CN106346483B - 机器人的示教装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人的示教装置，具备配置于机器人的臂部与末端执行器之间的力觉传感器、和安装于末端执行器的导向部。对象物包括凹部。凹部具有通过与导向部的端部的对象面面接触来决定机器人的位置以及姿势的基准面。机器人控制装置基于作用于末端执行器的力的方向，实施使导向部的对象面与凹部的基准面面接触的控制来决定机器人的示教位置。

Description

机器人的示教装置

技术领域

本发明涉及机器人的示教装置。

背景技术

机器人被控制为沿预先生成的轨道移动。机器人的轨道能够基于作业者所指定出的示教位置以及速度而生成。能够通过作业者操作示教操作盘来设定示教位置。例如，作业者操作示教操作盘使机器人为所希望的位置以及姿势。作业者能够将此时的机器人的工具前端点的位置作为示教点而使之存储于控制装置。并且，作业者能够使机器人的姿势存储于控制装置。而且，控制装置能够以在示教位置或者示教位置的附近通过的方式驱动机器人。由于机器人的位置以及姿势基于示教位置，所以示教位置优选正确地对机器人进行示教。

日本特开2002-160183号公报中公开了在基板处理系统中使用的机器人。该公报中公开了，通过使对位销与预定的孔一致，来进行间接地制定机器人的位置的示教作业。

在对机器人指示示教位置的情况下，存在难以用手动操作机器人使其到达所希望的示教位置的情况。例如，存在对将工件安装于预定的部件的作业的示教位置进行示教的作业。该作业中，在作业者能够确认安装工件的部分的情况下，能够容易指示机器人的示教位置。然而，存在安装工件的部分配置于凹部的里侧、或配置于孔部的内部的情况。此时，若工件进入凹部、孔部的内部则不可见工件和安装位置，从而存在难以用手动操作机器人使其到达所希望的示教位置的问题。

上述的日本特开2002-160183号公报的示教方法中，通过将对位销插入预定的基准孔来决定机器人的位置，从而销相对于基准孔的相对位置的精度影响示教位置的精度。对位销和基准孔紧紧地嵌合则示教位置的精度提高，但将对位销嵌入基准孔的作业变难。其结果，示教作业需要较长的时间。另一方面，若使对位销与基准孔的嵌合松动，则存在示教位置的精度降低的问题。

发明内容

本发明的机器人的示教装置决定安装于机器人的末端执行器相对于预先决定的对象物的位置以及姿势，并将与末端执行器的位置以及姿势对应的机器人的位置以及姿势作为示教位置而存储。机器人的示教装置具备：机器人控制装置，其对机器人进行控制；以及力觉传感器，其配置于机器人的臂部与末端执行器之间，对作用于末端执行器的力以及力的方向进行检测。机器人的示教装置具备安装于末端执行器或者对象物的一方部件的导向部。末端执行器或者对象物的另一方部件包括凹部，该凹部具有与导向部的端部的形状对应且比导向部的端部的截面形状大的截面形状。导向部具有形成于端部的对象面。凹部具有通过与导向部的端部的对象面面接触来决定机器人的位置以及姿势的基准面。力觉传感器对导向部的对象面与凹部的基准面接触时作用于末端执行器的力的方向进行检测。机器人控制装置基于作用于末端执行器的力的方向，来实施使导向部的对象面与凹部的基准面面接触的控制，由此调整机器人的位置以及姿势，决定机器人相对于对象物的示教位置。

上述发明中，导向部优选形成为能够从一方部件拆卸。

上述发明中，优选构成为：具备与机器人控制装置连接且以手动操作机器人的示教操作盘，在作业者以手动实施将导向部的端部插入凹部的内部的操作的期间，若作用于末端执行器的力超过预先决定的判定值，则机器人控制装置实施使机器人停止的控制。

附图说明

图1是实施方式的机器人系统的简图。

图2是实施方式的末端执行器、机器人以及金属模具的立体图。

图3是实施方式的末端执行器以及导向部件的放大立体图。

图4是实施方式的金属模具支承部件以及金属模具的立体图。

图5是形成于金属模具的开口部以及凹部的放大立体图。

图6是实施方式的导向部件的端部的立体图。

图7是将导向部件插入金属模具的凹部后的末端执行器以及金属模具的立体图。

图8是实施方式的机器人系统的框图。

图9是通过面对接的控制使导向部件的端面与凹部的底面面接触时的第一放大剖视图。

图10是通过面对接的控制使导向部件的端面与凹部的底面面接触时的第二放大剖视图。

图11是通过面对接的控制使导向部件的侧面与凹部的侧面面接触时的第一放大局部剖视图。

图12是通过面对接的控制使导向部件的侧面与凹部的侧面面接触时的第二放大局部剖视图。

图13是通过面对接的控制使导向部件的侧面与凹部的侧面面接触时的第三放大局部剖视图。

图14是通过其它的面对接的控制使导向部件的侧面与凹部的侧面面接触时的放大局部剖视图。

具体实施方式

参照图1至图14，对实施方式的机器人的示教装置进行说明。本实施方式的机器人的示教装置相对于预先决定的对象物，决定安装于机器人的末端执行器的位置以及姿势。而且，机器人的示教装置将与被定位了的末端执行器的位置以及姿势对应的机器人的位置以及姿势作为示教位置而存储。

图1是本实施方式的机器人系统的简图。机器人系统具备将末端执行器4配置于预先决定的位置以及姿势的机器人1、和作为控制机器人1的机器人控制装置的控制装置2。本实施方式的机器人1是包括臂部11和多个关节部14的多关节机器人。多关节机器人能够使臂部11的腕部的位置以及姿势自由地变化。机器人1能够将由末端执行器4把持的工件配置于所希望的位置以及姿势。

机器人1具备力觉传感器12。力觉传感器12设于臂部11与末端执行器4之间。力觉传感器12对作用于末端执行器4的力进行检测。在本实施方式中，采用了能够检测正交的三个轴的方向的力以及绕正交的三个轴的力(力矩)的六轴的力觉传感器12。例如，六轴的力觉传感器12能够检测臂部11的前端的腕部的正交三个轴(X、Y、Z)方向的力和绕各轴的力矩(Mx、My、Mz)。作为力觉传感器12，能够采用包括形变传感器的传感器、静电电容式的传感器等任意的力觉传感器。

本实施方式的机器人系统具备以手动操作机器人1的示教操作盘3。示教操作盘3与控制装置2连接。作业者能够通过示教操作盘3的操作来以手动驱动机器人1。

图2中示出机器人、末端执行器以及金属模具的立体图。本实施方式中，由机器人1将工件配置于预先决定的对象物的预先决定的位置。本实施方式的对象物是进行镶嵌成形的金属模具5。镶嵌成形中，将预定的部件配置于金属模具5的内部。接下来，向金属模具5的内部供给树脂，从而能够形成固定于预定的部件的树脂的部分。树脂的部分成为与金属模具5的内部的空间的形状对应的形状。本实施方式的工件由金属形成。在金属模具5的内部形成有空洞。而且，在金属模具5的内部，形成有用于配置工件9的安装部。

参照图1以及图2，金属模具5由金属模具支承部件6支承。金属模具支承部件6支承于作业台7。作为作业台7，能够采用对金属模具支承部件6进行固定的任意的台。或者，作业台7也可以是能够搬运金属模具支承部件6的输送机等。作为准备作业，将固定有金属模具5的金属模具支承部件6配置于作业台7的预先决定的位置。即，将对象物配置于预先决定的位置。该状态下，相对于机器人1进行指示示教位置的作业。

图3中示出本实施方式的末端执行器的放大立体图。本实施方式的末端执行器4具备固定于力觉传感器12的基体材料41。在基体材料41固定有用于使工件9相对于基体材料41移动的导向缸42。在导向缸42的缸体轴固定有连结部件45。末端执行器4包括把持或释放工件9的卡盘44。工件9由一对卡盘44把持。末端执行器4包括对卡盘44进行驱动的卡盘驱动缸43。卡盘驱动缸43固定于连结部件45。

通过导向缸42驱动，而连结部件45以及卡盘驱动缸43一体地向箭头101所示的方向移动。在本实施方式中，如箭头102所示，工件9相对于基体材料41的面积成为最大的面积最大面而在垂直的方向上移动。通过卡盘驱动缸43驱动，而一对卡盘44如箭头108所示地开闭。

本实施方式的机器人的示教装置具备作为安装于末端执行器4的导向部的导向部件8。导向部件8具有对末端执行器4的位置以及姿势进行设定的功能。本实施方式的导向部件8形成为棒状。导向部件8形成为截面形状呈四边形。导向部件8具有螺纹部82。螺纹部82贯通基体材料41。通过在螺纹部82紧固螺母83，来将导向部件8固定于基体材料41。

本实施方式的导向部件8形成为能够拆卸。通过拆卸螺母83，能够从基体材料41拆卸导向部件8。作为将导向部件8安装于末端执行器4的构造，能够采用任意的固定构造。例如，导向部件8也可以通过螺栓而固定于基体材料41。

图4中示出本实施方式的金属模具以及金属模具支承部件的立体图。本实施方式的金属模具5具有与内部的空洞连通的开口部52。工件9从开口部52插入金属模具5的内部。并且，金属模具5具有供导向部件8的端部插入的凹部53。

图5中示出金属模具的开口部以及凹部的放大立体图。在金属模具5的内部的空间形成有用于安装工件9的安装部54。本实施方式中，机器人1进行将工件9配置于安装部54的作业。凹部53形成于与导向部件8对置的金属模具5的表面。本实施方式的凹部53形成为截面形状呈四边形。凹部53具有多个基准面。本实施方式的基准面形成为平面状。凹部53具有第一基准面53a、第二基准面53b以及第三基准面53c。第一基准面53a是凹部53的底面。第二基准面53b以及第三基准面53c是凹部53的侧面。

图6中示出本实施方式的导向部件的端部的放大立体图。导向部件8形成为四棱柱状。导向部件8具有多个对象面。导向部件8的端面相当于第一对象面8a。导向部件8的两个侧面相当于第二对象面8b以及第三对象面8c。本实施方式的对象面形成为平面状。

凹部53具有比导向部件8的端部的截面形状大的截面形状。即，当在凹部53的内部插入有导向部件8的端部时，在凹部53的侧面与导向部件8的端部的侧面之间形成缝隙。凹部53形成为：当在凹部53的内部插入有导向部件8的端部时，能够使导向部件8在凹部53的内部移动。

图7中示出将导向部件插入凹部后的末端执行器以及金属模具的放大立体图。导向部件8以及凹部53形成为：在导向部件8的多个对象面与凹部53的多个基准面面接触时，末端执行器4相对于金属模具5成为所希望的位置以及姿势。为此，以使导向部件8的多个对象面与凹部53的多个基准面面接触的方式实施执行器4的定位。该末端执行器4的位置以及姿势中，通过利用导向缸42将工件9插入金属模具5的内部，从而能够将工件9配置于安装部54的所希望的位置。

本实施方式中，导向部件8的第一对象面8a与凹部53的第一基准面53a面接触。导向部件8的第二对象面8b与凹部53的第二基准面53b面接触。而且，导向部件8的第三对象面8c与凹部53的第三基准面53c面接触。控制装置2将各个对象面与对应的基准面接触时的机器人1的位置以及姿势作为示教位置而存储。

图8中示出本实施方式的机器人系统的框图。控制装置2包括具有经由母线相互连接的CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、以及ROM(Read OnlyMemory)等的运算处理装置。控制装置2具有对示教位置、动作程序等进行存储的存储部24。向控制装置2发送由力觉传感器12检测的力以及力的方向的信号。

机器人1包括臂部驱动装置13，该臂部驱动装置13具有配置于关节部14的臂部驱动马达。通过臂部驱动装置13驱动，而能够利用关节部14使臂部11弯曲为所希望的角度。末端执行器4包括末端执行器驱动装置48，该末端执行器驱动装置48具有导向缸42以及卡盘驱动缸43。

臂部驱动装置13以及末端执行器驱动装置48由控制装置2控制。控制装置2包括对机器人1的动作进行控制的动作控制部21。在以手动操作机器人1的情况下，作业者对示教操作盘3进行操作。动作控制部21向臂部驱动装置13发送用于驱动机器人1的动作指令。臂部驱动装置13基于动作指令而驱动臂部驱动马达等。通过臂部驱动马达驱动，来调整臂部11的关节部14的折弯角度、臂部11的方向等。即，调整机器人1的位置以及姿势。

并且，动作控制部21向末端执行器驱动装置48发送动作指令。末端执行器驱动装置48基于动作指令使导向缸42以及卡盘驱动缸43动作。其结果，导向缸42的缸体活塞杆移动、或卡盘44开闭。

参照图7以及图8，作业者首先通过操作示教操作盘3，来以手动驱动机器人1。而且，如箭头109所示地将导向部件8的端部插入金属模具5的凹部53的内部。此时，凹部53的截面形状比导向部件8的端部的截面形状大，从而作业者能够容易地将导向部件8的端部配置于金属模具5的凹部53的内部。

图9中示出将导向部件的端部插入凹部后的简要剖视图。由于作业者以手动进行操作，所以有导向部件8的延伸方向不与凹部53的第一基准面53a垂直的情况。即，有第一对象面8a与第一基准面53a不平行的情况。

参照图8，本实施方式的动作控制部21具有面对接控制部22。面对接控制部22具有以使对象面与基准面面接触的方式自动地调整机器人1的位置以及姿势的功能。根据预先存储于存储部24的动作程序来执行面对接的控制。

面对接控制部22使导向部件8的对象面与凹部53的基准面接触。此时，导向部件8有以线或者点而与凹部53接触的情况。面对接控制部22对导向部件8与凹部53接触时的力的大小以及力的方向进行检测。在本实施方式中，面对接控制部22对直线方向的力以及作为旋转方向的力的转矩进行检测。而且，面对接控制部22基于作用于末端执行器4的力以及力的方向，来调整机器人1的位置以及姿势以使对象面与基准面面接触。此处，面接触是指，预定的两个面彼此以面来接触。

图9所示的例子中，面对接控制部22使导向部件8如箭头104所示地移动。第一对象面8a与第一基准面53a接触。面对接控制部22基于此时来自力觉传感器12的输出信号，来调整机器人1的位置以及姿势以使第一对象面8a与第一基准面53a面接触。

图10中示出通过面对接的控制进行了第一对象面以及第一基准面的面对接后的简要剖视图。导向部件8的第一对象面8a与凹部53的第一基准面53a面接触。第一对象面8a的整体与第一基准面53a紧贴。

图11中示出导向部件的第一对象面与凹部的第一基准面面接触时的局部剖视图。图11是俯视凹部53时的图。即使在第一对象面8a与第一基准面53a面接触了的状态下，也有导向部件8的截面形状相对于凹部53的平面形状倾斜的情况。图11所示的例子中，导向部件8的第二对象面8b相对于凹部53的第二基准面53b不平行而是倾斜。

接下来，动作控制部21的面对接控制部22进行第二对象面8b与第二基准面53b的面对接的控制。面对接控制部22以使导向部件8如箭头105所示地移动的方式控制机器人1。而且，面对接控制部22实施面对接的控制以使第二对象面8b与第二基准面53b面接触。此时，面对接控制部22以维持第一对象面8a与第一基准面53a面接触的状态的方式控制机器人1。

图12中示出通过面对接的控制而第二对象面与第二基准面面接触时的局部剖视图。第二对象面8b与第二基准面53b紧贴。接下来，面对接控制部22进行第三对象面8c与第三基准面53c的面对接的控制。面对接控制部22以使导向部件8向箭头106所示的朝向第三基准面53c的方向移动的方式控制机器人1。而且，以使第三对象面8c与第三基准面53c面接触的方式进行面对接的控制。此时，面对接控制部22以维持第一对象面8a与第一基准面53a面接触的状态的方式控制机器人1。并且，面对接控制部22以维持第二对象面8b与第二基准面53b面接触的状态的方式控制机器人1。

图13中示出所有的面对接的控制结束后的局部剖视图。所有的对象面与对应的基准面面接触。这样，能够进行末端执行器4相对于金属模具5的定位。而且，控制装置2在进行了末端执行器4的定位的状态下，将机器人1的位置以及姿势作为示教位置而存储于存储部24。参照图5以及图7，在进行了定位的状态下，若驱动导向缸42而如箭头103所示地使工件9在金属模具5的内部移动，则能够将工件9配置于金属模具5的安装部54的所希望的位置。

这样，本实施方式的机器人的示教装置基于作用于末端执行器的力的方向，来实施使导向部件的对象面与凹部的基准面面接触的控制。为了实施面对接的控制，能够预先作成面对接的动作程序，并使其预先存储于存储部。基于存储于存储部的动作程序而自动地进行面对接的控制。而且，能够将调整后的机器人的位置以及姿势作为示教位置而存储。

本实施方式的机器人的示教装置中，首先，作业者以手动将导向部件8的端部配置于金属模具5的凹部53的内部。金属模具5的凹部53具有比导向部件8的端部的截面形状大的截面形状。因此，作业者能够容易地将导向部件8的端部插入凹部53的内部。然后，控制装置2的面对接控制部22自动地控制机器人1的位置以及姿势。这样，作业者能够简易并且高精度地指示示教位置。并且，即使在工件的安装部配置于凹部、开口部的内部而作业者难以观察工件的情况下，也能够容易地设定示教位置。

在实际配置工件的作业中，控制装置2基于已设定的示教位置来决定机器人1的位置以及姿势。而且，通过驱动导向缸42来将工件9安装于金属模具5的内部的安装部54。本实施方式的导向部件8形成为能够拆卸。通过采用该结构，从而在基于示教位置驱动机器人而将工件9配置于所希望的位置的情况下，能够拆卸导向部件8。导向部件8能够避免与其它物体干涉。

实际的作业中，在将工件9安装于安装部54后，驱动卡盘驱动缸43而释放工件9。之后，利用导向缸42使卡盘驱动缸43以及卡盘44返回导入的位置。而且，能够使末端执行器4与金属模具5分离。

参照图8，若控制装置2一次被给予示教位置，则在存储部24存储示教位置。而且，基于存储于存储部24的示教位置来控制机器人1的位置以及姿势。因此，通常的作业中不需要导向部。然而，在机器人1驱动时，有依据机器人1的重复精度而配置工件9的位置产生误差的情况。因此，在相对于金属模具5的安装部54在精确的位置配置工件9的情况下，也可以每当配置工件9时进行上述的面对接的控制。

在这种情况下，控制装置2基于预先决定的动作程序，来将导向部件8的端部插入凹部53的内部，并在插入后实施面对接的控制。面对接控制部22以使多个对象面与多个基准面面接触的方式控制机器人1的位置以及姿势。然后，动作控制部21通过驱动末端执行器驱动装置48，能够使工件9移动至安装部54。

然而，在本实施方式中，作业者以手动驱动机器人1，来实施将导向部件8的端部插入凹部53的内部的操作。在该操作的期间，有导向部件8、末端执行器4与其它物体干涉的情况。

本实施方式的动作控制部21包括停止控制部23。在作业者以手动实施将导向部件8的端部插入凹部53的内部的操作的期间，停止控制部23利用力觉传感器12对作用于末端执行器4的力进行检测。而且，若作用于末端执行器4的力超过预先决定的判定值，则实施使机器人1停止的控制。通过该控制，在手动以操作的期间，能够抑制损伤工件或使末端执行器破损。在使机器人停止了的情况下，停止控制部23能够实施在控制装置2的显示部显示警告的控制等。

图14中示出对本实施方式的其它的面对接的控制进行说明的凹部以及导向部件的局部剖视图。上述的实施方式中，面对接控制部22分别独立地进行使一个对象面与一个基准面一个一个地面接触的控制，但并不限定于该方式，面对接控制部22也可以实施使多个对象面一次与多个基准面面接触的控制。

图14所示的面对接的控制的例子中，面对接控制部22在进行了第一对象面8a的面对接后使导向部件8如箭头107所示地移动。而且，面对接控制部22同时进行第二对象面8b的面对接的控制以及第三对象面8c的面对接的控制。或者，面对接控制部22也可以一次进行第一对象面8a、第二对象面8b以及第三对象面8c的面对接。这样，在将多个对象面以及多个基准面面对接的情况下，能够以任意的顺序进行任意的面的面对接。

并且，本实施方式中，在末端执行器安装导向部，并在作为对象物的金属模具形成有凹部，但并不限定于该方式，也可以在对象物安装导向部，并在末端执行器形成有凹部。即，导向部安装于末端执行器或者对象物中一方部件，凹部形成于末端执行器或者对象物中另一方部件即可。

并且，凹部以及导向部的截面形状不限定于四边形，可采用通过进行面对接的控制能够决定位置以及姿势的任意的形状。例如，凹部以及导向部的截面形状能够采用将任意的多边形、圆形的一部分切掉后的形状。凹部以及导向部的截面形状也可以包括曲线。并且，本实施方式的导向部形成为棒状，但并不限定于该方式，可采用能够进行与凹部的表面进行面对接的任意的形状。

本实施方式的末端执行器具备使工件移动的导向缸。根据该结构，在为了使导向部件的对象面与凹部的基准面面接触而驱动机器人的期间，能够抑制工件与金属模具接触。末端执行器并不限定于该方式，也可以不具备使工件移动的机构。

本实施方式中，举例示出了多关节机器人进行说明，但并不限定于该方式，对任意的机器人指示示教位置的机器人控制装置能够应用本发明。

根据本发明，能够提供简易并且高精度地指示示教位置的机器人的示教装置。

上述的实施方式能够适当地组合。上述的各个附图中，对于相同或者相等的部分标注相同的符号。此外，上述的实施方式仅是示例并不限定发明。并且，实施方式中包括权利要求书所示出的实施方式的变更。

Claims (3)

1.一种机器人的示教装置，决定安装于机器人的末端执行器相对于预先决定的对象物的位置以及姿势，并将与上述末端执行器的位置以及姿势对应的上述机器人的位置以及姿势作为示教位置而存储，上述机器人的示教装置的特征在于，具备：

机器人控制装置，其对上述机器人进行控制；

力觉传感器，其配置于上述机器人的臂部与上述末端执行器之间，对作用于上述末端执行器的力以及力矩进行检测；以及

导向部，其安装于上述末端执行器或者上述对象物中的一个部件，

上述机器人是进行在上述对象物的凹入部分或者开口部的内部配置的安装部安装工件的作业的机器人，

上述末端执行器或者上述对象物的另一个部件包括凹部，该凹部具有与上述导向部的端部的形状对应且比上述导向部的端部的截面形状大的截面形状，

上述导向部具有对上述末端执行器的位置以及姿势进行设定的功能，并具有四边形的截面形状并形成为棒状且具有作为对象面的平面状的侧面以及平面状的端面，

上述凹部的截面形状形成为四边形，并具有通过与上述导向部的端部的对象面面接触来决定上述机器人的位置以及姿势的基准面，

上述基准面具有上述凹部的平面状的侧面以及平面状的底面，

力觉传感器对上述导向部的对象面与上述凹部的基准面接触时作用于上述末端执行器的力以及力矩进行检测，

机器人控制装置基于作用于上述末端执行器的力以及力矩，来实施使上述导向部的两个侧面与上述凹部的两个侧面面接触并且使上述导向部的端面与上述凹部的底面面接触的控制，由此调整上述机器人的位置以及姿势，决定上述机器人相对于上述对象物的示教位置。

2.根据权利要求1所述的机器人的示教装置，其特征在于，

上述导向部形成为能够从上述一个部件拆卸。

3.根据权利要求1所述的机器人的示教装置，其特征在于，

具备与机器人控制装置连接且以手动操作上述机器人的示教操作盘，

在作业者以手动实施将上述导向部的端部插入上述凹部的内部的操作的期间，若作用于上述末端执行器的力超过预先决定的判定值，则机器人控制装置实施使机器人停止的控制。

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