12是表示本实施方式的机器人系统10的示意立体图。图12所示的机器人系统10除了配置有多对的传感器机器人Rs和作业机器人Rw这一点以外，，还具有与参照图11说明的上述机器人系统相同的结构，为了避免冗长，而省略了重复的说明。图12所示的机器人系统10包括:安装有传感器部20a的传感器机器人Rsa ;安装有作业部30a的作业机器人Rwa ;安装有传感器部20b的传感器机器人Rsb ；以及安装有作业部30b的作业机器人Rwb。传感器机器人Rsa和作业机器人Rwa由支承部件Sa进行支承，传感器机器人Rsb和作业机器人Rwb由支承部件Sb进行支承。像这样，就可以配置多对的传感器机器人Rs和作业机器人Rw。
[0076]此外，虽然上述机器人系统10由成对的传感器机器人Rs和作业机器人Rw构成，但本实施方式并不局限于此。传感器机器人Rs的数量也可以与作业机器人Rw的数量不同。例如，可以相对于一个作业机器人Rw而配置多个传感器机器人Rs。另外，为了容易地进行感知和/或进行作业，也可以使工件W移动。
[0077]图13是表示本实施方式的机器人系统10的示意立体图。图13所示的机器人系统10还包括:能够保持工件W (在图13中为未图示)的工件保持机器人Hwa、Hwb ;用于搬入工件W的搬入输送机Ca ；以及用于搬出工件W的搬出输送机Cb，除了这一点以外，该机器人系统10具有与参照图12说明的上述机器人系统相同的结构，为了避免冗长，而省略重复的说明。
[0078]当搬入输送机Ca搬入工件W时，工件保持机器人Hwa、Hwb以任意的方式对工件W进行保持。根据需要，工件保持机器人Hwa、Hwb可以在感知过程中和/或作业过程中使工件W移动。另外，根据需要，也可以在工件保持机器人Hwa、Hwb使工件W弯曲的状态下，进行感知和/或作业。在作业结束后，由搬出输送机Cb搬出工件W。
[0079]工业上的可利用性
[0080]根据本实施方式的机器人系统，能够改善作业的效率。例如，能够缩短焊接或密封等作业的时间，并且能够提高作业质量。
[0081]附图标记的说明
[0082]10:机器人系统
[0083]20:传感器部
[0084]30:作业部
[0085]40:控制部
[0086]Rs:传感器机器人
[0087]Rw:作业机器人。
【权利要求】
1.一种机器人系统，包括:传感器部；安装有所述传感器部的传感器机器人；作业部；以及安装有所述作业部的作业机器人。
2.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述作业机器人基于由所述传感器部感知到的信息，而使所述作业部的位置和方向的至少一方发生变化。
3.如权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，所述作业部的位置与所述传感器部的位置能够分别移动。
4.如权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人系统还包括:对所述传感器机器人和所述作业机器人进行控制的控制部。
5.如权利要求4所述的机器人系统，其特征在于，所述控制部临时存储由所述传感器部感知到的信息。
6.如权利要求4或5所述的机器人系统，其特征在于，所述控制部通过对由所述传感器部感知到的信息进行坐标转换，对所述作业机器人进行控制。
7.如权利要求1至6中任一项所述的机器人系统，其特征在于，所述作业部进行焊接或密封。
8.如权利要求1至7中任一项所述的机器人系统，其特征在于，所述传感器机器人和所述作业机器人使所述传感器部和所述作业部沿着规定的方向以恒定的速度移动。
【文档编号】B25J13/00GK103747926SQ201180072767
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2011年8月10日 优先权日:2011年8月10日
【发明者】塘敏广, 下野利昭 申请人:株式会社安川电机