机器人的作业程序生成方法、机器人的作业程序生成装置和机器人控制系统的制作方法

专利名称：机器人的作业程序生成方法、机器人的作业程序生成装置和机器人控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人的作业程序生成方法、机器人的作业程序生成装置和机器人控制系统。
背景技术：
例如，在电弧焊接中，为了使被称为焊炬的工具的顶端和接合部严密地一致，需要对作业进行示教。此外，由于焊炬的姿态在保证作业品质上是重要的，因此在具有复杂形状的接合部的示教中需要极多的时间。根据这种理由，按照现有技术进行用于使示教工时数降低的所谓无示教化，但是，实现完全无示教化的电弧焊接机器人并不存在，由人进行的示教作业仍然在某种程度上存在。例如，专利文献1的焊炬姿态的示教方法是公知的。在专利文献1中，通过根据示教的焊炬的位置来算出基准面，使用输入的目标角和前进后退角来求得根据所述基准面的姿态，从而能够取得希望的焊炬姿态。因此，在专利文献1中，通过对于各个焊炬位置生成反映了希望的目标角及前进后退角的姿态，从而对示教了焊炬位置的程序写入所述姿态。 这样，在专利文献1中，由于根据预先示教的焊炬的位置来算出基准面，因此如果操作者输入所述基准面的希望的目标角及前进后退角等角度数据，就能够自动地算出焊炬姿态。而且，在焊炬姿态的示教时，由于不需要进行使机器人取得希望姿态的手动操作，因此具有能够使示教作业简单化的效果。在专利文献2中，提出了下述方法通过由激光传感器等识别预先设定的工件的形状，来求得坡口位置，校正焊炬顶端的位置和焊炬的姿态。根据专利文献2，预先粗略地生成成为基准的示教数据，在进行焊接的再现时，通过由机器人上所安装的激光传感器等来拍摄坡口形状，完成对成为基准的示教数据进行修正。即，由于基于激光传感器的拍摄结果来校正示教数据，因此不仅能够预先生成粗略的示教数据，而且能够简单化示教作业。在专利文献3中，公开了一种焊炬用机器人，其通过由激光传感器来在焊接时实时地进行焊接线仿形(倣…)，从而实现希望的焊炬位置·姿态。根据专利文献3，通过基于激光传感器拍摄的拍摄数据来校正预先生成的示教数据，即使当在工件上发生了 3维的位置偏差的情况下，也能够继续进行焊接。该专利文献3不是将使示教作业简单化本身作为直接的目的，而是教导了下述的可能性通过预先粗略地生成示教数据，在焊接时，由传感器等手段来实时地进行校正，使得成为希望的焊接位置 焊接姿态，从而能够简单化示教作业。专利文献1 日本特开平8-123536号公报专利文献2 日本专利第3200106号公报专利文献3 日本特开平9-76065号公报。但是，根据专利文献1，由于对姿态基于焊炬等工具的位置来决定基准面，因此必须严密地进行位置的示教。在示教位置时，由于需要通过手动操作将机器人移动到希望的位置，因此在示教点数多的情况下，存在在示教作业时非常需要劳力之类的问题。而且，根据专利文献1，还存在下述课题即使在工件形状稍微不同的情况下，也需要对所述工具的位置进行修正或者追加的作业。此外，专利文献2和专利文献3将校正工件上发生的位置偏差作为目的。该位置偏差是起因于工件的加工误差和设置误差等。但是，近年来，为了极力使不发生工件的位置偏差，一直进行工件加工误差的消除，并且为了不发生位置偏差，在工件固定用的工卡模具等上花费了工夫，从而对于操作对象工件的9成以上的情况，消除了位置偏差。因此，在位置偏差没有发生的环境下，在实际作业(例如，如果是焊接机器人，则为焊接)时使用激光传感器等位置检测传感器、或者在实际作业时预先安装位置检测传感器自身没有意义。另一方面，当在工件上没有发生位置偏差的环境下，在实现使用上述激光传感器等位置检测传感器的示教作业的简单化的情况下，存在以下的问题。(1)由于在示教数据的再现时，即在每次通过工具进行实际作业时，都通过激光传感器等位置检测传感器来进行检测动作，因此对周期时间施加了大的影响。(2)由于每一台机器人都需要一台激光传感器，因此产生引入成本变高的问题。(3)由于在示教数据的再现时，即在通过工具进行的实际作业时，也需要预先安装激光传感器等位置检测传感器，因此存在耗电变大的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人的作业程序生成方法、机器人的作业程序生成装置和机器人控制系统，其当在工件上没有发生位置偏差的环境下，能够根据示教模式来简单化示教作业，并且通过在由工具进行的实际作业时使得不需要由位置检测传感器进行的检测动作，从而能够缩短而后进行的实际作业时的周期时间。为了解决上述问题点，方案1记载的发明，要旨为一种机器人的作业程序生成方法，是将对工件的特征部位的位置进行检测的位置检测传感器和工具安装在机械手上，并执行对所述工件的加工作业的机器人的作业程序生成方法，其特征在于，包括在每次所述工具位于传感检测点时就输入传感检测命令的第1步骤；使所述传感检测命令与所述传感检测点的示教位置带有关联，并存储在第1作业程序中的第2步骤；以及基于所述第1作业程序的传感检测命令，使所述工具移动到所述传感检测点的示教位置，从而使所述位置检测传感器进行检测动作，并且基于检测结果，取得所述工件上的作业位置，将该作业位置存储在第2作业程序中或者存储成可以参照第2作业程序的外部变量的第3步骤，通过再现所述第2作业程序，使所述工具移动，并且执行所述加工作业。方案2的发明，根据方案1，其特征在于，具有示教模式、传感检测模式和执行模式的各个模式类别，在所述示教模式中，生成所述第1作业程序，在所述传感检测模式中，通过再现所述第1作业程序来生成所述第2作业程序，在所述执行模式中，通过再现所述第2 作业程序来执行所述加工作业。方案3的发明，根据方案1或者2，其特征在于，所述工具是焊炬，在所述第1步骤中，当所述焊炬位于所述传感检测点的示教位置时，目标角、前进后退角当中的至少有一个被输入数值，在所述第2步骤中，使所述目标角、前进后退角当中至少一个与所述传感检测点的示教位置相关联而存储，在所述第3步骤中，通过基于所取得的多个作业位置的方向矢量，来设定焊接线坐标，基于所述目标角、以及所述前进后退角中至少一个，来算出所述焊接线坐标中的焊炬的作业姿态，并存储到所述第2作业程序中或者存储为所述外部变量。方案4的发明，要旨为一种机器人的作业程序生成装置，是将对工件的特征部位的位置进行检测的位置检测传感器和工具安装在机械手上、并执行对所述工件的加工作业的机器人的作业程序生成装置，其特征在于，包括在每次所述工具位于传感检测点的示教位置时就输入传感检测命令传感检测命令输入机构；将该传感检测命令与所述传感检测点的示教位置带有关联而存储在第1作业程序中的第1存储机构；基于所述第1作业程序中所存储的传感检测命令，使所述工具移动控制到所述传感检测点的示教位置的控制机构； 在所述工具位于所述传感检测点的示教位置时，基于所述传感检测命令，使所述位置检测传感器进行检测动作，并且基于检测结果，取得所述工件上的作业位置的取得机构；以及将所述取得的作业位置存储在机器人的第2作业程序中或者存储成可以参照该第2作业程序的外部变量的第2存储机构，通过再现所述第2作业程序，使所述工具移动，并且执行所述加工作业。方案5的发明，根据方案4，其特征在于，具有示教模式、传感检测模式和执行模式的各个模式类别，在所述示教模式中，使由所述传感检测命令输入机构输入的传感检测命令和所述传感检测点的示教位置相关联，并存储在所述第1存储机构中，生成所述第1作业程序，在所述传感检测模式中，所述控制机构再现所述第1作业程序，使作为所述位置检测传感器之检测结果的、所述取得机构取得的所述工件上的作业位置，被包括在所述第2作业程序中，并存储在所述第2存储机构，或者作为所述外部变量存储在所述第2存储机构， 在所述执行模式中，通过再现所述第2作业程序来执行所述加工作业。方案6的发明，根据方案4或者5，其特征在于，所述工具是焊炬，方案包括姿态设定机构，其当所述焊炬位于所述传感检测点的示教位置时，设定所述示教位置的目标角、 前进后退角当中的至少一个；坐标设定机构，其通过基于由所述取得机构所取得的多个作业位置的方向矢量，来设定焊接线坐标；以及焊炬姿态算出机构，其基于所述目标角、前进后退角当中的至少一个，来算出所述焊接线坐标的焊炬的作业姿态，将所述目标角、前进后退角当中的至少一个被与所述传感检测点的示教位置带有关联而存储在所述第1存储机构中，将所述焊炬的作业姿态取入到所述第2作业程序中或者所述外部变量上而存储在所述第2存储机构中。方案7的发明，根据方案6，其特征在于，包括模式类别变更机构，其变更所述模式类别，所述模式类别变更机构，在所述示教模式中，在所述第1作业程序的生成结束时，将所述模式类别自动地变更为所述传感检测模式。方案8的发明，根据方案6或者7，其特征在于，所述位置检测传感器以能够从所述机械手拆卸的方式被支撑。方案9的发明，要旨为一种机器人控制系统，是包括方案7或者8所述的机器人的作业程序生成装置和用于执行所述第2作业程序的机器人控制机构的机器人控制系统，其特征在于，所述机器人控制机构，在执行模式时，使所述机械手的工具移动到所述第2作业程序中所存储的所述工件上的作业位置和作业姿态。
6
方案10的发明，根据方案9，其特征在于，所述模式类别变更机构，在所述传感检测模式中，当所述第2作业程序的生成结束时，将所述模式类别自动地变更为所述执行模式。发明效果根据方案1的发明，当在工件上没有产生位置偏差的环境下，能够大幅度地简化示教作业。更具体地，通过使在示教模式中工具的顶端位置严密地与工件的特征部位的位置一致的示教成为不需要，因此能够大幅度地简化示教作业。根据方案2的发明，基于在示教模式所生成的第1作业程序，在传感检测模式中， 进行由位置检测传感器实现的检测动作，根据该检测结果，使得生成第2作业程序。就是说，在该第2作业程序中，工具的顶端位置和工件的特征部位的位置严密地一致。即，在用于再现第2作业程序的实行模式(由工具实现的实际作业时)中，由于不需要由位置检测传感器实现的检测动作，因此能够缩短实际作业时的作业周期时间。根据方案3的发明，在焊接机器人的作业程序生成方法中，能够容易地实现方案1 的上述效果。根据方案3，通过数值输入目标角、前进后退角当中的至少一个，能够容易地对焊炬得到希望的姿态。根据方案4的发明，当在工件上没有产生位置偏差的环境下，在示教模式中，能够大幅度地简化示教作业。更具体地，通过使在示教模式中工具的顶端位置严密地与工件的特征部位的位置一致的示教成为不需要，因此能够大幅度地简化示教作业。根据方案5的发明，基于在示教模式所生成的第1作业程序，在传感检测模式中， 进行由位置检测传感器实现的检测动作，根据该检测结果，生成第2作业程序。就是说，在该第2作业程序中，工具的顶端位置和工件的特征部位的位置严密地一致。即，在用于再现第2作业程序的实行模式(由工具实现的实际作业时)中，由于不需要由位置检测传感器实现的检测动作，因此能够缩短实际作业时的作业周期时间。根据方案6的发明，在焊接机器人的作业程序生成装置中，能够容易地实现方案4 的上述效果。根据方案6，通过使得目标角、前进后退角当中的至少一个被数值输入，能够容易地在焊炬上得到希望的姿态。根据方案7的机器人的作业程序生成装置，通过使得从示教模式自动地过渡到传感检测模式，能够省略模式选择作业。根据方案8的发明，当在工件上没有产生位置偏差的环境下，由于在由工具实现的实际作业时不需要位置检测传感器，因此能够从机械手上预先卸下位置检测传感器。艮口， 能够由多个机器人任意使用1台激光传感器。根据方案9的机器人控制系统，能够容易地实现方案4到方案8的任何一个的效^ ο根据方案10的机器人控制系统，通过使得从传感检测模式自动地过渡到执行模式，能够省略模式选择作业。


图1是一实施方式的电弧焊接机器人控制系统的方框图。图2(a)是工具坐标系的说明图，(b)是表示激光传感器LS的安装状态的激光传感器LS的立体图。图3是机器人控制装置RC、示教器TP、传感器控制器以及激光传感器的方框图。图4是表示在各个模式下的处理顺序的流程图。图5是模式选择处理的流程图。图6(a)是示教模式处理的流程图，(b)是传感检测(sensing)模式处理的流程图。图7是执行模式处理的流程图。图8是模式类别切换处理的流程图。图9是坡口的位置检测的说明图。图10是目标角的说明图。图11(a)是焊接线坐标系的说明图，(b)是前进后退角的说明图。图12是工具坐标系、传感器坐标系、机械接口坐标系之间的关系的说明图。图13是表示作业程序的例子的说明图。图14是示教模式的激光传感器、焊炬之间的位置的说明图。图15是传感检测模式的激光传感器、焊炬之间的位置的说明图。图16是执行模式的焊炬的位置的说明图。附图符号说明Ml机械手、LS激光传感器(位置检测传感器)、W工件、RC机器人控制装置(机器人控制机构)、SC作业程序生成装置、10焊接机器人控制系统、13臂、14焊炬、20机器人控制装置RC的CPU (控制机构、取得机构、坐标设定机构、焊炬姿态算出机构、以及模式类别变更机构)、23存储部(第1存储机构、第2存储机构)、31传感检测命令键(传感检测命令输入机构)。
具体实施例方式下面，参考附图1 16，说明将本发明具体化成电弧焊接机器人的作业程序生成方法、电弧焊接机器人的作业程序生成装置和电弧焊接机器人控制系统的一实施方式。在下面，为了便于说明，将电弧焊接机器人简单地称为焊接机器人。图1是表示焊接机器人控制系统的构成的方框图。如图1所示，焊接机器人控制系统10包括相对于工件(操作对象物)W用于示教焊炬14的示教位置的示教器TP和对进行焊接作业的机械手Ml进行控制的机器人控制装置RC。本实施方式的作业程序生成装置 SC由示教器TP和机器人控制装置RC构成。机器人控制装置RC相当于机器人控制机构。机械手Ml包括被固定在地板等上的基础部件12和经由多个轴所连接的多个臂 13。在位于最顶端侧的臂13 (即手腕部)的顶端部设置焊炬14。焊炬14内装作为焊接材料的焊丝15，通过在由没有图示的进给装置所送出的焊丝15的顶端和工件W之间产生电弧，并且由其热使焊丝15熔融，来对工件W施加电弧焊接。在臂13之间配设了多个电动机 (没有图示出)，构成为使得能够通过电动机的驱动将焊炬14在前后左右自由地移动。另外，所谓前后，就是将焊炬14沿着焊接线前进的方向设为前，将其180度的相反方向设为后。所谓左右，就是将当人朝着上述前进的方向时设为基准，称为左右。另外，在机械手Ml 的顶端安装了用于检测工件W之形状的作为位置检测传感器的激光传感器LS。
在所述机器人控制装置RC上连接了作为可搬式操作部的示教器TP。如图3所示， 在示教器TP上包括0 9数字键(没有图示)、位置决定命令键(没有图示)、传感检测命令键31、以及模式选择键32等各种键和用于输入焊炬14的姿态的目标角设定器33、前进后退角设定器34。目标角设定器33、前进后退角设定器34相当于姿态设定机构。在示教器TP上还包括由液晶显示装置等构成的显示器(没有图示)。通过所述各种键(没有图示)、目标角设定器33、前进后退角设定器34的操作，经由通信接口 35，各种示教数据被数值输入到机器人控制装置RC。当示教器TP在示教模式中手动操作所述各种键时，基于所述各种键输入，机器人控制装置RC能够使机械手Ml动作，并且使焊炬14移动。传感检测命令键31相当于传感检测命令输入机构。机器人控制装置RC如图3所示由计算机构成。即，机器人控制装置RC包括CPU (中央处理装置)20、用于存储用来控制机械手Ml的各种程序的可重写的R0M21、成为操作存储器的RAM22、由用于存储各种数据的可重写的不挥发性存储器构成的存储部23。CPU20相当于控制机构、取得机构、坐标设定机构、焊炬姿态算出机构、以及模式类别变更机构。在机器人控制装置RC中，经由键盘接口 M输入从示教器TP的通信接口 35所发送的各种示教数据，并且所述示教数据被使用在作业程序的生成上。存储部23具有第1存储区域23a以及第2存储区域2 等存储区域。存储部23 相当于第1存储机构和第2存储机构。第1存储区域23a是用于存储由激光传感器LS测量视场范围F0V(参考图9)所得到的距离信息(测距数据)的区域。第2存储区域2 是用于存储由后述的示教数据所生成的第1作业程序和通过传感检测模式所生成的第2作业程序的区域。在第1作业程序(以下简单称为传感检测程序)上存储了以下的示教数据。·传感检测点等各个示教位置的位置数据·从目标角设定器33、前进后退角设定器34输入的目标角、前进后退角的值 在各个示教位置上被输入的位置决定命令、传感检测命令、焊接开始命令等各种命令和参数另一方面，在第2作业程序(以下简单称为执行程序)上存储了以下的示教数据。·在各个传感检测点，激光传感器LS取得的工件W的坡口位置数据·基于从目标角设定器33、前进后退角设定器34输入的目标角、前进后退角所算出的各个坡口位置上的焊炬姿态数据所述坡口位置数据和焊炬姿态数据(位置姿态坐标值)也可以直接存储在执行程序中，也可以存储为可以参照执行程序的外部变量。或者，也可以构成为使得操作者能够选择采用直接存储在执行程序中或者存储为外部变量的哪一个。在这种情况下，外部变量也被存储在第2存储区域23b中。在下面，以将所述坡口位置数据和焊炬姿态数据直接存储在执行程序中的情况为例进行说明。机器人控制装置RC，通过驱动控制所述电动机(没有图示)，在传感检测模式下按照上述传感检测程序，在执行模式下按照上述执行程序，经由伺服驱动器25，使机械手Ml 动作。另外，机器人控制装置RC对焊接电源WPS(参考图1)输出焊接电流和焊接电压之类的焊接条件，根据通过电力电缆I3K从焊接电源WPS供给的电力，来进行焊接作业。
激光传感器LS是通过激光器的发光和接收光来测量至工件W的距离的扫描型的激光位移传感器，被安装在机械手Ml的手腕部的顶端。激光传感器LS包括使激光向着工件W发光的发光部41和接收由工件W反射的激光的光接收部42等。由所述发光部41发光的激光，由工件W漫反射，由光接收部42接收。光接收部42例如由CCD线传感器(线激光传感器)构成，使得成为测量在视场范围FOV中从激光传感器LS至工件W的距离。配置传感器头LSa，使得激光传感器LS的激光照射方向变成与工具坐标系的任何一个的轴平行。图2(a)示出了作为工具的焊炬14。这里，工具坐标系如图2(a)那样，被表示作为使Z轴与焊炬14的轴心一致。根据本实施方式，如图2(b)所示，对于焊炬14，设定激光传感器LS的传感器头LSa，使得激光照射方向成为Z-方向，并且焊炬14的焊接行进方向变成工具坐标系的X轴，并且安装激光传感器LS，使得其与所述X轴变成平行。使得激光传感器LS(即图2(b)所示的传感器头LSa)成为在焊接行进方向侧激光照射到距离焊炬 14的顶端为规定距离的位置上。将在焊接行进方向侧与焊炬14的顶端距离规定距离的工具坐标系上的激光点间的距离成为传感器的预见距离T。激光传感器LS包括CPU 43 (中央处理装置)、R0M 44、RAM 45和通信接口 46。ROM 44存储了坡口位置测量处理程序、坡口基准各个测量处理程序、以及坡口形状识别处理程序等各种程序。RAM 45是所述程序执行时的操作存储器。激光传感器LS，经由通信接口 46，被连接到传感器接口单元51的通信HUB52。在通信HUB 52上，连接了传感器控制器53的通信接口 Μ。在所述通信HUB 52上，经由传感器头电缆HC，连接了机器人控制装置RC的通信接口 26。传感器控制器53包括CPU 55、ROM 56、没有图示的RAM和能够重写的存储装置 57。所述存储装置57，例如由硬盘或者能够重写的半导体存储器等构成，并且存储了坡口形状以及与工件W的板厚相应的许多坡口识别用的坡口识别数据。在ROM 56上，存储了用于实现坡口形状设定器之功能的程序以及用于实现板厚设定器之功能的程序等各种软件程序。然后，传感器控制器53，通过操作示教器TP的0 9数字键(没有图示)，在经由通信接口 35，26、通信HUB 52和通信接口 M而使与坡口形状和工件板厚的设定相关的要求被输入到传感器控制器53时，进行与该要求相应的坡口形状设定和板厚设定。经由通信接口 54、通信HUB 52和通信接口 46，与该设定的坡口形状和板厚相应的坡口识别数据被存储到激光传感器LS的RAM45中。下面，只要没有特别地打断，所谓“示教”，就是指使用示教器TP进行输入。(作用)参考图4 8的流程图，说明按上述构成的焊接机器人控制系统10的作用。图4 是表示处理顺序的流程图。当由操作者操作示教器TP的模式选择键32时，根据操作结果来执行SlO的模式选择执行处理。通过该模式选择执行处理，容许向S20的示教模式处理、S30的传感检测模式处理、或者S40的执行模式处理的过渡。机器人控制装置RC的CPU 20，根据ROM 21中存储的模式选择执行处理程序，在 S12，基于从示教器TP输入的模式选择键32的输入结果，即模式类别，判定所述模式选择键 32的输入是哪一个模式。在S12，在模式类别是“1”的情况下，CPU 20将判定判定为“是”， 即，模式判定为选择了示教模式，从而过渡到S20;在模式类别不是“1”的情况下，判定为
10“否”，从而过渡到S14。在S14，CPU 20根据ROM 21中存储的传感器连接确认处理程序，判定激光传感器 LS是否经由传感器接口单元51被连接到通信接口 26。在激光传感器LS经由传感器接口单元51被连接到通信接口沈的情况下，过渡到S16 ；在不是这样的情况下，判定为选择了执行模式，过渡到S40。在S16，对于CPU 20，在模式类别是“2”的情况下，CPU 20将判定判定为“是”，即， 判定选择了传感检测模式，从而过渡到S30。CPU 20在模式类别不是“2”的情况下，判定为 “否”，即，判定选择了执行模式，从而过渡到S40。(示教模式处理S2O)如图6 (a)所示，在S21，操作者以示教器TP的手动操作，使焊炬14移动，并且决定示教位置η (最初η = 1)。在S22，在焊炬14位于希望的示教位置的状态下，示教器TP的没有图示的位置决定命令键或者传感检测命令键31被接通(on)操作。在该S22中，传感检测命令键31被接通操作的情况相当于第1步骤。当位置决定命令键被操作时，对于CPU 20，由于从示教器TP中输入了 “位置决定命令”，因此将S22的判定判定为“否”，在过渡到S^之后，基于所述“位置决定命令”，将示教位置η的位置坐标存储在存储部23的第2存储区域23b中。当传感检测命令键31被接通操作时，由于“传感检测命令”作为“位置决定命令和传感检测点的存储命令”而从示教器TP中输入，因此CPU20将S22的判定判定为“是”，并过渡到S23。在S23，CPU 20将输入的“传感检测命令”和该示教位置η (位置坐标)一起作为传感检测点而存储在存储部23的第2存储区域23b中。S23的步骤相当于第2步骤。下面， 将具有“传感检测命令(位置决定命令，以及作为传感检测点的存储命令之功能)，，的示教位置称为传感检测点的示教位置。将具有由没有图示的位置决定命令键引起的“位置决定命令”的示教位置称为进场(approach)点的示教位置。在S24，当操作者从示教器TP的目标角设定器33输入希望焊接的目标角时，CPU 20将该目标角设定值与传感检测点的示教位置η相关联而存储到存储部23的第2存储区域 23b ο当操作者从示教器TP的前进后退角设定器34输入希望焊接的前进后退角时， CPU 20将该前进后退角设定值与所述示教位置η相关联而存储到存储部23的第2存储区域23b。而且，尽管根据本实施方式，使得成为对目标角和前进后退角两者进行数值输入，但是，也可以使得成为输入目标角和前进后退角的任何一个。在这样输入目标角和前进后退角的任何一个的情况下，目标角和前进后退角的另一个就预先作为参数而预先存储在存储部23中，在为该S24的步骤时，还可以进行读出。在S24，当存在在传感检测点的示教位置中执行的其他的命令的情况下，通过操作者输入操作示教器TP的没有图示的各种命令键， CPU 20通过与传感检测点的示教位置带有关联而将各种命令存储在第2存储区域23b中。 在S24，例如，作为被操作的键，尽管具有“焊接开始命令”或者“焊接结束命令”，但是，不局限于这些命令。在传感检测点的示教位置中后述的执行模式的各种执行条件例如焊接电流、焊接电压等通过0 9数字键等由操作者输入和设定，并且与该传感检测点的示教位置带有关联而被存储在第2存储区域23b中。在S25，操作者在存在接着的示教位置的情况下，返回到S21，与刚才同样，用示教器TP的手动操作使焊炬14移动，并且决定接着的示教位置。下面，同样，在S21，操作者操作示教器TP，输入“位置决定命令”或者“传感检测命令”，将示教位置存储在第2存储区域 23b 中。在S25中，在没有接着的示教位置的情况下，操作者操作示教器TP的示教模式结束的没有图示的结束键。此时，在第2存储区域23b中按示教顺序存储了示教位置(包括进场点和传感检测点的示教位置)。而且，通过传感检测点的示教位置中的各种命令(包括焊接开始命令、 焊接结束命令等)以及各种执行条件被与该传感检测点的示教位置带有关联而存储，从而作为后述的传感检测程序而形成。基于上述结束键的输入，CPU 20根据ROM 21中存储的模式类别切换处理程序而过渡到S60，从而进行以下说明的模式类别的变更处理。(模式类别的变更处理S60)下面说明模式类别的变更处理。图8是模式类别变更处理的流程图。在S102，CPU 20判定在前的模式处理中的模式类别是否是“1”，在模式类别是“1”的情况下，过渡到S104，在将模式类别更新为“2” 之后，结束该处理。在S102中，在模式类别不是“ 1，，的情况下，过渡到S106，判定模式类别是否是“2”。在S106中，在模式类别是“2”的情况下，过渡到S108，在将模式类别更新为“3”之后，结束处理。在模式类别不是“2”的情况下，按原样结束处理。(传感检测模式处理S30)参考图6(b)说明传感检测模式处理。传感检测模式处理是由是示教模式所生成的传感检测程序的再现处理。在S31，CPU 20基于与各个示教位置带有关联的“位置决定命令”或者“传感检测命令”来移动控制机械手Ml。S卩，将第2存储区域23b中按示教顺序所存储的示教位置η (η =1，2，...)按示教顺序读出1个，将焊炬14移动到所读出的该示教位置为止。而且，示教位置η的初始值是η = 1。S31构成第3步骤的一部分。在S32中，当存在“传感检测命令”的情况下，即，当移动的示教位置是传感检测点的情况下，过渡到S33，在示教位置是进场点的情况下，过渡到S35。在S33，在基于“传感检测命令”而移动的传感检测点的示教位置n(n = 1)中，通过ROM 21中存储的传感检测执行处理程序，将激光器发光命令发行到激光传感器LS。激光传感器LS的CPU 43基于该命令来控制发光部41，使得照射激光。然后，CPU 43根据由光接收部42接收光的结果，通过激光传感器LS的坡口位置测量处理，来测量传感器坐标系的坡口位置。通过坡口基准角测量处理，来测量传感器坐标系的坡口基准角eSA。关于坡口基准角eSA，后述。说明坡口位置测量处理。(坡口位置测量处理)如图9所示，坡口位置测量处理是在传感检测点PA中进行传感器坐标系的坡口位置A的检测的处理。在图9中，FOV表示激光传感器LS的视场范围。激光传感器LS基于该视场范围FOV的测距数据，检测(即测量)作为工件之特征部位的位置即坡口位置。而且，在坡口检测中，即在焊炬14位于传感检测点PA时，机械手Ml停止。该坡口位置测量处理被执行用于检测例如焊接开始点和焊接结束点。在本实施方式中，传感检测点PA变成用于检测焊接开始点的示教位置。具体地，CPU 20在使用变换矩阵TTe将传感检测点PA变换到传感器坐标系之后，如图9所示，将对激光传感器LS输出的检测点坐标部分(即预见距离T部分)进行了移动的点设为坡口位置A(搜索第1点)。这里，说明所述变换矩阵。图12示出与作为工具的焊炬14相关的工具坐标系、激光传感器LS、传感器坐标系和机械接口坐标系的关系。而且，在图12中，焊炬14经由托架(7，* 〃卜)50被安装到机械手Ml的输出凸缘40。激光传感器LS对着机械手Ml上所设置的托架50，经由安装配件(金具)70而被安装。然后，安装配件70通过螺栓72以对托架50可装卸式地被安装。 通过这样，能够从机械手Ml上装卸。在由激光传感器LS得到的坡口位置上，为了求得能够以指定的焊炬姿态移动的机器人的姿势(pose，姿态)，工具坐标系和传感器坐标系的所述变换矩阵3。就变成必要。在图12中，在机械手Ml构成6轴机器人的情况下，从将机器人第6轴的中心即输出凸缘40设为原点的机械接口坐标系0(Μ，ΥΜ，ΖΜ)向传感器坐标系(XC，YC，ZC)的变换矩阵是J6TC。从机械接口坐标系(XM, YM, Zm)向工具坐标系(XT, YT, Zt)的变换矩阵是Τ6Ττ。从工具坐标系向传感器坐标系的变换矩阵是τΤ。。此时，从工具坐标系观察的向传感器坐标系的变换矩阵TTC如下由(数1)TTC= (J6Tt)-1 * J6TC求出。这里，将话题返回到流程图(图6(b))的S33。CPU 43通过根据传感器控制器53 将RAM 45中存储的坡口识别数据和由光接收部43接收的结果进行对照，进行坡口形状识别处理。由于该坡口形状识别处理是公知的，因此省略说明。CPU 43经由通信接口 46、传感器接口单元51、通信接口沈，将传感器坐标系的坡口位置A、坡口基准角θ SA从激光传感器LS发送到机器人控制装置RC。机器人控制装置RC 的CPU 20将所接收的传感器坐标系的坡口位置Α、坡口基准角θ SA与所述示教位置带有关联，保存在第2存储区域23b中。而且，在S33，在传感检测程序上记述了在为示教模式时生成的各种执行条件，以及焊接开始命令、焊接结束命令等各种命令。但是，在传感检测模式中，CPU 20忽视“位置决定命令”、“传感检测命令”以外的命令。S33相当于第3步骤的一部分。在S34，CPU 20判定是否存在下一个示教位置n+1，在存在的情况下，返回到S31， 对于下一个示教位置，与刚才同样进行处理。然后，例如检测所述坡口位置A，在从S32过渡到S33的情况下，在S33，在传感检测点PB中，与搜索第1点同样进行用于对成为焊接结束点的传感器坐标系的坡口位置B进行检测的坡口位置测量处理。在这种情况下，在进行焊接结束点的检测时，省略后述的坡口基准角测量处理。所述坡口位置B在图9中成为搜索第2点。
而且，在本实施方式中，由于为了便于说明，设为没有下一个焊接区间的情况，因此在进行焊接结束点的检测时，省略了坡口基准角测量处理，但是，在对下一个焊接区间的焊炬姿态进行变更的情况下，也可以不省略坡口基准角测量处理。然后，CPU 43经由通信接口 46、传感器接口单元51、通信接口沈，将测量结果的坡口位置B从激光传感器LS发送到机器人控制装置RC。机器人控制装置RC的CPU 20将所接收的所述坡口位置B与所述示教位置带有关联，保存在第2存储区域2 中。在S34中， 对于CPU 20，如果没有下一个示教位置，就过渡到S35。在S35，对于CPU 20，作为S33的处理结果，在各个传感检测点PA、PB中，当分别存在传感检测数据(即，坡口位置、坡口基准角)的情况下，进行工具坐标系变换处理、焊接线坐标系设定处理、目标角姿态值的算出处理、以及前进后退角姿态值的算出处理。在以下的说明中，尽管为了便于说明，说明了将坡口位置设为2点的情况，但是坡口位置为3点以上的情况也是同样的。(工具坐标系变换处理)CPU 20将传感器坐标系的坡口位置A、B变换成工具坐标系的坡口位置坐标A’、 B’。然后，CPU 20对于第2存储区域23b中存储的传感检测程序的副本(copy)，代替传感检测点PA、PB，分别更新工具坐标系的坡口位置坐标A’、B’。该更新中的作业程序在更新后使用作为后述的执行程序。(焊接线坐标系设定处理)下面，说明焊接线坐标系设定处理。CPU 20，如图11(a)所示那样，作为焊接行进方向，将包括坡口位置坐标A’、B’的前进方向矢量[数2]
权利要求
1.一种机器人的作业程序生成方法，是将对工件的特征部位的位置进行检测的位置检测传感器和工具安装在机械手上，并执行对所述工件的加工作业的机器人的作业程序生成方法，该机器人的作业程序生成方法的特征在于，包括在每次所述工具位于传感检测点时就输入传感检测命令的第1步骤； 使所述传感检测命令与所述传感检测点的示教位置带有关联，并存储在第1作业程序中的第2步骤；以及基于所述第1作业程序的传感检测命令，使所述工具移动到所述传感检测点的示教位置，从而使所述位置检测传感器进行检测动作，并且基于检测结果，取得所述工件上的作业位置，将该作业位置存储在第2作业程序中或者存储成可以参照第2作业程序的外部变量的第3步骤，通过再现所述第2作业程序，使所述工具移动，并执行所述加工作业。
2.根据权利要求1所述的机器人的作业程序生成方法，其特征在于，具有示教模式、传感检测模式和执行模式的各个模式类别，在所述示教模式中，生成所述第1作业程序，在所述传感检测模式中，通过再现所述第 1作业程序来生成所述第2作业程序，在所述执行模式中，通过再现所述第2作业程序来执行所述加工作业。
3.根据权利要求1或2所述的机器人的作业程序生成方法，其特征在于， 所述工具是焊炬，在所述第1步骤中，当所述焊炬位于所述传感检测点的示教位置时，目标角、前进后退角当中的至少有一个被输入数值，在所述第2步骤中，使所述目标角、前进后退角当中至少一个与所述传感检测点的示教位置相关联而存储，在所述第3步骤中，通过基于所取得的多个作业位置的方向矢量，来设定焊接线坐标， 基于所述目标角、以及所述前进后退角中的至少一个，来算出所述焊接线坐标中的焊炬的作业姿态，并存储到所述第2作业程序或者存储为所述外部变量。
4.一种机器人的作业程序生成装置，是将对工件的特征部位的位置进行检测的位置检测传感器和工具安装在机械手上，并执行对所述工件的加工作业的机器人的作业程序生成装置，该机器人的作业程序生成装置的特征在于，包括在每次所述工具位于传感检测点的示教位置时就输入传感检测命令的传感检测命令输入机构；将该传感检测命令与所述传感检测点的示教位置带有关联而存储在第1作业程序中的第1存储机构；基于所述第1作业程序中所存储的传感检测命令，使所述工具移动控制到所述传感检测点的示教位置的控制机构；在所述工具位于所述传感检测点的示教位置时，基于所述传感检测命令，使所述位置检测传感器进行检测动作，并基于检测结果取得所述工件上的作业位置的取得机构；以及将所述取得的作业位置存储在第2作业程序中或者存储成可以参照该第2作业程序的外部变量的第2存储机构，通过再现所述第2作业程序，使所述工具移动，并执行所述加工作业。
5.根据权利要求4所述的机器人的作业程序生成装置，其特征在于，具有示教模式、传感检测模式和执行模式的各个模式类别在所述示教模式中，使由所述传感检测命令输入机构输入的传感检测命令和所述传感检测点的示教位置相关联，并存储在所述第1存储机构中，生成所述第1作业程序；在所述传感检测模式中，所述控制机构再现所述第1作业程序，使作为所述位置检测传感器之检测结果的、所述取得机构取得的所述工件上的作业位置包括在所述第2作业程序中，并存储在所述第2存储机构，或者作为所述外部变量存储在所述第2存储机构，在所述执行模式中，通过再现所述第2作业程序来执行所述加工作业。
6.根据权利要求4或5所述的机器人的作业程序生成装置，其特征在于，所述工具是焊炬，所述机器人的作业程序生成装置包括当所述焊炬位于所述传感检测点的示教位置时，设定所述示教位置的目标角、前进后退角当中的至少一个的姿态设定机构；通过基于由所述取得机构所取得的多个作业位置的方向矢量，来设定焊接线坐标的坐标设定机构；以及基于所述目标角、前进后退角当中的至少一个，来算出所述焊接线坐标的焊炬的作业姿态的焊炬姿态算出机构，将所述目标角、前进后退角当中的至少一个与所述传感检测点的示教位置相关联而存储在所述第1存储机构中，将所述焊炬的作业姿态取入到所述第2作业程序中或者所述外部变量上，并存储在所述第2存储机构中。
7.根据权利要求6所述的机器人的作业程序生成装置，其特征在于，包括变更所述模式类别的模式类别变更机构，在所述示教模式中，在所述第1作业程序的生成结束时，所述模式类别变更机构将所述模式类别自动地变更为所述传感检测模式。
8.根据权利要求6或7所述的机器人的作业程序生成装置，其特征在于，所述位置检测传感器以能够从所述机械手拆卸的方式被支撑。
9.一种机器人控制系统，包括权利要求7或8所述的机器人的作业程序生成装置、以及执行所述第2作业程序的机器人控制机构的机器人控制系统，所述机器人控制系统的特征在于，所述机器人控制机构在执行模式时，使所述工具移动到所述第2作业程序中所存储的所述工件上的作业位置和作业姿态。
10.根据权利要求9所述的机器人控制系统，其特征在于，在所述传感检测模式中，当所述第2作业程序的生成结束时，所述模式类别变更机构将所述模式类别自动地变更为所述执行模式。
全文摘要
现有技术存在必须严密地进行位置和姿态的示教以及在示教作业中非常需要劳力的问题。本发明提供一种机器人的作业程序生成方法和装置。在示教模式中，在作为粗略示教点的传感检测点中，输入传感检测命令(S22)。存储该命令和传感检测点(S23)。输入目标角·前进后退角(S24)。在传感检测模式中，使机器人移动到传感检测点(S32)，使激光传感器进行检测动作，取得工件形状(S33)，算出位置和姿态，生成作业程序(S35)。当在工件上没有发生位置偏差的环境下，能够大幅度地简化示教作业。
文档编号G05B19/42GK102243498SQ20111007927
公开日2011年11月16日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年3月29日
发明者柳川刚三, 神品泰宏 申请人:株式会社大亨