专利名称：机器人的动作富裕量运算显示方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含工业用机器人的机器人的动作富裕量运算显示方法及其装置。
背景技术：
近年来，利用工业用的机器人，正不断增加进行焊接和涂装、去毛刺、切断等各种作业。
再现方式的机器人中，在生产线中设置示教用的工件进行教学(联机教学)。此外，基于不停止生产线进行机器人的教学的目的，在生产线外进行教学的脱机教学也己知。在计算机内构筑机器人、工件的模型和作业环境进行脱机教学也是常使用的方法。
无论哪种方法，实际中以再现方式使机器人进行动作时，都存在有对象工件的安装误差和个体差异。由此，即使保持教学的示教数据不变来使机器人进行动作也不能正确地进行作业。在焊接机器人等中，通常是根据
通过导线的接触感应(夕:y于七y、乂y^: touch sensing)等，校正示教数据整体或一部分的偏差量来使机器人进行动作。
但是，不清楚的是，当工件的偏差量较大时或进行教学时的示教点是机器人的动作范围界限附近时，利用已校正的示教数据机器人能否正确地进行动作。相对于此，已知有如下方法用数值和图表显示示教点的各关节角度，示出关节角度是否在动作范围界限附近，促使操作者修正示教数
据。此外，在专利文献1中公开有如下方法针对各示教点预先赋予允许
范围作为各示教点的位置偏差允许区域，并通过模拟验证此位置偏差允许区域是否包含在机器人的可动范围内。
专利文献1: JP特开平8-328632号公报发明内容在前者的显示示教点的各关节角度的方法中，由于在沿直角坐标轴的前端加工工具的动作区域中不能直觉地转换机器人中大量采用的旋转型的关节角度，所以即使操作者打算通过修正在数值上给予某个示教点充分的富裕，实际中也存在依然限制此示教点的允许范围的情形。
在后者的方法中，即使是在通过模拟判明了预先设定的位置偏差允许范围未包含在机器人的可动范围内的情形下，也不显示修正示教点的指南，需要靠操作者的经验和直觉反复试验来修正示教点。此外，在后者的方法中，位置偏差区域被定义为相对于示教点根据经验等决定的允许半径内含有的区域。即，后者的方法中的位置偏差区域被定义为相对于示教点可全方位地动作的区域。但是，作为机器人的特性，可动作的区域不是各向同性而是具有方向性的，如专利文献l的方法，全方位均等地定义允许范围时，在边界附近实际中会产生所谓不满足允许范围的条件的不合适。相反，即使是在不满足全方位均等地设定的允许范围的情形下，虽然如果充分注意机器人的误差、工件的位置偏差误差、以及工件的制作上的个体差异的话，机器人也能进行作业，但在专利文献l的方法中，没有定量地示出成为此判断的指南的允许量，不能100%有效利用机器人的可动作区域。
鉴于上述情况而进行本发明，其目的在于，对操作者和生产线的现场作业人员以可直觉地识别的方式定量地通知机器人的可动作区域，向操作者提供示教数据的修正指南，并且示出现场中的工件制造误差和工件配置误差的允许量并向现场作业人员提供现场的运用指南。
本发明的第1方式提供一种机器人的动作富裕量运算显示方法，包括第1步骤，针对机器人的示教程序中所含的多个示教点的每一个示教点，使表示上述机器人的位置姿势的多个参数中的1个参数或多个参数变化，从而计算表示在上述机器人的各关节的动作范围内从上述示教点起算能
连续动作的区域的动作富裕量；以及第2步骤，用数值定量地显示各示教
点的上述动作富裕量。
因机器人的各关节的动作范围和特异点而产生的动作限制被用数值定量地显示为作为相对于机器人(把持加工工具的情形下是该加工工具的前端)的各示教点中的偏差的富裕量的动作富裕量。由此，操作者可定量地把握相对于偏差的富裕量的多少，直觉地把握需要修正示教点的方向，能够縮短从示教程序的验证到修正的时间。
针对设定在相邻的示教点之间的插补轨迹上的对象点，优选执行上述第l及第2步骤。
除各示教点外，也针对示教点间的轨迹上的对象点计算并显示动作富裕量，从而，更详细调查的示教程序的验证及修正作业就成为可能。
优选还包括第3步骤，在该第3步骤中，将在上述第l步骤中计算出的各示教点及各对象点中的动作富裕量与预先设定的允许富裕值比较；在上述第2步骤中，仅将上述动作富裕量在上述允许富裕值以下的上述示教
点和上述对象点与上述动作富裕量一起显示。
通过仅显示动作富裕量是允许富裕值以下的示教点及对象点，就能对操作者明示动作富裕量是允许富裕值以下的示教点等，提供进行示教程序的修正作业时的修正指南。
作为代替方案，也可以进一步包括第3步骤，在该第3步骤中，将在上述第1步骤中计算出的各示教点及各对象点中的动作富裕量与预先设定的允许富裕值比较；在上述第2步骤中，可以以可对上述动作富裕量超过上述允许富裕值的上述示教点和上述对象点进行识别的方式，将上述动作富裕量在上述允许富裕值以下的上述示教点和上述对象点与上述动作富裕量一起显示。
通过与其它相区别地显示动作富裕量是允许富裕值以下的示教点及对象点，就能对操作者明示动作富裕量是允许富裕值以下的示教点等，提供进行示教程序的修正作业时的修正指南。
也可以在上述第2步骤中，作为按上述动作富裕量以从少到多的顺序排列的列表将上述示教点和上述对象点与上述动作富裕量一起显示。
通过作为按动作富裕量以从少到多的顺序排列的列表来显示示教点及对象点，即使在存在多个示教点和对象点的情况下，也能对操作者明示关于示教程序整体需要修正的示教点等，进一步提高示教程序的修正的作业效率。
也可以还包括第4步骤，针对在上述第2步骤中计算出的所有的示教点及对象点，计算每一个参数的上述动作富裕量的最小值；在上述第2步骤中，可以将上述每一个参数的上述动作富裕量的最小值作为用上述示教程序指定的轨迹整体中的上述每一个参数的上述动作富裕量来显示。
用示教程序指定的轨迹整体中的每一个参数(每一方向)的动作富裕量的最小值、即作为示教程序整体所允许的每一个参数的动作富裕量，不仅可利用于示教程序的修正，还可作为工件偏差的修正量的最大允许量利用于加工前的计量时的错误处理。此外，通过将作为示教程序整体所允许的每一个参数的动作富裕量作为工件的制作上的制造误差的允许量、需要减少误差的部位的指南、和配置工件时的配置误差所相关的作业指示的一环来使用，就能避免在实际作业中，机器人在动作中途因动作界限而暂时停止的情况，能够提高生产性。
表示上述机器人的位置姿势的多个参数可以是任意设定的标准坐标系中的参数。
通过设定标准坐标系使得坐标轴与想要知道动作富裕量的方向一致，操作者就能够得到更容易把握的动作富裕量。例如，当对相对于机器人的基准坐标系倾斜配置的工件通过接触感应等实施加工前的计量时，大多使机器人在相对于基准坐标系倾斜的方向上动作。此情况下，由于有关相对于基准坐标系倾斜的方向的动作富裕量变得重要(操作者想知道在此方向中偏差的允许量)，所以，只要设定标准坐标系使得坐标轴与相对于工件的基准坐标系的倾斜一致即可。
本发明的第2方式提供一种机器人的动作富裕量运算显示装置，包括运算部，针对机器人的示教程序中所含的多个示教点的每一个示教点，使表示上述机器人的位置姿势的多个参数中的1个参数或多个参数变化，从而计算表示在上述机器人的各关节的动作范围内从上述示教点起算能连续动作的区域的动作富裕量；以及显示部，用数值定量地显示各示教点的上述动作富裕量。
发明效果
根据本发明的机器人的动作富裕量运算显示方法及其装置，通过使表示机器人的位置姿势的多个参数中的1个参数或多个参数变化，计算并显示表示在机器人的各关节的动作范围内从示教点起算能连续动作的区域的动作富裕量。由此，能够对于操作者和生产线的现场作业人员以可直觉地识别的方式定量地通知机器人的可动作区域，能够实现向操作者提供示教数据的修正指南、对现场作业人员提示在现场中的工件制造误差和工件配置误差的允许量。
图1是表示本发明的第1实施方式相关的机器人、控制装置、及脱机示教系统的示意图。
图2是表示在本发明的第1实施方式中执行的过程的流程图。图3A是表示机器人的位置姿势决定时的动作范围和动作富裕量之间的关系的侧面图。
图3B是表示机器人的位置姿势决定时的动作范围和动作富裕量之间
的关系的平面图。
图4是表示机器人的位置姿势决定时的动作范围的三维显示图。
图5是表示机器人的位置姿势决定时的动作范围和工件的配置之间的
关系的三维显示图。
图6是表示图2的步骤S2-2的详细内容的流程图。图7是表示图6的步骤S6-1 (上限值的计算)的详细内容的流程图。图8是表示图6的步骤S6-1 (下限值的计算)的详细内容的流程图。图9是表示机器人的位置姿势决定时的动作范围和xy空间的富裕度
之间的关系的三维显示图。
图10是表示使x成分和y成分变化时的动作富裕量的寻求程序的流程图。
图11是表示图10的步骤S10-4的详细内容的流程图。图12是表示在进行实际机器教学时执行的过程的流程图。
符号说明
1焊接机器人
3控制装置
5计算机
7图形显示装置
焊接吹管示教操纵台脱机示教系统键盘9 鼠标 W 工件
具体实施例方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。(第1实施方式)
在本实施方式中，如图1所示，示出了以由厚板构成的工件w为对
象，适用本发明的进行焊接结合部位作业的焊接机器人l的例子。焊接机
器人(以下简称为「机器人」。)1在前端把持焊接吹管2作为加工工具。虽然本实施方式中的机器人1是一种作为工业用机器人的具有普通旋转关节9 1 9 6的6轴多关节型机器人，但是即便是后面详述的其它形式的机器人，也能够适用本发明。
机器人1由搭载了计算机的控制装置3控制。控制装置3根据预先示教了动作的程序(示教程序)控制机器人l。焊接吹管2的动作条件(含焊接电流等)也可以用控制装置3按照示教程序来进行控制，焊接吹管2专用的控制装置(未图示)也可以按照示教程序来进行控制。
示教程序除了可使用附带在控制装置3上的示教操纵台3来制作外，还使用利用个人计算机等计算机5构筑的脱机示教系统6预先制作。由脱机示教系统6形成的示教程序，可通过磁盘(软盘)和存储装置等提交给控制装置3 ，也可以通过数据通信传送给控制装置3 。
脱机示教系统6包括图形显示装置7作为显示装置，包括键盘8、鼠标9作为输入装置。此外，在脱机示教系统6中，设置磁存储装置和通信装置(无论哪一个都未进行图示。)作为用于获取工件W的CAD信息的数据输入机构。在向上述的机器人1的控制装置3提交示教程序时，也使用这些装置。并且，脱机示教系统6的计算机5包括执行各种运算的运算部5a;存储运算部5a的运算结果等的存储部5b;控制向图形显示装置7的显示的显示控制部5c;以及控制来自键盘8、鼠标9的输入和磁存储装置、通信装置之间的输入输出的输入输出控制部5d。
参照图2，在本实施方式中大体执行以下4个过程。
过程1:使用脱机示教系统6，形成用于通过脱机教学使机器人1动作的示教程序(图2的步骤S2-1)。过程2:利用脱机示教系统6，计算并显示机器人1的动作富裕量(图
2的步骤S2-2、 S2-3)。
过程3:操作者根据显示的动作富裕量的计算结果评价示教程序，如
果有必要，则用脱机示教系统6修正示教程序(示教点)(图2的步骤S2-4、S2-5)。
过程4:将修正后的示教程序下载到控制装置3中，通过接触感应计量工件W，根据计量结果针对工件W的配置误差等修正示教程序。此后，机器人1实际执行加工动作(图2的步骤S2-6 S2-8)。
首先，说明利用脱机示教系统6来形成用于使机器人1动作的示教程序的过程1 (图2的步骤S2-l)。在形成此过程1中的示教程序中，使用无变形和加工误差的理想工件W以无配置误差的状态存在于生产线上的基准位置、且没有尺寸误差的机器人1无误差地动作的所谓理想化的数据。即，在脱机示教系统6中，利用CAD数据等，获取涉及工件W的形状的信息及机器人1的形状和动作特性、外围装置(未图示)等的配置信息等，在计算机5内形成机器人l、工件W、外围装置等的模型，在图形显示装置7中显示。对于机器人l的模型，对想定位的部位通过用鼠标9进行工件W的特征部位的选择和基于键盘8的数值输入来进行作业指示。例如，以待焊接的焊接线的起点和终点为示教点，执行焊接所需的姿势的指示和作业前后的接近点和避让点的设定。在本实施方式中，使用在机器人l的基部处具有原点的三维空间中固定的水平垂直方向的直角坐标系即基准坐标系，设定此基准坐标系中的焊接吹管2的前端的位置姿势为示教点、接近点、避让点。下面，将基准坐标系中的各坐标轴和围绕各坐标轴的旋转角度标记为(x、 y、 z、 a、 e、 Y)。此外，在脱机示教系统6上还形成用于检测工件W的位置偏差等的接触感应动作的程序。到此为止，是目前己知的使用脱机示教系统的机器人的示教的常规作业。
接着，对于形成的示教程序，说明过程2，其针对各示教点和在相邻的示教点之间插补的轨迹上任意设定的对象点，计算距机器人l的可动作范围有多大的动作富裕(图2的步骤S2-2)。
首先说明过程2的意义。在脱机示教系统6内，虽然是按照设计图纸的理想机器人1和工件W，它们的配置关系也是理想的状态，但存在实际机器的机器人1的误差、实际工件W的制造误差和个体差异、每一作业产生的工件W的配置误差等。由此，执行示教程序在生产线上用机器人1焊接实际的工件W前，需要通过接触感应计量这些误差量，并据此进行
示教程序中所含的示教点的修正(图2的步骤S2-7)。但是，假设对由过程1 (图2的步骤S2-l)形成的示教程序不进行任何处理就根据接触感应
的结果加以修正的情况下，就会存在1个或多个示教点和对象点超过机器
人l的动作界限的情形。这起因于，在由过程l (图2的步骤S2-1)形成的示教程序中含有的多个示教点等之中，存在能自此示教点等起使机器人1动作、并能使位置姿势变化的允许范围较狭小的示教点。因此，在本实施方式中，预先把握定量地表示此允许范围的指标即动作富裕量是怎样的程度，如果非常需要则仍旧采用实际机器的机器人l进行作业(图2的步骤S2-7、 S2-8)。另一方面，当动作富裕量不足时，进行修正以使其进入示教点的必需的富裕范围(图2的步骤S2-4、 S2-5)，在此基础上采用实际机器的机器人1进行作业。也有些情况下，根据此时的机器人的位置姿势，动作富裕量在某一方向中虽然有充分的富裕，但其它的方向的富裕量却极其少。即使是通过示教点的修正也不能充分地确保动作富裕量的时候，作为在现场进行实际作业后需要留意的点，能够作为为了进行极力不产生动作富裕量较少的方向的偏差这样的操作的现场的操作指示来表示定量的指南(配置工件W时的需要抑制的方向和位置、工件制作时的向富裕量较少的方向的误差降低等)。为了以上这种目的，对过程2中示教的程序进行动作富裕量的运算。
接着，说明本实施方式中的过程2的动作富裕量的运算处理的内容。在此动作富裕量的运算中，对机器人l的示教程序中所含的各示教点和在相邻的示教间插补的轨迹上任意设定的对象点的位置姿势，寻求在机器人
i的各关节e i e 6的动作范围内能连续动作的区域，求其上限值和下限
值(动作富裕量)。基准坐标系中的示教点和对象点的位置姿势表示为(xte、yte、 zte、 a te、 e te、 yte)。在本实施方式中，使表示示教点和对象点的位置姿势的向量成分中1个进行顺序变化，寻求在各关节9 l e 6的动作范围内能连续动作的区域，求上限值和下限值。针对表示位置姿势的向量成分整体执行此可动作区域的寻求，针对示教点和对象点的各向量成分，由示教点和对象点计算可动作的上限值和下限值。
图3A、 3B、及图4是在机器人1 (焊接吹管2的前端)的示教点是某一位置姿势的情况下，示意性地表示有关位置成分xte、 yte、 zte的可动作的区域。在本实施方式这样的6轴的多关节型的机器人的情形下，已知，机器人l的姿势决定时的焊接吹管2的前端的可动作区域A (参照图4)，从侧面看时为图3A所示的组合了圆弧的区域，从上部看时为图3B所示的组合了扇形的区域。如图5所示，工件5也可以配置为在此区域A内容纳焊接线。位置成分xte、 yte、 zte的动作富裕量也可以由此区域A直接计算。图3A中示出了仅使由区域A直接计算出的位置成分xte变化而不使其它成分yte、zte、 a te、 gte、 Y te变化时的位置成分xte的上限值xte-up及下限值xte-down。此外，图3B中示出了仅使由区域A直接计算出的位置成分yte变化而不使其它成分xte、 zte、 a te、 Pte、 Yte变化时的位置成分yte的上限值yte-up及下限值-yte-down。并且，在图3A中示出仅使由区域A直接计算出的位置成分zte变化而不使其它成分xte、 yte、 a te、P te、 Y te变化时的位置成分zte的上限值zte-up及下限值zte-down。
接着，参照图6及图7具体地说明过程2 (图2的步骤S2-2)中的动作富裕量的计算的一例。按从示教点和对象点中由示教程序设定的焊接吹管2的路径的最初的示教点开始到最后的示教点为止的顺序，对各示教点和各对象点重复步骤S6-2 S6-7的计算(图6的步骤S6-1、 S6-8)。在步骤S6-2中，针对示教点或设定点的位置成分xte计算上限值xte-up和下限值xte-do豐。同样地，在步骤S6-3'中，针对位置成分yte计算上限值yte-up和下限值yte-down，在步骤S6-4中，针对位置成分zte计算上限值zte-up和下限值zte-down。在步骤S6-4中，针对示教点或设定点的姿势成分a te计算上限值ate-up和下限值ate-do葡。同样地，在步骤S6-6中，针对姿势成分P te计算上限值3 te-up和下限值e te-down，在步骤S6陽7中，针对姿势成分Y te计算上限值Y te-up和下限值e te-down。也可交换步骤S6-2 S6-7的顺序。此外，也可以首先针对各成分计算上限值和下限值的任何一个值。针对所有的示教点及对象点，计算各成分xte、 yte、 zte、 a te、 Pte、 Yte的上下限值(步骤S6-8)，存储计算结果(步骤S6-9)。
下面，针对位置成分xte，说明上限值xte-up和下限值xte-down的计算方法。其它成分yte、 zte、 a te、 P te、 Y te的上下限值的计算方法与位 置成分xte的情形相同。
参照图7，说明上限值xte-up的计算方法。在此上限值xte-up的计算 中，由示教点或对象点的位置成分xte顺序加上足够小的值Ax，确认加法 运算时在各关节9 l 9 6的动作范围内能否连续动作。直到检测到在各关
节e 1 e6的动作范围内不能连续动作为止，都重复值Ax的加法运算。
具体地，在步骤S7-1中，将xi设定为初始值即xte。接着，在步骤S7-2 中，计算(xi、 yte、 zte、 a te、 Pte、 Yte)的逆运动学(年氺7亍^夕7: kinematics),确认有无各旋转关节9 l e 6的关节角度的解(步骤S7-3)， 解的模式是否相同、即解是否有连续性(步骤S7-4)、以及解(各关节角 度)是否处于各旋转关节6 l 6 6的可动范围内(步骤S7-5)。如果有解、 解的模式相同、且各关节角度是可动范围内，则在步骤S8-6中，在xi上 加上值Ax，重复步骤S8-2 S8-5。另一方面，如果在步骤S7-3中无解、 在步骤S7-4中解的模式不同、或者在步骤S7-5中各关节角度在可动范围 外，则在步骤S7-7中规定此时刻的xi-l为上限值xte-up。
在图8所示的下限值xte-down的计算中，自示教点或对象点的位置成 分xte起按顺序减去足够小的值Ax，确认减法运算时在各关节6 l 9 6 的动作范围内能否连续动作。图8的步骤S8-l 8-7的处理，除在步骤S8-6 中在xi中减去值Ax这点和在步骤S8-7中规定此时刻的xi-l为下限值 xte-down这点外，与图7的步骤S7-l S7-7相同。
接着，说明过程3 (图2的步骤S2-3 S2-5)。将过程2中计算出的动 作富裕量、即有关所有的示教点及对象点的各成分xte、 yte、 zte、 a te、 Pte、 Yte的上下限值在图形显示装置7中显示(步骤S2-3)，如果操作者 需要参照显示的动作富裕量的话，就进行显示点的修正(步骤S2-4、S2-5)。 在修正示教点的情况下(步骤S2-5)，再次执行过程2的动作富裕量的计 算，再次显示修正后的动作富裕量(步骤S2-2、 S2-3)。在步骤S2-4中不 必要修正的情况下，执行过程4 (步骤S2-6 S2-8)。
作为动作富裕量的显示(步骤S2-3)的方式，将各示教点及对象点与 有关它们的各成分xte、 yte、 zte、 a te、 P te、 Y te的上下限值一起作为列 表在图形显示装置7中显示。当将过程2中各示教点及对象点的各成分xte、 yte、 zte、 a te、 P te、 Yte的上下限值与预先设定的允许富裕值比较而不是单纯地作为列表显示 时，优选以可对任意一个成分的上下限值都超过允许富裕值的示教点和对 象点进行视觉识别的方式，显示任意一个成分的上限值或下限值在允许富 裕值以下的示教点和对象点(也可视觉识别地显示允许富裕值以下的上下 限值本身)。例如，根据图形显示装置7上的显示的颜色编码就能够实现 能识别的显示。再有，针对例如各成分xte、 yte、 zte、 a te、 3 te、 Y te 的上限值和下限值分别设定允许富裕值。此外，也可以在图形显示装置7 中仅将任意一个成分的上限值或下限值在允许富裕值以下的示教点和对 象点与各成分xte、 yte、 zte、 a te、 P te、 Y te的上下限值一起显示。通过
这些方式的显示，操作者可容易地把握需要修正的示教点。此外，由于明 示无富裕量的方向，所以能够也包含需要修正的方向作为向操作者的指导 来有效利用。
此外，在存在多个示教点和设定点的情况下，由于操作者找出需要修 正的示教点有困难，所以也可以从动作富裕量较少的、即相对于允许富裕 值的各成分xte、 yte、 zte、 a te、 Pte、 Y te的上下限值的富裕量较少的点 开始按顺序与各成分的上下限值一起在图形显示装置7中作为列表来显示 示教点及对象点。通过此方式的显示，操作者能够快速地把握需要修正的 示教点，可更有效地进行示教点的修正作业。
在过程2中，也可以针对所有的示教点及对象点按各成分xte、 yte、 zte、 ate、 P te、 Yte的每个上下限值计算动作富裕量的最小值，作为针 对由示教程序指定的轨迹全体的每一个成分xte、 yte、 zte、 a te、 Pte、 Y te的上述动作富裕量在图形显示装置7中显示。通过此方式的显示，能够 明示出作为工件和机器人的安装误差、工件的制造误差的整体的允许量， 能够作为机器人中的自动化作业的操作的指南来有效利用。
实际机器的机器人1在过程3中将考虑了动作富裕量的修正完毕的示 教程序下载给控制装置3，进行实际作业(第4过程图2的步骤S2-6 S2-8)。动作富裕量充足的时候，机器人1工作，特别地没有问题。此外， 在动作富裕量小、严格时等，使用通过接触感应的工件W的位置偏差作 为检测时的界限值，在位置偏差量超过界限值的情况下，或跳过作业或在作业前停止。由此，可防止机器人1的动作范围界限引起的动作中途的停 止。此外，由于事先知道涉及工件W的制造误差和安装误差的允许量， 所以通过考虑在作业时在此范围内制作，配置工件，就能防止机器人1的 动作范围界限引起的动作中途的停止。 (第2实施方式)
也可以在过程2的动作富裕量的计算中，计算使多个成分变化时的上
下限值。参照图9，例如，寻求附图的xte成分和yte成分的组合的时候， 由于分别包围xte成分及yte成分的上下限值的区域B是可动作区域，所 以通过寻求此范围外的部分，就能縮短运算时间。此外，如果仅简单地知 道趋势，则在包围各成分的上下限值的区域B中就足够了。
图10示出了在动作富裕量的计算中寻求xte成分和yte成分的组合时 的处理。针对各示教点和各对象点重复步骤S10-2 S10-4的计算(步骤 S10-、S10-5)。此外，为了后面的显示而存储计算结果(步骤S10-6)。 虽然在步骤S10-2中计算xte成分的上限值xte-up和下限值xte-down，但 该计算方法按参照图7、 8的说明。此外，在步骤S10-3中，同样地，计 算yte成分的上限值yte-up和下限值yte-down。此后，在步骤S10-4中求 xy空间的动作富裕量。
下面参照图11，详细说明步骤S10-4。图11示出了就1个示教点或对 象点(xte、 yte、 zte、 a te、 0 te、 Yte)计算xy空间的富裕度的程序。在 步骤S11-1中，将xi设定为初始值即xte-down。此外，在步骤Sll-2中， 将yi-up及yi-down设定为初始值即yte。 yi-up是x成分的值为xi时的y 成分(yj)的上限值，yi-down是x成分的值为xi时的yj的下限值。并且， 在步骤Sll-3中，将yj的值设定为初始值即yte-down。反复步骤Sll-2 11-16的处理。具体地，直到xi从xi-down到达xi-up为止，都以固定的增 量重复此处理，并且，就各个xi而言直到yj从yj-down到达yj-up为止都 重复。
在步骤Sll-4中，计算(xi、 yj、 zte、 a te、 Pte、 Yte)的逆运动学， 确认有无各旋转关节9 l 6 6的关节角度的解(步骤Sll-5)、解的模式 是否相同(步骤Sll-6)、以及解是否处于各旋转关节e l 9 6的可动范 围内(步骤Sll-7)。如果有解、解的模式相同、且各关节角度是可动范围内，则移到步骤Sll-8。在步骤Sll-8中，如果yj不到下限值yi-down，则 将下限值yi-down设定为yj (步骤Sll-9)，在yj上加上足够小的值A y， 返回步骤Sll-4。另一方面，在步骤Sll-8中，如果yj为下限值yi-down 以上，则移到步骤Sll-ll。在步骤Sll-ll，如果yj超过上限值yi-up，则 在步骤S11-12中将上限值yi-up设定为yj，经过步骤S11-10返回步骤 Sll-4。
如果在步骤Sll-5中无解、在步骤11-6中解的模式不同、或者在步骤 Sll-7中各关节角度在可动范围外，则移到步骤Sll-13。在步骤S11-13中， 如果yj不到上限值yj-up，则经过步骤Sll-10返回步骤Sll-4。在步骤S11-13 中，如果yj在上限值yj-up以上，则在步骤S11-14中，存储此时刻的x 成分的值xi和与其对应的y成分的上下限值yi-up、 yi-down。接着，在步 骤S11-15中，在xi上加上值Ax后，移到步骤S11-16。在步骤S11-16中， 如果xi在xte-up以上的话，则结束处理，如果不到xte-up的话，则返回 步骤Sll-2。
(第3实施方式)
虽然在第1实施方式中，对机器人1的基准坐标系的方向计算动作富 裕量(各成分的上下限)，但也可以就任意设定的标准坐标系计算动作富 裕量。通过设定标准坐标系使坐标轴与想要知道动作富裕量的方向一致， 就可得到操作者更容易把握的动作富裕量。参照图5，例如当对相对于机 器人l的基准坐标系(x、 y、 z、 a、 ^、 Y)倾斜配置的工件W实施根 据接触感应等的加工前的计量时，大多使机器人1在相对于基准坐标系倾 斜的方向上动作。此情况下，由于有关相对于基准坐标系倾斜的方向的动 作富裕量变得重要(操作者想知道在此方向中偏差的允许量)，所以也可 以设定标准坐标系(x'、 y'、 z'、 a'、 e'、 Y')使得坐标轴与相对于 工件的基准坐标系的倾斜一致。 (第4实施方式)
虽然在第1实施方式中，说明了基于使用了个人电脑等计算机5的脱 机示教系统的预先的动作富裕量的计算等，但也可以将针对各示教点及对 象点计算动作富裕量的功能、显示动作富裕量的功能、及根据显示的动作 富裕量修正示教程序的功能组装入机器人1的控制装置5。即便是在利用示教操纵台3操作实际机器的机器人1对(示教用的) 实际的工件形成示教用程序的情形(实际机器教学)下，也会产生工件W 的制造误差和个体差异、每作业的配置误差。如前所述，如果在机器人1
的控制装置5中装入3个功能的话，则即便是实际机器教学的情形，也能
与第1实施方式相同地实现动作富裕量的计算及显示和基于此的示教程序
的修正。参照图12，在此情况下，首先通过实际机器教学形成示教程序(步 骤S12-2)，此后计算动作富裕量并进行显示(步骤S12-2、 S12-3)，如果 有必要则执行示教点的修正(步骤S12-4、 S12-5)。修正完成后，根据接 触感应及其结果进行示教点的修正后，机器人1实际执行焊接动作(步骤 S12-6、 S12-7)。
本发明不限于实施方式，可进行各种变化。例如，虽然以旋转多关节 型的焊接机器人为例说明了本发明，但本发明也能适用于平动关节型、具 备旋转关节和平动关节两者的机器人。本发明也能够适用于含进行涂装、 去毛刺、切断等焊接以外的各种作业的工业用机器人的其它的机器人。
权利要求
1. 一种机器人的动作富裕量运算显示方法，包括第1步骤，针对机器人的示教程序中所含的多个示教点的每一个示教点，使表示上述机器人的位置姿势的多个参数中的1个参数或多个参数变化，来计算表示在上述机器人的各关节的动作范围内从上述示教点起算能连续动作的区域的动作富裕量；以及第2步骤，用数值定量地显示各示教点的上述动作富裕量。
2. 根据权利要求1所述的机器人的动作富裕量运算显示方法，其特征在于，针对在相邻的示教点之间的插补轨迹上设定的对象点，也执行上述第1及第2步骤。
3. 根据权利要求2所述的机器人的动作富裕量运算显示方法，其特征在于，还包括第3步骤，在该第3步骤中，将在上述第1步骤中计算出的各示教点及各对象点中的动作富裕量与预先设定的允许富裕值进行比较，在上述第2步骤中，仅将上述动作富裕量在上述允许富裕值以下的上述示教点和上述对象点与上述动作富裕量一起显示。
4. 根据权利要求2所述的机器人的动作富裕量运算显示方法，其特征在于，还包括第3步骤，在该第3步骤中，将在上述第l步骤中计算出的各示教点及各对象点中的动作富裕量与预先设定的允许富裕值进行比较，在上述第2步骤中，以可对上述动作富裕量超过上述允许富裕值的上述示教点和上述对象点进行识别的方式，将上述动作富裕量在上述允许富裕值以下的上述示教点和上述对象点与上述动作富裕量一起显示。
5. 根据权利要求2所述的机器人的动作富裕量运算显示方法，其特征在于，在上述第2步骤中，作为按上述动作富裕量以从少到多的顺序排列的列表将上述示教点和上述对象点与上述动作富裕量一起显示。
6. 根据权利要求2所述的机器人的动作富裕量运算显示方法，其特征在于，还包括第4步骤，针对在上述第2步骤中计算出的所有的示教点及对象点，计算每一个参数的上述动作富裕量的最小值；在上述第2步骤中，将上述每一个参数的上述动作富裕量的最小值作为由上述示教程序指定的轨迹整体中的上述每一个参数的上述动作富裕量来显示。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的机器人的动作富裕量运算显示方法，其特征在于，表示上述机器人的位置姿势的多个参数是任意设定的标准坐标系中的参数。
8. —种机器人的动作富裕量运算显示装置，包括运算部，针对机器人的示教程序中所含的多个示教点的每一个示教点，使表示上述机器人的位置姿势的多个参数中的l个参数或多个参数变化，来计算表示在上述机器人的各关节的动作范围内从上述示教点起算能连续动作的区域的动作富裕量；以及显示部，用数值定量地显示各示教点的上述动作富裕量。
全文摘要
提供一种机器人的动作富裕量运算显示方法及其装置，对操作者和生产线的现场作业人员以可直觉地识别的方式定量地通知机器人的可动作区域。该机器人的动作富裕量运算显示方法及其装置中，针对机器人(1)的示教程序中所含的多个示教点的每个示教点，使表示机器人(1)的位置姿势的多个参数中的1个参数或多个参数变化，从而计算表示在机器人(1)的各关节θ1～θ6的动作范围内从示教点起算能连续动作的区域的动作富裕量(步骤S2-2)。用数值定量地显示各示教点的动作富裕量(步骤S2-3)。
文档编号G05B19/42GK101546196SQ20091012684
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月20日 优先权日2008年3月25日
发明者定广健次, 飞田正俊 申请人:株式会社神户制钢所